DE3008456C2

DE3008456C2 -

Info

Publication number: DE3008456C2
Application number: DE3008456A
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(Grad.) 8551 Leutenbach De Rau
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-05
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1989-06-08
Also published as: JPS56138277A; DE3008456A1; FR2477754A1; JPS6239913B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennelement für einen Kern reaktor, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel assembly for a core reactor, according to the preamble of claim 1.

Solche Brennelemente sind bevorzugt kastenlose Brennelemente, weil für ihre mechanische und thermo-hydraulische Stabilität ein alle Brennelemente umgebender Brennelementkasten nicht erforderlich ist. Ein solches gattungsgemäßes Brennelement ist bekannt durch die US-PS 33 10 474. Das bekannte Brennelement weist einen Rundquerschnitt auf, und mehrere über die axiale Länge des Brennelementes verteilte Umfassungsbandagen sind als faßreifenartige Ringe ausgebildet.Such fuel assemblies are preferably boxless fuel assemblies, because of their mechanical and thermo-hydraulic stability a fuel box surrounding all fuel elements is not is required. Such a generic fuel element is known from US-PS 33 10 474. The known fuel assembly has a round cross-section, and several over the axial Length of the fuel assembly distributed bandages are as barrel-shaped rings formed.

Für Brut- oder Konverterreaktoren ist dieses bekannte Brennele mentbündel mit Rundquerschnitt nicht oder nur in geringem Maße geeignet, weil bei den genannten Reaktoren eine möglichst dichte Packung der Brennelemente und Brennstäbe erzielt werden soll. Dabei kommt es darauf an, einen materialarmen, d. h. die Kühlmittelströmung möglichst wenig beeinträchtigenden, aber dennoch stabilen Aufbau für die Brennelemente zu schaffen. Dabei ist ein so kleiner Abstand zwischen den einzelnen Brenn stäben erwünscht, daß die bisherige Art der Distanzierung der Brennstäbe durch Abstandshalter Schwierigkeiten bereitet, weil an solche Abstandshalter sehr hohe Anforderungen in bezug auf Maßhaltigkeit gestellt werden müssen, d. h. die Toleranzen sind sehr klein, und diese müssen auch während des Betriebes eingehalten werden.For brood or converter reactors, this is known Brennele ment bundle with round cross-section not or only to a small extent suitable, because in the reactors mentioned a possible tight packing of the fuel elements and fuel rods can be achieved should. It is important to have a low-material, i.e. H. the Coolant flow interfering as little as possible, however to create a stable structure for the fuel elements. There is such a small distance between the individual focal points would like that the previous way of distancing the Fuel rods caused problems by spacers because to such spacers very high requirements with regard to Dimensional accuracy must be provided, d. H. the tolerances are very small, and these must also be in operation be respected.

Abschließend sei zum Stande der Technik noch auf die GB-PS 13 86 426 verwiesen, in welcher ein hexagonales Brennelement beschrieben ist, welches zwar Skelettstäbe A bis F aufweist, welches jedoch nicht kastenlos ist und bei dem dementsprechend aus Blechstreifen bestehende Abstandshaltegitter vorgesehen sind, die mit den Skelettstäben durch Hartlöten oder Schweißen verbunden sind. Der beim Gegenstand der Erfindung gegebene herstellungs- und montage- sowie demontagefreundliche Aufbau ist dabei also nicht gegeben.Finally, with regard to the prior art, reference is also made to GB-PS 13 86 426, in which a hexagonal fuel element is described, which although has skeleton rods A to F , but which is not boxless and in which spacer grids consisting of sheet metal strips are provided accordingly are connected to the skeletal rods by brazing or welding. The construction, assembly and disassembly-friendly structure given in the subject matter of the invention is therefore not given.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement für einen Kernreaktor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 de finierten Art zu schaffen, welches für Brut- oder Konverter reaktoren eine dichte Packung der Brennstäbe und Brennelemente gestattet und mit dem die aufgezeigten Probleme beherrschbar sind. The invention has for its object a fuel assembly for a nuclear reactor in the preamble of claim 1 de fined way to create which for brood or converter reactors a tight packing of the fuel rods and fuel assemblies allowed and with which the problems shown can be mastered.

Darüber hinaus soll das neue Brennelement leicht zu montieren und nach Gebrauch auch bequem de- und remontabel sein.In addition, the new fuel assembly should be easy to assemble and can also be easily dismantled and reassembled after use.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem gattungs gemäßen Brennelement durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.According to the invention, the task is at a generic contemporary fuel element by the in the characterizing part of the claim 1 specified features solved. Advantageous further training are given in claims 2 to 5.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß nun auch für Brennelemente polygonalen, insbesondere hexagonalen, Querschnittes sogenannte kastenlose Brennelemente hergestellt werden können, die trotz dichter Packung eine ausreichend intensive Kühlmittelströmung gestat ten und in ihrem Aufbau mechanisch stabil und in bezug auf die Einhaltung der engen Toleranzen zuverlässig sind. Die Vorteile, die mit dem gattungsgemäßen Aufbau verbunden sind (Abstützung der Brennstäbe unmittelbar aneinander in einem definierten, durch die Umfassungsbandage bestimmten Bereich, geringe Verfor mungsmöglichkeiten - snaking - innerhalb der Toleranzgrenzen, geringe Anzahl von z. B. 14 Stützstellen über ein 2 m langes Brennelement, dadurch für die Neutronenökonomie günstige Materialeinsparung, Einsparung des Brennelement-Kastens, Ausgleich von Kühlmitteltemperaturen über den Kernquerschnitt wegen freizügigerer Strömung, was insbesondere bei heterogenen Kernen mit besonderen Brutstoffelementen erwünscht sein kann), werden durch die Erfindung ergänzt und weiterentwickelt im Sinne einer einfacheren Herstellung, Montage und Demontage. Die Bauweise bietet aber auch nachträgliche Reparaturmöglichkeiten, bei denen der Einschluß des Brennelements ohne Materialzerstö rung aufgehoben werden kann. Durch die Stütznockenausbildung nach Anspruch 3 können die zu halternden Brennstäbe besonders präzise voneinander distanziert werden.The advantages that can be achieved with the invention are above all in it to see that polygonal, especially hexagonal, cross-section so-called boxless Fuel assemblies can be made despite being denser Pack allow a sufficiently intense coolant flow ten and mechanically stable in their structure and in relation to the Compliance with the narrow tolerances are reliable. The advantages, which are connected to the generic structure (support of the fuel rods directly in a defined, area determined by the surrounding bandage, low deformation possibilities - snaking - within the tolerance limits, small number of z. B. 14 support points over a 2 m long Fuel element, thereby favorable for the neutron economy Material savings, fuel box savings, Compensation of coolant temperatures across the core cross section because of more permissive flow, which is particularly the case with heterogeneous Cores with special breeding elements may be desired), are supplemented by the invention and further developed in To simplify manufacture, assembly and disassembly. The Construction also offers subsequent repair options, where the inclusion of the fuel assembly without material destruction tion can be canceled. Through the support cam formation according to claim 3, the fuel rods to be held particularly be precisely distanced from each other.

Der Gegenstand des Anspruchs 5 hat den Vorteil, daß der Skelett stab über seinen ganzen Umfang wie ein wendelförmig verlaufen der Distanzierungsstreifen wirkt. Der Skelettstab selbst kann über die Länge des Brennelementes einen gleichmäßigen, insbe sondere kreisförmigen, Querschnitt aufweisen. Er kann aber auch Vorsprünge aufweisen, die zur Sicherung der Lage der Bänder bzw. zugehörigen Bandteile dienen, so daß eine metallurgische Verbindung vermieden werden kann. Über die Länge des Brennele ments gesehen, können die Bänder auch durch Rohre distanziert werden, die über die Skelettstäbe geschoben werden und durch Verschraubungen an den Enden festzulegen sind. Zu den genannten Vorsprüngen zählen auch Distanzierungsnocken gemäß Anspruch 4, die eine Abstützung benachbarter Brennelemente aneinander er möglichen.The subject of claim 5 has the advantage that the skeleton rod runs like a helix over its entire circumference the spacer strip works. The skeletal staff itself can a uniform, in particular over the length of the fuel assembly have special circular cross-section. But he can also Have projections to secure the position of the tapes or associated band parts serve so that a metallurgical Connection can be avoided. Over the length of the Brennele seen the tapes can also be spaced through pipes that are pushed over the skeletal rods and through Screw connections must be defined at the ends. To the above Projections also count distancing cams according to claim 4, the support of adjacent fuel assemblies to each other possible.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Darin zeigtFor a more detailed explanation of the invention, the Drawing described an embodiment. In this shows

Fig. 1 ein Brennelement für einen Leichtwasser-gekühlten Hochkonverter-Reaktor in einer Seitenansicht, zum Teil im Schnitt; Figure 1 shows a fuel assembly for a light water-cooled high-converter reactor in a side view, partly in section.

Fig. 2 und 3 in perspektivischen Teilansichten die für die Um fassungs-Bandage verwendeten Bänder bzw. Bandteile; Figures 2 and 3 in perspective partial views of the tapes used for the order bandage or band parts.

Fig. 4 einen Ausschnitt aus drei aneinandergrenzenden Brenn elementen mit der gegenseitigen Abstützung und Fig. 4 shows a section of three adjacent focal elements with the mutual support and

Fig. 5 perspektivisch im Ausschnitt ein einzelnes hexagonales Brennelement, von dem nur die sechs Skelettstäbe, zwei einander benachbarte Umfassungs-Bandagen und die äußere Lage der Brennstäbe dargestellt sind. Fig. 5 a perspective view of the neck, a single hexagonal fuel assembly, of which only the six skeleton rods, two adjacent escribing bandages and the outer layer of the fuel rods are shown.

Das Brennelement 1 umfaßt ein Fußstück 2 und ein Kopf stück 3, in dem die 217 gleichen Brennstäbe 4 so einge setzt sind, daß ein symmetrischer sechseckiger Brenn elementquerschnitt entsteht. Die Brennstäbe 4 haben, wie die Fig. 4 erkennen läßt, einen kreisförmigen Quer schnitt mit zum Beispiel 9,5 mm Durchmesser. Um den Um fang des Kreises gleichmäßig verteilt tragen sie Distan zierungsstreifen 6, die 1 mm breit und 0,5 mm hoch sind. Die Distanzierungsstreifen 6, die mit dem nicht weiter dargestellten Hüllrohr der Brennstäbe 4 in einem Stück hergestellt aber auch aufgelötet oder aufgeschweißt sein können, verlaufen wendelförmig über die gesamte Länge der Brennstäbe. Die Wendelungsteilung kann zum Beispiel ¹/₃ der Brennstablänge betragen. Damit ist si chergestellt, daß die Wendel bei richtiger Ausrichtung der Brennstäbe 4 immer im Bereich von Bändern 8 die gleiche Lage zueinander haben, mit denen die Brennstäbe 4 als Einschluß- bzw. Umfassungsbandage zusammengespannt sind.The fuel assembly 1 includes a foot piece 2 and a head piece 3 , in which the 217 same fuel rods 4 are inserted so that a symmetrical hexagonal fuel element cross section is formed. The fuel rods 4 have, as can be seen in FIG. 4, a circular cross section with, for example, 9.5 mm diameter. Around the circumference of the circle they are evenly spaced 6 , which are 1 mm wide and 0.5 mm high. The spacer strips 6 , which can be produced in one piece with the cladding tube of the fuel rods 4 , but can also be soldered or welded on, extend helically over the entire length of the fuel rods. The coiling pitch may be, for example, _{^1/3 of} the fuel rod length. This ensures that the helix, when the fuel rods 4 are correctly aligned, always have the same position in relation to one another in the area of bands 8 with which the fuel rods 4 are clamped together as an inclusion or surrounding bandage.

Die Bänder 8 umfassen im wesentlichen ebene Blechplat ten 10 aus Stahl-Blech mit scharnierartigen Vorsprün gen 11 und 12 an den Enden. Die oberen Bleche 10 sind mit Ausdrückungen zur Bildung von Stütznocken 14 ver sehen, die eine Anlagefläche für die Distanzierungsstrei fen 6 der äußeren Brennstäbe 4 bilden, vergl. Fig. 4.The tapes 8 essentially comprise flat sheet metal plates 10 made of sheet steel with hinge-like projections 11 and 12 at the ends. The upper sheets 10 are seen with expressions to form support cams 14 ver, which form a bearing surface for the distancing strips 6 of the outer fuel rods 4 , see FIG. 4.

In den Ecken des sechseckigen Querschnitts sitzen Skelettstäbe 16, die anstelle eines Brennstabes über die gesamte Länge des Brennelementes 1 geführt sind. Die Skelettstäbe 16 können zum Beispiel massiv sein und aus Stahl bestehen. Sie wirken als Gelenkzapfen für die scharnierartig miteinander verbundenen Platten, wobei die Dicke der Platten 10 mit 0,5 mm ebenso groß ist wie die Höhe der Distanzierungsstreifen 6. In the corners of the hexagonal cross section there are skeleton rods 16 which are guided over the entire length of the fuel assembly 1 instead of a fuel rod. The skeletal rods 16 can, for example, be solid and made of steel. They act as hinge pins for the plates which are connected to one another in a hinge-like manner, the thickness of the plates 10 being 0.5 mm, the same as the height of the spacer strips 6 .

An den Skelettstäben 16 sitzen außerdem Distanzierungs nocken 18, die, wie Fig. 4 zeigt, eine Abstützung be nachbarter Brennelemente 1 ermöglichen, so daß zwischen den Brennstäben 4 benachbarter Brennelemente 1 wieder ein definierter Abstand vorhanden ist. Die Distanzierungs nocken 18 können abgeschrägt sein, um das Ein- und Aus führen einzelner Brennelemente 1 aus dem Kernverband zu erleichtern, bei dem die Brennelemente 1 aneinander gleiten.On the skeletal rods 16 also sit spacing cams 18 , which, as shown in FIG. 4, support neighboring fuel elements 1 , so that between the fuel rods 4 of adjacent fuel elements 1 there is again a defined distance. The spacer cam 18 may be chamfered to facilitate the on and off of individual fuel elements 1 from the core assembly, in which the fuel elements 1 slide against each other.

Fig. 1 zeigt, daß die Skelettstäbe 16 mit einem Ge windezapfen 20 in das Fußstück 2 eingeschraubt sind. Am anderen Ende sind sie mit Muttern 21, die auf Gewinde zapfen 22 sitzen, am Kopfstück 3 festgeschraubt. Dazwi schen liegen Distanzierungsrohre 23, deren Durchmesser mit 0,5 mm ebenso groß ist wie die Höhe der Distanzie rungsstreifen 6. Fig. 1 shows that the skeletal rods 16 are screwed with a Ge threaded pin 20 in the foot piece 2 . At the other end, they are screwed onto the head piece 3 with nuts 21 , which sit on threads 22 . In between are spacer tubes 23 , the diameter of which is 0.5 mm and the height of the spacer strips 6 .

Fig. 5 zeigt an zwei einander benachbarten Umfassungsstellen eines einzelnen Brennelementes die sechsgliedrigen, als Um fassungs-Bandage dienenden Bänder 8 mit den Bandteilen 10. Im übrigen spricht diese Figur, in welcher zu Fig. 1 bis 4 gleiche Teile auch gleiche Bezugszeichen tragen, für sich selbst. Fig. 5 shows at two adjacent surrounding points of a single fuel element, the six-membered, serving as a bandage tapes 8 with the band parts 10th Otherwise, this figure, in which the same parts as in FIGS. 1 to 4 also have the same reference numerals, speaks for itself.

Claims

1.Fuel element for a nuclear reactor with a plurality of parallel elongated fuel rods ( 4 ) with a circular cross-section which are supported by a protruding cross-section, helically extending spacer strips ( 6 ) against each other and with a wrapping bandage ( 8 ) as outer inclusion are summarized, the surrounding bandage comprising a plurality of bands each extending over only a small fraction of the rod length, characterized in that

- That on the basis of a polygonal cross section of the fuel element ( 1 ) in each corner of the polygon instead of a fuel rod ( 4 ) a skeleton rod ( 16 ) is arranged and
- That the in each corner of the fuel assembly ( 1 ) seated skeletal rods ( 16 ) connect individual, essentially flat band parts ( 10 ) to a band around the circumference of the fuel assembly ( 8 ) hinge-like.

2. Fuel assembly according to claim 1, characterized in that all the band parts ( 10 ) are designed as similar sheet metal plates.

3. Fuel element according to claim 2, characterized in that the band parts ( 10 ) in the fuel element cross section projecting support cams ( 14 ).

4. Fuel element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the skeleton rod ( 16 ) carries projecting spacer cams ( 18 ) over the fuel element cross section.

5. Fuel element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tapes ( 8 ) or the associated band parts ( 10 ) hen best of a sheet which is at least in the region of the skeleton rod ( 16 ) as thick as the spacer strip ( 6 ).