DE3221270C1

DE3221270C1 - Kernreaktorbrennelement

Info

Publication number: DE3221270C1
Application number: DE3221270A
Authority: DE
Inventors: Hans Ing.(grad.) 8521 Effeltrich Lettau; Matthias Ing.(grad.) 8551 Hemhofen Rudolph
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1982-06-04
Filing date: 1982-06-04
Publication date: 1983-10-20

Description

Da die anderen Brennstäbe keine Stollen tragen, kann bei ihrer Herstellung auch kein Hüllrohrausschuß durch Bestollen auftreten. Im Falle eines Hüllrohrbruches an einem keine Stollen tragenden Brennstahes während des Betriebes in einem Kernreaktor wird der untere Teil dieses Brennstabes durch das quer in seinem axialen Fallweg verlaufenden Fallsicherungsteil am Herausgleiten in Fallrichtung aus dem Brennelement in das Kühlmittelführungsrohr gehindert.
Aus der DE-OS 21 56 171 ist zwar ein Kernreaktorbrennelement mit Brennstäben bekannt, von denen einer auf der Außenseite zwei in Achsrichtung versetzte Stollen aufweist, zwischen denen ein Abstandshalter positioniert ist. Hierdurch wird jedoch nur ein Verschieben oder Kriechen des Abstandshalters im Reaktorbetrieb verhindert, ein Herausgleiten des unteren Teiles eines gebrochenen Hüllrohres eines Brennstabes in das Kühlmittelführungsrohr kann nicht vermieden werden.
Von Vorteil ist es, wenn in Weiterbildung der Erfindung an der Außenseite der Außenhülse des Abstandshalters Gleitschuhe mit Winkelabstand voneinander angeordnet sind, von denen einer in radialer Richtung federnd ist und die anderen starr sind. Auf diese Weise brauchen auch keine elastischen Gleitschuhe außen an einem Brennstab angebracht zu werden, so daß der Hüllrohrausschuß noch weiter verringert wird.
Andererseits können alle Brennstäbe des Kernreaktorbrennelementes mit Kernbrennstoff gefüllt sein.
Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert: F i g. 1 zeigt die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kernreaktorbrennelementes.
F i g. 2 zeigt einen Querschnitt des Kernreaktorbrennelementes nach F i g. 1 entsprechend der strichpunktierten Linien II-II.
F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Unterenden der Brennstäbe des Kernreaktorbrennelementes nach Fig. 1.
Das Kernreaktorbrennelement nach F i g. 1 weist an seinem oberen Ende ein Kupplungsteil 2 auf, mit dem das Brennelement mit einem nicht dargestellten Füllkörper gekuppelt werden kann, welcher einen ebenfalls nicht dargestellten Verschlußkörper für ein vertikales Kühlmittelführungsrohr eines Schwerwasser-Kernreaktors aufweist, in das das Kernreaktorbrennelement mit vertikaler Längsachse hängend eingesetzt wird und das von einem Kühlmittel durchströmt wird.
Am Kupplungskörper 2 ist auf dessen Unterseite ein Gestängeteil 3 angebracht,welches an seinem Unterende einen Gestängering 4 aufweist. Dieser Gestängering 4 ist auf der Unterseite mit achsparallelen Stäben 5 versehen, an deren Unterenden eine Stabhalteplatte 6 befestigt ist, die außen am Mantel Gleitschuhe 6a aufweist. An dieser Stabhalteplatte 6 sind auf deren Unterseite befindliche Brennstäbe 7, 7a festgeschraubt.
Das Kernreaktorbrennelement ist mit über seiner Länge gleichmäßig verteilten Abstandshaltern 8 versehen, von denen jeder, wie Fig. 2 zeigt, eine Außenhülse 9 mit kreisförmigem Querschnitt aufweist. Ferner weist jeder Abstandshalter 8 eine in F i g. 2 nicht dargestellte Innenhülse ebenfalls mit kreisförmigem Querschnitt auf, die zur Außenhülse 9 koaxial ist. Außerdem sind noch koaxiale Zwischenhülsen vorgesehen, von denen in F i g. 2 nur eine einzige Zwischenhülse 10 dargestellt ist.
Die Außenhülse 9, die Zwischenhülsen 10 und die Innenhülsen sind durch hochkant angeordnete Radialstege 11 miteinander verbunden, so daß durch diese Hülsen und die Radialstege 11 in den Abstandshaltern 8 Maschen 12 gebildet sind, durch die jeweils ein Brennstab 7 geführt ist. In jeder Masche 12 befinden sich drei Noppen 13 und 14, an denen der jeweilige Brennstab 7 mit seiner Mantelfläche anliegt. Diese Noppen 13 und 14 sind an den Seiten der Außenhülse 9, der Zwischenhülse 10, der nicht dargestellten Innenhülse und/oder der Stege 11*ausgebildet. Zwei Noppen 13 sind starr, während die dritte Noppe 14 federnd ausgebildet ist.
Ein Brennstab 7a weist auf seiner äußeren Mantelfläche in Achsrichtung zueinander versetzte Stollen 15a und 15b auf, zwischen denen jeweils ein Abstandshalter 8 positioniert ist.
Auf der Außenseite der Außenhülsen 9 weisen die Abstandshalter 8 drei Gleitschuhe 16 und 17 auf, die voneinander einen gleichen Winkelabstand von 1200 haben und von denen zwei Gleitschuhe 16 starr sind und der dritte Gleitschuh 17 in radialer Richtung federnd ist.
Diese Gleitschuhe 16 und 17 liegen am Kühlmittelführungsrohr eines Kernreaktors an und halten dort das Kernreaktorbrennelement schwingungsfrei in bezug auf das Kühlmittelführungsrohr.
Am Unterende des Brennstabes 7a mit den in Achsrichtung versetzten Stollen 15a und 15b ist ein Quergitter 17 als Fallsicherungsteil mit einer Klammer 18 mit Abstand und getrennt von den Abstandshaltern 8 sowie ohne ein zusätzliches Verbindungsteil zu diesen Abstandshaltern 8 formschlüssig befestigt. Dieses Quergitter 17 weist von Radialstegen gehaltene Hülsen auf, die konzentrisch zueinander derart angeordnet sind, daß sie quer durch den axialen Fallweg anderer Brennstäbe 7 verlaufen, Abstand von diesen anderen Brennstäben 7 haben und eine Axialbewegung dieser anderen Brennstäbe 7 in Fallrichtung begrenzen.
Günstigerweise ist dieses Quergitter 17 noch an den Unterenden eines weiteren Brennstabes 7, vorzugsweise zweier weiterer Brennstäbe 7 mit Klammern 18 formschlüssig befestigt. Von Vorteil ist, wenn auch diese weiteren Brennstäbe 7, an denen das Fallsicherungsteil befestigt ist, Positionierstollen für die Abstandshalter 8 an ihrer Außenseite aufweisen. Ferner ist es günstig, wenn das Fallsicherungsteil nur an Brennstäben formschlüssig befestigt ist, von denen ein annähernd gleiches strahleninduziertes Differenzlängenwachstum während des Betriebes im Kernreaktor erwartet werden kann.
Anstelle eines Quergitters 17 kann als Fallsicherungsteil auch ein Draht vorgesehen sein, der durch Querbohrungen an den Unterenden des die Stollen 15a und 15b aufweisenden Brennstabes 7a und der anderen Brennstäbe 7 geführt ist. Günstigerweise wirft der Draht zwischen zwei Brennstäben einen Bogen.
Beide erwähnten Fallsicherungsteile gestatten eine unterschiedliche Längenänderung der Brennstäbe 7 und 7a während des Betriebes in einem Kernreaktor, sie verhindern aber auch, zusammen mit den Positionierstollen für die Abstandshalter 8, daß beim Hüllrohrbrucheines der Brennstäbe 7 und 7a das untere Teil des betreffenden Stabes aus dem Brennelement heraus in das Kühlmittelführungsrohr im Kernreaktor gleitet.

Claims

Patentansprüche: 1. Kernreaktorbrennelement insbesondere zum Einsetzen in ein in einem Kernreaktor befindliches vertikales Kühlmittelführungsrohr mit zueinander achsparallelen, langgestreckten, Kernbrennstoffe enthaltenden Brennstäben, die mit ihren Oberenden an einer Stabhalteplatte gehaltert sind, und mit einem an den Brennstäben positionierten Abstandshalter, der eine Außenhülse mit Gleitschuhen an der Außenseite sowie eine koaxiale Innenhülse aufweist, zwischen denen eine koaxiale Zwischenhülse und mit der Außen-, der Innen- und/oder der Zwischenhülse verbundene Radialstege hochkant angeordnet sind und mit der Außen-, der Innen- und/oder der Zwischenhülse Maschen bilden, durch die die Brennstäbe achsparallel und an Noppen anliegend geführt sind, die an Seiten der Radialstege sowie der Außen-, der Innen- und/oder der Zwischenhülse ausgebildetsind,dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise einer der Brennstäbe (7a) auf der Außenseite zwei zueinander in Achsrichtung versetzte Stollen (15a; 15b) aufweist, zwischen denen der Abstandshalter (8) positioniert ist, und daß mit dem Unterende des die Stollen (15a; 15b) aufweisenden Brennstabes (7a) ein Fallsicherungsteil (17) formschlüssig verbunden ist, welches quer durch den axialen Fallweg anderer Brennstäbe (7) verlaufend angeordnet ist und eine Axialbewegung dieser anderen Brennstäbe (7) in Fallrichtung begrenzt.
2. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fallsicherungsteil ein durch Querbohrungen in den Unterenden des die Stollen (15a; 15b) aufweisenden Brennstabes (7a) und der anderen Brennstäbe (7) geführter Metalldraht ist.
3. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fallsicherungsteil ein gegenüber den Unterenden der anderen Brennstäbe (7) angeordnetes Quergitter (17) ist.
4. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der Außenhülse (9) des Abstandshalters (8) Gleitschuhe (16; 17) mit Winke!abstand voneinander angeordnet sind, von denen einer (17) in radialer Richtung federnd ist, während die anderen (16) starr sind.

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement insbesondere zum Einsetzen in ein in einem Kernreaktor befindliches vertikales Kühlmittelführungsrohr mit zueinander achsparallelen, langgestreckten, Kernbrennstoff enthaltenden Brennstäben, die mit ihren Oberenden an einer Stabhalteplatte gehaltert sind, und mit einem an den Brennstäben positionierten Abstandshalter, der eine Außenhülse mit Gleitschuhen an der Außenseite sowie eine koaxiale Innenhülse aufweist, zwischen denen eine koaxiale Zwischenhülse und mit der Außen-, der Innen- und/oder der Zwischenhülse verbundene Radialstege hochkant angeordnet sind und mit der Außen-, der Innen- und/oder der Zwischenhülse Maschen bilden, durch die die Brennstäbe achsparallel und an Noppen anliegend geführt sind, die an Seiten der Radialstege sowie der Außen-, der Innen- und/oder der Zwischenhülse ausgebildet sind.

Ein derartiges Kernreaktorbrennelement ist aus der deutschen Patentschrift 20 19 271 bekannt. Dieses bekannte Brennelement ist insbesondere für schwerwassermoderierte Kernreaktoren bestimmt Alle seine Brennstäbe weisen außen in Höhe der Abstandshalter jeweils Stollen auf, die um 1200 versetzt sind. Diese Stollen liegen zum Positionieren der Abstandshalter in diesem Abstandshalter bzw. in den Abstandshaltermaschen an. Hierdurch wird eine unterschiedliche Längenänderung der einzelnen Brennstäbe des Kernreaktorbrennelementes innerhalb eines im Betrieb befindlichen Kernreaktors nicht behindert. Ferner weisen die Abstandshalter an der Außenseite der Außenhülse jeweils zwei starre Gleitschuhe und einer der Brennstäbe am Außenumfang des Kernreaktorbrennelementes mehrere in Achsrichtung versetzt angeordnete, in radialer Richtung elastische Gleitschuhe auf, die im Kernreaktor innen am Kühlmittelführungsrohr anliegen und dadurch zusammen mit den starren Gleitschuhen das gesamte Brennelement unter Überbrückung von Fertigungstoleranzen im Kühlmittelführungsrohr frei von Schwingungen halten, die durch die Kühlmittelstörung verursacht werden könnten. Die elastischen Gleitschuhe sind an dem betreffenden Brennstab jeweils mit Hilfe einer mechanischen Verbindung wie z. B.

einem Abreißniet befestigt. Das Anbringen dieser mechanischen Verbindungen an dem Brennstab kann jedoch zu einer undichten Stelle am Hüllrohr führen, weshalb der die elastischen Gleitschuhe tragende Brennstab nicht mit Kernbrennstoff gefüllt ist.

Die auf der Außenseite der Brennstäbe des Kernreaktorbrennelementes befindlichen Stollen positionieren nicht nur die Abstandshalter, sondern sie verhindern auch, daß bei einem Bruch des Hüllrohres eines Brennstabes während des Betriebes in einem Kernreaktor der untere Teil des Brennstabes aus dem Kernreaktorbrennelement heraus in das Kühlmittelführungsrohr gleitet und dieses Kühlmittelführungsrohr blockiert.

Das Anbringen der Stollen auf der Außenseite der Hüllrohre für die Brennstäbe ist jedoch besonders aufwendig und kann hohe Kosten verursachen, da z. B.

durch Schweißen oder Löten fehlerhaft angebrachte Stollen nicht reparabel sind, so daß das betreffende Hüllrohr Ausschuß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Weiterbildung des bekannten Kernreaktorbrennelementes den Hüllrohrausschuß und damit auch die Hüllrohrkosten bei der Fertigung des Kernreaktorbrennelementes erheblich zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise einer der Brennstäbe auf der Außenseite zwei zueinander in Achsrichtung versetzte Stollen aufweist, zwischen denen der Abstandshalter positioniert ist, und daß mit dem Unterende des die Stollen aufweisenden Brennstabes ein Fallsicherungsteil formschlüssig verbunden ist, welches quer durch den axialen Fallweg anderer Brennstäbe verlaufend angeordnet ist und eine Axialbewegung dieser anderen Brennstäbe in Fallrichtung begrenzt.

Auf diese Weise brauchen nur ein einziges oder allenfalls wenige Brennstäbe des Kernreaktorbrennelementes mit Stollen auf der Außenseite versehen zu sein.