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Distanceur pour éléments combustibles.
L'invention concerne un distanceur pour barres de matière fissile réunies en éléments combustibles, qui comprend des corps permettant la circulation de l'agent de refroidissement dont la section transversale est sensiblement annulaire et qui sont disposés, de préférence en plusieurs plans, entre les barres de matière fissile.
Pour que le refroidissement soit impeccable, il faut que les barres de matière fissile contenues dans les réacteurs nucléaires soient baignées autant que possible de toutes parts par l'agent de refroidissement. Elles doivent donc être maintenues à une certaine distance, souvent petite, les unes des autres. De plus, elles doivent pouvoir se déplacer l'une par rapport à l'autre dans le sens longitudinal, du moins dans certaines limites, pour que la
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dilatation thermique différente de chacune d'entre elles ne soit pas entravée.
On connaît déjà différentes formes de réalisation d'éléments de matière fissile formés de faisceaux de barres avec distanceurs. On a, par exemple, déjà imaginé de placer dans le noyu du réacteur des grilles de support à mailles carrées dans lesquelles les barres de matière fissile sontfichées sans fixation, Ceci a toutefois pour inconvénient que les éléments combustibles doivent être introduits un àun dans les mailles,
De plus, une surface relativement grande de la section tràns- versale libre de circulation autour des barres de matière fissile est prise par les éléments constituant la grille, si bien que pour la section transversale de circulation, on ne peut calculer qu'un diamètre hydraulique relativement faible.
Dans un autre agencement connu, on dispose entre les barres de matière fissile de courts tronçons de tube qui sont soudés aux gaines contiguës des barres.Dans ce cas, s'il y a dila- tation thermique différente entre les barres de matière fissile, celles-ci ne peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres ; de plus, si, l'une des barres, devient défectueuse, toutes les barres assemblées de l'élément combustible doivent être rempla- cées.
Dans un autre mode de réalisation encore, les tron- gons de tube sont placés librement entre les barres de matière fissile et,,pour qu'ils ne puissent pas glisser, ils sont engagés dans des gorges prévues.à égales distances dans toutes les barres,
De cette manière, on obtient bien des sections de circulation favo- râblés pour;l'agent de refroidissement mais, d'autre part, les barres de matière fissile sont difficiles à fabriquer. De plus, lorsqu'on compose les éléments combustibles, on doit placer les tronçons de tube séparément entre les barres de matière fissile -et veiller à ce que les gorges de celles-ci se trouvent dans le même plan.
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L'invention vise à procurer un distanceur qui soit facile à fabriquer et qui présente tous les avantages des distan- ceurs décrits mais qui permette également de composer sansdiffi- cultes les éléments combustibles.
Dans les distanceurs conformes à l'invention, une partie au moins des corps permettant la circulation prévus entre les barres de matière fissile sont réunis entre eux par des appen- dices, des tiges de jonction ou l'équivalent. Les corps permettant la circulation se composent de préférence de tronçons de tube annulaires, ceux-ci n'offrant qu'une faible résistance au passage de l'agent de refroidissement et étant en outre faciles à fabriquer.
Le principal avantage des distanceurs de l'invention réside en ce que les barres de matière fissile peuvent être pourvues de simples, gaines lisses puisque aucun dispositif ne doitêtre prévu sur les barres pour la fixation des distanceurs et qu'un élément combustible se composant de barres à surface lisse peut être extrêmement. facile- ment composé et décomposé à l'aide des distanceurs de l'invention.
De plus, les différentes barres de matière fissile peuvent se dila- ter axialement sans entrave. Grâce à sa surface lisse, la gaine de l'élément combustible résiste particulièrement bien également aux sollicitations thermiques et aux sollicitations de compression . Dans ce cas, il est avantageux d'assembler entre eux des corps permettant la circulation superposés axialement.
Si l'on veut toutefois prévoir le moins de matériau de structure possible dans le coeur du réacteur, il est particu- lièrement avantageux de n'assembler que des corps permettant la circulation juxtaposés dans un plan du noyau 'car la distance sépa- rant des corps juxtaposés est souvent nettement plus faible que la distance séparant des corps superposés axialement.'Par conséquent, il faut moins de matière pour les éléments d'assemblage reliant les corps juxtaposés.
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Différents modes d'exécution de distanceurs conformes à l'invention sont décrits ci-après avec référence aux dessins:
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La Fig. 1 représente un distanceur se composant de plusieurs corps 2 permettant la circulation, enfilés par exemple sur un fil métallique 3 et fixés sur celui-ci à distances détermi- nées. Le fil 3 est de préférence rigide mais il peut également étre flexible. Parfois il est également avantageux de relier les corps en série par des cordes résistant éla chaleur. Lors de la composition d'un élément de matière fissile, ils sont simplement pressés entre plusieurs barres 1, de préférence au nombre de quatre, . un faisceau de barres formant un élément combustible aux parois duquel; ,s'appuie latéralement le distanceur.
Les barres de matière fissile, avec les distanceurs conformes à l'invention, peuvent toutefois également être placées non groupées dans les réacteurs. Le guidage latéral doit alors être fourni par les parois dunoyau ou de l'en- veloppe du réacteur..
Le corps 2 de la Fig. 1 a bien une forme aérodyna- mique mais il réduit toutefois fortement la section de passage pour l'agent de refroidissement.
C'est pourquoi, dans la forme d'exécution représentée à la Fig. 2, on utilise comme corps permettant la circulation des tronçons de tube annulaires 4, réunis par des bandes de tôle 5.
On peut par exemple fabriquer de tels distanceurs en ne laissant subsister d'un tube, entre les tronçons tubulaires 4., que d'étroites': bandes 5, que l'on joint l'une à l'autre, de préférence en leur milieu, entre les tronçons tubulaires 4 qui subsistent. Ces corps permettant la circulation -de l'agent de refroidissement ont pour avantage qu'ils ne. diminuent pratiquement pas sa section de passage..,;
La Fig. 3 représente un distanceur conforme à l'in- vention dans lequel les corps annulaires permettant la circulation placés entre les barres de matière fissile sont formés de morceaux. de tôle enroulés 6 et 7, placés à distances, égales de part et d'au- tre d'une bande de tôle 8, à partir de laquelle ils peuvent égale- ment être usinés.
Dans -un autre mode d'application de l'invention
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(Fig.4).les distanceurs se composent essentiellement de longues bandes de tôle 8 présentant des élargissements 9 et 10, sur les- quels sont glissés et fixés les tronçons de tube 11. L"élargisse- ment de la bande de tôle 8 à l'intérieur des anneaux d'écartement peut par exemple être obtenu par découpage de la tôle à la forme convenable (élargissement 9) mais on peut également découper la bande de t8le et écarter les branches obtenues à une distance cor- respondant au diamètre interne du tronçon tubulaire 11 (élargisse- ment 10). Le contact entre les distanceurs représentés aux fig.2 à 4 et les barres de matière fissile est en général linéaire.
On peut toutefois, pour gêner le moins possible le refroidissement des surfaces chaudes, cintrer légèrement la surface des tronçons tubulaires, de façon à n'avoir qu'un contact par points avec les barres de matière fissile.
Suivant l'invention, les distanceurs peuvent égale- ment être formés de tubes que l'on écrase complètement distances égales. A l'endroit d'écrasement 13, les bords d'écrasement 14 sont réduits à une étroite tige de liaison 15. Les tronçons de tube non écrasés 12 sont entaillés dans le prolongement des bords re- coupésdes endroits d'écracement, si bien qu'ils présentent des ou- vertures elliptiques obliques 16 , p a r lesquelles 1"agent de refroidissement peut passer dans les tronçons tubulaires 12. Les ouvertures elliptiques d'entrée et de sortie 16 peuvent facilement : être deux fois aussi grandes que la section circulaire de passage de l'intérieur des tronçons tubulaires 12, si bien que la perte de pression de l'agent de refroidissement est très faible.
L'avan- tage majeur de tels distanceurs fabriqués à partir de tubes conti- nus réside en ce qu'ils peuvent être fabriqués extrêmement simple- ment et automatiquement. On peut par exemple les écraser facilement à l'aide de poinçons ou de cylindres. Au cours de la phase de tra- vail suivante, la face tubulaire écrasée est par exemple meulée à partir de deux bords extérieurs, jusqu'à ce qu'on obtienne une tige médiane, au moyen de meules pour profils, les parties d'extré-
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mité des troncons tubulaires restants étant également usinées au cours de cette opération.
On obtient ainsi en même temps les puver- tures pour le passage de l'agent de refroidissement dans le tron- çon tubulaire., { La Fig. 6 représente un agencement dans lequel sont assemblés des corps permettant la circulation juxtaposés dans un plan entre les barres de matière fissile 21. Dans ce cas, un corps 22 permettant la[circulation se trouve entre quatre barres 21 de matié- re fissile formant un réseau carré. Les corps 22 sont de préférence formés de tronçons de tube annulaires réunis par des traverses 23.
Pour que les séries de corps assemblés ne puissent glisser dans le - sens axial des barres de matiare fissile 21, ils doivent par exem- ple être fixés à la gaine d'un élément combustible. La gaine peut à cet effet présenter des gorges dans lesquelles des corps assem- blés s'appuient par es extrémités des. traverses. On peut toutefois également assembler différents coprs -.,par exemple deux - d'une rangée par des tiges de liaison additionnelles aux corps voisins dans le sensaxial , si bien que cescorps se soutiennent ',mutuelle- ment et ne peuvent donc plus glisser.
La Fig. 7 représente un mode d'exécution particu- lièrement avantageux de rangée de corps permettant la circula- tion reliés entra eux. Ici, deux bandes identiques 24 et 25, for- mant des demi-anneaux, sont assemblées dans la zone des traverses
26 et 27, si 'bien que deux demi-anneaux en regard forment un tron- çon de tube annulaire. Ces bandes à demi-anneaux peuvent par exemple être faites en tôle mince, le réseau distanceur qu'elles forment restant ainsi très élastique tant dans tout l'assemblage qu'aux endroits de contact avec les éléments combustibles. Cette exécution a entre autres pour avantage que, même si l'on admet d'assez fortes ' tolérances ppur le diamètre des différents éléments combustibles, ceci n'est pas trop gênant.
Si l'on veut utiliser ces distanceurs lorsque les éléments combustibles sont disposés en triangle, les traverses
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reliant les corps juxtaposés permettant la circulation doivent être coudées si elles sont fixées aux corps en des endroits oppo- sés, c'est-à-dire dans un plan axial. Pour obtenir dos traverses de liaison rectilignes, on peut disposer les traverses d'une rangée de corps à assembler sensiblement tangentiellement à ces corps, du côté de.la rangée où ceux-ci ne touchent qu'une . barre de matière fissile.
Des tronçons de tube annulaires sont par exemple attachés comme corps permettant la circulation à distance des éléments combustibles, unilatéralement sur une bande de tôle droite.
Suivant un développement de ce principe de l'in- vention, les corps permettant la circulation sont accouplés .dans deux plans par des tiges de liaison traversant le fais- ceau formant l'élément combustible, les tige± de liaison de chaque plan étant parallèles entre elles mais formant un angle avec les tiges de liaison de l'autre plan.
Ces distanceurs ont pour avantage qu'ils se donnent élastiquement en cas de déplacement en directidn radiale dans le faisceauformant l'élément combustible et ils compensent automati- quement et sans difficulté les faibles écartsde diamètre ou une légère ovalisation des barres de combustiole par rapport à la valeur prescrite.
Il est avantageux d'utiliser comme corps permettant la circulation des tronçons de tube présentant des renflements ou des bossages de , . façon qu'il n'y ait contact qu'en un seul point entre la barre de combustible et le distanceur. Outre qu'il favorise le refroidissement de la barre de combustible, ce distan- ceur est plus élastique, c'est-à-dire qu'il se prête mieux aux
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déplacements latéraux du fbjsoeau puisqu'il peui; éventuellement se placer plus facilement en oblique.
La Fig. 8 représente un réseau de distanceurs de ce genre ; lestronçons tubulaires 31 prévus comme distanceurs sont réunis à l'une de leurs extrémités par les traverses 32 situées dans
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le plan A et, à leur autre extrémité, par les traverses 33 situées dans le plan B, qui sont dirigées perpendiculairement aux traver- ses 32. A mi-distance approximativement entre le plan A et le plan B, les tronçons de tube 31 sont pourvus de bourrelets 34 ou de bos- sages 35, dirigés vers les barres de combustible se ''trouvant entre eux et non représentées au dessin, les barres de combustible ne touchant ainsi les tronçons qu'en un point.
Si le diamètre de la barre de combustible indiquée par son axe 36 est.supérieur à la nor. male, l'écartement entre les tronçons entourant cette barre peut s'élargir facilement, les tronçons de tube déviant élastiquement de, côté dans le sens des flèches dessinées, avec leurs traverses..
Pour limiter au minimum nécessaire la perte de charge dejl'agent de refroidissement parcourant les tronçons .de tube et pour.augmenter encore,l'élasticité du réseau de distanceurs, . il est avantageux de chanfreiner les extrémités de ces tronçons, ainsi qu'on l'a indiqué au dessin pour les tronçons 37 et 38.
Les possibilités d'application de l'invention ne se limitent pas à l'exemple représenté aux dessins qui concerne des dispositions en carré des barres de combustible; les distanceurs' conformes à l'invention peuvent également être employés pour des '
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.*'< dispositions de barres de combustible en triangle, auquel cas les traverses de liaison ne forment plus des angles droits mais se croi- sent à un angle aigu de 60 . Comme éléments distanceurs, on peut employer non seulement les tronçons de tube représentés à la ig.8 mais encore toutes autres formes aérodynamiques, en particulier celles qui ont déjà été décrites auparavant.
REVENDICATIONS.
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Spacer for fuel elements.
The invention relates to a spacer for bars of fissile material united into fuel elements, which comprises bodies allowing the circulation of the cooling medium, the cross section of which is substantially annular and which are arranged, preferably in several planes, between the bars. of fissile material.
For the cooling to be impeccable, the bars of fissile material contained in nuclear reactors must be bathed as much as possible on all sides by the cooling agent. They must therefore be kept at a certain distance, often small, from each other. In addition, they must be able to move relative to each other in the longitudinal direction, at least within certain limits, so that the
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thermal expansion different from each of them is not impeded.
Various embodiments of elements of fissile material formed of bundles of bars with spacers are already known. One has, for example, already imagined to place in the core of the reactor of the support grids with square meshes in which the bars of fissile material are plugged without fixing, This has however the drawback that the fuel elements must be introduced one by one into the meshes. ,
In addition, a relatively large area of the cross-section free of circulation around the bars of fissile material is taken up by the elements constituting the grid, so that for the cross-section of circulation, only one hydraulic diameter can be calculated. relatively low.
In another known arrangement, short sections of tube are placed between the bars of fissile material which are welded to the adjoining sheaths of the bars. In this case, if there is different thermal expansion between the bars of fissile material, those -ci cannot move in relation to each other; in addition, if one of the rods becomes defective, all of the assembled fuel element rods must be replaced.
In yet another embodiment, the tube sections are placed freely between the bars of fissile material and, so that they cannot slide, they are engaged in grooves provided at equal distances in all the bars. ,
In this way, good circulation sections are obtained for the cooling medium but, on the other hand, the bars of fissile material are difficult to manufacture. In addition, when composing the fuel elements, the tube sections must be placed separately between the bars of fissile material - and ensure that the grooves thereof are in the same plane.
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The invention aims to provide a spacer which is easy to manufacture and which has all the advantages of the spacers described but which also makes it possible to compose the fuel elements without difficulty.
In the spacers according to the invention, at least part of the bodies allowing circulation provided between the bars of fissile material are joined together by appendages, junction rods or the like. The circulation-permitting bodies preferably consist of annular tube sections, these offering little resistance to the passage of the coolant and furthermore being easy to manufacture.
The main advantage of the spacers of the invention lies in that the bars of fissile material can be provided with simple, smooth sheaths since no device must be provided on the bars for fixing the spacers and a fuel element consisting of bars. smooth surface can be extremely. easily composed and broken down using the spacers of the invention.
In addition, the various bars of fissile material can expand axially without hindrance. Thanks to its smooth surface, the fuel element cladding is also particularly resistant to thermal stresses and compressive stresses. In this case, it is advantageous to assemble together axially superimposed bodies allowing circulation.
If, however, it is desired to provide as little structural material as possible in the core of the reactor, it is particularly advantageous to assemble only bodies allowing circulation juxtaposed in a plane of the core, since the distance between juxtaposed bodies is often significantly smaller than the distance between axially superimposed bodies. Therefore, less material is required for the fasteners connecting the juxtaposed bodies.
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Different embodiments of spacers in accordance with the invention are described below with reference to the drawings:
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Fig. 1 represents a spacer consisting of several bodies 2 allowing movement, threaded for example on a metal wire 3 and fixed on the latter at determined distances. The wire 3 is preferably rigid, but it can also be flexible. Sometimes it is also advantageous to connect the bodies in series with heat resistant ropes. When composing an element of fissile material, they are simply pressed between several bars 1, preferably four in number,. a bundle of bars forming a fuel element at the walls of which; , leans laterally the spacer.
The bars of fissile material, with the spacers according to the invention, can however also be placed ungrouped in the reactors. Lateral guidance must then be provided by the walls of the reactor core or casing.
The body 2 of FIG. 1 does have an aerodynamic shape, but it nevertheless greatly reduces the passage section for the coolant.
This is why, in the embodiment shown in FIG. 2, annular tube sections 4, joined by sheet metal strips 5, are used as the body allowing circulation.
One can for example manufacture such spacers by leaving a tube, between the tubular sections 4., only narrow ': strips 5, which are joined to each other, preferably in their middle, between the tubular sections 4 which remain. These bodies allowing the circulation of the cooling medium have the advantage that they do not. practically not decrease its passage section ..,;
Fig. 3 shows a spacer according to the invention in which the annular bodies allowing circulation placed between the bars of fissile material are formed from pieces. rolled sheet metal 6 and 7, placed at equal distances on either side of a sheet metal strip 8, from which they can also be machined.
In -another mode of application of the invention
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(Fig. 4). The spacers consist essentially of long strips of sheet 8 with enlargements 9 and 10, on which are slid and fixed the tube sections 11. The widening of the strip 8 to the interior of the spacer rings can for example be obtained by cutting the sheet to the suitable shape (enlargement 9) but it is also possible to cut the strip of sheet metal and spread the branches obtained at a distance corresponding to the internal diameter of the tubular section 11 (enlargement 10) The contact between the spacers shown in Figs. 2 to 4 and the bars of fissile material is generally linear.
However, in order to interfere with the cooling of the hot surfaces as little as possible, the surface of the tubular sections can be slightly bent, so as to have only point contact with the bars of fissile material.
According to the invention, the spacers can also be formed of tubes which are completely crushed to equal distances. At the crushing point 13, the crushing edges 14 are reduced to a narrow connecting rod 15. The uncrushed tube sections 12 are notched in the extension of the cut edges of the crushing places, so that They have oblique elliptical openings 16, through which the coolant can pass into the tubular sections 12. The elliptical inlet and outlet openings 16 can easily be twice as large as the circular passage section. inside the tubular sections 12, so that the pressure loss of the coolant is very low.
The major advantage of such spacers made from continuous tubes is that they can be made extremely simply and automatically. For example, they can be easily crushed using punches or cylinders. During the next working phase, for example, the crushed tubular face is ground from two outer edges, until a central rod is obtained, by means of profile grinding wheels, the end parts -
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mity of the remaining tubular sections being also machined during this operation.
At the same time, the openings are thus obtained for the passage of the cooling medium in the tubular section., {FIG. 6 shows an arrangement in which are assembled bodies allowing circulation juxtaposed in a plane between the bars of fissile material 21. In this case, a body 22 allowing the circulation is located between four bars 21 of fissile material forming a network square. The bodies 22 are preferably formed of annular tube sections joined by cross members 23.
In order that the series of assembled bodies cannot slide in the axial direction of the bars of fissile material 21, they must for example be fixed to the cladding of a fuel element. For this purpose, the sheath may have grooves in which the assembled bodies are supported by the ends of the. sleepers. It is, however, also possible to assemble different bodies -., For example two - of a row by additional connecting rods to the neighboring bodies in the axial direction, so that these bodies support each other and can therefore no longer slide.
Fig. 7 shows a particularly advantageous embodiment of a row of bodies allowing movement connected together. Here, two identical bands 24 and 25, forming half-rings, are assembled in the area of the sleepers.
26 and 27, so that two opposite half-rings form a section of annular tube. These half-ring bands can for example be made of thin sheet metal, the spacer network which they form thus remaining very elastic both throughout the assembly and at the places of contact with the fuel elements. One advantage of this execution is that, even if fairly high tolerances are allowed for the diameter of the various fuel elements, this is not too troublesome.
If we want to use these spacers when the fuel elements are arranged in a triangle, the crosspieces
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connecting the juxtaposed bodies allowing circulation must be bent if they are fixed to the bodies in opposite places, that is to say in an axial plane. To obtain rectilinear connecting crossbars, the crosspieces of a row of bodies to be assembled substantially tangentially to these bodies can be placed on the side of the row where they only touch one. bar of fissile material.
Annular tube sections are for example attached as a body allowing the fuel elements to circulate at a distance, unilaterally on a straight sheet metal strip.
According to a development of this principle of the invention, the bodies allowing circulation are coupled in two planes by connecting rods passing through the bundle forming the fuel element, the connecting rods of each plane being parallel. between them but forming an angle with the connecting rods of the other plane.
These spacers have the advantage that they are elastically given in the event of a radial direct displacement in the bundle forming the fuel element and they automatically and without difficulty compensate for small deviations in diameter or a slight ovalization of the fuel rods with respect to the prescribed value.
It is advantageous to use as body allowing the circulation of tube sections having bulges or bosses of,. so that there is only one point contact between the fuel rod and the spacer. In addition to favoring the cooling of the fuel rod, this distance is more elastic, that is to say it is better suited to
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lateral displacements of the fbjsoeau since it peui; possibly more easily placed obliquely.
Fig. 8 represents a network of such distancers; the tubular sections 31 provided as spacers are joined at one of their ends by the sleepers 32 located in
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the plane A and, at their other end, by the crossmembers 33 located in the plane B, which are directed perpendicular to the crossbars 32. At approximately mid-distance between the plane A and the plane B, the tube sections 31 are provided with beads 34 or bumps 35, directed towards the fuel rods lying between them and not shown in the drawing, the fuel rods thus only touching the sections at one point.
If the diameter of the fuel rod indicated by its axis 36 is greater than the nor. male, the spacing between the sections surrounding this bar can easily widen, the tube sections elastically deflecting from side to side in the direction of the arrows drawn, with their cross members.
To limit to the necessary minimum the pressure drop dejl'agent cooling traversing the sections .de tube and to further increase the elasticity of the network of spacers,. it is advantageous to chamfer the ends of these sections, as indicated in the drawing for sections 37 and 38.
The possibilities of application of the invention are not limited to the example shown in the drawings which relates to square arrangements of the fuel rods; the spacers 'according to the invention can also be used for'
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. * '<triangle fuel rod arrangements, in which case the connecting ties no longer form right angles but intersect at an acute angle of 60. As spacer elements, it is possible to use not only the tube sections shown in ig.8 but also all other aerodynamic shapes, in particular those which have already been described previously.
CLAIMS.
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