DE1141033B - Kernreaktor-Brennstoffelement - Google Patents

Description

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 26. September 1958 (Nr. 30 920)

Douglas English und Hywel Arfon Robert, London, sind als Erfinder genannt worden

Kernreaktor-Brennstoffelement Die Erfindung betrifft Kernreaktor-Brennstoffelemente, die aus einem Bündel von in Abständen
angeordneten Brennstoffstäben bestehen.

In einem Reaktorkühlmittelkanal führt die Schwankung des Neutronenflusses an dem Kanal dazu, daß die Stäbe in der Mitte eines derartigen Bündels kühler werden als diejenigen an der Peripherie des Bündels. Die Stäbe müssen daher so befestigt werden, daß ihre Längenänderungen aufgenommen werden können.

Es ist bekannt, Brennstoffelemente mittels Drähte, die um einzelne Stäbe gewickelt sind, zu beabstanden und Brennstoffstäbe in einem Halterahmen so zu lagern, daß eine Längsausdehnung der Stäbe jederzeit noch gewährleistet ist, und außerdem Brennstäbe durch am Kopfende des Stabes vorgesehene Blattfedern gegeneinander zu distanzieren. Trotzdem sind aber bei der Verwendung von stabförmigen Brennstoffelementen in Kernreaktoren mit Hochgeschwindigkeits-Kühlmittelstrom Schwierigkeiten aufgetreten, und zwar infolge seitlicher Erschütterung und Durch-

biegung der Brennstoffstäbe.

Diese Nachteile werden bei einem Kernbrennstoff- «

element mit ummantelten Brennstoff stäben, die parallel

und im Abstand zueinander in einem Dreiecksver- Fig. 5 die Seitenansicht einer bevorzugten Ausband zwischen querverlaufenden Haltegittern gehalten 25 bildungsform eines Distanzstückes, sind, dadurch behoben, daß gemäß der Erfindung eines Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist ein Brennstoff-

dieser Gitter durch sich kreuzende Drähte gebildet element 1 ein Bündel von neunzehn dünnen Brennwird, daß ein Zentrierzapfen an einem Ende eines Stoffstäben 2 auf, die in Abständen und parallel zujeden Stabes in seiner Stirnfläche Schlitze zum Auf- einander in einem Rahmenwerk angeordnet sind, nehmen der Drähte aufweist und daß ein schrauben- 30 Dieses Rahmenwerk besteht aus einem dünnwandigen förmig gewundener Metallstreifen in Längsrichtung Zylinder 3 aus rostfreiem Stahl, an dessen Enden sich zwischen den drei Stäben einer jeden Dreiergruppe ein oberer Ring 4 und ein unterer Ring 5 befinden, als die Verwirbelung begünstigendes Abstandsstück Der untere Ring 5 enthält, wie aus der Fig. 3 hervoreingeschoben ist. Bei dem erfindungsgemäßen Brenn- geht, ein Gitter, das Stahlbänder 13 aufweist, die zur Stoffelement sind somit die seitlichen Erschütterungen 35 Bildung von kurzen Rohren 14 gebogen und verüber praktisch die gesamte Brennstablänge vermin- schweißt sind und dadurch ein unteres quer angeorddert, die Stabkopfteile durch Drahtgitter elastisch ge- netes Haltegitter bilden, das neunzehn Zentrierlöcher haltert, die Längsausdehnung der Brennstäbe durch 15 auf einem rhombischen Gitter aufweist. In diesen variable Eintauchtiefe der Gitterdrähte in den Schiit- Zentrierlöchern 15 sind die Zapfen 12 der Stäbe 2 zen der Stabköpfe und verstärkte Durchwirbelung des 40 lose gelagert. Der obere Ring 4 (Fig. 2) weist eben-Kühlmittels gewährleistet. falls ein Gitter auf, das durch Drähte 16 gebildet

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie bei- wird, die in Schlitzen 16' der Zapfen 11 am oberen spielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert Ende der Stäbe 2 liegen. Der Ring 4 mit den Drähten werden. Es zeigt 16 bildet ein oberes querliegendes Haltegitter, das

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Brennstoff- 45 nicht so stabil gebaut zu sein braucht wie das untere, element, bestehend aus einem Bündel von Brennstoff- da es nicht das Gewicht der Stäbe aufnimmt.

Die Kreuzungspunkte der Drähte 16, die mit den Zentrierlöchern 15 fluchten, sind etwas vom Schlitzgrund entfernt, wodurch eine freie Längsdehnung der Brennstoffstäbe ermöglicht wird.

Fig. 4 zeigt einen Brennstoffstab 2, der eine dünne Rohrwandung 6 aus rostfreiem Stahl, eine obere

209 747/281

stäben,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der

Fig. 1,
Fig. 4 einen Teillängsschnitt eines Brennstoffstabes

Endkappe 7 und eine untere Endkappe 8 aufweist, an denen sich die Zapfen 11 bzw. 12 befinden. Ein Schlitz in einem Zapfen 11 ist mit 16' dargestellt. Das spaltbare Material ist UO₂ in Form mehrerer Ringe 9 von im Längsschnitt rechteckigem Querschnitt, die im Innern der rohrförmigen Umhüllung 6 gestapelt angeordnet sind. Der Hohlraum 10 der Spaltstoffringe ist mit porösem Magnesiumoxyd gefüllt, um Spalt-Produkte zu absorbieren und um_tzu. gewährleisten, daß der Brennstoff trotz.des Springern, das bekanntlieh in UO₂ bei der Ausstrahlung auftritt, in der richtigen Lage bleibt.

Um eine seitliche Bewegung.der Stäbe 2 durch den durch das Bündel fließenden Kühlmittelstrom zu verhindern, befinden sich in dem Zwischenraum jeder Stab-Dreieckgruppe und zwischen den peripher gelegenen Stäben und dem Zylinder 3 Distanzstücke 17 (von denen einige in Fig. 2 zu sehen sind), die aus einem gewundenen Metallband bestehen. Fig. 5 zeigt ein derartiges Distanzstück. Der Breitendurchmesser des verdrehten Bandes ist etwas größer als der Durchmesser des Innenkreises zwischen den Stabdreiecken oder zwischen den Außenstäben und dem Zylinder 3. Beim Einsetzen dieser Bänder verdrehen sie sich etwas und ergeben eine Federkraftwirkung, die in Verbindung mit der Verwendung eines rhombischen Gitters die Rohre des Bündels befestigen, ohne daß eine genaue Herstellung notwendig ist. Die gewundene Form der Distanzstücke 17 begünstigt außerdem die Turbulenz in dem gasförmigen oder flüssigen Kühlmittel. Die Distanzstücke 17 werden in dem Bündel mit Hilfe von zwei Ansätzen 18 befestigt, die, nachdem die Distanzsfiieke eingesetzt worden sind, auf die Bänder 13 umgebogen und mit ihnen durch Punktschweißen verbunden sind, wie es bei 19 dargestellt ist.

Um ein Abschürfen der Brennstoffstäbe zu vermeiden, können die Enden der Distanzstücke 17 zur Bildung einer gerundeten Kante zurückgebogen werden. Bei einer abgeänderten Ausführungsform können die Distanzstücke an Stelle der gewundenen flachen Metallbänder aus ,Wendelfedern großer Steigung bestehen. Sie sind aber nicht so wirksam in der Förderung der Turbulenz.

Der obere Ring 4 weist am Außenumfang einen Absatz 20 auf, auf dem der untere Ring 5' des übergeordneten Brennstoffelementes 1' ruht.

Der Durchmesser des Zylinders 3 beträgt bei der beschriebenen Ausführungsform 7,5 cm und seine Länge ungefähr 60 cm. Die Stäbe 2 haben einen Durchmesser von ungefähr 7,5 cm.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Kernbrennstoffelement mit ummantelten Brennstoffstäben, die parallel und im Abstand zueinander in einem Dreiecksverband zwischen querverlaufenden Haltegittern gehalten sind, dadurch ge kennzeichnet, daß eines dieser Gitter durch sich kreuzende Drähte gebildet wird, daß ein Zentrierzapfen an einem Ende eines jeden Stabes in seiner Stirnfläche Schlitze zum Aufnehmen der Drähte aufweist und daß ein schraubenförmig gewundener Metallstreifen in Längsrichtung zwischen den drei Stäben einer jeden Dreiergruppe als die Verwirbelung begünstigendes Abstandsstück eingeschoben ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 841545, 2 848 404; »Proceedings of the International Conference on

   the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 3, 1955,

   S. 158/159 und 250/251.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 209 747/281 12.62