DE1265308B - Abstuetzvorrichtung fuer ein aus einem Buendel von duennen Brennstoffstaeben bestehendes Kernreaktor-Brennstoffelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES jmWWl· PATENTAMT Int. Cl.:

G21c

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1 265 308

Aktenzeichen: R 33805 VIII c/21 g

Anmeldetag: 2. November 1962

Auslegetag: 4. April 1968

Die Erfindung betrifft eine Abstützvorrichtung für ein aus einem Bündel von senkrecht angeordneten und voneinander gleichmäßig beabstandeten dünnen Brennstoffstäben bestehendes Kernreaktor-Brennstoffelement, bestehend aus aus Bandmaterial zusammengesetzten Stützgittern, durch deren Maschen die Brennstoffstäbe hindurchgeführt sind, wobei das Bandmaterial der Maschen die Brennstoffstäbe mit Abstand umgibt und die Brennstoffstäbe durch zwischen ihnen und dem Bandmaterial der Maschen angeordnete Distanzstücke gegen seitliche Bewegung in den Gittermaschen an Ort und Stelle gehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstützvorrichtung für die bündelartig angeordneten Brennstoffstäbe eines Kernreaktor-Brennstoffelements zu schaffen, die nicht nur für ortsfeste Kernreaktoren geeignet ist, sondern die auch den bei Schiffskernreaktoren auftretenden Anforderungen weitestgehend gewachsen ist. Die hierzu verwendeten Stützgitter dürfen dem durch die Räume zwischen den Brenn- so Stoffstäben hindurchgeführten Strom des Moderator-Kühlmittels kein Hindernis bieten. Sie müssen mechanisch steif genug sein, um zu verhindern, daß die Brennstoffstäbe während des Betriebes ihren Stand ändern. Weiter muß der Kontakt zwischen den Stützgittern und den Brennstoffstäben bis zum äußersten herabgesetzt werden, und die Gitter dürfen keinen wahrnehmbaren Einfluß auf die Neutronenökonomie des Kernreaktor-Brennstoffelements haben. Schließlich empfiehlt sich eine Bauart, bei der die Stützgitter eine gewisse Klemmkraft auf die Brennstoffstäbe ausüben, so daß diese mit Sicherheit im vorgeschriebenen Stand festgehalten werden.

Dabei ist die federnde Stützung der gesondert festgehaltenen Brennstoffstäbe von Wichtigkeit, um ein Rütteln oder Rasseln derselben in den Stützgittern zu verhindern und um es zu ermöglichen, daß Brennstoffstäbe mit abweichenden Durchmessern ohne besonderen Druck aufgenommen werden können. Des weiteren muß vermieden werden, daß die auf die Brennstoffstäbe ausgeübte Kraft einen bestimmten Wert überschreitet, denn es hat sich gezeigt, daß bei Bewegungen und Stößen an den Stellen, an denen die Brennstoffstäbe eingeklemmt sind, leicht eine Beschädigung der Oberfläche und Korrosion derselben auftritt. Auch muß dafür gesorgt werden, daß die Klemmkraft in allen Richtungen etwa dieselbe ist, so daß die Brennstoffstäbe imstande sind, Stößen aus willkürlichen Richtungen gleichmäßig zu widerstehen. Ferner soll die Abstützvorrichtung ein Ganzes bilden, das außerhalb des Kernreaktor-Brennstoffelements zusammengesetzt werden kann.

Abstützvorrichtung für ein aus einem Bündel von dünnen Brennstoffstäben bestehendes
Kernreaktor-Brennstoffelement

Anmelder:

Reactor Centrum Nederland, Den Haag

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Paap, Dipl.-Ing. H. Mitscherlich

und Dipl.-Ing. K. Gunschmann, Patentanwälte,

8000 München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Johan Arnold Bekkering,

Willem Floris-Joseph Heshuysen, Den Haag;

Hans Bertil-Lange v. Nederveen,

Papendrecht (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 30. November 1961 (271 986)

Zur Lösung all dieser Aufgaben schlägt die Erfindung vor, daß bei der eingangs beschriebenen Abstützvorrichtung jedes Gitter sich aus nebeneinander erstreckenden, gegeneinander um eine halbe Teilung versetzten mäander- oder zickzackförmigen und mit ihren aneinandergrenzenden Teilen miteinander befestigten Bändern besteht und daß diese Bänder Distanzstücke in Form von nach innen gebogenen federnden Lippen aufweisen, die die Brennstoffstäbe in den Maschen federnd zentriert halten.

Ein bekanntes Stützgitter für das Brennstoffstabbündel eines Kernreaktor-Brennstoffelements besteht aus aneinander befestigten sechseckigen Hülsen aus Blech, so daß jede Wand zwischen zwei Maschen doppelt ausgeführt ist (französische Patentschrift 1 259 772). Als Distanzstücke dienen steife Knöpfe, so daß die Brennstoffstäbe weit weniger federnd gestützt werden als durch die in Form von nach innen gebogenen federnden Lippen ausgeführten Distanzstücke nach der Erfindung. Des weiteren gibt es bei dem aus einzelnen Bändern bestehenden Gitter nach der Erfindung bei sechseckigen Maschen nur zwei Wände, die doppelt sind, so daß es ein geringeres Gewicht als das bekannte Gitter hat. Zudem ist es einfacher und billiger herzustellen.

809 537/450

Bei einem bekannten Abstandhalter für Kern- und in Endteile geteilt ist, wobei diese Teile der reaktor-Brennstoffelemente mit einer Vielzahl von Platte derart gebogen sind, daß der Mittelteil der-Brennstoffstäben ist jeder Brennstoffstab durch einen selben sich in radialer Richtung bis zur Umrißfläche gesonderten glatten Ring oder einen gesonderten des betreffenden Gitters erstreckt und dieses Gitter wellenartigen Ring umgeben, der gegen die benach- 5 gegen radiale Verstellung sichert und die Endteile harten Brennstoff stäbe abgestützt ist (deutsche Aus- sich sowohl oberhalb als auch unterhalb dieser'Umlegeschrift 1 093 500). Der Aufbau bildet kein Gan- rißfläche in radialer Richtung daran vorbei erstrecken zes und muß im Brennstoffelement selbst zusammen- und dieses Gitter gegen axiale Verstellung sichern, gesetzt werden. Da die Brennstoffstäbe nicht geson- In der Zeichnung sind Ausführungsformen der

dert festgehalten werden, sondern sich untereinander io Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt
abstützen, können bei einem Spiel an irgendeiner F i g. 1 eine Vorderansicht einer Hülse mit durch

Stelle alle Brennstoffstäbe in einer Richtung gedrückt erfindungsgemäße Gitter gestützten in natürlicher werden. Sind einige Stellen mit Spiel vorhanden, ad- Größe gezeichneten Brennstoffstäben,
dieren sich die Spiele, und nach kurzer Zeit kann das F i g. 2 die Hülse nach F i g. 1 in Ansicht von oben,

Bündel der Brennstoffstäbe zum Klappern kommen, 15 F i g. 3 einen Teil eines Stützgitters mit Brennstoffdas die Gefahr einer Beschädigung der Brennstoff- stäben in vergrößertem Maßstab in Ansicht von oben, stäbe nach sich zieht. Bei Schiefstellung des Reaktors F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in

im Schiffsbetrieb oder bei seitlichen Stoßen werden F i g. 3,

die Brennstoffstäbe gegeneinandergeschlagen, und F i g. 5 eine abgeänderte Ausführungsform des

die nach einer Seite gedrückten Brennstoffstäbe müs- 20 Stützgitters nach F i g. 3,

sen das ganze Gewicht des Bündels aufnehmen, was F i g. 6 und 7 eine weitere abgeänderte Ausfüh-

leicht zu einer Beschädigung der leicht verletzbaren rungsform des Stützgitters und
Oberfläche der Brennstoffstäbe führen kann. F i g. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in

Des weiteren ist ein Abstandhalter in Stegform für F i g. 7.

Kernreaktor-Brennstoffelemente mit einer Vielzahl 25 Mit 1 ist eine Hülse aus Blechmaterial bezeichnet, von Brennstoffstäben bekannt, der aus gesonderten, in der aus Bandmaterial zusammengesetzte wabenvoneinander mehr oder weniger unabhängigen Band- förmige Gitter 2 in der Nähe der Enden angeordnet stücken besteht (deutsche Auslegeschrift 1104082). sind, die durch Stützorgane 3 an Ort und Stelle ge-Der Abstandhalter bildet kein Ganzes und muß im halten werden, welche durch in der Wand der Hülse 1 Brennstoffelement selbst zusammengesetzt werden. 30 angebrachte Schrauben 4 gestützt werden. Die Bän-Die verwendeten Distanzstücke federn nur wenig, der, aus denen die Gitter 2 gebildet sind, sind in den was bei der Zusammensetzung des Abstandhalters zu Ausführungsbeispielen mäanderförmig unter einem Schwierigkeiten führt, denn Durchmesserabweichun- Winkel von 120° gebogen, paarweise um eine halbe gen der Brennstoffstäbe setzen sich kumulativ fort, so Teilung der Mäanderform gegeneinander versetzt und daß die als letzte einzuführenden Brennstoffstäbe gar 35 aneinander befestigt. Sie bilden daher ein wabenförnicht mehr oder nur unter hohem Preßdruck in den miges Gitter, durch dessen Maschen die aus mit Spalt-Abstandhalter eingeführt werden können. material 5 gefüllten dünnwandigen Röhren 6 be-

Ähnliches gilt für einen anderen bekannten Ab- stehenden Brennstoffstäbe hindurchgeführt sind. Anstandhalter in Stegform für Kernreaktor-Brennstoff- statt in Wabenform können die Gitter auch mit rechtelemente mit einer Vielzahl von Brennstoffstäben, bei 40 eckigen, rautenförmigen oder anders gebildeten vieldem die Wellenbänder nur an ihren Enden befestigt eckigen Maschen versehen sein,
sind, also sich leicht durchbiegen können und die Die gegenseitige Befestigung der Bänder besteht

Massenkräfte der Stabreihen aufeinander übertragen aus durch Einschnitte des oberen und des unteren (deutsche Auslegeschrift 1087 285). Die Federung Randes der einen Bänder gebildeten Lippen 7, die der Unterstützung der Brennstoffstäbe ist nur sehr 45 über den Boden der im oberen und im unteren Rand gering und nicht nach allen Richtungen gleich. der anderen Bänder gebildeten Aussparungen 8 hin-

Schließlich ist ein Wärmetauscher bekannt, dessen gebogen sind (s. Fig. 4 und 8). Diese Befestigung das eine Wärmeaustauschmittel führende Rohre in kann auch in anderer Weise, z. B. durch massive oder einem gitterartigen Gerüst aus Mäanderstreifen an- hohle Nietnägel, Niete, ferner durch Löten, Punktgeordnet sind (britische Patentschrift 671 875). Die 50 schweißen oder auf ähnliche Weise erfolgen.
Streifen bilden kein echtes Gitter, sondern lose aus Sowohl bei der Ausführungsform nach den Fi g. 3

zwei Streifen gebildete Fachwerke, die durch die und 4 als auch bei derjenigen nach Fig. 5 bestehen Rohre des Wärmetauschers gegeneinandergedrückt die Stützorgane 3 aus gebogenen Platten, die durch werden. Federnde Distanzstücke zwischen Gitter- Einschnitte in einen Mittelteil und in Endteile geteilt streifen und Rohren sind nicht vorhanden. 55 sind. In den Fig. 3 und 4 ist der Mittelteil 9 kreis-

Nach einem Vorschlag der Erfindung können die förmg mit einem derartigen Halbmesser gebogen, daß federnden Distanzlippen paarweise in verschiedenen eine radiale Verstellung des betreffenden Gitters Höhen teilweise aus den Bändern der Gitter gestanzt gegenüber der Hülse 1 verhindert wird. Die Endteile und zueinander gerichtet und derart aus dem Umriß 10 sind ebenfalls kreisförmig gebogen, aber sie haben der Gittermaschen nach innen gebogen sein, daß sie 60 einen größeren Halbmesser, und sie greifen über den sich paarweise kreuzen. unteren Rand und den oberen Rand des Gitter-

Ein weiterer Vorschlag der Erfindung besteht Umrisses hinweg, so daß sie das Gitter gegen axiale darin, daß die Gitter in Hülsen aus Blechmaterial an- Verstellung sichern. Die Stützorgane nach F i g. 5 geordnet sind und durch an diesen Hülsen befestigte unterscheiden sich dadurch von denjenigen nach Stützorgane an Ort und Stelle gehalten werden und 65 den Fig. 3 und 4, daß der Mittelteil für die radiale daß jedes Stützorgan aus einer Platte besteht, deren Sicherung nach außen gebogene halbkreisförmige Breite größer als diejenige der Gitterbänder ist und Lippen 11 besitzt und die Endteile 12 eine nach innen deren Ebene durch Einschnitte in einen Mittelteil gekehrte U-Form haben. Die aus dünnem Blech-

material gestanzten Stützorgane sind leicht und stark, und sie können leicht hergestellt und an der Hülse 1 befestigt werden.

Innerhalb der Maschen des Gitters erstrecken sich die Brennstoffstäbe 5, 6 mit Abstand vom Bandmaterial der Gitter. Die Stäbe werden durch aus teilweise aus dem Bandmaterial des Gitters gestanzte, als nach innen gebogene Lippen geformte Distanzstücke zentriert gehalten.

In den F i g. 3 und 4 sind diese Lippen 13 rechtwinklig umgebogen und daher radial gerichtet. Bei den Ausführungsformen nach F i g. 5 sind Streifen 14 teilweise aus dem Bandmaterial gestanzt, die an beiden Enden mit den Bändern 2 verbunden sind. Nach Fig. 6 sind die lippenförmigen Distanzstücke 15 kreisförmig gebogen, und in den F i g. 7 und 8 sind paarweise in verschiedenen Höhen zueinander gerichtete Lippen 16 aus dem Bandmaterial gestanzt, die schräg nach innen gedrückt sind und einander kreuzen. Die Lippen 16 sind mit Auswölbungen 17 versehen, die die Berührungsfläche zwischen den Brennstoffstäben und dem Gitter bis zu einem Punkt herabsetzen. Die Distanzstücke nach den F i g. 6, 7 und 8 haben gegenüber denjenigen nach den Fig. 3, 4 und 5 den Vorteil, daß sie in radialer Richtung federnd sind und daher eine bestimmte Klemmkraft auf die Röhren 6 ausüben können, wodurch die letzteren ohne Spiel in den Gittermaschen festgehalten werden.

Die netzförmigen Gitter mit Zubehör sind leicht herzustellen und stark, so daß sie aus verhältnismäßig sehr dünnem Bandmaterial, z. B. Bandmaterial mit einer Dicke von 0,2 mm, hergestellt werden können. Als Höhe der Gitter kann im vorliegenden Fall 20 mm gewählt werden. Solche Gitter leisten dem durch die Räume zwischen den Brennstoff stäben 5, 6 hindurchgeführten Moderator-Kühlmedium nahezu keinen Widerstand. Weiter haben sie auf die Neutronenökonomie wenig Einfluß. Die Berührungsfläche zwischen den Lippen 13, 14, 15 16 und den Brennstoffstäben 5, 6 kann sehr klein und durch die Aus-Wölbungen 17 nahezu punktförmig sein, so daß die Wärmemenge, die von den Brennstoffstäben unmittelbar auf die Gitter übertragen wird, gering ist und die Gitter ohne Gefahr aus weniger temperaturfestem und daher billigerem Material als die das Spaltmaterial5 enthaltenden Röhren 6 hergestellt werden können. Die Gitter können aus rostfreiem Stahl hergestellt sein, während die Röhren 6 aus einer Zirkoniumlegierung bestehen können.

Die Hülse 1 mit den Gittern 2 kann einen größeren Querschnitt aufweisen und daher mehr Brennstoffstäbe 5, 6 als in F i g. 1 und 2 dargestellt sind, enthalten. Der Reaktorkern ist aus mehreren solcher Hülsen zusammengesetzt, die an bestimmten Stellen des Kernes in einiger Entfernung voneinander angeordnet sind, um den Steuerstäben und den Meßgeräten Raum zu bieten. Die Querschnitte der Hülsen brauchen nicht denjenigen der Gittermaschen gleichförmig zu sein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Abstützvorrichtung für ein aus einem Bündel von senkrecht angeordneten und voneinander gleichmäßig beabstandeten dünnen Brennstoffstäben bestehendes Kernreaktor-Brennstoffelement, bestehend aus aus Bandmaterial zusammengesetzten Stützgittern, durch deren Maschen die Brennstoffstäbe hindurchgeführt sind, wobei das Bandmaterial der Maschen die Brennstoffstäbe mit Abstand umgibt und wobei die Brennstoffstäbe durch zwischen ihnen und dem Bandmaterial der Maschen angeordnete Distanzstücke gegen seitliche Bewegung in den Gittermaschen an Ort und Stelle gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gitter aus sich nebeneinander erstreckenden, gegeneinander um eine halbe Teilung versetzten mäander- oder zickzackförmigen und mit ihren aneinandergrenzenden Teilen miteinander befestigten Bändern besteht und daß diese Bänder Distanzstücke in Form von nach innen gebogenen federnden Lippen aufweisen, die die Brennstoffstäbe in den Maschen federnd zentriert halten.

2. Abstützvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Distanzlippen paarweise in verschiedenen Höhen teilweise aus den Bändern der Gitter gestanzt und zueinander gerichtet sind und daß sie derart aus dem Umriß der Gittermaschen nach innen gebogen sind, daß sie sich paarweise kreuzen.

3. Abstützvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter in Hülsen aus Blechmaterial angeordnet sind und durch an diesen Hülsen befestigte Stützorgane an Ort und Stelle gehalten werden und daß jedes Stützorgan aus einer Platte besteht, deren Breite größer als diejenige der Gitterbänder ist und deren Ebene durch Einschnitte in einen Mittelteil und in Endteile geteilt ist, wobei diese Teile der Platte derart gebogen sind, daß der Mittelteil derselben sich in radialer Richtung bis zur Umrißfläche des betreffenden Gitters erstreckt und dieses Gitter gegen radiale Verstellungen sichert und die Endteile sich sowohl oberhalb als auch unterhalb dieser Umrißfläche in radialer Richtung daran vorbei erstrecken und dieses Gitter gegen axiale Verstellung sichern.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 087 285,
500, 1104082;
französische Patentschrift Nr. 1259 772;
britische Patentschrift Nr. 671 375.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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