DE2512664C2 - Vorrichtung zum Halten und Stützen der Stäbe eines Stabbündels in der Hülle eines Kernreaktor-Brennelements - Google Patents

Description

>0 63 107 bekannten Konstruktion den Vorteil hat, die Strömung des Kühlmittels weniger zu stören.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Darstellung eines Teils eines Brennelements für einen Kernreaktor, das mit der ertir.dungsgcmäßen Vorrichtung zum Halten und Stützen ausgestattet ist; einige Bauteile sind der Übersichtlichkeit halber aus der Darstellung herausgezogen,

F i g. 2 eine Einzelheit eines Blockierorgans, das bei dem Brennelement gemäß F i g. 1 verwendet werden kann,

Fig.3 und 4 perspektivische Darstellungen zweier anderer Ausführungsvarianten des Blockierorgans,

Fig.5a und 5b veranschaulichen, wie der Abstand zwischen den parallelen Schienen unmittelbar durch die Stäbe selbst eingehalten wird, deren Endstopfen verschiebbar auf den Schienen gehalten sind,

F i g. 6 und 7 zwei Ausföhrungsvaräanien für Brennstäbe.

In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen t der untere Abschnitt eines Brennelements bezeichnet, das spaltbaren oder brütbaren Brennstoff enthält und insbesondere für einen Kernreaktor mit schnellen Neutronen geeignet ist In allgemein bekannter Weise besteht dieses Brennelement aus einer äußeren Hülle 2, deren Querschnitt die Form eines regelmäßigen Polygons, hier die eines Sechsecks, hat; diese Hülle, die vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl besteht, verlängert sich an ihrem unteren Ende in einem zur Stellungshalterung dienenden Fuß 3 der nur teilweise dargestellt ist, und der es gestattet, das Element vertikal zu halten, wenn es in dem Kern des Reaktors an seinem Platz eingesetzt ist. In der Zeichnung geben die Pfeile fdie Richtung der Strömung eines flüssigen Kühlmittels durch das Brennelement an; die Flüssigkeit ist im allgemeinen Natrium, das so durch den Fuß 3 und die Hülle 2 von unten nach oben in dem Brennelement strömt.

Im Inneren der Hülle 2 ist ein Stützkörper 4 für das Bündel von Stäben mit spaltbarem oder brütharem Material angeordnet, die später beschrieben werden. Dieser Stützkörper 4 ist an seinem unteren Ende als Ring ausgebildet, der an dem Fuß der Hülle 2 mit Hilfe von Schrauben Hs festgelegt ist, die um 120° um die gemeinsame Achse des Ringes 5 und der Hülle 2 versetzt sind. Der Stützkörper 4 hat eine zentrale Bohrung 6 für das Hindurchströmen des flüssigen Natrium-Kühlmittels und verlängert sich in Riciitung auf den oberen Teil der Hülle in einer zylindrisch-konischen Hülse 7, die an ihrem oberen Ende mit einem rohrförmigen Teil 8 versehen ist, der sich einerseits an die Bohrung 6 für den Natriumumlauf anschließt und andererseits eine polygonale äußere Kontur aufweist, die sich dem inneren Profil der Hülle 2 anpaßt.

Der rohrförmige Teil 8 weist in seiner äußeren Oberfläche eine nach außen offene Nut 9 auf, die sich über den ganzen Umfang des Teiles 8 erstreckt, oder für den Fall, daß dieser Körper im Inneren einer Hülle 2 mit einem Sechseckquerschnitt eingebaut ist, nur längs zweier Halbnuten 9a und 9b, die diametral einander gegenüberliegen und sich jeweils nur über zwei- benachbarte Seiten des Querschniitsechsecks erstrecken. Diese Nut 9 ist in ihrem oberen Teil durch einen ebenen Flansch 10 begrenzt, der sich in Richtung auf die innere Oberfläche der Hülle Ί erstreckt, aber bis auf einen Abstand, der etwas kleiner als der des Körpers des Teiles 8 ist.

Die Brennclementhülle 2 umgibt ein Bündel von Brennstofrstaben 11. In bekannter Weise haben diese Brennstoffstäbe 11 eine äußere Hülle, insbesondere aus Stahl, die an ihren beiden Enden durch Stopfen 12 abgeschlossen ist. Diese Stopfen haben eine Quernut 13. die es gestattet, die Stäbe 11 in Form von parallelen Reihen oder Lagen von Stäben anzuordnen, indem man die Nut auf eine Rippe 14 einer Schiene 15 aufzieht Die Gesamtheit des Stabbündels benötigt eine Reihe von Schienen 15, die parallel zueinander sind; jede dieser Schienen trägt eine Reihe oder Lage von Stäben, die auf der Schiene durch ihre Nut gehalten und auf der entsprechenden Rippe 14 verschiebbar sind; der Abstand t5 der Stäbe in jeder Reihe oder Lage wird durch einen Draht lla gewährleistet, der schraubenlinienförmig auf der äußeren Oberfläche der Umkleidung dieser Stäbe aufgewickelt ist.

Um das Stützen und Halten der Stäbe 11 durch den Bauteil 8 im Inneren der Hülle 2 zu gewährleisten, gleichzeitig mit dem Festhalten dies« Stäbe in ihrer gegenseitigen Lage unter Benutzung der Schienen 15, hat jede Schiene zwei seitliche Verlängerungen 16, die sich in den Raum erstrecken, der zwischen der HC'le 2 und dem Flansch 10 frei geblieben ist und die in einem zurückspungenden Teil 17 enden, der sich hinter dem Flansch 10 in das Innere der Nut 9 derart einfügen kann, daß das Zusammenwirken dieses zurückspringenden Teils 17 mit der Nut 9 es gestattet, die Schienen 15 und infolgedessen die Stäbe 11, welche diese Schienen halten, in vertikaler Richtung festzulegen. Außerdem und entsprechend einer vorteilhaften Anordnung werden die parallelen Schienen 15, nachdem sie einmal relativ zu der Nut 9 in der oben angegebenen Weise festgelegt sind, in ihrer Stellung durch ein Blockierorgan blockiert, für das die F i g. 2 bis 4 unterschiedliche Ausführungsvarianien zeigen.

In dem Fall, der durch die Fig.2 veranschaulicht ist, erfolgt das Blockieren der die Stäbe 11 tragenden Schienen mit Hilfe von zwei Kämmen 18, die in die zwei Hai¹ nuten 9a und 9b eingreifen, die einander diametral gegenüber in dem Bauteil 8 eingearbeitet sind; jeder dieser Kämme 18 hat Zähne 19, die voneinander durch Schlitze 20 getrennt sind, die nach dem oberen Teil der Hülle 2 gerichtet sind und deren Ebene derjenigen der Schienen 15 entspricht. Unter diesen Bedingungen blokkiert das Eingreifen des Kammes 18 zwischen die Schienen 15 gleichzeitig mit einer Einstellung dieser Schienen in den Spalten 20 zwischen den Zähnen 19 die gesamte Anordnung relativ zu dem Bauteil 8 und infolgedessen zu der Brennelememhülle.

In der Variante gemäß F i g. 3 ist jeder Schiene 15 ein seitlicher Klotz 21 zugeordnet, der in dem Raum sitzt, der zwei benachbarte Schienen trennt. Je nach dem vorliegenden Fall körnen diese Klötze an den Schienen durch Schweißen der Hartlöten vor dem Zusammenbau festgelegt werden, oder nach Einfügen der Schienen in die Nut 9, wobei die Befestigung dieser Klötze an den Schienen erfolgt, ν,ύηη der Zusammenbau beendet ist. bo Als eine .veitere Variante, wie sie in Fig.4 veranschaulicht ist, können die Schienen 15 in ihren zurückspringenden Teilen 17, die in die Nut 9 einbringen, einen Ansatz oder einen Qucrwinkel 23 haben, der als Abstandshalter /.wischen zwei benachbarten Schienen b5 dient und so die gleiche Rolle spielt wie die Klötze 21 der F i g. 3.

Die F i g. 5a veranschaulicht einen schematischen Schnitt quer zur Achse der Stäbe bei einem Teil eines

Bündels, in dem die Stäbe Il mit ihrem Endstopfen auf den Schienen 15 in der bereits geschilderten Weise festgelegt sind. In diesem Falle sieht man indessen, daß, wenn die Schienen selbst nicht relativ zu dem Stützkörper blockiert sind. Verschiebungen und Vibrationen in ■> Richtung der Pfeile mit allen Konsequenzen möglich sind, die sich dadurch für den geometrischen Aufbau des Stabbündels ergeben. Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, kann man nach einer in F i g. 5b veranschaulichten Anordnung eine Abstandsabstützung der Stäbe von einer Reihe oder Lage zur anderen und infolgedessen das Blockieren der Schienen erzielen, welche diese Stäbe halten, indem man die Drähte 11a relativ zu ihrem Befestigungspunkt auf den Endstopfen um 60" zur Achse der Stäbe derart versetzt, daß diese Drähte die Ab-Standshaltung zwischen den Stäben gewährleisten, nicht nur in jeder Reihe oder Lage, aber auch zwischen einer Reihe oder Lage und der anderen. Bei der Variante nach F i g. 6 ist die Querabstützung der Stäbe unmittelbar auf der Höhe der Stopfen 12 durchgeführt, indem diese Stopfen ein DurchmesserübermaB 12a haben, das den gegenseitigen Kontakt der Stäbe in benachbarten Lagen oder Reihen gewährleistet. In der F i g. 7 schließlich ist das Durchmesserübermaß 12<? des Stopfens 12 mit einem prismatischen Profil und angeflachten Seitenflächen \2bausgeführt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Halten und Stützen der Stäbe eines Stabbündels in der Hülle eines Kernreaktor-Brennelements, mit einem koaxial an der Basis der vertikal angeordneten Hülle sitzenden Stützkörper für eine Gruppe paralleler Schienen, auf deren Enden Nuten gleiten, die in den Stopfen einer Lage oder Reihe der Stäbe des Bündels vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (4) eine äußere zum Umfang hin offene Nut (9) aufweist, die mit Ankuppelfüßen (16) zusammenwirkt, welche die seitlichen Enden der Schienen (15) verlängern und einen zurückspringenden Teil (17) aufweisen, der in die Nut (9) eingreift

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Abstand zwischen den parallelen Schienen (15) durch Blockierorgane festgelegt ist. die in die Nut (9) in den Zwischenraum eindringen, der zwei aufeinanderfolgende zurückspringende Teile (17) zweier benachbarter Schienen (15) trennt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Blockierorgane Kämme (13) sind, die in der Nut (9) unter den Ankuppelfüßen (16) der Schienen (15) eingebaut sind und Zähne (19) aufweisen, die zwischen diese Füße eingreifen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Blockierorgane Klötze (21) oder ähnliche Teile (23) umfassen, die jeweils an der einen Seite einer Schiene (15) festgelegt sind oder auch unabhängig von den.Schiene - erst bei der Montage nach dem Eingreifen der Schienenfüße (16) in die Nut (9) an der Schiene (15) d rch Schweißen oder Hartlöten befestigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den parallelen Schienen (15) durch Abstandshalteorgane festgelegt ist, die mit den Stäben (11) des Bündels unmittelbar verbunden sind und einen konstanten Abstand zwischen einer Reihe oder Lage von Stäben (11), die von einer Schiene (15) getragen werden, und einer Reihe oder Lage von Stäben (11), die von einer der benachbarten parallelen Schienen (15) getragen werden, halten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshaltcorganc schraubenlinienförmig in einer Schraubenlinie mit konstanter Steigung auf die äußere Oberfläche jedes Stabes (11) aufgewickelte Drähte (Uabsind, die an ihrem Ende an dem Stopfen des Stabes (11) festgelegt sind, wobei der anfängliche Befestigungspunkt des Drahtes (11a; jedes Stabes (11) relativ zur Ebene der Schiene (15) um 60° um die Achse versetzt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Abslandshalteorgane aus einem größeren Durchmesser des tndstopfcns (12) gebildet sind, wobei die Endstopfen (12) einer Reihe oder Lage in Berührung mit dem Endstopfen (12) der benachbarten Reihe oder Lage sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit größerem Durchmesser ausgeführten Teile der Endstopfen (12) ein zylindrisches oder prismatisches Profil(\2a)aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 15 89 663 und der FR-OS 20 63 107 bekannt

Durch die Vorrichtung soll die gegenseitige Lage der parallelen Brennstoffstäbe eines Bündels gewährleistet werden. Diese Brennstoffstäbe enthalten hm allgemeinen spaltbares oder Brutmaterial in einem Mantel aus ίο rostfreiem Stahl. Das Stabbündel ist vertikal in einer Hülle mit polygonalem Querschnitt angeordnet die an ihrem oberen Ende offen und an ihrem unteren Ende mit einem Stützkörper versehen ist; die gesamte Einheit aus der Hülle und dem Stabbündel wird allgemein mit Kernreaktor-Brennelement bezeichnet

Es ist bekannt daß der Kern eines Kernreaktors, insbesondere eines Reaktors mit schnellen Neutronen, aus der Nebeneinanderanordnung einer Reihe ven Brennelementen dieser Art besteht, die von einer Tragplatte unterstützt werden, die gelocht ist und in deren Löcher sich die Füße der Brennelemente einfügen und es möglich machen, daß sich diese Brennelemente vertikal ausdehnen können. Die Brennelemente werden während des Betriebes des Reaktors durch dauernde Zirkulation eines flüssigen Metalls gekühlt im allgemeinen durch Natrium, das in die Brennelemente von ihren Füßen her unter der Tragplatleeinlritt und von unten nach oben in den Brennelementhüllen in Berührung mit dem Stabbündel fließt, das von der Hülle umschlossen ist. Die jo Stäbe müssen infolgedessen in geeigneter Weise in ihren jeweiligen Elementhüllen festgehalten werden, insbesondere derart, daß sie parallel bleiben, damit sie zwischen sich geeignete Durchlaßquerschnitte für das Kühlmittel lassen, um so ein gleichmäßiges Kühlen des Bündels zu gewährleisten und schließlich müssen sie den mechanischen Vibrationen standhalten, die durch das Fließen des flüssigen Natriums erzeugt werden.

Um das Ankuppeln und das Festhalten der Stäbe des Bündels im Inneren einer BrenK.;!imenthülle zu gewährleistcn sind bei der aus der FR-OS 20 63 107 bekannten Vorrichtung zwei an dem fest mit der Hülle verbundenen Stülzkörper befestigte parallele Spindeln vorgesehen, die quer zur Kühlmittelströmungsrichtung liegen und die parallelen Schienen tragen, die senkrecht zu den Spindeln angeordnet sind und auf diesen gleiten können. Dabei ist es wünschenswert, der aus Spindeln und parallelen Schienen bestehenden Ankuppelvorrichtung zumindest c>n seitliches Blockierelement in Form eines Kammes hinzuzufügen, der über dem Stützkörper und unter den Schienen angeordnet wird und dessen Zähne geeignet sind, sich zwischen die aufeinanderfolgenden Schienen einzufügen, um diese auf den Spindeln mit einem bestimmten gegenseitigen Abstand festzulegen, der während des Betriebes des Reaktors im wesentliehen gleich bleibt.

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung der beschriebenen Vorrichtung zum Halten und Stützen der Stäbe in Bezug auf die Festlegung der Schienen und die Erleichterung des Zusammenbaus des bo Brennelements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranrprüchen 2 bis 8 gekennzeichnet.

Man erzielt dank der erfindungsgemäßen Konstruktion eine sehr einfach ausgebildete Halte- und Stützvorrichtung, die zudem gegenüber der aus der FR-OS