Brennstabanordnung mit einem Leitrohr und Abstandshaltern für heterogene Kernreaktoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstaban- ordnung mit einem Leitrohr und Abstandshaltern für heterogene Kernreaktoren.
Derartige Konstruktionen werden insbesondere für gasgekühlte Kernreaktoren verwendet. Wie bei anderen Brennelementen ohne Leitrohr sind auch hier sogenann- te Abstandshalter notwendig, damit eine unzulässige Verbiegung einzelner Brennstäbe und damit eine Stö rung in der Kühlmittelströmung vermieden wird. In dieser Hinsicht sind insbesondere die Brennstäbe in der Randzone gefährdet, da dort einmal eine höhere Wär meerzeugung stattfindet, aber zum anderen bei bisher üblichen Brennelement- und Abstandshalterkonstruktio- nen dieser Tatsache nur schlecht angepasste Strömungs querschnitte entsprechen.
Aufgabe und Ziel der vorlie genden Erfindung ist nun die Konstruktion einer neu artigen Brennstabanordnung, die eine gleichmässige Kühlung der äusseren Brennstäbe auf ihrem ganzen Um fang gewährleistet und zudem mit einfachen Mitteln und sparsamem Materialverbrauch eine einwandfreie Halterung der Brennstäbe in ihren Abstandshaltern ge währleistet.
Erfindungsgemäss besteht die Brennstabanordnung mit einem Leitrohr und Abstandshaltern aus in einer Ebene angeordneten, an ihren Seitenflächen miteinander verbundenen sechseckigen Röhrchen, deren jedes einen Brennstab umfasst und diesen durch aus dem Röhrchen material herausgearbeitete Vorsprünge zentriert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Er findung anhand der Fig. 1 bis 8 beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch ein Brennelement in Höhe eines Abstandshalters. Das Leitrohr ist dabei mit 1, die Brennstäbe selbst mit 2 bezeichnet. Der Ab standshalter besteht aus sechseckigen Röhrchen 3, die an den aneinander stossenden Flächen miteinander ver bunden, zweckmässigerweise verlötet sind. Gegenüber einer Punktschweissung wird durch eine Lötung eine bessere Eigensteifigkeit des gesamten Abstandshalterge- bildes erzielt.
Entsprechend der Form dieses Abstands- haltergebildes ist nun das Leitrohr auf seiner Innenseite ausgefräst, wodurch eine gleichmässige Kühlmittelfüh- rung und eine sichere Führung des Abstandshaltergitters erzielt wird. Eine Befestigungsmöglichkeit dieses Ab standshaltergitters im Leitrohr ist aus der Fig. 2 zu er sehen.
Sie geschieht dort beispielsweise über Bolzen 6, die in entsprechenden Bohrungen des Leitrohres 1 gelagert und mit dem Abstandshaltergitter aussen verschweisst sind. Aus dieser Fig. 2, die ebenfalls einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Abstandshalter zeigt, ist in der linken Hälfte b eine andere Aussenform der äusseren Abstandshaltermaschen gezeigt, die sich an die bisher übliche runde Ausfräsung der Leitrohrinnenwand anschmiegt. Es ist hierzu insbesondere auch ein äusse- rer Spannring 7 vorgesehen, wie er auch bei den anderen Ausführungen empfehlenswert ist.
Aus fertigungstech nischen Gründen dürfte jedoch die äussere Form des Abstandshaltergitters gemäss Fig. 1 und Fig. 2a vorzu ziehen sein. Innerhalb jeder Masche bzw. jedes Sechs kantröhrchens befinden sich die starren Anlagepunkte oder Vorsprünge 4 und die federnden Vorsprünge 5. Die starren Vorsprünge werden dabei entweder aus den Flächen oder aus den Ecken herausgearbeitet, zweck- mässigerweise durch Prägung, da durch dieses Verfah ren ein nachträgliches Abrunden der Kanten vermieden werden kann.
Die Fig. 4 bis 8 zeigen nun in perspektivischer Dar stellung einige Ausführungsmöglichkeiten der einzelnen Sechskantröhrchen oder Maschen des Abstandshalter- gitters. Nach Fig. 4 sind nur starre Vorsprünge 31 bzw. 32 vorgesehen. Dabei sind die Vorsprünge 31 als Paare ausgebildet und zwar an um 120 gegeneinander versetzten Ecken des Röhrchens, dergestalt, dass der obere und der untere Rand dementsprechend einge drückt ist. Sie ergeben eine schwingungsstabile Lage rung des umfassten Brennstabes.
Die Anordnung nur eines Vorsprunges 32 ist auf Grund der höheren Flä chenbelastung des Brennstabes nicht so vorteilhaft. Fig. 5 zeigt ein Sechskantröhrchen, bei dem die Vorsprünge aus den Flächen herausgearbeitet sind. Die se Vorsprünge 33 befinden sich wieder am oberen und unteren Rand der Masche, ihnen gegenüber eine federn de Ausprägung 34, mit deren Hilfe etwaige Durchmes- sertoleranzen der Brennstäbe besser aufgenommen wer den können.
Dadurch wird auch in vertikaler Richtung eine Dreipunktlagerung jedes Brennstabes innerhalb der Abstandshalterebene geschaffen. Dieses Beispiel zeigt ausserdem eine Reihe von seitlichen Durchbrechungen 35 des Röhrchens, die einmal der Materialeinsparung und damit der Verminderung der schädlichen Neutro nenabsorption und zum anderen auch dem Kühlmittel- austausch zwischen benachbarten Maschen dienen.
Die Fig. 6 zeigt ein Sechskantröhrchen mit nur fe dernden Vorsprüngen, die aus Eckpartien des Röhr chens ausgeprägt sind (39). Ihre Verbindung ist jedoch auf der einen Seite mit dem Röhrchen gelöst, so dass sie als federnde Abstandshalterfahnen nach innen vorsprin gen.
Die Vorsprünge können jedoch auch in Gestalt von durchgehenden Sicken 38 gemäss Fig. 7 ausgeführt sein. Diese schräge Anordnung der Sicken trägt zusätz lich noch dazu bei, dem Kühlmittel eine längere Füh- rung zu seiner teilweisen Umlenkung und Verwirbe- lung zu geben.
Fig. 8 zeigt Sicken 40, die in axialer Richtung hier an den Eckpunkten des Sechseckröhrchens angebracht sind. Da hier die Sicken achsparallel verlaufen, ergibt sich eine linienförmige Berührung mit dem Brennstab, während es nach Fig. 7 nur eine punktförmige Berüh- rung gibt, die vom kühltechnischen Standpunkt aus vor zuziehen ist.
Es sind jedoch auch noch andere Berührungsmög- lichkeiten zwischen dem Abstandshaltergitter und den Brennstäben möglich, so können die Vorsprünge aus abgebogenen Röhrchenteilen bestehen, wie es in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Nach der Fig. 2 ist es jeweils nur ein Anlagepunkt, der aus abgewinkelten Seitenflächen der Röhrchen besteht.
Nach Fig. 3 sind alle drei Anlage punkte oder Vorsprünge aus derartigen abgebogenen Maschenflächen ausgebildet, wobei hier die so abgebo genen Abstandshalterfahnen durch Verschränken vor stehender Maschenflächen entstanden sind. Die Sechs eckmaschenstege 37 können nach Fig. 3 noch eine Ver längerung 37a für die Anlage an den Brennstäben be sitzen.
Sie können jedoch auch gemäss Fig. 3b nur mit einer geradlinigen Oberkante versehen sein, die durch eine leichte Abrundung eine gleitende Berührung mit der Brennstaboberfläche ermöglicht.
Diese Vielzahl der gezeigten Abstützungsmöglich- keiten der Brennstäbe innerhalb der Abstandshalter- maschen zeigt, dass es auf der Grundbasis der vorliegen den Erfindung möglich ist bzw. sein dürfte, allen kon struktiven Gegebenheiten eines derartigen Brennelemen tes, insbesondere auch hinsichtlich der Auslegung der Hüllrohre, durch entsprechende Formgebung der An lagepunkte Rechnung zu tragen.
Allen derartigen Kon struktionen ist aber immer gemeinsam, dass das Ab standshaltergitter trotz verhältnismässig geringen Ma terialaufwandes eine grosse mechanische Stabilität be sitzt und somit auch in der Lage ist, die Brennstäbe des Brennelementes zuverlässig auf den vorgegebenen Ab ständen zu halten.
Es kommt dabei hinzu, dass auch die Brennstäbe der Randzone auf ihrem ganzen Umfang mit einem relativ gleichmässig quantitativen Anteil der Kühlströmung beaufschlagt sind, so dass Verbiegungen durch unterschiedliche Wärmeabfuhr nicht mehr mög lich sind. Dabei sei darauf hingewiesen, dass es zur wei teren Materialeinsparung bei gleichzeitiger Erhaltung der Festigkeitseigenschaften möglich ist, die Höhe der Randmaschen nach aussen hin zu verkleinern.
Als Materialien für diese Art von Abstandshaltern kommen wie üblich im wesentlichen nur solche in Frage, die möglichst wenig Neutronen absorbieren. Als zweiter Gesichtspunkt für die Materialwahl kommt die Festig keit und die Korrosionsbeständigkeit bei höheren Kühl mitteltemperaturen in Frage.
Insbesondere bei gasge- kühlten Reaktoren, bei denen nach besonders hohen Kühlgastemperaturen gestrebt wird, kommt im wesent lichen praktisch nur rostfreier Stahl oder eine hoch warmfeste Nickellegierung, wie z. B. Inconel> für die sen Zweck in Frage.
Dadurch dass bei dieser Abstands- halterkonstruktion sozusagen jeder Brennstab seine in dividuelle Einzelabstandshalter besitzt, ist auch eine in- dividuelle Justierung der einzelnen Brennstäbe in jeder Abstandshaltermasche möglich, womit eine weitere An passung und Vergleichmüssigung der Kühlwirkung des Kühlmittels über den gesamten Brennstabquerschnitt ge sehen erreicht werden kann.
Die Fertigung dieser Ab- standshalterkonstruktion bereitet ebenfalls keine Schwie rigkeiten, da die einzelnen Maschen in sehr grossen Serien und dabei mit sehr hoher Genauigkeit maschinell hergestellt werden können. Nachdem auch beim Ein- führen der Brennstäbe in die einzelnen Maschen keine Beeinflussung der Nachbarmaschen möglich ist, stösst auch der Zusammenbau eines mit derartigen Ab standshallern ausgerüsteten Brennelementes auf keine besonderen Schwierigkeiten.
Diese Abstandshalterkon- struktion erfüllt somit alle an eine derartige Einrichtung vom Herstellungs- und Verwendungsstandpunkt zu stel lenden Forderungen.