DE1789082C - Vorrichtung zur Halterung mehrerer langgestreckter, Brennstoffelemente auf nehmender Behalter in einem Druckbehälter eines Atomkernreaktors Ausscheidung aus 1489920 - Google Patents

Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffbehälter (26) je- 25

weils von den Halterungen (28) herabhängen und Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung daß ihre Unterseilen jeweils in quer zur Längs- zur Halterung mehrerer langgestreckter, Brennstoffrichtung verlaufenden Richtungen bewegbar sind. elemente aufnehmender Behälter im Bereich des

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- Kerns in einem Druckbehälter eines Atomkernreakdurch gekennzeichnet, daß die Behälter (26) 30 tors, wobei außerhalb der Energie liefernden Zone oben und unten offen sind, erste Einrichtungen des Kerns befindliche Halterungen vorgesehen sind, (188) enthalten, die die Brennstoffelemente (24) welche die außerhalb dieser Kernzone liegenden Abin ihnen nächst einem Ende abstützen, und schnitte der Brennstoffbehälter an nur einem ihrer zweite Einrichtungen (176, 200) enthalten, die Enden umfassen und wobei die Halterungen durch die Abstände zwischen den Brennstoffelememen 35 eine Gitterstruktur gebildet sind, in deren öffnungen (24) über deren gesamte Länge aufrechterhalten. jeweils ein Behälter paßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- Eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art kennzeichnet, daß die Behälter (26) dritte Ein- ist bereits bekannt (deutsche Gebrauchsmuster richtungen (178, 190) enthalten, die eine Drehbe- 1 868 396). Bei dieser bekannten Vorrichtung sind wegung der Brennstoffelemente (24) um ihre 40 die die Brennstoffelemente aufnehmenden Behälter Achse verhindern. jeweils über ihre gesamte Länge von einem Modera-

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da- tor gefüllten Raum aufgenommen, der praktisch durch gekennzeichnet, daß die Brennstoffele- keine seitlichen Bewegungen der Brennstoffbehälter mente (24) Schlitze (186) an ihren nicht abge- im Bereich des Kerns des Druckbehälters des Atomstützten Enden aufweisen und daß in diese 45 kernreaktors zuläßt. Damit ist es aber bei der betref-Schlitze (186) eine Vielzahl von im wesentlichen fenden bekannten Vorrichtung erforderlich, mit Anparallelen Abstandsstreifen (178) eingesetzt ist, steigen der Kerntemperatur und entsprechender Erdie die betreffenden nicht abgestützten Enden der höhung der Reaktivität des Atomkernreaktors geson-Brennstoffelemente (24) auf eine seitliche Bewe- derte Maßnahmen zu treffen, um diese Temperatur gung in einer Ebene beschränken. 50 bzw. Reaktivität wieder auf einen gewünschten Wert

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- zurückzuführen. Dies bedeutet aber in nachteiliger kennzeichnet, daß die Schlitze (186) so tief sind, Weise einen zusätzlichen Steueraufwand.

daß sich die Brennstoffelemente (24) auch bei Es ist ferner ein Reaktor mit schnellem Neutro-

thermisch bedingtem axialem Ausdehnen oder nenspektrum bekannt (französische Patentschrift Zusammenziehen nicht aus ihnen lösen. 55 1 322 563), bei dem langgestreckte Brennstoffele-

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, da- mente aufnehmende Behälter vorgesehen sind, die durch gekennzeichnet, daß die Brennstoffele- ebenfalls über ihre gesamte Länge umgeben sind, so mente (24) auch an ihren abgestützten Enden daß die vorstehend aufgezeigten Schwierigkeiten Schlitze (194) aufweisen, daß diese Schlitze (194) auch hierbei auftreten.

um etwa 90° in bezug auf die Schlitze (186) an 60 Es ist außerdem bereits ein mehrere langge-

den abgestützten Enden der Brennstoffelemente streckte Brennstoffelemente aufnehmender Behälter

(24) versetzt sind und von Abstandsstreifen (190) bekannt (französische Patentschrift 1255 816), der

aufgenommen sind, die zwischen den Wänden an seinen beiden gegenüberliegenden Enden offen

der Behälter (26) parallel zueinander verlaufen. ist. In diesem Zusammenhang ist es ferner bekannt,

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 65 daß innerhalb des Behälters Einrichtungen vorgesebis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter hen sind, die die Brennstoffelemente nahe des einen (26) jeweils einen rechteckigen Querschnitt auf- Behälterendes abstützen, und außerdem sind Einrichweisen und daß die Behälter (26) von sie eng um- tungen vorgesehen, die die Abstände zwischen den

Brennstoffelementen über deren gesamte Länge aufrechterhalten. Über die Halterung des betreffenden Behälters in einem Druckbehälter eines Atomkernreaktors ist in dem gerade betrachteten Zusammenhang nichts bekannt

Es ist schließlich auch schon eine Anzahl von Kernreaktoren bekannt, die jeweils einen- langgestreckte Brennstoffelemente aufnehmenden Behälter aufweisen (»Directory of Nuclear Reactors«, Volume IV, Wien 1962, s.60, 61, 66, 67, 92, 93, 98, 99, 110, 111, 240, 241) und bei denen jeweils der Behälter innerhalb des Reaktorkerns an seinen beiden Enden festgehalten isL Dazu dienen normalerweise ein oberes Gitter oder eine obere Tragplatte und ein unteres Gitter bzw. eine untere Tragplatte. Damit ist auch bei diesen bekannten Atomkernreaktoren die Lage des jeweils Brennstoffelemente aufnehmenden Behälters im Bereich des Kerns eines Druckbehälters stets festgelegt, so daß mit Ansteigen der Kerntemperatur und der Reaktivität des Atomkernreaktors hier die gleichen Schwierigkeiten auftreten, die im Zusammenhang mit der eingangs betrachteten bekannten Vorrichtung aufgezeigt worden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzugehen ist, damit mit Ansteigen der Temperatur des Kerns auf relativ einfache Weise die Reaktivität des Atomkernreaktors abgesenkt werden kann, ohne daß dazu noch gesonderte Steuermaßnahmen auszuführen sind.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß der Reaktorkern in an sich bekannter Weise ein schnelles Neutronen spektrum aufweist, daß in den Brennstoffbehältern in ebenfalls an sich bekannter Weise mehrere Brennstoffelemente angeordnet sind und daß die Halterungen die Behälter über die ganze Länge ihrer außerhalb der Energie liefernden Zone des Kerns liegenden Abschnitte umfassen.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mit relativ geringem konstruktiven Aufwand erreicht ist, daß mit Ansteigen der Kerntemperatur die Behälter im Bereich des Kernes sich voneinander wegbiegen und derart erweitern, daß sich der effektive Abstand der Brennstoffelemente erhöht und dementsprechend die Reaktivität des AtomkernreaHors absinkt. Hierzu sind also, mit anderen Worten ausgedrückt, keine zusätzlichen Steuermaßnahmen erforderlich, sondern es werden in vorteilhafter Weise ohnehin vorzusehende Einrichtungen mitausgenutzt. Dadurch, daß die Reaktivität des Atomkernreaktors einen negativen Temperaturkoeffizienten erhält, ergibt sich der weitere Vorteil, daß der Atomkernreaktor ohne zusätzliche Hilfsmittel sicher betrieben werden kann.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Merkmale eier Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Zeichnungen.

F i g. 1 zeigt in einer Schnittansicht eine Vorrichtung zur Halterung mehrerer langgestreckter, Brennstoffelemente aufnehmender Behälter gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung von der Unterseite her betrachtet;

F i g. 4 zeigt in einer perspektivischen Teilschnittansicht den oberen Teil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt im

wesentlichen Halterungen 28 in Form eines sogenannten Tragrostes, d.h. in Form einer Gitterstruktur, wie dies in Fig.2 angedeutet ist, und von den Halterungen 28 jeweils aufgenommene Brennstoffbehälter 26. Die Brennstoffbehälter 26 und die diese

ίο aufnehmenden Halterungen 28 besitzen jeweils einen rechteckigen Querschnitt, wie dies insbesondere aus Fig.2 und3 hervorgeht. Die Halterungen 28 bestehen jeweils aus vier senkrecht zueinander stehenden Platten 94, die in vertikaler Richtung verlaufen und

die eine öffnung 96 begrenzen, von welcher ein Brennstoffbehälter 26 aufgenommen ist. Zwischen den Außenseiten des Brennstoffbehälters 26 und den die erwähnte öffnung 96 begrenzenden Innenseiten der Platten 94 besteht nur ein sehr kleiner Zwischen-

ao raum; dies bedeutet, daß die Brennstoffbehälter 26 in den entsprechenden öffnungen der Halterungen 28 eng anliegend aufgenommen sind.

An ihren oberen Enden (unter Zugrundelegung der Ansicht gemäß Fig. 1) weisen die Halterungen

28 jeweils ein Buchsenteil 150 auf, das über Streben 152 mit den Ecken der Platten 94 verbunden ist. Die Buchsenteile 150 verlaufen dabei jeweils in vertikaler Richtung. Von dem zylindrisch ausgebildeten Buchsenteil 150 ist eine Buchse 156 aufgenommen, die

über vier Streben 158 mit jeweils einem Brennstoffbehälter 26 verbunden ist. Die zuletzt genannten Streben 158 fluchten, wie dies aus Fig. 2 und4 deutlich hervorgeht, zu den oben erwähnten Streben 152. In der Buchse 156 ist ein Mittelbolzen 164 aufge-

nommen, der an seinem unteren Ende ein Keilteil

166 trägt, um dessen Umfang herum eine Anzahl von

runden Löchern 170 vorgesehen ist. Im vorliegenden

Fall sind acht derartige Löcher 170 vorgesehen.

In der Nähe des oberen offenen Endes des an sei-

nen beiden gegenüberliegenden Enden offenen Brennstoffbehälters 26 ist ein nach innen vorstehender Längsflansch 172 vorgesehen, dessen innere Ringkante abgeschrägt ist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das Keilteil 166 mit einem nach

außen vorstehenden Ringflansch 168 an dem zuvor erwähnten Ringflansch 172 anzuliegen vermag. Wird der Mittelbolzen 164 unter Zugrundelegung der Ansicht gemäß F i g. 1 nach oben bewegt, und zwar durch Drehung des an dem oberen Ende des betref-

fenden Keilteiles 166 vorgesehenen Schraubteiles 162 in der in diesem Bereich ein Innengewinde und ein Außengewinde 160 tragenden Buchse 156, so übt der nach außen vorstehende Ringflansch 168 des Keilteiles 166 eine Druckwirkung auf den nach innen vor-

stehenden Ringflansch 172 aus, wodurch ein entsprechender Druck auf den Brennstoffbehälter 26 in dem betrachteten Bereich ausgeübt wird.

Neben den vorstehend betrachteten Elementen, die praktisch als Klemmelemente anzusehen sind, weist

6n der jeweilige Brennstoffbehälter 26 an einer Stelle unterhalb seiner jeweiligen Oberseite auf jeder seiner Außenseiten noch einen Knopf 174 auf. Diese Knöpfe 174 legen die Stelle fest, bis zu der der jeweilige Brennstoffbehälter 26 von einer Halterung 28

umschlossen ist. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Halterungen 28 die Brennstoffbehälter 26 jeweils über die gesamte Länge ihrer außerhalb der Energie liefernden Zone des Kernes liegenden

Abschnitte umfassen. Bei dieser Anordnung ist der daß die einzelnen Brennstoffelemente 24 gegen jede

obere Teil des jeweiligen Brennstoffbehälteis 26 von merkliche Verdrehung um ihre Längsachsen in dem

einer Halterung 28 aufgenommen, d. h. er hängt von jeweiligen Brennstoffbehälter 26 gesichert sind,

dieser herab, und der untere Teil des jeweiligen Wie in Fig. 1 angedeutet, können in dem mittle-

Brennstoffbehälters 26 ist im Hinblick auf die Aus- S ren Teil des jeweiligen Brennstoffbehälters 26 noch

führung einer Querbewegung nicht behindert. weitere bienenwabenartige Distanzelemente 200 vor-

In dem jeweiligen Brennstoffbehälter 26 ist eine gesehen sein, um den Querabstand der Brennstoffele-

Anzahl von Brennstoffelementen bzw. Brennstoffstä- mente 24 zueinander aufrechtzuerhalten.

ben 24 untergebracht, bei denen als Brennstoff z. B. Bezüglich der von den Brennstoffbehältern 26 je-

ein Gemisch aus U 238, Pu 239 und Pu 240 verwen- io weils aufgenommenen Brennstoffelemente. 24 sei

det wird. Die Brennstoffelemente 24 weisen jeweils noch bemerkt, daß diese lediglich von den Abstands-

einen oberen Ansatz 182 mit einer sich daran an- bändern 190 des unteren Abstandshalters 188 abge-

schließenden Verlängerung 184 und einen unteren stützt werden. Die in den Verlängerungen 184 an den

Ansatz 192 auf. Die Verlängerungen 184 und die un- oberen Ansätzen 182 der Brennstoffstäbe 24 jeweils

teren Ansätze 192 der Brennstoffstäbe 24 sind je- 15 vorgesehenen Schlitze 186 können dabei tief genug

weils mit Schlitzen 186 bzw. 194 versehen. Die be- sein, um eine gewisse Dehnung bzw. Zusammenzie-

treffenden Schlitze 186 und 194 verlaufen jeweils in hung der Brennstoffelemente 24 in Längsrichtung zu

einer Ebene, die parallel zur Längsachse des jeweili- gestatten, ohne daß die Abstandsbänder 178 dabei

gen Brennstoffstabes 24 verläuft. Dabei verlaufen die aus den betreffenden Schlitzen 186 heraustreten.

Schlitze 186 senkrecht zu den Schlitzen 194. 20 Im Hinblick auf die unteren Ansätze 192 der

Die Brennstoffstäbe 24 sind innerhalb des jeweili- Brennstoffelemente ist noch zu bemerken, daß es gen Brennstoffbehälters 26 mit den die an ihren obe- sich als zweckmäßig herausgestellt hat, diese Ansätze ren Enden vorhandenen Verlängerungen 184 durch- und damit die Stellen, an denen die Brennstoffeleziehenden Schlitzen 186 von Abstandsbändern 178 mente 24 jeweils abgestützt sind, aufzurauhen. Diese eines Distanzhalters 176 durchzogen. Im vorliegen- 25 Aufrauhung wirkt sich nämlich sehr günstig auf den den Fall sind zehn parallele Abstandsbänder 178 Wärmeübergang von dem jeweiligen Brennstoffelevorgesehen, die durch zwei Querbänder 180 versteift ment 24 auf ein Kühlmittel aus, welches durch in den sind. Diese Querbänder 180 verlaufen dabei senk- Zeichnungen nicht näher dargestellten Anordnungen recht zu den Abstandsbändern 178. Die Abstands- abgegeben und in einer solchen Richtung durch die bänder 178 und die Querbänder 1Ä0 sind derart an ₃₀ Brennstoffbehälter 26 geleitet wird, daß es in die Endem jeweiligen Brennstoffbehälter 26 befestigt, daß den der betreffenden Behälter 26 eintritt, an denen sich der durch die betreffenden Abstandsbänder ge- die Brennstoffelemente 24 jeweils abgestützt sind, bildete Abstandshalter <bzw. Distanzhalter 176 weder Als besonders günstig hat sich eine Aufrauhung eraxial (in vertikaler Richtung) noch transversal (in wiesen, bei der die Hauptströmung des verwendeten Querrichtung) zu bewegen bzw. zu verdrehen ver- ₃₅ Kühlmittels möglichst nicht beeinflußt wird. Bei mag. einer charakteristischen Ausführungsform sind Auf-

Die an den Brennstoffstäben 24 vorgesehenen un- rauhfläcKen mit Einer Breite von nur einigen tauteren Ansätze 192 sind mit ihren Schlitzen 194 von sendstel Zentimetern und in Abständen von einigen entsprechenden Abstandsbändern 190 eines Ab- hundertstel Zentimetern benutzt worden, wodurch Standshalters 188 aufgenommen. Die Anzahl dieser ₄₀ etwa eine Verdoppelung des Wärmeübergangs er-Abstandsbänder 190 beträgt hier ebenfalls zehn. Die reicht wurde, während die auf das verwendete Kühlbetreffenden Abstandsbänder 196 verlaufen senk- mittel wirkende Gesamtrcibung sich lediglich verdoprecht zu den Abstandsbändern 17§. In Querrichtung pelte. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, zu den Abstandsbändern 190 verlaufen noch zwei daß durch die erwähnte Aufrauhung mit weniger und Querbänder 196. Durch diese Anordnung ist der un- ₄₅ größeren Brennstoffelementen ausgekommen werden tere Abstandshalter 188 derart stabil ausgebildet. kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

gebenden, entsprechend geformtea öffnungen Patentansprüche: der Halterungen|28) aufgenommen sind. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1

1. Vorrichtung zur Halterung mehrerer langge- bfa8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände streckter, Brennstoffelemente aufnehmender Be- 5 zwischen den Brennstoffelementen (24) festlchälter im Bereich des Kerns in einem Druckbe- gende honigwabenartige Abstandselemente (200) halter eines Atomkernreaktors, wobei außerhalb innerhalb der Behälter (26) an Stellen zwischen der Energie liefernden Zone des Kerns befind- den oberen und unteren Enden der Brennstoffliche Halterungen vorgesehen sind, welche die elemente (24) befestigt sind, außerhalb dieser Kernzone liegenden Abschnitte io 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 der Brennstoffbehälter an nur einem ihrer Enden bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennumfassen und wobei die Halterungen durch eine Stoffelemente (24) an den Stellen, an denen sie Gitterstruktur gebildet sind, in deren öffnungen jeweils abgestützt sind, selektiv aufgerauht sind, jeweils ein Behälter paßt, dadurch gekenn- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 zeichnet, daß der Reaktorkern in an sjch be- 15 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Anordnunkannter Weise ein schnelles Neutronenspektrum gen vorgesehen sind, die em flussiges Kuhlmittel aufweist, daß in den Brennstoffbehältern (26) in durch die Behälter (26) in einer solchen Richtung ebenfalls an sich bekannter Weise mehrere abgeben, daß das Kühlmittel in die Enden der Brennstoffelemente (24) angeordnet sind und daß Behälter (26) eintritt, an denen die Brennstoffelediese Halterungen (28) die Behälter (26) über die ao mente (24) abgestützt sind, ganze Länge ihrer außerhalb der Energie liefernden Zone des Kerns liegenden Abschnitte umfassen. ■