DE3131398C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstabhaltegitter für Kern­ brennelemente nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei kommerziellen Kernreaktoren zur Erzeugung elektrischer Energie ist der Reaktorkern aus einer Vielzahl von Brenn­ elementen aufgebaut, wobei jedes Brennelement aus einer An­ ordnung von Brennstäben und Steuerstab-Führungsrohren besteht, welche mit gegenseitigem Abstand und parallel zuein­ ander im Brennelement zu halten sind.

Aus der DE-OS 27 22 014 ist ein Haltegitter bekannt, welches aus ineinandergreifenden Blechstreifen besteht, die mitein­ ander eine Vielzahl von Gitterzellen bilden, wobei jeweils zwei aneinandergrenzende Wände jeder Gitterzelle in die Gitterzelle hinein vorspringende Noppen aufweisen. Das Halte­ gitter besteht aus einem oberen und einem unteren Gitterteil. Zum Andrücken der Brennstäbe in den einzelnen Gitterzellen an die Noppen dienen Federelemente, die zwischen oberem und unterem Gitterteil eingebaut sind und jeweils parallel zu einer Gitterseite durch das Haltegitter hindurchverlaufen.

Solche Haltegitter weisen jedoch eine große Gitterhöhe auf, und die Federelemente sind aufgrund ihrer relativ kompli­ zierten Form nur mit hohem Aufwand herzustellen, was mit hohen Kosten verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstabhalte­ gitter der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß es gute Stützeigenschaften besitzt, einfacher aufgebaut und noch kostengünstiger herstellbar als herkömmliche Haltegitter ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Anordnung gelöst.

Dabei wird die Gitterhöhe durch Wegfall der bisher jeweils zwischen den Gitterstreifen befindlichen Federelemente reduziert.

Durch die streifenförmige Ausbildung und die Anordnung der Federelemente wird ein einfacherer Aufbau und niedrigere Herstellungskosten erzielt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Brennelement mit Haltegittern nach der Erfindung, die

Fig. 2A und 2B jeweils einen der ineinandersteck­ baren Gitterstreifen des unteren Gitterteils, die

Fig. 3A und 3B jeweils einen der ineinandersteck­ baren Gitterstreifen des oberen Gitterteils,

Fig. 4 einen der Umfassungsstreifen eines Haltegitters,

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 eine ausschnittsweise Draufsicht eines Haltegitters, das die relative Anordnung von Gitter­ streifen, Federn und Noppen zur Halterung der Brennstäbe zeigt,

Fig. 7 in Seitenansicht eine der in Fig. 6 sichtbaren Federn, und

Fig. 8 die Feder nach Fig. 7 in Draufsicht.

Fig. 1 zeigt ein Kernbrennelement 10, bestehend aus einer Anordnung von Brennstäben 12, die mittels entlang der Brennelementenlänge verteilter Haltegitter 14 mit gegenseitigen Abständen gehalten werden. Jedes Haltegitter weist einen oberen Teil 16, einen unteren Teil 18 und eine Umfassung 20 auf.

Eines der Haltegitter 14 ist in den Fig. 2 bis 6 mehr im einzelnen dargestellt. Der obere Teil 16 und der untere Teil 18 jedes Haltegitters 14 besteht jeweils aus einer Anzahl von zu einer eierkistenartigen Anordnung ineinandergesteckten Gitterstreifen 22, 23 bzw. 29, 30 aus Zircaloy, Inconel oder einem anderen geeigneten Werkstoff. Die auf diese Weise sowohl im oberen Teil 16 als auch im unteren Teil 18 gebildeten quadra­ tischen Gitteröffnungen 24 fluchten vertikal miteinander und bilden gemeinsam jeweils eine Gitterzelle, die im Hinblick auf die Aufnahme jeweils eines der Brennstäbe 12 oder eines Steuer­ stab-Führungsrohres 25 bemessen ist.

Der untere Gitterteil 18 besteht aus ineinandergesteckten Gitterstreifen 22 und 23 (Fig. 2A und 2B), die mit das recht­ winklige Zusammenstecken ermöglichenden Schlitzes 25 bzw. 26 ausgestattet sind. Außerdem sind die Gitterstreifen in der dargestellten Weise jeweils mit Noppen 27 versehen, wobei in jedem einer Gitterzelle zugeordneten Streifenabschnitt eine Noppe vorgesehen ist. Von herkömmlichen Gitterstreifen­ konstruktionen unterscheiden sich die dargestellten Gitter­ streifen dadurch, daß sie an ihrem oberen Rand jeweils mit Schlitzen 28 versehen sind, die der Aufnahme einer Feder in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise dienen.

Der obere Teil 16 des Gitters 14 besteht aus ähnlichen Gitterstreifen 29 und 30 (Fig. 3A und 3B), die mit ihr Zusammenstecken ermöglichenden Schlitzen 31 und 32 sowie in der oben beschriebenen Weise mit Noppen 27 versehen sind. An ihren oberen Rändern sind die Gitterstreifen 29 und 30 jeweils mit Kühlmittel-Leitfahnen 33 herkömmlicher Ausbildung versehen.

Die Gitterstreifen 22, 23 und 29, 30 des unteren Gitter­ teils 18 und des oberen Gitterteils 16 werden gesondert jeweils zu einer Gitteranordnung zusammengesteckt, wonach der obere Gitterteil 16 auf den unteren Gitterteil 18 so aufgesetzt wird, daß die Gitterstreifen beider Gitterteile direkt übereinander verlaufen und zwischen sich die Gitter­ zellen 24 bilden.

Die beiden oberen und unteren Gitterteile 16 und 18 werden durch die Gitterumfassung 20 zusammengehalten, welche die beiden aufeinandergesetzten Gitterteile umschließt. Die Gitterstreifen der beiden Gitterteile greifen mit kurzen Laschen 36, die jeweils an den Streifenenden angeordnet sind und in Streifenlängsrichtung davon wegragen, in entsprechende Ausstanzungen 38 der Gitterumfasung 20. Nach dem Einsetzen der Gitterstreifen mit ihren Laschen 36 in die Ausstanzungen 38 der Umfassung und Verschweißen der Gitterstreifen mit der Umfassung sind die beiden oberen und unteren Gitterteile 16 und 18 aneinanderstoßend fixiert und sind nicht mehr relativ zueinander verschiebbar. Die beiden Gitterteile werden dadurch also zu einem einheitlichen Gitterkörper vereinigt, der dann die Funktion eines einzigen Haltegitters erfüllt.

Beim Zusammenbau eines Brennelements wird eine Anzahl von Steuerstab-Führungsrohren 25 (Fig. 1), in welchen Steuer­ stäbe 40 verschiebbar sind, in bestimmte Gitterzellen der Haltegitter eingesetzt und sodann mit Gitterlaschen oder mit den Gitterstreifen verschweißt, so daß diese Steuerstab- Führungsrohre zusammen mit den Brennstabhaltegittern das Skelett des Brennelements bilden. Die Enden der Steuerstab- Führungsrohre werden in üblicher Weise mit einem Kopfteil 42 und einem Sockelteil 44 verbunden.

Die Draufsicht nach Fig. 6 zeigt die relative Anordnung von Brennstäben und Steuerstab-Führungsrohren und insbesondere die Halterung der Brennstäbe im Haltegitter in im wesentlichen unbeweglicher Stellung. Jeder Steuerstab 12 wird mittels einer Feder 46 in Anlage an die in den Gitterstreifen gebildeten Noppen 27 angedrückt, die gemäß der Darstellung jeweils in die betreffende Gitterzelle hinein vorspringen. Diese Konstruktion dient dazu, eine axiale Verschiebung der Brenn­ stäbe in den Haltegittern während eines Transports des Brenn­ elements zu vermeiden. Die Noppen sind sowohl in den Gitter­ streifen 22, 23 und 29, 30 als auch in der Umfassung 20 im Zuge der Gitterstreifenstanzung eingearbeitet. Nach dem richtigen Zusammensetzen der Gitterstreifen springen die Noppen jeweils an zwei benachbarten Zellenwänden in die betreffende Gitterzelle hinein vor, wie dargestellt, mit Aus­ nahme der ein Steuerstab-Führungsrohr enthaltenden Gitter­ zellen. Dabei sind die Noppen des unteren Gitterteils und des oberen Gitterteils vertikal miteinander fluchtend angeordnet, so daß in jeder Gitterzelle 24 an zwei aufeinanderfolgenden Zellenwänden jeweils zwei Noppen 27 mit gegenseitigem Abstand vertikal übereinander angeordnet sind.

Zur Erleichterung des Einbaus der diagonal durch das Haltegitter verlaufenden Federstreifen 46 sind die oberen Ränder der Gitterstreifen 22 und 23 des unteren Gitterteils mit Schlitzen 28 versehen, in welche die Federn gemäß der Dar­ stellung nach Fig. 6 eingesetzt werden, bevor der obere Gitterteil 16 auf den unteren Gitterteil 18 aufgesetzt wird. Damit die Federn in dem verhältnismäßig begrenzten Raum der Gitterzellen Platz finden, sind sie jeweils in die aus den Fig. 6 bis 8 ersichtlichen Form gebogen. Nachdem sämtliche Federn in die Schlitze eingesetzt worden sind, wird der obere Gitterteil 16 auf den unteren Gitterteil 18 derart aufgesetzt, daß die quadratischen Gitteröffnungen beider Gitterteile axial miteinander fluchten und die Gitter­ zellen 24 bilden. Sodann wird die Gitterumfassung 20 um die Gitterteile herumgelegt, wobei die Laschen 36 der Gitter­ streifen in die Ausstanzungen 38 eingesteckt und die Gitter­ streifen dann mit der Umfassung verschweißt werden. Diese Maßnahme dient nicht nur zur Lagesicherung der Federn in den Gitterzellen, sondern auch zur festen Verbindung der Gitter­ streifen mit der Umfassung zwecks Herstellung der gewünschten starren Konstruktion.

Aus Fig. 6 geht hervor, daß der jeweils in einer zu­ geordneten Gitterzelle liegende Federabschnitt mit seinem Bereich 50 an der Außenfläche des betreffenden Brennstabs 12 anliegt und diesen gegen die Noppen 27 drückt, um ihn in seiner Lage zu halten. Mit dieser Anordnung wird eine Fünf­ punktabstützung jedes Brennstabes im Haltegitter erreicht, wobei vier Abstützungspunkte durch die jeweils zwei übereinander­ liegend an zwei benachbarten Zellenwänden, also mit einem Winkelversatz von 90° angeordneten Noppen und der fünfte Ab­ stützungspunkt durch die Anlagestelle der Feder gebildet sind, wobei die Anlagestelle der Feder höhenmäßig zwischen den oberen und unteren Noppen und in der Horizontalebene an der Spitze eines gleichseitigen Dreiecks liegt, dessen beide andere Ecken durch die Noppenanlagenstellen gebildet sind.

Die Federn 46 sind jeweils aus einem ursprünglich ebenen Blechstreifen in die aus Fig. 6 und 8 ersichtliche Form gebogen und haben eine ausreichend große Federkonstante, damit sie ständig mit jeweils mindestens einem Punkt an der Brennstabaußenfläche anliegen. Wenn eine Feder beim Ein­ führen eines Brennstabs in eine Gitterzelle 24 erstmals in ihre Spannstellung gebracht wird, greift zunächst der mittige Bereich 50 des betreffenden Federabschnitts am Brennstab an und hält diesen fest, wenn das Brennelement an eine andere Stelle transportiert wird. Nach Bestrahlung und wesentlicher Wärmeeinwirkung im Reaktorbereich lassen das Zircaloymaterial der Streifen und das Inconelmaterial der Federn in ihrer Spannung nach, jedoch liegt der Federbereich 50 immer noch am Brennstab an und drückt diesen gegen die Noppen. Es ist klar, daß auch die Bereiche 52 und/oder 54 beim Einbau der Brennstäbe in die Haltegitter zusätzlich zum Bereich 50 am Brennstab anliegen können.

Damit die Federn sich nicht aus ihren Schlitzen lösen und im Falle eines Bruches in das Reaktorkühlmittel gelangen können, haben die Federenden jeweils einen vergrößerten, T-förmigen Lappen 48, der größer als die, die Feder auf­ nehmenden Schlitze ist. Die Lappen 48 der in einem Eck des Haltegitters endigenden Federn verlaufen nicht durch die Um­ fassung hindurch, sondern bleiben innerhalb des Gitters und können an der Innenfläche des Umfassungsstreifens anliegen, wie im rechten unteren Eck der Fig. 6 sichtbar ist. In der diagonal gegenüberliegenden Eckzelle des Haltegitters endigt eine Feder in der gleichen Weise. Diejenigen Federn, die in der unteren linken und der oberen rechten Eckzelle des Haltegitters (auf die Darstellung nach Fig. 6 bezogen) liegen, verlaufend mit ihren Enden durch die angrenzenden Gitter­ streifen hindurch, wie dargestellt, um sie in ihrer Lage zu sichern.

Claims (5)

1. Brennstabhaltegitter für Brennelemente, mit folgenden Merkmalen:

• a) es besteht aus einem oberen Gitterteil (16) und einem unteren Gitterteil (18),
• b) die Gitterteile sind jeweils aus rechtwinklig eierkistenartig zusammengesteckten Gitterstreifen (22, 23, 29, 30) und einer Gitterumfassung (20) zusammengesetzt, die miteinander fluchtende quadratische Gitteröffnungen (24) bilden,
• c) an den oberen und unteren Gitterteilen sind durch das Haltegitter hindurchverlaufende Federelemente (46) gehaltert,
• d) jeweils zwei aneinandergrenzende Wände jeder Gitter­ öffnung (24) der oberen und unteren Gitterteile sind mit in die Gitteröffnung hinein vorspringenden Noppen 27 versehen, und
• e) die Federelemente in den durch die fluchtenden Gitter­ öffnungen gebildeten Gitterzellen weisen bezüglich der Noppen gegenüberliegend in den einzelnen Gitterzellen befindliche Federabschnitte (50) zum Andrücken des Brennstabs (12) an die Noppen (27) auf,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• f) die oberen und unteren Gitterteile (16, 18) sind so auf­ einander aufgesetzt, daß die Gitterstreifen (22, 23, 29, 30) beider Gitterteile direkt übereinander verlaufen,
• g) die Gitterstreifen mindestens eines Gitterteils (18) sind an ihren dem jeweils anderen Gitterteil zugewandten Randbe­ reichen mit Schlitzen (28) versehen, in welche die als Federstreifen (46) ausgebildeten Federelemente eingesetzt sind, und
• h) die Federstreifen (46) verlaufen jeweils in diagonaler Richtung durch eine Reihe von Gitterzellen hindurch.

2. Haltegitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aufeinandergesetzten Gitterteile (16, 18) durch die mit den Gitterstreifen (22, 23, 29, 30) der beiden Gitterteile jeweils fest verbundene Gitterumfassung (20) relativ zueinander fixiert sind.

3. Haltegitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federstreifen (46) jeweils an beiden Enden mit Lappen (48) versehen sind, die größer als die Schlitze (28) zur Aufnahme der Federstreifen sind und die Federstreifen auch im Falle eines Bruches gegen Herausfallen sichern.

4. Haltegitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• aa) daß die jeweils einer Gitterzelle (24) zum Andrücken des betreffenden Brennstabs (12) an die Noppen (27) zugeordneten Federstreifenabschnitte jeweils zwei oder mehr Anlagebe­ reiche (50, 52, 54) aufweisen, die an dem betreffenden Brenn­ stab (12) anliegen können,
• bb) die Federkraft der Federabschnitte (46) so groß ist, daß die zur Arretierung der Brennstäbe in den Gitterzellen bei einem Transport des Brennelements ausreicht, und
• cc) die Federkonstante der Federstreifen so groß ist, daß auch bei einem Nachlassen der Spannkraft durch Bestrahlung und Wärmeeinwirkung im Reaktor die Federabschnitte jeweils noch mit mindestens einer Anlagestelle (50) an dem betreffenden Brennstab (12) anliegen.