-
Bei Kernreaktoren für die Energieerzeugung liegt
der Kernbrennstoff gewöhnlich in Form von "Brennstäben"
vor, die in "Brennstoffkassetten" zusammengruppiert sind.
Diese Kassetten werden aus einer großen Anzahl,
normalerweise 81 bis 289, von schmalen Stäben gebildet, die
häufig einen Durchmesser von ca. 10 mm (0,4 Zoll) und
eine Länge von 3 m (10 Fuß) aufweisen. Sie werden in
Abständen von "Gitterabstandshaltern" zusammengebunden,
die normalerweise jeweils eine Umfangsleiste aufweisen,
die um den gesamten Stabzusammenbau und eine
"eierkartonartige" Anordnung von Gitterleisten herumgeht, die
zwischen den Brennstabreihen quer durch den Zusammenbau
verlaufen und an ihren Enden mit der Umfangsleiste
verbunden sind. Diese Gitterabstandshalter sind häufig
mit Mitteln zum Umlenken des Kühlwassers versehen, das
von unten nach oben zwischen den Brennstäben in Richtung
ihrer Längsachse fließt, um einen Querstrom oder eine
Wirbelbewegung zu verursachen. Dadurch wird die
Wärmeübertragung verbessert und die zulässige Ausgangsleistung
der Kassette erhöht. Dies wird beispielsweise in dem Long
Sun Tong et al. am 30.7.1968 erteilten Patent US-A-3 395
077 und in dem John F. Patterson et al. am 23.2.1988
erteilten Patent US-A-4 726 926 erläutert, wobei
letztgenanntes Patent auf die Rechtsnachfolgerin dieser
Anmeldung übertragen wurde.
-
Jedes der oben genannten Patente veranschaulicht
des weiteren das Vorsehen von "Misch-" oder "Umlenk"-
Gittern, die zwischen den Gitterabstandshaltern
angebracht werden und die Bewegung des Kühlwassers
fördern sollen. Solche Mischgitter sind bei der
Bezugszahl 18 in Figur 1 des Patents von Tong et al. und in
Figur 1 des Patents von Patterson et al. dargestellt. Auf
die Offenbarungen dieser beiden Patente wird hierin
ausdrücklich Bezug genommen.
Darstellung der Erfindung
-
Aufgabe dieser Erfindung ist die Verbesserung der
Struktur der Zwischenmischgitter.
-
Obgleich diese Zwischenmischgitter den
Brennstäben Halt bieten, erfüllen in erster Linie die
Gitterabstandshalter diese Aufgabe, und die Mischgitter
müssen daher die Stäbe nicht so fest halten wie die
Gitterabstandshalter. Bei den Strukturen des Stands der
Technik weisen die Mischgitter in ähnlicher Weise wie die
Gitterabstandshalter Umfangsleisten und eine
eierkartonartige Verbindungsleistenanordnung auf. Es hat sich
herausgestellt, daß eine verbesserte Struktur hergestellt
werden kann, wenn die Umfangsleisten weggelassen werden
und die Enden der Gitterleisten derart konstruiert
werden, daß sie am Umfang des Bündels für den notwendigen
Malt der Brennstäbe sorgen.
-
Diese Anordnung hat mehrere Vorteile. Erstens
reduziert sie den Strömungswiderstand des Mischgitters,
wodurch der Druckabfall in der Kassette verringert wird.
Dies bringt in den Fällen, in denen die
Brennstoffkassetten mit Zwischenmischgittern mit anderen
Brennstoffkassetten ohne diese Elemente kombiniert werden, einen
weiteren Vorteil mit sich. Die Kassetten mit den
Zwischenmischgittern haben einen größeren
Strömungswiderstand als die Kassetten ohne Zwischenmischgitter. Aus
diesem Grund neigt das Kühlwasser dazu, an den Kassetten
mit hohem Widerstand vorbeizuströmen und statt dessen zu
den benachbarten Kassetten mit niedrigerem Widerstand zu
strömen. Durch Verringerung des Strömungswiderstands der
Zwischenmischgitter wird diese Umleitungsstromneigung
verringert.
-
Zweitens verringert das Weglassen der
Umfangsleisten die Wahrscheinlichkeit von "Verhakungen" durch diese
Gitter bei Brennstoffwechseloperationen, da das gesamte
Gitter innerhalb der Einhüllenden der die Außenflächen
der äußeren Brennstäbe berührenden Ebenen liegt. Die
Mischgitter sind im Vergleich zu den
Gitterabstandshaltern relativ leicht zerbrechlich und aus diesem Grund
verursacht eine Verhakung durch sie eher Schäden.
-
Darüber hinaus führen weniger Teile zu
niedrigeren Herstellungskosten der Zwischenmischgitter,
und die Verringerung des in ihnen enthaltenen
Metallanteils verringert die parasitäre Absorption von Neutronen
beim Reaktorbetrieb.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
In der Zeichnung stellt Figur 1 eine
Teildraufsicht einer Ausführung des erfindungsgemäßen Mischgitters
dar. Figur 1A ist eine Teildraufsicht einer modifizierten
Ausführung, die eng mit der von Figur 1 verwandt ist.
Figur 2 stellt eine Teildraufsicht einer zweiten
erfindungsgemäßen Ausführung dar und Figur 3 eine
Teildraufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung, wobei
die Anordnung an einer Ecke der Kassette dargestellt ist.
Bei den Figuren 3A bis 3H handelt es sich um
Teilansichten, in denen verschiedene Aspekte der Ausführung von
Figur 3 dargestellt sind. Die Figuren 4 und 5 sind
Teildraufsichten, die noch weitere erfindungsgemäße
Ausführungen darstellen, die auf eine andere Art von
Umlenkgitter anwendbar sind.
Ausführliche Beschreibung
-
Bei den Figuren 1, 2 und 3 handelt es sich um
modifizierte Ausführungen, die auf die Konstruktion
eines in den Figuren 1, 1a und 1b von US-Patent
US-A-4 726 926 dargestellten Umlenkgitters anwendbar
sind. Auf die Offenbarung dieses Patents wird hierin
ausdrücklich Bezug genommen. In Figur 1 entsprechen die
Doppelleisten 6 und 8 den Leisten gleicher Zahlen in
Figur 1 des obengenannten Patents. Das heißt, sie sind
Teil einer "eierkartonartigen" Struktur und bilden
Zellen, durch die die Brennstäbe und Führungsrohre
verlaufen. Wie die in dem Patent dargestellten Leisten,
werden diese Leisten von den Kanalgliedern 10, 10'
gebildet, die zur Bildung von Vertiefungen, die die
Brennstäbe 14, 14' berühren, zusammenwirken. Bei dem
Brennstab 14 handelt es sich um einen Eckstab der
Kassette, während 14' Seitenstäbe darstellt. Wie in dieser
Figur gezeigt, sind die Wände der Kanäle 10, 10'
verlängert und überkreuzen sich, wobei die Verlängerungen 16,
16' gebildet werden, die an den Stäben 14 bzw. 14'
anliegen, und zwar außerhalb einer Linie 15, 15', die die
Mittelpunkte dieser Stäbe verbindet. An der Stelle, wo
sich die Glieder 16, 16' überkreuzen, sind sie geschlitzt
und so zusammengefügt, wie in den Figuren 1a und 1b des
obigen Patents dargestellt. Sie können an dieser Stelle
dann verschweißt werden. An von ihren Enden beabstandeten
Stellen sind die Glieder 16, 16' mit den
Verbindungsgliedern 18, 18' verschweißt, die wiederum an ihrer Kreuzung
20 zusammengeschweißt sind. Dies schafft einen relativ
starren Eingriff mit den Brennstäben, um diese
festzuhalten. Er ist jedoch nicht vollkommen starr, da jedes der
Glieder 16, 16' außerhalb ihrer Verbindungsstelle mit den
Gliedern 18, 18' einen kurzen Auslegerabschnitt aufweist.
Dies schafft den notwendigen leichten Grad an
Flexibilität und Federwirkung.
-
Figur 1A zeigt eine Struktur, die der von Figur
1 sehr ähnelt, und die Bezugszeichen sind für
entsprechende Teile größtenteils die gleichen. Die Kanalglieder
12, 12' sind jedoch an 26, 26' nach hinten gebogen, um
die Verlängerungen 28, 28' zu bilden. Diese
Verlängerungen sind auf gleiche Weise zusammengefügt und
funktionieren ebenso wie die Verlängerungen 16, 16' von Figur 1.
-
Figur 2 zeigt eine andere erfindungsgemäße
Ausführung. In dieser Figur sind wie zuvor an 6 und 8
zwei sich schneidende Doppelleisten dargestellt. Zwei der
in Leiste 6 gebildeten Kanalglieder 10, 10' sind
ebenfalls teilweise dargestellt. Die beiden Glieder von
Doppelleiste 8 sind zur Bildung der Leisten 36, 36'
getrennt, die die Stäbe 34, 34' berühren und festhalten.
Die Glieder 36, 36' sind derart gekrümmt, daß sie die
Flächen von Stäben 34 bzw. 34' berühren, und zwar
außerhalb einer Linie, die die Mittelpunkte dieser Stäbe
verbindet. Das Glied 36' ist an 38 seitlich gekrümmt und
an 40 mit Verbindungsglied 42 verschweißt, das wiederum
mit Glied 36 verschweißt ist. Letzteres Glied weist einen
kurzen Abschnitt 44 auf, der über Verbindungsglied 42
hinaus verläuft. Bei dem Stab 34 handelt es sich um einen
Eckstab. Einer der Glieder von Doppelleiste 6 ist zur
Bildung einer Verlängerung 46 verlängert dargestellt, die
genau dem an Leiste 8 gebildeten Glied 36 entspricht.
-
Selbstverständlich wiederholen sich die
Greifglieder über die Seiten des Umlenkgitters in den
Strukturen aller Figuren.
-
Die Figuren 3 und 3A bis 3H zeigen die
erfindungsgemäß bevorzugte Gitterform. In Figur 3 bezeichnet
54 einen Eckbrennstab. 54', 54" und 54'" bezeichnen
Seitenstäbe. Wie in den Figuren 1 und 2 besteht das
Gitter aus den Doppelleisten 6 und 8. Die Enden dieser
Leisten sind getrennt, wie an 56 und 56' und an 57 und
57' dargestellt. Diese getrennten Enden sind zueinander
gebogen und bei 58 verschweißt. Sie laufen soweit
auseinander, daß sie die Stäbe 54" und 54'" außerhalb der
Linie berühren, die die Mittelpunkte dieser Stäbe
verbindet. Die Glieder 56 und 56' laufen in ihrem
entspannten Zustand vor dem Einsetzen der Brennstäbe nach
unten hin auseinander. Dies ist in den Teilansichten 3A
und 3B dargestellt. Figur 3A zeigt diese Glieder als
Draufsicht und Figur 3B zeigt sie als Ansicht vor dem
Einsetzen der Brennstäbe, wobei die späteren Stellungen
der Stäbe gestrichelt dargestellt sind. Wenn diese Stäbe
54" und 54'" eingesetzt werden, werden die Glieder 56
und 56' zusammengedrückt, wie in den Figuren 3C und 3D
gezeigt. Dadurch wird eine Federwirkung erzeugt, die dazu
beiträgt, daß die Stäbe fest in Stellung gehalten werden.
Die Glieder 57 und 57' sind ähnlich gebildet. Das Glied
57 ist außerdem verbreitert, wie bei 60 gezeigt, um den
Eckstab 54 in Eingriff zu nehmen. Um höhere Festigkeit zu
erreichen, ist der verbreiterte Abschnitt 60 geriffelt,
wie bei 59, 59' in Figur 3H als Ansicht und als Schnitt
entlang der Linie 3J gezeigt. Die Glieder 57 und 57' sind
in ihrem entspannten Zustand in Figuren 3E und 3F
dargestellt und in ihrem gespannten Zustand mit
eingesetzten Brennstäben in Figuren 3G und 3H.
-
Figur 4 zeigt eine Form eines Gitters, das sich
aus einzelnen Leisten anstatt der Doppelleisten von
Figuren 1 bis 3 zusammensetzt. Die Leisten 62 sind, wie
bei 66 dargestellt, so gebogen, daß sie die Brennstäbe 64
außerhalb der deren Mittelpunkte verbindenden Linien
berühren. Ein Greifglied 66' ist mit jeder Leiste 62
verschweißt. Die Enden der Leisten und Greifglieder sind
zueinander gebogen, und die beiden Teile sind an 68 und
70 zusamengeschweißt. An den Eckstäben angrenzend, ist
der richtige dieser Teile an 72 verbreitert, um den Stab
in gleicher Weise wie Glied 60 in Figur 3 zu berühren.
-
Figur 5 zeigt eine modifizierte Ausführung, die
eng mit der von Figur 4 verwandt ist. In der in Figur 5
gezeigten Struktur ist die Gitterleiste 80 gerade, und
zwei Greifglieder 76, 76' sind mit ihr verschweißt. An
den Eckstäben angrenzend, ist eines dieser Glieder an 82
verbreitert.
-
Die Greifglieder von Figur 4 und 5 weisen die
gleiche Form auf wie die im Zusammenhang mit der
Ausführung von Figur 3 ausführlich beschriebenen.
-
Die in Figuren 1, 1a und 2 gezeigten Strukturen
können in einer der Figur 4 oder 5 entsprechenden Weise
modifiziert werden, um sie für den Gebrauch mit Leisten
einfacher Dicke anzupassen.
-
Obgleich mehrere erfindungsgemäße modifizierte
Ausführungen ausführlich beschrieben wurden, ist es für
Fachleute offensichtlich, daß weitere Änderungen
durchgeführt werden können. Aus diesem Grunde soll die Erfindung
allein durch den Rahmen der beigefügten Ansprüche
begrenzt werden.