KERNREAKTORBRENNSTABBUENDEL MIT VERRASTBAREM BRENNSTABBUENDELKOPF
Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement mit
a) einem langgestreckten Brennelementkasten, an dessen Unterende ein Brennelementendkörper befestigt ist,
b) einem unteren Brennstabhaltekörper, der lose innerhalb des langgestreckten Brennelementkastens auf dem Brenn- elementendkörper aufliegt, auf dem Kernbrennstoff ent¬ haltende, langgestreckte Brennstäbe mit einem Ende auf¬ stehen und an dem ein die Brennstäbe im Brennelement- kasten mit seinem Oberende überragender Stab mit seinem Unterende befestigt ist,
c) einer lose im Brennelementkasten an dessen Oberende ge¬ führten Stützplatte, sowie
d) einem Brennelementkopf, der in das Oberende des Brenn- elementkastens eingesetzt und im Brennelementkasten durch Drehen um die Längsachse des Brennelementkastens verdrehungssicher verrastbar ist.
Ein derartiges Kernreaktorbrennelement wurde bereits vor- geschlagen. Bei diesem vorgeschlagenen Kernreaktorbrenn- elemeπt ist der die Brennstäbe mit seinem Oberende überra¬ gende Stab ein langgestrecktes Rohr, das am unteren Brenn¬ stabhaltekörper festgeschraubt ist und das die Stützplatte am Oberende des Brennelementkastens durchgreift. Jeder Brennstab greift mit seinem Oberende lose in die Stützplat¬ te, und auf jedem Brennstab ist am Oberende eine Druckfeder angeordnet, die sich mit einem Ende an der Innenseite der Stützplatte und mit dem anderen Ende an einer Abstufung an der Außenfläche des betreffenden Brennstabs abstützt. Das
die Stützplatte durchgreifende Rohr kann ein Instrumentie¬ rungsrohr zur Aufnahme von Thermoelementen und/oder Neu- tronenflußmeßlanzen sein. Durch dieses Rohr hindurch kann aber auch eine langgestreckte Stange geführt und durch Drehen um ihre Längsachse mit dem unteren Brennstabhalte¬ körper verschraubt werden. Diese Stange stellt ein Hebe¬ zeug dar, mit dem der auf dem Brenπelementendkörper lose aufliegende Brennstabhaltekörper samt dem Rohr, den Brenn¬ stäben, gitterförmigen Abstandhaltern, durch die Rohr und Brennstäbe geführt sind, und der Stützplatte aus dem Brenn¬ elementkasten herausgezogen werden kann.
Am Rand der Stützplatte befinden sich Zungen, die in Längs¬ richtung des Brennelementkastens die Außenseite dieser Stützplatte überragen und mit ihren Oberenden in Taschen des Brennelementkopfs greifen, wenn sich dieser im Brenn¬ elementkasten an dessen Oberende in Verrastposition befindet. Zum Lösen der Verrastung des Brennelementkopfs muß durch diesen Brennelementkopf ein Werkzeug geführt werden, mit dem die Stützplatte in Längsrichtung des Brenn¬ elementkastens in Richtung auf den unteren Brennstabhalte¬ körper verschoben und dadurch schließlich das Eingreifen der an der Stützplatte befindlichen Zungen in die Taschen am Brennelementkopf aufgehoben wird. Ein solches Verschie- ben in ausreichendem Maße kann jedoch unmöglich sein oder zu Beschädigungen an den Brennstäben führen, wenn die Länge zumindest einzelner Brennstäbe nach einer gewissen Stand¬ zeit des Kernreaktorbrennelements in einem Kernreaktor zu stark angewachsen ist und deswegen die Schraubenfedern auf den Stabenden beim Einschieben der Stützplatte in den Brenn¬ elementkasten vor dem Ausrasten der Zungen aus den Taschen am Brennelementkopf auf Block gehen.
Ein solches auf Block-Gehen einzelner Schraubenfedern kann zwar durch ausreichend hohen Spielraum für diese Schrauben¬ federn vermieden werden. Dies würde aber bedeuten, daß bei vorgegebener Stablänge der Brennstäbe die Länge des Kern- reaktorbrennele ents entsprechend groß sein muß. Dement¬ sprechend hoch muß auch der Reaktordruckbeh lter mit seinen Einbauten ausgeführt sein, in dem das Kernreaktorbrennele¬ ment zum Einsatz kommt. Dies bedeutet relativ hohe Kosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorgeschla¬ gene Kernreaktorbrennelement weiterzubilden und eine Be¬ schädigung der Brennstäbe beim Drehen des Brennelement¬ kopfs aus seiner Verrastposition auch dann zu vermeiden, wenn die Länge des Kernreaktorbrennelements verhältnis- mäßig gering ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Stützplatte auf dem Oberende des die Brennstäbe überragenden Stabs aufliegt und daß zwischen Brennelementkopf und Stützplatte ein Feder¬ bein angeordnet ist, das sich sowohl am Brennelementkopf als auch an der Stützplatte abstützt.
Die auf dem Oberende des die Brennstäbe überragenden
Stabes aufliegende Stützplatte schirmt die Brennstäbe beim Drehen des Brennelementkopfs aus seiner Verrastposition ab. Zugleich kann aber auch der Abstand zwischen der Stütz¬ platte und den Brennstäben nur gerade so groß gewählt wer- den, daß er Raum für die Verlängerung der Brennstäbe wäh¬ rend der Standzeit des Kernreaktorbrennelements in einem Kernreaktor bietet.
Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:
Figur 1 ist in die Abschnitte 1A und 1B aufgeteilt und zeigt ein erfindungsgemäßes Kernreaktorbrennelement, das längsgeschnitten ist.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt entsprechend der strich¬ punktierten Linie II-II in Figur 1.
Figur 3 zeigt einen Teillängsschnitt entsprechend der strichpunktierten Linie III-III in Figur 2.
Das Kernreaktorbrennelement nach den Figuren 1 bis 3 hat einen Brennelementendkörper 2, der ein Brennelementfuß ist. Dieser Brennelementendkörper 2 ist ein Hohlkörper aus nicht rostendem Stahl, der an seinem Oberende einen Außen¬ umriß in Form eines regelmäßigen Sechsecks hat.
Mit diesem Oberende greift der Brennelementendkörper 2 in einen langgestreckten Brennelementkasten 3, der aus einer Zirkoniumlegierung besteht. Der Innenquerschnitt des Brenn¬ elementkastens 3 hat eine Kontur, die ebenfalls ein regel¬ mäßiges Sechseck ist, so daß dieser Brennelementkasten 3 an seinem Unterende mit der Innenfläche satt an der Außen¬ fläche des Brennelementendkörpers 2 an dessen Oberende an¬ liegt. An diesem Brennelementendkörper 2 ist der Brenn¬ elementkasten 3 mit radial gerichteten Schrauben 4 starr befestigt.
Innerhalb des Brennelementkastens 3 befindet sich ein fla¬ cher , p lattenartiger unterer Brennstabhaltekörper 5 mit ei ner Außenkontur in Form eines regelmäßigen Sechsecks , die der Kontur des I nnenquerschnitts des Brennele entka-
stens 3 angepaßt ist. Dieser untere Brennstabhaltekörper 5 ist rechtwinklig zur Längsachse 3a des Brennelementkastens 3 lose im Brennelementkasten 3 geführt und liegt lose auf dem Brennelementendkörper 2 auf.
Der untere Brennstabhaltekörper 5 ist aus nebeneinander angeordneten Hülsen aus rostfreiem Stahl netzartig zusam¬ mengesetzt. Die Längsachsen dieser Hülsen sind parallel zur Längsachse 3a des Brennelementkastens 3. Ferner sind die Außenseiten dieser Hülsen durch Stege aus rostfreiem Stahl miteinander fest verbunden.
Im Brennelementkasten 3 sind parallel zu dessen Längsachse 3a mit Kernbrennstoff gefüllte Brennstäbe 8 angeordnet, von denen jeder mit einem unteren Stabende auf einem Steg des unteren Brennstabhaltekörpers 5 lose aufsteht.
Im unteren Brennstabhaltekörper 5 befinden sich Hülsen 6, von denen eine in Figur 1 erkennbar ist, mit größerem Innen- und Außendurchmesser als die anderen Hülsen dieses Brenn¬ stabhaltekörpers 5. Eine solche Hülse 6 bildet ein als Durchführung ausgebildetes Loch im unteren Brennstabhalte¬ körper 5. Ferner weist sie ein Innengewinde auf. In jeweils sieben solcher Hülsen 6 ist ein langgestrecktes Rohr 9 aus einer Zirkoniumlegierung eingeschraubt, das an dem einge¬ schraubten Rohrende ein dem Innengewinde der betreffenden Hülse 6 entsprechendes Außengewinde hat. An diesem einge¬ schraubten Rohrende schließt das betreffende Rohr 9 mit einer Hutmutter 10 ab, die auf der dem Brennelementkörper 2 zugewandten Außenseite des unteren Brennstabhaltekörpers 5 in die betreffende Hülse 6 eingeschraubt ist. Eine solche Hutmutter 10 greift jeweils in den Hohlraum des Brennele¬ mentendkörpers 2. Sie hat eine zentrale Durchführung 11 in Längsrichtung des Brennel'ementkastens 3 für ein flüssiges
Kühlmittel in einem Kernreaktor. Ferner hat sie ein Innen¬ gewinde. Über der Innenseite des unteren Brennstabhalte¬ körpers 5 befindet sich das andere Rohrende der gleich langen Rohre 9.
Sowohl die Brennstäbe 8 als auch die die Brennstäbe 8 über¬ ragenden Rohre 9 sind jeweils durch eine Masche gitterför- miger Abstandhalter geführt. Diese gitterförmigen Abstand¬ halter haben eine Außenkontur in Form eines regelmäßigen Sechsecks und sind der Kontur des Innenquerschnitts des
Brennelementkastens 3 angepaßt. In den Maschen dieser Ab¬ standhalter, die rechtwinklig zur Längsachse 3a des Brenn¬ elementkastens 3 mit Abstand voneinander in Längsrichtung dieses Brennelementkastens 3 angeordnet sind, sind die Brennstäbe 8 mit Hilfe von Anlagefedern und starren Anlage¬ noppen kraftschlüssig gehalten. Mindestens ein Rohr 9 ist in jedem Abstandhalter durch Formkörper verdrehungssicher gehaltert. Ferner sind die Abstandhalter selbst durch Form¬ körper außen an mindestens einem Rohr 9 in Längsrichtung des Brennelementkastens 3 fixiert. Diese Abstandhalter sind in Figur 1 nicht dargestellt.
Am Oberende des Brennelementkastens 3 befindet sich inner¬ halb dieses Brennelementkastens 3 eine Stützplatte 13 aus rostfreiem Stahl, deren Außenkontur in Form eines regel¬ mäßigen Sechsecks der Kontur des' Innenquerschnitts des Brennelementkastens 3 angepaßt ist und die ähnlich wie der lose auf dem Brennelementkörper 2 aufliegende untere Brenn¬ stabhaltekörper 5 aus Hülsen mit zur Längsrichtung des Brennelementkastens 3 paralleler Achse und Stegen zusammen¬ gesetzt ist. Diese Stützplatte 13 ist lose im Brennelement¬ kasten 3 geführt und rechtwinklig zur Längsachse 3a des Brennelementkastens 3 angeordnet. Sie liegt lose auf den
offenen Rohrenden der Rohre 9 auf, die sich über der
Innenseite des unteren Brennstabhaltekörpers 5 befinden.
Auf ihrer der Innenseite des unteren Brennstabhaltekörpers 5 zugewandten Innenseite weist die Stützplatte 13 Zentrier¬ körper 14 auf, die jeweils in eine Hülse der Stützplatte 13 eingeschraubt sind und lose, aber weitgehend spielfrei in das offene Oberende eines der Rohre 9 greifen. Die Rohre 9 können aber auch lose in eine nicht dargestellte Zentrier- ausnehmung auf der Innenseite der Stützplatte 13 greifen.
In das Oberende des Brennelementkastens 3 ist ein Brenn¬ elementkopf 17 eingesetzt. Dieser Brennelementkopf 17 ist ein Hohlkörper, der auf seiner der Stützplatte 13 zuge- wandten Seite sechs Federbeine 20 aufweist. Wie insbeson¬ dere Figur 3 zeigt, weist ein solches Federbein einen zur Längsachse 3a des Brennelementkastens 3 parallelen, mit Abstand von dieser Längsachse 3a angeordneten Stift 21 auf, der im Brennelementkopf 17 ein Langloch 22 aufweist, durch das ein im Brennelementkopf 17 ortsfest gehalterter Querstift 23 greift. Mit seinem im Brennelementkopf 17 be¬ findlichen Ende greift der Stift 21 in eine Schraubenfeder 24, die mit zur Längsachse des Stifts paralleler Längs¬ achse innerhalb einer Bohrung gelagert ist, die sich im Brennelementkopf 17 befindet und parallel zur Längsachse 3a des Brennelementkastens 3 ist. Diese Schraubenfeder 24 stützt sich mit einem Ende am Boden dieser Bohrung und mit dem anderen Ende an einer Schulter außen am Stift 21 ab. Der Stift 21 jedes der Federbeine 20 greift mit seinem außerhalb des Brennelementkopfs 17 befindlichen Ende in eine Verrastausnehmung 25 in der dem Brennelementkopf 17 zugewandten Außenseite der Stützplatte 13.
In der in Figur 1 dargestellten Verraststellung greift der Brennelementkopf 17 jeweils mit einer Umfangsrippe 18 auf seiner äußeren Mantelfläche in entsprechende Schlitze 19 innen am Brennelementkasten 3. Unter der Wirkung der auf Druck vorgespannten Schraubenfedern 24 der Federbeine 20 ist so der Brennelementkopf 17 in der in Figur 1 darge¬ stellten Verraststellung im Brennelementkasten 3 fixiert.
Zum Entnehmen der Brennstäbe aus dem Brennelementkasten 3 werden die Stifte 21 der Federbeine 20 mit einem durch den Hohlraum des Brennelementkopfes 17 geführten Werkzeug, das eine Schulter 21a in der Mantelfläche der Stifte 21 der Federbeine 20 hintergreift, in Längsrichtung des Brenn¬ elementkastens 3 in Richtung auf den Brennelementkopf 17 zu in den Brennelementkopf 17 hinein verschoben, bis diese Stifte 21 aus den Verrastausnehmungen 25 in der Stützplat¬ te 13 ausrasten. Sodann kann der Brennelementkopf 17 aus der in Figuren 1 und 2 dargestellten Verraststellung um die Längsachse 3a des Brennelementkastens 3 in eine andere Endstellung gedreht werden, in der die Umfangsrippen 18 an den Schlitzen 19 herausgedreht sind und in der der Brenn¬ elementkopf 17 aus dem Brennelementkasten 3 herausgezogen werden kann. Nach dem Herausziehen des Brennelementkopfs 17 aus dem Brennelementkasten 3 kann eine langgestreckte Stange mit einem ein Außengewinde aufweisenden Ende durch ein zentral angeordnetes Rohr 9 hindurch bis zur Überwurf¬ mutter 10 geführt und durch Drehen um die Längsachse der Stange mit dem Innengewinde der Überwurfmutter 10 ver¬ schraubt werden. Hierauf kann mit Hilfe der ein Hebezeug darstellenden Stange der auf dem Brennelementendkörper 2 lose aufliegende untere Brennstabhaltekörpers 5 samt allen Rohren 9, den Brennstäben 8, den nicht dargestellten git- terförmigen Abstandhaltern und der Stützplatte 13 aus dem Brennelementkasten 3 herausgezogen werden.