DE1279227B - Kernreaktor-Brennelementbuendel - Google Patents
Kernreaktor-BrennelementbuendelInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
G21c
Deutsche Kl.: 21g-21/20
Nummer: 1279 227
Aktenzeichen: P 12 79.227.7-33 (C36310)
Anmeldetag: 6. Juli 1965
Auslegetag: 3. Oktober 1968
Die Erfindung betrifft ein Brennelementbündel für heterogene Kernreaktoren, die durch Kreislauf eines
Kühlmittels, insbesondere eines unter Druck stehenden Gases, gekühlt werden.
Die Erfindung betrifft insbesondere Brennelementbündel, bei denen das Kernbrennstoffmaterial in eine
Reihe paralleler Einzelelemente in Form von jeweils mit einer Hülse umkleideten Stäben von geringem
Durchmesser aufgeteilt ist. Jedes derartige Einzelelement ist mit den benachbarten Einzelelementen
durch Konstruktionsteile verbunden, die den Zusammenhalt des Bündels gewährleisten. Diese
Konstruktionsteile müssen eine genügende Steifheit besitzen, um den mechanischen und Wärmebeanspruchungen
zu widerstehen, denen das Brennelement unterworfen ist. Im allgemeinen sind sie mit
Griffen zur Handhabung des Brennelements, insbesondere beim Laden und Entladen des Brennstoffs,
ausgestattet.
Die Konstruktionsteile der Bündelelemente bestehen oft aus Haltegittern am Ende und längs der
Stäbe verteilten Abstandshaltern. Eine solche Lösung besitzt zwar den Vorzug der Einfachheit, weist dafür
aber andere schwere Nachteile auf. Die Gitter und Abstandshalter bedingen hohe Einzeldruckverluste
beim Durchströmen des Kühlmediums und fügen im Kühlmitteldurchflußkanal eine erhebliche neutronenabsorbierende
Materiahnasse hinzu; außerdem beseitigen sie nicht die Gefahr einer mangelnden Wärmebeständigkeit, da sie die Stäbe nur an einer
Reihe voneinander entfernter Punkte halten.
Diese Nachteile vermeidet eine Anordnung, wobei die Stäbe untereinander nicht nur in bestimmten
Höhen, sondern über ihre ganze Länge durch zur Achse der Stäbe parallele Wände fest verbunden
sind. Die zur Zusammenfassung der Stäbe dienenden Konstruktionsteile bestehen dann aus Längsrippen,
die die Hülsen verbinden. Brennelementbündel in derartiger Anordnung werden im allgemeinen als
»Schneekristall-Elemente« bezeichnet.
Die Herstellung eines derartigen Brennelements aus einem Stück bereitet erhebliche Schwierigkeiten.
Die Bearbeitung auf der Drehbank bzw. durch Fräsen oder spanabhebende Bearbeitung nach üblichen
Verfahren ist kaum möglich, und das Strangpressen ist vor allem für die in Betracht kommenden Materialien
(Beryllium oder Zirconiumlegierungen) schwierig durchzuführen und bedingt hohe Herstellungskosten,
selbst für ein Element mit sieben Stäben (einem Mittelstab und sechs in Winkelabständen von
60° angeordneten umgebenden Stäben).
Aus der Schweizer Patentschrift 376190 ist ein
Kernreaktor-Brennelementbündel
Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris
Vertreter:
Dr. H. U. May, Patentanwalt,
8000 München 2, Ottostr. 1 a
Als Erfinder benannt:
Pierre Cousseran, Clamart, Seine;
Jean Marc Hassig, Orsay, Seine-et-Oise;
Roland Roche, Clarmart, Seine (Frankreich)
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 10. Juli 1964 (981344)
derartiges bündeiförmiges Brennstoffelement bekannt, bei dem die Brennstabhülsen sich mit radialen
Längsrippen aneinander abstützen und dadurch zwischen den Hülsen Strömungskanäle bilden. Hierbei
sind die einander benachbarten Längsrippen je zweier übereinander angeordneter Brennstabhülsen
in axialer Richtung durch Klammern miteinander verbunden, nicht aber die radial aneinanderstoßenden
Längsrippen. Es mangelt daher an Festigkeit.
In dem deutschen Patent 1203 888 sind Kernreaktor-Brennelementbündel
vorgeschlagen, die aus mehreren parallelen stabförmigen Einzelelementen bestehen,
deren Hülsen radiale, als Abstandshalter wirkende und im wesentlichen über ihre gesamte
Länge reichende Längskühlrippen besitzen, die teilweise zu in Achsrichtung der Brennelemente
offenen Haken geformt sind, die in entsprechend ausgebildete Haken der Rippen an den Nachbarelementen
greifen.
Diese Lösung ist aber nicht geeignet, die eingangs genannten, an Brennelementbündel zu stellenden
Forderungen vollkommen zu erfüllen, da die radial benachbarten Längsrippen nur an einigen
Stellen, nämlich in Höhe der hakenförmigen Kupplungen, miteinander verbunden werden und eine
809 619/455
axiale Verschiebung der Elemente gegeneinander auch nur über eine geringe Strecke möglich ist, nämlich
bis zum Anstoß der Rückseite des einen Hakens am Ende der Aussparung der anderen Längsrippe.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Brennelementbündel herzustellen,
das insbesondere alle Vorteile des »Schneekristall-Elements« beibehält, jedoch einfacher herzustellen
ist.
wobei der Ausdruck Stange so zu verstehen ist, daß er sowohl ein durchgehendes Einzelstück als auch
eine Säule von Einzeltabletten umfaßt, wobei die letztere Lösung im allgemeinen bei keramischen
Kernbrennstoffen angewandt wird.
Die Stäbe einer Schicht oder eines Kranzes werden durch Trennwände, wie die die Stäbe 8 und 8' verbindende
Trennwand 10, in bestimmten Abständen voneinander und bezüglich der Stäbe der anderen
Erfindungsgemäß sind zu diesem Zweck bei einem io Schichten gehalten. Jede der zwei Stäbe verbinden
den Trennwände erstreckt sich über deren Länge und umfaßt zwei Längsrippen 12 und 12', die jeweils
von einem Stab getragen werden und einander gegenüberliegend angeordnet und mit abnehmbaren
Kernreaktor-Brennelementbündel, das aus mehreren
parallelen stabförmigen Einzelelementen besteht,
deren Hülsen radiale, als Abstandshalter--wirkende
und ion wesentlichen über ihre gesamte Länge reichende Längsrippen besitzen, wobei an benachbar- 15 Kupplungsstücken zur starren Verbindung verbunten Einzelelementen ein Paar der Längsrippen in den sind.
parallelen stabförmigen Einzelelementen besteht,
deren Hülsen radiale, als Abstandshalter--wirkende
und ion wesentlichen über ihre gesamte Länge reichende Längsrippen besitzen, wobei an benachbar- 15 Kupplungsstücken zur starren Verbindung verbunten Einzelelementen ein Paar der Längsrippen in den sind.
einer Ebene einander gegenüberliegt und die Einzel- Jeder Stab besitzt mit den benachbarten Stäben,
elemente an diesen Längsrippen in axialer Richtung die zur gleichen oder einer benachbarten Schicht geverschiebbar,
im übrigen jedoch starr miteinander hören, eine Anzahl von Verbindungen, so daß das
verbunden sind, die Längsrippen eines Paars jeweils 20 System entweder statisch bestimmt oder mehr oder
entsprechend mit je einer radialen Keilnut oder mit weniger statisch überbestimmt ist, um das Montagezwei
gegenüberliegenden seitlichen Längsnuten ver- spiel aufzufangen, wobei die Kupplungsstücke als
sehen, in die in axialer Richtung Kupplungsstücke »Gelenke« zwischen den Stäben angesehen werden,
eingeschoben sind. Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform besitzt
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der 25 jeder Stab, wie ersichtlich, mindestens drei Verdie
Längsrippen mit der radialen Keilnut versehen bindungen mit seinen Nachbarn,
sind, sind die Kupplungsstücke doppelschwalbenschwanzförmig ausgebildet.
sind, sind die Kupplungsstücke doppelschwalbenschwanzförmig ausgebildet.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform,
bei der die Längsrippen mit den zwei gegenüber- 30 sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden
liegenden seitlichen Längsnuten versehen sind^ sind Endflächen der Längsrippen 12 und 12' einschiebt
die Kupplungsstücke in Form einer Doppel-U- oder
einer gekreuzten S-Klammer ausgebildet.
einer gekreuzten S-Klammer ausgebildet.
Das so hergestellte Brennelementbündel besitzt
eine Festigkeit, die der eines aus einem Stück be- 35 der Längsrippen gegebenenfalls gehobelt. Die Außenstehenden
»Schneekristall-Elements« vergleichbar ist. flächen können entweder eben (Fig. 2a) sein oder
Außerdem können alle Stäbe zum Ausgleich von ein gebogenes, für die beiden Längsrippen gleiches
Abweichungen ihrer Axialverlängerungen gleiten, Querprofil aufweisen.
wobei sie jedoch in unveränderlichen Abständen von- Die in den F i g. 2 a und 3 gezeigte Klammer 14
einander gehalten werden. Die Einzeldruckverluste 40 besteht aus einer aufgeschnittenen und S-förmig gewerden
erheblich verringert und die zur Erhaltung bogenen Metallplatte. Die an den Enden des S ander
Geometrie des Elements notwendige Masse von gebrachten Finger 16 und 16' greifen in dafür längs
absorbierendem Material wird herabgesetzt. der Seitenflächen der Längsrippen 12 und 12' vorge-
In der folgenden Beschreibung sind Ausführungs- sehene Längsnuten 18 und 18' ein. Die Klammer 14
formen der Erfindung, die als Beispiele zur Erläute- 45 ist in regelmäßigen Abständen umgekehrt angeordrung
angegeben sind, beschrieben. Die Beschreibung net, so daß jeder Arm mit der entsprechenden
bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin Längsrippe, beispielsweise 12', einerseits durch auf
zeigt
F i g. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen »Schneekristall-Brennelements« im 5° Abschnitte 22 verbunden ist.
Schnitt längs einer zur Achse senkrechten Ebene, Zur Herstellung der Klammer 14 können verschie-
Schnitt längs einer zur Achse senkrechten Ebene, Zur Herstellung der Klammer 14 können verschie-
Fig. 2a, 2b, 2c Einzelansichten eines in Fig. 1
mit A bezeichneten Ausschnitts, von verschiedenen abgewandelten, zwei Längsrippen eines Paars von
Bei einer in den Fig. 2a und 3 gezeigten ersten Ausführungsform bestehen die Kupplungsstücke zwischen
zwei Längsrippen aus einer Klammer 14, die
und sie gegeneinandergedrückt hält.
Zur Gewährleistung eines richtigen Anliegens der Längsrippen gegeneinander sind die Endabschnitte
1-, — j.-j.-j ■ χ. '
der einen Seite angeordnete Abschnitte 20 und andererseits durch auf der anderen Seite angeordnete
dene in Form dünner Bleche vorliegende Materialien benutzt werden. Man kann insbesondere 0,1 mm
starkes Blech aus rostfreiem Stahl benutzen, das den
Einzelelementen von außen umgreifenden Kupplungs- 55 Vorteil besitzt, sich leicht aufschneiden und biegen
stücken,
F i g. 3 schematisch in perspektivischer Darstellung
drei durch Kupplungsstücke gemäß F i g. 2 a verbundene Stäbe,
Fig. 4a, 4b, 4c, ähnlich wie Fig. 2a, 2b und 2c, abgewandelte Ausführungsformen von innen in zwei
entsprechende Längsrippen eines Paars von Einzelelementen eingeschobenen Kupplungsstiicken.
zu lassen und eine genügende Korrosionsbeständigkeit zu besitzen. Von anderen, mit Vorteil zu verwendenden
Materialien seien Molybdän- und Zirconlegierungen genannt.
Das Festhalten der Klammer 14 in Längsrichtung kann auf verschiedene Weise geschehen. Insbesondere
kann diese Klammer mit mindestens einer der Längsrippen durch einen Vorstecker 24 (Fig. 3) fest
verbunden werden. Man kann auch an den Enden
Das in Fig. 1 gezeigte Kernbrennstoffelement besteht aus einer Gruppe von 31 Stäben 6 und 6', die 65 des gebündelten Elements angeordnete, geeignet geum
einen Mittelstab längs dreier koaxialer Zylinder formte Einkerbungen vorsehen,
verteilt sind. Jeder Stab besteht aus einer Brennstoff- In jedem Fall können die Stäbe leicht durch stange, die mit einer Hülse 8 oder 8' ummantelt ist, Strangpressen und, falls notwendig, anschließendes
verteilt sind. Jeder Stab besteht aus einer Brennstoff- In jedem Fall können die Stäbe leicht durch stange, die mit einer Hülse 8 oder 8' ummantelt ist, Strangpressen und, falls notwendig, anschließendes
Bearbeiten durch Drehen, Hobeln oder Fräsen hergestellt werden. Ihr Zusammenbau ist ebenfalls verhältnismäßig
einfach: Die Stäbe werden einander gegenübergestellt und die Klammern 14 werden eingeschoben.
Die Fig. 2b und 2c zeigen zwei Abwandlungen
der in den F i g. 2 a und 3 gezeigten Ausführungsform. Die Klammer 14 der Fig. 2b unterscheidet
sich nur dadurch von der vorangehenden, daß sie abwechselnd U-förmig gebogen ist. Die Klammer
der Fig. 2c benutzt zwei vollständige U-Stücke, die mit ihrem Boden bei 26 aneinandergeschweißt
sind.
Die in den Fig. 2a, 2b und 2c gezeigten Klammern
14 gewährleisten eine Verbindung der Längsrippen durch äußere Umklammerung. Im Gegensatz
dazu zeigen die Fig. 4a, 4b und 4c Kupplungsstücke zur Verbindung zwischen den Längsrippen,
die innerhalb deren Dicke selbst liegen. Das Kupplungsstück kann insbesondere aus einem rohrförinigen
Keil 28 (F i g. 4 a), aus einem Keil mit einem Querschnitt von Doppel-T-Form (Fig. 4b) oder
aus einem doppelschwalbenschwanzförmigen Keil (Fig. 4c) bestehen.
In allen diesen Fällen greift der Keil 28 gleichzeitig in zwei Schwalbenschwanznuten 30 und 30'
(F i g. 4 a) ein, die jede in der Endfläche einer Längsrippe angebracht sind, um die beiden Längsrippen
in Berührung miteinander zu halten.
Die doppelschwalbenschwanzförmigen (F i g. 4 c) oder als Doppel-T (Fig. 4b) ausgebildeten Keile28
können durch Strangpressen aus einer Bramme mit Kreisquerschnitt von 0,8 mm Durchmesser aus rostfreiem
Stahl und die rohrförmigen Keile (F i g. 4 a) aus einem Rohr aus rostfreiem Stahl von 0,05 mm
Dicke hergestellt werden.
Ganz allgemein können die Keile 28 nach verschiedenen Verfahren wie Stanzen, Strangpressen
usw. aus den gleichen Materialien wie die für die Klammern 14 aufgezählten hergestellt werden. Man
kann auch für diese Keile 28 Materialien mit geringerer Neutronenabsorption, die jedoch schwieriger
zu formen sind, wie beispielsweise Beryllium, benutzen.
Claims (3)
1. Kernreaktor-Brennelementbündel, bestehend aus mehreren parallelen stabförmigen Einzelelementen,
deren Hülsen radiale, als Abstandshalter wirkende und im wesentlichen über ihre gesamte Länge reichende Längsrippen besitzen,
wobei an benachbarten Einzelelementen ein Paar der Längsrippen in einer Ebene einander gegenüberliegt
und die Einzelelemente an diesen Längsrippen in axialer Richtung verschiebbar, im übrigen
jedoch starr miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrippen
eines Paares (12,12') jeweils entsprechend mit je einer radialen Keilnut (30, 30') oder mit
zwei gegenüberliegenden seitlichen Längsnuten (18,18') versehen sind, in die in axialer Richtung
Kupplungsstücke (28 bzw. 14) eingeschoben sind.
2. Kernreaktor-Brennelementbündel nach Anspruch 1, bei dem die Längsrippen mit der radialen
Keilnut versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsstücke (28) doppelschwalbenschwanzförmig
ausgebildet sind.
3. Kernreaktor-Brennelementbündel nach Anspruch 1, bei dem die Längsrippen mit den zwei
gegenüberliegenden seitlichen Längsnuten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kupplungsstücke (14) die Form einer Doppel-U- oder einer gekreuzten S-Klammer haben.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 376 190.
Schweizerische Patentschrift Nr. 376 190.
In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 12031
Deutsches Patent Nr. 12031
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 619/455 9.68 © Bundesdruckerei Berlin
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