DE1287221B - Vorrichtung zum Zentrieren von Brennstoffelementen in einem Kernreaktor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zen- auf durch Längsnuten voneinander getrennte Sektrieren von Brennstoffelementen, die jeweils aus toren verteilten Kühlrippen besetzten Hülle bestehen, einem Brennstoffstab und einer diesen umschließen- in der Weise abzuwandeln, daß sich einerseits ein den, mit gegen die Stabachse geneigten und auf durch Austausch der Brennstoffelemente vornehmen läßt, Längsnuten voneinander getrennte Einzelsektoren 5 ohne daß dazu die Zentrierung entfernt werden verteilten Kühlrippen besetzten Hülle bestehen, in müßte, und daß sich außerdem ein Ausbau der einem von Kühlmittel durchströmten Kanal eines Zentrierringe vornehmen läßt, ohne daß man dazu Kernreaktors mittels mehrerer in rundumlaufende eine auch nur teilweise Demontage des Moderator-Ausnehmungen in der Innenwand des Kanals ein- blockes des Kernreaktors durchführen müßte, setzbarer, geschlitzter Ringe mit jeweils mindestens io Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß drei radial nach innen gerichteten Armen. bei jedem Ring die gesamte Schlitzbreite und die

Esistbekannt(französischePatentschriftl289281), Wandstärke an den freien Enden der Arme so beBrennstoffelemente, bestehend aus einem Brennstoff- messen sind, daß sich der Durchmesser des Ringes stab und einer diesen umschließenden, mit gegen die entgegen den diesen spreizenden elastischen Kräften Stabachse geneigten und auch durch Längsnuten 15 auf einen die lichte Weite des Kanals untersteigenden voneinander getrennten Einzelsektoren verteilten Wert bringen läßt und daß die freien Armenden in Kühlrippen besetzten Hülle dadurch in einem von die Längsnuten der Elementhülle eingreifen. Kühlmittel durchströmten Kanal eines Kernreaktors Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise

zu zentrieren, daß die Hülle mit radial nach außen dargestellt. Es zeigt gerichteten Fortsätzen versehen ist, die mit rings um 20 F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht das Element herumgeführten Haltebändern zusam- eines Brennstoffelementes, das durch eine erfindungsmenarbeiten. Durch die radial nach außen gerichte- gemäße Zentriervorrichtung in einem rohrförmigen ten Fortsätze der Hülle, die bis zur Kanalwandung Bauteil zentriert ist,

reichen und sich über die gesamte Länge des Brenn- F i g. 2 einen in größerem Maßstab dargestellten

Stoffelements erstrecken, werden jedoch in dem von 25 Querschnitt längs der Schnittlinie 2-2 der F i g. 1, Kühlmittel durchströmten Hohlraum abgeschlossene F i g. 3 eine abgewandelte Ausführungsform eines

Einzelräume erzeugt, die eine starke Störung der Zentrierringes in einer Darstellung entsprechend zirkulären Kühlmittelströmung mit sich bringen. F i g. 2.

Es ist bereits eine Abstützvorrichtung für Brenn- Das Brennstoffelement 4 ist in einem Kanal 18

Stoffelemente von Kernreaktoren vorgeschlagen wor- 30 eines Graphit-Moderators 19 koaxial zu diesem anden (deutsches Patent 1244304), die mehrere in geordnet. Das als Rohr ausgebildete Brennstoffrundumlaufende Ausnehmungen der Innenwand des element ist mit einer Hülle umgeben, die an ihren Kanals einsetzbare geschlitzte Ringe aufweist, die Enden durch Stopfen 14 und 16 abgeschlossen ist, ihrerseits jeweils mindestens drei radial nach innen wobei zwischen den Stopfen und den Enden des Rohgerichtete Arme tragen. Da diese Ringe in axialer 35 res 4 Scheiben 6 angeordnet sind, die aus dem glei-Richtung des Brennstoffelementes nur eine geringe chen Material wie das Brennstoffelement bestehen. Höhe aufweisen, wird die durch die geneigten Rip- Die Hülle 8 weist auf ihrer Außenfläche schräg zu

pen erzeugte Kühlmittelströmung nur unwesentlich ihrer Längsachse verlaufende Rippen auf, die in gestört. Bei Anordnung mehrerer Brennstoffelemente sechs nebeneinanderliegenden Gruppen mit ab- und mehrerer Moderatorblöcke übereinander ist je- 40 wechselnd gegeneinander geneigten Rippen aufgeteilt doch die Austauschbarkeit der Brennstoffelemente sind. Das Brennstoffrohr 4 ist zur Sicherung der bzw. diejenige der geschlitzten Ringe bei dieser Ab- Hülle mit Sicken 10 versehen, die in entsprechende stützvorrichtung stark beeinträchtigt. Die der Halte- Erhebungen 12 an der Innenseite der Hülle 8 einrung der Brennstoffelemente dienenden, nach innen greifen.

ragenden Arme der einzelnen Ringe reichen nämlich 45 Zur Zentrierung des Brennstoffelementes innerbis unter die Brennstoffelemente, so daß ein Ent- halb des Kanals 18 sind im dargestellten Beispiel gefernen der Brennstoffelemente durch Abheben nach maß F i g. 1 eine Zentriervorrichtung, bestehend aus oben in dem Reaktorkanal zur Voraussetzung hat, drei Zentrierorganen 28, 28', 28", angeordnet, von daß zuvor die der Halterung der darüber liegenden denen zwei in der Nähe der Enden der Hülle anBrennstoffelemente dienenden Ringe entfernt worden 50 geordnet sind, während das dritte Zentrierorgan etwa sind. Die Ringe selbst greifen wiederum sehr weit in in der Mitte des Brennstoffrohres vorgesehen ist, um an den Oberseiten der einzelnen den Reaktorkanal eine Durchbiegung insbesondere bei waagerechter begrenzenden Moderatorblöcke vorgesehene Aus- Anordnung des Brennstoffelementes zu verhindern, nehmungen ein und lassen sich dementsprechend erst Jedes Zentrierorgan besteht aus einem Ring 30, weldann nach oben herausnehmen, wenn der oder die 55 eher einen in axialer Richtung verlaufenden Schlitz darüber liegenden Moderatorblöcke entfernt worden 37 und drei in radialer Richtung verlaufende Arme sind. Ein derartig weitgehender Abbau bzw. Umbau 34, 36, 38 aufweist, die mit ihren freien Enden in des gesamten Reaktors für den bloßen im Laufe der die Nuten 17 zwischen den Kühlrippengruppen einBetriebsdauer des Reaktors mehrmals erforderlichen greifen. Der Ring 30 ist in eine Umfangsnut 32 in Austausch von Brennstoffelementen ist jedoch aus 60 der Kanalwandung eingesetzt und somit gegen eine wirtschaftlichen und auch aus sicherheitstechnischen axiale Verschiebung gesichert. Gemäß der Erfindung Gründen nachteilig. ist die Breite des Schlitzes 37 so bemessen, daß sich

Der Erfindung liegt daher, ausgehend von der zu- der Durchmesser des Ringes entgegen den diesen letzt erörterten älteren Vorrichtung, die Aufgabe zu- spreizenden elastischen Kräften auf einen die lichte gründe, diese unter dem Gesichtspunkt einer Zen- 65 Weite des Kanals 18 untersteigenden Wert bringen trierung von Brennstoffelementen, die jeweils aus läßt. Ein Zapfen 40, der in die Wandung 19 des einem Brennstoffstab und aus einer diesen umschlie- Moderators eingesetzt ist, greift mit einem Ansatz ßenden und mit gegen die Stabachse geneigten und 42 in eine Ausnehmung im Ring ein, die durch ent-

sprechende Aussparung des Ringes zu beiden Seiten des Schlitzes geschaffen ist und sichert den Ring somit gegen eine Verdrehung innerhalb der Nut 32.

Um eine Wärmedehnung des Brennstoffelementes in radialer Richtung zu ermöglichen, sind die Wandstärken der freien Enden der Arme 34, 36 und 38 so bemessen, daß sich diese Arme innerhalb der Nuten 17 frei bewegen können, wozu auch noch ein gewisses Spiel 35 zwischen dem Ende eines jeden Armes und der Hülle 8 belassen ist. Die drei Arme to 34, 36 und 38 greifen vorzugsweise in diejenigen Nuten 17 ein, von denen aus die Kühlmittelströmungsfäden, die in einer schraubenlinienförmigen Bahn längs der Hülle verlaufen, in die jeweils durch zwei benachbarte Rippen der Hülle begrenzten Zwischenräume eintreten. Diese Zonen sind diejenigen, in denen die Temperatur des Kühlmittels am niedrigsten ist. Die in die Nuten eingreifenden Arme sind vorzugsweise keilförmig ausgebildet, um den Beanspruchungen besser gewachsen zu sein.

Die F i g. 3 zeigt eine abweichende Ausführung eines Zentrierorgans, bei welchem diejenigen Teile, die der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 entsprechen, mit gleichen Bezugszahlen, aber dem zusätzlichen Index α versehen sind.

Das Zentrierorgan 28 a besteht aus einem Ring 30«, der in eine ringförmige Ausnehmung 32 a eingesetzt ist, die in einem als Hülse 19 a ausgebildeten Moderator vorgesehen ist. Der Ring 30 a ist mit drei Armen 34 a, 36 a und 38 a versehen, die radial nach innen ragen. Die Höhe der Ausnehmung 32 a ist nur wenig größer als die Höhe des Ringes 30 a, so daß ein kleines Einbauspiel vorhanden ist. Das Zentrierorgan 28 a unterscheidet sich von dem Zentrierorgan 28 dadurch, daß es aus drei gleichen Teilen besteht, die miteinander im Bereich der Arme an deren Enden 50, 52 und 54, verbunden sind. Der Teil 44 besteht aus einem Ringsektor 46, der eine mittlere Radialbohrung 48 aufweist und zwei Armteile 34 a und 36 a trägt, die auf dem größten Teil ihrer Länge so gerichtet sind, daß ihre Mittellinien sich hinter der Achse des Kanals schneiden. Die beiden Armteile zweier benachbarter Sektoren sind an ihren Enden beispielsweise durch Schweißen fest miteinander verbunden, wobei die Armteile einen solchen Winkel einschließen, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Sektoren ein Spiel belassen ist und Schlitze 37 a entstehen. Diese Schlitze sind so bemessen, daß der Ring durch eine radial nach innen gerichtete Verformung aus der Umfangsnut32a herausgenommen werden kann. Drei auf den Umfang verteilte Schrauben 40 α greifen mit einem Ansatz in Löcher 48 ein und sichern den Ring gegen eine Verdrehung.

Die erfindungsgemäße Zentriervorrichtung ist in Zusammenhang mit einem Graphit-Moderator beschrieben worden; sie kann selbstverständlich auch bei Brennstoffelementen für einen Reaktor mit flüssigem Moderator verwendet werden, der mit Leistungsrohren versehen ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Zentrieren von Brennstoffelementen, die jeweils aus einem Brennstoffstab und einer diesen umschließenden, mit gegen die Stabachse geneigten und auf durch Längsnuten voneinander getrennte Einzelsektoren verteilten Kühlrippen besetzten Hülle bestehen, in einem von Kühlmittel durchströmten Kanal eines Kernreaktors mittels mehrerer in rundumlaufende Ausnehmungen in der Innenwand des Kanals einsetzbarer, geschlitzter Ringe mit jeweils mindestens drei radial nach innen gerichteten Armen, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Ring (30, 30 α) die gesamte Schlitzbreite und die Wandstärke an den freien Enden der Arme (34, 36, 38; 34 a, 36 α, 38 α) so bemessen sind, daß sich der Durchmesser des Ringes entgegen den diesen spreizenden elastischen Kräften auf einen die lichte Weite des Kanals (18) untersteigenden Wert bringen läßt und daß die freien Armenden in die Längsnuten (17) der Elementhülle (8) eingreifen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (34, 36, 38) jedes Zentrierorgans (28, 28', 28") in diejenige Nut (17) zwischen zwei Einzelsektoren eingreifen, an denen das zwischen den äußeren Bauteilen und der Hülle strömende Kühlmittel zwischen die Rippen der beiden auf Einzelsektoren verteilten Rippenserien eintritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zentrierorgan (28 d) aus mehreren identischen Teilen (44) besteht, von denen jeder einen zylindrischen Ringsektor (46) und zwei Armteile (z. B. 34 α und 36 a) aufweist, und daß zwei einander benachbarte Armteile an ihren radial innenliegenden Enden (50,52) miteinander verbunden sind und einen solchen Winkel einschließen, daß zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Sektoren ein Schlitz (37 a) verbleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen