DE1294574B

DE1294574B - Auswechselbares Kernreaktor-Brennelement, bestehend aus mehreren Brennstaeben

Info

Publication number: DE1294574B
Application number: DEW29686A
Authority: DE
Inventors: Frisch Erling; Widmer Thomas F; Thorp Arthur G
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1965-12-03
Filing date: 1961-03-21
Publication date: 1969-05-08
Also published as: FR1285670A; BE601970A; US3379618A

Description

1 2

In heterogenen oder quasi homogenen Atom- setzend, von einer äußeren Platte (32 bzw. 34) gereaktoren ist der Spaltstoff innerhalb von Brenn- tragen sind, und schließlich sind in einer oder stäben angeordnet, die, insbesondere bei Flüssig- mehreren zu den Stabhalteplatten parallelen Ebenen keitskühlung, von einem Schutzmantel aus einem nur Gitter aus fest miteinander verbundenen Abstandswenig Neutronen absorbierenden korrosionsbeständi- 5 haltern vorgesehen, in denen die Brennstäbe federnd gen, normalerweise metallischen Material (z. B. und im Falle einer Längsdehnung auch gleitend ge-Zircaloy oder rostfreien Stahl) umgeben sind. Eine führt sind.

Anzahl von derartigen Brennstäben ist jeweils zu Derartige Brennelemente können vorzugsweise für

einem Brennelement zusammengefaßt und kann in flüssigkeitsgekühlte heterogene oder quasi homogene dieser Form in den aus einer größeren Anzahl io Atomreaktoren Verwendung finden und gestatten insolcher Brennelemente bestehenden Reaktorkern ein- folge ihrer Querschnittsform einen praktisch lückengesetzt bzw. wieder herausgenommen oder ausge- losen Aufbau des Reaktorkernes, wechselt werden. Das Wesen dieser Erfindung wird nachstehend an

Dabei ist es erforderlich, daß der zwischen den einem Ausführungsbeispiel mit annähernd quadrati-Brennstäben jedes einzelnen Elementes verbleibende ig schem Querschnitt an Hand der F i g. 1 bis 17 näher Raum auch während der thermischen Beanspruchung erläutert.

durch den Reaktorbetrieb gleichbleibt, damit keine F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht eines in verStörung im Kühlmitteldurchfluß und damit in den schiedenen Ebenen aufgeschnittenen erfindungs-Abkühlungsverhältnissen der einzelnen Brennstäbe gemäßen Brennelementes; eintritt. Bei anderen heterogenen Kernreaktortypen, 20 Fig. 2 stellt eine Draufsicht, teilweise als Schnittbei denen die Brennelemente im Gegensatz zu vor- bild, des Brennelementes nach F i g. 1 dar; liegender Erfindung in einzelnen Kühlkanälen an- F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt entlang der Bezugsgeordnet sind, wurde schon vorgeschlagen, die linie ΙΙΙ-ΠΙ durch das Abstandshaltergitter; einzelnen Brennstäbe eines Elementes nur an einem F i g. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des

Ende festzuhalten und das andere Ende frei zu lassen, 35 Abstandshaltergitters nach F i g. 3 entlang der Bedamit die Längenausdehnung der Brennelemente bei zugslinie IV-IV;

steigender Arbeitstemperatur ungehindert vor sich F i g. 5 zeigt einen Querschnitt durch die Abstandsgehen kann. Die gegenseitigen Abstände der einzel- halter nach F i g. 4 entlang der Bezugslinie V-V; nen Brennstäbe werden dabei durch in mannigfacher F i g. 6 zeigt in der gleichen Ansicht wie F i g. 4

Anordnung einzeln einsetzbare Abstandshalter, die ₃₀ eine abgewandelte Konstruktion der Abstandshalter; unter Umständen auch fest mit dem Brennelement F i g. 7 zeigt einen Querschnitt entlang der Bezugszusammenhängen können, gewährleistet. linie VII-VII der Konstruktion nach Fig. 6;

Allen bekannten Brennelementen ist gemeinsam, F i g. 8 zeigt einen Längsschnitt durch einen Ab-

daß die einzelnen Brennstäbe wenigstens mit ihrem standshalter gemäß F i g. 6 und 7 entlang der Beeinen Ende an einer gemeinsamen Stabhalteplatte ₃₅ zugslinie VIII-VIII;

befestigt sind. Oftmals wird auch die Anordnung F i g. 9 zeigt einen Ausschnitt aus dem Abstands-

angetroffen, daß sämtliche Brennstäbe an je einer haltergitter ähnlich wie Fig. 3, jedoch mit einer Stabhalteplatte an beiden Enden des Elementes starr anderen Ausbildung der einzelnen Abstandshalter; befestigt sind. Auch einseitig oder beidseitig lose Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht des Abstands-

Halterungen der Brennstäbe in Führungen der Stab- 40 haltergitters nach F i g. 9 entlang der Bezugshalteplatten sind bekanntgeworden. linie X-X;

Da jedoch aus rein konstruktiven Gründen nicht Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch eine Ecke

über einen verhältnismäßig beschränkten Querschnitt des Abstandshaltergitters entlang der Bezugslinie dieser Bohrungen an den Stabhalteplatten hinaus- XI-XI nach Fig. 10 und eine spezielle Methode gegangen werden kann, stellen diese einen erheb- 45 zur Befestigung des Abstandshaltergitters nach liehen Strömungswiderstand dar. Hohe Strömungs- Fig. 9;

widerstände in Kernreaktoren bedingen aber erhöhte Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf eine andere

Pumpenleistungen für den Kühlmittelumlauf und Form des Abstandshaltergitters ähnlich der Fig. 9; damit auch erhöhte Drücke. ^ Fig. 13 zeigt einen Längsschnitt durch dieses

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe 50 andere Abstandshaltergitter nach Fig. 12 entlang zugrunde, diese Nachteile zu verringern und die der Bezugslinie XVI-XVI;

Strömungsverhältnisse zu verbessern. Sie betrifft Fig. 14 zeigt in Draufsicht eine abgewandelte

ein auswechselbares Kernreaktor-Brennelement, be- Form des Abstandshaltergitters; stehend aus mehreren Brennstäben, die zwischen Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf ein Abstands-

Stabhalteplatten gehaltert sind, wobei die Stabhalte- 55 halterelement nach Fig. 14;

platten kleine Bohrungen zur Aufnahme der Brenn- F i g. 16 ist eine Seitenansicht dieses Abstandsstäbe sowie große Bohrungen zum Durchtritt des halterelementes nach F i g. 15; Kühlmittels aufweisen. Erfindungsgemäß sind an F i g. 17 zeigt einen Längsschnitt durch das Element

beiden Enden des Brennelementes je zwei mit Ab- nach Fig. 15 entlang der BezugslinieXX-XX. stand voneinander angeordnete, mit derartigen 60 Wie bereits einleitend erwähnt, wird der Reaktor-Bohrungen versehene Stabhalteplatten vorgesehen; kern aus einer Anzahl von Brennelementen, wie sie in außerdem sind die praktisch gleich langen Brenn- Fig. 1 oder 12 beispielsweise dargestellt sind, gebilstäbe abwechselnd in den entsprechenden Bohrungen det. Normalerweise werden sie zu diesem Zweck zwider beiden in ihrer Höhenlage gegeneinander ver- sehen einer oberen und unteren (nicht dargestellten) schobenen Stabhalteplattenpaare lose derart gelagert, 65 Tragplatte angeordnet bzw. aufgehängt. Diese Tragdaß sie jeweils an einem Ende von einer inneren platten werden im Reaktorgefäß durch konven-Platte (36 oder 38) und am anderen Ende, die großen tionelle Bauelemente, wie z. B. zylindrische Bolzen, Bohrungen (48) der zweiten inneren Platte durch- gehaltert, so daß sie zur Auswechselung der Brenn-

elemente verhältnismäßig einfach demontiert werden können.

Diese Tragplatten enthalten eine der Zahl der Brennelemente entsprechende Anzahl von Bohrungen zur Aufnahme der zylindrischen Paßteile 22, die an beiden Enden jedes Brennelementes 20 angeordnet sind. Innerhalb dieses Paßteils 22 befinden sich radial angeordnete Laschen 24, die beim Einsetzen oder beim Herausnehmen des Brennelementes mit dem Betätigungswerkzeug in Eingriff kommen. Die beiden zylinderförmigen Paßteile 22 sind auf dem Haltegerüst 26 für die einzelnen Brennstäbe befestigt.

Nach Fig. 1 wird dieses Haltegerüst aus einem Rahmen 30 mit den inneren Halteplatten 36 und 38 sowie den äußeren Halteplatten 32 und 34 gebildet. Außerdem befinden sich innerhalb des Rahmens 30 Einrichtungen zur gegenseitigen Abstandshalterung der Brennstäbe 28 in Gestalt eines oder mehrerer Abstandshaltergitter 35. Für die Ausbildung des Gitters sind viele Möglichkeiten denkbar; einige davon werden in den Figuren näher dargestellt.

Der Rahmen 30 enthält als Verbindungselemente zwischen den inneren Halteplatten 36 und 38 Verbindungsstreben 40, die auch als geschlossene Bleche ausgebildet sein können. Zur Verringerung des Strukturmaterials im Reaktorkern müssen diese möglichst dünn gehalten werden und werden zur Erhöhung ihrer Steifigkeit zweckmäßigerweise mit Sicken 42 versehen. Selbstverständlich können auch andere Mittel zur Versteifung angewendet werden und z. B. wenigstens die Bleche 40 an den Kanten des etwa quadratischen Elementes abgewinkelt werden.

Das Material für den Rahmen 30 und die anderen Bauteile des Brennelementes 20 muß vor allem große Korrosionsbeständigkeit und neben geeigneten mechanischen Eigenschaften auch einen geringen Neutronenabsorptionsquerschnitt besitzen.

Solche Materialien sind z. B. bestimmte Zirkonverbindungen. Unter Umständen kann es wirtschaftlicher sein, rostfreien Stahl trotz seiner etwas schlechteren Neutronendurchlässigkeit zu verwenden, wenn es möglich ist, die Menge des Strukturmaterials entsprechend zu verringern und/oder das Spaltmaterial in geeigneter Weise auszuwählen und anzuordnen.

Die mechanische Festigkeit dieser Strukturmaterialien muß in Verbindung mit ihrer Formgebung dem Rahmen 30 eine derartige Festigkeit geben, daß er in der Lage ist, Druck- und Biegespannungen, die während des Reaktorbetriebes auftreten können, ohne Deformation zu widerstehen.

Aus der Draufsicht auf das Brennelement 20 in F i g. 2 ist zu sehen, daß die Endplatten 36 und 38 im wesentlichen eine quadratische Form besitzen, wobei die eine Ecke 44 etwas nach außen verschoben ist. Dadurch ergibt sich an zwei Seiten eines jeden Brennelementes je eine Stufe 46, so daß beim Zusammenbau der Elemente zu einem Reaktorkern zwischen den einzelnen Brennelementen Kanäle verbleiben, die das Eintauchen der Regelorgane in den Reaktorkern ermöglichen.

Die zur Abfuhr der in den Brennstäben 28 entstehenden Wärme benötigte Kühlmittelströmung tritt durch die zylinderförmigen Paßteile 22 in das Brennelement ein bzw. aus ihm aus und wird durch eine Vielzahl von Bohrungen 48 bzw. 96 in den Platten 36 und 38 bzw. 32 und 34 gleichmäßig über den gesamten Brennelementquerschnitt verteilt.

Die Bohrungen 48 bzw. 96 sind zu diesem Zweck im allgemeinen symmetrisch angeordnet, wobei die Querschnittsfläche der Bohrungen außerdem noch von anderen Parametern, wie z. B. der allgemeinen Festigkeit für die Stabhalteplatten 36 und 38 bzw. 32 und 34, bestimmt wird.

Zusätzlich können Einrichtungen zum Fassen der Enden der Brennstäbe 28 vorgesehen werden, wobei eine Längenausdehnung der Brennstäbe ohne Druck auf die Halteplatten möglich sein soll. In dem nach F i g. 1 gewählten Beispiel sind zu diesem Zweck Sacklöcher oder Bohrungen 50 in den Platten 36 und 38 vorgesehen, die eine gleitende Halterung der Endteile der Brennstäbe 28 gestatten. Es ist zu beachten, daß diese Bohrungen 50 auch bei der Bestimmung der Dicke der Platten 36 und 38 in Betracht gezogen werden müssen. Es wird jedoch schon jetzt darauf hingewiesen, daß für diese Halterungseinrichtungen an den Platten 36 und 38 keine unbedingte Notwendigkeit besteht, wie es auch im Beispiel nach Fig. 12 und 13 zum Ausdruck kommt.

Innerhalb des Rahmens 30 befindet sich in der Mitte ein Abstandshaltergitter 35. Es können jedoch auch noch weitere Gitter in gleichmäßigen Abständen im Raum zwischen den Platten 36 und 38 angeordnet sein. Diese Gitter sind normalerweise in Übereinstimmung mit der Form dieser Platten ausgebildet, so daß sie zur Festlegung der räumlichen Lage mit den Seitenblechen 40 z. B. durch Punktschweißung 52 befestigt werden können.

Es sind auch andere Verbindungsmethoden, wie z. B. Warzenschweißung oder Hartlötung, eventuell unter Verwendung spezieller Haltevorrichtungen, denkbar. Bei einer offenen Verkleidung des Rahmens 30, wenn also nur Eckbleche 40 Verwendung finden, ist es zweckmäßig, die Abstandshaltergitter gegenüber einer Berührung mit den Regelstäben durch Schutzbleche 80, die nach dem gleichen Verfahren befestigt werden können, zu schützen.

Während des Zusammenbaues des Rahmens 30 muß dafür Sorge getragen werden, daß durch entsprechende Bearbeitungs- und Haltevorrichtungen ein Höchstmaß an Geradlinigkeit und Rechtwinkligkeit erzielt wird. In diesem Zusammenhang ist zu sagen, daß der Neutronenfluß während des Betriebes keinen Einfluß auf die Temperatur des ganzen Rahmens hat, so daß er lediglich die Temperatur des Kühlmittels annimmt und daher nur geringe Tendenzen zum Verziehen entwickelt.

Die Abstandshaltergitter 35 sind (s. Fig. 3) aus einer Anzahl von einzelnen Abstandshaltern 54 aufgebaut, die durch Verschweißen oder Löten an den Stellen 55 verbunden sind. Die einzelnen Abstandshalter bestehen in diesem Beispiel aus dünnwandigen kurzen Röhrchen aus federndem Material, durch deren öffnung 57 die Brennstäbe 28 eingeführt werden. Um einen gleichmäßigen Abstand dieser Abstandshalterröhrchen vom Brennstab 28 zu erhalten, sind diese nach den F i g. 4 und 5 in Längsrichtung mehrmals geschlitzt und die dadurch entstandenen Stege nach innen eingedrückt. Die damit erreichte zentrale federnde Führung der Brennstäbe 28 in den Abstandshaltern verhindert ein seitliches Verbiegen oder Auswandern z. B. durch Strömungs- oder thermische Kräfte. Durch die Anzahl dieser federnden Streifen 56 kann die notwendige seitliche

Führungskraft eingestellt werden. Eine Befestigung dieser Abstandshalter an den Brennstäben ist nicht vorgesehen, damit diese in ihrer thermischen Ausdehnung oder Kontraktion während des Reaktorbetriebes nicht gehemmt sind.

Die Ausbildung der einzelnen Abstandshalter kann natürlich auch in anderer Weise erfolgen, z. B. nach den F i g. 6, 7 und 8. Die in diesem Falle ebenfalls durch Längsschlitze 59 gebildeten Streifen besitzen

führt wird. Für dieses spezielle Brennelement sind diese Stäbe in drei Abschnitte eingeteilt: Der mittlere wird aus einer langgestreckten Röhre 82 gebildet, die z. B. entsprechend der eingangs erwähnten Ge-Sichtspunkte aus rostfreiem Stahl besteht und mit spaltbarem Material gefüllt ist. Dieses Material wird in Form von zylindrischen Tabletten eingefüllt. Die offenen Enden werden mit Hilfe der Endstopfen 84 und 86 verschlossen und hermetisch abgedichtet, so

nur verhältnismäßig kurze Ausbuchtungen 60, so io daß keine Spaltprodukte in den Kühlmittelkreislauf daß damit die Berührungsstelle 61 zwischen diesen gelangen können. Die Endstopfen sind mit VerStreifen und dem Brennstab noch kleiner wird als längerungen 90 und 92 versehen, die einen wesentin den vorher genannten Beispielen. lieh geringeren Durchmesser als die Röhre 82 haben.

Eine andere Möglichkeit zur Ausbildung der ein- Der Übergang zwischen beiden Durchmessern ist zelnen Abstandshalter besteht nach den Fig. 9, 10 15 kegelförmig gestaltet (88), damit beim Einsetzen der und 11 darin, die ursprünglichen Ringe 54 mit über Brennstäbe kein Festhaken derselben am Abstandsdie ganze Länge derselben sich erstreckenden halter möglich ist. Außerdem wird auf diese Weise schalenförmigen Einbuchtungen 62 zu versehen. In der Strömungswiderstand der gesamten Anordnung diesem Falle erfolgt die Halterung der Brennstäbe 28 für das Kühlmittel herabgesetzt, jeweils entlang einer Mantellinie dieser Einbuchtun- 20 Die Halterung dieser Brennstäbe erfolgt in Längsgen. Zur leichteren Verbindung der aus solchen richtung durch die Rahmenendplatten 36 und 38 und Elementen hergestellten Abstandshaltergitter mit den
Rahmenfiächen 40 kann es zweckmäßig sein, die
Ausbuchtungen am äußeren Rande derselben mit
Füllmaterial 64 auszufüllen.

Eine weitere Form von Abstandshaltern ist aus den Fig. 14, 15, 16 und 17 zu ersehen. Sie hat eine gewisse Ähnlichkeit mit den Beispielen aus den Fig. 6 und 11; es sind jedoch hier breite Schlitze vorgesehen, so daß damit Vorsprünge 65, die federnd etwas nach innen ragen, gebildet werden.

Die Fig. 12 und 13 stellen eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung eines Abstandshaltergitters dar.
Nach diesem Beispiel sind eine Vielzahl von relativ
dünnen Streifen 66 und 74, z. B. aus rostfreiem 35 Bohrungen 98 der beiden äußeren Endplatten 32 und Stahl, zu einem Gitterwerk ähnlich einer Eierkiste 34 gelagert. Mit ihrem anderen Ende sind sie abverwoben. Die einzelnen Streifen sind dazu mit ausgeschnittenen Ecken 68 versehen, so daß die stehengebliebenen Flächen 69 nach dem Innenraum 78 eingewölbt (70) werden können. Damit wird eine 40 messer über das Konusteil 112 auf das Endstück 114 federnde Führung der Brennstäbe 28 ermöglicht. herabgesetzt, das selbst mit einem kegeligen Ab-Diese Formgebung der Laschen wird in gleicher
Weise auf der anderen Seite dieses Abstandshaltergitters durchgeführt. Dort sind die ausgeschnittenen

Ecken mit 72 und die stehengebliebenen Laschen mit 45 stabseite mit einer Abschrägung 118 für den gleichen 73 bezeichnet, die den entgegengesetzt angeordneten, Zweck versehen. Aus dieser Anordnung ergibt sich, 69, entsprechen. Zur Verfestigung dieses Abstands- daß den Bohrungen 50 in den Platten 36 und 38 je haltergitters nach der Zusammensetzung der so vor- eine große Bohrung 96 in den äußeren Platten 32 geformten Streifen 66 und 74 kann das ganze Ge- bzw. 34 und umgekehrt den großen Bohrungen 48 bilde z. B. durch Ofenlötung oder andere Mittel in 50 in den inneren Platten je eine kleine Bohrung 98 in seinen Einzelteilen unlösbar verbunden werden. den äußeren Platten gegenübersteht. Lediglich sind

in den Randzonen die Bohrungen 48 und 96 mit ihrer Achse etwas nach innen versetzt und auch im Durchmesser etwas verkleinert, was aus konstruktiven Gründen notwendig und aus der Draufsicht nach Fig. 2 ersichtlich ist.

,Wie bereits erwähnt, sind die Brennstäbe 28 mit etwas Längsspiel gelagert, damit keine Spannungen durch Wärmeausdehnung derselben auf das Halte-Rahmenflächen 40 in der gleichen Weise, wie in Zu- 60 gerüst 26 übertragen werden. Die Abstandshalter 100 sammenhang mit der F i g. 1 beschrieben, verbunden und 102 sorgen dafür, daß der Kühlmittelfluß durch

die gegeneinander versetzten großen Strömungsdurchlässe 48 und 96 einigermaßen gleichmäßig durchtreten kann, und dienen außerdem zur genauen Einstellung des Längsspiels der Brennstäbe.

Diese Abstandshalter 100 und 102 werden zur Verbindung mit dem Paßteil 22 durch die Abstandshalter 106 verlängert. Gegenüber der Befestigungs-

die äußeren Platten 32 und 34. Bis auf wenige Ausnahmen ist jedes Brennelement auf der einen Seite in der Rahmenendplatte 36 bzw. 38 und auf der anderen Seite in der äußeren Platte 34 bzw. 32 gelagert. Dies bedeutet, daß sie mit der einen Endstopfenverlängerung 92, die wesentlich länger ist als die andere Endstopfenverlängerung 90, durch die Bohrungen 48 der Platten 36 bzw. 38 hindurchragen. Diese Bohrungen 48 sind so groß, daß auch das Kühlmittel verhältnismäßig ungehindert entlang der durchragenden Brennstäbe hindurchströmen kann. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, sind die Brennelemente mit ihrer einen Seite abwechselnd in den

wechselnd in den entsprechenden Bohrungen 50 der Endplatten 36 bzw. 38 gehaltert. Zur Halterung sind die Brennstäbe an beiden Enden nochmals im Durch-

schlußteil 116 zur Erleichterung der Einführung in die Bohrungen 50 bzw. 98 versehen ist. Diese Bohrungen 50 bzw. 98 sind ihrerseits auf der Brenn-

Es ist zweckmäßig, auf den Streifen 66 die Vorsprünge 76 anzubringen, die in nicht dargestellte öffnungen der äußeren Streifen 74 zur gegenseitigen Fixierung eingreifen.

Auch hier ist eine zusätzliche Verlötung zweckmäßig, die zusammen mit der vorgenannten Lötung durchgeführt werden kann. Wie bei den vorgenannten Abstandshaltergittern kann auch dieses mit den

werden. Durch diese Anordnung ergibt sich für jeden der Brennstäbe 28 eine öffnung 78 mit entgegengesetzt ausgebogenen Vorsprüngen 69 und 73 als federnde Führungselemente.

Die in den genannten Rahmen 30 einzubauenden Brennstäbe 28 entwickeln während des Betriebes des Reaktors Wärme, die durch das Kühlmittel abge-

stelle dieser Abstandshalter 100 und 102 auf den Platten 36 bzw. 38 müssen gleichseitige Brennstäbe, die also auf beiden Seiten die gleichen Verlängerungen 90 tragen, Verwendung finden. Für diese Brennstäbe erfolgt die Lagerung zwischen diesen beiden Platten 36 und 38; die entsprechenden Bohrungen zur Halterung der Brennstabenden sind dann in den in die Endplatten eingeschraubten Teilen der Abstandshalter bzw. deren Befestigungsschrauben 108 angeordnet.

Die Abstandshalter 100 bestehen aus einem Rohrstück, das in entsprechenden Ausnehmungen 120 der äußeren und der inneren Halteplatten einrastet und damit eine seitliche Verschiebung dieser Platten unmöglich macht. Die eigentliche Befestigung geschieht mit Hilfe der Schraube 108, die gleichzeitig auch das Paßteil 22 mit Hilfe der Laschen 132 sowie den Abstandshalter 106, der ebenfalls ein abgepaßtes Rohr darstellt, mit dem Rahmenteil 30 fest verbindet.

Dabei ist es zweckmäßig, diese Schraube in an- _ao gezogenem Zustand mit Hilfe der Buchse 138 und deren hochgezogenen Rand 144, der über den gegebenenfalls abgeschrägten Schraubenkopf 146 umgeschlagen wird, gegen eine ungewollte Verdrehung zu sichern, wobei auch andere an sich bekannte _a5 Schraubensicherungen Verwendung finden können. Der Abstandshalter 102 wird über das Gewinde 128 mit der Platte 38 bzw. 36 verschraubt. Die äußere Halteplatte 32 bzw. 34 rastet mit Hilfe der bereits genannten Senkbohrungen 120 auf demselben ein und wird mit Hilfe der Schraube 110, die gleichzeitig auch zur Befestigung des Paßteils 22 dient, mit dem Abstandshalter 102 über das Innengewinde 142 desselben verschraubt.

Der Zusammenbau des Brennelementes kann etwa folgendermaßen durchgeführt werden:

Nach dem Zusammenbau des Rahmens 30 werden die Brennstäbe 28 von beiden Seiten in der Weise durch die großen Flußmitteldurchlässe 48 eingeführt, daß die längeren Verlängerungsstücke 92 durch diese Bohrungen herausragen. An den Befestigungsstellen der Abstandshalter werden dabei Brennstäbe eingesetzt, die auf beiden Seiten gleich lange Verlängerungsstücke 90 besitzen. Anschließend werden die Abstandshalter 102 aufgeschraubt und damit diese letztgenannten Brennstäbe in Längsrichtung gefaßt.

Bei Verwendung der Abstandshalter 100 erfolgt die endgültige Lagerung dieser Brennstäbe erst durch den entsprechend ausgebildeten Schraubbolzen 108.

Zur Erläuterung der konstruktiven Unterschiede zwischen den Abstandshaltern 100 und 102 sei darauf hingewiesen, daß der Abstandshalter 100 dort angeordnet wird, wo sich normalerweise ein Kanal 50 in den Endplatten 36 und 38 befinden würde. Demgegenüber wird der Abstandshalter 102 dort angeordnet, wo normalerweise ein Strömungsdurchlaß 48 in den Endplatten 36 und 38 angebracht wäre. Dann werden die äußeren Endplatten 34 bzw. 32, die an ihrem äußeren Rand abgeschrägt sind (94), aufgesetzt und damit die noch freien Brennstabenden gefaßt. Nach Zwischenlage der Abstandshalter 106 werden sie zusammen mit den beiden Paßteilen 22 und deren Laschen 132 mittels der Schraubbolzen 108 bzw. 110 mit dem Rahmen 30 zu einer festen Einheit verschraubt. Die in diesem Brennelement eingesetzten Brennstäbe sind also in geringem Maße längsverschieblich angeordnet, behalten aber ihre gegenseitige seitliche Lage durch die Anordnung der speziellen Abstandshaltergitter bei, was für die Abführung der Wärme als auch für die Gleichmäßigkeit der Neutronenflußverteilung, für den gesamten Reaktor gesehen, von großer Bedeutung ist. Durch diese spezielle seitliche Halterung wird auch das Auftreten von Vibrationen oder sonstigen Schwingungserscheinungen an den Brennstäben vermieden. Es ist bei dieser Anordnung selbstverständlich auch möglich, die Brennstäbe in den Rahmenplatten 36 und 38 starr zu befestigen, z. B. durch Lötung, und die Ausdehnbarkeit lediglich durch die gleitende Führung in den äußeren Platten 34 und 32 zu gewährleisten.

In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, die Verbindung der Brennstäbe 28 mit den Rahmenplatten 36 und 38 vor der endgültigen Montage des Rahmens 30 durchzuführen.

Zur weiteren Erläuterung der Fig. 1 sei darauf hingewiesen, daß die Bohrungen für die Gewindebolzen 108 bzw. 110 in den Platten 34 bzw. 32 mit 130 bezeichnet sind. Die entsprechenden Bohrungen in den Befestigungslaschen 132 der Paßteile 22 sind mit 134 bezeichnet und haben eine Absenkung 136 zur Halterung der ringförmigen Buchse 138. Die Abschrägung an der Bohrung der Bolzen 108 für die leichtere Einführung der Brennstabenden 114 ist mit 140 bezeichnet.

Das erläuterte Beispiel der vorliegenden Erfindung hat neben seiner großen Stabilität auch noch den Vorteil, daß die einzelnen Brennstäbe verhältnismäßig leicht eingesetzt, ausgewechselt und in ihrer Beschaffenheit kontrolliert werden können.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Brennstäbe in allen erfindungsgemäßen Beispielen elastisch mit Hilfe wenigstens eines Abstandshaltergitters fixiert werden, daß sie aber in diesen Gittern einer Wärmeausdehnung oder Kontraktion in Längsrichtung frei folgen können. Zusätzlich ist es möglich, die Enden derartig gefaßter Brennstäbe wenigstens auf der einen Seite längsverschieblich zu führen. Der Aufbau des ganzen Rahmens zur Halterung der Brennstäbe sowie die Anbringung der Paßteile zur Befestigung der Elemente an den Reaktorkernplatten, die nicht besonders dargestellt wurden, ermöglichen einen besonderen, einfachen Zusammenbau eines Kernreaktors mit Flüssigkeitskühlung ohne Rücksicht, um welchen speziellen Typ, z. B. Druckwasserreaktoren oder Siedewasserreaktoren, es sich grundsätzlich handelt.

Selbstverständlich kann dabei auch eine andere Querschnittsform der Brennelemente Verwendung finden, wie z. B. eine dreieckige oder sechseckige, wenn damit ein praktisch lückenloser Aufbau des Reaktorkernes möglich ist. Allen diesen Brennelementen ist weiterhin gemeinsam der, im Vergleich zu bekannten Anordnungen, eingangsseitig und ausgangsseitig wesentlich herabgesetzte Strömungswiderstand.

Claims

Patentansprüche:

1. Auswechselbares Kernreaktor-Brennelement, bestehend aus mehreren Brennstäben, die zwischen Stabhalteplatten gehaltert sind, wobei die Stabhalteplatten kleine Bohrungen zur Aufnahme

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der Brennstäbe sowie große Bohrungen zum Durchtritt des Kühlmittels aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Brennelementes (20) je zwei mit Abstand voneinander angeordnete, mit derartigen Bohrungen versehene Stabhalteplatten (32, 36 bzw. 34, 38; Fig. 1) vorgesehen sind, daß die praktisch gleich langen Brennstäbe (28) abwechselnd in den entsprechenden Bohrungen (50 bzw. 98) der beiden in ihrer Höhenlage gegeneinander verschobenen Stabhalteplattenpaare lose derart gelagert sind, daß sie jeweils an einem Ende von einer inneren Platte (36 oder 38) und am anderen Ende, die großen Bohrungen (48) der zweiten inneren Platte durchsetzend, von einer äußeren Platte (32 bzw. 34) getragen sind und daß in einer oder mehreren zu den Stabhalteplatten parallelen Ebenen Gitter (35) aus fest miteinander verbundenen Abstandshaltern vorgesehen sind, in denen die

Brennstäbe federnd und im Falle einer Längsdehnung auch gleitend geführt sind.

2. Auswechselbares Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden inneren Halteplatten (36, 38) in Längsrichtung des Elementes miteinander durch angeschweißte Verstrebungen (40) und mit den äußeren Halteplatten (32, 34) durch Abstandsstützer (100,102) verbunden sind.

3. Auswechselbares Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es an beiden Enden mit Einrichtungen für Einsatz und Halterung in einem Reaktorkern versehen ist.

4. Auswechselbares Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshaltergitter aus ringförmigen Rohrabschnitten bestehen, von denen Teilabschnitte durch Schlitzung nach innen eingebogen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen