DE1464934C - Brennelementanordnung in einem Kernreaktor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennelementanordnung in einem Kernreaktor mit über je einen Auflagerbund am Ende einer Brennelementhaltestange an einer Tragplatte im Reaktor aufgehängten Brennelementen, wobei die Tragplatte für jeweils eine Gruppe von Brennelementen eine gemeinsame, von oben zu beschickende und dem größten Brennelementquerschnitt entsprechende Einlaßöffnung aufweist, von der schmale, mit Einschnürungen an den Brennelementhaltestangen korrespondierende Schlitze ausgehen.

Man ist bestrebt, die Brennelemente im Spaltraum, insbesondere von schnellen Reaktoren, möglichst kompakt anzuordnen, weil damit der Reaktor und auch die kritische Brennstoffmenge kleiner werden. Um auszuschließen, daß Brennelemente durch das Kühlgas angehoben werden, läßt man das Kühlgas von oben nach unten durch die Spaltzone strömen. Aus naheligenden Gründen sollen aber auch sowohl die Belademaschine als auch die Tragplatte für die Brennelemente auf der kühleren Seite der Spaltzone, d. h. also auf der Kühlgaseintrittsseite, angeordnet sein. Deshalb müssen die Brennelemente bzw. zu sogenannten »Subassemblies« zusammengefaßte Brennelementbündel, die an der Tragplatte aufgehängt und einzeln auswechselbar sind, durch die Tragplatte hindurch aus dem Reaktor herausgenommen werden können. In der Tragplatte müssen also entsprechendgroße öffnungen vorgesehen sein. Um die Tragplatte als tragfähiges Gerüst zu erhalten, müssen die öffnungen deshalb einen relativ großen Abstand voneinander besitzen. Dadurch entstehen zwischen den einzelnen Brennelementen aber verhältnismäßig große Zwischenräume.

In der USA.-Patentschrift 3 109 802 ist eine Halterung der eingangs genannten Art für Kernreaktorbrennelemente beschrieben, bei welcher die Brennelemente an mehreren nebeneinander angeordneten Profilschienen aufgereiht sind. Dabei werden außer einem gemeinsamen Hebezeug zum Absenken der Brennelemente in die Spaltzone zusätzlich für jede Profilschiene zwei Querschiebemechanismen zum Auffädeln und zum Entlangführen der Elemente benötigt. Mit dieser Brennelementhalterung ist jedoch keine von oben gesteuerte Bewegung der Brennelemente in allen drei Dimensionen möglich, da die Tragplatte als Halte- und Führungselement dient. Dadurch besteht eine gewisse Gefahr des Verklemmens oder Verkantens !einzelner Elemente.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennelementanordnung bzw. Brennelementhalterung zu schaffen, bei welcher die Brennelemente mit nur einem gemeinsamen Transportmittel von oben in die Spaltzone hineingeführt und zu Vorgegebenen Positionen in einer Tragplatte gebracht werden, wobei zwischen den einzelnen Brennelementen nur sehr kleine Zwischenräume verbleiben sollen.

Wenn im folgenden von Brennelementen gesprochen wird, so sollen darunter sowohl einzelne Brennelemente als auch Brennelementbündel verstanden werden.

Die Aufgabenstellung wird bei einer wie eingangs beschriebenen Brennelementanordnung dadurch gelöst, daß die Haltestangen zwischen einem Auflagerbund und Einschnürungen mindestens einen erweiterten, vorzugsweise kreiszylindrischen Abschnitt aufweisen und daß die Schlitze in der Tragplatte mit den Abschnitten zugeordneten Erweiterungen versehen sind, in welche die Halterungen bis zum Anschlag mit dem Auflagerbund absenkbar sind. Dabei besteht die Tragplatte vorteilhafterweise aus einer Ober- und einer gleichartigen Unterplatte, die durch Stege mit der Oberplatte fluchtend verbunden ist. Die Schlitze verlaufen von der quadratischen Querschnitt aufweisenden Einlaßöffnung aus senkrecht auf deren Seitenflächen zu den vier benachbarten Erweiterungen und führen von diesen jeweils im gleichen Sinne rechtwinklig abgebogen zu je einer weiteren Erweiterung. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, daß die für die Stelle der Einlaßöffnungen vorgesehenen Brennelemente zu deren größeren Querschnitt passende Halteeinrichtungen aufweisen.

Ein gemäß diesen Merkmalen ausgebildetes Brennelement kann, nachdem es durch die Einlaßöffnung in den Reaktor hineingebracht ist, in den Schlitzen seitwärts auf seine vorgesehene Position gefahren werden. Da die Schlitze im Verhältnis zum Durchmesser der Brennelemente schmal sind, bleibt von der Tragplatte genügend Gerüstmaterial zum Tragen der Brennelemente übrig, auch wenn die einzelnen Brennelemente im Reaktor sehr nahe zusammenstehen.

Lediglich im Bereich der Einlaßöffnung ist die Tragplatte geschwächt. Daher sind die Einlaßöffnungen vorzugsweise versetzt angeordnet. Weitere Einzelheiten werden im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Ausschnitt aus der Tragplatte im Schrägriß,

F i g. 2 eine Brennelement-Haltestange,

F i g. 3 einen Schnitt durch die Tragplatte.

Gemäß Fig. 1 besteht die Tragplatte aus einem Oberteil 1 und einem gleichartigen Unterteil 2. Beide Teile sind durch Stege 3, die zusammen eine steife Gitterstruktur bilden, miteinander verbunden. Innerhalb einer Gitterzelle sind jeweils kreisförmige Öffnungen 4 um eine zentrale quadratische öffnung 5 angeordnet, durch die die quadratischen Brennelemente bzw. Brennelementbündel in den Reaktor hineingelassen werden können. Von der zentralen quadratischen Öffnung 5 führen Schlitze 6 zu den kreisförmigen öffnungen 4. Durch diese Schlitze können die Brennelemente auf ihre Betriebspositionen gebracht werden. Hierzu sind die Brennelemente (F i g. 2) mit besonderen Haltestangen 9 ausgestattet. Sie besitzen im gleichen Abstand, den Ober- und Unterteil der Tragplatte 1 und 2 voneinander haben, Einschnürungen 11 und 12, so daß der verbleibende Teil durch die Schlitze 6 in der Tragplatte paßt. Oberhalb der Einschnürungen, die gemäß der F i g. 2 quadratischen Querschnitt besitzen, weil das Brennelement beim Schieben durch die Schlitze 6 dann in seiner Richtung festgehalten wird, besitzt die Haltestange je einen kreisförmigen Querschnittsbereich 15 bzw. 14, der mit nur geringem Spiel in die Öffnungen in der Tragplatte hineinpaßt. Wenn der Brennelementkopf so weit angehoben ist, daß die Einschnürungen 11 und 12 jeweils auf die gleiche Höhe kommen wie das Ober- bzw. Unterteil der Tragplatte, so kann der Brennelementkopf von der zentralen quadratischen öffnung 5 durch die Schlitze 6 seitwärts in die runden öffnungen 4 geführt werden. Wird das Brennelement dort völlig abgesenkt, so dringen die runden Abschnitte 15 und 14 der Haltestange in die runden Öffnungen 4 hinein und geben ihm festen seitlichen Halt. Die Öffnungen besitzen am oberen Ende noch eine Phase 7, damit der Brennelementkopf leicht in sie hineingleitet. Gleichzeitig stützt er sich dort mit dem am oberen Ende angebrachten konischen Bund 13 ab.

Alle Brennelementbündel bestehen aus den gleichen Bauelementen. Nur das zentrale Element besitzt ein besonders quadratisches Kopfstück, durch das es in der quadratischen Öffnung 5 gehalten wird. Man kann an der quadratischen öffnung 5 aber auch nicht näher dargestellte ausfahrbare Haltevorrichtungen anbringen, so daß auch der normale Haltekopf verwendet werden kann.

An Hand der F i g. 3 werden noch einige Einzelheiten über die Ausbildung der Brennelementhaltestange beschrieben, die speziell für einen gasgekühlten Reaktor konstruiert ist, bei dem das Kühlgas von 5 oben in das Core hineingeblasen wird. Da das Kühlmittel durch die Haltestange nach unten in das Brennelementbündel strömen muß, ist die Haltestange aus Röhren zusammengesetzt. An strömungsgünstig gestalteten Rippen 17 ist ein Kegelstumpf 16 zum Fassen der Brennelemente mit Hilfe eines Greifers befestigt. Zur Bildung der Einschnürung sind zwischen den runden Abschnitten 14 und 15 der Haltestange quadratische Rohrstücke 11 und 12 eingesetzt. Beide sind an den Kanten 18 und 19 teilweise abgeschrägt, um möglichst viel Strömungsquerschnitt für den Kühlgasstrom zu erhalten. Die untere Einschnürung 11 ist in gleicher Weise ausgebildet. Hier ist das quadratische Zwischenstück jedoch direkt mit dem Brennelementbehälter 10 verbunden. In ihrer endgültigen

zo Lage im Reaktor werden die Brennelementbehälter ζ. Β. durch nicht näher dargestellte, Abstand haltende Nocken gegeneinander fixiert. Diese stehen einander nur in der Endlage des Brennelements gegenüber, so daß das Brennelement, wenn es leicht angehoben ist, zum Nachbarelement einen kleinen Spielraum besitzt. Durch entsprechende Gestaltung der Nocken, z.B. durch Abstufungen, werden die Brennelemente daran gehindert, aus dem Verband auszuscheren und den Einführvorgang zu stören.

Es bestehen noch weitere Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung. Zum Beispiel ist es manchmal zweckmäßig, wenn alle Brennelementhalterungen, die von der Einfüllöffnung beschickt werden, in einer Reihe liegen, weil die Belademaschine dann in einer Richtung weiterfahren kann. Zum Halten der Brennelemente genügt es im Prinzip, wenn die Haltestange nur in einer Ebene geführt ist. Die Unterseite der Tragplatte und auch die unteren Einschnürungen an den Haltestangen der Brennelemente sind infolgedessen nicht unbedingt erforderlich. Als Ersatz können z. B. am Boden der Brennelementbehälter Zapfen angebracht sein, die beim Absetzen der Brennelemente in öffnungen am Boden der Spaltzone hineingreifen.

Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine von oben gesteuerte Bewegung der Brennelemente in allen drei Dimensionen ermöglicht wird, während die Tragplatte nur als Führungselement dient, was die Gefahr des Verklemmens oder Verkantens einzelner Elemente wesentlich verringert. Erst nach dem Absinken der Elemente in die vorgegebenen Positionen übernimmt die Tragplatte deren Last. Ein wesentlicher weiterer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß die Brennelemente nach dem Absenken gegenüber der Tragplatte — dann damit auch gegeneinander — selbsttätig verriegelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Brennelementanordnung in einem Kernreaktor mit über je einen Auflagerbund am Ende einer Brennelementhaltestange an einer Tragplatte im Reaktor aufgehängten Brennelementen, wobei die Tragplatte für jeweils eine Gruppe von Brennelementen eine gemeinsame, von oben zu beschikkende und dem größten Brennelementquerschnitt entsprechende Einlaßöffnung aufweist, von der schmale, mit Einschnürungen an den Brennelementhaltestangen korrespondierende Schlitze ausgehen, dadurchgekennzeichnet, daß die Haltestangen (9) zwischen einem Auflagerbund (13) und Einschnürungen (11) bzw. (12) mindestens einen erweiterten, vorzugsweise kreiszylindrischen Abschnitt (14 bzw. 15) aufweisen und daß die Schlitze (6) in der Tragplatte (1, 2) mit den Abschnitten (14 bzw. 15) zugeordneten Erweiterungen (4) versehen sind, in welche die Haltestan- ao gen (9) bis zum Anschlag mit dem Aüflagerbund (13) absenkbar sind.

2. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte aus einer Ober- (1) und einer gleichartigen Unter- as platte (2), die durch Stege (3) mit der Oberplatte (1) fluchtend verbunden ist, besteht.

3. Brennelementanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (6) von der quadratischen Querschnitt aufweisenden Einlaßöffnung (5) aus senkrecht auf deren Seitenflächen zu den vier benachbarten Erweiterungen (4) verlaufen und von diesen jeweils im gleichen Sinn rechtwinklig abgebogen zu je einer weiteren Erweiterung führen.

4. Brennelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Stelle der Einlaßöffnungen (5) vorgesehenen Brennelemente zu deren größeren Querschnitt passende Halteeinrichtungen aufweisen.