DE1514560A1

DE1514560A1 - Abstandshalter fuer kastenfoermige Kernreaktorbrennelemente

Info

Publication number: DE1514560A1
Application number: DE19651514560
Authority: DE
Inventors: Knoedler Dipl-Ing Diethelm; Gerald Huber; Hans Kroepfl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-09-03
Filing date: 1965-09-03
Publication date: 1969-06-26
Also published as: CH451335A; DE1514560C3; BE685557A; DE1514560B2; US3398053A; SE307405B

Description

Abstandshalter für kastenförmige Kernreaktorbrennelernende

Vielfach haben die bei heterogenen Kernreaktoren benötigten Brenne Lernente eine kastenförmige Gestalt. Sie enthalten eine größere Anzahl von sehr dünnen aber auch sehr Langen Brennstäben, die in dieser Lage durch sogenannte Abstandshalter festgelegt werden müssen. Bekanntgewordene Ats'tandshalterkonstruktionen' bestehen aus einem Stegraster, also aus einer größeren Anzahl einander rechtwinklig kreuzender Stege, wobei durch jede der dadurch entstehenden Maschen ein Erennstab

— 1 — 909826/0556

BAD ORIGINAL

Mil/P'ra

hindurchgeführt ist. Zur Zentrierung dieser Brennstäbe in diesen Maschen sind Vorsprünge und Fahnen aus dem Stegmaterial herausgearbeitet. Teilweise sollen diese Anlageelemente federnd sein, um Pertigungstoleranzen und unterschiedliche thermische Ausdehnungen während des Betriebes aufnehmen zu können. "Das für derartige federnde Abstandshalter benötigte Material hat aber'einen verhältnismäßig großen Neutronenatsorptionsquerschnitt und beeinflußt damit die Neutmnenbilanz des Reaktors in ungünstigem Maße. Die vorliegende Erfindung bezieht sich

ebenfalls auf einen Abstandshalter für kastenförmige Kernreaktorbrennelemente mit vorzugsweise durchbrochenem äußeren Mantel aus Strukturmaterial, bei dem eine Vielzahl von Brennstäben einzeln in den Maschen eines Steggitters aus Strukturmaterial gehaltert ist » jedoch werden die oben angeführten Nachteile weitgehend vermindert.

Erfindungsgemäß ist der Brennstab zwischen zwei starren und einem losen, federnden Anlageelement aufgenommen. Dabei sind die starren Anlageelemente aus den Rasterstegen herausgearbeitet und die federnden Anlageelemente lose in das Rastergitter eingesetzt. Die rasterförmlg angeordneten Stege sind dabei aus einem nur wenig neutroner-absorbierenden Material, wie z.B. Zirkon oder einer Zirkonleglerung, 'gefertigt, lediglich die federnden, eingesetzten Teile bestehen aus rostfreiem Stahl oder einer hochtemperatur!"esten und korrosionsfesten Nickellegierung. Letztere hat wohl ebr-r.:'alls einen wesentlich größeren Neutronenabsorptionsquerschnitt, ,"jedoch

BAD ORIGINAL

909826/0^56 _Mü/Pra

ist das Verhältnis von Materialien kleinen zu großen Neutronenabsorptionsquerschnitts so hoch, daß die Wirkung des letzteren auf die Energiebilanz des Reaktors nurmehr eine sehr abgeschwächte ist.

Ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen,aus zwei verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzten, Abstandshalter sei an Hand der Figuren ¹ bis 3 näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch ein derartiges Brennelement mit einem erfindungsgemößen Abstandshalter, Figur 2 zeigt eine Verbindungsmö'glichkeit zwischen den einzelnen Raeterstegen und den federnden Elementen, Figur 3 zeigt verschiedene Variationen der Ausführungsform dieser federnden Elemente.

Die Brennetäbe selbst sind mit 1 bezeichnet, die sich kreuzenden Raeterstege aus Zirkon oder einer Zirkonlegierung mit 4 und 5, die federnden Tiile aus rostfreie» Stahl oder einer hochwariafeeten und korroeionebestindigen Nickellegierung tra gen die Bezeichnung 3/ Wie aus der Figur ¹ ersichtlich, sind die Rasteretege 2 und 5 »it Vorsprüngen versehen, die z.B. als Ausprägungen, abgebogene Teiletücke der Stege usw. ausgeführt sein können. Dieee Vorsprünge bilden die starren und. festen Anlagepunkte für die zu halternden Brennstäbe. Der dritte Halterungepunkt dagegen ist federnd ausgeführt und

909826f$5S6 Mü/Pra

wird durch das Teil 3 gebildet. Dieses erstreckt sich jeveils über zwei benachbarte Maschen, d.h. jedes Ende der federnden Teile trifft auf einen Brennstab.

Figur 2 zeigt wie ein derartiges federndes Element 3 in dem Verband der Rasterstege 2 und 5 gehaltert werden kann. Eine feste Verbindung ist dazu nicht erforderlich. Jelbstverständlich könnten die Stege 5 auch aus einem unteren und einem oberen Teil bestehen, die wiederum durch entsprechende· Schlitzung mit den Stegen 2 und dem federnden Teil 3 verbunden sind.

Nach Figur 3 ist an einem schematischen Querschnitt des Brennelementes eine Vielzahl von Möglichkeiten "für die Ausführungsform des federnden Teiles 3 eingezeichnet. Durch die Länge der federnden Arme kann dabei die für notwendig erachtete Federkraft eingestellt werden. Durch die Größe der Umbiegung ' der Enden dieses Teiles 3 kann der zulässige Federweg begrenzt werden, so daß nach einer gewissen Verbiegung, die noch für zulässig gehalten wird, auch das Teil 3 als fester Anschlag für den Brennstab 1 wirkt. Entsprechend der Länge des federnden Teiles 3 ändert sich selbstverständlich auch der Anbringungsort für die Vorsprünge 2¹ und 5¹· Diese können dabei auch zu einer Beeinflussung der Kühlmittelströmung im Sinne einer Verbesserung der Kühlwirkung und des Kühlmittelaustausches zwischen benachbarten Maschen mit herangezogen werden. Nicht unerwähnt soll bleiben, daß nicht nur eine Drei-

909826/0556

- 4 - Mü/Fra

* Punkte-Lagerung des Brennstabes in einer Horizontalebene möglich ist, sondern auch in der vertikalen Richtung. Dazu ist es lediglich notwendig, daß die festen Anlagepunkte je Steg in doppelter Ausführung, also z.B. an der oberen und an der unteren Kante angebracht sind und das federnde Teil 3 seinen Anlagepunkt in der Mittelebene dieses Stegrasters hat. Dadurch ist in vertikaler Richtung gesehen eine stabile Halterung der Brennstäbe möglich, der Pederdruck kann niemals im Sinne eines Biegemomentes auf den Brennstab 1 wirken. jfij

Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, daß die Hauptmasse des Abstandshalters aus nur. wenig neutronenabsorbierendem Material besteht und nur ein sehr geringer Teil, nämlich die kleinen Pederstücke 3, aus einem Material mit höherem Neutronenabsorptionsquerschnitt gefertigt ist. Bei einwandfreier Gewährleistung der mechanischen Halterungseigenschaften ist somit die Beeinflussung der Neutronenbilanz des gesamten Reaktors im Vergleich zu Abstandshaltern gemäß dem Stand der Technik

nur sehr gering. Selbstverständlich lassen sich auch noch andere Konstruktionen nach den Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung durchführen, die alle die vorstehend genannten Vorteile aufweisen.

Abschließend sei erwähnt, daß die Resterstege mit dem das ,

kastenförmige Brennelement umhüllenden Mantel starr, z.B. durch Lötung oder Schweißung verbunden sind und damit auch hier zur Steigerung der Festigkeit beitragen bzw. umgekehrt die Verwendung dünnerer Mantelbleche bei gleichhoher Festigkeit

909826/0556

erlauben.

6 Patentansprüche

3 Figuren . ₅ . _Mü/Pra

Claims

Patentansprüche

ι 1.jAbstandshalter für Kernreaktorbrennelemente in Kastenform und vorzugsweise durchbrochenem äußeren Mantel aus Strukturmaterial, bei dem eine Vielzahl von Brennstäben einzeln in den Maschen eines Steggitters aus Strukturmaterial gehaltert ist , dadurch gekennzeichnet, daß jeder Brennstab zwischen z~wei starren und einem losen, federnden Anlageelement aufgenommen ist.
2. Abstandshalter nach Anspruch ¹, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Anlageelemente aus den die Maschen bildenden Stegen nach an sich bekannten Verfahren herausgearbeitet sind und die federnden Elemente als lose, an beiden Enden abgebogene, längliche, bandförmige Teile in das Steggitter derart eingesetzt sind, daß jedes Ende in zwei neteneinanderliegenden Maschen das dritte Anlageelement tilder..
3. Abstandshalter nach Anspruch ' und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Richtung der federnden bandförmigen Teile verlaufenden Gitterstege aus zwei Übereinander angeordneten Hälften bestehen, die durch entsprechende ochlitzung mit den anderen Gitterstegen verbunden sind und auch die federnden

Teile in ihrer Sollage halten. _ιν1Λ1

BAD ORIGINAL

- b - Mü/Fra

909826/0556

PLA
4. Abstandshalter nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstege zur Versteifung des Brennelementmantels mit diesem fest, z.B. durch Verlötung oder Verschweißung verbunden sind.
5. Abstandshalter nach Anspruch ¹ bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gitterstege aus einer nur wenig neutronenabsorbierenden ^ Zirkonlegierung, z.B. Zircaloy, und die federnden Teile z.B. aus rostfreiem Stahl oder hochwarmfesten und sehr korrosionsbeständigen Nickellegierungen gefertigt sind.
6. Abstandshalter nach Anspruch 1 Ms 5, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Anlageelemente an beiden Kanten der Gitterstege übereinander angeordnet sind, je Masche sind in zwei Ebenen doppelte Anzahl fester AnIageelemente vorgesehen, po daß in vertikaler Richtung zusammen mit dem federnden Anlageelement

eine stabile Drei-Punkte-Lagerung gegeben ist. V

- 7 - Mü/Fra

BAD

9098 2 6/0556

-J-

Leerseite