DE1539666A1 - Flexibler Distanzhalter fuer Kernbrennstoffstaebe - Google Patents

Description

DIPL-PHYS F ENDLICH βο34 unterpfaffenhofen 19. Oktober 1966

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TELEFON: 0ΜΰΝΟΗΕΝ3θ73β38 TELEGRAMMADRESSE: PATENDLICH MÜNCHEN A Γ "} Q C flj C

• CABLE ADRESS:

PATENDLICH MUNICH

Unsere Akte: 16s-i

Anmelder: Atomic Energy öl Canada Limited, 130 Kent Street, Ottawa,

On tar Lo,-Canada

Flexibler Distanzhalter für Kernbrennstoti stäbe

Die Erfindung betrifft aus Brennstoffelementen zusammengesetzte Brennstoff stäbe fiir Kernreaktoren, insbesondere Distanzhalter zwischen den Elementen.

Es ist wünschenswert, den Heaktorbrennstoff in Form von einzelnen Stücken wie Stäben herzustellen, so dall diese einfach in den Reaktor eingesetzt oder aus ihm ausgebaut werden können. Es ist weiter wünschenswert, die Stäbe als eine Anordnung von kleineren Stücken oder Elementen aufzubauen. Im allgemeinen ist jedes Element länglich und besteht aus einer Masse von reaktivem Material wie Urandioxyd, das in einem Metallrohr oder in einer Metallumhüllung angeordnet ist. In schwerwasserraoderierten Reaktoren ist die Brennstoffhülle eine Zirkoniumlegierung wie Zircalloy 2. Die Hülle dient als Schutz des Brennstoffs gegen Korrosion im Reaktor und verhindert auch, dali Spaltprodukte des Brennstoffs in das Kühlmittel eintreten und dadurch im Reaktor verteilt werden.

Ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung von Brennstoff stäben besteht darin, dalJ zuerst die Elemente in Form von Dreiergruppen oder dreiblättrigen Kleeblättern angeordnet und dann diese Dreiergruppen miteinander verbunden werden, um einen Brennstoff stab zu ergeben. Gegenwärtig ist es in Kanada üblich, aus

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BAD ORIGINAL

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19 ■iieiiit-uten "basteiieaiie Stäbe durch Vereinigung v-;-n sechs Dreiergruppen um ein zentrales Element sowie ans 2o Elementen bestehende Stä,;.;ts durch Aiicr.-sliiung von S Dreiergruppe::· im i-iue zentrale Vierer-, gruppe herzustellen.

Es ist notwendig, daß zwischen den Kl -!euter- ein Zwischenraum freibleibt, durch den das Kühlmittel zirkulieren kann sowie eine Berührung und ein gegenseitiges Scheuern der Hüllen von benachbarten Elementen yeraiedeu wird._} was infolge einer Ausbauchung und ungleioIiuiäLigen Ausdehnung dar Elemente infolge F-rhitz-ung und Atilclibir τ_ bei Änderung der Reaktorleisxung aiiftr3tea kann. Um äiese Elemente zn T-".:¹ aim ,:ι , wsräeri Bist&uahalte-r zwipchs:; "·::?:: aci:"ehrten Eieae'at ?·'α in ein sr o-ifci- ijiehrert;!, ^f..iUc-.v z~:v l-äij.ß^ri3lkt-My.r; :'_:. ■:■.:.■ niementE verlaufenden. HbeiiCti ixii & iilii'iiü^vit ί ci^'³- F'.'^: 1'-J 'i ""·. "ν·. C I¹ st i'i λ*"^?1, 5 ii⁵; !ζ β κ.: iide ν¹-'- der^ti't i ί?β Dis i-?,rr.;l)i .Itor,

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Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffstabs, der aus einem Bündel von Dreiergruppen besteht; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht von zwei Auüeneleinenten in einer Dreiergruppe, die Einzelheiten von Distanzhaltern gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. k eine Seitenansicht eines abgewandelten Distanzhalters; Fig. 5 eine Seitenansicht eines weiteren Distanzhalters;

Fig. 6 eine Schnittendansicht einer Dreiergruppe mit einer anderen Anordnung der Distanzhalter;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Stabs mit abwechselnd in verschiedenen LBngsebenen angeordneten Distanzhaltern; und

Fig. ti einen Querschnitt eines Stabs mit ringförmigen Brennstoffelementen .

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, da. ein typischer Brennstoffstab 1 Elemente 2 aufweist, die an innren Enden durch eine geeignete Einrichtung wie flexible Tragplatten (spider plates) 3 und 3¹ verbunden sind.Htlllenendkappen 5 jedes Elements 2 sind mit der Platte 3 an Stellen wie Punkten 4 verbunden. Es ist wünschenswert, dai. die Endplatte 3 flexibel ist, damit die Elemente 2 sich begrenzt in Längsrichtung gegeneinander bewegen können. Die zweite Endplatte 3* iat aua Fig. 1 ersichtlich.

α«nlß eine« Merkeal der Erfindung sind gekröpfte flexible •lata«*aalter IO swiecaen dan Ht11en benachbarter Elemente einer •r«iarfr«»pe wie II im FIf. 2 angeordnet, uai ale iiad rerzufotei··

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von der Verbindungslinie der Längsachsen der beiden benachbarten Brennstoffelemente weggekröpft. In schwerwassernioderierten Reaktoren bestehen die Distanzhalter zweckmäßig aus einem Zircalloydraht, der korrosionsbeständig ist und an der Elementejihiille angeschweißt oder angelötet sein kann. In typischer Weise kann der gekröpfte Distanzhalter 10 mit einem Element 17 durch zwei , Punktschweißungen an jedem seiner Endarrae 15 und 16 und ebenso durch zwei Punktschweißungen mit dem benachbarten Element 18 an seinem geraden Mittelstück 19 verbunden sein. Die Arme 15 und sind mit dem Mittelstücke 19 durch Querstücke 30 und 33 verbunden. Eine kontinuierliche Schweißnaht entlang der die Hüllen berührenden Teile kann ebenfalls verwendet werden. Wenn die Verbindung zwischen den Elementen verstärkt werden soll, können die Distanzhalter verlängert werden, wie gestrichelt in Fig. 3 abgebildet ist, indem zusätzliche Mittelstücke 25, die am Element 18 angeschweißt sind, und ein am Element 17 angeschweißter Endarm 26 verwendet werden, so daß das Ende 16 ein Zwischenstück wird und die Querstücke 30 und 33 die Enden, die Mittelstücke und das Zwischenstück verbinden. Benachbarte Dreiergruppen werden durch Distanzhalter 12, die den Distanzhaltern 10 ähnlich sind, verbunden, und die Innenelemente jeder Dreiergruppe sind vom Innenelement 14 des Stabs durch Warzen- oder Knopfdistanzhalter 15 beziehungsweise 16 getrennt. Es soll nun Fig. 3 betrachtet werden. Die Flexibilität der Distanzhalter 10 (oder 12) für eine Längsbewegung der Elemente und 18 gegeneinander hängt vom Durchmesser d des Drahts 10, dem senkrechten Abstand s zwischen dem Arm 30 und der Schweißung 31 oder 32 sowie dem Abstand w des Mittelstiicks 19 und dem Ende 15 ab. In einem praktisch erprobten Ausführungsbeispiel sind gegenseitige

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axiale Verschiebungen benachbarter Elemente von 0,15 cm (0,06 Zoll) mit einem Elementenabstand von 0,125 cm (0,050 Zoll) erreicht worden, ohne daß die Elastizitätsgrenze der Distanzhalter oder der Elementenhüllen überschritten wurde.

Die seitliche Durchbiegung der Elemente wird durch Veränderung von d, s und w ebenfalls beeinflußt, aber die seitliche Starrheit kann durch Verlängerung der Distanzhalter wie sie für die Teile 25 und 26 beschrieben wurde, erhöht werden. Dadurch wird auch die Steifheit für die gegenseitige axiale Bewegung erhöht, während der erlaubte Bewegungsabstand nicht beeinflußt wird.

Abgewandelte Formen von Distanzhaltern sind möglich. In Fig. hat ein Abstandshalter 42 zwischen zwei Elementen 40 und 41 die Form einer Haarnadel, die an Stellen 43 bis 46 punktangeschweißt ist. In Fig. 5 ist ein Distanzhalter 50 zickzackförmig und kontinuierlich an Stellen 51 und 52 angeschweißt. Bei diesen Ausführungsbeispielen hängt die Flexibilität wiederum vom Durchmesser d, dem Abstand w und den Abständen s¹ und s" ab. s· ist der senkrechte Abstand zwischen der Mittellinie des Querstücks 47 des Distanzhalters 42 und der Schweißung 44 oder 43 (die symmetrisch angeordnet ist), s" ist der senkrechte Abstand zwischen der Mittellinie des Querstücks 53 des Distanzhalters 50 und dem Ende der Schweißung 51 oder 52. Die Distanzhalter können auch einen rechteckigen Querschnitt haben, in diesem Fall entspricht dann die Querschnittsdioke der oben betrachteten Größe d.

Während in Fig. 2 die Distanzhalter ^» von der Ebene, in der die Längsachsen der beiden benachbarten Elemente liegen, weggekröpft sind, können sie auf der Verbindungslinie der Achsen angeordnet sein, wie Fig. 6 für die Distanzhalter 55 zeigt. Das ergibt ein starreres Element für die Aufreohterhaltung des Abstände.

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BAD

Die Anzahl der zwischen zwei benachbarten Elementen angeordneten Distanzhalter kann geändert werden, und obwohl sie in der Mitte des Brennstoffstabs von Pig. I abgebildet sind, können sie in Längsintervallen angeordnet sein, wenn die spezielle Anordnung es wünschenswert macht.

jedes
Das Querstück Distanzhalters kann einen gekrümmten oder

gebogenen Abschnitt aufweisen, um die Steifheit gegenüber einer seitlichen Bewegung zwischen den Elementen zu reduzieren, wenn es gewünscht ist, was ebenfalls zur Erfindung gehört. Die Erfindung kann auch bei Brennstoffstäben ohne Endplatten angewendet werden.

Wenn es gewünscht ist, können die Distanzhalter in versetzten Längsebenen wie bei 60 und 6l in Fig. 7 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung können auch Endplatten verwendet werden.

Wenn die Brennstoffelemente ringförmig sind wie Elemente 65

el*'«, und 66 in Fig. 8, können flexible Distanzhalter 67, Ae* den bereits beschriebenen ähnlich sind, zwischen der Innenfläche 6S des Außenelements 66 und der Außenfläche 69 des Innenelements 65 angeordnet sein.

Patentansprüche

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Claims (9)

¹⁹· ^{Oktober 1966 EH/AX} _{Unsere Akte: l688}

Patentansprüche

Flexibler Distanzhalter für einen Stab, der aus mindestens zwei in Längsrichtung verlaufenden, eine dünne Metallhülle aufweisenden Elementen besteht, die unterschiedlichen Bewegungen ausgesetzt sind, gekennzeichnet durch einen zwei Endstüoke (15,19) und ein Querstück (30) dazwischen aufweisenden gebogenen Draht, und durch eine jedes Endstück an der Hülle seines benachbarten Elements (17,18) sichernde Halterung (31), die senkrecht zu der Wirkungslinie der Kraft verläuft, die zwischen den Elementen durch das Querstück übertragen wird.

2. Distanzhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß die Endstücke parallel sind (Fig. 3,4,5).

3. Distanzhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß die Endstücke an den Hüllen punktangeschweißt sind (Fig. 3,4).

k. Distanzhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , d a U die Endstücke an den Hüllen kontinuierlich angeschweißt sind (Fig. 5).

5. Distanzhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß er gekröpft ist (Fig. 3).

6. Distanzhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß er haarnadelförmig ist (Fig. h).

7. Distanzhalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet ,daß der den Distanzhalter bildende Draht so gebogen ist, daß er eine doppelte Kröpfung mit einem Paar kollinearer Enden und einem Zwischenstück, einem Paar von kollinearen Mittelstiicken und vier Querstückenhat, die abwechselnd die End-, Mittel- und Zwischenstücke verbinden (Fig. 3).

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BAD ORlG¹NAL

8. Distanzhalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren flexiblen Distanzhalter zwischen den Elementen, der in Längsrichtung der Elemente von dem ersten Distanzhalter weggekröpft ist.

9. Dietanzhalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens drei in Längsrichtung verlaufende Elemente des Stabs, durch einen weiteren, zwischen der Hülle eines von den zwei Elementen und dem dritten Element verlaufenden Distanzhalter, der in Längsrichtung der Elemente von dem ersten Distanzhalter weggekröpft ist (Fig. 6).

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