DE1564023C3

DE1564023C3 - Spacers for fuel elements of a fuel rod bundle for nuclear reactors

Info

Publication number: DE1564023C3
Application number: DE19661564023
Authority: DE
Inventors: James Lloyd; Venier Dominic Ambrose; San Jose Calif. Lass (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-08-26
Filing date: 1966-08-25
Publication date: 1977-03-31

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abstandshalter für Brennelemente, bestehend aus einem Brennstoffstabbündel, das eine Anzahl von mit einem äußeren Trägerband verbundene Unterteilungsvorrichtungen aufweist, die zur Halterung eines jeden Brennstoffstabes des Bündels mindestens eine Klemmfeder enthalten, wobei die Klemmfeder die Form eines in sich geschlossenen elastischen Bandes aufweist, das auf die Unterteilungsvorrichtung aufgezogen ist und gegen die äußere Oberfläche mindestens eines Brennstoffstabes tangential anliegt.The invention relates to a spacer for fuel assemblies, consisting of a fuel rod bundle, that is, a number of dividing devices connected to an outer carrier tape has, for holding each fuel rod of the bundle at least one Clamping spring included, wherein the clamping spring is in the form of a self-contained elastic band which is drawn onto the dividing device and against the outer surface at least a fuel rod rests tangentially.

Die kinetische Energie der bei der Kernspaltung erzeugten Spaltprodukte wird im nuklearen Brennstoff schnell als Wärme verbraucht. Wenn nach der Wärmeerzeugung noch mindestens ein Neutron übrig geblieben ist, welches eine weitere Spaltung hervorruft, dann erhält sich die Reaktion von selbst, und die Wärmeerzeugung ist kontinuierlich. Die Wärme wird abgeführt, indem man ein Kühlmittel mit dem Brennstoff in Wärmeaustausch treten läßt. Die Kernreaktion kann so lange fortgeführt werden, wie ausreichend spaltbares Material im Brennstoff zur Verfügung steht, das die Wirkung der Spaltprodukte oder anderer möglicherweise vorhandener Neutronenabsorber überdeckt.The kinetic energy of the fission products produced during the nuclear fission is in the nuclear fuel quickly consumed as heat. If there is at least one neutron left after the heat has been generated remains, which causes a further split, then the reaction sustains itself, and the heat generation is continuous. The heat is dissipated by adding a coolant to the Fuel can enter into heat exchange. The nuclear reaction can continue for as long as sufficient fissile material is available in the fuel, which has the effect of the fission products or other possibly existing neutron absorbers covered.

Zur Aufrechterhaltung von Spaltungsreaktionen mit einer zur Herstellung von thermischer Energie ausreichenden Ausbeute werden heute Kernreaktoren gebaut und betrieben, in denen das spaltbare Material oder der Kernbrennstoff in Form von Brennelementen verwendet wird, die verschiedenartiges Aussehen haben können und beispielsweise als Platten, Rohre oder Stäbe ausgebildet sind. Die Brennelemente sind im allgemeinen auf ihrer äußeren Oberfläche mit einer korrosionsbeständigen und nicht reaktionsfähigen Umhüllung versehen, die kein spaltbares oder ergiebiges Material enthält. Die Brennelemente werden mit festen Abständen zueinander in Gruppen zusammengefaßt und in Form eines Brennstoffstabbündels in einem Kühlmittelkanal angeordnet. Mehrere derartiger Brennstoffstabbündel bilden zusammen den Reaktorkern, in dem sich die Spaltungsreaktion von selbst erhält. Der Reaktorkern ist gewöhnlich von einem Reaktorgefäß umgeben.To maintain cleavage reactions with a to produce thermal energy Today nuclear reactors are built and operated with sufficient yield, in which the fissile material or the nuclear fuel is used in the form of fuel assemblies, which are of various kinds Can have appearance and are designed, for example, as plates, tubes or rods. The fuel assemblies are generally on their outer surface with a corrosion resistant and not Provide a reactive envelope that does not contain any fissile or high-yield material. The fuel assemblies are grouped at fixed distances from one another and in the form of a fuel rod bundle arranged in a coolant channel. Form several such fuel rod bundles together the reactor core, in which the fission reaction is self-sustaining. The reactor core is usually surrounded by a reactor vessel.

Eine der Schwierigkeiten beim Betrieb von Kernreaktoren ist das strukturelle Versagen oder Durchbrennen der Brennelemente. Dies wird oftmals dadurch verursacht, daß die Abstandshalter für die Brennelemente das Durchströmen von Kühlmittel und daher die Wärmeableitung von gewissen äußeren Oberflächen des Brennelements verhindern. Die an diese Oberflächen grenzenden Umhüllungen werden dadurch auf zu hohe Temperaturen aufgeheizt und zerstört oder geschmolzen. Dadurch werden RisseOne of the difficulties with operating nuclear reactors is structural failure or burnout of the fuel assemblies. This is often caused by the fact that the spacers for the Fuel assemblies allow coolant to flow through and therefore dissipate heat from certain external elements Prevent surfaces of the fuel assembly. The casings adjoining these surfaces are thereby heated to too high temperatures and destroyed or melted. This will cause cracks

ίο oder öffnungen in der Umhüllung erzeugt, so daß der Brennstoff und gasförmige Spaltprodukte, die in den Brennelementen enthalten sind, unmittelbar dem Reaktorkühlmittel ausgesetzt sind. Die Brennelemente müssen in solchen Fällen nicht nur ausgetauscht werden, wozu der Reaktor abgeschaltet werden muß, sondern das Kühlmittel enthält auch radioaktives Material und verschmutzt die verschiedenen Teile des Reaktor- und Kühlmittelkreislaufes.ίο or openings generated in the envelope, so that the Fuel and gaseous fission products contained in the fuel assemblies directly to the reactor coolant are exposed. In such cases, the fuel assemblies not only have to be replaced, for which the reactor must be shut down, but the coolant also contains radioactive material and contaminates the various parts of the reactor and coolant circuit.

Es sind beträchtliche Anstrengungen unternommen worden, um ein Gerät zu entwickeln, mit dem die Brennelemente eines Bündels in festen Abständen zueinander gehalten werden können, wie es aus physikalischen Gründen erforderlich ist, und das trotzdem eine ausreichende Wärmeableitung zuläßt, damit die Brennelemente nicht zerstört werden oder durchbrennen. Derartige Geräte bestehen z.B. in starren Befestigungsmitteln und mechanischen Verbindungen mit relativ großen Oberflächen. Sie werden jedoch leicht zerstört, da die Wärmeableitung von den Brennelementen verhindert wird.Considerable effort has gone into developing a device with which the Fuel elements of a bundle can be kept at fixed distances from one another as it is made of physical Reasons is necessary, and still allows sufficient heat dissipation so that the Fuel assemblies are not destroyed or burn through. Such devices consist, for example, of rigid Fasteners and mechanical connections with relatively large surfaces. However, you will easily destroyed because the heat dissipation from the fuel assemblies is prevented.

Während einerseits Abstandshalter benötigt werden, mit denen das Problem der Wärmeableitung gelöst werden kann, sind andererseits auch Abstandshalter erwünscht, mit denen der parasitäre Einfang möglichst verhindert wird, damit sich der Wirkungsgrad des Kernreaktors erhöht. Das ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn einige hundert dieser Geräte in einem einzigen Reaktorkern verwendet werden. Weiterhin sind Abstandshalter erwünscht, die ein leichtes Laden gestatten, die ausreichend mechanisch stabil sind, um während des Betriebs der Umgebung des Reaktorkerns standzuhalten, die ferner nicht gegen die Brennelemente schwingen oder hohe Spannungen in ihnen erzeugen und die schließlich eine Iineare Ausdehnung oder Verkleinerung der Brennelemente zulassen.While on the one hand spacers are required with which the problem of heat dissipation is solved on the other hand, spacers are also desirable with which the parasitic capture is prevented as much as possible so that the efficiency of the nuclear reactor increases. That is particular of importance when several hundred of these devices are used in a single reactor core. Furthermore, spacers are desirable that allow easy loading that is sufficiently mechanical are stable to withstand the environment of the reactor core during operation, which also does not oppose the fuel elements vibrate or generate high stresses in them and which ultimately become linear Allow expansion or reduction of the fuel assemblies.

Aus den GB-PSn 969131 und 972101 sind bereits Abstandshalter für Brennstoffstäbe von Kernreaktoren bekannt, die aus einer Anzahl von mit einem äußeren Trägerband verbundenen Unterteilungsvorrichtungen bestehen, wobei jede Unterteilungsvorrichtung zur Halterung mindestens eines Brennstoffstabes mindestens eine Klemmfeder oder einen Unterteilungsstreifen enthält. Da die Klemmfedern jedoch entweder Halbrohre sind, die achsenparallel zu den Brennstoffstäben verlaufen oder gar nichtfedernde Unterteilungssteifen verwendet werden, deren sämtliche Verlaufsebenen ebenfalls parallel zur Achse der Brennstoffstäbe angeordnet sind, ergeben sich vielfältige Lineinberührungen mit dem Umfang der Brennstoffstäbe, wodurch das Vorbeiströmen des die Reaktorwärme abführenden Kühlmittels erschwert und die Bildung von heißen Stellen begünstigt wird.From GB-PSn 969131 and 972101 are already Spacers for fuel rods of nuclear reactors are known, which consist of a number of with an outer Carrier tape connected subdivision devices exist, each subdivision device at least one clamping spring or one for holding at least one fuel rod Contains dividing strips. However, since the clamping springs are either half-tubes, the axes are parallel run to the fuel rods or non-resilient dividing strips are used, their all planes of course are also arranged parallel to the axis of the fuel rods, result multiple line contacts with the perimeter of the fuel rods, causing the flow of the Reactor heat dissipating coolant is made more difficult and the formation of hot spots is favored.

Gegenstand des älteren deutschen Patents 1514110 sind Abstandshalter der obengenannten allgemeinen Art, jedoch mit Klemmfedern, die die Form eines in sich geschlossenen oder einseitig offenen Bandes aufweisen, das auf eine Unterteilungsvorrich-The subject of the earlier German patent 1514110 are spacers of the above general Kind, but with spring clips that take the form of a self-contained or unilaterally open Have tape that is on a subdivision

tung aufgezogen ist und gegen die äußere Oberfläche mindestens eines Brennstoffstabes tangential anliegt. Diese Klemmfedern besitzen jedoch verhältnismäßig große Krümmungsradien, so daß, wie weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 9 und 9 A erläutert ist, ebenfalls beträchtliche Flächen- oder Linienberührungen mit den Brennstoffstäben auftreten und häufig unsymmetrischverteilte Kräfte auf die einzelnen Brennelemente ausgeübt werden.device is drawn up and rests tangentially against the outer surface of at least one fuel rod. However, these clamping springs have relatively large radii of curvature, so that, as below in Connection with Fig. 9 and 9A is explained, also considerable surface or line contacts occur with the fuel rods and are often asymmetrically distributed Forces are exerted on the individual fuel assemblies.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung von möglichst vielen Punktkontakten an Stelle der flächen- und linienförmigen Berührungszonen zwischen Abstandshalterteilen und Brennelementen sowie von Klemmfedern möglichst einfacher Bauart.The object of the invention is therefore to create as many point contacts as possible instead of the flat and linear contact zones between Spacer parts and fuel assemblies as well as clamping springs of the simplest possible design.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Abstandshalter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Band den Längsschnitt einer Raute aufweist, wobei der gekrümmte Abschnitt, der den Scheitel des stumpfen Winkels der Raute bildet, dem Brennstoffstab anliegt.This object is achieved according to the invention in the spacer mentioned at the outset in that the band has the longitudinal section of a rhombus, wherein the curved portion that forms the apex of the forms obtuse angle of the diamond, the fuel rod rests.

Durch den erfindungsgemäßen Abstandshalter wird erreicht, daß praktisch keinerlei flächen- oder linienförmige Berührungen zwischen Klemmfeder und Brennelement auftreten und die Kraftverteilung auf Halterungsdrähte und Brennelemente völlig symmetrisch ist. Das Kühlmittel kann ungehindert an den Brennelementen vorbeiströmen, so daß eine gleichmäßig gute Wärmeableitung gewährleistet und die Bildung heißer Stellen verhindert werden.The spacer according to the invention ensures that practically no surface or linear contacts between the clamping spring and the fuel assembly occur and the force distribution on support wires and fuel assemblies is completely symmetrical. The coolant can reach the Fuel elements flow past, so that a uniformly good heat dissipation is guaranteed and the The formation of hot spots can be prevented.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigtThe invention is described in detail below with reference to the drawings. It shows

Fig. 1 ein Brennstoff bündel, teilweise im Schnitt, mit Abstandshaltern nach der Erfindung,Fig. 1 shows a fuel bundle, partly in section, with spacers according to the invention,

Fig. 2 einen Abstandshalter nach der Erfindung in perspektivischer Ansicht,2 shows a spacer according to the invention in a perspective view,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Abstandshalter nach der Erfindung,3 shows a plan view of a spacer according to the invention,

Fig. 4 eine teilweise längs der Linie 4-4 geschnittene Seitenansicht der Fig. 3,FIG. 4 is a side view of FIG. 3 partially cut along line 4-4;

Fig. 5 eine Unterteilungsvorrichtung eines Abstandshalters als Schnitt längs der Linie 5-5 durch die Fig. 3,5 shows a dividing device of a spacer as a section along the line 5-5 through FIG. 3,

Fig. 5 A eine Endansicht der Fig. 5, Fig. 6 eine kammartige Platte der Unterteilungsvorrichtung nach der Fig. 5, Fig. 5A is an end view of Fig. 5, 6 shows a comb-like plate of the dividing device according to FIG. 5,

Fig. 7 einen Verbindungssteg der Unterteilungsvorrichtung nach Fig. 5, 7 shows a connecting web of the dividing device according to FIG. 5,

Fig. 8 ein dreidimensionales Diagramm, in dem die Kräfte eingezeichnet sind, die auf ein Brennelement und die damit verbundene Gitterzelle nach Fig. 3 wirken, 8 shows a three-dimensional diagram in which the forces are drawn in which act on a fuel assembly and the associated grid cell according to Fig. 3 act,

Fig. 9 eine Klemmfeder des Standes der Technik mit großem Krümmungsradius für Brennelemente in der Ruhestellung,9 shows a prior art clamping spring with a large radius of curvature for fuel assemblies in the rest position,

F i g. 9 A die Klemmfeder der F i g. 9 in einem durch die Brennelemente vorgespannten Zustand,F i g. 9 A the clamping spring of FIG. 9 in one through the fuel assemblies are pre-stressed,

Fig. 10 eine Klemmfeder nach der Erfindung und Fig. 1OA die Klemmfeder der Fig. 10 in einem durch die Brennelemente vorgespannten Zustand.FIG. 10 shows a clamping spring according to the invention and FIG. 10A shows the clamping spring of FIG. 10 in one state prestressed by the fuel assemblies.

Die Fig. 1 zeigt ein Brennstoff stabbündel mit einem Abstandshalter nach der Erfindung. Das Brennstoffstabbündel 10 enthält einen rohrförmigen Kanal 12 mit offenen Enden, Brennelemente 14, eine untere Einspannplatte 16, eine obere Einspannplatte 18 und Abstandshalter 20. Der rohrförmige Kanal 12 hat einen nahezu quadratischen Querschnitt und besitzt am oberen Ende Winkelstücke 22, die den Kanal tragen, wenn er über die Brennelemente gezogen ist. Die Brennelemente 14 werden in mehrere Abstandshalter 20 eingesetzt, die an der Innenwand des Kanals 12 anliegen und werden von diesen auf Abstand gehalten. Die Abstandshalter sind in Längsrichtung der Bündel um ein vorgewähltes Stück voneinander getrennt, z.B. um 45 cm und zur Verhinderung von Längsbewegungen mit einem oder mehreren Brennelementen verbunden. Fig. 1 shows a fuel rod bundle with a Spacer according to the invention. The fuel rod bundle 10 includes a tubular channel 12 with open ends, fuel assemblies 14, a lower clamping plate 16, an upper clamping plate 18 and Spacer 20. The tubular channel 12 has an almost square cross-section and has a upper end elbows 22 which support the channel when it is pulled over the fuel bundles. the Fuel assemblies 14 are inserted into a plurality of spacers 20 which are attached to the inner wall of the channel 12 and are kept at a distance from them. The spacers are along the length of the bundle separated from each other by a preselected distance, e.g. by 45 cm and to prevent longitudinal movements connected to one or more fuel assemblies.

Die Verbindung kann auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. können die Brennstoffstäbe in den vorgewählten Abständen mit Befestigungselementen versehen sein. Jedes Befestigungselement kann einen quadratischen Halsabschnitt aufweisen, der an die äußere Oberfläche des Brennelements geschweißt ist.The connection can be made in several ways, e.g. B. the fuel rods in the selected Be provided with fasteners at intervals. Each fastener can have one have a square neck portion welded to the outer surface of the fuel assembly.

*5 Der Halsabschnitt ist dann mit einer konzentrischen Öffnung versehen, deren Durchmesser etwas größer als der der Brennelemente ist, damit er über sie gezogen und an Ort und Stelle festgeschweißt werden kann. Außerdem sind die Außendurchmesser der Halsabschnitte etwas kleiner als die anschließend beschriebenen Zellen der Abstandshalter. Eine ringförmige Kerbe rund um den Umfang der quadratischen Halsabschnitte dient zum Aufnehmen von Halterungsdrähten der Abstandshalter. Nach dem Einset-* 5 The neck section is then with a concentric Provided opening, the diameter of which is slightly larger than that of the fuel elements, so that it is pulled over them and can be welded in place. In addition, the outside diameter of the Neck sections slightly smaller than the spacer cells described below. An annular one Notch around the perimeter of the square neck sections is used to receive retention wires the spacer. After inserting

²S zen eines Brennelements in die ausgerichteten Zellen der beabstandeten Abstandshalter und nach dem Ausrichten der Kerben der Halsabschnitte mit den entsprechenden Halterungsdrähten wird das Brennelement um 45° gedreht, damit die Halterungsdrähte in die Kerben greifen. Es ist wichtig, daß in der Befestigungsvorrichtung keine Dampftaschen erzeugt werden, die in den Brennelementen zu unerwünschten, heißen Stellen führen können, und daß sie dem im Kanal strömenden Kühlmittel nur geringstmöglichen Widerstand entgegensetzt. ² sets of a fuel assembly into the aligned cells of the spaced spacers and after aligning the notches of the neck sections with the corresponding retaining wires, the fuel assembly is rotated 45 ° so that the retaining wires engage in the notches. It is important that no vapor pockets are generated in the fastening device, which could lead to undesirable hot spots in the fuel assemblies, and that they offer only the least possible resistance to the coolant flowing in the channel.

Jedes Brennelement 14 enthält ein längliches Rohr mit spaltbarem Material, z.B. Uran. Das Brennstoffmaterial liegt z.B. in Form von Pillen vor, die Ende gegen Ende im Rohr angeordnet sind, es kann jedoch auch in Pulverform oder in Partikelform vorliegen. Die beiden Rohrenden sind verschlossen, damit das Kühlmittel nicht mit dem Brennstoff in Berührung kommt und die gasförmigen Spaltprodukte nicht aus dem Brennelement entweichen.Each fuel assembly 14 contains an elongated tube of fissile material such as uranium. The fuel material e.g. is in the form of pills placed end-to-end in the tube, but it can also be in powder form or in particle form. The two pipe ends are closed so that the Coolant does not come into contact with the fuel and the gaseous fission products do not come out escape the fuel assembly.

Die unteren Enden der Brennelemente werden von der unteren Einspannplatte 16 gehalten und stecken in Ausnehmungen 28, die sich durch einen Teil der Einspannplatte erstrecken. Neben den Ausnehmungen 28 sind Öffnungen 24 vorgesehen, die direkt mit dem unteren Einlaß 26 des Kanals 12 in Verbindung stehen. Das obere Ende der Einspannplatte ist im Querschnitt quadratisch, so daß es vom Kanal 12 aufgenommen werden kann. Das untere Ende der Einspannplatte ist abgeschrägt und wird durch die innere Struktur des Reaktors gehaltert. Wenn das Brennstoffstabbündel in den Reaktor eingebaut ist, dann steht der untere Einlaß 26 mit einer Kühlmittelquelle, die z.B. Wasser zuführt, in Verbindung. Einige der Ausnehmungen, z.B. die Ausnehmungen 30 in den Ecken, sind mit Gewinden versehen, so daß mit Gewinden versehene Brennelemente eingeschraubt werden können.The lower ends of the fuel assemblies are held by the lower clamping plate 16 and are inserted in recesses 28 which extend through part of the clamping plate. Next to the recesses 28 openings 24 are provided which directly with the lower inlet 26 of the channel 12 in connection stand. The upper end of the clamping plate is square in cross-section so that it is received by the channel 12 can be. The lower end of the clamping plate is beveled and is supported by the inner Structure of the reactor supported. If the fuel rod bundle is built into the reactor, then the lower inlet 26 communicates with a source of coolant such as supplies water. Some of the Recesses, e.g., recesses 30 in the corners, are threaded so that with threads provided fuel elements can be screwed.

Die obere Einspannplatte 18 ist durch Schrauben, z.B. die Schrauben 32, mit den gleichen eingeschraubten Brennelementen befestigt, die auf die mit Gewinde versehenen Enden aufgeschraubt sind, öffnungen 34 in der oberen Einspannplatte 18 dienen zur Verbindung des Innenraums der Brennstoffstab-The upper clamping plate 18 is screwed in by screws such as screws 32 with the same Fastened fuel assemblies that are screwed onto the threaded ends, openings 34 in the upper clamping plate 18 are used to connect the interior of the fuel rod

bündel mit der Abzugsleitung für das Kühlmittel. Ausnehmungen 36, die sich teilweise durch die Einspannplatte erstrecken, sind nach innen offen und dienen der Halterung der Brennelemente. Sie nehmen die oberen Enden der Brennelemente auf und sind genügend tief, um deren Ausdehnung in Längsrichtung zu gestatten. Druckfedern 38 dienen zur Aufrechterhaltung einer Vorspannung zwischen der oberen Einspannplatte 18 und der oberen Schulter der Brennelemente 14, die sich aus dem auf die Muttern 32 ausgeübten Drehmoment ergibt. Der Kanal 12 wird durch Schrauben 40 festgehalten, die durch Öffnungen in den Winkelstücken 22 eingeführt werden und mit einem Gewindeteil 42 an der oberen Einspannplatte 18 zusammenwirken. Die Einspannplatte 18 ist außerdem mit einem Handgriff 44 versehen, mit dem das Brennstoffstabbündel 10 im Reaktorkern gehoben und gesenkt werden kann.bundle with the coolant discharge line. Recesses 36, which are partially through the clamping plate extend, are open inward and are used to hold the fuel assemblies. you take the upper ends of the fuel assemblies and are deep enough to allow them to extend lengthways to allow. Compression springs 38 are used to maintain a bias between the upper Clamping plate 18 and the upper shoulder of the fuel assemblies 14, resulting from the on the nuts 32 exerted torque results. The channel 12 is held in place by screws 40 that pass through openings are inserted into the elbows 22 and with a threaded portion 42 on the upper clamping plate 18 interact. The clamping plate 18 is also provided with a handle 44, with which the fuel rod bundle 10 can be raised and lowered in the reactor core.

Obwohl die beschriebenen Brennstoffstabbündel bei verschiedenen Reaktortypen verwendet werden können, sind sie insbesondere für Siedewasserreaktoren mit Moderatorkühlmitteln geeignet. Während des Betriebs eines Siedewasserreaktors, in dem das Brennstoffstabbündel verwendet wird, strömt das Kühlmittel von der Kühlmittelquelle durch den Einlaß 26 und die Öffnungen 24 innerhalb des Kanals 12 nach oben und in Längsrichtung an den Außenflächen der Brennelemente vorbei. Während es nach oben strömt, nimmt es von den Brennelementen Wärme auf und erhöht dadurch seine Temperatur, bis es schließlich in Naßdampf umgewandelt wird, dessen Güte z.B. 10% beträgt. Der Naßdampf strömt anschließend durch die öffnungen 34 in der oberen Einspannplatte 18, die in die Abzugsleitung des Reaktors mündet. Die Abzugsleitung nimmt den Dampf aus einer Anzahl von Brennstoffstabbündeln, die zusammen den Reaktorkern bilden, auf. Der Naßdampf in der Abzugsleitung wird dann getrocknet oder zu einem Dampf verbrauchenden Gerät, z. B. zu einer Turbine, geleitet. Der kondensierte Dampf aus derartigen Geräten kann dann zurück zur Kühlmittelquelle geführt werden.Although the fuel rod bundles described are used in different types of reactors they are especially useful for boiling water reactors suitable with moderator coolants. During the operation of a boiling water reactor in which the When the fuel rod bundle is used, the coolant flows from the coolant source through the inlet 26 and the openings 24 within the channel 12 upwards and in the longitudinal direction on the outer surfaces the fuel elements over. As it flows upwards, it takes heat from the fuel assemblies and thereby increases its temperature until it is finally converted into wet steam, its Quality is e.g. 10%. The wet steam then flows through the openings 34 in the upper clamping plate 18, which opens into the outlet line of the reactor. The exhaust line takes the steam from a Number of fuel rod bundles that together form the reactor core. The wet steam in the vent is then dried or taken to a steam consuming device, e.g. B. to a turbine, directed. The condensed vapor from such devices can then be fed back to the coolant source will.

In den Fig. 2 und 3 sind die wesentlichen Teile eines Abstandshalters 20 gezeigt. Er enthält ein äußeres Trägerband 50, Unterteilungsvorrichtungen 52, Klemmfedern 54 für die Brennelemente (die auch als Teil der Unterteilungsvorrichtung 52 angesehen werden können) und Halterungsdrähte 56. Das Trägerband 50 trägt die Enden der Unterteilungsvorrichtung 52 und die Enden der Halterungsdrähte 56.In Figs. 2 and 3 the essential parts are one Spacer 20 shown. It includes an outer carrier tape 50, dividers 52, Clamping springs 54 for the fuel assemblies (which are also regarded as part of the dividing device 52 may) and retention wires 56. The carrier tape 50 supports the ends of the divider 52 and the ends of the support wires 56.

Es sind zwei Sätze von Unterteilungsvorrichtungen 52 vorgesehen. Jeder Satz besteht aus drei gleich beabstandeten und nahezu parallelen Unterteilungsvorrichtungen. Die Unterteilungsvorrichtungen beider Sätze sind senkrecht zueinander angeordnet und an ihren Schnittlinien derart verbunden, daß sich ein eierbehälterartiges Gebilde ergibt. Das Trägerband 50 und die Unterteilungsvorrichtungen 52 bilden zusammen vier mittlere Quader 60, acht Seitenquader 62 und vier Eckquader 64.Two sets of dividers 52 are provided. Each set consists of three equally spaced and nearly parallel dividers. The dividing devices of both Sentences are arranged perpendicular to one another and connected at their cutting lines in such a way that an egg-container-like Structure results. The carrier tape 50 and dividers 52 form together four middle cuboids 60, eight side cuboids 62 and four corner cuboids 64.

Weiterhin sind vier Sätze von Halterungsdrähten 56 vorgesehen, wobei jeder Satz aus fünf gleich beabstandeten und nahezu parallelen Halterungsdrähten besteht. Zwei Sätze sind unter den Unterteilungsvorrichtungen angebracht, und die Halterungsdrähte beider Sätze sind senkrecht zueinander angeordnet. Die anderen beiden Sätze sind über den Unterteilungsvorrichtungen angebracht und ihre Halterungsdrähte sind ebenfalls senkrecht zueinander angeordnet. Alle Halterungsdrähte zusammen bilden vier Zellen in jedem der mittleren Quader 60, zwei Zellen in jedem Seitenquader 62 und eine Zelle in jedem Eckquader 64.There are also four sets of support wires 56, each set of five equally spaced and almost parallel support wires. Two sets are under the dividers attached, and the support wires of both sets are arranged perpendicular to each other. the other two sets are attached over the dividers and their support wires are also arranged perpendicular to each other. All of the retaining wires together form four cells in each the middle cuboid 60, two cells in each side cuboid 62 and one cell in each corner cuboid 64.

Es entstehen auf diese Weise also 36 Zellen, die von je einem Brennelement 14 besetzt sind.In this way, 36 cells are created, each occupied by a fuel assembly 14.

Jede Unterteilungsvorrichtung enthält außerdem sechs Klemmfedern 54 für die Brennelemente, die derart um ein vorgewähltes Stück beabstandet sind,Each divider also includes six clamp springs 54 for the fuel assemblies that are spaced apart by a preselected piece,

ίο daß jedes Brennelement in einer Zelle durch jeweils zwei Klemmfedern 54 gehaltert wird. Außerdem zeichnet sich jede Unterteilungsvorrichtung durch geringen parasitären Einfang aus, was durch eine mit Öffnungen 58 versehene Gitterstruktur zustande kommt.ίο that each fuel assembly in a cell through each two clamping springs 54 is supported. In addition, each dividing device is characterized by low parasitic trapping, which is caused by a lattice structure provided with openings 58 comes.

Die Halterungsdrähte 56 dienen dazu, jedes Brennelement außer in den Eck- und Seitenzeilen fest gegen die Klemmfedern 54 zu drücken, da in diesen das Trägerband 50 für eine später beschriebene HaI-terung sorgt. Die Halterungsdrähte besitzen gerade Endabschnitte 66, die an das Trägerband 50 angeschweißt sind. Zur weiteren Halterung können sie auch an ihren Schnittpunkten verschweißt sein. Zwischen den Endabschnitten jedes Halterungsdrahtes sind mehrere nach außen bzw. innen gekrümmte Abschnitte 68 bzw. 72 vorgesehen, die durch dazwischenliegende gerade Abschnitte 70 verbunden sind. Die gekrümmten Abschnitte Hegen gegenüber den Klemmfedern, damit die Brennelemente gehaltert werden. Diejenigen Halterungsdrähte, die in Längsrichtung mit den Unterteilungsvorrichtungen verlaufen, sind mit den Brennelementen nicht in Berührung und können daher auch gerade sein oder ganz fehlen. Sie sind jedoch in gleicher Weise wie die anderen HaI-terungsdrähte ausgebildet, damit die Brennelemente auch in dem Fall gehaltert werden, wenn sie schnellen Seitwärtsbewegungen ausgesetzt sind, die z.B. auftreten können, wenn extreme Zwischenzustände auftreten oder wenn ein oder mehrere Klemmfedern zerstört werden.The support wires 56 serve to hold each fuel assembly in place except in the corner and side rows to press against the clamping springs 54, since in these the carrier tape 50 for a later-described holding cares. The support wires have straight end sections 66 which are welded to the carrier tape 50 are. For further support, they can also be welded at their intersection points. Between the end portions of each support wire are a plurality of outwardly and inwardly curved portions 68 and 72, respectively, which are connected by straight sections 70 therebetween. The curved sections lie opposite the clamp springs so that the fuel assemblies are retained will. Those retaining wires that run lengthways with the dividing devices are not in contact with the fuel elements and can therefore be straight or completely absent. However, they are in the same way as the other support wires designed so that the fuel assemblies are retained in the event that they accelerate Are exposed to sideways movements, which can occur, for example, when extreme intermediate states occur or if one or more clamping springs are destroyed.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, besteht das äußere Trägerband 50 aus vier identischen Abschnitten 75, die durch gekrümmte Abschnitte 76 verbunden sind, so daß im wesentlichen ein Quadrat entsteht.As can be seen from FIGS. 3 and 4, the outer carrier tape 50 consists of four identical sections 75, which are connected by curved sections 76, so that essentially a square is formed.

Die Endabschnitte von fünf Halterungsdrähten sind in obere Löcher 77 zweier gegenüberliegender Abschnitte 75 eingesetzt. Die Endabschnitte der anderen fünf Halterungsdrähte sind in die oberen Löcher 77 der anderen beiden, ebenfalls gegenüberliegenden Abschnitte 75 eingesetzt. Die beiden Sätze von je fünf nahezu parallel angeordneten Halterungsdrähten stehen senkrecht auseinander und liegen nahezu in einer gemeinsamen Ebene. Die Halterungsdrähte, die in untere Löcher 78 eingesetzt werden, liegen direkt unterhalb der Halterungsdrähte in den oberen Löchern 77. Auch sie liegen nahezu in einer Ebene, doch sind sie bezüglich der Halterungsdrähte, die in den Löchern 77 angeordnet sind, um 180° verdreht. Daher sind die Brennelemente 14 in den mittleren Quadern 60 an vier Stellen a, b, c und d durch zwei nach außen gekrümmte Abschnitte 68 (α und c) der oberen Halterungsdrähte und durch zwei nach innen gekrümmte Abschnitte 72 {b und d) der unteren Halterungsdrähte gehaltert. Außerdem wird das Brennelement 14 noch an den Punkten e und / von Klemmfedern 54 gehalten, die um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Die Bedeutung dieser beiden Unterstützungsstellungen und die Art der Klemmfedern wirdThe end sections of five support wires are inserted into upper holes 77 of two opposing sections 75. The end sections of the other five support wires are inserted into the upper holes 77 of the other two sections 75, which are also opposite. The two sets of five almost parallel arranged holding wires are perpendicular to each other and are almost in a common plane. The holding wires which are inserted into lower holes 78 lie directly below the holding wires in the upper holes 77. They are also almost in one plane, but they are rotated by 180 ° with respect to the holding wires which are arranged in the holes 77. The fuel assemblies 14 are therefore in the central cuboids 60 at four points a, b, c and d through two outwardly curved sections 68 (α and c) of the upper support wires and through two inwardly curved sections 72 (b and d) of the lower ones Retaining wires held. In addition, the fuel element 14 is still held at points e and / by clamping springs 54 which are arranged offset from one another by 90 °. The importance of these two support positions and the type of clamp springs will be

an Hand der Fig. 8 und 1OA erläutert.explained with reference to FIGS. 8 and 10A.

Die Brennelemente in den Eckquadern 64 des Abstandshalters 20 werden jeweils durch zwei Klemmfedern und durch zwei Vertiefungen 80 gehaltert, die in den gekrümmten Abschnitten 76 des Trägerbandes 50 ausgebildet sind. Die Vertiefungen liegen gegenüber den Berührungspunkten der Klemmfedern 54 und können eine kugelförmige Oberfläche besitzen, so daß mit der äußeren Oberfläche der Brennelemente nur ein Berührungspunkt gebildet wird. Auf diese Art ist ein guter Fluß des Kühlmittels an diesen Berührungspunkten vorbei gewährleistet, und die Bildung heißer Stellen in den Brennelementen wird vermieden. The fuel elements in the corner cuboids 64 of the spacer 20 are each held by two clamping springs and by two depressions 80 which are formed in the curved sections 76 of the carrier tape 50. The depressions lie opposite the contact points of the clamping springs 54 and can have a spherical surface, so that only one contact point is formed with the outer surface of the fuel assemblies. In this way, a good flow of coolant is ensured past these contact points and the formation of hot spots in the fuel assemblies is avoided.

Die Brennelemente in den Seitenquadern 62 des »5 Abstandshalters werden jeweils durch zwei Klemmfedern 54, einen Satz aus oberem und unterem Halterungsdraht 56 und von zwei Berührungszonen 84 im Trägerband 50 gehaltert. Der Satz aus oberen und unteren Halterungsdrähten 56 ist gegenüber einer Feder angeordnet und wirkt in gleicher Weise mit der Feder zusammen, wie es oben in Verbindung mit einem mittleren Quader beschrieben ist. Die beiden Berührungszonen 84 sind gegenüber der anderen Klemmfeder angeordnet. Die obere Berührungszone liegt etwa in der gleichen Ebene wie die oberen Halterungsdrähte und die untere Berührungszone etwa in der gleichen Ebene wie die unteren Halterungsdrähte. Die Form der Berührungszonen 84 wird noch beschrieben. Sie bilden mit den Brennelementen nur kurze Berührungslinien, die die Bildung heißer Stellen verhindern.The fuel assemblies in the side blocks 62 of the spacer are each held by two clamping springs 54, a set of upper and lower holding wire 56 and two contact zones 84 in the carrier tape 50. The set of upper and lower support wires 56 is arranged opposite a spring and cooperates with the spring in the same way, as described above in connection with a central cuboid. The two contact zones 84 are arranged opposite the other clamping spring. The upper contact zone lies approximately in the same plane as the upper support wires and the lower contact zone lies approximately in the same plane as the lower support wires. The shape of the contact zones 84 will be described later. They form only short lines of contact with the fuel elements, which prevent hot spots from forming.

Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß jeder der vier Abschnitte 75 des Trägerbandes 50 zwei äußere bzw. zwei innere Vertiefungen 86 bzw. 88 aufweist. Jede äußere Vertiefung 86 hat eine Höhe H, die größer als die entsprechende Höhe H' der inneren Vertiefungen 88 ist. Aber auch andere Anordnungen sind möglich. Wenn beispielsweise alle Vertiefungen die gleiche Höhe aufweisen, dann sind sie alle .mit der inneren ebenen Oberfläche des Kanals 12 in Berührung, wenn ein Abstandshalter 20 in diesen eingeführt wird. Um eine Berührung mit allen vier Vertiefungen sicherzustellen, wäre es notwendig, sehr enge Toleranzen für ihre Höhen einzuhalten. Dies ist jedoch schwierig und teuer, und daher werden die inneren Vertiefungen mit einer kleineren Höhe als die äußeren ausgestattet. So sind enge Toleranzen unnötig und die äußeren Vertiefungen 86 sind allein mit der inneren Oberfläche des Kanals 12 in Berührung. Die inneren Vertiefungen sind aus diesem Grunde zwar scheinbar überflüssig, doch ist das nicht der Fall, weil der flache Bereich, aus dem sie gebildet werden, andernfalls eine breite Berührungszone mit dem Brennelement darstellen würde. Das ist aber unerwünscht, da der Kühlmittclstrom nicht den stromabwärts gelegenen Teil dieser Berührungszone berühren könnte, und infolgedessen heiße Stellen gebildet würden. An Stelle von Vertiefungen 88 könnte auch das Material, aus dem diese bestehen, entfernt werden, so daß Öffnungen verbleiben, die ebenfalls keine Berührungszonen mit den Brennelementen darstellen würden. Eine solche Anordnung ist jedoch ebenfalls unerwünscht, weil sich in den unteren Teilen dieser Öffnungen Dampftaschen ausbilden, die eine Wärmeableitung verhindern und daher zum Durchbrennen des äußeren Trägerbandes führen können. Die peripheren Ränder der Vertiefungen 86 und 88 sind gekrümmt und abgeschrägt, damit die Bildung von Dampftaschen vermieden wird.3 and 4 it can be seen that each of the four sections 75 of the carrier tape 50 has two outer and two inner depressions 86 and 88, respectively. Each outer recess 86 has a height H that is greater than the corresponding height H ′ of the inner recesses 88. But other arrangements are also possible. For example, if all of the wells are of the same height, then they will all be in contact with the inner planar surface of the channel 12 when a spacer 20 is inserted therein. In order to ensure contact with all four depressions, it would be necessary to maintain very tight tolerances for their heights. However, this is difficult and expensive, and therefore the inner recesses are provided with a smaller height than the outer ones. Thus, tight tolerances are unnecessary and the outer depressions 86 are only in contact with the inner surface of the channel 12. The internal depressions appear to be superfluous for this reason, but they are not because the flat area from which they are formed would otherwise constitute a wide zone of contact with the fuel assembly. However, this is undesirable since the coolant flow could not touch the downstream part of this contact zone, and hot spots would be formed as a result. Instead of depressions 88, the material from which they are made could also be removed, so that openings remain which likewise would not represent any contact zones with the fuel assemblies. However, such an arrangement is also undesirable because vapor pockets form in the lower parts of these openings, which prevent heat dissipation and can therefore lead to the outer carrier tape being burned through. The peripheral edges of the recesses 86 and 88 are curved and tapered to avoid the formation of vapor pockets.

Am RanddesäußerenTrägerbandes50und unmittelbar über jeder Vertiefung 86 und 88 sind weitere Vertiefungen 90 vorgesehen, die am besten in den Fig. 3 und 4 erkennbar sind. Sie erfüllen zwei Funktionen. Erstens bilden sie eine glatte Oberfläche, durch die die Brennelemente in die Seitenquader 62 eingeführt werden können, ohne daß mit dem scharfen oberen Rand des Trägerbandes 50 ihre äußere Oberfläche verschrammt oder verkratzt würde. Zweitens dienen sie zur Bildung der äußeren Grenzen (Punkte m) der Berührungszonen 84. Die inneren Grenzen (Punkte n) der Berührungszonen 84 werden durch die äußeren Ränder der Vertiefungen 86 und 88 gebildet.Further recesses 90 are provided on the edge of the outer carrier tape 50 and immediately above each recess 86 and 88, as best seen in FIGS. They fulfill two functions. First, they form a smooth surface through which the fuel assemblies can be inserted into the side cuboids 62 without their outer surface being scratched or scratched with the sharp upper edge of the carrier tape 50. Second, they serve to form the outer boundaries (points m) of the contact zones 84. The inner boundaries (points n) of the contact zones 84 are formed by the outer edges of the depressions 86 and 88.

In den Fig. 5 und 5 A ist eine Unterteilungsvorrichtung 52 gezeigt,.die eine kammartige Platte 96, einen Verbindungssteg 98 und Klemmfedern 54 für die Brennelemente enthält, deren Einzelheiten in den Fig. 6, 7 und 10 dargestellt sind. Die Unterteilungsvorrichtungen dienen u.a. zur Unterteilung des Abstandshalters 20 in verschiedene Quader, zur Erhöhung seiner mechanischen Stabilität und zur Halterung der Klemmfedern 54 für die Brennelemente in der richtigen Stellung.In FIGS. 5 and 5 A, a dividing device 52 is shown, which contains a comb-like plate 96, a connecting web 98 and clamping springs 54 for the fuel assemblies, the details of which are shown in FIGS. 6, 7 and 10. The dividing devices serve, among other things, to divide the spacer 20 into different cuboids, to increase its mechanical stability and to hold the clamping springs 54 for the fuel assemblies in the correct position.

Gemäß den Fig. 5 und 6 erstreckt sich die aus einem Stück bestehende kammartige Platte 96 in Längsrichtung und enthält drei seitliche Ansätze 100 mit Schlitzen 102. Die Schlitze 102 haben eine Breite y, die etwas größer ist als die Stärke des Materials, aus dem die Platte 96 besteht, und eine Länge .y, die etwas größer als die halbe Breite / der Platte ist. Dabei ist die Länge .v um so viel größer als die halbe Breite t, daß eine genügende Toleranz besteht und der Zusammenbau einfach ist.5 and 6, the one-piece comb-like plate 96 extends longitudinally and includes three side lugs 100 with slots 102. The slots 102 have a width y which is slightly greater than the thickness of the material from which the Plate 96 consists, and a length .y that is slightly greater than half the width / of the plate. The length .v is so much greater than half the width t that there is sufficient tolerance and assembly is easy.

Längs der oberen Oberfläche der Platte 96 sind Einschnitte 104 angebracht, die zur Aufnahme der Klcmmfedern 54 dienen, die, wie in Fig. 5 gezeigt, eingebaut werden. Am äußeren Ende der Platte 96 sind Ansätze 106 vorgesehen, die gemäß der Fig. 4 in obere Schlitze 108 im äußeren Trägerband eingeführt werden. Die Höhe der Ansätze 106 ist derart gewählt, daß diese etwas über die äußere Oberfläche des Abschnitts 75 des Trägerbandes 50 hinausragen und dann leicht z. B. durch Schweißen od. dgl. befestigt werden können. Abgeschrägte Kanten 110 dienen zur Erleichterung des Zusammenbaus und zur Vermeidung scharfer Kanten. Incisions 104 are made along the top surface of plate 96 to receive clip springs 54 which are installed as shown in FIG. At the outer end of the plate 96, lugs 106 are provided which, as shown in FIG. 4, are inserted into upper slots 108 in the outer carrier tape. The height of the lugs 106 is chosen so that they protrude slightly beyond the outer surface of the portion 75 of the carrier tape 50 and then slightly z. B. by welding od. Like. Can be attached. Beveled edges 110 are used to facilitate assembly and to avoid sharp edges.

Die Verbindungsstege 98 enthalten nach den Fig. 5 und 7 einen sich in Längsrichtung erstreckenden Streifen mit einer Anzahl von Einschnitten 112 längs dessen unterer Kante und mit Ansätzen 114 an den beiden Enden. Die Einschnitte 112 dienen zur Halterung von Klemmfedern 54 und sind in Abständen zueinander angebracht, die denen zwischen den Einschnitten 104 in den Platten 96 entsprechen. Die Höhe der Ansätze 114 ist etwas größer als die Dicke der Abschnitte 75 des Trägerbandes 50, und sie werden in untere Schlitze 115 eingeführt und dort verschweißt. Wie an den Platten 96 sind abgeschrägte Kanten 116 vorgesehen, damit der Einbau erleichtert wird und keine scharfen Kanten vorhanden sind.The connecting webs 98 contain according to FIGS. 5 and 7 a longitudinally extending strip with a number of incisions 112 along its lower edge and with lugs 114 at the two ends. The incisions 112 serve to hold clamping springs 54 and are arranged at distances from one another which correspond to those between the incisions 104 in the plates 96. The height of the lugs 114 is slightly greater than the thickness of the sections 75 of the carrier tape 50, and they are inserted into lower slots 115 and welded there. As with panels 96, beveled edges 116 are provided to facilitate installation and to avoid sharp edges.

Der Zusammenbau der Unterteilungsvorrichtung 52 geschieht dadurch, daß zunächst die Klemmfedcm in die Einschnitte 104 der Platte eingesetzt werden und anschließend die Verbindungsstege 98 durch die Klcmmfedern gezogen und in die in der Ι-'ίμ. 5 μοThe assembly of the dividing device 52 is done by first inserting the clamping springs into the incisions 104 in the plate and then pulling the connecting webs 98 through the clamping springs and into the in the Ι-'ίμ. 5 μο

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zeigte Stellung gebracht werden. Die Platten 96 und die Verbindungsstege 98 werden dann z.B. durch Punktschweißung an den durch 118 bezeichneten Stellen verbunden. Die einzige Aufgabe der Schweißstellen besteht darin, die verschiedenen Teile der Unterteilungsvorrichtung 52 in festen relativen Stellungen zueinander zu halten, wenn sie anschließend in den Abstandshalter eingebaut werden. Die Schweißstellen brauchen jedoch nicht zur mechanischen Stabilität der Unterteilungsvorrichtung beizutragen, da diese, wenn sie in den Abstandshalter 20 eingebaut sind, sich selbst tragen. Aus den Fig. 5 und 5 A geht hervor, daß die Klemmfedern 54 derart von den Einschnitten 104 und 112 aufgenommen werden, daß der Abstand u zwischen der inneren Oberfläche der Einschnitte kleiner als die innere Länge ν der Klemmfedern in deren Ruhestellung ist. Diese Toleranz ist notwendig, damit die Stützfedern nicht gegen die inneren Oberflächen der Einschnitte anliegen und unerwünschte Spannungen hervorrufen.showed position to be brought. The plates 96 and the connecting webs 98 are then connected, for example by spot welding, at the points indicated by 118. The sole function of the welds is to hold the various parts of the divider 52 in fixed relative positions when they are subsequently incorporated into the spacer. However, the welds do not have to contribute to the mechanical stability of the dividing device, since these, when they are built into the spacer 20 , are self-supporting. From FIGS. 5 and 5A it can be seen that the clamping springs 54 are received by the incisions 104 and 112 in such a way that the distance u between the inner surface of the incisions is smaller than the inner length ν of the clamping springs in their rest position. This tolerance is necessary so that the support springs do not rest against the inner surfaces of the incisions and cause undesirable stresses.

Die Unterteilungsvorrichtungen 52 tragen sich selbst, wenn sie zusammen gemäß Fig. 2 und 3 in den Abstandshalter für die Brennelemente eingebaut sind. Die Unterteilungsvorrichtungen, die von links nach rechts verlaufen (in den Fig. 2 und 3), besitzen nach oben weisende Schlitze 102. Die Unterteilungsvorrichtungen dagegen, die von oben nach unten verlaufen, besitzen nach unten gerichtete Schlitze. Die Schlitze 102 befinden sich an den Kreuzungsstellen, und daher nimmt nach dem Zusammenbau jeder Schlitz den starren Abschnitt eines seitlichen Ansatzes 100 und den angrenzenden Abschnitt eines Verbindungssteges 98 auf. Auf diese Weise werden zwischen den einzelnen Unterteilungsvorrichtungen sich selbst tragende Verbindungen erhalten, ohne daß Schweißstellen oder andere zusätzliche Verbindungen notwendig sind.The dividing devices 52 are self-supporting when they are installed together as shown in FIGS. 2 and 3 in the spacer for the fuel assemblies. The dividers that run from left to right (in Figures 2 and 3) have upwardly facing slots 102. The dividers that run from top to bottom, on the other hand, have downwardly facing slots. The slots 102 are at the intersections and therefore, when assembled, each slot receives the rigid portion of a side lug 100 and the adjacent portion of a tie bar 98. In this way, self-supporting connections are obtained between the individual subdivision devices without the need for welds or other additional connections.

Die kammartigen Platten 96 und die Verbindungsstege 98 bilden zusammen ein Gitter, das eine Anzahl von Öffnungen 58 enthält, die zwischen den angrenzenden seitlichen Ansätzen 100 liegen. Diese Öffnungen sind, wie schon erklärt wurde, sehr wichtig, da sie den parasitären Einfang der Abstandshalter 20 erniedrigen und damit den Wirkungsgrad des Kernreaktors, in den sie eingebaut werden, erhöhen.The comb-like plates 96 and the connecting webs 98 together form a grid which contains a number of openings 58 which lie between the adjacent lateral lugs 100. As already explained, these openings are very important because they reduce the parasitic capture of the spacers 20 and thus increase the efficiency of the nuclear reactor in which they are installed.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Konstruktion der Klemmfedern 54 für die Brennelemente. Zum besseren Verständnis ihrer Wirkungsweise dient die Fig. 8, die dreidimensional die verschiedenen Kräfte und Berührungspunkte zwischen einem Brennelement 14 und den oberen bzw. unteren Halterungsdrähten 56 (Punkte α und c bzw. Punkte b und d) und den Klemmfedern 54 gemäß Fig. 3 zeigt.An essential feature of the invention is the construction of the clamping springs 54 for the fuel assemblies. 8, which shows three-dimensionally the various forces and points of contact between a fuel assembly 14 and the upper and lower support wires 56 (points α and c or points b and d) and the clamping springs 54 according to FIG. 3, serves for a better understanding of their mode of operation indicates.

Der Punkt e liegt dabei gegenüber einem Punkt g, und der Punkt g liegt auf der Hälfte der Strecke zwischen α und b. Die durch die Klemmfeder 54 auf den Punkt e des Brennelements 14 ausgeübte Kraft wird daher durch das Brennelement in eine Richtung durch den Punkt g übertragen, wie durch den doppelt gestrichelten Kraftvektor in Fig. 8 gezeigt ist. Die durch die Halterungsdrähte 56 an den Punkten α und b auf das Brennelement 14 ausgeübten Kräfte sind durch doppelt gestrichelte Kraftvektoren angezeigt. Sie sind beide entgegengesetzt zu der Kraft und im Betrag gleich der Hälfte der durch Punkt c ausgeübten Kraft. In ähnlicher Weise liegt der Punkt / gegenüber einem Punkt /i, der auf der halben Strecke zwischen c und d liegt. Daher sind die an den Punkten c und d durch die Halterungsdrähte 56 ausgeübten und durch doppellinige Pfeile angedeuteten Kräfte beide entgegengesetzt zu der Kraft und im Betrag gleich der Hälfte der Kraft, die durch den Punkt / ausgeübt wird und ebenfalls durch einen doppellinigen Kraftvektor angezeigt ist. Die Konstruktion jedes Halterungsdrahtes kann daher identisch sein, da sie alle durch die gleichen Kräfte belastet werden.The point e lies opposite a point g, and the point g lies halfway between α and b. The force exerted by the clamping spring 54 on the point e of the fuel assembly 14 is therefore transmitted through the fuel assembly in a direction through the point g , as shown by the double-dashed force vector in FIG. The forces exerted on the fuel assembly 14 by the support wires 56 at points α and b are indicated by double-dashed force vectors. They are both opposite to the force and equal in magnitude to half the force exerted by point c. Similarly, point / is opposite point / i which is halfway between c and d . Therefore, the forces exerted at points c and d by the support wires 56 and indicated by double-line arrows are both opposite to the force and in magnitude equal to half the force exerted by point / and also indicated by a double-line force vector. The construction of each support wire can therefore be identical, since they are all loaded by the same forces.

Es ist wichtig, diesen symmetrischen Kraftausgleich aufrechtzuerhalten, weil ungleiche Kräfte z.B. an den Punkten α und b zu einer frühzeitigen mechanischen Zerstörung der Brennelemente führen können. Bei unsymmetrischer Belastung wird einer der Berüh-It is important to maintain this symmetrical force balance because unequal forces, for example at points α and b , can lead to premature mechanical destruction of the fuel assemblies. If the load is asymmetrical, one of the

¹S rungspunkte eines Halterungsdrahtes weniger stark belastet, so daß er schwingen und gegen das Brennelement reiben kann. Der andere Berührungspunkt ist stärker belastet und führt zu einer übermäßigen Spannungsballung im Brennelement. Das ist von Bedeutung, obwohl die Größen und die Differenzen ungleicher Kräfte relativ gering sind, zumal die Halterungsdrähte und die Brennelemente während des Reaktorbetriebs vielen Millionen Schwingungen unterworfen werden. ¹ S rungspunkt a support wire less heavily loaded, so that it can vibrate and rub against the fuel assembly. The other point of contact is more stressed and leads to excessive stress concentration in the fuel assembly. This is important even though the magnitudes and differences of unequal forces are relatively small, especially since the support wires and the fuel assemblies are subjected to many millions of vibrations during the operation of the reactor.

Eine unsymmetrische Verteilung liegt beispielsweise vor, wenn die durch die Klemmfeder 54 ausgeübte Kraft nicht durch den Punkt e, sondern durch einen Punkt e verläuft. Klemmfedern mit großen Krümmungsradien, wie sie z.B. in der Fig. 9 gezeigt sind, führen in Längsrichtung der Brennelemente zu einer beträchtlichen flächenhaften oder linienhaften Berührungszone, wie die Abschnitte A und B der Fig. 9 A zeigen. Das Ergebnis sind häufig unsymmetrisch verteilte Kräfte, wobei die durch eine Klemmfeder mit großem Krümmungsradius auf das Brennelement 14 ausgeübte Kraft durch den Punkt e' zu einem Punkt g verläuft, wie durch den durchgezogenen Kraftvektor zwischen diesen Punkten gezeigt ist. Dadurch entstehen Kräfte an den Punkten α und b, die durch je einen durchgezogenen Kraftvektor i bzw. k angezeigt sind. Die Verschiebung des Punktes e' und der Unterschied zwischen den Kraftvektoren / und k sind hier stark übertrieben gezeigt.An asymmetrical distribution is present, for example, when the force exerted by the clamping spring 54 does not run through point e, but rather through point e . Clamping springs with large radii of curvature, as shown for example in FIG. 9, lead in the longitudinal direction of the fuel assemblies to a considerable planar or linear contact zone, as sections A and B of FIG. 9A show. The result is often asymmetrically distributed forces, the force exerted on the fuel assembly 14 by a clamping spring with a large radius of curvature passing through the point e ' to a point g , as shown by the solid force vector between these points. This creates forces at points α and b, which are each indicated by a solid force vector i and k, respectively. The displacement of the point e ' and the difference between the force vectors / and k are shown here in a greatly exaggerated manner.

Eine weitere Schwierigkeit, die bei der Verwendung von Klemmfedern mit großen Krümmungsra- (, dien auftritt, liegt darin, daß die relativ lange Beruh- ι rungslinie zwischen der Klemmfeder und dem Brennelement den Kühlmittelstrom von dem stromabwärts von der Berührungslinie liegenden Abschnitt abhält. Da die durch das Brennelement erzeugte Wärme in diesem Gebiet nicht richtig abgeleitet wird, bilden sich unerwünschte heiße Stellen, und die Umhüllung des Brennelements wird zerstört.A further difficulty with the use of clamping springs with large Krümmungsra- (occurs diene, is that the relatively long Beruh- ι approximate line prevents between the clamping spring and the fuel assembly the flow of coolant from the downstream of the contact line section. Since the If heat generated by the fuel assembly is not properly dissipated in that area, undesirable hot spots will form and the cladding of the fuel assembly will be destroyed.

In den Fig. 10 und 10 A ist deswegen eine Klemmfeder 54 nach der Erfindung gezeigt, die aus einem flachen, für Blattfedern verwendeten Material angefertigt ist und einen sehr kleinen Krümmungsradius R = 0,787 mm an der Berührungsstelle mit dem Brennelement besitzt, wodurch die obenerwähnten Schwierigkeiten bei den Klemmfedern mit großen Krümmungsradien im wesentlichen vermieden werden. Wenn die Klemmfedern 54 gegen das Brennelement 14 drücken, dann bildet sich nur eine sehr kurze Berührungslinie zwischen Brennelement und Klemmfeder, wie die Abschnitte A-A und B-B in der Fig. 1OA zeigen. Durch die kurzen Berührungslinien ergeben sich zwei wesentliche Verbesserungen. Erstens ist die Kraftverteilung auf die Halterungsdrähte10 and 10A therefore show a clamping spring 54 according to the invention, which is made of a flat material used for leaf springs and has a very small radius of curvature R = 0.787 mm at the point of contact with the fuel assembly, which causes the above-mentioned difficulties can essentially be avoided in the case of clamping springs with large radii of curvature. When the clamping springs 54 press against the fuel assembly 14 , only a very short line of contact is formed between the fuel assembly and the clamping spring, as the sections AA and BB in FIG. 10A show. The short lines of contact result in two major improvements. First is the force distribution on the support wires

symmetrisch, weil die Kraftvektoren durch die Punkte e und / in den Fig. 3 und 8 oder sehr nahe an ihnen vorbeilaufen. Zweitens, und das ist besonders wichtig, erlauben die kurzen Berührungslinien ein geeignetes Vorbeiströmen des Kühlmittels, so daß sich eine gute Wärmeableitung ergibt und die Bildung heißer Stellen vermieden wird.symmetrical because the force vectors through points e and / in FIGS. 3 and 8 or very close walk past them. Second, and this is particularly important, the short lines of contact allow a suitable one The coolant flows past, so that there is good heat dissipation and the formation becomes hotter Places is avoided.

Ein weiteres Merkmal der Klemmfedern 54 ist der sehr kleine Krümmungsradius r = 0,381 mm am oberen und unteren Ende der Klemmfeder. Hierdurch werden der Winkel α maximal und die Berührungslinien A-A und B-B minimal, wenn die Klemmfeder durch die Brennelemente zusammengedrückt wird. Bei größerem Radius R würde der Winkel α kleiner und der an das Brennelement angrenzende Teil flacher. Die Berührungsfläche würde daher in der Arbeitsstellung der Stützfeder größer sein.Another feature of the clamp springs 54 is the very small radius of curvature r = 0.381 mm at the top and bottom of the clamp spring. As a result, the angle α is maximal and the lines of contact AA and BB minimal when the clamping spring is compressed by the fuel assemblies. With a larger radius R , the angle α would be smaller and the part adjoining the fuel assembly flatter. The contact area would therefore be larger in the working position of the support spring.

Wenn die Klemmfeder durch die Brennelemente zusammengedrückt wird, dann muß ihre Breite W (Fig. 10A) um so viel größer als die Breite A (Fig. 3) der Halterungsdrähte sein, daß die Brennelemente während des normalen Betriebs nicht von den Halterungsdrähten gestützt werden. Außerdem müssen die Kräfte und die Auslenkung W-W der Klemmfedern 54 durch die Brennelemente sorgfältig ausgewählt werden. Die Kraft muß ausreichen, um ein Schwingen der Halterungsdrähte gegen die Brennelemente zu verhindern, sie darf aber nicht so groß sein, daß hohe örtliche Spannungen in der Brennstoffstabumhüllung unmittelbar neben der Berührungsstelle der Halterungsdrähte auftreten. Außerdem muß die Auslenkung der Klemmfedern genügend klein sein, damit die Berührungslinien A-A und B-B kleiner als ein vorgewählter Wert sind, so daß das Kühlmittel in geeigneter Weise an den Berührungszonen vorbeiströmen und das Durchbrennen der Brennelemente vermieden werden kann.When the clamp spring is compressed by the fuel bundles, its width W (Fig. 10A) must be so much greater than the width A (Fig. 3) of the support wires that the fuel bundles are not supported by the support wires during normal operation. In addition, the forces and the deflection WW of the clamping springs 54 through the fuel assemblies must be carefully selected. The force must be sufficient to prevent the holding wires from swinging against the fuel assemblies, but it must not be so great that high local stresses occur in the fuel rod cladding immediately next to the contact point of the holding wires. In addition, the deflection of the clamping springs must be sufficiently small that the lines of contact AA and BB are smaller than a preselected value so that the coolant can flow past the contact zones in a suitable manner and the burning through of the fuel assemblies can be avoided.

Die folgende Tabelle gibt die Dimensionen für eine Klemmfeder nach der Erfindung an:The following table gives the dimensions for a Clamping spring according to the invention to:

Länge (LL)
Breite (W)
Radius (R)
Radius (r)
Dicke (i)Length (LL)
Width ( W)
Radius (R)
Radius (r)
Thickness (i)

28,Ci mm
6,09 mm
0,787 mm
0,381 mm
0,25 mm Breite des Klemmfederblattes28, Ci mm
6.09 mm
0.787 mm
0.381 mm
0.25 mm width of the spring clip

(W¹, Fig. 3) (W ¹ , Fig. 3)

Kraft der Klemmfeder auf dieForce of the clamping spring on the

BrennelementeFuel assemblies

Auslenkung ( W- W) Deflection ( W- W)

Material InconelInconel material

4,78 mm4.78 mm

1,63 bis 2,27 kg 1,52 bis 3,05 mm1.63 to 2.27 kg 1.52 to 3.05 mm

Das Material, aus dem die einzelnen Glieder des Abstandshalters 20 bestehen, sollte korrosionsbeständig sein, einen geringen Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen aufweisen und geeignete mechanische Eigenschaften besitzen. Geeignet ist beispielsweise eine Zirkonlegierung. Da Zirkonlegierungen jedoch sehr teuer sind, kann z.B. auch rost-The material from which the individual members of the spacer 20 are made should be corrosion resistant have a small absorption cross-section for thermal neutrons and are suitable possess mechanical properties. A zirconium alloy, for example, is suitable. Since zirconium alloys but are very expensive, e.g. rust-proof

¹S freier Stahl verwendet werden. Die Erfindung erweist sich daher als besonders vorteilhaft, wenn der Preis eine Rolle spielt, weil die Abstandshalter in Form eines mit Öffnungen versehenen Gitters die Verwendung von rostfreiem Stahl zulassen und trotzdem einen relativ geringen Absorptionsfaktor für Neutronen ergeben. Außerdem gestattet die Bauweise und Anordnung der Unterteilungsvorrichtungen, der Klemmfeder und der Öffnungen die Verwendung minimaler Mengen an rostfreiem Stahl, so daß auch hierdurch die Neutronenabsorption sehr klein gehalten wird. ¹ S free steel can be used. The invention therefore proves to be particularly advantageous when price is a factor because the spacers in the form of an apertured grid allow the use of stainless steel and still result in a relatively low absorption factor for neutrons. In addition, the construction and arrangement of the dividing devices, the clamping spring and the openings permit the use of minimal amounts of stainless steel, so that the neutron absorption is also kept very small.

Der Abstandshalter kann besonderen Wünschen angepaßt werden. Beispielsweise kann er zur Halterung von mehr oder weniger Brennelementen ausge-The spacer can be adapted to special requirements. For example, it can be used as a holder made up of more or fewer fuel assemblies

legt sein. Zur Halterung weiterer Brennelemente ist es beispielsweise nur notwendig, zusätzliche Klemmfedern u.dgl. vorzusehen und die verschiedenen Baueinheiten derart abzuwandeln, daß die zusätzlichen Glieder aufgenommen werden können. Außerdemput his. To hold additional fuel elements, it is only necessary, for example, to use additional clamping springs and the like. To modify the various structural units so that the additional Limbs can be added. Besides that

können die Form und die Dimensionen der einzelnen Teile verändert werden.the shape and dimensions of the individual parts can be changed.

Insbesondere können auch die Dimensionen des obengenannten Ausführungsbeispiels für die Klemmfedern abgeändert werden. Die obigen Werte geltenIn particular, the dimensions of the above-mentioned embodiment for the clamping springs be modified. The above values apply

für Klemmfedern, die die Brennelemente in Abständen von etwa 45 cm haltern, deren Durchmesser etwa 14,2 mm und deren Gewicht etwa 450 g/30 cm beträgt. Brennelemente mit anderen Abmessungen erfordern jedoch Klemmfedern aus anderem Materialfor clamping springs that hold the fuel assemblies at intervals of about 45 cm, the diameter of which is about 14.2 mm and their weight is about 450 g / 30 cm. Require fuel assemblies with different dimensions however, spring clips made of a different material

und mit anderen Längen, Breiten und Dicken.and with other lengths, widths and thicknesses.

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

Claims

Claim:

Spacer for fuel assemblies, consisting of a fuel rod bundle that has a number of dividing devices connected to an outer carrier tape for holding of each fuel rod of the bundle contain at least one clamping spring, the Clamping spring has the form of a self-contained elastic band which is attached to the dividing device is drawn up and against the outer surface of at least one fuel rod rests tangentially, characterized in that the band has the longitudinal section of a rhombus having, wherein the curved portion that forms the apex of the obtuse angle of the diamond, rests against the fuel rod.