DE1639180A1 - Brennelement fuer einen Kernreaktor - Google Patents

Description

PATENDUCH MÜNCHEN i C O O 1 O Π CABLE ADDRESS: I DO 3 I OU

Anmelder: Atomic Energy of Canada limited! Ottawa, Ontario, Canada

Brennelement für einen Kernreaktor

Die Erfindung "betrifft ein Brennelement für einen Kernreaktor, insbesondere ein Brennelement, das aus mehreren Brennstäben besteht, bei denen spaltbares Material von einer Metallumhüllung umgeben ist, das mit dem Spaltmaterial verträglich ist, und wobei das Kühlmittel oder der Moderator an der Umhüllung vorbeiströmen·

Brennelemente der eingangs genannten Art sind bereits vorgeschlagen worden (vgl. Patentanmeldungen A 50 126 YIIIc/21g und A 50 127 YIIIo/21g)_e Bei den vorgeschlagenen Brennelementen werden die Brennstäbe durch Befestigung ihrer Enden an Endplatten oder Hingscheiben- zusammengehalten. Damit sich die Umhüllungen benachbarter Brennstäbe nicht berühren (was der Fall sein konnte, wenn sich ein Brennstab verzieht, hervorgerufen beispielsweise durch unterschiedliche Ausdehung infolge ungleichmäßiger örtlicher Erhitzung oder infolge von Schwingungen), sind Distanzwarzen an den Umhüllungen so befestigt, daß eine Berührung benachbarter Brennstäbe nur durch die Distanzwarzen stattfindet, so daß die Umhüllungen sich nicht direkt berühren können.

Bei der Konstruktion und bei der Verwendung der Distanzwarsn ist darauf zu achten, daß bei übermäßig großer Berührungsfläche zwischen den DistanzwarzeJi eine übermäßige Erhitzung auftritt,

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. was zu einer erhöhten Korrosion der sich berührenden benachbarten Oberflächen führt. Außerdem ist der Werkstoff der Distanzwarzen im allgemeinen in den meisten Reaktoren parasitär, da er Neutronen im Reaktoroore absorbiert. Daher sollten die Distanzwarzen möglichst klein bemessen sein«

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Brennelements für einen Kernreaktor angegeben, bei dem die das Brennelement bildenden Brennstäbe zu einem Bündel zusammengefaßt sind, wobei jeder Brennstab von benachbarten Brennstäben durch die Anbringung einer Distanzwarze an der Umhüllung jedes Brennstabs in einem Bereich, in dem die Distanzwarze eines benachbarten Brennstabs zu berühren ist, getrennt wird. Die Distanzwarzen haben eine längliche Form, und ihre Längsachse ist jeweils gegen die Längsachse des zugehörigen Brennstabs geneigt. Auf diese Weise berühren sich die Distanzwarzen kreuzweise, und eine Berührung ist innerhalb größerer Toleranzen einer seitlichen oder Längs— verschiebung aus ihrer vorgesehenen Lage auf den Brennstäben möglich. Vorzugsweise sind die Distanzwarzen mit ihren Längsachsen auf Schraubenlinien angeordnet, deren Achse die gleiche Richtung wie die Längsachse der Brennstäbe hat, wobei alle Schraubenlinien den gleichen Richtungasinn für alle Brennstäbe des Bündels aufweisen. ·^;

Durch die Erfindung wird ein Brennelement angegeben, bei dem die einzelnen Brennstäbe ohne zu große Abhängigkeit von Herstellung st oleranzen getrennt werden, und wobei der Distanzwarzenwerkstoff vor einer Überhitzung und Koirrosion geschützt wird, während gleichzeitig relativ wenig Werkstoff verwndet wird.

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

Fig.1 eine Seitenansicht eines Brennelements!

Fig.2 eine Endansicht des Brennelements von Fig.Ij

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Fig,3 einen Schnitt durch, zwei Brennstäbe mit vorgeschlagenen einfachen Distanzwarzen$

S^liß.4 eine mögliche Fehl aus richtung der vorgeschlagenen einfachen Dictcnswarzen, wie sie bei zu starken Schwingungen oder einer Fenluusrichtung der Brennstäbe auftreten kannf

Fig«5 eine Anordnung gemäß der Erfindung_f durch die die bei einfachen Bistanzwarzen auftretenden Schwierigkeiten überwunden werden; und

Pig.6 eine Seitenansicht von zwei zusammenarbeitenden Distanzwarzen f-eniUß der Erfindung·

Gemäß fig.1 besteht ein Brennelement 1 aus einem Bündel von Brennsuäben 2, die durch Bndplatten 3 an Punkten 5 zusammengehalten warden (Fig.2)» Hehrere Haltewarzen 4 befinden sich an den äußersten 3rennstuben des Brennelements» so daß beim Ein- und Äußfichieben dee 3renneleLients in den Kanal eines Kernreaktors die Haltewarzen gleiten und eine Berührung zwischen dem Kanal und dem Brennelement I* rstelien« Die Brennetäbe sind voneinander jeweils durch eine üiöt&nzw.rze IO getrennt, die in einem bestimmten Längsabstand angebracht sind, wie auch aus Fig»2 ersichtlich ist» und die duroh zusätzliche Distroizwarzen TO¹ und 10'* in I&ngsriehtung der Brennstäbe ergänzt werden können.

Gemäß Fig.2 sind außer den Dietanzwarzen 10 Distanzwarzen 11, die den Außenring der Bronnstube 2 vom Zwischenring trennen, Distanzwaraen 12, die den Zwischenring der Brennstäbe voneinander trennen und Dietanzvarzen 15 vorhanden, die den Zwischenring von dem innersten Ürennstab trennen. Die !Punktschweißstellen 5, an denen jeder Brennstab an einer Endrl&tte 3 befestigt ist, sind ebenfalls aus dieser Figur ersichtlich.

Obwohl hier ein bestimmtes i5räni:eie^.ent iesc::rit->-ari. v/orden isö, ist ersic.itlich, das: verschiedene Brennelemente verwendet

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werden können, bei denen die von ihren Enden entfernten Abschnitte der Brennstäbe durch diese Distanzwarzen getrennt werden· '.'? Pig. 5 zeigt vergrößert im Schnitt einen Teil eines Brennelements, wobei jeder Brennstab Spaltmaterial 25 und eine Umhüllung 26 hat, Distanzwarzen 28 und 29 sind an der Umhüllung angelötet oder angeschweißt, nachdem sie so geformt worden sind, daß ihr Umriß dem der Umhüllung angepaßt ist. In vielen Fällen ist es zweckmäßig, die gegenüberliegenden Flächen 30 und 31 der Distanzwarzen konvex zu formen, so daß der kühlende Moderator besser die Ausbildung von örtlichen Überhitzungen verhindern kann· Die tat-

fc sächliche Berührungsfläche zwischen den Distanzwarzen ist diejenige Fläche, auf der praktisch kein Kühlmittel entlangströmt. (Theoretisch ist bei zylindrischen konvexen Distanzwarzen nur eine Linienberührung dazwischen vorhanden.)

In Fig.4 iat eine Fehlausrichtung von zwei Distanzwarzen gezeigt, die sich mit ihren Flächen 30 und 31 berühren sollen, aber wegen einer gegenseitigen Längsverschiebung der Brennstäbe 2, an denen sie befestigt sind, gegeneinander verschoben sind.

Aus Fig.5 ist ersichtlich, wie in einfacher, aber wirksamer Weise die in Fig.4 beschriebene -Schwierigkeit überwunden werden

* kann. In diesem Fall ist ein Brennstab 41 benachbart zu einem Brennstab 42 ausgerichtet, und die Trennung der beiden Brennstäbe wird durch Distanzwarzen 43 bzw. 44 vorgenommen. Es ist ersichtlich, daß die Distanzwarzen 43» 44 in Längsrichtung verlaufen,

ο aber ihre Längsachsen bezüglich der Achsen der Brennstäbe, zu denen ο

"» sie gehören, geneigt sind. Bei geeigneter Anordnung der Distanzwarze:

_ω überdecken sie sich kreuzweise, wie aus Fig.6 ersichtlich ist.

•v - -

ο Hier ist die Distanzwarze 44 in ihrer Lage gezeigt, die sie gegen-^ω über der Distanzwarze 43 im zusammengebauten "Zustand einnimmt. * oo

2s ist ersichtlich, daß diese Anordnung eine Fehlausrichtung der Sistanzwarzen sowohl in Längsrichtung der Brennstäbe, an denen sie

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befestigt sind, als auch senkrecht zur Längsachse erlaubt»

Um einen Brennstab mit derartigen Distasizwarzen herzustellen, kann jede Distanzwarze unter einem konstanten Schraubenlinienwinkel zur Brennstabachse angeordnet werden« Die Schraubenlinie für irgendeine Anordnung von Brennstäben kann einen rechten oder linken Kichtungssinn, jedoch nicht beide Richtungssinne gleichzeitig haben, und wie deutlich aus Fig.5 ersichtlich ist, v/ird durch Anordnung der Distanzwarzen auf dieser einzigen Schraubenlinie erreicht, daß andere Distanzwarzen, die einander berühren ,sollen, sich kreuzweise und nicht parallel berühren.

Der Vorteil der Distanzwarzen gemäß der Erfindung liegt darin, daß sie einerseits klein sein können, während sie andererseits an ihren zusammenarbeitenden Flächen sich wirksam berühren, unabhängig davon, ab sie zufällig oder durch ungenaue Konstruktion innerhalb weiter !Toleranzen in Längs- oder in Querrichtung der Brennstäbe, an denen sie befestigt sind, verschoben worden sind.

Pat entansprü ehe

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Claims (4)

1. - 6 - .....W-- To*. T. 1"96B*

   EH/Kü Meine Akte: 2063

   Patentansprüche 1639180

   1· Verfahren zur Anordnung mehrerer in Längsrichtung verlaufender Brennstäbe zu einem Brennelement, in dem sie eng benachbart sind, wobei alle Brennstäbe in der gleichen Richtung ausgerichtet und voneinander durch einzelne Distanzwarzen getrennt werden, und wobei eine einzelne Distanzwarze an jedem Element in jedem Bereich befestigt wird, in dem eine !Trennung von einem benachbarten Element vorgenommen werden soll, so daß die Distanzwarzen Zusammenarbeitende berührende Paare bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzwarzen (43,44) in Längsrichtung verlaufend hergestellt werden, und daß die Längsachse mindestens einer Distanzwarze jedes zusammenarbeitenden Paares gegen die Längsachse seines zugehörigen Brennstabs (41,42) geneigt wird«
2. 2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse all»r Distanzwarzen (43»44) gegen die Längsachse des zugehörigen Brennstabs (41,42) auf Schraubenlinien angeordnet wird, die den gleichen Hichtungssinn für alle 3rennatäbe des Brennelements haben.
3. 3· Brennelement für einen Kernreaktor, bestehend aus einem Bündel mehrerer in Längsrichtung verlaufender Brennstäbe, die jeweils eine Umhüllung und an ihr befestigte Distanzwarzen in Bereichen haben, in denen die Brennstäbe formschlüssig von benachbarten Brennstäben durch Berühren nur anderer zusammenarbeitender Distanz-Warzen getrennt werden sollen, dadurch gekennzei chn e t, daß die Distanzwarzen (43,44) eine längliche Form haben, daß die längliche Form eine Längsachse für jede Distanzwarze definiert, daß die Längsachse jeder Distanzwarze auf einer Schraubenlinie relativ zu der Längsachse ihres Brennstabs (41,42) liegt,

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   und daß die Schraubenlinie jeder Distanzwarze den gleichen Hichtungssinn wie die der mit ihr-Zusammenarbeitend aiDietanzwarze list.
4. 4. Brennelement nach Anspruch 3# dadurch gekennzei ohn e t, daü die Längsachse jeder Distanzwarze (45»44) auf einer Schraubenlinie relativ zu der Längaaoiise ihres BrennBtabe (41 #42) liegt, und daß die Schraubenlinie für alle Brennstähe des Brennelements den gleichen Richtungssinn hat»

   5· Brennelement nach Anspruch 4# dadurch gekennzei chn e t, d β die Distanzwarzen (43_t44) konvexe Oberflächen haben, entlang denen sie sich gegenseitig berühren»

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