DE1944932A1

DE1944932A1 - Brennstoffelement-Halterung fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1944932A1
Application number: DE19691944932
Authority: DE
Inventors: Pennell William E; Georges Nicholas J
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-09-12
Filing date: 1969-09-04
Publication date: 1970-05-14
Also published as: DE1944932C3; GB1206579A; DE1944932B2; SE334684B; BE738717A; FR2017932A1; JPS5027150B1; US3844887A; FR2017932B1

Description

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Augsburg, den 1. September 1969

Westinghouse Electric Corporation, 3 Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania, Vereinigte Staaten von

Amerika

Brennstoffelement-Haiterung für Kernreaktoren

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffelement- . Halterung in Kernreaktoren, für eine Vielzahl von langen, parallel zueinander angeordneten Brennstoffelementen, mit mindestens einem Gitterwerk.

Bisher werden in Kernreaktoren Brennstoffelement-Halterungen verwendet, die eine Vielzahl parallel angeordneter, ummantelter, spaltbares Material enthaltender Brennstoffelemente halten, welch letztere von in Gitteröffnungen hineinragenden Federn gehalten werden, die an verschiedenen Stellen sich jeweils über die gesamte Länge der Brennstoffelemente erstreckend angeordnet sind. Gewöhnlich ragen außerdem eine oder mehrere nichtfedernde Noppen in jede der Gitteröffnungen hinein, so daß um jedes Brennstoffelement herum jeweils ein Strömungskanal für das Kühlmittel gebildet wird, innerhalb welchem das betreffende Brennstoffelement fest gehaltert ist. Bei bestimmten Reaktoren müssen die Brennstoffelemente zwecks Verbesserung der Neutronenwirtschaft so nahe wie möglich beieinander liegen. Da jedoch die Brennstoffelemente seitlich gehaltert werden müssen, muß ein genügend großer Kühlmittelströmungskanal vorhanden sein, damit in der betreffenden Brennstabverkleidung örtlich keine zu hohen Temperaturen auftreten. Darüberhinaus müssen diese Federn derart abgestützt, ausreichend groß bemessen, ausgerichtet, gestaltet und angeordnet sein, daß sie eine ziemlich große Wärmeenergiemenge abführen können, ohne dabei durch die auf die Brennstoffelemente ausgeübten Kräfte plastisch verformt zu werden. Diese Federn müssen außerdem gegen Herstellungs-

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toleranzen besonders unempfindlich sein. Zudem müssen diese Federn genügend nachgiebig sein, damit die Brennstoffelemente beim Zusammenbau leicht eingeführt werden können.

Bisher werden hierfür federnde Finger verwendet, die aus dem Gitterstreifen ausgestanzt sind und in die Gitteröffnungen hineinragen. Wegen der geometrischen Form dieser federnden Finger ist es nötig, daß das Federmaterial sich bis in die nächste Nähe der Brennstabummantelung erstreckt.

Da die Brennstoffstäbe bzw. Brennstoffelemente mit fortschreitender Entwicklung immer näher aneinander angeordnet werden, sind örtlich auftretende heiße Stellen nicht mehr zulässig.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Kerribrennstoffelement-Halterungen eine genaue räumliche Anordnung der Brennstoffelemente zu gewährleisten, wobei nur kleine Kühlmitteldruckverluste und geringe Strömungsstörungen in Kauf genommen zu werden brauchen.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Brennstoffelement-Halterung für Kernreaktoren, für eine Vielzahl von langen, parallel zueinander

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angeordneten Brennstoffelementen, mit mindestens einem Gitterwerk, dessen öffnungen die Brennstoffelemente aufnehmen und jeweils an einer Seite in diese Öffnungen hineinragende, starre Anschläge, die eine seitliche Verlagerung der Brennstoffelemente verhindern und an der diesen Anschlägen gegenüberliegenden Seite federnde Halter aufweisen, welche die Brennstoffelemente gegen diese Anschläge drücken, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß diese federnden Halter die Form von vom Gitterwerk aus- in die Gitteröffnungen hineinragenden Haltearmen haben.

Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform, die in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Brenn-

stoffelement-Halterung, teilweise in -Schnittdarstellung,

Fig. 2 im Querschnitt einen Teil des

Gitters der Brennstoffelement-Halterung gemäß Fig. 1 längs der Schnittlinie H-II,

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Pig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des

in Pig. 2 dargestellten Gitters,

Pig. 4 in perspektivischer Darstellung

einen Teil des in Pig.2 dargestellten Gitters,

Pig. 5 eine Schnittansicht eines anders

gearteten Gitters,

Pig. 6 in perspektivischer Darstellung

eine Vielzahl von Gitterstreifen gemäß Pig. 5> wobei ein Gitterstreifen abgehoben ist, um die Gitterbauweise anschaulich zu machen, und

Pig. 7 eine Schnittdarstellung eines

weiteren anders gestalteten Gitters.

Pig. 1 zeigt eine VifiLzahl von langen, ummantelten, parallel angeordneten Brennstoffelementen, welche in räumlich fester Lage zueinander in einer Brennstoffelement-Halterung angeordnet sind, welch letztere beispielsweise mit einer äußeren Hülse 14 und einer oberen bzw.

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unteren Deckplatte 16 bzw. 18 versehen ist. Die obere Deckplatte 16 bzw. die untere Deckplatte 18 sind mit Strömungskanälen 22 bzw. 24 versehen, durch die ein Kühlmittel in Längsrichtung durch die Hülse strömt. Außerdem ist die Hülse 14 mit Öffnungen 20 versehen', die eine Querströmung des Kühlmittels erlauben. Die obere Deckplatte 16 ist zusätzlich noch mit Öffnungen versehen, durch welche die Brennstoffelemente 12 in die Hülse 14 eingeführt werden.

Ein Gitterwerk 28 ist an der Innenwandung der Hülse 14 durch Schweißen oder Hartlöten befestigt und erstreckt sich senkrecht zur Längsachse der Hülse über den gesamten Querschnitt. Mit Hilfe dee Gitterwerkes werden die Brennstoffelemente fest gehaltert und ihre seitliche Verlagerung verhindert. Andere erfindungsgemäße Brennstoffelement-Halterungen, die an Stelle von oder zusätzlich zu der Hülse 14 verwendet werden, weisen eine Käfiganordnung auf, bei welcher eine Vielzahl von Stangen an der oberen Deckplatte 16 und an der unteren Deckplatte 18 festgemacht sind und bei der die Gitter an diesen Stangen selbst befestigt sind. Es können aber auch Führungsrohre für Steierorgane zwischen den Gitteranördnungen 28 befestigt sein, die auf diese Weise ebenfalls einen starren Längskäfig biiden.

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In den Pig. 2 und 3 ist eine Vielzahl besonders geformter innerer Gitterstreifen 30 dargestellt, die . jeweils fest miteinander vorzugsweise durch Hartlöten verbunden sind und ein Wäbengitter bilden, welch letzteres in den Zeichnungen allgemein mit 28 beziffert ist. Die Enden der inneren Gitterstreifen 30 sind an einem am Umfang angeordneten Gitterstreifen 32 befestigt, welch letzterer mit der Hülse 3Λ fest verbunden ist oder aber bei NichtVorhandensein dieser Hülse die äußere Umgrenzung der Brennstoffelement-Halterung 10 bildet.

Wenn ein Gitter 28 aus gebogenen, langen Streifen konstanter Dicke gebildet wird, so sind die beiden Brennstoffelemente 3^ und 36* die einander benachbart und durch zwei hartverlötete innere Gitterstreifen voneinander getrennt sind, normalerweise weiter voneinander entfernt als die beiden Brennstoffelemente 36 und 38* die nur durch einen einzigen Gitterstreifen 30 voneinander getrennt sind. Der Abstand zwischen den Brennstoffelementen 3^ und 36 kann jedoch gleich dem Abstand zwischen den Brennstoffelementen 36 und 38 gemacht werden, indem die Dicke der Gitterstreifen 30 an der Hartlotverbindung entsprechend verringert wird. Eine vorragende Druckfeder 42 1st so angeordnet und ausgebildet, wie es die enge räumliche Anordnung der Brennstoffelemente 12 zuläßt.

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Die vorragende Druckfeder 42 weist einen Federfinger 44 auf, der aus einem Torsionsstreifen 46 hervorragt, welch letzterer von in den Gitterstreifen 30 angebrachten öffnungen 52 und 53 gebildet wird. An den Federfingern 44 vorragende Erhöhungen 48 stellen die Berührung mit den Brennstoffelementen her.

Die Wabenstruktur ist vorzugsweise aus langen, gebogenen inneren Gitterstreifen 30 hergestellt, welche hart zusammengelötet sind. Jeder innere Gitterstreifen erstreckt sich über die gesamte Halterung 10 und seine Enden sind jeweils fest mit den äußeren Gitterstreifen verbunden. Die einzelnen inneren Streifen 30 sind in eine Vielzahl von halbwabenformigen Teilen vorgeformt. Jedes einzelne halbwabenförmige Teil weist eine vorragende Druckfeder 42 und bei dem hier angeführten Beispiel vier starre Anschläge 50 auf, welch letztere aus dem Gitterwerk heraus gebildete Ausbeulungen sind. Diese starren Anschläge sind am besten in den Fig. 3 und 4 zu sehen. Die Anschläge 50 auf der einen Seite eines halbwabenformigen Teiles sind vorzugsweise oberhalb und unterhalb des Torsionstreifens 48 angeordnet, und die Anschläge 50 auf der anderen Seite fluchten mit ihnen. Bei jedem inneren Gitterstreifen 30 sind die Anschläge 50 in Form von Ausbeulungen ausgebildet". Die

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Anschläge 50 sind in dem Gitterstreifen 30 in entgegengesetzter Richtung zu dem vorragenden Pederfinger 42 ausgebeult und ragen damit in eine benachbarte Gitteröffnung 40 hinein. Wenn also zwei innere Gitterstreifen jeweils an den Stellen verringerten Querschnittes hart zusammengelötet sind, so weist eine Gitteröffnung in diesem Beispiel einen Pederfinger 42 auf, der von einem der inneren Gitterstreifen 30 gebildet wird und der mit vier starren Anschlägen 50 zusammenwirkt, die als Ausbeulung aus dem anderen Gitterstreifen 30 heraus gebildet sind. Die Pinger 44 sind in dem Streifen 30 in öffnungen 54 und 55 hineinbewegbar. Die öffnungen 54 und 55 sind also so angeordnet, daß sie beim Hartzusammenlöten einer Vielzahl innerer Streifen 30 fluchten. Auf diese Weise hat jeder Pederfinger 44 ein Fenster, durch welches er beim Auftreten •/on Seitenkräften bzw., wenn er in Richtung eines benachbarten Brennstoffelementes 12 gedrückt wird, ausweichen kann.

Bei Halteanordnungen gemäß der Erfindung werden auch andere Arten von Gittern angewendet. In den Fig. 5 und ist die Ausbildung einer vorragenden Druckfeder in einem quadratischen Gitterwerk dargestellt. Bei der Ausführung gemäß Pig. 5 werden zwei verschiedene Arten von inneren Gitterstreifen 60 und 62 verwendet. Um die verschiedenen

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Gitterstreifen voneinander zu unterscheiden, sind, die mit den Fingern 64 versehenen Kit 60 und die zu diesen Streifen senkrecht verlaufenden mit 62 beziffert. Die gleiche Bezifferung weist auch die Fig. 6 auf. Die mit einer Vielzahl von Druckfedern 64 versehenen innerön Gitterstreifen 6o weisen einen Torsionsstreifen 66 und einen vorragenden Haltearm 68 auf, welch letzterer je nach Erfordernis mit einem Vorsprung 70 versehen ist. Ein Fenster 72 gestattet eine freie Federbewegung des Haltearmes. Ein Schlitz 74 erlaubt zusammen mit einem benachbarten Fenster 72 eine Verbiegung eines Torsionsstreifens 66. Der innere Gitterstreifen 60 weist einen oder mehrere Anschläge 76 auf, welche oberhalb bzw. unterhalb des federnden Teiles des Gitterstreifens angeordnet sind und in entgegengesetzter Richtung vom Haltearm 68 vorragen.

Der Gitterstreifen 62 weist ebenfalls einen oder mehrere Anschläge 78 auf, die als Gitterstreifenausbeulungen ausgebildet sind. Die Anschläge 78 liegen in der gleichen Ebene wie die Anschläge 76, wenn das fertige Gitterwerk zusammengesetzt ist.

Das Gitterwerk tfird durch ein Ineinandergreifen der Gitterstreifen 6ö und 62 gebildet. Zu diesem

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wirken in dem Gitterstreifen 6o vorgesehene Schlitze 8o und in dem Gitterstreifen 62 vorgesehene Schlitze 82 so zusammen, daß sie jeweils den anderen Streifen aufnehmen, wodurch das vollständige Gitterwerk gebildet wird. Die Streifen 60 und 62 können durch Löten oder Schweißen zu einem festen Gebilde verbunden sein.

Der Haltearm 68 hält die in Gitteröffnungen 84 verlaufenden Brennstoffelemente fest und drückt diese gegen jeweils zwei Anschläge J6 bzw. 78· Bei anderen Ausführungen im Rahmen dieser Erfindung kann auch jeweils nur ein Anschlag J6 bzw. 78 vorgesehen sein.

Fig. 7 zeigt die Anordnung eines Gitterwerkes mit Gitteröffnungen 96, welches aus voneinander unabhängigen Stahlringen 88 besteht, von denen jeder jeweils nur mit einer Druckfeder 90 und einem Zwischenstück 92 und vier weiteren starren vorragenden Anschlägen 94 versehen ist. Das Gitterwerk wird durch Verschweißung oder Hartlöten der einzelnen Stahlringe 88 gebildet.

Die Arme 44 bzw. 68 bzw. 90 sind bezüglich der Kühlmittelströmungseinrichtung ziemlich dünn, wodurch der Bereich verminderter Kühlmittelströmung klein gehalten wird. Aus der Fig. 5 geht besonders deutlich hervor, daß der vorragende Haltearm 68 ein in der Gitteröffnung befindliches

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Brennstoffelement jeweils an der Stelle berührt, wo
eine maximale Durchlaßöffnung für die Kühlmittelströmung vorhanden ist und vermeidet dadurch eine Störung der . Kühlmittelströmung. Da der Haltearm 68 an einer Stelle maximaler lichter Weite zwischen Gitterwand und Brennstoffelement an letzterem angreift, wird außerdem
ein maximaler Pederweg erreicht.

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Claims

Patentansprüche:

f 1.)Brennstoffelement-Halterung für Kernreaktoren, für eine Vielzahl von langen, parallel zueinander angeordneten Brennstoffelementen, mit mindestens einem Gitterwerk, dessen öffnungen die Brennstoffelemente aufnehmen und jeweils an
einer Seite in diese öffnungen hineinragende, starre Anschläge, die eine seitliche Verlagerung der Brennstoffelemente verhindern, und an der diesen Anschlägen gegenüberliegenden
Seite federnde Halter aufweisen, welche die Brennstoffelemente gegen diese Anschläge drücken, dadurch gekennzeichnet, daß diese federnden Halter die Form von vom Gitterwerk (J>0)
aus in die Gitteröffnungen hineinragenden Haltearmen (44 bzw. 64 bzw. 90) haben.
2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (64 bzw. 90) die Brennstoffelemente (12) jeweils an Stellen berühren, wo diese von der Wandung der
betreffenden Gitteröffnungen (84 bzw. 96) am weitesten
entfernt sind.
3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltearme (z.B. 44) jeweils Teile von im

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Gitterwerk gebildeten Torsionsstreifen (z.B. 46) sind.
4. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den Haltearmen (64 bzw. 90) und den jeweiligen Berührungsstellen an den Brennstoffelementen starre Zwischenstücke (70 bzw. 92) angeordnet sind und daß jeweils die Querschnitte der Haltearme jeweils in Gitteröffnunge-Längsrichtung jeweils mindestens viermal größer sind als die Querschnitte der dazugehörigen starren Zwischenstücke.
5. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (50 bzw. 78 bzw. 9^) bezüglich der Achse der Brennstoffelemente der Länge nach angeordnete, aus dem Gitterwerk heraus gebildete Ausbeulungen sind, die jeweils um gleiche Winkel versetzt an der, der Berührungsstelle des betreffenden Haltearmes mit dem betreffenden Brennstoffelement gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.

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