DE19522159C2 - Gitterförmiger Abstandhalter für ein Kernreaktorbrennelement und Kernreaktorbrennelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gitterförmigen Abstandhalter für ein Kernreaktorbrennelement entsprechend Patentanspruch 1 und ein Kernreaktorbrennelement entsprechend Patentanspruch 2.

Aus den veröffentlichten Unterlagen des Deutschen Gebrauchs­ musters 92 07 668.8 ist ein gitterförmiger Abstandhalter in einem Kernreaktorbrennelement mit Gittermaschen bekannt, die durch sich unter einem spitzen Winkel hochkant durchsetzende Blechstege gebildet sind. Eine solche Gittermasche hat einen Querschnitt mit der Kontur eines Rhombus mit vier gleich lan­ gen Seiten. Die Maschenwände dieser Gittermaschen bilden an zwei sich gegenüberliegenden Maschenecken gleich große stump­ fe Winkel und an zwei anderen sich gegenüberliegenden Ma­ schenecken gleich große spitze Winkel. Innerhalb des einen stumpfen Winkels ist an jeder der beiden diesen stumpfen Win­ kel bildenden Maschenwänden eine starre Anlagenoppe und in­ nerhalb des anderen stumpfen Winkels eine Blattfeder angeord­ net, die mit einem Federende an der einen und mit dem anderen Federende an der anderen von zwei Maschenwänden angebracht ist, die den anderen stumpfen Winkel bilden. Sowohl an den beiden starren Anlagenoppen als auch an der Blattfeder liegt ein die Gittermasche durchgreifender, Kernbrennstoff enthal­ tender Brennstab an und wird von der Blattfeder im Zusammen­ wirken mit den beiden starren Anlagenoppen im gitterförmigen Abstandhalter kraftschlüssig gehaltert.

Zwischen den beiden Maschenwänden, die die beiden gleich gro­ ßen stumpfen Winkel bilden, weist der erfindungsgemäße git­ terförmige Abstandhalter jeweils zwei zur Tiefe der Gitter­ maschen parallele Blattfedern auf, durch die der Materialab­ trag von der Außenseite eines in der Gittermasche befindli­ chen Brennstabs während des Betriebs in einem Kernreaktor besonders gering ist. Der Grund hierfür ist, daß der Brenn­ stab in der Gittermasche besonders stark gedämpft wird, wenn er Schwingungen in seitlicher Richtung durchführt und nur mit Federn ohne starre Anlagenoppen kraftschlüssig gehalten ist.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht und schematisiert ein Kernre­ aktorbrennelement für einen Druckwasserkernreaktor.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht einen gitterförmigen Abstandhal­ ter des Kernreaktorbrennelements nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entsprechend der strichpunktier­ ten Linie A-A in Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils Z in Fig. 2.

Wie Fig. 1 zeigt, weist ein Kernreaktorbrennelement einen Brennelementkopf 22 und einen Brennelementfuß 23 auf. Ferner sind zwei von vier Steuerstabführungsrohren 24 erkennbar, die keinen Brennstoff enthalten und von denen jedes mit einem En­ de am Brennelementkopf 22 mit dem anderen Ende am Brennele­ mentfuß 23 festgeschraubt ist. Jedes der beiden Steuerstab­ führungsrohre 24, die mit seitlichem Abstand voneinander zwischen Brennelementkopf 22 und Brennelementfuß 23 angeord­ net sind, ist durch jeweils eine Gittermasche von gitterför­ migen Abstandhaltern 25 geführt. Diese Steuerstabführungsroh­ re 24 sind zumindest am oberen Ende, das am Brennelementkopf 22 festgeschraubt ist, offen, so daß ein Neutronen absorbie­ render Steuerstab in diese Steuerstabführungsrohre 24 einge­ schoben werden kann. Die gitterförmigen Abstandhalter 25 sind formschlüssig außen an den Steuerstabführungsrohren 24 gehaltert, z. B. festgeschweißt.

Mehrere Kernbrennstoff enthaltende Brennstäbe 26, von denen nur ein einziger Brennstab 26 in Fig. 1 dargestellt ist, sind parallel zueinander und parallel zu den Steuerstabführungs­ rohren 24 zwischen Brennelementkopf 22 und Brennelementfuß 23 angeordnet. Jeder Brennstab 26 ist jeweils durch eine Gitter­ masche des gitterförmigen Abstandhalters 25 geführt. Ferner hat jeder Brennstab 26 Abstand sowohl vom Brennelementkopf 22 als auch vom Brennelementfuß 23, so daß sich die Länge dieser Brennstäbe 26 ungehindert Temperaturänderungen anpassen kann.

Wie Fig. 2 zeigt, hat der gitterförmige Abstandhalter 25 ei­ nen Querschnitt mit einem Umriß in Form eines regelmäßigen Sechsecks, das durch hochkant angeordnete äußere Blechstege des gitterförmigen Abstandhalters 25 gebildet ist. Zwei äu­ ßere Blechstege 7a und 8a treffen sich in einer Ecke des re­ gelmäßigen Sechsecks unter einem stumpfen Winkel mit der Winkelgröße 120°.

Ein gitterförmiger Abstandhalter 25 weist zwei Gruppen sich hochkant durchsetzender innerer Blechstege 7 und 8 auf. Die eine Gruppe der inneren Blechstege 7 ist parallel zu dem äu­ ßeren Blechsteg 7a und einem weiteren äußeren Blechsteg 7a, während die zweite Gruppe der zueinander parallelen inneren Blechstege 8 parallel zu dem äußeren Blechsteg 8a und einem weiteren äußeren Blechsteg 8a ist. Der Abstand, den die bei­ den äußeren Blechstege 7a jeweils von dem neben ihnen befind­ lichen, zu ihnen parallelen inneren Blechsteg 7 haben sowie der Abstand, den zwei nebeneinander befindliche, zueinander parallele innere Blechstege 7 voneinander haben und der Abstand, den die beiden zueinander parallelen äußeren Blech­ stege 8a jeweils von dem neben ihnen befindlichen, zu ihnen parallelen inneren Blechsteg 8 haben und der Abstand, den zwei nebeneinander befindliche zueinander parallele innere Blechstege 8 voneinander haben, sind gleich groß.

Dementsprechend hat jede Gittermasche des gitterförmigen Ab­ standhalters 25 eine erste Maschenwand I und eine zweite Ma­ schenwand II, die sich unter einem ersten stumpfen Winkel α von 120° in einer ersten Maschenecke 1 treffen, und eine dritte Maschenwand III und eine vierte Maschenwand IV, die sich in einer zweiten Maschenecke 2 unter einem weiteren stumpfen Winkel α von 120° treffen, der gleich groß ist wie der erste stumpfe Winkel und der sich gegenüber diesem ersten stumpfen Winkel α befindet. Dementsprechend befindet sich auch die zweite Maschenecke 2 gegenüber der ersten Maschen­ ecke 1.

Die erste Maschenwand I und die dritte Maschenwand III tref­ fen sich unter einem spitzen Winkel β von 60° in einer drit­ ten Maschenecke 3. Diese dritte Maschenecke 3 hat sowohl von der ersten Maschenecke 1 als auch von der zweiten Maschenecke 2 gleichen Abstand.

Eine Gittermasche, durch die ein Kernbrennstoff enthaltender Brennstab geführt ist, kann zusätzlich zu den drei Maschen­ ecken 1, 2 und 3 entweder eine weitere, nämlich die vierte Maschenecke 4 oder zwei weitere Maschenecken, nämlich die Maschenecken 5 und 6 haben. In jedem Fall sind der Abstand einer Maschenecke 4 bzw. 5, bis zu der die zweite Maschenwand II reicht, von der ersten Maschenecke 1 und der Abstand einer Maschenecke 4 bzw. 6, bis zu der die vierte Maschenwand IV reicht, von der zweiten Maschenecke 2 gleich groß.

Die Gittermaschen mit dem Umriß eines gleichseitigen Rhombus haben gleiche Seitenlänge, während sich die fünfeckigen Git­ termaschen an zwei zueinander parallelen äußeren Blechstegen des gitterförmigen Abstandhalters befinden und zwei einen spitzen Winkel einschließende Seiten mit Seitenlängen haben, die gleich der Seitenlänge der Gittermaschen mit rhombusför­ migem Umriß sind, während die drei anderen Seiten, von denen mindestens eine durch einen Außensteg des gitterförmigen Ab­ standhalters 25 gebildet ist, eine Seitenlänge haben, die halb so groß wie die Seitenlänge der Gittermaschen mit dem Umriß des gleichseitigen Rhombus ist.

Innerhalb eines Abstands von der ersten Maschenecke 1, der gleich dem halben Abstand zwischen dieser ersten Maschenecke 1 und der dritten Maschenecke 3 ist, sind an der ersten Ma­ schenwand I - wie insbesondere Fig. 3 und Fig. 4 zeigen - zwei paarweise nebeneinander unter Ausbildung eines Zwischen­ spalts 20 zu der Tiefe der Gittermaschen parallele Blattfe­ dem 21 aus dem die Maschenwand bildenden Blechsteg 8 heraus­ gearbeitet und mit beiden Enden an diesem Blechsteg 8 gehal­ tert. Zwei gleiche Blattfedern sind auch aus dem Blechsteg herausgearbeitet, der die dritte Maschenwand III und die vierte Maschenwand IV bildet. Sie befinden sich innerhalb eines Abstands von der zweiten Maschenecke 2, der gleich dem halben Abstand zwischen der zweiten Maschenecke 2 und der dritten Maschenecke 3 ist. Jede dieser acht paarweise neben­ einander angeordneten Blattfedern 21 ragt in dieselbe von den vier Maschenwänden I, II, III und IV gebildete Gittermasche hinein und liegen außen an dem Brennstab an, der durch diese Gittermasche geführt ist. Auf diese Weise wird dieser Brenn­ stab durch die Blattfedern 21 kraftschlüssig gehaltert. Der Brennstab liegt weder an starren Anlagenoppen einer Maschen­ wand noch an einer Maschenwand selbst an, und Schwingungen, die dieser Brennstab als Bestandteil eines Kernreaktorbrenn­ elements in einem Druckwasserkernreaktor während dessen Be­ triebs ausführen könnte, werden durch die Blattfedern 21 stark gedämpft.

Zwei Maschen des gitterförmigen Abstandhalters 25 nach Fig. 2 sind von je einem Steuerstabführungsrohr 24 durchgriffen. Diese beiden Maschen enthalten überhaupt keine Federn, und der Abstandhalter 25 ist an den beiden Steuerstabführungsroh­ ren 24 formschlüssig gehaltert, also beispielsweise festge­ schweißt.

Claims (2)

1. Gitterförmiger Abstandhalter für ein Kernreaktorbrennele­ ment mit sich hochkant durchsetzenden Blechstegen und folgen­ den Merkmalen:
Die Blechstege bilden Gittermaschen mit mindestens vier Ma­ schenwänden, von denen eine erste (I) und eine zweite (II) Maschenwand sich unter einem ersten stumpfen Winkel (α) in einer ersten Maschenecke (I) und eine dritte (III) und eine vierte (IV) Maschenwand sich in einer zweiten Maschenecke (2) unter einem zweiten stumpfen Winkel (α) treffen, der gleich groß ist wie der erste stumpfe Winkel,
die erste (I) und die dritte (III) Maschenwand treffen sich unter einem spitzen Winkel (β) in einer dritten Maschenecke (3), die sowohl von der ersten (I) als auch von der zweiten (2) Maschenecke gleichen Abstand hat,
der Abstand einer Maschenecke (4; 5), bis zu der die zweite Maschenwand (II) reicht, von der ersten Maschenecke (I) und der Abstand einer Maschenecke(4; 6), bis zu der die vierte Maschenwand (IV) reicht, von der zweiten Maschenecke (2) sind gleich groß,
je zwei zu der Tiefe der Gittermaschen parallele Blattfedern (21) sind, unter Ausbildung eines Zwischenspalts (20), paar­ weise nebeneinander innerhalb eines Abstands von der ersten Maschenecke (I), der gleich dem halben Abstand zwischen er­ ster (I) und dritter (3) Maschenecke ist, an der ersten (I) und der zweiten (II) Maschenwand sowie innerhalb eines Ab­ stands von der zweiten Maschenecke (2), der gleich dem halben Abstand zwischen zweiter (2) und dritter (3) Maschenecke ist, an der dritten (III) und vierten (IV) Maschenwand angeordnet, und jede dieser Blattfedern ragt in dieselbe von den vier Ma­ schenwänden (I, II, III, IV) gebildeten Gittermasche hinein.

2. Kernreaktorbrennelement mit zueinander parallelen, neben­ einander angeordneten Kernbrennstoff enthaltenden Brennstäben (26) und einem gitterförmigen Abstandhalter (25) nach An­ spruch 1 mit Gittermaschen, durch die jeweils einer der Brennstäbe (26) geführt ist, an dem die paarweise an den vier Maschenwänden (I, II, III, IV) angeordneten Blattfedern an­ liegen.