DE19915444A1 - Abstandhalter für Leichtwasserreaktor-Brennelement mit Maschengitter und sechseckigem Querschnitt - Google Patents

Abstract

In Abstandhaltern mit sechseckigem Querschnitt sitzen die Brennstäbe entsprechend einem Dreieck-Muster (6) in einem Gitter (4) aus Maschen (9) und zumindest annähernd dreieckigen Zwischenmaschen (13A bis 13F). Der Abstandhalter ist dann aus durchgehenden Stegen (5A, 5B, 5C) oder aus baugleichen, einfach aneinander zu fügenden, einstückigen Hülsen zusammensetzbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernreaktor-Brennelement mit einem praktisch sechseckigen Querschnitt und parallel zu­ einander und senkrecht zum Querschnitt verlaufenden Brennstä­ ben, die in einem Dreieck-Muster über den Querschnitt ver­ teilt sind und in Abstandhaltern einzeln in den Maschen eines Gitters gehalten sind.

Bei Kernreaktoren russischer Bauart haben die Brennelemente praktisch den Querschnitt eines Sechsecks, insbesondere eines regelmäßigen Sechsecks. Die Brennstäbe des Brennelements sind auf diesem Querschnitt in Abstandhaltern in der Regel in rau­ tenförmigen oder sechseckigen Maschen gehalten, die von den Brennstäben durchsetzt werden. Die Brennstäbe können auch von Ringhülsen umgeben sein, die zur Bildung eines Abstandhalters aneinandergefügt sind.

Brennelemente mit sechseckigem Querschnitt werden darüber hinaus in Brutreaktoren und Hochtemperaturreaktoren einge­ setzt.

Da insbesondere bei Brennelementen solcher Art eine dichtere Packung der Brennstäbe über eine hexagonale Anordnung dersel­ ben möglich ist, können so höhere Leistungsdichten - im Hin­ blick auf ein optimales Verhältnis zwischen Brennstoff und Moderatorvolumen - erreicht werden, so daß derartige Brenn­ elemente vor allem auch für geplante Leichtwasserreaktoren mit hoher Leistung von Bedeutung sind.

Wie auch bei rechteckförmig berandeten Brennelementen sind bei Brennelementen mit einem Dreieck-Muster Positionen für Instrumentierungsrohre, Absorberstäbe, Wasserrohre oder ande­ re stabförmige Elemente vorgesehen. Außerdem sind bei zugehö­ rigen Abstandhaltern ebenfalls Stütz- und Federelemente so­ wie auch Kühlmittel-Mischelemente, wie Fahnen oder Wendeln, bekannt.

Aufgrund des Dreick-Musters ist eine Konstruktion und Ferti­ gung entsprechender Abstandhalter und deren Maschengitter aufwendig. Bei einigen Ausführungen ist es notwendig, die Stegbleche doppelwandig mit zwei aneinander liegenden Steg­ blechen auszubilden. Derartige Ausführungen sind insbesondere durch Korrosion gefährdet, was zu Spannungen und einem damit verbundenen Verlust an Stabilität führen kann.

Doppelwandige Stege haben auch Nachteile hinsichtlich des Strömungswiderstands des Abstandhalters, da auf diese Weise unnötig Anströmfläche verloren geht. Zudem befindet sich un­ nötig viel Neutronen absorbierendes Material zwischen den Brennstoff tragenden Brennstäben.

Gemäß EP 0 433 493 A wird ein einwandiges Maschengitter aus aneinander gefügten, einzelnen, sechseckigen Maschen mit aus­ gebogenen Stegen zur Bildung weiterer Maschen gebildet. Der­ artige Abstandhalter haben eine eher schwache mechanische Stabilität und stellen hohe Ansprüche an die Fertigung bezüg­ lich des genauen Aneinanderfügens der Teile und aufgrund der hohen Anzahl von Schweißnähten.

Die gleichen Nachteile treten beider Verwendung von kleinen U-förmigen Stegteilen und von zum Teil durchgehenden Stegen auf, die von einem Querschnittrand des Abstandhalters zum ge­ genüberliegenden verlaufen (WO 95/26554).

Im Stand der Technik werden die Brennstäbe jeweils durch An­ legeelemente (Federn und/oder Noppen) gehalten, die aus den Stegen ausgeprägt oder an den Stegen befestigt sind. Diese Anlegeelemente erhöhen den Strömungswiderstand erheblich.

Es ist also Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen ferti­ gungsfreundlichen Abstandhalter mit günstigen reaktorphysika­ lischen Eigenschaften für ein Kernreaktor-Brennelement mit sechseckigem Querschnitt anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe bei einem Kernreaktor-Brennelement mit einem praktisch sechseckigen Querschnitt und parallel zuein­ ander und senkrecht zum Querschnitt verlaufenden Brennstäben, die in Abstandhaltern einzeln in den Maschen eines Gitters gehalten sind, sieht die Erfindung vor, daß drei in einem Dreieck einander benachbarte Brennstäbe in Maschen sitzen, denen an jeder Seite eine zumindest annähernd dreieckige Zwi­ schenmasche ohne Brennstab benachbart ist.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Aus­ bildung eines Gitters mit Maschen zur Halterung der Brennstä­ be und einer an jeder Seite einer Masche liegenden zumindest annähernd dreieckigen Zwischenmasche, die vorgegebene sechs­ eckige Geometrie des Brennelements-Querschnitts natürlich be­ rücksichtigt wird. Damit sind wesentliche Vorteile hinsicht­ lich der Aufgabenstellung möglich gemacht und eine optimier­ te Gestaltung des Moderator-zu-Brennstoffvolumens hinsicht­ lich der Leistungsoptimierung von Kernreaktoren. Letzteres läßt sich bei der Erfindung im wesentlichen durch eine Varia­ tion des Verhältnisses zwischen Maschenfläche und Fläche der Zwischenmaschen erreichen und wäre bei einem nur aus Maschen bestehenden Gitter nicht auf einfache Weise möglich gewesen.

Die erläuterte Anordnung von Maschen und zumindest annähernd dreieckigen Zwischenmaschen in einem Abstandhaltergitter mit einem praktisch sechseckigem Querschnitt geht im wesentlichen davon aus, daß die Stabpositionen in einem regulären Muster aus gleichseitigen Drecken jeweils an Ecken dieser Dreiecke angeordnet und alle Maschen praktisch flächengleich sind. Es ist die Erkenntnis der Erfindung, daß die Ausbildung eines Gitters mit Maschen, die mehrere, im wesentlichen ebene Sei­ ten haben, und zumindest annähernd dreieckige an jeder Seite einer Masche liegende Zwischenmaschen, eine günstige Form für ein Abstandhaltergitter hinsichtlich der Aufgabenstellung liefert. Damit wird vor allem eine konstruktiv einfache und stabile Form eines Abstandhalters erreicht.

Daß gemäß der Erfindung beim Abstandhaltergitter auch Zwi­ schenmaschen vorgesehen sind, hat weitere Vorteile hinsicht­ lich des Strömungswiderstands der Abstandhalter und der An­ ordnung von Feder- und Anlageelementen. Da nur die Maschen von Brennstäben durchsetzt sind, die Zwischenmaschen aber nicht, und eine Seite einer Masche und Zwischenmasche durch die gleiche Wand gebildet wird, so können auf vorteilhafte Weise aus dieser Wand Feder- und Anlageelemente in eine Ma­ sche hinein gebogen werden. Umgekehrt ist ein Anlageelement für eine Zwischenmasche nicht notwendig. Es werden also bei­ spielsweise keine eingehängten Federn benötigt, wie bei nur aus Brennstab haltenden Maschen bestehenden Abstandhaltergit­ tern. Die Ausbildung von Feder- und Anlageelementen kann so­ mit hinsichtlich der Verringerung eines Strömungswiderstandes und Druckverlustes erfolgen.

Nach einer günstigen Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Abstandhalter einen Typ von Maschen und wenigstens zwei Typen von Zwischenmaschen. Die genannten Typen von Maschen und Zwi­ schenmaschen haben alle drei unterschiedliche Geometrien, insbesondere unterschiedliche Flächen. Mit "unterschiedlicher Geometrie" sind hier nicht nur unterschiedliche geometrische Figuren (beispielsweise Sechseck und Dreieck) gemeint, son­ dern auch solche, die im mathematischen Sinne "ähnlich" sind (beispielsweise ein kleines Dreieck und ein großes Dreieck). Es ist zudem auch möglich, einen Typ Maschen und nur einen Typ Zwischenmaschen im Abstandhalter anzuordnen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Maschen im wesentlichen sechseckig. Die Zwischenmaschen sind dabei im wesentlichen dreieckig. Dabei können die Ecken der Maschen und/oder Zwischenmaschen durchaus abgerundet oder geglättet sein, ihre wesentliche Form und die Anordnung dabei in einem regelmäßigen, insbesondere dreieckigen oder hexagonalen Mus­ ter bleibt jedoch erhalten.

Dies wird vor allem nach einer weiteren Ausbildung der Erfin­ dung erreicht, bei der jeweils zu Seiten des Querschnittrands parallele Gitterlinien die Ausdehnung der Maschen oder Zwi­ schenmaschen begrenzen. Die Zellen und Zwischenräume dieses "gedachten", aus Gitterlinien aufgebauten Gitters werden da­ bei von den genannten "realen" Maschen und Zwischenmaschen besetzt, die im wesentlichen der Form der Zellen und Zwi­ schenräume folgen. Das heißt, die Maschen und Zwischenmaschen haben im wesentlichen ebene Seiten - an den Ecken können sie aber mehr oder weniger stark abgerundet sein. Im allgemeinen werden die Zwischenmaschen 13 von drei und die Maschen 9 von sechs Gitterlinien 3 begrenzt.

Insbesondere sind nach dieser Weiterbildung der Erfindung auch Abstandhaltergitter möglich, bei denen Zellen und Zwi­ schenräume - also vor allem die Maschen und Zwischenmaschen - im wesentlichen gleiche Geometrie, insbesondere die Form von gleichseitigen Dreiecken, haben. In diesem Spezialfall schneiden sich jeweils zu drei Seiten des Querschnittrands parallele Gitterlinien jeweils in einem Schnittpunkt. Die Ma­ schen und Zwischenmaschen werden also von jeweils drei Git­ terlinien begrenzt.

Der allgemeinere Fall der Erfindung sieht aber vor, daß sich höchstens zwei Gitterlinien in einem Schnittpunkt schneiden. Diese Ausführung der Erfindung erlaubt die Konstruktion eines im wesentlichen sechseckigen Typs von Maschen mit einem Typ im wesentlichen dreieckiger Zwischenmaschen, oder auch zwei Typen im wesentlichen dreieckiger Zwischenmaschen, die bei­ spielsweise verschieden groß sein können. Die unterschiedli­ chen Ausführungsformen sind je nach Vorgabe des Kernreaktors zu wählen, in denen das Brennelement zum Einsatz kommen soll.

Das nach der Erfindung oder einer der genannten Weiterbildun­ gen der Erfindung ausgewählte Muster für ein Abstandhalter­ gitter aus Maschen und Zwischenmaschen kann nach der Erfin­ dung durch unterschiedliche Varianten ausgeführt werden, die insbesondere hinsichtlich der Fertigungsfreundlichkeit sol­ cher Abstandhalter Verbesserungen bringen.

Vorzugsweise werden dazu die Maschen und/oder die Zwischenma­ schen von jeweils entlang der genannten Gitterlinien verlau­ fenden Stegen gebildet. Diese Realisierung der Erfindung er­ laubt nämlich den Aufbau eines Abstandhaltergitters aus sich kreuzenden Stegen. Dieser Aufbau wird erst möglich durch die Einführung der Zwischenmaschen und vereinfacht die bisherigen Ausführungsformen, die alle mit zusammenzuschweißenden Steg­ stücken auskommen mußten.

Eine ähnliche Vereinfachung wird nach der Erfindung auch er­ reicht, wenn jeweils wenigstens zwei durchgehende Stege die Maschen und/oder die Zwischenmaschen bilden.

Vorteilhaft sind bei dieser erfindungsgemäßen Wahl die Steg­ bleche an Schnitt- oder Berührungspunkten schlitzverriegelt und/oder aneinander gefügt. Das Abstandhaltergitter mit sich kreuzenden Stegen kann also leicht zusammengesetzt werden; im Unterschied zu bisherigen Abstandhaltern ist die Zahl der Schweißnähte erheblich verringert, und es ergibt sich ein me­ chanisch stabiles Gitter aus durchgehenden Stegen. Außerdem brauchen nur wenige Sorten von im wesentlichen baugleichen Stegen verwendet werden. Aus diesen Gründen ist ein solcher Abstandhalter technisch, produktionstechnisch und kostenmäßig erheblich verbessert.

Eine weitere Ausführung sieht vor, daß die Maschen und/oder die Zwischenmaschen aus einstückigen Hülsen gebildet werden. Diese zweite Ausführung der Erfindung hat wiederum den Vor­ teil, daß im wesentlichen baugleiche und damit preiswerte Bauteile - also Hülsen - verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Kernreaktor-Brennelement umfaßt der Abstandhalter dabei aneinander liegende, einstückige Hülsen, die an Berührungspunkten aneinander gefügt, insbesondere ver­ schweißt, sind. Der Abstandhalter läßt sich also im wesentli­ chen durch aneinander geschweißte Hülsen aufbauen, die ent­ sprechend der erfindungsgemäßen Wahl eines Musters aus Ma­ schen und daneben liegenden, im wesentlichen dreieckigen Zwi­ schenmaschen angeordnet sind. Insbesondere können die Hülsen dabei der Form von aus genannten Gitterlinien geformten Zel­ len und/oder Zwischenräumen nachgeformt sein.

Vorteilhaft bei dieser Wahl weisen die einstückigen Hülsen im wesentlichen eine polyedrische Geometrie mit abgerundeten Ec­ ken auf.

Weitere Ausbildungen der Erfindung betreffen die Ausgestal­ tung und Anordnung der Hülsen. So erweist es sich als beson­ ders vorteilhaft, daß die Hülsen stirnseitig eingearbeitete Einschrägungen und/oder Nuten aufweisen. Diese haben zum ei­ nen strömungstechnische Vorteile, zum anderen dienen sie zur Aufnahme einer Schweißverbindung um die Hülsen aneinanderzu­ fügen. Zu diesem Zweck sind die Nuten und/oder Einschrägungen vorteilhaft an den Berührungspunkten einander benachbarter Hülsen angebracht, beispielsweise in der Umgebung von Schnittpunkten der genannten Gitterlinien. Im wesentlichen sollte jede Hülse also sechs solcher Nuten haben.

Weiterhin ist es günstig, daß die einstückigen Hülsen nach innen gerichtete Erhebungen zur Halterung der Brennstäbe tra­ gen. Die Erhebungen dienen als Anlageelemente für die Brenn­ stäbe und sind beispielsweise als Federn und/oder Noppen an einer Hülse angeformt. Dies hat den Vorteil, daß federartige oder noppenartige Anlageelemente nicht zusätzlich in die Ma­ schen eingehängt oder an Rändern des Abstandhalters angefügt werden müssen. Die Anlageelemente können demgegenüber aus dem Stegblech einer Maschenwand in eine Masche hinein gebogen oder geprägt werden. In diesem Zusammenhang ist es ebenso von Vorteil, daß an den Seiten einer Masche Zwischenmaschen be­ nachbart sind, die keine Brennstäbe tragen. Die Anlageelemen­ te können also aus Richtung der Zwischenmasche in Richtung der Masche gebogen werden. Eine ebenso gebildete nach außen gerichtete Erhebung wie bei bisherigen Abstandhaltern mit an­ einander liegenden Maschen (ohne Zwischenmaschen) sind daher nicht notwendig.

Besonders bevorzugt werden die nach innen gerichteten Erhe­ bungen als Paare paralleler Blattfedern ausgebildet. Auf die­ se Weise können die Brennstäbe entlang zweier zueinander pa­ rallelen Linien oder Federflächen anliegen, was eine erhöhte Feder- und Stabilisierungswirkung zur Folge hat.

Vorzugsweise sind die Federn bzw. Federpaare an drei Wänden einer Hülse, insbesondere jeweils symmetrisch zur Mitte einer Hülsenwand angebracht. Auf diese Weise werden die Brennstäbe in der Mitte einer Masche zentriert.

Im übrigen haben derartig nach der Erfindung ausgebildete Fe­ der- oder Noppenelemente einen besonders geringen Strömungs­ widerstand. Zudem können diese Elemente auch, beispielsweise bei einer Blattfeder, schräg zur Brennelementachse gestellt sein oder nicht geradlinig, sondern geschwungen ausgeführt sein. Auf diese Weise kann Einfluß auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels genommen werden. Damit kann die gleiche Wir­ kung erzeugt oder verstärkt werden, die mit zusätzlich am Rand eines Abstandhalters angebrachten Mischelementen wie Fahnen oder Wendeln angestrebt wird.

Sowohl bezüglich der ersten Ausführungsvariante der Erfindung mit Stegen als auch bezüglich der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung mit einstückigen Hülsen ist der einzusetzende Materialaufwand für die Herstellung der Abstandhaltergitter gering gehalten; insbesondere wird eine unnötige Doppelwan­ digkeit der Maschenseiten vermieden. Daraus ergeben sich güns­ tige Eigenschaften für Strömungsverhalten sowie eine mini­ mierte Neutronenabsorbtion des Abstandhalters im Vergleich zu bisherigen Ausführungen.

Zur Weiterbildung der Erfindung erweist es sich als vorteil­ haft das Abstandhaltergitter mit einem Rand zu versehen, der aus mehreren Randstegen aufgebaut ist. Als besonders günstig erweist es sich bei der zweiten Variante der Ausführung der Erfindung dann, daß ein Teil der am Rand des Abstandhalters liegenden, einstückigen Hülsen mit einer Wand zu einer Rand­ seite hin liegt, und ein anderer Teil mit einer Ecke zu einer Randecke hin liegt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist im Zentrum des Ab­ standhalters und auf sechs symmetrisch zueinander angeordne­ ten vom Zentrum zum Rand führende Linien ein Teil der Brenn­ stäbe durch Hohlrohre ersetzt. Insbesondere betrifft dies ein Hohlrohr im Zentrum und sechs Hohlrohre, von denen jeweils eins auf einer Linie vom Zentrum zu einer Randecke liegt. Die Hohlrohre sind dabei insbesondere in eigenen Hülsen gehalten. Dabei dienen die Hohlrohre entweder zur Führung eines Wasser­ stroms oder zur Aufnahme von Meßinstrumenten. Diese Anordnung berücksichtigt im wesentlichen die Aufteilung des regelmäßi­ gen Sechseckquerschnitts in sechs gleichseitige Dreiecke.

Bei dem erfindungsgemäßen Abstandhalter verläuft vorteilhaft jeweils ein Randsteg zur Halterung des Gitters aus Maschen und Zwischenmaschen an jeder Seite des Querschnitts des Ab­ standhalters. Vorzugsweise sind die Randstege aneinanderge­ fügt, vorzugsweise an einer Ecke des Querschnitts, beispiels­ weise durch Verschweißen oder eines anderen metallischen Ver­ fahrens.

Außerdem ist es günstig, daß der Randsteg Einwölbungen auf­ weist, die zwischen Hülsen greifen. Die Hülsen werden so durch die Wölbungen in ihrer Position stabilisiert und gehal­ ten. Dies können beispielsweise Noppen sein. Ebenso können sie auf diese Weise am Randsteg befestigt werden. Der Rand­ steg kann vorteilhaft auch nach innen gebogene Fahnen aufwei­ sen, um ein Verklemmen von Abstandhaltern benachbarter Brenn­ elemente im Reaktorkern, oder ein Verklemmen eines Brennele­ mentschutzkastens am Abstandhalter zu vermeiden.

Anhand einer Zeichnung werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Die Figuren zeigen in schema­ tischer Darstellung:

Fig. 1 Rand und jeweils drei zu Seiten des Rands parallele Stege, die Maschen und Zwischenmaschen bilden, eines Abstandhalters mit hexagonalem Querschnitt,

Fig. 2 ein ähnliches Abstandhaltergitter mit Rand und je­ weils zwei durchgehenden Stegen, die Maschen und Zwi­ schenmaschen bilden,

Fig. 3 ein Abstandhaltergitter mit Rand und jeweils einem zu einer Seite des Querschnittrands parallelen Steg und einem durchgehenden Steg, die Maschen und Zwischenma­ schen bilden,

Fig. 4 ein Abstandhaltergitter mit Rand und einstückigen Hülsen, die Zwischenmaschen bilden,

Fig. 5 ein Abstandhaltergitter mit Rand und einstückigen Hülsen, die Maschen bilden,

Fig. 6 ein Abstandhaltergitter mit Rand und aus einstückigen Hülsen gebildeten, sechseckförmigen Maschen und drei­ eckförmigen Zwischenmaschen, die im Dreieck bzw. hexagonal angeordnete Brennstäbe halten,

Fig. 7 einen Detailausschnitt VII mit Hülsen von Fig. 6,

Fig. 8 eine weitere mögliche Ausführungsform eines Abstand­ halters wie in Fig. 6 als Detailausschnitt VIII,

Fig. 9 eine Ausführungsform eine sechseckförmigen Hülse mit Nuten und Blattfedern wie in Fig. 7 in der Stirnan­ sicht,

Fig. 10 eine Ausführungsform einer sechseckförmigen Hülse mit Laschen und Blattfedern wie in Fig. 8 in der Stirnansicht,

Fig. 11 die Hülse von Fig. 9 in einer Seitenansicht,

Fig. 12 die Hülse von Fig. 9 in einer weiteren Seitenan­ sicht,

Fig. 13 eine mögliche Ausführungsform eines Randstegs mit Einwölbungen.

Gleiche Elemente tragen in den Figuren jeweils gleiche Be­ zugszeichen.

Fig. 1 zeigt einen Abstandhalter 1 eines Kernreaktor-Brenn­ elements mit einem als regelmäßiges Sechseck ausgebildeten Querschnitt. Dargestellt ist eine Hälfte des Querschnitts - die andere ergibt sich durch Spiegelung an der Spiegelachse 2. Bei dieser Ausführungsform sind die Brennstäbe 7 in einem Muster 6 angeordnet, bei dem die Mittelpunkte der Brennstäbe jeweils an den Ecken von gleichseitigen Dreiecken gleicher Fläche bzw. von aus solchen Dreiecken gebildeten Sechsecken 6 sitzen. Die Brennstäbe sitzen in einem Gitter 4, das nach ei­ nem anderen Muster gebildet und aus Maschen 9 und Zwischenma­ schen 13 aufgebaut ist. Die Brennstäbe durchsetzen dabei die Maschen 9, deren Mittelpunkte ebenfalls das Muster 6 bilden. Drei einander benachbarte Brennstäbe 7 sitzen dabei in Ma­ schen 9, bei denen an jeder Seite 11A bis 11F eine dreieckige Zwischenmasche 13A bis 13F liegt. Bei dieser Ausführungsform begrenzen jeweils drei zu Seiten des Querschnittrands 15 pa­ rallele Gitterlinien 3A bis 3C des Gitters 4 die Ausdehnung einer Zwischenmasche 13D. Die Zwischenmaschen werden in die­ sem Fall gebildet von drei entlang der Gitterlinien 3A, 3B, 3C verlaufenden Stegen 5A bis 5C, die ebenfalls parallel zu Seiten des Querschnittrands 15 sind. Außerdem kreuzen sich immer nur zwei Stege in einem Schnittpunkt 17. Die Stege sind an diesen Schnittpunkten 17 miteinander schlitzverriegelt und verschweißt. Außerdem tragen sie als Anlageelemente für die Brennstäbe 7 nach innen gerichtete Erhebungen, die im Detail in Fig. 9 bis 12 gezeigt werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausbildungsform der Erfindung mit einem Typ Maschen 9 und einem Typ von Zwischenmaschen 13, die jeweils aus zwei durchgehenden Stegen 19A und 19B gebildet sind. Die Stege 19A und 19B haben dabei im wesentlichen eine gezackte Form und verlaufen jeweils auf einer Teillänge par­ allel zu unterschiedlichen Seiten des Querschnittrands 15. Sie liegen außerdem an ihren Ecken 21 an und sind dort mit einer Punktschweißverbindung 23 aneinander gefügt. Zur Her­ stellung solcher durchgehender, mit Zacken versehener Stege liegen die Stege beispielsweise zunächst als ein gerades Stegblech vor, das dann entsprechend dieser Ausführungsform gebogen wird. Außerdem verfügen die Stege über federnde und noppenartige Anlageelemente zur Halterung der Brennstäbe, die aus dem Stegblech gebogen sind, hier aber nicht gezeigt sind.

In Fig. 3 ist noch eine Ausführungsform eines Abstandhalters gezeigt, dessen Gitter wiederum aus durchgehenden Stegen 25A, 25B gebildet ist. Ein Teil der Stege 25A hat dabei eine ge­ zackte Form, dagegen ist ein anderer Teil von Stegen 25B ge­ rade gefertigt und verläuft auf seiner ganzen Länge parallel zu einer Seite des Querschnittrands 15. Zur Bildung von Ma­ schen 9 und zwei Typen von Zwischenmaschen 13A, 13B, sind die gezackten Stege 25A an den Ecken 21, an denen sie sich berüh­ ren, durch eine Schweißverbindung 23 aneinander gefügt. Die geraden, kreuzenden Stege 25B sind an den Kreuzungspunkten 27 mit den gezackten Stegen 25A über eine Schlitzverbindung ver­ riegelt. Wieder tragen die Stege Anlageelemente für die Brennstäbe, die hier aber nicht gezeigt sind.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform entsprechend einer zweiten Variante der Erfindung, bei der die Zwischenmaschen 13A, 13B durch im wesentlichen dreieckförmige, einstückige Hülsen 29A, 29B gebildet sind. Die Hülsen 29A und 29B haben dabei eine unterschiedliche Geometrie, - d. h. sie sind unterschiedlich groß, haben also eine unterschiedliche Fläche und sie sind anders orientiert. An den Kontaktstellen 31 der Hülsen 29A, 29B sind diese mit einer Schweißverbindung 23 aneinanderge­ fügt. Sie bilden damit auch die Seiten 11A bis 11F einer Ma­ sche 9, welche die Form eines Sechsecks, in dieser Ausführung aber nicht die Form eines gleichmäßigen Sechsecks, hat. Dies liegt in der unterschiedlichen Geometrie der Zwischenmaschen 13A und 13B begründet. Ebenso kann die Geometrie der Fig. 1 und. 2 (die Zwischenmaschen 13A, 13B haben dann die gleiche Geometrie und die gleiche Fläche und die Hülsen 29A, 29B im wesentlichen die gleiche Größe) durch Hülsen wie in Fig. 4 oder Fig. 5 realisiert werden.

In der besonders vorteilhaften Ausführungsform der Fig. 5 sind die Maschen 9 des Abstandhalters 1 durch seckseckförmi­ ge, einstückige Hülsen 33 gebildet. Sie sind ebenso wie die Brennstäbe 7 im Dreieck-Muster 6 angeordnet und umschließen die Brennstäbe 7. Durch die Anordnung der Hülsen 33 werden auch in dieser Ausführungsform dreieckförmige Zwischenmaschen 13A, 13B verschiedenen Typs gebildet, in denen keine Brenn­ stäbe sitzen. Die Ecken der Hülsen 33 sind bei dieser Ausfüh­ rungsform abgerundet. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Hülsen 33 an ihren Kontaktstellen 31 durch Schweißverbin­ dungen 23 aneinandergefügt.

Ein vollständiger Abstandhalter enthält, wie aus Fig. 6 deutlich wird, neben den erwähnten Maschen mit den anliegen­ den Zwischenmaschen, natürlich auch Randmaschen 8 mit zwei Seiten, an denen keine Zwischenmaschen anliegen. Ferner sind einige Maschen von Strukturrohren (z. B. wassergefüllte Hohl­ rohre, Instrumentierungsrohre) besetzt.

Der Abstandhalter nach Fig. 6 hat einen als regelmäßiges Sechseck ausgebildeten Querschnitt mit sechseckförmigen, ma­ schenbildenden, einstückigen Hülsen 33, von denen ein Teil durch runde Ringhülsen 35 zur Halterung von einem Instrumen­ tierungsrohr 38 und Hohlrohren 37 ersetzt ist. Die Ringhülsen 35 zur Halterung eines solchen Rohres 37, 38 sitzen dabei im Zentrum 41 des Abstandhalters 1 sowie hexagonal um das Zen­ trum 41 angeordnet auf sechs symmetrisch zueinander angeord­ neten vom Zentrum zum Rand 15 führenden Linien 39. Die vom Zentrum 41 zum Rand 15 verlaufenden Linien 39 teilen den sechseckförmigen Querschnitt des Abstandhalters 1 in sechs gleichseitige Dreiecke. In diesen sind die einstückigen sechseckförmigen Hülsen regelmäßig angeordnet. Insbesondere liegen die Randhülsen 43 bei diesen Dreiecken mit einer Wand zu einer Randseite 47 hin. Die Randhülsen 45 an einer Ecke, die auf einer vom Zentrum zu einer Randecke führenden Linie 39 liegen, sind so orientiert, daß sie mit einer Ecke 46 zu einer Randecke 49 hin liegen. Die Ausführung des in Fig. 6 gezeigten Randstegs 51 wird in den folgenden Figuren genauer erläutert.

Ein Detailausschnitt VII der Fig. 6 ist in Fig. 7 gezeigt. Zu sehen ist ein gleichseitiger Dreieckausschnitt VII vom re­ gelmäßigen Sechseck-Querschnitt des Abstandhalters. Hier sind nun insbesondere die nach innen gerichteten Erhebungen 53 zur Halterung der Brennstäbe 7 gezeigt. Stirnseitige Einschrägun­ gen an den Hülsen 33 und Nuten 55 bilden Berührungspunkte, an denen die Hülsen 33 miteinander metallisch verbunden sind (z. B. durch einen Schweißpunkt 23). Am Randsteg 51 ist je­ weils neben einer Randecke 49 des Abstandhalters eine nach innen abgewinkelte Fahne 57 angebracht. Sie verhindern beim Herausziehen von Brennelementen aus dem Reaktorkern ein Ver­ haken der Abstandhalter. Die Abstandhalter können aneinander abgleiten. Außerdem weist der Randsteg Einwölbungen - in die­ sem Fall Noppen 59 - auf, die zwischen Hülsen 33 greifen und diese in ihrer Lage fixieren.

In Fig. 8 ist ein weiterer Detailausschnitt VIII eines Ab­ standhalters mit regelmäßigem Sechseck-Querschnitt gezeigt. Die hier gezeigte Ausführungsform der sechseckförmigen Hülsen 34 sowie die Art der Anordnung über den Querschnitt des Ab­ standhalters 1 ist ebenso wie in Fig. 6 möglich. In dieser Ausführungsform sind im Unterschied zu der in Fig. 7 gezeig­ ten keine Nuten 55 an der Stirnseite der sechseckförmigen Hülsen 33 angebracht. Stattdessen ist ein Teil des stirnsei­ tigen, oberen Rands 63 der Hülsen 34 nach außen gebogen. Dies wird beispielsweise dadurch bewerkstelligt, daß die Hülsen 34 am oberen Rand jeweils an einer Seite geschlitzt werden und dieser Teil 63 dann laschenförmig nach außen gebogen wird. Diese Art der Ausführung der Hülsen 34 hat Vorteile beim An­ einanderfügen der Hülsen, da sich großflächigere Anlagestel­ len 65 ausbilden, als bei einem Anlagepunkt 67 wie in Fig. 7. Auch die in Fig. 8 gezeigten Hülsen 34 weisen nach innen gerichtete als Blattfedern ausgebildete Erhebungen 53 zur Halterung der Brennstäbe 7 auf. Der Randsteg 51 dieser Aus­ führungsform eines Abstandhalters 1 weist entlang seiner ge­ samten Länge nach innen gebogene Fahnen 57 auf. Die Fahnen 57 ragen an den Stellen zwischen zwei Randhülsen nach oben. Bei dieser Ausführung dienen die Fahnen 57 insbesondere zur Er­ leichterung des Aufsetzens eines Brennelement-Kastens 61. Dieser könnte sich sonst am Abstandhalter verhaken. Aufgrund der Fahnen 57 gleitet der Kasten 61 bei der Assemblierung problemlos am Abstandhalter 1 vorbei.

In Fig. 9 ist die stirnseitige Ansicht einer sechseckförmi­ gen Hülse 33 gezeigt. Die bereits erwähnten Nuten 55 zur Auf­ nahme eines Schweißpunkts sind hier im Detail zu sehen. Au­ ßerdem sind die als Blattfedern 67 ausgeführte nach innen ge­ richteten Erhebungen 53 (Fig. 7) zur Halterung eines Brenn­ stabs 7 deutlich gezeigt. Der Querschnitt der Hülse 33 ent­ spricht im wesentlichen dem eines Sechsecks mit unregelmäßi­ gen Seitenlängen. Davon sind die drei längeren Seiten noch im wesentlichen eben und tragen die Blattfedern 53. Die drei kürzeren Seiten liegen zwischen den Nuten 55 und sind im we­ sentlichen abgerundet. Sie sind nicht mehr eben, da sie auf ihrer kürzeren Länge stark abgerundet sind.

Die in der Ausführungsform der Fig. 8 verwendete Hülse 34 ist im Detail in Fig. 10 gezeigt. Diese Hülse hat im Unter­ schied zu der in Fig. 9 gezeigten keine Nuten 55, sondern weist stattdessen nach außen gebogene Laschen 63 auf, die bei der Assemblierung des Abstandhalters zum Aneinanderfügen be­ nachbarter Hülsen 34 dienen.

Fig. 11 zeigt eine Seitenansicht einer Hülse 33 nach Fig. 9. Insbesondere ist bei dieser Ansicht die Ausbildung der nach innen gerichteten Erhebungen 53 (Fig. 7) als Blattfe­ dern 67 zu erkennen. Die Blattfedern entstehen dadurch, daß drei parallel zueinander liegende Langlöcher 69 einer Seiten­ wand der Hülse 33 ausgenommen (z. B. gestanzt) werden, und die dazwischenliegenden Bereiche der Seitenwand werden nach innen gewölbt. Auf diese Weise entstehen flächige, federnde Anlage­ bereiche 67, durch welche die Brennstäbe gehalten werden.

Fig. 12 zeigt die gleiche Ausführungsform einer Hülse 33 wie in Fig. 9 und 11 in einer weiteren Seitenansicht. Neben den bereits diskutierten Elementen ist hier noch einmal die nach innen gewölbte Erhebung 53 zur Ausbildung einer Blattfeder 67 zu sehen. Derartige Erhebungen sind in allen gezeigten Aus­ führungsformen vorteilhaft.

In Fig. 13 ist die Ausbildung eines Randstegs 51 gezeigt, wie er beispielsweise in der Ausführungsform des Abstandhal­ ters 1 nach Fig. 6 ausgebildet ist. In der Figur sind die Noppen 59 und die nach innen abgewinkelten Fahnen 57 am Rand­ steg 51 zu erkennen. Die Randstege werden an ihren Enden 71 mit benachbarten Randstegen verschweißt und bilden so eine Seite des sechseckförmigen Abstandhalters. Zu diesem Zweck sind sie an ihrem einen Ende zur Bildung einer Randecke 49 des Abstandhalters 1 leicht gebogen.

Alle erfindungsgemäßen Abstandhalter sind durch einen sechs­ eckigen Querschnitt mit drei Paaren zueinander paralleler Au­ ßenflächen gekennzeichnet, wobei die Brennstäbe in Maschen sitzen, zwischen denen sich dreieckige Zwischenmaschen befin­ den, deren Seiten zu den drei Paaren der Außenflächen paral­ lel sind.

Claims (18)

1. Kernreaktor-Brennelement mit einem praktisch sechseckigen Querschnitt und parallel zueinander und senkrecht zum Quer­ schnitt verlaufenden, in einem Dreieck-Muster (6) über den Querschnitt verteilten Brennstäben (7), die in Abstandhaltern (1) einzeln in Maschen (9) eines Gitters (4) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß drei in einem Dreieck einander benachbarte Brennstäbe (7) in Maschen (9) sitzen, denen an jeder Seite (11A bis 11F) eine zumindest annähernd dreieckige Zwischenmasche (13A bis 13F) ohne Brenn­ stab (7) benachbart ist.

2. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter (1) ei­ nen Typ von Maschen (9) und wenigstens zwei Typen von Zwi­ schenmaschen (13A, 13B) umfaßt, wobei die drei Typen (9, 13A, 13B) unterschiedliche Geometrien, insbesondere unterschiedli­ che Flächen haben.

3. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Maschen (9) im wesentlichen sechseckig sind.

4. Kernreaktor-Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zu Seiten des Querschnittrands (15) parallele Gitterlinien (3A, 3B, 3C) die Ausdehnung der Maschen (9) oder Zwischenma­ schen (13, 13D) begrenzen.

5. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich höchstens zwei Gitter­ linien (3, 3A, 3B, 3C) in einem Schnittpunkt schneiden.

6. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß jeweils ent­ lang der Gitterlinien (3, 3A, 3B, 3C) verlaufende Stege die Ma­ schen (9) und/oder die Zwischenmaschen (13, 13D) bilden.

7. Kernreaktor-Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils wenigstens zwei durchgehende Stege (19A, 19B) die Maschen (9) und/oder die Zwischenmaschen (13, 13A, 13B) bilden.

8. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stege (5A, 5B, 5C, 19A, 19B, 25A, 25B) an Schnitt- (17, 27) oder Berüh­ rungspunkten (21) schlitzverriegelt und/oder aneinander ge­ fügt sind.

9. Kernreaktor-Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einstückige Hülsen (29A, 29B, 33, 34) die Maschen (9) und/oder die Zwischen­ maschen (13, 13A, 13B) bilden.

10. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter (1) an­ einander liegende, einstückige Hülsen (29A, 29B, 33, 34) umfaßt, die an Berührungspunkten (31) aneinandergefügt, insbesondere metallurgisch verbunden, sind.

11. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die einstücki­ gen Hülsen (29A, 29B, 33, 34) im wesentlichen eine polyedrische Geometrie mit abgerundeten Ecken aufweisen.

12. Kernreaktor-Brennelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (29A, 29B, 33, 34) stirnseitig eingearbeitete Einschrä­ gungen und/oder Nuten (55) aufweisen, insbesondere an Berüh­ rungspunkten (31).

13. Kernreaktor-Brennelement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückigen Hülsen (29A, 29B, 33, 34) nach innen gerichtete Er­ hebungen (53) zur Halterung der Brennstäbe (7) tragen.

14. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen gerichte­ ten Erhebungen (53) als Paare paralleler Blattfedern (67) ausgebildet sind, vorzugsweise an jeder Wand einer Hülse (29A, 29B, 33, 34), insbesondere jeweils symmetrisch zur Mitte einer Hülsenwand.

15. Kernreaktor-Brennelement nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (43) der am Rand (15) des Abstandhalters liegenden Hül­ sen mit einer Wand (44) zu einer Randseite hin liegt, und ein anderer Teil (45) mit einer Ecke (46) zu einer Randecke (49) hin liegt.

16. Kernreaktor-Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum (41) des Abstandhalters (1) und auf sechs symmetrisch zueinander angeordneten vom Zentrum (41) zum Rand (15) füh­ renden Linien (39), ein Teil der Brennstäbe (7) durch Hohl­ rohre (37, 38) ersetzt sind, die in eigenen Hülsen (35) gehal­ ten sind.

17. Kernreaktor-Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß je­ weils ein Randsteg (51) zur Halterung des Gitters (4) an je­ der Seite des Querschnitts des Abstandhalters (1) verläuft, und die Randstege (51) aneinander gefügt sind.

18. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Randsteg (51) Ein­ wölbungen (59) aufweist, die zwischen Hülsen (33) greifen.