DE1994436U - Kernbrennstoffelement. - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft ein Kernbrennstoffelement, insbesondere für gasgekühlte Kernreaktoren mit senkrechten Brennstoffkanälen, das aus einer Mehrzahl von umhüllten länglichen Brennstäben besteht, die an den Knotenpunkten eines Gitters durch ein Traggitter, an welchem jeweils das eine Ende jedes Brennstabs befestigt ist, und durch einen oder mehrere, längs des Kernbrennstoffelements verteilte Abstandhalter parallel zueinander gehalten werden.

Bei den meisten bekannten Kernbrennstoffelementen dieses Typs wurde das Traggitter durch Bohren eines Rohlings (Herausarbeiten aus dem vollen Stück) hergestellt. Diese Herstellungsweise führt wegen der zu beachtenden engen Toleranzen zu einem hohen Herstellungspreis.

Es ist auch bekannt, das Traggitter aus an einem Tragring befestigten Tragbalken herzustellen, jedoch kann man mit massiven und geraden Tragbalken nur Gitter mit gleichmäßigem (Rechteck- oder Dreieck-)Netz herstellen. Wenn die Tragbalken durch die Verschlussstopfen der Brennstäbe hindurchgeführt sind, werden die Verschlussstopfen durch den in ihnen ausgebildeten Schlitz geschwächt. Wenn man an jedem Tragbalken Halbschellen zum Befestigen der Verschlussstopfen anbringt, erhält man eine Konstruktion, die sich nur schlecht zusammenbauen oder einbauen lässt oder die Brennstäbe nicht ohne Zusatzteile in Längsrichtung unverschiebbar festhält.

Die Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kernbrennstoffelement zu schaffen, das den Anforderungen der Praxis besser als die bisherigen Kernbrennstoffelemente entspricht, indem es insbesondere ein einfach herzustellendes Traggitter besitzt, das dennoch das Einsetzten der Brennstäbe gemäß einem beliebigen Netzwerk gestattet.

Zu diesem Zweck wird gemäß der Neuerung ein Kernbrennstoffelement der eingangs genannten Art, bei dem das Traggitter einen Tragring und eine Reihe von daran befestigten parallelen Tragbalken mit in der Strömungsrichtung des Kühlmittels länglichem Querschnitt aufweist, vorgeschlagen, bei dem jeder Tragbalken aus zwei miteinander fest verbundenen Bändern besteht, die so ausgebildet und nebeneinander angeordnet sind, dass sie die oberen Verschlussstopfen der Brennstäbe umschließende Halteschellen bilden.

Die Neuerung besteht ferner in weiteren Einzelheiten, die vorzugsweise in Verbindung damit, jedoch auch unabhängig davon angewandt werden können, nämlich insbesondere den folgenden:

Die Endabschnitte der Tragbalken sind in Einschnitten des Tragrings angeordnet und im axialer Richtung durch einen am Tragring befestigten und die Einschnitte verschließenden Abschlussring gehalten; Jeder Verschlussstopfen besitzt einen verjüngten Abschnitt, dessen Durchmesser und Länge den Abmessungen der Halteschwellen entsprechen.

Die Neuerung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angeführten Ausführungsform eines Kernbrennstoffelements. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen; hierin zeigen: Fig. 1 einen Aufriss des unteren und oberen Teils des Kernbrennstoffelements im Schnitt längs der Linie I-I der Fig. 2; Fig. 2 eine Draufsicht des Kernbrennstoffelements, teilweise im waagerechten Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1.

Das in Fig. 1 gezeigte Kernbrennstoffelement besitzt eine Reihe von Brennstäben 12, von denen zwar der Umriss gezeigt ist. Diese Brennstäbe bestehen aus einer Säule von Tabletten des Kernbrennstoffmaterials (im Fall von Gaskühlung bei hoher Temperatur im allgemeinen ein keramisches Brennstoffmaterial) die in einer Abdichtungshülle 16 eingeschlossen sind, die aus rostfreiem Stahl, einer Zirkoniumlegierung oder auch aus Beryllium bestehen kann. Diese Hülle ist an ihrem oberen und unteren Ende durch Verschlussstopfen 18 und 20 von erheblicher Längsausdehnung verschlossen

Das die Brennstäbe haltende Traggitter besteht aus parallelen Tragbalken 22, einem die Tragbalken tragenden Tragring 24 und einem am Tragring 24 befestigten Blockierungs- oder Abschlussring 28. Im Abschlussring 28 ist eine Nut oder ein Einschnitt 30 zur Aufnahme der Backen einer Hantierungszange für das Kernbrennstoffelement ausgebildet. In den Wänden des Tragrings 24 sind parallele Schlitze 32 ausgebildet, deren Tiefe gleich der Höhe der Tragbalken ist.

Die Brennstäbe 12 sind mit dem Tragring 24 durch die parallelen Tragbalken 22 verbunden, die eine in der Strömungsrichtung des Kühlmittels verlängerte Form besitzen, um nur einen möglichst geringen Druckabfall zu erzeugen.

Jeder der Tragbalken 22 besteht aus zwei durch Pressen (Tiefziehen) geformten, nebeneinander angeordneten bandförmigen Seitenteilen, die durch Schweißpunkte 38 aneinander befestigt sind. Diese Bänder besitzen teilzylindrische Abschnitte, die nebeneinandergestellt Halteschellen zur Aufnahe der über eine axiale Länge gleich der Tragbalkenhöhe verjüngten Abschnitte der Schlussstopfen bilden. Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind die Bänder unsymmetrisch gestaltet, so dass sich die Schellen nicht an den Knotenpunkten eines Netzwerks mit gleichbleibender Maschengröße sondern an den Knotenpunkten eines pseudozirkulären Netzwerks befinden, das einen Mittelstab und um diesen in drei aufeinanderfolgenden Kreisringen 6, 12 und 18 Brennstäbe enthält. Die Verschlussstopfen sind in der axialen Richtung durch den Anschlag der den verjüngten

Abschnitt begrenzenden Schultern gegen die Bänder gehalten. Der Relativabstand der Brennstäbe wird durch nicht gezeigte Abstandshalter beliebiger Art aufrechterhalten, welche eine ungehinderte Ausdehnung der Brennstäbe zulassen. Das Kernbrennstoffelement kann unmittelbar in einen senkrechten zylindrischen Kanal eingesetzt werden, der beispielsweise aus einem Druckrohr oder Mantelrohr eines flüssigkeitsmoderierten Kernreaktors besteht. Bei der gezeigten Ausführungsform ist es mit einem Mantelrohr 40 aus Moderatormaterial verbunden, um eine als Block handzuhabende Brennelementkartusche zu bilden. Der Tragring ist am oberen Ende dieses Moderatormantelrohrs befestigt, und die Abstandshalter sind im Moderatormantelrohr mittels einer beliebigen Vorrichtung gehalten, beispielsweise der in der französischen Patentschrift 1 394 189 des Anmelders beschriebenen Vorrichtung.

Die Herstellung und der Zusammenbau des beschriebenen Kernbrennstoffelements sind außerordentlich einfach. Der Abschlussring 28 wird auf übliche Weise, im allgemeinen aus einer Zirkoniumlegierung, hergestellt. Die Bänder (Seitenteile) jedes Tragbalkens werden durch Abschneiden von einer laufenden Länge, Beschneiden und Pressen (Tiefziehen) der Bandstücke hergestellt. Jeder Tragbalken wird durch Einfügen der beiden Bänder in dem verjüngten Abschnitt der Verschlussstopfen der entsprechenden Brennstäbe zusammengesetzt.

Die Bänder werden durch Punktschweißen miteinander verbunden, worauf jeder Tragbalken mit den daran hängenden Brennstäben in ein Paar der Einschnitte eingesetzt und vorteilhafterweise durch Anschweißen an der Außenseite des Tragrings 24 unverschiebbar befestigt wird. Schließlich wird der Abschlussring 28 aufgesetzt und am Tragring 24 angeschweißt, um die Schlitze zu verschließen und die Tragbalken in axialer Richtung festzulegen.

Wie ersichtlich, kann man gemäß der Neuerung ein Kernbrennstoffelement herstellen, dessen Brennstäbe an den Knotenpunkten eines beliebigen Netzes angeordnet sind, wobei nur ein Traggitter benötigt wird, das billig, da mit Hilfe billiger Maschinen, durch nacheinander oder gegebenenfalls gleichzeitig erfolgendes Abschneiden und Tiefziehen (Pressen) bandförmiger Produkte hergestellt ist.

Claims (4)

1.) Kernbrennstoffelement mit einer Mehrzahl von umhüllten länglichen Brennstäben, die durch ein Traggitter, an dem das eine Ende jedes Brennstabs befestigt ist, und durch einen oder mehrere längs des Kernbrennstoffelements verteilte Abstandshalter parallel zueinander an den Knotenpunkten eines Netzes gehalten werden, wobei das Traggitter einen Haltering und eine Reihe von geraden, parallelen, am Haltering befestigten und einen in der Strömungsrichtung des Kühlmittels länglichen Querschnitt aufweisenden Tragbalken besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Tragbalken (22) aus zwei miteinander verbundenen Bändern besteht, die sich über die ganze Länge des Tragbalkens erstrecken und nebeneinander gelegt Halteschellen für einen verjüngten Abschnitt der zylindrischen Verschlussstopfen (18) der Brennstäbe bilden.

2.) Kernbrennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte der Tragbalken (22) in Schlitzen (32) des Tragrings (24) angeordnet und in axialer Richtung durch einen am Tragring (24) befestigten und die Schlitze (32) schließenden Abschlussring (28) gehalten sind.

3.) Kernbrennstoffelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einen Tragbalken bildenden Bänder (Seitenteile) unsymmetrisch geformt sind, so dass sie Halteschellen bilden, die an den Knotenpunkten eines keine geometrisch gleich bleibende Maschenweite besitzenden Netzes angeordnet sind.

4.) Kernbrennstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder durch Punktschweißungen (38) miteinander verbunden sind.