DE2102952B2 - Abstandhalteranordnung zur Halterung von Brennstoffelementen in einem Kernreaktor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandhalteanordnung zur Halterung von Brcnnstoffelemcn ten in einem Kernreaktor, mit einer Anzahl von Haupt Abstandshaltern und einer Anzahl von Neben-Ab Standshaltern, welche jeweils aus einem ersten Malen.! mit einem charakteristischen, niedrigen Neutronen Γ.ίη fangsquerschnitt bestehen und derart zur Bildung eine! rostartigen Abstandshalteranordnung ineinander vor schachtelt sind, daß die Haupt-Abstandshalter sich übei weniger als die halbe Gesamttiefe der Ncben-Ab Standshalter i.n der Rostanordnung erstrecken, emci Anzahl von Federhülsen, welche aus einem zweiter Material mit besseren Spannungsrelaxationseigen schäften als das erste Material bestehen und infolge in rer relativen Anordnung zu den Haupt-Abstandshal tern durch diese festgehalten sind, wobei die verschach teile, rostartige Abstandshalteranordnung eine ersu und eine quer zu dieser orientierte, mit dieser vcr schachtelte zweite Serie von ir, auf Abstand stehenden parallelen Reihen angeordneten Neben-Abstandshal lern, eine erste, parallel zwischen die erste Serie vor Neben-Abslandshaltern eingeschachtelte Serie von ir parallelen Reihen angeordneten Haupt-Abstandshal tern sowie eine zweite, parallel zwischen die zweite Se rie von Neben-Abstandshaltern eingeschachtelte Serie von in parallelen Reihen angeordneten Haupi-Ab Standshaltern aufweist.

Eine derartige Abstandshalteranordnung ist aus dei FR-PS I 570 265 bekannt, wobei die Federhülsen so wohl im oberen als auch im unteren Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung durch eine erste Serie von Haupt-Abstandshaltcrn und eine zweite Serie vor Haupt-Abstandshaltern gehalten sind. Die einzelne Federhülse wird mit anderen Worten an jedem Ende durch zwei Haupt-Abstandshalter festgehalten. Die; hat den Nachteil, daß ein verhältnismäßig großer Mate rialaufwand notwendig ist.

Ferner ist aus der FR-PS 2 011 980 eine Abstands halteranordnung aus einer Vielzahl von Abstandshal tern bekannt, die aus einem ersten Material mit einen charakteristischen niedrigen Neutronen-Einfangsquer schnitt bestehen, mit Federhülsen in Eingriff, die au; einem zweiten Material mit besseren Spannungsrelaxa tie>nseigcnschaften als das zuerst genannte Material (je doch mit einem verhältnismäßig ungünstigen Ncutro ncn-Einfangsquerschnitt) bestehen, so daß die Bclast barkeit infolge längerer Einwirkung von intensivei Strahlung nicht wesentlich abnimmt. Das Zusammen wirken der Anordnung erfolgt dabei in der Weise, dai

jedes Brennelement an fünf Bcriihrungspunkiun abgestuft wird, so daß die Brennelemente ohne wesentliche Störung des Reuktor-Kühlmiiielflusses geeignet und wirkungsvoll abgestützt werden. Auch diebe Abstandshalteranordnung benötigt einen hohen Mnterinlaufwund und ist daher teuer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dither, eine Abstundshulteranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen geringen Materialaufwand erfordert und aus diesem Grunde billiger herge- to stellt werden kann.

Diese Aufgebe wird dadurch gelost, daß die erste Serie von Haupt-Abstandshaltern ir einem ersten Abschnitt der Tiefe der rostartigen Abstandshalieranordnung und die zweite Serie der Haupt-Abstandshalter in dem entgegengesetzten Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung angeordnet ist und daß die einzelnen Federhülsen zwischen einem der Abstandshalter der ersten Serie von Haupi-Abslandshaltern und einem quer dazu verlaufenden Abstandshalter der zweiten Se- ao rie von Haupt-Abstandshaltern angeordnet sind.

Hierdurch wird bewirkt, daß die Federhülse an jedem Ende lediglich durch einen ein/igen Haupt-Abstundshaller gehalten wird, wodurch der Materialaufwand stark verringert vvird. Die erfindun^sgemaß erzielten Vorteile sind aber auch nicht durch die Abstandshalteranordnung, die aus der [JI-AS 1 074 168 bekannt ist, zu erzielen, da bei der dort beschriebenen Abstandshalteranordnung ein Abstandshalter /wischen eine zweite Serie von Abstandshaltern eingefaßt ist. welche parallel zueinanderliegen und nicht quer zueinander orientiert sind, wie es erfindungsgemäß der fall ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unleransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird an Hand der Abbildungen ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Abstandshalteranordnung,

F i g. 2 einen Teil eines Haupt-Abstandshaltcrs von F i g. 1 in Seitenansicht.

F i g. 3 einen Teil eines Neben Abstandshalters von F i g. 1 in Seitenansicht,

F i g. 4 eine Federhülse im Schnitt längs der Linie 4-4 von F i g.5,

F i g. 5 fine Federhülse in Seitenansicht,

F i g. 6 abschnittweise die Abstandshalteranordnung von F i g. 1 in der Draufsicht,

F i g. 7 ausschnittweise die Abstandshalteranordnung von F i g. I im seitlichen Schnitt.

Die in den Fig. I, 6 und 7 dargestellte Abstandshalteranordnung 10 weist eine Serie darin eingeschlossener Abstandshalter auf, die eine erste und eine /weite Reihe von Haupt-Abstandshaltern 12 auf, die jeweils mit Abstand in parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die zweiten Reihen quer zu den ersten Reihen verlaufen. Parallel zu den Hnupt-Abst'indshallern 12 ist zwischen ihnen eine erste Serie paralleler Reihen von Neben-Abstandshaliern 16 angeordnet. In ähnlicher Weise ist eine zweite Serie von Neben-Abstandshaltern 18 quer zu der ersten Serie von Ncben-Abstandshaltern 16 angeordnet, wobei die Neben-Abstandshalter 18 zwischen der zweiten Serie von Haupt-Abstandshaltern 14 parallel hierzu eingeschachtelt sind. Die cinzelncn Abstandselerner.te sind durch Verschweißen an den Schnittpunkten dvr Abstandshalter zu einem einheitlichen Gefüge vereinigt. Innerhalb der Abstands-

halteranordnung <0 ist eine Vielzahl von Foderhßlsen 20 angeordnet, so daß diese quer zueinander orientierten Haupt-Abstandshalter 12 und 14 festgehalten werden.

Als Beispiel ist ein Haupt-Abstandshalter 12 in F i g. 2 dargestellt (der Haupt-Abstandshalter 14 hat denselben Aufbau). Der Haupt-Abstandshalter 12 besteht aus einem Streifen aus einem ersten Material mit niedrigem Neutronen-Einfangsquerschnitt, so daß der Gesamt-Wirkungsgrad des Reaktors nicht ungünstig beeinflußt wird. Ein typisches Material hierfür ist Zirkonium. In dan Streifen des Haupt-Abstandshalters ist eine Anzahl von Querschnitten 22 eingeschnitten, wodurch das Einfügen und Einpassen der Federhülsen 20 und das Zusammenfügen mit den Neben-Abstandshaltern 18 (und 16) erleichtert werden. An dem Haupt-Abstandshalter 12 sind nasenartige Vorsprünge 24 vorgesehen, welche in den Körperteil der Federhülse 20 eingreifen, so daß diese zusätzlich von den Hauptabstandshaltern unterstützt wird.

Der Haupt-Abstandshalter 12 ist weniger als halb so tief wi-j die Gesamttiefe der Neben-Abstandshalter 16 und 18 und besitzt im Idealfal! .ingenähert ein Drittel der vollen Tiefe der Neben-Abstardshalter. Hierdurch wird eine Materialersparnis von etwa 30% mil dementsprechender Kostensenkung erzielt. Diese Einsparunger, werden ohne Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Abstandshalteranordnung 10 bei der Abstützung der Brennelemente erreicht.

Ein zweites Beispiel eines Neben-Abstandshalters 16 ist in F i g. 3 gezeigt (der Neben-Abstandshalter 18 hat dieselbe Konstruktion). Die Neben-Abstandshalter 16 bestehen aus demselben Material wie die Haupt-Abstandshalter 12 und 14, so daß sie denselben charakteristischen niedrigen Neutronen-Einfangsquerschnitt haben. In den Neben-Abstandshalter 16 sind Reihen von Querschlitzen 26 und 28 eingeschnitten, wodurch das Einfassen und die Verbindung mit den Haupt-Abstandshaltern und mit den quer angeordneten Neben-Abstandshaltern erleichtert werden. Im Körper des Neben-Abstandshalters 16 sind ausgeschnittene Öffnungen 30 vorgesehen, welche den Zweck haben, einmal Material einzusparen und zum anderen den Durchsirom von Reaktor-Kühlmittel durch die Abstandshalteranordnung 10 zu erleichtern. Der Neben-Abstandshalter 16 weist eine Reihe von Lagerflächen 32 und 34 auf, welche als Anlagepunkt für unter Federspannung durch die Federhülse 20 gegen diese Flächen gedruckte Brennelemente F dienen, die durch die Abstandshalteranordnung 10 hindurchgehen.

Ein Beispiel einer Federhülse 20, welche dazu dient, Brennelemente gegen die Lagerflachen 32 und 34 der Neben-Abstandshalter 16 und 18 zu drücken, ist in F i g. 4 und 5 dargestellt. Die Federhülse 20 weist einen länglichen, irr wesentlichen rechteckigen Körperteil 36 mit in den Seiten ausgebildeten öffnungen 38 -iuf. Aus den Öffnungen 38 ragen Fcderelemente 40 heraus, welche da/u dienen, die Brennelemente unter Federspan-IHing anzudrücken. Die Federhülsen 20 bestehen aus einem zweiten Material, welches über bessere Spannungsrelaxationseigenschaften verfügt als das Material, aus dem die Abstandshaltereiemenie hergestellt sind.

Es wurde gefunden, daß beispielsweise eine Nickellegierung die ei forderlichen Spannungsrelaxationseigenschaften aufweist. Dieses Material ermöglicht eine verlängerte Spannungsbeaufschlagung der Brennelemente F, ohne daß unter dem Einfluß von Strahlung die Fähigkeit nachläßt, die Spannkraft aufzubringen.

Die Haupt- und Neben-Abstanchhalicr sind in den folgenden beschriebenen Weisen miteinander verschachtelt. Die erste und zweite Serie der quer angeordneten Neben-Abstandshalter 16, 18 werden zu einer ersten, rostartigen Anordnung zusammengesetzt. Die erste Serie der Haupt-Abstandshaltcr 12 wird mit den zweiten Serien der Neben-Abstandshalter 18 in einem Anschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung in Eingriff gebracht. Die zweite Serie von Haupt-Abstandshaltern 14 wird mit der ersten Serie von Neberi-Abstandshaltern 16 im entgegengesetzten Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung, d. h. in der zweiten Hälfte dieser Anordnung, so in Eingriff gebracht, daß sie von der quer orientierten ersten Serie von Haupt-Abstandshaltern 12 mit Abstand angeordnet ist. Dann werden die Federhülsen 20 in die Abstandshalteranordnung 10 eingesetzt, so daß sie zwischen den mit Abstand angeordneten, quer verlaufenden Reihen von Haupt-Abstandshaltern 12 und 14 angeordnet sind. Dies bedeutet, daß ein Ende jeder Federhülse 20 in die Querschlhze 22 der ersten Serie von Haupt-Abstandshaltern 12 eingeführt wird, so daß die Vorsprünge 54 dieses Ende der Federhülse abstützen. Das entgegengesetzte Ende jeder Federhülse 20 wird in ähnlicher Weise durch die quer angeordneten zweiten Serien von Haupt-Abslandsnaltern 14 unterstützt, so daß die Federhülsen ir. der Abstandshalteran-5 Ordnung 10 fest eingebaut sind. Die Abstandshalter 12, 14,16 und 18 werden zur Herstellung eines zusammenhängenden Gefügcs verschweißt. Die Federhülsen 20 jedoch können nicht in die Abstandshalleranordnung eingeschweißt werden, da die beiden verschiedenen

ίο Materialien, aus denen die Teile gebildet sind, nicht miteinander verträglich sind.

Auf diese Weise wird eine Abstandshalteranordnung geschaffen, die eine Viel-Punkt-Abstützung der durch die Abstandshalteranordnung hindurchgehenden Brennstoffelemente und eine verhältnismäßig wirksame Verteilung des durchströmenden Reaktor-Kühlmittels ermöglicht. Dadurch, daß bei dieser Anordnung Haupt-Abstandshalterelemente von weniger als halber Tiefe verwendet werden, wird eine erhebliche Mate-

ao riatersparnis bei der Herstellung der Abstandshalteranordnung erzielt, woraus eine entsprechende Preisersparnis entsteht, ohne daß die Gesamtwirksamkeit in irgendeiner Weise beeinträchtigt würde.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Abstandshalteranordnung zur Halterung von Brennstoffelementen in einem Kernreaktor, mit einer Anzahl von Haupt-Abstandshaltern und einer Anzahl von Neben-Abstandshaltern, welche jeweils aus einem ersten Material mit einem charakteristischen, niedrigen Neutronen-Einfangsquerschnitt bestehen und derart zur Bildung einer rostartigen Abstandshalteranordnung ineinander verschachtelt sind, daß die Haupt-Abstandshalter sich über weniger als die halbe Gesamttiefe der Neben-Abstandv halter in der Rostanordnung erstrecken, einer Anzahl von Federhülsen, welche aus einem zweiten Material mit besseren Spannungsrilaxationseigenschaften als das erste Material bestehen und infolge ihrer relativen Anordnung zu den Haupt-Abstands haltern durch diese festgehalten sind, wobei die verschachtelt, rostartige Abstandshaitcranordnung eine erste und eine quer zu dieser orientierte, mit dieser verschachtelte /weile Serie von in auf Abstand stehenden, parallelen Reihen angeordnete Neben-Abstandshaltern, eine erste, parallel zwischen die erste Serie von Neben-Abstandshaltern as eingeschachtelte Serie von in parallelen Reihen angeordneten Haupt-Absiandshaliern sowie eine zweite, parallel zwischen die zweite Serie von Neben-Abstandshaltern eingeschachtelte Serie von in parallelen Reihen angeordneten Haupt-Abstandshaltern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Serie von Ha; pt-Abstandshaltern (12) in einem ersten AbscHilt der Tiefe der rostartigen Abstandshalteranordnung (Iu) und die zweite Serie der Haupt-Abstandshalter (14) in dem entgegengesetzten Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung angeordnet ist und daß die einzelnen Federhülsen (20) zwischen einem der Abstandshalter (12) der ersten Serie von Haupl-Abstandshaltern und einem quer dazu verlaufenden Abstandshalter (14) der zweiten Serie von Haupl-Abstandshaltern angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federhülsen (20) einen im wesentlichen rechteckigen, hohlen Körperteil (36) mit in den Seiten ausgebildeten öffnungen (38) aufweisen, von denen Federelemente (40) vorstehen, und daß die Neben-Abstandshalter(16,18) einstückig ausgebildete Lagerflächen (32, 34) aufweisen, welche den Federelemcnten (40) zum Abstützen von Brennelementen (F) zwischen diesen Teilen gegenüberliegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ersJe Material Zirkonium und das zweite Material eine Nickellegierung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch J, gekennzeichnet durch in den Haupl-Abstandshaltern (12) in bestimmten Abständen entlang ihrer Länge vorgesehene Querschlitze (22), in bestimmten Abständen entlang ihrer Länge vorgesehene Querschlitze (28) •nd vorstehende Lagerflächen (32, 34) an den Nefcen-Abstandshaltern (18), wobei die Querschlitzc (22) der ersten Serie der Reihen von Haupt-Ab-Itandshaltcrn (12) in die Querschlitzc (28) der zweiten Serie der Reihen von Nebcn-Abstandshaliem (18) eingreifen und sich an einer Seite der über ein Drittel der Tiefe derselben erstrecken, wahrend die Querschiitze (22) der zweiten Serie von Haupt-Ab-Itandshaltern (14) in die Querschlitze (28) der ersten Serie von Neben-Abstnndshultern (16) un der ent gegengeseizten Seite eingreifen und sich über en Prittel von deren Tiefe erstrecken, jnd vorsprin gende Federelemente (40) zum federnden Andrük ken der Brennelemente (F) der Brennelementge samtheit, wobei die Federhülsen (20) mit einen Ende in die Querschlitze (22) in der ersten Serie dei Reihen von Haupt-Abstandshaltern (12) und mi dem entgegengesetzten Ende in die Querschlit/₍ (22) in der zweiten Serie der Reihe von Haupt-Ab Standshaltern (14) eingreifen und die Federhülsei (20) so angeordnet sind, daß die Fcderelemente (40 die Brennelemente (F) gegen die vorstehender Lagerflächen (32.34) der Neben-Abstandshalter (16 18) spannen.