DE2102952C3 - Abstandhalteranordnung zur Halterung von Brennstoffelementen in einem Kernreaktor - Google Patents
Abstandhalteranordnung zur Halterung von Brennstoffelementen in einem KernreaktorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine AbstandshaJteranordnung
zur Halterung von Brennsiof/elementen
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-Abstandshalter in der Rostanordnung erstrecken, einer
Anzahl von Federhülsen, welche aus einem zweiten Material mit besseren Spannungsrelaxationseigenschafien
als das erste Material bestehen und infolge ihrer relativen Anordnung zu den Haupt-Abstandshaltern
durch diese festgehalten sind, wobei die verschachtelte, rostartige Abstandshalteranordnung eine erste
und eine quer zu dieser orientierte, mit dieser verschachtelte zweite Serie von in auf Abstand stehenden,
parallelen Reihen angeordneten Neben-Abstandshaltern, eine erste, parallel zwischen die erste Serie von
Neben-Abstandshaltern eingeschachtelte Serie von in parallelen Reihen angeordneten Haupt-Abstandshaltern
sowie eine zweite, parallel zwischen die zweite Serie von Neben-Abstandshaltern eingeschachtelte Serie
von in parallelen Reihen angeordneten Haupt-Abstandshaltern aufweist.
Eine derartige Abstandshalteranordnung ist aus der FR-PS 1 570 265 bekannt, wobei die Federhülsen sowohl
im oberen als auch im unteren Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung durch eine erste Serie
von Haupt-Abstandshaltern und eine zweite Serie von Haupt Abstandshaltern gehalten sind. Die einzelne
Federhülse wird mit anderen Worten an jedem Ende durch zwei Haupt-Abstandshalter festgehalten. Dies
hat den Nachteil, daß ein verhältnismäßig großer Materialaufwand notwendig ist.
Ferner ist aus der FR-PS 2 011 980 eine Abstandshalteranordnung aus einer Vielzahl von Abstandshaltern
bekannt, die aus einem ersten Material mit einem charakteristischen niedrigen Neutronen-Einfangsquerschnitt
bestehen, mit Federhülsen in Eingriff, die aus einem /weiten Material mit besseren Spannungsrclaxationseigcnschaften
als das zuerst genannte Material (jedoch mit einem verhältnismäßig ungünstigen Neutronen-Einfangsquerschnitt)
bestehen, so dall die Belastbarkeit infolge Uingerer Einwirkung von intensiver
Strahlung nicht wesentlich abnimmt. Das Zusammenwirken der Anordnung erfolgt dabei in der Weise, daß
jedes Brennelement an fünf Berührungspunkten abgestützt
wird, so daß die Brennelemente ohne wesentliche Störung des Reaktor-Kühlmittelflusses geeignet und
wirkungsvoll abgestützt werden. Auch diese Abstandshalteranordnung
benötigt einen hohen Materialaufwand und ist daher teuer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abstandshalteranordn ag der eingangs genannten
Art zu schaffen, welche einen geringen Materialaufwand erfordert und aus diesem Grunde billiger hergestellt
werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erste Serii.·
von Haupt-Abstandshaltern in einem ersten Abschnitt der Tiefe der rostartigen Abstandshalteranordnung
und die zweite Serie der Haupt-Abslandshalter in dem entgegengesetzten Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung
angeordnet ist und daß die einzelnen Federhülsen zwischen einem der Abstandshalter
der ersten Serie von Haupt-Abstandshaltern und einem quer dazu verlaufenden Abstandshalter der zweiten Se- to
rie von Haupt-Abstandshaltern .-ngeordnet sind.
Hierdurch wird bewirkt, daß du: Federhüise an jedem
Ende lediglich durch einen einzigen Haupt-Abttandshalter gehalten wird, wodurch der Materialaufwand
stark verringert wird. Die erfindungsgemäß er- as zielten Vorteile sind aber auch nicht durch die AbstaruKhalteranordnung.
die aus der DT-AS 1 074 Ifa8 bekannt ist, zu erzielen, da bei der dort beschriebenen
Abstandshalteranordnung ein Abstandshalter zwischen eine zweite Serie von Abstandshaltern eingefaßt ist.
welche parallel ueinanderliegen und nicht quer zueinander orientiert sind, wie es erfindungsgjmäß der Fall
ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
Im folgenden wird an Hand der Abbildungen ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitte
Jer erfindungsgemäßen Abstandshalteranordnung.
F i g. 2 einen Teil eines Haupt-Abstandshalters von F i g. i in Seitenansicht,
F i g. 3 einen Teil eines Neben-Abstandshalters von
F i g. 1 in Seitenansicht,
F i g. 4 eine Federhüise im Schnitt längs der Linie 4-4 von F i g.5,
F i g. 5 eine Federhülse in Seitenansicht.
F i g. 6 ausschnittweise die Absuindshalteranordnung
von F i g. 1 in der Draufsicht.
F i g. 7 ausschnittweise die Abstandshalteranordnung von F i g. 1 im seitlichen Schnitt.
Die in den Fig. 1, 6 und 7 dargestellte Abstandshalteranordnung
10 weist eine Serie darin eingeschlossener Abstandshalter auf, die eine erste und eine zweite
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 Haupt-Abstandshaltern 12 ist
zwischen ihnen eine erste Serie paralleler Reihen von Neben-Abstandshaltern 16 angeordnet. In ähnlicher
Weise ist eine zweite Serie von Neben-Abstandshaltern 18 quer /u der ersten Serie von Neben-Absuindshaltcrn
16 angeordnet, wobei die Neben-AbstandshaiK.·
18 /wischen der zweiten Serie von Haupt·Abstandshaltern
14 parallel hierzu eingeschachtelt sind. Die ein/el ncn Abstandselcmente sind durch Verschweißen an
den Schnittp'inkler der Abstandshalter zu einem ein
heitlichen (iefuge vereinigt. Innerhalb der -Xbstandshalteranordnung
10 ist eine Vielzahl von Federhülsen 20 angeordnet, so daß diese quer zueinander orientierten
Haupt-Abstandshalter 12 und 14 festgehalten werden.
Als Beispie! ist ein Haupt-Abstandshalter 12 in Fig. 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 de? Reaktors nicht ungünstig
beeinflußt wird. Ein typisches Materia! hierfür ist Zirkonium. In d£r. 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 wie die Gesamttiefe der Neben-Abstandshalter 16
und 18 und besitzt im Idealfall angenähert ein Drittel der vollen Tiefe der Neben-Abstandshaiter. Hierdurch
wird eine Materialersparnis von etwa 30% mit dementsprechender Kostensenkung erzielt. Diese Einsparungen
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 H*upt-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-Absiandshaltern
erleichtert werden. Im Körper des Neben-Abstandshalters 16 sind ausgeschnittene Öffnungen
.30 vorgesehen, welche den Zweck haben, einmal Material einzusparen und zum anderen den Durchstrom
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 tür unter Federspannung
durch die Federhülse 20 gegen diese Flächen gedrückte Brennelemente F dienen, die durch die Abstandshalteranordnung
10 hindurchgehen.
Ein Beispiel einer Federhülse 20. welche dazu dient,
Brennelemente gegen d'e Lagerflächen 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, im wesentlichen rechteckigen Körperteil 36
mit in den Seiten ausgebilderen öffnungen 38 auf. Aus den Öffnungen 38 ragen Federelemente 40 heraus, welche
dazu dienen, die Rrennelemente unter Federspannung anzudrücken. Die Federhülsen 20 bestehen aus
einem zweiten Material, welches über bessere Spannungsrelaxationseigenschaften
verfügt als das Material, aus dem die Abstandshallerelemente hergestellt sind.
Hs wurde gefunden, daß beispielsweise eine Nickellegierung
die erforderlichen Spannungsrelaxationseigenschaften aufweist. Dieses Material ermöglicht eine verlängerte
Spannungsbeaufschlagung der Brennelemente /■; ohne daß unter dem Firifluß von Strahlung die Fähigkeit
nachlaßt, die Spannkrall aufzubringen.
102
Die Haupt- und Neben-Abstandshallcr sind in den
folgenden beschriebenen Weisen miteinander verschachtelt. Die erste und zweite Serie der quer ungeordneten
Neben-Abstandshalter 16. 18 werden zu einer ersten, rostartigen Anordnung zusammengesetzt.
Die erste Serie der Haupt-Abstandshalter 12 wird mit den zweiten Serien der Neben-Abstandshalter 18 in
einem Abschnitt der Tiefe der Abstandshalteranordnung in Eingriff gebracht. Die zweite Serie von Haupt-Abstandshaltern
14 wird mit der ersten Serie von Neben-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 Querschlitze 22 der ersten Serie
von Haupt-Abstandshaltern 12 eingeführt wird, so daß die Vorsprünge 24 dieses Ende der Federhülse abstüt-
/en. Das entgegengesetzte Ende jeder Federhülse 2i wird in ahnlicher Weise durch die quer angeordnetei
zweiten Serien von Haupi-Abstandshaltern 14 unter stützt, so daß die Federhülsen in der Abstandshalteran
Ordnung 10 fest eingebaut sind. Die Abstandshalter 12 14, 16 und 18 werden zur Herstellung eines zusammen
hängenden Gefüges verschweißt. Die Federhülsen 2( jedoch können nicht in die Abstandshalteranordnung
eingeschweißt werden, da die beiden verschiedener Materialien, aus denen die Teile gebildet sind, nicht miteinander
verträglich sind.
Auf diese Weise wird eine Abstandshalteranordnung
geschaffen, die eine Viel-I'unkt-Abslützung der durch
Hie Abstandshalteranordnung hindurchgehenden Brennstoffelemente und eine verhältnismäßig wirksame
Verteilung des durchströmenden Reaktor-Kühlmittels ermöglicht. Dadurch, daß bei dieser Anordnung
Haupt-Abstandshalterelemente von weniger als halber liefe verwendet werden, wird eine erhebliche Materialersparnis
bei der Herstellung der Abstandshalterancrdnung erzielt, woraus eine entsprechende Preiscrsparnis
entsteht, ohne daß die Gesamtwirksamkeit in irgendeiner Weise beeinträchtigt würde.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
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 Ab-Standshalteranordnung ineinander verschachtelt
sind, daß die Haupt-Abstandshalter sich über weniger als die halbe Gesamttiefe der Neben-Abstandshalter
in der Rostanordnung erstrecken, einer Anzahl von Federhülsen, welche aus einem zweiten
Material mit besseren Spannungsrelaxationseigenschaften als das erste Material bestehen und infolge
ihrer relativen Anordnung zu den Haupt-Abstandshaltern durch diese festgehalten sind, wobei die verschachtelte,
rostartige Abstandshalteranordnung ao eine erste und eine quer zu dieser orientierte, mit
dieser verschachtelte zweite Serie von in auf Abstand stehenden, parallelen Reihen angeordnete
Neben-Abstandshaltern. eine erste, parallel zwischen die erste Serie von Neben-Abstandshaltern
eingeschachtelte Serie von in parallelen Reihen angeordneten Haupt-Abstandshaltern 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 Haupt-Abstandshaltern (12) in einem ersten Abschnitt der Tiefe der rostartigen
Abstandshalteranordnung (10) und die zweite Serie der Haupt-Abstandshalter ((4) 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 Haupt-Abstandsh.iltern
und einem quer dazu verlaufenden Abstandshalter (14) der zweiten Serie von Haupt-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 Federelementen (40) zum Abstützen von Brennelementen
(F) zwischen diesen Teilen gegenüberliegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material Zirkonium
und das zweite Material eine Nickellegierung ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch in den Haupt-Abstandshaltern (12) in bestimmten
Abständen entlang ihrer Länge vorgesehene Querschlitz·: (22). in bestimmten Abständen
entlang ihrer Länge vorgesehene Querschlitze (28) und vorstehende Lagerflächen (32, 34) an den Neben-Abstandshaltern
(18), wobei die Querschlitze (22) tier ersten Serie der Reihen von Ilaiipt-Ab
Mandshaltern (12) in die Querschliize (28) der zweiten
Serie der Reihen von Neben-AbMandshaltern
(18) eingreifen und sich an einer Seile der liber ein
Driitel tier Tiefe derselben erstrecken, während die
Querschliize (22) der /weiten Serie von Haupt-Abstandshaltern
(14) in die Oiierschlil/e (28) der ersten
Serie von Neben-Abstandshaltern (16) an der ent gegengesetzten Seite eingreifen und sich über eii
Drittel von deren Tiefe erstrecken, und 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 mil
dem entgegengesetzten Ende in die Querschlitze (22) in dei· zweiten Serie der Reihe von Haupt-Abstandshaltern
(14) eingreifen und die Federhülsen (20) so angeordnet sind, daß die Federeiemente (40)
die Brennelemente (F) gegen die vorstehenden Lagerflächen (32, 34) der Neben-Abstandshalter (16,
18) spannen.
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