DE2257000B2 - Rostkonstruktion für ein Reaktor-Brennelement - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Rostkonstruktion für ein Kernreaktor-Brennelement, die aus einem Streifen von etwa gleichmäßiger Breite besteht, der die Rostkonstruktion umgrenzt und der mit Anschlägen versehen ist, die zur Zellenkonstruktion vorstehen. Dabei ist eine erste Anzahl von im allgemeinen parallelen, flachen Rostplatten vorgesehen, von denen jede Querenden aufweist, die an den Streifen anstoßen, wobei eine /weite Anzahl von Rostplatten angeordnet ist. die ebenfalls an den Streifen anstoßen. Dabei schließt die zweite Anzahl von Platten mit der crsicn Anzahl von Platten einen Winkel im.

Um den Transport, den Ein- und den Ausbau der Brenrisläbe zu erleichtern und um die Stabilität des Reakiorkerns zu erhöhen, werden die Brennstäbe in Baugruppen zusammengefaßt, die Brennelemente genannt werden. Ein typisches Brennelement für einen Leistungsreaktor kann etwa mehr als zweihundert derartiger einzelner Brennstäbe aufweisen.

In einem zusammengebauten Brennelement sind die Brennstäbe gewöhnlich voneinander gelrennt, um Räume für den Kühlmilteldurchfluß zu schaffen, damit die in dem Kern erzeugte Wärme abgeführt wird. Im Querschnitt gesehen ist im übrigen eine solche Brennstabanordnung im allgemeinen quadratisch.

Es ist bekannt, die einzelenen Stäbe in ihrer Lage zueinander durch zellenförmige Rostkonstruktionen zu halten, die aus verschränkten Platten gebildet werden.

Perartige Roste sind voneinander in Abstünden über die Unge der Brennstöbe angeordnet, leder dieser Brennstiibe in der Re'he ist in entsprechenden Zellen innerhalb eines jeden der Roste angeordnet und innerhalb der Zellen werden die betreffenden Brennsiäbe durch zungenartige Anschläge gehalten oder erfaßt, die aus den den Rost bildenden Platten herausragen und gpgen die jeweiligen Brennstabflächen drücken (deutsches Gebrauchsmuster 6 803 282: britische Patentschrift 1 204 657 und USA.-Palemsehrift 3 395 077).

Derartige Roste mit zungenartigen Vorsprüngen weisen den Nachteil auf, daß sie Druckverlusie im Kühlmittel verursachen und außerdem hinderlich beim Ein- und Ausbau der Brennelemente sind. Obwohl somit derartige Zungen eine nützliche Funktion erfüllen, neigen sie dennoch dazu, den Strömungsweg zu versperren und dadurch die Kühlmilteldruckverluste zu erhöhen.

Diese Zungen üben auch einen negativen Einfluß auf die Neutronenbilanz innerhalb des Reukiurkernes aus. In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, daß fast alle nichtspaltbaren Materialien innerhalb eines Reaktorkernes da/u neigen, als »Gigte« zu wirken, die Neutronen aufnehmen, ohne eine entsprechende Generation von Neutronen für die Aufrechierhaltung des Spaltprozesses zu erzeugen. Somit erhöhen die Zungen diese störenden Neutronenverluste innerhalb des Reaktois und vermindern dadurch die »Standzeit« des Reaktorkernes.

Es ist zwar wünschenswert, diese Verluste zu vermindern, aber dem steht die Notwendigkeit gegenüber, ein reibungsloses Einsetzen der Brennelemente in den Reaktorbehäller bzw. ein reibungsloses Herausnehmen der Brennelemente aus dem Reaktorbehäiter zu gewährleisten. Diese Notwendigkeit wird weiter dadurch unterstrichen, daß beim Herausnehmen die einzelnen Brennelemente wahrscheinlich durch fernbetätigte Werkzeuge auf Grund der gefährlich hohen Radioaktivitätspegel gehandhabt werden müssen. Wenn z. B. zwei radioaktive Brennelemente sich während des Herausnehmcns aus dem Core verschränken sollten, dann kann das Problem, diese Brennelemente voneinander zu !rennen, um das Herausnehmen durch eine Art von Fernbetätigung abzuschließen, zeitraubend, kostenaufwendig und eventuell gefährlich sein.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rostkonstruktion für Brennelemente zu schaffen, die die Nachteile der bisher bekannten Konstruktionen ausschließt und die den Reaktorkern-Zusammenbau unterstützt und die Kühlmittel-Druckvnrlustc sowie einen störenden Neutroneneinfang vermindert.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Rosikonstruktion erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl die erste Anzahl als auch die zweite Anzahl von Rostplalten eine größere Breite als der Streifen aufweist, daß die an den Streifen anstoßenden Kanten der einen Winkel miteinander einschließenden Platten abgeschrägte Flächen aufweisen, die die Breite der Rostplatten an die Breite des Streifens anpassen und daß die abgeschrägten Flächen in Richtung auf die Zelleirkonstruklion zu und von dem Streifen wcgverlatifen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die abgeschrägten Flächen weiterhin Schrägen, die in Richtung auf die Zellenkonslruklion mit einer Distanz verlaufen, die etwa gleich dem nach innen gerichteten Vorsprung der Anschläge ist.

In der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen,

chill der Streifen eine im ungemeinen rechtwinklige Konstruktion umfaßt, welche die !,ich verschränkenden Pinnen umgibt und ausgebildete V-Iormige Eckenkanten aufweist.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzieh, dall mit den konstruktiven Merkmalen der Erfindung scharfe Kanten ausgeschlossen werden, die dazu neigen, benachbarte Brennelemente miteinander zu verschränken. Pie schragen Teile und V-förmigen Schlitze bilden Auflagerflüchen. die eine nockenartige Wirkung haben, .so daß Jie Brennelemente veranlaßt werden, relativ zueinander zu gleiten, ohne das störende, den Kühlmiticlfluß hemmende Materialien eingeführt werden.

Im einzelnen haben gegenüberliegende Seiten der Teile vorzugsweise in Längsrichtung verlaufende Fladien, die in Längs- und Senkrechtkanten enden. Eine der Längskanten wird von im gleichen Abstand angeordneten Schlitzen durchschnitten, die mit einzelnen paddelförmigen Aussparungen im mittleren Teil des Streifens verbinden. Um die Anschläge /u bilden, wer- ao den Aus/ackungen, die gegenüber der Ebene des Streifens vorstehen, ebenfalls in den Langsamen und im minieren Teil des Streifens etwa in de- Mitte zwischen den Aussparungen gebildet.

Kin besonders neuartiges Merkmal dieses Teils ist as durch die Art und Weise gekennzeichnet, in der die Kanten an den Ecken der Platte verbunden werden. Schrage Flächen verbinden jedes benachbarte Paar Langs- und Senkrechtkanten, wobei die schragen Flächen so schneiden, daß sie stumpfe Winkel mit den ein-/einen Kanten bilden. Somit ist jede Rosiplatte mit Nockenflächen oder schiefen Ebenen ausgerüstet, die da/u neigen, benachbarte Brennelemente daran zu hindern, sich bei der Relativbewegung innerhalb des Reaktorkcrncs zu verblocken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben. Es zeigt

F i g. I eine Vorderansicht einer typischen Rostkonstruktion

F i g. 2 eine Vorderansicht einer Ecke der in F i g. ι dargestellten Rostkonstruktion.

F' i g. 3 eine Vorderansicht von Teilen zweier Brennelemente und

Fig.4 eine Vorderansicht einer Rostplatte zur Verwendung bei der in F" i g. I dargestellten Ausfuhrtingsform der Erfindung

Zu einem vollständigen Verständnis der Erfindung wird auf F i g. 1 verwiesen, die eine typische Rostkonstruktion 10 zeigt. Der Rost 10 besteht aus einer Gruope im gleichen Abstand angeordneter paralleler Rostteile oder -platten. In der Ebene der Zeichnung ist jedoch nur eine Rostplattc 11 dargestellt.

Fast gleiche Platten 12, 13, 14 und 15 sind senkrecht zur Ebene der Platte 11 angeordnet. Alle Platten in der Rosikonstruktion 10 haben wechselseitig in Eingriff stehende Schlitze (in F i g. I nicht dargestellt), durch die die ineinandergreifenden Teile miteinander verschränkt werden können, um dadurch eine Reihe von Zellen zu bilden.

Anschläge 16 und 17 sind in den Längskanten der Platten vorgesehen. Diese Anschläge erfassen die anliegenden Flächen der einzelnen Brennstäbe, die innerhalb der Zellen angeordnet sind, wie durch das strichpunktiert dargestellte Teile eines Brennstabs 18 gezeigt. Anschläge ü sind auch im mittleren Teil einiger der Rostplatten ausgebildet. Diese mit Anschlägen versehenen Mittelteile sind außerdem wenigstens bei einer Ausführungsform der Erfindung geringfügig gebogen oder gekrümmt, um die Tiefe zu vergrößern, mit der jeder dieser Anschläge n.ich innen zur Mitte einer jeweiligen Zelle vorspringt.

Die Platten Il bis 15 werden an den Schnittstellen durch Heftschweißen, Löten ad, dgl. verbunden, um eine kräftige und starre Konstruktion zu schaffen.

Erfindungsgemäß werden die Ecken der Rostplattc 11 und der Platten 12 bis 15 durch Abfasen, Stanzen. Schleifen od. dgl. abgekantet, um Schrägflächen 20, 21, 22 und 23 zu bilden. Die Länge der Neigung, die diese Flächen kennzeichnet, sollte wenigstens von der äußersten Kante des Brennstabs 18 zu einem Streifen 25 verlaufen, der den Umfang der Rostkonslruktion begrenzt. Wie nachstehend in größerer Vollständigkeit beschrieben wird, wirken die Schrägflächen 20,21,22 und 23 als Nocken oder schiefe Ebenen, die die Relativbewegung von zwei angrenzenden Rosten unterstützen.

Der Streifen 25. der die Rosikonstruktion 10 umgibt, hat Anschläge — von denen der Anschlag 24 typisch i·.! — die dazu \ erhelfen, dip Außen- oder Umfangsreihen der Brennstäbe — als Beispiel durch den Brennstab 18 dargestellt — in der Rostkon.iruktion zu haltern. Der Streifen 25, mit den Endkanten der Rostplatten verbunden, dient auch dazu, die Stabilität der Rostkonstruktion 10 zu erhöhen.

Wie in der Zeichnung dargestellt, ist der Streifen 25 nicht so breit wie die maximale Breite der Platten 11 und 12 bis 15. Die Schrägflächen 20 bis 23 bilden somit Übergangsstücke, die die größere Breite der Rostplatten an die kleinere Breite des Streifens 25 anpassen.

Weil in dem nicht dargestellten Grundriß die dargestellte Ausführungsform des Rosts 10 im aligemeinen rechtwinklig ist. bildet der Streifen 25 rechtwinklige Ekken. Weiterhin werden erfindungsgemäß die Eckenkanten durch schrägliegende Teile 26 abgeschlossen, die sich an einer F.cksicke treffen 27. Wie in F i g. 2 gezeigt, treffen sich diese schrägliegembn Teile 26, um im allgemeinen V-förmige Kanten 30 und 31 _··ι bilden, die auch als Nocken oder schiefe Ebenen wirken. Im allgemeinen hindern die abgeschrägten V-förmigen Kanten 30 und 31 die Ecken angrenzender Brennelement-Rostkonstruktionen daran, sich miteinander beim Rcaklorkcrn/usammcnbau oder hei der Neubeschickung /u verblockcn.

Im Betrieb wird ein typisches Brennelement 32. das in F i g. 3 gezeigt wird, in Richtung des Pfeiles 37 bewegt. Das angrenzende Brennelement 33 ist innerhalb des nicht dargestellten Reaktorkernes stationär.

Die Außenfläche eines Streifens 34 auf der Rostkonstruktion für das Brennelement 32 steht in Gleitverbindung mit einrr Seite des Brennstabs 35, der in dem Brennelement 33 angeordnet ist.

Der B-ennstab 35 neigt dazu, den Streifen 34 in einen physischen Kontakt mit einem entsprechenden Teil des Streifens 42 auf dem Brennelement 33 zu bringen. Die Schrägflächen 40 und 40 A. die die Platten kennzeichnen, welche die Rosikonslruktion bilden, erfassen die anliegenden Teile des gegenüberliegenden rUMs, Die Schrägform der Flächen 40 und 40 A spricht auf die Bewegung des Brennclements 32 in Richtung des Pfeiles 37 an, indem sie das Element zwingt, von dem Brennsta'j 35 in der durch den Pfeil 44 dargestellten Richtung abzurücken. Somit wirken die Schrägflächen 40 und 40 A als Nocken oder schiefe Ebenen, die das Brennelement 32 in die richtige relative Fluchtung bringen, in der die Streifen 34 und 42 anliegen. Obwohl auf der Zeichnung nicht dargestellt, führt in

einer ähnlichen Weise eine V-förmige Kante 45. die an der Ecke des Streifens 34 ausgebildet ist, das Brennelement 32 an dem Brennelement 33 vorbei, weil die Kante 45 die Eckkanten der Roste daran hindert, vorübergehend erfaßt oder miteinander verblockt zu werden.

Hin zusätzliches Merkmal der Erfindung beruht auf der Ausbildung der einzelnen Rostplatten. Gemäß der Darstellung in F i g. 4 hat z. B. eine im allgemeinen ebene Rastplatte 46 parallele Längskanten 47 und 50. Die Kante 50 ist in regelmäßigen Abständen durch Schlitze

51 unterbrochen, die in paddclförmigen Aussparungen

52 enden, welche in der Mitte der Platte 46 ausgebildet sind. Die Schlitze 51 ermöglichen es der Rostplatle 46. mit anderen in Fig.4 nicht dargestellten Rostplattcn verschränkt zu werden, die in bezug auf die Zeichnungsebene senkrecht ausgerichtet sind. Diese Verschränkung ergibt die gewünschte Zellenkonsiruklion. tune vorübergehende Durchbiegung mit Hi'lfe von Spezialschlüsseln schafft einen genügenden Spielraum, um in Fig.4 nicht dargestellte Brennstäbe durch die Zellenkonstruktion hindurchzuführen, ohne daß »ic von den Anschlägen, für die die Anschläge 53 typisch sind, eingekerbt, abgescheuert oder abgemeißelt werden. Nachdem die Brennstäbe innerhalb der jeweiligen Zellen untergebracht worden sind, werden die Schlüssel aus der Zellenkonstruktion herausgezogen und die Anschläge 53 erfassen die Stabflächen.

Wie in Fi g. 4 dargestellt, sind die Anschläge 53 in gebogenen oder gekrümmten Teilen 54 der Platte 46 ausgebildet. Dies ist jedoch ein für die Anwendung der Erfindung nicht wesentliches Merkmal der Ausfiihrungsform. die in der Zeichnung dargestellt ist. Die Anschlüge 53 können /.. H. auf einer flachen Fläche vorgesehen werden, die nicht gekrümmt worden ist. Im übrigen können die Anschläge in der Mitte von wenigstens einigen der Platten forlgelassen werden, wie in Verbindung mil der Platte 14 in F i g. I der Zeichnung gezeigt. Die Platte 4fi endet in zwei parallelen Querkanten 55 und 56. In Übereinstimmung mit einem Merkmal der Erfindung werden die Längskanten 47 und 50 mit den

ίο angrenzenden Segmenten der Querkanten durch Schrägfiächcn 57, 60. 61 und 62 verbunden. Diese Schrägflächen bilden stumpfe Winkel mit den entsprechenden angrenzenden Quer- und Längskanten. Das Verhältnis zwischen diesen Flächen und Kanten ergibt

»5 die schiefen Ebenen oder Nockenflächen, die den Rcaktorkcrnzusammcn- und auseinanderhält in der Weise erleichtern, wie sie in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben wurde.
Von einem anderen Standpunkt aus sollte die Entfcr-

ao nung. um die die Schrägflächen 57 und 60 von der angrenzenden Querkantc weglaufen können, etwa gleich der Entfernung sein, um die die Anschläge in die ZcI-lenkonstruklion hineinragen (in Fig.* nicht dargestellt). Diese Entfernung ist typisch durch die Höhe ge-

»5 kennzeichnet, mit der die Anschläge 53 die gekrümmten Teile 54 der Piaitc 46 überragen. Wenn man diese allgemeine Angabe als Richtschnur nimmt, dann hat man die Sicherheit, daß keine scharfen Winkel oder Kanten auf der Platte 46 über die Außenreihe der Brennstäbe in einem gegebenen Brennelement hinausragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Rostkonstruktion for ein Kernreaktor-Brennelement, bestehend aus einem Streifen von etwa gleichmäßiger Breite, der die Restkonstrukiion umgrenzt und mit Anschlägen, die zur Zellenkonsiruktion vorstehen, versehen ist, wobei eine erste Anzahl von allgemeinen parallelen, flachen Rosiplatten vorgesehen ist, von denen jede Querenden auf- xo weist, die an den Streifen anstoßen, wobei eine zweite Anzahl von Rostplatten angeordnet ist, die ebenfalls an den Streifen anstoßen und wobei die zweite Anzahl von Platten mit der ersten Anzahl von Platten einen Winkel einschließt, dadurch ts gekennzeichnet, daß sowohl die erste Anzahl

(11) als auch die zweite Anzahl (12 bis 15) von Rostplatten eine größere Breite als der Streifen (25) aufweist, daß die an den Streifen (25) anstoßenden Kanten der einen Winkel miteinander einschließen- a° den Platten abgeschrägte Flächen (20 bis 23) aufweisen, die die Breite der Rostplatten an die Breite des Streifens (25) anpassen und daß die abgeschrägten Flächen in Richtung auf die Zellenkonstruktion /u und weg von dem Streifen (25) verlaufen.

2. Rostkonstruktion nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägten Flächen (20 bis 23) weiterhin Schrägen umfassen, die in Richtung auf die Zellenkonstruktion mit einer Distanz verlaufen, die etwa gleich dem nach innen geriehte- 3" ten Vorsprung der Anschläge ist.

3. Rostkonstruktion nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß de₁ Streif-.n (25) eine im allgemeinen rechtwinklige Konstruktion umfaßt, welche die sich verschränkenden Platlsn umgibt und ausgebildete V-förmige Eckenkanten (30.31) aufweist.