DE2257000C3 - Rostkonstruktion für ein Reaktor-Brennelement - Google Patents

Description

40

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 zweite Anzahl von Rostplatten angeordnet ist, die ebenfalls an den Streifen anstoßen. Dabei schließt die zweite Anzahl von Platten mit der ersten Anzahl von Platten einen Winkel ein.

Um den Transport, den Ein- und den Ausbau der Brennstäbe zu erleichtern und um die Stabilität des Reaktorkerns 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 getrennt, um Räume für den Kühlmitteldurchfluß 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.

Derartige Roste sind voneinander in Abständen über die Länge der Brennstäbe angeordnet Jeder dieser Brennstäbe in der Reihe ist in entsprechenden Zellen innerhalb eines jeden der Roste angeordnet und innerhalb der Zellen werden die betreffenden Brennstäbe durch zungenartige Anschläge gehalten oder erfaßt die aus den den Rost bildenden Platten herausragen und gegen die jeweiligen Brennstabflächen drücken (deutsches Gebrauchsmuster 6 803 282; britische Patentschrift 1 204 657 und USA.-Patentschrift 3 395 077).

Derartige Roste mit zungenartigen Vorsprüngen weisen den Nachteil auf, daß sie Druckverluste 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 Kühlmitteldruckverluste zu erhöhen.

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

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

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

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Rostkonstruktion erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl die erste Anzahl als auch die zweite Anzahl von Rostplatten 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 Zellenkonstruktion zu und von dem Streifen wegverlaufen.

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

In der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen.

daß der Streifen eine im allgemeinen rechtwinklige Konstruktion umfaßt, welche die sich verschränkenden Platten umgibt und ausgebildete V-förmige Eckenkanlen aufweist

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß mit S den konstruktiven Merkmalen der Erfindung scharfe Kanten ausgeschlossen werden, die dazu neigen, benachbarte Brennelemente miteinander zu verschränken. Die schrägen Teile und V-förmigen Schlitze bilden Auflagerflächen, die eine nockenartige Wirkung haben, so daß die Brennelemente veranlaßt werden, relativ zueinander zu gleiten, ohne das störende, den Kühlmittelfluß hemmende Materialien eingeführt werden.

Im einzelnen haben gegenüberliegende Seiten der Teile vorzugsweise in Längsrichtung verlaufende Fiächen, die in Längs- und Senkrechtkanten enden. Eine der Längskanten wird von im gleichen Abstand angeordneten Schlitzen durchschnitten, die mit einzelnen paddeiförmigen Aussparungen im mittleren Teil des Streifens verbinden. Um die Anschläge zu bilden, wer- ao den Auszackungen, die gegenüber der Ebene des Streifens vorstehen, ebenfalls in den Längskanten und im mittleren Teil des Streifens etwa in der Mitte zwischen den Aussparungen gebildet.

Ein besonders neuartiges Merkmal dieses Teils ist durch die Art und Weise gekennzeichnet, in der die Kanten an den Ecken der Platte verbunden werden. Schräge Flächen verbinden jedes benachbarte Paar Längs- und Senkrechtkanten, wobei die schrägen Flächen so schneiden, daß sie stumpfe Winkel mit den einzelnen Kanten bilden. Somit ist jede Rostplatte mit Nockenflächen oder schiefen Ebenen ausgerüstet, die dazu neigen, benachbarte Brennelemente daran zu hindern, sich bei der Relativbewegung innerhalb des Reaktorkernes zu verblocken.

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

F i g. 1 eine Vorderansicht einer typischen Rostkonstruktion,

F i g. 2 eine Vorderansicht einer Ecke der in F i g. 1 dargestellten Rostkonstruktion,

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

F i g. 4 eine Vorderansicht einer Rostplatte zur Verwendung bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform 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 Gruppe im gleichen Abstand angeordneter paralleler Rostteile oder -platten. In der Ebene der Zeichnung ist jedoch nur eine Rostplatte 11 dargestellt.

Fast gleiche Platten 12, 13, 14 und 15 sind senkrecht zur Ebene der Platte 11 angeordnet. Alle Platten in der Rostkonstruktion 10 haben wechselseitig in Eingriff stehende Schlitze (in F i g. 1 nicht dargestellt), durch die die ineinandergreifenden Teile miteinander verschränkt werden können, um dadurch eine Reihe von Zellen zu bilden.

Anschläge Il6 und 17 sind in den Längskanten Jer 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 19 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 nach innen zur Mitte einer jeweiligen Zelle vorspringt.

Die Platten 11 bis 15 werden an den Schnittstellen durch Heftschweißen, Löten od. dgl. verbunden, um eine kräftige und starre Konstruktion zu schaffen.

Erfindungsgemäß werden die Ecken der Rostplatte 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 Rostkonstruktion 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 Rostkonstruktion 10 umgibt, hat Anschläge — von denen der Anschlag 24 typisch ist — die dazu verhelfen, die Außen- oder Umfangsreihen der Brennstabe — als Beispiel durch den Brennstab 18 dargestellt - in der Rostkonstruktion 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 allgemeinen rechtwinklig ist. bildet der Streifen 25 rechtwinklige Ekken. Weiterhin werden erfindungsgemäß die Eckenkanten durch schrägliegende Teile 26 abgeschlossen, die sich an einer Ecksicke treffen 27. Wie in F i g. 2 gezeigt, treffen sich diese schrägliegenden Teile 26, um im allgemeinen V-förmige Kanten 30 und 31 zu 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 Reaktorkernzusammenbau oder bei der Neubeschickung ?u verblocken.

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 Stre'fens 34 auf der Rostkonstruktion für das Brennelement 32 steht in Gleitverbindung mit einer Seite des Brennstabs 35, der in dem Brennelement 33 angeordnet ist.

Der Brennstab 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 Rostkonstruktion bilden, erfassen die anliegenden Teile des gegenüberliegenden Rosts. Die Schrägform der Flächen 40 und 40 A spricht auf die Bewegung des Brennelements 32 in Richtung des Pfeiles 37 an, indem sie das Element zwingt, von dem Brennstab 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 Fiuchtung 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.

Ein 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 Rostplatte 46 parallele Längskanten 47 und 50. Die Kante 50 ist in regelmäßigen Abständen durch Schlitze

51 unterbrochen, die in paddeiförmigen Aussparungen

52 enden, welche in der Mitte der Platte 46 ausgebildet sind. Die Schlitze 51 ermöglichen es der Rostplatte 46, mit anderen in Fig.4 nicht dargestellten Rostpiatten verschränkt zu werden, die in bezug auf die Zeichnungsebene senkrecht ausgerichtet sind. Diese Verschränkung ergibt die gewünschte Zellenkonstruktion. Eine vorübergehende Durchbiegung mit Hilfe von Spezialschlüsseln schafft einen genügenden Spielraum, um in F i g. 4 nicht dargestellte Brennstäbe durch die Zellenkonstruktion hindurchzuführen, ohne daß sie 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 F i 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 Ausführungsform, die in der Zeichnung dargestellt ist. Die Anschläge 53 können z. B. auf einer flachen Fläche vorgesehen werden, die nicht gekrümmt worden ist. Im übrigen können die Anschläge in der Mitte von wenigstens einigen der Platten fortgelassen werden, wie in Verbindung mit der Platte 14 in F i g. 1 der Zeichnung gezeigt. Die Platte 46 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 Schrägflächen 57, 60, 61 und 62 verbunden. Diese Schrägflächen bilden stumpfe Winkel mit den entsprechenden angrenzenden Quer- und Längskanten. Das Verhältnis zwischen diesen Flüchen und Kanten ergibt

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

»o nung, um die die Schrägflächen 57 und 60 von der angrenzenden Querkante weglaufen können, etwa gleich der Entfernung sein, um die die Anschläge in die Zellenkonstruktion hineinragen (in F i g. 4 nicht dargestellt). Diese Entfernung ist typisch durch die Höhe ge-

»5 kennzeichnet, mit der die Anschläge 53 die gekrümmten Teile 54 der Platte 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 für ein Kernreaktor-Brennelement, bestehend aus einem Streifen von etwa S gleichmäßiger Breite, der die Rostkonstruktion umgrenzt und mit Anschlägen, die zur Zellenkonstruktion vorstehen, versehen ist, wobei eine erste Anzahl von allgemeinen parallelen, flachen Rostplatten vorgesehen ist von denen jede Querenden auf- *° 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 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- »o 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 zu und weg von dem Streifen (25) verlaufen. »5

2. Rostkonstruktion nach Anspruch 1, 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 gerichteten Vorsprung der Anschläge ist.

3. Rostkonstruktion nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (25) eine im allgemeinen rechtwinklige Konstruktion umfaßt, welche die sich verschränkenden Platten umgibt und ausgebildete V-förmige Eckenkanten (30,31) aufweist.