DE2345954C2 - Kernreaktor-Brennelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktor-Brennelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Früher wurden die Rohre, die gewöhnlich als Steuerstabführungsrohre dienen, aus rostfreiem Stahl und die Haltegitter aus einer Hochtemperatur-Nickellegierung hergestellt, und da diese beiden Metallwerkstoffe ähnliche Eigenschaften besaßen, konnten die Rohre durch einfaches Schweißen mit den Haltegittern verbunden werden. Da aber rostfreier Stahl einen verhältnismäßig hohen Neutronenverlust verursacht, wurden später die Rohre aus einer Zirkoniumlegierung mit geringem Neutroneneinfangquerschnitt hergestellt, was aber zur Folge hatte, daß die Verbindung dieser Rohre mit den Haltegittern wegen der nun unähnlichen Metalle nicht mehr durch Schweißen möglich war.

Aus der DE-OS 20 23 587 ist es bekannt, zur Bewältigung dieses Problems kurze Muffen aus rostfreiem Stahl auf die Haltegitter aufzulöten und durch formschlüssige Verbindungsmaßnahmen eine axial unverschiebliche Verbindung zwischen diesen Muffen und den Rohren herzustellen. Diese bekannte Verbindungsherstellung bedingt jedoch sowohl eine umständliche und aufwendige Fertigung als auch Nachteile hinsichtlich einer relativ ungehinderten Kühlmitteldurchströmung.

Aus der DE-OS 20 23 587 ist aber außerdem eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs bekannt, gemäß welcher in die betreffenden Gitteröffnungen eingesetzte und die Rohre aufnehmende Hülsen vorgesehen sind, deren Außendurchmesser größer als die lichte Gitteröffnungsweite ist und die an ihrem Umfang der Gitterstreifenhöhe entsprechende Längsschlitze aufweisen, weiche als Vertiefungen des Außenumfangs der Hülse zur Aufnahme der die Gitteröffnung begrenzenden Gitterstreifen dienen. Um die an ihren beiden Enden einen die lichte Gitteröffnungsweite übersteigenden Außendurchmesser aufweiserde Hülse in die betreffende Gitteröffnung einzuführen, muß allerdings die Hülse zunächst leicht verformt und anschließend wieder in ihre ursprüngliche Form gebracht werden. Die Verbindung zwischen Rohr und Hülse erfolgt dabei durch Sickenverbindungen. Auch diese bekannte Möglichkeit ist wegen der Notwendigkeit der zweimaligen Hülsenverformung im Zuge ihre Einbaus in das Haltegitter ziemlich fertigungsaufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kernreaktor-Brennelement der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß eine konstruktiv einfache, aber dauerhafte, axial unverschiebbare Verbindung zwischen den aus verschiedenen, miteinander nicht schweißbaren Metallwerkstoffen bestehenden Haltegittern und Rohren möglich ist

Diese Aufgabe wird bei einem Brennelement der in Rede stehenden Gattung gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebene Anordnung ge'öst

Die konstruktiv sehr einfache, dabei aber sehr zweckmäßige rastbare Verbindung der Hülse mit dem Haltegitter bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ermöglicht eine fix und fertige Herstellung der Haltegitter vor der Zusammenmontage von Haltegittern und Rohren, so daß einerseits eine zweckmäßige und wirtschaftliche Fertigung der Haltegitter jeweils für sich allein und anschließend eine schnelle und sehr einfache Montage des Gerüsts des Brennelements durch Zusammenstecken von Haltegittern und Rohren erfolgen kann.

Ein AusJührungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend jnter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehr im einzelnen erläutert, in denen zeigt

F i g. 1 in perspektivischer Darstellung ein Brennelement,

F i g. 2 in isometrischer Ansicht einen Haltegitterausschnitt des Brennelements gemäß F i g. 1 mit einer darin eingesetzten Hülse,

F i g. 3 die Hülse gemäß F i g. 2 in einer Seitenansicht, F i g. 4 einen Hülsenquerschnitt in der Ebene IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 einen Hülsenquerschnitt in der Ebene V-V in Fig.4,und

F i g. 6 im Längsschnitt die Verbindung zwischen der in das Haltegitter eingesetzten Hülse und einem Rohr.

Fig. 1 zeigt eil, Brennelement mit einem Kopfstück 10 und einem Fußstück 11, die durch eine Anzahl von Rohren 12 miteinander verbunden sind. Außerdem weist das so gebildete Gerüst des Brennelements mehrere Haltegitter 13 auf, die entlang der Rohre 12 in Abständen angeordnet sind und der seitlichen Abstützung einer Vielzahl von Brennstäben 14 dienen.
Jedes Haltegitter 13 besteht aus mehreren Giuerstreifen 16, die, wie Fig.2 zeigt, einander rechtwinklig kreuzen und so eine Vielzahl von Gitteröffnungen bilden. Die Giuerstreifen 16 sind mit einstückig angeformten Blattfedern 26 versehen, die an den Brennstäben 14 anliegen.

Die Rohre 12 dienen als Führungsrohre für Steuerstäbe 27.

Die Rohre 12 bestehen aus Zircaloy, einer Zirconiumlegierung, während die Giuerstreifen 16 aus Inconel, einer Nickellegierung, bestehen. Da die Giuerstreifen 16 und die Rohre 12 aus diesen verschiedenartigen Metallen bestehen, würden metallurgische Verbindungsmethoden, wie Schweißen oder Löten, spröde Verbindungsstellen ergeben.

Daher wird eine Hülse 15 aus Zircaloy gemäß F i g. 3 in die entsprechende Gitteröffnung des Haltegitters 13 eingeschoben, wie dies aus F i g. 2 hervorgeht. Die Hülse 15 ist etwas länger als die Höhe der Giuerstreifen 16, so

daß ein Teil der Hülse 15 oben und unten über das Haltegitter 13 herausragt In die Hülse 15 sind, wie aus Fig.5 ersichtlich ist, im rechten Winkel zueinander Längsschlitze 17 eingeschnitten, deren Länge der Höhe der Gitterstreifen 16 entspricht Beim Einschieben der Hülse in die entsprechende Gitteröffnung gelangen die oberen und unteren Ränder 18 bzv< 19 dieser Längsschlitze 17 in Eingriff mit den oberen und unteren Kanten der Gitterstreifen 16. Auf diese Weise wird die Hülse 15 durch das Haltegitter 13 axial festgeklemmt Dazu ist der Außeirdurchmesser der Hülse 15 größer als die lichte Gitteröffnungsweite. Dadurch wird auch ein Verdrehen der Hülse in der Gitteröffnung verhindert

Wie aus den F i g. 1 und 4 ersichtlich ist, sind zwei der vier Längsschlitze 17 bis zum oberen Rand der Hülse 15 durchgeschnitten und bilden so axiale Schlitze 20. Durch die Schlitze 20 läßt sich die Hülse 15 bei der Montage elastisch zusammendrücken und rastet beim Einschieben in das Haltegitter in diesem ein, wonach sie in der betreffenden Gitteröffnung fest veranker. ist

„g Die fertige Gitter-Rohr-Verbindung ist in F i g. 6 ge-"iftzeigt. Ein Rohr 12 ist in eine im Haltegitter 13 eingera-

;>| stete Hü!se 15 eingeschoben und durch eire metallurgi-

*j sehe Verbindung, beispielweise durch Punktschweißen 21, mit den über das Haltegitter hinausragenden Teilen der Hülsen 15 verbunden. Eine Schweißverbindung ist

ν hier möglich, da beide Bauteile aus derselben Zirconi-

' ίί umlegierung, nämlich Zircaloy, bestehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

45

60

•5

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kernreaktor-Brennelement, dessen Brennstäbe von einem Gerüst gehalten werden, das mehrere zu den Brennstäben parallele Rohre und mehrere, axial versetzt angeordnete Haltegitter umfaßt, die jeweils aus sich kreuzenden Gitterstreifen aufgebaut sind und Gitteröffnungen zur Aufnahme der Brennstäbe und der Rohre aufweisen, wobei zur axial festen Verbindung der Rohre mit den Haltegittern in die betreffenden Gitteröffnungen eingesetzt, die Rohre aufnehmende Hülse dienen, welche einen die lichte Weite der Gitteröffnungen übersteigenden Außendurchmesser und mehrere in Höhe der Gitteröffnung befindliche, der Höhe der Gitterstreifen entsprechende Längsschlitze zum Einrasten der die Gitteröffnung begrenzenden Giuerstreifen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Längsschlitze bis zu einem Hülsenende reicht, derart, daß die Hülse dadurch elastisch zusammendrückbar und mit dem betreffenden Ende voraus in die Gitteröffnung einführbar ist, und daß Hülse und Rohr metallurgisch miteinander verbunden sind.