DE2423501A1 - Brennelement fuer gasgekuehlte kernreaktoren - Google Patents

Description

U-MAi

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,

Werner-von-Siemens-Str.67

VPA 74/9412 Mü/Ant

Brennelement für gasgekühlte Kernreaktoren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennelement für gasgekühlte Kernreaktoren, das aus einer Vielzahl von mit metallischen Hüllrohren versehenen Brennstäben besteht, die durch in verschiedenen axialen Höhen angeordnete Abstandshalter auf Sollabstand gehalten werden. Im Vergleich zu Brennelementen für wassergekühlte Kernreaktoren liegen die Temperaturen der Abstandshaltergitter sowie der Brennstabhüllrohre wesentlich höher, nämlich zwischen 300 und 600⁰C. Diese hohen Temperaturen erlauben in den Abstandshaltergittern nicht mehr wie bei wassergekühlten Kernreaktoren die Verwendung federnder Anlageelemente, vielmehr muß mit festen und starren Anlageelementen ausgekommen werden. Dies bringt unter Umständen sehr große Reibkräfte zwischen den Anlagestellen mit sich, die in Anbetracht der hohen Betriebstemperaturen zu einem Verschweißen führen können. Solche Erscheinungen haben aber erhöhte Belastungen für die Hüllrohre der Brennstäbe im Gefolge, ganz abgesehen davon, daß ein normales Zerlegen von Brennelementen nach dem Einsatz nicht mehr möglich ist. Es stellte sich daher die Aufgabe, derartige Verschweißungen zu verhindern, ohne die grundsätzliche Konstruktion der Abstandshalter zu verändern.

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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die in an sich bekannter Weise aus einem Maschengitter hochkant angeordneter Blechstege bestehenden Abstandshalter, die über starre Anlagee leine nt e auf diesen Stegen bzw. den Hüllrohren mechanisch an den Brennstäben anliegen, so bearbeitet sind, daß von den gegenseitigen Anlageflächen wenigstens eine mit einer aufgerauhten bzw. unterbrochenen Oberfläche ausgestattet ist. Biese Ausgestaltung der einander berührenden Flächen bewirkt, daß sich bei der beispielsweise durch Lastwechsel sowie durch die Brennstabschwingungen infolge der Kühlmittelströmung -verursachten Relativbewegung von Brennstäben und Abstandshaltern in einem Kühlgas.wie z.B. Helium, der dabei unvermeidliche Abrieb nicht mehr zwischen den reibenden Flächen derart lokal festsetzen kann, daß ein gegenseitiges Verkeilen bzw. ein Verschweißen auftritt. Diese spezielle G-eometrie der Reibflächen erlaubt es vielmehr, daß der Materialabrieb zwischen den Erhebungen der Aufrauhungen bzw. in den Vertiefungen der unterbrochenen Oberflächen abgeführt wird. Es genügt dabei, wenn nur eine der aufeinander gleitenden Flächen mit einer derartigen Oberfläche versehen wird.

Zur weiteren Erläuterung dieser Prinzipien sei auf die in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen.

Die Figur 1 zeigt in perspektivischer Ansicht den prinzipiellen Aufbau eines Brennelementes, das aus einer Vielzahl von Brennstäben 2 aufgebaut ist, die in einer Reihe von Abstandshaltergittern 3 aufgenommen sind. Zur Handhabung des Brennelementes dienen Kopf- und Fußstücke 4, die durch besondere hier nicht näher dargestellte Elemente miteinander sowie den Abstandshaltergittern 3 verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform haben die Abstandshalter-Maschen quadratischen Querschnitt.

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Es gibt jedoch auch solche mit sechseckigem Querschnitt, wie z.B. in Figur 5 dargestellt oder auch mit dreieckigem Querschnitt. In den Abstandshaltermaschen dieser Gitter 3 werden nun die Brennstäbe 2 mit Hilfe starrer Anlageelemente zentriert und gehaltert. Querschnitte durch quadratische Abstandshaltermaschen zeigen die Figuren 2 und 3. Dort werden Führungsstollen 22 auf den Brennstabhüllrohren seitlich von Vorsprüngen 32 bzw. 33 der Maschenstege geführt, so daß eine radiale Ausdehnung des Brennstabes, wie sie unter Umständen durch TemperaturSchwankungen oder durch Abbranderscheinungen auftreten können, ermöglicht wird.

In Figur 4 ist eine Draufsicht auf einen derartigen Vorsprung 33 dargestellt, wie er sich aus Blickrichtung IV in Figur 3 ergibt. Die Oberfläche dieses Vorsprunges 33 ist aufgerauht bzw. geriffelt, so daß es mit dem auf dieser Fläche anliegenden Stollen 22 des Brennstabhüllrohres nicht zu einer Verklemmung oder Verschweißung kommen kann. Einen Querschnitt durch die Masche des Abstandshaltergitters gemäß Figur 5 zeigt die Figur 6. Dort liegen die sich von dem Abstandshaltergitter 3 nach innen erstreckenden Vorsprünge 31 direkt auf dem Hüllrohr 21 des Brennstabes 2 an. Der im Inneren des Hüllrohres befindliche Brennstoff 25 ist durch Schraffur angedeutet. In diesem Falle ist die Stirnseite der Vorsprünge 31 mit einer unterbrochenen Oberfläche versehen, wie es in Figur 7 näher dargestellt ist. Diese Figur 7 zeigt in Seitenansicht einen derartigen Vorsprung 31. Er trägt an seiner Stirnseite Querrillen 35, die am einfachsten durch Schneiden eines Gewindes in jeder Masche hergestellt werden. Dies kann bei bereits herausgearbeiteten Stollen 31 erfolgen, jedoch auch bereits in einem Vorstadium der Abstandshalterfertigung. Dort werden beispielsweise in einer massiven Platte zunächst dem Maschengitter entsprechend Bohrungen etwa vom Außendurchmesser der zu halternden Brennstabhüllrohre angebracht und alsdann

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mit einem Gewinde versehen, das beispielsweise bei einem Durchmesser von etwa 9 mm eine Tiefe von 0,6 mm aufweisen kann. Anschließend wird durch Funkenerosion das Material der Platte so abgearbeitet, daß die sechseckigen Hochkantstege mit den daraus nach innen hervorragenden Vorsprüngen übrig bleiben. Selbstverständlich sind auch noch andere Herstellungstechniken möglich. Auch die Aufrauhung an den Stirnseiten bzw. an den Flankenseiten des vorhergehenden Beispieles können auf funkenerοsivem Wege hergestellt werden. Welches Verfahren hierbei das Günstigere ist, hängt von der Konstruktion des Abstandshalters sowie auch ύοώ. dessen Material ab, das normalerweise rostfreier Stahl sein wird. Es sind jedoch auch andere Materialien, wie z.B. Nickellegierungen und Zirkonlegierungen denkbar. Bezüglich des Ausführungsbeispieles nach den Figuren 1 bis 4 sei darauf hingewiesen, daß eine derartige Oberflächengestaltung selbstverständlich auch auf den Stollen 22, die normalerweise mit dem Hüllrohr 21 verlötet oder verschweißt sind, aufgebracht werden kann. In diesen Fällen wird man die Oberflächengestaltung beispielsweise an den noch nicht auf dem Hüllrohr befestigten Stollen anbringen, eine geeignete Methode hierfür wäre beispielsweise das Prägen.

Die hier dargestellten Prinzipien zur Verhinderung des Verschweißens bzw. des Verkeilens aufeinander gleitender Teile sind mit besonderem Vorteil in heliumgekühlten Kernreaktoren anwendbar, da die dort ermöglichten hohen Temperaturen solche Erscheinungen bei glatten aufeinanderliegenden Oberflächen stark begünstigen. Selbstverständlich sind auch andere gasförmige Kühlmittel möglich, wie z.B. COp» bei denen solche Erscheinungen sonst vorkommen können.

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Aus den genannten Beispielen dürfte das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung klar hervorgehen, so daß es dem Fachmann bei Kenntnis dieser Zusammenhänge möglich sein wird, diese auch "bei anderen Atstandshalterkonstruktionen ohne weitere nähere Erläuterungen vorzunehmen.

3 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims (3)

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   Patentansprüche

   Brennelement für gasgekühlte Kernreaktoren, bestehend aus einer Vielzahl von mit metallischen Hüllrohren versehenen Brennstäten, die durch in verschiedenen axialen Höhen angeordnete Abstandshalter auf Sollabstand gehalten werden, dadurch gekennzeichnet,daß die Abstandshalter in an sich bekannter Weise aus einem Maschengitter hochkant angeordneter Blechstege bestehen und über starre Anlageelemente auf diesen Stegen bzw. den Hüllrohren mechanisch an den Brennstäben anliegen und daß von den gegenseitigen Anlageflächen wenigstens eine mit einer aufgerauhten bzw. unterbrochenen Oberfläche ausgestattet ist.
2. 2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterbrochene Oberfläche mit Hilfe der Gewindeschneidtechnik hergestellt ist.
3. 3. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterbrochene Oberfläche mit Hilfe der Funkenerosionstechnik hergestellt ist.

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