DE2423501B2 - Brennelement fuer gasgekuehlte kernreaktoren - Google Patents

Description

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 Höhenlagen angeordnete Abstandshalter in ihrer yo gegenseitigen raumlichen Zuordnung fixiert sind, wobei die Abstandshalter aus einem Maschengitter hochkant angeordneter Blechstege bestehen, und zur Zentrierung der Brennstäbe in diesen Maschen massive, sich in axialer Richtung erstreckende Stollen vorgesehen sind, die entweder mit der Hüllrohroberfläche direkt bzw. mit auf dieser angeordneten etwa gleichartigen Stollen seitlich in Berührung stehen und wobei die in dem Maschengitter befestigten Stollen mit Anlageflächen versehen sind. Im Vergleich zu Brennelementen für wassergekühlte Kernreaktoren liegen die Temperaturen der Abstandshaltergitter sowie der Brennstabhüllrohre wesentlich höher, nämlich zwischen 300 und 600° C. Diese hohen Temperaturen erlauben in den Abstandshaltergittern nicht mehr wie bei wassergekühlt ten Kernreaktoren die Verwendung federnder Anlageelemente, vielmehr muß mit festen und starren Anlageelementen ausgekommen werden. Solche Abstandshalterkonstruktionen sind beispielsweise in den DT-OS 22 14 457 und 17 64 030 sowie in der GB-PS 9 72 101 ausführlich beschrieben. Dies bringt unter Umständen sehr große Reibkräfte zwischen den Anlagestellen mit sich, die in Anbetracht der hohen Betriebstemperaturen zu einem Verschweißen führen können. Damit ergeben sich aber erhöhte Belastungen für die Hüllrohre der Brennstäbe, ganz abgesehen davon, daß ein normales Zerlegen von Brennelementen nach dem Einsatz nicht mehr möglich ist.

Es stellt sich daher die Aufgabe, derartige Verschweißungen zu verhindern, oiine die grundsätzliche Konstruktion der Abstandshalter zu verändern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem eingangs genannten Brennelement erfindungsgemäß darin, daß die Anlageflächen aufgerauht sind bzw. zur Brennstabachse im wesentlichen senkrecht verlaufende Rillen <\< aufweisen. Diese Ausgestaltung der einander berührenden Flächen bewirkt, daß sich bei der beispielsweise durch Lastwechsel sowie durch die Brennstabschwingungen infolge der KühlmittelströmüHg 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 Geometrie der Reibflächen erlaubt es vielmehr, daß der Materialabrieb zwischen den Erhebungen der Aufrauhungen bzw. in den Vert'efungen 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 F '· g. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen.

Die Fig. 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.

Es gibt jedoch auch solche mit sechseckigem Querschnitt, wie z. B. in F i g. 5 dargestellt, oder auch mit dreieckigem Querschnitt. In den Abstandshaltermaschen dieser Gitter 3 werden nun die Brennstäbe 2 mit Hilfo starrer Anlageelemente zentriert und gehaltert. Querschnitte durch quadratische Abstandshaltermaschen zeigen die F i g. 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 u. U. durch Temperaturschwankungen oder durch Abbranderscheinungen auftreten können, ermöglicht wird.

In Fig.4 ist eine Draufsicht auf einen derartigen Vorsprung 33 dargestellt, wie er sich aus Blickrichtung IV in F i g. 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 Fig. 5 zeigt die F i g. 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 F i g. 7 näher dargestellt ist. Diese F i g. 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 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 Vorsprungen 31 übrig bleiben. Selbstverständlich sind auch noch andere Herstellungstechniken möglich. Auch die Aufrauhung an den Stirnseiten bzw. an den Flankenseuen des vorhergehenden Beispieles können auf funkenerosivem Wege hergestellt werden. Welches Verfahren hierbei das Günstigere ist, hängt von de«· Konstruktion des Abstandshalters sowie auch von 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 F ι g. 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

Siollen 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 Kuhlmittel möglich, wie z. B. COi. bei denen solche Erscheinungen sonst vorkommen können.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Brennelement für gasgekühlie Kernreaktoren, bestehend aus einer Vielzahl von mit metallischen Hüllrohren gleichmäßiger Wandstärke versehenen Brennstäben, die durch in verschiedenen axialen Höhenlagen angeordnete Abstandshalter in ihrer gegenseitigen räumlichen Zuordnung fixier« sind, wobei die Abstandshalter aus einem Maschengitte.· hochkant angeordneter Blechstege bestehen, und zur Zentrierung der Brennstäbe in diesen Maschen massive, sich in axialer Richtung erstreckende Stollen vorgesehen sind, die entweder mit der Hüllrohroberfläche direkt bzw. mit auf dieser is angeordneten etwa gleichartigen Stollen seitlich in Berührung stehen und wobei die in dem Maschengitter befestigten Stollen mit Anlageflächen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen aufgerauht sind bzw. zur Brennstabachse im wesentlichen senkrecht verlaufende Rillen aufweisen.