DE2442425A1 - Behaelter fuer kernreaktor-brennelemente - Google Patents
Behaelter fuer kernreaktor-brennelementeInfo
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Description
Patentanwälte
Dlpt.-lnq. p. r :.--■:' son.
Dlpt.-lnq. p. r :.--■:' son.
410-23.154P ■ 5. 9. 1974
Commissariat a !'Energie Atomique, Paris (Prankreich)
Behälter für Kernreaktor-Brennelemente
Die Erfindung betrifft einen Behälter für Kernreaktor-Br enne 1 etn en t e.
Bei leichtwassergekühlten Leistungsreaktoren ist bei
der Spaltzone oder dem Reaktorkern die Anordnung gemäß einem von verschiedenen Bauteilen mit unterschiedlichen
Wirkungsweisen gegebenen Aufbau ausgeführt, deren wesentlichste die Brennelemente, die Absorber und die zum Zusammenhalt der Gesamtanordnung bestimmten Aufbauten sind.
Im allgemeinen ist der Reaktorkern auf einem unteren
Gitterrost befestigt, der mit Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel versehen ist. Die Brennelemente sind durch
Grund-Einheiten oder -bündel aus Platten oder Brennstiften gebildet, die im Reaktorkern vertikal angeordnet und in
Gehäusen befestigt sind, die die mechanische Stütze der
4lO-(B4997.5)-MeBk
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Elemente bilden, und durch Führungen zum Durchtritt des Kühlmittels in jede Grund-Einheit gebildet.
Neutronenabsorbereinheiten sind in bestimmten Lagen zwischen den Grund-Einheiten der Brennelemente gleichmäßig
verteilt, um durch ihr Einführen oder ihr Herausziehen
die Regelung der Kernreaktion zu ermöglichen. In gleicher Weise sind an ausgewählten Stellen notwendige
Meßgeräte zur Überwachung der Wirkungsweise des Reaktors angeordnet und Sicherheitseinrichtungen
zum Einführen von Sicherheitswasser im Fall eines Lecks oder einer Unterbrechung der Umwälzung im Primärkühlkreislauf
vorgesehen, um dadurch die schnelle Aufheizung der Brennelemente bei einer derartigen Möglichkeit
zu verhindern. Bei derartigen herkömmlichen Anordnungen sind die Aufbauten, die den Zusammenhalt
der Gesamtanordnung ermöglichen, durch mit den Brennelement-Grund-Einheiten fest verbundene Gehäuse gebildet.
Die Gehäuse werden vom unteren Gitterrost des Reaktors getragen und sind so nebeneinander angeordnet,
daß zwischen ihnen kleine Spalte zum Führen von Steuerstäben bestehen. Die Meßgeräte, die elektrisch mit dem
Reaktoräußeren verbunden sind, sind an im Inneren jedes Brennelementgehäuses vorgesehenen Stellen angeordnet.
Der Hauptnachteil dieser Anordnungen liegt darin, daß die Brennelementelnheiten fest mit den Gehäusen
verbunden sind, in denen sie eingesetzt sind. Um nun in diesem Fall das Ein- und Ausbringen einer Grund-Einheit
durchzuführen, ist es notwendig, die in dieser Einheit angebrachten Meßgeräte auszubauen und die Ge- ■
samtanordnung aus den verwendeten Brennelementeinheiten und den Gefäßen auszubringen, die nun ebenfalls als
"verbrannt" oder verloren zu betrachten sind und so behandelt werden müssen, als ob sie tatsächlich verwendet
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wurden, was einen nicht vernachlässigbaren wirtschaftlichen Verlust darstellt.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Behälter für Kernreaktor-Brennelemente zu schaffen, der die verschiedenen
Nachteile überwindet und der im Notfall eine Einführung eines Sicherheitskühlmittels unter außergewöhnlich
günstigen Bedingungen ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mehrere identische, prismatische Module, in deren
Innerem mindestens ein mit dem Modul nicht fest verbundenes Brennelementbündel vertikal angeordnet ist,
wobei Wände der Module mit einer Führung für Steuerstäbe, einer Sicherheitskühlmittel-Versorgungseinrichtung
und einer Meßgeräte-Positioniereinrichtung versehen sind.
Vorzugsweise ist jede Seite eines Moduls zwei benachbarten
Modulen gemeinsam und der Aufbau durch die Verbindung von die Seiten der Module bildenden ebenen
Wänden gebildet.
Dabei ist es vorteilhaft, daß der Modul als rechtwinkliges Parallelepiped mit quadratischer Grundfläche
ausgebildet ist, und daß die die Seiten des Moduls bildenden ebenen Wände untereinander durch eine Schwalbenschwanzverbindung
verbunden sind. Diese sehr handliche Anordnung gestattet different!eile (Wärme-) Dehnungen
des Aufbaus und dessen leichte mögliche Zerlegung.
Weitere Vorteile bringt es, daß die Führung für· Steuerstäbe durch eine in der Wanddicke angebrachte Ver-
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tiefung über die ganze Höhe der Wand gebildet ist. Dabei
ist es vorzuziehen, daß die Sicherheitskühlmittel-Versorgungseinrichtung
durch in den Wänden des Moduls verteilte öffnungen gebildet ist, die den Austritt des
Sicherheitskühlmittels ermöglichen, das in der Dicke der Wände zugeführt ist. Darüber hinaus ist es zweckmäßig,
daß die Meßgeräte-Positioniareinrichtung durch in der Dicke der Wände des Moduls vorgesehene Räume
gebildet ist, die mit Austrittsöffnungen für das Sicherheit skühlmi tt el versehen sind.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Reaktorkerns
ist es gemäß der Erfindung vorzuziehen, daß die Module Parallelepipede mit quadratischem Querschnitt
sind und je vier Brennelementbündel mit quadratischem
Querschnitt umfassen, die aus parallelen Platten gebildet sind, die an einer der Seiten der Module durch angeschweißte,
an verschiedenen Stellen angebrachte Kammstücke gehalten sind, wobei die Platten eines Bündels zu denen
des benachbarten Bündels senkrecht ausgerichtet sind, das an der gleichen Seite des gleichen Moduls angrenzt,
und zu denen des Bündels gleich ausgerichtet sind, das ihm in dem benachbarten Modul gegenüberliegt. Dabei
bringt es weitere Vorteile, wenn der Parallelepiped-Modul
mit quadratischem Querschnitt durch die Anordnung von identischen ebenen Wänden gebildet ist, die die Seiten
des Moduls bilden, wenn jede ebene Wand entlang der gesamten Höhe abwechselnd die Führung für Steuerstäbe über
einem Abschnitt der Wand enthält, der einem Brennelementbündel gegenüberliegt, dessen Plattenausrichtung parallel
zur Wand ist und die Sicherheits-KUhlmittel-Versor-
und
gungseinrichtung/die Meßgeräte-Positioniereinrichtung über einem Abschnitt der Wand enthält, der einem Brennelementbündel gegenüberliegt, dessen Plattenausrichtung senkrecht zur Wand .ist, und wenn die ebenen Wände durch eine Schwalbenschwanzverbindung so miteinander
gungseinrichtung/die Meßgeräte-Positioniereinrichtung über einem Abschnitt der Wand enthält, der einem Brennelementbündel gegenüberliegt, dessen Plattenausrichtung senkrecht zur Wand .ist, und wenn die ebenen Wände durch eine Schwalbenschwanzverbindung so miteinander
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verbunden sind, daß an ihren Verbindungspunkten in einer ersten Richtung zwei Wände der Module, deren
jede mit einer Führung für Steuerstäbe versehen ist, und in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten
Richtung zwei Wände der Module, deren Jede mit einer Sicherheitskühlmittel-Versorgungseinrichtung versehen
ist, sich gegenseitig verlängern.
Ein derartiger Aufbau des Reaktorkerns ermöglicht das gleichzeitige Erreichen verschiedener Vorteile,
insbesondere:
die Möglichkeit des Ein- und/oder Ausbringens der Brennelemente ohne Zerlegen des Aufbaus zur Lagerung
der Reaktor-Brennelemente, der aber trotzdem, falls notwendig, leicht zerlegt werden kann wegen seines
einfachen Aufbaus aus eng aneinanderstoßenden Wänden,
die über ein Schwalbenschwanzsystem miteinander verbunden
sind;
die Möglichkeit des Ein- und/oder Ausbringens der Brennelemente ohne die Steuerstäbe, die Sicherheitskühlmittel-Versorgungseinrichtungen
oder die Meßgeräte zu berühren;
die gute Widerstandsfähigkeit des Aufbaus gegenüber differentiellen Wärmedehnungen, ebenfalls wegen des
Schwalbenschwanzsystems;
eine sehr gute Wirksamkeit der Versorgungseinrich-. tung zum Einführen des Sicherheitskühlmittels, weil
dieses Einführen gleichmäßig über die gesamte Höhe des Reaktorkerns und parallel zu den Brennstoffplatten
jedes Brennelements erfolgt.
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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen
Zentralbereich eines Reaktorkerns eines leichtwassergekühlten Kernreaktors gemäß
der Erfindung,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Moduls für Brennelemente gemäß der Erfindung,
Fig. 3 einen Schnitt AA in Fig. 2 mit einem Umwälzkanal
für ein Sicherheitskühlmittel, der Anbringung einer Meßsonde in der Wand eines Moduls und ihr Kühlmittelversorgungssystem.
Im einzelnen ist der in Fig. 1 dargestellte Reaktorkern aus identischen Modulen gebildet, von denen lediglich
vier Module A, B, C, D dargestellt sind.
Jeder Modul A, B, C, D ist, wie der Modul C, ein rechtwinkliges Parallelepiped mit quadratischem Querschnitt
und enthält vier Brennelementbündel oder -einheiten mit quadratischem Querschnitt. Die Brennelementbündel
sind aus zueinander parallel angeordneten Brennst off platt en 1 gebildet, die am Kopfende und am Fußende
der Einheit in (nicht dargestellte) herkömmliche Endstücke eingebaut sind. Zwischen den beiden Enden sind
die Platten 1 untereinander nur durch Kammstücke 2 ge-. halten, die in verschiedenen Höhenlagen der Einheit
und daran angeschweißt angebracht sind.
Jedes Brennelementbündel ruht auf einem Reaktorboden-Gitterrost 14, der von z.B. runden Öffnungen j5 zum Durchtritt
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des Kühlmittels durchsetzt ist, die so verteilt sind,
daß eine einzige öffnung 3 jedem Modul zugeordnet und
in seiner Mitte angeordnet ist. Die Brennstoffplatten
sind vertikal angeordnet, damit das Kühlmittel leicht dazwischen abfließen kann, und sind parallel oder
senkrecht zu einer Seite des Moduls ausgerichtet, gemäß der von dem Brennelementbündel in dem Modul eingenommenen
Stelle.
Vorzugsweise sind die Brennelementeinheiten im Inneren eines Moduls so angeordnet, daß die Brennstoffplatten
1 zweier benachbarter Brennelementeinheiten senkrecht zueinander ausgerichtet sind; andererseits
ist bei zwei sich diagonal gegenüberliegenden Brenn- ; elementeinheiten des gleichen Moduls die Ausrichtung
der Platten 1 gleich. Das ist durch die in dem Modul C der Fig. 1 angeordneten vier Brennelementbundel C,, CUj
C, und C^ wiedergegeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform sind die Kopfenden der Einheiten mit Führ- und Ausrichtmitteln
versehen, die der Handhabung und der Beförderung der Einheiten in ihrem Modul dienen.
Die Gesamtanordnung der vier Module A, B, C, D,
wird durch die Baueinheit 20 definiert, die durch die Verbindung vertikaler, zu einander senkrechter Wände
gebildet ist, die die Höhe des Reaktorkerns besitzen und mittels (nicht dargestellter) Bolzen am Reaktorboden-Gitterrost
l4 befestigt sind. Jede vertikale Wand 6 des Bauteils 20 bildet eine gemeinsame Wand für
zwei benachbarte Module und ist an ihren beiden Enden mit benachbarten Wänden über eine Schwalbenschwanzverbindung
7 verbunden um ein dichtes Gehäuse zu bilden,
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das einen Modul A, B, C, D definiert.
Das den Modul A bildende Gehäuse umschließt ebenso vier Bündel aus (nicht dargestellten) Brennstoffplatten,
die in dem Modul A in identischer Weise wie im Modul C angeordnet sind, und zwar so, daß die Platten 1 und lf
der Module C bzw. A, die sich gegenüberliegen und beiderseits der gemeinsamen Wand β des Bauteils 20 angeordnet
sind, die gleiche Ausrichtung besitzen.
Für die Verbundanordnung der stets identischen Module wird auf diese Weise ein Aufbau erhalten, bei dem jeder
Modul von dem benachbarten isoliert ist und vier unabhängige Brennelementbündel enthält. Durch die Schwalbenschwanzverbindung
7 werden die differentiellen Wärmedehnungen
zwischen den Bauteilen 20 dieser Anordnung leicht absorbiert durch Gleiten in Höhe der Berührungsstellen ohne Vergrößerung oder Verminderung des Spiels
beim Zusammenbau.
Bei jedem Modul A, B, C, D sind die Wände β der Bauteile
20 gemäß der Erfindung so ausgeführt, um als Führung zum Einführen des Sicherheitskühlmittels zu dienen
und sind ebenso mit Räumen zum Aufnehmen von Meßgeräten versehen.
Zu diesem Zweck besitzt jede vertikale Wand 6, die eine der Seiten der Bauteile 20 bildet, zwei Längsabschnitte
8 und 9 gleicher Länge, die mit verschiedenen Einrichtungen versehen sind, um die verschiedenen Wirkungsweisen
erfüllen zu können. Jeder Abschnitt 8 nimmt die Breite eines Brennelementbündels ein, dem es gegenüber
liegt und ist an dem Abschnitt der vertikalen Wand 6 ange-
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ordnet, der einem Brennelementbündel mit zu dieser Wand parallelen Brennstoffplatten 1 entspricht. In gleicher
Weise nimmt jeder Abschnitt 9 die Breite eines
Brennelementbündels ein und liegt einem Bündel aus zu diesem Wandabschnitt 9 senkrechten Platten 1 gegen- .
über.
Um diese Lage der Abschnitte 8 und 9 gegenüber dem Brennelementbündel einzunehmen, die ihnen in
allen Modulen des Reaktorkerns gegenüberliegen, sind die vertikalen Wände 6 so ausgebildet, daß an jedem
Verbindungspunkt 7 zwischen vier vertikalen Wänden 6 zwei Wandabschnitte 9 an diesem Verbindungspunkt 7
benachbart sind und sich gegenseitig verlängern, und in gleicher V/eise zwei Wandabschnitte 8 an diesem Verbindungspunkt
7 benachbart sind und sich senkrecht dazu gegenseitig verlängern.
In der Pig. 2 sind die gleichen Bezugszeichen für die Wandabschnitte 8 und 9 angegeben, die hier an zwei
verschiedenen Seiten des Bauteils 20 angegeben sind.
Der Wandabschnitt 8 ist mit einer Vertiefung 10 versehen, die in der Dicke und entlang der gesamten Höhe ausgespart
ist. Diese Vertiefung 10 dient als Führung einer bewegbaren Absorberplatte 11, z.B. aus Hafnium, die von
im oberen Teil des Reaktors angeordneten Steuereinrichtungen bewegt wird.
Der Wandabschnitt 9 ist in davon unterschiedlicher Weise aufgebaut, um die Einführung des Sicherheitskühlmittels
zu ermöglichen und das Einbringen der zur Durchführung von Messungen notwendigen Geräte zu erlauben,
wie zur Neutronenmessung, Durchflußmessung, Temperaturmessung usw.
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Er enthält zu diesem Zweck mehrere in dem Wandabschnitt 9 selbst ausgebohrte vertikale Leitungen 15
(Fig. 2 und 3)» von denen jede über horizontale Leitungen
16 in verschiedenen Höhenlagen des Abschnitts 9 mit in dem vertikalen Wandabschnitt 9 ausgeführten
Öffnungen 12 in Verbindung steht. Die Versorgung mit SicherheitskUhlmittel, insbesondere Wasser, für die
Leitungen 15 ist für alle parallelen Leitungen 15 einer Wand bzw. eines Wandabschnitts 9 durch einen Wassertank
13 erreicht, der auf dem unteren Gitterrost 14 des Reaktors befestigt ist und über einen Rohransatz
versorgt wird, der aus dem unteren Gitterrost 14 hervorragt.
Zu diesem Zweck mündet gemäß Fig. 3* jede
Leitung 15 bei 18 in den Wassertank 13. Bei dem in Fig. 3 dargestellten AusfUhrungsbeispiel dienen bestimmte
Kanäle oder Leitungen 15 dem Einbringen von Meßgeräten, so bildet z.B. die Leitung 15a einen
Durchtritt für einen Draht 19 eines (nicht dargestellten) Thermoelements. Die Sicherheitskühlmittel-Einführung
erfolgt unter außergewöhnlich guten Bedingungen wegen der ausgerichteten Brennstoffplatten-Bündel in
jedem Modul, was ein Besprengen der gesamten Oberfläche der Platten garantiert. Jedes Brennstoffplatten-Bündel
liegt nämlich einer Wand gegenüber, die mit Öffnungen versehen ist, und die Platten des Bündels sind immer
senkrecht zu dieser Wand ausgerichtet, was das Strömen des eingeführten Kühlmittels zwischen den Platten erleichtert.
Bei einem Eingreifen auf die im Inneren einer Moduleinheit angeordneten Brennelemente ist es nicht notwendig,
die Meßgeräte und die Steuerstäbe zu entfernen, da sie in festen Wänden des Behälters angeordnet sind, die nicht
fest mit den BrennelementbUndeln verbunden sindo
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Dabei sind viele Vorteile eines solchen Aufbaus des Reaktorkerns feststellbar. Die Gesaratanordnung
der Module ist durch die Anordnung von stets identischen Teilen gebildet, die leicht zerlegbar sind, da
sie nur durch Bolzen am unteren Gitterrost des Reaktors befestigt sind und daher bei einer Zerstörung ausgewechselt
werden können.
Andererseits erlaubt die Art der geschickten Aufteilung des Aufbaus der Module und der Brennelementbündel
das zweckmäßigste Funktionieren bei zwei benachbarten Modulen. Ebenso dient jedes Teil, das mit
Si cherhei tskühlmi ttel-Versorgungseinrichtungen versehen
ist, dem Besprengen der Brenhstoffplatten zweier benachbarter Module unter den günstigsten Bedingungen,
da die Platten senkrecht zur Wand ausgerichtet sind.
Ebenso wird bei dieser Anordnung jedem Brennbündel die Nachbarschaft eines Steuerstabs, einer Sicherheitskühlmittel-Versorgungseinrichtung
und einer Unterbringung für Meßgeräte garantiert.
Darüber hinaus läßt diese Anordnung nur Verbrennung der Brennbündel zu, unter Ausschluß der anderen Bauteile
des Reaktorkerns, was eine bedeutende Abnahme der Kosten des Brennzyklus hervorruft.
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Claims (9)
- - 12 Patentansprüche( 1.J Behälter für Kernreaktor-Brennelemente, g e -Ve η η ζ ei c h net durch mehrere identische,(a,B, C, D)prismatische Module^ in deren Innerem mindestens ein mit dem Modul (A, B, C, D) nicht fest verbundenes Brennelementbündel (C1, C2, C-,, C^) vertikal angeordnet ist, wobei Wände der Module (A, B, C, D) mit einer Führung für Steuerstäbe (11), einer Sicherheitskühlmittel-Versorgungseinrichtung und einer Meßgeräte-Positioniereinrichtung versehen sind.
- 2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wand eines Moduls (A, B, C, D) zwei benachbarten Modulen (A, B, C, D) gemeinsam ist.
- j5. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Module (A, B, C, D) durch die Verbindung ebener Wände (6) gebildet sind, die jeweils eine Seite eines Moduls (A, B, C, D) bilden, wobei jede ebene Wand (6) zwei benachbarten Modulen (A, B, C, D) gemeinsam ist.
- 4. Behälter nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der Modul .(A, B, C, D) als rechtwinkliges Parallelepiped mit quadratischer Grundfläche ausgebildet ist, und daß die die Seiten des Moduls (A, B, C, D) bildenden ebenen Wände (6) untereinander durch eine Schwalbenschwanzverbindung (7) verbunden sind.
- 5. Behälter nach Anspruch J> oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung für Steuerstäbe (11) durch eine in509811/0359der Wanddicke angebrachte Vertiefung (10) über die ganze Höhe der Wand (6) gebildet ist.
- 6. Behälter nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitskühlmittel-Versorgungseinrichtung durch in den Wänden (6) des Moduls (A, B, C, D) verteilte öffnungen (12) gebildet ist,/den Austritt des Sicherheitskühlmittels ermöglichen, das in der Dicke der Wände (6) zugeführt ist.
- 7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgeräte-Positioniereinrichtung durch in der Dicke der Wände (6) des Moduls (A, B, C, D) vorgesehene Räume (15a) gebildet ist, die mit Austrittsöffnungen (12) für das Sicherheitskühlmittel versehen sind.
- 8. Behälter nach einem der Ansprüche 1-7* dadurch gekennzeichnet, daß die Module (A, B, C, D) Parallelepipede mit quadratischem Querschnitt sind und je vier Brennelementbündel (C., Cp, C-,, Ch) mit "quadratischem Querschnitt umfassen, die aus parallelen Platten--(I) gebildet sind, die an einer der Seiten der Module (A, B, C, D) durch angeschweißte, an verschiedenen Stellen angebrachte Kammstücke (2) gehalten sind, wobei die Platten (l) eines Bündels (C1, Cg, C-,, C^) zu denen des benachbarten Bündels (C1, C2, C^,, Cu) senkrecht ausgerichtet sind, dasan der gleichen Seite des gleichen Moduls (A, B, C, D) angrenzt, und zu denen des Bündels gleich ausgerichtet sind, das ihm in dem benachbarten Modul (A, B, C, D) gegenüberliegt.
- 9. Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelepiped-Modul (A, B, C, D) mit quadratischem Querschnitt durch die Anordnung von identischen ebenen Wänden (6) gebildet ist, die die Seiten des Moduls (A,B,C,D) bilden,509811/0359~ J. T" "■daß jede ebene Wand (6) entlang der gesamten Höhe abwechselnd die Führung für Steuerstäbe (11) über einem Abschnitt (8) der Wand (6) enthält, der einem Brennelementbündel (C1, Cp, C75, C1.) gegenüberliegt, dessen Plattenausrichtung parallel zur Wand (6) ist und die
Sicherheits-Kühlmittel-Versorgungseinrichtung und die Meßgeräte-Positioniereinrichtung über einem Abschnitt (9) der Wand (6) enthält, der einem Brennelementbündel
(C-, C2, C75, Ch) gegenüberliegt, dessen Plattenausrichtung senkrecht zur Wand (6) ist, unddaß die ebenen Wände (6) durch eine Schwalbenschwanzverbindung (7) so miteinander verbunden sind, daß an ihren Verbindungspunkten in einer ersten Richtung zwei Wände (6) der Module (A, B, C, D), deren jede mit einer Führung für Steuerstäbe (11) versehen ist, und in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung zwei Wände (6) der Module (A, B, C, D), deren jede mit einer Sicherheits-Kühlmittel-Versorgungseinrichtung versehen ist, sich gegenseitig verlängern.509811/0359
Applications Claiming Priority (1)
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SE (1) | SE411405B (de) |
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1973
- 1973-09-06 FR FR7332190A patent/FR2243495A1/fr active Granted
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1974
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---|---|---|---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |