DE2552898C3 - Abstandshaltern»! für ein Kernreaktorbrennelement - Google Patents

Description

35

Die Erfindung betrifft einen Abstandshalterrost für ein Kernreaktorbrennelement, bestehend aus einer Anzahl von zueinander rechtwinklig angeordneter flacher, hochkam stehender, ineinander greifender Blechstreifen, die ein zweidimensionales Muster von quadratischen Zellen zur Aufnahme und Stabilisierung der Kernbrennstäbe bilden, deren Längsachsen senkrecht zu den Längsachsen der Zellenwände ausgerichtet sind, wobei jede Zellenseitenwand mindestens eine Warze aufweist, die in das Innere der Zelle vorspringt und an welche der in die Zelle eingesetzte Kernbrennstab anliegt und wobei mindestens eine wellenförmige Ausprägung in jeder Seitenfläche eine Zelle mit Abstand von der Warze ausgebildet ist (vgl. die DE-OS 45 878).

Nach einem längeren Betrieb eines Kernreaktors ist ein Teil des Kernbrennstoffes innerhalb der Brennelemente verbraucht, so daß diese aus dem Kern entfernt und durch frische Brennelemente ersetzt werden müssen.

Obwohl diese neu einzusetzenden Brennelemente bei einer »Kernneubeschickung« die neuesten technischen Fortschritte und Verbesserungen enthalten sollen, müssen sie dennoch den nuklearen, thermischen und hydraulischen Eigenschaften der älteren Brennelemente entsprechen, die ersetzt werden. Das Problem der Ersetzung des ausgebrannten Kernbrennstoffes durch neue Brennelemente wird dadurch erschwert, daß möglicherweise der Lieferant der Kernneubeschickung nicht unbedingt der Hersteller der Brennelemente ist, die ersetzt werden müssen. Unter solchen Umständen ist es häufig sogar schwieriger, den betrieblichen Merkmalen der Brennelemente zu entsprechen, die auf ganz anderen konstruktiven Grundsätzen beruhea

In den meisten Fällen sind die Brennstäbe bei einem gegebenen Brennelement innerhalb quer liegender Brennelement-AbstandshalteriOste angeordnet. Diese umfassen eine Anzahl zueinander rechtwinklig angeordneter flacher, hochkam stehender, ineinander greifender Blechstreifen, die einzelne Zellen bilden. Innerhalb dieser Zellen werden die Brennstäbe aufgenommen. Dabei weisen die Zellenseitenwände Warzen auf, die aus den Platten vorstehen und die benachbarten Flächen der Brennstäbe gegen die hydraulischen und thermischen Kräfte abstützen, denen die Brennstäbe während des Betriebes des Reaktors ausgesetzt sind.

Infolgedessen sieht sich der Brennelement-Lieferant, der eine Reaktoren-Neubeschickung vornehmen soll, der Aufgabe gegenüber die hydrodynamischen Eigenschaften der verbrauchten Brennelemente denjenigen der Ersatzelemente anzupassen. Die Lösung der Aufgabe wird dann besonders schwierig, wenn die Druckverluste des Reaktorkühlmittels in den älteren Brennelementen größer sind als die Druckverluste in den neu einzusetzenden Brennelementen.

In der Praxis wurde festgestellt, daß der schwächste Punkt der Zellenkonstruktion in den Ecken liegt, die durch die ineinandergreifenden Platten gebildet werden. Durch diese entsteht der zusätzliche Nachttil, daß sie örtliche Kühlmittel-Fließbedingungen soweit stören, daß »heiße Stellen« oder kleine Bereiche sehr hoher Temperaturen gebildet werden, die auf eine Kühlmittelblockierung zurückzuführen sind.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Abstandshalterrost für ein Kernreaktorbrennelement zu schaffen, das nicht nur stabil ist, sondern auch eine einwandfreie Kühlmittelströmung durch die Zellen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Wellenberge und -Täler der wellenförmigen Ausprägung aus der Fläche der Zellenwand weniger als die Warzen vorspringen, derart, daß ein Abstand zwischen der Ausprägung und der Oberfläche des Kernbrennstabes entsteht.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung weisen Wellungen in den Seitenwandungen des Abstandshalterrostes ausgebuchtete Vorsprünge in Richtung auf die Kernbrennstäbe auf, die zwischen sich Wellentäler einschließen, die unterhalb der Höhe der Warzen bzw. oberhalb der Höhe de- Warzen, in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen, eingepreßt sind.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, die hydrodynamischen Eigenschaften und Festigkeitseigenschaften eines Kernreaktor-Brennelementes den entsprechenden Eigenschaften irgendeines verbrauchten Kernreaktor-Brennelementes anderer Konstruktion anzupassen. Diese Anpassung wird erfindungsgemäß in einer Weise erzielt, die keine zusätzlichen parasitären Materialien in den Reaktorkern einführt und darüber hinaus die Abstandshalterrost-Konstruktion zusätzlich verstärkt.

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

F i g. 1 eine Vorderansicht auf einen Teil eines Abstandshalterrostes,

Fig. 2 eine Seitenansicht entlang der Linie 2-2 der F i g. I in Richtung der Pfeile, und

I· i g. 3 eine Draufsicht auf eine einzelne Brennelement-Zelle, die aus mehreren Blechstreifen gebildet ist.

In Fi g. 1 ist eine Vorderansicht einer Brennelement-Zellenwand 10 zur Verwendung in einem Abstandshalterrost gezeigt. Die Zellenwand 10 ist ein im allgemeinen flacher Blechstreifen aus Nickelstahl und weist Warzen 11, 12 auf, die von der Oberfläche der Zellenwand 10 an entgegengesetzten Zellen wand-Kanten 13,14 vorspringen. Die Warzen 11, IZ ragen aus der Ebene der Zeichnung heraus in einer Richtung, die von dem Betrachter abgewendet ist In der Mitte der Zellen wand 10 ist, wie es deutlicher aus Fig. 2 zu ersehen ist, eine weitere Warze 15 angeordnet, die jedoch aus der Ebene der Zeichnung der F i g. 1 in Richtung auf den Betrachter hervorragt, wie es aus der Fig.2 deutlicher zu sehen ist. Die Warzen U, 12 sind somit in einer Richtung, die Warzen 15 in der anderen Richtung aus der Zellenwand herausgebogen, wobei die Warze 15 auf einem flachen V-Stück 16, das in die Zellenwand 10 eingepreßt ist, liegt

Gemäß der Darstellung in den F i g. 1 und 2 sind Wellenberge und -Täler der Ausprägung 17, 20 in die Fläche der Zellenwand 10 eingepreßt oder auf andere Weise darin ausgebildet. Die Wellenberge und -Täler der Ausprägung 17, 20 sind in einer Richtung angeordnet, die aus der Ebene der Zellenwand 10 herausragt.

Bei einer praktischen Ausführung der Zellenwand sind die Wellenberge und -Täler der Ausprägung 17, 20 etwa 10 mm lang und springen in beiden Richtungen etwa 0,5 mm aus den Flächen der Zellenwand 10 vor. Die Breite der Wellenberge und -Täler der Ausprägung ist, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt sind, etwa 3 mm. Wenn ein größerer Kühlmitteldruckverlust in dem Kernreaktorbrennelement gewünscht wird, können natürlich die Ausprägungen 17, 20 tiefer in die Zellenwand 10 eingepreßt werden, so daß sie ein größeres Stück vor der Zellenwand vorstehen und dadurch dem durch das Element ströiaenden Kühlmittel eine größere Widerstandsfläche bieten. Wenn umgekehrt ein niedriger Kühlmittel-Druckverlust gewünscht wird, dürfen die Ausprägungen nicht so tief in die Zellenwand 10 gepreßt werden. Selbstverständlich müsser die Wellen jedoch immer eine geringere Höhe aufweisen als die Höhe der Warzen 11,12.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, stehen Weisungen 33,34,

ίο 35,36 aus den Flächen der Zellenwandungen 22,23,24, 25 in Richtung auf das Innere der Zelle 21 vor. Wie es die Zeichnung zeigt, sind die Wellungen in den Zellenwandungen gerade unterhalb der Höhe eingepreßt, die von den Warzen 26,27 gebildet wird. Die Wellungen haben außerdem Formen, die die Festigkeit der Ecken 37, 40, 41,42 der Zelle 21 erhöhen. Die Wellungen 33,35, die in den Zellenwandungen 22, 24 ausgebildet sind, erstrekken sich über die ganze Querbreite der Zelle und haben ausgebuchtete Vorsprünge 43,44 bzw. 45,46, die in die Zelle 21 vorspringen und die Ecken 37 und 40 verstärken. Auf der anderen Seile werden die Ecken 41 und 42 verstärkt. Die ausgebuchteten Vorsprünge 47,50 auf der Zellenwandung 23 bzw. die ausgebuchteten Vorsprünge 51, 52 auf der Zellen wandung 25 springen nicht so weit von den Flächen dieser Rostplatten 23, 25 vor wie die ausgebuchteten Vorsprünge 33, 44 der Zellenwandung 22 bzw. 35,45 der Zeüenwandung 24.

Die Wellentäler 53, 54, 55, 56 aller Wellenberge 33, 34, 35, 36 springen nicht soweit in die Zelle 21 vor, wie die Wellenberge, wie es oben beschrieben worden ist.

Aus der Darstellung und der Beschreibung ist es ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Abstandshalterrostes möglich ist, eine bessere Strömung durch jede Zelle 21 zu erreichen und die Festigkeit des Abstandshalterrostes insbesondere in den Ecken zu erhöhen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Abstandshalterrost für ein Kernreaktorbrennelement, bestehend aus einer Anzahl von zueinander rechtwinklig angeordneter flacher, hochkam stehender, ineinander greifender Blechstreifen, die ein zweidimensionales Muster von quadratischen Zellen zur Aufnahme und Stabilisierung der Kernbrennstäbe bilden, deren Längsachsen senkrecht zu den Längskanten der Zellenwände ausgerichtet sind, wobei jede Zellenseitenwand mindestens eine Warze aufweist, die in das Innere der Zelle vorspringt und an welche der in die Zelle eingesetzte Kernbrennstab anliegt und wobei mindestens eine wellenförmige Ausprägung in jeder Seitenfläche is einer Zelle mit Abstand von der Warze ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenberge und -Täler der Ausprägung (17 bzw. 20) aus der Fläche der Zellenwand (10) weniger als die Warzen (11,12) vorspringen, derart, daß ein Abstand zwischen der Ausprägung (17 bzw. 20) und der Oberfläche des Kernbrennstabes (30) entsteht.

2. Abstandshalterrost nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wellungen (33, 34, 35, 36) in den Seitenwandungen des Abstandhalterrostes ausgebuchtete Vorsprünge (43, 44, 47, 50) in Richtung auf die Kernbrennstäbe (30) aufweisen, die zwischen sich Wellentäler (53, 54, 55, 56) einschließen, die unterhalb der Höhe der Warzen (26, 27) bzw. oberhalb der Höhe der Warzen (31, 32), in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen, eingepreßt sind.