DE2747132B2 - Demontierbares Brennelement für Atomkernreaktor - Google Patents

Demontierbares Brennelement für Atomkernreaktor

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DE2747132B2 DE772747132A DE2747132A DE2747132B2 DE 2747132 B2 DE2747132 B2 DE 2747132B2 DE 772747132 A DE772747132 A DE 772747132A DE 2747132 A DE2747132 A DE 2747132A DE 2747132 B2 DE2747132 B2 DE 2747132B2
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Description

Die Erfindung betrifft ein demontierbares Brennele- (>r> ment für einen Atomkernreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stäbe aus Kernbrennstoff, die bei Atomkcrnrcaktoren verwendet werden, sind im allgemeinen zu Bündeln vereinigt, in deren Inneren die Brennstäbe parallel zueinander angeordnet sind, wobei deren Ausrichtung durch Abstandshalter quer zu den Brennstäben erreicht ist. Bestimmte Brennstäbe sind durch Stützrohre ersetzt, deren Länge etwas größer als die der Brennstäbe ist und die an jedem ihrer Enden an Endplattcn befestigt sind, wobei die mechanische Festigkeit oder Steifigkeit des Brennelements gewährleistet sein soll.
Beim Laden des Kerns eines Atomkernreaktors ist es außerordentlich wichtig, schadhafte oder mangelhafte Brennstäbe von abgestrahlten oder abgebrannten Brennelementen austauschen und ersetzen zu können, um das Brennelement weiter benutzen zu können, ohne Gefahr einer Kontaminierung des Reaktorkühlkreises, die durch Spaltprodukte erfolgen kann, die von schadhaften Brennstäben kommen, wodurch vorteilhaft der Kernbrennstoff wirtschaftlich verwendet wird, da das wieder hergestellte Brennelement nach Beseitigung bzw. Ersetzung der schadhaften Brennstäbe wieder geladen und wieder verwendet werden kann. Außerdem Führt das Ersetzen schadhafter Brennstäbe zu einem Reaktorbetrieb höherer Sicherheit für die Einrichtungen und das Personal infolge der verringerten Kontaminationsgefahr.
Das Austauschen schadhafter Brennstäbe ist jedoch ein Betriebsschrk>, der große Vorsichtsmaßnahmen erfordert. Der abgebrannte Brennstab kann nur unter Strahlenschutz ausgetauscht bzw. ausgebessert werden, was im allgemeinen unter einer bestimmten Wasserschicht in einem dem Atomkernreaktor zugeordneten Becken erfolgt.
Andererseits kann es aus bestimmten besonderen Gründen, beispielsweise zur Prüfung bestimmter Brennstäbe oder um mechanische oder physikalische Versuche mit den Brennstäben durchzuführen, erforderlich sein, die Brennelemente demontieren zu können, um diejenigen Brennstäbe wiederzuerhalten, an denen die Versuche bzw. die Prüfungen durchgeführt werden sollen.
Um nun diese Brennstäbe erreichen zu können und um sie vom übrigen Brennelement trennen zu können, müssen die Endpiatten der Brennelemente demontiert werden, an denen die Stützrohre befestigt sind, wobei diese Demontierung im Becken auf Schwierigkeiten stößt, da das Brennelement lediglich aus der Entfernung zugänglich ist und da während der Demontierung das Brennelement eingetaucht bleiben muß.
Ein derartiges ciemonlierbares Brennelement mit den eingangs genannten Merkmalen ist bekannt (DE-AS 24 28 980). Bei dem bekannten Brennelement dringen Rohrenden in im Unterteil der Endplatte vorgesehene Öffnungen ein, wobei diese Rohre Kreisquerschnitt aufweisen und in entsprechende Kreisquerschnitt aufweisende Ausnehmungen eindringen. Dadurch ist jedoch keine Sicherung in Drehrichtung während der Befestigung der Zylinderhülsen möglich. Vielmehr werden Torsionsspannungen auf die Stützrohre während der Befestigung der Zylinderhülsen durch Einschrauben in die Stützrohre ausgeübt. Darüber hinaus weist die Endplatte nach oben vorspringende Ringbunde auf, auf denen weit nach oben vorspringende Abschnitte der Zylinderhülse über eine Schulter zur Auflage kommen können. D.is einem Schraubenkopf ähnliche Oberende der Zylinderhülse ragt bei dem bekannten Brennelement also sehr weit heraus, wodurch, insbesondere bei einer Befestigung in sowohl der oberen als auch der unteren Endplatte, ein
erheblicher Raumbedarf erforderlich ist. Eine Blockierung in Drehrichtung dieser schraubbaren Zylinderhülse, die die Slützrohre gegenüber der Endplatte fixiert, ist nur in sehr geringem Umfang vorgesehen, nämlich mittels einer Unterlegscheibe oder mittels einer besonders ausgebildeten, über den Schraubenkopf steckbaren Vorrichtung. Diese Drehsicherung ist nicht nur nicht besonders zuverlässig, sondern auch durch die Verwendung zahlreicher Teile kompliziert ausgebildet, wodurch es beim Zusammenbau und bei der Demontierung, die ja aus der Entfernung stattfinden muß, zu erheblichen Schwierigkeiten kommt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Brennelement der eingangs genannnten Art so auszubilden, daß eine drehfeste und leicht wieder demontierbare Verbindung zwischen Slützrohr und Endplatte erreichbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet. 2< >
Bei der Erfindung wird einerseits dadurch, daß die Oberenden der Stützrohre prismatisch ausgebildet sind und in entsprechend ausgebildete Aussparungen der Endplatte zur Anlage kommen, eine Ausübung von Zugspannungen beim Einschrauben der Zylinderhülse in das Stützrohr vermieden. Durch die Ausbildung der Zyiinderhülse gemäß der Erfindung kann diese vollständig in der Endplatte enthalten sein, derart, daß keine Teile über die Endplatte hinausragen, wodurch sich eine erhebliche Raumeinsparung ergibt. Weiter erreicht bei so der Erfindung das verformbare ringförmige obere Ende der Zylinderhülse, das durch Dehnung in in der Endplatte vorgesehene Ausnehmungen eindringen kann, sowohl eine Blockierung in Drehrichtung als auch gleichzeitig eine Verriegelung des Stützrohres gegen J5 die Endplatte, die außerordentlich sicher ist. Diese Blockierung ist andererseits unabhängig von der beim Schrauben der Zyiinderhülse in das Stützrohr ausgeübten Kraft. Somit wird durch die Einrichtung gleichzeitig eine BlocWerung in Drehrichtung des Stützrohres in der 4υ Endplatte und eine Blockierung in Drehrichtung der Zylinderhülse in der Endplatte derart erreicht, daß die Gesamtanordnung außerordentlich steif ist und trotzdem in einfacher Weise demontierbar ist. Der Zusammenbau und die Demontierung kann dabei lediglich mittels eines einfachen einzigen Werkzeuges aus der Entfernung erfolgen, d. h. sowohl der Zusammenbau als auch die Demontierung erfolgen zeit- und damit kostensparend. Dabei ist im übrigen die Steifigkeit der Bcfeiv.gung des Stützrohres in der so Endplatte unabhängig von der auf die Zylinderhülse ausgeiib'en Verriegelungskraft, wodurch die Demontierung erleichtert ist. Dadurch, daß die Zylinderhülse vollständig in der Endplatte aufgenommen sein kann, wird auch verhindert, daß durch eine unbeabsichtigte Krafteinwirkung auf über die Endplatte vorstehende Teile die Verbindung und damit der mechanische Schutz des Brennelements beeinträchtigt wird.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Ii g. 1 in Gesamtansicht ein Brennelement für einen Atomkernreaktor der eingangs geschilderten Art;
Fi g 2 den Schnitt A-A in Fi g. I, der die Anordnung der Brennstäbe und der Stützrohre im Inneren eines f>5 Abstandshalter zeigt;
Fig.! vergrößcit im Schnitt die Verbindung zwischen einem Snii/rohr und einer Endplatte.
Das in Fig. 1 dargestellte Brennelement weist ein Bündel paralleler Brennstäbe 1 auf, die zu einem steifen Bündel durch Abstandshalter 2 vereinigt sind, die in mehr oder weniger gleichen Abständen in Längsrichtung der Brennstäbe 1 angeordnet sind.
In Fig. 2 ist die Anordnung der Brennstäbe I im Inneren eines Abstandshalters 2 im Querschnitt dargestellt. Der Abstandshalter 2 weist Zellen 4 auf, in deren Inneren die Brennstäbe I angeordnet sind. Bestimmte Zellen 4 sind von Stützrohren 5 durchsetzt, die eine bestimmte Anzahl von Brennstäben 1 ersetzen. Die Stützrohre 5 weisen eine Länge auf, die etwas größer ist als die Länge der Brennstäbe I. Die Stützrohre 5 sind an ihren Enden mit Endplatten 3 verbunden.
Die Demontierung oder das Auseinanderbauen des Brennelements kann durch Demontierung der Endplatte 3 erreicht werden, nachdem die Stützrohre 5 von dieser Endplatte 3 gelöst worden sind. Dann kann das Herausziehen von Brennstäben 1 und deren Ersetzung durch Einschieben in Längsrichtung von neuen Brennstäben 1 erfolgen.
Fig.3 zeigt die Verbindung zwischen einem Stützrohr 5 und einer Endplatte 3, wobei das Fndc des Stützrohres 5 eine Aufweitung 7 aufweist, die in einer Aussparung 8 der Endplatte 3 aufgenommen ist. Beim in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Aufweitung 7 eine prismatische Form auf, wobei der Querschnitt der Aufweitung 7 einen sechseckigen Außenumriß aufweist. Andererseits weist der Innenumriß der Aufweitung 7 eine Zylinderform mit Kreisquerschnitt auf. Diese innere zylindrische Fläche weist ein Gewinde 9 über eine bestimmte Länge der Aufweitung 7 auf. Die Aussparung 8 für die Aufweitung 7 des Stützrohrs 5 mündet in eine Öffnung 10, die die Endplatte 3 in geradliniger Verlängerung des Sttitzrohrs 5 vollständig durchsetzt. Die Bohrung oder die Öffnung 10 in der Endplatte 3 weist daher als Achse die Achse des Stützrohres 5 in deren Stellung im Bünde! auf. Die öffnung 10 weist ausgehend von der Aussparung 8 bis zum Oberende der Endplatte 3 einen Zylinderteil 11 mit Kreisquerschnitt geringen Durchmessers auf sowie einen Zylinderteil 12 mit großem Durchmesser, der an der Oberseite der Endplatte 3 mündet. Zwischen den beiden Zylinderteilen 11, 12 der ÖFnung 10 ist eine ebene Schulter 13 vorgesehen.
Am Oberteil des Zylinderteils 12 ist eine Ausnehmung 15 vorgesehen, die gegenüber der Achse des Stiitzrohrs 5 nicht rotationssymmetrisch ist.
Im Inneren der in der Endplatte 3 vorgesehenen Öffnung 10 ist eine Zyiinderhülse 16 so angeordnet, daß in der in Fig.3 dargestellten Blockierlage des Stützrohrs 5 diese Zyiinderhülse 16 durch Verschrauben mittels eines Gewindes 18 mit dem End-Gcwinde 9 des Stützrohrs 5 vereinigt ist. Das Gewinde 18 ist am unteren Zylinderteil mit Kreisquerschnitt der Zyiinderhülse 16 angebracht. Der Durchmesser dieses Teils der Zylinderhülse 16 ist etwas kleiner als der Durchmesser des Öffnungs-ZHinderteils 11 der Endplatte 3. Dieser Teil geringen Durchmessers der Zylinderhülse 16 ist um einen Teil größeren Durchmessers 19 verlängert, der einen massiven Abschnilt aufweist, in dessen Innerem ein Ausschnitt 21 für das Einführen des Blatts cit.es Schraubenziehers angebracht ist, wobei dieser massive Abschnitt selbst .lurch ein oberes Ende 23 geringer Dicke verlängert ist, dessen der Ausnehmung 15 des Öffnungs-Zylinderteils 12 gegenüberliegender Abschnitt durch Dehnunu in das Innere der Ausnehmung
15 nach vollständigem Versehrauben der /.ylinderhiilse
16 gebogen ist, wobei der massive Abschnitt eine Schulter 22 aufweist, die auf der Schulter 13 der Öffnung (Oder endplatte 3/ur Anlage kommt.
Wenn das vollständige Verriegeln der ZyMndcrhiil.se 16 durch einen in den im massiven Abschnitt der /ylindcrhülse 16 vorgesehenen Ausschnitt 21 eingeschobenen Schraubenzieher erreicht ist, liegt die Aufweilung 7 des Stützrohres 5 in Anlage auf dem Boden der Aussparung 8 und die Schulter 22 der /.ylinderhiilse 16 ist ebenfalls in Anlage auf der entsprechenden Schulter 13 der die findplatte 3 durchsetzenden Öffnung 10. Das Stiitzrohr 5 ist auf diese Weise vollständig mit der Endplatte 3 ohne Spiel in Längsrichtung verbunden. Um eine Blockierung in Drehrichtung dieser Verbindung /wischen dem Stiitzrohr 5 und der Endplatte 3 zu erreichen, wird ein Teil des verformbaren oberen [indes 23 in das Innere der in der l-.ndplutlc i vorgesehenen Ausnehmung 15 gedehnt oder gebogen.
Die Gesamtanordnung der Stützrohre 5 ist auf diese Weise mit der Findplatte 3 verbunden, wobei vollkommene Eestigkeii und Steifigkeit des Brennelements erreicht ist.
Wenn die Verbindung /wischen dem Stiitzrohr 5 und der Endplatte 3 im Inneren des Reaktorbeckens zum Austausch von Brennsiäben 1 im Brennelement erreicht werden soll, genügt es. das Blatt eines Schraubenziehers in den Ausschnitt 21 einzuführen und die /.ylinderhiilse 16 in Aufschraubrichtung zu drehen. Der Abschnitt des oberen [indes 23 geringer Dicke, der in die Ausnehmung Ii während des Dehnens oder Biegens des oberen Abschnitts der Zylinderhülse 16 eingedrungen :st. verformt sich unter der durch das Aufschrauben ausgeübten Kraft, wodurch schließlieh die /.ylinderhiilse 16 freigesetzt wird, die dann vollständig ausgeschraubt werden kann, wodurch die Verbindung zwischen der Endplatte 3 und dem Stützrohr 5 gelöst wird.
Durch einen einfachen Aufschrauh Schritt, der aus großer Entfernung mittels eines Spezialwcrkzcugs durchgeführt werden kann, kann daher jedes Stützrohr 5 des Brennelements demontiert werden und die Endplatte 3 gelösi werden, wodurch schließlich Zutritt zu den Brennstäben I besteht.
Während der Montage des Brennelements kann die Dehnung des ringförmigen oberen (indes 23 in das Innere der Ausnehmung 15 sehr einfach durch Stoßen gegen die Innenwand des oberen Endes 23 mit einem Werkzeug großen Durchmessers erreicht werden.
In vorteilhafter Weise wird bei dem Brennelement gemäß der Erf..(dung eine vollständige mechanische Blockierung der Stüt/rohre 5 erreicht, wodurch es möglich wird, beim Demontieren Fertiggungschritte zu vermeiden wie beispielsweise Schleifen oder Schneiden, durch die Teile des Brennelements kontaminiert werden können.
In gleicher Weise wird jedes Schweißen od.dgl. vermieden, für das die gleiche Kontaminationsgefahr besteht.
Diese Verbindung zwischen dem Stiitzrohr 5 und der
Endplatte 3 hai andererseits den Vorteil, daß keine Torsionskraft auf das Sliitzrohr .5 ausgeübt wird, das in DrehrichUing blockiert oder das drehfest in der
■-, Aussparung 8 angeordnet ist.
Die Zylinderhülse 16 besteht im allgemeinen aus rostfreiem Stahl der gleichen Klasse wie die anderen Teile des Brennelements.
Selbstverständlich kann die Aufweilung 7 des
κι Stiilzrohrcs 5 auch einen Querschnitt aufweisen, dessen Außenumriß beliebige l'orm zeigt, wobei diese Aufweilung 7 in eine Aussparung 8, die /w dessen Blockierung in der Endplatte 3 vorgesehen ist, aufgenommen wird. Die Verbindung /wischen der /.ylinderhiilse 16 und der
ι-, Aufweitung 7 des Stützrohrs 5 kann auf beliebige Weise erfolgen, ausgehend von einer Drehung der Zylinderlinse 16. Es ist beispielsweise möglich, eine Bajonett-Ver bindung zwischen der /.ylinderhiilse 16 und der Auiwcitung / des -Stutzrohrs / zu verwenden.
.»ο Die /ylinderhiilse 16 kann anstatt eines Ausschnitts 21 für einen Schraubenzieher eine sechseckige oder viereckige Ausnehmung aufweisen, in die ein Schlüssel entsprechender form eingesetzt werden kann, Die Zylinderhülse 16 kann vollständig rohrförmig ausgebil
2-, det sein, wie in E i g. 3 dargestellt oder kann auch Voll-Abschnitic aufweisen, die einen Zutritt in das Innere des Stützrohrs 5 von außerhalb des Brennelements ,erhindern.
Es kann jedoch wichtig sein, eine Verbindung vom
in Inneren der Stützrohre 5 nach außerhalb des Brennelements vorzusehen, beispielsweise um den Durchtritt von Steuer- oder Regel-Elementen oder von Meßinstrumenten beliebiger Art zu ermöglichen oder auch um das Umwälzen eines fluids zu begünstigen.
r, Das verformbare ringförmige obere Ende 23 der Zylinderhülse 16 kann in einem beliebigen Abschnitt der Zylindcrhülsc 16 vorgesehen sein, beispielsweise kann es einen Teil der Zone geringen Durchmessers der Zylinderhülse 16 bilden, wobei die Ausnehmung 15 dann im entsprechenden Zylinderteil 11 geringen Durchmessers der Öffnung 10 der Endplatte 3 vorgesehen ist.
Die Beschreibung der F-"ig. 3 erfolgte anhand der Befestigung eines Slützrohrs 5 an der oberen Endplatte 3 eines Brer.ndemcnts. .Selbstverständlich kann die
j-) beschriebene Befestigungsart auch zur Befestigung der Stützrohre 5 an sowohl der oberen als auch der unteren Endplatte 3 vorgesehen werden. In bestimmten fällen ist es nämlich erwünscht, die Demontierung des Brennelements durch Abnehmen der unteren Endplatte 3 zu erreichen, wobei dann die mit der unteren Endplatte 3 verbundenen Stützrohre 5 mit einer demontierbaren Befestigung der beschriebenen Art verbunden sind.
Ein Brennelement gemäß der Erfindung kann daher
Stützrohre 5 aufweisen, die mit der einen oder der anderen der beiden Endplatten 3 oder mit jeder Endplatte 3 mittels einer demontierbaren Zylinderhülse 16 verbunden sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Demontierbares Brennelement für einen Aiomkernrpaktor, bestehend aus einem Bündel von parallelen Brennstüben, deren Ausrichtung durch *> gegenüber den Brennstäben quer angeordnete Abstandshalter erreicht ist, mit Stützrohren, die bestimmte Brennstäbc ersetzen, wobei die Stützrohre eine Länge aufweisen, die größer als die der Brennstäbe ist und an jedem Ende mit einer Endplatte verbunden sind, die die Steifigkeit des Brennelementbündels sicherstellt, wobei die Verbindung der Stützrohre mit mindestens einer der Endplatten mittels einer Zylinderhülse erfolgt, die eine Verbindungseinrichtung aufweist, die komple- H mentär zur entsprechenden Verbindungseinrichtung ist, die an den Enden der Stützrohre vorgesehen ist, wobei die Zylinderhülse ein Profil für den Eingriff eines Werkzeugs aufweist, das das Drehen der Hülse um ihre A"hse in beiden Richtungen ermöglicht, um 2< die Zylinderlinse am Stützrohr unter Verriegelung des Rohrs gegen die Endplatte in Längsrichtung zu befestigen und um das Rohr von der Platte zu lösen, wobei die Zylinderhülse im Inneren einer Öffnung in der Endplatte vorgesehen ist, die koaxial zum Stützrohr in geradliniger Verlängerung derselben vorgesehen ist, wobei die £ylinderhülse auf einer Schulter der Öffnung der Endplatte aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderhülse (16) ein verformbares oberes Ende (23) JQ aufweist, welches das Blockieren der Befestigung des Stützrohres (5) in Drehrichtung der Zylinderhülse (16) durch Dehnen des vet-.ormbaren Endes (23) in eine in der Endplatte (3) vorgesehene Ausnehmung
(15) ermöglicht, und daß das 1 nde des Stützrohres (5) durch eine Aufweitung (7) gebildet ist, mit einer prismatischen Außenfläche zu deren Eingriff in eine Aussparung (8) entsprechender Form in der Anlagefläche der Endplatte (3).
2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung der Zylinderhülse (16) mit dem Stützrohr (5) aus Gewinden (9,18) besteht, die auf der Innenfläche der Ausnehmung (7) des Stützrohres (5) bzw. der Außenfläche des Endes der Zylinderhülse (16) « vorgesehen sind.
3. Brennelement nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Zylinderhülse (16), mit dem Stützrohr (5) durch eine Bajonett-Verbindung erfolgt. so
4. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderhülse
(16) rohrförmig ausgebildet ist und den Zutritt in das Innere des Stützrohres (5) von außerhalb des Brennelements ermöglicht.
5. Brennelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare obere Ende der Zylinderhülse (16) durch einen Ring (23) geringer Dicke gebildet ist, der einen zylindrischen Rohrabschnitt der Zylinderhülse (16) bildet.
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