DE3008456A1

DE3008456A1 - FUEL ELEMENT FOR A CORE REACTOR

Info

Publication number: DE3008456A1
Application number: DE19803008456
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 8551 Leutenbach Rau
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-05
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE3008456C2; FR2477754A1; JPS6239913B2; JPS56138277A

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeichenKRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Our mark

VPA 80 P 9 3 0 7 DEVPA 80 P 9 3 0 7 DE

Brennelement für einen KernreaktorFuel assembly for a nuclear reactor

Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Kernreaktor mit mehreren parallel angeordneten länglichen Brennstäben mit kreisförmigem Querschnitt, die durch einen über den Querschnitt hinausragenden, über die Brennstablänge wendelförmig verlaufenden Distanzierungsstreifen gegeneinander abgestützt und mit einem äußeren Einschluß zusammengefaßt sind.The invention relates to a fuel element for a nuclear reactor with a plurality of elongated ones arranged in parallel Fuel rods with a circular cross-section, through a protruding beyond the cross-section, on the Fuel rod length helically extending spacer strips supported against each other and with a external inclusion are summarized.

Ein Brennelement der vorgenannten Art ist in dem Buch "Kerntechnik¹¹,B.G.Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1958, auf Seite 146 in Fig. 146.2,a dargestellt. Dabei ist der äußere Einschluß ein offenbar sehr steifer und deshalb entsprechend massiver Körper, denn er ist der Kontur der umschlossenen Brennstäbe sogar mit konkaven Bogenstücken angepaßt.A fuel element of the aforementioned type is shown in the book "Kerntechnik ¹¹ , BGTeubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1958, on page 146 in Fig. 146.2, a. The outer inclusion is obviously a very stiff and therefore correspondingly massive body, because it is that Contour of the enclosed fuel rods even adapted with concave bends.

Die Erfindung geht dagegen von der Aufgabe aus, einen leichten, d.h. materialarmen,aber dennoch stabilen Aufbau für ein Brennelement zu schaffen, wie es insbesondere für Brut- oder Konverterreaktoren gebraucht wird. Hierbei ist ein so kleiner Abstand zwischen den Brennstäben erwünscht,daß die bisherige Art der Distanzierung der Brennstäbe durch Abstandshalter Schwierigkeiten bereitet, zumal der geringe Abstand mit großer Genauigkeit eingehalten werden muß.In contrast, the invention is based on the object of providing a light, i.e. low-material, but nevertheless stable structure for a fuel assembly, as it is needed in particular for breeder or converter reactors. Here, such a small distance between the fuel rods is desirable that the previous type of distancing the fuel rods caused difficulties by spacers, especially since the small distance with large Accuracy must be maintained.

Die erfindungsgemäße Lösung des vorgenannten Problems besteht darin, daß in einem Brennelement der eingangs genannten Art der Einschluß mehrere über jeweils nur einen kleineren Bruchteil der Stablänge reichende Bän-The inventive solution to the aforementioned problem is that in a fuel assembly of the initially mentioned type of inclusion several bands each extending over only a smaller fraction of the rod length

Sm 2 Hgr / 22.2.1980Sm 2 Hgr / 02.22.1980

130038/0267130038/0267

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der umfaßt, die »ni+ mindestens eJmrm anstelle eines Brennstates sit 7'er.·J.en 3kelc-tLst.au mi Leinander verbunden sind.which includes the »ni + at least eJmrm instead of one Brennstates sit 7'er.Jen 3kelc-tLst.au mi connected to each other are.

Bei dem nexien Brennelement stützen sich die Brennstäbe unmittelbar aneinander ab und ^var in einem definierten, durch die Bänder bestimmten Bereich. Die Abstützung und der Einschluß braucht nur so bemessen zu sein, daß unter Berücksichtigung der W»rfornrnngsmör] i<~hkeiten der Brennstäbe die zulässigen Toleranzen nicht überschritten werden. Mun braucht also zum Beispiel über ein etwa 2 m langes Brennelement nur etwa \k Stützstellen vorzusehen. Daraus ergibt sich eine erhebliche Materialersparnis, die im Hinblick auj" die Neutronenökonomie günstig ist. Dabei ist zu bedenken, daß sonst als Einschluß vorgesehene Brennelententkästen als geschlossenes Gebilde, das über die ganze Länge des Brennelements reicht, für den Differenzdruck zwischen innen und außen, also mindestens zwischen Eintritt und Austritt, des Kühlmittels, bemessen sein müssen. Dies führt zu so großen Wandstärken, daß der Brennelementabstand unerwünscht groß wird. Außerdem läßt sich mit der Erfindung ein besserer Ausgleich von Kühlmitteltemperaturen über den Kernquerschnitt erreichen, wie er bei heterogenen Kernen mit besonderen Brutstoffelementen erwünscht sein kann.In the case of the nexien fuel element, the fuel rods are supported directly on one another and in a defined area determined by the bands. The support and the inclusion need only be dimensioned in such a way that the permissible tolerances are not exceeded, taking into account the shape of the fuel rods. For example, Mun only needs to provide about \ k support points over an approximately 2 m long fuel assembly. This results in a considerable saving of material, which is favorable with regard to the neutron economy. It should be borne in mind that otherwise provided as an inclusion fuel element uncases as a closed structure that extends over the entire length of the fuel element for the differential pressure between inside and outside, that is must be dimensioned at least between inlet and outlet, the coolant. This leads to so great wall thicknesses that the fuel element spacing is undesirably large Brutstoffelemente may be desirable.

Die Erfindung kommt für unterschiedliche Brennelementquerschnitte ii« Finge. Bei einem polygonalen, vorzugsweise sechseckigen Querschnitt ist es jedoch günstig, wenn in jeder Ecke ein Skelettstab sitzt, der einzelne, im wesentlichen ebene Teile zu einem um den Umfang des Brennelements reichenden Band scharnierartig verbindet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung und eine einfache Montage. Die Bauweise bietet aber auch nachträgliche Reparaturmöglichkeiten_r bei denen der EinschlußThe invention applies to different fuel element cross-sections. In the case of a polygonal, preferably hexagonal cross-section, however, it is advantageous if a skeletal rod sits in each corner, which connects individual, essentially flat parts in a hinge-like manner to form a band that extends around the circumference of the fuel assembly. This enables simple manufacture and simple assembly. But the design also provides post-repair facilities _r where the inclusion

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des Brennelements ohne Material zerstörung aufgehoben werden kann. Die T-.lie -»irss Batikea können vorteilhaft alle gleich sein. Ferner ist es günstig, wenn sie in dem Brennelementquerschnitt hineinragende Stütznocken aufweisen» Damit können die zu haltenden Brennstäbe besonders präzise voneinander distanziert werden,of the fuel assembly lifted without material destruction can be. The T-.lie- »irss Batikea can be beneficial all be the same. It is also beneficial if they have support cams protruding into the cross-section of the fuel assembly » This allows the fuel rods to be held to be particularly precisely spaced from one another,

Der Skelettstab kann über die Länge des Brennelementes einen gleichmäßigen, insbesondere kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Er kann aber auch Vorsprünge besitzen, die zur Sicherung der Lage der Bänder dienen, so daß eine metallurgische Verbindung vermieden werden kann. Über die Länge des Brennelements gesehen können die Bänder auch durch Rohre distanziert werden, die über die Skelettstäbe geschoben werden und durch Verschraubungen an den Enden festzulegen sind. Zu den genannten Vorsprüngen zählen auch Distanzierungsnocken, die eine Abstützung benachbarter Brennelemente aneinander ermöglichen. The skeleton rod can extend over the length of the fuel assembly have a uniform, in particular circular, cross-section. But he can also have protrusions, which serve to secure the position of the strips so that a metallurgical connection can be avoided. Seen along the length of the fuel assembly, the bands can also be spaced by tubes that extend over the Skeleton bars are pushed and are to be fixed by screwing at the ends. To the above Projections also include spacing cams that enable adjacent fuel assemblies to be supported on one another.

Besonders günstig ist es, wenn die Bänder aus einem Blech bestehen, das mindestens im Bereich des Skelettstabes ebenso dick ist wie der Distanzierungsstreifen. Hier wirkt der Skelettstab dann über seinen ganzen Umfang wie ein Distanzierungsstreifen.It is particularly favorable if the bands consist of a sheet metal that is at least in the area of the skeletal bar is as thick as the spacing strip. Here the skeletal rod acts over its entire circumference like a distancing strip.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt die Fig. 1 ein Brennelement für einen leichtwassergekühlten Hochkonverterreaktor in einer Seitenansicht zum Teil im Schnitt, die Fig. 2 und 3 perspektivische Teilansichten des bei der Erfindung vorgesehenen Bandes und die Fig. 4 einen Ausschnitt aus drei aneinandergrenzenden Brennelementen mit der gegenseitigen Abstützung.To explain the invention in more detail, an exemplary embodiment is described with reference to the accompanying drawing. 1 shows a fuel element for a lightly water-cooled upconverter reactor in a side view partly in section, FIGS. 2 and 3 perspective partial views of the provided in the invention Band and Fig. 4 shows a section of three adjacent fuel assemblies with the mutual Support.

13ÖG38/Q26713ÖG38 / Q267

30Q8A56 6 30Q8A56 6

- ρ ~ νρΑ 80 P 9 3 O 7 OE - ρ ~ νρΑ 80 P 9 3 O 7 OE

Das Brennelement ^JTcüjl eixi ΐαιΰ stück 2 und ein Kopfstück 3, in dem die 217 gleichen Brennstäbe 4 so eingesetzt sind, daß pin symmetrischer sechseckiger Brennelementquer schnits; entsteht. Die Brennstäbe 4 haben, wie die Fig. 4 ernennen läßt, einen kreisförmigen Querschnitt mit zum Beispiel 9»5 me Durchmesser. Um den Umfang des Kreises gleichmäßig verteilt tragen sie Distarizierungsstreifen 6, die 1 mm breit und 0,5 mm hoch sxnd. Die Distanzierimgsstreifsn 6, die mit dem nicht weiter dargestellten Hüllrohr der Brennstäbe 4 in einem Stück hergestellt aber auch aufgelötet oder aufgeschweißt sein können, verlaufen wendelförmig über die gesamte Länge der Brennstäbe. Die Wendelungsteilung kann zum Beispiel 1/3 der Brennst.ablänge betragen, Damit ist sichergesteilt, daß die Tfendel bei richtiger Ausrichtung der Brennstäbe 4 immer im Bereich von Bändern 8 die gleiche Lage zueinander haben, mit denen die Brennstäbe als Einschluß zusaminengesji-annt sind.The fuel element ^ JTcüjl eixi ΐαιΰ piece 2 and a head piece 3, in which the 217 identical fuel rods 4 are inserted so that pin symmetrical hexagonal fuel element cross-sections; arises. As shown in FIG. 4, the fuel rods 4 have a circular cross-section with a diameter of 9 »5 me, for example. Evenly distributed around the circumference of the circle, they wear distarization strips 6 which are 1 mm wide and 0.5 mm high. The distancing strips 6, which can be manufactured in one piece with the cladding tube (not shown) of the fuel rods 4, but can also be soldered or welded on, run helically over the entire length of the fuel rods. The spiral pitch can be, for example, 1/3 of the fuel rod length, thus ensuring that, given the correct alignment of the fuel rods 4, the ribs are always in the same position in relation to one another in the area of the strips 8, with which the fuel rods are joined together as inclusions.

Die Bänder 8 umfassen im wesentlichen ebene Blechplatten 10 aus Stahl-Blech mit üoharnierartigen Vorsprüngen 11 und 12 an den Enden. Die oberen Bleche 10 sind mit Ausdrückungen zur Bildung von Stütznocken 14 versehen, die eine Anlagefläche für die Distanzierungsstreifen 6 der äußeren Brennstäbe 4 bilden, vergl. Fig. 4.The strips 8 comprise essentially flat sheet metal plates 10 made of sheet steel with uoharnier-like projections 11 and 12 at the ends. The top sheets 10 are provided with expressions for the formation of support cams 14, which form a contact surface for the spacer strips 6 of the outer fuel rods 4, see FIG. 4.

In den Ecken des sechseckigen Querschnitts sitzen Skelettstäbe 16, die ansteile eines Brennstabes über die gesamte Länge des Brennelementes 1 geführt sind. Die Skelettstäbe 16 können zum Beispiel massiv sein und aus Stahl bestehen. Sie wirken als Gelenkzapfen für die scharnierartig miteinander verbundenen Platten, wobei die Dicke der Platten 10 mit 0,5 mm ebenso groß ist wie die Höhe der Distanzierungsstreifen 6.In the corners of the hexagonal cross-section sit skeletal rods 16, which are part of a fuel rod the entire length of the fuel assembly 1 are guided. The skeletal rods 16 can be solid and, for example made of steel. They act as pivot pins for the hinge-like interconnected plates, whereby the thickness of the plates 10, at 0.5 mm, is the same as the height of the spacer strips 6.

13 0 0 3.8 /0 2 6-7-13 0 0 3.8 / 0 2 6-7-

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- ψ - - ψ - \ΤΑ 80 P 9 3 0 7 DE\ ΤΑ 80 P 9 3 0 7 DE

An den Skelettstäben 16 sit;u?r> außerdem Dist^nzierungsnocken 18, die, wie Fig, 4 zeigt, eine Abnützung benachbarter BrcmneJeniente 1 ermöglichen, so daß zwischen den Brennstaben 4 benachbarter Brenrelemente 1 wieder ein definierter Abstand vorhanden ist. Die Diatanzierungsnocken 18 können abgeschrägt sein, um das Ein- und Ausführen einzelner Brennelemente 1 aus dem Kernverband zu erleichtern, bei dem die Brennelemente ¹ ^neinanirr gleiten.On the skeleton rods 16 there are also spacing cams 18, which, as FIG. 4 shows, enable adjacent burner elements 1 to be worn away, so that a defined distance is again present between the fuel rods 4 of adjacent burner elements 1. The Diatanzierungsnocken 18 may be beveled to facilitate the insertion and removal of individual fuel elements 1 from the core dressing in which the fuel assemblies slide ¹ ^ neinanirr.

Fig. 1 zeigt, daß die Skelettstäbe 16 mit einem Gewindezapfen 20 in das Fußstück ? eingeschraubt sind. Am anderen Ende sind sie mit Muttern?1, die auf Gewindezapfen 22. sitzen, am Kopfstück 3 festgeschraubt. Dazwisehen liegen Distanzierungsrohrp 23, deren Durclunesser mit 0,5 mm ebenso groß ist wir- die Höhe d^r Di stanzierungsstreifen 6.Fig. 1 shows that the skeleton rods 16 with a threaded pin 20 in the foot piece? are screwed in. At the other end, they are screwed to the head piece 3 with nuts? 1, which sit on threaded pins 22. In between, there are spacing tubes 23, the diameter of which is just as large at 0.5 mm as the height of the spacing strips 6.

6 Patentansprüche
4 Fi guren6 claims
4 figures

Claims

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Claims

Fuel assembly door of a nuclear reactor with several longitudinal fuel rods arranged in parallel with circular Cross-section through a helical shape protruding beyond the cross-section spacing strips running against each other supported and combined with an external enclosure are, characterized by gt; that the inclusion extends over only a small fraction of the rod length Straps (8) which are connected to at least one skeletal rod (16) seated in part on a fuel rod (4) are connected.

2. Fuel assembly according to claim 1 with a polygonal, preferably hexagonal cross section, characterized It is shown that a skeletal rod (16) sits in each corner, the single one, essentially connects flat parts (10) in a hinge-like manner to form a band (8) extending around the circumference of the fuel assembly.

3. Fuel assembly according to claim 2, characterized in that all parts (10) of a band (8) are the same.

4. Fuel assembly according to claim 2 or 3, characterized marked t that the parts (1O) in the Have support cams (14) protruding into the fuel element cross-section.

5. Fuel element according to one of claims 1 to 4, d a characterized in that the skeleton rod (16) protruding over the fuel assembly cross-section Distance! Erungsnocken (18) carries.

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3Q08456 SL

-χ- vpa 80 P 9 3 O 7 OE

ö. fuel element according to one of claims 1 to 5,
characterized in that the strips (8) consist of a sheet metal which, at least in the area of the skeletal bar (16), is just as thick as the spacing strip (6).

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