DE3202238C2

DE3202238C2 -

Info

Publication number: DE3202238C2
Application number: DE3202238A
Authority: DE
Inventors: Olov Dipl.-Ing. Vaesteraas Se Nylund
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1982-01-25
Publication date: 1993-01-28
Also published as: US4489038A; JPH0348475B2; JPS57147085A; SE425272B; SE8100778L; DE3202238A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Kernreak tor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Brennelement ist aus der US-PS 36 07 639 bekannt.

Zu einem Brennelement für einen Kernreaktor gehört in der Regel ein mehrere Meter langer rohrförmiger Kasten. Der Querschnitt des Kastens kann beispielsweise kreisförmig oder quadratisch sein, und der Kasten enthält eine große Anzahl von ebenfalls langen, rohrförmigen Brennstäben, die parallel zueinander in einem bestimmten in der Regel symmetrischen Muster angeordnet sind. Die Brennstäbe werden in dieser Lage mittels mehrerer Distanzelemente, sogenannter Abstandshalter, fixiert, die nach Art des in der DE-PS 15 39 651 beschriebenen Abstandshalters ausgebildet sein können. Die Abstandshalter sind in gleichmäßigen Abständen in Längsrichtung des Brennstab bündels angeordnet. Sie werden längs des vertikal aufgestell ten Bündels durch eine gewisse Eigenfederung gegenüber den einzelnen Brennstäben an ihrem Platz gehalten. Allerdings läßt die Federkraft der Abstandshalterfedern aufgrund der Neutronenbestrahlung nach und hat nach einigen Jahren nur noch einen Bruchteil der ursprünglichen Größe. Dabei kann es vor kommen, daß die Abstandshalter unter dem Einfluß der Strömung nach oben verschoben werden oder durch ihr Gewicht nach unten rutschen und längere Strecken des Bündels also gar nicht ge stützt werden. Um dies zu vermeiden und um die Abstandshalter in senkrechter Richtung zu fixieren, hat man parallel zu den Brennstäben besondere Abstandshalterstäbe angeordnet. Jeder Abstandshalterstab ist in bestimmten Abständen längs der Stube mit geprägten Anschlägen versehen, an welchen sich die einzel nen Abstandshalter abstützen. Hierdurch werden die Abstands halter in ihrer gewünschten Lage gehalten und daran gehindert, sich in Längsrichtung der Brennstäbe zu verschieben. Ein ähnlich ausgerüstetes Brennelement ist aus der DE-OS 22 59 495 bekannt. Bei diesem Brennelement werden zur Erziehung der erforderlichen Steifigkeit des gesamten Brennelements die Rohre für die Steuerstäbe mit den Abstandshaltern ver bunden. Zu diesem Zweck sind die Steuerstabrohre an ihrer Außenseite mit angeschweißten Stiften versehen, und an den die Steuerstabrohre aufnehmenden Zellen des Abstandshalters sind diesen Stiften angepaßte Befestigungsrichtungen vorhan den. Die Verbindung zwischen Steuerstabrohr und Abstandshal ter wir dadurch hergestellt, daß das Steuerstabrohr in einer bestimmten Drehwinkellage in den Abstandshalter eingeführt und dann um 45° gedreht wird, wobei es zu einer Ein rastverbindung zwischen den Stiften und der Befestigungsvor richtung der Zelle kommt, welche Verbindung gleichzeitig mit einer Drehsicherung versehen ist.

Eine andere Möglichkeit, die Abstände zwischen den Abstand shaltern zu fixieren, besteht darin, daß man zwischen ihnen Zwischenhülsen einsetzt, wobei die Zwischenhülsen die Steuerstabrohre umschließen.

Die DE-AS 21 29 617 beschreibt einen Abstandshalter, der aus einem gitterförmigen Kasten besteht, wobei in die einzelnen Zellen dieses Gitters ein oder mehrere Brennstäbe eingesetzt sind. Der Abstand zwischen den Brennstäben innerhalb dieses Gitters wird durch Tragklammern erreicht, die auf den Brennstab aufgesetzt werden, bevor dieser in das Brennele ment eingeführt wird. Diese im wesentlichen als geschlitzte Ringe ausgebildeten Tragklammern liegen elastisch am Brennstab an und sind mit Federzungen versehen, die elastisch gegen eine Wand des gitterförmigen Abstandshalters anliegen. Die Anlage wird dadurch herbeigeführt, daß der Brennstab mit den Tragklammern in einer bestimmten Winkellage in den Abstandshalter eingeführt wird und dann um 45° gedreht wird. Es ist außerdem die Möglichkeit vorgese hen, daß sämtliche auf einem Brennstab sitzenden Tragklam mern durch Profile, die sich über die gesamte Länge des Brennstabes erstrecken in ihrer axialen Lage fixiert wer den.

Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, daß man die Abstandshalter an der umgebenden Wand des Brennelements fix iert. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß es nicht möglich ist, daß Brennstabbündel zusammen mit den darauf sitzenden Abstandshaltern bei einer Brennstofferneuerung im ganzen aus dem Behälter des Brennelements herauszuziehen. Eine Lösung der letztgenannten Art ist aus der DE-OS 22 53 674 bekannt, die einen Abstandshalter für ein Brennelement zeigt, bei dem der Abstandshalter an seinem äußeren Umfang mit einem elastischen radial nach außen sich erweiternden Randflansch versehen ist, der sich gegen die Innenwand des Kastens des Brennelements abstützt. Dabei kann das am Kasten anliegende Ende des Randflansches entweder mit dem Kasten verschweißt sein oder in einer an der Kastenwand vorhandenen Gleitführung eingesetzt sein.

Aus der DE-OS 22 38 477 ist ein Brennelement bekannt, bei dem die obere und untere Halteplatte mit je einem Montager ahmen versehen ist. Zwischen diesen beiden Montagerahmen erstreckt sich eine Mehrzahl von Abstandshaltern, die in un mittelbarem Kontakt miteinander stehen und mit Einrastein richtungen zwischen benachbarten Abstandshaltern bzw. zwischen Abstandshalter und benachbartem Montagerahmen versehen sind.

Ein besonderer Nachteil der Lösung, die mit besonderen mas siven Abstandshalterstäben mit ausgeprägten Anschlagsvor sprüngen arbeitet, besteht darin, daß diese Stäbe Platz in dem für die Brennstäbe vorgesehenen Raum benötigen, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Reaktors verschlechtert wird.

Aus der US-PS 36 07 639 ist ein Brennelement bekannt, bei dem an der Außenseite der Rahmen der Abstandshalter nach außen federnde Befestigungsvorrichtungen angeordnet sind, die an ihrem freien Ende mit einem vom Abstandshalter weg weisenden Stift versehen sind. In der Wand des Brennelement sind den Stiften angepaßte Löcher vorgesehen, in welche die Stifte einrasten können. Auf diese Weise wird der Abstand shalter im Verhältnis zur Wand des Brennelements formschlüs sig fixiert. Ein Herausziehen des Brennstabbündels aus dem Brennelementkasten ist nicht ohne weiteres möglich. Vielmehr ist hierfür ein spezielles Werkzeug erforderlich, das gegen die Außenwand des Brennelementkasten gedrückt werden muß, wobei am Werkzeug Stifte angebracht sind, die in die Löcher des Brennelementkastens münden, um die eingerasteten Stifte der genannten Befestigungsvorrichtung aus den Löchern her auszudrücken. Ähnlich muß beim Einsetzen verfahren werden, damit die Befestigungsvorrichtung des untersten Abstandshal ter nicht bereits in die Löcher des Brennelementkastens ein rastet, die für den obersten Abstandshalter bestimmt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement für einen Kernreaktor der eingangs genannten Art zu entwick eln, bei welchem eine sichere Fixierung der Abstandshalter im Verhältnis zur Wand des Brennelements gewährleistet ist, wobei diese Fixierung aber auf einfache Weise gelöst werden kann und ein Herausnehmen beziehungsweise Einsetzen des gesamten Brennstabbündels aus dem beziehungsweise in den Brennelementkasten möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Brennelement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungs gemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen genannt.

Das Brennelement gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß der Brennstab wie ein Schlüssel für das Brennstabbündel wirkt. Die Abstandshalter können, wenn sie zusammen mit dem Brennstabbündel in den Behälter des Brennele ment eingeschoben werden, dadurch an diesem befestigt werden, daß der genannte Brennstab eingeführt wird, während sie durch Herausziehen des genannten Brennstabes aus dem Bündel wieder freigegeben werden, wonach die ganzen Brenn stabbündel zwecks Wartung wieder aus dem Kasten des Brenn elementbündels herausgezogen werden können; Gemäß der Erfin dung werden also alle Abstandshalterstäbe durch Brennstäbe er setzt, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Kernreaktors ver bessert wird.

Die genannte zweite Befestigungsvorrichtung, die zu einem Ab standshalter gehört, kann auf einfache Weise beweglich gemacht werden, indem man sie an der Außenwand des Abstandshalter an bringt, die federnd gegen einen der Stäbe im Bündel gedrückt wird. Wenn dieser Stab in das Bündel eingeführt wird, drückt er die Feder mit der zugehörigen zweiten Befestigungsvorrich tung zur Seite. Befindet sich das Brennstabbündel in dem Brenn elementkastenbehälter, so genügt diese seitliche Verschiebung der zweiten Befestigungsvorrichtung, um sie mit einer ent sprechenden ersten Befestigungsvorrichtung an der Innenwand des Kastens in Eingriff zu bringen.

Normalerweise ist es vorteilhaft, die Befestigungsvorrichtun gen in den Ecken des Brennelement zu plazieren, wo die Verformung des Brennelementkastens am geringsten ist.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Zelle eines Abstandshalters und die angren zende Brennelementwand im Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 4,

Fig. 2 dieselbe Darstellung wie Fig. 1, jedoch mit einem in die Abstandshalterzelle eingeführten Brennstab,

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2.

In Fig. 1 bezeichnet 1 die Brennelementwand und 2 einen Teil eines Abstandshalters. Dieser Teil 2 entspricht im wesentlichen einer sogenannten Abstandshalterzelle, die normalerweise einen Brennstab umschließt und stützt. Die Abstandshalterzelle hat einen oberen Rahmen 3 und einen unteren Rahmen 4, die mit der federnd ausgebildeten Außenwand 5 des Abstandshalters verbunden sind. In der Mitte dieser Wand ist ein Anschlag 6 angebracht, welcher der genannten zweiten Befestigungsvorrichtung entspricht. In die Wand des Brennelement sind außerdem Anschläge 7 geprägt. In Fig. 1 ist kein Brennstab in die betreffende Zelle eingesetzt, d. h. "der Schlüssel ist im Schloß nicht gedreht worden". Dies bedeutet, daß der Abstandshalter aus dem Brennelement herausgezogen werden kann, ohne daß der Anschlag 6 gegen einen der Anschläge 7 schlägt.

In Fig. 2 ist ein Brennstab 8 in die Zelle eingeführt worden, welcher die federnd ausgebildete Wand 5 zur Seite gedrückt hat. Dies hat zur Folge, daß der Anschlag 6 so nahe an der Brennelementwand 1 liegt, daß die Zelle weder nach oben noch nach unten bewegt werden kann, ohne daß der Anschlag 6 gegen einen der Anschläge 7 schlägt, d. h. "der Schlüssel ist im Schloß gedreht worden".

Fig. 3 zeigt einen Horizontalschnitt durch einen der geprägten Anschläge 7.

Fig. 4 zeigt einen Horizontalschnitt durch eine Ecke des Brennelements mit der Wand 1. 2 bezeichent den Teil des Abstandshalters, der im wesentlichen der Abstandshalterzelle entspricht, die den Brennstab 8 umfaßt. Im übrigen werden dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2 benutzt.

Wie bereits erwähnt, ist das Brennelement ziemlich lang, was bedeutet, daß eine große Anzahl von Abstandshaltern direkt übereinander, alle mit ihrer individuellen Befestigungsvorrichtung relativ zum Brennelement angeordnet werden. Die Befestigungsvorrichtungen, die beispielsweise in derselben Ecke des Brennelements liegen, werden alle von dem Brennstab betätigt, der in diese Ecke eingeschoben wird. Wenn das Brennstabbündel in verschiedene Teile eingeteilt ist, von denen jeder mit individuellen Abstandshaltern versehen ist, dann müssen diese durch Einführung eines entsprechenden Brennstabes separat an der Brennelementwand oder an Zwischenwand im Brennelement befestigt werden.

Claims

1. Brennelement für einen Kernreaktor mit einem in das Brennelement einschiebbaren Bündel langgestreckter Brennstäbe, die von längs des Bündels angeordneten, aus Zellen (2) aufgebauten Abstandshaltern zusammengehalten wer den, wobei die auf das Brennstabbündel gerichtete Wand (1) des Brennelements mit mehreren in Längsrichtung der Wand (1) angeordneten ersten Befestigungsvorrichtungen (7) versehen ist, jeder Abstandshalter mit einer an einer der Wand (1) zugewandten Zelle (2) angeordneten zweiten Befestigungsvorrichtung (6) versehen ist, die federnd in Richtung auf die Wand (1) des Brennelements zu oder von dieser weg bewegbar ist, und die ersten und zweiten Befestigungsvorrichtungen miteinander in Eingriff gebracht werden können dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Befestigungsvorrichtungen (7, 6) dadurch miteinander in Eingriff gebracht bzw. außer Eingriff gesetzt werden können, daß bei in das Brennelement eingeschobenem Brennstabbündel durch Einschieben oder Herausziehen eines Brennstabes (8) in die bzw. aus der Abstandshalterzelle (2) die zweite Befestigungsvorrichtung auf die Wand (1) des Brennelementes zubewegt bzw. von dieser wegbewegt wird.

2. Brennelement für einen Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (2) des Abstandshalters eine bewegliche, federnd ausge bildete Wand hat, an der die zweite Befestigungsvorrichtung (6) angeordnet ist, und daß diese Wand beim Einführen eines Brennstabes in die Zelle (2) derart in Richtung auf die Brennelementwand (1) bewegt wird, daß die zweite Befesti gungsvorrichtung (6) mit der entsprechenden ersten Befesti gungsvorrichtung (7) in Eingriff gelangt.

3. Brennelement für einen Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die ersten und zweiten Befestigungsvorrichtungen (6, 7) in den Ecken des Brennelements angeordnet sind.