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Gestell zum Lagern nuklearer Brennelemente
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Die Erfinduny hat ein Gestell zum Lagern nuklearer Brennelemente nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Gegenstand.
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Es ist ein solches Gestell aus der DE-OS 29 21 482 bekannt, bei dem
das Bodenstück aus einer durch vertikale Rippen versteiften Bodenplatte besteht,
die auf ihrer Oberseite spanabhebend bearbeitet ist. Die Vierkantrohre sind auf
der Bodenplatte mittels Schrauben befestigt, die sich durch am unteren Ende der
Vierkantrohre befindliche Flansche erstrecken. Dieses bekannte Gestell hat zwar
den Vorteil, dass die Vierkantrohre einzeln auf der Bodenplatte montiert und wenn
nötig auch einzeln entfernt werden können; es ist jedoch verhältnismässig kompliziert
und in der Fertigung - auch hinsichtlich der Flansche an den Vierkantrohren - aufwendig.
Insbesondere sind zur Fertigung der Bodenplatten grosse Bearbeitungsmaschinen nötig.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beheben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Kennzeichens
des Anspruchs 1 gelöst. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich dadurch, dass wegen
des Fehlens der Flansche an den Vierkantrohren erhebliche Einsparungen an teurem
Material möglich sind.
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Durch das Merkmal nach dem Anspruch 2 werden auf einfachste Art Vertikalabstützungen
für die in den Vierkantrohren einzulagernden Brennelemente geschaffen, wobei gleichzeitig
das Bodenstück versteift wird.
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Durch die Anordnung der Vierkantrohre gemäss dem Anspruch 3 werden
weitere Einsparungen an Fertigungs- und Materialkosten erzielt, indem die Anzahl
der benötigten Vierkantrohre auf etwa die Hälfte der unterzubringenden Brennelemente
herabgesetzt wird.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Abschnitt eines
erfindungsgemässen Gestells, wobei die Höhe der Vierkantrohre übertrieben kurz dargestellt
ist, Fig. 2 einen Horizontalschnitt eines Abschnitts eines Gestells nach Fig. 1,
Fig. 3 in perspektivischer Ansicht einen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemässen Gestells, ebenfalls mit verkürzt dargestellten Vierkantrohren,
Fig. 4 einen Grundriss eines Gestellabschnitts, wobei die Materialdicken übertrieben
dick dargestellt sind,
Fig. 5 einen Vertikalschnitt nach der Ebene
V - V in Fig. 4, Fig. 6 einen Vertikalschnitt nach -der Ebene VI - VI in Fig. 4,
Fig. 7 einen Vertikalschnitt entsprechend Fig. 5 durch den oberen Bereich eines
abgewandelten Vierkantrohres, Fig. 8 in perspektivischer Ansicht ein ähnlich Fig.
7 ausgebildetes oberes Ende eines Vierkantrohres.
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Gemäss Fig. 1 besteht das Gestell 1 aus einem Bodenstück 15 und mehreren
darauf durch Schweissen befestigten Auf nahmerohren 10. Das Bodenstück 15 weist
eine Reihe von in vertikalen Ebenen mit dem Abstand A parallel verlaufenden Längsbändern
2 auf, deren Hauptausdehnungsrichtung in Fig.2 mit y bezeichnet ist. In die Längsbänder
2 sind von unten her mit gleichmässiger Teilung A' Einschnitte 3 angebracht.
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Mit den Längsbändern 2 kreuzt sich eine Reihe von Querbändern 5 (Hauptausdehnungsrichtung
x in Fig. 2), die in Vertikalebenen verlaufen, deren gegenseitiger Abstand der Teilung
A' entspricht. Die Querbänder 5 weisen von deren Oberkante ausgehende Einschnitte
6 auf, deren Teilung dem Abstand A entspricht. In die Einschnitte 6 der Querbänder
5 sind die Einschnitte 3 der Längsbänder 2 so eingesteckt, dass die Unterkanten
der Längsbänder und der Querbänder 5 in derselben Horizontalebene liegen. Da die
Querbänder 5 halb, nur knapp wo breit sind wie die Längsbänder 2, liegen die Oberkanten
der Längsbänder auf anderer Höhe als die der Querbänder. Längs- und Querbänder sind
durch vertikal verlaufende Schweissnähte 4 miteinander verbunden.
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Durch diese Anordnung der Längsbänder 2 und der Querbänder 5 ergibt
sich ein Bodenstück 15 in Form eines quadratischen
Gittcrs, da die
Abstände A und Ai gleich sind.
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Auf dem so gebildeten Bodenstück 15 sind - gegenüber den Querbändern
5 um die halbe Teilung A' versetzt und analog zur Anordnung der schwarzen Felder
eines Schachbrettes -quadratische Vierkantrohre 10 mit abgerundeten Kanten angeordnet,
wobei also den weissen Schachbrettfeldern entsprechend von Vierkantrohren freie
Plätze entstehen. Durch die Versetzung verlaufen die Querbänder 5 in Ebenen E (Fig.
2), in.
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genen sich die Längsachsen der Vierkantrohre 10 erstrecken.
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Die Lichtweite Be der freien Plätze ist gleich der Lichtweite B der
Vierkantrohre 10. Die Höhe der Vierkantrohre 10 misst in Wirklichkeit z.B. das Zwanzigfache
des Abstandes A.
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An den unteren Enden der Vierkantrohre 10 sind jeweils auf zwei einander
gegenüberliegenden Seiten - Fig. 1 die mit den Längsbändern 2 zusammenfallenden
Seiten - rechteckige Partien der Rohrwände durch Anfräsen entfernt worden, so dass
an jedem Vierkantrohr zwei horizontale Fräsflächen 16 und vier vertikale Fräsflächen
18 entstehen. Die Frästiefe ist dabei so gewählt worden, dass die zwischen jeweils
zwei vertikalen Fräsflächen 18 verbleibenden rechteckigen Wandvon der Höhe H lappen
11 gerade zwischen zwei Längsbänder 2 passen. Die Vierkantrohre 10 sind durch Kehlnähte
längs den Fräsflächen 16 und 18 an den Längsbändern 2 angeschweisst. Wie Fig. 2
zeigt, sind jeweils zwei einander parallele Wände eines Vierkantrohres 10 etwa bündig
mit zwei Längsbändern 2.
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Auf den Aussenseiten der Vierkantrohre 10 sind über den grössten Teil
ihrer Höhe, jedoch ausserhalb des Bereiches des Bodenstückes 15, Platten 12 (Fig.
2) aus einem Neutronen stark absorbierenden Material angebracht, z.B. aus borhaltigem
Aluminium oder geeigneten Kunststoffen. Die Platten 12 sind aussen von einem dünnen
Blech 14 umspannt, das ringsherum dicht mit dem Vierkantrohr verschweisst sein
kann
oder aber auch Durchtrittsöffnungen für eine Küh1-flüssigkeit aufweisen kann.
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Die beschriebene Konstruktion hat den Vorteil, dass mit einem Minimum
an Schweissarbeit und wenig Material ein sehr starres Bodenstück 15 entsteht, in
dem die durch Anfräsungen erzeugten Wandlappen 11 der Vierkantrohre 10 steife Verbindungselemente
für die Längsbänder 2 bilden. Zur Steifheit dieser Verbindungselemente trägt auch
noch ein Teil der oberhalb der rechteckigen Wandlappen 11 befindlichen Wandpartie
der Vierkantrohre bei Durch den Versatz der Wandlappen 11 der Vierkantrohre 10 um
die halbe Teilung A' gegenüber den Querbändern 5 wird erreicht, dass im Zickzack
und parallel zu den Längsbändern 2 verlaufende Gassen für die Kühlmittelzufuhr zu
den unteren Enden der Vierkantrohre und zu den zwischen den Vierkantrohren befindlichen
Lagerplätzen freibleiben. Da sich die Brennelemente lediglich mit einem an ihrem
unteren Ende vorstehenden zentralen Stummel auf den Querbändern 5 abstützen, bleibt
seitlich neben diesem Stummel genug freier Querschnitt für das die Querbänder 5
überströmende Kühlmittel.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind im Bodenstück 15 zusätzlich
zu den Querbändern 5, jedoch gegenüber diesen um die halbe Teilung A' versetzt,
in Vertikalebenen verlaufende Oberbänder 20 vorgesehen, die von der Unterkante ausgehende
Einschnitte 19 aufweisen. Die Längsbander 2 weisen dazu passende, von der Oberkante
ausgehende Einschnitte 21 auf. Die in die Längsbänder 2 gesteckten Oberbänder 20
sind über Vertikalnähte 28 mit den Längsbändern verschweisst.
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Die Längsbänder 2 und die Oberbänder 20 weisen im Bereich ihrer Oberkantenschräge
Anfräsungen 22 auf, um in diesem Bereich die Dicke dieser Bänder an die Wanddicke
der Vierkantrohre anzugleichen. Die in diesem Fall unten gerade
abyeschnittenen
Vierkantrohre 10 sind über die Länge der Anfräsungen 22 an den Längsbändern 2 und
den Oberbändern 20 angeschweisst.
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Verglichen mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat das Gestell
nach Fig. 3 den Vorteil dass an den Vierkantrohren weniger Fräsarbeiten ausgeführt
werden müssen. Dieser Vorteil wird allerdings mit vermehrter Schweissarbeit erkauft.
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Gemäss Fig. 4, 5 und 6 sind die Kanten der Vierkantrohre 10 an deren
oberem Ende über die Länge L ausgefräst. Die jeweils zwischen zwei Ausfräsungen
verbleibenden Wandabschnitte sind durch einen Längsschnitt 24 in zwei Lappen 26
und 27 unterteilt, sodass an jedem Vierkantrohr vier Lappen 26 und 27 entstehen.
Die Lappen 27 sind - wie dies aus Fig. 6 hervorgeht - an ihrer Basis leicht nach
aussen und etwa auf halber Höhe leicht nach innen abgebogen. Die Lappen 26 sind
- wie Fig. 5 zeigt - nur einmal abgebogen, und zwar in halber Höhe leicht nach aussen.
Jeweils derselben Kante eines Vierkantrohres benachbarte Lappen 26 oder 27 sind
gleich ausgebildet, wobei - auf die Diagonale bezogen - Symmetrie besteht. Durch
die Lappen 26 und 27 wird ein Brennelement beim Einfahren in ein Vierkantrohr oder
in einen zwischen vier benachbarten Vierkantrohren liegenden Lagerplatz zentriert,
und zwar an den durch die Ausbiegungen gebildeten Schrägflächen der Lappen.
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Nach Fig. 7 ist das Vierkantrohr 10 an seinem oberen Ende auf der
Innenseite schräg angefräst, sodass eine Führungsfläche 30 entsteht. An der Aussenseite
des Vierkantrohres ist ein Bandmaterialabschnitt 32 angeschweisst, der oben eine
äussere schräge Führungsfläche 34 aufweist. Diese Gestaltung ist an jeder der vier
Wände der Vierkantrohre vorgesehen. Während die Führungsfläche 30 ein in das Vierkantrohr
10 einzuführendes Brennelement zentriert, tun das die entsprechenden äusseren Führungsflächen
34 für ein
in die Lagerstellen zwischen vier Vierkantrohren ein
zu führendes Brennelement.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist das obere Ende eines Vierkantrohres
- wie in Fig. 7 - aussen mit vier Banamaterialabschnitten 32 versehen. Die Führungsflächen
30 und 34 bilden hier aber nicht Ebenen, sondern Kegelfächen, deren Achse sich mit
der Längsachse des Vierkantrohres deckt. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet,
wenn die Brennelemente an ihrem unteren Ende als Rotationskörper bezüglich ihrer
Längsachse ausgebildet sind, da damit beim Einführen der Brennelemente geringere
Flächenpressungen auftreten.
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Es kann zweckmässig sein, die oberen Enden benachbarter Vierkantrohre
mit Führungen zu versehen, die die Vierkantrohre in Horizontalrichtung gegeneinander
abstützen, jedoch relative Vertikalbewegungen infolge ungleicher Erwärmung der Rohre
zulassen. Als solche Führungen liessen sich beispielsweise Vierkant- oder Rundmaterialabschnitte
verwenden, die in die von den Kanten-Ausfräsungen gebildeten Taschen zwischen jeweils
benachbarten Vierkantrohren eingelegt werden; es liessen sich aber auch im Kantenbereich
eines Vierkantrohres 10 schmale Lappen diagonal ausbiegen, die in diagonal gefräste
Nuten der benachbarten Vierkantrohre eingreifen.