DE3228380C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Kernreaktorbrennelement ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 27 03 885 bekannt. Der Haltestab dieses bekannten Kernreaktorbrennelementes weist an dem Stabende, mit dem er durch die Durchführung in der einen der beiden Halteplatten greift, einen Haltering auf, der auf seiner äußeren Mantelfläche mit zwei sich diametral gegenüberliegenden radialen Haltenasen versehen ist, der um die Längsachse des Haltestabes verdrehbar auf dem Stabende sitzt und dort mit einer auf dem Stabende festgeschraubten oder -geschweißten Stellmutter gehaltert ist. Die Durchführung in der vom Stabende durchgriffenen Halteplatte weist zwei durchgehende, von der Durchführung ausgehende radiale Durchtrittsschlitze für die beiden radialen Haltenasen des Haltestabes auf. In der Durchführung selbst sitzt auf dem Haltestab eine dem Ring mit den Haltenasen zugeordnete ringförmige Buchse als Verdrehsicherung für den Haltering, die ebenfalls in Längsrichtung des Haltestabes verschiebbar und um diesen Haltestab drehbar ist. Auf ihrer äußeren Mantelfläche weist diese Buchse zwei sich diametral gegenüberliegende Nasen auf, die in die beiden Radialschlitze der Durchführung greifen. In der Durchführung sitzt ferner auf dem Haltestab eine Schraubenfeder, die mit einem Ende am Stützkörper für die Halteplatte und am anderen Ende an der ringförmigen Buchse angreift und die ringförmige Buchse gegen den Ring mit den Haltenasen preßt.

Die Halteplatte wird am Haltestab gehaltert, indem zunächst die Haltenasen mit den Nasen an der ringförmigen Buchse verrastet werden. Hierzu weisen die Haltenasen auf ihrer Unterseite Rastkerben für Rastvorsprünge auf, die sich auf der Oberseite der Nasen an der ringförmigen Buchse befinden. Sodann wird das die Haltenasen aufweisende Ende des Haltestabes durch die Durchführung in der Halteplatte mit den Haltenasen und den Nasen an der ringförmigen Buchse in den Radialschlitzen der Durchführung befindlich geführt. Sodann wird der Ring mit den Haltenasen um die Längsachse des Haltestabes gedreht, so daß die Haltenasen von den Nasen an der ringförmigen Buchse ausrasten und schließlich die Halteplatte hintergreifen. Durch eine umgekehrte Verfahrensweise kann der Haltestab wieder von der Halteplatte gelöst werden. Auf diese Weise können Kernbrennstoff enthaltende Brennstäbe, die parallel zum Haltestab zwischen den beiden Halteplatten angeordnet und jeweils in einer Masche von Abstandshaltergittern geführt sind, schnell und einfach aus dem Kernreaktorbrennelement bzw. in das Kernreaktorbrennelement beispielsweise zum Zwecke der Reparatur, des Ersetzens oder der Inspektion aus- und eingebaut werden.

Da ein in einem Kernreaktor bestrahltes Kernreaktorbrennelement zum Aus- bzw. Einbau von Brennstäben unter Wasser angeordnet wird und eine Montage an diesem unter Wasser angeordneten Brennelement wegen der von ihm ausgehenden radioaktiven Strahlung nur mit fernbedienten Werkzeugen vorgenommen werden kann, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bewegliche Teile, die mit den Montagewerkzeugen gehandhabt werden müßten, an den Haltestäben des Kernreaktorbrennelementes zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sich der bewegliche Verriegelungskörper zwischen der Haltenase, die starr an dem Haltestab angebracht ist, und der Halteplatte mit der Durchführung befindet und der einen Durchtrittsschlitz für die Haltenase aufweist.

Ein solcher Verriegelungskörper braucht nicht am Haltestab, sondern kann auch an der Halteplatte angeordnet sein.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht ein stark schematisiertes Kernreaktorbrennelement für einen Druckwasserkernreaktor.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Explosionsdarstellung das Stabende eines Haltestabes und einen Ausschnitt aus einer der beiden Halteplatten des Kernreaktorbrennelementes nach Fig. 1 mit einer ersten Ausführungsform des zugehörigen Verriegelungskörpers samt Federelement.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die in Fig. 2 dargestellten Teile in der Entriegelungsphase,

Fig. 4 eine Draufsicht auf diese Teile entsprechend Fig. 3 auf die eine Seite der Halteplatte und

Fig. 5 eine Draufsicht auf die andere Seite der Halteplatte.

Fig. 6 zeigt einen der Fig. 3 entsprechenden Längsschnitt in der Verriegelungsphase und

Fig. 7 die der Fig. 4 entsprechende zugehörige Draufsicht auf die Teile nach Fig. 6.

Fig. 8 zeigt die Draufsicht auf eine der Halteplatten einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kernreaktorbrennelementes.

Fig. 9 zeigt im Längsschnitt einen Teil der Halteplatte nach Fig. 8 mit dem Stabende eines Haltestabes.

Fig. 10 zeigt im Längsschnitt einen anderen Teil der Halteplatte nach Fig. 8 mit dem Stabende eines anderen Haltestabes.

Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf den Teil der Halteplatte nach Fig. 10.

Das Kernreaktorbrennelement nach Fig. 1 ist für einen Druckwasserkernreaktor bestimmt und weist zwei Halteplatten 2 und 3 auf. Ferner sind zwei Haltestäbe 4 und 5 erkennbar, deren Längsachsen die beiden zueinander parallelen Halteplatten 2 und 3 unter einem Winkel von 90° durchdringen und die an jedem Ende jeweils an einer der beiden Halteplatten 2 und 3 gehaltert sind. Jeder der beiden Haltestäbe 4 und 5 ist durch eine Masche von Abstandshaltergittern 6 und 7 geführt, die sich zwischen den beiden Halteplatten 2 und 3 befinden und von denen zwei Abstandshaltergitter 6 und 7 in Fig. 1 erkennbar sind. Durch andere Maschen der Abstandshaltergitter ist jeweils ein Brennstab 8 geführt, der im wesentlichen aus einem mit Kernbrennstoff gefüllten Hüllrohr besteht, das an beiden Enden gasdicht verschlossen ist. Die Brennstäbe 8 sind an keiner der beiden Halteplatten 2 und 3 befestigt, sondern sie haben zwischen den beiden Halteplatten 2 und 3 in ihrer Längsrichtung Spiel und können sich deshalb in axialer Richtung, d. h. in Längsrichtung des Kernreaktorbrennelementes frei ausdehnen.

Das obere Stabende beispielsweise des Haltestabes 4 des Kernreaktorbrennelementes nach Fig. 1 weist, wie Fig. 2 zeigt, auf der äußeren Mantelfläche des Stabes zwei radiale Haltenasen 11 auf, die sich diametral gegenüberliegen. In Längsrichtung des Haltestabes 4 gesehen zwischen diesen beiden Haltenasen 11 und dem anderen, in Fig. 2 nicht dargestellten Stabende sitzt außen auf der Mantelfläche des Haltestabes 4 ein zum Anliegen der Halteplatte 2 bestimmter Stützkörper 12 mit kreuzförmigem Querschnitt.

In der Halteplatte 2 ist für das Stabende des Haltestabes 4 eine Durchführung 13 vorgesehen, in der sich auf der Unterseite der Halteplatte 2 ein in Fig. 2 gestrichelt angedeuteter Halteflansch 14 befindet. Dieser Halteflansch 14 weist zwei sich diametral gegenüberliegende radiale Durchtrittsschlitze 15 für die beiden Haltenasen 11 am Stabende des Haltestabes 4 auf.

Ein den Haltenasen 11 zugeordneter beweglicher Verriegelungskörper für die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kernreaktorbrennelementes nach Fig. 1 ist, wie Fig. 2 zeigt, ein Verriegelungsring 16 mit einer zentrischen Durchführung 17 für das Stabende des Haltestabes 4. Dieser Verriegelungsring 16 weist ebenfalls zwei sich diametral gegenüberliegende, von der Innenfläche des Verriegelungsringes 16 ausgehende radiale Durchtrittsschlitze 18 für die Haltenasen am Haltestab 4 auf. Zwischen diesen beiden Durchtrittsschlitzen 18 sind an der in Fig. 2 oberen Stirnfläche des Verriegelungsringes 16 als Kerben ausgebildete Verraststellen 19 für die beiden Haltenasen 11 am Haltestab 4 angebracht. An derselben Stirnfläche des Verriegelungsringes 16 wie die Verraststellen 19 sind noch zwei sich diametral gegenüberliegende Kerben 20 als Angriffsstelle für einen Schlüssel angeordnet.

Schließlich ist in Fig. 2 noch eine Schraubenfeder 21 dargestellt, die sich als Federelement vorteilhafterweise in der Durchführung 13 in Längsrichtung des Haltestabes 4 gesehen zwischen dem Halteflansch 14 und dem Verriegelungsring 16 befinden soll und die sich sowohl an dem Halteflansch 14 als auch an dem Verriegelungsring 16 abstützt. Als Abstützfläche ist günstigerweise außen am Mantel des Verriegelungsringes 16 eine Schulter 22 ausgebildet.

Ferner ist vorteilhafterweise an der Durchführung 13 an der Oberseite der Halteplatte 2 eine Umbördelung 23 zum Haltern des Verriegelungsringes 16 vorgesehen, der sich in der Durchführung 13 zwischen dem Halteflansch 14 und dieser Umbördelung 23 befinden soll.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Haltenasen 11 starr am Haltestab 4 angeformt und können deshalb nicht bezüglich des Haltestabes 4 bewegt werden.

Wie Fig. 3 zeigt, ist in der Entriegelungsphase der Verriegelungsring 16 in der Durchführung 13 koaxial angeordnet und durch die Umbördelung 23 einerseits und den Halteflansch 14 andererseits um seine Längsachse drehbar gehaltert. Der Verriegelungsring 16 greift durch die ebenfalls in der Durchführung 13 befindliche Schraubenfeder 21, die sich an der Abstufung 22 an der äußeren Mantelfläche des Verriegelungsringes 16 und am Halteflansch 14 in der Durchführung 13 abstützt. Diese Schraubenfeder 21 sucht den Verriegelungsring 16 gegen die Umbördelung 23 zu pressen.

Zum Erzielen der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Vorverriegelungsphase wird die obere Halteplatte 2 des Kernreaktorbrennelementes nach Fig. 1 auf die beiden Haltestäbe 4 und 5 aufgesetzt, so daß, wie im Falle des Haltestabes 4 dargestellt, die radialen Haltenasen 11 durch die Durchtrittsschlitze 15 im Halteflansch 14 und 18 im Verriegelungsring 16 hindurch von der Unterseite der Halteplatte 2 zu deren Oberseite gelangen und sich die Halteplatte 2 schließlich auf dem Stützkörper 12 außen an dem Haltestab 4 abstützt. Sodann wird der Verriegelungsring 16 mit einem in den Kerben 20 angreifenden Schlüssel entgegen der Federkraft der Schraubenfeder 21 gegen den Halteflansch 14 gepreßt und zugleich um die mit der Längsachse des Haltestabes 4 zusammenfallende Längsachse der Durchführung 13 gedreht, bis die Haltenase 11 nach Freigabe des Schlüssels in die Verraststelle 19 des unter Einwirkung der Federkraft der Schraubenfeder 21 wieder an der Umbördelung 23 anliegenden Verriegelungsringes 16 einrasten, so daß sich die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Verrastphase ergibt.

Die Höhe des Verriegelungsringes 16 wird günstigerweise so gewählt, daß die Schraubenfeder 21 nicht paketverdichtet wird, wenn der Verriegelungsring 16 mit Hilfe des in den Kerben 20 angreifenden Werkzeuges gegen den Halteflansch 14 in der Durchführung 13 gepreßt wird.

Die Halteplatte 2 kann in einfacher Weise z. B. nach dem Entladen des Kernreaktorbrennelementes aus einem Kernreaktor vom Haltestab 4 gelöst werden, indem mit Hilfe des in den Kerben 20 angreifenden Schlüssels die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Verriegelungsphase durch Pressen des Verriegelungsringes 16 gegen den Halteflansch 14 und Drehen des Verriegelungsringes 16 um die mit der Längsachse des Haltestabes 4 zusammenfallende Längsachse der Durchführung 13 unter Übergang in die Entriegelungsphase nach Fig. 3 aufgehoben wird.

Der Haltestab 4 kann an der in Fig. 1 unteren Halteplatte 3 mit Hilfe einer koaxialen Schraube festgeschraubt sein. Er kann dort aber auch in der gleichen Weise wie sein oberes Ende verriegelt sein.

Der Haltestab 4 des Kernreaktorbrennelementes entsprechend den Fig. 1-7 weist keinerlei bewegliche Teile auf. Der Verriegelungsring 16 und die Schraubenfeder 21 sind durch die Umbördelung 23 und den Halteflansch 14 unverlierbar in der Durchführung 13 der Halteplatte 2 gehaltert. Äußere Kräfte, die zu den Halteplatten 2 und 3 senkrecht sind und diese gegeneinander zu bewegen suchen, werden durch den Stützkörper 12 außen am Haltestab 4 aufgenommen und belasten so in keiner Weise den Verriegelungsring 16 und die Schraubenfeder 21.

In einer anderen Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9 eines erfindungsgemäßen Kernreaktorbrennelementes ist der bewegliche Verriegelungskörper eine Verriegelungsplatte 30, die Langlöcher 31 aufweist mit einer Form, die sich aus einer kleinen Parallelverschiebung von Kreisen eines Durchmessers ergibt. Diese Verriegelungsplatte 30 ist an der Oberseite der Halteplatte 2 durch Winkelteile 33 in Richtung 32 der Längserstreckung der Langlöcher 31 verschiebbar gehaltert. Jeder Haltestab 4 weist, wie bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kernreaktorbrennelementes nach den Fig. 1-7 am oberen Ende zwei sich außen diametral gegenüberliegende radiale Haltenasen 11 und zwischen diesen Haltenasen 11 und außen in Längsrichtung des Haltestabes 4 gesehen zwischen diesen Haltenasen 11 und dem unteren Ende des Haltestabes 4 einen Stützkörper 12 für die Halteplatte 2 auf. Jedes Langloch 31 ist mit zwei vom betreffenden Langloch ausgehenden, sich diametral gegenüberliegenden radialen Durchtrittsschlitzen 34 für die radialen Haltenasen 11 am betreffenden Haltestab 4 versehen. Diese radialen Durchtrittsschlitze 34 stehen senkrecht zur Längserstreckung der Langlöcher 31.

Die Stabenden der Haltestäbe 4 mit den Haltenasen 11 greifen jeweils durch eine Durchführung in der Halteplatte 2 und durch ein Langloch 31 in der Verriegelungsplatte 30.

Beim Aufsetzen der Halteplatte 2 auf die Haltestäbe 4 des erfindungsgemäßen Kernreaktorbrennelementes entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 werden die radialen Haltenasen 11 der Haltestäbe 4 durch die Durchtrittsschlitze 34 bewegt. Sodann wird die Verriegelungsplatte 30 in Richtung 32 der Längserstreckung der Langlöcher 31 verschoben, so daß sich die in Fig. 9 dargestellte Verriegelungsphase ergibt, in der sich die Verriegelungsplatte 30 in Längsrichtung der Haltestäbe 4 gesehen zwischen den radialen Haltenasen 11 und der Halteplatte 2 befindet und die sich auf den Abstützkörpern 12 abstützende Halteplatte 2 an den Haltestäben 4 haltert.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kernreaktorbrennelementes hat insbesondere den Vorteil, daß die Halteplatte 2 mit Hilfe der Verriegelungsplatte 30 an allen Haltestäben 4 gleichzeitig gehaltert bzw. von allen Haltestäben 4 gleichzeitig gelöst werden kann.

Ein Vorteil ist es, wenn, wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist, in einer Durchführung 13 a der Halteplatte 2 der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kernreaktorbrennelementes nach den Fig. 8 und 9 an der Unterseite der Halteplatte 2 ein Halteflansch 14 a vorgesehen ist, der mit radialen Durchtrittsschlitzen 18 a für die Haltenasen 11 a am Haltestab 4 a versehen ist. In dieser Durchführung 13 a ist ein Exzenterring 16 a angeordnet, der in eine Durchführung 31 a in der Verriegelungsplatte 30 greift. Wie Fig. 10 zeigt, ist dieser Exzenterring 16 a ähnlich wie der Verriegelungsring 16 nach den Fig. 2-7 zusammen mit einer koaxialen, sich am Exzenterring 16 a und am Halteflansch 14 a abstützenden Schraubenfeder 21 durch diesen Halteflansch 14 a und eine Umbördelung 23 a unverlierbar gehaltert. Der in der Durchführung 13 a befindliche Teil des Exzenterringes 16 a ist konzentrisch bzw. koaxial zu dieser Durchführung 13 a, während der sich in der Durchführung 31 a der Verriegelungsplatte 30 befindende Teil des Exzenterringes 16 a dort exzentrisch ist.

Beim Aufsetzen der Halteplatte 2 nach Fig. 8 auf die Haltestäbe 4 werden auch die Haltenasen 11 a des Haltestabes 4 a durch die radialen Durchtrittsschlitze des Halteflansches 14 a und des Exzenterringes 16 a geführt, so daß der Stab 4 a schließlich mit seinem die Haltenasen 11 a aufweisenden Enden durch den Exzenterring 16 a greift. Durch Verdrehen des Exzenterringes 16 a mit Hilfe eines nicht dargestellten, an der oberen Stirnseite des Exzenterringes 16 angreifenden Schlüssels um die Längsachse der Durchführung 13 a und des Haltestabes 4 a und Einrasten der Haltenase 11 a in eine Verraststelle 19 a an der oberen Stirnfläche des Exzenterringes 16 a wird die Halteplatte 2 nicht nur mit dem Haltestab 4 a verriegelt, sondern es wird auch die Verriegelungsplatte 30 in Richtung 32 der längsten Durchmesser der Langlöcher 31 verschoben, so daß auch die anderen Haltestäbe 4 mit der Halteplatte 2 verriegelt werden.

Claims (10)

1. Kernreaktorbrennelement mit zwei Halteplatten und einem an beiden Halteplatten gehalterten Haltestab, dessen Längsachse beide Halteplatten durchdringt, dem an einem Stabende, mit dem er durch eine Durchführung in einer der beiden Halteplatten greift, außen eine radiale Haltenase mit beweglichem Verriegelungskörper zugeordnet ist und auf dem außen auf der Mantelfläche zwischen dieser Haltenase und seinem anderen Stabende ein Stützkörper sitzt, an dem diese Halteplatte anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der bewegliche Verriegelungskörper (16; 30) zwischen der Haltenase (11), die starr an dem Haltestab (4) angebracht ist, und der Halteplatte (2) mit der Durchführung (13; 31) befindet und einen Durchtrittsschlitz (18; 34) für die Haltenase (11) aufweist.

2. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Durchführung (13) an einer Unterseite der Halteplatte (2) ein Halteflansch (14) befindet, der mit einem radialen Durchtrittsschlitz (15) für die radiale Haltenase (11) versehen ist, und daß der bewegliche Verriegelungskörper ein innerhalb der Durchführung (13) zwischen dem Halteflansch (14) und der Haltenase (11) auf dem Haltestab (4) in Längsrichtung des Haltestabes (4) verschiebbar und um den Haltestab (4) drehbar angeordneter Verriegelungsring (16) mit zentrischer Durchführung (17) ist, der ebenfalls einen von seiner Innenfläche ausgehenden radialen Durchtrittsschlitz (18) für die Haltenase (11) aufweist.

3. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der Durchführung (13) zwischen dem Halteflansch (14) und dem Verriegelungsring (16) ein Federelement (21) befindet, das sich sowohl an dem Halteflansch (14) als auch an dem Verriegelungsring (16) abstützt.

4. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Durchführung (13) an einer Oberseite der Halteplatte (2) eine Umbördelung (23) zum Haltern des Verriegelungsringes (16) angebracht ist, der sich innerhalb der Halteplatte (2) zwischen dem Halteflansch (14) und der Umbördelung (23) befindet.

5. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsring (16) eine Verraststelle (19) für die Haltenase aufweist.

6. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungskörper eine auf der Halteplatte (2) angeordnete Verriegelungsplatte (30) mit mindestens einem Langloch (31) ist, durch das das die Haltenase (11) aufweisende Stabende greift und das einen vom Langloch (31) ausgehenden, quer zu dessen Längserstreckung verlaufenden Durchtrittsschlitz (34) für die Haltenase (11) aufweist, und daß die Verriegelungsplatte (30) in Richtung (32) der Längserstreckung des Langloches (31) verschiebbar an der die Durchführung aufweisenden Halteplatte (2) angeordnet ist.

7. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung der Verriegelungsplatte (30) sich in einer weiteren Durchführung (13 a) in der Halteplatte (2) an deren Unterseite ein Halteflansch (14 a) befindet, der mit einem radialen Durchtrittsschlitz für eine außen an einem weiteren Haltestab (4 a) angeordnete radiale Haltenase (11 a) versehen ist, und daß innerhalb der weiteren Durchführung (13 a) in der Halteplatte (2) ein in eine Durchführung (31 a) der Verriegelungsplatte (30) greifender Exzenterring (16 a) angeordnet ist, der in der Durchführung (13 a) innerhalb der Halteplatte (2) konzentrisch und in der Durchführung (31 a) in der Verriegelungsplatte (30) exzentrisch ist, der auf dem weiteren Haltestab (4 a) um dessen Längsrichtung verschiebbar und um diesen drehbar angeordnet ist und der ebenfalls einen von seiner Innenfläche ausgehenden radialen Durchtrittsschlitz (18 a) für die Haltenase (11 a) des weiteren Haltestabes (4 a) aufweist.

8. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der weiteren Durchführung (13 a) für den weiteren Haltestab (4 a) zwischen dem Halteflansch (14 a) und dem Exzenterring (16 a) ein Federelement (21) befindet, das sich sowohl an dem Halteflansch (14 a) als auch an dem Exzenterring (16 a) abstützt.

9. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der weiteren Durchführung (13 a) an einer Oberseite der Halteplatte (2) eine Umbördelung (23 a) zum Haltern des Exzenterringes (16 a) angebracht ist, der außen an seiner Mantelfläche zwischen den Halteflansch (14 a) und die Umbördelung (23 a) greift.

10. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterring (16 a) eine Verraststelle (19 a) für die Haltenase (11 a) des weiteren Haltestabes (4 a) aufweist.