DE3325749A1 - Abstandshalter fuer eine kernbrennstoffeinheit - Google Patents

Abstandshalter fuer eine kernbrennstoffeinheit

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Description

Abstandshalter für eine Kernbrennstoffeinheit
Kernreaktoren sind gut bekannt und werden z.B. von M.M. El-Wakil in "Nuclear Power Engineering" MacGraw-Hill Book Company Inc., 1962, diskutiert.
Bei einem bekannten Kernreaktortyp, wie er z.B. in der Dresden-Kernreaktoranlage nahe Chicago, Illinois, verwendet wird, ist der Reaktorkern von heterogener Art. In solchen Reaktoren umfaßt der Kernbrennstoff langgestreckte Stäbe aus verschlossenen Brennstoffhülsenrohren aus geeignetem Material, wie Zirkoniumlegierung, enthaltend Urancxid und/oder Plutoniumoxid als Kernbrennstoff, z.B. wie in der US-PS 3 365 371 gezeigt. Eine Anzahl solcher Brennstoffstäbe sind zusammengruppiert und in einem offenendigen rohrförmigen Strömungskanal enthalten, um eine separat entferr.bare Brennstoffeinheit oder ein Bündel, wie z.B. in der US-PS 3 431 170 gezeigt, zu bilden. Eine genügende Anzahl vor. Brennstoffeinheiten sind in einer Matrix angeordnet, die etwa einem aufrechten kreisförmigen Zylinder ähnelt, um den zur selbstunterhaltenden Spaltungsreaktion befähigten Kernreaktorkern zu bilder.. Der Kern ist in eine Flüssigkeit, wie leichtes Wasser, eingetaucht, die sowohl als Kühlmittel als auch als Neutror.ennodera-
tor dient.
Eine typische Brennstoffeinheit wird durch eine Reihe von Abstand zueinander haltenden Brennstoffstäben gebildet, gehalten zwischen oberen und unteren Befestigungsplatten, wobei die Stäbe mehrere Fuß lang sind, einen Durchmesser in der Größenordnung von 12,5 ram (1/2") haben und einen Abstand voneinander von einem Bruchteil eines Zoll halten. Um einen geeigneten Kühlmittelstrom durch die Brennstoffstäbe hindurch zu erhalten, ist es wichtig, die Stäbe auf Abstand zu haben und sie daran zu hindern, während des Reaktorbetriebs sich zu biegen und zu vibrieren. Für diesen Zweck sind eine Anzahl von Brennstoffstab-Abstandshaltern, über die Länge der Brennstoffeinheit verteilt, vorgesehen.
Überlegungen zur Ausgestaltung solcher Brennstoffstab-Abstandshalter umfassen folgende: Beibehaltung des Stab-zu-Stab-Abstands; Beibehaltung der Form der Brennstoffeinheit; Möglichkeit der Brennstoffstab-Wärmeausdehnung; Einschränkung der Brennstoffstab-Vibration? Leichtigkeit der Brennstoffeinheit-Bündelung; Minimalhaltung der Kontaktflächen zwischen Abstandshalter und Brennstoff stäben; Aufrechterhaltung der Struktureinheit des Abstandshalters unter normalen und anomalen (z.B. seismischen) Beanspruchungen; Minimalhaltung der Reaktor-KühlmitteIstrom-Formänderung und -Drosselung; maximale Gestaltung der thermischen Grenzen; Minimalhaltung parasitischer Neutronenabsorption; Minimalhaltung der Herstellungskosten einschließlich Anpassung an automatisierte Produktion. So schafft das Bedürfnis zur Vorsehung solcher Brennstoffstab-Abstandshalter verschiedene erhebliche Probleme, von denen zwei die parasitische Neutronenabsorption und die Kühlmittelstromdrosselung oder der Druckabfall sind.
Jedes Material, das zusätzlich zum Kernbrennstoff beim Bau des Reaktorkerns verwendet werden muß, absorbiert in unproduktiver Weise Neutronen und reduziert so die Reaktivität, mit dem Ergebnis, daß eine zusätzliche kompensierende Menge an Brennstoff vorgesehen werden muß. Das Ausmaß einer solchen parasitischen Neutronenabsorption ist eine Funktion der Menge des Nichtbrennstoff-Materials, seiner Neutrcnenabsorptioriseigenschaften, d.h.
• τ.
seines Neutroneneinfangsquerschnitts, und der Neutronenflußdichte, der es ausgesetzt ist.
Um die Wärme vom Kernbrennstoff abzuführen, wird unter Druck stehendes Kühlmittel durch die Brennstoffeinheiten des Reaktorkerns gepreßt. Die Brennstoffstab-Abstandshalter in den Einheiten wirken als Kühlmittelstrom-Drosselung und verursachen einen unerwünschten, wenngleich unvermeidlichen Kühlmittelstrom-Druckabfall. Um geeignete Kühlung der Brennstoffstäbe über ihre Länge hinweg aufrecht zu erhalten und die erforderliche Kühlmittelpumpleistung minimal zu halten, ist es wünschenswert, daß der Widerstand des Abstandshalters im Kühlmittelstrom minimal gehalten wird. Der Strömungswiderstand eines Abstandshalters ist eine erhebliche Funktion seiner projizierten oder "Schatten"-Fläche. Daher kann der Strömungswiderstand eines Abstandshalters dadurch minimal gehalten werden, daß die projizierte Fläche der Abstandshalterstruktur minimal gestaltet wird.
In der Praxis bedeutet der Wunsch zur Minimaihaltung sowohl parasitischen Neutroneneinfangs als auch der Kühlrnittelstrcmdrosselung einen Konflikt bei der Gestaltung von Brennstoffstab-Abstandshaltern.
Um die Kühlmittelstromdrosselung minimal zu halten, sollten die Abstandshalterteile dünn und von minimalem Querschnitt sein. Sehr dünne Teile müssen jedoch aus hochfestem Material sein, um die passende Abstandshalterfestigkeit zu ergeben. Auch muß hochfestes Material mit geeigneten federnden Eigenschafton für irgend welche Federteile des Abstandshalter verwendet werden. Man stellt fest, daß solche geeigneten Materialien verhältnismäßig hohe Neutroneneinfangseigenschaften haben.
Andererseits findet man, daß Materialien mit den erwünschter, niedrigen Neutroneneinfangseigenschaften von relativ geriivser Festigkeit sind, schwer zu formen sind und die für Federteile aes Abstandshalters erwünschten federnden Eigenschaften nicht aufweisen .
- 4T-
Eine Möglichkeit zur Lösung des vorstehend geschilderten Gestaltungskonflikts ist ein "Verbund"-Abstandshalter, worin die Bauteile aus einem Material mit niedrigem Neutroneneinfangsquerschnitt und die Federteile separat aus geeignet federndem Material sind, wodurch die Menge des Materials mit hohem Neutroneneinfangsquerschnitt minimal gehalten wird.
Eine Vielzahl solcher Brennstoffstab-Abstandshalter ist vorgeschlagen und verwendet worden. Ein Beispiel findet sich in der ÜS-PS 3 654 077. Der darin dargestellte Abstandshalter (insbesondere die Ausführungsform der Figuren 5 und 6) hat lange kommerziellen Erfolg gehabt. In diesem Abstandshalter sind das periphere Trägerteil· und die unterteilenden Teile aus einem Material mit geringem Neutroneneinfangsquerschnitt, wie Zirkonium. Die unterteilenden Teile sind gerüstartig, d.h. mit Ausschnitten ausgebildet, um den Neutronenverlust weiter herabzusetzen. Um die Menge des Federmaterials mit. hohem Neutronenquerschnitt im Abstandshalter minimal zu halten, ragt ein einzelnes Federteil in jeden der Brennstoffstab-Durchlässe, wobei die Federn in Form vierseitiger Einheiten vorliegen.
Der Kern eines großen Kernreaktors enthält typischerweise in der Größenordnung von 800 Brennstcffeinheiten, deren jede sieben Abstandshalter haben kann. So ist abzuschätzen, daß selbst geringe Abnahmen des Abstandshalter-Strömungswiderstands und des Neutroneneinfangs einen beträchtlichen Einfluß auf den Kern als ganzes haben können.
Herabgesetzter Strömungswiderstand bedeutet, daß weniger Kühlmittel-Umlaufpumpleistung erforderlich ist. Beispielsweise kann in einer 1000 MWe-Anlage eine Senkung des Reaktorkern-Strömungswiderstands um 0,07 bar (1 psi) bis zu 350 kW elektrische Leistung einsparen.
Herabgesetzte parasitische Neutronenabsorption in den Abstandshaltern bedeutet, daß weniger Kernreaktivität für eine vorgegebene Leistungsabgabe nötig ist. Mit anderen Worten, es kann
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Brennstoff geringerer Anreicherung eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine 0,01 %ige Verringerung der Anreicherung die Kosten des Brennstoffs in der Größenordnung von DM 2600,--(Dollar 1000) pro Einheit senken.
Ziel der Erfindung ist ein Kernbrennstoffelement-Abstandshalter mit verringertem Kühlmittel-Strömungswiderstand und herabgesetzter Neutronenabsorption; mit verringerter Projektionsfläche einer Abstandshalterstruktur; die Minimalhaltung von Änderungen im Querschnitt der Abstandshalter-Struktur und die sichere Befestigung der Federteile eines Abstandshalters sowie die Vermeidung des Vorspringens von Federn oder einer anderen Abstandshalterstruktur über und unter die von den Ober- und Unterkanten der quergesteckten Unterteiler des Abstandshalters gebildeten Ebenen.
Diese und weitere Ziele der Erfindung werden durch einen Abstandshalter erreicht, bei dem quergesteckte Unterteiler innerhalb eines peripheren Tragbandes gehalten sind, um Brennstoffstabdurchgänge zu schaffen. Beide sind aus einem Material veη geringem Neutroneneinfangsquerschnitt. Die Unterteiler sine relativ dünn bei flachen Oberflächen mit Ausnahme starrer Vorsprünge nahe ihren Kanten, um die projizierte Fläche minimal zu halten, und sind ohne Ausschnitte oder Öffnungen, um die Entstehung ven Turbulenz im Kühlmittelstrom durch den Abstandshalter zu vermeiden.
Die durch die Durchgänge des Abstandshalters ragenden Stäbe oder Elemente sind zentriert und seitlich zwischen relativ starrer. Anschlägen und federnden Teilen gehalten. Die starren Vorsprünge oder Anschläge können die Form von Bogenteilen nahe der Ober- und Unterkante der Unterteiler annehmen. Vorzugsweise sind diese Bogenteile für geringste Störung des Kühlmitteistroms und Mir.imalhaltung projizierter Fläche seitlich ausgerichtet.
Die federnden Teile können die Form schlanker Fndlcsschleifer,-federn von allgemein elliptischer Forn haben, getragen von den Unteilern, wobei d_ beiden Seiten eines jeden Federteils ir. be-
nachbarte Brer.nstabdurchgänge ragt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Federn in geeigneter Position auf einem Unterteiler angeordnet und werden durch Vorsprünge oder Aufsätze in Position gehalten, die im Unterteiler nahe jeder Seite eines jeden Endes jeder Feder ausgebildet sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Federn dadurch in Position gehalten, daß sie in Kerben in der Ober- und Unterkante des Unterteilers eingreifen. Für eine solche Anordnung ist der Unterteilerstab längs gespalten, d.h., er ist aus einem oberen und einem unteren Stück. Nach dem Eingreifen der Federn in die Kerben werden die Innenkanten des oberen und unteren Stücks aneinander gelegt und zu einem einheitlichen Unterteiler zusammengeschweißt.
Mit Ausnahme der Strömungskanal-Einführungslappen, die vom peripheren Trägerband aufwärts und einwärts vorragen, ragen keine Federn oder anderen Abstandshalterteile über die durch Ober- und Unterkanten der Unterteiler des Abstandshalters definierten oberen und unteren Seitenflächen hinaus. Dies trägt dazu bei, Turbulenz hervorrufende Änderungen in der Querschnittsfläche der Strukturen des Abstandshalters zu vermeiden.
Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben; von diesen ist
Fig. 1 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Brennstoffstab-Abstandshalters ;
Fig. 2 ein Aufriß, teilweise im Schnitt, des Abstancshalters der Fig. 1;
Fig. 3A und 3B Drauf- und Seitenansichten einer Art von Unterteiler des Abstandshalters der Fig. 1 und 2;
-r-
^ A4.
Fig. 4A und 4B Detailansichten von Unterteilerabwandlungen zum Halten einer Wasserrohrfeder;
Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines anderen Unterteilertyps des Abstandshalters der Fig. 1 und 2;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die die Feder haltende Aufsätze veranschaulicht;
Fig. 7 eine isometrische Ansicht einer doppelseitigen Feder;
Fig. 8 ist eine isometrische Ansicht einer Feder mit einem einzelnen Federteil;
Fig. 9A, 9B und 9C sind Seitenansichten, die eine alternative Ausführungsform eines eine Feder haltenden Unterteilers veranschaulichen.
Der Abstandshalter 11 gemäß der Erfindung ist allgemein in der Darstellung in Fig. 1 und in der teilweise weggeschnittenen Aufrißansicht der Fig. 2 gezeigt. Er besteht aus einem peripheren Trägerband 12, an dem eine Vielzahl von Unterteilern 13(1) und 13(2) aus Blech in quer zusammengesteckter oder Eierkarton-artiger Anordnung befestigt sind, um BrennstoffStabdurchgänge 14 für Brennstoffstäbe 16 zu schaffen (bequemerweise kann das periphere Trägerband aus vier separaten Seitenstücken gemacht sein, die nach dem Zusammensetzen mit den Unterteilern an den vier Ecken zusammengeschweißt werden). Ein oder mehrere Durchgänge 14' können vorgesehen sein, um Kühlmittel-Moderator leitende Rohre 17 unterzubringen, die von größerem Durchmesser sind als die Brennstoff stäbe 16 (solche Wasserrohre und ihre Funktion sine in den US-PS'en 3 802 995 und 4 314 884 erörtert).
Die Unterteiler 13 (1) weisen ein Paar Bogenteile nahe ihrer Ober- und Unterkante auf, um relativ starre Vorsprünge oder Anschläge zu schafi n, die die Brennstoffstäbe 16 in den Durehean-
gen 14 berühren und seitlich festlegen. Vorzugsweise sind die Anschläge 18 seitlich orientiert, um die Abstandshalter-Projektionsfläche und den Kühlmittelströmungswiderstand minimal zu halten. Ähnlich sind seitlich orientierte Anschläge 18' entlang der Ober- und Unterkante des peripneren Trägerbandes 12 zur Aufnahme der Brennstoffstäbe in den Randdurchgängen der Brennstoffstab-Durchgänge 14 ausgebildet.
Die Ober- und Unterkante 15 (Fig. 2) der starren Anschläge 18, 18' sind von den Durchgängen 14 leicht nach außen gekrümmt (d.h., die Anschläge sind in vertikaler Richtung leicht konvex), um das Einbringen und Ausbringen der Brennstoffstäbe 16 in die bzw. aus den Durchgängen 14 zu erleichtern und ein Verkratzen der Brennstoffstäbe während des Stabeinsetzens minimal zu halten.
Die Unterteiler 13 (2) tragen separat gebildete, zweiseitige Federn 19 (die nachfolgend im einzelnen erörtert werden). Die Unterteiler 13 (1), 13 (2) sind alternierend so angeordnet, daß zwei sich schneidende Unterteiler 13 (1) und zwei sich schneidende ünterteiler 13 (2) an jeweils einen der Brennstoffstabdurchgänge 14 angrenzen (ausgenommen, wo die peripheren Durchgänge durch das periphere Trägerband 12 begrenzt sind). So ragt eine Seite einer jeden von zwei der Federn 19 in jeden Durchgang 14 von zwei benachbarten Seiten und bringt den Brennstoffstab darin in Kontakt mit starren Anschlägen 18 auf den anderen beiden benachbarten Seiten des Durchgangs.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, liefert der Abstandshalter 11 zwei diagonal benachbarte Durchgänge 14' für zwei Wasserrohre 17. Um den zulässigen Durchmesser der Wasserrohre 17 maximal zu gestalten, sind in den Durchgängen 14' starre Anschläge 13 weggelassen. Auch werden Federn 19' (Fig. 2) mit nur einer federnden Seite an Federpositionen nahe den Durchgängen 14' verwendet. Anstelle von Federn 19 in diesen Durchgängen wird eine federnde seitliche Halterung der Wasserrohre 17 durch ein ringförmiges Federteil 21 geschaffen, das in geeigneten Schlitzen in den sich schneidenden Unterteilern 13 (D' und 13 (1)" befestigt ist, wo-
bei zwei Seiten der Durchgänge 14' begrenzt sind, wie nachfolgend beschrieben.
Das periphere Trägerband 12 des Abstandshalters 11 weist ein Paar einwärts gekrümmter, aufwärts weisender VorSprünge 22 nahe jeder Ecke auf, die als Einführungen dienen, wenn ein entfernbarer rohrförmiger Strömungskanal über der Brennstoffeinheit installiert wird, von der der Abstandshalter ein Teil ist (siehe den Strömungskanal 11 der Fig. 1 der US-PS 3 654 077). Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß, mit Ausnahme der Einführungsvorsprünge 22, keine Federn oder eine andere Abstandshalterstruktur vorliegt, die über oder unter die Ebenen der Ober- oder Unterkanten der Unterteiler 13 (1), 13 (2) ragen, wodurch Störungen des Kühlmittelstroms aufgrund von Geschwindigkeitsänderungen, verursacht durch Änderungen des AbstandshalterquerSchnitts, minimal gehalten werden.
Das periphere Trägerband 12 ist auch mit einem Paar nach außen ragender Lappen 23 nahe jeder Ecke versehen, in einen vorbestimmten Abstand zwischen dem Trägerband 12 und einem (hier nicht dargestellten) umgebenden rohrförmigen Kühlmittelströmungskanal zu schaffen.
Die Unterteiler 13 (1), 13 (2) sind an jeder ihrer Schnittstellen 24 zwecks erhöhter Festigkeit des Abstandshalters oben und unten miteinander verschweißt.
Einzelheiten des Unterteilers 13 (1) sind in den Figuren 3A, 3B veranschaulicht. Diese Unterteiler liefern die starren Vorsprünge oder Anschläge 18. Zur Ausbildung solcher Anschläge wird der Unterteiler 13 (1) zuerst mit geeignet angeordneten, vertikal ausgerichteten Sätzen seitlicher Schlitze 26 versehen. Das .Metall zwischen den Schlitzen 26 und der Ober- und Unterkante des Teils 13 (1) und zwischen den oberen und unteren Schlitzen eines ;.eden Paares wird dann nach außen deformiert,um die seitlich ausgebogenen Anschläge 18 auszubilden, die als vertikal ausgerichtete Paare von jeder beite des Unterteilers 13 (1) vorragen (die star-
ren Anschläge 16' entlang der Ober- und Unterkante des peripheren Trägerbandes 12 können in ähnlicher Weise gebildet sein).
Jeder Unterteiler 13 (1) ist mit vertikalen Schlitzen 27 in regelmäßigem Abstand zur Verriegelung mit anderen Unterteilern des Abstandshalters in Eierkartonart versehen.
An den Enden eines jeden Unterteilers 13 (1) befinden sich Paare von Lappen 2 8 im Abstand voneinander. Diese Lappen sind in geeignete Schlitze des peripheren Trägerbandes 12 eingeschweißt, um den Unterteiler darin festzulegen und zu tragen.
Wenn der Abstandshalter 11 zu große Wasserrohre 17 aufnehmen soll, wie in Fig. 1 gezeigt, müssen die sich schneidenden Unterteiler 13 (1)', 13 (1)" gegenüber den Fig. 3A, 3B modifiziert werden, um die ringförmige Feder 21 zu halten. Einzelheiten dieser Abwandlungen sind in den Fig. 4A und 4B gezeigt.
Mit der Schnittstelle der Unterteiler 13 (1)' und 13 (1)n fluchtend ist der Unterteiler 13 (1)" mit einer Ausnehmung 29 (Fig. 4A) versehen, um die ringförmige Feder 21 aufzunehmen. Wie in Fig. 4B gezeigt, ist der Unterteiler 13 (1)' mit einem Paar von im Abstand zueinander angeordneten Schlitzen 31 zur Aufnahme der Feder 21 versehen, wodurch diese, wenn die Unterteiler 13 (1)' und 13 (1)" miteinander verriegelt sind, in Position gehalten wird.
Einzelheiten der Unterteiler 13 (2) sind in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht. Diese Unterteiler liefern den Träger für die Federn 19, 19'. Wie im Falle der Unterteiler 13 (1) werden die Unterteiler 13 (2) mit den Abstand voneinander haltenden Schlitzen 27 zur Verriegelung mit anderen Unterteilern und mit den Paaren von Lappen 28 an jedem Ende zum Einschweißen in geeignete Schlitze in dem peripheren Trägerband 12 ausgestattet.
Uni die Federn 19, 19' in ihren geeigneten, vertikal ausgerichteten Positionen am Unterteiler 13 (2) zu halten, ist jede Feder
- y-
-AS*
zwischen oberen und unteren Paaren von Vorsprüngen 32 (siehe Fig. 6) nahe den Ober- und Unterkanten des Unterteilers 13 (2) eingefangen. Die Vorsprünge sind vorzugsweise in Form von Viertelkreis-Aufsätzen .
Zur Ausbildung der Aufsätze 32 wird der Unterteiler 13 (2) zuerst mit Paaren von Abstand zueinander haltenden Schlitzen 33 versehen, wodurch die Kanten der Aufsätze 32 definiert werden, die den Federn 19, 19' gegenüber liegen. Die Federn 19, 19' werden dann über den Unterteiler 13 (2) geschoben, und jede wird auf die jeweiligen oberen und unteren Paare von Schlitzen 33 ausgerichtet angeordnet. Das iMetall des Unterteilers 13 (2) wird dann nach außen deformiert, um die Aufsätze 32 zu bilden. Dieses Vorgehen vermeidet das Anbringen der Federn über bereits gebildeten Aufsätzen oder Vorsprüngen, die das Federmaterial überbeanspruchen könnten, wobei die Theorie dahin geht, daß, wenn die Federn über die ausgebildeten Aufsätze während der Herstellung des Abstandshalters gepreßt werden, sie auch über die Aufsätze gleiten und während des Reaktorbetriebs verschoben werden könnten. Mit dem erfindungsgemäßen Vorgehen bleibt, selbst wenn eine Seite der Feder beim Betrieb im Reaktor brechen sollte, die Feder sehr wahrscheinlich in ihrer richtigen Position.
Die Feder 19 ist im einzelnen in Fig. 7 veranschaulicht. Sie ist ein doppelseitiges Endlosschleifenteil. Bequemerweise ist das Ausgangsmaterial, aus dem eine solche Feder hergestellt werden kann, ein Abschnitt eines nahtlosen Rohres.
Die Feder 19 ist mit oberen und unteren verjüngten Endteilen versehen, bei einem Abstand von etwa der Dicke eines Unterteilers 13 (2), damit sie auf diesem fest sitzt. Die Kittelteile 37 sind nach außen gebogen, um in die Brennstoffstabdurchgänge zu ragen, und sind mit einem zentralen Scheitelteil 38 zum Kontakt mit den Brennstoffstäben ausgestattet. Bogenförmige Zwischenteile 39 ragen weniger weit nach außen als das Mittelteil 37 zur Begrenzung extremer Bewegung eines Brennstoffstabs in Richtung der Feder 19.
Die Feder 19' ist in Fig. 8 veranschaulicht. Diese Feder bietet ein einzelnes elastisches oder Federteil· und wird nahe den Durchgängen 14' des übergroßen Wasserrohres (Fig. 1) verwendet. Diese Feder hat eine gerade Seite 41. Die andere Seite hat einen weiteren Mittelteil 37' und einen Scheitelteil 38' ähnlich der Feder 19 (Fig. 7). Doch sind die bogenförmigen Endteile 42 der Feder 19' verschieden von den Endteilen der Feder 19.
Aufgrund der geraden Seite 41 kann sich die Feder 19 als ganzes nicht dehnen. Daher sind die bogenförmigen Endteile 42 genügend langgestreckt, um den Mittelteil 37' mit einer Federkonstanten zu versehen, die etwa der des Mittelteils 37 der Feder entspricht, wobei Federspannungen innerhalb annehmbarer Werte gehalten werden.
Bei der in den Fig. 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung sind Aufsätze 32 vorgesehen, um die Feder 19, 19' in ihren Positionen auf dein Unterteiler 13 (2) zu halten. In den Fig. 9A, 9B und 9C ist ein anderer Unterteiler 13 (2)' veranschaulicht, bei dem die Federn 19, 19' in in den Ober- und ünterkanten eines ünterteilers 13 (2)' ausgebildeten Kerben 43 angeordnet sind (es wird klar sein, daß für diese Ausführungsform die Federn 19, 19' etwas kurzer sein werden, um in die Kerben 43 zu passen, oder alternativ kann die Höhe der ünterteiler 13 (1), 13 (2) etwas größer sein).
Zum Einbau der Federn 19, 19' in den gekerbten Unterteiler 13(2)' wird dieser Unterteiler zuerst aus separaten, längs sich erstrekkenden Stücken einschließlich einem Hauptstück 44 (1) und einem Nebenstück 44 (2) hergestellt.
Zur Anbringung der Federn 19, 19' am gekerbten Unterteiler 13 (2)' werden die beiden Stücke 44 (1), 44 (2) zur Überlappung gebracht und die Federn 19, 19' darüber geschoben und mit den Kerben 43 ausgerichtet angebracht. Die beiden Stücke 44 (1), 44 (2) werden dann zu gegenüberliegenden Enden der Federn 19, 19' bewegt, um die Federenden in Eingriff mit den Kerben 43 zu bringen und die Innenkanten 46 (1) und 46 t'2) der oberen und unteren
Stücke 44 (1), 44 (2) zum Anliegen zu bringen. Diese anliegenden Kanten werden dann zu dem vereinigten ünterteiler 13 (2)' zusammengeschweißt, der ohne Ausschnitte ist, wie in Fig. 9C gezeigt.
Beim erfindungsgemäßen Abstandshalter sind das periphere Trägerband 12 und die Unterteiler 13 (1), 13 (2) aus einem Material mit einem niedrigen Neutroneneinfangquerschnitt, wie einer Zirkoniumlegierung, z.B. Zircaloy-4. Die Federteile 19, 19', 21 sind aus einem Material geeigneter Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Federeigenschaften, z.B. aus einer Nickellegierung, z.B. Inconel.
Bei einem Beispiel eines erfindungsgeraäßen Abstandshalters ist das periphere Trägerband 12 etwa 31,75 ram (1,25") hoch und etwa 0,76 mm (etwa 0,03") dick. Die Unterteiler 13 (1), 13 (2) sind etwa 28,6 mm (etwa 1,125") hoch und etwa 0,5 mm (etwa 0,C2") dick. Die Federn 19, 19' sind etwa 2,2 mm (etwa 0,085") breit und aus einem Material von etwa 0,33 mm (etwa 0,013") Dicke. Die Feder 21 ist etwa 4,5 mm (etwa 0,175") hoch und aus einem Material von etwa 0,15 mm (etwa 0,006") Dicke.
Somit wurde ein Kernbrennstoffelement- oder -stab-Abstandshalter beschrieben, bei dem die gesamte Materialmenge, die Menge des Materials mit hohem Neutroneneinfangquerschnitt, die projizierte Fläche der Abstandshalterstruktur und Änderungen im Querschnitt der Abstandshalterstruktur minimal sind, um den Neutroneneinfang und den Kühlmittel/Moderator-Strömungswiderstand minimal zu halten.
Im Vergleich mit herkömmlichen Abstandshaltern (z.B. denen der US-PS 3 654 077) liefert der herabgesetzte Neutroneneinfang des Abstandshalters gemäß der Erfindung eine Senkung des Reaktiv!- tätsverlusts in der Größenordnung von 0,8 %, was einem Vorreil bei der Brennstoffanreicherung von etwa 0,0098 % entspricht. Der erfindungsgcTiäße Abstandshalter führt auch zu einer HoraL-
setzung des Druckverlustes des Kühlmittels der Brennstoffeinheit von etwa 0,731 bar (10,6 psi) mit herkömmlichen Abstandshaltern auf etwa 0,669 bar (9,7 psi) mit erfindungsgemäßen Abstandshaltern oder eine Herabsetzung von nahezu 0,07 bar (1 psi).
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Claims (16)

  1. Ansprüche
    1 River Road
    Schenectady, N.Y./U.S.A.
    Abstandshalter zur Verwendung in einer Einheit langgestreckter Elemente zum Halten dieser Elemente in seitlich Abstand voneinander haltender Stellung mit einer Struktur von Unterteilern (13 (1); 13 (2)) unter Ausbildung jeweiliger Durchgänge (14') für die Elemente, wobei jeder der Unterteiler seitwärts sich erstreckende obere und untere Kanten aufweist; doppelseitigen Federn (19) von allgemein elliptischer Form, getragen von wenigstens einigen der Unterteiler, wobei eine Seite einer jeder der Federn in einen der Durchgänge ragt und die andere Seite einer jeden der Federn in einen benachbarten Durchgang zum Eingriff mit und federnden seitlichen Halt der langgestreckten, sich durch die Durchgänge erstreckenden Elemente ragt, wobei jede der doppelseitigen Federn obere und untere engere Endteile (36) mit einem Abstand von etwa der Dicke des Unterteilers zum festen Sitz auf den Unterteilern aufweist, jede Seite einer jeden der Federn einen auswärts gebogenen mittleren Hauptteil (37), der in einen der Durchgänge ragt, und einen im wesentlichen zentralen Scheitelteil (38) zum Kontakt mit dein durch einen der Durchgänge ragenden Element aufweist, wobei jede Seite einer jeden der Federn ferner mit oberen und unteren Zwischenteilen (39) zwischen den Mittel- und Endteilen ausgestattet ist, wobei die Zwischenteile mit in gleicher Richtung gewölbten Bögen wie der Mitteltt 1 ausgestattet sind, aber weniger weit nach aussen ragend als der Mittelteil, um so Anschläge zur Begrenzung extremer Bewegung des Elements in Richtung der Feder zu tüder..
  2. 2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Durchgänge zum Hindurchführen eines übergroßen Elements (17) mit größerem Außendurchmesser als die Mehrzahl der Elemente angepaßt ist und die Seiten (41) der Federn (191)/ die in den einen der Durchgänge ragen, im wesentlichen gerade sind und entlang der Oberfläche des Unterteilers liegen, auf dem montiert wurde, wodurch der Raum in den Durchgang für das übergroße Element maximal gestaltet ist.
  3. 3. Abstandshalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei diagonal benachbarte Durchgänge zur Aufnahme übergroßer Elemente (17) angepaßt sind und Teile eines seitlich angeordneten ringförmigen Federteils (21) in die benachbarten Durchgänge ragen, um einen federnden seitlichen Träger für die übergroßen Elemente zu liefern.
  4. 4. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seitwärts im Abstand angeordnete Paare von Vorsprüngen nahe der Ober- und Unterkante einiger der Unterteiler ausgebildet sind, wodurch jede der Federn zwischen oberen und unteren Paaren der Vorsprünge eingefangen sind, um die Federn auf den Unterteilern in Position zu halten.
  5. 5. Abstandshalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge zum Halten der Federn in Form von in den Unterteilern gebildeten Aufsätzen vorliegen.
  6. 6. Abstandshalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge in den Unterteilern nach dem Einbringen der Federn gebildet worden sind.
  7. 7. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von im Abstand voneiander angeordneten, federhaltenden oberen Kerben und eine entsprechende Reihe von im Abstand zu einander angeordneten unteren Kerben (43) in den oberen bzw» unteren Kanten einiger der Unterteiler ausgebildet sind, wobei jede obere und entsprechende untere Kerbe eine Position einer
    der Federn auf dem Unterteiler definiert, wobei jede der einigen der Unterteiler aus oberen und unteren Stücken (44 (1); 44 (2)) hergestellt ist, die jeweils Innenkanten (46 (1); 46 (2)) haben, die aneinander liegen und zu einem vereinigten Unterteiler ohne Ausschnitte miteinander verbunden sind, nachdem die Federn im Eingriff mit den sie haltenden Kerben in Position gebracht worden sind.
  8. 8. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Durchgänge an vier Seiten durch Unterteiler begrenzt sind, mit auf Unterteilern an zwei benachbarten Seiten des Durchgangs montierten Federn und mit verhältnismäßig starren Vorsprüngen, die in den Durchgang von Unterteilern auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des Durchgangs ragen, wodurch ein durch den Durchgang sich erstreckendes Element seitwärts durch zwei Federn und wenigstens zwei starre Vorsprünge gehalten ist.
  9. 9. Abstandshalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Vorsprünge seitlich orientierte Bogenteile eines Unterteilers sind.
  10. 10. Abstandshalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die oberen und unteren Kanten der starren Vorsprünge konvexe Oberflächen aufweisen, in die Durchgänge ragen, um das Einführen und Entfernen der langgestreckten Elemente in die Durchgänge und aus ihnen zu ermöglichen und ein Verkratzen minimal zu halten.
  11. 11. Abstandshalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteiler auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des Durchgangs jeweils mit einem Paar vertikal im Abstand voneinander angeordneter starrer Vorsprünge versehen sind, wodurch ein durch den Durchgang sich erstreckendes Element durch zwei Federn und zwei Paare starrer Vorsprünge seitwärts gehalten ist.
  12. 12. Abstandhalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteiler aus einem Material mit einem geringeren Neutroneneinfangsquerschnitt als das Material der Federn sind.
  13. 13. Abstandshalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein peripheres Trägerband (12), an dem die Enden der Unterteiler befestigt sind, wobei das Trägerband die Außenseiten der Randdurchgänge bildet.
  14. 14. Abstandshalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerband (12) obere und untere starre Vorsprünge aufweist, die in die Randdurchgänge ragen.
  15. 15. Abstandshalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerband (12) mit nach außen ragenden erhöhten Teilen nahe jeder Ecke auf jeder Seite versehen ist, um einen Abstand zwischen dem Trägerband und einem umgebenden rohrförmigen Kühlmittelströmungskanal zu bilden.
  16. 16. Abstandshalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerband (12) mit einwärts gekrümmten, nach oben gerichteten Vorsprüngen nahe jeder Ecke auf jeder Seite ausgestattet ist, die als Einführungen zum Installieren eines rohrförmigen Kühlmittelströmungskanals an der Einheit dienen.
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