DE4041349A1 - Kernreaktorbrennelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Kernreaktorbrennelement ist aus "Material Science Forum (1989) v. 48-49 p. 403-423", insbesondere p. 404, be­ kannt. Bei diesem bekannten Kernreaktorbrennelement ist der Brennstabhaltekörper an dem Brennelementendkörper befestigt. Deshalb können die Brennstäbe dieses bekannten Kernreaktor­ brennelementes während Stillstandzeiten eines Kernreaktors, in dem das Kernreaktorbrennelement eingesetzt ist, weder inspi­ ziert noch ausgetauscht werden. Setzt ein solches Kernreaktor­ brennelement im Falle des Defektes eines Brennstabes radioak­ tive Kernspaltprodukte frei, so kann dieses Kernreaktorbrenn­ element nur als Ganzes ausgesondert und zur Entsorgung bereit­ gestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kernre­ aktorbrennelement weiterzubilden und sowohl die Inspektion als auch den Austausch von Brennstäben zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teiles des Patentanspruches 1.

Da der Brennstabhaltekörper lose innerhalb des Brennelement­ kastens angeordnet ist, kann das Hebezeug nach Entfernen eines Brennelementendkörpers am anderen Ende des Brennelementkastens in den Brennelementkasten eingeführt werden und an der Angriff­ stelle am Brennstabhaltekörper angreifen, so daß dieser Brenn­ stabhaltekörper mit samt den Brennstäben aus dem Brennelement­ kasten herausgehoben werden kann. Die Brennstäbe stehen dann zur Inspektion und zum Austausch bereit.

Mit den Merkmalen nach den Patentansprüchen 2 bis 5 ist das Entladen der Brennstäbe aus dem Brennelementkasten besonders leicht durchführbar. Die Merkmale der Patentansprüche 6 bis 9 ermöglichen zusätzlich noch ein Führen des Hebezeuges, wenn es zum Angreifen an der Angriffstelle des Brennstabhaltekörpers in den Brennelementkasten eingeführt wird.

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

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kernreaktorbrennelement, das halb längsgeschnitten ist.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entsprechend der strichpunktier­ ten Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt im Ausschnitt eine Draufsicht auf ein Einzelteil des Kernreaktorbrennelementes nach den Fig. 1 und 2.

Fig. 4 und 5 zeigen im Längsschnitt weitere Ausführungsformen für ein Einzelteil des Kernreaktorbrennelementes nach den Fig. 1 und 2.

Das Kernreaktorbrennelement nach den Fig. 1 und 2 hat einen Brennelementendkörper, der ein Brennelementfuß 2 ist. Dieser Brennelementfuß 2 ist ein Hohlkörper aus nichtrostendem Stahl, der an seinem Oberende einen Außenumriß in Form eines regel­ mäßigen Sechseck hat.

Mit diesem Oberende greift der Brennelementfuß 2 in einen lang­ gestreckten Brennelementkasten 3, der aus einer Zirkoniumle­ gierung besteht. Der Querschnitt des Brennelementkastens 3 ist ebenfalls ein regelmäßiges Sechseck, so daß dieser Brennelement­ kasten 3 an seinem Unterende mit der Innenfläche satt an der Außenfläche des Brennelementfußes 2 anliegt. An diesem Brenn­ elementfuß 2 ist der Brennelementkasten 3 mit radial gerichte­ ten Schrauben 4 starr befestigt.

Innerhalb des Brennelementkastens 3 befindet sich ein flacher Brennstabhaltekörper 5 mit einer Außenkontur in Form eines re­ gelmäßigen Sechseckes, die der Innenkontur des Brennelement­ kastens 3 angepaßt ist. Dieser Brennstabhaltekörper 5 ist rechtwinklig zur Längsachse des Brennelementkastens 3 lose im Brennelementkasten 3 angeordnet und liegt lose auf dem Brenn­ elementfuß 2 auf.

Wie die Draufsicht nach Fig. 3 zeigt, ist dieser Brennstabhalte­ körper 5 aus Hülsen 6 aus rostfreiem Stahl netzartig zusammen­ gesetzt. Die Längsachsen dieser Hülsen 6 sind parallel zur Längsachse des Brennelementkastens 3. Ferner sind die Außen­ seiten dieser Hülsen 6 durch Stege 7 aus rostfreiem Stahl mit­ einander fest verbunden.

Im Brennelementkasten 3 sind parallel zu dessen Längsachse mit Kernbrennstoff gefüllte Brennstäbe 8 angeordnet, von denen je­ der mit einem unteren Stabende in eine Hülse 6 des Brennstab­ haltekörpers 5 lose greift.

Eine Hülse 6a im Zentrum des Brennstabhaltekörpers 5 hat einen größeren Innen- und Außendurchmesser als die anderen Hülsen 6. Sie bildet ein als Durchführung ausgebildetes Loch im Brenn­ stabhaltekörper 5. Ferner weist sie ein Innengewinde auf. In diese Hülse 6a ist ein langgestrecktes Rohr 9 aus einer Zirko­ niumlegierung eingeschraubt, das an dem eingeschraubten Rohr­ ende ein dem Innengewinde der Hülse 6a entsprechendes Außen­ gewinde aufweist. An diesem eingeschraubten Rohrende bildet dieses Rohr 9 eine Hutmutter 10 aus, die sich auf der Außen­ seite des Brennstabhaltekörpers befindet. Diese Hutmutter 10 greift in den Hohlraum des Brennelementfußes 2. Sie hat eine Durchführung 11 in Längsrichtung des Brennelementkastens 3. Ferner hat sie ein Innengewinde. Über der Innenseite des Brenn­ stabhaltekörpers 5 befindet sich das andere Rohrende des Roh­ res 9, das offen ist. Dieses Rohr 9 kann beispielsweise ein Instrumentierungsrrohr zur Aufnahme von Thermoelementen und/ oder Neutronenflußmeßlanzen sein.

Sowohl das Rohr 9 als auch die Brennstäbe 8 sind durch Maschen von Abstandhaltern geführt. Diese Abstandhalter haben eine Außenkontur in Form eines regelmäßigen Sechsecks und sind dem Innenguerschnitt des Brennelementkastens 3 angepaßt. In jeder Masche dieser Abstandhalter, die rechtwinklig zur Längsachse des Brennelementkastens 3 mit Abstand voneinander in Längsrich­ tung dieses Brennelementkastens 3 angeordnet sind, sind die Brennstäbe mit festen Noppen und Federn kraftschlüssig gehal­ ten. Das Rohr 9 ist in jedem Abstandhalter durch Formkörper verdrehungssicher gehaltert. Ferner sind die Abstandhalter selbst durch Formkörper außen am Rohr 9 in Längsrichtung des Brennelementkastens 3 fixiert. In Fig. 1 ist nur ein einziger Abstandhalter 12 schematisch angedeutet.

Am Oberende des Brennelementkastens 3 befindet sich innerhalb dieses Brennelementkastens 3 ein zusätzlicher Brennstabhalte­ körper 13 aus rostfreiem Stahl, der ähnlich wie der lose auf dem Brennelementfuß 2 aufliegende Brennstabhaltekörper 5 aus Hülsen mit zur Längsrichtung des Brennelementkastens 3 pa­ ralleler Achse und Stegen zusammengesetzt ist. Jeder Brennstab 8 greift mit seinem Oberende lose in eine dieser Hülsen, wäh­ rend das Rohr 9 eine ihm zugeordnete Hülse im Zentrum des zu­ sätzlichen Brennstabhaltekörpers 13 durchgreift. Zwischen dem zusätzlichen Brennstabhaltekörper 13 und dem Brennstabhaltekör­ per 5 auf dem Brennelementfuß 2 ist auf jedem Brennstab 8 eine Druckfeder 14 angeordnet, die sich mit einem Ende an der Innen­ seite des zusätzlichen Brennstabhaltekörpers 13 und mit dem anderen Ende an einer Abstufung an der Außenfläche des be­ treffenden Brennstabes 8 abstützt.

Am Rand des zusätzlichen Brennstabhaltekörpers 13 befinden sich Zungen 15, die in Längsrichtung des Brennelementkastens 3 die Außenseite des oberen Brennstabhaltekörpers 13 überragen. Diese Zungen 15 greifen mit ihren Oberenden in Taschen 16 eines Brenn­ elementkopfes 17, der am Oberende des Brennelementkastens 3 in diesem Brennelementkasten 3 als weiterer Brennelementkörper ein­ gesetzt ist. Dieser Brennelementkopf 17 ist ein Hohlkörper und gegen den Brennelementkasten 3 aus einer Endstellung um die Mittelachse des Brennelementkastens 3 in eine andere, in Fig. 1 dargestellte, Endstellung verdrehbar, in der dieser Brenn­ elementkopf 17 mit Umfangsrippen 18 auf seiner Außenseite in entsprechende Schlitze 19 innen am Brennelementkasten 3 greift und so durch diesen Brennelementkasten 3 durch die Wirkung der Druckfedern 14 in bezug auf die Längsrichtung des Brennelement­ kastens 3 fixiert wird.

Zum Entnehmen der Brennstäbe 8 aus dem Brennelementkasten 3 wird der zusätzliche Brennelementhaltekörper 13 mit einem durch den Hohlraum des Brennelementkopfes 17 geführten Werkzeug in Längsrichtung des Brennelementkastens 3 in Richtung auf den un­ teren Brennstabhaltekörper 5 verschoben und dadurch die Arre­ tierung des Brennelementkopfes 17 aufgehoben. Da auch die Zun­ gen 15 des zusätzlichen Brennstabhaltekörpers 13 nicht mehr in die Taschen 16 am zusätzlichen Brennstabhaltekörper 13 greifen, kann der Brennelementkopf 17 sodann aus der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Endstellung um die Längsachse des Brennele­ mentkastens 3 in die andere Endstellung gedreht und aus dem Brennelementkasten 3 herausgezogen werden. Hierauf wird eine in Fig. 1 gestrichelt angedeutete Stange 20 mit einem ein Außenge­ winde aufweisenden Ende durch das Rohr 9 hindurch bis zur Über­ wurfmutter 10 geführt und durch Drehen um ihre Längsachse mit dem Innengewinde der Überwurfmutter 10 verschraubt. Diese Stange 20 stellt ein Hebezeug dar, mit dem der auf dem Brenn­ elementfuß 2 lose aufliegende Brennstabhaltekörper 5 samt dem Rohr 9, den Brennstäben 8, den Abstandhaltern 12 und dem zusätz­ lichen Brennstabhaltekörper 13 aus den Brennelementkasten 3 herausgezogen werden kann. Da die Stange 20 auf der Außenseite des Brennelementhaltekörpers 5 angreift, ist ein Versagen des Rohres 9 ausgeschlossen.

Fig. 4 zeigt eine Hülse 6a eines zum Aufliegen auf dem Brenn­ elementfuß 2 bestimmten Brennstabhaltekörpers 5 entsprechend Fig. 3. Diese Hülse bildet ein als Durchführung ausgebildetes Loch in dem Brennstabhaltekörper 5. Dieses Loch ist durch eine Überwurfhülse 10 verlängert, in die die Hülse 6a übergeht und in der sich das Innengewinde für die als Hebezeug dienende Stange 20 befindet. Die Überwurfhülse 10 befindet sich auf der Außenseite des Brennstabhaltekörpers 5 und greift in den Hohl­ raum des Brennelementfußes 2.

In Fig. 5 ist der Brennstabhaltekörper 5 in Form einer Platte mit als Durchführungen ausgebildeten Löchern 21 ausgebildet, in die die Brennstäbe 8 mit einem Ende lose greifen können. In einem zentralen, als Durchführung ausgebildeten Loch 21a befindet sich ein Innengewinde. In diesem zentralen Loch 21a ist von der Innenseite des Brennstabhaltekörpers 5 her das eine Ende des an beiden Enden offenen Rohres 9 eingeschraubt, während von der Außenseite her die Überwurfmutter 10 einge­ schraubt ist. Diese Überwurfmutter 10 hat ein Innengewinde für die Stange 20, das gegensinnig zu den Außengewinden an dem Rohr 9 und der Überwurfmutter 10 ist, so daß sich die Schraubverbin­ dung von Rohr 9 und Überwurfmutter 10 mit dem Brennstabhalte­ körper 5 beim Einschrauben der Stange 20 nicht lösen kann.

Claims (9)

1. Kernreaktorbrennelement mit einem langgestreckten Brennele­ mentkasten, an dessen einem Ende ein Brennelementendkörper befestigt ist, mit einem Brennstabhaltekörper, der innerhalb des Brennelementkastens am Brennelementendkörper angeordnet ist, sowie mit Brennstäben innerhalb des Brennelementkastens, von denen jeder mit einem Brennstabende in den Brennstabhalte­ körper greift, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstabhaltekörper (5) lose innerhalb des Brennele­ mentkastens (3) angeordnet ist und eine Angriffsstelle für ein Hebezeug zum Herausheben des Brennstabhaltekörpers (5) aus dem Brennelementkasten (3) aufweist.

2. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ griffsstelle ein in Längsrichtung des Brennelementkastens (3) verlaufendes Loch im Brennstabhaltekörper (5) ist, dem ein Innengewinde für ein als Stab (20) mit einem Außengewinde an einem Stabende ausgebildetes Hebezeug angeordnet ist.

3. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch als Durchführung ausgebildet ist.

4. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das als Durchführung ausgebildete Loch mit einer auf einer Außenseite des Brennstabhaltekörpers (5) befindlichen Hülse, vorzugsweise Überwurfhülse, verlängert ist, die in einen Hohl­ raum im Brennelementendkörper greift und in der sich das In­ nengewinde befindet.

5. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse durch eine Hutmutter (10) gebildet ist, die in das als Durchführung ausgebildete Loch des Brennstabhaltekör­ pers (5) eingeschraubt ist.

6. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hutmutter (10) an einem Rohrende eines Rohres (9) aus­ gebildet ist, das in das als Durchführung ausgebildete Loch des Brennstabhaltekörpers (5) eingeschraubt ist und dessen anderes Rohrende sich über der Innenseite des Brennstabhaltekörpers (5) befindet und offen ist.

7. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite des Brennstabhaltekörpers (5) in das als Durchführung ausgebildete Loch mit einem Rohrende ein Rohr (9) eingeschraubt ist, das an beiden Rohrenden offen ist.

8. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hutmutter (10) und das Rohr (9) gleichsinnige Außenge­ winde zum Einschrauben in das als Durchführung ausgebildete Loch im Brennstabhaltekörper (5) haben und daß das Innengewinde in der Hutmutter (10) gegensinnig zu den Außengewinden von Hut­ mutter (10) und Rohr (9) ist.

9. Kernreaktorbrennelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (9) gegen Verdrehung um seine Längsachse mit einem Abstandhalter (12) im Brennelementkasten (3) gesichert ist, durch den dieses Rohr (9) und die Brennstäbe (8) hindurchge­ führt sind.