DE4218480A1 - Kernreaktorbrennelement - Google Patents
KernreaktorbrennelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Kernreaktorbrennelement ist aus der
deutschen Offenlegungsschrift 34 01 630 bekannt.
Bei diesem bekannten Kernreaktorbrennelement sind die
Innenstege des gitterförmigen Abstandhalters langgestreckt
und streifenförmig. Diese Innenstege sind an beiden Enden
jeweils an der Innenseite eines Außensteges befestigt. Die
Maschenwände der Maschen sind an diesen Innenstegen durch
zu den Stäben parallele Biegekanten ausgeformt. Jeweils
zwei dieser Innenstege stoßen unter Ausbildung der Maschen
flach aneinander.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte
Kernreaktorbrennelement weiterzubilden und geringere
Fertigungstoleranzen für die Maschen des gitterförmigen
Abstandhalters zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Kernreaktorbrennelement
der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.
Der zweite Innensteg mit dem an seiner Biegekante be
festigten ersten Innensteg ist ein verhältnismäßig kleines
Basiselement für den Aufbau des gitterförmigen Abstand
halters. Dieses Basiselement kann vorab unter sehr genauer
Einhaltung der Sollabmessungen hergestellt werden. Eine
Reihe solcher vorab hergestellter Basiselemente werden
schließlich zum gitterförmigen Abstandhalter zusammenge
setzt. Hierbei wirkt sich eine Abweichung eines Basis
elements von seinen Sollabmessungen nur lokal in einem
kleinen Bereich des gitterförmigen Abstandhalters aus und
setzt sich nicht über den gesamten gitterförmigen Abstand
halter fort. Dies bedeutet, daß in diesem gitterförmigen
Abstandhalter ein vorgegebener Sollabstand von Stäben des
Kernreaktorbrennelements untereinander sehr genau einge
halten werden kann.
Patentanspruch 2 ist auf eine vorteilhafte Ausbildung des
erfindungsgemäßen Kernreaktorbrennelements gerichtet,
durch die Fertigung des gitterförmigen Abstandhalters
erleichtert wird.
Patentanspruch 3 ist auf eine vorteilhafte Ausbildung ge
richtet, durch die der Druckverlust in einem das Kernre
aktorbrennelement in Längsrichtung der Stäbe durchströmen
den Kühlmittel verringert wird.
Gegenstand des Patentanspruchs 4 ist eine vorteilhafte
Ausbildung, die ebenfalls zu einer Herabsetzung des Druck
verlusts in einem in das Kernreaktorbrennelement in
Längsrichtung der Stäbe durchströmenden Kühlmittel führt.
Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung
näher erläutert:
Fig. 1 zeigt in Draufsicht die Kontur eines gitterförmi
gen Abstandhalters in einer zu den Brennstäben eines er
findungsgemäßen Kernreaktorbrennelements rechtwinkligen
Bezugsebene.
Fig. 1a zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.
Fig. 2 und 2a zeigen in Draufsicht und vergrößert ein
Basiselement für den Abstandhalter nach Fig. 1.
Fig. 2b zeigt eine Seitenansicht des Basiselements nach
Fig. 2 und 2a in Richtung des Pfeils b in Fig. 2a und
Fig. 2c zeigt eine Seitenansicht dieses Basiselements in
Richtung des Pfeils c in Fig. 2a.
Fig. 3 bis 11 zeigen in Draufsicht und vergrößert wei
tere Basiselemente III bis XI für den gitterförmigen Ab
standhalter nach Fig. 1.
Fig. 12 zeigt in Draufsicht eine andere Ausführungsform
eines Basiselements für einen gitterförmigen Abstandhal
ter.
Ein Kernreaktorbrennelement mit einem gitterförmigen Ab
standhalter, dessen Kontur in Fig. 1 dargestellt ist,
weist zwei Halteplatten auf, zwischen denen sich min
destens ein derartiger Abstandhalter befindet. Ein Halte
stab 2, dessen Längsachse die beiden zueinander parallelen
Halteplatten unter einem Winkel von 90° durchdringt, ist
an jedem Ende jeweils an einer dieser beiden Halteplatten
befestigt. Dieser Haltestab 2 - in der Regel ein an beiden
Enden offenes Metallrohr - durchgreift eine Masche des
gitterförmigen Abstandhalters mit der Kontur nach Fig. 1.
Dieser Abstandhalter ist beispielsweise zwischen zwei
Hülsen, die fest außen am Haltestab 2 sitzen, an diesem
Haltestab 2 formschlüssig gehaltert. Ferner sind nebenein
ander und sowohl zueinander als auch zum Haltestab 2
parallele, mit Abstand voneinander angeordnete, Kernbrenn
stoff enthaltende Brennstäbe 3 vorgesehen. Jeder dieser
Brennstäbe 3 ist durch eine Masche des Abstandhalters mit
der Kontur nach Fig. 1 geführt und in dieser Masche mit
Hilfe einer Anlagefeder kraftschlüssig gehaltert, die den
betreffenden Brennstab 3 radial gegen zwei starre Anlage
noppen jeweils an zwei Maschenwänden in dieser Masche
preßt.
Die Brennstäbe 3, von denen jeder im wesentlichen aus ei
nen mit Kernbrennstoff gefüllten Hüllrohr aus einer Zirko
niumlegierung besteht, das an beiden Enden gasdicht ver
schlossen ist, brauchen daher an keiner der beiden Halte
platten befestigt zu sein, sondern sie haben in ihrer
Längsrichtung Spiel zwischen den beiden Halteplatten und
können sich daher in axialer Richtung d. h. in Längsrich
tung des Kernreaktorbrennelements frei ausdehnen.
Der gitterförmige Abstandhalter, der in einer zum Halte
stab 2 und zu den Brennstäben 3 rechtwinkligen Bezugsebene
(Zeichenebene) die in Fig. 1 dargestellte Kontur hat, hat
hochkant angeordnete Außenstege aus Blech. Diese Außenste
ge bilden in der Kontur in der Bezugsebene die gleich
langen Seiten 4 eines regelmäßigen Außensteg-Sechsecks.
An den Maschenwänden von inneren Maschen 9 des gitterför
migen Abstandhalters sind dessen Außenstege nicht betei
ligt, sondern die Maschenwände dieser inneren Maschen 9
sind ausschließlich von hochkant angeordneten Innenstegen
aus Blech gebildet.
Diese Innenstege aus Blech bilden Basiselemente mit Drauf
sichten entsprechend den Fig. 2 bis 7 und 11. Wie die
Fig. 2a bis 2c anhand des Basiselements 11 nach Fig. 2
zeigen, hat ein solches Basiselement einen ersten Innen
steg 6 und einen zweiten Innensteg 7, der eine zum Halte
stab 2 und den Brennstäben 3 parallele Biegekante o auf
weist.
Diese Biegekante o befindet sich in der Mitte zwischen
den beiden ebenfalls zum Haltestab 2 und den Brennstäben 3
parallelen Seitenkanten 7a und 7b des zweiten Innenstegs
7. An dieser Biegekante o bildet der zweite Innensteg 7
auf der einen Seite einen Winkel von 120° und auf der
anderen Seite einen Winkel von 240°. An der Seite, an der
der Innensteg 7 einen Winkel von 240° bildet, befindet
sich der flache erste Innensteg 6 und durchgreift den
zweiten Innensteg 7 an der Biegekante o mit zwei Zungen,
die voneinander Abstand haben und die an der ersten zu den
Stäben 2 und 3 parallelen Seitenkante 6a des ersten Innen
stegs 6 ausgebildet sind. Auf der Seite des zweiten Innen
stegs 7, auf der dieser den Winkel von 120° bildet, sind
die beiden Zungen, die sich an der ersten Seitenkante 6a
des ersten Innenstegs 6 befinden, unter Ausbildung von
Schweißnähten 8 am zweiten Innensteg 7 festgeschweißt.
Auf der Seite, auf der der zweite Innensteg 7 den Winkel
von 120° ausbildet, ist am Oberende und am Unterende des
zweiten Innenstegs 7 in der Mitte zwischen dessen erster
zu den Stäben 2 und 3 parallelen Seitenkante 7a und der
Biegekante o je ein starrer Anlagenoppen 7c für einen
Brennstab 3 herausgeprägt. Zwei diesen starren Anlagenop
pen 7c entsprechende starre Anlagenoppen 7d sind ferner
auf der anderen Seite des zweiten Innenstegs 7, auf der
dieser zweite Innensteg 7 den Winkel von 240° bildet, in
der Mitte zwischen der zweiten zu den Stäben 2 und 3
parallelen Seitenkante 7b und der Biegekante o herausge
prägt. Je einer dieser beiden starren Anlagenoppen 7c be
findet sich am Oberende und am Unterende des zweiten
Innenstegs 7.
Schließlich ist auf einer Seite des ersten Innenstegs 6
in der Mitte zwischen Ober- und Unterende dieses ersten
Innenstegs 6 eine Zungenfeder 6c als Anlagefeder für einen
Brennstab 3 herausgestanzt und befindet sich im Winkelraum
zwischen dem ersten Innensteg 6 und dem Teil des zweiten
Innenstegs 7 zwischen Biegekante o und Seitenkante 7a.
Die Basiselemente III bis VII nach XI nach den Fig. 3
bis 7 und nach Fig. 11 weisen ebenfalls zwei Innenstege 6
und 7 auf, von denen der eine Innensteg 7 eine zu den
Stäben 2 und 3 parallele Biegekante o hat. An dieser Bie
gekante o bildet auch dieser Innensteg 7 auf der einen
Seite einen Winkel von 120° und auf der anderen Seite ei
nen Winkel von 240°. Ansonsten sind diese beiden Innenste
ge gleich angeordnet und in gleicher Weise aneinander be
festigt wie die Innenstege 6 und 7 des Basiselements II
nach Fig. 2. Von diesem Basiselement II nach Fig. 2
unterscheiden sich diese Basiselemente III bis VII und XI
aber durch eine andere Verteilung von Zungenfedern ent
sprechend der Zungenfeder 6c und starrer Anlagenoppen ent
sprechend den starren Anlagenoppen 7c und 7d auf die bei
den Innenstege 6 und 7.
Bildet bei einem Basiselement II nach Fig. 2, VI nach Fig. 6,
VII nach Fig. 7 und XI nach Fig. 11 einer der
beiden Innenstege 6 und 7 eine Maschenwand zwischen zwei
äußeren Maschen 10, so ist der Abstand der zu den Stäben 2
und 3 parallelen Seitenkante, mit der dieser Innensteg an
der Innenseite eines Außenstegs festzuschweißen ist, von
der vom Innensteg 7 gebildeten Biegekante o des betreffen
den Basiselements entsprechend größer als der Abstand der
beiden anderen zu den Stäben 2 und 3 parallelen Seitenkan
ten dieses Basiselements, die jeweils in einer Ecke eines
regelmäßigen Innensteg-Sechsecks befindlich an zwei Sei
tenkanten von Innenstegen zweier anderer Basiselemente
festzuschweißen sind.
Ferner hat der eine am anderen Innensteg 7 festgeschweißte
Innensteg 6 der Basiselemente VI und XI weder starre An
lagenoppen noch eine Zungenfeder, sondern ist beiderseits
glatt und flach, während ein solcher am anderen Innensteg
7 festgeschweißter Innensteg 6 beim Basiselement VII nach
Fig. 7 zwischen Oberende und Unterende eine herausge
stanzte Zungenfeder als Anlagefeder für einen Brennstab 3
aufweist. Der Innensteg 7 der Basiselemente VI und XI mit
der Biegekante o weist zwischen dieser Biegekante o und
einer der beiden zu den Stäben 2 und 3 parallelen Seiten
kante nicht nur zwei in die gleiche Richtung herausgepräg
te starre Anlagenoppen auf, sondern zwischen diesen beiden
starren Anlagenoppen auch eine in die entgegengesetzte
Richtung herausgestanzte Zungenfeder als Anlagefeder für
einen Brennstab 3.
Die Basiselemente III nach Fig. 3 und IV nach Fig. 4 ha
ben Innenstege, von denen, wie Fig. 1a besonders deut
lich zeigt, einer eine Wölbung um eine zu den Stäben 2 und
3 parallele Richtung mit zu diesen Stäben 2 und 3 paralle
len Mantellinien jeweils in Richtung von zwei starren An
lagenoppen aufweist, von denen sich jeweils einer am
Ober- und am Unterende des Basiselements auf der Wölbung
erhebt. Diese beiden starren Anlagenoppen haben dadurch
geringere Höhe als die starren Anlagenoppen z. B. des Ba
siselements II nach Fig. 2 und setzen dementsprechend
auch einem Kühlmedium, das den gitterförmigen Abstandhal
ter nach Fig. 1 rechtwinklig zur Bezugsebene und damit
zur Zeichenebene durchströmt, geringeren Widerstand ent
gegen. Beim Basiselement III nach Fig. 3 und beim Basis
element IV nach Fig. 4 befindet sich die Wölbung mit den
beiden starren Anlagenoppen jeweils zwischen der Biege
kante o und einer der beiden zu den Stäben 2 und 3 paral
lelen Seitenkante des Innenstegs 7 an diesem Innensteg 7.
Die Basiselemente VIII bis X nach den Fig. 8 bis 10
sind einfache Einzelstege, die entweder eine Zungenfeder
entsprechend der Zungenfeder 6c des Basiselements II oder
je zwei starre Anlagenoppen wie die starren Anlagenoppen
7c oder 7d des Basiselements II oder weder eine Zungen
feder noch Anlagenoppen aufweisen. Der Abstand der beiden
zu den Stäben 2 und 3 parallelen Seitenkanten dieser
Einzelstege voneinander ist etwas größer als der Abstand
der entsprechenden beiden Seitenkanten des Innenstegs 6
des Basiselements II nach Fig. 2, da diese Einzelstege
ebenfalls an der Innenseite eines Außenstegs festge
schweißt werden sollen.
Zur Herstellung des gitterförmigen Abstandhalters nach
Fig. 1 werden zunächst die Basiselemente II bis XI nach
den Fig. 2 bis 11 hergestellt und anschließend wie in
Fig. 1 dargestellt innerhalb der Kontur des regelmäßigen
Außensteg-Sechsecks mit den Seiten 4 unter Ausbildung der
inneren Maschen 9 mit der Maschenkontur von regelmäßigen
Innensteg-Sechsecken mit gleicher Seitenlänge sowie der
äußeren Maschen 10 angeordnet. Auf die Innenseite von
Außenstegen stoßende Innenstege treffen auf die betreffen
de Innenseite unter einem Winkel von 90°. Nach dem Ver
schweißen der Seitenkanten der Innenstege der Basiselemen
te in den Ecken der Innensteg-Sechsecke und an der Innen
seite der Außenstege ergibt sich ein gitterförmiger Ab
standhalter, bei dem ein eine Maschenwand zwischen einer
ersten und einer zweiten Masche bildender erster Innen
steg mit einer seiner zu den Stäben 2 und 3 parallelen
Seitenkanten an einer zu den Stäben 2 und 3 parallelen
Biegekante o befestigt ist, die sich jeweils in einer Ecke
eines regelmäßigen Innensteg-Sechsecks zwischen zwei wei
teren, von einem zweiten Innensteg gebildeten Maschenwän
den befindet, von den die eine Maschenwand der ersten und
die andere Maschenwand der zweiten Masche zugeordnet ist.
In den anderen Ecken der Innensteg-Sechsecke sind jeweils
drei Innenstege jeder an einer zu den Stäben 2 und 3
parallelen Seitenkante miteinander verschweißt.
An den hochkant angeordneten Außenstegen sind starre An
lagenoppen 4a für Brennstäbe 3 zur Innenseite der Außen
stege hin herausgeprägt. Diese starren Anlagenoppen 4a
ragen in äußere Maschen 10 des gitterförmigen Abstandhal
ters, die mindestens eine von einem Außensteg gebildete
Maschenwand haben. Die auf die Innenseiten der Außenstege
treffenden Innenstege bilden zu äußeren Maschen 10 gehö
rende Maschenwände, die auf die Innenseite des betreffen
den Außenstegs unter einem Winkel von 90° treffen.
Das Basiselement nach Fig. 12, in der gleiche Teile die
gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 und Fig. 2a bis 2c
haben, sind nicht nur Wölbungen 7e mit zu den Stäben 2 und
3 parallelen Mantellinien um eine zu den Stäben parallele
Richtung in Richtung von starren Anlagenoppen 7c und 7d
vorgesehen, die sich auf der betreffenden Wölbung erheben,
sondern auf einer derartigen Wölbung 6e kann sich auch
eine Zungenfeder 6c als Anlagefeder für einen Brennstab 3
erheben. Auf diese Weise setzen nicht nur die starren
Anlagenoppen 7c und 7d, sondern auch die Zungenfeder 6c
einem rechtwinklig zur Zeichenebene strömenden Kühlmedium
geringen Widerstand entgegen.
Claims (5)
1. Kernreaktorbrennelement mit nebeneinander und zuein
ander parallel, mit Abstand voneinander angeordneten
Stäben, von denen wenigstens einer ein Kernbrennstoff ent
haltender Brennstab ist und die durch jeweils eine Masche
eines gitterförmigen Abstandhalters geführt sind, sowie
mit folgenden Merkmalen:
- a) der gitterförmige Abstandhalter hat hochkant angeord nete Außenstege aus Blech, die in einer zu diesen Stäben rechtwinkeligen Bezugsebene die Kontur eines regelmäßigen Außensteg-Sechsecks bilden,
- b) der gitterförmige Abstandhalter hat innere Maschen, deren Maschenwände von innerhalb dieser Kontur hoch kant angeordneten Innenstegen aus Blech gebildet sind,
- c) die Ecken der Maschenkontur aller inneren Maschen des gitterförmigen Abstandhalters bilden in der zu den Stäben rechtwinkligen Bezugsebene die Ecken von re gelmäßigen Innensteg-Sechsecken, die alle gleiche Seitenlänge haben,
- d) der gitterförmige Abstandhalter hat äußere Maschen, die mindestens eine von einem Außensteg gebildete Maschenwand und zwei weitere auf einen Außensteg an dessen Innenseite stoßende, je von einem Innensteg gebildete Maschenwände aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein eine Maschenwand zwischen einer ersten und einer zweiten Masche bildender erster Innensteg (6) mit seiner ersten zu den Stäben parallelen Seitenkante (6a) an einer zu den Stäben (2; 3) parallelen Biegekante (o) befestigt ist, die sich in einer Ecke eines regelmäßigen Innensteg-Sechsecks zwischen zwei weiteren, von einem zweiten Innensteg (7) gebildeten Maschenwänden befindet, von denen die eine Maschenwand der ersten und die andere Maschenwand der zweiten Masche zugeordnet ist,
daß die zweite zu den Stäben (2; 3) parallele Seitenkante des ersten Innenstegs (6) und die beiden zu den Stäben (2; 3) parallelen Seitenkanten (7a) und (7b) des zweiten Innenstegs (7) eine Gruppe von drei Seitenkanten bildet,
daß zwei der drei Seitenkanten aus dieser Gruppe jeweils an zu den Stäben (2; 3) parallelen, in einer Ecke eines regelmäßigen Innensteg-Sechsecks befindlichen Seitenkanten zweier weiterer Innenstege und die dritte Seitenkante aus dieser Gruppe entweder ebenfalls an zu den Stäben (2; 3) parallelen, in einer Ecke eines regelmäßigen Innensteg- Sechsecks befindlichen Seitenkanten zweier weiterer Innen stege oder an der Innenseite eines Außenstegs befestigt sind.
daß ein eine Maschenwand zwischen einer ersten und einer zweiten Masche bildender erster Innensteg (6) mit seiner ersten zu den Stäben parallelen Seitenkante (6a) an einer zu den Stäben (2; 3) parallelen Biegekante (o) befestigt ist, die sich in einer Ecke eines regelmäßigen Innensteg-Sechsecks zwischen zwei weiteren, von einem zweiten Innensteg (7) gebildeten Maschenwänden befindet, von denen die eine Maschenwand der ersten und die andere Maschenwand der zweiten Masche zugeordnet ist,
daß die zweite zu den Stäben (2; 3) parallele Seitenkante des ersten Innenstegs (6) und die beiden zu den Stäben (2; 3) parallelen Seitenkanten (7a) und (7b) des zweiten Innenstegs (7) eine Gruppe von drei Seitenkanten bildet,
daß zwei der drei Seitenkanten aus dieser Gruppe jeweils an zu den Stäben (2; 3) parallelen, in einer Ecke eines regelmäßigen Innensteg-Sechsecks befindlichen Seitenkanten zweier weiterer Innenstege und die dritte Seitenkante aus dieser Gruppe entweder ebenfalls an zu den Stäben (2; 3) parallelen, in einer Ecke eines regelmäßigen Innensteg- Sechsecks befindlichen Seitenkanten zweier weiterer Innen stege oder an der Innenseite eines Außenstegs befestigt sind.
2. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden auf einen Außensteg an dessen Innenseite stoßen
den, jeweils von einem Innensteg gebildeten Maschenwände
der äußeren Maschen (10) auf die Innenseite des Außenstegs
unter einem Winkel von 90° treffen.
3. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Maschenwand eine Wölbung (7e) mit zu den Stäben (2; 3)
paralleler Mantellinien um eine zu den Stäben (2; 3)
parallele Richtung in Richtung einer sich auf der Wölbung
erhebenden starren Anlagenoppe (7c, 7d) für einen Stab
(3) aufweist.
4. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Maschenwand eine Wölbung (6e) mit zu den Stäben (2; 3)
parallelen Mantellinien um eine zu den Stäben (2; 3)
parallele Richtung aufweist und daß sich auf der Wölbung
(6e) eine Anlagefeder (6c) für einen Stab (3) erhebt.
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