DE4221302A1 - Kernreaktorbrennelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem derartigen Kernreaktorbrennelement als Verrastorgan Stifte vorzusehen, die am Haltekörper angebracht sind und unter Einwirkung der sich am Haltekörper abstützenden Federn in Ausnehmungen am Sperrkörper einrasten, wenn dieser seine Eingriffsposition eingenommen hat. Die sich am Haltekörper abstützenden Fe­ dern sind Schraubenfedern, von denen jede auf einem Stab­ ende der Brennstäbe sitzt, das lose in den Haltekörper greift. Der Haltekörper muß nicht nur bei der Montage des Kernreaktorbrennelements, bei der der Sperrkörper schließ­ lich in seine Eingriffsposition gedreht wird, sondern auch bei der Demontage des Kernreaktorbrennelements, bei der der Sperrkörper zunächst aus seiner Eingriffsposition heraus­ gedreht wird, in Kastenlängsrichtung gegen die Wirkung der Schraubenfedern auf den Stabenden der Brennstäbe mit Hilfe eines gesonderten Werkzeugs auf diese Brennstäbe zu ver­ schoben werden.

Dieses Verschieben kann jedoch unmöglich sein oder zu Be­ schädigungen an den Brennstäben führen, wenn die Länge zu­ mindest einzelner Brennstäbe nach einer gewissen Standzeit des Kernreaktorbrennelements in einem Kernreaktor zu stark angewachsen ist und deswegen die Schraubenfedern auf den Stabenden beim Einschieben des Haltekörpers in den Brenn­ elementkasten vor dem Ausrasten der Stifte aus dem Sperr­ körper auf Block gehen.

Ein solches auf Block Gehen einzelner Schraubenfedern kann zwar durch ausreichend hohen Spielraum für diese Schrau­ benfedern vermieden werden, dies würde aber bedeuten, daß bei vorgegebener Stablänge der Brennstäbe die Länge des Kernreaktorbrennelements entsprechend groß sein muß. Dem­ entsprechend hoch muß auch der Reaktordruckbehälter mit seinen Einbauten ausgeführt sein, was relativ hohe Kosten verursachen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und eine Beschädigung der Brennstäbe beim Aus­ rasten des Sperrkörpers aus seiner Eingriffsposition zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs. Da die Ver­ rastorgane der in diesem kennzeichnenden Teil angesproche­ nen Verrastorgangruppe Verrastkörper mit Federn haben, die nicht auf Stabenden von Brennstäben sitzen, werden diese Brennstäbe beim Betätigen der Verrastorgane auch in keiner Weise beansprucht.

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

Fig. 1 ist in Abschnitte 1A und 1B aufgeteilt und zeigt im Längsschnitt ein langgestrecktes Kernreaktorbrennelement mit einem Sperrkörper.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Kernreaktorbrennele­ ments entsprechend der strichpunktierten Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 und 4 zeigen im Längsschnitt und in teilgeschnit­ tener Draufsicht eine zweite Ausführungsform für einen Sperrkörper.

Fig. 5 und 6 zeigen ebenfalls im Längsschnitt und in teilgeschnittener Draufsicht eine dritte Ausführungsform für einen Sperrkörper.

Fig. 7 zeigt im Längsschnitt eine vierte Ausführungsform eines Sperrkörpers.

Das Kernreaktorbrennelement nach Fig. 1 weist einen lang­ gestreckten Brennelementkasten 2 auf, dessen Innen- und Außenquerschnitt die Kontur eines regelmäßigen Sechsecks hat. Am Bodenende dieses langgestreckten Brennelement­ kastens 2 ist ein Brennelementfuß 3 festgeschraubt, der ein an beiden Enden offenes Rohr ist und dessen Außenquer­ schnitt an einem Ende der Kontur des Innenquerschnitts des Brennelementkastens 2 angepaßt ist. Mit diesem Ende ist der Brennelementfuß 3 in den langgestreckten Brennelement­ kasten 2 eingepaßt.

Auf der innerhalb des langgestreckten Brennelementkastens 2 befindlichen Oberkante des Brennelementfußes 3 liegt eine flache Stützplatte 4 lose auf. Diese Stützplatte 4 bildet Durchtrittsöffnungen 5 für ein Kühlmittel in einem Kern­ reaktor, die sich in Richtung der Längsachse 6 des lang­ gestreckten Brennelementkastens 2 erstrecken.

Innerhalb des langgestreckten Brennelementkastens 2 sind mit Kernbrennstoff gefüllte, zur Längsachse 6 des langge­ streckten Brennelementkastens 2 parallele Brennstäbe 7 an­ geordnet, die mit einem Ende auf der Stützplatte 4 auf­ stehen. Mit ihrem anderen Ende greifen diese Brennstäbe 7 in Durchführungen 8 eines plattenartigen Haltekörpers 9, der innerhalb des langgestreckten Brennelementkastens 2 rechtwinklig zur Längsachse 6 dieses Brennelementkastens 2 lose angeordnet ist. Der plattenartige Haltekörper 9 weist ferner Durchtrittsöffnungen 10 für das Kühlmittel in einem Kernreaktor auf, die sich ebenfalls in Richtung der Längs­ achse 6 des langgestreckten Brennelementkastens 2 er­ strecken.

Auf den Stabenden, mit denen die Brennstäbe 7 in die Durch­ führungen 8 des plattenartigen Haltekörpers 9 greifen, sit­ zen Schraubenfedern 11, die sich mit einem Ende an einer Schulter des betreffenden Brennstabes 7 und mit dem anderen Ende an der der Stützplatte 4 am Brennelementfuß 3 zuge­ wandten Seite des plattenartigen Haltekörpers 9 abstützen.

Der plattenartige Haltekörper 9, der am offenen Oberende langgestreckten Brennelementkastens 2 angeordnet ist, hat die Kontur eines regelmäßigen Sechsecks, die der Kontur in der Form eines regelmäßigen Sechsecks des Innenquerschnitts des langgestreckten Brennelementkastens 2 angepaßt ist. Auf diese Weise ist der plattenartige Haltekörper 9 zwar in Längsrichtung des langgestreckten Brennelementkastens 2 ver­ schiebbar, aber durch Formschluß mit diesem langgestreck­ ten Brennelementkasten 2 gegen Verdrehen um die Längs­ achse 6 des Brennelementkastens 2 gesichert.

In das offene Oberende des langgestreckten Brennelement­ kastens 2 ist ein Sperrkörper 12 eingesetzt. Wie Fig. 2 zeigt, hat dieser Sperrkörper 12 innerhalb des langge­ streckten Brennelementkastens 2 zwar einen Querschnitt mit der Außenkontur eines regelmäßigen Sechsecks, das dem Innenquerschnitt des langgestreckten Brennelementkastens 2 angepaßt ist, der ebenfalls die Kontur eines regelmäßigen Sechsecks hat, der Außenmantel des Sperrkörpers 12 ist aber an den Ecken dieses regelmäßigen Sechsecks unter Aus­ bildung einer in bezug auf den Mittelpunkt dieses regel­ mäßigen Sechsecks zylinderförmigen Teilaußenfläche abge­ rundet. An dieser zylinderförmigen Teilaußenfläche 14 ist an jeder Ecke des regelmäßigen Sechsecks ein vorspringen­ der Ringsektor 15 in bezug auf die Längsachse 6 des lang­ gestreckten Brennelementkastens 2 ausgebildet, mit dem der Sperrkörper 12 jeweils in einen Umfangsschlitz 16 am langgestreckten Brennelementkasten 2 greift. Ein solcher Umfangschlitz 16 erstreckt sich beiderseits der Mitte jeder Seite des regelmäßigen Sechsecks, das die Kontur des Innenquerschnitts des langgestreckten Brennelementkastens 2 bildet.

Auf der Oberseite des plattenartigen Haltekörpers 9 steht ein im langgestreckten Brennelementkasten 2 in Richtung von dessen Längsachse 6 verschiebbarer Ring 17 lose auf, der einen dem Innenquerschnitt des langgestreckten Brenn­ elementkastens 2 angepaßten Außenquerschnitt ebenfalls mit der Kontur eines regelmäßigen Sechsecks hat und auf diese Weise ebenfalls durch Formschluß mit dem Brennelement­ kasten 2 gegen Verdrehen um die Längsachse 6 des langge­ streckten Brennelementkastens gesichert ist. Dieser Ring 17 stützt sich in einer zur Längsachse 6 des Brennelement­ kastens 2 rechtwinkligen Ebene am Sperrkörper 12 ab und spannt so die Schraubenfedern 11 auf den Stabenden der Brennstäbe 7 auf Druck vor.

Im Sperrkörper 12 ist ein zylinderförmiger Verrastkörper 18 in Radialrichtung des Brennelementkastens 2 verschieb­ bar geführt. An diesem Verrastkörper 18 stützt sich das eine Ende einer Schraubenfeder 19 ab, die auf diesem Ver­ rastkörper 18 sitzt und sich mit ihrem anderen Ende am Sperrkörper 12 abstützt. Diese Schraubenfeder 19 drückt den Verrastkörper 18 in eine dem Außenquerschnitt dieses Verrastkörpers 18 angepaßte Verrastbohrung 20, die in Radialrichtung in der Wand des Brennelementkastens 2 angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Sperrkörper 12 nicht um die Längsachse 6 des Brennelementkastens 2 verdreht werden, so daß das Eingreifen der vorspringenden Ringsektoren 15 in die Umfangsschlitze 16 abgesichert ist.

Zum Lösen des Sperrkörpers 12 vom Brennelementkasten 2, beispielsweise zur Entnahme der Brennstäbe 17 samt Stütz­ platte 4 und plattenartigem Haltekörper 9, werden die Ver­ rastkörper 18 mit Hilfe eines gesonderten Werkzeugs gegen die Federkraft der Schraubenfeder 19 radial in Richtung auf die Längsachse 6 zu verschoben, so daß der Sperrkörper 12 um die Längsachse 6 verdreht und die vorspringenden Ringsektoren 15 aus den Umfangschlitzen 16 herausgedreht werden können.

Der Sperrkörper 12 nach den Fig. 3 und 4, in denen gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 versehen sind, unterscheidet sich von dem Sperr­ körper nach Fig. 1 und 2 dadurch, daß die Verrastkörper 18 in Richtung der Längsachse 6 verschiebbar im Sperrkör­ per 12 geführt sind. Jeder Verrastkörper 18 greift im Brennelementkasten 2 in eine Verrastnut 21, die am offenen Oberende des Brennelementkastens 2 offen ist und die von der Wand des Brennelementkastens 2 auf dessen Innenseite in Längsrichtung des Brennelementkastens 2 ausgebildet ist. Eine solche Verrastnut 21 befindet sich jeweils in einer Ecke des regelmäßigen Sechsecks, das die Kontur des Innenquerschnitts des Brennelementkastens 2 darstellt.

Mit einem in den Sperrkörper 12 hineingeführten gesonder­ ten Werkzeug kann der Verrastkörper 18 in Richtung der Längsachse 6 gegen die Wirkung der sich an ihm abstützen­ den Schraubenfeder 19 aus dem Brennelementkasten 2 heraus­ gezogen werden, so daß die in Fig. 1 erkennbaren vor­ springenden Ringsektoren 15 aus den Umfangschlitzen 16 durch Drehen des Sperrkörpers 12 um die Längsachse 6 heraus­ gedreht werden können.

Die Schraubenfeder 19 sitzt auf einem Stift 19a, an dem sie sich unter Ausbildung eines Federbeins abstützt. Dieser Stift 19a ist parallel zur Längsachse 6 des langgestreckten Brennelementkastens 2 verschiebbar im Sperrkörper 12 ge­ führt und weist eine radiale Durchführung 19b auf mit einem in Längsrichtung des Stiftes 19a ausgedehnten Querschnitt. Durch diese Durchführung 19 greift lose ein am Sperrkörper 12 befestigter, radial gerichteter Haltestift 19c.

Der langgestreckte Stift 19a reicht mit einem Ende aus den Sperrkörper 12 hinaus und mit dem anderen Ende lose durch eine Durchführung im Verrastkörper 18 hindurch. Gegen das aus dem Sperrkörper 12 hinausreichende Ende kann eine Nie­ derhalteplatte zu einem federbelasteten Einspannen des Kernreaktorbrennelements in einen Kernreaktor drücken.

Vom Sperrkörper nach den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich der Sperrkörper nach den Fig. 5 und 6, in denen gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 und 3 bezeichnet sind, dadurch, daß der Verrastkörper 18 in eine Verrastkerbe 22 eingreift, die in der Endkante des Brennelementkastens 2 an dessen offenem Oberende aus­ gebildet ist.

Vom Sperrkörper nach den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich der Sperrkörper 12 nach Fig. 7, in der gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 und 5 ver­ sehen sind, dadurch, daß ein Verrastkörper 18, der eben­ falls in Längsrichtung 6 des Brennelementkastens 2 ver­ schiebbar im Sperrkörper 12 geführt ist, in eine Verrast­ bohrung 23 im Haltekörper 9 eingreift, die sich in Längs­ richtung 6 des Brennelementkastens 2 erstreckt. Auch hier kann jeder Verrastkörper 18 mit Hilfe eines in den Sperr­ körper 12 eingeführten gesonderten Werkzeugs aus einer Ver­ rastbohrung 23 herausgezogen werden, so daß die in Fig. 1 erkennbaren vorspringenden Ringsegmente 15 mit dem Sperr­ körper 12 durch Drehen um die Längsrichtung 6 aus den Um­ fangschlitzen 16 herausgedreht werden können.

Der Verrastkörper 18 ist ebenfalls als Stift ausgebildet, der mit dem Stift 19 des Federbeins fluchtet. Die Schrau­ benfeder 14 sitzt sowohl auf dem Verrastkörper 18 als auch auf dem Stift 19a des Federbeins und stützt sich mit einem Ende am Verrastkörper 18 und mit dem anderen Ende am Stift 19a des Federbeins ab.

Claims (1)

1. Kernreaktorbrennelement mit einem langgestreckten Brenn­ elementkasten und einem an einem offenen Ende dieses Brennelementkastens befindlichen Haltekörper, in den im Brennelementkasten parallel zur Längsachse dieses Brenn­ elementkastens angeordnete, auf einem Stützkörper am Brennelementkasten aufstehende, Kernbrennstoff enthaltende Brennstäbe mit einem Stabende lose und gegen die Wirkung einer sich am Haltekörper abstützenden Feder in Stablängs­ richtung verschiebbar greifen, der im Brennelementkasten in Kastenlängsrichtung verschiebbar und durch Formschluß mit dem Brennelementkasten gegen Verdrehen um die Kasten­ längsachse gesichert ist und an dessen Außenseite ein Sperrkörper aufliegt, der in einer durch Verdrehen um die Längsachse des langgestreckten Brennelementkastens er­ reichbaren Eingriffsposition in eine in einem Querschnitt des Brennelementkastens befindliche Nut an der Innenseite des langgestreckten Brennelementkastens eingreift und in dieser Eingriffsposition durch ein Verrastorgan drehgesi­ chert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verrastorgan der folgenden Verrastorgangruppe an­ gehört:

   • a) Verrastkörper (19), der gegen die Wirkung einer sich am Sperrkörper (12) abstützenden Feder (19) in Längsrich­ tung des Brennelementkastens (2) verschiebbar am Sperr­ körper (12) geführt ist und dem eine in der Endkante des Brennelementkastens (2) an dessen offenem Ende ausgebil­ dete Verrastkerbe (22) oder eine Verrastbohrung (23) zu­ geordnet ist, die sich in Längsrichtung des Brennelement­ kastens (2) im Haltekörper (9) erstreckt,
   • b) Verrastkörper (18), der gegen die Wirkung einer sich am Sperrkörper (12) abstützenden Feder (19) in Längsrich­ tung des Brennelementkastens (2) verschiebbar am Sperr­ körper (12) geführt ist und dem eine von der Wand des Brennelementkastens (2) auf der Innenseite in Längsrich­ tung des Brennelementkastens (2) ausgebildete Verrastnut (21) zugeordnet ist, die am offenen Ende des Brenn­ elementkastens (2) offen ist,
   • c) Verrastkörper (18), der gegen die Wirkung einer sich am Sperrkörper (12) abstützenden Feder (19) in Radialrich­ tung des Brennelementkastens (2) verschiebbar am Sperr­ körper (12) geführt ist und dem eine in der Wand des Brennelementkastens (2) in Radialrichtung ausgebildete Verrastbohrung (20) zugeordnet ist.