DE9018106U1 - Fußstück eines Leichtwasserkernreaktor-Brennstabbündels - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Brennelementbündel eines Leichtwasserkernreaktors, insbesondere eines Druckwasserreaktors .

Druckwasserreaktoren haben einen Reaktorkern, der aus nebeneinander senkrecht angeordneten prismatischen Bündeln besteht. Die Bündel beinhalten ein Gerippe, in dem die Brennstäbe angeordnet sind und das aus länglichen Führungsrohren und Zwischengittern besteht und mit einem oberen und unteren Endstück abgeschlossen wird.

Ein Bündelendstück, das sogenannte Fußstück, liegt auf der unteren Reaktorkernplatte auf, die auf der Ebene jedes Bündels mit Löchern durchbrochen ist, damit das Reaktorkühlwasser den Reaktorkern von unten nach oben senkrecht durchströmen kann.

Dieses Fußstück ist mit Stützen versehen, die auf der unteren Reaktorkernplatte aufliegen und besitzt ein mit den Stützen verbundenes Bauteil, das quer zu den Brennstabbündeln angeordnet ist. Dieses querliegende Bauteil besteht aus einer Adapterplatte, an der die unteren Enden der Führungsrohre des Bündels befestigt sind und die mit Durchbrüchen versehen ist, damit das senkrecht fließende Reaktorkühlwasser, das mit der Außenfläche der Brennstäbe des Bündels in Kontakt steht, hindurchfließen und nach der Durchströmung des Fußstücks gut verteilt werden kann.

Die Adapterplatte des Fußstücks eines Brennelementbündels in einem wassergekühlten Reaktor erhöht damit die Steifigkeit des Bündelgerippes und gewährleistet, daß sich das Fußstück von den darauf wirkenden Belastungen erholt, insbesondere von dem über die Führungsrohre

übertragenen Gerippe- und Bündelgewicht und sie sorgt außerdem für den Durchfluß und die Verteilung des Kühlwassers im Bündel.

Auf die Adapterplatte wirken vorwiegend Biegekräfte und besonders im Bereich der Ober- und Unterseite muß sie starken Belastungen standhalten. Diese in einem Stück gefertigte Platte muß sehr dick sein, damit das Fußstück eine hohe Steifigkeit erhält.

Die Adapterplatte muß zusätzlich noch für den Halt der Brennelementbündel sorgen für den Fall, daß einige Brennstäbe an den Halterungen der Zwischengitter nicht mehr ausreichend gehalten werden und aufgrund ihres Gewichts in Achsrichtung des Bündels abrutschen könnten.

Da die Bohrungen für das die Adapterplatte durchströmende Wasser im allgemeinen einen höheren Durchmesser als die Brennstäbe haben, muß ein zur Queranordnung der Brennstäbe versetztes Lochraster vorgesehen werden, damit jeder Brennstab völlig lotgerecht zum Massivteil der Adapterplatte steht.

Selbst wenn alle oder ein Teil der Durchbrüche der Adapterplatte einen geringeren oder sogar wesentlich geringeren Durchmesser als die Brennstäbe haben, empfiehlt es sich, diese Löcher mit kleinem Durchmesser nicht lotgerecht zu den Brennstäben anzubringen, da die Brennstäbe bei einem zufälligen Herabfallen einen oder mehrere Wasserdurchlässe verstopfen und damit die Kühlung der Brennstäbe durch den Wasserkreislauf verringern oder stellenweise verhindern könnten.

In Anbetracht der Dicke der Adapterplatte müssen außerdem derartige Löcher für den Wasserdurchfluß vorgesehen werden, damit der Druckverlust des Kühlwassers im Fußstück so gering wie möglich gehalten wird.

Es ist ausgesprochen schwierig, eine Adapterplatte zu bauen, die die verschiedenen vorgenannten mechanischen und hydraulischen Anforderungen erfüllt.

Die maschinelle Fertigung dieser Adapterplatte ist außergewöhnlich schwierig und erfordert eine sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeit.

Zusätzlich können im Primärkreislauf des Reaktors Materialreste vorhanden sein, die vom umlaufenden Druckwasser mitgerissen werden können. Wenn diese Reste klein sind {z.B. kleiner 10 mm), können sie durch die Adapterplatte des Fußstücks wandern, deren Wasserdurchflußöffnungen normalerweise einen größeren Durchmesser als 10 mm haben. Diese Reststoffe können zwischen den Brennstäben und den Halterungen der Stäbe am ersten Gitter steckenbleiben, d.h. am Zwischengitter, das die Stäbe in einem regelmäßigen Abstand hält und ganz unten am Bündel angeordnet ist. Diese Reststoffe, die den in diesem Bereich sehr hohen axialen und transversalen hydraulischen Kräften ausgesetzt sind, können die Umhüllung des Brennstabs abnutzen. Daraus ergibt sich die Gefahr eines Dichtigkeitsverlusts der Umhüllung sowie einer Erhöhung der Aktivitätsrate des Primärreaktorkreislaufs.

Um ein Verschleppen dieser Reststoffe in das Innere des Bündels zu vermeiden, wurde in EP-A-O.2 89.829 eine Filtrierung des Kühlmittels an der Adapterplatte des Fußstücks vorgeschlagen, und zwar mittels Durchbohren dieser Adapterplatte mit Löchern, deren Durchmesser

klein genug ist, um diese Reststoffe, die im ersten Gitter des Bündels steckenbleiben könnten, aufzuhalten.

Um aber den Durchfluß der Kühlwassermenge durch die Adapterplatte bei einem geringen Druckverlust zu gewährleisten, muß ein sehr dichtes Raster von Durchbrüchen vorgesehen werden, womit die maschinelle Bearbeitung der Adapterplatte noch schwieriger wird.

Die Fußstucke der Brennelementbündel können in einem Stück gefertigt werden, durch maschinelle Bearbeitung eines Gußteils oder ausgehend von verschiedenen gegossenen und bearbeiteten Teilen, die zusammengeschweißt werden. In diesem Fall hat sich das Elektronenstrahlschweißen als besonders vorteilhaft erwiesen.

Wie in FR-A-2.500947 beschrieben, können die Bündelendstücke zum Beispiel aus einer Gitterstruktur bestehen, die nach außen durch einen Rahmen begrenzt ist, dessen Querschnitt in etwa dem Querschnitt des Bündels entspricht und die miteinander sowie mit dem Rahmen verbundene Wände besitzt, wodurch große Zellen entstehen und der Druckverlust im umlaufenden Reaktorkühlwasser unerheblich ist. Eine Platte mit geringer Dikke, die mit einer Presse ausgestanzt werden kann, wird auf der einen Seite der Gitterstruktur angebracht und lose befestigt. Zur Regelung des Kühlwasserflusses durch das Endstück wird die Platte mit Durchbrüchen versehen, deren Form, Größe und Anordnung eine Festlegung des Druckverlustes und die Verteilung des Kühlwassers im Fußstück ermöglicht.

Solche Endstücke werden vorwiegend als oberer Abschluß des Bündels verwendet und sind für den Einsatz als Fußstück wenig geeignet, da das Fußstück gleichzeitig den Halt der Stäbe sowie die Verteilung und Regelung

des in das Bündel eindringenden KühlwasserStroms gewährleisten muß. Außerdem gewährleisten diese Endstücke nicht, daß im Reaktorkühlwasser mitgeführte Reststoffe zurückgehalten werden.

Die auf den beschriebenen Teilen basierenden Herstellungsverfahren für Fußstücke von Brennelementbündeln bieten daher keine völlig zufriedenstellende Lösung des Problems der mechanischen Festigkeit und des hydraulischen Verhaltens der Adapterplatten sowie das Auffangen und Zurückhalten der im Kühlwasser mitgeführten Reststoffe.

Ziel der Erfindung ist daher der Vorschlag eines Brennelementbündels gemäß Patentanspruch 1. Das Fußstück besitzt außerdem optimierte Eigenschaften der mechanischen Festigkeit und des Hydraulikverhaltens; es kann mit klassischen maschinellen Bearbeitungsmethoden einfach hergestellt werden und ermöglicht auch noch das Auffangen und Zurückhalten der im Reaktorkühlwasser mitgeführten Reststoffe.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden als Beispiele, die nicht einschränkend zu verstehen sind, Brennelementbündel eines Druckwasserreaktors gemäß Erfindung beschrieben und dabei auf die beigefügten Abbildungen Bezug genommen.

Abbildung 1 zeigt den Aufriß eines Brennelementbündels eines Druckwasserreaktors.

Abbildung 2 zeigt den Querschnitt des in Abbildung 3 dargestellten Fußstücks im Schnitt 2-2.

Abbildung 3 zeigt als Draufsicht einen Teil des Schnitts 3-3 der Abbildung 2.

Abbildung 4 zeigt den Teilquerschnitt einer Ausführungsvariante der Rückhalteplatte des Fußstücks gemäß Erfindung.

Abbildung 5 zeigt eine perspektivische Teilansicht von einem Fußstück gemäß Erfindung, dessen Gitterstruktur als Formguß hergestellt wurde.

Abbildung 6 zeigt einen ähnlichen Querschnitt des Fußstücks gemäß Erfindung wie Abbildung 2 mit einer durch Formguß erzielten Gitterstruktur.

Abbildung 7 zeigt die Perspektive einer Ausführungsvariante der Gitterstruktur eines in Formguß hergestellten Fußstücks gemäß Erfindung.

Abbildung 1 zeigt ein insgesamt mit 1 gekennzeichnetes Brennelementbündel, bestehend aus einem Bündel paralleler Brennstäbe 2, die in einem Gerippe aus länglichen Führungsrohren 4, Zwischengittern 3 und den oberen und unteren Endstücken 5 und 6 gehalten werden. Die Zwischenstücke 3 sind Gitter, in deren Zellen jeweils ein Brennstab eingeführt wird. Gewisse Positionen des Gitters sind mit den Führungsrohren 4 besetzt, die länger als die Brennstäbe 2 sind. Jedes Führungsrohr 4 ist an allen Zwischengittern befestigt, die längs des Bündels in einem regelmäßigen Abstand angeordnet sind.

Die Führungsrohre sind außerdem an einem Ende mit einem Endstück 5 verbunden, das den oberen Abschluß des Bündels bildet, und am anderen Ende mit einem zweiten Endstück 6, das das Fußstück bildet.

In Betriebsposition wird das Bündel wie in Abbildung 1 dargestellt senkrecht eingesetzt, wobei das Fußstück 6 über die Stützen 7 auf der Oberseite der unteren Reaktorkernplatte 8 des Kernreaktors aufliegt.

Die Platte 8 ist mit vier Durchbrüchen für den Wasserdurchfluß versehen, die unter dem entsprechenden Fußstück 6 auf der Ebene von jedem, den Reaktorkern bildenden Brennelementbündel, einmünden.

Das Oberteil der Stützen 7 ist mit einem Querträger 9 verbunden, an dem die unteren Enden der Führungsrohre 4 befestigt sind.

Das Reaktorkühlwasser, das durch die unter dem Fußstück 6 einmündenden Öffnungen der unteren Reaktorkernplatte 8 fließt, durchströmt den Querträger 9, der in seiner gesamten Dicke mit einem Raster von Durchbrüchen versehen ist.

Auf diese Weise entsteht ein von unten nach oben verlaufender senkrechter Kühlwasserumlauf in Kontakt mit den Brennstäben 2, deren Kühlung damit gewährleistet ist.

In den Anordnungen nach dem früheren Stand der Technik besteht der Querträger 9 aus einer für den Durchfluß des Kühlwasser in ihrer gesamten Dicke mit Löchern durchbohrten Adapterplatte oder aus einer Gitterstruktur, auf der eine Platte angebracht und lose befestigt wird, die mit Öffnungen zur Steuerung und Regulierung des in das Bündel eindringenden Kühlwassers versehen ist.

Abbildung 2 zeigt ein Fußstück eines Brennelementbündels gemäß Erfindung, das als Ganzes mit 10 gekennzeichnet ist.

Dieses Fußstück 10 hat Stützen 11, die den Stützen 7 des in Abbildung 1 gezeigten Bündels entsprechen und auf der unteren Platte des Reaktorkerns aufliegen, in den das mit dem Fußstück 10 versehene Brennelementbündel eingesetzt wird.

Das Oberteil der Stützen 11 ist mit einem Querträger 12 verbunden, der dem in Abbildung 1 dargestellten Querträger 9 ähnlich ist und dazu dient, die Belastungen zu dämpfen und die Brennstäbe des Bündels zu halten, was normalerweise die Funktion einer Adapterplatte ist.

Der Querträger 12 besteht aus einer "Sandwichbauweise", bei der Komponenten geschichtet und fest miteinander verbunden werden und bildet eine Kastenform mit inneren Hohlräumen.

Die erste im unteren Teil des Querträgers 12 angeordnete Komponente ist eine Gitterstruktur 13, deren Schnitt als Draufsicht teilweise in Abbildung 3 wiedergegeben ist.

Diese Gitterstruktur besitzt einen äußeren quaderförmigen (parallelepipeden) Rahmen 14, dessen quadratischer Querschnitt ungefähr dem Querschnitt des Brennelementbündels entspricht.

Bei einem Brennelementbündel für einen Druckwasserreaktor nach der jetzigen Auslegung hat der Rahmen 14 einen quadratischen Schnitt, dessen Seite in etwa 20 cm beträgt. Die Wandstärke des Rahmens 14 beträgt etwa 10 mm oder etwas mehr.

Die Stützen 11 werden auf der Unterseite der Struktur 13 an den jeweiligen Winkeln dieser Struktur angeschweißt . Zwei dieser Stützen 11 besitzen Durchbrüche 11' , die bei der Einführung des Bündels in die mit der Oberseite der unteren Reaktorkernplatte verbundenen Positionierungsstücke münden.

Die Gitterstruktur 13 besitzt Innenwände 15, die mit dem Rahmen 14 verbunden sind und Zellen 16 in Form von unregelmäßigen Vierecken mit abgerundeten Winkeln bilden. Die meisten dieser unregelmäßigen Vierecke sind Quadrate, die parallel zu den Seiten des Rahmens 14 angeordnet sind.

Abbildung 3 zeigt einen Teil der Gitterstruktur, der in etwa einem Viertel des Querschnitts der Ebene dieser Struktur entspricht.

Die ungefähr 10 mm starken Zellenwände 15 kreuzen sich und bilden Knotenpunkte 17, an denen das Metall der Struktur 13 etwas stärker als die Wände 15 ist. An jedem dieser Knoten 17 ist die Gitterstruktur 13 in ihrer gesamten Dicke mit einem Loch 18 durchbohrt, um das untere Ende eines Führungsrohres des Bündels darin befestigen zu können.

Damit die übliche Anordnung der Führungsrohre eines Brennelementbündels in Druckwasserreaktoren eingehalten wird, wurden stellenweise Zellenformen 16 gewählt, die von der quadratischen Form merklich abweichen.

Der in Abbildung 3 gezeigte Querschnitt der Zellen 16 in Form von unregelmäßigen Vierecken ist sehr wichtig; der Querschnitt der kleinsten Zellen entspricht zumindest dem Querschnitt von zehn oder mehr Brennstäben im Bündel. Die Gitterstruktur 13 hat demnach einen geringen Druckabfall im Kühlwasserkreislauf zur Folge und verändert diesen kaum.

Wie in Abbildung 2 ersichtlich, ist die Außenkante 14a des Rahmens 14 gegenüber der Oberseite des inneren Teils der Gitterstruktur 13 etwas erhöht. Ebenso ist um die Öffnung 18 zur Einführung eines Führungsrohrs die Gitterstruktur 13 an jedem Knoten 17 um die vorstehenden Teile 17a erhöht.

Die oberen Enden der erhöhten Kanten 14a und der an den Knoten 17 vorstehenden Teile 17a der Gitterstruktur 13 liegen auf der Höhe b in einer Ebene über der Oberseite der Gitterstruktur 13, wobei diese Höhe b in etwa so hoch sein kann wie die Zellenwände der Gitterstruktur.

Das Fußstück 10 gemäß Erfindung besitzt eine auf der Gitterstruktur 13 angebrachte Rückhalteplatte 20, die an der Oberseite der Kante 14a des Rahmens 14 und der vorstehenden Teile 17a angeschweißt ist. Auf diese Weise ist diese Platte 20, deren quadratische Form und Abmessungen dem Querschnitt der Gitterstruktur 13 entsprechen, genau über dieser Gitterstruktur 13 angeordnet und bildet mit ihr zusammen einen Kasten, der einen inneren Hohlraum mit der Höhe b besitzt und auf der einen Seite durch die Oberseite der Gitterstruktur 13 und auf der anderen durch die Rückhalteplatte 2 0 abgegrenzt ist.

Die Dicke a der Rückhalteplatte 20 ist wesentlich geringer als die Dicke c der Gitterstruktur. Zum Beispiel kann die Dicke a fünf- bis zehnmal kleiner sein als die Dicke c.

Die Rückhalteplatte 20 ist mit Durchbrüchen 21 versehen, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der eines Brennstabs ist. Dieser Durchmesser, der beispielsweise 5 mm betragen kann, ist kleiner als der größte Abstand zwischen den Halterungen und den Brennstäben an den Zwischengittern. Die Durchbrüche 21 sind in einem dichten und regelmäßigen Raster angebracht, was bei der Herstellung und beim Einsatz des Fußstücks kein Nachteil ist, da die Dicke a der Rückhalteplatte 20 viel geringer als die Dicke einer Adapterplatte für das Fußstück nach dem früheren Stand der Technik ist.

Die Größe und die Anordnung der Durchbrüche 21 in der Rückhalteplatte 20 sind derart, daß der Halt der Brennstäbe im Bündel auf jeden Fall gewährleistet ist und beim Herunterfallen eines Brennstabs eine spürbare Verringerung der das Bündel durchströmenden Kühlmittelmenge vermieden wird. Die eventuell im Reaktorkühlwasser mitgeführten Reststoffe, die so groß sind, daß sie am ersten Zwischengitter in den Spalten zwischen den Brennstäben und den Halterungen eingeklemmt werden könnten, werden außerdem von der Rückhalteplatte 20 zurückgehalten.

Die Dicke a und c der Rückhalteplatte bzw. der Gitterstruktur, der Abstand b zwischen diesen beiden Bauteilen und die Gesamtdicke d des Querträgers 12 sind so festgelegt, daß der Querträger 12 unter den darauf wirkenden Kräften eine sehr gute mechanische Festigkeit besitzt und gleichzeitig der Druckverlust des den

Querträger 12 durchströmenden Kühlmittels gering gehalten wird. Der Hohlraum der Kastenstruktur des Querträgers 12 wirkt als Beruhigungszone für das über das Fußstück in das Bündel eindringende Kühlwasser und als Auffangstelle für die im Wasser mitgeführten Reststoffe.

Der Querträger 12 ist vorwiegend einer Biegebelastung ausgesetzt, die größtenteils von der Gitterstruktur aufgenommen wird, die sehr hoch und steif sein kann. Durch die Gitterstruktur 13 mit ihren großen Zellen entsteht nur ein geringer Druckverlust im Kühlmittelkreislauf .

Die Rückhalteplatte 20 ist außerdem nicht sehr dick und besitzt ein dichtes und regelmäßiges Raster von kleinen Durchbrüchen, so daß der von der Rückhalteplatte 20 verursachte Druckverlust ebenfalls gering ist und der Kühlwasserdruck auf dem Bündelquerschnitt homogen verteilt wird.

Diese Rückhalteplatte unterscheidet sich daher völlig von einer Platte zur Verteilung und Regulierung des Druckabfalls in einem Fußstück nach dem früheren Stand der Technik und bietet die Möglichkeit, im Reaktorkühlwasser eventuell mitgeführte Reststoffe aufzufangen und zurückzuhalten. Außerdem begrenzt sie den Innenraum des Fußstücks, in dem der Wasserhaushalt des Kühlwassers geregelt wird.

Die Gitterstruktur 13 kann in einem Stück gegossen und maschinell bearbeitet oder durch Verschweißen von beliebig dicken Platten hergestellt werden.

Die Kanten 14a und die Vorsprünge 17a können mit der Struktur 13 in einem Stück gegossen und maschinell bearbeitet oder auf der Oberseite der Struktur angebracht werden.

Die Rückhalteplatte 20 besteht aus einer einfachen Platte oder einem Bandmaterial und wird mit einem regelmäßigen Raster von Durchbrüchen versehen.

Die verschiedenen Bestandteile des Fußstücks können mit jeder Schweißtechnik, insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen zusammengefügt werden.

Abbildung 4 zeigt eine Ausführungsvariante der Rückhalteplatte des Fußstücks gemäß Erfindung. Die Rückhalteplatte 20' besitzt Öffnungen 21', die aus jeweils zwei unter einem bestimmten Winkel zusammenlaufenden Bohrungen bestehen und schräg zu den Seiten der Platte 20' angebracht sind. Die Löcher 21' im Querschnitt der Platte 20' sind daher V-förmig.

Damit ist mit der Platte 20' ein wirksamer Halt der Brennstäbe selbst dann gewährleistet, wenn der Durchmesser der Bohrungen gleich oder größer als der Durchmesser der Brennstäbe ist.

In bestimmten Fällen können diese winkelförmigen Öffnungen den Druckverlust begrenzen und den Kühlmitteldruck im Fußstück homogener verteilen.

Abbildung 5 zeigt eine Teilansicht des die Belastungen aufnehmenden Querträgers 22 eines Fußstücks gemäß Erfindung, bestehend aus einer Gitterstruktur 23 und einer auf der Struktur 23 angebrachten Rückhalteplatte für Reststoffe 30.

Die Gitterstruktur 23, deren Form mit der Gitterstruktur 13 von Abbildung 2 und 3 praktisch identisch ist, wird aus legiertem Stahl oder einer Nickellegierung in einem Stück als Formguß hergestellt. Es wird vorzugsweise ein Feingußverfahren eingesetzt, um die maschinelle Bearbeitung des gegossenen Teils so gering wie möglich zu halten.

Der für den Formguß infragekommende Stahl oder die Legierung sollte möglichst folgende Zusammensetzung haben:

- Stahl A 286 {ASTM A638): C < 0,08, Ni 24 bis 27, Cr 13,5 bis 16, Mo 1,00 bis 1,50, Ti 1,90 bis 2,35, Al < 0,35, U 0,10 bis 0,5, Mn < 2,00, Si < 1,00, Rest Eisen.

- Stahl NFA32-0,56 {Z2CN18-10M): C< 0,03, Si< 1,20, Mo < 1,50, Cr 17 bis 20, Ni 8 bis 12.

- Inconel 718.

Die Gitterstruktur 23 besitzt einen viereckigen Rahmen 24 und Trennwände 25, die im Innern des Rahmens 24 im Vergleich zu dem Querschnitt der Brennstäbe des Bündels große Zellen 26 bilden.

Die Wände 25 kreuzen sich und bilden über die Oberseite der Wände 25 überstehende Knotenpunkte 27.

An jedem Knoten 2 7 ist die Gitterstruktur 23 mit einem Loch 28 durchbohrt, in dem das untere Ende eines Führungsrohres des Bündels befestigt werden kann.

Die Rückhalteplatte 3 0 wird auf dem oberen Teil des Rahmens 24 und an den Knoten 27 der Struktur 23 befestigt.

Die Gesamtstruktur des in Abbildung 5 gezeigten Bündelquerträgers ist im wesentlichen mit der in Abbildung 2 und 3 dargestellten Struktur 13 identisch. Wie aber aus Abbildung 5 und 6 ersichtlich ist, besitzt die gegossene Struktur an den Seiten die Verstärkungen 31, 31' , die mit den Wänden 2 5 und dem Rahmen 24 verbunden sind und dem Fußstück eine höhere mechanische Festigkeit geben. Je nach den Einsatzbedingungen des Fußstücks können diese Verstärkungen größer oder kleiner sein.

Wie Abbildung 6 zeigt, können die Stützen 29 des Bündels in einem einzigen Stück zusammen mit der Struktur 23 als Formguß hergestellt werden.

Die Stützen 2 9 können aber auch an der Struktur 23 angebracht und mit ihr verschweißt werden.

Die maschinelle Bearbeitung des Fußstücks verringert sich aber auf jeden Fall stark, wenn die Gitterstruktur als Formguß statt durch mechanisches Schweißen hergestellt wird.

Abbildung 7 zeigt eine als Formguß hergestellte Gitterstruktur eines Fußstücks eines Brennelementbündels und stellt eine Ausführungsvariante der gegossenen Struktur 23 von Abbildung 5 und 6 dar.

Die Struktur 33 hat einen Rahmen 34, Wände 35 und Stützen 37, die in einem Stück als Formguß hergestellt wurden.

Im Innern des Rahmens 34 bilden die Wände 35 geschlossene Zellen 36 und eine in der Mitte liegende Öffnung 36', die aus offenen Zellen besteht, die von den senkrecht zu den Seiten des Rahmens 34 verlaufenden Wänden 3 5a voneinander getrennt werden.

Eine Wand 3 5b, in Form einer viereckigen Kontur mit abgerundeten Winkeln, trennt die geschlossenen Zellen 3 6 von der mittleren Öffnung 36'.

Die durchgehenden Öffnungen 3 8 der Struktur 33 sind in den Wänden 35 angeordnet, um darin jeweils den unteren Teil eines Führungsrohrs des Bündels einzusetzen. Die Struktur 33, die in bezug auf die mechanische Festigkeit des Fußstücks im wesentlichen der Struktur 23 entspricht, kann auf einfache Weise als Formguß hergestellt werden.

Mit dem Fußstück gemäß Erfindung, das keine Adapterplatte besitzt, kann daher ein sehr guter Kompromiß zwischen den relativen Anforderungen an die mechanische Festigkeit und an den Druckverlust des Querträgers des Fußstücks erreicht werden.

Es ist ganz klar, daß sich die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsart beschränkt.

So kann die Gitterstruktur Zellen aufweisen, die eine andere Form und Abmessungen als beschrieben haben,-ebenso kann die relative Dicke der Gitterstruktur und der Rückhalteplatte stark von der genannten abweichen.

Das Brennelementbündel könnte unmittelbar auf der Trägerplatte des Reaktorkerns, ohne die Stützen als Zwischenstücke, aufliegen, was die Herstellung des Fußstücks vereinfachen würde.

Hervorzuheben ist, daß der Querträger zwar hauptsächlich den Biegekräften standhalten muß, sein Mittelstück oder Kern jedoch nur schwachen oder keinen Belastungen ausgesetzt ist und stark ausgehöhlt werden kann, ohne daß sich dadurch die Beanspruchung der anderen Teile dieses Elements wesentlich erhöht. Abstand b, der die Höhe des Hohlraums der Kastenstruktur bestimmt, kann daher groß sein.

Die Erfindung gilt für Fußstücke von Brennelementbündeln in allen Leichtwasserkernreaktoren.

Claims (10)

1. ""EP-Veröffentlichungs-Nr, O 435 744

   Ansprüche

   1- - Brennelementbündel eines Leichtwasserkernreaktors bestehend aus einem Gerippe von länglichen Führungsrohren (4), guerliegenden Zwischengittern (3) und den jeweiligen Endstücken ("5, 6) sowie einem Bündel von parallelen Brennstäben (2), die im Gerippe durch Halterungen an den Zwischengittern gehalten werden, wobei das Fußstück auf einer Trägerplatte (8) des Reaktorkerns aufliegt und einen Querträger (9, 12) für die einwirkenden Kräfte und den Halt der Brennstäbe (2) besitzt; dieser Querträger besitzt eine biegefeste Gitterstruktur (13) mit einem äußeren Rahmen (14), der im Querschnitt in etwa dem Bündelguerschnitt entspricht und Trennwände (15) hat, die große Zellen (16) bilden; darauf ist eine Rückhalteplatte (20, 20') angebracht und befestigt, die eine geringere Stärke als die Gitterstruktur (13) besitzt und mit Durchbrüchen (21) versehen ist; Bündel dadurch gekennzeichnet, daß der Querträger (12) in Kastenform ausgeführt ist und die Gitterstruktur (13) an ihrer Oberseite vorstehende Teile (14a, 17a) besitzt, an deren Enden die Rückhalteplatte (20) angeschweißt wird, die mit einem regelmäßigen Raster von Durchbrüchen versehen ist, deren Durchmesser kleiner als der größte Abstand zwischen den Brennstäben (2) und den Halterungen dieser Brennstäbe an den Zwischengittern (3) ist, wobei die vorstehenden Teile (14a, 17a) parallel zu den Seiten der Struktur einen Abstand b zwischen der Gitterstruktur (13) und der Rückhalteplatte (20) und einen Abstand b der gleichen

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   Größenordnung wie die Dicke der Gitterstruktur (13) festlegen, so daß im Kasteninnern zwischen der Gitterstruktur (13) und der Rückhalteplatte für Reststoffe (20) ein freier Raum zur Beruhigung des Reaktorkühlwasserdurchlaufs und zum Auffangen der Reststoffe entsteht.
2. 2. - Fußstück gemäß Anspruch 11,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (15) der Gitterstruktur (13) miteinander verbunden sind und Knoten (17) bilden, an denen die Gitterstruktur (13) mit Durchbrüchen (18) zur Befestigung der Führungsrohre (4) des Brennelementbündels versehen ist.
3. 3. - Fußstück gemäß Anspruch 1 bzw. 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (16) der Gitterstruktur (13) die Form von unregelmäßigen Vierecken mit abgerundeten Winkeln haben.
4. 4. - Fußstück gemäß Anspruch 1 bis 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhalteplatte (20') von Öffnungen (21') durchbrochen ist, die aus je zwei unter einem bestimmten Winkel zusammenlaufenden Bohrungen bestehen und schräg zu den Seiten der Platte (20') verlaufen.
5. 5. - Fußstück gemäß Anspruch 1 bis 4,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur (23, 33) aus einem Stück als Formguß hergestellt wird.
6. 6. - Fußstück gemäß Anspruch 5

   d a d u r cn gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur (23, 33) aus einem legierten Stahl mit einer Zusammensetzung von weniger als 0,08 % C, 24 bis 27 % Ni,

   13,5 bis 16 % Cr, 1,00 bis 1,50 % Mo, 1,90 bis 2,5 % Ti, 0,35 Al und 0,10 bis 0,50 % U als Formguß hergestellt wird,
7. 7. - Fußstück gemäß Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur (23, 33) als Formguß aus einem Stahl mit einem Gehalt von weniger als 0,03 % C, 1,20 % Si, 1,50 % Mo, 17 bis 20 % Cr und 8 bis 12 % Ni hergestellt wird.
8. 8. - Fußstück gemäß Anspruch 5,

   dadurcii gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur (23, 33) aus einer Nickellegierung als Formguß hergestellt wird.
9. 9. - Fußstück gemäß Anspruch 5 bis 8,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur (23) einen Rahmen (24) und Trennwände (25) besitzt, die innerhalb des Rahmens (24) Zellen (26) bilden sowie Verstärkungen (31, 31') entlang des äußeren Randes des Rahmens (24) hat.
10. 10. - Fußstück gemäß Anspruch 5,

    dadurch gekennzeichnet, daß es einen Rahmen (34) und Trennwände (35) besitzt, die innerhalb des Rahmens (34) an seiner Peripherie geschlossene Zellen (36) und in der Mitte eine Öffnung (36') bilden, wobei diese Öffnung (36') von offenen miteinander kommunizierenden Zellen gebildet wird, die durch zu den Seiten des Rahmens (34) senkrecht verlaufende Trennwände (35a) getrennt sind.