CH460965A - Brennstabanordnung mit einem Leitrohr und Abstandshaltern für heterogene Kernreaktoren - Google Patents

Description

      Brennstabanordnung    mit einem Leitrohr und     Abstandshaltern    für heterogene Kernreaktoren    Die Erfindung bezieht sich auf eine     Brennstaban-          ordnung    mit einem Leitrohr und     Abstandshaltern    für  heterogene Kernreaktoren.  



  Derartige Konstruktionen werden insbesondere für  gasgekühlte Kernreaktoren verwendet. Wie bei anderen  Brennelementen ohne Leitrohr sind auch hier     sogenann-          te        Abstandshalter    notwendig, damit eine unzulässige  Verbiegung einzelner Brennstäbe und damit eine Stö  rung in der     Kühlmittelströmung    vermieden wird. In  dieser Hinsicht sind insbesondere die Brennstäbe in der  Randzone gefährdet, da dort einmal eine höhere Wär  meerzeugung stattfindet, aber zum anderen bei bisher  üblichen Brennelement- und     Abstandshalterkonstruktio-          nen    dieser Tatsache nur schlecht angepasste Strömungs  querschnitte entsprechen.

   Aufgabe und Ziel der vorlie  genden     Erfindung    ist nun die Konstruktion einer neu  artigen     Brennstabanordnung,    die eine gleichmässige  Kühlung der äusseren Brennstäbe auf ihrem ganzen Um  fang gewährleistet und zudem mit einfachen Mitteln  und     sparsamem    Materialverbrauch eine einwandfreie  Halterung der Brennstäbe in ihren     Abstandshaltern    ge  währleistet.  



  Erfindungsgemäss besteht die     Brennstabanordnung     mit einem Leitrohr und     Abstandshaltern    aus in einer  Ebene angeordneten, an ihren Seitenflächen miteinander  verbundenen sechseckigen Röhrchen, deren jedes einen  Brennstab umfasst und diesen durch aus dem Röhrchen  material herausgearbeitete Vorsprünge zentriert.  



  Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Er  findung anhand der     Fig.    1 bis 8 beschrieben.  



       Fig.    1 zeigt den Querschnitt durch ein Brennelement  in Höhe eines     Abstandshalters.    Das Leitrohr ist dabei  mit 1, die Brennstäbe selbst mit 2 bezeichnet. Der Ab  standshalter besteht aus sechseckigen Röhrchen 3, die  an den aneinander stossenden Flächen miteinander ver  bunden,     zweckmässigerweise    verlötet sind. Gegenüber  einer     Punktschweissung    wird durch eine     Lötung    eine  bessere     Eigensteifigkeit    des gesamten     Abstandshalterge-          bildes    erzielt.

   Entsprechend der Form dieses Abstands-         haltergebildes    ist nun das Leitrohr auf seiner Innenseite  ausgefräst, wodurch eine gleichmässige     Kühlmittelfüh-          rung    und eine sichere Führung des     Abstandshaltergitters     erzielt wird. Eine Befestigungsmöglichkeit dieses Ab  standshaltergitters im Leitrohr ist aus der     Fig.    2 zu er  sehen.  



  Sie geschieht dort beispielsweise über     Bolzen    6, die  in entsprechenden Bohrungen des Leitrohres 1 gelagert  und mit dem     Abstandshaltergitter    aussen verschweisst  sind. Aus dieser     Fig.    2, die ebenfalls einen Querschnitt  durch einen erfindungsgemässen     Abstandshalter    zeigt,  ist in der linken Hälfte b eine andere Aussenform der  äusseren     Abstandshaltermaschen    gezeigt, die sich an die  bisher übliche runde Ausfräsung der     Leitrohrinnenwand     anschmiegt. Es ist hierzu insbesondere auch ein     äusse-          rer    Spannring 7 vorgesehen, wie er auch bei den anderen  Ausführungen empfehlenswert ist.

   Aus fertigungstech  nischen Gründen dürfte jedoch die äussere Form des       Abstandshaltergitters    gemäss     Fig.    1 und     Fig.    2a vorzu  ziehen sein. Innerhalb jeder Masche bzw. jedes Sechs  kantröhrchens befinden sich die starren Anlagepunkte  oder Vorsprünge 4 und die federnden Vorsprünge 5.  Die starren Vorsprünge werden dabei entweder aus den  Flächen oder aus den Ecken herausgearbeitet,     zweck-          mässigerweise    durch Prägung, da durch dieses Verfah  ren ein nachträgliches Abrunden der Kanten vermieden  werden kann.  



  Die     Fig.    4 bis 8 zeigen nun in perspektivischer Dar  stellung einige Ausführungsmöglichkeiten der einzelnen       Sechskantröhrchen    oder Maschen des     Abstandshalter-          gitters.    Nach     Fig.    4 sind nur starre Vorsprünge 31  bzw. 32 vorgesehen. Dabei sind die Vorsprünge 31 als  Paare ausgebildet und     zwar    an um 120  gegeneinander  versetzten Ecken des Röhrchens, dergestalt, dass der  obere und der untere Rand dementsprechend einge  drückt ist. Sie ergeben eine schwingungsstabile Lage  rung des umfassten Brennstabes.

   Die Anordnung nur  eines Vorsprunges 32 ist auf Grund der höheren Flä  chenbelastung des Brennstabes nicht so     vorteilhaft.              Fig.    5 zeigt ein     Sechskantröhrchen,    bei dem die  Vorsprünge aus den Flächen herausgearbeitet sind. Die  se     Vorsprünge    33 befinden sich wieder am oberen und  unteren Rand der Masche, ihnen gegenüber eine federn  de Ausprägung 34, mit deren     Hilfe    etwaige     Durchmes-          sertoleranzen    der     Brennstäbe    besser aufgenommen wer  den können.

   Dadurch wird auch in     vertikaler    Richtung       eine        Dreipunktlagerung    jedes Brennstabes     innerhalb    der       Abstandshalterebene        geschaffen.    Dieses Beispiel zeigt  ausserdem eine Reihe von seitlichen     Durchbrechungen     35 des Röhrchens, die einmal der Materialeinsparung  und damit der     Verminderung    der     schädlichen    Neutro  nenabsorption und zum anderen auch dem     Kühlmittel-          austausch    zwischen benachbarten     Maschen    dienen.  



  Die     Fig.    6 zeigt ein     Sechskantröhrchen    mit nur fe  dernden Vorsprüngen, die aus     Eckpartien    des Röhr  chens ausgeprägt sind (39).     Ihre    Verbindung ist jedoch  auf der einen Seite mit dem Röhrchen gelöst, so dass sie  als federnde     Abstandshalterfahnen    nach     innen    vorsprin  gen.  



  Die     Vorsprünge    können jedoch auch in Gestalt von  durchgehenden Sicken 38 gemäss     Fig.    7     ausgeführt          sein.    Diese schräge Anordnung der Sicken trägt zusätz  lich noch     dazu    bei, dem     Kühlmittel    eine längere     Füh-          rung    zu     seiner    teilweisen     Umlenkung    und     Verwirbe-          lung    zu geben.  



       Fig.    8 zeigt Sicken 40,     die    in     axialer    Richtung hier  an den Eckpunkten des     Sechseckröhrchens    angebracht  sind. Da hier die Sicken achsparallel verlaufen, ergibt       sich    eine     linienförmige    Berührung     mit    dem     Brennstab,     während es nach     Fig.    7 nur eine     punktförmige        Berüh-          rung    gibt,     die    vom     kühltechnischen    Standpunkt aus vor  zuziehen     ist.     



  Es     sind    jedoch auch noch andere     Berührungsmög-          lichkeiten        zwischen    dem     Abstandshaltergitter    und den  Brennstäben     möglich,    so     können    die Vorsprünge aus  abgebogenen     Röhrchenteilen    bestehen, wie es in     Fig.    2  und 3 dargestellt ist. Nach der     Fig.    2 ist es jeweils nur  ein Anlagepunkt, der aus abgewinkelten Seitenflächen  der Röhrchen besteht.

   Nach     Fig.    3 sind alle drei Anlage  punkte oder Vorsprünge aus derartigen abgebogenen  Maschenflächen ausgebildet, wobei hier die so abgebo  genen     Abstandshalterfahnen    durch Verschränken vor  stehender     Maschenflächen    entstanden sind. Die Sechs  eckmaschenstege 37 können nach     Fig.    3 noch eine Ver  längerung 37a für die Anlage an den Brennstäben be  sitzen.

   Sie können jedoch auch gemäss     Fig.    3b nur mit  einer     geradlinigen    Oberkante versehen sein, die durch  eine leichte     Abrundung    eine gleitende     Berührung        mit     der     Brennstaboberfläche    ermöglicht.  



  Diese     Vielzahl    der gezeigten     Abstützungsmöglich-          keiten    der Brennstäbe innerhalb der     Abstandshalter-          maschen    zeigt, dass es auf der     Grundbasis    der vorliegen  den     Erfindung        möglich    ist bzw. sein     dürfte,        allen    kon  struktiven Gegebenheiten eines derartigen Brennelemen  tes, insbesondere auch hinsichtlich der Auslegung der       Hüllrohre,    durch entsprechende Formgebung der An  lagepunkte Rechnung zu tragen.

   Allen     derartigen    Kon  struktionen ist aber immer gemeinsam, dass das Ab  standshaltergitter trotz     verhältnismässig    geringen Ma  terialaufwandes eine     grosse    mechanische     Stabilität    be  sitzt und somit auch in der Lage ist, die Brennstäbe des  Brennelementes zuverlässig auf den vorgegebenen Ab  ständen zu halten.

   Es kommt dabei hinzu, dass auch die  Brennstäbe der     Randzone    auf ihrem ganzen Umfang    mit     einem    relativ     gleichmässig        quantitativen    Anteil der  Kühlströmung     beaufschlagt        sind,    so dass Verbiegungen  durch     unterschiedliche        Wärmeabfuhr    nicht mehr mög  lich sind. Dabei sei darauf hingewiesen, dass es zur wei  teren     Materialeinsparung    bei gleichzeitiger Erhaltung  der Festigkeitseigenschaften     möglich    ist, die Höhe der  Randmaschen nach aussen hin zu verkleinern.  



       Als        Materialien    für diese Art von     Abstandshaltern     kommen wie üblich im wesentlichen nur solche     in    Frage,  die möglichst wenig Neutronen absorbieren.     Als    zweiter  Gesichtspunkt für die Materialwahl kommt die Festig  keit und     die        Korrosionsbeständigkeit    bei höheren Kühl  mitteltemperaturen in Frage.

       Insbesondere    bei     gasge-          kühlten    Reaktoren, bei denen nach besonders hohen       Kühlgastemperaturen    gestrebt wird,     kommt        im    wesent  lichen praktisch nur rostfreier Stahl oder eine hoch  warmfeste     Nickellegierung,    wie z. B.      Inconel>        für    die  sen Zweck in Frage.

   Dadurch dass bei dieser     Abstands-          halterkonstruktion    sozusagen jeder Brennstab seine in  dividuelle     Einzelabstandshalter    besitzt, ist auch eine     in-          dividuelle        Justierung    der     einzelnen    Brennstäbe     in    jeder       Abstandshaltermasche        möglich,    womit eine weitere An  passung und     Vergleichmüssigung    der Kühlwirkung des       Kühlmittels    über den gesamten     Brennstabquerschnitt    ge  sehen erreicht werden kann.

   Die Fertigung dieser     Ab-          standshalterkonstruktion    bereitet ebenfalls keine Schwie  rigkeiten, da die     einzelnen    Maschen in sehr grossen  Serien und dabei mit sehr hoher Genauigkeit maschinell  hergestellt werden können. Nachdem auch beim     Ein-          führen    der Brennstäbe     in    die     einzelnen    Maschen     keine     Beeinflussung der Nachbarmaschen     möglich    ist, stösst  auch der     Zusammenbau    eines     mit    derartigen Ab  standshallern ausgerüsteten Brennelementes auf keine  besonderen Schwierigkeiten.

   Diese     Abstandshalterkon-          struktion        erfüllt    somit alle an eine derartige     Einrichtung     vom     Herstellungs-    und     Verwendungsstandpunkt    zu stel  lenden Forderungen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Brennstabanordnung mit einem Leitrohr und Ab standshaltern für heterogene Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstäbe und die Abstands halter im Leitrohr untergebracht sind, dass jeder Ab standshalter aus in einer Ebene angeordneten, an ihren Seitenflächen miteinander verbundenen sechseckigen Röhrchen besteht,

   deren jedes einen Brennstab um- fasst und diesen durch aus dem Röhrchenmaterial her ausgearbeitete Vorsprünge zentriert. UNTERANSPRÜCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Brennstäbe durch um 120 ver setzte Vorsprünge zentriert sind, die aus den Flächen oder den Ecken der Röhrchen herausgearbeitet sind. 2.

   Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass jedes Röhrchen an zwei um 120 versetzten Stellen je zwei übereinander mit Abstand an geordnete starre Vorsprünge und an einer dritten Stelle in einer Höhe zwischen diesen starren Vorsprüngen einen federnden Vorsprung aufweist. 3. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die sechseckigen Röhrchen miteinan der flächig verlötet und durch seitliche Bolzen in dem entsprechend ausgearbeiteten Leitrohr, das z. B. aus Graphit bestehen kann, befestigt sind. 4.

   Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vorsprünge die Gestalt von Aus prägungen oder Ausbiegungen des Röhrchenmaterials besitzen. 5. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Röhrchen für den Strömungsaus gleich zwischen den Maschen, zur besseren Verwirbe- lung des Kühlmediums sowie zur Verbesserung der Neu tronenabsorptionsrate zusätzlich mit seitlichen Durch brechungen versehen sind.