CH621886A5 - - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Abstandshaltergitter in liehst wenig Material, welches eine parasitäre Absorption von einem Kernreaktor zur Halterung mehrerer länglicher Brenn- Neutronen bewirkt. Einige der bekannten Brennstoffbündel Stoffelemente in Abständen voneinander und in achsparalleler verwendeten ein Gitter aus Platten, um die Brennstoffstäbe im

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Abstand voneinander zu halten und sie zu tragen. Üblicherweise umfassen diese Gitter eine Zellstruktur, die allgemein als «Eierkorb» bezeichnet wird und welche sich durch die gegenseitige senkrechte Durchdringung von ineinandergreifenden Metallplatten ergibt. Vorsprünge, Vertiefungen, gebogene s Teile und dergleichen sind an der Oberfläche der Abschnitte dieser Platten angebracht, welche die einzelnen Zellwände bilden. Ein Brennstoffstab wird in jede Zelle in der Gitterstruktur eingeschoben. Die Vorsprünge berühren die Aussenfläche des Hüllrohres des Brennstoffstabes innerhalb der betreffenden i o Zelle, wodurch der Brennstoffstab sowohl positioniert als auch gehaltert wird.

Zwei Arten von Vorsprüngen sind allgemein in Verwendung. Eine Art ist elastisch sehr nachgiebig, da diese Vorsprünge im wesentlichen federnd montiert sind. Die nachgie- 15 bige Ausführung dieser Vorsprünge ermöglicht deren Durchbiegung, sodass die Brennstoffstäbe relativ leicht in die Gitterstruktur eingeführt werden können. Nach Einsetzen des Brennstoffstabes springen die nachgiebigen Vorsprünge wieder in ihre Lage innerhalb der Zelle zurück und halten so den Brennstoffstab fest. Die andere Art von Vorsprüngen wird durch starre Teile gebildet, die im wesentlichen jede Relativbewegung zwischen den Brennstoffstäben und den Vorsprüngen verhindern.

Probleme ergaben sich bei Gitterkonstruktionen, in welchen entweder nur nachgiebige oder nur starre Vorsprünge verwendet wurden. Der Aufbau eines Gitters mit Zellen, die ausschliesslich nachgiebige Vorsprünge aufweisen, ist schwierig. Eine Anordnung von Gittern in Etagen, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, benötigt zusätzliches Material, welches eine 30 parasitäre Absorption von Neutronen bewirkt, unter gleichzeitiger Erhöhung der Kosten und einer aufwendigeren Herstellung der Brennstoffbündel. Während des Reaktorbetriebs erlaubt die Beweglichkeit der nachgiebigen Vorsprünge eine relative Bewegung am Berührungspunkt zwischen Vorsprung 35 und Brennstoffstab. Diese Bewegung ergibt aber eine unerwünschte Abnützung bzw. ein Anfressen des Brennstoffstabes, wodurch das Hüllrohr geschwächt wird, was schliesslich zum Ausfall des Brennstoffstabes führt. Auf der anderen Seite führt die Verwendung ausschliesslich starrer Vorsprünge zu anderen 40 Schwierigkeiten. So ist es beispielsweise schwierig, einen Brennstoffstab in eine Zelle mit ausschliesslich starren Vorsprüngen einzuführen, ohne Anfressen, Abrieb oder anderen Schäden am Hüllrohr.

Eine Gitterplatte, die eine Kombination von nachgiebigen 45 und starren Vorsprüngen innerhalb einer Zelle verwendet,

kann jedoch diese Probleme überwinden. Die nachgiebigen Vorsprünge werden vorerst durchgebogen, was das Einschieben der Brennstoffstäbe ohne Schaden erlaubt. Anschliessend daran springen die nachgiebigen Vorsprünge wieder in ihre 50 Ausgangslage zurück und sichern damit die Brennstoffstäbe an den Berührungspunkten sowohl mit den nachgiebigen als auch mit den starren Vorsprüngen. Es ist klar, dass in jeder Zelle ein nachgiebiger Vorsprung an derjenigen Innenwand angeordnet sein muss, welche einer Innenwand mit starrem Vorsprung 55 gegenüberliegt, um das Einschieben oder Entfernen der Brennstoffstäbe zu erleichtern und diese während des Reaktorbetriebes besser zu haltern. Allerdings ergibt sich daraus sofort die Forderung, dass das Band, welches die Brennstoffelementbündel umgibt, demzufolge nachgiebige und starre Vorsprünge &o aufweisen muss, was seine Herstellung erschwert. Zusätzlich ergibt sich durch die Anordnung der nachgiebigen Vorsprünge auf diesem Umfassungsband notwendigerweise eine Schwächung desselben. Dies ist äusserst unerwünscht, da die Umfassungsbänder nebeneinanderliegender Brennstoffelementbün- 65 del gegenseitig aneinander anliegen und sich seitlich abstützen; zusätzlich zur Beibehaltung ihrer strukturellen Unversehrtheit ohne Schäden während normaler Bedingungen müssen diese

Bänder hohen Stossbelastungen während abnormaler Vorgänge widerstehen können, wie z. B. während eines Erdbebens. Im weiteren können, wenn ein Reaktor mit der oben beschriebenen Gitteranordnung in einer nichtstationären Antriebslage verwendet wird wie z. B. in einem Eisbrecher, äussere Erschütterungen auf ihn übertragen werden. Es ist daher notwendig, ein Gitter für Brennstoffelemente zu entwickeln, welches keine nachgiebigen Vorsprünge im Umfassungsband benötigt, dennoch aber die Vorteile der Kombination von nachgiebigen und starren Vorsprüngen beibehält.

Ein solches Gitter könnte ausserdem weitere Vorteile bringen, wenn es für einen Reaktor entwickelt werden könnte, welcher Kanäle zur Umfassung von Brennstoffelementbündeln verwendet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Abstandshaltergitter der oben beschriebenen Art, welches durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Abstands-haltergitters ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf den mittleren Teil des Gitters, mit Darstellung einzelner Brennstoffstäbe,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Abschnittes einer Gitterplatte,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Teiles einer ersten Gitterplatte eines Plattenpaares,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 eine Seitenansicht der anderen Gitterplatte des Plattenpaars,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6,

Fig. 8 eine Aufsicht auf eine Ecke des Gitters,

Fig. 9 eine Seitenansicht der Gitterecke gemäss Fig. 8,

Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie 10-10 in Fig. 9,

Fig. 11 eine perspektivische Schnittansicht längs der Linie

11-11 in Fig. 1, und '■

Fig. 12 einen Schnitt entsprechend der geknickten Linie

12-12 in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen etwa mittleren Abschnitt eines Abstands-haltergitters 20 für Brennstoffstäbe, welches aus je einem Gitterplattenpaar 23,24 bzw. 25,26 sowie einer Vielzahl von Gitterplatten 21,22, zusammengesetzt ist, die sich gegenseitig so schneiden und miteinander so verriegelt sind, dass, wie nachstehend noch beschrieben, mehrere Zellen 30 von im wesentlichen offenem, quadratischen Querschnitt gebildet werden. Mehrere Kernbrennstoffstäbe 31 in den Zellen, deren Längsachsen 32 (Fig. 12) parallel zu den Längsachsen der Zellen verlaufen, weisen voneinander einen Abstand auf und sind durch diese Gitterplatten abgestützt. Die einzelnen Gitterplatten 21 bis 26 weisen drei verschiedene Ausführungsformen auf.

Die erste Ausführungsform, welche für identische Gitterplatten 21 und 22 verwendet wird, ist am besten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Die Gitterplatte 21 oder 22 (es ist nur die Platte 21 dargestellt) weist gegenüberliegende Seitenflächen 33,34 auf, mit Längsrändern 35,36 und Querrändern 37,38 (in Fig. 2 ist lediglich der Rand 38 dargestellt). Die Längsränder 35, 36 sind quer zu den Längsachsen der Brennstoffstäbe ausgerichtet, während die Querränder 37,38 parallel zu diesen Achsen verlaufen. Die Längsränder 35,36 erstrecken sich über die ganze Breite des Gitters.

Ausbuchtungen 41,43 (Fig. 2) befinden sich an den Längsrändern 35,36 jeder Gitterplatte 21. Querschlitze 51,55 einer Abmessung 60 erstrecken sich durch die Mitte der Ausbuchtungen 41,43 hindurch. Diese Querschlitze sind an den Längsrändern 35,36, abgeschrägt. Mehrere paddeiförmige Schlitze 52, von denen jeder in der Mitte einer Ausbuchtung 42 am Längsrand 35 ausmündet sind aus der Gitterplatte 21 ausgeschnitten. Jeder dieser paddeiförmigen Schlitze 52 weist einen engen

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Schlitz 53 auf, der am Längsrand 35 abgeschrägt ist, eine Länge hindurch. Er weist am Längsrand 96 eine Anschrägung auf. 61 aufweist und sich bis zu einem breiteren, im wesentlichen Mehrere gleichgeformte Ausbuchtungen sind in gleichen rechteckigen Ausschnitt 54 von der Länge 62 erstreckt. Meh- Abständen entlang dem Längsrand 96 zu beiden Seiten der rere Ausbuchtungen 44 von gleicher Abmessung sind in glei- Ausbuchtung 46 gebildet und sind im wesentlichen in Längs-chen Abständen entlang dem Längsrand 36 zu beiden Seiten 5 richtung auf die paddeiförmigen Schlitze 102 ausgerichtet. Die der Ausbuchtung 43 angeordnet. Die Ausbuchtungen 44 befin- Abschnitte der Gitterplatte 23, die sich zwischen dem Schlitz den sich in Längsrichtung gegenüber den Ausbuchtungen 42 101 und den benachbarten Schlitzen 103 befinden, bilden zwei des Längsrandes 35. Ein einzelner rechteckiger Ausschnitt 56, frei abstehende Wandteile 106. Die Abschnitte der Gitterplatte dessen Abmessungen demjenigen des Ausschnittes 54 entspre- zwischen benachbarten Schlitzen 103 bilden mehrere Wandchen, befindet sich in der Mitte der Platte 21. Der Ausschnitt 56 i o teile 107, von welchen in Fig. 6 nur einer dargestellt ist. Die weist gleiche Abstände zu den Schlitzen 51,55 auf und ist in Wandteile 106, sind über eine Distanz 62 aus der Ebene der Sei-Längsrichtung auf diese ausgerichtet, während er seitlich auf tenflächen 93,94 schwach ausgebogen und enden in einer ebe-die Ausschnitte 54 ausgerichtet ist. nen Lippe am Längsrand 95, die sich wieder in der durch die

Die Platte 21 weist im weiteren mehrere Vorsprünge 71,72 Seitenflächen 93,94 gebildeten Ebene befindet. Die Ausbieauf, die aus der Seitenfläche 33 hervorragen, sowie Vorsprünge 15 gung erstreckt sich in einer solchen Richtung, dass die Seiten-73, die aus der Seitenfläche 34 hervorstehen. Die Vorsprünge fläche 93 an dieser Stelle konvex ist. Die Wandteile 107 sind

73 befinden sich in der Mitte zwischen den Rändern 35 und 36 ebenfalls über dieselbe Distanz 62 aus der Ebene der Seitenflä-und zwischen den rechteckigen Ausschnitten 54,56. Die Vor- chen 93,94 schwach ausgebogen, wobei die Ausbiegung am sprünge sind in Längs- und Querrichtung aufeinander ausge- Innenrand des Schlitzes 103 beginnt, sich über die erwähnte richtet. Eine abgeflachte Kuppe 74 bildet den höchsten Punkt 20 Distanz erstreckt und in einer ebenen Lippe endet, die wieder jedes Vorsprunges 73. Jede aus der Seitenfläche 34 hervorste- in der durch die Seitenflächen 93,94 gebildeten Ebene liegt. Ein hende Oberfläche der Vorsprünge 71,72,73, die zu der Kuppe Vorsprung 108 ragt aus der Seitenfläche 93 jedes Wandteiles

74 führt, ist mit einer Öffnung 75 versehen. 106,107 bis zu einer Kuppe 109 hervor. Eine Öffnung 98 ist in

Eine zweite Art von Gitterplatte, welche für die identischen zwei von denjenigen Flächen gebildet, die zu dieser Kuppe 109 Gitterplatten 24,25 kennzeichnend ist, ist in den Fig. 4 und 5 25 führen.

dargestellt. Wegen der erwähnten Gleichheit wird lediglich Fig. 8 zeigt einen Eckabschnitt des Gitters 20 einschliesslich die Platte 24 erläutert; sie ist im wesentlichen eben und rechtek- eines Umfassungsbandes 110, welches das Gitter unter Berüh-kig, mit einander gegenüberliegenden Seitenflächen 81,82, mit rung der Längsränder der zugehörigen Gitterplatten umfasst. Längsrändern 83,84 und mit Querrändern, von denen lediglich Wie aus den Fig. 9 und 10 ersichtlich, ist das Umfassungsband der Querrand 89 dargestellt ist. Der Längsrand 83 ist in gleich- 30 110 im wesentlichen flach mit einer inneren Seitenfläche 111 massigen Intervallen durch die Mündungen mehrere, gleich und einer dieser gegenüberliegenden äusseren Seitenfläche 112 ausgebildeter paddeiförmiger Schlitze 85 unterbrochen. Jeder sowie mit Längsrändern 113,114. Mehrere rechteckige Aus-dieser Schlitze 85 weist einen im wesentlichen rechteckigen schnitte 115 von unter sich gleichen Abmessungen, deren län-breiteren Schlitz 86 auf, der senkrecht zum Längsrand 83 eine gere Seiten parallel zu den Längsachsen 32 der Brennstoffstäbe Abmessung 65 aufweist, und an welchen ein engerer Schlitz 87 35 verlaufen, sind in der Mitte zwischen den Rändern 113,114 in von der Länge 64 anschliesst. Ausbuchtungen 45, welche unter gleichen Abständen voneinander angeordnet. Das Umfassich gleiche Abmessungen aufweisen, sind in regelmässigen sungsband weist mehrere Vorsprünge 116,119 auf, welche aus Abständen entlang des Längsrandes 84 angeordnet, wobei sie der Innenfläche 111 heraus- und in die Zellen am Umfang hin-sich genau gegenüber den Schlitzen 85 befinden. Die Wandteile einragen. Eine Kuppe 117 mit einer sehr kleinen Oberfläche ist 88, zwischen den Schlitzen 85 sind aus der Ebene der Seitenflä- 40 am höchsten Punkt jedes Vorsprunges 116 ausgebildet, öffnun-chen 81,82 über eine Distanz 62 schwach ausgebogen und gen 118 (Fig. 8,10) sind in jeder der herausragenden Flächen enden in ebenen Lippen am Längsrand 83, wobei diese Lippen der Vorsprünge 116 angebracht, welche zu der Kuppe 117 füh-wieder in der Ebene der Seitenflächen 81,82 liegen. Die Ausbie- ren (Fig. 10).

gung erfolgt in einer solchen Richtung, dass die Krümmung an Wie aus Fig. 9 ersichtlich, ist das Band 110 nicht so breit wie der Seitenfläche 81 konvex ist. Ein Vorsprung 90 ragt aus 45 die grösste Breite der Platten 21,22. Der abnehmende jedem Wandteil 88 auf der Seitenfläche 81 hervor. Eine öff- Abschnitt des Querrandes 37 bildet daher einen Übergangsab-nung 92 ist in den schrägen Flächen vorhanden, die zur Kuppe schnitt, welcher etwa der Differenz zwischen der grösseren 91 des Vorsprunges 90 führen. Breite der Gitterplatte 21 und der geringeren Breite des Ban-

Die dritte Art von Gitterplatte, welche für die identischen des 110 entspricht. Die Querränder der übrigen Platten sind in GitterpIatten-23,26 kennzeichnend ist, ist in den Fig. 6 und 7 50 gleicher Weise angeschrägt (nicht dargestellt), um ebenfalls dargestellt. Wegen der erwähnten Gleichheit wird nur die Git- einen Übergang zu dem schmäleren Umfassungsband zu bil-terplatte 23 dargestellt; sie ist im wesentlichen eben und recht- den.

eckig, mit einander gegenüberliegenden Seitenflächen 93,94, Das Umfassungsband 110 bildet rechtwinklige Ecken 120,

mit Längsrändern 95,96 und mit Querrändern, von denen ledig- welche angeschrägt sind, wie aus Fig. 9 ersichtlich, um einen im lieh der Querrand 97 in Fig. 6 dargestellt ist. Dieser Querrand 55 wesentlichen V-förmigen Ausschnitt in den Längsrändern 113, 97 ist identisch zum Querrand 89 der Platte 24. Ein rechteckiger 114 zu bilden. Die Vorsprünge 119, welche seitlich an jede Ecke Schlitz 101 weist senkrecht zum Längsrand 95 eine Abmessung angrenzen, sind in Längsrichtung näher beieinander angeord-65 auf. Paddeiförmige Abschnitte 102 von gleichen Abmessun- net als die Vorsprünge 116, welche nicht an die Ecken des gen sind in regelmässigen Abständen entlang des Längsrandes Umfassungsbandes angrenzen. Die Vorsprünge 119 weisen 95 zu beiden Seiten des Schlitzes 101 gebildet. Jeder paddelför- 60 eine Form auf, die ähnlich derjenigen der Vorsprünge 116 ist. In mige Schlitz 102 weist einen im allgemeinen rechteckigen, brei- einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ragt ein teren Schlitz 103 auf, der sich vom Rand 95 aus erstreckt, und federartiger, gebogener Teil 121 (Fig. 10) am der Seitenfläche an welchen ein engerer Schlitz 104 anschliesst. Die Abmessun- 112 des Bandes 110 hervor.

gen des Schlitzes 103 entsprechen denjenigen des Schlitzes Ein Netzwerk von Abstandshalterplatten wird entspre-

101. Der engere Schlitz 104 erstreckt sich in die Platte 23 um 65 chend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und, eine Länge 64 hinein. Eine Ausbuchtung 46 ist am Längsrand 96 wie am besten aus Fig. 1 und 11 ersichtlich, durch ein erstes der Gitterplatte 23 angeordnet. Ein Querschlitz 105 von einer Paar von Gitterplatten 23,25 (Fig. 11) aufgebaut, welche in Länge 60 erstreckt sich durch die Mitte der Ausbuchtung 46 Längsrichtung einander gegenüberliegen und entgegengesetzt

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zueinander angeordnet sind. Ein zweites Paar von vom ersten weiser Anordnung mit den Ausbuchtungen 43 der Platten 21.

Paar verschiedenen Gitterplatten 24,26 wird in gleicher Weise Die Platte 26, von der ein Ausführungsbeispiel durch die Platte so angeordnet, dass auch diese Platten voneinander in Längs- 23 gemäss Fig. 6 dargestellt ist und welche in Längsrichtung mit richtung entfernt sind. Die Lippen zwischen den Enden der der Platte 24 gepaart wird, wird in gleicher Weise mit den Plat-

gebogenen, frei abstehenden Wandteile und den Rändern 83, 5 ten 21 zusammengezogen, sodass ihre Ausbuchtungen 47 bün-

95 überlappen im allgemeinen einen Teil der Seite der in Längs- dig und in kreuzweiser Anordnung mit den Ausbuchtungen 42

richtung gegenüberliegenden Gitterplatte. der Platten 21 sind.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich, ist die Gitterplatte 23 so Die Platte 23 (Fig. 6) schneidet die Platten 22, von denen angeordnet, dass sie die Platte 24 senkrecht durchdringt und eine Ausführungsform durch die Platte 21 in Fig. 2 dargestellt mit ihr dadurch verriegelt ist, dass einer der paddeiförmigen io ist, senkrecht am Schlitz 51. Zu diesem Zweck werden die Ausschnitte 85 (Fig. 4) der Platte 24 auf den Schlitz 105 (Fig. 6) Schlitze 102 der Platten 23 über den Schlitzen 51 der Platten 22 der Platte 23 aufgesetzt wird, worauf durch Ineinanderschieben angeordnet und die Platten hierauf zusammengezogen, bis sie der Schlitze 85,105 (siehe Fig. 11) die Platten miteinander ver- miteinander verriegelt sind. Nach Verriegelung sind die Ausriegelt werden, sodass der Rand 84 bei der Ausbuchtung 45 der buchtungen 47 (Fig. 6) der Platte 23 bündig und in kreuzweiser Platte 24 bündig mit der Ausbuchtung 46 der Platte 23 wird und 15 Anordnung mit den Ausbuchtungen 41 der Platten 22 (Fig. 2). zwar deswegen, weil der Abstand 60 des Schlitzes 105 der Die gepaarte Platte 25, von der ein Ausführungsbeispiel anhand Platte 23 mit der Distanz zwischen der Ausbuchtung 45 und der Platte 24 in Fig. 4 ersichtlich ist, wird in gleicher Weise mit dem Schlitz 87 der Platte 24 übereinstimmt. dem gegenüberliegenden Rand 36 jeder Platte 22 so verriegelt, Es wurde bereits erwähnt, dass die Platte 26 mit der Platte dass die Schlitze 85 (Fig. 4) der Platten 25 über den Schlitzen 55 23 identisch ist, ebenso die Platte 25 mit der Platte 24. Um die 20 (Fig. 2) der Platte 22 angeordnet wird, worauf die Platten Zusammenwirkung der Platten 24 und 25 miteinander sowie zusammengezogen werden, bis sie verriegelt sind. Die Aus-mit den übrigen Platten zu verstehen, genügt es zu wissen, dass buchtungen 45 der Platte 25 sind dann bündig und in kreuzwei-die Beschreibung der mit Bezugsziffern versehenen Einzelhei- ser Anordnung mit den Ausbuchtungen 43 der Platten 22. ten der Platten 23 und 24 auch für die Platten 26 bzw. 25 gilt. So Die Gitterplatten werden von etwas elastischem Material ist es ersichtlich, dass die Tiefe 60 des Schlitzes 105 in der Platte 25 hergestellt, welches mit den Betriebsbedingungen eines Kern-26 (Fig. 6) mit der Distanz 60 zwischen dem Rand 84 bei der reaktors verträglich ist und vorzugsweise einen niedrigen Neu-Ausbuchtung 45 der Platte 25 (Fig. 4) und dem am nächsten lie- tronenabsorptionsquerschnitt aufweist. Die Brennstoffstäbe genden Teil des Schlitzes 87 der Platte 25 übereinstimmt. Die enthalten Kernbrennmaterial in einem dünnwandigen, schlan-Gitterplatte 26 durchsetzt somit die Gitterplatte 25, mit wel- ken, metallischen Hüllrohr, welches einem Ausdehnungskoeffi-cher sie sich verriegelt, durch vertikales Ausrichten des Schiit- 30 zienten angeordnet ist, der im wesentlichen derselbe wie derje-zes 105 (Fig. 6) mit einem paddeiförmigen Ausschnitt 85 (Fig. 4) nige des Plattenmaterials ist, sodass eine unterschiedliche Wär-der Platte 25, worauf der Schlitz 105 und der Ausschnitt 85 in- meausdehnung zwischen den Gitterplatten vermieden werden einandergeschoben werden, bis (wie aus Fig. 11 ersichtlich) die kann.

Platten so verriegelt werden, dass die Ausbuchtungen 46 der Das Anschrägen der Schlitze an den Rändern der verschie-

Platte 25 bündig mit den Ausbuchtungen 45 der Platte 26 sind. 35 denen Platten erleichtert die im folgenden dargestellte Verrie-

Obschon in der dargestellten Ausführungsform ungleiche gelung der Platten.

Platten miteinander zu einem Paar zusammengestellt werden, Die Querränder der Gitterplatten 21 bis 26 sind in starrer ist zu beachten, dass dies in der Praxis nicht unbedingt notwen- Verbindung mit der Seite 11 des Umfassungsbandes 110, und dig ist. Somit könnten auch die Platten 23 und 26 mit den Plat- zwar durch Schweissen, Löten (nicht dargestellt) oder durch ten 24 und 25 so zusammengestellt werden, dass sie diese 40 andere bekannte Mittel.

schneiden und mit ihnen verriegelt werden. Die vorhin beschriebenen, kreuzweise angeordneten Aus-Aus den Fig. 1 und 11 ist ersichtlich, dass die zu Paaren buchtungen dienen als Flächen für das Aufbringen von Matezusammengestellten Platten in senkrechten Längsebenen rial, um die senkrecht miteinander verriegelten Platten in ihre innerhalb des Gitterwerks angeordnet sind, wobei sie einander Stellung durch Schweissen, Löten oder durch andere Mittel zu entlang einer einzigen Längslinie im Gitter durchsetzen. 45 verbinden.

Die Platten 21 werden in Parallelanordnung mit den Plat- Die Öffnungen in den Vorsprüngen ermöglichen, dass tenpaaren 23,25 gruppiert. Im weiteren sind diese Platten 21 Reaktorkühlmittel (nicht dargestellt) mit einem minimalen auf beiden Seiten der Plattenpaare angeordnet, wobei ihre Sei- hydraulischen Druckverlust und mit möglichst wenig örtlichem tenflächen 33 gegen die Platten 23,25 hin gewendet sind. Die Stillstand um die Vorsprünge herumströmen kann.

Platten 22 sind parallel zu den Plattenpaaren 24,26 angeordnet. 50 Die zwischen den Ausschnitten 54,56 der Platten 21,22 Diese Platten 22 stehen senkrecht zu den Platten 21 und sind gebildeten Wandteile 57 (Fig. 2) können durch äussere Mittel umgekehrt zu denselben angeordnet. Sie sind ebenfalls in Parai- innerhalb des elastischen Bereiches des Plattenmaterials lelanordnung auf beiden Seiten der Plattenpaare gruppiert, mechanisch gebogen werden. Die frei abstehenden Wandteile sodass ihre Seitenflächen 33 gegen die Plattenpaare 24,26 hin 88,106 und 107 (Fig. 6 und 11) der Gitterplatten 23 bis 26 kön-gerichtet sind. Die Platten 21 und 22 werden in einer sich senk- 55 nen ebenfalls wie nachstehend beschrieben durch äussere Mitrecht schneidenden und verriegelten Anordnung so miteinan- tel gebogen werden. Die angrenzenden Ausschnitte bewirken der verbunden, dass sie in rechten Winkeln übereinander orien- im Zusammenhang mit der oben beschriebenen starren Verhindert werden, wobei die Schlitze 52 aufeinander ausgerichtet dung der Ausbuchtungen, dass die W and teile 57,88,106 und werden, worauf dann die Platten zusammengezogen werden. 107 relativ biegbarer als der Rest der Platten sind.

Nach Verriegelung der Platten 21,22 ist ersichtlich (Fig. 9), dass 60 Die Vorsprünge 73 der Platten 21,22 befinden sich auf den der Rand der Ausbuchtung 42 der einen Platte bündig mit dem Wandteilen 57 (Fig. 2). Wie erwähnt, können die Wandteile 57

Rand 44 der anderen Platte ist. innerhalb des elastischen Bereichs des Plattenmaterials aus

Eine Platte 24 durchdringt senkrecht jede der Platten 21 an ihrer Gleichgewichtsebene heraus durch äussere Mittel durch-

ihrem entsprechenden Schlitz 55 (Fig. 2) indem die Schlitze 85 gebogen werden, sind jedoch genügend elastisch, um in diese

(Fig. 4) der Platten 24 über den Schlitzen 55 der Platten 21 65 Ebene zurückzukehren, sobald die Durchbiegemittel wieder angeordnet werden, worauf die Platten zusammengezogen entfernt werden. Die Vorsprünge 71 und 72 befinden sich nahe werden, bis sie miteinander verriegelt sind. Nach Verriegelung den Rändern 36 bzw. 35. Da die Ränder sich schneidender Plat-

sind die Ausbuchtungen 45 der Platte 24 bündig und in kreuz- ten starr miteinander verbunden sind, sind diejenigen

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Abschnitte der Platten, auf welchen diese Vorsprünge 71,72 angeordnet sind, relativ steif. Die Vorsprünge 73 können daher als elastisch nachgiebig bezeichnet werden, da sie sich mit den Wandteilen 57 bewegen, während die Vorsprünge 71,72 als starr bezeichnet werden können, da sie in ihrer Lage relativ 5 fixiert sind.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich, weisen die frei abragenden Wandteile 88,106 von ihrer Verbindungsstelle oder Wurzel mit den Platten aus einen Bogen auf, bis ihre Lippen in Qüerberüh-rung mit der Basis der entsprechenden gegenüberliegenden i o Platte kommt. Jeder dieser frei abstehenden Wandteile kann innerhalb des elastischen Bereiches des Plattenmaterials durch Anwendung einer äusseren Kraft durchgebogen werden und weist genügend Elastizität auf, um in seine Gleichgewichtslage zurückzukehren, wenn die Mittel für diese äussere Kraft wieder 15 entfernt sind. Somit können die Vorsprünge 90,108 als elastisch nachgiebig bezeichnet werden, und zwar wegen der Nachgiebigkeit der Teile, auf welchen sie angeordnet sind.

Die Vorsprünge 116,119 auf dem Umfassungsband 110 (Fig. 9) sind als starr zu bezeichnen, da die Abschnitte des Ban- 20 des, auf welchem sie angeordnet sind, relativ schwer durchbiegbar sind.

Die Anordnung der Plattenpaare 23,25 und der einzeln zu Paaren verbundenen Platten 24,26, mit den Platten in jedem Paar in längsweiser Ausrichtung und in umgekehrter Anord- 25 nung zueinander, führt dazu, dass je ein elastischer Vorsprung 90 bzw. 108 in je eine derjenigen Zellen hineinragt, welche an die Platten 23 bis 26 angrenzen. Wie erwähnt, sind die Platten 21 parallel zu den Platten 23,25 ausgerichtet (Fig. 1). Die Platten 21 zu beiden Seiten der Plattenpaare sind so angeordnet, 30 dass ihre Seitenflächen 33 gegen diejenigen Platten der Paare gerichtet sind, mit welchen sie parallel verlaufen. Die Seitenflächen 33 der Platten 21 auf einer Seite der Plattenpaare 23,75 sind spiegelbildlich zu den Seitenflächen 33 der Platten 21 auf der anderen Seite der Plattenpaare angeordnet. Die starren 35 Vorsprünge 71,72 jeder Platte stehen daher gegen die Plattenpaare 23,25 vor. In gleicher Weise sind die Platten 22 parallel zu den Plattenpaaren 24,26 angeordnet, sodass die starren Vorsprünge 71,72 jeder Platte 22 auf beiden Seiten der Plattenpaare 24,26 gegen die letzteren hin gerichtet sind. Die Seiten- 40 flächen 33 der Platten 22 auf einer Seite, die gegen die Plattenpaare 24,26 hin gerichtet sind, sind spiegelbildlich zu den Seitenflächen 33 der Platten 22 auf der anderen Seite der Plattenpaare. Somit ist, wie am besten aus den Fig. 1 und 12 ersichtlich, jede Zelle 30 durch zwei aneinandergrenzende Flächen 45

begrenzt, die lediglich elastisch nachgiebige Vorsprünge aufweisen, und denen zwei benachbarte Flächen mit nur starren Vorsprüngen gegenüberliegen.

Die Verwendung von Plattenpaaren 23,25 bzw. 24,26 in der 50 dargestellten Weise ermöglicht eine Umkehrung der Seiten der übrigen Platten zu beiden Seiten der Plattenpaare, sodass, obschon in jeder Zelle jeweils zwei benachbarte nachgiebige Vorsprünge zwei starren Vorsprüngen gegenüberliegen, nur starre Vorsprünge im Umfassungsband 110 zur Anwendung 55 gelangen. Das sich solcherarts ergebende Umfassungsband weist eine grössere Festigkeit auf und kann höheren Stossbean-spruchungen widerstehen. Im weiteren kann ein federähnliches

Glied 121 (Fig. 10) an der Aussenseite 112 des Umfassungsbandes 110 angeformt werd' n. Da dieses Glied 121 sich im wesentlichen zwischen Ausschritten 115 befindet, kann es durchgebogen werden. Die Anordnung des Bandes 110 in seitlicher Ausrichtung und in Berührung mit den Umfassungsbändern benachbarter Brennstoffbündel im Reaktorkern führt zu einer Kompression des Gliedes 121, sodass jedes Band unter Zugspannung gegen das benachbarte Band anliegt und eine eindeutige seitliche Abstützung ergibt. Im weiteren kann das Glied 121 in gleicher Weise unter Zugspannung gegen die Innenwand eines Kanals eines .Brennstoffbündels anliegen, um dieses starr in ihrer Lage festzuhalten, sofern beim betreffenden Reaktor solche Kanäle verwendet werden.

Die Brennstoffstäbe sind üblicherweise seitlich durch mehrere Gitter gelagert, die sich in Abständen entlang den Brennstoffstäben befinden.

Nicht dargestellte Durchbiegemittel, wie z. B. diejenigen gemäss der US-Patentschrift Nr. 3 665 586 können zur Durchbiegung der mit nachgiebigen, in die Zelle hineinragenden Vorsprüngen versehenen Wandteile verwendet werden, damit ein Brennstoffstab frei eingeführt werden kann. Nachdem dieser Stab 31 (Fig. 12) innerhalb der Zelle positioniert ist, wird das Durchbiegemittel herausgezogen, um die nachgiebigen Vorsprünge freizugeben, worauf die mit diesen Vorsprüngen versehenen Wandteile sich gegen den Brennstoffstab unter Zugspannung anlegen und ihn seitlich gegen die gegenüberliegenden starren Vorsprünge anpressen, sodass der Brennstoffstab gehaltert ist und in dieser Stellung in dieser Zelle verbleibt. Das Durchbiegemittel kann in die offenen Kanäle 122 (Fig. 11) eingeführt werden, die in bekannter Weise durch das Zusammenwirken der rechteckigen Öffnungen 54,56,86,101 und 103 der Gitterplatten gebildet werden.

Die Grösse der auf einen Brennstoffstab durch die Vorsprünge einwirkenden seitlichen Kräfte wird durch die Notwendigkeit bestimmt, den Brennstoffstab sicher festzuhalten und ein örtliches Anfressen infolge kleiner Verschiebungen zu vermeiden, ohne jedoch die Hüllrohre an den Berührungspunkten zu stark zu beanspruchen.

Aus den bisherigen Erläuterungen ergibt sich nun ohne weiteres, dass das dargestellte Abstandshaltergitter die erwünschten Ergebnisse erzielt, indem ein Gitternetzwerk vorgesehen ist, das sowohl in Kernreaktoren mit oder ohne Kanäle verwendbar ist und welches eine Kombination von elastisch nachgiebigen und starren Vorsprüngen in Berührung mit den Brennstoffstäben verwendet. Dadurch ergibt sich ein wesentlich stärkeres äusseres Umfassungsband und gleichzeitig wird die Materialmenge wesentlich vermindert, welche sonst unerwünschte hydraulische Druckverluste, parasitäre Neutronenabsorption und lokaler Heissstellen an den Berührungspunkten der Brennstoffstäbe mit dem Gitter verursacht.

Der Begriff «im allgemeinen in der Mitte» in der Beschreibung und in den Ansprüchen schliesst auch eine kleine Verschiebung der Durchdringungen der Plattenpaare aus dem Mittelpunkt des Gitterplattennetzwerks heraus ein, sodass auch ein solches mit einer ungeraden Anzahl von Zellen in jeder Richtung gebildet werden kann, beispielsweise mit 17 zu 17 Zellen, zusätzlich zu denjenigen Anordnungen, bei welchen die Anzahl der Zellen in jeder Richtung gerade ist.

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

621886 2 PATENTANSPRÜCHE Anordnung.

1. Abstandshaltergitter in einem Kernreaktor zur Halte- In heterogenen Kernreaktoren ist der Kernbrennstoff vom rang mehrerer länglicher Brennstoffelemente in Abständen Moderator getrennt und in einzelnen Körpern den sogenann-voneinander und in achsparalleler Anordnung, gekennzeichnet ten Brennstoffelementen angeordnet. Die Brennstoffelemente durch wenigstens je zwei erste (23,26) sich kreuzende und zwei 5 weisen dünnwandige, längliche schlanke Rohre auf, die den im zweite (24,25) sich kreuzende rechteckige Platten im Gitter Element enthaltenen Kernbrennstoff umhüllen, um dessen Kor-(20), mehrere dritte (21,22) rechteckige Platten im Gitter, rosion sowie das Austreten von Spaltprodukten in das Kühlmit-wobei sämtliche Platten (21-26) mit ihren Längsrändern (35,36; tel zu verhindern, und werden allgemein als Brennstoffstäbe 83,84; 95,96) quer zu den Längsachsen (32) der Brennstoffele- bezeichnet. Aluminium oder seine Legierungen, rostfreier Stahl mente (31) und mit ihren Querrändern (38,89,97) parallel zu io und Zirkoniumlegierungen sind die üblichen Hüllmaterialien, diesen Achsen angeordnet sind, wobei die Längsränder der Solche Brennstoffstäbe werden im allgemeinen in einem sorg-ersten (23,26) und zweiten (24,25) Platten durch jeweils beim fältig ausgewählten Muster angeordnet. Dieses bildet den entsprechenden Längsrand (83 ; 95,96) mündende, senkrecht Reaktorkern, welcher die zur Aufrechterhaltung der Kettenre-dazu verlaufende Schlitze (85,102,105) unterbrochen sind, um aktion notwendige Konzentration an spaltbarem Material ent-diese ersten und zweiten Platten paarweise mit den dritten 15 hält. In einem heterogenen Reaktor erschöpfen sich die Brenn-Platten (21,22) zu verriegeln, wobei eine der ersten und eine stoffstäbe im Kern verschieden rasch, da diejenigen in der der zweiten Platten im wesentlichen koplanar und in axialen Mitte üblicherweise einem höheren Neutronenfluss ausgesetzt Richtung gegeneinander versetzt derart angeordnet sind, dass und daher früher erschöpft sind als diejenigen an der Aussen-die Schlitze (85,102,105) in beiden Platten spiegelbildlich seite des Kerns, an welcher der Neutronenfluss geringer ist.

zueinander liegen, um zwei sich kreuzende Plattenpaare (23,25 20 Demzufolge werden üblicherweise nicht alle Brennstoffstäbe bzw. 24,26) zu bilden, welche die dritten Platten (21,22) gegen- zur selben Zeit ersetzt, sondern in zeitlichen Abständen. Im seitig zwischen sich verriegeln, dass ferner die Querränder (38, weiteren können bei jeder Neubeschickung teilweise 89,97) aller Platten (21 -26) durch ein das Gitter (20) umfas- erschöpfte Elemente lediglich versetzt werden, um die Reak-

sende Band (110) erfasst sind um zahlreiche Zellen (30) von im torleistung zu verbessern und die Zeit zwischen den Stillstän-wesentlichen offenem quadratischen Querschnitt zu bilden, 25 den infolge Nachfüllung zu vergrössern. Es ist daher vorteil-durch welche die Brennstoffelemente (31) hindurchragen, und haft, die Brennstoffelemente zu einzelnen wegnehmbaren Bün-schliesslich gekennzeichnet durch mehrere, von einer Seiten- dein zu gruppieren, welche Hunderte von Brennstoffstäben fläche (81,93) der ersten und zweiten Platten (23-26), von der enthalten können. Im Kern eines Druckwasserreaktors sind Innenfläche ( 111 ) des Umfassungsbandes sowie von beiden Sei- solche Brennstoffbündel nebeneinander angeordnet. In einem tenflächen (33,34) der dritten Platten (21,22) aus in jede Zelle 30 Siedewasserreaktor ist hingegen jedes Brennstoffbündel (30) hineinragende Vorsprünge (71,72,73; 90,108; 116,119), üblicherweise separat in einem quadratischen Durchströmka-wobei die Vorsprünge (90,108) auf der ersten und zweiten nal angeordnet, der neben anderen, den Kern ausfüllenden

Platte elastisch nachgiebig, diejenigen (116,119) auf dem Kanälen angeordnet ist. Das Ein- und Ausfahren der Brenn-

Umfassungsband (110) starr und diejenigen (71,72,73) auf der Stoffelemente in Form ganzer Brennstoffbündel während des dritten Platte (21,22) auf einer Seitenfläche (33) derselben starr, 35 Ladens und Entladens des Reaktorkerns beschleunigt das auf der gegenüberliegenden Seitenfläche (34) elastisch nachgie- Wiederauffüllen des letzteren und verbessert damit die big ausgebildet sind. gesamte Verfügbarkeit des Reaktors, wodurch auch dessen

2. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wirtschaftlichkeit für verschiedene Funktionen wie z. B. für die eine erste Anzahl dritter Platten (21) parallel und auf beiden Stromerzeugung verbessert wird.

Seitenflächen des ersten Plattenpaares (23,25) angeordnet ist, 40 Die innerhalb der Brennstoffstäbe entstehende Wärme sodass die starren Vorsprünge (71) dieser dritten Platten gegen wird meist durch ein flüssiges Kühlmittel abgeführt, welches im dieses erste Plattenpaar gerichtet sind, dass eine weitere allgemeinen in einer Richtung parallel zu den Längsachsen der

Anzahl dritter Platten (22) parallel auf beiden Seitenflächen des Brennstoffstäbe durch den Reaktor strömt. Die Strömungsgezweiten Plattenpaares (24,26) angeordnet ist, sodass die star- schwindigkeit und der Strömungsdurchsatz können sehr hoch ren Vorsprünge (72) dieser dritten Platten gegen das zweite 45 sein, weil grosse Wärmemengen abzuführen sind. Die Ober-Plattenpaar gerichtet sind, und dass die Platten dieser weiteren fläche der einzelnen Brennstoffstäbe muss daher der Strömung Anzahl zu denjenigen der ersten Anzahl in axialer Richtung so vollständig wie möglich ausgesetzt sein, um den Wärmeumgekehrt angeordnet sind und senkrecht dazu stehen. Übergang auf das Kühlmittel zu fördern und um die Entstehung

3. Gitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass lokaler heisser Stellen auf dem Brennstoffelement infolge unge-die Vorsprünge sämtlicher Platten (21-26) sowie diejenigen des so nügender Strömungsbedingungen zu vermeiden. Ausserdem Umfassungsbandes (110) wenigstens eine Öffnung (75,118) auf- können die dünnen Brennstoffstäbe nachteiligen Vibrationen weisen. ausgesetzt sein, die durch das Strömungsmittel oder durch

4. Gitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass andere Ursachen entstehen.

alle Platten (21-26) sowie das Umfassungsband (110) so Es ist daher von Vorteil, die Brennstoffelemente in Abstän-

angeordnet sind, dass jede Zelle (30) zwei nebeneinanderlie- 55 den voneinander so zu gruppieren, dass ihre Geometrie den gende Innenflächen aufweist, deren in die Zelle hineinragende physikalischen Bedingungen des Reaktors in geeigneter Weise Vorsprünge (90,108; 90,73; 108,73) elastisch nachgiebig sind, entspricht, wobei gleichzeitig verschiedene, einander wider-sowie zwei diesen Seiten gegenüberliegende, ebenfalls aneinan- sprechende Bedingungen erfüllt werden müssen. Diese Bedin-dergrenzende Innenflächen mit starren Vorsprüngen (71,72; gungen sind: Möglichst wenig konstruktive Beschränkungen, 73,116 ; 73,119). eo um den Wärmeübergang von den Stäben an das Kühlmittel nicht zu behindern; die Notwendigkeit einer zweckmässigen Lagerung und Abstützung einer grossen Anzahl von Brenn- stoffstäben, welche thermischen, hydraulischen sowie Schwingungskräften und dergleichen unterworfen sind; die Forderung 65 nach Herabsetzung hydraulischer Druckverluste sowie mög-