DE1764648A1

DE1764648A1 - Brennstoffkassette fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1764648A1
Application number: DE19681764648
Authority: DE
Inventors: Lars-Erik Samskog; Lars Toernblom; Santen Aart Van
Original assignee: ASEA AB; Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1967-07-17
Filing date: 1968-07-11
Publication date: 1971-04-29
Also published as: SE312870B; FR1574351A; US3607639A

Description

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Allmänna 3venska i41eki;riska Aktiebolaget, Västeras /Schweden

Brennstoffkasseu'te für Kernreaktoren

:oie rirfindung betrifft eine Brennstoffkassette für Kernreaktoren, in tier mehrere im wesentlichen parallele Brennstäbe ±n einem Mantelronr zwischen einer Deck- und einer Bodenplatte angeordnet ainu. Die Brennstäbe werden dabei in bestimm- ät "^on Abständen voneinander mit Hilfe von Abstandhaltern gehalüon, von denen jeder von einem Abstandhalterrahmen umschlossen i α ΐ.

3oi rio.Lchen Brennst of fkassetten ist es bekannt, die Abstandr-alUr dadurch axial zu fixieren, daiö man einige der Abstandaai";;err_;iemente Ίο3 Abs tandhalters zwischen geteilten Brenns fcäben b'^for:'',Iy0. Ubr Brennstoff ist an diesen Teilungspunkten durch Gov;j.η .erfror,fen, z.B. ans einer Zirkoniumlegierung, ersetzt. jji.e,o-i.; V·.rfahren zum Fixieren aer Abstandhalter hat einen sehr ffifjr.-Jja.ren -wirtschaftlichem Waciiteil, einmal aufgrund der "veriorenon" Brennetofflange und zum andern, weil eine größere Zahl :;o!vr ·ϊο:;tsDioli/^er :'.chv/e:i.,.;ungen zv;ischen der Hülse der Brenn- :; ,iU.o um den Gc-wlndepfropfen notv/endig sind. Außerdem ist joif; "ohweiünahi. eine Gefahr für die Sicherheit der Kassette, "i'j.s irj ο aucij. vorg(j;.;o)-LLagon worden, die Abstandhalter axial '*8.xurcij zu fiy_tieron, daio rnan zwiscmen ihnen und den Endplatten df.ir iirenn;;toffkaiJi;titton langgestreckte, Langs verlaufende .j ä, u ü ζ organe anordnet. Aber auch das ist keine wirtschaft Lieh Urnen*™ ^J^Ä1 8/06 Ub*«*-**»

annehmbare Lösung, da das Material in diesen Stützorganen entweder teuer aber nicht neutronenabsorbierend, oder nicht so teuer, aber stattdessen in einem beträchtlich höheren Grad neutronenabsorbierend ist.

Die Art der axialen Fixierung der Abstandhalter ist sehr wichtig, besonders "bei solchen Siedereaktorbrennstoffkassetten, die wiederverwendbare Mantelrohre haben. Um eine verbrauchte Brennstoffkassette aus dem Mantelrohr zu entfernen, ist es nämlich wichtig, dass nach dem Lösen einiger Schrauben oder dergleichen keine Teile an dem Mantelrohr oder Brennstabbundel vorhanden sein dürfen, die ineinander greifen und das Auseinandernehmen unmöglich machen oder wenigstens beträchtlich erschweren.

Ein Zweck der Erfindung ist, eine Brennstoffkassette mit einer zuverlässigen, aber doch leicht lösbaren Befestigung eines von einem Abstandhalterrahmen umgebenen Abstandhalters am Mantelrohr der Brennstoffkassette zur axialen Fixierung des Abstandhalters zu schaffen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass mit dem Abstandhalterrahmen mindestens ein gegen die Innenseite des Mantelrohrs gerichtetes Pederorgan, vorzugsweise eine Federzunge verbunden ist, das einen Vorsprung oder eine Ausnehmung hat, vorzugsweise einen Vorsprung in der Form eines kurzen Stiftes, und dass in oder auf der Mantelrohrwand an der Anlagestelle des Federorganes eine Ausnehmung bzw. ein Vorsprung, vorzugsweise eine Ausnehmung in der Form eines durchgehenden Lochs, angebracht ist, so dass der Stift in die

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Ausnehmung eingreifen kann. Es ist vorteilhaft, die Federzunge direkt oder indirekt, z.B. ü"ber einen auf einem kurzen Stift angeordneten Kragen, das Loch im Mantelrohr abdecken und im wesentlichen abdichten zu lassen.

Ein anderer Zweck der Erfindung ist, eine Brennstoffkassette mit einem wiederverwendbaren Mantelrohr zu schaffen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass' das Mantelrohr lösbar an der Deckplatte, vorzugsweise mittels gesicherter Schrauben, und axial beweglich am Bodenstück angebracht ist. Dabei muss man, wenn keine speziellen Trägerorgane in der Brennstoffkassette ange- ™ ordnet sind, einen Teil der Stäbe im Bündel tragend ausführen, Uni das ganze Gewicht der Patrone beim Hantieren aufzunehmen. In einer alternativen und vorteilhaften Ausführungsform besteht das Bodenstück aus einer separaten Bodenplatte und einem separaten tibergangst eil, die in die Kassettenauf stellplatte (Kernboden) passen, das Mantelrohr ist vorzugsweise mittels gesicherter Schrauben lösbar an der Deckplatte und fest am Übergangsteil angebracht, vorzugsweise mittels Nieten oder gesicherter Schrauben, und die Bodenplatte ruht auf dem Übergangsteil. In diesem ä Fall ist das Mantelrohr tragend. Auch wenn man bei der Hantierung des Brennstabbündels einige einzelne Brennstäbe das Gewicht dieses Bündels tragen lässt, so wird das Mantelrohr bei ier Hantierung der Brennstoffkassette das ganze Gewicht der Kassette tragen und alle Beanspruchungen aufnehmen. Unter der Voraussetzung, dass das Mantelrohr nicht erheblich deformiert wird, ist die Wahrscheinlichkeit eines Zerreissens von bestrahlten zerbrechlichen Stäben bei Brennstoffwechsel bei dieser Ausführungsform gleich Null.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigen

Fig. 1 eine Brennstoffkassette mit einem tragenden und wiederverwendbaren Mantelrohr in teilweisem Längsschnitt nach der Linie I-I in Fig.2,

Fig. 2 eine obere Endansicht der Brennstoffkassette in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt der Brennstoffkassette nach der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine untere Stirnansicht der Brennstoffkassette nach Fig. 1,

Fig. 5 eine teilweise Vergrösserung der Fig. 3»

Fig. 6 eine längs des Abstandhalterrahmens angeordnete Feder,

Fig. 7 eine quer über den Abstandhalterrahmen angeordnete Feder,

Fig. 8 eine Brennstoffkassette mit einem wiederverwendbaren Mantelrohr in teilweisem Längsschnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 10,

Fig. 9 den mittleren Teil der Brennstoffkassette nach Fig. 3 in teilweisem Längsschnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 10,

Fig.10 eine obere Ftirnansicht der Brennscoffkassette nach Fig. 8 und

Fig.11 eine untere Stirnansicht der Brennstoffkassette in Fig. 8.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Anzahl Brennstäbe, die einen

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keramischen Kernbrennstoff wie TJO₂ in. der Form -von gesinterten Tabletten 2 enthalten. Diese sind in einem Hülsenrohr 3 eingeschlossen, das an den Enden mit Endpfropfen 4 und 5 oder 6 und verschlossen ist. Die Hülsen und die Endpfropfen können aus einer Zirkoniumlegierung, z.B. Zircaloy, bestehen. Im obren Teil jedes Stabes ist ein Spaltgasraum 3 angeordnet, in dem eine Schraubenfeder 9 sitzt. Die Brennstäbe sind parallel zueinander zwischen einer Deckplatte 10 und einem Bodenstück 11 angeordnet und von einem Mantelrohr 12 mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt umgeben. In Fig. 1 ist eine Ausführungsform gezeigt, in der das Bodenstück 11 aus einer separaten, mit ™ Beinen 14 versehenen Bodenplatte 13 und aus einem separaten Übergangsteil 15 besteht, der in die Kassettenaufstellplatte (Kernboden) passt. Die Beine 14 der Platte 13 ruhen auf dem Übergangsteil 15. !Jie Deckplatte 10 und die Bodenplatte 13 sind gieterähnlich ausgebildet und haben Ausnehmungen zum Aufnehmen von auf den Endpfropfen 4, 5, fc> und / angeordneten Vorsprüngen, die zum Fixieren der Brennstäbe in einem im voraus bestimmten Abstand voneinander dienen. Damit die Brennstoffstäbe, die eine z.B. 3,5 m übersteigende Länge und eine Dicke von z.B.12,5 mm M haben können, nicht durch Vibrationen zerstört werden, die durch die Strömung des Kühlmittels durch die Brennstoffkassette verursacht werden, sind in mehreren Niveaus, nur ein Niveau ist gezeigt, Abstandhalter 16 angeordnet, die die Brennstäbe 1 in ihrer vorgesehenen lage halten. Jede dieser Abstandhalter enthält mehrere Abs tandhaLtere.lemente 17, die in einem Abstandhalterrahmen 1 ei angeordnet sind. Die Abstandhalterelemente 17 können z.B. die in der UoA-Patentnchrift 3 405 033 gezeigte Ausführung haben oder eine noch vorteilhaftere, wie oie in der

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USA-Patentschrift 3.451.140 gezeigt ist. Der Abstandhalterrahmen 18 (Fig.3) wird im Mantelrohr durch vom Rahmen 18 getragene Federorgane zentriert, z.B. Blattfedern in der Form von Federzungen 19, im gezeigten Fall acht Zungen, also zwei · Federn pro Mantelrohrseite. Um den Abstandhalter 16 axial im Verhältnis zum Mantelrohr 12 zu fixieren, sind die Federzungen 19» die an zwei einander entgegengesetzten Seiten des Abstandhalterrahmens 18 angeordnet sind, mit Vorsprüngen in der Form von kurzen Stiften oder Zapfen 20 versehen, die in auf dem Mantelrohr angeordnete Ausnehmungen in der Form von Löchern 21, die etwas grosser als die ftifte sind, eingreifen. Diese Löcher 21 werden zweckmässig mit Hilfe einer Bohrschablone gebohrt, und es ist auch zweckmässig, dass die Federzunge 19 eine solche Ausführung erhält, dass sie das etwas zu grosse Loch 21 abdeckt und die Leckage durch dieses begrenzt. Aus Fig. 5,6,7 und 9 gehen verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen der Federzunge 19 und deren Befestigung am Abstandhalterrahmen 18 hervor.

Die Kombination von mehreren Brennstäben mit Abstandhaltern und Deck- und Bodenplatte wird gewöhnlich kurz Bündel genannt. Bei der Brennstoffkassette nach Fig. 1 bis 4 enthält das Bündel vierundsechzig Brennstäbe, von denen nur zwei tragend sind. Natürlich können, wenn erwünscht, auch eine andere Anzahl Stäbe, z.B. vier, tragend sein.

Die Endpfropfen 6 und 7 der tragenden Stäbe haben dickere und Längere Vorsprünge, die an den Auaaenenden mit Gewinde versehen sind und mit auf der anderen Seite der Deck- bzw. Bodenplatte

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liegenden Gegenmuttern 22 gesichert werden können, wobei ein gewisses Spiel für die thermische Längenausdehnung zwischen den Muttern 22 bzw. der Platte 10 und 13 und zwischen der Deckplatte 10 und den oberen Ansätzen 23 der Stabe 1 belassen wird. Die geringe Anzahl der tragenden Stäbe wird dadurch ermöglicht, dass ihre tragende Punktion nur beim Transport des Bündels ausgenutzt wird, z.B. beim Einsetzen eines Bündels in das Mantelrohr. Bei »Transport der Patrone geht die Hubkraft durch einen auf der Deckplatte befestigten Handgriff, weiter durch die Deckplatte und das an dieser durch versenkte Schrauben 25 festgeschraubte Mantelrohr 1 zu dem auf den Man- M telrohr festgenieteten (26) oder festgeschraubten (2 7) Übergangsteil 15, auf dem wie erwähnt die Bodenplatte 13 und somit auch das Bündel ruhen. Die Schrauben 25 können mit Körner-

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schlag, Heli-Coil**R Mid-Grip o.dgl. gesichert werden. Beim Herausnehmen der Brennstoffkassette aus dem Kern besteht keine Gefahr, dass die Stäbe 1, die nach der Bestrahlung brüchig geworden sind, zerrissen werden, was ernste Konsequenzen haben konnte. Das Auseinandernehmen einer Brennstoffkassette zum v/iederverwenden des Mantelrohres 1 und Übergangsteiles 15 kann ä geschehen, nachdem die Schrauben 25, die Mantelrohr und Deckplatte verbinden, gelöst und die Stifte der Federn 19 bis unter die Innenseite des Mantelrohres eingedrückt worden sind. Ein solches Eindrücken kann mit Hilfe von Blechen o.dgl. geschehen, die mit Stiften versehen sind und gegen die Seite des Mantelrohres gepresst werden. Wenn man befürchtet, dass die wenigen tragenden-Stäbe, die das Bündel zusammenhalten, nicht ohne Bruch aas Herausziehen des Bündels aus dem Rohr zulassen, kann man stattdessen ganz einfach die Brennstoffkassette wenden

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und das Bündel herausschütteln. Die am oberen Ende der Brennstoffkassette angeordneten langgestreckten Federn 28 dienen zum Zentrieren der Brennstoffkassette im oberen Kerngitter und können an der Deckplatte 10 oder am Mantelrohr 12 befestigt sein und im letzteren Fall wieder zusammen mit diesem verwendet werden. In keinem Fall brauchen sie beim Auseinandernehmen der Brennstoffkassette entfernt zu werden.

Die Brennstoffkassette nach Fig. S hat auch das wiederverwendbare Mantelrohr, unterscheidet sich aber von der Brennstoffkassette nach Fig. 1 vor allem dadurch, dass das Mantelrohr nicht tragend ist. In einem vierundsechzig Stäbe 1 enthaltenden Bündel werden in diesem Fall z.B. acht Stück tragend ausgeführt, und diese acht sind am unteren Ende im Bodenstück 11 befestigt. Das Mantelrohr 12 ist an der Deckplatte festgeschraubt, umgibt aber nur einen Teil des Bodenstückes 11, ohne an diesem befestigt zu sein, weshalb die untere Kante des Mantelrohres 12 eine gewisse begrenzte axiale Beweglichkeit im Verhältnis zum Bodenstück 11 hat. Die nicht tragenden Stäbe 1 im Bündel sind mit vorgespannten Schraubenfedern versehen, die zwischen den oberen Ansätzen 23 der Stäbe und der Deckplatte angeordnet sind. Diese Schraubenfedern 29 tragen das Mantelrohr 12. Im übrigen bestehen keine wesentlichen Unterschiede zwischen den Brennstoffkassetten nach Fig.1 und Fig. 8. In beiden Fällen kann z.B. das Mantelrohr 12 nach dem Lösen von einigen Schrauben 25 und Eindrücken der Stifte von der Brennstoffkassette gelöst werden.

Die obige Beschreibung und die dazugehörigen Zeichnungen sind

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dazu bestimmt, das allgemeine Prinzip der Erfindung zu veranschaulichen. Mehrere Ausführungsformen sind im Rahmen der Patentansprüche denkbar, besonders mit Hinsicht auf die Detailausbildung und Zusammensetzung der einzelnen Teile der Brennstoffkassette. Die oben angegebene Methode zum Fixieren der ibstandhalter kann z.B. auch bei Brennstoffkassetten verwendet werden, deren Mantelrohre nicht wiederverwendbar sina, die Ausnehmung und der Vorsprung können ihren Platz tauschen und eine Reihe anderer Ausführungen für diese als geraae Loch und Stift benutzt werden.

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Claims

- 10 Patentansprüche: Ι/θ4θ4θ

1. Brennstoffkassette für Kernreaktoren mit mehreren in einem Mantelrohr zwischen einer Deckplatte und einem Bodenstück angeordneten, im wesentlichen parallelen Brennstäben, die in bestimmten Abständen voneinander durch Abstandhalter getrennt sind, von denen jeder von einem Abstandhalterrahmen umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Abstandhalterrahmen mindestens ein gegen die Innenseite des Mantelrohres (12) gerichtetes Federorgan (19) verbunden ist, das einen Vorsprung oder eine Ausnehmung hat, und dass an der Wand des Mantelrohres an der Anlagestelle des Pederorganes eine Ausnehmung bzw. ein Vorsprung angebracht ist.

2. Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung ein kurzer Stift (20) ist und die Ausnehmung ein Loch (21), das etwas grosser als der Stift ist.

3. Brennstoffkassette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (21) in der Wand des Mantelrohres (12) und der Stift (20) auf dem Federorgan (19) angeordnet ist.

4. Brennstoffkassette nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federorgan aus einer Federzunge (19) besteht.

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5. Brennstoffkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (12) lösbar an vier '.Deckplatte und axial beweglich am Bodenstück (11) angebracht ist.

o. Brennstoffkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,, dass das Bodenstück (11) aus einer separaten Bodenplatte (13) und einem separaten Übergangs teil (15) besteht und dass das Mantelrohr (12) lösbar an der Deckplatte (10) und fest am Übergangsteil (15), auf dem die Bodenplatte (13) ruht, angebracht ist.

Brennstoffkassette nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (12) am Übergangsteil (15) angeschraubt oder angenietet ist.

v^::. Brennstoff kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (12) an der Deckplatte angeschraubt ist.

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