WO1996003752A1

WO1996003752A1 - Mit hilfe von zapfen zusammengesetztes brennstabbündel

Info

Publication number: WO1996003752A1
Application number: PCT/DE1995/000898
Authority: WO
Inventors: Thomas Reiss; Kurt Kraus
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1995-07-10
Publication date: 1996-02-08
Also published as: EP0772879B1; DE59502122D1; EP0772879A1; ES2116754T3; JPH10503020A; TW287280B; US5787143A

Abstract

Ein Kernreaktorbrennelement hat einen langgestreckten Brennelementkasten (3). Innerhalb eines offenen Endes dieses Brennelementkastens (3) befindet sich ein Brennelementkopf (2), der durch einen starren Verbindungskörper (5) mit einem im Brennelementkasten (3) befindlichen Brennelementfuß verbunden und aus dem Brennelementkasten (3) abhebbar ist. Ein Winkelteil (7) liegt außen an zwei aufeinandertreffenden Seiten des Brennelementkastens (3) an und ist am Brennelementkopf (2) mit einem Bolzen (22, 45) gehaltert. Ein starrer Zapfen (16, 17), der am Winkelteil (7) angeordnet ist, greift in ein Fenster (26, 27) in einer der beiden aufeinandertreffenden Seiten. Ein solcher starrer Zapfen (16a) kann auch an einer der beiden Seiten des Brennelementkastens (3) angeordnet sein und in eine Tasche (30a) im Winkelteil (7) greifen.

Description

Beschreibung

MIT HILFE VON ZAPFEN ZUSAMMENGESETZTES BRENNSTABBÜNDEL.

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement entspre¬ chend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Kernreaktorbrennelement ist aus EP-B1-0 142 778 bekannt. Der starre Verbindungskörper zwischen Brennele- mentfuß und Brennelementkopf dieses Kernreaktorbrennelements ist ein mit Kernbrennstoff gefüllter Brennstab, der mit einem Ende am Brennelementkopf und mit dem anderen Ende am Brenn¬ elementfuß festgeschraubt ist. Auf der Oberseite des Brenn¬ elementkopfs steht in einer Ecke des Brennelementkastens ein Eckbolzen mit zur Längsrichtung des Brennelementkastens und den Längsachsen der Brennstäbe parallelen Längsachse. Auf dem Oberende dieses Eckbolzens liegt ein Quersteg auf, der sich innen in einer Ecke des Brennelementkastens befindet. Oben auf diesem Quersteg liegt das Winkelteil mit einem Scheitel- steg auf, der sich im Scheitel dieses Winkelteils befindet. Das Winkelteil ist mit einem zur Längsrichtung des Brennele¬ mentkastens und den Längsachsen der Brennelemente parallelen Schraubbolzen, der den Scheitelsteg des Winkelteils und den Quersteg durchgreift, an dem Eckbolzen auf dem Brennelement- köpf festgeschraubt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kern¬ reaktorbrennelement weiterzubilden und das Abheben des Brenn¬ elementkopfs aus dem Brennelementkasten zu ermöglichen, ohne daß dieser Brennelementkasten vorher von den Brennstäben des Kernreaktorbrennelements abgezogen werden muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale des kenn- zeichnenden Teils des Patentanspruchs 1. Dadurch kann der Quersteg vermieden werden, der innen in der Ecke des Brennelementkastens das Herausziehen des Brennele¬ mentkopfs aus dem Brennelementkasten verhindert. Ferner kann der Brennelementkasten am Brennelementfuß befestigt sein, oh- ne daß die Zugänglichkeit der Brennstäbe beeinträchtigt ist. Der Brennelementfuß ist dann nicht nur durch den starren Ver¬ bindungskörper - sei dieser nun ein mit Kernbrennstoff ge¬ füllter Brennstab oder ein Rohr mit beliebigem Querschnitt zum Führen von nichtsiedendem Wasser in einem Kernreaktor - am Brennelementkopf gehaltert, sondern zusätzlich auch noch durch den Brennelementkasten, d.h. es kann eine redundante Halterung des Brennelementfußes am Brennelementkopf erzielt werden.

Der Brennelementfuß kann auch innen am Brennelementkasten lo¬ se abgestützt sein. Es ist dann sogar möglich, Brennelement- köpf und Brennelementfuß zusammen mit den Brennstäben aus dem Kasten herauszuziehen. Trotzdem ist eine redundante Halterung des Brennelementfußes am Brennelementköpf beim komplett zu- sammengesetzten Kernreaktorbrennelement gegeben.

Die Erfindung und Ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

FIG 1 zeigt eine Draufsicht auf das Oberende eines erfin¬ dungsgemäßen Kernreaktorbrennelements. FIG 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Kernreaktrobrenn- element entsprechend der strichpunktierten Linie II- II in FIG 1. FIG 3 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch das Kernreak¬ torbrennelement entsprechend der strichpunktierten Linie III-III in FIG 1. IG 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Winkelteils des Kernreaktorbrennelements nach den Figuren l bis 3. FIG 5 zeigt einen Längsschnitt entsprechend FIG 3 durch ei¬ ne andere Ausführungsform des Kernreaktorbrennele¬ ments.

FIG 6 zeigt einen Längsschnitt entsprechend FIG 2 durch ei- ne andere Ausführungsform des Kernreaktorbrennele¬ ments

Ein Kernreaktorbrennelement nach den Figuren 1 bis 6 ist für einen Siedewasserkernreaktor bestimmt und hat einen Brennele- mentkopf 2 sowie einen langgestreckten Brennelementkasten 3 mit quadratischem Querschnitt, in dem sich der Brennelement- köpf 2 am Oberende des Brennelementkastens 3 befindet. Das Unterende des Brennelementkastens 3 ist nicht dargestellt. An diesem Unterende befindet sich - ebenfalls nicht dargestellt - innerhalb des Brennelementkastens 3 ein Brennelementfuß, der an dem Unterende des Brennelementkastens 3 befestigt oder lose abgestützt sein kann. Die Oberseite des Brennelement¬ kopfs 2 ist mit einem Haltegriff 244 versehen, der aus dem offenen Oberende des Brennelementkastens 3 herausragt.

Innerhalb des Brennelementkastens 3 zwischen Brennelementkopf 2 und Brennelementfuß befindliche, mit Kernbrennstoff gefüll¬ te Brennstäbe 4 und 5 sind parallel zur Längsrichtung des langgestreckten Brennelementkastens 3. Diese Brennstäbe 4 und 5 sind nebeneinander angeordnet. Die Oberenden dieser Brenn¬ stäbe 4 und 5 greifen lose in Bohrungen im Brennelementkopf 2, und alle Brennstäbe 4 und 5 sind an den Oberenden gegen den Brennelementkopf 2 mit Schraubenfedern 6 abgestützt. In gleicher Weise sind die nicht erkennbaren Unterenden der Brennstäbe 4 und 5 in Durchführungen im nicht erkennbaren

Brennelementfuß innerhalb des Brennelementkastens 3 geführ .

Einige Brennstäbe 5 durchgreifen den Brennelementköpf 2 und sind mit einer Mutter 5a am Brennelementköpf 2 festge- schraubt. Diese Brennstäbe 5 sind an ihrem anderen Ende je¬ weils in die ihnen zugeordneten Bohrungen im nicht darge¬ stellten Brennelementfuß eingeschraubt. Wie insbesondere FIG 4 zeigt, weist ein Winkelteil 7 zwei zu¬ einander rechtwinklige, gleichlange Schenkel 8 und 9 auf. An der Unterkante dieser Schenkel 8 und 9 befinden sich Wandun¬ gen 10 und 11, die zu einem Scheitelsteg 12 im Scheitel der Schenkel 8 und 9 und damit des Winkelteils 7 rechtwinklig sind. Die Wandungen 10 und 11 bilden am Scheitelsteg 12 ein zu den Schenkeln 8 und 9 rechtwinkliges langgestrecktes L- förmiges Profil 13, während sie an den Enden der Schenkel 8 und 9 jeweils zu einer starren Anlagezunge 14 und 15 ausge- formt sind.

An der Innenseite der starren Anlagezungen 14 und 15 ist je¬ weils ein starrer Zapfen 16 und 17 starr angebracht, der sich quer zur Längsrichtung der Anlagezunge 14 bzw. 15 erstreckt und der weder in dieser Längsrichtung noch quer zu dieser

Längsrichtung am Winkelteil 7 bewegbar ist. Ein an den Enden der beiden Schenkel 8 und 9 ausgebildetes Winkelteil mit rechtwinklig zueinanderstehenden Zusatzschenkeln 18 und 19 ergänzt die Schenkel 8 und 9 zu einem Rahmen mit quadrati- schem Innen- und Außenquerschnitt. An der Unterkante dieser Zusatzschenkel 18 und 19 sind flache Anlagekδrper 20 und 21 ausgebildet.

Außen am L-förmigen Profil 13 ist auf beiden Wandungen 10 und 11 je eine langgestreckte Blattfeder 40 in Richtung des L- förmigen Profils 13 angeordnet und jeweils an einem Ende mit einer Schraube 144 am Winkelteil 7 starr befestigt. Das andere Ende jeder Blattfeder 40 ist frei gleitend in einer Kulisse 40a an der Außenseite des L-förmigen Profils 13 an dessen Unterende geführt. Jede Blattfeder 40 ist in Quer¬ linien so geknickt, daß sich diese Blattfeder 40 nach außen von der Außenseite des L-förmigen Profils 13 wegwölben.

Im Scheitelsteg 12 am Scheitel der Schenkel 8 und 9 befindet sich ferner eine zu den beiden Schenkeln 8 und 9 rechtwink¬ lige, d.h. zu den Wandungen 10 und 11 parallele durchgehende Bohrung 21 für einen Schraubbolzen 22. Mit diesem Schraubbolzen 22 ist das Winkelteil 7 an einem Stehbolzen 23 auf der Oberseite des Brennelementkopfs 2 fest¬ geschraubt. Das Winkelteil 7 ist dem Brennelementkasten 3 so angepaßt, daß die Wandungen 10 und 11 des Winkelteils 7 je- weils außen an einer von zwei aufeinandertreffenden Seiten des Brennelementkastens 3 flach anliegen und die starren Zap¬ fen 16 und 17 jeweils in ein Fenster 26 und 27 in einer die¬ ser beiden Seiten des Brennelementkastens 3 und in eine Ta¬ sche 30 greifen, die sich seitlich im Brennelementkopf 2 un- ter dem Fenster 26 bzw. 27 befindet. Der Lastabtrag erfolgt über die starren Zapfen 16 und 17 in der jeweiligen Tasche im Brennelementkopf 2, so daß der Schraubbolzen 22 unbelastet sein kann.

Wie in FIG 5 angedeutet, kann auch ein starrer Zapfen 16a starr außen an einer Seite des Brennelementkastens 3 ange¬ bracht sein und in eine Tasche 30a im Winkelteil 7 greifen.

Die flachen Anlagekδrper 20 und 21 an den Zusatzschenkeln 18 und 19 des Winkelteils 7 greifen in den Brennelementkasten 3 und liegen dort innen jeweils an einer von zwei Gegenseiten des Brennelementkastens 3 an, die sich gegenüber den Seiten des Brennelementkastens 3 befinden, in die die starren Zapfen 16 und 17 greifen. Auf diese Weise können Fenster 43 und 44 abgedeckt werden, die zur möglichen Aufnahme starrer Zapfen eines Winkelteils in den beiden Gegenseiten des Brennele¬ mentkastens 3 vorgesehen sind.

Das Winkelteil 7 wird nach Einsetzen des Brennelementkopfs 2 in das Oberende des langgestreckten Brennelementkastens 3 zu¬ nächst in Längsrichtung dieses Brennelementkastens 3 auf die¬ ses Oberende so aufgesetzt, daß sich die Anlagekδrper 20 und 21 innerhalb des Brennelementkastens 3 und die Wandungen 10 und 11 samt dem langgestreckten L-förmigen Profil 13 außer- halb des Brennelementkastens 3 befinden. Sodann wird das Win¬ kelteil 7 in Richtung der Diagonalen des quadratischen Quer¬ schnitts des Brennelementkastens 3, d.h. seitlich auf diesen Brennelementkasten 3 zu verschoben, so daß schließlich im we¬ sentlichen die Bohrung 21 im Winkelteil 7 mit der Bohrung im Stehbolzen 23 auf der Oberseite des Brennelementkopfs 2 fluchtet und der Schraubbolzen 22 durch die Bohrung 21 hin- durch in einer Längsbohrung dieses Stehbolzens 23 festge¬ schraubt werden kann. Die Wandungen 10 und 11 liegen satt an der Außenseite des Brennelementkastens 3 und die Anlagekörper 20 und 21 satt an der Innenseite des Brennelementkastens 3 an, und die starren Zapfen 16 und 17, sind in die Fenster 26 und 27 und in die unter diesen Fenstern befindlichen Taschen 30 seitlich im Brennelementkopf 2 eingepaßt, so daß eine ord¬ nungsgemäße und überprüfbare HalteVerbindung zwischen Winkel- teil 7 einerseits und dem Brennelementkasten 3 sowie dem Brennelementkopf 2 andererseits aus geometrischen Gründen zwangsläufig hergestellt ist. Der Vorgang kann in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, wenn das Winkelteil 7 vom Brennelementkasten 3 wieder entfernt wird.

Wie in FIG 6 angedeutet, kann der Stehbolzen 23 auf der Ober- seite des Brennelernentkopfs 2 eine Längsbohrung in Längsrich¬ tung des Brennelementkastens 3 aufweisen. In dieser Längsboh¬ rung ist ein Verrastbolzen 45 gegen die Wirkung einer Rück¬ stellfeder 46 in den Stehbolzen 23 und damit in den Brennele¬ mentkopf 2 verschiebbar angeordnet.

Beim Aufsetzen des Winkelteils 7 auf das Oberende des Brenn¬ elementkastens 3 kann der aus der Längsbohrung oben herausra¬ gende Verrastbolzen 45 mit dem Winkelteil 7 in den Stehbolzen 23 versenkt werden.

Beim Verschieben des Winkelteils 7 in Richtung der Diagonalen des Querschnitts des Brennelementkastens 3 rastet schließlich der Verrastbolzen 45 in die durchgehende Bohrung 21 im Win¬ kelteil 7 ein, so daß das Winkelteil 7 spielfrei am Brennele- mentkasten 3 gehaltert ist. Zum Lösen des Winkelteils 7 vom Brennelementkasten 3 braucht nur der Verrastbolzen 45 mit ei¬ nem Werkzeug durch die Bohrung 21 im Winkelteil 7 hindurch in die Längsbohrungen im Stehbolzen 23 hineingeschoben zu wer¬ den, so daß das Winkelteil 7 in Richtung der Diagonalen des Querschnitts des Brennelementkastens 3 zurückverschoben und schließlich vom Brennelemenkasten 3 abgehoben werden kann.

In einem Siedewasserkernreaktor werden, wie beispielsweise -in der DE-A-28 24 265 und DE-A-30 27 562 beschrieben ist, je¬ weils vier Kernreaktorbrennelemente entsprechend Figur 3 in einer quadratischen Gittermasche eines Quergitters, des soge- nannten oberen Kerngitters, angeordnet. Jedes dieser vier

Kernreaktorbrennelemente befindet sich so in einer Ecke die¬ ser Masche, daß die Ecken der Brennelementkästen 3 mit den Winkelteilen 7 im Zentrum der Masche angeordnet sind und sich dort jeweils zwei Blattfedern 20 seitlich benachbarter Kern- reaktorbrennelemente gegeneinander abstützen. Die Brennele¬ mentkästen 3 der vier in derselben Masche des Kerngitters be¬ findlichen Kernreaktorbrennelemente bilden einen spaltförmi- gen Zwischenraum mit kreuzförmigem Querschnitt, in den ein langgestreckter Steuerstab mit ebenfalls kreuzförmigem Quer- schnitt von den Unterenden dieser vier Kernreaktorbrennele¬ mente her eingeschoben werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Kernreaktorbrennelement mit einem langgestreckten Brenn¬ elementkasten (3) , in dem sich an einem offenen Ende ein Brennelementkopf (2) und an einem anderen offenen Ende ein mit dem Brennelementkopf (2) durch einen starren Verbindungs- körper (5) verbundener Brennelementfuß und zwischen Brennele¬ mentkopf (2) und Brennelementfuß Kernbrennstoff enthaltende Brennstäbe (4) befinden, sowie mit einem dem Brennelementka- sten (3) angepaßten Winkel eil (7) , das außen an zwei aufein¬ andertreffenden Seiten des Brennelementkastens (3) anliegt und das am Brennelementkopf (2) mit einem Bolzen (22, 45) ge¬ haltert ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an minde- stens einer der beiden Seiten des Brennelementkastens (3) ein starr am Winkelteil (7) angeordneter Zapfen (16, 17) in ein Fenster (26, 27) in der Seite des Brennelementkastens (3) und/oder ein starr an der Seite des Brennelementkastens (3) angeordneter Zapfen (16a) in eine Tasche (30a) im Winkelteil (7) greift.

2. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bol¬ zen (45) ein Verrastbolzen ist, der am Brennelementkopf (2) in Längsrichtung des Brennelementkastens (3) gegen die Wir¬ kung einer Rückstellfeder (46) in den Brennelementköpf (2) versenkbar angebracht ist und in Längsrichtung des Brennele¬ mentkastens (3) verschiebbar in eine durchgehende Bohrung (21) im Winkelteil greift.

3. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Win¬ kelteil (7) einen Anlagekörper (20, 21) aufweist, der innen an einer Gegenseite des Brennelementkastens (3) anliegt, die sich gegenüber der Seite des Brennelementkastens (3) befin¬ det, in die der Zapfen (16, 17) greift oder an der der Zapfen (16a) angeordnet ist.

4. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anla¬ gekörper (20, 21) eine Durchführung (43, 44) in der Gegen¬ seite des Brennelementkastens abdeck .

5. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zap¬ fen (16) am Winkelteil (7) , der in die Seite des Brennele¬ mentkastens (3) greift, auch den Brennelementkopf (2) hintergreif .

6. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der

Zapfen (16) in eine Tasche (30) am Brennelementkopf (2) greift.