DE1110771B

DE1110771B - Brennstoffelement-Einheit fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1110771B
Application number: DEU5918A
Authority: DE
Inventors: Stanley Hackney; Ernest Edward Jerkins
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1958-01-24
Filing date: 1959-01-20
Publication date: 1961-07-13
Also published as: FR1214056A; BE575083A; GB873073A; US3128235A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

U 5918 Vmc/21g

ANMELDETAG: 20. JANUAR 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 13. JULI 1961

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffelement-Einheit für Kernreaktoren, welche sich zur Verwendung in einem gasgekühlten Kernreaktor, der bei Temperaturen der Größenordnung von 500 bis 600° C arbeitet, eignet. S

Bekannt ist ein Brennstoffelement, das aus einem Bündel ummantelter Brennstoffplatten besteht und Tragplatten für das Festlegen oder Halten dieser ummantelten Brennstoffplatten aufweist, wobei das Gewicht der ummantelten Brennstoffplatten von einem ihrer Enden aufgenommen wird, während das andere Ende frei ist und sich ausdehnen kann und der Brennstoffplattensatz mit seinem Tragsystem einen einheitlichen selbsttragenden Körper bildet, der in einem aus Zirkon bestehenden Behälter untergebracht ist.

Weiterhin sind Brennstoffelemente bekannt, deren Lagerzapfen für den Eingriff in eine Lager- oder Paßöffnung der entsprechenden Tragplatte bestimmt sind, sowie eine Brennstoffelementanordnung im Etagenstil, wobei die Brennstoffelemente an ihren Enden mit Kupplungseinrichtungen versehen sind.

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffelement-Einheit für einen Kernreaktor, die aus mehreren innerhalb einer Hülse oder Büchse übereinander angeordneten Brennstoffbündeln besteht, deren ummantelte Brennstoffbauteile jeweils an beiden Enden in den Halteplatten gelagert sind, und ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Halteplatten eines Brennstoffbündelstapels durch Abstandsstangen miteinander verbunden sind, derart, daß der Stapel mit den Halteplatten und den Abstandsstangen eine geschlossene Bauteilgruppe bildet, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Brennstoffbündeln einer solchen Bauteilgruppe jeweils nur eine Halteplatte vorgesehen ist und daß die ummantelten Brennstoffbauteile sich relativ zu ihren Halteplatten und die an einem Ende in der aus Graphit bestehenden Hülse abgestützte Bauteilgruppe sich relativ zu dieser Hülse ungehindert auszudehnen vermögen.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben werden, und zwar zeigt bzw, zeigen

Fig. 1 eine unvollständige Seitendarstellung im Mittelschnitt, welche eine Brennstoffelement-Einheit veranschaulicht,

Fig. 2 eine Grundrißdarstellung von unten nach Linie It-II von Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich der von Fig. 1, welche eine Abwandlung oder Abänderung veranschaulicht,

Fig. 4 eine unvollständige Seitendarstellung im Brennstoffelement-Einheit für Kernreaktoren

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 24. Januar 1958 und 12. Januar 1959

Stanley Hackney und Ernest Edward Jerkins,

London, . sind als Erfinder genannt worden

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Mittelschnitt, welche verbundene Brennstoffelement-Einheiten in einer anderen Konstruktion zeigt, während die

Fig. 5 bis 8 Grundrißdarstellungen im Schnitt gemäß den Schnittlinien V-V, VI-VI, VII-VII bzw. VIII-VIII in Fig. 4 wiedergeben.

Wie es aus der in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung gezeigten Bauweise hervorgeht, sind Bündel 24 aus Urandioxydstangen oder -stäben 10, welche in Berylliumhüllen (Büchsen) 11 eingeschlossen sind, auf Berylliumlagerplatten 12 in einer Graphitbüchse 13. aufgestapelt oder' aufgestellt. Die Büchsen 11 haben End-Halte- oder Paßbolzen 14 an beiden Enden, welche in Löchern 15 in den Lagerplatten 12 sitzen. Die Lagerplatten 12 werden von mit Schultern versehenen Abstandsstangen 19 in ihrer Läge gehalten; diese Äbstandsstangen greifen in Schlitze 25 in den Platten 12 ein, wobei die Platten 12 zwischen den Stangen mit Hilfe von Muttern 20 festgeklemmt sind, welche auf die obere Lagerplatte 12 einwirken. Zwischen benachbarten Haltezapfen 14 sind Zwischenräume 21 vorhanden, um eine Ausdehnung der Brennstoffstangen 10 mit den Büchsen 11 zu ermöglichen. Das Kühlmittel kann durch Bohrungen 16 in den Platten 12 hindurchströmen. Die obere Tragplatte 12 wird von der Graphitbüchse 13 gehalten und ist an eine ringförmige Berylliumendkappe 22 angeschweißt, welche das obere Ende der Graphitbüchse 13 festlegt und auch eine Einrich-

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Claims

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tung vorsieht oder bildet zum Heben und Senken der die Bohrung 49 eindringt oder diese schneidet; die aus der Büchse 13 und den Bündeln 24 jeweils be- Achse der Bohrung 51 ist jedoch gegenüber der stehenden Brennstoffelement-Einheit. Eine zweite Achse der Bohrung 49 versetzt (siehe insbesondere Berylliumendkappe 23 umschließt mit Preßsitz das Fig. 5). Die Bohrung 51 enthält einen Stift 52, desuntere Ende der Büchse 13. Sie wirkt als Boden- 5 sen Enden aus dem Block 50 hervorragen, jedoch halterung und als Führung, wenn die Brennstoff- frei von der Büchse 45' des benachbarten Elementes element-Einheit in einen Brennstoffkanal eingeführt sind. Die oberen Enden der Verbindungsanker 40 wird. weisen Schlitze 53 auf, welche mit den hervorragen-

Die Bohrungen 16 in den Platten 12 sind so aus- den Enden des Stiftes 52 im Eingriff stehen. Die entgebildet, daß ihre gesamte Querschnittsfläche der io sprechende Graphitbüchse 45' weist Bohrungen 54 Querschnittsfläche der Strömungswege zwischen den auf, mit deren Hilfe der Stift 52 eingeführt oder ummantelten Brennstoffbauteilen nahekommt. zurückgezogen werden kann, um benachbarte Brenn-

Bei einer abgeänderten Ausführungsform, welche stoffelement-Einheiten auszukuppeln,
in Fig. 3 dargestellt ist, ist anstatt der Beryllium- Es sei darauf hingewiesen, daß die beschriebene endkappe 22 ein Endrand oder eine Endkrempe 26 15 Konstruktion oder das Baumuster das Auskuppeln aus Beryllium vorgesehen, die mit der oberen Trag- mehrerer Brennstoffelement-Einheiten ermöglicht, platte 27 einstückig ausgebildet ist. Dieser einstückige und zwar in einer Art und Weise, welche einen Grad Bauteil 26/27 ruht in einer ringförmigen Aussparung oder ein gewisses Ausmaß an Biegsamkeit zwischen 28 im oberen Teil der Graphitbüchse 29. Dort ist den einzelnen gestapelten Einheiten in dem Sinne keine untere Endkappe vorhanden, so daß der Boden 20 zuläßt, daß die Längsachse einer Einheit in begrenz- oder der untere Teil der Graphitbüchse 29 auf dem tem Ausmaß außer Flucht bewegt werden kann Endrand der unteren benachbarten Brennstoff- relativ zur Längsachse der benachbarten Brennstoffelement-Einheit ruht. Dadurch wird der Möglichkeit element-Einheit, mit welcher es gekuppelt ist. der Selbstverschweißung von Berylliumendkappen Normalerweise wird eine Anzahl von Brennstoffmiteinander entgegengewirkt, die bei der in Fig. 1 25 element-Einheiten innerhalb des Brennstoffkanals dargestellten Bauweise bei sehr hoher Temperatur eines Kernreaktors aufgehängt, wobei in kaltem Zuauftreten kann. stand zwischen den Graphitbüchsen 45 und 45' Spiel

Weiterhin sind anstatt der Abstandsstäbe 19 vorhanden ist und die oberen Endwände der Schlitze

Stangen- oder Verbindungsanker 30 (von welchen 53 der Verbindungsanker 40 auf dem Stift 52 ruhen,

einer in Fig. 3 gezeigt ist) vorgesehen. Jeder Verbin- 30 Unter dem Einfluß der Kernerwärmung wird das

dungsanker 30 weist an seinem oberen Ende einen Spiel zwischen den Graphitbüchsen 45 und 45' durch

Kopf 31 auf, welcher durch eine Öffnung 32 in der deren Längsausdehnung aufgehoben, wodurch das

Tragplatte 27 ragt. Der Verbindungsanker 30 mit Entweichen oder der Verlust von Kühlgas beim

seinem Flansch 33 ist an der Tragplatte 27 mit Hilfe Fließen in den Büchsen 45 und 45' auf ein Minimum

einer C-Zwinge 34 und einem Stift 35, welche zwi- 35 herabgedrückt wird. Der Verbindungsanker 40 und

sehen der Platte 27 und dem Kopf 31 angeordnet die Brennstoffbüchsen 38, welche mit ihnen durch

sind, befestigt. die Tragplatten 39 verbunden sind, dehnen sich von

Bei einer anderen Brennstoffelement-Einheit nach ihren befestigten unteren Enden nach oben aus, und der Erfindung, welche in den Fig. 4 bis 8 veranschau- zwar in einem anderen Ausmaß als die Graphitlicht ist, sind Bündel 36 von Urandioxydstäben 37, 40 büchsen; jedoch wird die unterschiedliche Ausdehwelche in Berylliumhüllen (Hülsen oder Büchsen) 38 nung von den Schlitzen 53 in den oberen Enden der eingeschlossen sind, zwischen Berylliumtragplatten 39 Verbindungsanker so aufgenommen, daß unergelagert. Diese Tragplatten 39 sind zwischen Schul- wünschte Beanspruchungen infolge unterschiedlicher tern 41 an diametral gegenüberliegenden Beryllium- Ausdehnung verhindert werden,
verbindungsankern 40 gehalten, welche in Rillen 42 45 Die Brennstoffstäbe sind bei der in den Fig. 1 in den Platten 39 eingreifen. Die Hülsen 38 weisen und 2 gezeigten Bauweise auf einem quadratischen Endlagerzapfen 43 auf, welche in Bohrungen 44 in Gitterwerk angeordnet, während die in den Fig. 4 den Tragplatten 39 sitzen, wobei Zwischenräume bis 8 gezeigten Brennstoffstäbe auf einem kreisförmizwischen benachbarten Zapfen 43 gelassen sind, um gen Gitterwerk angeordnet sind. Die letztere Anordeine Ausdehnung der Stäbe 37 mit ihren Hülsen 38 50 nung erlaubt eine mehr symmetrische Unterbringung zu ermöglichen. Die Tragplatten 39 weisen Bohrungen oder Anordnung der Brennstoffstäbe innerhalb der 55 auf, welche zwischen den Bohrungen 44 angeord- Graphitbüchse, was vom Standpunkt der Wärmenet sind, um den Durchfluß des Kühlmittels, das in Übertragung auf das Kühlmittel von Vorteil sein kann. Kontaktberührung mit den Bündeln36 steht, zu ge- PA_TBTJTA>i<!Pwttr-WF.
statten; die Bohrungen55 sind derart, daß ihre ge- 55 PATENTANSPRÜCHE,
samte Querschnittsfläche sich der Querschnittsfläche 1. Brennstoffelement-Einheit für einen Kernder Strömungswege zwischen den ummantelten reaktor, die aus mehreren innerhalb einer Hülse Brennstoffbauteilen nähert. Die Tragplatten 39 sind oder Büchse übereinander angeordneten Brennmit Spiel innerhalb einer Graphitbüchse 45 so ange- stoffbündeln besteht, deren ummantelte Brennordnet, daß sie sich bei Ausdehnung in Längsrich- 60 Stoffbauteile jeweils an beiden Enden in Haltetung relativ zur Büchse 45 bewegen können. Die platten gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, Fußenden der Verbindungsanker 40 weisen Bohrun- daß sämtliche Halteplatten eines Brennstoffgen 46 auf, in welche Stifte 47 eingreifen, die mit bündelstapels durch Abstandsstangen miteinander ihren Außenenden in Bohrungen 48 in der Graphit- verbunden sind, derart, daß der Stapel mit den büchse 45 sitzen oder dringen und mit ihren Innen- 65 Halteplatten und den Abstandsstangen eine geenden innerhalb einer durchgehenden Bohrung 49 in schlossene Bauteilgruppe bildet, daß zwischen einem Berylliumblack 50 sitzen. Der Block 50 weist zwei benachbarten Brennstoffbündeln einer solauch eine durchgehende Bohrung 51 auf, welche in chen Bauteilgruppe jeweils nur eine Halteplatte

vorgesehen ist und daß die ummantelten Brennstoffbauteile sich relativ zu ihren Halteplatten und die an einem Ende in der aus Graphit bestehenden Hülse abgestützte Bauteilgruppe sich relativ zu dieser Hülse ungehindert auszudehnen vermögen.
2. Brennstoffelement-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ummantelten Brennstoffbauteile je einen Lagerzapfen an jedem ihrer Enden für den Eingriff in eine Lager- oder Paßöffnung der entsprechenden Halteplatte aufweisen, wobei Spiel zwischen den Enden benachbarter Zapfen gelassen ist, um eine Ausdehnung dieser Bauteile zuzulassen.
3. Brennstoffelement-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an seinen Enden Mittel zum Kuppeln benachbarter Brennstoffelement-Einheiten vorgesehen sind.
4. Brennstoffelement-Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel aus einem Block und aus Stiften bestehen, welche aus diesem Block hervorragen, um in Öffnungen oder Löcher in einem Ende der Abstandsstangen bzw. Abstandsstücke und in Löcher in einem Ende der Abstandsstücke benachbarter Brennstoffelement-Einheiten einzugreifen, wobei der Block an einem Ende der Graphitbüchse befestigt ist.
5. Brennstoffelement-Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte für das Eingreifen in die Abstandsstücke der Brennstoffelement-Einheit und die Stifte für den Eingriff in die Abstandsstücke einer benachbarten Brennstoffelement-Einheit gegeneinander versetzt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

»Nuclear Power«, Vol. 1, 1956, S. 331;
»Electrical Review«, 26. April 1957, S. 752;
»Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 2, 1955, S. 402 bis 405, und Vol. 3, 1955, S. 158 bis 161 und bis 337.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen