NUCLEAR-REACTOR FUEL ELEMENT

Abstract: 1. Nuclear reactor fuel element having fuel rods, which contain nuclear fuel and are parallel to each other, and two grids which are arranged side by side in the longitudinal direction of the fuel rods and which have upright sheet-metal bars, which pass through at right angles and form meshes for, in each case, one of the fuel rods, characterized in that secured to two intersections (20, 21) of two sheet-metal bars (11, 12; 13, 14) of the two grids (9, 10), which intersections are located side by side in the longitudinal direction of the fuel rods (8), there is, in each case, one end of an extended sheet-metal strip (22) which is parallel to the fuel rods (8) and which is twisted about its longitudinal axis.

Description: Kernreaktorbrennelement Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement mit Kernbrennstoff enthaltenden, zueinander parallelen Brennstäben und zwei in Längsrichtung der Brennstäbe nebeneinander angeordneten Gittern, die hochkant stehende, sich rechtwinklig durchsetzende Blechstege aufweisen, welche Maschen fUr Jeweils einen der Brennstäbe bilden. Ein solches Kernreaktorbrennelement ist bereits üblich.In einem Kernreaktor, z.B. Druckwasserkernreaktor, eingesetzt heizt es Jedoch über seinen Querschnitt gesehen das Kühlmittel im Kernreaktor ungleichmässig auf. Im Kernreaktor bilden sich also im Kernreaktorbrennelepient kältere und heissere Kcihlmittelströmungsfäden ,so dass unter Umständen gerade die am stärksten aufgeheizten und damit am stärksten belasteten Brennstäbe nicht genügend gekühlt werden. Es sind daher auch Kernreaktorbrennelemente üblich mit sogenannten Verwirbelungsfahnen, die sich an Durchsetzungsstellen von Jeweils zwei rechtwinkligen Blechstegen am Austrittsquerschnitt des Gitters befinden. Diese Verwirbelungsfahnen sind mit einem Ende an einem der beiden sich durchsetzenden Blechstege befestigt, ferner sind sie längsgeschlitzt und am Längssohlitz gespreizt. Diese Verwirbelungsfahnen lenken das Kühl- mittel um, das zwischen den vier Brennstäben strömt, die sich in den vier Maschen an de r der Durchsetzungsstelle des Gitters mit der Jeweiligen Verwirbelungsfahne befinden. Zur weiteren Vergleichmässigung der Kühlmittel- temperatur über den Querschnitt des Kernreaktorbrennelementes kann zwar durch eine Verdrillung der Verwirbelungsfahnen um ihre Längsrichtung eine Schraubenströmung des Kühlmittels ausgebildet werden, die mechanische Belastung solcher verdrillten Verwirbelungsfahnen durch die Reaktionskräfte zur Kühlmittelströmung ist Jedoch so stark, dass sie zu einem Abbrechen der Verwirbelungsfahnen vom Gitter führen kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und die Ausbildung einer möglichst langen Schraubenströmung des Kühimitteis innerhalb des Kernreaktorbrennelementes im Kernreaktor zu ermöglichen und zugleich die Stabilität der Gitter des Kernreaktorbrennelementes gegen Reaktionskräfte zu solchen langen Schraubenströmungen zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwänten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass an zwei in Längsrichtung der Brennstäbe nebeneinander befindlichen Kreuzungsstellen zweier Blechstege der beiden Gitter jeweils ein Ende eines zu den Brennstäben parallelen langgestreckten Blechstreifens befestigt ist, der um seine Längsachse verdrillt ist. Da die langgestreckten, verdrillten Blechstreifen an beiden Enden durch ein Gitter am Kernreaktorbrennelement gehalten sind, können sie den Reaktionskräften zu den Schraubenstromungen besser widerstehen. Deshalb können diese verdrillten Blechstreifen auch verhältnismässig lang ausgeführt sein, so dass dem Kühlmittel am Austrittsgitter der Kühlmittelströmung ein ganz erheblicher Drall verliehen wird und sich auch eine besonders lange Schraubenströmung des Kühlmittels nach seinem Austritt aus dem Austrittsgitter ausbildet. Dies hat zur Folge, dass die Kühlmittelströmungsfäden innerhalb des Kernreaktorbrennelementes im Kernreaktor noch besser miteinander vermischt werden und die Kühlmitteltemperatur über den Querschnitt des Kernreaktorbrennelementes noch mehr vergleichmässigt wird. Dadurch sind die Voraussetzungen für Leistungserhöhungen der Brennstäbe des Kernreaktorbrennelementcs in Kernreaktor verbessert. Wegen der vergleichmässigten Ktihlmittelteperatur ist auch die Oxidbildung auf der Aussenfläche der Hüllrohre der Brennstäbe siahrend der Betriebszeiten im Kernreaktor verringert. Die Montage des Kernreaktorbrennelementes gestaltet sich besonders einfach, wenn in vorteilhafter Weise der langgestreckte Blechstreifen an seinen beiden Enden einen Längsschlitz aufweist, in dem Jeweils die beiden sich kreuzenden Blechstege eines der beiden Gitter angeordnet sind. Ferner ist es für die mechanische Stabilität des langgestreckten Blechstreifens gegen die Reaktionskräfte der Schraubenströmung innerhalb des Kernreaktorbrennelementes günstig, wenn der langgestreckte Blechstreifen an seinen beiden Enden so an den Seitenflächen des gleichen Blechsteges anliegt, dass er durch eine entgegen seinem Verdrillungssinn gerichtete Kraft beiderseits des Längsschlitzes gegen diesen Blechsteg gepresst wird. Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem AusfUhrungsbeispiel näher erläutert: Fig. 1 zeigt in Seitenansicht und stark schematisiert ein Kernreaktorbrennelement für einen Druckwasser kernreaktor; Fig. 2 zeigt in Seitenansicnt ein Gitter im Kernreaktor brennelement nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Gitter nach Fig. 2. Fig. 4 zeigt etwas verkleinert und in Draufsicht die zwei Gitter nach den Fig. 2 und 3 als Einzel teile. Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt entsprechend der strich punktierten Linie V-V durch die beiden Gitter entsprechend Fig. 4. Fig. 6 zeigen in Drauf- bzw. Unteransicht zwei Stellen und 7 der beiden Gitter nach den Fig. 4 und 5. Das Kernreaktorbrennelement nach Fig. 1 ist für einen Druckwasserkernreaktor bestimmt und weist zwei quadratische Halteplatten 2 und 3 aus Metall auf. Ferner sind zwei zueinander parallele Haltestäbe 4 und 5, z.B. Steuerstabführungsrohre, aus Metall erkennbar, deren Längsachsen die beiden zueinander parallelen Halteplatten 2 und 3 in einem Winkel von 900 durchdringen und die an Jedem Ende Jeweils an einer der beiden Halteplatten 2 und 3 festgeschraubt sind. Jeder der beiden Haltestäbe 4 und 5 ist durch eine quadratische Masche in quadratischen gitterförmigen Abstandhaltern 6 aus Metall geführt, die sich in Längsrichtung der Haltestäbe 4 und 5 gesehen zwischen den beiden Halteplatten 2 und 3 befinden und die an den Haltestäben 4 und 5 formschlüssig gehaltert sind. Durch andere Maschen der Abstandhalter 6 ist jeweils ein zu den Haltestäben 4 und 5 paralleler Brennstab 8 geführt, der im wesentlichen aus einem mit Kernbrennstoff gefüllten Hüllrohr aus Metall besteht, das an beiden Enden gasdicht verschlossen ist. Die Brennstäbe 8 sind an keiner der beiden Halteplatten 2 und 3 befestigt, sondern sie sind in den Maschen der Abstandhalter 6 elastisch d.h. kraftschlüssig durch nicht erkennbare Noppen und Federn der Abstandhalter 6 gehaltert und haben zwischen den beiden Halteplatten 2 und 3 in Richtung ihrer Längsachse Spiel. Sie können sich deshalb in ihrer Längsrichtung d.h. in Längsrichtung des Kernreaktorbrennelementes ungehindert ausdehnen. Jeweils zwischen zwei Abstandhaltern 6 weist das Kernreaktorbrennelement zwei in Längsrichtung der Brennstäbe 8 mit Abstand nebeneinander angeordnete quadratische Gitter 9 und 10 auf mit hochkant stehenden, sich rechtwinklig durchsetzenden Blechstegen 11 und 12 bzw. 13 und 14, welche quadratische Maschen bilden, in denen sich Jeweils einer der Brennstäbe 8 bzw. einer der Halte stäbe 4 und 5 befinden. In Fig. 3 sind die Maschen 15 des Gitters 9 erkennbar. Während die Brennstäbe 8 mit Abstand von den Blechstegen 11 bis 14 d.h. also lose durch die Maschen der Gitter 9 und 10 geführt sind, berühren die Haltestäbe 4 und 5 diese Blechstege, die Jeweils eine an einer Kante quer den Haltestäben 4 und 5 angeformte Zunge 16 bis 19 aufweisen, mit der die Blechstege aussen an den Haltestäben 4 und 5 festgeschweisst sind. In Fig. 2 sind die am Haltestab 5 festgeschweissten Zungen 16 bis 19 erkennbar. An in Längsrichtung der Brennstäbe 8 und der Haltestäbe 4 und 5 auf zu den Längsachsen dieser Stäbe parallelen Achsen liegenden Kreuzungsstellen 20 und 21 Jeweils zweier Blechstege 11 und 12 des Gitters 9 und 13 und 14 des Gitters 10 ist jeweils ein Ende eines zu den Brennstäben 8 und den Haltestäben 4 und 5 parallelen, langgestreckten Blechstreifen 22 befestigt. Diese Blechstreifen 22 sind um ihre zu den Längsachsen der Brennstäbe 8 und der Haltestäbe 4 und 5 parallelen Längsachsen verdrillt und bilden so eine Art Schraubengang für ein das Kernreaktorbrennelement in dessen Längsrichtung d.h.in Längsrichtung der Brennstäbe 8 und der Haltestäbe 4 und 5 durchströmendes Kühlmittel in einem Druckwasserkernreaktor. Wie die Fig. 4 bis 7 besonders deutlich zeigen, hat jeder der langgestreckten Blechstreifen 22 an seinen beiden Enden in der Mitte einen Längsschlitz 23 bzw. 24. Im Längs schlitz 23 sind zwei sich kreuzende Blechstege 11 und 12 des Gitters 9 und im Längsschlitz 24 zwei sich kreuzende Blechstege 13 und 14 des Gitters 10 angeordnet. Zwei Blechstreifen 22, die am Blechsteg 11 des Gitters 9 und am Blechsteg 13 des Gitters 10 unmittelbar benachbart angebracht sind, sind vorteilhafterweise gegensinnig verdrillt. Das gleiche gilt für zwei langgestreckte PlecAstreifen 22, die an einem die Blechstege 11 rechtwinklig durchsetzenden Blechsteg 12 des Gitters 9 und an einem die Blechstege 13 rechtwinklig durchsetzenden Blechsteg 14 des Gitters 10 unmittelbar benachbart nebeneinander angebracht sind. Hierdurch werden inxdas Kernreaktorbrennelement in Längsrichtung durchströmenden KUlilmittel gegenläufi# Wirbel erzeugt, die ktihleres Kühlmittel nach aussen in die Spalte zwischen zwei BrennstäDen 8 befördern und von dort heisses Kühlmittel mit höherem Dampfgehalt in das Zentrum des Wirbels saugen und in Strömungarichtung des Kühlmittels befördern. Die Blechstege 11 und 12 des Gitters 9 und die Blechstege 13 und 14 des Gitters 10 können an den Kreuzungsstellen 20 bzw. 21 hochkant ineinander gesteckt und miteinander verschweisst sein. Ein Blechstreifen 22, der beiderseits eines Längs schlitzes 23 flach an einem Blechsteg des Gitters 9 anliegt, liegt an seinem anderen Ende beiderseits des dort befindlichen Längsschlitzes 24 flach an einem Blechsteg des Gitters 10 an, welcher rechtwinklig zum Blechsteg des Gitters 9 ist, an dem dieser Blechstreifen 22 flach anliegt. Ausserdem werden die Blechstege 22 mit ihren Anlageflächen an den Stegen der Gitter 9 und 10, an denen sie festgeschweisst sind, durch eine entgegen dem Verdrillsinn des Jeweiligen Blechstreifens 22 gerichtete Kraft gegen den Jeweiligen Blechsteg gepresst, so dass dieser Blechsteg vom Jeweiligen Blechstreifen 22 ausgehende Reaktionsdruckk.räfte aufnehmen kann, die auftreten, wenn die verdrillten Blchstreifen 22 dem sie durchströmenden Kühlmittel eine Strömungsrichtung in Längsrichtung des Rernreaktorbrennelementes geben und einen Drall verleihen, mit dem das Kühlmittel die verdrillten Blechstreifen 22 verlässt. 4 PatentansprUche 7 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Kernreaktorbrennelement mit Kernbrennstcff enthaltenden, zueinander parallelen Brennstäben und zwei in Längsrichtung der Brennstäbe nebeneinander angeordneten Gittern, die hochkant stehende, sich rechtwinklig durchsetzende Blechstege aufweisen, welche Maschen für Je wells einen der Brennstäbe bilden, d a d u r c h g e k e n n z e i c 1l n e t , dass an zwei in Längsrichtung der Brennstäbe (8) nebeneinander befindlichen Kreuzurgsstellen (20) bzw. (21) zweier Blechstege (11 > und (12) bzw. (13) und (14) der beiden Gitter (9) und (10) jeweils ein Ende eines zu den Brennstäben (8) parallelen, langgestreckten Blechstreifens(2Z) be befestigt ist, der um seine Längsachse verdrillt ist. 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 langgestreckte dlechstreifen (22) an seinen beidt inden einen Längsschlitz (23J und (24) aufweist, in dem je- weils die beiden sich kreuzenden Blechstege (11) und (12) bzw. (13) und (14) eines der beiden Gitter (9) und (10) angeordnet sind. 3. 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 zwei langgestreckte Blechstreifen (22), die an einem Blechsteg (11) und (12) bzw. (13) und (14) der beiden Gitter (9) und (10) unmittelbar benachbart angebracht sind, gegensinnig verdrillt sind. 4. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der langgestreckte Blechstreifen (22) an seinen beiden Enden so an den Seitenflächen des gleichen Blechsteges (11) oder (12) bzw. (13) oder (14) anliegt, dass er durch eine entgegen seinem Verdrillsinn gerichtete Kraft beiderseits des Längsschlitzes (23) bzw. (24) gegen diesen Blechsteg (11) oder (12) bzw. (13) oder (143 gepresst wird.

Inventors: STEINKE, ALEXANDER
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1985
Main classification: G21C3
IPC codes: G21C3