[发明专利]用于压水反应堆的燃料元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于压水反应堆的燃料元件。

背景技术

一种这样的燃料元件包括一个燃料棒束、至少一个具有多个例如正方形形状的由至少一个由一种第一材料构成的板条部分限定边界的小室的间隔件和多个分别通过一个小室由一种第二材料构成的导管。各间隔件轴向固定在各导管上。如果间隔件和导管由锆合金构成，则通过焊接的连接是可能的。但如果所说的各构件之一由因科镍合金(Inconel)或钢构成而另一构件由一种锆合金例如锆锡合金(Zircaloy)制造，则不考虑焊接连接。此外成问题的是，所述各材料具有不同的热膨胀系数和与之相应的不同的热膨胀。在一个燃料元件加热到工作温度时，可能因此在熔焊连接和钎焊连接处产生应力。形锁合的连接在燃料元件加热时易于不再如在冷态下那样地牢固。

在由DE 2 259 495 A和DE 26 05 594已知的燃料元件中，导管与间隔件之间的连接这样构成，以致由热引起的相对膨胀不减弱所述连接的强度。这是这样地达到，即在导管上直接或间接地固定一些第一和第二突出部，其中一个第一突出部设置在一个第一轴向位置而一个第二突出部设置在一个第二轴向位置并且各突出部分别嵌入到一个打通一个板条部分的窗口中。

发明内容

由此出发，本发明的目的是，建议一种用于压水反应堆的燃料元件，其中由具有不同的热膨胀的材料构成的间隔件和导管按一种可选择的方式相互连接，而且特别由此至少减小在窗口区域内的材料变形。

按照权利要求1，通过一种在导管与间隔件之间的连接达到该目的，其中在导管热膨胀更大的情况下各突出部的相互远离的侧面和在一个间隔件或一个构成其小室的板条部分热膨胀更大的情况下各突出部的相互面对的侧面分别与一个窗口的一个止挡区域配合作用。借此确保，在由加热引起的在间隔件与导管之间的相对运动中，在所述各部件之间的机械连接不会变松，而相反会变得更牢固，因为各突出部更牢固地压到窗口的相应的止挡区域上。因此不需要在组装状态下亦即在室温下就已达到后来在工作状态下的最终强度。一个在组装以后在突出部与窗口的止挡区域之间存在的微小的间隙同样最迟在达到工作温度时消失。在燃料元件加热时，在间隔件与导管之间的相对运动可以导致一个窗口的止挡区域的变形。但通过一个在室温下存在的在各突出部与各止挡区域之间的间隙可以将该变形保持很小。通过一个窗口的一个止挡区域具有至少一个倾斜于间隔件或一个导管的纵向方向延伸的侧面的斜边的方式，将减小或完全防止在一个窗口的区域内的更强的材料变形，该斜边与一个突出部一起构成一种滑键连接。随着在间隔件与导管之间的渐增的相对运动，这种类型的连接由于楔效应随着渐增的加热而变得更牢固。通过斜边的倾斜程度，可以对在相互组合的材料的热膨胀性能方面或多或少强烈明显的差异进行匹配。也可以这样阻止一个板条部分在窗口边缘区域的变形，即构成一个具有一个与倾斜区域配合作用的斜面的突出部。借此加大相互的支承面并与之相应地分配作用到一个斜边上的力。由此达到的较小的单位面积压力使一个板条部分在斜边区域产生相应较小的变形。

在另一优选的实施形式中设定，一个突出部的所述斜面附加具有一个沿径向方向的倾斜并且沿圆周方向至少部分地背面嵌接一个窗口的斜边，其中在板条部分与导管之间相对运动时对板条部分施以一个径向向内作用的分力。按这种方式，一个板条部分在间隔件与导管之间相对运动时由于所述的力作用被压向导管的圆周表面。此外还阻止了一个板条部分在越过突出部与窗口之间的轴向起作用的咬边情况下径向向外拱起。