DE102004063815B4 - Ausbilden verteilter Gruppierungen von Teillängenstäben für ein Reaktorbrennstabbündel - Google Patents

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Abstract

Brennelement (10), zu dem gehören:
ein Kanalgrundkörper (12), der eine Umfangswand (34) und gegenüberliegende Enden (27, 31) aufweist und zwei Fluidkanäle (36) innerhalb der Umfangswand (34) enthält, die zu einer longitudinalen Mittellinie (37) des Brennelements (10) benachbart und symmetrisch zu dieser angeordnet sind, durch Rohre (48) gebildet sind und sich zwischen den gegenüberliegenden Enden (27, 31) erstrecken;
mehrere innerhalb des Kanals (12) in Zeilen und Spalten angeordnete Brennstäbe (14), wobei die Brennstäbe (14) sowohl die volle Länge aufweisende Stäbe (18) als auch Teillängenbrennstäbe (20) beinhalten; und
wobei die Teillängenbrennstäbe (20) in zwei Brennstabgruppen (38, 40) angeordnet sind, zu denen gehören:
eine erste Brennstabgruppe (38) mit Teillängenbrennstäben (20), die sämtlich benachbart zu den Fluidkanälen (36) angeordnet sind und zwei Untergruppen umfassen, die in einer spiegelbildlichen Anordnung entlang der Mittellinie (37) zwischen den zwei Fluidkanälen (36) angeordnet sind, wobei jede Untergruppe drei Teillängenbrennstäbe (20) enthält, die zwei Paare...

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Siedewasserreaktoren und insbesondere eine Vorrichtung und ein Konstruktionsverfahren für Brennstabbündel von Siedewasserreaktoren.
  • VERWANDTE TECHNIK
  • Brennstabbündel (Brennelemente) für Siedewasserreaktoren enthalten gewöhnlich jeweils eine Anzahl von vertikal geschichteten Brennstäben. Herkömmliche Brennstabbündel oder Brennstabanordnungen verfügen über eine quadratisch oder rechteckig gestaltete Umfangswand, die als Kanal bezeichnet wird, in dessen Inneren die Brennstäbe positioniert werden. Durch den Siedewasserreaktor strömendes Reaktorkühlmittel tritt am unteren Ende des Kanals ein und gelangt vertikal aufwärts und in Längsrichtung an den Brennstäben vorbei, an denen es erwärmt wird und Dampf bildet. Der Dampf strömt aus oberen Öffnungen des Brennstabbündels aus. Siedewasserreaktoren können einige Hundert Brennstabbündel enthalten. Innerhalb einer Brennstabanordnung sind ferner gewöhnlich ein oder mehrere Wasserkanäle vorgesehen, um eine Wasserquelle zu haben, um eine ausrei chende Menge von Neutronen abzubremsen, um Kritikalität zu initiieren und aufrecht erhalten.
  • Das höchstmögliche Betriebsleistungsvermögen wird für einen Siedewasserreaktor erlangt, falls sämtliche Brennstäbe die volle Länge aufweisen. Der Nachteil eines Verwendens eines Anteils von 100% von volle Länge aufweisenden Brennstäben ist darin zu sehen, dass die Reaktorabschaltspanne nicht optimiert ist. Nach einem Herunterfahren eines Reaktors kommt die Kernspaltung nicht unmittelbar zum Stillstand. Die Neutronenfreisetzung setzt sich fort, und es ist erforderlich, ausreichend viele Neutronen abzufangen, um eine unbeabsichtigte Kritikalität zu verhindern. Die Abschaltspanne steht daher in Zusammenhang mit einem Prozentsatz eingefangener gegenüber abgespaltener Neutronen, der ausreicht, um Kritikalität zu verhindern. Die Abschaltspanne wird gewöhnlich verbessert, indem in jedem Brennstabbündel mehrere eine Teillänge aufweisende Brennstäbe verteilt werden. Ein oberhalb jedes Teillängenbrennstabs vorhandenes unbesetztes Volumen stellt Raum für ein zusätzliches Wasservolumen zur Verfügung, wenn der Reaktor heruntergefahren wird. Diese zusätzlichen Wasservolumina fangen Neutronen ab, um eine größere Abschaltspanne für den Reaktor zu ermöglichen. Im Falle herkömmlicher Siedewasserreaktorbrennstabbündel sind die Teillängenbrennstäbe gleichmäßig um die Fluidströmungskanäle, jedoch innerhalb eines äußeren Rings von Brennstäben voller Länge verteilt.
  • US 2003/0123601 A1 offenbart mehrere Anordnungen von Brennstäben voller und verkürzter Länge innerhalb eines Brennelementes eines Siedewasserreaktors, die ohne Vergrößerung des Druckabfalls eine höhere Abbrandrate und eine Verbesserung der Kernstabilität ermöglichen.
  • US 5 432 829 A offenbart ebenfalls Anordnungen von Voll- und Teillängenbrennstäben zur Steigerung des Abbrands.
  • Die bekannten Konfigurationen von Teillängenbrennstäben in einem Brennstabbündel erzielen nicht die optimale kriti sche Leistung und/oder optimale Abschaltspanne für den Reaktor.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein Siedewasserreaktor wenigstens ein Brennstabbündel mit einer Umfangswand und gegenüberliegenden Öffnungen. Mindestens ein Fluidkanal ist innerhalb der Umfangswand angeordnet und erstreckt sich zwischen den gegenüberliegenden Öffnungen. Mehrere Brennstäbe sind außerhalb des Fluidkanals innerhalb der Umfangswand angeordnet. Die Brennstäbe beinhalten sowohl Stäbe voller Länge als auch Teillängenbrennstäbe. Die Teillängenbrennstäbe sind in zwei Brennstabgruppen verteilt. Eine erste Brennstabgruppe enthält Teillängenbrennstäbe, die sämtliche benachbart zu dem Fluidkanal verteilt angeordnet sind. Eine zweite Brennstabgruppe enthält Teillängenbrennstäbe, die sämtliche innerhalb der Umfangswand und unmittelbar zu dieser benachbart verteilt angeordnet sind. Die erste und zweite Gruppe enthält jeweils wenigstens ein Paar benachbarte Teillängenbrennstäbe.
  • Die um den Umfang des Brennstabbündels verteilten Brennstäbe voller Länge erzeugen eine brennstoffreiche Zone. Indem die Teillängenbrennstäbe in Gruppen verteilt werden und eine der Brennstabgruppen unmittelbar benachbart zu der Umfangswand des Brennstabbündels angeordnet wird, stehen sowohl benachbart zu den Brennstäben voller Länge als auch außerhalb von diesen örtlich größere Wasservolumina zur Verfügung. Die Teillängenbrennstäbe aufweisende Gruppe, die unmittelbar benachbart zu dem Umfang angeordnet ist, ist ferner in Untergruppen verteilt, die jeweils einen einzelnen oder beispielsweise paarige Teillängenbrennstäbe aufweisen. Nach einem Herunterfahren des Reaktors akkumuliert das durch den Reaktor strömende Wasser oberhalb der gruppierten Teillängenbrennstäbe, um Wasserabscheider zu bilden. Die Wasserabscheider, die oberhalb der die paarige Teillängenbrennstäbe enthaltenden Untergruppen gebildet sind fangen aufgrund eines größeren örtlichen Wasservolumens an der brennstoffreichen Zone der Brennstäbe voller Länge und einer geringfügigen Verminderung der Gesamtmenge an Brennstoff unmittelbar benachbart zu der Umfangswand Neutronen in größeren Mengen ab. Es ist daher eine Abschaltspanne in einem Brennstabbündel ermöglicht, die die Teillängenbrennstäbe besser nutzt.
  • Im Einzelnen sind in einer ersten Ausführungsform zwei Fluidkanäle vorhanden, die zu einer longitudinalen Mittellinie des Brennelements benachbart und zu dieser symmetrisch angeordnet sind. Die Teillängenbrennstäbe der ersten Gruppe sind sämtlich benachbart zu den Fluidkanälen angeordnet und umfassen zwei Untergruppen, die in einer spiegelbildlichen Anordnung entlang der Mittellinie zwischen den beiden Fluidkanälen angeordnet sind, wobei jede Untergruppe drei Teillängenbrennstäbe enthält, die zwei Paare von benachbarten Teillängenbrennstäben bilden, wobei einer von diesen zu beiden Paaren gemeinsam gehört und näher an der Mittellinie angeordnet ist als die anderen zwei Teillängenbrennstäbe.
  • Ferner ist eine zweite Gruppe von Teillängenbrennstäben vorhanden, die sämtlich innerhalb der Umfangswand und zu dieser benachbart angeordnet sind, wobei die zweite Gruppe vier Paare enthält, die in einer zugehörigen von den zwei Zeilen und den zwei Spalten, die der Innenseite der Umfangswand am nächsten liegen, jeweils zentral angeordnet sind.
  • In einer zweiten Ausführungsform ist ein Fluidkanal mit einem rechteckigen Querschnitt vorhanden, der in einer aus mehreren Brennstabzeilen und -spalten gebildeten Matrix angeordnet ist. Die Teillängenbrennstäbe der ersten Gruppe sind so von der Umfangswand beabstandet, dass mindestens ein Brennstab voller Länge zwischen jedem Teillängenbrennstab der ersten Gruppe und der Umfangswand angeordnet ist, und bilden zwei Brennstabpaare, die auf beiden Seiten einer Kante des Fluidkanals angeordnet sind.
  • Die zweite Gruppe der Teillängenbrennstäbe umfasst zwei Paare und zwei einzelne Stäbe, wobei die Paare und die einzelnen Stäbe jeweils in einer der äußersten Zeilen oder Spalten der Matrix angeordnet sind. Dabei sind die Brennstabpaare der ersten Gruppe an den von den Brennstabpaaren der zweiten Gruppe abgewandten Seiten des Fluidkanals angeordnet.
  • Weitere Einsatzfelder der vorliegenden Erfindung erschließen sich nach dem Lesen der anschließenden detaillierten Beschreibung. Es ist selbstverständlich, dass die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele sich zwar auf das exemplarische Ausführungsbeispiel der Erfindung beziehen, allerdings lediglich der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der Erfindung nicht begrenzen sollen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher:
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Brennstabbündels für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt in einer entlang der Schnittlinie 2-2 nach 1 geschnittenen Ansicht eine exemplarische Anordnung von Brennstäben kurzer Länge, die in zwei Brennstabgruppen angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 3 zeigt in einer geschnittenen Ansicht ähnlich derjenigen nach 2 ein abgewandeltes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, das einen einzelnen Wasserkanal anstelle zweier Wasserkanäle, und eine alternative Anordnung einer externen oder Umfangsbrennstabgruppe der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung des Ausführungsbeispiels (bzw. der Ausführungsbeispiele) ist lediglich exemplarischer Natur und soll auf keinen Fall die Erfindung, deren Anwendungsbereich oder Gebrauch beschränken.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Brennstabbündel 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Brennstabbündel 10 weist einen Kanal 12 auf, der eine Anzahl Brennstäbe 14 umhüllt. Jeder der Brennstäbe 14 enthält eine Anzahl von Brennstoffpellets 16. Die Brennstäbe 14 lassen sich in eine Gruppe von Brennstäben 18 voller Länge und eine Gruppe von Teillängenbrennstäben 20 unterteilen. Jeder Brennstab 14 weist ein durch einen unteren Brennstabträger 22 getragenes Trägerende 21 auf. Ein intermediärer Brennstabträger 24 ist dazu vorgesehen, um den ungefähren Mittelabschnitt jedes der Brennstäbe 18 voller Länge und ein distales Ende jedes der Teillängenbrennstäbe 20 zu tragen. Es ist ein oberer Brennstabträger 26 dazu vorgesehen, um ein oberes Ende jedes der Brennstäbe 18 voller Länge zu tragen. Nach Bedarf können zusätzliche (nicht gezeigte) Brennstabträger verwendet werden, um die Brennstäbe 14 zu tragen.
  • Ein Kanalanordnungszufuhrende 27 weist eine zu dem unteren Brennstabträger 22 benachbarte Einlassöffnung 28 auf, um ein Einbringen von Wasser in das Brennstabbündel 10 zu ermöglichen. Das Wasser strömt durch das Brennstabbündel 10 aufwärts, wo es erwärmt wird, um Dampf zu bilden. Der Dampf strömt aus einer Anzahl von Auslassöffnungen 30, die an einem Auslassende 31 des Brennstabbündels 10 angeordnet sind. Ein Hebeelement 32 stellt für das Brennstabbündel 10 ein mechanisches Hebemittel zur Verfügung, um das Brennstabbündel 10 in einen mehrere Brennstabbündel 10 aufweisenden Siedewasserreaktor zu installieren bzw. aus diesem zu entfernen.
  • Wie am besten in 2 zu sehen, weist das Brennstabbündel 10 ferner eine innere Umfangswand 34 des Kanals 12 auf, in dem die Brennstäbe 14 und ein oder mehrere Wasserkanäle 36 angeordnet sind. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Wasserkanäle 36 vorgesehen, die jeweils benachbart zu einer longitudinalen Mittellinie 37 des Brennstabbündels 10 angeordnet sind. Die Brennstäbe 14 sind innerhalb eines im Wesentlichen quadratisch oder rechteckig ausgebildeten Brennstabbündel 10 in einer 10 × 10-Zeilen-und-Spalten-Konfiguration angeordnet, die zehn Zeilen 43 und zehn Spalten 45 aufweist. Jeder Brennstab 14 befindet sich benachbart zu mindestens einem weiteren Brennstab 14 entweder in einer ”Stirnfläche-zu-Stirnfläche” gepaarten Anordnung oder einer ”Stirnfläche-Diagonale” gepaarten Anordnung angeordnet. Die Stirnfläche-zu-Stirnfläche gepaarte Anordnung 49 ergibt sich zwischen zwei benachbarten Brennstäben, die entlang einer gemeinsamen Mittellinie 47 (wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine einzige exemplarische Mittellinie 47 gezeigt ist) koaxial ausgerichtet sind, die durch entweder eine der Zeilen 43 oder eine der Spalten 45 von Brennstäben 14 verläuft. Die Stirnfläche-Diagonale-Anordnung ergibt sich zwischen zwei benachbarten Brennstäben, die entlang keiner der durch die Zeilen 43 oder die Spalten 45 der Brennstäbe 14 verlaufenden gemeinsamen Mittellinien 47 koaxial fluchtend ausgerichtet sind.
  • Die Teillängenbrennstäbe 20 sind in zwei Gruppen angeordnet. Eine erste Brennstabgruppe 38 ist zu den Wasserkanälen 36 benachbart angeordnet. Die erste Brennstabgruppe 38 weist zwei Untergruppen von Teillängenbrennstäben 20 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten der Wasserkanäle 36 angeordnet sind. Jede Untergruppe weist drei Teillängenbrennstäbe 20 auf, die zwei Paare benachbarter Teillängenbrennstäbe 20 bilden. Eine zweite Brennstabgruppe 40 ist unmittelbar benachbart zu der inneren Umfangswand 34 angeordnet und ist, wie beispielsweise in 2 gezeigt, in benachbarte Untergrup penpaare 41 von Teillängenbrennstäben 20 verteilt. Jedes Untergruppenpaar 41 von Teillängenbrennstäben 20, das die zweite Brennstabgruppe 40 bildet, ist etwa auf halben Weg entlang jedes geraden Abschnitts der inneren Umfangswand 34 verteilt. Jeder der Teillängenbrennstäbe 20, die die zweite Brennstabgruppe 40 bilden, sind gegenüber jedem benachbarten Teillängenbrennstab 20 in der Stirnfläche-zu-Stirnfläche-Anordnung positioniert.
  • In dem (nicht gezeigten) Reaktorbehälter sind mehrere Brennstabbündel 10 installiert, um einen Siedewasserreaktor zu bilden. Wenn der Siedewasserreaktor sich in einer Betriebsbedingung eines Herunterfahrens oder einem nicht kritischen Zustand befindet, strömt Wasser (beispielsweise über extern vorgesehene Pumpen) kontinuierlich durch jedes Brennstabbündel 10, um ausreichende Kühlung für den Reaktor aufrecht zu erhalten. Während dieser Bedingung, füllt sich jeder der Wasserkanäle 36 mit einem Wasservolumen 42. Ein oberhalb jedes Teillängenbrennstabs 20 vorhandener Hohlraum füllt sich ebenfalls mit Wasser. Diese Hohlräume wirken als Wasserabscheider 44 (siehe 1), die in Zusammenwirken mit dem Wasservolumen 42 Neutronen abfangen, die weiter freigesetzt werden. Durch ein Abfangen von Neutronen wird eine Abschaltspanne ermöglicht, die dazu dient, zu verhindern, dass der Reaktor zu diesem unerwünschten Zeitpunkt Kritikalität erreicht. Wie am besten in 2 zu sehen, verteilen die in die erste Brennstabgruppe 38 und in die zweite Brennstabgruppe 40 gruppierte Anzahl von Teillängenbrennstäben angehäufte Gruppen von Teillängenbrennstäben so, dass oberhalb von Untergruppen der Teillängenbrennstäbe während der Bedingung des Herunterfahrens angehäufte Gruppen von Wasserabscheidern 44 entstehen. Der Kanal 12 weist ferner ein dem Kanalzufuhrende 27 benachbartes Kanalanschlussende 46 auf, das dazu dient, um den Kanal 12 mit dem Inneren eines (nicht gezeigten) Siedewasserreaktorbehälters zu verbinden. Während der in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Wasserkanal 36 in Form eines Paars von Rohren 48 mit kreisförmigen Querschnitten ausgebildet ist, können ein einzelnes oder auch mehrere kreisförmig oder anders gestaltete Rohre 48 verwendet werden.
  • Mit Bezugnahme auf 3 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Elemente, die dem Ausführungsbeispiel nach 2 gemein sind, einschließlich der Träger, Öffnungen, des Hebeelements, und dergleichen, jedoch ohne auf diese beschränken zu wollen, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
  • Eine Brennstabanordnung 100 stellt mehrere Brennstäbe 102 voller Länge und eine Anzahl Teillängenbrennstäbe 104 bereit. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein einzelner im Wesentlichen rechteckiger Wasserkanal 106 vorgesehen. Wie gezeigt, ist der einzelne Wasserkanal 106 innerhalb des Brennstabbündel 100 gegenüber der Mitte versetzt angeordnet. Es ist zu beachten, dass der Wasserkanal 106 auch zentrisch innerhalb des Brennstabbündels 100 angeordnet sein kann. Im Falle des für das Brennstabbündel 100 gezeigten abgewandelten Ausführungsbeispiels ist ein Kanalgrundkörper 108 im Wesentlichen rechteckig/quadratisch ausgebildet. Der Kanal 108 weist eine innere Umfangswand 110 ähnlich der in 2 gezeigten auf.
  • Durch das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel ist eine 10 × 10 Zeilen-und-Spalten-Anordnung von Brennstäben vorgesehen, die der in 2 gezeigten ähnelt. Die Erfindung ist nicht auf 10 × 10-Anordnungen von Brennstäben beschränkt, d. h. die gezeigt 10 × 10-Konfiguration stellt eine exemplarische Anordnung von Brennstäben dar. Ähnlich wie in 2 ist jeder der Teillängenbrennstäbe 104 in eine von zwei Brennstabgruppen verteilt. Eine erste Brennstabgruppe 112 ist benachbart zu dem Wasserkanal 106 angeordnet. Die erste Brennstabgruppe weist zwei Untergruppen auf, die an einer Ecke des Wasserkanals 106 angeordnet sind. Jede Untergruppe weist ein Paar benachbarte Teillängenbrennstäbe 104 auf. Eine zweite Brennstabgruppe 114 ist als paarige Teillängenbrennstäbe 116 und einzelne Teillängenbrennstäbe 118 verteilt. Die zweite Brennstabgruppe 114 ist um den Umfang des Brennstabbündels 100 unmittelbar benachbart zu der inneren Umfangswand 110 verteilt. Der Wasserkanal 106 ist als gegenüber der longitudinalen Mittellinie 120 des Kanals 108 versetzt gezeigt und ist als ein rechteckig ausgebildetes Rohr 122 dargestellt.
  • Ähnlich dem oben mit Bezug auf 12 beschriebenen Brennstabbündel 10, sieht die Anordnung des Brennstabbündels 100 vor, das die zweite Brennstabgruppe 114 die paarigen Teillängenbrennstäbe 116 und die einzelnen Teillängenbrennstäbe 118 etwa auf halber Höhe der Breite jeder der Wände des Kanals 108 verteilt. Basierend auf der 10 × 10-Brennstäbe-Konfiguration und der gegenüber der Mitte versetzen Anordnung des Wasserkanals 106, sind einzelne Teillängenbrennstäbe 118 in einer Position angeordnet, die in etwa auf halben Wege entlang der inneren Umfangswand 110 liegt.
  • Weil die Gesamtrate der Neutronenabsorption mittels der ersten und zweiten Teillängenbrennstabgruppe der vorliegenden Erfindung erhöht wird, wird eine verbesserte Abschaltspanne für einen Siedewasserreaktor möglich. Die verbesserte Abschaltspanne ergibt sich dadurch, dass die Abmessung von Wasserabscheidern oberhalb der Teillängenbrennstäbe durch paariges Anordnen oder Gruppieren der Teillängenbrennstäbe an einem äußeren Rand des Brennstabbündels und benachbart zu den Wasserkanälen örtlich vergrößert wird. Selektiv beabstandet ermöglichen größere Wasserabscheider in Kombination mit den Wasserkanälen eine verbesserte Abschaltspanne und eine verminderte Wahrscheinlichkeit für ein Entweichen von Dampf, ohne dass der Wirkungsgrad des Reaktors im kritischen Zustand merklich reduziert wird.
  • Ein Reaktorbrennstabbündel enthält sowohl Brennstäbe 18 voller Länge als auch Teillängenbrennstäbe 20. Die Teillängenbrennstäbe 20 werden in zwei Gruppen angehäuft – eine erste Brennstabgruppe 38 ist um einen oder mehrere Wasserkanäle gruppiert, die im Wesentlichen zentrisch in einem Kanal 12 des Brennstabbündels angeordnet sind, und eine zweite Brennstabgruppe 40 ist um eine innere Umfangswand des Kanals verteilt.
  • Die Beschreibung ist im Wesentlichen exemplarisch zu verstehen, und es ist daher beabsichtigt, das Abwandlungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Beispielsweise sind hier Wasserkanalgeometrien mit kreisförmigem und rechteckigem Querschnitt dargestellt. Jedoch können auch andere Geometrien verwendet werden, beispielsweise Wasserkanäle, die einfach durch die Eliminierung oder Umgruppierung von Brennstäben gebildet werden, wodurch es dem Wasser ermöglicht wird, durch Regionen des Brennstabbündels zu strömen, in denen keine Brennstäbe angeordnet sind. Die Wasserkanäle können daher Formen annehmen, die von der vorhandenen Geometrie des Brennstabbündels abhängen. Wasserkanäle mit rechteckigem, ovalen, kreuzförmigen oder sternförmigen Querschnitt lassen sich ebenso verwenden, die entweder mit externen Kanalwänden oder als freie Durchflusskanäle ausgebildet sind. Sowohl einzelne als auch paarweise angeordnete Wasserkanäle sind hier dargestellt, jedoch kann auch eine größere Anzahl von Wasserkanälen verwendet werden.
  • Es ist ferner zu beachten, dass eine quadratische Brennstabanordnung für eine Anordnung einer 8 × 8-, einer 9 × 9- oder einer 10 × 10-Zeilen-und-Kanal-Konfiguration von Brennstäben effizient ist, dass die Erfindung jedoch nicht auf eine rechteckige/quadratische Brennstabbündelgeometrie beschränkt ist. Die Erfindung kann für eine beliebige Brennstabbündelgeometrie verwendet werden, vorausgesetzt, die Teillängenbrennstäbe sind in Gruppen angeordnet, bei denen wenigstens eine Gruppe unmittelbar benachbart zu einer äußeren oder Umfangswand des Brennstabbündels vorgesehen ist, wenigstens einen Teillängenbrennstab enthält und von jeder Ecke des Brennstabbündels durch wenigstens einen Brennstab voller Länge beabstandet ist. Derartige Abwandlungen sind nicht als Abweichung vom Gegenstand der Erfindung zu bewerten. BEZUGSZEICHENLISTE
    ELEMENTNUMMER BEZEICHNUNG
    10 Kanalanordnung
    12 Kanalkörper
    14 Brennstäbe
    16 Brennstoffpellets
    18 Brennstäbe mit voller Länge
    20 Teillängenbrennstäbe
    21 Trägerende
    22 Unterer Brennstabträger
    24 Mittlerer Brennstabträger
    26 Oberer Brennstabträger
    27 Kanalanordnungszufuhrende
    28 Einlassöffnung
    30 Auslassöffnungen
    31 Auslassende
    32 Hebeelement
    34 Innere Umfangswand
    36 Wasserkanäle
    37 Longitudinale Mittellinie
    38 Erste Brennstabgruppe
    40 Zweite Brennstabgruppe
    41 Untergruppenpaar
    42 Wasservolumen
    43 Zeile
    44 Wasserabscheider
    45 Spalte
    46 Kanalanschlussende
    47 Mittellinie
    48 Rohr mit kreisförmigem Querschnitt
    49 Stirn an Stirn gegenüberliegende Paare
    100 Kanalanordnung
    102 Die volle Länge aufweisende Brennstäbe
    104 Teillängenbrennstäbe
    106 Wasserkanal
    108 Kanalgrundkörper
    110 Innere Umfangswand
    111 Erster Satz
    112 Erste Brennstabgruppe
    113 Zweiter Satz
    114 Zweite Brennstabgruppe
    116 Paarige Teillängenbrennstäbe
    118 Einzelne Teillängenbrennstäbe
    120 Longitudinale Mittellinie
    122 Rohr mit rechteckigem Querschnitt
    200 Erzeugungsschritt
    202 Gruppierungsschritt
    204 Positionierungsschritt
    206 Anordnungsschritt
    208 Positionierungsschritt

Claims (9)

  1. Brennelement (10), zu dem gehören: ein Kanalgrundkörper (12), der eine Umfangswand (34) und gegenüberliegende Enden (27, 31) aufweist und zwei Fluidkanäle (36) innerhalb der Umfangswand (34) enthält, die zu einer longitudinalen Mittellinie (37) des Brennelements (10) benachbart und symmetrisch zu dieser angeordnet sind, durch Rohre (48) gebildet sind und sich zwischen den gegenüberliegenden Enden (27, 31) erstrecken; mehrere innerhalb des Kanals (12) in Zeilen und Spalten angeordnete Brennstäbe (14), wobei die Brennstäbe (14) sowohl die volle Länge aufweisende Stäbe (18) als auch Teillängenbrennstäbe (20) beinhalten; und wobei die Teillängenbrennstäbe (20) in zwei Brennstabgruppen (38, 40) angeordnet sind, zu denen gehören: eine erste Brennstabgruppe (38) mit Teillängenbrennstäben (20), die sämtlich benachbart zu den Fluidkanälen (36) angeordnet sind und zwei Untergruppen umfassen, die in einer spiegelbildlichen Anordnung entlang der Mittellinie (37) zwischen den zwei Fluidkanälen (36) angeordnet sind, wobei jede Untergruppe drei Teillängenbrennstäbe (20) enthält, die zwei Paare von benachbarten Teillängenbrennstäben bilden, wobei einer von diesen zu beiden Paaren gemeinsam gehört und näher an der Mittellinie angeordnet ist als die anderen zwei Teillängenbrennstäbe; und eine zweite Brennstabgruppe (40), die Teillängenbrennstäbe (20) enthält, die sämtlich innerhalb der Umfangswand (34) und benachbart zu dieser angeordnet sind und vier Paare (41) von Teillängenbrennstäbe enthalten, die in einer zugehörigen von den zwei Zeilen und den zwei Spalten, die der Innenseite der Umfangswand (34) am nächsten liegen, jeweils zentral angeordnet sind.
  2. Brennelement nach Anspruch 1, bei dem ein oberhalb jedes Teillängenbrennstabs (20) gebildeter Hohlraum zusammen mit den Fluidkanälen (36) jeweils einen Wasserabscheider (44) definiert, wenn darin ein Fluid (42) enthalten ist, um kontrolliert Neutronen abzufangen.
  3. Brennelement nach Anspruch 1, zu dem ferner gehören: eine im Allgemeinen parallele Konfiguration von Brennstäben (14); und wenigstens ein Trägerelement (22, 24, 26), das mit dem Kanal (12) verbunden ist, um einander benachbarte Brennstäbe (14) in der im Allgemeinen parallelen Konfiguration gleichmäßig beabstandet zu halten.
  4. Brennelement nach Anspruch 3, bei dem die gegenüberliegenden Enden aufweisen: ein unteres Zufuhrende (27) mit einer ersten Trägerstruktur (22) zur Aufnahme eines unteren Endes (21) jedes Brennstabs (14) und der Fluidkanäle (36); und ein oberes Auslassende (31) mit einer zweiten Trägerstruktur (26) zur Aufnahme jedes Brennstabes voller Länge (18) und der Fluidkanäle (36).
  5. Brennelement nach Anspruch 4, bei dem der Kanalgrundkörper (12) ferner eine Anschlusskonstruktion (46) zur Befestigung des Kanalgrundkörpers (12) aufweist.
  6. Brennelement, zu dem gehören: ein im Wesentlichen hohler Kanalgrundkörper (108) mit einer Umfangswand (110); sowohl eine Anzahl die volle Länge aufweisender Brennstäbe (102) als auch eine Anzahl Teillängenbrennstäbe (104), die innerhalb des Kanalgrundkörpers (108) angeordnet sind, wobei die Stäbe jeweils in einer von mehreren Brennstäbezeilen und einer von mehreren Brennstäbespalten angeordnet sind; und ein einzelner Fluidkanal (106) mit einem rechteckigen Querschnitt, der aus einem Rohr (122) gebildet und in der Matrix angeordnet ist, die durch die Zeilen und Spalten gebildet ist; wobei sich die Teillängenbrennstäbe (104) in zwei Brennstabgruppen aufteilen lassen, zu denen gehören: eine erste Brennstabgruppe (112), die so von der Umfangswand (110) beabstandet ist, dass mindestens einer der Brennstäbe voller Länge (102) zwischen jedem Teillängenbrennstab (104) der ersten Brennstabgruppe (112) und der Umfangswand (110) angeordnet ist; und eine zweite Brennstabgruppe (114), die Teillängenbrennstäbe (104) enthält, die benachbart zu der Umfangswand (110) angeordnet sind, wobei die Teillängenbrennstäbe (104) der ersten Brennstabgruppe zwei Brennstabpaare bilden, die auf beiden Seiten einer Kante des Fluidkanals (106) angeordnet sind, und die zweite Brennstabgruppe zwei Paare von Teillängenbrennstäben und zwei einzelne Teillängenbrennstäbe umfasst, wobei die Paare und die einzelnen Teillängenbrennstäbe jeweils in einer der äußersten Zeilen oder Spalten der Matrix angeordnet sind, wobei die Brennstabpaare der ersten Gruppe an den von den Brennstabpaaren der zweiten Gruppe abgewandten Seiten des Fluidkanals angeordnet sind.
  7. Brennelement nach Anspruch 6, bei dem die Paare und die einzelnen Teillängenbrennstäbe der zweiten Brennstabgruppe in der jeweiligen Zeile oder Spalte der Matrix in einer im Wesentlichen zentralen Position angeordnet sind.
  8. Brennelement nach Anspruch 6, bei dem einander benachbarte Brennstäbe (102, 104) entlang jeder Zeile und Spalte ferner einen festen Abstand zwischen sich aufweisen.
  9. Brennelement nach Anspruch 6, bei dem ein oberhalb jedes Teillängenbrennstabs (104) zusammen mit dem Fluidkanal (106) gebildeter Hohlraum jeweils einen Wasserabscheider zum kontrollierten Abfangen von Neutronen bildet, wenn er ein Fluid enthält.
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