DE102008020517A1

DE102008020517A1 - Brennstoffbündel und Abstandshalterband

Info

Publication number: DE102008020517A1
Application number: DE102008020517A
Authority: DE
Inventors: Russell Patrick Higgins
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: GE-HITACHI NUCLEAR ENERGY AMERICAS LLC, WILMIN, US
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: SE534438C2; US20080267340A1; JP2008275615A; JP5252981B2; DE102008020517B4; US8599994B2; SE0800828L

Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Abstandshaltergitter (26) für ein Kernreaktorbrennstoffbündel (14) geschaffen. Das Gitter (26) enthält mehrere kreuz und quer verlaufende, Zwischenräume bildende Raumteiler (30), die eine Anordnung von Zellen (34) bilden. Jede Zelle (34) ist strukturiert, um einen jeweiligen einzelnen von mehreren Brennstäben (18) zu halten, um dadurch eine Anordnung von gleichmäßig voneinander beabstandeten Brennstäben (18) zu bilden. Das Gitter enthält außerdem ein äußeres Begrenzungsband (38), das die Raumteiler (30) am Rand umgibt und mit entgegengesetzten Enden jedes Raumteilers (30) verbunden ist. Das Begrenzungsband (38) enthält mehrere Federzungen (46), die entlang eines Randes (50) des Begrenzungsbandes (38) ausgebildet sind und von diesem aus vorragen. Die Federzungen (46) erstrecken sich von dem Rand (50) aus unter einem Winkel weg von den Raumteilern (30) in einer derartigen Weise, dass ein distales Ende (54) jeder Federzunge (46) mit einer Innenfläche einer jeweiligen einzelnen von mehreren Wänden (58) eines Kanals (22), in den die Anordnung von Brennstäben (18) eingeführt werden kann, um das Brennstoffbündel (14) zu bilden, in Kontakt steht.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffbündel von Kernreaktoren und insbesondere Abstandshaltergitter, die die Brennstäbe der Bündel in den Kanälen der Brennstoffbündel gruppieren.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Ausführungen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen, die die vorliegende Offenbarung betreffen, und können gegebenenfalls keinen Stand der Technik bilden.
Kernreaktoren, wie beispielsweise Siedewasserreaktoren, enthalten im Allgemeinen einen Reaktorkern, der viele Brennstoffbündel aufweist, durch die und um die herum ein flüssiger Moderator, z. B. flüssiges Wasser, strömt. Kernreaktionen in den Brennstoffbündeln erzeugen Wärme, die verwendet wird, um den Moderator in Dampf zu wandeln, während der Moderator durch den Kern hindurchtritt. Der Dampf wird anschließend zur Erzeugung elektrischer Leistung verwendet. Jeder der Brennstoffbündel enthält gewöhnlich mehrere abgedichtete und vertikal aufrecht angeordnete Brennstäbe, die in einem länglichen rohrförmigen Kanal untergebracht sind. In dem Kanal werden die Brennstäbe jedes Brennstoffbündels in einer zueinander beabstandeten Anordnung durch zwei oder mehrere Abstandshaltergitter gehalten, die mehrere miteinander verbundene Abstandshalter aufweisen, die mehrere Reihen und Spalten von offenen Zellen bilden. Durch jede Zelle erstreckt sich jeweils einer der ansonsten langen und flexiblen Brennstäbe, und jede Zelle dient dazu, die Brennstäbe daran zu hindern, unter der Dynamik der Moderatorströmung in dem Reaktor miteinander in reibenden Kontakt zu treten. Die Abstandshalter erhalten ferner den ausgelegten Abstand von Brennstab zu Brennstab für eine optimale Kernreaktorleistung aufrecht. Die Abstandshaltergitter enthalten gewöhnlich ein äußeres Begrenzungsband, das eine das Äußere definierende Umhüllung bzw. Umrandung für die Abstandshalterzellen und die darin platzierten Brennstäbe ergibt.
Bekannte Konstruktionen von Abstandshaltergittern sind gewöhnlich derart bemessen, dass zwischen dem äußeren Begrenzungsband und den Wänden des Kanals ein kleiner Spalt existiert, der den gruppierten Brennstäben, d. h. den in den Abstandshaltergittern gehaltenen Brennstäben, ermöglicht, leichter in die jeweiligen Kanäle eingeführt zu werden. Jedoch lässt dieser Spalt bzw. diese Lücke eine Bewegung der gruppierten Brennstäbe in den jeweiligen Kanälen zu. Wenn beispielsweise die Brennstoffbündel in einem Reaktor platziert sind, kann eine derartige Bewegung durch viele Kräfte in dem Reaktor, beispielsweise die Moderatorströmung, hervorgerufen sein. Eine Bewegung der gruppierten Brennstäbe in einem Reaktor kann zur Folge haben, dass sich einige der randseitigen, d. h. äußersten, Brennstäbe der Gruppe zu den Kanalwänden hin bewegen, während die anderen Randbrennstäbe von den Kanalwänden weg bewegt werden. Wenn irgendwelche der am Rand angeordneten Brennstäbe sich in Richtung auf eine oder mehrere der Kanalwände bewegen, wird der Fluss des moderierenden Kühlmittels an diesen hochreaktiven Brennstäben gehemmt oder verhindert. Eine Hemmung der Kühl mittelströmung verursacht kritische Leistungsverluste an diesen, randseitigen Brennstäben, insbesondere an den Brennstäben, die an den Ecken des Kanals angeordnet sind. Infolgedessen muss das gesamte Brennstabbündel hinsichtlich seiner Leistung begrenzt werden, so dass diese kritischen Leistungsgrenzwerte der randseitigen Brennstäbe nicht überschritten werden.
Als ein weiteres Beispiel tritt eine Bewegung der gruppierten Brennstäbe in dem jeweiligen Kanal während des Transports der Brennstoffbündel auf. Während eines Transports kann der Spalt zwischen dem Kanal und den Abstandshaltergittern den gruppierten Brennstäben ermöglichen, sich in den Kanälen zu bewegen oder darin „zu rattern" und eine strukturelle Beschädigung an den Abstandshaltergittern sowie eine Beschädigung durch Reibverschleiß an den Brennstäben hervorzurufen.
Ein weiterer Nachteil bekannter Abstandshaltergitter, insbesondere des äußeren Begrenzungsbands, besteht darin, dass der strukturelle Aufbau derartiger Abstandshaltergitter den Fluss eines Kühlmittels zwischen den Kanalwänden und den randseitigen Brennstäben hemmen kann, was das Energieerzeugungspotential der Randbrennstäbe begrenzen kann. Ferner tragen die Begrenzungsbänder wenig oder nichts dazu bei, das Kühlmittel von den Kanalwänden „abzustreifen", so dass das Kühlmittel verwendet wird, um die gruppierten Brennstäbe zu kühlen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt ist ein Abstandshaltergitter für ein Kernreaktorbrennstoffbündel geschaffen. In verschiede nen Ausführungsformen enthält das Abstandshaltergitter mehrere Zwischenräume bildende Raumteiler bzw. Trenn- oder Teilereinrichtungen, die eine Anordnung von Zellen bilden. Jede Zelle ist strukturiert, um einen jeweiligen einzelnen von mehreren Brennstäben zu halten, um eine Anordnung von gleich voneinander beabstandeten Brennstäben zu bilden. Das Abstandshaltergitter enthält außerdem ein äußeres Begrenzungsband, das am Umfang bzw. Rand die Teilereinrichtungen umgibt und mit entgegengesetzten Enden jeder Teilereinrichtung verbunden ist. Das äußere Begrenzungsband enthält mehrere Federzungen, die entlang eines Randes des Begrenzungsbandes ausgebildet sind. Die Federzungen erstrecken sich von dem Rand unter einem Winkel weg von den Teilereinrichtungen in einer derartigen Weise, dass ein distales Ende jeder Federzunge mit einer Innenfläche einer jeweiligen einzelnen von mehreren Wänden eines Kanals, in den die angeordneten Brennstäbe eingeführt werden können, um das Brennstoffbündel zu bilden, in Kontakt stehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Brennstoffbündel für einen Kernreaktor geschaffen. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Brennstoffbündel mehrere Brennstäbe, ein Abstandshaltergitter, das mehrere Zwischenräume bildende Raumteiler bzw. Trenn- oder Teilereinrichtungen enthält, und ein äußeres Begrenzungsband, das die Teilereinrichtungen am Rand umgibt. Das Begrenzungsband ist mit gegenüberliegenden Enden jeder Teilereinrichtung verbunden, um eine Anordnung von Zellen zu bilden. Jede Zelle ist strukturiert, um darin jeweils einen der Brennstäbe aufzunehmen, um eine Anordnung von gleichmäßig voneinander beabstandeten Brennstäben zu bilden. Das Brennstoffbündel enthält außerdem einen länglichen rohrförmigen Kanal, in dem die zu einem Array angeordneten Brennstäbe unterge bracht sind. Von einem Rand des Begrenzungsbandes erstrecken sich mehrere Federzungen unter einem Winkel von den Teilereinrichtungen weg, so dass ein distales Ende jeder Federzunge mit einer Innenfläche einer jeweiligen einzelnen von mehreren Wänden des Kanals in Kontakt steht.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der hier angegebenen Beschreibung. Es sollte verständlich sein, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele lediglich für die Zwecke der Veranschaulichung vorgesehen sind und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise beschränken sollen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beigefügten Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollen den Rahmen der vorliegenden Erfindung in keiner Weise beschränken.
1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Kernreaktors unter Veranschaulichung eines Brennstoffbündels, das ein Brennstababstandshaltergitter enthält, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2A zeigt eine Draufsicht von oben auf das in 1 veranschaulichte Abstandshaltergitter gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2B zeigt eine Seitenansicht des in 2A veranschaulichten Abstandshaltergitters.
3 zeigt eine isometrische Schnittansicht des in 1 veranschaulichten Abstandshaltergitters unter Veran schaulichung einer Eckfederzunge des Abstandshaltergitters gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Seitenansicht des in 1 veranschaulichten Abstandshaltergitters gemäß verschiedenen weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Seitenansicht des in 1 veranschaulichten Abstandshaltergitters gemäß verschiedenen noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Seitenansicht des in 1 veranschaulichten Abstandshaltergitters gemäß verschiedenen noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Seitenansicht des in 1 veranschaulichten Abstandshaltergitters gemäß verschiedenen noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine aufgeschnittene Schnittansicht des Abstandshaltergitters nach 1, wie es in einem Kanal des in 1 veranschaulichten Brennstoffbündels positioniert ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die vorliegende Lehre, Anwendung oder Verwendungen beschränken. In dieser Beschreibung werden durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente zu bezeichnen.
Bezugnehmend auf 1 ist dort eine perspektivische Schnittansicht eines beispielhaften Abschnitts eines Kernreaktorkerns 10, z. B. ein Abschnitt eines Siedewasserkernreaktorkerns, dargestellt. Der beispielhafte Teil des Kernreaktorkerns 10 enthält vier Brennstoffbündel 14A, 14B, 14C und 14D, durch die und um die herum ein flüssiger Moderator, d. h. ein Kühlmittel, strömt, wenn die Brennstoffbündel 14A, 14B, 14C und 14D eingebaut sind und sich der Reaktor im Betrieb befindet. Kernreaktionen in jedem Brennstoffbündel 14A, 14B, 14C und 14D erzeugen Wärme, die verwendet wird, um das Kühlmittel in Dampf zu wandeln, der zur Erzeugung elektrischer Leistung verwendet wird. Jedes Brennstoffbündel 14A, 14B, 14C und 14D weist im Wesentlichen denselben Aufbau, dieselbe Form und dieselbe Funktion auf. Somit ist hier der Einfachheit und Klarheit wegen lediglich das Brennstoffbündel 14A beschrieben.
Das Brennstoffbündel 14A enthält im Wesentlichen mehrere Brennstäbe 18, die in einem länglichen rohrförmigen Kanal 22 positioniert und im Abstand zueinander durch wenigstens ein Abstandshaltergitter 26 gehalten sind. Wie nachstehend beschrieben, ist das Abstandshaltergitter 26 dazu bestimmt: 1) die zu einer Anordnung positionierten Brennstäbe 18 in dem Kanal 22 im Wesentlichen zentriert zu halten, um das Leistungsvermögen des Brennstoffbündels 14A zu steigern; 2) eine strukturelle Beschädigung an den Abstandshaltergittern 26 und eine Reibverschleißbeschädigung an den Brennstäben 18, die während eines Transports des Brennstoffbündels 14A auftreten kann, deutlich zu reduzieren; und 3) ein Abstreifen des mitgerissenen bzw. eingefangenen flüssigen Moderators von den Innenwänden des Kanals 22 zu unterstützen, wenn der flüssige Moderator durch den Kanal 22 und um die Brennstäbe 18 herum strömt.
Obwohl 1 lediglich ein einzelnes Abstandshaltergitter 26 veranschaulicht, wie es obere Abschnitte der Brennstäbe 18 in der voneinander beabstandeten Anordnung hält, kann das Brennstoffbündel 14A ein oder mehrere weitere, nicht veranschaulichte Abstandshaltergitter 26 enthalten, die andere Abschnitte der Brennstäbe 18 haltern. Beispielsweise kann das Brennstoffbündel 14A in verschiedenen Ausführungsformen ein (nicht veranschaulichtes) zweites Abstandshaltergitter 26 enthalten, das untere Teile der Brennstäbe 18 in der voneinander beabstandeten Anordnung hält. Obwohl weitere Abstandshaltergitter 26 nicht veranschaulicht sind, sollte es für einen Fachmann ohne weiteres verständlich sein, dass die hier angegebene Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen des veranschaulichten Abstandshaltergitters 26 auch auf jedes beliebige weitere, nicht veranschaulichte Abstandshaltergitter 26, z. B. das vorstehend erwähnte zweite Abstandshaltergitter 26, anwendbar ist. Jedoch sollte es ferner verständlich sein, dass alle Abstandshaltergitter 26 des Brennstoffbündels 14A nicht unbedingt dieselbe Ausführungsform aufweisen müssen. Dies bedeutet, dass ein erstes Abstandshaltergitter 26 des Brennstoffbündels 14A gemäß einer der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen aufgebaut sein kann, während ein zweites Abstandshaltergitter des Brennstoffbündels 14A einen Aufbau gemäß einer anderen der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen aufweisen kann. Da alle Abstandshaltergitter 26 des Brennstoffbündels 14A gemäß den verschiedenen, hier beschriebenen Ausführungsformen aufgebaut sind und funktionieren, wird aus Einfachheits- und Klarheitsgründen lediglich ein einzelnes Abstandshaltergitter 26 hier beschrieben.
Bezugnehmend nun auf 2A und 2B enthält das Abstandshaltergitter 26 gemäß verschiedenen Ausführungsformen mehrere Zwischenräume bildende Raumteiler bzw. Teilereinrichtungen 30, die eine Anordnung von Zellen 34 bilden. Obwohl die Zwischenräume bildenden Raumteiler 30 hier veranschaulicht und beschrieben sind, wie sie kreuz und quer verlaufende bzw. gitterartige Raumteiler bilden, können die Zwischenräume bildenden Raumteiler 30 einen beliebigen geeigneten Aufbau aufweisen. Beispielsweise können die Zwischenräume bildenden Raumteiler 30 in Form von mehreren miteinander verbundenen kurzen Rohrabschnitten ausgebildet sein. Jede Zelle 34 ist aufgebaut, um einen jeweiligen einzelnen der Brennstäbe 18 (wie sie in 1 veranschaulicht sind) zu haltern, um eine Anordnung von gleichmäßig voneinander beabstandeten Brennstäben 18 zu bilden. Das Abstandshaltergitter 26 enthält ferner ein äußeres Begrenzungsband 38, das die Raumteiler 30 am Rand umgibt. Insbesondere sind gegenüberliegende Enden jedes Raumteilers 30 mit dem äußeren Begrenzungsband 38 verbunden, um das Abstandshaltergitter 26 zu bilden. In verschiedenen Ausführungsformen enthält jede Zelle 34 mehrere (z. B. vier), Brennstabzentriervorrichtungen 42, die mit den jeweiligen Raumteilern 30 und/oder dem Begrenzungsband 38 verbunden sind. Die Brennstabzentriervorrichtung 42 kann durch jede beliebige geeignete Vorrichtung gebildet sein, die aufgebaut ist, um eine Stabilität und Zentrierung der Brennstäbe 18 in den Zellen 34 zu erzielen, so dass die Abstände zwischen den Brennstäben in der Anordnung aufrechterhalten werden, um eine effizientere Leistungserzeugung des Brennstoffbündels 14A zu erzielen. Beispielsweise können die Zentriervorrichtungen 42 band- bzw. blattfederartige Vorrichtungen sein, die mit den jeweiligen Teilereinrichtungen 30 in jeder der Zellen 34 verbunden sind.
Wie veranschaulicht, bildet das äußere Begrenzungsband 38 die Außenseiten der randseitigen Zellen 34, d. h. der äußersten Zellen entlang des Randes der Zellenanordnung. Somit bildet das Begrenzungsband 38 vier Seiten des Abstandshaltergitters 26. Wie am besten in 2B veranschaulicht, enthält das Begrenzungsband 38 mehrere Federzungen 46, die sich längs und von einem Rand 50 des Begrenzungsbandes 38 aus erstrecken. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Federzungen 46 mit dem Begrenzungsband 38 integral, in einem Stück ausgebildet. Jedoch können die Federzungen 46 in anderen Ausführungsformen an dem äußeren Begrenzungsband 38 unter Verwendung beliebiger geeigneter Montagemittel, z. B. durch Heftschweißen, Löten, Nieten, etc., befestigt sein. Jede Federzunge 46 enthält ein proximales Ende 52, das die Federzunge mit dem Begrenzungsbandrand 50 verbindet. Außerdem ragt jede Federzunge 46 von dem Rand 50 unter einem Winkel θ vor, der an der Verbindungsstelle zwischen dem proximalen Ende 52 der Federzunge und dem Begrenzungsbandrand 50 ausgebildet ist. Insbesondere erstreckt sich jede Federzunge 46 unter einem Winkel θ von den Raumteilern 30 derart weg, dass ein distales Ende 54 jeder Federzunge 46 mit einer (in 1 veranschaulichten) Innenfläche 58 einer jeweiligen einzelnen der (in 1 veranschaulichten) Wände 62 des Kanals 22 in Kontakt tritt, in den die zu ei ner Anordnung gruppierten Brennstäbe 18 eingeführt werden können, um das Brennstoffbündel 14A zu bilden.
Der Winkel θ kann ein beliebiger Winkel sein, der geeignet ist, um einen gleichzeitigen Kontakt jeder der Federzungen 46 mit der zugehörigen Innenflächen 58 der jeweiligen Kanalwände 62 zu erzielen. Insbesondere sind das Begrenzungsband 38 und die Federzungen 46 strukturiert, um einen derartigen Winkel θ zu haben, dass jede Federzunge 46 unabhängig und gleichzeitig eine gewünschte Federkraft gegen die zugehörige Innenfläche 58 ausübt. Somit ist jede Federzunge 46 als eine von den anderen Federzungen 46 gesonderte und unabhängige Struktur ausgebildet, und jede Federzunge übt eine eigene, unabhängige Federkraft gegen die Kanalwände 62 aus, die auf dem Winkel θ beruht. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Winkel θ aller Federzungen 46 im Wesentlichen gleich, so dass jede Federzunge 46 im Wesentlichen dieselbe Kraft auf die Kanalwand 62 ausübt. In verschiedenen modifizierten Ausführungsformen ragen mehrere unterschiedliche Federzungen 46 von dem Rand 50 aus unter mehreren unterschiedlichen Winkeln θ vor, so dass verschiedene Federzungen 46 unterschiedliche Federkräfte auf die Kanalwände 62 ausüben.
Die Federzungen 46 üben eine Kraft gegen die Kanalwände 62 in einer derartigen Weise aus, dass das Abstandshaltergitter 26 und somit die zu einer Anordnung gruppierten Brennstäbe 18 in einer in Seiten- bzw. Querrichtung zentrierten Ausrichtung in dem Kanal 22 gehalten sind, wenn der Kanal 22 in dem Reaktor eingebaut ist. Durch Aufrechterhaltung einer in Seitenrichtung zentrierten Ausrichtung, d. h. in Bezug auf eine zentrale Längsachse des Kanals 22 im Wesentlichen zentrierten Ausrichtung, der gruppierten Brenn stäbe 18 kann die Leistungserzeugung des Brennstoffbündels 14A auf ein Maximum gesteigert werden. Wie in 2B veranschaulicht, ist jede Federzunge 46 in verschiedenen Ausführungsformen derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen flach und in ihrer Längserstreckung gerade ist. Dies bedeutet, dass jede Federzunge 46 im Wesentlichen gerade und flach entlang sowohl der Längsachse als auch der lateralen Achse der jeweiligen Federzunge 46 verläuft. Jedoch ist das distale Ende 54 jeder Federzunge 46 in verschiedenen Ausführungsformen etwas zurückgebogen, von der jeweiligen Innenfläche 58 der Kanalwand weggekrümmt, um eine leichtere Längsbewegung der zu einer Anordnung positionierten Brennstäbe 18 in dem Kanal 22 zuzulassen.
In verschiedenen weiteren Ausführungsformen kann das distale Ende 54 einer oder mehrerer der Federzungen 46 zur Minimierung des Druckabfalleinflusses des zurückgebogenen distalen Endes 54 der Federzunge einen Radius bzw. eine Abrundung 56 enthalten (wie in 2B im Umriss dargestellt). Der Radius bzw. die Rundung 56 bildet das distale Ende 54, so dass der zentrale Abschnitt des distalen Endes 54 sich von der jeweiligen Kanalwand 62 weg, zurückkrümmt, während die gegenüberliegenden äußeren Randabschnitte des distalen Endes 54 mit der jeweiligen Kanalwand 62 in Berührung stehen.
Außerdem sind das Begrenzungsband 68 und die Federzungen 46 in verschiedenen Ausführungsformen derart strukturiert, dass die Federzungen 46 eine ausreichende Federkraft gegen die Innenflächen 58 der Kanalwand ausüben, um die Gefahr einer Beschädigung an den zu einer Anordnung in dem Kanal 22 positionierten Brennstäben 18 während eines Transports des Brennstoffbündels 14A deutlich zu reduzieren.
Insbesondere sind das Begrenzungsband 38 und die Federzungen 46 derart strukturiert, dass die Federzungen 46 eine ausreichende Federkraft gegen die Innenflächen 58 der Kanalwände ausüben, um eine seitliche Bewegung der angeordneten Brennstäbe 18 in dem Kanal während eines Transports abzudämpfen, um dadurch eine Beschädigung an den Brennstäben während des Transports des Brennstoffbündels 14A zu verhindern.
Darüber hinaus sind das Begrenzungsband 38 und die Federzungen 46 in verschiedenen Ausführungsformen derart strukturiert, dass die Federzungen 46 eine ausreichende Federkraft gegen die Innenflächen 58 der Kanalwände ausüben, um einen flüssigen Moderator, der an den Kanalwandinnenflächen 58 eingefangen wird, von den jeweiligen Flächen 58 abzustreifen. Das heißt, wenn das vorstehend beschriebene Brennstoffbündel 14A in dem Kern eines Kernreaktors eingebaut ist und ein Kühlmittel durch den Kern und das Brennstoffbündel 14A strömen gelassen wird, wirken die Federzungen 46 auf die Kühlmittelströmung, die sich an den Kanalwandinnenflächen 58 ansammelt, ein, um die angesammelte Kühlmittelströmung aufzubrechen und diese zu den Brennstäben 18 hin zu richten. Somit sind die Federzungen 46 derart strukturiert, dass sie die Innenflächen 58 mit einer ausreichenden Kraft berühren, um den eingefangenen flüssigen Moderator abzustreifen und den abgestriffenen flüssigen Moderator zu den Brennstäben 18 hin zu richten, wodurch der thermonukleare Leistungserzeugungswirkungsgrad des Brennstoffbündels 14A erhöht wird.
Wie vorstehend beschrieben, bildet das äußere Begrenzungsband 38 die Außenseiten der Zellenanordnung, d. h. die vier Seiten des Abstandshaltergitters 46. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Abstandshaltergitter 26 die vier Seiten und wenigstens eine abgeschrägte Ecke 66. Außerdem ragt in verschiedenen Ausführungsformen eine Eckfederzunge 46A von dem Rand 50 jeder abgeschrägten Ecke 66 unter dem Winkel θ derart vor, dass ein distales Ende 54A jeder Eckfederzunge 46A mit der Innenfläche 58 einer zugehörigen Ecke des Kanals 22 in Kontakt steht.
Bezugnehmend nun auf 3 ist jede Eckfederzunge 46A in verschiedenen Ausführungsformen derart strukturiert, dass sie eine gerade Längserstreckung und einen profilierten seitlichen Querschnitt aufweist. Das heißt, jede Eckfederzunge 46A ist um eine Längsachse X derart profiliert, dass das distale Ende 54A eine Kontur aufweist, die mit einer Kontur der Ecke des Kanals 22 übereinstimmt. Somit passt das distale Ende 54A der Eckfederzunge 46A im Wesentlichen bündig an die Innenfläche 58 der zugehörigen Ecke des Kanals 22, wenn die zu einer Anordnung positionierten Brennstäbe 18 in den Kanal 22 eingeführt sind.
Erneut bezugnehmend auf 2A und 2B, wie vorstehend beschrieben, enthält das Abstandshaltergitter 26 vier Seiten, die durch das äußere Begrenzungsband 38 und die Federzungen 46 gebildet sind, die sich von dem Rand 50 aus unter dem Winkel θ erstrecken, der an der Verbindung zwischen dem proximalen Ende 52 der Federzunge und dem Begrenzungsbandrand 50 gebildet ist. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Federzungen 46 entlang der gesamten Längserstreckung jeder Seite des Abstandshaltergitters 46 eng benachbart bzw. zusammenhängend ausgebildet. Dies bedeutet, dass sich die Federzungen 46 Seite an Seite entlang der gesamten Längserstreckung jeder Seite ohne irgendeinen Abstand zwischen den Federzungen 46 erstrecken.
Bezugnehmend nun auf 4 sind die Federzungen 46 in verschiedenen Ausführungsformen entlang der gesamten Längserstreckung jeder Seite des Abstandshaltergitters 46 gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Die Abstände zwischen den Federzungen 46 ermöglichen dem Kühlmittel, zwischen den Federzungen 46 frei zu strömen, während die Federzungen 46 die Kühlmittelströmung zu den Brennstoffstäben 18 hin richten und, wie vorstehend beschrieben, an den Kanalwänden 62 angesammeltes Kühlmittel ablösen und dieses zu den Brennstäben 18 hin leiten.
Bezugnehmend nun auf 5 und 6 sind die Federzungen 46 in verschiedenen weiteren Ausführungsformen in wenigstens einer zusammenhängenden Gruppe, d. h. mit wenigstens zwei Seite an Seite nebeneinander befindlichen Federzungen 46, entlang wenigstens eines Abschnitts jeder Seite des Abstandshaltergitters ausgebildet. Die Abstände zwischen der einen oder den mehreren zusammenhängenden Gruppen von Federzungen 46 ermöglichen dem Kühlmittel, zwischen der Gruppe bzw. den Gruppen frei zu strömen, während die Gruppen von Federzungen 46 den Kühlmittelstrom zu den Brennstäben 18 hin richten und an den Kanalwänden 62 aufgefangenes Kühlmittel, wie vorstehend beschrieben, aufbrechen und dieses zu den Brennstäben 18 hin richten. In noch weiteren Ausführungsformen, wie beispielhaft in 7 veranschaulicht, sind die Federzungen entlang jeder Seite des Abstandshaltergitters 26 derart ausgebildet, dass sie wenigstens eine alleinstehende Federzunge 46 enthalten, die von wenigstens einer Gruppe zusammenhängender Federzungen im Abstand angeordnet ist. Somit wird einem Kühlmittel ermöglicht, durch die Zwischenräume zwischen der alleinstehenden, unabhängigen Federzunge 26 und der zusammenhängenden Gruppe bzw. den zusammenhängenden Gruppen von Federzungen 46 frei zu strömen, während die Gruppe bzw. die Gruppen der Federzungen 46 den Kühlmittelstrom zu den Brennstäben 18 hin richten und, wie vorstehend beschrieben, an den Kanalwänden 62 aufgefangenes Kühlmittel ablösen und dieses zu den Brennstäben 18 hin richten.
Schließlich kann die Positionierung und Beabstandung der Federzungen 46 entlang der Seiten und der abgeschrägten Eecken des Abstandshaltergitters 26 gezielt gewählt werden, um ein optimales kritisches Leistungs- und Druckabfallverhalten des Brennstoffbündels 14A in dem Kernreaktor zu erzielen.
8 zeigt eine beispielhafte Darstellung des Abstandshaltergitters, wie es in dem Kanal 22 des Brennstoffbündels 14A positioniert ist, wobei eine Wand des Kanals 22 und die Brennstäbe 18 der Klarheit wegen weggelassen sind. In verschiedenen Ausführungsformen enthalten die Innenflächen 58 der Kanalwände eine Querrille bzw. -nut 70, die strukturiert ist, um die distalen Enden 54 der Federzungen 46 aufzunehmen. Wenn die zu einer Anordnung positionierten Brennstäbe 18 in den Kanal 22 eingeführt werden, gleiten die Federzungen entlang der Kanalwandinnenflächen 58, bis die rückgekrümmten distalen Enden 54 in der jeweiligen Querrille 70 positioniert sind. Folglich wird jeder Widerstand für die Strömung des flüssigen Moderators zwischen den Kanalwänden 62 und dem Begrenzungsband 38, der aufgrund des rückgekrümmten Abschnitts der distalen Enden 54 entstehen kann, beseitigt, weil der rückgekrümmte Abschnitt nicht in die Flüssigmoderatorströmung hineinragt.
Demgemäß ist das Abstandshaltergitter 26 des Brennstoffbündels 14A, wie hier beschrieben, strukturiert, um die Anordnung der Brennstäbe 18 in einer lateral zentrierten Anordnung in dem Kanal 22 zu halten, wodurch eine strukturelle Beschädigung an den Abstandshaltergittern 26 und eine Beschädigung durch Reibverschleiß an den Brennstäben 18, die während eines Transports des Brennstoffbündels 14A auftreten kann, deutlich reduziert werden und ein Abstreifen von angesammeltem flüssigen Moderator von den Innenwänden 58 des Kanals 22 unterstützt wird. Deshalb steigert das Abstandshaltergitter 26 das Leistungsvermögen des Brennstoffbündels 14A, wenn es in einem Reaktor eingesetzt wird, und es schützt die Brennstäbe 18 vor einer Beschädigung während eines Transports.
Die hier angegebene Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur, so dass folglich Veränderungen, die von dem Kern des hier Beschriebenen nicht abweichen, in dem Rahmen der Lehre liegen sollen. Derartige Veränderungen werden nicht derart angesehen, als würden sie von dem Rahmen und Schutzumfang der Erfindung abweichen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Abstandshaltergitter 26 für ein Kernreaktorbrennstoffbündel 14 geschaffen. Das Gitter 26 enthält mehrere kreuz und quer verlaufende, Zwischenräume bildende Raumteiler 30, die eine Anordnung von Zellen 34 bilden. Jede Zelle 34 ist strukturiert, um einen jeweiligen einzelnen von mehreren Brennstäben 18 zu halten, um dadurch eine Anordnung von gleichmäßig voneinander beabstandeten Brennstäben 18 zu bilden. Das Gitter enthält außerdem ein äußeres Begrenzungsband 38, das die Raumteiler 30 am Rand umgibt und mit entgegengesetzten Enden jedes Raumteilers 30 verbunden ist. Das Begrenzungs band 38 enthält mehrere Federzungen 46, die entlang eines Randes 50 des Begrenzungsbandes 38 ausgebildet sind und von diesem aus vorragen. Die Federzungen 46 erstrecken sich von dem Rand 50 aus unter einem Winkel weg von den Raumteilern 30 in einer derartigen Weise, dass ein distales Ende 54 jeder Federzunge 46 mit einer Innenfläche einer jeweiligen einzelnen von mehreren Wänden 58 eines Kanals 22, in den die Anordnung von Brennstäben 18 eingeführt werden kann, um das Brennstoffbündel 14 zu bilden, in Kontakt steht.

10: Teil eines Kernreaktorkerns
14A: Brennstoffbündel
14B: Brennstoffbündel
14C: Brennstoffbündel
14D: Brennstoffbündel
18: Brennstäbe
22: Kanal
26: Abstandshaltergitter
30: Zwischenräume bildende Raumteiler bzw. Teilereinrichtungen
34: Zellen
38: Äußeres Begrenzungsband
42: Brennstoffstabzentriervorrichtungen
46: Federzungen
46A: Eckfederzunge
50: Rand des Begrenzungsbandes
52: Proximales Ende der Federzunge
54: Distales Ende der Federzunge
54A: Distales Ende der Eckfederzunge
56: Radius bzw. Rundung des distalen Endes der Federzunge
58: Innenfläche der Kanalwände
62: Kanalwände
66: Abgeschrägte Ecke
70: Querrille bzw. -nut

Claims

Abstandshaltergitter (26) für ein Kernreaktorbrennstoffbündel (14), wobei das Gitter (26) mehrere gitterartig verlaufende, Zwischenräume bildende Teilereinrichtungen (30), die eine Anordnung von Zellen (34) bilden, wobei jede Zelle (34) strukturiert ist, um einen jeweiligen einzelnen von mehreren Brennstäben (18) zu halten, um eine Anordnung von gleichmäßig voneinander beabstandeten Brennstäben (18) zu bilden, und ein äußeres Begrenzungsband (38) aufweist, das die Teilereinrichtungen (30) am Rand umgibt und mit gegenüberliegenden Enden jeder Teilereinrichtung (30) verbunden ist, wobei das Begrenzungsband (38) mehrere Federzungen (46) enthält, die entlang eines Randes (50) des Begrenzungsbandes (38) ausgebildet sind und sich von dem Rand (50) unter einem Winkel von den Teilereinrichtungen (30) weg derart erstrecken, dass ein distales Ende (54) jeder Federzunge (46) mit einer Innenfläche einer jeweiligen einzelnen von mehreren Wänden (58) eines Kanals (22) in Kontakt steht, in den die Anordnung von Brennstäben (18) eingeführt werden kann, um das Brennstoffbündel (14) zu bilden.
Abstandshaltergitter (26) nach Anspruch 1, wobei jede Federzunge (46) einen proximalen Endabschnitt (52) enthält, der jede Federzunge (46) mit dem Begrenzungsbandrand (50) verbindet und an dem der von den Teilereinrichtungen (30) weggerichtete Winkel ausgebildet ist.
Abstandshaltergitter (26) nach Anspruch 1, wobei jede Federzunge (46) als eine von den anderen Federzungen (46) gesonderte und unabhängige Struktur ausgebildet ist.
Abstandshaltergitter (26) nach Anspruch 1, wobei die Anordnung der Zellen (34) vier Seiten enthält, die durch das Begrenzungsband (38) gebildet sind, und die Federzungen (46) entlang der gesamten Längserstreckung jeder Seite zusammenhängend ausgebildet sind.
Abstandshaltergitter (26) nach Anspruch 1, wobei die Anordnung der Zellen (34) vier Seiten enthält, die durch das Begrenzungsband (38) gebildet sind, und die Federzungen (46) entweder entlang der gesamten Länge jeder Seite gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet oder in wenigstens einer zusammenhängenden Gruppe entlang wenigstens eines Abschnitts jeder Seite ausgebildet sind, wobei die zusammenhängende Gruppe wenigstens zwei Federzungen (46) enthält, oder entlang jeder Seite derart ausgebildet sind, dass sie wenigstens eine alleinstehende Federzunge (46) enthalten, die im Abstand zu wenigstens einer Gruppe mit wenigstens zwei zusammenhängenden Federzungen (46) angeordnet ist.
Abstandshaltergitter (26) nach Anspruch 1, wobei die Anordnung der Zellen (34) vier Seiten enthält und durch das Begrenzungsband (38) wenigstens eine abgeschrägte Ecke (66) ausgebildet ist und die Federzungen (46) wenigstens eine Eckfederzunge (54A) enthalten, die sich unter einem Winkel von einer zugehörigen abgeschrägten Ecke (66) der Anordnung von Zellen (34) aus erstreckt.
Abstandshaltergitter (26) nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Eckfederzunge (46A) eine gerade Längserstreckung aufweist und über einer Längsachse der wenigstens einen Eckfederzunge (46A) profiliert ausgebildet ist, wobei die Kontur zu einer Kontur einer Ecke des Kanals (22) derart passt, dass das distale Ende (54) der wenigstens einen Eckfederzunge (46A) in der Ecke des Kanals (22) bündig anliegt, wenn die Anordnung von Brennstäben (18) in dem Kanal (22) eingeführt ist.
Abstandshaltergitter (26) nach Anspruch 1, wobei jede Federzunge (46) strukturiert ist, um die Innenfläche der Kanalwände (62) derart zu berühren, dass, wenn die Anordnung von Brennstäben (18) in dem Kanal (22) eingeführt und der Kanal (22) in einem Kernreaktor eingebaut ist, die distalen Enden (54) der Federzungen (46) auf eine Strömung eines Kühlmittels durch den Kanal (22), das sich an den Kanalwänden (62) ansammelt, einwirken, um die Strömungsansammlung aufzubrechen und die angesammelte Strömung zu der Anordnung der Brennstäbe (18) hin zu richten.
Abstandshaltergitter (26) nach Anspruch 1, wobei die Federzungen (46) strukturiert sind, um eine ausreichende Federkraft gegen die Kanalwände (62) auszuüben, wenn die Anordnung von Brennstäben (18) in dem Kanal (22) eingeführt und der Kanal (22) in einem Kernreaktor eingebaut ist, um die Anordnung von Brennstäben (18) während eines Betriebs des Kernreaktors in dem Kanal (22) im Wesentlichen zentriert zu halten, um die Leistungserzeugung des Brennstoffbündels (14) zu maximieren.
Abstandshaltergitter (26) nach Anspruch 1, wobei die Federzungen (46) strukturiert sind, um eine ausreichen de Federkraft gegen die Kanalwände (62) zu erzielen, wenn die Anordnung von Brennstäben (18) in dem Kanal (22) eingeführt ist, um eine Bewegung der Anordnung von Brennstäben (18) in dem Kanal (22) abzudämpfen und eine Beschädigung an den Brennstäben (18) während eines Transports des Brennstoffbündels (14) zu verhindern.