DE19641326A1

DE19641326A1 - Brennelement ohne obere Gitterplatte für Siedewasserreaktor

Info

Publication number: DE19641326A1
Application number: DE19641326A
Authority: DE
Inventors: Richard Alan Proebstle; Christian David Frederickson; Thomas Gerald Dunlap; Edward Armend Croteau
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: SE9603707L; SE9603707D0; JP3790587B2; DE19641326B4; US5646973A; SE510288C2; JPH09184893A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung bezieht sich auf Brennelemente für Siedewasser-Kernreaktoren und spezifisch auf ein Brennele ment ohne die konventionelle, obere Gitterplatte.

HINTERGRUND

Ein Kernbrennelement besteht aus einer Matrix paralle ler Stäbe, die spaltbaren Brennstoff und/oder eine Wasser- Kühlmittelströmung enthalten. Die Brennstäbe sind an den oberen und unteren Enden durch Endstopfen abgedichtet, die an die Brennstäbe geschweißt sind. Diese parallelen Stäbe werden durch Abstandshaltergitter, die intermittierend ent lang der Länge des Brennelementes angeordnet sind, in einem festgelegten, seitlichen Abstand gehalten.

Die Matrix von Brennstäben ist am Boden durch eine un tere Gitterplatte abgestützt, die eine seitliche Führung für die unteren Endstopfen der Brennstäbe schafft und die Strömungslöcher enthält, die einen Einlaß für die Kühlmit telströmung in das Brennelement schaffen. In ähnlicher Wei se ist das obere Ende der Stabmatrix von einer oberen Git terplatte abgedeckt, die die oberen Endstopfen der Brenn stäbe seitlich festhält und die Strömungslöcher einschließt, die einen Ausgang für die Kühlmittelströmung aus dem Brenn element schaffen. Jedes Brennelement ist in einem offenen digen Kanal eingeschlossen, der sich zwischen der oberen und unteren Gitterplatte erstreckt.

Es können ein oder mehrere der Wasser- oder Brennstäbe als Bauteile eingesetzt werden, die mit einer geeigneten Einrichtung fest mit der unteren und oberen Gitterplatte verbinden, um das Brennelement anzuheben und einen festen Abstand zwischen der unteren und oberen Gitterplatte auf rechtzuerhalten. Andere Brennstoff- oder Wasserstäbe in dem Brennelement, die nicht als Bauteile benutzt werden, sind entweder durch eine geschraubte oder eine andere, lösbare Verbindung an der unteren Gitterplatte festgehalten, oder sie werden durch die obere Gitterplatte oder Ausdehnungs federn am Abheben von der unteren Gitterplatte gehindert. Da sich Abschnitte verringerten Durchmessers der oberen Endstopfen typischerweise durch die Löcher in der oberen Gitterplatte erstrecken, können sich die Brennstäbe in der Länge ausdehnen, bis die Schulter auf dem oberen Endstopfen mit der oberen Gitterplatte in Berührung kommt, oder bis die Ausdehnungsfedern vollständig zusammengepreßt sind.

Fig. 1 veranschaulicht in vereinfachter Form Kompo nenten eines konventionellen Brennelementes für einen Sie dewasser-Kernreaktor. Spezifisch schließt das Brennelement 10 eine Vielzahl von Brennstäben 12 ein, die sich parallel zwischen einer oberen Gitterplatte 14 und einer unteren Gitterplatte 16 erstrecken. Die Brennstäbe 12 sind typi scherweise in einer quadratischen Anordnung arrangiert, die am besten aus Fig. 1A ersichtlich ist. Innerhalb der Brenn stab-Anordnung ist zentral ein Wasserstab 18 lokalisiert, der sich ebenfalls zwischen der oberen und unteren Gitter platte erstreckt. Die untere Gitterplatte 16 ist, wie ge zeigt, ein integraler Teil eines Übergangsstückes TP, das an seinem unteren Ende einen Kühlmitteleinlaß 20 einschließt. Das gesamte Brennelement ist in einem offenendigen Kanal 22 mit im wesentlichen quadratischen Querschnitt (siehe auch Fig. 1A) eingeschlossen.

Die Brennstäbe sind an den oberen und unteren Enden typischerweise mit Endstopfen 24, 26 versehen. Die unteren Endstopfen 26 sitzen innerhalb von Öffnungen 28, die in der unteren Gitterplatte 16 ausgebildet sind. Die untere Git terplatte 16 ist auch mit einer Vielzahl von Öffnungen 30 für eine Kühlmittelströmung versehen. In ähnlicher Weise sitzen die oberen Endstopfen 24 der Brennstäbe 12 in Öff nungen 32, die in der oberen Gitterplatte 14 ausgebildet sind, und die Gitterplatte 14 ist mit Öffnungen 34 für eine Kühlmittelströmung versehen. Die Anordnung der Öffnungen zur Aufnahme der Endstopfen der Brennstäbe und der Öffnungen für die Kühlmittelströmung ergibt sich aus der gitter artigen Konstruktion der oberen Gitterplatte 14, wie in Fig. 1A gezeigt, wobei eine ähnliche, gitterartige Anordnung auf der unteren Gitterplatte 16 geschaffen ist.

In dieser Anordnung nach dem Stande der Technik ist der Wasserstab bzw. das Wasserrohr 18 die lasttragende Struktur bzw. das lasttragende Bauteil, über die das Brenn element vermittels des Handgriffes 46 angehoben werden kann. Mehr im besonderen ist das Wasserrohr 18 mittels ei nes mit Gewinde versehenen Stutzens oder Endstopfens 36 in die untere Gitterplatte 16 geschraubt, während das obere Ende des Wasserrohres 18 mittels eines mit Gewinde versehe nen Bolzens 38 und einer Mutter 40 an der oberen Gitter platte 14 festgeschraubt ist. Eine Anordnung dieser allge meinen Art ist in der US-PS 5,327,471 beschrieben.

Das Wasserrohr ist an seinem unteren Ende auch mit ei ner Vielzahl von seitlichen Kühlmittel-Eintrittsöffnungen 42 und an seinem oberen Ende mit einer Vielzahl von seitli chen Austrittsöffnungen 44 ausgebildet. Andere Konfigurati onen von Kühlmittel-Öffnungen, wie axial orientierte Öff nungen, sind auch üblich (siehe die US-PS 5,327,471).

Es ist auch zu bemerken, daß die obere Gitterplatte 14 den Kanal 22 mittels Ansätzen 48, 50 an der oberen Gitter platte tragen kann, auf denen Eckbleche 52, 54 auf liegen, die an das obere Ende des Kanales geschweißt sind. Eine Ka nalführung 56 ist an einem Ende des Kanales befestigt und dient in konventioneller Weise zum Aufrechterhalten eines Abstandes zwischen benachbarten Brennelementen innerhalb des Reaktorkernes. Mit dieser Anordnung ist, während das Wasserrohr 18 der lasttragende Teil ist, die obere Gitter platte 14 mit dem Kanal 22 verbunden, so daß der Kanal zu sammen mit dem Brennelement aus dem Kern herausgehoben wird. Die obere Gitterplatte kann jedoch durch Entfernen des Bolzen 58 vom Kanal gelöst werden, so daß der Kanal selbst vom Brennelement abgehoben werden kann.

Es können (nicht gezeigte) Ausdehnungsfedern benutzt werden, um nach unten auf Schultern 59 der oberen Endstop fen zu drücken, was die Brennstäbe nach unten auf die un tere Gitterplatte 16 vorspannt. Solche Federn erstrecken sich zwischen den Schultern 59 und der Unterseite der Git terplatte 14 in einer üblichen Weise, so daß sich die Brennstäbe in der Länge ausdehnen können, bis die Federn zwischen den Schultern der oberen Endstopfen und der oberen Gitterplatte vollständig zusammengepreßt sind. Durch den Einsatz von Ausdehnungsfedern sind die als Bauteile einge setzten Stäbe (in dem gegebenen Beispiel das Wasserrohr 18) typischerweise auf Zug belastet, und der Rest der Stäbe mit den Ausdehnungsfedern ist auf Druck belastet.

Beim Entwerfen eines Brennelementes ist einer der be grenzenden Faktoren für eine sehr hohe Bestrahlung der Druckaufbau in den Brennstäben aufgrund der Abgabe von Spaltgas. Auch wird das unterschiedliche Bestrahlungswachs tum der Brennstäbe und Wasserrohre bei hoher Bestrahlung bedeutsamer, was sehr lange Endstopfen-Ansätze erfordert, die durch Naben in den derzeitigen, oberen Gitterplatten seitlich geführt sind. Diese langen Endstopfen-Ansätze ver ringern die für den Brennstab-Hohlraum verfügbare Länge, die zur Aufnahme der abgegebenen Spaltgase vorgesehen ist. Die derzeit benutzten oberen Gitterplatten und oberen End stopfen erfordern eine komplexe, maschinelle Bearbeitung, und diese Komponenten sind daher, ebenso wie die Ausdeh nungsfedern, teuer.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe dieser Erfindung ist es daher, die oben erwähnten Probleme zu lösen, und sie schließt die vollstän dige Beseitigung der oberen Gitterplatten-Struktur ein, die derzeit die oberen Enden der Brennstäbe seitlich führt und dies zugunsten einer relativ kleinen Handgriff-Baueinheit. Die Handgriff-Baueinheit ist direkt an den Brennstoff- und/ oder Wasserstäben befestigt, die als Bauteile benutzt wer den, und gegebenenfalls am Kanal. Durch Beseitigen der obe ren Gitterplatte können sich die Brennstäbe bis zu einem Punkt in der Länge ausdehnen, bei dem ein angemessener Ab stand zum oberen Handgriff des Brennelementes und der Brennstoff-Handhabungsausrüstung aufrechterhalten ist. Die oberen Endstopfen können gekürzt werden, was eine weitere Verlängerung der Länge des Brennstab-Sammelraumes gestat tet. Das Beseitigen der oberen Gitterplatte mit ihrer kom plexen Gitterkonstruktion vermindert auch die Strömungseinschränkung und den Druckabfall am Oberteil des Brennele mentes und schafft eine Gelegenheit, die Gesamtkosten der Herstellung des Brennelementes zu verringern.

Ein zusätzlicher Nutzen ist es, daß einige der Brenn stäbe aus dem Brennelement herausgenommen werden können, ohne daß irgendwelche anderen Bauteile vom oberen Ende des Brennelementes entfernt werden müssen.

Die hier offenbarte Erfindung schließt parallele Brenn- und/oder Wasserstäbe ein, deren Abstand durch Ab standshaltergitter bzw. -netze fest beibehalten wird, die intermittierend entlang der Länge des Brennelementes ange ordnet sind. Wie beim Stande der Technik, ist die Matrix von Brennstäben am Boden durch eine untere Gitterplatte ab gestützt, die auch die unteren Endstopfen der Brennstäbe seitlich führen kann. Ein oder mehrere der Wasser- und/oder Brennstäbe wird bzw. werden als Bauteile (d. h. lasttragende Teile) benutzt, die durch geeignete Einrichtungen an der unteren Gitterplatte befestigt sind, um das Brennelement anheben zu können. Am oberen Ende wird eine Handgriff-Bau einheit benutzt, die einen Handgriff zum Anheben des Brenn elementes und einen Befestigungs-Mechanismus zum Befestigen der Handgriff-Baueinheit an solchen lasttragenden Brenn stoff- und/oder Wasserstäben einschließt, die zum Anheben des Brennelementes benutzt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hand griff-Baueinheit mittels eines lasttragenden Wasserrohres starr an einer einstückigen Einheit aus unterer Gitterplat te und Übergangsstück befestigt. Die Handgriff-Baueinheit ist auch mittels eines Bolzens in einer Ecke des Kanales am Kanal befestigt, der wiederum nicht starr an der unteren Gitterplatte/Übergangsstück befestigt ist. Bei dieser An ordnung wird der Kanal zusammen mit dem Brennelement ange hoben, doch trägt er keine andere Last als sein eigenes Ge wicht. Durch Entfernen des Bolzens kann der Kanal selbst angehoben und so separat vom Brennelement entfernt werden.

In einer anderen Ausführungsform ist die Handgriff- Baueinheit über das Wasserrohr, wie oben beschrieben, an der unteren Gitterplatte befestigt, doch ist sie mit feder belasteten Sperrarmen versehen, die die Handgriff-Bauein heit lösbar am Kanal befestigen. Der Kanal seinerseits ist mittels Schrauben oder ähnlichem starr am Übergangsstück befestigt (das trägt, das aber ansonsten nicht an der un teren Gitterplatte befestigt ist). Auf diese Weise wird der Kanal selbst ein redundanter, lasttragender Teil für den Fall, daß der primäre Bauteil, d. h. das Wasserrohr, versagt. Durch Lösen des Kanales von der Handgriff-Baueinheit, kann das Brennelement einschließlich der oberen und unteren Git terplatte, der Brennstäbe und des Wasserrohres aus dem Ka nal herausgehoben werden.

In noch einer anderen und bevorzugten Ausführungsform ist die untere Gitterplatte separat vom Übergangsstück aus gebildet und davon lösbar. Die Handgriff-Baueinheit ist mittels eines Paares lasttragender Wasserrohre an der unte ren Gitterplatte befestigt. Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, stehen federbelastete Sperrarme in der Handgriff-Baueinheit in Eingriff mit Öffnungen in gegen überliegenden Ecken des Kanales. Am unteren Ende des Brenn elementes ist der Kanal mittels Schrauben oder anderen, ge eigneten Einrichtungen am Übergangsstück befestigt. Die An hebe-Optionen in dieser bevorzugten Ausführungsform sind ähnlich den unmittelbar vorbeschriebenen.

Weil die obere Gitterplatte beseitigt ist, sind die anderen, nicht strukturellen Brennstoff- und Wasserrohre an ihren oberen Enden frei. Falls es für erforderlich oder er wünscht angesehen wird, kann der oberste (oder ein zusätz licher) Abstandshalter nahe den oberen Enden der Stäbe an geordnet sein, um eine seitliche Abstützung zu bieten. Sehr kurze, obere Endstopfen können nun benutzt werden, da sie nur zum Abdichten der oberen Enden der Brennstäbe dienen, und so können die Sammelräume der Brennstäbe verlängert werden.

In den hier beschriebenen, beispielhaften Ausführungs formen werden das oder die Wasserrohre (typischerweise wer den ein oder zwei benutzt) als lasttragende Struktur- bzw. Bauteile benutzt. Es sollte jedoch klar sein, daß das Hauptmerkmal dieser Erfindung, d. h. die Beseitigung der oberen Gitterplatte, in andere Brennelement-Ausführungs formen übertragen werden kann, wo Brennstäbe oder andere Hebestäbe als lasttragende Teile benutzt werden.

In ihren breiteren Aspekten bezieht sich die vorlie gende Erfindung auf ein Brennelement für einen Kernreaktor, umfassend eine untere Gitterplatte, eine Vielzahl von Brennstäben und mindestens ein Wasserrohr, die auf der un teren Gitterplatte aufsitzen und sich in im wesentlichen paralleler Beziehung zu einem oberen Ende des Brennelemen tes erstrecken, wobei die Hebelast des Brennelementes von lasttragenden Teilen aufgenommen wird, die gewisse der Brennstäbe einschließen, oder von dem mindestens einen Was serrohr, eine Vielzahl von Abstandshaltern, die sich axial im Abstand entlang der Länge des Brennelementes befinden und Einrichtungen einschließen, um die Vielzahl der Brenn stäbe und das mindestens eine Wasserrohr seitlich abzustüt zen, sowie einen Handgriff am oberen Ende des Brennelemen tes, der mit den lasttragenden Teilen derart verbunden ist, daß die Vielzahl der Brennstäbe mit Ausnahme der lasttra genden Brennstäbe nur von der unteren Gitterplatte und der Vielzahl der Abstandshalter abgestützt ist.

Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, detaillierten Beschreibung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine vereinfachte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die ein typisches Brennelement veranschaulicht, das in Siedewasser-Kernreaktoren eingesetzt wird;

Fig. 1A ist eine Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten Brennelementes;

Fig. 2 ist eine vereinfachte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die ein Brennelement gemäß der vorliegenden Er findung veranschaulicht;

Fig. 3 ist eine Draufsicht des in Fig. 2 gezeigten Brennelementes;

Fig. 4 ist eine vereinfachte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die ein Brennelement gemäß einer anderen Aus führungsform dieser Erfindung veranschaulicht;

Fig. 5 ist eine Draufsicht des in Fig. 4 gezeigten Brennelementes;

Fig. 6 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines Brennelementes gemäß einer dritten und bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung;

Fig. 7 ist eine vereinfachte Draufsicht des in Fig. 6 gezeigten Brennelementes, die nur die Hebe-Baueinheit und den umgebenden Kanal veranschaulicht;

Fig. 8 ist ein Teilschnitt des in Fig. 6 gezeigten Brennelementes, der die Art und Weise wiedergibt, in der die Wasserrohre an der Hebe-Baueinheit befestigt sind und

Fig. 9 ist ein vergrößertes Detail A der Fig. 8.

BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen Merkmale der vor liegenden Erfindung in einer vereinfachten Weise, wobei viele Komponententeile der Klarheit und Bequemlichkeit hal ber weggelassen sind. Die Darstellungen in den Fig. 2 und 3 sind allgemein ähnlich der in den Fig. 1 und 1A gezeigten, bekannten Anordnung, um die signifikant unter schiedlichen Design-Merkmale dieser Erfindung hervorzuhe ben.

Das Brennelement 60 schließt eine Vielzahl von Brenn stäben 62 (typischerweise in einer 8×8-, 9×9- oder 10×10- Anordnung) ein, die auf einer unteren Gitterplatte 64 abge stützt sind, die in diesem Falle integral mit einem Über gangsstück oder einer unteren Düse 66 ausgebildet ist, die die Einlaßöffnung 68 für flüssiges Kühlmittel schafft. Ein Kanal 70 schließt die Baueinheit ein. Die Brennstäbe 62 sind mittels einer Vielzahl von Abstandshaltern (von denen zwei gestrichelt bei 72 gezeigt sind), die in konventionel ler Weise vertikal im Abstand entlang des Brennelementes angeordnet sind, in seitlich beabstandeter, im wesentlichen paralleler Anordnung gehalten. Diese Abstandshalter sind auf einem zentral angeordneten Wasserrohr 74 montiert, das sich durch das Zentrum des Brennelementes nach oben er streckt. Vorsprünge 76 sind auf das Wasserrohr 74 ge schweißt, um die Abstandshalter an erwünschten, axialen Stellen entlang des Wasserrohres zu lokalisieren. Die spe zifische Struktur der Abstandshalter ist nicht Teil dieser Erfindung, und sie brauchen daher nicht weiter beschrieben zu werden. Es ist jedoch zu bemerken, daß der oberste Ab standshalter näher den oberen Enden der Brennstäbe 62 ange ordnet worden ist, als dies in konventionellen Konstrukti onen üblich ist, um eine zusätzliche, seitliche Abstützung zu ergeben.

In gegenwärtigen Brennelement-Designs sind die Brenn stäbe voller Länge mit Endstopfen versehen, die in Naben bzw. Ausnehmungen sitzen, die in der unteren Gitterplatte ausgebildet sind. Für Teillängen-Brennstäbe ist es bevor zugt, das zusätzliche Einrichtungen geschaffen sind, mit denen die Stäbe in der unteren Gitterplatte 64 gehalten sind, und dies wird üblicherweise, z. B., durch Einschrauben erzielt. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Brennstäbe 62 an ihren unteren Enden mit Endstopfen 78 versehen, die einfach in Naben sitzen, die in konventioneller Weise in der unte ren Gitterplatte 64 ausgebildet sind. Andere Halteeinrich tungen, z. B. mit Federfingern (die weiter unten beschrieben werden) ausgebildete Endstopfen oder Verbindungen vom Bajo nett-Typ, sind für Teillängen-Stäbe geeignet, obwohl Befe stigungseinrichtungen dieser Art in einigen Fällen auch für Brennstäbe voller Länge erwünscht sein mögen. Ein verstärk tes Befestigen wird jedoch für die Zwecke dieser Erfindung nicht als wesentlich angesehen.

Das Wasserrohr 74 ist auch mit einem unteren Endstop fen 80 versehen, der vorzugsweise in die untere Gitterplat te 64 geschraubt ist.

Am oberen Ende des Brennelementes 60 ist die konventi onelle, obere Gitterplatte, die normalerweise die oberen Enden der Brennstäbe 62 aufnehmen und eine starre Verbin dung mit speziellen Brennstäben herstellen würde, die als Haltestäbe dienen (und ebenfalls starr mit der unteren Git terplatte verbunden sind), weggelassen worden. An ihrer Stelle hat die Anmelderin eine Handgriff- oder Hebestab- Baueinheit 82 geschaffen, die mittels eines mit Gewinde versehenen Endstopfens 84 und einer dazugehörigen Mutter 84′ ebenfalls starr mit dem oberen Ende des Wasserrohres 74 verbunden ist. Die Handgriff-Baueinheit 82 ist oberhalb der oberen, freien Enden der Brennstäbe 62 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Handgriff-Baueinheit 82 ist mit einem Hebestab 86 und einem Handgriff 88 versehen, der sich, in dieser Ausführungsform, senkrecht zum Stab bzw. der Stange 86 erstreckt, wie am besten in Fig. 3 ersichtlich. Der Hebestab 86 erstreckt sich in gegenüberliegende Ecken des Kanales 70 und schafft eine seitliche Beschränkung bzw. Einspannung der Handgriff-Baueinheit durch den Kanal.

Es wird klar sein, daß die Handgriff-Baueinheit 82 zum Anheben des gesamten Brennelementes einschließlich der Brennstäbe, des Wasserrohres und des unteren Gitterplatten/ Übergangs-Stückes benutzt werden kann, und daß die Hebelast im wesentlichen nur vom Wasserrohr 74 aufgenommen wird.

In der gezeigten Ausführungsform ist der Hebestab 86 mit nach oben gerichteten Verlängerungen 90, 90′ ausgebil det. Die Verlängerung 90′ steht in Eingriff mit einem Eck blech 92 in einer Ecke des Kanals, während die Verlängerung 90 im Eingriff mit einer Kanalführung 94 steht, die in der gegenüberliegenden Ecke des Kanales 70 montiert ist. Bolzen 96, 96′ können dazu benutzt werden, um die Handgriff-Bauein heit starr am Kanal 70 zu befestigen. Diese Verbindung kann dazu benutzt werden, den Kanal anzuheben und auch zum seit lichen Abstützen des Wasserrohres im Zentrum des Brenn stoffkanales. Mit dieser Anordnung kann das gesamte Brenn element, einschließlich Brennstäben 62, Wasserrohr 74, un terem Gitterplatte/Übergangs-Stück 66 und Kanal, mittels der Handgriff-Baueinheit 82 aus dem Kern herausgehoben wer den.

Zusätzlich kann die Handgriff-Baueinheit 82 durch Ent fernen der Kanal-Führung 94 und der Bolzen 96, 96′ vom Kanal 70 gelöst werden, was das Abheben des Kanales 70 vom Brenn element selbst gestattet. Diese Option wird durch die Tat sache erleichtert, daß der Kanal 70 an seinem unteren Ende nicht an dem Teil 66 aus unterer Gitterplatte und Über gangsstück befestigt ist.

In den Fig. 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die allgemein ähnlich der ist, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, die aber die im folgenden aufgeführten Unterschiede aufweist. Der Bequem lichkeit halber sind ähnliche Bezugsziffern mit vorgestell ter "1" benutzt worden, um entsprechende Komponenten zu identifizieren.

In dieser Ausführungsform ist die Handgriff-Baueinheit 182 mit einem Paar wechselseitig senkrechter Hebestangen 186 und 187 ausgebildet, wobei sich die Enden der Hebestan gen in die vier Ecken des Kanales 170 erstrecken. Die Hebe stange 186 steht mit dem Kanal 170 in der gleichen Weise in Eingriff, wie es oben in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschrieben ist. Die Stange 187, die sich senkrecht zur Stange 186 erstreckt, ist an ihren Enden mit federbelaste ten Riegelstiften 189 und 191 versehen, die mit Öffnungen 193 und 195 im Kanal 170 in Eingriff stehen.

Am unteren Ende des Brennelementes ist der Kanal 170 durch Schrauben oder andere Befestigungseinrichtungen 167, an dem Übergangsstück 166 befestigt. Die Abstandshalter 172 (von denen zwei gestrichelt dargestellt sind) sind in Kon struktion und örtlicher Anordnung ähnlich den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Abstandshaltern 72.

Weil der Kanal 170 am Übergangsstück 166 befestigt ist, gibt es keine Option, nur den Kanal vom Brennelement abzuheben. Die Verriegelungs-Stifte 189, 191 ergeben jedoch in Kombination mit der starren Befestigung zwischen dem Ka nal 170 und dem Übergangsstück 166 eine lasttragende Ver stärkung zum strukturellen (lasttragenden) Wasserrohr 174.

Durch Lösen der federbelasteten Verriegelungs-Stifte 189, 191 und durch Entfernen der Kanalführung 194 (mittels eines Bolzens 196) kann das Brennelement (einschießlich der unteren Gitterplatte 164, den Brennstäben 162 und dem Was serrohr 174) aus dem Kanal 170 herausgehoben werden, da die untere Gitterplatte 164 auf dem Übergangsstück 166 nur auf sitzt.

Es sollte verstanden werden, daß, obwohl die Verriege lungs-Stifte 189, 191 nur schematisch gezeigt sind, das De sign und der Betrieb solcher Stifte in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 6 bis 9 ge zeigt ist, weiter unten detaillierter beschrieben wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 6 bis 9 veranschaulicht, worin ein Brennelement 200 eine Vielzahl von Brennstäben 202 einschließt, die auf einer unteren Gitterplatte 204 abgestützt ist, die separat von einem Übergangsstück oder einer unteren Düse 206 ausge bildet ist, und die eine Einlaßöffnung für flüssiges Kühl mittel schafft. Die Brennstäbe 202 sind in seitlich beab standeter, im wesentlichen paralleler Anordnung mittels ei ner Vielzahl von Abstandshaltern 208 gehalten, die vertikal im Abstand entlang dem Brennelement in einer konventionel len Weise angeordnet sind. Die Abstandshalter 208 sind auf einem Paar zentral angeordneter Wasserrohre 210, 212 abge stützt, die sich durch das Zentrum des Brennelementes nach oben erstrecken. Die Abstandshalter 208 sind in festgeleg ten Höhen durch Vorsprünge auf den Wasserrohren gehalten, wie weiter oben beschrieben. Ein offenendiger Kanal 214 schließt das Brennelement ein. Die Brennstäbe 202 sind an ihren oberen Enden nicht durch die Handgriff-Baueinheit ab gestützt.

Die Brennstäbe 202 voller Länge können in der unteren Gitterplatte 204 mittels konventioneller Endstopfen 216 sitzen. Teillängen-Brennstäbe (von denen einer bei 202′ ge zeigt ist) können in der unteren Gitterplatte mittels End stopfen 218 sitzen, die mit sich axial erstreckenden Feder fingern 220 ausgebildet sind, die das Einschnappen des Teillängen-Brennstabes in einer Aufnahmeöffnung gestatten, die in der unteren Gitterplatte ausgebildet sind. Der End stopfen mit Federfingern hält den Teillängen-Brennstab bes ser in der unteren Gitterplatte als der bei 216 gezeigte, konventionelle Endstopfen. Es sollte jedoch klar sein, daß die mit Federfingern versehenen Endstopfen für ein gutes Festhalten der Teillängen-Brennstäbe 202′ nicht notwendi gerweise wesentlich sind, doch können sie bei gewissen An wendungen für den Einsatz bei Brennstäben voller Länge ebenfalls brauchbar sein.

Die Wasserrohre 210 und 212 können mittels mit Gewinde versehenen Endstopfen 222 an der unteren Gitterplatte 204 befestigt werden, wobei diese Endstopfen nach dem vollstän digen Einschrauben in die untere Gitterplatte verkeilt wer den können, um die Rotation der Stäbe zu verhindern. Diese Endstopfen können jeweils eine die Kühlmittelströmung ab messende Bohrung einschließen (die gestrichelt bei 223 im unteren Endstopfen des Wasserrohres 212 gezeigt ist), die Gegenstand einer am gleichen Tage eingereichten Patentan meldung mit dem Titel "Brennelement mit Bemessung der Strö mung im Wasserrohr in dessen unterem Endstopfen" ist, für die die Priorität der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/542,345 vom 12. Oktober 1995 mit dem Titel "Water Rod Metering Within The Water Rod Lower End Plug" in Anspruch genommen ist und auf die hiermit Bezug genommen wird.

Wie insbesondere in den Fig. 8 und 9 ersichtlich, sind die oberen Enden der Wasserrohre 210 und 212 an Kupp lungen 214 bzw. 216 geschweißt. Da diese Kupplungen auch hinsichtlich der Art der Verbindung der Wasserrohre mit der Handgriff-Baueinheit 230 identisch sind, braucht nur eine detailliert beschrieben zu werden. In die Kupplung 216 ist ein Haltestab oder eine Haltestange 218 in axialer Ausrich tung mit dem Wasserrohr 212 geschraubt. Das Gewindeende 220 des Haltestabes 218 ist maschinell so ausgebildet, daß es einen sich axial erstreckenden Verriegelungsweg 222 ein schließt, in den ein Radialvorsprung 223 auf einer Verrie gelungsdichtung 224 ragt. Die Kupplung 216 ist auch mit ei nem axialen Schlitz 225 zur Aufnahme eines gebogenen Vor sprunges 226 der Verriegelungsdichtung versehen, wobei die letztere durch eine Gewindemutter 228 an Ort und Stelle ge halten wird. Das obere Ende des Haltestabes 218 wird ver schiebbar in der Handgriff-Baueinheit 230 aufgenommen, wie im folgenden näher beschrieben wird.

Die Handgriff-Baueinheit 230 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließt ein Paar gegenseitig senkrechter Stäbe 232 und 234 (Fig. 7) und einen integra len Hebehandgriff 236 ein. Der Hebestab 232 erstreckt sich in gegenüberliegende Ecken des Kanales 214, wobei gegen überliegende Enden des Hebestabes 232 mit Eckenriegeln 216, 218 versehen sind, von denen jeder mit einem Paar von mit dem Kanal in Eingriff stehenden Vorsprüngen 220 versehen ist, die mit benachbarten Seiten des Kanales in Eingriff stehen. In anderen Worten, stehen die Vorsprünge 220 mit jedem gegenüberliegenden Ende des Hebestabes 232 mit benachbarten Seiten des Kanales 214 aber im Abstand von der Ecke in Eingriff, wie am besten in Fig. 7 ersichtlich. Der andere Hebestab 234 schließt ähnliche Eckenriegel 238, 240 ein, von denen jeder mit einem Paar von mit dem Kanal in Eingriff stehenden Vorsprüngen 242 versehen ist, die mit benachbarten Seiten des Kanales 214 in der gleichen Weise wie die Vorsprünge 220 in Eingriff stehen. Der Hebestab 236 ist auch mit federbelasteten Verriegelungsstiften 244, 246 (siehe Fig. 8) versehen, die durch Spiralfedern 248, 250 in radialer Richtung nach außen vorgespannt sind, so daß die runden Vorsprünge 252 mit ähnlich gestalteten Öffnungen in den Ecken des Kanales 214 in Eingriff stehen. Jeder der, Stifte 244, 246 schließt einen glatten Schaftteil 254 ein, auf dem die Spiralfeder montiert ist, sowie einen vergrö ßerten Kopf 256, der als ein Angriffspunkt für ein Werkzeug dient, mit dem die Verriegelungsstifte weg von einer Kanal- Verriegelungsposition, d. h. radial nach innen, gezogen wer den können.

Die mit Bezugnahme auf Fig. 8 ersichtliche Art und Weise, in der die Wasserrohr-Haltestäbe an der Hebestab- Baueinheit befestigt sind, ist ähnlich der Verriegelungs stab-Anordnung, die in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/380,587, eingereicht am 30. Januar 1995 und inzwischen erteilt, offenbart ist. Diese Anmeldung wird durch Bezug nahme hier aufgenommen. Die Beschreibung des Haltestabes 218 (der Stab 218′ ist identisch) fortsetzend, erstreckt sich der obere Teil des Haltestabes 218 durch eine Bohrung in der Handgriff-Baueinheit 230, und er ist an seinem obe ren Ende maschinell derart bearbeitet, daß er eine ringför mige Rille einschließt, die einen Teil 258 mit verringertem Durchmesser aufweist, der sich zwischen einer flachen Schulter 260 und einer verjüngten Schulter 262 erstreckt. Die Rille erstreckt sich über die obere Fläche 264 der Handgriff-Baueinheit 230 hinaus, so daß die Handgriff-Bau einheit axial gegen die Wirkung von Spiralfedern 266 und 268 nach unten bewegbar ist, die sich zwischen der Handgriff- Baueinheit 230 und den Gewindemuttern (von denen eine die Bezugsziffer 228 hat) an den Kupplungen 214, 216 erstrecken. Ein Verriegelungsstab 270, der auf der Oberfläche 264 aufsitzt, schießt einen aufrecht stehenden Mittelteil 272 ein, der bis zu einer Innenschulter 274 mit einer Gegenboh rung versehen ist, wobei die Bohrung mit einem verringerten Durchmesser durch die übrige Dicke des Stabes fortgesetzt ist. Ein Paar sich seitlich erstreckender, allgemein hufei senförmiger Haken 276, 278 erstreckt sich seitlich weg vom Mittelteil 272, wobei die Haken 276, 278, die abgerundete Oberflächen zum Eingriff mit dem Haltestab aufweisen (die mit dem Teil 258 verringerten Durchmessers auf dem Stab 218 und einem ähnlichen Teil auf dem Stab 218′ in Eingriff ste hen), in entgegengesetzte Richtungen weisen. Befindet sich, der Verriegelungsstab an Ort und Stelle auf der Schulter 216, kann der erstere in die in Fig. 8 gezeigte Verriege lungsposition gedreht werden, und ein Bolzen 280 und eine dazugehörige Spiralfeder 282 werden dazu benutzt, den Ver riegelungsstab 270 an der Handgriff-Baueinheit 230 zu be festigen. Insofern, als der Bolzen 280 in den Gußkörper der Baueinheit 230 und nicht auf den Verriegelungsstab 270 selbst geschraubt ist, ist die federbelastete, axiale Bewe gung des Stabes relativ zum Bolzen möglich, um die Rotation des Verriegelungsstabes in die Verriegelungsposition zu er leichtern. Eine detailliertere Beschreibung der Konstruk tion und des Betriebes des Verriegelungs-Mechanismus findet sich in der vorgenannten US-Patentanmeldung mit der Serial Nr. 08/380,587.

Es ist zu bemerken, daß durch das Weglassen der oberen Gitterplatte die konventionellen Endstopfen der Brennstäbe hinsichtlich der axialen Länge kürzer ausgebildet werden können, wie bei 98 in Fig. 2, 198 in Fig. 4 und 284 in Fig. 6 gezeigt, und dies gestattet die Verlängerung des Brennstabes selbst, was die Maximierung der Länge des Hohl raumes bzw. Plenums im Brennstab gestattet.

Während die Erfindung in Verbindung mit der Ausfüh rungsform beschrieben worden ist, die derzeit als die prak tischste und bevorzugteste angesehen wird, sollte klar sein, daß die Erfindung auf die offenbarte Ausführungsform nicht beschränkt ist, sondern daß sie im Gegenteil ver schiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen umfas sen soll, die vom Umfang der beigefügten Ansprüche umfaßt werden.

Claims

1. Brennelement für einen Kernreaktor, umfassend:
eine untere Gitterplatte,
eine Vielzahl von Brennstäben und mindestens ein Was serrohr, die auf der unteren Gitterplatte aufsitzen und sich in im wesentlichen paralleler Beziehung zu einem obe ren Ende des Brennelementes erstrecken, wobei die Hebelast des Brennelementes durch lasttragende Teile aufgenommen wird, die gewisse der Brennstäbe einschließen oder durch das mindestens eine Wasserrohr,
eine Vielzahl von Abstandshaltern, die axial beab standet entlang dem Brennelement angeordnet ist und eine Einrichtung zum seitlichen Abstützen jedes der Brennstäbe und des mindestens einen Wasserrohres einschließt und
eine Handgriff-Baueinheit am oberen Ende des Brenn elementes, die mit den lasttragenden Teilen derart verbun den ist, daß die Vielzahl von Brennstäben, mit Ausnahme der genannten, gewissen Brennstäbe, nur von der unteren Gitter platte und der Vielzahl von Abstandshaltern abgestützt ist.

2. Brennelement nach Anspruch 1, worin die Handgriff- Baueinheit einen sich nach oben erstreckenden Handgriff einschließt.

3. Brennelement nach Anspruch 1, das einen offenendigen, rohrförmigen Kanal einschließt, der die Vielzahl der Brennstäbe und das mindestens eine Wasserrohr umgibt.

4. Brennelement nach Ansprüche 3, worin die Handgriff- Baueinheit einen Hebestab einschließt, der sich in gegen überliegende Ecken des Kanales erstreckt und eine seitliche Beschränkung bzw. Festlegung der Handgriff-Baueinheit durch den Kanal ergibt.

5. Brennelement nach Anspruch 4, worin der Hebestab in den gegenüberliegenden Ecken an dem Kanal befestigt ist, um das Heben des Kanales mittels der Handgriff-Baueinheit zu gestatten.

6. Brennelement nach Anspruch 5, worin ein Übergangs stück, das unter der unteren Gitterplatte liegt, an dem Kanal befestigt ist derart, daß das Übergangsstück durch die Handgriff-Baueinheit durch den Kanal als einer redun danten Einrichtung zum Heben des Brennelementes getragen ist.

7. Brennelement nach Anspruch 6, worin die Handgriff- Baueinheit ein Paar federbelasteter Vorsprünge einschließt, die in Öffnungen eingreifen, die in einem oberen Ende des Kanales vorhanden sind.

8. Brennelement nach Anspruch 7, worin die federbelaste ten Vorsprünge gegen die Öffnungen vorgespannt sind.

9. Brennelement nach Anspruch 4, worin die Hebestange eine Kanalführung trägt und einen Befestigungspunkt für die Kanalführung am Kanal schafft.

10. Brennelement nach Anspruch 1, worin einige der Viel zahl der Brennstäbe sich im wesentlichen über die gesamte Länge von der unteren Gitterplatte bis zu einer Stelle un mittelbar unterhalb der Handgriff-Baueinheit erstrecken, und einige der Brennstäbe eine kürzere Länge aufweisen und sich von der unteren Gitterplatte bis zu einer mittleren Höhe des Brennelementes erstrecken.

11. Brennelement nach Anspruch 1, worin mindestens einige der Brennstäbe in Öffnungen in der unteren Gitterplatte in einer lösbaren, nicht geschraubten Weise sitzen.

12. Brennelement nach Anspruch 1, worin mindestens einige der Brennstäbe in die untere Gitterplatte geschraubt sind.

13. Brennelement nach Anspruch 1, worin die Brennstäbe mit relativ kurzen Endstopfen an ihren oberen Enden verse hen sind, und wobei keine Ausdehnungsfedern auf diesen End stopfen sitzen.

14. Brennelement nach Anspruch 1, worin das mindestens eine Wasserrohr ein unteres Ende aufweist, das in die un tere Gitterplatte geschraubt ist.

15. Brennelement nach Anspruch 14, worin das untere Ende des Wasserrohres mit einer oder mehreren Öffnungen zur Auf nahme einer Kühlmittelströmung in das Wasserrohr versehen ist.

16. Brennelement nach Anspruch 1, worin das mindestens eine Wasserrohr ein oberes Ende aufweist, das starr an der Handgriff-Baueinheit befestigt ist.

17. Brennelement nach Anspruch 1, worin das mindestens eine Wasserrohr ein oberes Ende aufweist, das lösbar an der Handgriff-Baueinheit gehalten ist.

18. Brennelement nach Anspruch 16, worin das mindestens eine Wasserrohr durch eine geschraubte Verbindung an der Handgriff-Baueinheit befestigt ist.

19. Brennelement nach Anspruch 1, worin das mindestens eine Wasserrohr ein Paar von lasttragenden Wasserrohren umfaßt.

20. Brennelement nach Anspruch 19, worin das Paar last tragender Wasserrohre an einem Übergangsstück befestigt ist, das integral mit der unteren Gitterplatte ausgebildet ist.