DE19641326B4

DE19641326B4 - Brennelement ohne obere Gitterplatte für Siedewasserreaktor

Info

Publication number: DE19641326B4
Application number: DE19641326A
Authority: DE
Inventors: Richard Alan Proebstle; Christian David Frederickson; Thomas Gerald Dunlap; Edward Armend Hartland Croteau
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: US5646973A; SE510288C2; JP3790587B2; DE19641326A1; SE9603707L; JPH09184893A; SE9603707D0

Abstract

Brennelement (60) für einen Kernreaktor, umfassend:
eine untere Gitterplatte (64),
eine Vielzahl von Brennstäben (62) umfassend alle Brennstäbe im Brennelement und mindestens ein Wasserrohr (74), die auf der unteren Gitterplatte aufsitzen und sich in paralleler Beziehung zu einem oberen Ende des Brennelementes erstrecken,
eine Vielzahl von Abstandshaltern (72), die axial beabstandet entlang dem Brennelement angeordnet sind und Einrichtungen zum seitlichen Abstützen jedes der Brennstäbe und des mindestens einen Wasserrohres einschließen,
dadurch gekennzeichnet, dass keine obere Gitterplatte vorhanden ist und weiter eine Hebelast des Brennelementes durch lasttragende Teile, die gewisse der Brennstäbe oder das mindestens eine Wasserrohr einschließen, getragen wird,
eine Handgriff-Baueinheit (82) am oberen Ende des Brennelementes, die mit den lasttragenden Teilen derart verbunden ist, daß mit Ausnahme der lasttragenden Teile alle übrigen Brennstäbe der Vielzahl von Brennstäben (62) und nicht lasttragende Wasserrohre (74) nur von der unteren Gitterplatte (64) und der Vielzahl von Abstandshaltern...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf Brennelemente für Siedewasser-Kernreaktoren und spezifisch auf ein Brennelement ohne die konventionelle, obere Gitterplatte.
HINTERGRUND
Ein Kernbrennelement nach dem Stand der Technik besteht aus einer Matrix paralleler 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 entlang der Länge des Brennelementes angeordnet sind, in einem festgelegten, seitlichen Abstand gehalten.
Die Matrix von Brennstäben ist am Boden durch eine untere Gitterplatte abgestützt, die eine seitliche Führung für die unteren Endstopfen der Brennstäbe schafft und die Strömungslöcher enthält, die einen Einlaß für die Kühlmittelströmung in das Brennelement schaffen. In ähnlicher Weise ist im Stand der Technik das obere Ende der Stabmatrix von einer oberen Gitterplatte abgedeckt, die die oberen Endstopfen der Brennstäbe seitlich festhält und die Strömungslöcher einschließt, die einen Ausgang für die Kühlmittelströmung aus dem Brennelement schaffen. Jedes Brennelement ist in einem offenendigen Kanal eingeschlossen, der sich zwischen der oberen und unteren Gitterplatte erstreckt.
Es können einer 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 aufrechtzuerhalten. Andere Brennstoff- oder Wasserstäbe in dem Brennelement, die nicht als lasttragende 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 Ausdehnungsfedern 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.
1 veranschaulicht in vereinfachter Form Komponenten eines konventionellen Brennelementes nach dem Stand der Technik für einen Siedewasser-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 typischerweise in einer quadratischen Anordnung arrangiert, die am besten aus 1A ersichtlich ist. Innerhalb der Brennstab-Anordnung ist zentral ein Wasserstab 18 lokalisiert, der sich ebenfalls zwischen der oberen und unteren Gitterplatte erstreckt. Die untere Gitterplatte 16 ist, wie gezeigt, 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 quadratichen Querschnitt (siehe auch 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 Gitterplatte 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 Öffnungen 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 gitterartigen Konstruktion der oberen Gitterplatte 14, wie in 1A gezeigt, wobei eine ähnliche, gitterartige Anordnung auf der unteren Gitterplatte 16 geschaffen ist.
In dieser Anordnung nach dem Stand der Technik ist der Wasserstab bzw. das Wasserrohr 18 die lasttragende Struktur bzw. das lasttragende Bauteil, über die das Brennelement mittels des Handgriffes 46 angehoben werden kann. Mehr im besonderen ist das Wasserrohr 18 mittels eines mit Gewinde versehenen Stutzens oder Endstopfens 36 in die untere Gitterplatte 16 geschraubt, während das obere Ende des Wasserrohres 18 mittels eines mit Gewinde versehenen Bolzens 38 und einer Mutter 40 an der oberen Gitterplatte 14 festgeschraubt ist. Eine Anordnung dieser allgemeinen Art ist in der US 5,327,471 A beschrieben.
Das Wasserrohr ist an seinem unteren Ende auch mit einer Vielzahl von seitlichen Kühlmittel-Eintrittsöffnungen 42 und an seinem oberen Ende mit einer Vielzahl von seitlichen Austrittsöffnungen 44 ausgebildet. Andere Konfigurationen von Kühlmittel-Öffnungen, wie axial orientierte Öffnungen, sind auch üblich (siehe die US 5,327,471 A ).
Es ist auch zu bemerken, daß die obere Gitterplatte 14 den Kanal 22 mittels Ansätzen 48, 50 an der oberen Gitterplatte tragen kann, auf denen Eckbleche 52, 54 aufliegen, die an das obere Ende des Kanales geschweißt sind. Eine Kanalführung 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 Gitterplatte 14 mit dem Kanal 22 verbunden, so daß der Kanal zusammen 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 Endstopfen zu drücken, was die Brennstäbe nach unten auf die untere Gitterplatte 16 vorspannt. Solche Federn erstrecken sich zwischen den Schultern 59 und der Unterseite der Gitterplatte 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 eingesetzten Stäbe (in dem gegebenen Beispiel das Wasserrohr 18) typischerweise auf Zug belastet, und der Rest der Stäbe mit den Ausdehnungsfedern ist auf Druck belastet.
Ein Brennelement nach dem Stand der Technik ist in der EP 0517 728 B1 beschrieben. Dieses bekannte Brennelement weist eine obere Gitter- bzw. Deckplatte 6 auf.
Beim Entwerfen eines Brennelementes ist einer der begrenzenden Faktoren für eine sehr hohe Bestrahlung der Druckaufbau in den Brennstäben aufgrund der Abgabe von Spaltgas. Auch wird das unterschiedliche Bestrahlungswachstum 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 verringern die für den Brennstab-Hohlraum verfügbare Länge, die zur Aufnahme der abgegebenen Spaltgase vorgesehen ist. Die derzeit benutzten oberen Gitterplatten und oberen Endstopfen erfordern eine komplexe, maschinelle Bearbeitung, und diese Komponenten sind daher, ebenso wie die Ausdehnungsfedern, teuer.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es daher, die oben erwähnten Probleme zu lösen, und sie schließt die vollständige 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 Brennstoff- und/oder Wasserstäben befestigt, die als lasttragende Bauteile benutzt werden, und gegebenenfalls am Kanal. Durch Beseitigen der oberen Gitterplatte können sich die Brennstäbe bis zu einem Punkt in der Länge ausdehnen, bei dem ein angemessener Abstand 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 gestattet. Das Beseitigen der oberen Gitterplatte mit ihrer komplexen Gitterkonstruktion vermindert auch die Strömungs-Einschränkung und den Druckabfall am Oberteil des Brennelementes und schafft eine Gelegenheit, die Gesamtkosten der Herstellung des Brennelementes zu verringern.
Ein zusätzlicher Nutzen ist es, daß einige der Brennstäbe 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 Abstandshaltergitter bzw. -netze fest beibehalten wird, die intermittierend entlang der Länge des Brennelementes angeordnet sind. Wie beim Stande der Technik, ist die Matrix von Brennstäben am Boden durch eine untere Gitterplatte abgestützt, 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-Baueinheit benutzt, die einen Handgriff zum Anheben des Brennelementes und einen Befestigungs-Mechanismus zum Befestigen der Handgriff-Baueinheit an solchen lasttragenden Brennstoff- und/oder Wasserstäben einschließt, die zum Anheben des Brennelementes benutzt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Handgriff-Baueinheit mittels eines lasstragenden Wasserrohres starr an einer einstückigen Einheit aus unterer Gitterplatte 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 Anordnung wird der Kanal zusammen mit dem Brennelement angehoben, doch trägt er keine andere Last als sein eigenes Gewicht. 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 federbelasteten Sperrarmen versehen, die die Handgriff-Baueinheit lösbar am Kanal befestigen. Der Kanal seinerseits ist mittels Schrauben oder ähnlichem starr am Übergangsstück befestigt (das trägt, das aber ansonsten nicht an der unteren Gitterplatte befestigt ist). Auf diese Weise wird der Kanal selbst ein redundantes, lasttragendes Teil für den Fall, daß das primäre Bauteil, d. h. das Wasserrohr, versagt. Durch Lösen des Kanales von der Handgriff-Baueinheit, kann das Brennelement einschließlich der unteren Gitterplatte, der Brennstäbe und des Wasserrohres aus dem Kanal herausgehoben werden.
In noch einer anderen und bevorzugten Ausführungsform ist die untere Gitterplatte separat vom Übergangsstück ausgebildet und davon lösbar. Die Handgriff-Baueinheit ist mittels eines Paares lasttragender Wasserrohre an der unteren Gitterplatte befestigt. Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, stehen federbelastete Sperrarme in der Handgriff-Baueinheit in Eingriff mit Öffnungen in gegenüberliegenden Ecken des Kanales. Am unteren Ende des Brennelementes ist der Kanal mittels Schrauben oder anderen, geeigneten 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 erwünscht angesehen wird, kann der oberste (oder ein zusätzlicher) Abstandshalter nahe den oberen Enden der Stäbe angeordnet 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 Ausführungsformen werden das oder die Wasserrohre (typischerweise werden 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-Ausführungsformen übertragen werden kann, wo Brennstäbe oder andere Hebestäbe als lasttragende Teile benutzt werden.
In ihren breiteren Aspekten bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Brennelement für einen Kernreaktor, umfassend eine untere Gitterplatte, eine Vielzahl von Brennstäben und mindestens ein Wasserrohr, die auf der unteren Gitterplatte aufsitzen und sich in im wesentlichen paralleler Beziehung zu einem oberen Ende des Brennelementes erstrecken, wobei die Hebelast des Brennelementes von lasttragenden Teilen aufgenommen wird, die gewisse der Brennstäbe einschließen, oder von dem mindestens einen Wasserrohr, eine Vielzahl von Abstandshaltern, die sich axial im Abstand entlang der Länge des Brennelementes befinden und Einrichtungen einschließen, um die Vielzahl der Brennstäbe und das mindestens eine Wasserrohr seitlich abzustützen, sowie einen Handgriff am oberen Ende des Brennelementes, der mit den lasttragenden Teilen derart verbunden ist, daß die Vielzahl der Brennstäbe mit Ausnahme der lasttragenden 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
1 ist eine vereinfachte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die ein typisches Brennelement nach dem Stand der Technik veranschaulicht, das in Siedewasser-Kernreaktoren eingesetzt wird;
1A ist eine Draufsicht des in 1 gezeigten Brennelementes;
2 ist eine vereinfachte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die ein Brennelement gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ist eine Draufsicht des in 2 gezeigten Brennelementes;
4 ist eine vereinfachte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die ein Brennelement gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung veranschaulicht;
5 ist eine Draufsicht des in 4 gezeigten Brennelementes;
6 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines Brennelementes gemäß einer dritten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
7 ist eine vereinfachte Draufsicht des in 6 gezeigten Brennelementes, die nur die Hebe-Baueinheit und den umgebenden Kanal veranschaulicht;
8 ist ein Teilschnitt des in 6 gezeigten Brennelementes, der die Art und Weise wiedergibt, in der die Wasserrohre an der Hebe-Baueinheit befestigt sind und
9 ist ein vergrößertes Detail A der 8.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die 2 und 3 veranschaulichen Merkmale der vorliegenden Erfindung in einer vereinfachten Weise, wobei viele Komponententeile der Klarheit und Bequemlichkeit halber weggelassen sind. Die Darstellungen in den 2 und 3 sind allgemein ähnlich der in den 1 und 1A gezeigten, bekannten Anordnung, um die signifikant unterschiedlichen Design-Merkmale dieser Erfindung hervorzuheben.
Das Brennelement 60 schließt eine Vielzahl von Brennstäben 62 (typischerweise in einer 8 × 8-, 9 × 9- oder 10 × 10-Anordnung) ein, die auf einer unteren Gitterplatte 64 abgestützt sind, die in diesem Falle integral mit einem Übergangsstück 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 konventioneller 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 erstreckt. Vorsprünge 76 sind auf das Wasserrohr 74 geschweißt, um die Abstandshalter an erwünschten, axialen Stellen entlang des Wasserrohres zu lokalisieren. Die spezifische 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 Abstandshalter näher den oberen Enden der Brennstäbe 62 angeordnet worden ist, als dies in konventionellen Konstruktionen üblich ist, um eine zusätzliche, seitliche Abstützung zu ergeben.
In gegenwärtigen Brennelement-Designs sind die Brennstäbe voller Länge mit Endstopfen versehen, die in Naben bzw. Ausnehmungen sitzen, die in der unteren Gitterplatte ausgebildet sind. Für Teillängen-Brennstäbe ist es bevorzugt, 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 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 unteren Gitterplatte 64 ausgebildet sind. Andere Halteeinrichtungen, z. B. mit Federfingern (die weiter unten beschrieben werden) ausgebildete Endstopfen oder Verbindungen vom Bajonett-Typ, sind für Teillängen-Stäbe geeignet, obwohl Befe stigungseinrichtungen dieser Art in einigen Fällen auch für Brennstäbe voller Länge erwünscht sein mögen. Ein verstärktes Befestigen wird jedoch für die Zwecke dieser Erfindung nicht als wesentlich angesehen.
Das Wasserrohr 74 ist auch mit einem unteren Endstopfen 80 versehen, der vorzugsweise in die untere Gitterplatte 64 geschraubt ist.
Am oberen Ende des Brennelementes 60 ist die konventionelle, obere Gitterplatte, die normalerweise die oberen Enden der Brennstäbe 62 aufnehmen und eine starre Verbindung mit speziellen Brennstäben herstellen würde, die als Haltestäbe dienen (und ebenfalls starr mit der unteren Gitterplatte 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 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 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' ausgebildet. Die Verlängerung 90' steht in Eingriff mit einem Eckblech 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 seitlichen Abstützen des Wasserrohres im Zentrum des Brennstoffkanales. Mit dieser Anordnung kann das gesamte Brennelement, einschließlich Brennstäben 62, Wasserrohr 74, unterem Gitterplatte/Übergangs-Stück 66 und Kanal, mittels der Handgriff-Baueinheit 82 aus dem Kern herausgehoben werden.
Zusätzlich kann die Handgriff-Baueinheit 82 durch Entfernen der Kanal-Führung 94 und der Bolzen 96, 96' vom Kanal 70 gelöst werden, was das Abheben des Kanales 70 vom Brennelement selbst gestattet. Diese Option wird durch die Tatsache erleichtert, daß der Kanal 70 an seinem unteren Ende nicht an dem Teil 66 aus unterer Gitterplatte und Übergangsstück befestigt ist.
In den 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die allgemein ähnlich der ist, die in den 2 und 3 gezeigt ist, die aber die im folgenden aufgeführten Unterschiede aufweist. Der Bequemlichkeit halber sind ähnliche Bezugsziffern mit vorgestellter ”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 Hebestangen in die vier Ecken des Kanales 170 erstrecken. Die Hebestange 186 steht mit dem Kanal 170 in der gleichen Weise in Eingriff, wie es oben in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben ist. Die Stange 187, die sich senkrecht zur Stange 186 erstreckt, ist an ihren Enden mit federbelasteten 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 Konstruktion und örtlicher Anordnung ähnlich den in den 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 Kanal 170 und dem Übergangsstück 166 eine lasttragende Verstärkung 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 Wasserrohr 174) aus dem Kanal 170 herausgehoben werden, da die untere Gitterplatte 164 auf dem Übergangsstück 166 nur aufsitzt.
Es sollte verstanden werden, daß, obwohl die Verriegelungs-Stifte 189, 191 nur schematisch gezeigt sind, das Design und der Betrieb solcher Stifte in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform, die in den 6 bis 9 gezeigt ist, weiter unten detaillierter beschrieben wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den 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 ausgebildet ist, und die eine Einlaßöffnung für flüssiges Kühlmittel schafft. Die Brennstäbe 202 sind in seitlich beabstandeter, im wesentlichen paralleler Anordnung mittels einer Vielzahl von Abstandshaltern 208 gehalten, die vertikal im Abstand entlang dem Brennelement in einer konventionellen Weise angeordnet sind. Die Abstandshalter 208 sind auf einem Paar zentral angeordneter Wasserrohre 210, 212 abgestützt, die sich durch das Zentrum des Brennelementes nach oben erstrecken. Die Abstandshalter 208 sind in festgelegten 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 abgestützt.
Die Brennstäbe 202 voller Länge können in der unteren Gitterplatte 204 mittels konventioneller Endstopfen 216 sitzen. Teillängen-Brennstäbe (von denen einer bei 202' gezeigt ist) können in der unteren Gitterplatte mittels Endstopfen 218 sitzen, die mit sich axial erstreckenden Federfingern 220 ausgebildet sind, die das Einschnappen des Teillängen-Brennstabes in einer Aufnahmeöffnung gestatten, die in der unteren Gitterplatte ausgebildet sind. Der Endstopfen mit Federfingern hält den Teillängen-Brennstab besser 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 notwendigerweise wesentlich sind, doch können sie bei gewissen Anwendungen 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 vollständigen Einschrauben in die untere Gitterplatte verkeilt werden können, um die Rotation der Stäbe zu verhindern. Diese Endstopfen können jeweils eine die Kühlmittelströmung abmessende Bohrung einschließen (die gestrichelt bei 223 im unteren Endstopfen des Wasserrohres 212 gezeigt ist), die Gegenstand einer am gleichen Tage eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel ”Brennelement mit Bemessung der Strömung im Wasserrohr in dessen unterem Endstopfen” ist, für die die Priorität der US 5,663,993 A in Anspruch genommen ist und auf das hiermit Bezug genommen wird.
Wie insbesondere in den 8 und 9 ersichtlich, sind die oberen Enden der Wasserrohre 210 und 212 an Kupplungen 214a bzw. 216a 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 216a ist ein Haltestab oder eine Haltestange 218 in axialer Ausrichtung mit dem Wasserrohr 212 geschraubt. Das Gewindeende 220b des Haltestabes 218 ist maschinell so ausgebildet, daß es einen sich axial erstreckenden Verriegelungsweg 222a einschließt, in den ein Radialvorsprung 223 auf einer Verriegelungsdichtung 224 ragt. Die Kupplung 216a ist auch mit einem axialen Schlitz 225 zur Aufnahme eines gebogenen Vorsprunges 226 der Verriegelungsdichtung versehen, wobei die letztere durch eine Gewindemutter 228 an Ort und Stelle gehalten wird. Das obere Ende des haltestabes 218 wird verschiebbar 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 (7) und einen integralen Hebehandgriff 236 ein. Der Hebestab 232 erstreckt sich in gegenüberliegende Ecken des Kanales 214, wobei gegenüberliegende Enden des Hebestabes 232 mit Eckenriegeln 216b, 218a versehen sind, von denen jeder mit einem Paar von mit dem Kanal in Eingriff stehenden Vorsprüngen 220a versehen ist, die mit benachbarten Seiten des Kanales in Eingriff stehen. In anderen Worten, stehen die Vorsprünge 220a 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 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 220a in Eingriff stehen. Der Hebestab 236 ist auch mit federbelasteten Verriegelungsstiften 244, 246 (siehe 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 vergrößerten 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 werden können.
Die mit Bezugnahme auf 8 ersichtliche Art und Weise, in der die Wasserrohr-Haltestäbe an der Hebestab-Baueinheit befestigt sind, ist ähnlich der Verriegelungsstab-Anordnung, die in der US 5,481,579 A offenbart ist. Diese US-PS wird durch Bezugnahme 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 oberen Ende maschinell derart bearbeitet, daß er eine ringförmige 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-Baueinheit 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 214a, 216a erstrecken. Ein Verriegelungsstab 270, der auf der Oberfläche 264 aufsitzt, schließt einen aufrecht stehenden Mittelteil 272 ein, der bis zu einer Innenschulter 274 mit einer Gegenbohrung versehen ist, wobei die Bohrung mit einem verringerten Durchmesser durch die übrige Dicke des Stabes fortgesetzt ist. Ein Paar sich seitlich erstreckender, allgemein hufeisenförmiger 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 stehen), in entgegengesetzte Richtungen weisen. Befindet sich der Verriegelungsstab an Ort und Stelle auf der Schulter 216, kann der erstere in die in 8 gezeigte Verriegelungsposition gedreht werden, und ein Bolzen 280 und eine dazugehörige Spiralfeder 282 werden dazu benutzt, den Verriegelungsstab 270 an der Handgriff-Baueinheit 230 zu befestigen. Insofern, als der Bolzen 280 in den Gußkörper der Baueinheit 230 und nicht auf den Verriegelungsstab 270 selbst geschraubt ist, ist die federbelastete, axiale Bewegung des Stabes relativ zum Bolzen möglich, um die Rotation des Verriegelungsstabes in die Verriegelungsposition zu erleichtern. Eine detailliertere Beschreibung der Konstruktion und des Betriebes des Verriegelungs-Mechanismus findet sich in dem vorgenannten US-Patent US 5,481,579 A .
Es ist zu bemerken, daß durch das Weglassen der oberen Gitterplatte die konventionellen Endstopfen der Brennstäbe hinsichtlicht der axialen Länge kürzer ausgebildet werden können, wie bei 98 in 2, 198 in 4 und 284 in 6 gezeigt, und dies gestattet die Verlängerung des Brennstabes selbst, was die Maximierung der Länge des Hohlraumes bzw. Plenums im Brennstab gestattet.
Während die Erfindung in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben worden ist, die derzeit als die praktischste und bevorzugteste angesehen wird, sollte klar sein, daß die Erfindung auf die offenbarte Ausführungsform nicht beschränkt ist, sondern daß sie im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen umfassen soll, die vom Umfang der beigefügten Ansprüche umfaßt werden.

Claims

Brennelement (60) für einen Kernreaktor, umfassend: eine untere Gitterplatte (64), eine Vielzahl von Brennstäben (62) umfassend alle Brennstäbe im Brennelement und mindestens ein Wasserrohr (74), die auf der unteren Gitterplatte aufsitzen und sich in paralleler Beziehung zu einem oberen Ende des Brennelementes erstrecken, eine Vielzahl von Abstandshaltern (72), die axial beabstandet entlang dem Brennelement angeordnet sind und Einrichtungen zum seitlichen Abstützen jedes der Brennstäbe und des mindestens einen Wasserrohres einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass keine obere Gitterplatte vorhanden ist und weiter eine Hebelast des Brennelementes durch lasttragende Teile, die gewisse der Brennstäbe oder das mindestens eine Wasserrohr einschließen, getragen wird, eine Handgriff-Baueinheit (82) am oberen Ende des Brennelementes, die mit den lasttragenden Teilen derart verbunden ist, daß mit Ausnahme der lasttragenden Teile alle übrigen Brennstäbe der Vielzahl von Brennstäben (62) und nicht lasttragende Wasserrohre (74) nur von der unteren Gitterplatte (64) und der Vielzahl von Abstandshaltern (72) abgestützt sind, wobei die Handgriff-Baueinheit derart konfiguriert ist, dass sie das Entfernen zumindest einiger der Brennstäbe aus dem Brennelement ohne Entfernen der Handgriff-Baueinheit gestattet.
Brennelement nach Anspruch 1, worin die Handgriff-Baueinheit (82) einen sich nach oben erstreckenden Handgriff (88) einschließt.
Brennelement nach Anspruch 1, das einen offenendigen, rohrförmigen Kanal (70) einschließt, der die Vielzahl der Brennstäbe (62) und das mindestens eine Wasserrohr (74) umgibt.
Brennelement nach Anspruch 3, worin die Handgriff-Baueinheit (82) einen Hebestab (86) einschließt, der sich in gegenüberliegende Ecken des Kanales (70) erstreckt und eine seitliche Festlegung der Handgriff-Baueinheit (82) durch den Kanal ergibt.
Brennelement nach Anspruch 4, worin der Hebestab (86) in den gegenüberliegenden Ecken an dem Kanal (70) befestigt ist, um das Heben des Kanales mittels der Handgriff-Baueinheit (82) zu gestatten.
Brennelement nach Anspruch 5, worin ein Übergangsstück (66), das unter der unteren Gitterplatte (64) liegt, an dem Kanal (70) derart befestigt ist, daß das Übergangsstück von der Handgriff-Baueinheit (82) mittels des Kanals als einer redundanten Einrichtung zum Heben des Brennelementes (60) getragen ist.
Brennelement nach Anspruch 6, worin die Handgriff-Baueinheit (82) ein Paar federbelasteter Vorsprünge (90, 90') einschließt, die in Öffnungen eingreifen, die in einem oberen Ende des Kanales (70) vorhanden sind.
Brennelement nach Anspruch 7, worin die federbelasteten Vorsprünge (90, 90') gegen die Öffnungen vorgespannt sind.
Brennelement nach Anspruch 4, worin die Hebestange (86) eine Kanalführung (94) trägt und einen Befestigungspunkt für die Kanalführung am Kanal schafft.
Brennelement nach Anspruch 1, worin einige der Vielzahl der Brennstäbe (62) sich im wesentlichen über die gesamte Länge von der unteren Gitterplatte (64) bis zu einer Stelle unmittelbar unterhalb der Handgriff-Baueinheit (82) erstrecken, und einige der Brennstäbe eine kürzere Länge aufweisen und sich von der unteren Gitterplatte bis zu einer mittleren Höhe des Brennelementes (60) erstrecken.
Brennelement nach Anspruch 1, worin mindestens einige der Brennstäbe in Öffnungen in der unteren Gitterplatte (64) in einer lösbaren, nicht geschraubten Weise sitzen.
Brennelement nach Anspruch 1, worin mindestens einige der Brennstäbe in die untere Gitterplatte (64) geschraubt sind.
Brennelement nach Anspruch 1, worin die Brennstäbe mit kurzen Endstopfen an ihren oberen Enden versehen sind, und wobei keine Ausdehnungsfedern auf diesen Endstopfen sitzen.
Brennelement nach Anspruch 1, worin das mindestens eine Wasserrohr ein unteres Ende aufweist, das in die untere Gitterplatte geschraubt ist.
Brennelement nach Anspruch 14, worin das untere Ende des Wasserrohres mit einer oder mehreren Öffnungen zur Aufnahme einer Kühlmittelströmung in das Wasserrohr versehen ist.
Brennelement nach Anspruch 1, worin das mindestens eine Wasserrohr ein oberes Ende aufweist, das starr an der Handgriff-Baueinheit befestigt ist.
Brennelement nach Anspruch 1, worin das mindestens eine Wasserrohr ein oberes Ende aufweist, das lösbar an der Handgriff-Baueinheit gehalten ist.
Brennelement nach Anspruch 16, worin das mindestens eine Wasserrohr durch eine geschraubte Verbindung an der Handgriff-Baueinheit befestigt ist.
Brennelement nach Anspruch 1, mit einem Paar von lasttragenden Wasserrohren.
Brennelement nach Anspruch 19, worin das Paar lasttragender Wasserrohre an einem Übergangsstück befestigt ist, das integral mit der unteren Gitterplatte ausgebildet ist.