DE19721612A1 - Handgriff-Einheit für ein Brennelement in einem Kernreaktor sowie Brennelement mit modifiziertem Kanal - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Struk­ tur eines Brennelementes in einem Siedewasser-Kernreaktor­ kessel und, mehr im besonderen, auf ein Brennelement, das anstelle einer oberen Gitterplatte eine neue Handgriff- Baueinheit sowie einen modifizierten Kanal benutzt, der in einer axialen Richtung ein größeres Strömungsvolumen auf­ weist.

HINTERGRUND

Ein konventionelles Brennelement in einem Siedewasser- Kernreaktor schließt eine untere Gitterplatte, eine obere Gitterplatte und eine Matrix abgedichteter Brennstäbe ein, die zwischen der oberen und unteren Gitterplatte abgestützt sind. Die Brennstäbe enthalten Kernbrennstoff-Pellets in einem abgedichteten Behälter, um eine erforderliche, kriti­ sche Reaktion für die Erzeugung von Dampf zu unterstützen. Ein oder mehrere Kühlmittel-Stäbe sind in der Matrix von Brennstäben vorhanden und ebenfalls zwischen der oberen und unteren Gitterplatte abgestützt. Ein Kanal umgibt die Git­ terplatten, Brennstäbe und ein oder mehreren Kühlmittel- Stäbe. Dieser Kanal hat im allgemeinen eine quadratischen Querschnitt, und er besteht aus Metall (vorzugsweise Zirc­ aloy). Während des Reaktorbetriebes tritt Kühlmittel-Wasser durch die untere Gitterplatte in den Kanal ein und strömt zwischen den aufrecht stehenden Brennstäben nach oben. Was­ ser und erzeugter Dampftreten durch die obere Gitterplatte aus. Der Kanal begrenzt die erforderliche Moderator/Kühl­ mittel-Strömung auf einen Strömungspfad, der zwischen den Gitterplatten eingeschränkt ist.

Ein typischer Kanal für einen Siedewasserreaktor hat eine konstante, innere Strömungsfläche, die durch einen Querschnitt voller Länge mit abgerundeten Ecken gebildet ist. Variationen des Konzeptes der gleichmäßigen Dicke sind in der eigenen US-PS 4,749,543 offenbart. Diese PS offen­ bart Kanal-Designs mit einer verringerten, mittleren Dicke im oberen Abschnitt der Kanäle, entsprechend einem geringe­ ren Druckunterschied, der im oberen Abschnitt des Kanals auf die Kanalseiten wirkt. In einigen Fällen erhöht die axiale Variation der mittleren Kanaldicke das Wasservolumen benachbart dem oberen Teil des Kanals, um eine verstärkte Neutronen-Moderation zu schaffen, den Reaktivitäts-Koeffi­ zient der Dampfblasen zu minimieren und eine größere, kalte Abschaltgrenze zu schaffen.

Die Energiezugabe entlang der Brennstäbe wandelt einen Teil des Wassers in Dampf geringerer Dichte um. Die resul­ tierenden Dampf-Wasserströme, die als Zweiphasen-Ströme bezeichnet werden, haben Geschwindigkeiten, die nach oben hin im Brennelement zunehmen, da mehr Dampf gebildet wird. Wird die Strömungsfläche konstant gehalten, dann treten im oberen Abschnitt des Brennelements größere Druckabfälle auf als im unteren Abschnitt. Ein zu großer Druckabfall in den Brennstoff-Kanälen kann die Strömungs- und Leistungs-Fähig­ keit des Brennstoffes begrenzen.

Weiter hat der Druckabfall in dem Zweiphasen-Strö­ mungsbereich eine nachteilige Auswirkung auf die Stabilität des Betriebes der Anlage. Es ist daher besonders vorteil­ haft, die Strömungsfläche zu vergrößern, um den Druckabfall im oberen Abschnitt eines Siedewasser-Brennelementes zu verringern. Techniken für die Vergrößerung der Strömungs­ fläche müssen jedoch sowohl mit den abmessungsmäßigen Be­ schränkungen als auch der thermischen Leistungsfähigkeit des Brennstoffes verträglich sein.

Die äußeren Abmessungen eines Brennstoff-Kanales sind stark eingeschränkt, um sicherzustellen, daß sie nicht äu­ ßere, benachbarte Komponenten, wie Regelstäbe oder Instru­ menten-Rohre beeinflussen oder beeinträchtigen. Brennstoff- Kanäle unterliegen jedoch einem Ausbauchen durch Kriechen aufgrund der Druckunterschiede, die über die Kanal-Wandung vorhanden sind. Typischerweise ist der Druckunterschied über die Kanal-Wandung am Strömungs-Eintritt am größten und nimmt, etwa als eine Cosinus-Funktion, mit dem Abstand stromabwärts ab (der Unterschied ist am Kanal-Ausgang null). Die Kanaldicke, die erforderlich ist, um dem Kriech- Ausbauchen zu widerstehen, ist daher beim Strömungs-Ein­ tritt am größten und nimmt mit dem Abstand stromabwärts ab. Irgendwelche Vergrößerungen der Strömungsfläche, die die Wandstärken des Brennstoff-Kanales beeinflussen, müssen da­ her diese Charakteristika der Kriech-Ausbauchung in Be­ tracht ziehen.

Die thermische Leistungsfähigkeit des Brennstoffes ist durch die maximale Leistung begrenzt, bei der der normale Übergang der Siedewärme auf allen Brennstäben aufrechter­ halten werden kann. Über diese Leistung hinaus, die als die kritische Leistung bezeichnet wird, kann sich die Wärme­ übertragung eines oder mehrerer Brennstäbe verschlechtern, was unannehmbare Temperaturen verursacht. Für eine wirksa­ me, kritische Leistung ist es wichtig, eine gute Kühlmit­ tel-Verteilung um alle Brennstäbe herum aufrechtzuerhalten. Da die Vergrößerung der Strömungsfläche eines Brennelements eine andere Verteilung der Kühlmittel-Strömung verursachen kann, müssen alle solche Vergrößerungen potentiell damit in Beziehung stehende Wirkungen auf die kritische Leistung in Betracht ziehen.

Wie bereits erwähnt, dienen die untere Gitterplatte und die obere Gitterplatte zum Abstützen der abgedichteten Brennstäbe in der vertikal orientierten Matrix, die von dem Kanal umschlossen ist. Typischerweise bildet die obere Git­ terplatte eine darüberliegende Matrix von Trägerpunkten für die Brennstäbe. In etwa acht dieser Trägerpunkte (was von der Größe der Brennstab-Anordnung abhängt) sind mit Außen­ gewinde versehene, tragende Stäbe und Zubehör dafür ange­ ordnet. Die tragenden Stäbe, die ähnlich den Brennstäben Brennstoff enthalten können, sind an ihren unteren Enden für eine entsprechende Befestigung in die untere Gitter­ platte geschraubt. Die untere Gitterplatte bildet in ähnli­ cher Weise eine darunterliegende Matrix von Brennstab-Trä­ gerpunkten, einschließlich mit Innengewinde versehenen Öff­ nungen, um die unteren Gewindeenden solcher tragenden Stäbe abzustützen. Die Brennstäbe werden somit zwischen der obe­ ren und unteren Gitterplatte abgestützt, die ihrerseits durch die eingeschraubten, tragenden Stäbe zusammengehalten sind.

Wie in der anhängigen Anmeldung mit der Serial Nr. 08/542,382 vom 12. Oktober 1995 detailliert beschrieben, können die obere Gitterplatte 22 und die Handgriff-Bauein­ heit 32 vom Brennelement entfernt werden, so daß einer oder alle Brennstäbe und Kühlmittel-Stäbe aus dem Kanal entfernt werden können.

Beim Entwerfen eines Kern-Brennelements ist der Druck­ aufbau in den Brennstäben aufgrund der Abgabe von Spaltgas eine Beschränkung für sehr hohe Bestrahlung. Auch wird das unterschiedlische Strahlungs-Wachstum der Brennstäbe und Wasserstäbe bei hohen Bestrahlungen bedeutsam und erfordert sehr lange Endstopfen-Verlängerungen, die seitlich durch Naben in den gegenwärtigen Designs oberer Gitterplatten ge­ führt werden. Diese langen Endstopfen-Verlängerungen verrin­ gern die für den Brennstab-Sammelraum verfügbare Länge, der zur Aufnahme des Spaltgases benutzt wird. Die derzeit be­ nutzten Designs für die obere Gitterplatte und den oberen Endstopfen erfordern eine komplexe, maschinelle Bearbei­ tung, so daß diese Komponenten ebenso wie die Ausdehnungs- Federn teuer sind.

In der anhängigen, eigenen US-Patentanmeldung mit der Serial Nr. 08/567,152 vom 5. Dezember 1995 (die durch Be­ zugnahme hier aufgenommen wird) ist ein Brennelement offen­ bart, das die obere Gitterplatte zugunsten einer nur rela­ tiv kleinen Handgriff-Stabbaueinheit wegläßt. Die Hand­ griff-Baueinheit ist direkt mit dem Kanal verbunden, so daß die gehobenen Lasten direkt durch den Kanal selbst getragen werden, was die Notwendigkeit für separate, tragende Stäbe beseitigt. Durch Weglassen der oberen Gitterplatte können die Brennstäbe in der Länge bis zu einem Punkt ausgedehnt werden, der einen angemessenen Abstand des oberen Handgrif­ fes des Brennelementes und der Ausrüstung zur Brennstoff- Handhabung aufrechterhält. Die oberen Endstopfen können auch gekürzt werden, um dadurch eine weitere Ausdehnung der Länge des Brennstab-Sammelraumes zu gestatten. Das Weglas­ sen der oberen Gitterplatte mit ihrer komplexen Gitterkon­ struktion verringert auch die Strömungs-Beschränkung und den Druckabfall am Oberteil des Elementes und schafft eine Gelegenheit, die Gesamtkosten der Herstellung des Brennele­ mentes zu verringern. Ein zusätzlicher Nutzen ist, daß ei­ nige der Brennstäbe aus dem Element entfernt werden können, ohne daß andere Bauteile vom oberen Ende des Elementes ent­ fernt werden müssen.

Weil die obere Gitterplatte weggelassen ist, sind die anderen nicht strukturellen Brenn- und Wasser-Stäbe an ih­ ren oberen Enden frei. Bei weggelassener, oberer Gitter­ platte ist der oberste (oder ein zusätzlicher) Abstands­ halter typischerweise nahe den oberen Enden der Stäbe an­ geordnet, um eine seitliche Abstützung zu schaffen. Es kön­ nen nun sehr kurze, obere Endstopfen benutzt werden, da sie nur zum Abdichten der oberen Enden der Brennstäbe dienen, so daß die Sammelraum-Bereiche der Brennstäbe verlängert werden können.

Das Brennelement ohne obere Gitterplatte und mit einem Abstandshalter nahe den oberen Enden der Stäbe leidet je­ doch noch immer an einem großen Druckabfall im Zweiphasen- Strömungsbereich. Wie oben ausgeführt, kann ein zu großer Druckabfall im Brennstoff-Kanal die Strömungs- und Lei­ stungs-Fähigkeiten des Brennstoffes begrenzen, und der Druckabfall im Zweiphasen-Strömungsbereich hat eine nach­ teilige Auswirkung auf die Betriebsstabilität der Anlage. Weil sich die Brennstoff-Pellets in den Brennstäben im we­ sentlichen über die gesamte Länge der Brennstäbe bis zu ei­ nem Punkt von, z. B., mehreren 2,5 cm unter den Endstopfen der Brennstäbe erstrecken, befinden sich die kühlsten Re­ gionen der Brennstäbe im allgemeinen an oder nahe den End­ stopfen. Als Ergebnis neigt Wasserstoff im Reaktorkessel zur Ansammlung an oder nahe den Endstopfen, was die Umhül­ lung in nachteiliger Weise versprödet und dadurch die End­ stopfen bruchempfindlich macht. In diesem Falle ist es er­ wünscht, zu verhindern, daß die Endstopfen aus dem Brenn­ element herausfliegen und andere äußere Komponenten beein­ flussen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Brennelement der Art zu schaffen, bei dem die obere Gitterplatte weggelassen worden ist. Spezifisch bezieht sich diese Erfindung auf eine verbesserte Hebe­ griff-Baueinheit, die eine Struktur einschließt, die das Austreten beschädigter Endstopfen aus dem Brennelement ver­ hindert.

Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Design eines Brennelement-Kanales zu schaffen, das einen verbes­ serten Druckabfall gegenüber vorhandenen Designs mit kon­ stanter Kanalfläche aufweist, und die Abstands-Anforderun­ gen, Anforderungen hinsichtlich der Kriech-Ausbauchung und der kritischen Leistung erfüllt.

In der hier beschriebenen, beispielhaften Ausführungs­ form wird ein axial ungleichmäßiger Kanal geschaffen, um den Druckabfall des Siedewasser-Brennelementes zu verbes­ sern. Eine Lösung besteht darin, die äußere Abmessung des Brennstoff-Kanales entlang der Länge des Kanales zu variie­ ren, eine durchgehende Dicke der Kanalwand jedoch aufrecht zu erhalten. Diese Lösung kann in einigen Siedewasserreak­ tor-Anlagen benutzt werden, wo ein äußerer Abstand zulässig ist. Eine andere und bevorzugtere Lösung besteht darin, die äußeren Abmessungen des Brennstoff-Kanales aufrecht zu er­ halten und die Wandstärke entlang der Länge des Kanales zu variieren. Diese Lösung kann bei allen Siedewasserreaktor- Anlagen ohne Rücksicht auf äußere Abstände eingesetzt wer­ den.

Die Handgriff-Einheit gemäß der Erfindung schließt ei­ ne entfernbare Struktur ein, um zu verhindern, daß Trümmer aus dem Brennelement austreten. Die Handgriff-Struktur dient auch zum Verringern des Druckabfalles in der Zweipha­ sen-Strömungsregion durch einen axialen Abstand der ent­ fernbaren Struktur von der Handgriff-Einheit an sich.

In einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Handgriff-Einheit und ein Brennelement, das die Handgriff- Einheit aufweist, wobei die Handgriff-Einheit einen Hand­ griff mit mindestens einem Kanal für die Aufnahme des Kühl­ mittel-Stabes und einen Brennstab-Stützteil aufweist, der lösbar mit dem Handgriff in Eingriff gebracht werden kann. Der Brennstab-Stützteil stützt alle Brennstäbe voller Länge des Brennelementes seitlich ab.

In einem anderen Aspekt schafft die vorliegende Erfin­ dung ein Brennelement für einen Kernreaktor mit einer An­ ordnung von Brennstäben, einer unteren Gitterplatte, die die Anordnung von Brennstäben trägt, einem Hebegriff, der oberhalb der Brennstäbe angeordnet ist, und eine horizontal orientierte Gitterstruktur einschließt, die die oberen En­ den der Brennstäbe abstützt und das Austreten von Trümmern aus dem Brennelement verhindert, sowie einen Kanal, der die Anordnung von Brennstäben umschließt und sich im wesentli­ chen zwischen der unteren Gitterplatte und dem Hebelgriff erstreckt, wobei der Kanal ein inneres Strömungsvolumen aufweist, das im oberen Abschnitt zunimmt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Diese und andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, detaillierten Beschrei­ bung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung deutlich, in der zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht des oberen Abschnittes ei­ nes Brennelementes;

Fig. 2 eine Teildraufsicht eines Metallbleches, das zum Herstellen eines Brennelement-Kanales benutzt wird;

Fig. 3 eine Vorderansicht des in Fig. 2 gezeigten Streifens;

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen unteren Endab­ schnitt eines Brennelement-Kanales mit verdickten Ecken;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines oberen Ab­ schnittes des in Fig. 4 gezeigten Kanales, der die Verrin­ gerung der Wandstärke dazwischen veranschaulicht;

Fig. 6 eine verbesserte Handgriff-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht des Handgriffes der in Fig. 6 gezeigten Handgriff-Einheit;

Fig. 8 ein Oberteil des Handgriffes nach Fig. 7;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines Brennstab-Trä­ gerteiles der in Fig. 6 gezeigten Handgriff-Einheit und

Fig. 10 eine Draufsicht des Brennstab-Trägerteiles von Fig. 9.

BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Brennelementes für einen Siedewasser-Kernreaktor. Das Brennelement 10 schließt eine Vielzahl von Brennstäben 12, ein Paar von Kühlmittel- Rohren 14 (es sind zwei Kühlmittel-Rohre 14 in der bevor­ zugten Ausführungsform gezeigt und beschrieben, doch wird in solchen Brennelementen häufig ein einzelnes Kühlmittel- Rohr eingesetzt) und einen Kanal 16 ein, der die Brennstäbe 12 und Kühlmittel-Rohre 14 umgibt. Die Brennstäbe 12 sind vorzugsweise in einer 10×10-Matrix angeordnet und durch mehrere Abstandshalter 18 gegen seitliche Bewegung im Kanal gesichert. Die Kühlmittel-Stäbe 14 sind im allgemeinen zen­ tral in der Brennstab-Matrix angeordnet. Es sind kleine Lö­ cher an sowohl dem unteren als auch oberen Ende der Kühl­ mittel-Rohre 14 vorhanden, damit Wasser durch das Rohr ge­ trieben werden kann, so daß moderierendes Material in die Brennstab-Matrix eingeführt wird. Ein Wasserrohr dient auch als Stab zum Festlegen der Abstandshalter, und er ist me­ chanisch mit jedem der Abstandshalter 18 verriegelt, wo­ durch die axiale Position jedes Abstandshalters 18 festge­ legt ist. Die Brennstab-Abstandshalter 18 sind mit Federn aus Inconel-X ausgerüstet, um den Abstand von Stab zu Stab aufrechtzuerhalten.

Die Brennstäbe 12 und die Kühlmittel-Rohre 14 sind durch eine (nicht gezeigte) untere Gitterplatte abgestützt. In dieser Ausführungsform ist die konventionelle obere Git­ terplatte zugunsten der Handgriff-Einheit 20 gemäß der vor­ liegenden Erfindung (die unten beschrieben wird) weggelas­ sen. Die Handgriff-Einheit 20 ist so konfiguriert, daß sie die Brennstäbe 12 und Kühlmittel-Rohre 14 aufnimmt und die seitliche Bewegung begrenzt.

In den Fig. 2 bis 10 sind Verbesserungen an den Brennelementen gemäß dieser Erfindung veranschaulicht. In den Fig. 2 und 3 ist ein Kanal-Streifen 16A vor dem Bie­ gen zu einer Kanalhälfte gezeigt, die schließlich an eine andere identische Kanalhälfte zur Bildung eines vollständi­ gen, im wesentlichen quadratischen Kanales, ähnlich dem Ka­ nal 16, geschweißt wird. Besonders in den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Dicke des Kanalstreifens 16A über den unteren Abschnitt 16B des Kanales konstant bleibt und sich, z. B., von der unteren Kante des Kanales bis zu einer Stelle etwa 2,03 m (80 inches) von der Bodenkante des Kana­ les oder etwa eine Hälfte der Kanallänge erstreckt. An die­ sem Punkt verjüngt sich die Dicke der Kanalwand von einer Dicke von, z. B., 1,98 mm (0,075 inches) bis zu einer Dicke von, z. B., etwa 1,39 mm (0,055 inches). Die Dickenverrin­ gerung beträgt etwa 25%, und die Änderung der Dicke tritt über einen axialen Abstand von etwa 2,5 bis etwa 5 cm (1-2 inches) auf. Die verringerte Dicke wird über den oberen Ab­ schnitt 16C des Kanales bis zur obersten Ecke davon beibe­ halten. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß in diesem Be­ reich verringerter Dicke auf der inneren Oberfläche des Ka­ nales erhobene Polster 22, 24 der ursprunglichen Dicke der Kanalwand verbleiben, um die Brennstab-Abstandshalter von der Kanalwand wegzuhalten. Diese Polster gestatten den Ein­ satz eines einzelnen Abstandshalter-Designs, während ein relativ gleichmäßiger Spalt um die Peripherie des Brennele­ mentes herum aufrechterhalten wird, wie für die kritische Leistung erforderlich. Die in den Fig. 2 und 3 veran­ schaulichten Polster 22, 24 sind an diskreten Stellen ent­ lang des Kanales gezeigt, doch könnten sie auch als erhobe­ ne Streifen entlang des größten Teiles oder gesamten, ver­ längerten Abschnittes (d. h. des Abschnittes verringerter Dicke) des Kanales ausgebildet sein, um das Anordnen von Abstandshaltern an willkürlichen, axialen Stellen zu ge­ statten.

Das in den Fig. 2 und 3 veranschaulichte Kanalpro­ fil ist für einen Kanal ohne dicke Ecken. In den Fig. 4 und 5 sind Endansichten eines Kanales 16′, der gemäß dieser Erfindung ausgebildet ist, gezeigt, doch haben diese ver­ dickte Ecken 17, wie sie auf gewissen Kanal-Designs gefun­ den werden. In Fig. 4 hat, z. B., der untere Abschnitt 16B′ des gezeigten Kanales eine Wandstärke zwischen den Ecken von, wie oben ausgeführt, etwa 1,98 mm (0,075 inches), wäh­ rend die Ecken Dicken von etwa 3,05 mm (0,120 inches) auf­ weisen. Im oberen Abschnitt 16C′ des Kanales, wie in Fig. 5 gezeigt, beträgt die Wandstärke zwischen den Ecken 17, wie oben ausgeführt, etwa 1,39 mm (0,055 inches), während die Ecken selbst eine verringerte Dicke von etwa 2,53 mm (0,100 inches) haben.

Das Konzept hier besteht darin, eine verringerte Wand­ stärke des Kanales zu benutzen, um die innere Abmessung des Kanales im oberen Abschnitt zu vergrößern, wo der Druckun­ terschied über die Kanalwandung gering ist. Die Kriech-Aus­ bauchung (die proportional der Größe des Druckunterschiedes und umgekehrt proportional einer Potenz der Kanaldicke ist) kann geringer gehalten werden als die, die im unteren Ab­ schnitt auftritt, indem man die Materialstärke im oberen Abschnitt richtig auswählt. Die größere Strömungsfläche im oberen Abschnitt ist besonders wirksam zur Verringerung des Druckabfalles im siedenden Zweiphasen-Bereich. Die zusätz­ liche Strömungsfläche im oberen Abschnitt ist spezifisch um die Peripherie des Brennstoffes herum angeordnet, d. h. zwi­ schen der Brennstab-Anordnung und der Kanal-Wandung, was auch zu einer signifikant verbesserten, kritischen Leistung führt.

Die Fig. 6 bis 10 zeigen eine modifizierte Hand­ griff-Einheit gemäß der Erfindung. Wie oben ausgeführt, verbessert die Handgriff-Einheit 20 gemäß der Erfindung den Druckabfall, insbesondere im Zweiphasen-Strömungsbereich des Brennelementes. Wie weiter oben ausgeführt, sind die Endstopfen, weil diese im allgemeinen an den kältesten Be­ reichen der Brennstäbe angeordnet sind, besonders empfind­ lich gegen Bruch durch Wasserstoff, der sich in den kälte­ sten Bereichen der Brennstäbe ansammelt und die Hülle nach­ teilig versprödet. Im Falle eines solchen Bruches ist es wichtig, zu verhindern, daß die Endstopfen aus dem Brenn­ element austreten, was andere äußere Komponenten beschädi­ gen könnte. Die Handgriff-Einheit 20 der Erfindung schließt daher eine entfernbare Gitterstruktur ein, um zu verhin­ dern, daß ein beschädigter Erdstopfen aus dem Brennelement austritt.

Wie in den Fig. 6 bis 10 gezeigt, schließt die Handgriff-Einheit 20 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Handgriff 26 und ein Stab-Trägerteil 28 ein, das lösbar mit dem Handgriff in Eingriff gebracht werden kann. Der Hand­ griff 26 ist vorzugsweise integral mit einem Bügel-Hand­ griff 30 unter Bildung im wesentlichen einer T-Gestalt ge­ gossen. Ein Paar von Kanälen oder Bohrungen 32 für Verrie­ gelungsstifte ist in dem Querteil der T-Gestalt vorhanden und von einer solchen Größe, daß (nicht gezeigte) Verriege­ lungsstift-Baueinheiten zum selektiven Eingriff und Heraus­ nehmen aus dem Kanal 16 aufgenommen werden können. Bei­ spielhafte verriegelungsstift-Baueinheiten sind in der oben erwähnten, eigenen US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/562,152 offenbart. Der Handgriff 26 schließt auch ein Paar von Kühlmittel-Rohre aufnehmenden Löchern 34 ein, die eine Grö­ ße zur Aufnahme von Kühlmittel-Rohren des Brennelementes haben, sowie einen Abstandshalter-Kanal 36 zur Aufnahme ei­ ner Abstandshalter-Baueinheit 38. Wie in Fig. 8 gezeigt, haben die Kühlmittel-Rohre aufnehmenden Löcher 34 eine D-Gestalt, entsprechend der Gestalt der Kühlmittel-Rohre des Brennelementes. Die D-Gestalt verhindert das Rotieren der Kühlmittel-Rohre.

Die Abstandshalter-Baueinheit 38 schafft einen Abstand zwischen dem Handgriff 20 und dem (unten beschriebenen) Stab-Trägerteil 28, und sie schließt einen im wesentlichen zylindrischen Abstandshalter-Becher 42 ein, dessen Größe für einen losen Sitz im Abstandshalter-Kanal 36 geeignet ist. Ein Abstandshalter-Stab 44 ist durch irgendwelche ge­ eigneten Mittel, wie Schweißen, an dem Abstandshalter-Be­ cher 42 befestigt oder integral damit ausgebildet und im Abstandshalter-Kanal 36 von einer Feder 46 umgeben. Die Fe­ der 46 erstreckt sich vorzugsweise in den Abstandshalter- Becher 42. Ein proximales Ende (das oberste Ende in Fig. 7) des Abstandshalter-Kanales 36 ist mit einer ringförmigen Schulter 43 versehen, die eine Öffnung 50 darin bildet, die geringer ist als die Breite des Abstandshalter-Kanales 36. Der Abstandshalter-Stab 44 erstreckt sich durch die Öffnung 50 und schließt eine Struktur zur Aufnahme eines Verbin­ dungsteiles 52 ein. In einer bevorzugten Anordnung ist der Abstandshalter-Stab 44 an seinem sich durch die Öffnung 50 erstreckenden Ende mit Gewinde versehen, und das Verbin­ dungsteil 52 ist ein Bolzen, der an den Abstandshalter-Stab 44 geschraubt ist.

Die Fig. 9 und 10 zeigen den Stab-Trägerteil 28 ge­ mäß der vorliegenden Erfindung. Der Stab-Trägerteil 28 schließt eine Vielzahl von Brennstab-Trägerkammern 54 ein, die Brennstab-Endstopfen aufnehmen und für eine seitliche Abstützung der Brennstäbe sorgen. Eine Hauptkammer 56 ist zentral im Stab-Trägerteil 28 angeordnet und hat eine Größe zur Aufnahme des Schenkels der T-Gestalt des Handgriffes 26 (siehe Fig. 6). Ein Boden 58 der Hauptkammer 56 trägt den oben beschriebenen Abstandshalter-Becher 42 und schließt Kühlmittelrohr-Öffnungen 60 ein, die eine Gestalt zur Auf­ nahme der Kühlmittel-Rohre des Brennelementes aufweisen.

Der Stab-Stützteil 28 hat im Querschnitt im wesentli­ chen eine T-Gestalt, wobei die Brennstab-Stützkammern 54 die Enden des Querteiles der T-Gestalt und die Hauptkammer 56 den Schenkel der T-Gestalt bildet.

Der Handgriff 26 und der Stab-Trägerteil 28 sind vor­ zugsweise aus korrosionsbeständigem Stahl gegossen. Im Be­ trieb ist der Stab-Trägerteil 28 über dem Brennstab-End­ stopfen und den Kühlmittel-Rohren montiert, und die Boden­ oberfläche 58 der Hauptkammer 60 ruht gegen konventionelle Unterlegscheiben von Kühlmittelrohr-Federn (siehe Fig. 1). Der Handgriff 26, der die Abstandshalter-Baueinheit 60 ein­ schließt, wird dann in die Hauptkammer 56 des Stab-Träger­ teiles 28 eingeführt, bis der Abstandshalter-Becher 42 mit der Bodenoberfläche 58 der Hauptkammer 56 in Eingriff steht. Bei dieser Anordnung kann der Handgriff 20 leicht entfernt werden, ohne ein Ausrichten der Brennstäbe in ei­ ner oberen Gitterplatte oder einem oberen Abstandshalter zu erfordern. Die Anordnung verringert außerdem den Druckab­ fall in der Zweiphasen-Strömungsregion und hindert das Aus­ treten beschädigt Endstopfen aus dem Brennelement.

Während die Erfindung in Verbindung mit den Ausfüh­ rungsformen beschrieben wurde, die derzeit als die prak­ tischsten und bevorzugten angesehen werden, sollte klar sein, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausfüh­ rungsformen begrenzt ist, sondern sie soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen umfassen, die in den Rahmen der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (12)

1. Handgriff-Einheit für ein Brennelement in einem Kern­ reaktor, wobei die Handgriff-Einheit umfaßt:
einen Handgriff, der mindestens einen Kanal zur Auf­ nahme eines Kühlmittel-Rohres einschließt, und
einen Stab-Stützteil, der lösbar mit dem Handgriff in Eingriff gebracht werden kann, wobei der Stab-Stützteil Brennstäbe des Brennelementes seitlich abstützt.

2. Handgriff-Einheit nach Anspruch 1, worin der Hand­ griff einen Bügelhandgriff und einen Verriegelungsstift- Kanal zur Aufnahme einer Verriegelungsstift-Baueinheit umfaßt.

3. Handgriff-Einheit nach Anspruch 1, worin der Hand­ griff einen Abstandshalter-Kanal umfaßt, der eine Abstands­ halter-Baueinheit aufnimmt, wobei die Abstandshalter-Bau­ einheit den Handgriff und den Stab-Stützteil räumlich trennt.

4. Handgriff-Einheit nach Anspruch 3, worin die Ab­ standshalter-Baueinheit umfaßt:
einen Abstandshalter-Becher, der in dem Abstandshal­ ter-Kanal angeordnet ist und zum Berühren des Stab-Stütz­ teiles eingerichtet ist;
einen Abstandshalter-Stab, dessen erstes Ende in dem Abstandshalter-Becher angeordnet ist und dessen zweites Ende sich durch eine Öffnung am proximalen Ende des Ab­ standshalter-Kanales erstreckt;
eine Feder, die derart angeordnet ist, daß sie den Abstandshalter-Stab umgibt, und
ein Verbindungsteil, das an dem zweiten Ende des Ab­ standshalter-Stabes befestigt werden kann.

5. Handgriff-Einheit nach Anspruch 4, worin der Ab­ standshalter-Becher im wesentlichen zylindrisch ist, und die Feder sich in den Abstandshalter-Becher erstreckt.

6. Handgriff-Einheit nach Anspruch 4, worin das zweite Ende des Abstandshalter-Stabes mit Gewinde versehen ist, und das Verbindungsteil ein Bolzen ist, der an dem mit Ge­ winde versehenen zweiten Ende befestigt werden kann.

7. Handgriff-Einheit nach Anspruch 1, worin der Stab- Stützteil eine Vielzahl von Brennstab-Stützkammern umfaßt, die zur Aufnahme von Brennstäben des Brennelementes einge­ richtet sind.

8. Handgriff-Einheit nach Anspruch 7, worin der Stütz­ teil eine zentral angeordnete Hauptkammer mit mindestens einer Öffnung umfaßt, deren Gestalt die Aufnahme eines Kühlmittel-Rohres gestattet.

9. Handgriff-Einheit nach Anspruch 8, worin die Haupt­ kammer eine Größe hat, daß sie einen Abschnitt des Hand­ griffes umgibt.

10. Handgriff-Einheit nach Anspruch 1, worin der Hand­ griff im wesentlichen eine T-Gestalt aufweist, einen Ver­ riegelungsstift-Kanal an gegenüberliegenden Enden eines Querteiles der T-Gestalt und mindestens einen Kühlmittel­ rohr-Kanal einschließt, der in einem Schenkel der T-Gestalt angeordnet ist, und worin der Stab-Stützteil im wesentli­ chen eine T-Gestalt aufweist, eine zentral angeordnete Hauptkammer in einem Schenkel der T-Gestalt einschließt, und die Hauptkammer eine Größe hat, daß sie über den min­ destens einen Kühlmittelrohr-Kanal paßt.

11. Handgriff-Einheit nach Anspruch 10, worin der Hand­ griff weiter einen Abstandshalter-Kanal umfaßt, der eine Abstandshalter-Baueinheit aufnimmt, und der Abstandshalter- Kanal in dem Schenkel der T-Gestalt des Handgriffes ange­ ordnet ist.

12. Brennelement für einen Kernreaktor, umfassend:
eine Anordnung von Brennstäben;
eine untere Gitterplatte, die die Anordnung von Brennstäben trägt;
einen Hebehandgriff, der oberhalb der Brennstäbe an­ geordnet ist, und eine horizontal orientierte Gitterstruk­ tur einschließt, die zum Abstützen oberer Enden der Brenn­ stäbe eingerichtet ist und Trümmer am Austreten aus dem Brennelement hindert, und
einen Kanal, der die Anordnung von Brennstäben um­ schließt und sich im wesentlichen zwischen der unteren Gitterplatte und dem Hebehandgriff erstreckt, wobei der Kanal ein inneres Strömungsvolumen aufweist, das in einem oberen Abschnitt davon vergrößert ist.