DE2257687B2 - Kernbrennstoffcore für einen Atomkernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernbrennstoffcore gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der DE-OS 15 64 009 ist ein Kernbrennstoffcore der vorgenannten Art beschrieben. Der Erfindung nach dieser OS lag die Aufgabe zugrunde, einen Minimalabstand zwischen den einzelnen Brennelementen aufrechtzuerhalten. Dies geschieht nach der genannten OS mittels einer federnden Andrückvorrichtung.

Der in der DE-OS 20 40 416 beschriebenen Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennstoffanordnung für einen Kernreaktor die Steuerung der Kühlmittelleckströmung zu verbessern. Die Lösung erfolgt durch Verstärken und Versteifen des an die untere Halterungsplatte angrenzenden Bereiches des Strömungskanals. Für den Fall, daß dieser verstärkte und versteifte Strömungskanal die parallele Leckströmung zu stark eindämmt, können zusätzliche Strömungsöffnungen in der unteren Halterungsplatte und bzw. oder in der Wandung des Strömungskanals vorgesehen werden.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung regelt den Bypaß-Durchfluß im wesentlichen durch Regelung des Durchflußbereiches zwischen der unteren Halteplatte und dem unteren Ende des Strömungskanals bzw. der Hülle der Brennstoffanordnung. Diese Vorrichtung reduziert nicht die Druckdifferenz des Kühlmittels zwischen dem Kühlmittel in dem Durchflußkanal und in dem Bypaß zwischen den Durch'flußkanälen. Die hohen

Druckdifferenzen bei hoher Reaktorleistung können eine Ablenkung der Kanalseiten nach außen, so daß die Breite der Spalte zwischen den Kanälen unerwünscht reduziert wird, und Ablenkung der Kanalecken nach innen bewirken, wodurch der freie Zwischenraum zwischen dem Kanal und den Eckbrennstoffstäben des Bündels in unerwünschter Weise verringert wird.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, bei dem Brennstoffcore gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Vorrichtung zur Durchflußregelung des Kühlmittels im Bypaß zu schaffen, durch die die Druckdifferenz über den Hüllenwänden verringert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht des unteren Teils eines Druckgefäßes, das einen Brennstoffcore enthält,

F i g. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Zelle von Brennelementen,

Fig.3 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines Brennelementes;

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht des oberen Teils einer Zelle von Brennelementen, die eine Ausführungsform der Drosselglieder zeigt, die gemäß der Erfindung

eingesetzt werden;

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform solcher Drosselglieder;

Fig. 6 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig.5;

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform von Drosselgliederr·, die gemäß der Erfindung eingesetzt werden;

F i g. 8 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 7; κ,

Fig. 9 und 10 eine weitere Ausführungsform der Drosselglieder, die gemäß der Erfindung eingesetzt werden und

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform solcher Drosselglieder. ; -,

Zur Darstellung der vorliegenden Erfindung ist in F i g. 1 ein Teil des Cores eines Reaktors und ein Teil des unteren Abschnittes des den Core enthaltenden Druckgefäßes nach der US-PS 34 31 170 dargestellt. Innerhalb des Druckgefäßes 21 ist ein Haltering 20 angeordnet. Der Ring 20 trägt einen zylindrischen Mantel 22, der einen Abstand von der Gefäßwand aufweist, um dadurch einen ringförmigen Fallraum 23 zu bilden. Eine Anzahl von Regelstabantriebsröhren 24 durchdringt den Bodenkopftei! des Druckgefäßes 21 2-, und wird an deren Bodenenden von dem Bodenkopfteii getragen. Die oberen Enden der Röhren 24 durchdringen eine Core-Bodenplatte 26 und werden von Jieser in seitlicher Richtung gestützt.

Der Brennstoffcore wird aus einer Vielzahl von so austauschbaren Brennelementen 27 gebildet (die in größerem Detail weiter unten beschrieben werden). Am oberen Teil jedes Antriebsrohres 24 ist eine Brennelement-Halterung befestigt, die im Gießverfahren mit vier Sockeln 25 geformt ist, um die Nasenstücke der j-; Brennelemente aufzunehmen und je 4 Brennelemente im Abstand zueinander in Zellen zu tragen.

Eine Strahlpumpe 28 zum Umwälzen des Kühlmittels erhält Kühlmittel aus dem ringförmigen Raum 23 und setzt einen angefüllten Raum 29 unterhalb des Core 4η unter Druck, aus dem das unter Druck stehende Kühlmittel durch öffnungen 31 in den Röhren 24 nach oben durch die Brennelemente 27 gedruckt wird.

Im oberen Teil des Cores werden die Brennelemente 27 seitlich durch ein oberes Coregitter 32 gestützt, das aus einer Vielzahl von untereinander verbundenen Schienen 33(1) und 33(2) gebildet ist, um Zellen 34 mit quadratischem Querschnitt zu bilden. Die Zellen 34 sind mit den Sockeln 25 axial ausgerichtet und sit haben eine Größe, die das Aufnehmen von vier Brennelementen zuläßt. Das wird klarer durch die F i g. 2, die eine Ansicht eines Teiles des Brennstoffcores wiedergibt, zeigt das noch deutlicher. Innerhalb einer jeden Zelle 34 grenzen die Brennelemente 27 an die benachbarten oberen Gitterschienen 33(1) und 33(2) und ergaben so Zwischenräume Szwischen den Brennelementen 27 der Zelle. Diese Zwischenräume 5 sind zur Aufnahme eines Regelstabes von kreuzförmiger Gestalt (der nicht dargestellt ist) vorgesehen.

Ein typisches Brennelement ist in F i g. 3 dargestellt, bo Dieses Brennelement 27 enthält eine Anzahl langer Brennstoffstäbe 36, die zwischen einer unteren Halteplatte 37 und einer rahmenartigen oberen Halteplatte 38 gehaltert sind. Die Brennstoffstäbe 36 erstrecken sich durch Brennstoffstab-Abstandshalter 39, die eine bs Zwischenhalterung ergaben, um die laugen Stäbe im Abstand voneinander zu halten und seitliche Schwineuneen zu vermeiden.

Jeder der Brennstoffstäbe 36 hat ein langes Rohr, das den spaltbaren Brennstoff in Form von Tabletten, Teilchen, Pulver oder dergleichen enthält, der durch obere und untere Endverschlußstopfen 40 und 41 in dem Rohr dicht eingeschlossen ist Die unteren Endverschh'ßstopfen 41 sind mit einem Konus zum Einrasten und zur Halterung in den Haiterungsvertiefungen 42 ausgebildet, die in der unteren Halteplatte 37 ausgebildet sind. Die oberen Endverschlußstopfen 40 sind mit Ansätzen 43 ausgebildet, die in die Halterungsbohrungen 44 in der oberen Halteplatte 38 eingreifen.

Verschiedene Halterungsvertiefungen 42 (z. B. ausgewählte Halterungsvertiefungen an der Kante oder am Umfang) in der unteren Halteplatte 37 sind mit Schraubgewinden versehen, um Brennstoffstäbe aufzunehmen, die mit Schraubgewinde versehene untere Endschlußstopfen 41 aufweisen. Die Ansätze 43 der oberen Endverschlußstopfen 40 dieser gleichen Brennstoffstäbe sind verlängert, um durch die Halterungsbohrungen in der oberen Halteplatte 38 hindurchzuragen, und sie sind mit Schraubgewinden versehen, um im Inneren eingeschraubte Haltemuttern 45 aufzunehmen. Auf diese Weise werden die oberen und die unteren Halteplatten und die Brennstoffstäbe zu einer einheitlichen Gesamtstruktur zusammengesetzt.

Das Brennelement 27 weist ferner eine dünnwandige röhrenförmige Hülle 46 mit offenen Enden von im wesentlichen quadratischem Querschnitt auf, die so angepaßt ist, daß sie eine Gleitpassung über die unteren und oberen Halteplatten 37 und 38 und die Abstandshalter 39 erlaubt, so daß sie leicht eingesetzt und entfernt werden kann. An jeder der vier Ecken der oberen Halteplatte 38 befindet sich eine Strebe 47. Die Hülle 46 hat einen Vorsprung oder Streifen 48, der an seinem oberen Ende angeschweißt ist und der zum Befestigen der Hülle am Brennelement mittels eines Bolzens 49 vorgesehen ist, der in mit Gewinde versehene Löcher in einer der Streben 47 eingreift.

Die untere Halteplatte 37 ist mit einem Ansatzstück 51 versehen, das, wie im vorstehenden erwähnt worden ist, angepaßt ist, um das Brennelement in dem Halterungssockel 25 (Fig. 1) zu tragen. Das Ende des Ansatzstückes ist mit öffnungen 52 ausgebildet, um das unter Druck stehende Kühlmittel aufzunehmen, so daß es zwischen den Brennstoffstäben nach oben strömen kann.

Um Stagnation des Kühlmittels in den Zwischenräumen oder Spalten 5 zwischen den Brennelementen (F i g. 2) zu vermeiden, kann ein Teil (in der Größenordnung von 5 bis 6%) des Kühlmittelflusses jedes Brennelementes als Leckstrom zwischen der unteren Halteplatte 37 und der Hülle 46 hindurch, wie es durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen BF in F i g. 3 dargestellt ist, oder durch spezielle Bypaß-Durchflußwege 53 in der unteren Halteplatte 37 oder durch Bypaß-Durchflußwege 54 in der Hülle 46 in die angrenzenden Spalten Seintreten.

In der bekannten Anordnung zum Regulieren dieses Bypaß- Flusses durch Regelung des Bypaß-Durchflußbereiches am Boden des Brennelementes, d. h. am Einlaß des Bypaß-Flusses in die Spalten S wird die Druckdifferenz zwischen dem Kühlmittel innerhalb der Hülle 46 und dem Kühlmitte! im Bypaß in den Spalten 5 nicht verringert, was zu dem Ergebnis führte, daß die Hülle 46 unnölig beansprucht wurde oder daß dickeres Hüllenblech verwendet werden mußte. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Regulierung des Bypaßdurchflusses durch Regelung des Bypaß-DurchfluBbereiches

mittels Drosselgliedern an oder nahe dem oberen Ende des Cores, d.h. an dem Auslaß des Bypaß-Flusses aus den Spalten 5, erreicht. Mit derartigen Drosselgliedcrn wird die Kühlmittel-Druckdifferen/ über den Wänden der Hülle 46 minimalisiert, wodurch dünneres Hüllenwandmaterial verwendet und/oder eine längere Lebensdauer der Hülle erreicht werden kann.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Drosselgliedcr für den oberen Core-Bypaß-Durchfluß können verschiedene spezifische strukturelle Ausführungsformen aufweisen, von denen einige in den Fig. 4 bis 10 dargestellt sind.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäß eingesetzten Drosselglieder ist in F i g. 4 dargestellt, welche eine teilweise perspektivische Ansicht des oberen Abschnittes einer Zelle mit 4 Brennelementen 27 ist. Bei dieser Ausführungsform sind 2 diagonal gegenüberliegende Hüllen 46(1) dadurch modifiziert, daß jeweils an ihren oberen Enden an zwei benachbarten Seiten derselben seitliche Ansätze 56 von hinreichender Länge vorgesehen sind, um die benachbarten Seiten der anderen (unmodifizierten) Hüllen 46 zu überlappen. Auf diese Weise ist der Ausgangsbereich der Spalten S verringert, wodurch ein größerer Druck in den Spalten 5 erzeugt und die Menge des Bypaß-Kühlmitteldurchflusses durch diese Spalten begrenzt wird. Die Breite IV der Ansätze 56 kann so gewählt werden, daß sie eine solche Größe des Ausgangsdurchflußbereiches beläßt, die erforderlich ist, um die gewünschte Durchflußmenge an Bypaß-Kühlmittel zu ergeben.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäß eingesetzten Drosselglieder ist in F i g. 5 dargestellt, in der die Hüllen 46(2) dadurch modifiziert sind, daß an ihrem oberen Ende jeweils ein gewölbter seitlicher Ansatz oder eine Schleife 58 ausgebildet ist, die sich nach außen und nach unten in den Spalt S erstreckt um auf diese Weise den Bypaß-Ausgangsbereich an den oberen Enden der Hüllen zu verringern. Das Ende 59 des Ansatzes 58 ist vorzugsweise mit einer nach außen gerichteten Wölbung versehen, um eine weiche Anschlagoberfläche gegen die Seite der Hülle 46(2) zu liefern.

Eine Abwandlung dieser Ausführungsform der Drosselglieder ist in F i g. 6 dargestellt. Die Hüllen 46(3) sind mit nach unten gerichteten gewölbten seitlichen Ansätzen oder Schleifen 59 entlang der beiden benachbarten Seiten, die an die direkt gegenüberliegenden Hüllen der Zelle 34 angrenzen, versehen. Die Ansätze 59 erstrecken sich seitlich über etwa die Hälfte der Breite des Spaltes 5, so daß die gegenüberliegenden Ansätze 59 gegeneinanderstoßen. Da die Schleifen 58 und 59" der F i g. 5 und 6 aus relativ dünnem Material und mit einem relativ großen Krümmungsradius hergestellt sind, liefern sie in gewisser Hinsicht ein federndes Eingreifen.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäß eingesetzten Drosselglieder ist in F i g. 7 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist ein L-förmiges Federträgerund -anschlagglied 61 an dem oberen Ende der benachbarten inneren Seiten jeder der Hüllen 46 der Zelle 34 durch Befestigungsmittel 62, wie z. B. Bolzen, Nieten oder dergleichen, angebracht. Ein Schenkel des Gliedes 61 ist mit einer Federanschlagfläche 63 ausgebildet, während der andere Schenkel dieses Gliedes mit einer Federträgerfläche 64 ausgebildet ist. Die Federträgerfläche wird von einem Federglied 66 überlappt Das Federglied ist mit einer Wölbung ausgebildet so daß es sich seitwärts nach außen in den

Spalt S wölbt. Vorzugsweise ist das Federglied 66 mit einem mittleren relativ flachen Abschnitt 67 versehen, der angepaßt ist, um gegen die Anschlagfläche 63 des gegenüberliegenden Gliedes 61 zu stoßen. Das Federglied 66 ist auch mit einem nach außen gewölbten unteren Ende 68 ausgebildet, um eine gewölbte Anschlagfläche gegen die Trägerfläche 64 zu bilden. Die Trägerfläche 64 kann mit einem erhabenen Federanschlag 69 verschen sein. Die Feder 66 kann durch einen übergeschlagenen oberen Abschnitt 71, der in einem Einschnitt zwischen dem Glied 61 und der Hülle 46 angeordnet ist und durch die Bolzen der Nieten 62 gehalten wird, befestigt sein. Die Breite W der Federglieder 66 ist so gewählt, daß die erwünschte Verringerung des Bypaß-Ausgangsbereiches erreicht wird und sie ist normalerweise ein wesentlicher Teil der Breite der Hülle 46, wie in F i g. 7 dargestellt ist.

Die Ausführungsform der Fig. 7 kann zur Befestigung an der oberen Halteplatte des Brennelementes statt an dessen Hülle modifiziert werden. Diese Modifikation ist in Fig.8 dargestellt. Sie enthält L-förmige Federträger und -anschlagglieder 61' mit Federnaschlagflächen 63' und Federträgerflächen 64' mit Federgliedern 66', die die Oberflächen 63' überlappen. Die Federglieder 66' sind mit einem flachen Abschnitt 67' und einem nach außen gewölbten unteren Ende 68' ausgebildet. Die Trägerfläche 64' endet an ihrem unteren Ende mit einem aufgebogenen Anschlag 69'. Das Träger und -anschlagglied 61' und das Federglied 66' sind nicht an der Hülle 46 befestigt sondern sie sind statt dessen mit seitlichen Ansatzstükken 72 und 73 ausgebildet, die die entsprechenden angrenzenden Stangen oder Streben 47 überlappen, die in der oberen Halteplaue 38 (F i g. 3) des Brennelementes ausgebildet sind. Diese Ansatzstücke weisen durchgehende Löcher auf, durch die Verschlußschrauben 75 hindurchgeführt sind, die in mit Gewinde versehene Löcher in den Streben 47 passen, um die Glieder 61' und 66' daran zu befestigen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Glieder 6Γ und 66', z. B. zum Ersetzen leicht entfernbar sind.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäß eingesetzten Drosselglieder für den Bypaß-Kühlmitteldurchfluß ist in den F i g. 9 und 10 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Kreuz oder ein kreuzförmiges Glied 76 zwischen den Brennelementen 27 der Zelle 34 mittels dreieckig geformter Einrastschienen 77 gehalten, welche z. B. durch Nieten 78 an den angrenzenden oberen Enden der Hüllen 46 befestigt sind. Der Querschnitt einer geeigneten Form des Gliedes 76 ist im Detail in einer Endansicht in Fig. 10 dargestellt Die oberen Rippen 81 verleihen longitudinale Festigkeit. Die Seitenrippen 82 überlappen die oberen Enden der Hüllen und begrenzen die Tiefe des Einsetzens der Glieder 76 in die Spalten & Die federnden Seiten 83 des Gliedes 76 sind mit hakenförmigen unteren Kanten 84 ausgebildet die zum Einrasten unter die unteren Kanten der Einrastschienen 77 angepaßt sind. Wenn es notwendig ist können Haltestreifen 86 hinzugefügt werden, die über den Enden des Gliedes 76 liegen und an den Streben 47 der Brennelemente befestigt sind und sicherstellen, daß das Glied 76 durch den Druck des Bypaß-Kühlmittels in den Spalten 5 nicht verschoben wird.

Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Drosselgliedes für den Bypaß-Kühlmitteldurchfluß ist in F i g. 11 dargestellt Bei dieser Ausführungsform wird ein Kreuz oder ein kreuzförmiges Glied 87

auf seinem Platz zwischen den Brennelementen 27 der Zelle 34 durch Befestigung an den Schienen 33(1) und 33(2) des oberen Gitters 32 (F i g. 2) mittels z. B. Bolzen 88 festgehalten. Befestigungsstreifen 89 an den Enden der Arme des Gliedes 87 haben die halbe Breite, um die Befestigung von ähnlichen Gliedern 87 in den

benachbarten Zellen 34 zu gestatten. Um eine wirksame Abdichtung gegen die Hüllen 46 zu liefern, kann ein ledernder Kanal 91 in umgedrehter U-Form an der oberen Seite jedes der Arme des Gliedes 87 befestigt sein.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Brennstoffcore für einen Atomkernreaktor bestehend aus einer Vielzahl von kernbrennstoffhaltigen Brennelementen, einem oberen Coregitter, das diese Brennelemente in Zellen von je vier Elementen pro Zelle seitlich stützt, wcbei die Brennelemente in jeder Zelle voneinander beabstandet sind, um Zwischenräume oder Spalte für den Bypaß-Kühlmitteldurchfluß zwischen ihnen zu liefern, wobei jedes Element von einer röhrenförmigen Hülle umgeben ist, die Kühlmittel an ihrem unteren Ende zugeführt erhält und dieses Kühlmittel an dem Kernbrennstoff vorbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Durchflußweg (53 oder 54) vorgesehen ist, um einen Leckstrom des Kühlmittels von der Hülle (46) in die Spalten (S) zwischen den Brennelementen (27) der Zelle zu erlauben, und daß innerhalb der Spalten (S) Drosselglieder (56, 58, 59, 61, 76, 87) nahe den oberen Enden der Brennelemente (27) angeordnet sind, um den Bypaß-Kühlmitteldurchfluß zwischen den Brennelementen (27) der Zelle zu verringern.

2. Brennstoffcore nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaß-Kühlmitteldurchflußdrosseln als seitliche Ansätze (56, 58, 59) ausgebildet sind, die mit den oberen Enden der Hüllen (46) verbunden sind und die Spalte (S) zwischen den Brennelementen (27) der Zelle überlappen.

3. Brennstoffcore nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaß-Kühlmitteldurchflußdrosseln als gewölbte federnde Glieder (66) ausgebildet sind, die an den oberen Enden der Hüllen (46) befestigt sind und sich seitlich nach unten innerhalb der Spalte (S) zwischen den Brennelementen der Zelle erstrecken.

4. Brennstoffcore nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß relativ feste Trägerglieder (64) unter den federnden Gliedern (66) liegen.

5. Brennstoffcore nach Anspruch 3, dadurch in gekennzeichnet, daß die federnden Glieder (66) als Ansätze der Hüllen (46) ausgebildet sind.

6. Brennstoffcore nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Glieder (66) an den Hüllen (46) (bei 62) befestigt sind.

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7. Brennstoffcore nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, daß jedes der Brennelemente (27) eine obere Halteplaite (38) enthält und daß diese federnden Glieder (66') an diesen oberen Halteplatten (38) befestigt sind.

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8. Brennstoffcore nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Bypaß-Kühlmitteldurchflußdrosseln als kreuzförmige Glieder (76) ausgebildet sind, die innerhalb der Spalten fö) zwischen den Brennelementen (27) der Zelle nahe den oberen

:■> Enden der Brennelemente angeordnet sind.

9. Brennstoffcore nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das kreuzförmige Glied (76) durch Halteglieder (77), die an den Hüllen (46) befestigt sind, in seiner Lage festgehalten wird.

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10. Brennstoffcore nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, daß das kreuzförmige Glied (87) an dem oberen Coregitter (32) befestigt ist.

11. Brennstoffcore nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das kreuzförmige Glied (87)

i) federnde Mittel (91) enthält,die in die angrenzenden Hüllen (46) eingreifen.