DE2257687C3 - Kernbrennstoffcore für einen Atomkernreaktor - Google Patents
Kernbrennstoffcore für einen AtomkernreaktorInfo
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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 Minimaiabstand 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 Durchflußkanälen. 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,
Fig. 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;
Fig.5 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform solcher Drosselglieder;
Fig.6 eine Abwandlung der Ausführungsform nach
F ig. 5;
Fig.7 eine perspektivische Ansicht einer anderen
Ausführungsform von Drosselgliedern, die gemäß der Erfindung eingesetzt werden;
Fig.8 eine Abwandlung der Ausführungsform nach
Fig.7;
Fig.9 und ΊΟ 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, Jm dadurch einen ringförmigen Fallrcum 23 zu
bilden. Eine Anzahl von Regelstabantriebsröhren 24 durchdringt den Bodenkopfteil des Druckgefäßes 21
und wird an deren Bodenenden von dem Bodenkopfteil getragen. Die oberen Enden der Röhren 24 durchdringen
eine Core-Bodenplatte 26 und werden von dieser in seitlicher Richtung gestützt.
Der Brennstoffcore wird aus einer Vielzahl von 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 Nasemstücke der
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 unter Druck, aus dem das unter Druck stehende
Kühlmittel durch Öffnungen 31 in den Röhren 24 nach oben durch die Brennelemente 27 gedrückt 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 is· um Zellen 34 mit
quadratischem Querschnitt zu bilden. Die Zellen 34 sind mit den Sockeln 25 axial ausgerichtet und sie haben eine
Größe, die das Aufnehmen von vier Brennelementen zuläßt. Das wird klarer dych die F i g. 2, die eine Ansicht
eines Teiles des Brennstoffcores wiedergibt, zeigt das noch deutlicher. Innerhalb siner jeden Zelle 34 grenzen
die Brennelemente 27 an die benachbarten oberen Gitterschienen 33(1) und 33(2) und ergaben so
Zwischenräume 5/.wischen den Brennelementen 27 der
Zelle. Diese Zwischenräume 5sind zur Aufnahme eines Regelstabes von kreuzförmiger Gestalt (der nicht
dargestellt ist) vorgesehen.
Ein typisches Brennelement ist in F i g. 3 dargestellt.
Dieses Brennelement 27 enthält eine Anzahl langer Brennstoffstäbe 36, die zwischen einer unteren Hälteplatte
37 und einer rahmenartigen oberen Halteplatte 38 gehaltert sind. Die Brennstoffstäbe 36 erstrecken sich
durch Brennstoffstab-Abstandshalter 39, die eine Zwischenhalterung ergaben, um die langen Stäbe im
Abstand voneinander zu halten und seitliche Schwingungen zu vermeiden.
Jeder der Brennstoffttäbe 36 hat ein langes Rohr, das
den spaltbaren Brennstoff in Form von Tabletten, Teilchen, Pulver oder dergleichen enthält, der durch
obere und untere EndverschluQstopfen 40 und 41 in dem Rohr dicht eingeschlossen ist. Die unteren Endverschlußstopfen
41 sind mit einem Konus zum Einrasten und zur Halterung in den Halterungsvertiefungen 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 siiid mit Schraubgewinden versehen, um im
Inneren eingeschraubte Haltemutte ■?. 45 aufzunehmen.
Auf diese Weise werden die oberen md die unteren Halteplatten und die Brennstoffstäbe zu einer einheitlichen
Gesamtstruktur zusammengesetzt
Das Brennelement 27 weist ferner eine dünnwandige röhren'örmige 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 Drück stehende Kühlmittel aufzunehmen, so daß
es zwischen den Brennstoffstäben nach oben strömen kann.
Um Stagnation des Kühlmittels in den Zwischenräumen oder Spalten S 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 Fig 3 dargestellt ist, oder durch spezielle Bypaß-Durchflußv/egv.
S3 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 5 wird die Druckdifferenz
zwischen dem Kühlmittel innerhalb der Hülle 46 und dem Kühlmittel im Bypaß in den Spähen 5 nicht
verringert, was zu dem Ergebnis führte, daß die Hülle 4G unnötig beansprucht wurde oder daß dickeres Hüllenblech
verwendet w-rden mußte. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Regulierung des Bypaßdurchflusses
durch Regelung des Bypaß-Durchflußbereiches
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 Drosselglieclcrn wird die Kühlmittel-Druckdifferenz über den Wänden
der Hülle 46 minimalisiert. wodurch dünneres Hüllenwandmaterial
verwendet und/oder eine längere Lebensdauer der Hülle erreicht werden kann.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Drosselglieder für den oberen Core-Bypaß-Durchfluß können verschiedene
spezifische strukturelle Ausführungsformen aufweisen, von denen einige in den F i g. 4 bis IO dargestellt
sind
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäß eingesetzten
Drosselglieder ist in F ι g. 4 dargestellt, welche eine teilweise perspektivische Ansicht des oberen
Abschnittes einer Zelle mit 4 Brennelementen 27 ist. Bei dieser Alisführungsform sind 2 diagonal gegenüberliegende
Hüllen 46(1) dadurch modifiziert, daß jeweils an
ihren oberen Enden an zwei benachbarten Seiten UCi striuci'i .SciiitCiic AnSät/.C 56 von hinrCiCnCriuCr LsPigC
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 W 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 5 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.
Eme 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 jnd 6 aus relativ dünnem Material und
mi' einer" reb'iv groß?-. Krj^TMingsradius 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 6Z 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 5 wölbt. Vorzugsweise ist das Federglied 66 mil
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
unleren Ende 68 ausgebildet, um eine gewölbte
Anschlagfläehe gegen die Trägerfläche 64 zu bilden. Die
Trägerfläche 64 kann mit einem erhabenen Federanschlag 69 versehen 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 F i g. 7 kann zur Befestigung
an der oberen Halteplatte des Brennelementes "ϊίϊΐίϊ «π viciser! Hiiüe modifiziert ^ver^pn Di^s*1
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'. D. ·.-: Träger und -anschlagglied 61' und das Federglied 66' sind nich! an der Hülle 46 befestigt,
sondern sie sind statt dessen mit seitlichen Ansatzstükken 72 und 73 ausgebildet, di^· die entsprechenden
angrenzenden Stangen oder Streben 47 überlappen, die in der oberen Halteplatte 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 6Γ 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 Fig. 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 longitudinal Fes.,£keiL
Die Seitenrippen 82 überlappen die oberen Enden der Hüllen und begrenzen die Tiefe des Einsetzens der
Glieder 76 in die Spalten S 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-Kühlmitteldurch
nuß ist in Fig. 11 dargestellt. Bei dieser Ausführungs
form wird ein Kreuz oder ein kreuzförmiges Glied 87
7 8
auf seinem Platz zwischen den Brennelementen 27 der benachbarten /eilen 34 zu gestatten. Um eine wirksame
Zelle 34 durch Befestigung an den Schienen 33(1) und Abdichtung gegen die Hüllen 46 /u liefern, kann ein
3.3(2) des oberen Gitters 32 (F i g. 2) mittels z. B. Bolzen federnder Kanal 91 in umgedrehter U Form an der
88 festgehalten. Befestigungsstreifen 89 an den Fnden oberen Seile jedes tier Arme des Gliedes 87 befestigt
der Arme des Gliedes 87 haben die halbe Breite, um die - sein.
Befestigung von ähnlichen Gliedern 87 in den
Befestigung von ähnlichen Gliedern 87 in den
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Brennstoffcore fur 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, wobei 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) Drosselgliecer (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. Brennr.'oifcore nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bvpaß-Kühlmitteidurchflußdrosseln als gewölbte federnde Glieder (66)
ausgebildet sind, die an den oberer. Enden der Hüllen (46) befestigt sind und sich seitlich nach unten
innerhalb der Spalte fS^ 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 gekennzeichnet, daß die federnden Gliedei (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.
7. Brennstoffcore nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Brennelemente (27)
eine obere Halteplatte (38) enthält und daß diese federnden Glieder (66') an diesen oberen Halteplatten
(38) befestigt sind.
8. Brennstoffcore nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaß-Kühlmitteidurchflußdrosseln
als kreuzförmige Glieder (76) ausgebildet sind, die innerhalb der Spalten fSJ 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 Halteglitder (77), die an den Hüllen (46) befestigt sind, in seiner Lage festgehalten wird.
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)
federnde Mittel (91) enthält, die in die angrenzenden Hüllen (46) eingreifen.
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