DE2345878C2

DE2345878C2 - Brennstoffanordnung für einen Kernreaktor

Info

Publication number: DE2345878C2
Application number: DE2345878A
Authority: DE
Inventors: Harry M. Edgewood Pa. Ferrari; Douglas L. Miller; Long S. Pittsburgh Pa. Tong
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-09-26
Filing date: 1973-09-12
Publication date: 1982-12-02
Also published as: JPS5342877B2; JPS548319Y2; AU469610B2; BE805246A; BR7306740D0; NO137955B; AU5919873A; JPS5531437B2; DE2345878A1; IT993432B; NL7313177A; ES418942A1; JPS5322989A; JPS5322990A; SE383574B; JPS4970091A; CA1009386A; AT336741B; CH570673A5; JPS53152097U

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffanordnung für einer Kernreaktor nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Eine Brcnnstoffanordnung dieser Gattung ist aus der DE-OS 18 59 051 (entspricht US-PS 33 79 617) bekannt Bei dieser bekannten Anordnung weist jede Gitteröffnung an zwei benachbarten Wänden jeweils ein fe- derndes Element und an den beiden anderen Wänden jeweils zwei in Längsrichtung der Brennstäbe bzw. Führungsrohre auseinariderliegende starre Stützeiemente auf. Die federnden und starren Elemente der bekannten Anordnung sind jeweils dadurch hergestellt, daß kurze (für die starren Elemente) bzw. längere (für die federnden Elemente) streifenförmige Materiaiabschnitte längs ihrer seitlichen Ränder aus den Gitterstreifen ausgestanzt und zu Noppen (starre Elemente) bzw. Blattfedern (federnde Elemente) geformt sind, wobei die Mate- rialabschnitte mit ihren beiden Enden jeweils mit dem Gitterstreifenmaterial verbunden bleiben. Die ausgestanzten, die Stützelemente bildenden Materialabschnitte sind dabei so orientiert, daß ihre gestanzten seitlichen Ränder parallel zur Längsrichtung der Brenn- stäbe und Führungsrohre verlaufen.

Bei der bekannten Anordnung tritt das Problem auf, daß an den Kontaktstellen der Stützelemente mit den Brennstäben bzw. Führungsrohren die Kühlmittelströmung relativ stark gedrosselt wird, da die Stützeiemente Strömungshindernisse bilden. Dies hat zur Folge, daß wegen der reduzierten Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit in den Bereichen dieser Elemente der Wärmeübergang zwischen den Brennstäben und dem Kühlmittel reduziert ist und die Brennstäbe an den betreffenden Stellen beträchtlich heißer als an ihrem übrigen Umfang werden. Da die Brennstäbe aber nur eine bestimmte Grenztemperatur erreichen dürfen, kann, wenn wegen des Erreichens dieser Grenztemperatur nur an einzelnen eng begrenzten Stellen der größte Teil der Brennstaboberfläche weit unterhalb dieser Grenztemperatur bleiben muß, die Wärmebelastbarkeit der Brennstäbe und des Reaktorkerns insgesamt nur unzureichend ausgenützt werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad einer Kernkraftanlage stark reduziert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Entstehung der eben erwähnten heißen Stellen an den Brennstaboberflächen an deren Berührungsflächen mit den Stützelementen der Gitterstreifen vermieden und auch Grenzschichtwirkungen der Kühlmittelströmung an den Brennstaboberflächen herabgesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die

im kennzeichnenden Tei! des Anspruchs t angegebene Anordnung gelöst

Der damit erreichte Fortschritt liegt darin, daß wegen der besseren und gleichmäßigeren Kühlung der Brennstäbe an ihrer gesamten Oberfläche der gesamte Reak- !crkern mit höherer Arbeitstemperatur betrieben werden kann. Die Ausschnitte an den Anström- und Ablaufkanten der Gitterstreifen verringern die Ausbildung von Kühlmittel-Gi ^nzschichten.

Das Merkmal der Ausrichtung der starren Stützele- to mente derart, dab das Kühlmittel in im wesentlichen ununterbrochener Strömung vorbeifließen kann, ist aus der DE-OS 15 14 560 an sich bekannt

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht eine Brennstoffanordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 ebenfalls in perspektivischer Ansicht die Ausbildung des offenen Gitters,

F i g. 3 eine Gitterzentrale mit einem darin abgestützten Brennstab in Drausicht,

F i g. 4 einen Gitterstreifenabschnitt in Ansicht,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Gitterstreifen der Linie V-V in Fig. 4,

F i g. 6 einen Schnitt durch den Gitterstreifen längs der Linie VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 einen Schnitt durch den Gitterstreifen längs der Linie VII-VII in Fig. 4,

Fig. 8 eine abgewandelte Ausführungsform eines Gitterstreifens, und

F i g. 9 eine weitere Abwandlung der Erfindung.

In allen Figuren der Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet

Fig. 1 zeigt eine Brennstoffanordnung 10 für einen Kernreaktor. Die Anordnung besteht aus einer im Gehäuse 16 eingeschlossenen Bodenplatte 12 und einer oberen Platte 14. Eine Gruppierung von Brennstoffstäben 18 ist an der Bodenplatte abgestützt und zwischen den Brennstoffstäben sind gegebenenfalls Führungsrohre 20 für Regelstäbe vereinzelt angeordnet, die so bemessen sind, daß sie Regelstäbe 22 aufnehmen können, die durch einen Regelstabantrieusmechanismus (nicht dargestellt) selektiv in die Führungsrohre eingeführt werden können. Zur genauen Ausrichtung und seitlichen Abstützung der Brennstoffstäbe und Regelstabführungsrohre in der Anordnung sind längs der Brennstoffanordnung einige eierkistenförmige Gitter 24 angeordnet Die Gitteröffnungen 26 dienen jeweils zur Aufnahme eines Brennstoffstabs bzw. Führungsrohrs in der in F i g. 3 gezeigten Weise, wodurch die Brennstoffstäbe und Führungsrohre in der gewünschten relativen Stellung mit gegenseitigen Abständen gehalten werden.

Die Fig. 2 bis 7 zeigen die Ausbildung der Gitter aus rechtwinkelig miteinander verbundenen Streifen 28 und 29. Jeder Streifen besteht aus dünnem Metall und ist mit Schlitzen 30 versehen, durch die sich kreuzende Streifen miteinander verbunden werden, indem sie beim Montieren ineinandergesteckt und anschließend miteinander verschwdßt oder verlötet werden. Zur genauen gegenseitigen Ausrichtung der Streife« 7iji»ir,;-.iiiicr sinH Sikk»n 31 und 33 nach entgcgcng?,;>.·,·.;■>, ij'+e'· jedes 2i!"If.?ns ausgebogen, die auch eine Versteifung de/ Streifen L-jwirten. Beim Ineinanderstecken der Streifen dienf-r» die Sicken als Führungen.

Zur seitlichen Abstützung der Brennstoffstäbe ragen Federelemente 32 von nebeneinanderliegenden Streifen 28 und 29 nach innen, während die anderen beiden die betreffende Gitteröffnung begrenzenden Streifen mit in gegenseitigem Abstand liegenden Stützeiementen 3-1 in Form von gestanzten Ausbuchtungen versehen sind, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist

Die Ausbuchtungen 34 sind derart orientiert, daß die Kühlflüssigkeit zwischen den Innenwänden jeder Ausbuchtung und den übrigen Streifen nach oben hindurchströmen kann, wodurch die Gitterförmigkeit des Kühlmittelflusses in der Anordnung gewährleistet ist

Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, ist jeder Gitterstreifen außerdem mit mehreren Fahnen 36 versehen, die von der Ablaufkante jedes Stre^:'.-ns nach oben ragsn und so angeordnet sind, daß sie in den Kühlmittel-Strom eingebogen werden können, wodurch das Kühlmittel in eine bestimmte Strömungsrichtung in der Brennstoffanordnung gelenkt wird.

Um eine Deformation des Kühlmittelstromes beim Aufsteigen durch das Gitter möglichst zu vermeiden, ist die Anströmkante 42 der Gitterstreifen gezahnt ausgebildet, indem trapezförmige Ausschnitte 44 ausgestanzt sind, die das Einströmen des Kühlmittels ^:n das Gitter vereinfachen. In der Ablaufkante der Gitterstreifen sind ebenfalls Ausschnitte 46 ausgestanzt, die in ihrer Breite derjenigen der darunterliegenden Ausbuchtung 34 entsprechen. Durch diese Aussparungen sollen im Bereich der Ausbuchtungen 34 offene Strömungswege gebildet werden, die den Aufbau von die Wärmeübertragung beeinträchtigenden Grenzschichten verhindern helfen.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsart liegen ein in einer Gitteröffnung angeordneter Brenrstoffs^:ab bzw. ein Führungsrohr an sechs Kontaktstellen, nämlich an zwei Federelementen und vier Ausbuchtungen, am Gitter in.

Ea kann auch zweckmäßig sein, nur vier Kontaktstellen vorzusehen, insbesondere dann, wenn sich beim Auftreffen des Kühlmittels auf die vom flachen unteren Teil der Feder gebildete flache Oberfläche eine Turbulenz bildet F i g. 8 zeigt eine modifizierte Ausführungsform, bei der zur Reduzierung des Strömungswiderstandes die Orientierung der Federelemente 48 um 90° gegenüber derjenigen nach den F i g. 3 und 4 gedreht ist, die Federelemente also parallel zu den Gitterstreifen verlaufen. Die Ausbuchtungen 50 hingegen sind gleich ausgeführt wie in den F i g. 3 und 4.

Gemä"· F i g. 9 sind die Federelemente 32 durch teilweises Ausstanzen und Biegen von Materialabschnitten aus dem Mittelbereic.h jedes Gitterstreifens gebildet. Die trapezförmigen bzw. rechteckigen Aussparungen 44 und 46 sind an den Kanten aus den Streifen herausgestanzt Die Ausbuchtungen 60 sind durch Materialabschnitte der Streuen Leiseren den trapezförmigen und rechteckigen Aussparungen gebildet. Weiter ist ersichtlich, daß Ausstanzungen 62 einwärts der Ausbuchtungen vorgesehen sind, und die Ausb'-chtungen haben vorzugsweise leicht zurüc-V^eboge-e Kanten, um ein leichteres Eir»^fü'nren dei urennstäbe zu ermöglichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffanorünung für einen Kernreaktor, bestehend aus einer Gruppierung von zwischen einem unteren und einem oberen Stützelement montierten Brennstäben und Führungsrohren für Regelstäbe, mindestens einem in der Anordnung vorgesehenen offenen Gitter zur seitlichen Abstützung und Fixierung der Brennstäbe und Führungsrohre mit gegenseitigem Abstand, wobei das Gitter aus miteinander verbundenen Streifen besteht, die zwischen sich öffnungen zur Aufnahme der Brennstäbe und Führungsrohre bilden, und wobei die Gitterstreifen einstückig angeformte Federelemente aufweisen, die von angrenzenden Streifen in jede Gitteröffnung ragen und am betreffenden Brennstab oder Führungsrohr anliegen, und wobei die Gitterstreifen außerdem einstückig angeformte starre Stützeiemente aufweisen, die von den anderen angrenzenden Streifen in jede Gitteröffnung ragen und der seitlichen Abstützung von Brennstab bzw. Führungsrohr an dessen übrigen Seiten dienen, d a -durch gekennzeichnet,

daß die starren Stützeiemente (34, 50) in Richtung des Kühlmittelstromes durch die Gitteröffnungen in an sich bekannter Weise derart ausgerichtet sind, daß das durch das Gitter (24) und entlang der Brennstäbe (18) bzw. Führungsrohre (20) strömende Kühlmittel a: den Stützelcmenten (34,50) in im wesentlichen ununterbrochener Strömung vorbeifließt, und

daß an der Anström- und Ablavfkante jedes Gitterstreifens (28, 29) jeweils in einer Linie mit den Stützelementen (34, 50) Ausschnitte (44, 46) an den Streifen gebildet sind, um ein leichteres Hindurchströmen des Kühlmittels durch das Gitter (24) zu ermöglichen.

2. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (44) an den Anströmkanten der Streifen (28, 29) trapezförmig ausgebildet sind.

3. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (34,50) in an sich bekannter Weise jeweils aus einem Abschnitt bestehen, der von dem betreffenden Gitterstreifen (28, 29) ausgeschnitten und derart in die entsprechende Gitteröffnung eingebogen ist, daß er parallel zum Streifen, jedoch mit Abstand von diesem ve/ läuft und das Kühlmittel zwischen dem Abschnitt und dem übrigen Streifen in im wesentlichen ununterbrochener Strömung hindurchfließen kann.

4. Brennstoffanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Federelemente (32) in an sich bekannter Weise jeweils aus einer Blattfeder bestehen, deren Längsausdehnung parallel zum Brennstab (18) bzw. Führungsrohr (20) verläuft, und daß die Stützelemente (34,50) jeweils zwei von angrenzenden Streifen (28, 29) nach innen ragende Ausbuchtungen sind, die mit gegenseitigem Abstand jeweils nahe der Anströmkante bzw. Ablaufkante der Streifen angeordnet sind und einen mit Abstand von der Streifenebene liegenden Teil haben, so daß Kühlmittel zwischen diesem Teil und dem übrigen Streifen hindurchströmen kann.

5. Brennstoffanordnung nach einem der An-

Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (32) jeweils aus einer Blattfeder bestehen, die aus dem betreffenden Streifen (28, 29) ausgeschnitten und etwa in der Mitte des Streifens nach innen gebogen ist, wobei die Blattfeder in Streifenlängsrichtung verläuft, so daß Kühlmittel zwischen ihr und dem übrigen Streifen hindurchströmen kann.

6. Brennstoffanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstreifen (28, 29) mit aussteifenden und beim Zusammenstecken der Gitterstreifen als Führungen dienenden Sicken (31,33) versehen sind.