DE2602124B1 - Kernreaktor-brennelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktor-Brennelement mit zylindrischen Brennstäben und einem Brennelement-Skelett, das aus Kopf- und Fußstück und diese verbindenden zylindrischen Steuerstab-Führungsrohren besteht, an denen mehrere, insbesondere rechteckige Maschen bildende Abstandshalter-Gitter für die Brennstäbe befestigt sind, die Strömungsleiteinrichtungen aufweisen.

Solche Strömungsleiteinrichtungen sind z. B. in der DT-OS 16 39 031 beschrieben. Sie haben die Aufgabe, die Strömungsfäden der durch das Brennelement in Längsrichtung hindurchströmenden Kühlflüssigkeit über größere Bereiche des Brennelementquerschnittes zu führen, z.B. durch einen schraubenlinienförmigen Verlauf. Dadurch sollen solche Ungleichmäßigkeiten über den Brennelementquerschnitt ausgeglichen werden, die in bezug auf die Wärmeabfuhr von den Brennstäben und die Aufwärmung des Kühlmittels vorliegen können.

Die Strömungsleiteinrichtungen sind zumeist Fahnen, die am Abstandshalter-Gitter vorgesehen sind und in unterschiedliche Richtungen weisen, damit die Strömungsfäden entsprechend seitlich abgelenkt werden.

Die Erfindung will zwar ebenfalls die Erwärmung des Kühlmittels beim Durchströmen eines Brennelementes der obengenannten Art vergleichmäßigen. Dabei liegt jedoch noch die besondere Aufgabe vor, daß die Strömung weniger als bei den bekannten Strömungsleiteinrichtungen »verwirbelt« (gestört) werden soll, um den Strömungswiderstand des Brennelementes zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Brennelement dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Strömungsleiteinrichtungen im Bereich mindestens eines Abstandshalter-Gitters den nicht vom Führungsrohr eingenommenen Querschnitt der das Führungsrohr umschließenden Masche strömungstechnisch völlig oder zu ³U bis ⁴A sperren. Dadurch wird erreicht, daß die Menge des im Bereich des unbeheizten Führungsrohres strömenden und deshalb weniger erwärmten Kühlmittels in stärker beheizte Zonen umgelenkt wird. Daraus ergibt sich eine gleichmäßigere Aufwärmung des Kühlmittels im Brennelement. Die Strömungsleiteinrichtungen, die bei der Erfindung nicht auf eine Umlenkung einzelner Strömungsfäden abgestellt sind, können nicht nur von Teilen des Abstandshalter-Gitters selbst (integrierte Bauweise) oder von zusätzlichen Stücken gebildet werden, die am Abstandshalter-Gitter befestigt sind, sondern auch von Strömungsleitkörpern, die dem Führungsrohr zugeordnet sind. Es ist auch denkbar, daß das Führungsrohr selbst im Bereich des Abstandshalter-Gitters oder zwischen den Abstandshaltern aufgeweitet wird, um die Strömung aus seiner Umgebung zu verdrängen. In jedem Fall kann man Strömungsleiteinrichtungen nach der Erfindung symmetrisch in bezug auf das Führungsrohr gestalten, weil, wie schon oben ausgeführt, im Gegensatz zum Bekannten keine nur einseitige Umlenkung von Strömungsfäden des Kühlmittels beabsichtigt ist.

Die vorliegende Erfindung wird zwar später anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, bei denen die Maschen des Abstandshalter-Gitters einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Sie kommt aber auch für andere Abstandshalter-Gitter in Frage, z. B. für Gitter mit hexagonaler Anordnung der Brennstäbe und Führungsrohre. Besondere Bedeutung hat die Erfindung unabhängig von der Form der Maschen, wenn das Führungsrohr einen größeren Durchmesser als die normalen Brennstäbe aufweist. Deshalb ist die Erfindung besonders wirksam bei bekannten Brennelementen mit quadratischen Abstandshalter-Gittern, bei denen die Masche des Führungsrohres den 4fachen Querschnitt der für die Brennstäbe vorgesehenen Maschen aufweist.

Die Erfindung ist nicht mit anderen bekannten Brennelementen etwa nach der DT-OS 20 23 578 zu vergleichen, bei denen das Abstandshalter-Gitter mit Hilfe einer das Steuerstabführungsrohr umfassenden Hülse an diesem befestigt ist. Hier verbleibt nämlich, wie insbesondere die F i g. 5 der Offenlegungsschrift zeigt, zwischen dem Führungsrohr und der dieses einschließenden quadratischen Masche des Abstandshalter-Gitters noch in allen vier Ecken ein so großer Strömungsquerschnitt in unmittelbarer Nachbarschaft des Führungsrohres, daß die Einwirkung der Hülse auf die Strömung des Kühlmittels als praktisch vernachlässigbar angesehen werden kann.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der Figuren drei Ausführungsbeispiele beschrieben, von denen zwei in annähernd perspektivischer Darstellung und einer Draufsicht auf einen kleinen Bereich eines Brennelementes für einen Druckwasserreaktor dargestellt sind. Das Brennelement als Ganzes sieht z. B. so aus, wie in der eingangs genannten US-PS 33 79 619 in F i g. 1 dargestellt ist.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach F i g. 1 ein zylindrisches Steuerstabführungsrohr 1 von einem Brennelement-Abstandsgitter 2 umfaßt, dessen rechtwinklig zueinander verlaufende geradlinige Blechstreifen 3 und 4 quadratische Maschen 5 bilden. Rohr 1 und Gitter 2 schließen, wie F i g. 2 zeigt, in den Ecken Zwickel 6 ein. In diese Zwickel 6 ragen nach der Erfindung als Strömungsleitemrichtungen an das Rohr 1 angepaßte Lappen 7 der Gitterstreifen 3 und 4, die um die Kante 8 aus der Ebene der Gitterstreifen 3 und 4 herausgebogen sind. Damit sind alle vier Zwickel 6 der das Führungsrohr 1 umgebenden Masche 5 gleichmäßig

3 4

weitgehend verschlossen. Filhrungsrohres 1 vorgesehen sein, damit auch dort, d. h.

Die Lappen 7 müssen nicht unmittelbar am Rohr 1 über größere Teile der Führungsrohrlänge als nur im

anliegen. Es kann z. B. genügen, wenn die normalerwei- Bereich der Abstandshalter-Gitter die Strömung im

se offenen Querschnitte der Zwickel 6 zu ³U bis ⁴A Bereich des unbeheizten Führungsrohres verringert

versperrt sind. Im allgemeinen wird man jedoch den 5 wird.

sonst offenen Querschnitt praktisch vollständig ver- Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in

schließen. Empfehlenswert ist lediglich, daß man durch F i g. 5 angedeutet, die einen das Abstandshalter-Gitter

einen geringen Abstand der Lappen 7 vom Rohr 1 von 2 bildenden Blechstreifen 11 als Rohling zeigt. Der

wenigen Zehntel Millimetern ein Reiben der Lappen 7 Blechstreifen 11 wird später an den gestrichelt

am Rohr vermeidet. Insgesamt soll die Strömung jedoch io gezeichneten Kanten 12 rechtwinklig umgebogen, so

durch das Sperren der Zwickel so weit gedrosselt daß er allein eine Masche des Abstandshalter-Gitters

werden, daß die Aufheizung des Kühlmittels auch im bildet. Einzelne Gittermaschen werden dann miteinan-

Bereich des Steuerstabführungsrohres 1 nicht wesent- der verbunden. Man erkennt, daß am Rande 13 des

lieh geringer als im Bereich der nur gestrichelt Blechstreifens, der mit seiner Höhe den Blechstreifen 3

dargestellten Brennstäbe 9 ist, die parallel zu dem 15 und 4 nach den F i g. 1 bis 4 entspricht, zusätzliche

Führungsrohr 1 verlaufen. Lappen 15, 16 und 17 vorgesehen sind. Von diesen

In den F i g. 3 und 4 ist das Steuerstabführungsrohr 1 dienen die Lappen 16 zur Distanzierung des Führungsoberhalb und unterhalb des Abstandshalter-Gitters 2 rohres, während die Lappen 15 und 17 zur erfindungsgevon zwei gleichen, jedoch umgekehrt zueinander mäßen Sperrung der Strömung dienen. Sie werden zu angeordneten Strömungsleitkörpern 10 umgeben, die 20 diesem Zweck vor dem Zusammensetzen der Blechauf das Rohr 1 aufgeschoben sind und unter Umständen streifen oder danach aus der Zeichnungsebene um zur Halterung des Gitters 2 dienen können. Die beispielsweise 90°, gegebenenfalls aber auch weniger, Strömungsleitkörper versperren hier vollständig den abgewinkelt, so daß sie die Zwickel 6 zwischen dem durch die Zwickel 6 gegebenen Durchlaßquerschnitt Führungsrohr 1 und der dieses umgebenden Masche des zwischen dem Führungsrohr 1 und der das Führungs- 25 Abstandshalter-Gitters 2 im gewünschten Maße verrohr aufnehmenden Masche 5 des Gitters 2. Mithin wird sperren. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 sind auch hier der mit der Erfindung bezweckte Effekt die Lappen an beiden Rändern 13 des Blechstreifens 11 erreicht, daß die Strömung des Kühlmittels im Bereich vorgesehen. Es kann aber durchaus genügen, die des Steuerstabführungsrohres 1 auf das notwendige erfindungsgemäßen Leiteinrichtungen auf der einen Maß verringert wird. Unter Umständen kann hierfür 30 Seite anzuordnen.

schon einer der beiden gleichen symmetrisch ausgebil- Bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung wurde

deten und angeordneten Strömungsleitkörper 10 bisher nur der Raum zwischen dem Führungsrohr und

ausreichen. der dieses umgebenden Masche strömungstechnisch

Die Strömungsleitkörper können, ebenso wie anhand gesperrt Es kann aber in besonderen Fällen auch ratsam

der F i g. 1 und 2 beschrieben wurde, die das 35 sein, die Sperrung auch auf benachbarte Maschen zu

Führungsrohr 1 umgebenden Maschen im Abstandshal- erstrecken. Zu diesem Zweck können die Strömungsleit-

ter-Gitter 2 auch teilweise verschließen. Sie können einrichtungen auf einer größeren Fläche wirksam

ferner auch zwischen zwei benachbarten Abstandshal- werden als dem Querschnitt der das Führungsrohr

ter-Gittern an einer oder mehreren Stellen des umgebenden Masche entspricht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennelement mit zylindrischen Brennstäben und einem Brennelement-Skelett, das aus Kopf- und Fußstück und diese verbindenden zylindrischen Steuerstab-Führungsrohren besteht, an denen mehrere, insbesondere rechteckige Maschen bildende Abstandshalter-Gitter für die Brennstäbe befestigt sind, die Strömungsleiteinrichtungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtungen (7, 10) im Bereich mindestens eines Abstandshalter-Gitters (2) den nicht vom Führungsrohr (1) eingenommenen Querschnitt der das Führungsrohr (1) umschließenden Masche (5) strömungstechnisch völlig oder zu ³U bis ⁴/5 sperren.

2. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtungen von dem Führungsrohr zugeordneten Strömungsleitkörpern (10) gebildet werden.

3. Kernreaktor-Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (1) zwischen zwei benachbarten Abstandshalter-Gittern (2) ähnliche Strömungsleiteinrichtungen wie im Bereich der Abstandshalter-Gitter (2) trägt.