DE2602124C2 - 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 Absiandshalter-Gitter für die Brennstäbe befestigt sind, die Strömungsleiteinrichtungen aufweisen.

Solche Strömungsleiteinrichtungen sind z. B. in der DT-OS 16 39031 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 "5 umschließenden Masche strömungstechnisch völlig oder zu ³U bis V5 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 Kühlmitteis 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 Brennelementer, 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 Strömungsleiteinrichtungen an das Rohr 1 angepaßte Lappen 7 der Giitersireifen 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

weitgehend verschlossen.

Die Lappen 7 müssen nicht unmittelbar am Rohr 1 anliegen. Es kann z. B. genügen, wenn die normalerweise offenen Querschnitte der Zwicke! 6 zu V₄ bis V₅ versperrt sind. Im allgemeinen wird man jedoch den sonst offenen Querschnitt praktisch vollständig verschließen. Empfehlenswert ist lediglich, daß man durch einen geringen Abstand der Lappen 7 vom Rohr 1 von wenigen Zehntel Millimetern ein Reiben der Lappen 7 am Rohr vermeidet. Insgesamt sol! die Strömung jedoch durch das Sperren der Zwickel so weit gedrosselt werden, daß die Aufheizung des Kühlmittels auch im Bereich des St^uerstabführungsrohres 1 nicht wesentlich geringer als im Bereich der nur gestrichelt dargestellten Brennstäbe 9 ist, die parallel zu dem Führungsrohr 1 verlaufen.

In den F i g. 3 und 4 ist das Steuerstabführungsrohr 1 oberhalb und unterhalb des Abstandshalter-Gitters 2 von zwei gleichen, jedoch umgekehrt zueinander angeordneten Strömungsleitkörpern 10 umgeben, die auf das Rohr 1 aufgeschoben sind und unter Umständen zur Halterung des Gitters 2 dienen können. Die Strömungsleitkörper versperren hier vollständig den durch die Zwickel 6 gegebenen Durchlaßquerschnitt zwischen dem Führungsrohr 1 und der das Führungsrohr aufnehmenden Masche 5 des Gitters 2. Mithin wird auch hier der mit der Erfindung bezweckte Effekt erreicht, daß die Strömung des Kühlmittels im Bereich des Steuerstabführungsrohres 1 auf das nciwendige Maß verringert wird. Unter Umständen kann hierfür schon einer der beiden gleichen symmetrisch ausgebildeten und angeordneten Strömungsleitkörper 10 ausreichen.

Die Sirömungsleitkörper können, ebenso wie anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, die das Führungsrohr 1 umgebenden Maschen im Abstandshaiter-Gitter 2 auch teilweise verschließen. Sie können ferner auch zwischen zwei benachbarten Abstandshalter-Gittern an einer oder mehreren Stellen des Führungsrohres 1 vorgesehen sein, damit auch dort, d. h. über größere Teile der Führungsrohrlänge als nur im Bereich der Abstandshalter-Gitter die Strömung i:n Bereich des unbeheizten Führungsrohres verringert wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 5 angedeutet, die einen das Abstandshalter-Gitter 2 bildenden Blechstreifen 11 als Rohling zeigt. Der Blechstreifen 11 wird später an den gestrichelt gezeichneten Kanten 12 rechtwinklig umgebogen, so daß er allein eine Masche des Abstandshalter-Gitters bildet. Einzelne Gittermaschen werden dann miteinander verbunden. Man erkennt, daß am Rande 13 des Blechstreifens, der mit seiner Höhe den Blechstreifen 3 und 4 nach den F i g. 1 bis 4 entspricht, zusätzliche Lappen 15, 16 und 17 vorgesehen sind. Von diesen dienen die Lappen 16 zur Distanzierung des Führungsrohres, während die Lappen 15 und 17 zur erfindungsgemäßen Sperrung der Strömung dienen. Sie werden zu diesem Zweck vor dem Zusammensetzen der Blechstreifen oder danach aus der Zeichnungsebene um beispielsweise 90°, gegebenenfalls aber auch weniger, abgewinkelt, so daß sie die Zwickel 6 zwischen dem Führungsrohr 1 und der dieses umgebenden Masche des Abstandshalter-Gitters 2 im gewünschten Maße versperren. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 sind die Lappen an beiden Rändern 13 des Blechstreifen; 11 vorgesehen. Es kann aber durchaus genügen, die erfindungsgemäßen Leiteinrichtungen auf der einen Seite anzuordnen.

Bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung wurde bisher nur der Raum zwischen dem Führungsrohr und der dieses umgebenden Masche strömungstechnisch gesperrt. Es kann aber in besonderen Fällen auch ratsam sein, die Sperrung auch auf benachbarte Maschen zu erstrecken. Zu diesem Zweck können die Strömungsleiteinrichtungen auf einer größeren Fläche wirksam werden als dem Querschnitt der das Führungsrohr 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 Strcrr.ungsleiteinrichtungen (7, 10) im Bereich mindestens eines Abstandshalter-Gitters (2) den nicht vom Führungsrohr (1) eingenommenen Querschnitt der das Führungsrohr (1) umschließenden Masche (5) strömungstechniscn völlig oder zu V₄ bis ⁴A 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.