DE3022687A1

DE3022687A1 - Brennelementbuendel fuer einen siedewasserreaktor

Info

Publication number: DE3022687A1
Application number: DE19803022687
Authority: DE
Inventors: Olov Dipl Ing Nylund
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1981-01-29
Also published as: BE884093A; JPS5610284A; IT1128845B; GB2054247A; NL8003629A; FI802122A; FI69221C; GB2054247B; US4348355A; CH651417A5; JPH0128357B2; FR2461333A1; IT8068040A0; FR2461333B1; SE420545B; ES492958A0; ES8105881A1; SE7905800L; DE3022687C2; FI69221B

Description

Brennelementenbündel für einen Siedewasserreaktor

Die Erfindung betrifft ein Brennelementenbündel für einen Siedewasserreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Brennstäbe bestehen aus Brennstofftabletten, die in einem Brennstoffrohr angeordnet sind. Solche bekannten Brennelementenbündel sind beispielsweise aus der DE-AS 1 816 561 bekannt.

Die bekannten am häufigsten verwendeten Brennelementenbündel für Siedewasserreaktoren enthalten 64 Brennstäbe, die in einem sie umhüllenden Brennelementenkasten mit quadratischem Querschnitt angeordnet sind. Infolge des StrömungswiderStandes in dem Kasten muß das Kühlwasser in Längsrichtung der Brennstäbe durch den Kasten gepreßt werden. Es ist dabei ein innerer überdruck vorhanden, der die ebenen Seiten des Kastens auf Biegung beansprucht. Aufgrund dieser Biegebeanspruchung bei erhöhter Temperatur und gleichzeitiger Neutronenstrahlung kann eine unerwünschte permanente Formveränderung auftreten. Um diese Formänderung in angemessenen Grenzen zu halten, muß der Kasten aus kräftigem Blech aufgebaut sein. In einem Brennelementenkasten für 64 Brennstäbe beträgt die Blechdicke im allgemeinen ca. 3 mm. Der große Querschnitt des in einem Kasten untergebrachten Brennstabbündels hat zur Folge, daß der Neutronenfluß variiert, da der Neutronenfluß

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in Abhängigkeit des Dampfgehaltes des Kühlwassers variiert, so daß der Neutronenfluß in der Mitte des Kastenquerschnittes am niedrigsten ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelementenbündel der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der der Neutronenfluß gleichmäßiger über den Querschnitt des Brennelementenbündels verteilt ist, so daß eine gleichmäßigere Leistungsverteilung und ein gleichmäßigerer Abbrand erreicht wird und infolgedessen für alle Brennstäbe des Brennelementenbündels ein Brennstoff von im wesentlichen gleichem Anreicherungsgrad verwendet werden kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, die Materialmenge der die Brennstäbe umgebenden Brennelementenkästen zu vermindern, damit die Menge an neutronenabsorbierendem Material im Reaktorkern vermindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Brennelementenbündel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Ein Brennelementenbündel nach der Erfindung kann in bereits vorhandenen Reaktoren verwendet werden, was besonders wertvoll ist. Durch die Erfindung werden die Brennstoffkosten herabgesetzt und die Bereitstellung und Handhabung der Brennstäbe werden erlelch-

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tert, da weit weniger Brennstoffe mit unterschiedlichem Anreicherungsgrad als bisher erforderlich sind, ja sogar für das gesamte Brennelementenbündel Brennstoff mit demselben Anreicherungsgrad verwendet werden kann.

Gemäß der Erfindung enthält jedes Brennelementenbündel mehrere Brennelementenkästen, im allgemeinen vier, mit quadratischem Querschnitt, von denen jeder ein Brennstabbündel umschließt. Die Brennelementenkästen sind an ihrem unteren Ende an ein gemeinsames Bodenteil und an ihrem oberen Ende an ein gemeinsames Oberteil angeschlossen. Die Kästen können lösbar mit dem Bodenteil bzw. mit dem Oberteil verbunden sein. Hierdurch wird es möglich, die Kästen mit ihren Brennstabbündeln in dem Brennelementenbündel umzuplazieren oder die Kästen mit ihren Brennstabbündeln um ihre Längsachse zu drehen, wobei die Kästen ihre bisherige Position im Brennelementenbündel beibehalten. Das Brennelementenbündel kann auch so aufgebaut sein, daß die Brennelementenkästen mit dem Bodenteil bzw. dem Oberteil fest verbunden sind, während die Brennstabbündel zwecks Umplazierung im Brennelementenbündel aus ihren Kästen herausgezogen werden können. Aus Festigkeitsgründen kann es zweckmäßig sein, die Kästen mit einem großen Eckradius auszubilden. In den Eckpositionen werden dann vorzugsweise

Brennstäbe angeordnet, deren Durchmesser kleiner ist als der der übrigen Stäbe des Brennstabbündels. Eine weitere Möglichkeit, die Bremsleistung zu verbessern, so daß man einen gleichmäßigeren Neutronenfluß und eine gleichmäßigere Leistungsentwicklung im Brennstabbündel erhält, besteht darin, einen Brennstab im inneren Teil des Bündels durch ein leeres Brennstabrohr mit freiem Durch-

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lauf für Kühl- und Moderatorwasser zu ersetzen. Um Schwingungen oder Vibrationen zu verhindern, können die Kästen des Brennelementenbündels an einer oder mehreren Stellen zwischen dem Bodenteil und dem Oberteil durch ein Verbindungsstück miteinander verbunden sein.

Anhand der Figuren soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch mehrere Brennelementenbündel

gemäß der Erfindung in einem Reaktorkern, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Brennelementenbündels, Fig. 3 im größeren Maßstab einen Schnitt durch einen Brennelementenkasten mit einem Brennstabbündel.

In Figur 1 werden mit 1 kreuzförmige Steuerstäbe bezeichnet. Zwischen einer Gruppe von vier benachbarten Steuerstäben ist eine Gruppe von vier Brennelementenbündeln 2 angeordnet. Jedes Brennelementenbündel enthält vier Brennelementenkästen 2a, 2b, 2c und 2d mit quadratischem Querschnitt. Ih jedem Kasten befindet sich ein Brennstabbündel 3. Die Brennelementenkästen 2a, 2b,..2c und 2d sind unten an ein gemeinsames Bodenteil 4 angeschlossen, das an die untere Gitterplatte des Reaktorkerns angeschlossen wird und das Kühlwasser auf die vier Brennelementenkästen des Brennelementenbündels verteilt. Oben sind die Kästen an ein gemeinsames Oberteil 5 angeschlossen. Zwischen dem Bodenteil 4 und dem Oberteil 5 können die Kästen 2a - 2d an einer oder an mehreren Stellen durch ein Verbindungsstück 6 miteinander verbunden sein. Wie Figur 3

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zeigt, können die Kästen 2a - 2d mit !großen Eckradien ausgeführt sein, und die vier Eckbrennstäbe 3a können einen kleineren Durchmesser als die übrigen Brennstäbe 3b haben. Ein Brennstab kann durch ein Rohr 7 mit freiem Durchlauf ersetzt werden.

Dadurch, daß man ein Brennelementenbündel aus vier Brennelementenkästen 2a - 2d mit gemeinsamem Bodenteil 4 und Oberteil 5 aufbaut, ist es möglich, die wirtschaftliche Ausnutzung des Brennstoffes sowohl bei neuen wie auch bei bereits in Betrieb befindlichen Reaktoren zu verbessern. Es können bereits erprobte Konstruktionen zur Aufstellung der Brennelementenbündel verwendet werden.

Durch die kreuzförmigen Spalte 8 zwischen den vier Kästen 2a - 2d des Brennstoffelementenbündels 2 erhält man eine dampf freie Wassermenge, die ein größeres Bremsvermögen und somit einen gleichmäßigeren Neutronenfluß über den Querschnitt des Brennelementenbündels, eine gleichmäßigere Leistungsentwicklung und einen gleichmäßigeren Abbrand bewirkt. Der Bedarf an Anreicherungsvariationen im Brennelementenbündel wird geringer oder verschwindet ganz. Da die Spalte 9 und 10 zwischen zwei Brennelementenbündeln 2 größer sind als die Spalte 8 zwischen den Brennelementenkästen 2a, 2b, 2c und 2d, ist der Neutronenfluß und damit die Leistungsentwicklung nahe den Spalten 9 und 10 etwas größer.

Durch Umplazierung von Brennelementenkästen mit ihren Brennstäben oder Vertauschen der in den Kästen befindlichen Brennstabbündeln, wie es die Pfeile 11 in Figur 1 zeigen, kann der ungleichmäßige Abbrand verhindert werden. Wie gezeigt, tauschen die Kästen 2a und 2c sowie 2b und 2d ihren Platz. Eine weitere Möglichkeit,

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einen Ausgleich des Neutronenflusses, der Leistungsentwicklung und des Abbrandes zu erreichen, besteht im Austausch eines Brennstabes gegen ein leeres Rohr, durch das Kühl- und Moderatorwasser frei hindurchlaufen kann. In der Mitte des Brennelementenbündels kann eine Stange 12 angeordnet sein, die das Bodenteil 4 und das Oberteil 5 des Brennelementenbündels verbindet und zusammenhält. Bei einer Ausführung eines Brennelementenbündels, bei der die vier Kästen des Bündels miteinander verbunden sind, kann das Brennelementenbündel einen kreuzförmigen, vorübergehend eingesetzten Absorberstab. 12a mit einem abbrennbaren Absorber enthalten, der nach einer gewissen Zeit anläßlich einer Brennstoffumplazierung oder dem Brennstoffwechsel entfernt werden kann. Das Bodenteil des Brennelementenbündels soll mit einem Aufteilungskreuz 13 versehen sein, das sich in oder durch die Drosselöffnung im Bodenteil 4 erstreckt. Hierdurch wird das Bodenteil 4 in vier Kanäle aufgeteilt, die garantieren, daß die durch jedes der vier Brennelementenkästen hindurchströmende Wassermenge gleich groß ist, auch wenn der Strömungswiderstand in den Kästen unterschiedlich sein sollte. Durch Aufteilung des bei bekannten Brennelementenbündeln verwendeten einzigen großen Brennelementenkastens in vier kleinere Kästen erhält man eine größere Kastenfläche. Da jedoch die Abmessungen des einzelnen Kastens kleiner sind, erhält

man eine derart verkleinerte Biegebeanspruchung, daß die Blechdicke um mehr als 50 % herabgesetzt werden kann. Die Menge an Kastenmaterial wird also erheblich geringer und damit auch die unerwünschte Neutronenabsorption. Gleichzeitig erhält man mehr Platz für eine dampffreite Wassermenge und eine gleichmäßigere Verteilung des Wassers.

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Claims

Patentansprüche:

Λ] Brennelementenbündel für einen Siedewasserreaktor, das eine Anzahl Brennstäbe enthält, mit einem Bodenstück, welches an eine Öffnung in einer unteren Gitterplatte (Reaktorkernboden) angeschlossen ist, und mit einem Oberteil, das an einem Kerngitter anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelementenbündel (2) mehrere Brennelementenkästen (2a - 2d) enthält, von denen Jeder ein Brennstabbündel (3) umschließt, und daß die Brennelementenkästen an ihrem unteren Ende an ein gemeinsames Bodenteil (4) und an ihrem oberen Ende an ein gemeinsames Oberteil (5) angeschlossen sind.
2. Brennelementenbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelementenkästen (2a, 2b, 2c, 2d) mit dem Bodenteil (4) und dem Oberteil (5) derart lösbar verbunden sind, daß die Kästen (2a, 2b, 2c, 2d) mit ihrem Brennstabbündel umplaziert oder durch Drehung um ihre Längsachse in eine neue Lage gedreht werden können.
3. Brennelementenbündel jnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstabbündel der Brennelementenkästen (2a, 2b, 2c, 2d) als frei aus den Kästen herausnehmbare Einsätze ausgebildet sind, die untereinander ausgetauscht oder in ihren bisherigen Kästen umpla.ziert werden können.

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4. Brennelementenbündel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelementenkästen (2a, 2b, 2c, 2d) einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken haben und daß die Brennstäbe (3a) in den Ecken der Kästen einen kleineren Durchmesser als die übrigen Brennstäbe (3b) haben.
5. Brennelementenbündel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennstabbündel (3) des Brennelementenkastens (2a - 2d) ein Brennstab durch ein leeres Rohr (7) ersetzt ist, durch den Kühl- und Moderatorwasser frei hindurchfließen kann.
6. Brennelementenbündel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kästen (2a, 2b, 2c, 2d) des Brennelementenbündels Verbindungsstücke (6) vorgesehen sind, welche die Kästen zusammenhalten und Schwingungen verhindern.
7. Brennelementenbündel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle zwischen den vier Brennelementenkästen (2a - 2d) des Brennelementenbündels (2)

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ein fortnehmbarer Absorberstab (12a) mit einem abbrennbaren

Absorber angeordnet ist.
8. Brennelementenbündel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (4) ein Aufteilungskreuz (13) enthält, welches das Bodenteil in vier parallele Kanäle aufteilt.

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9. Brennelementenbündel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es vier Brennelementenkästen (2a · 2d) enthält.

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