DE3215363A1

DE3215363A1 - Brennelementbuendel fuer einen siedewasserreaktor

Info

Publication number: DE3215363A1
Application number: DE19823215363
Authority: DE
Inventors: Bo Dipl.-Ing. 72466 Västerås Fredin
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1981-05-04
Filing date: 1982-04-24
Publication date: 1982-11-25
Also published as: JPH027435B2; JPS57186190A; US4526746A; SE426271B; DE3215363C2; SE8102767L

Description

Bronnelcmcntbündel für einen Siedewasserreaktor

Die Erfindung betrifft ein Brennelementbündel für einen Siedewasserreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches Die überwiegende Anzahl der Rohre ist dabei also mit Kernbrennstoff gefüllt und bildet die Brennstäbe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelementbündel der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem man einen günstigeren Einfluß auf den Neutronenfluß und eine erheblich bessere Ausnutzung des Brennstoffes als bei den bekannten Brennelementbündeln erhält.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Bei der Erfindung sind die Wände des Brennstoffkastens derart ausgebildet und die Brennstäbe derart angeordnet, daß man einen verbesserten Einfluß auf den Neutronenfluß und eine bessere Ausnutzung des Brennstoffes erhält. Die an den Wänden des Brennstoffkastens vorgesehenen Vorsprung odor Einbuchtungen dienen als Mittel, im Reaktorkern eine in horizontaler Richtung relativ gleichmäßig

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verteilten Moderiereffekt und damit eine gleichmäßigere . Neutronenflußverteilung zu erzielen, was zur Folge hat, daß die Reaktivität des Brennelementbündels bei unveränderter mittlerer Anreicherung erheblich größer wird und daß hinsichtlich der Leistungsabgabe und dem Abbrand der Unterschied zwischen den einzelnen Brennstäben des Brennelementbündels erheblich geringer wird.

Eine günstige Moderatorwirkung erzielt man dadurch, daß die Vorsprünge mit mindestens einem durchgehenden, vertikalen Wasserkanal versehen sind, der sich über einen überwiegenden Teil der Länge der Brennstäbe erstreckt und der an seinem unteren Ende eine Einlaßöffnung für durchströmendes Wasser hat. Da das die auf diese Weise ausgeführten vertikalen Kanäle durchströmende Wasser unterkühlt ist und nicht mit den Brennstäben in Berührung kommt, wird der Hohlraumanteil dieses Wassers Null oder außerordentlich klein und seine Moderatorwirkung maximal.

Ein Brennelementbündel nach der Erfindung kann verwendet werden, um bekannte Brennelementbündel zu ersetzen, die ungefähr dieselben äußeren Querschnittsabmessungen haben und vierundsechzig in einem quadratischen Reaktorgitter angeordnete Brennstäbe haben. Die Brennstäbe im Brennelementbündel, nach der Erfindung haben dabei denselben oder einen etwas kleineren Durchmesser als die der bekannten Brennelementbündel.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 bis 6 je eine Ausführungsform eines Brennelementbündels nach der Erfindung im horizontalen Schnitt durch die Brennstäbe, wobei Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie

H-II in Fig. 7 ist,

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Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch ein Brennelementbündel gemäß der Erfindung längs der Linie VII-VII in Fig. 2.

In sämtlichen Figuren sind die Brennstäbe der Brennelementbündel, genauer, die mit Kernbrennstoff gefüllten Rohre, mit 7 bezeichnet. Jedes Brennelementbündel enthält mindestens ein vertikales Wasserrohr 8, das ungefähr genau so lang ist wie die Brennstäbe 7 und das von einem Teil des am unteren Ende des Brennelementbündels einströmenden Wassers durchströmt wird. Jedes Wasserrohr hat an seinem unteren Ende wenigstens eine Eintrittsöffnung 18 (Fig. 7) und an seinem oberen Ende wenigstens eine Austrittsöffnung 19. Das Wasser strömt durch ein Brennelementbündelunterteil 16 ein, das hydraulisch und mechanisch mit dem Brennstoff kasten verbunden ist, der die Brennstäbe 7 und das/ die Wasserrohr^) 8 umgibt. Das Brennelementbündelunterteil trägt- eine nicht dargestellte Gitteranordnung 17, auf welcher die Brennstäbe und die Wasserrohre mit ihren unteren Enden ruhen. Ein Teil des durch das Brennelementbündelunterteil strömenden Wassers verteilt sich auf Strömungswege 14, die von hohlen nach innen gerichteten VorSprüngen 9 begrenzt werden.

In den Figuren 1 bis 6 sind die Brennstoffkästen mit 1, 2, 3, 4, 5 bzw. 6 bezeichnet. Jeder Brennstoffkasten besteht im wesentlichen aus vier im Rechteck zueinander angeordneten Wänden. Bei Jedem Bronnstoffkasten 1, 2, 3» 4, 5, 6 sind die vier Wände mit je einem nach innen gerichteten hohlen Vorsprung 9 versehen, der sich über die gesamte Länge der Brennstäbe erstreckt, und einen vertikalen Strömungsweg für Moderatorwasser bildet. Jedes aus zwei gegenüberliegenden parallelen Wänden des Brennstoffkastens gebildete Wandpaar hat somit zwei hohle Vorsprünge 9, die in einer Vertikalebene durch die vertikale Mittellinie des Brennstoffkastens liegen.

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In jedem Brennelementbündel verlaufen die vertikalen Mittellinien der vom Brennstoffkanal umgebenen Brennstäbe 7 und Wasserrohre 8 durch die Knotenpunkte 13 eines gedachten Gitters, das aus quadratischen Feldern mit der Seitenlänge a besteht, wie es in Figur 1 angedeutet ist. Dabei enthält jedes Brennelementbündel mindestens zwei aus Brennstoffrohren oder Wasserrohren bestehende Rohrreihen, von denen jede neun Rohre hat und die parallel mit dem einen Wandpaar aus zueinander parallelen Kastenwänden verlaufen,sowie mindestens zwei Rohrreihen, die parallel mit dem anderen Wandpaar aus zueinander parallelen Kastenwänden verlaufen. Bei sämtlichen Brennelementbündeln ist die Anzahl der zwischen zwei Vorsprüngen 9 befindlichen und in derselben Vertikalebene liegenden Rohre kleiner als neun und größer als zwei.

Die Figuren 1, 2 und 5 zeigen jeweils ein Brennelementbündel, bei dem jede zwischen einem Paar hohler Vorsprünge 9 befindliche Rohrreihe fünf Rohre enthält. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführurigsform besteht jede zwischen zwei Vorsprüngen 9 befindliche Rohrreihe nur aus Brennstäben 7, während jede entsprechende Reihe in den Figuren 2 und 5 aus vier Brennstäben 7 und einem Wasserrohr 8 besteht. Jedes in den Figuren 1, 2 und 5 gezeigte Brennelementbündel hat acht Reihen mit neun Rohren, wobei vier dieser Reihen parallel zu einem ersten Paar paralleler Wände und vier parallel zu dem zweiten Paar paralleler Wände verlaufen. In den Figuren 1 und 2 enthält jede Gruppe aus parallelen Reihen mit neun Rohren zwei Reihen, in denen zwei Rohre Wasserrohre 8 sind. In Figur 5 enthalten sämtliche Reihen mit neun Rohren nur Brennstäbe (brennstoffgefüllte Rohre).

In den Figuren 3 und 6 enthält jede zwischen zwei Vor-Sprüngen 9 befindliche Rohrreihe sieben Rohrelemente, von denen drei bzw. eins als Wasserrohr ausgebildet sind/ist.

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Die Anzahl der neun Rohre enthaltenden Reihen beträgt sechs in jeder Richtung, wobei vier dieser sechs Reihen nur Brennstäbe 7 enthalten. Jede der übrigen beiden Reihen enthält drei bzw. zwei Wasserrohre 8 und im übrigen Brennstäbe 7.

Bei dem in Figur 4 gezeigten Brennelementbündel enthält jede zwischen zwei Vorsprüngen 9 befindliche Rohrreihe drei Rohre, von denen das die vertikale Mittellinie 13 umschließende Rohr ein Wasserrohr ist. Dieses Brennelementbündel enthält nur zwei parallel zu einem ersten Paar paralleler Kastenwände verlaufende Reihen mit neun Bohren und nur zwei parallel mit dem zweiten Paar paralleler Kastenwände verlaufende Reihen mit neun Rohren, wobei diese Reihen nur aus Brennstäben 7 bestehen.

Die hohlen Vorsprünge 9 können bei sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung, aus Einbuchtungen im mittleren .Bereich der Brennstoffkastenwand bestehen und nach außen, mehr oder weniger geschlossen sein, beispielsweise mittels vertikaler Schienen 10, die mehrere durchgehende Löcher 11 haben, oder mit Hilfe mehrer, beispielsweise etwas nachgiebiger Verbindungselemente 12, die mit Abstand übereinander angeordnet sind.

Jeder Vorsprung 9 kann gemäß der Erfindung als integrales Teil der Brennstoffkastenwand oder als besonderes Element ausgebildet sein, das mit angrenzenden Brennstoffkastenelementen zu einem in den Figuren gezeigten Brennstoffkasten zusammengeschweißt ist.

In jedem vorstehend beschriebenen Brennelementbündel 1 bis 6 sind die Rohre 7 und 8 nut Hilfe mehrerer in verschiedenen Höhen angeordneter Abstandshaltevorrichtungen positioniert. Für jede Höhenlage kann die Abstandshaltervorrichtung aus einem einzigen Abstandshalter 20 bestehen,

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der soviele Abstandshalterzellen hat wie Rohre im Brennelementbündel vorhanden sind, oder die Abstandshaltervorrichtung kann in jeder Höhenlage aus mehreren Teilabstandshaltern bestehen. Die Abstandshaltervorrichtung kann alternativ vier gleiche, jeweils in einer Ecke des Brennstoff kastens angeordnete Teilabstandshalter mit z.B. je sechzehn Abstandshalterzellen sowie einen zentral angeordneten Abstandshalter enthalten. Der zentral angeordnete Abstandshalter wird vorzugsweise mit größerer Steifigkeit als die übrigen Abstandshalter ausgeführt und auf solche Weise angeordnet, daß er ein starres Kraftübertragungsorgan zur Übertragung horizontaler Kräfte zwischen den Vorsprüngen 9 jedes Paares zueinander paralleler Kastenwände bildet. Die mechanische Verbindung zwischen dem zentralen Abstandshalter und den hohlen Vorsprüngen 9 wird dann vorzugsweise derart vorgenommen, daß der Abstandshalter nur durch eine nach oben wirkende Kraft aus dem Brennstoffkanal entfernt werden kann, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß die vorgenannte mechanische Verbindung als Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet ist.

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Claims

Patentansprüche

Brennelementbündel für einen Siedewasserreaktor mit einem Brennstoffkasten (1; 2; 3; 4; 5; 6) mit im wesentliehen quadratischem Querschnitt und mit einer Vielzahl vertikaler Rohre, von denen die meisten zu Brennstäben gehören und die mindestens zwei parallele Reihen mit je neun, im wesentlichen gleichmäßig verteilten Rohren bilden, welche Reihen parallel zu einem ersten Paar paralleler Kastenwände verlaufen, und mindestens zwei parallele Reihen mit je neun, im wesentlichen gleichmäßig verteilten Rohren bilden, welche Reihen parallel zu dem zweiten Paar paralleler Kastenwände verlaufen, und mit einer solchen Positionierung der Rohre in dem Brennstoffkasten, daß die vertikale Mittellinie jedes Rohres im wesentlichen durch einen entsprechenden Knotenpunkt (13) in einem gedachten, aus quadratischen Feldern bestehenden Gitter verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß jede der vier Wände des Brennstoffkastens in der Mitte mit einem nach innen gerichteten hohlen Vorsprung (9) versehen ist, der einen vertikalen Strömungsweg (14) für Moderatorwasser bildet, wobei eine Reihe von mindestens drei und weniger als neun Rohren (7, 8) zwischen den beiden Vor-Sprüngen (9) eines jeden Paares paralleler Kastenwände angeordnet ist.

2. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zwischen zwei Vorsprüngen (9) angeordneten Rohre (7, 8) mindestens drei ist und daß mindestens eines dieser Rohre ein Wasserrohr (8) ist, daß die vertikale Mittellinie (13) des Brennstoff-

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kastens umgibt (Fig. 2, 3, 4, 5, 6).

3. Brennelementbündel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zwischen zwei Vorsprüngen

(9) angeordneten Rohre fünf ist (Fig. 2, 5).

4. Brennelementbündel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zwischen zwei Vorsprüngen (9) angeordneten Rohre sieben ist (Fig. 3, 6).

5. Brennelementbündel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei der zwischen zwei Vorsprüngen angeordneten Rohre Wasserrohre (8) sind, während die übrigen Brennstäbe (7) sind (Fig. 3).

6. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen zwei VorSprüngen angeordneten Rohre nur zu Brennstäben (7) gehören und daß das Brennelementbündel insgesamt vier vertikale Wasserrohre

(8) enthält, die im Verhältnis zu einer Vertikalebene durch die vertikale Mittellinie (13) des Brennelementbündels symmetrisch angeordnet sind (Fig. 1).

7. Brennelementbündel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Paar paralleler Brennstoffkastenwände vier Reihen mit je neun Rohren angeordnet.sind und daß zwei dieser Reihen nur aus Brennstäben (7) bestehen und daß jede der übrigen zwei Reihen aus sieben Brennstäben (7) und zwei Wasserrohre (8) bestehen (Fig. 1, Z).

8. Brennelementbündel nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Paar paralleler Brennstoffkastenwände sechs Reihen mit je neun Rohren angeordnet sind, daß vier dieser sechs Reihen nur aus Brennstäben (7) bestehen und daß jede der übrigen zwei Reihen mindestens zwei und höchstens

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- 3 -drei Wasserrohre (8) enthält (Fig. 3, 6).

Brennelementbündel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Paar paralleler Brennstoffkastenwände nur vier Reihen mit je neun Rohren angeordnet sind und daß jede dieser Reihen nur aus Brennstäben (7) besteht (Fig. 5).

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