DE3215363C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennelementbündel für einen Sie­ dewasserreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die überwiegende Anzahl der Rohre ist dabei also mit Kernbrenn­ stoff gefüllt und bildet die Brennstäbe.

Aus der DE-OS 25 29 976 ist ein Brennelementbündel für einen Siedewasserreaktor bekannt, bei dem jede der vier Wände des Brennstoffkastens mit mindestens einer, vorzugsweise aber mit einer größeren Anzahl von nach innen gerichteten relativ flachen Sicken versehen ist. Hierdurch soll erreicht werden, daß bei gegebener Dicke der Brennstoffkastenwand eine mög­ lichst große Steifigkeit des Brennstoffkastens erzielt wird, ähnlich wie bei Anwendung der Wellblechtechnik. Die Anzahl der im Brennelementbündel vorhandenen Brennstabspositionen wird durch die Sicken nicht geändert. Die Sicken sind an solchen Stellen angeordnet, daß die Verbindungslinie zwi­ schen zwei sich gegenüberliegenden Sicken zweier gegenüber­ liegender Wände zwischen zwei benachbarten Reihen von Brenn­ stabspositionen verläuft.

Aus der DE-OS 31 08 399 ist ein Brennelementbündel bekannt, das mit einer kreuzförmigen Stützanordnung versehen ist, welche den Querschnitt des Brennelementbündels in vier glei­ che Quadranten unterteilt. Der Brennstoffkasten besteht aus vier rechtwinkligen Teilen, die über Versteifungsleisten miteinander verbunden sind, an denen zugleich die kreuzför­ mige Stützanordnung befestigt ist. Diese Versteifungsleisten können auch dadruch gebildet werden, daß die Randbereiche benachbarter rechtwinkliger Brennstoffkastenteile nach innen gebogen sind, so daß an diesen Stellen nach außen offene sickenähnliche Vertiefungen entstehen. Zwischen gegenüber­ liegenden Vertiefungen dieser Art sind keine Brennstabposi­ tionen vorhanden, und die Gesamtzahl der Brennstabpositionen wird durch die Anordnung der Vertiefungen nicht verändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement­ bündel der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem man einen günstigeren Einfluß auf den Neutronenfluß und eine er­ heblich bessere Ausnutzung des Brennstoffes als bei den be­ kannten Brennelementbündeln erhält.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen genannt.

Bei der Erfindung sind die Wände des Brennstoffkastens der­ art 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 Vorsprünge oder Einbuchtungen dienen als Mittel, im Reaktorkern eine in ho­ rizontaler Richtung relativ gleichmäßig verteilten Moderiereffekt und damit eine gleichmäßigere Neutronenflußverteilung zu erzielen, was zur Folge hat, daß die Reaktivität des Brennelementbündels bei unverän­ derter mittlerer Anreicherung erheblich größer wird und daß hinsichtlich der Leistungsabgabe und dem Abbrand der Unterschied zwischen den einzelnen Brennstäben des Brenn­ elementbündels erheblich geringer wird.

Eine günstige Moderatorwirkung erzielt man dadurch, daß die Vorsprünge mit mindestens einem durchgehenden, ver­ tikalen Wasserkanal versehen sind, der sich über einen überwiegenden Teil der Länge der Brennstäbe erstreckt und der an seinem unteren Ende eine Einlaßöffnung für durch­ strömendes Wasser hat. Da das die auf diese Weise ausge­ führten vertikalen Kanäle durchströmende Wasser unter­ kühlt 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 Reaktor­ gitter angeordnete Brennstäbe haben. Die Brennstäbe im Brennelementbündel nach der Erfindung haben dabei den­ selben 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 Brennele­ mentbündels nach der Erfindung im hori­ zontalen Schnitt durch die Brennstäbe, wobei Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 7 ist,

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

In sämtlichen Figuren sind die Brennstäbe der Brennelement­ bündel, genauer, die mit Kernbrennstoff gefüllten Rohre, mit 7 bezeichnet. Jedes Brennelementbündel enthält min­ destens 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 Brennelementbündelunter­ teil 16 ein, das hydraulisch und mechanisch mit dem Brenn­ stoffkasten verbunden ist, der die Brennstäbe 7 und das/ die Wasserrohr(e) 8 umgibt. Das Brennelementbündelunterteil trägt eine nicht dargestellte Gitteranordnung 17, auf wel­ cher die Brennstäbe und die Wasserrohre mit ihren unteren Enden ruhen. Ein Teil des durch das Brennelementbündel­ unterteil strömenden Wassers verteilt sich auf Strömungs­ wege 14, die von hohlen nach innen gerichteten Vorsprüngen 9 begrenzt werden.

In den Fig. 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 angeord­ neten Wänden. Bei jedem Brennstoffkasten 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 Strö­ mungsweg für Moderatorwasser bildet. Jedes aus zwei gegen­ überliegenden parallelen Wänden des Brennstoffkastens ge­ bildete Wandpaar hat somit zwei hohle Vorsprünge 9, die in einer Vertikalebene durch die vertikale Mittellinie des Brennstoffkastens liegen.

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

Die Fig. 1, 2 und 5 zeigen jeweils ein Brennelement­ bündel, bei dem jede zwischen einem Paar hohler Vorsprünge 9 befindliche Rohrreihe fünf Rohre enthält. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform besteht jede zwischen zwei Vorsprüngen 9 befindliche Rohrreihe nur aus Brenn­ stäben 7, während jede entsprechende Reihe in den Fig. 2 und 5 aus vier Brennstäben 7 und einem Wasserrohr 8 be­ steht. Jedes in den Fig. 1, 2 und 5 gezeigte Brenn­ elementbündel 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 Fig. 1 und 2 enthält jede Gruppe aus parallelen Reihen mit neun Rohren zwei Reihen, in denen zwei Rohre Wasserrohre 8 sind. In Fig. 5 ent­ halten sämtliche Reihen mit neun Rohren nur Brennstäbe 7 (brennstoffgefüllte Rohre).

In den Fig. 3 und 6 enthält jede zwischen zwei Vor­ sprüngen 9 befindliche Rohrreihe sieben Rohrelemente, von denen drei bzw. eins als Wasserrohr ausgebildet sind/ist. 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 Brenn­ stäbe 7.

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

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

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

In jedem vorstehend beschriebenen Brennelementbündel 1 bis 6 sind die Rohre 7 und 8 mit Hilfe mehrerer in verschie­ denen Höhen angeordneter Abstandshaltevorrichtungen po­ sitioniert. Für jede Höhenlage kann die Abstandshalter­ vorrichtung aus einem einzigen Abstandshalter 20 bestehen, der soviele Abstandshalterzellen hat wie Rohre im Brenn­ elementbündel vorhanden sind, oder die Abstandshaltervor­ richtung kann in jeder Höhenläge aus mehreren Teilabstands­ haltern bestehen. Die Abstandshaltervorrichtung kann al­ ternativ vier gleiche, jeweils in einer Ecke des Brenn­ stoffkastens angeordnete Teilabstandshalter mit z. B. je sechzehn Abstandshalterzellen sowie einen zentral ange­ ordneten 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 Kraftübertragungs­ organ zur Übertragung horizontaler Kräfte zwischen den Vorsprüngen 9 jedes Paares zueinander paralleler Kasten­ wände bildet. Die mechanische Verbindung zwischen dem zentralen Abstandshalter und den hohlen Vorsprüngen 9 wird dann vorzugsweise derart vorgenommen, daß der Ab­ standshalter nur durch eine nach oben wirkende Kraft aus dem Brennstoffkanal entfernt werden kann, was beispiels­ weise dadurch erreicht werden kann, daß die vorgenannte mechanische Verbindung als Schwalbenschwanzverbindung aus­ gebildet ist.

Claims (8)

1. Brennelementbündel für einen Siedewasserreaktor

• a) mit einem Brennstoffkasten (1; 2; 3; 4; 5; 6) mit im we­ sentlichen quadratischem Querschnitt und mit einer Viel­ zahl vertikaler Rohre, von denen die meisten zu Brennstä­ ben gehören,
• b) und die mindestens zwei parallele Reihen mit je neun, im wesentlichen gleichmäßig verteilten Rohren bilden, welche Reihen parallel zu einem ersten Paar paralleler Kasten­ wände verlaufen,
• c) und mindestens zwei parallele Reihen mit je neun, im we­ sentlichen gleichmäßig verteilten Rohren bilden, welche Reihen parallel zu dem zweiten Paar paralleler Kasten­ wände verlaufen,
• d) und mit einer solchen Positionierung der Rohre in dem Brennstoffkasten, daß die vertikale Mittellinie jedes Rohres im wesentlichen durch einen entsprechenden Knoten­ punkt (13) in einem gedachten, aus quadratischen Feldern bestehenden Gitter verläuft,

dadurch gekennzeichnet,

• e) 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,
• f) wobei eine Reihe von mindestens drei und weniger als neun Rohren (7, 8) zwischen den beiden Vorsprüngen (9) eines jeden Paares paralleler Kastenwände angeordnet ist.

2. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines, drei, fünf oder sie­ ben der zwischen zwei Vorsprüngen angeordneten Rohre Was­ serrohre (8) sind, während die übrigen Brennstäbe (7) sind (Fig. 2, 3, 5, 6).

3. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen zwei Vorsprün­ gen angeordneten Rohre nur zu Brennstäben (7) gehören und daß das Brennelementbündel insgesamt vier vertikale Wasser­ rohre (8) enthält, die im Verhältnis zu einer Vertikalebene durch die vertikale Mittelinie (13) des Brennelementbündels symmetrisch angeordnet sind (Fig. 1).

4. 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 Wasserrohren (8) bestehen (Fig. 1, 2).

5. Brennelementbündel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 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 mindesten zwei und höchstens drei Wasserrohre (8) enthält (Fig. 3, 6).

6. Brennelementbündel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Paar paralleler Brennstoffkastenwände nur vier Reihen mit je neun Rohren angeordnet sind und daß jede dieser Rei­ hen nur aus Brennstäben (7) besteht (Fig. 5).

7. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschluß der Strömungswege (14) nach außen vertikale Schienen (10) vorgesehen sind, die mit mehreren durchgehenden Löchern versehen sind.