DE3400901C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Kernreaktor, insbesondere Siedewasserreaktor, gemäß Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Ein solches Brennelement ist durch die DE-A1-32 15 363 bekannt. Dabei werden mehrere, den einzelnen Quadranten eines quadratischen Brennelementes zugeordnete Spalten von nach innen gerichteten Rücksprüngen bzw. (hohlen) Vorsprüngen im Kasten gebildet. Sie erstrecken sich über die gesamte Länge des Brennelements, wie es insbesondere die Fig. 7 zeigt. Die hohlen Vorsprünge haben die Aufgabe, im Vergleich zu Brennelementen ohne Vorsprünge einen günstigeren Einfluß auf den Neutronenfluß und eine bessere Ausnutzung des Brennstoffs zu erreichen.

Diese allgemeine Aufgabenstellung (erhöhte Energieausbeute) liegt auch der vorliegenden Erfindung zugrunde. Darüber hinaus soll jedoch im Sinne einer speziellen Aufgabenstellung das gattungsgemäße Brennelement so ausgebildet sein, daß eine Moderation über die Länge des Brennelements erreicht wird, welche die thermo-hydraulischen und neutronenphysikalischen Bedingungen berücksichtigt, wie sie insbesondere in Siede­ wasserkernreaktoren wegen der Siede- und Verdampfungszone im oberen Bereich des Kerns bzw. der Brennelemente gegeben sind.

Diesen Bedingungen wird durch Spalte, die sich über die gesamte Länge des Brennelements erstrecken, nicht in ausreichendem Maße Rechnung getragen, vergleiche hierzu auch EP-A2-00 99 322. In dieser Schrift ist ein Brennelement mit einem durchgehenden kreuzförmigen Spalt dargestellt.

Durch die US-A-37 41 868 ist es zwar bekannt, bei einem Brenn­ element für Siedewasserreaktoren einen Spalt im oberen Teil des Brennelements anzuordnen und den an den Spalt in Längs­ richtung angrenzenden Raum mit Brennstäben auszufüllen, der um das durch die Höhe der Spalten gegebene Maß kürzer ist als die zwischen den Spalten liegenden Brennstäbe. Jedoch handelt es sich hierbei um Spalte sehr geringer axialer Länge, welche die Aufgabe haben, einzelne (verkürzte) Brennstäbe de- und remon­ tieren zu können, ohne das gesamte Brennelementskelett öffnen zu müssen. Neutronenphysikalisch hat diese Maßnahme praktisch keinerlei Bedeutung.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Brenn­ element der eingangs definierten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale (c) und (d) gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

Beim Gegenstand der Erfindung wird nur der im Betrieb obere Teil des Brennelements mit zusätzlichem Wasser von außen aus dem Bypass als Moderator versehen. Damit wird ein Mangel an Moderator dort ausgeglichen, wo insbesondere bei Siedewasser­ reaktoren im Hinblick auf die Verdampfung innerhalb des Brenn­ elements weniger Moderierung vorliegt.

Mit dem Träger nach Anspruch 2 ergibt sich die erforderliche Festlegung der kürzeren Brennstäbe. Außerdem kann damit der Aufbau des Brennelements versteift werden. Dies gilt insbeson­ dere für den Gegenstand der Weiterbildung nach Anspruch 3.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der bei­ liegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 ein Brennelement nach der Erfin­ dung in perspektivischer Darstellung. In den Fig. 2, 3 und 4 sind in drei zueinander senkrechten Teilschnit­ ten Einzelheiten der Erfindung dargestellt.

Das in Fig. 1 dargestellte Brennelement 1 gehört zu einem Siedewasserreaktor von zum Beispiel 1300 MW Lei­ stung. Es besitzt ein Fußstück 2, mit dem es in einer nicht dargestellten unteren Tragplatte befestigt ist, sowie ein Kopfstück 3, das in einem oberen Kerngitter geführt ist. Die in Fig. 1 nicht sichtbaren Brennstäbe, die zwischen dem Fußstück 2 und dem Kopfstück 3 ver­ laufen, sind mit einem Brennelementkasten 5 eingeschlos­ sen, der die Strömung durch das Brennelement steuert, wenn das Brennelement im Betrieb in vertikaler Richtung angeordnet ist und von unten nach oben durchströmt wird.

Bei dem Brennelement 1 nach der Erfindung ist der obere Teil 7 des Brennelements, der sich über die halbe Län­ ge des Brennelements erstreckt, mit einem Wasserspalt 8 versehen, der anstelle einer Reihe Brennstäbe quer durch den gesamten quadratischen Brennelementquer­ schnitt verläuft. Damit soll zusätzlicher Moderator in den Bereich geschafft werden, in dem bei einem Siede­ wasserreaktor wegen des Dampfgehaltes im Brennelement die Moderation verringert ist.

Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist am unteren Ende des Spaltes 8 ein quer durch das Brennelement verlaufender Träger 10 vorgesehen, der Bohrungen 11 zur Aufnahme von verkürzten Brennstäben 12 besitzt. Die Länge der Brenn­ stäbe 12 ist praktisch um die Höhe des Spaltes 8 kürzer als die normaler Brennstäbe 13, die sich über die gan­ ze Länge von zum Beispiel 4 m des Brennelements 1 erstrecken. Sie beträgt zum Beispiel 1,9 m.

Wie Fig. 4 zeigt, erstreckt sich der Spalt 8 durch den gesamten quadratischen Querschnitt des Brennelements 1, d. h. von einer Seite des Kastens 5 zur gegenüberliegen­ den. Die den Spalt 8 begrenzenden Wände sind zwei ebe­ ne Blechplatten 14, die im Abstand des Brennstabdurch­ messers parallel zueinander verlaufen und mit dem Trä­ ger 10 zu einem einstückigen Körper metallurgisch ver­ bunden sind, wie in Fig. 3 zu sehen ist. In der Mit­ te des Brennelements ist ein Distanzstück 15 angeord­ net, um die Festigkeit zu vergrößern.

Claims (4)

1. Brennelement für einen Kernreaktor, insbesondere Siede­ wasserreaktor,

• a) mit quadratischem oder sechseckigem Querschnitt und darin angeordneten Brennstäben (12, 13),
• b) die ein Gitter bilden, in dem rechtwinklig zum Rand des Querschnitts verlaufende Spalten in der Breite der Brenn­ stäbe (12, 13) vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet,

• c) daß sich ein Spalt (8) durch den ganzen Querschnitt und über annähernd die halbe Höhe des Brennelements (1) erstreckt und
• d) daß der an den bzw. die Spalt(en) (8) in Längsrichtung an­ grenzende Raum Brennstäbe (12) enthält, die um das durch die Höhe des bzw. der Spalt(en) (8) gegebene Maß kürzer als die zwischen den Spalten (8) liegenden Brennstäbe (13) sind.

2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• e) daß die kürzeren Brennstäbe (12) in einem Träger (10) sitzen, der den Spalt (8) in der Mitte des Brennelements abschließt
• f) und sich von einer Seite des Randes des Brennelementquer­ schnitts zur anderen erstreckt.

3. Brennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• g) daß der Träger (10) mit Platten (14) metallurgisch verbunden ist, die als Wände den Spalt (8) begrenzen und
• h) daß zwischen den Wänden ein Distanzstück (15) angeordnet ist.