DE3427372C2 - Brennelement für einen Siedewasserreaktor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1. Ein ähnliches Brennelement ist aus der EP 00 65 238 A2 bekannt.

Das aus der EP 00 65 238 A2 bekannte Brennelement enthält vier Teilbündel mit je einer rechteckigen unteren Gitter­ platte und je einer rechteckigen oberen Gitterplatte sowie eine Einlaufhülse, die an allen Stellen ihrer vertikalen Er­ streckung einen rotationssymmetrischen äußeren Umfang hat und in der ein zentrales Wasserrohr mittels vier radial ver­ laufender Arme befestigt ist, die an dem Wasserrohr und an der Einlaufhülse festgeschweißt sind. Jede Gitterplatte ruht auf einem entsprechenden, schräggestellten, nach oben ge­ richteten Flächenabschnitt des zentralen Wasserrohres sowie praktisch punktförmig auf nach oben gerichtete Stützen, die in dem oberen Teil der Einlaufhülse an dieser angeformt sind. Ein zusätzliches Bauteil ist an dieser unteren Lage­ rung der vier Teilbündel nicht beteiligt.

Bei dem bekannten Brennelement sind die vier Teilbündel in einer noch nicht zufriedenstellenden Weise gelagert. So ist die Sicherheit gegen eine Drehung nicht groß genug, wodurch die Gefahr des Auftretens von Drehschwingungen der einzelnen Teilbündel besteht. Ferner sind die Stützpunkte derart un­ gleichmäßig verteilt, daß die Möglichkeit einer Kippbewegung um eine horizontale Achse nicht ausgeschlossen werden kann.

Bei einem Brennelement der eingangs genannten Art verlängern sich nach einer gewissen Betriebsdauer infolge der Neutro­ nenbestrahlung sämtliche Brennstäbe geringfügig. Wenn diese Stabverlängerung bei einem Teilbündel geringer als bei einem der übrigen ist, kann es zu einem Anheben dieses Teilbündels kommen. Bei dem bekannten Brennelement hat ein solches Anhe­ ben zur Folge, daß die untere Gitterplatte des angehobenen Teilbündels mehr oder weniger eine Bewegungsfreiheit in ho­ rizontaler Richtung erlangt.

Aus der EP 00 36 142 A1 ist ein Brennelement bekannt, das ebenfalls in vier Teilbündel unterteilt ist, die durch einen kreuzförmigen vertikalen Wasserkanal voneinander getrennt sind. Die Flügel dieses vertikalen Wasserkanals können gemäß einer Ausführungsform auch aus in einer Reihe angeordneten individuellen Wasserrohren aufgebaut sein. Am unteren Ende des Brennelements und innerhalb des Wassereinlaufrohres ist eine Wasserverteilungsvorrichtung angeordnet, zu der vier um 90° gegeneinander versetzte und mit ihren Hauptflächen in vertikalen Ebenen liegende Arme gehören, die unterhalb der vier Flügel des kreuzförmigen Wasserrohres verlaufen. Diese Wasserverteilervorrichtung bildet vier den Teilbündeln zuge­ ordnete Wasserkammern, von denen jede nach unten eine Ein­ trittsöffnung hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement zu entwickeln, bei dem die die Brennstäbe tragende Konstruk­ tion so beschaffen ist, daß eine verstärkte mechanische Ver­ bindung zwischen dem Brennstoffkanal und der Einlaufhülse erreicht wird und daß das Brennelement einfacher herstellbar ist als das bekannte Brennelement.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Brennelement 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.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Brennelement gemäß der Erfindung längs der Linie I-I in den Fig. 2 bis 4,

Fig. 2 bis 4 Schnitte längs der Linie II-II, III-III bzw. IV-IV in Fig. 1.

In den Figuren bezeichnet 1 die vertikale Mittelachse des Brennelements. Das Brennelement hat einen aus Zircaloy® bestehenden Brennstoffkanal 2. Ein unterer Endabschnitt 3 des Brennstoffkanals ist mit einer verhält­ nismäßig großen Wandstärke ausgebildet. Das obere Ende des Brennstoffkanals ist mit zwei Tragösen 3′ versehen, mittels derer das gesamte Brennelement hochgehoben werden kann. Der Brennstoffkanal 2 hat über seine gesamte Länge einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, wenn man von der Abrundung der Ecken und von mehreren nach innen. gerichteten Vorsprüngen 4 absieht, die in die Wände des Brennstoffkanals eingeprägt sind. Der Brennstoffkanal 2 umschließt 64 Brennstäbe 5 und 5′. Die Wände des Brennstoff­ kanals sind mittels einer hohlen Stützvorrichtung 6 mit kreuzförmigem Querschnitt versteift, die sich zumindest längs der gesamten aktiven Länge der Brennstäbe erstreckt. Durch die Stützvorrichtung 6 erstreckt sich ein vertikaler, einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisender Kanal 7 für Moderatorwasser. Die Stützvorrichtung 6 hat vier Flügel, wobei jeder Flügel an einer zugehörigen Wand des Brennstoff­ kanals 2 mittels mehrerer Schweißverbindungen befestigt ist, die jeweils an ihrem zugehörigen Vorsprung angebracht sind und somit gleichmäßig über die Länge des dünnwandigen Abschnittes des Brennstoffkanals verteilt sind. Dazu kommt eine vertikale Schweißnaht, die sich längs eines Teils des dickwandigen Kanalabschnittes erstreckt. Die Stützvorrich­ tung 6 unterteilt den Brennstoffkanal 2 in vier Teilkanäle 8, von denen jeder ein Teilbündel umschließt, das 1/4 oder alternativ ca. 1/4 der Gesamtzahl der Brennstäbe enthält. Jedes Teilbündel hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, d. h. ein gedachtes, um das Bündel gewickeltes Band bildet im wesentlichen ein Rechteck. In jedem Bündel werden die Brennstäbe im Verhältnis zueinander mittels mehrerer in Abständen vertikal hintereinander angeordneter Abstandshalter 9 sowie einer oberen Gitterplatte 10 und einer unteren, die Brennstäbe des Teilbündels tragenden Gitterplatte 11 positioniert.

Bei dem eben beschriebenen bekannten Brennelement ist die Mehrzahl der Brennstäbe jedes Teilbündels in der unteren Gitterplatte mit Bewegungsfreiheit in Richtung vertikal nach oben angeordnet, während mindestens ein Brennstab in jedem Bündel als tragender Brennstab 5′ ausgebildet ist, der zusammen mit einer oberen Mutter 22 und einer unteren Mutter 23 eine lösbare, zugkraftübertragende Verbindung zwischen der oberen Gitterplatte 10 und der unteren Gitterplatte 11 des Teilbündels bildet. Die vier Teilbündel sind untereinan­ der mittels einer gemeinsamen oberen Gitterplatte 12 posioniert, die in dem Brennstoffkanal 2 über der Stützvor­ richtung 6 angebracht ist. Jede obere Gitterplatte 10 ist abnehmbar an der gemeinsamen oberen Gitterplatte 12 mittels einer ihr zugeordneten Stützvorrichtung befestigt, die sich zum Anheben des Teilbündels mit zugehöriger unterer Gitter­ platte 11 und der zugehörigen oberen Gitterplatte 10 eignet. Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform der Erfin­ dung handelt es sich bei der letztgenannten Verbindungs­ vorrichtung um einen Schraubbolzen 13, der durch ein Loch in der gemeinsamen oberen Gitterplatte 12 geführt und in der oberen Gitterplatte 10 des Bündels festgeschraubt ist. Die gemeinsame obere Gitterplatte 12 ist mit einem Griff 14 versehen, mit dessen Hilfe sämtliche Teilbündel in einem einzigen Hebevorgang aus dem Brennstoffkanal herausgehoben werden können.

Der Brennstoffkanal 2 wird von einer Einlaufhülse 15 aus rostfreiem Stahl getragen, die unten eine Einlauföffnung 16 für Kühlwasser und Moderatorwasser hat. Die Einlaufhülse hat einen unteren Abschnitt, der sich über einen größeren Teil der gesamten vertikalen Länge der Einlaufhülse erstreckt und der an allen Stellen einen inneren und äußeren kreisförmigen Querschnitt hat. Ferner hat die Einlaufhülse einen oberen, hohlzylindrischen, mit im wesentlichen konstanter Wandstärke ausgebildeten Abschnitt 17, dessen äußerer Umfang rechteckig mit abgerundeten Ecken und praktisch gleich dem inneren Umfang des unteren Abschnittes 3 des Brennstoffkanals ist. Der obere Hülsenabschnitt 17 ist in den unteren, dickwandi­ gen Abschnitt 3 des Brennstoffkanals eingeführt. Eine im we­ sentlichen zylindrische Tragplatte 15 aus rostfreiem Stahl und mit im wesentlichen rechteckiger äußerer Querschnitts­ form ist ohne nennenswertes Spiel zum größeren Teil in dem oberen Hülsenabschnitt 17 eingeführt.

Die Tragplatte 15 hat einen Flansch 15′, wobei eine nach unten gerichtete ringförmige und im wesentlichen rechteckige Fläche des Flansches 18′ an der nach oben gerichteten, ringförmigen Stirnfläche der Einlaufhülse 15 anliegt. Ferner ist die Tragplatte 18 mit vier durchgehenden, in je einem Quadranten angeordneten Löchern 19 versehen. Zumindest in einem oberen Abschnitt der Tragplatte bildet die jedes Loch begrenzende Fläche die geschlossene Mantelfläche eines vertikal gerichteten Zylinders mit einem unrunden, vorzugs­ weise etwa rechteckigen Querschnitt. Diese Zylinderfläche dient als Führung für eine entsprechende Gitterplatte 11. Jedes Loch 19 kann ohne nennenswertes Spiel einen zylin­ drischen unteren Abschnitt dieser Gitterplatte 11 aufnehmen. Dieser Abschnitt der Gitterplatte 11 hat vertikal Wand­ flächen, die entlang eines überwiegenden Teils ihrer Höhe derart mehr oder weniger formschlüssig an der zylindrischen Führungsfläche des Loches 19 anliegen, daß keine nennens­ werte Drehfreiheit oder horizontale Bewegungsfreiheit der Gitterplatte 11 im Verhältnis zu der Tragplatte 18 vorhanden ist.

Auch wenn ein kleines Anheben eines Teilbündels wegen der eingangs genannten, durch Strahlung verursachten Brennstab­ verlängerung auftreten sollte, so würde die Hebehöhe bei dem erfindungsgemäßen Brennelement wenigstens 10% der maximalen Höhe der unteren Gitterplatte betragen können, ohne daß hierdurch die obengenannten Bewegungsfreiheiten nennenswert vergrößert würden.

Die untere Gitterplatte 11 enthält außer dem vorgenannten unteren Abschnitt einen mit größerem und im wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgeführten oberen Abschnitt, der eine nach unten gerichtete ringförmige und im wesentlichen rechteckige Anlagefläche hat, die an einer nach oben gerichteten, an dem Flansch 18′ vorhandenen Tragfläche anliegt.

An jeder der vier Seiten des Brennstoffkanals 2 ist ein Schraubbolzen 20 durch ein Loch in dem dickwandigen Kanalab­ schnitt 3 und durch ein Loch in der Wand der Einlaufhülse 15 geführt und in ein Gewindeloch in der Tragplatte 18 ge­ schraubt, wodurch die Bauteile 1, 3 und 15 im Verhältnis zueinander fixiert sind.

Die Tragplatte 15 ist mit einem durchgehenden Gewindeloch versehen, in dem ein Wasserrohr 21 für die Zufuhr von Mode­ ratorwasser zum Kanal 7 festgeschraubt ist.

Claims (3)

1. Brennelement für einen Siedewasserreaktor

• a) mit einer Vielzahl vertikaler Brennstäbe (5), mit einem mit vertikaler Mittelachse (1) und im wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgeführten Brennstoffkanal (2), der die Brennstäbe umschließt,
• b) mit einer an einem unteren Endabschnitt des Brenn­ stoffkanals befestigten Einlaufhülse (15), die eine Einlauföffnung für Kühlwasser hat,
• c1) mit einer von der Einlaufhülse getragenen Tragvorrichtung für die Brennstäbe,
• d) wobei der Brennstoffkanal (2) mittels einer hohlen sich mindestens über die aktive Länge der Brennstäbe erstrec­ kenden und an dem Brennstoffkanal befestigten Stützvor­ richtung (6) mit kreuzförmigem Querschnitt in vier Teilkanäle (8) aufgeteilt ist, von denen jeder ein Teil­ bündel umschließt, das ca. 1/4 der Gesamtzahl der Brenn­ stäbe des Brennelements umfaßt,
• e1) wobei jedes Teilbündel eine untere Gitterplatte (11) und eine obere Gitterplatte (10) sowie Spannmittel zur Ver­ bindung der unteren Gitterplatte (11) mit der oberen Git­ terplatte (10) besitzt
• f) und mehrere axial hintereinander angeordnete Abstandshal­ ter (9) enthält, dadurch gekennzeichnet,
• c2) daß die Tragvorrichtung eine horizontale, im wesentlichen rechteckige Tragplatte (18) enthält, die in die Einlauf­ hülse (15) eingeführt ist
• g) und mit vier in je einem Quadranten der Tragplatte (18) vorhandenen durchgehenden Löchern (19) versehen ist,
• e2) daß jede untere Gitterplatte (11) einen unrunden oberen Abschnitt mit einer nach unten gerichteten, auf der Trag­ platte (18) ruhenden Anlagefläche (24) hat,
• e3) daß jede untere Gitterplatte (11) einen unrunden unteren Abschnitt hat, der von einem unrunden Führungsteil des Tragplattenloches (19) umgeben ist,
• h) und daß das genannte Führungsteil und der unrunde untere Abschnitt der unteren Gitterplatte (11) derart einander angepaßt sind, daß keine nennenswerte Drehfreiheit oder horizontale Bewegungsfreiheit der unteren Gitterplatte im Verhältnis zur Tragplatte (18) vorliegt.

2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffkanal (2) einen unteren, integrierten Abschnitt (3) hat, der eine grö­ ßere Wanddicke als die übrigen Abschnitte des Brennstoff­ kanals hat und so bemessen ist, daß er ohne nenneswertes Spiel einen oberen im wesentlichen rechteckigen Abschnitt (17) der Einlaufhülse (15) umschließt, wobei der genannte untere Abschnitt des Brennstoffkanals, die Einlaufhülse und die Tragplatte (18) mittels mehrerer horizontal gerichteter in die Tragplatte eingeschraubter Schraubbolzen (20) mitein­ ander verbunden sind.

3. Brennelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (18) ein durchgehendes vertikales Loch hat, in dem ein an dem unteren Ende der Einlaufhülse mündendes Wasserrohr (21) befestigt ist, das an seinem oberen Ende strömungsmäßig mit einem vertikal durch die genannte Stützvorrichtung verlaufenden Kanal (7) für Moderatorwasser verbunden ist.