DE3440637A1 - Brennelementbuendel fuer einen kernreaktor - Google Patents

Description

• Brennelementbündel für einen Kernreaktor
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennelementbündel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Brennelementbündel ist beispielsweise aus der DE-PS 2040415 bekannt.
• Bei dem bekannten Brennelementbündel besteht die Dichtung zwischen Bodenteil und ßrennstoffkanalwänden aus einer Blattfeder, die gegen die Innenseite des Brennstoffkanals drückt. Diese Konstruktion hat den Nachteil, daß die Blattfeder durch ihren Druck gegen die Brennstoffkanalwand selbst zur Deformation des Brennstoffkanals beiträgt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelementbündel der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welchem die genannte Dichtung nicht selbst zur Verformung des Brennstoffkanals beiträgt.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird wird ein Brennelementbündel gemäß 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 weiteren Ansprüchen genannt.
• Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennelementbündels gemäß der Erfindung im Vertikalschnitt, Figur 2 eine Einzelheit der Ausführungsform gemäß Figur 1 in vergrößertem Maßstab, Figur 3 einen partiellen Horizontalschnitt längs der Linie 111-1 II in den Figuren 1 und 2, Figur 4 bis 6 drei weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung in partiellen Vertikalschnitten, die auf solche Weise durch das Brennelementbündel gelegt sind, daß alle übrigen Details dieselbe Querschnittsform wie in Figur 1 haben.
• In den Figuren bezeichnet 1 eine obere Gitterplatte und 2 ein Bodenteil. Zwischen Gitterplatte 1 und Bodenteil 2 sind eine Vielzahl von Brennstäben 3 angeordnet, von denen in Figur 1 nur zwei dargestellt sind. Das Bodenteil 2 enthält ein hülsenförmiges Einlaufteil 4 und eine perforierte, im wesentlichen quadratische unter Gitterplatte 5, die, wie auch das Einlaufteil 4, ein integriertes Teil des Bodenteils 2 ist. Das Bodenteil hat eine nach unten gerichtete Einlauföffnung 6 für ein Reaktorkühlmittel. Einige der Brennstäbe sind tragende Brennstäbe, die mit ihren oberen Enden an der oberen Gitterplatte 1 und mit ihren unteren Enden an der unteren Gitterplatte 5 befestigt sind. Ein Brennstoffkanal 7 mit quadratischem Querschnitt umschließt mit seinem unteren Endabschnitt das Bodenteil 2. Die Demontage des Brennstoffkanals 7 kann in der Weise geschehen, daß er ohne irgendwelche vorausgehenden Lösungsarbeiten abgehoben wird.
• Bei der in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsform wird ein im wesentlichen quadratischer Rahmen 8 von der unteren Gitterplatte 5 getragen. Der Rahmen besteht vorzugsweise aus Zircaloy-Blech, dessen Dicke vorzugsweise kleiner als die Wanddicke des Brennstoffkanals 7 ist. Der Rahmen 8 ist doppelsymmetrisch und hat vier Seiten, die - wenn das Brennelementbündel neu ist - zum größten Teil in ihrer zugeordneten Vertikalebene liegen mit einem Mittelabstand von 0,5 - 2 mm von der ihnen jeweils zugeordneten vertikalen Wand des Brennstoffkanals 7. Die vier Seiten des Rahmens 8 sind längs des größeren Teils der Rahmenhöhe, jedoch nicht ganz hinunter bis zur unteren Gitterplatte 5 mit mehrerer vertikaler Schlitze 9 und 9'versehen, wodurch mehrere individuell durchbiegbare Zungen 10 gebildet werden. Die Eckschlitze 9'sind vorzugsweise bedeutend breiter als die übrigen. Jeder Eckschlitz kann vorzugsweise ein Breite haben, die einem größeren Teil der Länge eines gebogenen Peripherieabschnittes des Rahmens 8 entspricht. Statt die Schlitze 9 und 9' bis zur Oberkannte des Rahmens 8 durch gehen zu lassen, können sie vorzugsweise in einem Abstand von beispielsweise 5 bis 20 mm von der Oberkante enden. An seiner Unterkante hat der Rahmen 8 horizontale Vorsprünge 11, von denen jeder mit einem durchgehenden Loch 12 versehen ist. Durch die Löcher 12 verlaufen die unteren Endstopfen 13 mehrerer nahe der Brennstoffkanalwand angeordneter Brennstäbe.
• Bei einem neu hergestellten Brennelementbündel ist das Spiel zwischen dem Brennstoffkanal 7 und dem Bodenteil praktisch gleich Null. Der Mittelabstand zwischen jeder Brennstoffkanaland und der entsprechenden Seite des Rahmens 8 ist klein, beispielsweise kleiner als 2 mm. Ein mechanischer Kontakt zwischen der Rahmenseite und der Brennstoffkanalwand ist nicht erforderlich. Alternativ kann ein mechanischer Kontakt vorhanden sein, wobei über diesen Kontakt keine nennenswerte Kraft zwischen Rahmenseite und der benachbarten Wand des Brennstoffkanals 7 übertragen wird. Nach einer gewissen Betriebszeit des Reaktors neigt das genannte Spiel dazu, sich zu vergrößern, und zwar besonders im mittleren Abschnitt jeder Brennstoffkanalseite. Dies hat zur Folge, daß ein Leckfluß 14 zwischen jeder Brennstoffkanalwand und der benachbarten Wand des Rahmens 8 mit einer Geschwindigkeit fließt, die eine solche Größe hat, daß eine erhebliche Drucksenkung längs dieses Teils des Leckflußweges auftritt.
• Da der Flüssigkeitsdruck an der Innenseite des Rahmens 8 größer als an seiner Außenseite ist, wirkt auf die Rahmenwand eine nach außen gerichtete Kraft, die die Wand nach außen durchbiegt. Hierdurch wird der Leckfluß und damit auch die gerade genannte Druckdifferenz kleiner, und es stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein. Wenn nach einer verhältnismäßig langen Betriebszeit des Reakters sich die maximale Durchbiegung einer Brennstoffkanalwand eingestellt hat, dann hat der mittlere Abschnitt der zugehörigen Rahmenseite eine fast ebenso große Durchbiegung angenommen. Bei dieser Durchbiegung kann es sich vorteilhaft um eine überwiegend bleibende (plastische) Verformung handeln.
• Bei der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform ist der oben beschriebene Rahmen 8 durch einen Rahmen 8' ersetzt, der sich von dem Rahmen 8 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß er statt der Vorsprünge 11 einen quadratischen unteren Abschnitt hat, der das Bodenteil 2 ohne nennenswertes Spiel umschließt und der alternativ an diesem festgeschweißt sein kann. Außerdem ist jede Rahmenseite mit mehreren auf die benachbarte Brennstoffkanalseite gerichtete horizontale Nuten 15 versehen, die an ihren Enden geschlossen sind. Die Nuten 15 bewirken, daß bei im übrigen gleichen Verhältnissen ein größerer Druckunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite des Rahmens 8'auftritt.
• Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform wird ein im wesentlichen quadratischer Blechring 17 verwendet, der aus Zirkaloy oder rostfreiem Stahl besteht und eine Dicke hat, die weniger als 50 % - vorzugsweise weniger als 25 % - der Wanddicke des Brennstoffkanals 7 beträgt.
• Das Brennelementbündel hat ein Bodenteil 2', das sich von dem nach Figur 2 dadurch unterscheidet, daß sein innenraum über vier horizontale Kanäle 16 mit der Innenseite des Blechrings 17 in Verbindung steht. Die Kanäle 16 sind auf die vertikale Mittellinie des Bodenteils 2'gerichtet und benachbarte Kanäle bilden einen Winkel von 90 Grad miteinander. Der Blechring 17 kann vorzugsweise ein Blechstreifen sein, dessen Enden sich ohne gegenseitige Fixierung überlappen. Der Blechring 17 hat längs seines ganzen Umfanges einen oberen abgewinkelten Randabschnitt 18 und einen unteren abgewinkelten Randabschnitt 19, die mit Spiel in je eine ihnen zugeordnete im Bodenteil 2 angebrachte ringförmige Nut 20 bzw. 21 hineinragen.
• Bei einem neuen Brennelementbündel hat der Spalt zwischen dem Brennstoffkanal 7 und dem Bodenteil 2'eine Breite, die praktisch gleich der Wanddicke des Blechringes 17 ist. Da der Wasserdruck in dem Spalt etwas niedriger als in dem Bodenteil 2'ist, wird die Außenseite des Blechringes 17 gegen die vier Brennstoffkanalwände gedrückt, auch wenn diese infolge Alterung durchgebogen sind. Wenn der Spalt zwischen dem Bodenteil 2'und dem Brennstoffkanal größer wird, verschieben sich die in den Nuten 20 und 21 angebrachten Randabschnitte nach außen. Der Blechring ist dünn und flexibel und paßt sich leicht der Biegung der Brennstoffkanalseiten an.
• Die in Figur 6 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der nach Figur 5 nur dadurch, daß das Bodenteil 2" anstelle der Nut 21 in Figur 5 eine vertikal nach oben offene umlaufende Nut 22 hat, wobei der untere Randabschnitt des Blechringes 17'so ausgebildet ist, daß er mit Spiel in die Nut 22 eingreift.
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Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Brennelementbündel für einen Kernreaktor mit einer oberen Gitterplatte (1) und einem Bodenteil (2), zwischen denen eine Vielzahl vertikaler Brennstäbe (3) angeordnet sind, mit einem Brennstoffkanal (7), der vier paarweise parallele Brennstoffkanalwände hat und der die Brennstäbe umschließt, wobei die obere Gitterplatte (1) in zugkraftüberLiagender Verbindung mit dem Bodenteil (2) steht, mit einem Bodenteil (2), welches eine nach unten gerichteten Einlauföffnung (6) für Reaktorkühlmittel hat und eine perforierte untere Gitterplatte (5) enthält, auf welcher die Brennstäbe (3) ruhen, mit einem unteren Abschnitt des Brennstoffkanals, der in undeformiertem Zustand das Bodenteil (2) ohne einen nennenswerten dazwischenliegenden Leckspalt umschließt und der so ausgeführt ist, daß der Brennstoffkanal (7) ohne vorhergehenden Lösungsvorgang von dem Bodenteil abgehoben werden kann, mit mindestens einer an dem Bodenteil montierten gegen den Brennstoffkanal wirkenden Dichtung, die einen parallel zur Brennstoffkanalwand angeordneten Blechabschnitt enthält, der bei einer eventuellen Durchbiegung der Brennstoffkanalwand dieser mit einer Bewegung zu folgen vermag, die in größerem oder kleinerem Maße eine Blockierung des bei der genannten Durchbiegung sich bildenden Leckflußweges bewirkt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Blechabschnitt (8; 8'; 17; 17') derart angeordnet ist, daß er auf seiner nach innen gerichteten Seite von dem im Bodenteil (2; 2', 2") wirkenden Wasserdruck beaufschlagt wird und auf seiner nach außen gerichteten Seite von dem im Leckflußweg (14) wirkenden Druck beaufschlagt wird, und daß zumindest ein größerer Teil der blockierenden Bewegung des Blechabschnitts allein durch hydraulische Kräfte erzeugt wird.
2. 2. Brennelementbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Blechabschnitt (-8) zumindest zum größten Teil oberhalb des Bodenteils und auf solche Weise angeordnet ist, daß der bei einer eventuellen Durchbiegung gebildete Leckflußweg (14) längs eines größeren Teils seiner Länge auf seiner nach innen gerichteten Seite durch den Blechabschnitt (8) begrenzt wird.
3. 3. Brennelementbündel nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Blechabschnitt (8') mehrere horizontale, in vertikalem Abstand voneinander angeordnete, zur Brennstoffkanalwand offene Nuten (15) hat.
4. 4. Brennelementbündel nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Blechabschnitt (8; 8') mit mehreren mit horizontalem Abstand voneinander angeordneten vertikalen Schlitzen (9) versehen ist.
5. 5. Brennelementbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die genannte Dichtung (17; 17') in ihrer Gesamtheit unterhalb des höchsten Punktes des Bodenteils (2'; 2") angeordnet ist, wobei der genannte Blechabschnitt einen oberen und einen unteren Rand hat, daß zumindest der obere Rand des Blechabschnitts einen um seinen ganzen Umfang verlaufenden horizontal nach innen gerichteten Vorsprung (18) hat, der in eine in dem Bodenteil vorhanden horizontal verlaufende, nach außen offene Nut (20) eingreift, und daß die nach innen gerichtet Seite des Blechabschnitts mit dem Inneren des Bodenteils (2', 2") über einen in der Seitenwand des Bodenteils vorhandenen Kanal (16) hydraulisch verbunden ist.