DE3533317A1

DE3533317A1 - Kernreaktorbrennelement

Info

Publication number: DE3533317A1
Application number: DE19853533317
Authority: DE
Inventors: Eugen Ing Grad Schmidt
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-09-18
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1987-03-26
Also published as: JPS6269195A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorbrennelement ent sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Kernreaktorbrennelement ist aus den Seiten 4 bis 7 aus "ASEA-Journal 3-84" bekannt. Es ist für einen Siedewasserkernreaktor bestimmt. Sein Hohlkörper mit kreuzförmigem Querschnitt ist an seinen Längskanten mit der Innenseite des langgestreckten Brennelementkastens verschweißt. Dieser Hohlkörper bildet im Kernreaktor brennelement einen Innenkanal mit kreuzförmigem Quer schnitt, durch das im Siedewasserkrenreaktor Wasser hin durchströmt, das über die gesamte Länge des Kernreaktor brennelementes nicht siedet. Dadurch bewirkt das Wasser im Hohlkörper eine verbesserte Verteilung des Flusses der thermischen Neutronen und damit eine erhöhte Reak tivität im Kern des Siedewasserkernreaktors. Mit dem Kern reaktorbrennelement kann daher ein verbesserter Abbrand des Kernbrennstoffes erzielt und mehr Energie gewonnen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Montieren des Hohlkörpers mit kreuzförmigem Querschnitt zu erleich tern.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Kernreaktorbrennelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1.

Dadurch können nicht nur die Brennstäbe, sondern auch der Hohlkörper zunächst am Brennelementkopf und am Brennele mentfuß montiert werden. Erst dann wird der langgestreck te Brennelementkasten der Länge nach über den Brennele mentkopf sowie über den Hohlkörper und die Brennstäbe und schließlich über den Brennelementfuß geschoben und an Stehbolzen auf der Oberseite des Brennelementkopfes fest geschraubt. Auch können bereits vorhandene Kernreaktor brennelemente leicht mit dem Hohlkörper mit kreuzförmigem Querschnitt nachgerüstet werden.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen dieses Kernreaktorbrennelementes gerichtet.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeich nung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht und teilweise in Explosionsdarstellung das Skelett eines erfindungs gemäßen Kernreaktorbrennelementes mit einem Hohl körper mit kreuzförmigem Querschnitt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Unterende des Hohlkör pers des Kernreaktorbrennelementes nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Unterendes des Hohl körpers nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Hohlkörper des Kernreaktorbrennelementes nach Fig. 1.

Das Kernreaktorbrennelement nach Fig. 1 weist einen Brenn elementkopf 2 und einen Brennelementfuß 3 jeweils mit qua dratischem Querschnitt, einen langgestreckten Hohlkörper 4 mit kreuzförmigem Querschnitt und einen langgestreckten Brennelementkasten 5 mit quadratischem Querschnitt auf. In jedem Quadranten des Hohlkörpers 4 sind gitterförmige Ab standhalter 6 angeordnet, die in Längsrichtung des Hohl körpers 4 gesehen Abstand voneinander haben. Durch jede Masche dieser Abstandhalter 6 greift ein nicht darge stellter, Kernbrennstoff enthaltender Brennstab. Beispiels weise sind acht der nicht dargestellten Brennstäbe soge nannte Tragestäbe, die an beiden Enden Gewindebolzen haben, mit denen sie durch Durchführungen im Brennelementkopf 2 und Brennelementfuß 3 greifen und an denen sie mit Muttern am Brennelementkopf 2 bzw. am Brennelementfuß 3 festge schraubt sind. Die anderen Brennstäbe greifen lose mit an ihren beiden Enden befindlichen Bolzen in Durchführungen im Brennelementkopf 2 und Brennelementfuß 3 und sind jeweils mit einer auf Druck vorgespannten Schraubenfeder fixiert, die auf den in die Durchführungen im Brennelement kopf 2 greifenden Bolzen auf der Innenseite des Brennele mentkopfes 2 sitzen und sich an dieser Innenseite und am betreffenden Brennstab abstützen.

Der Hohlkörper 4 ist mittig zum quadratischen Querschnitt des Brennelementkopfes 2 und Brennelementfußes 3 angeord net. Die Schenkel des kreuzförmigen Querschnittes sind gleich lang und parallel zu den Seiten des quadratischen Querschnitts von Brennelementkopf 2 und Brennelementfuß 3. Die Wände des Hohlkörpers 4 bestehen aus Blech aus einer Zirkoniumlegierung. An diesen Wänden sind außen die Ab standhalter 6 mit zwei ihrer Außenstege angeschweißt. Außenstege und die Maschen der Abstandhalter 6 bildende Innenstege dieser Abstandhalter 6 bestehen ebenfalls aus Blech aus einer Zirkoniumlegierung. Der Hohlkörper 4 weist an seinen Enden jeweils vier zur Längsrichtung des Hohl körpers 4 und damit auch zur Längsrichtung des Kernreaktor brennelementes parallele, als Steckbolzen ausgebildete Bolzen 7 und 8 auf, die jeweils in eine Aufnahmeöffnung im Brennelementkopf 2 bzw. Brennelementfuß 3 greifen. Auf den Bolzen 7 am Oberende des Hohlkörpers 4 sitzen nicht dar gestellte, auf Druck vorgespannte Schraubenfedern, die sich zur Fixierung des Hohlkörpers 4 an der Innenseite des Brennelementkopfes 2 und am Hohlkörper 4 abstützen.

Der langgestreckte Brennelementkasten 5 besteht ebenfalls aus Blech aus einer Zirkoniumlegierung. Er umfäßt den Brennelementkopf 2 und den Brennelementfuß 3. In ihm be finden sich der Hohlkörper 4 und die nicht dargestellten Brennstäbe.

Zum Zusammenbau des Kernreaktorbrennelementes entsprechend Fig. 1 kann zunächst der Hohlkörper 4 mit den in den Ma schen der Abstandhalter 6 durch Federn der Abstandhalter 6 kraftschlüssig gehaltenen Brennstäben mit den als Steck bolzen ausgebildeten Bolzen 7 und 8 und den Bolzen an den Enden der Brennstäbe in die Aufnahmeöffnungen bzw. Durch führungen von Brennelementkopf 2 und Brennelementfuß 3 ein gesetzt werden. Sodann werden die mit Gewinden versehenen Bolzen an den als Tragestäbe dienenden Brennstäben mit Muttern am Brennelementkopf 2 und am Brennelementfuß 3 festgeschraubt. Sowohl Brennelementkopf 2 als auch Brenn elementfuß 3 bestehen aus Gußstahl.

Schließlich wird der langgestreckte, an beiden Enden offene Brennelementkasten 5 über den Brennelementkopf 2, den Hohl körper 4 mit den nicht dargestellten Brennstäben und den Brennelementfuß 3 geschoben und an Blechstreifen, die sich innen an den Ecken am oberen Ende des Brennelementkastens 5 befinden, an Stehbolzen 9 an der Außenseite des Brenn elementkopfes 2 festgeschraubt.

Die Bolzen 7 und/oder 8 an den Enden des Hohlkörpers 4 können auch Schraubbolzen sein und mit einer nicht darge stellten Mutter am Brennelementkopf 2 bzw. Brennelement fuß 3 festgeschraubt sein. In diesem Fall übernimmt der Hohlkörper 4 auch Tragfunktion im Kernreaktorbrennelement.

Es ist günstig, wenn sich ein als Schraubbolzen ausgebil deter Bolzen 7 bzw. 8 zum Festschrauben am Brennelementkopf 2 bzw. Brennelementfuß 3 an den Enden des Hohlkörpers 4 im Zentrum des Querschnittes dieses Hohlkörpers 4 befinden.

Ferner ist es zum Zentrieren des Hohlkörpers 4 günstig, wenn mindestens ein Bolzen 7 bzw. 8 an einem Ende oder an beiden Enden des Hohlkörpers 4 außerhalb des Zentrums des Querschnitts des Hohlkörpers 4 angeordnet ist und wenn zum Ausgleich von Wärmespannungen dieser außerhalb des Zentrums des Querschnitts angeordnete Bolzen radia les Spiel in der Aufnahmeöffnung im Brennelementkopf 2 bzw. Brennelementfuß 3 hat.

Wie Fig. 4 zeigt, ist der Hohlkörper 4 günstigerweise an den Befestigungsstellen des Abstandhalters 6 im Hohlraum mit Querstreben 10 zur Versteifung versehen.

Ebenfalls zur Versteifung kann im Hohlkörper 4 in Zentrum des Querschnittes ein langgestreckter Innenträger 11 an geordnet sein. Bei diesen langgestreckten Innenträger kann es sich beispielsweise um eine langgestreckte massive Stange oder ein langgestrecktes Rohr aus einer Zirkonium legierung handeln, die beide einen kreisrunden Querschnitt haben und die außen mit den Innenwänden des Hohlkörpers 4 aus einer Zirkoniumlegierung verschweißt sind.

Die Seitenwände des Hohlkörpers 4 können an Stellen 12 nach außen oder nach innen gezogen sein. Dadurch kann die Wassermenge, die sich an diesen Stellen 12 im Hohlkörper 4 im Kern eines Siedewasserkernreaktors befindet und damit auch der Fluß der thermischen Neutronen an diesen Stellen eingestellt werden.

Wie Fig. 4 ferner zeigt, haben die Abstandhalter 6 jeweils an ihrer Außenecke an beiden dort aufeinandertreffenden Außenstegen Außennoppen 13. Der Hohlkörper 4 hat an seinen zu seiner Längsrichtung und zur Längsrichtung des Kern reaktorbrennelementes parallelen Außenkanten 14 einen Überstand über die Noppen 13, so daß er mit diesen Außen kanten 14 die Innenseite des langgestreckten Brennelement kastens 5 kontaktiert. Die Noppen 13 erleichtern das Überschieben des Brennelementkastens 5 über die Abstand halter 6.

Der Hohlkörper 4 ist an seinem Oberende am Brennelement kopf 2 günstigerweise über seinen gesamten Querschnitt offen, während er an seinem Unterende am Brennelementfuß 3 mit einer Abdeckung 15 aus Blech aus einer Zirkoniumle gierung verschlossen ist. Dieses Blech 15 kann Durch trittsöffnungen 16 für ein strömendes Medium aufweisen, die mit Durchtrittsöffnungen im Brennelementfuß für das strömende Medium fluchten. Auch können die Bolzen 8 hohl ausgeführt sein und eine Eintrittsöffnung für das strömende Medium in den Hohlkörper 4 bilden. Desgleichen können auch die Bolzen 7 am Oberende des Hohlkörpers 4 am Brennelement kopf 2 hohl ausgeführt sein und eine Austrittsöffnung für das strömende Medium aus dem Hohlkörper 4 sein.

Wie Fig. 3 zeigt, können Eintrittsöffnungen 17 für ein strömendes Medium in den Hohlkörper 4 auch an den Seiten wänden des Hohlkörpers 4 ausgebildet sein.

In einem Siedewasserkernreaktor durchströmt das Wasser den Brennelementfuß 3 durch Durchtrittsöffnungen in diesem Brennelementfuß 3 und gelangt entweder durch die Ein trittsöffnungen 16 oder 17 in den Hohlkörper 4 oder strömt an der Außenseite des Hohlkörpers 4 im langgestreckten Brennelementkasten 5 an den dort befindlichen Brennstäben zum Brennelementkopf 2. Während das Wasser im Hohlkörper 4 unverdampft durch Durchtrittsöffnungen im Brennelementkopf 2 wieder nach außen gelangt, verdampft das Wasser auf der Außenseite des Hohlkörpers 4 an den Brennstäben, so daß schließlich Wasserdampf durch Durchtrittsöffnungen im Brennelementkopf 2 aus dem Brennelementkasten 5 nach außen tritt.

Claims

1. Kernreaktorbrennelement mit Kernbrennstoff enthaltenden Brennstäben und mit einem zentral angeordneten, langge streckten, an jedem Ende eine Eintritts- oder Austritts öffnung für ein strömendes Medium aufweisenden Hohlkörper mit kreuzförmigem Querschnitt, deren Längsachsen zueinander parallel sind, sowie mit einem Brennelementkopf und einem Brennelementfuß, die beide quer zu diesen Längsachsen ange ordnet sind und zwischen denen sich die Brennstäbe und der langgestreckte Hohlkörper befinden, und mit einem langge streckten Brennelementkasten, der den Brennelementkopf und den Brennelementfuß umfäßt und in dem sich die Brennstäbe und der Hohlkörper befinden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (4) an jedem Ende einen Bolzen (7, 8) aufweist und daß der Bolzen (7) an dem einen Ende in eine Aufnahme öffnung im Brennelementkopf (2) und der Bolzen (8) an dem anderen Ende in eine Aufnahmeöffnung im Brennelementfuß (3) greift.

2. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (7, 8) mindestens an einem Ende des Hohlkörpers (4) ein Schraubbolzen ist, der mit einer Mutter am Brennele mentkopf (2) bzw. Brennelementfuß (3) festgeschraubt ist.

3. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubbolzen im Zentrum des Querschnittes des Hohlkörpers (4) angeordnet ist.

4. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (7, 8) mindestens an einem Ende des Hohlkörpers (4) ein Steckbolzen ist.

5. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (7, 8) mindestens an einem Ende des Hohlkörpers (4) außerhalb des Zentrums des Querschnitts des Hohlkörpers (4) angeordnet ist und radiales Spiel in der Aufnahmeöffnung im Brennelementkopf (2) bzw. Brennelementfuß (3) hat.

6. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dem Bolzen (7, 8) mindestens an einem Ende des Hohlkörpers (4) eine Druckfeder zugeordnet ist, die sich einerseits am Hohl körper (4) und andererseits am Brennelementkopf (2) bzw. Brennelementfuß (3) abstützt.

7. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Hohlkörpers (4) ein gitterförmiger Abstand halter (6) mit Maschen angebracht ist, durch die jeweils ein Brennstab geführt ist.

8. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (4) an der Befestigungsstelle des Abtandhalters (6) im Hohlraum eine Querstrebe (10) zur Versteifung auf weist.

9. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im Hohl körper (4) im Zentrum des Querschnittes des Hohlkörpers (4) ein langgestreckter Innenträger (11) angeordnet ist.

10. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände des Hohlkörpers (4) stellenweise nach außen oder nach innen gezogen sind.

11. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (7, 8) hohl ausgeführt ist und die Eintritts- bzw. Austrittsöffnung für das strömende Medium bildet.