DE3534902A1

DE3534902A1 - Water displacing member

Info

Publication number: DE3534902A1
Application number: DE19853534902
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Phil Moldaschl
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1987-04-02

Abstract

The invention relates to a device for compensating differences, caused by axial differences in the density of the water coolant, in absorption and moderation for neutrons in a pressurised water reactor. For this purpose, water displacing members (1) are provided which have a cross-section which decreases in opposition to the density gradient in the water coolant. The water displacing members (1) consist of individual displacing pellets (3), which are arranged stacked in a fuel can (2) and have central axial bores (42, 43) of variable diameter for the purpose of varying their volume in conjunction with the same external dimensions. The displacing pellets (3) consist, for example, of graphite in which fewer neutrons are absorbed than in the water. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation von durch axiale Dichteunterschiede des Kühlwassers bewirkten Absorptions- und Moderationsunterschieden für Neutronen in einem Druckwasserreaktor.The invention relates to a device for compensation from by axial differences in density of the cooling water caused absorption and moderation differences for neutrons in a pressurized water reactor.

Derartige Dichteunterschiede des Kühlwassers werden durch unterschiedlich starke Erwärmung verursacht. Die Dichte des Kühlwassers ist dadurch im unteren Teil des Reaktorkerns größer als im oberen Teil. Realistische Temperaturunterschiede im Reaktor, die ungefähr 35 K betragen, führen zu einem Dichtegradienten des Kühlwassers, der einen gleichgerichteten Gradienten der Neutronenabsorption und Moderation bewirkt und damit den Kernabbrand beeinflußt. Ein axial unterschiedlicher Abbrand hat dann eine unterschiedliche Brennstoffnutzung und ein axiales Leistungsgefälle zur Folge.Such differences in density of the cooling water are caused by causes different degrees of warming. The concentration of the cooling water is thus in the lower part of the reactor core larger than in the upper part. Realistic temperature differences in the reactor, which are approximately 35 K, lead to a density gradient of the cooling water, the a rectified gradient of neutron absorption and moderation causes and thus the core burnup influenced. An axially different burn then has a different fuel usage and one axial power drop.

Bisher ist eine Einrichtung, die störende Einflüsse der Kühlwasserdichte auf die Leistungsverteilung eines Reaktors verringert, nicht bekannt.So far, a facility that has disruptive influences Cooling water density on the power distribution of a reactor reduced, not known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu entwickeln, durch die axiale Absorptions- und Moderationsunterschiede für Neutronen kompensiert werden. Dadurch soll ein gleichmäßiger Kernabbrand gewährleistet sein. The invention has for its object a device to develop through the axial absorption and Moderation differences for neutrons compensated will. This is to ensure even core burn-up be.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Wasserverdrängungskörper mit entgegen dem Dichtegradienten im Kühlwasser abnehmendem Querschnitt, die aus gering neutronenabsorbierendem Material bestehen, in leere Führungsrohre der Brennelemente im Druckwasserreaktor einsetzbar sind.The object is achieved in that Water displacement body with against the density gradient in the cooling water decreasing cross-section that from low neutron absorbing material, in empty guide tubes of the fuel elements in the pressurized water reactor can be used.

Durch die gegenüber dem oberen Teil des Reaktors größere Dichte des Kühlwassers im unteren Reaktorteil ist dort eine höhere Neutronenabsorption als im oberen Teil gegeben. Die gering Neutronen absorbierenden Wasserverdrängungskörper ersetzen das relativ hoch absorbierende Wasser durch relativ niedrig absorbierendes Material. Dadurch wird der Grad der Neutronenabsorption im unteren Teil des Reaktors dem Grad der Absorption im oberen Teil angepaßt.By the larger compared to the upper part of the reactor The density of the cooling water in the lower part of the reactor is there a higher neutron absorption than in the upper part. The low neutron absorbing water displacement bodies replace the relatively highly absorbent Water through relatively low absorbing material. This will lower the level of neutron absorption Part of the reactor the degree of absorption in the upper Part adapted.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß durch die Erwärmung verursachte Dichteunterschiede des Kühlwassers kompensiert werden, so daß eine gleichmäßige Brennstoffnutzung und damit eine gleichmäßige Leistungsverteilung im Reaktorkern gegeben ist.With the invention the advantage is achieved that the heating caused differences in the density of the cooling water be compensated for so that an even Use of fuel and thus an even distribution of power is given in the reactor core.

Ein derartiger Wasserverdrängungskörper besteht beispielsweise aus einzelnen im unteren Teil eines Hüllrohres gestapelt angeordneten Verdrängertabletten mit nach oben kleiner werdendem Querschnitt.Such a water displacement body is, for example from individual in the lower part of a cladding tube displacer tablets stacked with upward decreasing cross-section.

Durch den Aufbau eines Wasserverdrängungskörpers aus einzelnen Tabletten wird der Vorteil erzielt, daß der Gradient des Querschnittes dem Dichtegradienten des Wassers stets gut anzupassen ist, indem die Abfolge der Tabletten variiert wird. By building a water displacer individual tablets has the advantage that the Gradient of the cross section the density gradient of the Water can always be adapted well by the sequence of Tablets is varied.

Das Hüllrohr besteht, wie auch die Verdrängertabletten, aus gering neutronenabsorbierendem Material. Beispielsweise ist das Hüllrohr aus Zirkaloy gefertigt und die Verdrängungstabletten bestehen aus Graphit. In Graphit werden wesentlich weniger Neutronen als in Wasser absorbiert, so daß im Bereich der Verdrängertabletten ein höheres Angebot an freien Neutronen vorhanden ist, was dann zu einer gleichmäßigen Leistungsverteilung im Reaktorkern führt.The casing tube, like the displacement tablets, is made of low neutron absorbing material. For example the cladding tube is made of Zirkaloy and the Displacement tablets are made of graphite. In graphite much less neutrons are absorbed than in water, so that in the field of displacement tablets higher supply of free neutrons is what then to an even power distribution in the Core leads.

In einer Verdrängertablette ist beispielsweise eine axiale Bohrung zentral angeordnet. Durch Variation des Bohrungsdurchmessers wird das Volumen der Tabletten variiert. Hiermit erzielt man den Vorteil, daß die erfindungsgemäßen Verdrängertabletten verschiedene wirksame Volumina haben und trotzdem ohne Verkantung leicht stapelbar sind.For example, in a displacement tablet there is one axial bore arranged centrally. By varying the Bore diameter is the volume of the tablets varies. This gives the advantage that the invention Displacement tablets various effective Have volumes and still easy without tilting are stackable.

Im Wasserverdrängungskörper sind zur Erzielung eines nach oben abnehmenden Querschnittes zunächst massive Verdrängertabletten und darüber mit axialen Bohrungen versehene Verdrängertabletten angeordnet, wobei der Radius der Bohrungen nach oben hin zunimmt. Der im Hüllrohr nicht von Verdrängertabletten eingenommene Raum enthält Wasser. Durch eine derartige Kombination aus Verdrängertabletten mit unterschiedlichem wirksamen Vokumen ist ein Wasserverdrängungskörper, dessen wirksamer Querschnitt nach oben abnimmt, einfach und schnell aufzubauen. Da sich in den Bohrungen der Verdrängertabletten wie auch außerhalb des Wasserverdrängungskörpers Wasser befindet, wird durch den erfindungsgemäßen Wasserverdrängungskörper ein Wasservolumen verdrängt, das der Summe aus dem Volumen des Hüllrohres und dem Volumen der Verdrängertabletten entspricht. Bei den mit einer Bohrung versehenen Verdrängertabletten trägt nur der Ring aus festem Material zur Wasserverdrängung bei.In the water displacement body are to achieve a upwards decreasing cross section initially massive Displacement tablets and above with axial bores provided displacement tablets, the The radius of the holes increases towards the top. The one in Cladding tube not taken by displacer tablets Space contains water. With such a combination from displacement tablets with different effective Vokumen is a water displacement body, its more effective Cross section decreases upwards, easily and quickly build up. Because in the bores of the displacement tablets as well as outside of the water displacement body Water is located by the invention Water displacement body displaces a water volume, that the sum of the volume of the cladding tube and corresponds to the volume of the displacement tablets. At the displaced tablets with a bore only the ring made of solid material for water displacement wears at.

Man erzielt den Vorteil, daß allein durch Form und Anordnung der Verdrängertabletten eine gleichmäßige Leistungsverteilung im Reaktorkern erzielt wird.One has the advantage that shape and arrangement alone of the displacer tablets an even distribution of power is achieved in the reactor core.

Im Hüllrohr sind die Verdrängertabletten, um ein Verrutschen selbst bei einer vorübergehenden Schräglage des Hüllrohres zu vermeiden, durch eine Feder, die beispielsweise eine Niederhaltefeder ist, arretiert. Im Hüllrohr befinden sich Bohrungen für den Druckausgleich zwischen dem Wasser im Wasserverdrängungskörper und dem umgebenden Wasser.The displacement tablets are in the sleeve to prevent them from slipping even with a temporary inclination to avoid the cladding tube by a spring that for example, a hold-down spring is locked. There are holes for pressure equalization in the cladding tube between the water in the water sink and the surrounding water.

Zur Befestigung der Wasserverdrängungskörper im Reaktor sind Halterungen, sogenannte Spinnenbeine, vorgesehen. Die Wasserverdrängungskörper jeweils eines Brennelementes sind mittels dieser Spinnenbeine an einer Tragstange zu befestigen und im Brennelement anzuordnen. Dabei ist der Wasserverdrängungskörper mit dem Brennelement nur lose verbunden und ist ohne zusätzliche Maßnahmen einzusetzen und zu entfernen. Nach dem Einsatz in einem Reaktor ist der erfindungsgemäße Wasserverdrängungskörper wieder verwendbar.For fastening the water displacement bodies in the reactor brackets, so-called spider legs, are provided. The water displacement bodies of a fuel assembly are attached to a support rod by means of these spider legs fasten and arrange in the fuel assembly. It is the water displacement body with the fuel assembly only loosely connected and can be used without additional measures and remove. After use in a reactor is the water displacement body according to the invention reusable.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß erstmals Auswirkungen von Dichteunterschieden des Kühlwassers auf die Neutronenabsorption in einem Druckwasserreaktor kompensiert werden, wodurch eine gleichmäßige Leistungsverteilung, eine gleichmäßige Abbrandverteilung und eine gute Brennstoffnutzung im Reaktorkern gegeben sind.With the invention, the advantage is achieved that for the first time Effects of differences in density of the cooling water on neutron absorption in a pressurized water reactor can be compensated for, creating an even Power distribution, an even burnout distribution and good fuel utilization in the reactor core given are.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:The invention is explained in more detail with reference to the drawing:

Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen Wasserverdrängungskörper.The drawing shows a water displacement body according to the invention.

Ein Wasserverdrängungskörper 1 besteht aus einem Hüllrohr 2, in dessen unterem Teil Verdrängertabletten 3 gestapelt angeordnet sind. Die unteren Verdrängertabletten 31 sind massiv. Darüber sind Verdrängertabletten 32, die eine relativ schmale axiale Bohrung 42 aufweisen, angeordnet. Nach oben anschließend befinden sich Verdrängertabletten 33 mit einer relativ breiten axialen Bohrung 43. Der Stapel aus Verdrängertabletten 3 wird durch eine Niederhaltefeder 5 nach unten gedrückt und so arretiert.A water displacement body 1 consists of a cladding tube 2 , in the lower part of which displacement tablets 3 are arranged in a stack. The lower displacement tablets 31 are solid. Displacement tablets 32 , which have a relatively narrow axial bore 42 , are arranged above them. Then upward there are displacement tablets 33 with a relatively wide axial bore 43 . The stack of displacement tablets 3 is pressed down by a hold-down spring 5 and thus locked.

In dem nicht von den Verdrängertabletten 3 eingenommenen Raum innerhalb des Hüllrohres 2 befindet sich Wasser. Bohrungen 6 im Hüllrohr 2 dienen dem Druckausgleich zwischen dem Wasser im Hüllrohr 2 und dem Wasser, das sich im Reaktorkern außerhalb des Wasserverdrängungskörpers 1 befindet.There is water in the space inside the casing tube 2 that is not occupied by the displacement tablets 3 . Bores 6 in the cladding tube 2 serve to equalize the pressure between the water in the cladding tube 2 and the water which is located in the reactor core outside the water displacement body 1 .

Die Wasserverdrängung erfolgt also nur durch die festen Bestandteile des Wasserverdrängungskörpers 1. Eine axial unterschiedliche Verdrängung wird durch die Wahl der Verdrängertabletten 3 und dort durch die Wahl des Durchmessers der Bohrung 42, 43 erzielt. The water displacement takes place only through the solid components of the water displacement body 1 . An axially different displacement is achieved by the choice of the displacement tablets 3 and there by the choice of the diameter of the bore 42, 43 .

Am Wasserverdrängungskörper 1 ist zur Befestigung an einer Tragstange ein sogenanntes Spinnenbein 7 angeformt.A so-called spider leg 7 is integrally formed on the water displacement body 1 for attachment to a support rod.

Mit dem erfindungsgemäßen Wasserverdrängungskörper 1 werden durch vertikale Dichteunterschiede des Kühlwassers verursachte Unterschiede der Neutronenabsorption in einem Druckwasserreaktor kompensiert, wodurch eine gleichmäßige Abbrandverteilung erreicht wird.With the water displacement body 1 according to the invention, differences in neutron absorption in a pressurized water reactor caused by vertical density differences in the cooling water are compensated, as a result of which a uniform burnup distribution is achieved.

List of reference numerals 1 water displacement body
2 cladding tube
3 displacement tablets
31 solid displacement tablets
32 displacement tablets with a narrow axial bore
33 displacement tablets with a wide axial bore
42 narrow axial bore
43 wide axial bore
5 hold-down spring
6 holes in the cladding tube
7 Bracket for the water displacer

Claims

1.Device for compensating absorption and moderation differences for neutrons caused by axial density differences in the cooling water in a pressurized water reactor, characterized by water displacement bodies ( 1 ) with a cross-section decreasing towards the density gradient in the cooling water, which consist of low neutron-absorbing material and in empty guide tubes of the fuel elements in the Pressurized water reactor can be used.

2. Device according to claim 1, characterized in that a water displacement body ( 1 ) consists of individual displacer tablets ( 3 ) arranged stacked in a casing tube ( 2 ).

3. Device according to claim 2, characterized in that the displacement tablets ( 3 ) consist of Zirkaloy.

4. Device according to claim 2, characterized in that the displacement tablets ( 3 ) consist of graphite.

5. Device according to claim 2, characterized in that the cladding tube ( 2 ) consists of Zirkaloy.

6. Device according to claim 2, characterized in that the displacement tablets ( 3 ) have central axial bores ( 42, 43 ) of variable diameter for varying their volume with the same external dimensions.

7. Device according to claims 2 and 6, characterized in that in the cladding tube ( 2 ) stacked one above the other first massive displacement tablets ( 31 ) and above that with axial bores ( 42, 43 ) provided displacement tablets ( 32, 33 ) are arranged,
that the diameter of the bores ( 42, 43 ) increases towards the top and
that the remaining space in the cladding tube ( 2 ) contains water.

8. Device according to claim 2, characterized in that the stack of displacement tablets ( 3 ) in the casing tube ( 2 ) is locked by a spring ( 5 ).

9. Device according to claim 2, characterized in that there are bores ( 6 ) for the pressure equalization between the water in the water displacement body ( 1 ) and the surrounding water in the cladding tube ( 2 ).

10. The device according to claim 1, characterized in that the water displacement body ( 1 ) are provided with brackets ( 7 ) which are arranged attachable to a support rod in a fuel assembly.