DE69011925T2

DE69011925T2 - Filterplatte im Fussstück eines Kernreaktorbrennstabbündels.

Info

Publication number: DE69011925T2
Application number: DE69011925T
Authority: DE
Inventors: Bernard Grattier; Jean-Francois Rondepierre
Original assignee: Framatome SA; Compagnie Generale des Matieres Nucleaires SA
Current assignee: Areva NP SAS; Orano Demantelement SAS
Priority date: 1989-04-12
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2010-04-11
Also published as: EP0392921B1; ES2060088T3; ZA902780B; FR2646004A1; DE69011925D1; US5135710A; KR900017042A; EP0392921A1; CN1025257C; CN1046410A; JPH03205590A; FR2646004B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filterplatte im Fußstück eines Brennstabbündels in einem Kernreaktor.
Kernreaktoren, welche mit Hilfe von Wasser gekühlt werden, und insbesondere Kernreaktoren, welche mit unter Druck stehendem Wasser gekühlt werden, enthalten einen Spaltraum, welcher aus benachbarten und vertikal angeordneten prismatischen Kernstabbündeln besteht, welche auf der unteren Kernplatte des Kernreaktors über ein unteres Fußstück aufliegen. Das Kühlwasser des Kernreaktors durchquert das untere Fußstück und zirkuliert von unten nach oben in vertikaler Richtung innerhalb des Kernstabbündels.
Dieses Kühlwasser kann Partikel enthalten, die durch das Kühlwasser in den Innenbereich des Kernreaktors über Öffnungen mitgeschleppt werden, welche die Adapterplatte des unteren Fußstückes durchqueren. Diese Partikel setzen sich in den Zwischenräumen zwischen den Brennstabbündeln und den Wänden der Zellen des ersten Zwischengitters des Brennstabbündels fest, das heißt, in dem Zwischengitter, das am nächsten an dem unteren Fußstück des Brennstabbündels angeordnet ist.
Das zirkulierende Fluid beaufschlagt die Partikel mit axialen und transversalen Kräften, so daß dadurch eine Abnutzung der Ummantelung des Brennstabbündels verursacht werden kann. Es ist daher zweckmäßig, die in der Kühlflüssigkeit enthaltenen Partikel abzufangen, um zu verhindern, daß sie in den Zusammenbau eindringen.
In den amerikanischen Patentschriften US-A-4.664.880 und US-A-4.678.627 sind zum Beispiel Abfangvorrichtungen in Form von Strukturen aus Metalldrähten oder perforierten Blechen offenbart, die in dem unteren Fußstück des Brennstabbündels angeordnet sind.
In der US-A-4.684.496 wurde ebenfalls vorgeschlagen, als Abfangvorrichtung eine Filterplatte einzusetzten, die in Form eines Gitters hergestellt ist, das aus Plättchen besteht und das mit dem unteren Fußstück des Brennstabbündels verbunden ist.
Diese Vorrichtungen aus dem Stand der Technik verursachen im allgemeinen einen großen Druckverlust im Kreislauf der Kühlflüssigkeit des Kernreaktors, da die Querschnitte der Passagen für das Fluids, die in einer Ebene projiziert sind, die rechtwinklig zu dem Querschnitt der Strömung verläuft, zu klein sein können.
In der EP-A-0.289.829 und in der EP-A-0.311.037 wurde außerdem vorgeschlagen, die Filtervorrichtung dadurch herzustellen, daß man die Adapterplatte des unteren Fußstückes selbst als Filterelement einsetzt, indem man entweder eine spezielle Abbohrung dieser Platte vorsieht, oder aber indem man örtlich Filtervorrichtungen in Öffnungen einsetzt, welche speziell in die Adapterplatte eingearbeitet sind. Die Durchführung einer speziellen Bearbeitung dieses wesentlichen Elementes der Struktur des unteren Fußteils bringt jedoch einige Nachteile mit sich.
Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Filterplatte vorzuschlagen, die im unteren Teil eines Brennstabbündels eines Kernreaktors für das Abfangen von Partikeln angeordnet ist, welche in der Kühlflüssigkeit des Kernreaktors enthalten sind, wobei der Zusammenbau ein unteres Fußstück enthält, welches eine Adapterplatte aufweist, die in Querrichtung zu dem Zusammenbau angeordnet ist, welcher von Öffnungen und Fußteilen durchquert wird, welche im Betriebszustand des Zusammenbaus auf einer unteren Kernplatte des Kernreaktors aufliegen, wobei diese Filterplatte nur einen geringen Druckverlust im Kreislauf der Kühlflüssigkeit des Kernreaktors verursacht und gleichzeitig eine wirksame Filterung gewährleistet.
Zu diesem Zweck ist die Filterplatte an dem unteren Fußstück in einer Ausrichtung angesetzt, welche weitgehend parallel zu der Adapterplatte und unter derselben verläuft, und enthält mindestens einen aktiven Bereich, in dem sie von Öffnungen einer bestimmten Abmessung durchquert wird, die gegenüber einer Durchflußbohrung für Wasser in der unteren Kernplatte des Kernreaktors angeordnet sind.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen mehrere Ausführungsarten einer erfindungsgemäßen Filterplatte beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt in einer vertikalen Ebene des Fußteils eines Brennstabbündels, in dem eine erfindungsgemäße Filterplatte enthalten ist.
Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des aktiven Bereiches einer erfindungsgemäßen Filterplatte nach einer ersten Ausführungsart.
Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines aktiven Bereiches einer erfindungsgemäßen Filterplatte nach einer zweiten Ausführungsart.
Die Fig. 3A zeigt eine Darstellung in großem Maßstab der Einzelheit A aus Fig. 3.
Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des aktiven Bereiches einer erfindungsgemäßen Filterplatte nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
Die Fig. 5 zeigt einen vertikalen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Filterplatte, welche auf der unteren Kernplatte eines Kernreaktors aufliegt.
Die Fig. 6 zeigt eine teilweise Ansicht in Richtung von Pfeil 6 aus der Fig. 5.
Die Fig. 7 zeigt einen teilweisen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Filterplatte, die in Form eines Gitters hergestellt ist.
Die Fig. 8 zeigt eine Draufsicht in Richtung von Pfeil 8 aus der Fig. 7.
Die Fig. 8A zeigt einen Querschnitt im großen Maßstab in Richtung Pfeil AA aus der Fig. 8 von zwei Gitterstäben des in der Fig. 8 gezeigten Gitters.
Die Fig. 9 zeigt eine Draufsicht, die identisch ist mit der in Fig. 8 gezeigten Ansicht und eine andere Ausführungsart des Filtergitters darstellt.
In Fig. 1 sieht man einen Teil der unteren Kernplatte (1) eines Kernreaktors, welche Strömungsöffnungen für Wasser (2) in Höhe des Fußstückes (3) eines Brennstabbündels aufweist.
Das untere Fußstück (3) bildet einen Teil des Gerüstes des Brennstabbündels, an dem die Schlauchführungen (4) an ihrem unteren Teil angeschlossen sind. Das Gerüst enthält ebenfalls einen Zusammenbau aus Gitterstegen, die an die Schlauchführungen (4) angeschlossen sind, wobei nur der untere Gittersteg (9) in der Fig. 1 gezeigt ist.
Das Fußstück (3) enthält eine Adapterplatte (6) und Fußteile (7), die sich an der oberen Fläche der unteren Kernplatte (1) abstützen.
Das Fußstück und die Gitterstege haben eine weitgehend rechteckige Form, welche dem Querschnitt des Brennstabbündels entspricht.
Zwei der Fußteile (7) des Fußstückes (3) weisen Öffnungen auf, die dafür bestimmt sind, in Zentrier- und Positionierstifte (8) des Brennstabbündels einzugreifen und an der oberen Fläche der unteren Kernplatte (1) befestigt sind.
Eine Filterplatte (10) ist zwischen der unteren Fläche der Fußteile (7) und der oberen Fläche der unteren Kernplatte (1) so angeordnet, daß eine Rückhaltung der Partikel gewährleistet ist, die in dem Kühlwasser des Kernreaktors enthalten sind, bevor diese Partikel in das Brennstabbündel eindringen können.
Die Kühlflüssigkeit des Kernreaktors durchquert die untere Kernplatte (1) in Höhe der Strömungsöffnungen für Wasser (2) und gelangt schließlich über Bohrungen in der Adapterplatte (6) in das Brennstabbündel.
Wenn eine Filterplatte (10) in dem Kreislauf der Kühlflüssigkeit an einer Position angeordnet ist, die sich unterhalb der Adapterplatte (6) befindet, kann diese Filterplatte (10) die in dem Kreislauf befindlichen Partikel abfangen, vorausgesetzt, diese Filterplatte enthält Bohrungen einer bestimmten Abmessung, die es erlaubt, Partikel abzufangen, deren Größe über einer gewissen Grenze liegt. Diese Grenze wird im allgemeinen durch die Abmessung der Zwischenräume bestimmt, die zwischen den Brennstabbündeln und den Zellen des ersten Gittersteges (9) verbleiben und eine Größenordnung von zwei bis vier Millimetern haben.
Die aktiven Bereiche der Filterplatte (10), in denen diese Filterplatte Öffnungen einer bestimmten Größe aufweist, entsprechen weitgehend den Bereichen der Platte, welche gegenüber den Strömungsöffnungen für Wasser in der unteren Kernplatte angeordnet sind, wenn sich das Brennstabbündel in Betriebsstellung befindet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.
Diese aktiven Bereiche haben eine weitgehend kreisförmige Konfiguration, welche dem Querschnitt der Strömungsöffnungen für Wasser in der unteren Kernplatte entspricht.
In der Fig. 2 ist ein Teil eines aktiven Bereiches einer erfindungsgemäßen Filterplatte dargestellt, deren Strömungsöffnungen für Wasser und die Öffnungen für die Rückhaltung von Partikeln eine quadratische Form haben.
Die in die Filterplatte eingeschnittenen Öffnungen (12) weisen eine Seite auf, deren Abmessung der kleinsten Abmessung der Partikel entspricht, deren Rückhaltung gewährleistet werden soll.
In der Fig. 2 ist etwa ein Achtel eines aktiven Bereiches einer erfindungsgemäßen Filterplatte dargestellt, wobei der Radius dieses aktiven Teils dem Radius einer Strömungsöffnung für Wasser (2) in der unteren Kernplatte entspricht.
In der Fig. 3 ist eine abgeänderte Ausführungsart gezeigt, in der die quadratischen Ausschnitte (13), welche die Filterplatte durchqueren, eine Abmessung haben, die deutlich größer ist, als die Abmessung der Ausschnitte (12) der in der Fig. 2 gezeigten Filterplatte.
Diese Ausschnitte quadratischer Form haben also eine Abmessung, die deutlich größer ist, als die kleinste Abmessung der Partikel, die abgefangen werden sollen.
Wie aus der Fig. 3A ersichtlich, kann man erkennen, daß jede der quadratischen Zellen (13), die in die Filterplatte eingeschnitten sind, vier Wulste (15) enthält, die in das Innere der Zelle gerichtet sind. Diese Wulste (15) begrenzen im Inneren der Zelle (13) Strömungsöffnungen für Wasser, deren Abmessungen kleiner sind, als die kleinste Abmessung der Partikel, deren Rückhaltung gewährleistet werden soll.
In der Fig. 4 erkennt man eine dritte Ausführungsart des aktiven Bereiches einer erfindungsgemäßen Filterplatte, wobei dieser aktive Bereich Ausschnitte in Form von benachbarten quadratischen Dreiecken (14) aufweist, um ein Netzt für den Durchfluß von Wasser und für die Rückhaltung von Partikeln zu bilden, deren Abmessungen über einer gewissen Grenze liegen, die von der Größe der dreieckigen Öffnungen (14) abhängt.
In den Fig. 5 und 6 ist eine vierte Ausführungsart der erfindungsgemäßen Filterplatte dargestellt.
Die Platte (20) enthält einen aktiven Bereich, der gegenüber jeder der Strömungsöffnungen für Wasser (22) in der unteren Kernplatte (21) angeordnet ist, in der die Filterplatte (20) gestanzt ist, um Öffnungen (23) zu bilden, deren Form in der Fig. 6 gezeigt ist. Jede der Öffnungen (23) ist von vier Flügeln (24) umgeben, die beim Tiefziehen über die Ebene der Platte (20) geprägt werden.
Die von den Flügeln (24) umgebene zentrale Strömungsöffnung (23) erlaubt es, den Strömungskanal für Wasser zu bilden und die Rückhaltung von Partikeln zu gewährleisten, deren Abmessungen über einer gewissen Grenze liegen.
Soweit die Filterplatte durch Stanzen hergestellt wird, muß der gestanzte Bereich genau dem Querschnitt der Strömungsöffnungen für Wasser (22) entsprechen, in die sie eingebaut wird.
In den Fig. 7 und 8 ist eine Filterplatte (25) dargestellt, deren aktiver Bereich (26) in Form eines Gitters ausgeführt ist, welches parallele Lamellen (27) enthält, deren Abstand der kleinsten Größe der Partikel entspricht, die an der Filterplatte (25) abgefangen werden sollen.
Die Lamellen (27) sind nebeneinander in kreisförmigen Öffnungen angeordnet, die in die Platte (25) eingearbeitet sind und deren Abmessungen den Abmessungen der Strömungsöffnungen für Wasser (29) in der unteren Kernplatte (30) entsprechen. Diese Lamellen (27) können an ihren Enden an den Kanten der Öffnung der Filterplatte verschweißt werden.
Um den Druckverlust der Kühlflüssigkeit beim Durchqueren der Filterplatte (25) einzuschränken, haben die Lamellen ein Profil, wie es aus der Fig. 8A ersichtlich ist. Dieses Profil, welches der Strömung des Fluids im rechten Winkel zu der Filterplatte entspricht, erlaubt eine deutliche Reduzierung des Druckverlustes.
Die Lamellen (27) der aktiven Bereiche der Filterplatte (25) sind nur an ihren Enden befestigt und sind insgesamt parallel zueinander angeordnet. Diese Lamellen können unter der Auswirkung der durch die Kühlflüssigkeit verursachten hydraulischen Kräfte vibrieren, welche die aktiven Bereiche der Filterplatte (25) durchquert.
Um diese Vibrationen zu vermeiden, ist es möglich, Versteifungen (31) in einer Richtung vorzusehen, die rechtwinklig zu den Versteifungen der Lamellen (27') verläuft, wie dies in der Fig. 9 gezeigt ist. Die Versteifungen (31) können durch Verschweißung oder in einer anderen Weise an den Lamellen (27') und an den Kanten der Öffnung befestigt werden, welche die Filterplatte (25) durchquert.
In jedem Fall sorgt die erfindungsgemäße Filterplatte für eine wirksame Rückhaltung der in dem Kühlwasser des Kernreaktors enthaltenen Partikel, die eine Größe haben, die über einer bestimmten Grenze liegt.
Diese Filterplatte verursacht in der Strömung des Kühlmittels nur einen geringen Druckverlust, vorausgesetzt, die Öffnungen der Filterplatte befinden sich in der Verlängerung der Strömungsöffnungen der unteren Kernplatte.
Soweit die Öffnungen durch Stanzen einer Platte hergestellt werden, sind die Ablenkbleche (24) der Platte in Strömungsrichtung ausgerichtet, wodurch eventuelle Druckverluste reduziert werden können.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsarten beschränkt.
So ist es zum Beispiel auch möglich, Perforationen oder Öffnungen vorzusehen, die auf eine andere Weise in die Filterplatte eingeschnitten oder eingearbeitet werden und die eine andere Form als die beschriebenen Formen haben.
Die erfindungsgemäße Filterplatte kann aus jedem Werkstoff hergestellt werden, welcher gegen die Kühlflüssigkeit unter den Betriebsbedingungen des Kernreaktors resistent ist, und kann zum Beispiel aus einer Legierung auf Nickelbasis oder aus einem Martensitstahl bestehen.
Die erfindungsgemäße Filterplatte kann nicht nur in Berührung mit der oberen Fläche der unteren Kernplatte angeordnet werden, wie dies vorstehend beschrieben wurde, sondern auch im Fußstück des Brennstabbündels in einer Position zwischen seinem unteren Ende und der Adapterplatte, oder sie kann in Berührung mit der unteren Fläche der Adapterplatte angebracht werden.
In allen Fällen müssen sich die Öffnungen der Filterplatte gegenüber den Passagen für den Durchfluß der Kühlflüssigkeit befinden, welche die untere Kernplatte durchqueren, um auf diese Weise eventuelle Druckverluste zu vermindern.
Die Erfindung bezieht sich auf alle Anordungen von Brennstabbündeln in einem mit Hilfe von Wasser gekühltem Kernreaktor.

Claims

1. Filterplatte, die im Fußstück eines Brennstabbündels eines Kernreaktors für die Rückhaltung von Partikeln angeordnet ist, die in der Kühlflüssigkeit des Kernreaktors enthalten sind, wobei der Zusammenbau ein unteres Fußstück (3) aufweist, welches in Querrichtung zu dem Zusammenbau eine Zwischenplatte (6) aufweist, welche von Öffnungen und Fußteilen (7) durchquert wird, die in Arbeitsstellung des Brennstabbündels auf einem unteren Kernblech (1) des Kernreaktors aufliegen, dadurch gekennzeichnet, daß sie an dem unteren Fußstück (3) weitgehend parallel zu der Adapterplatte (6) und unterhalb derselben angeordnet ist und dadurch, daß sie wenigstens einen aktiven Bereich aufweist, in dem sie von Öffnungen (12; 13; 14; 26) einer vorbestimmten Abmessung durchquert wird, die gegenüber einer Strömungsöffnung für Wasser (2; 22; 29) in dem unteren Kernblech (1; 21; 30) des Kernreaktors angeordnet sind.

2. Filterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie unter den Fußteilen (7) des unteren Fußstückes (3) befestigt ist.

3. Filterplatte nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnungen für Wasser in dem aktiven Bereich aus quadratischen Ausschnitten (13) bestehen, deren Seiten eine Abmessung haben, die der Mindestgröße der festzuhaltenden Partikel entspricht.

4. Filterplatte nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnungen für Wasser in dem aktiven Bereich aus quadratischen Ausschnitten (13) bestehen, deren Seiten eine Abmessung haben, die größer ist, als die Größe der zurückzuhaltenden Partikel, und an deren Innenseite sich Wulste (15) in Richtung des Mittelpunktes des Quadrates erstrecken und die untereinander einen verfügbaren Abfangraum bilden, dessen Abmessungen der Größe der festzuhaltenden Partikel entsprechen.

5. Filterplatte nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnungen für Wasser in dem aktiven Bereich aus dreieckigen Ausschnitten (14) bestehen, deren maximale Seitenabmessungen der Größe der abzufangenden Partikel entsprechen.

6. Filterplatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnungen für Wasser in dem aktiven Bereich aus gestanzten Teilen der Platte (20) bestehen, wobei die Strömungsöffnungen für Walser durch Teile der Platte (20) gebildet werden, die hochgezogen sind, um Ablenkbleche im Kreislauf des Kühlwassers zu bilden.

7. Filterplatte nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnungen für Wasser durch untereinander parallel verlaufende Lamellen (27) begrenzt werden, welche entlang einer Öffnung in der Filterplatte (25) angeordnet werden, welche einer Strömungsöffnung (29) für Wasser der unteren Kernplatte (30) entspricht.

8. Filterplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Querprofil der Lamellen (27) in der Strömungsrichtung des Kühlwassers des Kernreaktors profiliert ist.

9. Filterplatte nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Versteifungen (31) an den Lamellen (27) angeordnet sind, die rechtwinklig zu diesen verlaufen.

10. Filterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer strukturell gehärteten Nickelegierung besteht.

11. Filterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Martensitstahl hergestellt wird.