DE69211875T2

DE69211875T2 - Dampfablassrohr für Siedewasserreaktorbrennelement

Info

Publication number: DE69211875T2
Application number: DE69211875T
Authority: DE
Inventors: Gary Errol Dix
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2012-03-20
Also published as: JP2511613B2; US5091146A; DE69211875D1; EP0505192B1; EP0505192A1; JPH0587964A; ES2089392T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die JP Showa 52-50498 von Ueda offenbart den Einsatz von Teillängen-Brennstäben zum Erzeugen eines verbesserten Verhältnisses von Brennstoff zu Moderator im oberen Zweiphasenbereich eines Brennelementes, insbesondere im kalten, abgeschalteten Zustand des Reaktors. Es wurde ein Brennelement offenbart, bei dem gebündelte Teillängen-Brennstäbe einen großen zentralen, allgemein konischen Hohlraum im oberen Zweiphasenbereich des Brennelementes bildeten.
In der Ueda-Druckschritt wurden zwei Ausführungsformen offenbart. Eine erste Ausführungsform schloß ein großes, konisches Wasserrohr ein, das den großen, zentralen, konischen Hohlraum einnahm, der gemeinsam durch die Teillängenstäbe gebildet wurde. Eine zweite und augenscheinlich verbesserte Ausführungsform offenbarte den konischen Bereich uneingenommen.
Hinsichtlich dieser letzteren Ausführungsform hat ein Testen gezeigt, daß, obwohl nukleare Verbesserungen im oberen Zweiphasenbereich im kalten Zustand realisiert werden konnten, eine nachteilige Wärmeübertragung, insbesondere hinsichtlich einer nachteiligen, kritischen Leistung durch die großen, zentralen Hohlräume in einem Brennelement eines Siedewasserreaktors realisiert werden können. Spezifisch flihrt der große, gebildete Hohlraum dazu, daß Dampf in diesem Bereich konzentriert wird. Unglücklicherweise neigen umgebende Abschnitte des Zweiphasenbereiches dazu, in den Dampfraum zu fließen, Dies fährt zur Ablenkung signifikanter Mengen flüssigen Kühlmittels weg von den erhitzten Staboberflächen, die den Hohlraum umgeben, wobei dieses flüssige Kühlmittel in die beschleunigte Dampfströmung innerhalb des gebildeten, konischen Hohlraumes eingeschlossen wird. Es ergibt sich eine reduzierte Strömung benachbart den Brennstäben voller Länge, die den großen Hohlraum umgeben. Diese verringerte Strömungsrate flihrt zu einer entsprechenden, verringerten, kritischen Leistung auf den Staboberflächen, die den Hohlraum umgeben. Die Gesamtwirksamkeit des Brennelementes ist verringert.
In der EP-A-0 336 203 mit dem Titel "Two-Phase Pressure Drop Reduction BWR Assembly Design", entsprechend der US-Patentanmeldung Serial Nr.07/176,975, die am 4. April 1988 eingereicht wurde, wurden die nuklearen Nutzen aufrechterhalten und die nachteiligen thermisch-hydraulischen Wirkungen durch Einsetzen allgemein engerer, offener Strömungskanale beseitigt, die um den Zweiphasenbereich des Brennelement-Gitters herum angeordnet waren. Die verteilten Strömungskanäle realisierten die natürliche Neigung der Dampfphase der Zweiphasen-Mischung zu den Strömungspfaden geringen Widerstandes, wo der realisierte Strom hauptsächlich aus Dampf bestand, zu wandern. Es wurde festgestellt, daß solche dispergierten Strömungspfade günstig sind für ein BWR-Brennelement, da die bevorzugte Ablenkung des Dampfes weg von den Brennstäben kombinierte Vorteile hinsichtlich der nuklearen Stabilität und der thermisch-hydraulischen Wirkung haben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das oben erwähnte Problem hinsichtlich der JP-A-52,050,498 in einer Weise zu überwinden, die sich von der, die in der EP A-0336203 offenbart ist, unterscheidet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie in Anspruch 1 definiert, ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor geschaffen, mit:
einer Vielzahl vertikal ausgerichteter, beabstandeter Brennstäbe zur Bildung einer Brennstabgruppe innerhalb des Brennelementes zur Erzeugung einer Spaltungsreaktion bei Anwesenheit von Wasser-Moderator, einer unteren Gitterplatte, um Wasser-Moderator durch die untere Gitterplatte in das Zwischenvolumen zwischen den Brennstäben zu lassen und die vertikal ausgerichteten und beabstandeten Brennstäbe zu tragen, einer oberen Gitterplatte, um Wasser und Dampf aus dem Oberteil des Brennelementes austreten zu lassen und die Brennstäbe voller Länge vertikal ausgerichtet und beabstandet in aufrechtstehender, beabstandeter, seitlicher Beziehung zu halten, einem umgebenden Brennstoffkanal, um die Moderatorströmung entlang einem Pfad über die Brennstäbe und von der unteren Gitterplatte zur oberen Gitterplatte zu beschränken, wobei mindestens einer der Brennstäbe ein Teillängenstab ist, der sich von der unteren Gitterplatte vertikal weniger als die volle Länge zur oberen Gitterplatte erstreckt und innerhalb des Brennelementes in einer Disposition endet, worin das obere Ende des mindestens einen Teillängenstabes, hinsichtlich der umgebenden Brennstäbe voller Länge, ein leeres Volumen definiert, das unter der oberen Gitterplatte über dem (den) Teillängenstab (-stäben) liegt, wobei das Brennelement gekennzeichnet ist durch:
mindestens ein Dampf-Entlüftungsrohr, das über mindestens einem der Teillängenstäbe liegt;
eine Einrichtung, die das Dampf-Entlüftungsrohr in dem Volumen über dem (den) Teillängenstab (-stäben) trägt, wobei das Dampf-Entlüftungsrohr in dem Volumen des Brennelementes zwischen einem Ende des (der) Teillängenstabes (-stäbe) und der oberen Gitterplatte getragen ist;
wobei das Dampf-Entlüftungsrohr eine Öffnung bildet, die zu dem Ende des (der) Teillängenstabes (-stäbe) zur Aufnahme des Dampf-Moderators innerhalb des Hohlraumes angeordnet ist, der über dem (den) Teillängenstab (-stäben) liegt;
wobei das Dampf-Entlüftungsrohr weiter eine Öffnung bildet, die zur oberen Gitterplatte und weg vorn Ende des (der) Teillängenstabes (-stäbe) zum Herauslassen des Dampf-Moderators aus dem Brennelement liegt.
Die Erfindung kann alternativ gemäß Anspruch 10 als ein Verfahren zum Verbessern des Herausströmens von erzeugtern Dampf aus einem Brennelement für einen Siedewasserreaktor definiert werden.
Das Brennelement gemäß der Erfindung kann weiter charakterisiert werden durch eine Einrichtung zum Ablenken von Wasser weg vom Dampfentlüftungsrohr nahe dem Ende des (der) Teillängenstabes (-stäbe).
Da die Öffnung des Dampfentlüftungsrohres über dem Ende des Teillängenstabes liegt, gestattet das Dampfentlüftungsrohr vorzugsweise eine anfängliche Dampfströmung in das Innere des Rohres und danach läßt es den Dampf rasch an der oberen Gitterplatte austreten.
Ein Vorteil des Dampfentlüftungsrohres ist es, daß es eine Trennwand-Strömungs grenzfläche zwischen dem rasch nach oben fließenden Dampf im Inneren des Rohres und der umgebenden Zweiphasenmischung aus Dampf und Wasser außerhalb des Dampfentlüftungsrohres bildet. Es ergibt sich ein isolierter Dampfströmungs-Kanal mit einer verringerten Strömungs-Reibung und einer lokalen Erhöhung des volumetrischen Flusses der Dampf- Abströmung. Die turbulente Grenzfläche zwischen dem nach oben strömenden Dampf und der umgebenden Zweiphasen-Mischung wird beseitigt. Folglich wird das Mitführen zwischen der Dampfströmung nach oben und dem angrenzenden Zweiphasenbereich aus Flüssigkeit und Dampf beseitigt.
Ein weiterer Vorteil des Dampfentlüftungsrohres ist es, daß es eine lokalisierte Dampfentlüftung hoher Geschwindigkeit innerhalb des inneren, oberen Zweiphasenbereiches des Brennelementes einrichtet. Als ein Ergebnis ist weniger von der oberen Querschnittsfläche des Brennelementes innerhalb des Zweiphasenbereiches für die Dampfströmung nach oben erforderlich. Das obere Volumen des Brennelementes, das nicht von Dampf eingenommen wird, kann statt dessen durch die Zweiphasenmischung aus Flüssigkeit und Dampf mit einem höheren Dampfgehalt eingenommen werden. Es ergibt sich ein Brennelement, das einen höheren Gesamtgehalt an flüssigem Moderator aufrechtzuerhalten in der Lage ist. Es ergeben sich flachere, axiale Hohlräume und Leistungsverteilungen.
Ein zusätzlicher Vorteil des Dampfentlüftungsrohres ist es, daß der gesamte obere Abschnitt des Brennelementes entweder für die Erzeugung von Dampf oder das Auströmen von flüssigem oder dampfförmigem Moderator genutzt wird. Es sind keine dicken, die Strömung blockierenden Wasserrohre für eine Erhöhung des Verhältnisses von Brennstoff zu Moderator, die auch anders die Strömungsfläche behindern, erforderlich. Ein Brennelement- Konzept wird offenbart, in dem das Dampfentlüftungsrohr durch Anordnen von Wasser außerhalb des Entlüftungsrohres sowohl einen verbesserten Moderatoranteil schafft als auch die Strömungsfläche aufrechterhält (und nicht blockiert).
Ein zusätzlicher Vorteil des offenbarten Konzeptes ist es, daß es zusätzlichen Moderator in einer Weise schafft, die das Umgekehrte des durch die typischerweise benutzten, großen Wasserrohre geschaffenen Moderators ist. Durch Schaffen eines konzentrierten, isolierten Strömungspfades für die bevorzugte Strömung von Dampf nach oben, können die übrigen Abschnitte des Brennelementes im oberen Zweiphasenbereich einen erhöhten Gehalt an flüssigem Moderator aufweisen, der in vielen Fällen dem Moderatorgehalt äquivalent ist, der durch ein großes Wasserrohr geliefert wird. Gleichzeitig sind alle Teile des oberen Zweiphasenbereiches des Brennelementes für die Moderatorströmung erreichbar. Als ein Ergebnis maß kein Teil des Brennelementes den die Strömung hindernden Wasserrohren gewidmet werden.
Das Dampfentlüftungsrohr kann eine Vielzahl von Öffnungen in den Seitenwandungen dieses Rohres aufweisen, die so konfuriert sind, daß sie vorzugsweise Dampf in das Innere des Dampfentlüftungsrohres einlassen. Das Dampfentlüftungsrohr kann eine Vielzahl von Öffnungen in den Seitenwandungen dieses Rohres aufweisen, die so konfiguriert sind, daß sie vorzugsweise Wasser aus dem Inneren des Dampfentlüftungsrohres herauslassen.
Das Dampfentlüftungsrohr kann durch eine oder beide der gerade erwähnten Formen von Öffnungen, die entlang der Länge des Dampfentlüftungsrohres verteilt sind, vervielfacht werden.
Ein Vorteil der Vervielfachung des Dampfentlüftungsrohres ist es, daß ein natürlicher Widerstand gegenüber hydraulischen Oszillationen vorhanden ist. Niederfrequentere, natürliche Resonanzoszillationen innerhalb des umgebenden Zweiphasenbereiches des Brennelementes liegen nicht in Phase mit den höherfrequenten, natürlichen, resonanten Schwingungen innerhalb des Dampfentlüftungsrohres. Das Ergebnis ist, daß die beiden unterschiedlichen Resonanzfrequenz-Systeme dazu neigen, einander zu dämpfen. Die Neigung des Brennelementes bei einer Frequenz in Resonanz zu gehen, wird verringert.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der Erfindung werden nun detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der zeigen:
Figur 1 in perspektivischer Ansicht ein Kernbrennelement für einen Siedewasserreaktor, wobei das Brennelement im oberen Zweiphasenbereich benachbart der oberen Gitterplatte im Schnitt gezeigt ist und vier Dampfentlüftungsrohre zeigt, die jeweils über einem Teillängenstab liegen, wobei zwei Teillängenstäbe und Dampfentlüftungsrohre im Vordergrund durch Wegbrechen des Kanales und der Rohre, die sonst die Ansicht behindern wurden, freigelegt sind;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines der Teillängenstäbe von Figur 1, die eine Boden-Staböffnung, den oberen Ausgang benachbart der Gitterplatte und die Wandöffnungen zeigt, die sich zwischen der Bodenöffnung und dem oberen Ausgang für den bevorzugten Eintritt von Dampf in das Entlüftungsrohr und den bevorzugten Austritt von Wasser aus dem Inneren des Entlüftungsrohres zeigt, wobei die Stäbe und das Dampfentlültungsrohr zu weniger als ihrer vollständigen, vertikalen Höhe weggebrochen sind;
Figur 3 eine alternative, perspektivische Ansicht, die ähich Figur 2 weggebrochen ist, von einem Teillängenstab von Figur 1, die eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der das Dampfentlüftungsrohr, das über dem Teillängenstab liegt, einen vergrößerten Durchmesser hinsichtlich des darunter liegenden Dampfentlüftungsrohres aufweist;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines Brennelementes mit vier Teillängenstäben, die in einer seitlichen Gruppierung mit einer Strömungs-Ablenkstelle unmittelbar über dem Ende der Teillängenstäbe angeordnet sind, wobei die Öffnung des darüberliegenden, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Dampfentlüftungsrohres mit einem kreisförmigen Eintrittspfad für den vorzugsweiseen Eintritt von Dampf und den entsprechenden Ausschluß von Wasser vom Eintritt in das Rohr versehen ist;
Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Dampfentlüftungsrohres, das, um über einer Gruppe von neun Teillängenstäben zu liegen, vergrö ßert ist, wobei das Rohr hier einen quadratischen Querschnitt für die vollständige Einnahme der Gitterplätze aufweist, die über den Teillängenstäben liegen;
Figuren 6A und 6B Seiten-Schnittansicht und Draufsicht einer alternativen Systemanordnung des Dampfentlüftungsrohres dieser Erfindung, wobei ein einzelnes, großes, zentrales Dampfentlüftungsrohr einen großen, zentralen, konischen Hohlraum einnimmt, der durch eine Vielzahi von Teillängenstäben unterschiedlicher Länge erzeugt wird, wobei das Dampfentlüftungsrohr hier einen kreisförmigen Querschnitt aufweist;
Figur 7 ein Dampfentlüftungsrohr, das untere, periphere Durchgänge für das bevorzugte Einströmen von Dampf zeigt und
Figur 8 ein Dampfentlüftungsrohr, das obere, periphere Durchgänge für das bevorzugte Austreten von Wasser aus dem Inneren des Dampfentlüftungsrohres zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGEN

In Figur 1 ist ein Brennelement B gezeigt, das diese Erfindung benutzt. Das Brennelement ist zum größten Teil konventionell.
Der Leser wird feststellen, daß die bevorzugte Ausführungsforrn der Erfindung, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, keine Wasserrohre einschließt. Die Anwesenheit der Dampfentlüftungsrohre dieser Erfindung kann die Notwendigkeit für solche Wasserrohre vermeiden.
Das hier gezeigte Brennelement schließt Brennstäbe 20 voller Länge und Teillängen- Brennstäbe 22 ein. Die Brennstäbe 20 voller Länge sind konventionell, und sie erstrecken sich über den vollen Abstand zwischen der unteren Gitterplatte 14 bis zur oberen Gitterplatte 16. Der Leser wird verstehen, daß der Kanal C weggebrochen wurde, um die Brennstäbe freizulegen.
Es sind auch Teillängenstabe 22 vorhanden. Diese Teillängenstäbe erstrecken sich von der unteren Gitterplatte 14, und sie enden kurz vor der oberen Gitterplatte 16.
Es werden auch Abstandshalter benutzt. Typischerweise sind, wie hier gezeigt, sieben solcher Abstandshalter gleichmäßig über das Brennelement angeordnet. Teillängenstäbe 22 sind gezeigt, die unmittelbar oberhalb von Abständshalter 56 enden. Danach, bei den Abstandshaltern 56 und 87, ist ein Dampfentlüftungsvolumen gebildet, das über den Enden der Teillungenstäbe liegt. In diesem Dampfentlüftungsvolumen werden die Dampfentlüftungsrohre T&sub1; bis T&sub4; dieser Erfindung angeordnet.
Der Leser wird verstehen, daß die Länge des benutzten Brennstabes beispielhaft ist; es können andere Längen von Brennstäben benutzt werden als solche, die spezifisch gezeigt sind.
In Figur 2 ist eines der Dampfentlüftungsrohre, die innerhalb des Brennelementes B der Figur 1 angeordnet sind, gezeigt. Spezifisch sind paarweise Brennstäbe 20 voller Länge gezeigt, die von einem inneren Abschnitt des Bündeis, der sich aufjeder Seite eines Teillängenstabes 22 nach oben erstreckt, geschnitten gezeigt. Der Teillängenstab 22 endet am Abstandshalter S&sub5; unmittelbar oberhalb dieses Abstandshalters am Ende 40. Darüber oder verbunden mit dem Ende 40 des Teillängenstabes, befindet sich das Dampfentlüftungsrohr T&sub1; mit einer Ablenkeinrichtung 19, die hier mit einer konischen Gestalt gezeigt ist. Die Ablenkeinrichtung 19 ist für einen kleinen Abstand vorn Dampfentlüftungsrohr T&sub1; getrennt, um Wasser vom Ende des Rohres abzulenken und den bevorzugten Eintritt von Dampf in das Entlüftungsrohr T&sub1; zu gestatten.
Das Rohr T&sub1; schließt eine untere Öffnung 42 zur Aufnahme von Dampf vom Ende 40 des Teillängenstabes 22 ein. Das Rohr erstreckt sich nach oben und durch die obere Gitterplatte 16 an einem Auslaßende 44 zum Abgeben von Dampf durch die obere Gitterplatte. Das Dampfentlüftungsrohr hängt von der oberen Gitterplatte und den Abstandshaltern 56 und S&sub7; (siehe Figur 1) herab. Optimalerweise und, wie banachbart dem Ende 40 des Teillängenstabes 22 im Dampfentlüftungsrohr gezeigt, können Öffnungen 48, 46 vorgesehen sein.
Diese Öffnungen können die Funktion haben, entweder Wasser aus dem Inneren des Dampfentlüftungsrohres T&sub1; auszustoßen oder Dampf einzulassen. Die Funktion dieser Öffnungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 8 beschrieben.
In Figur 3 ist eine alternative Ausführungsform der Dampfentlüftungsrohre bei T&sub5; gezeigt. Ein Teillängenstab 22 ist zwischen Stäben 20 voller Lange gezeigt, der beim Ende 40 aufhört. Über dem Teillängenstab 22 ist ein Dampfentlüftungsrohr T&sub5; und eine Ablenkreinrichtung 19 gezeigt.
Vergleicht man diese Ansicht mit der in Figur 2, dann ist ersichtlich, daß der Durchmesser des Rohres T&sub5; den Durchmesser übersteigt, der sowohl für die Stäbe 20 voller Länge als auch die Teillängenstäbe 22 gezeigt sind. Alle anderen Konstruktionen bleiben, emschließlich der unteren Öffnung 42, der oberen Öffnung 44 und der Öffnungen 48,46.
In Figur 4 ist ein anderes Dampfentlüftungsrohr T&sub6; gezeigt. Das Rohr T&sub6; ist nur an seinem unteren Ende zwischen dem unteren Abstandshalter S&sub5; und dem oberen Abstandshalter 56 gezeigt.
In der Ansicht der Figur 4 ist ersichtlich, daß vier Teillängenstäbe 22A, 22B, 22C und 22D in einer seitlichen Anordnung plaziert sind. Die Stäbe enden alle an einem oberen Ende 40, das im Inneren des Brennelementes gebündelt ist. Das über den Enden 40 der Teillängenstäbe liegende Volumen und die obere Gitterplatte bilden ein Intervall, das normalerweise von vier Stäben 20 normaler Länge eingenommen würde.
Ein Dampf einfangender Eintritt ist durch einen ersten, vollständigen Konus 50 und einen am Scheitel abgeschnittenen, zweiten Konus, der mit 52 bezeichnet ist, gebildet.
Teile des vollständigen Kegels 50 sind weggebrochen, um den abgeschnittenen Scheitel 54 freizulegen.
Wie zuvor unterbrechen Öffnungen 48,46 die Seitenwandungen und vervielfachen das Dampfentlüftungsrohr T&sub6;.
Eine Erläuterung des Eintritts von Dampf und der Abweisung von Wasser an den entsprechenden Kegeln 50,52 ist instruktiv.
Wie bekannt, nimmt bei einer zweiphasigen Mischung aus Flüssigkeit und Dampf die Flüssigkeit eine größere Dichte ein. Bei Auftreffen auf den unteren Kegel 50 wird die Flüssigkeit daher entlang der Außenseite des Rohres T&sub6; (siehe die schematisch veranschaulichte Flüssigkeit beim Vektor 60) weiterströmen.
Anders verhält sich der Dampf geringer Dichte. Typischerweise findet der Dampf seinen Weg in den abgeschnittenen Scheitel 54 des Kegelstumpfes 52 (siehe die schematischen Vektoren 62). In üblichen Begriffen ausgedrückt, hat der Dampf eine Dichte, die es ihm gestattet, kreisförmigen bzw. komplizierten Strömungspfaden zu folgen. Nachdem der Dampf in das Innere des I)ampfentlüftungsrohres T&sub6; eingetreten ist, strömt er weiter nach oben.
Bisher haben alle gezeigten Dampfentlüftungsrohre einen kreisförmigen Querschnitt. In Figur 5 ist ein Dampfentlüftungsrohr T&sub7; mit quadratischem Querschnitt gezeigt. In Figur 5 umgibt eine Vielzahl von Stäben 20 voller Länge ein Bündel von Teillängenstäben 22. Die Teillängenstäbe 22 enden alle an oberen Enden 40. Da sich die Stäbe 22 in einer 3x3-Anordnung befinden, wird klar sein, daß über den Enden 40 der Teillängenstabe ein Dampfentlüftungsvolumen existiert, das geeigneterweise durch ein Dampfentlüftungsrohr T&sub7; quadratischen Querschnittes eingenommen werden kann.
Das Dampfentlüftungsrohr T&sub7; hat im allgemeinen einen konischen Boden 70, der sich zu einer Rohretruktur 72 mit quadratischem Querschnitt erweitert. Wie zuvor setzt sich die Rohrstruktur 72 nach oben durch die obere Gitterplatte hindurch fort, wobei der obere Teil des Rohres T&sub7; nicht gezeigt ist. Wie zuvor sind Öffnungen 48,46 vorhanden.
In Figur 6A ist ein Dampfentlüftungsrohr gzeigt, das innerhalb eines allgemein konischen Hohlraumes innerhalb eines Brennelementes angeordnet ist. Eine Draufsicht des Dampfentlüftungsrohr T&sub8; ist in Figur 6B gezeigt.
In Figur 6B ist eine 9x9-Anordnung von Brennstäben voller Länge gezeigt. Diese 9x9- Anordnung hat 21 Temängenstäbe 22, die so enden, daß sie unterhalb des Dampfentlüftungsrohres T&sub8; liegen. In Figur 6A ist ersichtlich, daß der zentrale Stab 22 in einer ersten Höhe 91 endet. Zweite Teillängenstäbe 22 enden in einer zweiten Höhe 92. Schließlich endet eine dritte Gruppe von Teillängenstaben 22 in einer dritten Höhe 93. Die Stäbe sind in einer abgestuften Konfiguration ähnlich der angeordnet, die in Ueda, JP Showa 52-50498 gezeigt ist, um vom unteren Abstandshalter S&sub5; bis zur oberen Gitterplatte 16 ein allgemein konisches Volumen zu bilden.
Dieses Volumen ist mit einem stufenweise erweiterten Rohr T&sub8; gefüllt. Das Rohr T&sub8; schließt einen sich erweiternden Abschnitt 100 am oberen Ende des kurzen Teillängenstabes 22 ein. Danach verbindet ein Zylinder 102, der mit einem Kegelstumpf 104 verbunden ist, mit dem Zylinder 106. Ein zweiter Kegelstumpf 108 verbindet mit dem Zylinder 110. Der Zylinder 110 erstreckt sich nach oben bis zu und möglicherweise durch die Gitterplatte 16. Wie zuvor sind abwechselnde Öffnungen 46,48 vorhanden.
In Figur 7 ist eine Öffnung bzw. Entlüftung 46 gezeigt, die sich in der Seite eines Entlüftungsrohres T befindet und den bevorzugten Eintritt von Dampf entlang einem illustrierten Pfad 120 gestattet. Die Öffnung 46 schließt eine obere Öffnung 122 ein, und sie ist von einer linearen Wand 124 aus nach oben angeordnet. Wie ersichtlich, kann Dampf mit semer geringen Dichte dem komplizierten Pfad 120 folgen. Wasser mit seiner höheren Dichte wird an der Öffnung 122 vorbeiströrnen, wie durch den Vektor 126 veranschaulicht. Es wird klar sein, daß die in Figur 7 gezeigte Öffnung in einer planaren Wand vorhanden ist. Diese Öffnung kann genauso einfach an kreisförmige Wandungen angepaßt werden.
In Figur 8 ist eine Öffnung bzw. Lüftungsöffnung gezeigt, die zum Ausstoßen von Wasser aus dem Inneren in der Wand 124 vorhanden ist. Spezifisch wird Wasser norma lerweise gegen die Wand strömen. Da die Öffnung 132 der Öffnung 48 nach unten gerichtet ist, wird Wasser, das entlang der Wand 124 strömt, aus dem Inneren des Dampfentlüftungsrohres T ausgestoßen. Es wird klar sein, daß die Anordnung entsprechender Öffnungen 46,48 und ihre entsprechenden Abmessungen eine Funktion der Größe des Dampfentlüftungsrohres, des Gesamtvolumens des Dampfes, der innerhalb des Rohres strömt, sowie des Gesamtvolumens des Wassers sein wird, das aus dem Rohr ausgestoßen werden soll. Der Designer wird diese Öffnungen daher gemäß den Design-Parametern des jeweiligen Brenn. elementes anordnen und entsprechend dimensionieren.
Es wird klar sein, daß die bevorzugten Ausführungsformen ohne ein Wasserrohr gezeigt worden sind. Der Fachmann wird verstehen, daß ein Wasserrohr hinzugefügt werden kann.
Weiter wurden die Dampfentlüftungsrohre der Erfindung an die Abstandshalter und Gitterplatten befestigt gezeigt. Das Dampfentlüftungsrohr kann ebensogut an dem Ende des Teillängenstabes befestigt werden.

Claims

1. Brennelement (B) für einen Siedewasserreaktor mit:

einer Vielzahl vertikal ausgerichteter, beabstandeter Brennstäbe (20,22) zur Bildung einer Brennstabgruppe innerhalb des Brennelementes zur Erzeugung einer Spaltungsreaktion bei Anwesenheit von Wasser-Moderator, einer unteren Gitterplatte (14), um Wasser-Moderator durch die untere Gitterplatte in das Zwischenvolumen zwischen den Brennstäben zu lassen und die vertikal ausgerichteten und beabstandeten Brennstäbe zu tragen, einer oberen Gitterplatte (16), um Wasser und Dampf aus dem Oberteil des Brennelementes austreten zu lassen und die Brennstäbe (20) voller Länge vertikal ausgerichtet und beabstandet in aufrechtstehender, beabstandeter, seitlicher Beziehung zu halten, einem umgegeben Brennstoffkanal (C), um die Moderatorströmung entlang einem Pfad über die Brennstäbe und von der unteren Gitterplatte zur oberen Gitterplatte zu beschränken, wobei mindestens einer der Brennstäbe ein Teillängenstab (22) ist, der sich von der unteren Gitterplatte vertikal weniger als die volle Länge zur oberen Gitterplatte erstreckt und innerhalb des Brennelementes in einer Disposition endet, worin das obere Ende des mindestens einen Teillängenstabes, hinsichtlich der umgebenden Brennstäbe voller Länge, ein leeres Volumen definiert, das unter der oberen Gitterplatte über dem (den) Teillängenstab (-stäben) liegt, wobei das Brennelement gekennzeichnet ist durch:

mindestens ein Dampf-Entlüftungsrohr (T1-T8), das über mindestens einem der Teillängenstäbe liegt;

eine Einrichtung (16,S6,S7), die das Dampf-Entlüftungsrohr in dem Volumen über dem (den) Teilängenstab (-stäben) trägt, wobei das Dampf-Entlüftungsrohr in dem Volumen des Brennelementes zwischen einem Ende (40) des (der) Teillängenstabes (stäbe) und der oberen Gitterplatte getragen ist;

wobei das Dampf-Entlüftungsrohr eine Öffnung (42) bildet, die zu dem Ende (40) des (der) Teillängenstabes (-stäbe) zur Aufnahme des Dampf-Moderators innerhalb des Hohlraumes angeordnet ist, der über dem (den) Teillängenstab (-stäben) liegt;

wobei das Dampf-Entlüftungsrohr weiter eine Öffnung (44) bildet, die zur oberen Gitterplatte und weg vom Ende des (der) Teillängenstabes (-stäbe) zum Herauslassen des Dampf-Moderators aus dem Brennelement liegt.

2. Brennelement nach Anspruch 1, das eine Vielzahl von den Teillängenstäben auf weist, die im Abstand voneinander angeordnet sind.

3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, worin das Dampf-Entlüftungsrohr über einer Vielzahl der Teillängenstäbe liegt.

4. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Dampf-Entlüftungsrohr eine Vielzahl von Öffnungen (46) in den Seitenwandungen des Dampf-Entlüftungsrohres einschließt, die so konfiguriert sind, daß vorzugsweise Dampf innerhalb des Dampf-Entlüftungsrohres eingelassen ist.

5. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Dampf-Entlüftungsrohr eine Vielzahl von Öffnungen (48) in den Seitenwandungen des Dampf-Entlüftungsrohres einschließt, die derart konfiguriert sind, daß sie vorzugsweise Wasser aus dem Inneren des Dampf-Entlüftungsrohres austreten lassen.

6. Brennelement nach Anspruch 4 oder 5, worin die Öffnungen entlang der Länge des Dampf-Entlüftungsrohres verteilt sind.

7. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Dampf-Entlüftungsrohr, das über dem (den) Teillängenstab (-stäben) angeordnet ist, quadratisch ist.

8. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Dampf-Entlüftungsrohr, das über dem (den) Teillängenstab (-stäben) angeordnet ist, rund ist.

9. Brennelement nach einem vorhergehenden Anspruch, mit einer Einrichtung (19,50) nahe dem Ende (40) des (der) Teillängenstabes (-stäbe) zum Wegleiten von Wasser vorn Dampf-Entlütftungsrohr.

10. Verfahren zum Verbessern des Herausströmens von erzeugtem Dampf aus einem Brennelement für einen Siedewasserreaktor, das die Stufen einschließt:

Schaffen einer Vielzahl vertikal ausgerichteter, beabstandeter Brennstäbe (20,22) zur Bildung einer Brennstabgruppe innerhalb des Brennelementes zur Erzeugung einer Spaltungsreaktion bei Anwesenheit von Wasser-Moderator;

Schaffen einer- unteren Gitterplatte (14), um Wasser-Moderator durch die untere Gitterplatte in das Zwischenvolumen zwischen den Brennstäben eintreten zu lassen und zum Tragen der vertikal ausgerichteten und beabstandeten Brennstäbe;

Schaffen einer oberen Gitterplatte (16), um Wasser und Dampf aus dem Oberteil des Brennelementes austreten zu lassen und die vertikal ausgerichteten und beabstandeten Brennstäbe in einer aufrechten, beabstandeten, seitlichen Beziehung zu halten;

Schaffen eines umgebenden Brennstoffkanals (C), um die Moderator-Strömung entlang einem Pfad über die Brennstäbe und von der unteren Gitterplatte zur oberen Gitterplatte zu beschränken;

Schaffen mindestens eines (22) der Brennstäbe, der sich von der unteren Gitterplatte vertikal um weniger als die volle Länge zur oberen Gitterplatte erstreckt und innerhalb des Brennelementes in einer Disposition endet, worin das obere Ende des (der) Teillängenstabes (-stäbe), hinsichtlich der umgebenden Brennstäbe ein leeres Volumen bildet, das unter der oberen Gitterplatte über dem Teillängenstab liegt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Schaffen mindestens eines Dampf-Entlüftungsrohres (T1-T8), das über mindestens einem der Teillängenstäbe liegt;

Tragen (S6,S7,16) des Dampf-Entlüftungsrohres in dem Volumen, das über dem Teillängenstab liegt, wobei das Dampf-Entlüftungsrohr in dem Volumen des Brennelementes zwischen einem Ende (40) des Teillängenstabes und der oberen Gitterplatte getragen ist;

Bilden einer Öffnung (42) in dem Dampf-Entlüftungsrohr, die an dem Ende (40) des Teillängenstabes angeordnet ist, um innerhalb des Hohlraumes, der über dem Teillängenstab liegt, Dampf-Moderator aufzunehmen;

Bilden einer Öffnung (44) in dem Dampf-Entlüftungsrohr, die zu der oberen Gitterplatte hin angeordnet ist, um Dampf-Moderators aus dem Brennelement austreten zu lassen und

Reagierenlassen des Brennelementes in Gegenwart von Wasser-Moderator, um in der oberen Zweiphasen-Region des Brennelementes, benachbart dem Teillängenstab, eine Zweiphasen-Mischung aus Dampf und flüssigem Moderator zu bilden, wobei der Dampf einen bevorzugten Strömungspfad in dem Dampf-Entlüftungsrohr vom oberen Teil des Teillängenstabes zur unteren Gitterplatte findet.