DE69623715T2

DE69623715T2 - Brennstabbündelaufbau unter Benützung des Brennstoffkanals als tragendes Element sowie Verfahren zum Entnehmen eines Brennstabbündels aus dem Brennstoffkanal

Info

Publication number: DE69623715T2
Application number: DE69623715T
Authority: DE
Inventors: Thomas Gerald Dunlap; Robert Bruce Elkins; Christian David Frederickson; Russell Patrick Higgins; Richard Alan Proebstle
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2016-10-12
Also published as: DE69623715D1; US5610961A; JPH09166676A; EP0768677A1; EP0768677B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft die Konstruktion einer Brennstoffanordnung in einem Siedewasser-Kernreaktorgefäß und insbesondere eine Brennstoffanordnungskonstruktion, die den Kanal wahlweise zur Unterstützung ihrer Last verwendet, so dass keine Brennstoff-Ankerstäbe benötigt werden.

HINTERGRUND

Eine herkömmliche Brennstoffanordnung in einem Siedewasser- Kernreaktorgefäß enthält eine untere Ankerplatte, eine obere Ankerplatte und eine Matrix der zwischen den oberen und unteren Ankerplatten getragenen, versiegelten Brennstäbe. Die Brennstäbe enthalten Kernbrennstoff-Pellets in versiegelter Einschließung zur Unterstützung einer erforderlichen kritischen Reaktion für die Erzeugung von Dampf. Eine oder mehrere Kühlmittelstangen sind in der Brennstabmatrix enthalten und werden ebenfalls zwischen den oberen und unteren Ankerplatten getragen. Ein Kanal umgibt die Ankerplatten, Brennstäbe und Kühlmittelstange. Dieser Kanal weist im Allgemeinen einen quadratischen Querschnitt auf und besteht aus Metall (vorzugsweise einer Legierung mit der Bezeichnung Zircaloy). Von der Unterseite der Brennstoffanordnung fließt Wasser zur Oberseite der Brennstoffanordnung. Wasser tritt durch die untere Ankerplatte im Kanal ein und fließt zwischen den aufrecht stehenden Brennstäben hindurch. Wasser und erzeugter Dampf treten aus dem Inneren des Kanals zwischen den Brennstäben und durch die obere Ankerplatte aus. Der Kanal begrenzt den erforderlichen mäßigenden Kühlmittelfluss auf einen Fließweg, der zwischen den Ankerplatten begrenzt ist.
Die untere Ankerplatte und die obere Ankerplatte dienen der Unterstützung der versiegelten Brennstäbe in der vertikalen und aufrecht stehenden Matrix. In der Regel bildet die obere Ankerplatte eine darüber liegende Matrix aus Brennstab-Stützpunkten. Herkömmlich werden Ankerstangen und Armaturen mit entsprechenden Außengewinden in ungefähr acht dieser Stützpunkte angeordnet. Die Ankerstangen, die ähnlich wie Brennstäbe Brennstoff enthalten, sind an ihren unteren Enden mit einem Gewinde versehen, damit sie an der unteren Ankerplatte befestigt werden können. Die untere Ankerplatte formt analog eine darunter liegende Matrix aus Brennstab-Stützpunkten. Diese darunter liegenden Stützpunkte entsprechen zum größten Teil den darüber liegenden Stützpunkten der oberen Ankerplatte. Herkömmlich sind ungefähr acht dieser Stützpunkte mit Innengewindeöffnungen versehen, die den darüber liegenden Öffnungen in den oberen Ankerplatten entsprechen. In diese mit Gewinde versehenen Stützpunkte in den unteren Ankerplatten werden die unteren Gewindeenden der Brennstoff-Ankerstangen gesteckt. Herkömmlich werden somit also die beiden Ankerplatten mit den Brennstoff-Ankerstangen zusammengebunden.
Die Ankerplatten definieren darüber hinaus eine Matrix aus Öffnungen, damit Flüssigkeit in die Brennstoffanordnung hinein und wieder aus ihr hinaus fließen kann. Insbesondere definiert die untere Ankerplatte eine erste Matrix von Öffnungen, damit Wasser als Kühlmittel einfließen kann. Dieses Kühlmittel mäßigt oder verlangsamt durch Reaktion produzierte schnelle Neutronen zur Erzeugung von langsamen oder thermalen Neutronen, die die Reaktion fortsetzen. Gleichzeitig wird ein Teil des Kühlmittels in Dampf verwandelt, während das Kühlmittel nach oben durch die Brennstoffanordnung im Kanal fließt. Dieser Dampf und das Kühlmittel, das nicht in Dampf verwandelt wird und in der Flüssigphase bleibt, muss durch die obere Ankerplatte austreten. Daher formt die obere Ankerplatte ihre eigene Matrix von Öffnungen zwischen ihrer Matrix von Brennstab-Stützpunkten. Die Matrix von Öffnungen der oberen Ankerplatte gestattet den Ausfluss des zweiphasigen Dampf/Wasser- Gemisches aus der Brennstoffanordnung.
Das Brennstoffbündel muss in regelmäßigen Abständen während sogenannten Stillstandszeiten eines Reaktors ersetzt und/oder inspiziert werden. Diese Stillstandszeiten treten dann auf, wenn die überliegende Komponente des zentralen Dampferzeugungskerns eines Kernreaktors entfernt wird, um Zugang durch Abschirmwasser zum Kern zu schaffen. In solchen Stillstandszeiten werden Abschnitte des Reaktorgefäßkerns entfernt, inspiziert und/oder ersetzt. Die für Inspektionszwecke zu ersetzenden Brennstoffbündel des in ein strahlenlöschendes Wasserbad eingetauchten Kerns werden entfernt, indem die Brennstoffanordnung aus der Ferne an einem Griff ergriffen wird. Der Griff muss auf der Oberseite der Brennstoffanordnung einen Stützpunkt für das gesamte Gewicht der Brennstoffanordnung in herabhängender Beziehung definieren, wenn die Anordnung aus dem Gefäß entfernt wird. Wenn die Brennstoffanordnung am Griff gestützt wird, wird das gesamte Gewicht der Brennstoffanordnung durch den Griff getragen. Dieses Gewicht enthält auch das Gewicht der Brennstäbe und Kühlmittelstangen, das Gewicht der oberen Ankerplatte, das Gewicht der unteren Ankerplatte und das Gewicht des umliegenden Kanals (über 272.16 kg(600 Pfund)).
Sobald die Brennstoffanordnung aus dem Gefäß entfernt ist können die Ankerplatten, Brennstäbe und Kühlmittelstangen vom Kanal getrennt werden. Nach Trennung vom Kanal können die Brennstäbe leicht inspiziert und/oder ersetzt werden. Herkömmlich neigen die Gewindeverschlüsse der Brennstoff- Ankerstäbe aber dazu, in den Gewindeverbindungen festzuklemmen, so dass der Austausch der Brennstoff-Ankerstäbe schwierig und zeitraubend ist. Mit zunehmender Lebenszeit der Brennstoffanordnung werden die Brennstoff- Ankerstäbe darüber hinaus durch Korrosionswirkungen geschwächt. Diese Schwächung wird durch korrosionsbedingtes Dünnerwerden des Materials und durch Verringerung der Dehnbarkeit durch Bildung von Wasserstoff und dessen Absorption verursacht.
EP-A-550868 zeigt eine Brennstoffanordnurg, in der die Unterstützung der Brennstäbe von einer Skelettkonstruktion oder einem primären Lastpfad (zentrale Wasserstange) abhängt, die die oberen und unteren Ankerplatten und Abstandsplatten enthält. Diese Anordnung ist wegen der begrenzten Oberfläche mit Korrosionsproblemen behaftet.
Deshalb besteht Bedarf an einer Brennstoffanordnungskonstruktion, die keine Brennstoff-Ankerstäbe enthält, die über ein Gewinde zwischen den oberen und unteren Ankerplatten verbunden sind. Ferner besteht Bedarf an der Verwendung eines Strukturlastpfads für die Brennstoffanordnung, der weniger von Korrosionswirkungen beeinflusst wird. Die Korrosion ein Oberflächenphänomen ist, liefert eine Konstruktion mit hohem Volumen Zur Oberfläche im Allgemeinen mehr Spielraum. Ohne dem allgemeinen Design der Siedewasserreaktor-Brennstoffanordnungen zusätzliche Strukturen hinzuzufügen, ist die Komponente mit dem größten Volumen zur Oberfläche der Kanal.
Bei der Konstruktion einer Kernbrennstoffanordnung ist der Druckaufbau in den Brennstäben durch Freisetzung von Spaltgas ein einschränkender Faktor für sehr hohe Exposition. Außerdem nimmt das Differentialstrahlenwachstum der Brennstäbe und Wasserstangen bei hohen Expositionen an Signifikanz zu, so dass sehr lange Rohrverschlussverlängerungen notwendig sind, die bei den aktuellen Designs der oberen Ankerplatte seitlich von Bossen geführt werden. Diese langen Rohrverschlussverlängerungen verringern die verfügbare Länge des zur Aufnahme des freigesetzten Spaltgases verwendeten Brennstabplenums. Die zur Zeit verwendeten Designs der oberen Rohrverschlüsse und oberen Ankerplatte erfordern komplizierte Bearbeitung. Außerdem sind diese Komponenten und die Verlängerungsfedern teuer.
Die Erfindung will daher die Konstruktion des oberen Ankerplattengitters, das zur Zeit die oberen Enden der Brennstäbe seitlich führt, durch eine Griffanordnung ersetzen, die die Ankerstange unter Umständen vollständig eliminieren kann. Die Griffanordnung greift in die Wasserstange ein und kann wahlweise mit dem Kanal in Eingriff gebracht werden, wenn das obere Ankerplattengitter eliminiert ist, wobei die Brennstäbe in der Länge soweit ausgefahren werden können, dass ausreichender Spielraum mit dem oberen Griff der Brennstoffanordnung und der Ausrüstung zum Handhaben des Brennstoffs aufrechterhalten wird. Die oberen Rohrverschlüsse können auch verkürzt werden, um eine weitere Verlängerung der Länge des Brennstabplenums zu ermöglichen. Die Eliminierung der oberen Ankerplatte mit ihrer komplizierten Gitterstruktur vermindert darüber hinaus die Strömungseinschränkung und den Druckabfall auf der Oberseite des Bündels und ermöglicht es, die Gesamtkosten für die Herstellung der Brennstoffanordnung zu reduzieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass einige Brennstäbe aus dem Bündel entfernt werden können, ohne andere strukturelle Glieder vom oberen Ende des Bündels entfernen zu müssen.
Wenn das obere Ankerplattengitter eliminiert ist, sind die anderen nicht strukturellen Brennstäbe und Wasserstangen an ihren oberen Enden frei. Wenn notwendig oder erwünscht kann der oberste (oder ein zusätzlicher) Abstandhalter in der Nähe der oberen Enden der Stangen angeordnet werden, um seitliche Unterstützung zu bieten. Jetzt können sehr kurze obere Rohrverschlüsse verwendet werden, weil sie lediglich als Dichtung für die oberen Enden der Brennstäbe dienen, so dass die Plenumbereiche der Brennstäbe verlängert werden können.
Nach einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt wird eine Brennstoffanordnung für ein Kernreaktorgefäß bereitgestellt, die eine Vielzahl von Brennstäben; mindestens eine Kühlmittelstange; einen diese Vielzahl von Brennstäben und diese mindestens eine Kühlmittelstange umgebenden Kanal; eine untere Ankerplatte, die diese Vielzahl von Brennstäben und diese mindestens eine Kühlmittelstange unterstützt; eine Griffanordnung, die in diesem Kanal angeordnet ist und diese mindestens eine Kühlmittelstange aufnimmt; und eine Verbindungsstruktur, die diese Griffanordnung lösbar mit diesem Kanal verbindet, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass diese untere Ankerplatte so von diesem Kanal unterstützt wird, dass dieser Kanal im normalen Betrieb beim Heben der Brennstoffanordnung mit der Griffanordnung die Strukturlast dieser Brennstoffanordnung trägt.
Die Verbindungsstruktur kann mindestens einen aus- und einfahrbaren Haltestift aufweisen, wobei der Kanal eine entsprechende zumindest eine Öffnung zur Aufnahme des Haltestifts umfasst. Die Verbindungsstruktur kann zwei einander gegenüberliegende, ausfahrbare und einfahrbare Haltestifte aufweisen, wobei der Kanal entsprechend zwei sich gegenüberliegende Öffnungen zur Aufnahme der Haltestifte umfasst. Die Griffanordnung kann zwei Bossenglieder aufweisen, die jeweils einen Kanal darin enthalten, wobei jeweils ein Haltestift beweglich in einem Kanal angeordnet ist. Die Bossenglieder können mit dieser Griffanordnung einstückig geformt sein.
Der Haltestift kann einen Innenschaft aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er beweglich in diesem Haltestift-Kanal angeordnet werden kann, und einen Außenschaft, der den Innenschaft umgibt und so konfiguriert ist, dass er beweglich in diesem; Haltestift-Kanal angeordnet werden kann, wobei der Innenschaft relativ zum Außenschaft beweglich ist.
Die Verbindungsstruktur kann mindestens eine im Haltestift-Kanal gebildete ringförmige Nut aufweisen, eine in dem Außenschaft gebildete Öffnung und ein in der Öffnung angeordnetes Verankerungsglied, das mit der mindestens einen ringförmigen Nut und dem Innenschaft in Eingriff gebracht werden kann. Das Verankerungsglied ist vorzugsweise eine Kugel.
Der Innenschaft kann einen Übergangsschaftabschnitt und einen inneren Schaftkopf aufweisen, wobei der innere Schaftkopf einen Abschnitt mit einem ersten Durchmesser, einen Abschnitt mit einem sich verjüngenden Durchmesser und einen Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner ist als der Abschnitt mit dem ersten Durchmesser aufweisen. Dabei greift das Verankerungsglied in den Innenschaft am Abschnitt mit dem sich verjüngenden Durchmesser (oder einem flachen Abschnitt) des inneren Schaftkopfes ein. Der Haltestift kann ferner einen Arretierstift aufweisen, der an einem Innenende des Außenschaftes befestigt ist und einen Vorsprung im Außenschaft definiert, und die Haltestiftanordnung kann ferner eine Feder aufweisen, die zwischen dem Vorsprung und dem Abschnitt mit dem ersten Durchmesser des inneren Schaftkopfes angeordnet ist.
Die Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Brennstoffanordnung;
Fig. 2 eine Ansicht entlang Linie 11-11 in Fig. 1;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht durch Linie III-III in Fig. 2;
Fig. 4 eine untere Ansicht der erfindungsgemäßen Brennstoffanordnung;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Kanalführung;
Fig. 6 eine Seitenansicht der Kanalführung entlang Linie VI-VI in Fig. 5;
Fig. 7 die Verbindungsstruktur zur Verbindung der Kanalführung mit der oberen Ankerplatte;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Griffanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 eine Vorderansicht des oberen Abschnitts der Brennstoffanordnung ohne den Kanal;
Fig. 10 eine Draufsicht der Brennstoffanordnung; und
Fig. 11 eine Querschnittsansicht durch Linie XI-XI in Fig. 10.

BESTES VERFAHREN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Brennstoffanordnung für einen Siedewasser-Kernreaktor gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Brennstoffanordnung 10 enthält eine Vielzahl von Brennstäben 12, ein Paar Kühlmittelstangen 14 (zwei Kühlmittelstangen 14 sind in der bevorzugten Ausführungsform erläutert und beschrieben, aber in solchen Brennstoffanordnungen wird häufig nur eine einzelne Kühlmittelstange verwendet), sowie einen Kanal 16, der die Brennstäbe 12 und die Kühlmittelstangen 14 umgibt. Die Brennstäbe 12 sind vorzugsweise in einer 10 · 10 Matrix angeordnet und sind durch eine Vielzahl von Abstandhaltern 18 gegen eine seitliche Bewegung im Kanal gesichert. Die Kühlmittelstangen 14 sind im Allgemeinen zentrisch in der Brennstabmatrix angeordnet. An den unteren und oberen Enden der Kühlmittelstangen 14 sind kleine Löcher vorgesehen, so dass Wasser durch die Stange getrieben werden kann und somit moderierendes Material in die Brennstabmatrix eingeführt wird. Eine Wasserstange dient darüber hinaus als Abstandshalter-Haltestange, die mechanisch mit jedem Abstandhalter 18 verriegelt ist und so die axiale Position jedes Abstandhalters 18 festlegt. Die Abstandhalter 18 der Brennstäbe sind zum Aufrechterhalten des Abstands zwischen den Stäben mit Inconel-X-Federn ausgestattet.
Die Brennstäbe 12 und die Kühlmittelstangen 14 werden von einer unteren Ankerplatte 20 gestützt. In dieser Ausführungsform nimmt die obere Ankerplatte 22 die Brennstäbe 12 und die Kühlmittelstangen 14 auf und begrenzt eine seitliche Bewegung. Rohrverschlüsse der Brennstäbe besitzen Stifte, die in Ankerlöcher in den Ankerplatten 20, 22 passen. Durch einen Expansionsraum über dem oberen Rohrverschluss jedes Brennstabes können die Brennstäbe sich axial ausdehnen, indem sie zur Aufnahme der axialen Wärmeausdehnungsdifferenz in den Löchern in der oberen Ankerplatte gleiten. Im Gegensatz zur herkömmlichen Konstruktion ist keiner der Brennstäbe über ein Gewinde in die untere Ankerplatte 20 oder die obere Ankerplatte 22 eingeführt. Eine oder beide Kühlmittelstangen 14 können fest in die untere Ankerplatte 20 eingeschraubt sein. Wie oben in Zusammenhang mit dem Stand der Technik besprochen, ist eine Verschraubung mit den Ankerplatten 20, 22 nicht wünschenswert, weil die Gewinde dazu neigen, bei längeren Submersionszeiten festzuklemmen. Im Gegensatz zu den Brennstäben 12 müssen die Kühlmittelstangen 14 aber nicht ganz so häufig aus dem Bündel entfernt werden wie die Brennstäbe 12. In der vorliegenden Erfindung sind daher die Kühlmittelstangen 14 mit einer oder beiden Ankerplatten 20, 22 verschraubt oder anderweitig fest verbunden.
Ein Übergangsglied 24 stützt die untere Ankerplatte 20 im Kanal 16 und dient als Übergang zum Nasenstück 26. Der Kanal 16 ist über eine beliebige Konstruktion am Übergangsglied 24 befestigt. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Bolzen 28 durch den Kanal und in das Übergangsglied 24 geschraubt. Vorzugsweise werden vier Bolzen 28 eingeschraubt, und zwar jeweils einer durch jede Seite des im Wesentlichen quadratischen Querschnitts des Kanals 16. Das Übergangsglied 24 weist entsprechende Aufnahmelöcher für die Gewindebolzen auf jeder Seite seines entsprechenden quadratischen Querschnitts auf. Die Bolzen 28 bestehen vorzugsweise aus Legierung X-750.
Eine Tragegriffanordnung 32 ist einstückig mit der oberen Ankerplatte 22 geformt. Bezugnehmend auf Fig. 1 und 2 enthält die Tragegriffanordnung 32 einen Tragegriff 33 und zwei Bossenglieder 34. Fig. 3 ist ein Querschnitt durch Linie III-III in Fig. 2. Die Bossenglieder 34 enthalten einen darin gebildeten Kanal 36. Ein Haltestift 38 ist beweglich im Kanal 36 angeordnet. Eine Haltestiftkappe 40 ist an einem äußeren Ende des Haltestifts 38 befestigt und weist einen ersten äußersten Durchmesser auf, der so konfiguriert ist, dass er durch eine Haltestiftöffnung 42 im Kanal 16 ausgefahren werden kann, und einen zweiten innersten Durchmesser, der größer ist als die Haltestiftöffnung 42 im Kanal 16 und der als Anschlagfläche für den Haltestift 38 dient. Eine Innenfläche der Haltestiftkappe 40 begrenzt den Kanal 36 in den Bossengliedern 34. Eine Feder 44 ist um den Haltestift 38 im Kanal 36 herum zwischen der Innenfläche der Haltestiftkappe 40 und einem Ende des Kanals 36 angeordnet. Die Feder 44 drückt den Haltestift 38 in eine ausgefahrene Position in Eingriff mit der Haltestiftöffnung 42 im Kanal 16.
Da das Übergangsglied 24 im Betrieb über den Bolzen 28 starr mit dem Kanal 16 verbunden ist und der Haltestift 38 in die Haltestiftöffnung 42 im Kanal 16 eingeführt ist, trägt der Kanal 16 die Strukturlast der Brennstoffanordnung 10, wenn die Brennstoffanordnung 10 mit der Griffanordnung 32 angehoben wird. Wie oben beschrieben hat der Kanal 16 das höchste Volumen zur Oberfläche der Komponenten der Brennstoffanordnung 10 und kann Korrosionswirkungen besser vermeiden.
Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 3 ist ein Bolzen 43 zwischen den Wasserstangen 14 in einer Öffnung 45 in der oberen Ankerplatte 22 angeordnet. Der Bolzen 43 erstreckt sich in einen Kanal 47. Ein im Wesentlichen zylindrisches Glied 51 ist am Ende des Bolzens 43 befestigt und begrenzt den Kanal 47. Eine Feder 53 umgibt den Bolzen 43 in dem vom zylindrischen Glied 51 und der Oberseite des Kanals 47 begrenzten Raum. Die Feder 53 dient dazu, die obere Ankerplatte 22 im Abstand von den Hauptfederstützen 55 der Wasserstange wie in Fig. 3 gezeigt zu halten. Darüber hinaus drückt die Feder 53 die obere Ankerplatte 22 nach oben, so dass die Haltestifte in ein oberes Ende der Haltestiftöffnungen 42 eingreifen. Weiterhin werden Vorlastkräfte der Hauptfedern der Wasserstange von der oberen Ankerplatte 22 abgelenkt.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht durch Linie IV-IV in Fig. 1. Durch den Kanal 16 neben dem Übergangsglied 24 verlaufen eine Vielzahl von Endkeilen oder Clips 48, die am Kanal 16 befestigt sind und die in entsprechende Schlitze 49 im Übergangsglied 24 eingeführt sind. Die Clips 48 dienen als Reservestützen für die Anordnung, falls die Bolzen 28 versagen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind vier Endclips 48 vorgesehen, die jeweils an einer Ecke des Kanals 16 befestigt sind. Die Endclips 48 sind vorzugsweise mit dem Kanal verschweißt.
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Kanalführung 50. Die Kanalführung 50 enthält zwei Kanalführungsarme 52, die im Wesentlichen in einem Winkel von 90º angeordnet sind. Eine Mittelplatte 54 ist im Wesentlichen zwischen den Armen 52 angeordnet. Die Mittelplatte 54 besteht aus einem Keil mit einer Gewindeöffnung 56 darin. Die Kanalführung 50 ist so konfiguriert, dass sie den Kanal 16 umgibt, und ist über die Öffnung 56 in der Mittelplatte 54 an einem Eckpfosten 35 der oberen Ankerplatte 22 mit einem Bolzen 66 befestigt. Der Eckpfosten 35 ist einstückig mit der oberen Ankerplatte 22 geformt. Der die Kanalführung 50 am Eckpfosten 35 der oberen Ankerplatte 22 befestigende Bolzen 66 ist in Fig. 7 gezeigt.
Bezugnehmend auf Fig. 6 sind zwei Federblätter 58 in der Nähe der Mittelplatte 54 angeordnet, die die Kanalführung 50 entlang dem Kanal 16 unterstützen können. An einem Ende jedes Arms 52 befindet sich ein Schenkel 60, der so konfiguriert ist, dass er sich entlang dem Kanal 16 in dieselbe Richtung erstreckt wie die Federblätter 58. Ein Ohr 62 steht von jedem Schenkel 60 zum Kanal 16 vor. Bezugnehmend auf Fig. 1 enthält der Kanal ferner Ohröffnungen 64, die Ohren 62 aufnehmen können. Die Ohröffnungen 64 weisen sowohl in Längsrichtung als auch in axialer Richtung eine etwas größere Größe auf als die Ohren 62, damit die Ohren 62 frei in die Ohröffnungen 64 eingeführt und wieder daraus entfernt werden können und die axiale Wärmeausdehnungsdifferenz aufnehmen können. Die Ohren 62 und die Ohröffnungen 64 bieten somit eine Reserveunterstützung zwischen der oberen Ankerplatte 22 und dem Kanal 16, falls die unter Federdruck stehenden Haltestifte 38 ausfallen.
Wenn die obere Ankerplatte aus der Anordnung entfernt werden soll, wird der Bolzen 66 aus dem Eckpfosten 35 der oberen Ankerplatte 22 entfernt und die Kanalführung 50 wird herausgenommen. Die Haltestifte 38 werden dann entweder manuell oder mit einem Werkzeug gegen die Kraft der Federn 44 zusammengedrückt und die Ankerplatte wird mit der Tragegriffanordnung 33 von der Anordnung abgehoben. Das Brennstoffbündel kann dann aus dem Kanal 16 entfernt werden, indem ein bekannter Greifkopf an den Kühlstangenenden befestigt wird, die eine spezielle Form für ein Befestigungswerkzeug aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung fehlt bezugnehmend auf Fig. 8-10 am oberen Ende der Brennstoffbündelanordnung 10 die herkömmliche obere Ankerplatte, die normalerweise die oberen Enden der Brennstäbe 12 aufnehmen und starr mit speziellen, als Ankerstangen dienenden Brennstäben (die ebenfalls starr mit der unteren Ankerplatte verbunden sind) verbinden würde. Statt dessen ist eine Griff- oder Hebegriffanordnung 70 vorgesehen. Die Griffanordnung 70 befindet sich über den oberen freien Enden der Brennstäbe 12 wie in Fig. 9 gezeigt. Die Griffanordnung 70 enthält einen Tragegriff 72, der einstückig mit einem Paar Bossenglieder 74 mit Kanälen 76 darin geformt ist. Ein Querglied 78 mit einem Paar Schutzrollen 80 ist so konfiguriert, dass es im Wesentlichen senkrecht zum Tragegriff 72 steht. Wie in Fig. 8 gezeigt ist die mittlere Ebene der Griffanordnung 70 unter der Ebene, die von der Längsachse der Kanäle 76 definiert wird, angeordnet. Die Kühlmittelstangen 12 erstrecken sich nach oben durch die Löcher 82 in der mittleren Ebene.
Die Kanäle 76 der Griffanordnung 70 sind jeweils so konfiguriert, dass sie einen Haltestift aufnehmen, wie z. B. den oben beschriebenen Haltestift 38, zum wahlweisen Eingriff mit dem Kanal 16. Fig. 11 zeigt eine alternative erfinddungsgemäße Haltestiftanordnung 100. Die restliche Konstruktion ist genau wie oben beschrieben und gleiche Bezugsziffern bezeichnen analoge Elemente.
Bezugnehmend auf Fig. 11 besteht jeder Haltestift in dieser Anordnung aus einem Außenschaft 302 und einem Innenschaft 304. Der Außenschaft 302 ist im Kanal 76 angeordnet und umgibt den Innenschaft 304. Ein Kopfteil des Außenschafts 302 enthält einen vertieften Bereich 306, der den Kanal 16 der Brennstoffanordnung aufnehmen kann. Der Außenschaft 302 enthält eine Vielzahl von Löchern 308, mindestens drei und vorzugsweise ungefähr fünf, die gleichmäßig über den Umfang des Außenschafts 302 im Abstand angeordnet sind. Die Löcher 308 dienen der Aufnahme eines Verankerungsglieds bzw. einer Kugel 310. Ein Arretierring 312 ist am innersten Ende des Außenschaftes 302 befestigt, vorzugsweise über Gewinde, und bietet einen Vorsprung für die Feder 44.
Der Innenschaft 304 enthält einen Übergangsschaftabschnitt 316 und einen inneren Schaftkopf 318. Der innere Schaftkopf 318 enthält einen Abschnitt 320 mit einem ersten Durchmesser, einen verjüngten Abschnitt 322 und einen Abschnitt 324 mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner ist als der erste Durchmesser von Abschnitt 320. Der verjüngte Abschnitt 322 ist relativ zum Außenschaft neben den Löchern 308 angeordnet, so dass die Kugeln 310 den verjüngten Abschnitt 322 berühren. Der Kanal 76 enthält eine ringförmige Nut 326, die so geformt ist, dass sie die Kugeln 310 aufnehmen kann.
In der in Fig. 11 gezeigten Position ist der vertiefte Abschnitt 306 des Außenschafts 302 durch eine Öffnung im Kanal 16 so ausgefahren, dass die Haltestiftanordnung die Griffanordnung 70 mit dem Kanal 16 verbindet. Die Feder 44 drückt die Verankerungsglieder oder Kugeln 310 in eine radial auswärts gerichtete Stellung, indem sie den Innenschaft 304 so bewegt, dass der verjüngte Abschnitt 322 und der Abschnitt 320 mit dem ersten Durchmesser die Kugeln 310 in der Nut 326 anordnen. Dadurch wird die Haltestiftanordnung 300 formschlüssig in der Position in Eingriff mit dem Kanal arretiert.
Um die Haltestiftanordnung so zu bewegen, dass sie sich vom Kanal löst, verschiebt ein externes Werkzeug den Innenschaft 304 nach innen gegen die Kraft der Federn 44 über Zugriffslöcher 327. Dadurch werden die Kugeln 310 durch die relative Bewegung der verjüngten Abschnitte 322 aus ihrem formschlüssigen Eingriff in den Nuten 326 freigegeben. Die Außenschäfte 302 werden dann von dem externen Werkzeug nach innen getrieben und bleiben durch Reibung dort. In dieser Konfiguration kann die Griffanordnung 70 aus der Brennstoffanordnung genommen werden, so dass mit einem separaten Werkzeug zur Entnahme des Brennstoffbündels aus dem Kanal 16 auf die Wasserstangen zugegriffen werden kann.
Hier sei auch angemerkt, dass durch die Eliminierung der oberen Ankerplatte die herkömmlichen Rohrverschlüsse der Brennstäbe axial verkürzt werden können, wie in Fig. 9 gezeigt, so dass der eigentliche Brennstab verlängert werden kann, so dass die Plenumlänge des Brennstabs maximiert wird.
Obwohl die veranschaulichte und beschriebene Haltestiftanordnung bevorzugt wird, kann sich ein Fachmann auch andere Haltestiftanordnungen ausdenken, die eine äquivalente Wirkungsweise aufweisen. Beispiele für solche anderen Haltestiftanordnungen sind beispielsweise in der eigenen mitanhängigen US- Anmeldung mit der laufenden Nr. 08/ (Anwaltsschein Nr. 1585- 118), eingereicht am 7. November 1995, beschrieben, wobei die Offenbarung hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird. Die Erfindung ist daher nicht einschränkend auszulegen.
Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit den nach derzeitigem Kenntnisstand praktischsten und bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, aber es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern dass im Gegenteil beabsichtigt ist, innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abzudecken.

Claims

1. Brennstoffanordnung (10) für ein Kernreaktorgefäß, wobei die Brennstoffanordnung Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Brennstäben (12); mindestens eine Kühlmittelstange (14); einen diese Vielzahl von Brennstäben (12) und diese mindestens eine Kühlmittelstange (14) umgebenden Kanal (16); eine untere Ankerplatte (20), die diese Vielzahl von Brennstäben (12) und diese mindestens eine Kühlmittelstange (14) unterstützt; eine Griffanordnung (32), die in diesem Kanal (16) angeordnet ist und diese mindestens eine Kühlmittelstange (14) aufnimmt; und eine Verbindungsstruktur, die diese Griffanordnung (32) lösbar mit diesem Kanal (16) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass diese untere Ankerplatte so von diesem Kanal (16) unterstützt wird, dass dieser Kanal (16) im normalen Betrieb beim Heben der Brennstoffanordnung (10) mit der Griffanordnung (32) die Strukturlast dieser Brennstoffanordnung trägt.

2. Brennstoffanordnung nach Anspruch 1, worin diese Verbindungsstruktur mindestens einen ausfahrbaren und einfahrbaren Haltestift (38) aufweist, wobei dieser Kanal (16) eine entsprechende zumindest eine Öffnung (42) zur Aufnahme dieses Haltestifts (38) umfasst.

3. Brennstoffanordnung nach Anspruch 2, worin diese Verbindungsstruktur zwei einander gegenüberliegende, ausfahrbare und einfahrbare Haltestifte (38) aufweist, wobei dieser Kanal (16) entsprechend zumindest zwei sich gegenüberliegende Öffnungen (42) zur Aufnahme dieser Haltestifte (38) umfasst.

4. Brennstoffanordnung nach Anspruch 3, worin diese Griffanordnung (32) zwei Bossenglieder (34) aufweist, die jeweils einen Kanal (36; 76) darin enthalten, wobei diese Haltestifte (38) beweglich in jedem dieser Kanäle (36; 76) angeordnet sind.

5. Brennstoffanordnung nach Anspruch 4, worin diese Bossenglieder (34) mit dieser Griffanordnung einstückig geformt sind.

6. Brennstoffanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, worin dieser Haltestift (38) einen Innenschaft (304), der so konfiguriert ist, dass er beweglich in diesem Haltestift-Kanal (36; 76) angeordnet werden kann, und einen Außenschaft (302), der diesen Innenschaft (304) umgibt und so konfiguriert ist, dass er beweglich in diesem Haltestift-Kanal (36; 76) angeordnet werden kann, umfasst, wobei dieser Innenschaft (304) relativ zu diesem Außenschaft (302) beweglich ist.

7. Brennstoffanordnung nach Anspruch 6, worin diese Verbindungsstruktur ferner mindestens eine in diesem Haltestift-Kanal (36; 76) gebildete ringförmige Nut (326); eine in diesem Außenschaft (302) gebildete Öffnung (308); und ein in dieser Öffnung (308) angeordnetes Verankerungsglied umfasst, das mit dieser mindestens einen ringförmigen Nut und diesem Innenschaft (304) in Eingriff gebracht werden kann.

8. Brennstoffanordnung nach Anspruch 7, worin dieses Verankerungsglied eine Kugel (310) ist.

9. Brennstoffanordnung nach Anspruch 8, worin dieser Innenschaft (304) einen Übergangsschaftabschnitt (316) und einen inneren Schaftkopf (318) aufweist, wobei dieser innere Schaftkopf (31) einen Abschnitt mit einem ersten Durchmesser (320), einen Abschnitt mit einem sich verjüngenden Durchmesser (322) und einen Abschnitt mit einen zweiten Durchmesser (324), der kleiner ist als der Abschnitt mit dem ersten Durchmesser (320), umfasst, wobei dieses Verankerungsglied (310) in den Innenschaft (304) an diesem Abschnitt mit einem sich verjüngenden Durchmesser (322) dieses inneren Schaftkopfes (318) eingreift.

10. Brennstoffanordnung nach Anspruch 9, worin dieser Haltestift (38) ferner einen Arretierring (312) aufweist, der an einem Innenende dieses Außenschaftes (302) befestigt ist und einen Vorsprung in diesem Außenschaft (302) definiert, wobei die Haltestiftanordnung ferner eine Feder (44) aufweist, die zwischen diesem Vorsprung und diesem Abschnitt mit einem ersten Durchmesser (320) dieses inneren Schaftkopfes (318) angeordnet ist.