DE9207668U1 - Brennelement eines Kernreaktors und gitterförmiger Abstandhalter für dieses Brennelement - Google Patents

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Brennelement eines Kernreaktors und gitterförmiger Abstandhalter für dieses Brennelement

Die Erfindung betrifft ein rechteckiges Brennelement mit Brennstäben, die in Maschen eines regelmäßigen Gitters sitzen, insbesondere ein Brennelement mit Brennstäben, die in zueinander parallelen, äquidistanten Längsreihen und dazu senkrechten, äquidistanten Querreihen angeordnet sind, wobei die am Rand des Brennelementes angeordneten Brennstäbe zwei Querreihen und zwei Längsreihen bilden.

Die Erfindung betrifft ferner einen gitterförmigen Abstandhalter für die Brennstäbe eines derartigen Brennelementes, wobei jeder Brennstab in einer von zwei Längsstegen und zwei Querstegen gebildeten Gittermasche sitzt.

Die Brennstäbe im Kern eines Kernreaktors sind zu Bündeln zusammengefaßt, wobei jeweils ein Bündel durch ein Kopfteil und ein Fußteil an einer oberen bzw. unteren Gitterplatte abgestützt ist. Bei speziellen Reaktortypen,

z. B. Brutreaktoren oder Druckwasser-Reaktoren sowjetischer Bauart, haben Kopf- und Fußteil einen hexagonalen Querschnitt und die Brennstäbe, die sich ungefähr parallel zueinander zwischen dem Kopf und dem Fuß erstrecken, sind in hexagonalen Maschen eine fiktiven, regulären Gitters angeordnet. Dadurch werden zwar äquidistante Längsreihen und dazu senkrechte, äquidistante Querreihen von Brennstäben gebildet, die am Rand des Brennelementes angeordneten Brennstäbe stehen jedoch auf den Seiten eines regulären Sechsecks.

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An mehreren axialen Positionen zwischen Fuß und Kopf sind die Brennstäbe z. B. über Federn und Noppen an den Stegen eines gitterförmigen Abstandhalters abgestützt. Jeder Brennstab sitzt demnach in einer hexagonalen Gittermasche, die von sechs Stegen gebildet wird.

Bei Siedewasser-Reaktoren und den meisten Druckwasser-Reaktoren bedingt die Konstruktion des Kerngitters, daß die Kopf- und Fußteile einen quadratischen Querschnitt aufweisen und somit die am Rand des Brennelementes angeordneten Brennstäbe zwei zueinander parallele Längsreihen und zwei dazu senkrechte Querreihen bilden. Jeder Brennstab im Inneren des Brennelementes sitzt dabei in einer Masche des gitterförmigen Abstandhalters, die von zwei Längsstegen und zwei die Längsstege rechtwinklig kreuzenden Querstegen gebildet wird.

Bei Siedewasser-Reaktoren sind die Brennstabbündel von einem Kasten mit rechteckigem Querschnitt seitlich umgeben, wobei einige der Brennstabpositionen von einem oder mehreren, mit nicht-siedendem Kühlmittel gefüllten Hohlrohren ("Kühlmittelrohre") besetzt werden können.

Für die Moderation der Neutronen ist es erforderlich, daß der von dem in den Brennstäben eingeschlossenen Brennstoff eingenommene Querschnitt des Brennelementes in einem bestimmten Verhältnis zu dem vom als Moderator dienenden Kühlmittel durchströmten Querschnitt steht. Für die ausreichende Kühlung ist ferner erforderlich, daß dem an den Brennstäben entlangströmenden Kühlmittel Strömungskanäle von ausreichendem Querschnitt und geringem Strömungswiderstand zur Verfügung stehen. Ferner ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung des in den Brennstäben enthaltenen Brennstoffs über den Querschnitt des

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Brennelementes angestrebt, d. h. das fiktive Gitter, in dem die Brennstäbe stehen, sollte möglichst engmaschig sein. Damit nimmt aber der Strömungsquerschnitt der Strömungskanäle, die zwischen den Brennstäben verbleiben, so stark ab, daß sich der Strömungswiderstand merklich erhöht. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die den Brennstoff enthaltenden Hüllrohre der langen Brennstäbe aus Stabilitätsgründen eine gewisse Wandstärke und einen Mindestdurchmesser aufweisen müssen. 10

Die thermische, neutronenphysikalische und hydraulische Auslegung der Brennelemente ist daher nur schwer zu optimieren.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine neue Anordnung der Brennstäbe bei einem Brennelement mit rechteckigem Querschnitt neue Möglichkeiten der Optimierung zu eröffnen.

Dies geschieht bei einem entsprechenden Brennelement dadurch, daß die Längsreihen, in denen die Brennstäbe angeordnet sind, einen anderen Abstand voneinander haben als die dazu senkrechten Querreihen. Für einen entsprechenden gitterförmigen Abstandhalter bedeutet dies, daß die zwei Längsstege und die zwei Querstege, die jeweils eine Gittermasche bilden, an denen sich ein Brennstab abstützt, sich in einem spitzen Winkel kreuzen.

Anhand von einem Ausführungsbeispiel und vier Figuren ist die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Ecke eines Brennelementes nach der Erfindung, bei der die Stabpositionen gegenüber den Stabpositionen eines bekannten Abstandhalters (deutsches

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Gebrauchsmuster G 89 121 838.0) durch Änderung der Abstände zwischen den Längsreihen und Querreihen verändert sind;

Figur 2 das Prinzip eines Querschnitts durch ein Brennelement mit zweiundsiebzig Brennstäben und einem Kühlmittelrohr, das vier Brennstabpositionen einnimmt; Figur 3 eine Kreuzung zweier Stege eines Abstandhalters mit entsprechenden Stützelementen für Brennstäbe; und Figur 4 die Seitenansicht eines Steges.

In Figur 1 sind mit BK die Wände eines Brennelement-Kastens bezeichnet, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Diesen Kastenwänden BK benachbart sind die Randstäbe 1, 2 des Brennelementes, die die Richtung von Längsreihen (Pfeile L) und Querreihen (Pfeile Q) festlegen.

Bei kommerziellen Siedewasser-Reaktoren und den meisten Druckwasser-Reaktoren liegen die Brennstäbe einer Längsreihe L in Richtung der Pfeile Q hinter den Brennstäben der benachbarten Längsreihe. Es sind aber auch Brennelemente bekannt, bei denen die Brennstäbe benachbarter Längsreihen gegeneinander versetzt sind, wie dies durch die unterbrochenen Kreise in Figur 1 dargestellt ist. Diese Versetzung ist so gewählt, daß zwischen den Längsreihen und den Querreihen jeweils der gleiche Abstand d herrscht. Gemäß der Erfindung haben zwar alle Längsreihen L den gleichen Abstand 1 voneinander, jedoch weicht dieser Abstand 1 von dem Abstand q ab, den die Querreihen voneinander haben.

In Figur 2 ist mit KR ein im Zentrum des Brennelementes angeordnetes Kühlmittelrohr bezeichnet, das vier Maschen eines rautenförmigen Gitters einnimmt, während die

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Brennstäbe jeweils durch eine Masche dieses Gitters geführt sind. Ein derartiges Gitter ist durch die Stege Sl, S2 (Figur 3) des entsprechenden Abstandhalters gebildet, an dem die Brennstäbe 3, A durch Stützelemente abgestützt sind. Ein derartiges Stützelement können z. B. Federn F sein, die an die Stege angeheftet oder im Fenster der Stege eingehängt sind. Mit N sind starre Noppen bezeichnet, die aus den Stegen herausgebogen oder an die Stege angeformt sein können.

Man erkennt in Figur 2, daß sich die Stege an den Engstellen zwischen den Brennstäben kreuzen. Das Kühlmittel, insbesondere ein mit einem erheblichen Dampfanteil belasteter Kühlmittelstrom, fließt bevorzugt in den größeren Zwischenräumen zwischen den Stegen und ist also bei dieser Konstruktion durch keine Stegkreuzungen behindert. Vielmehr befinden sich die Stegkreuzungen an den Stellen, an denen ohnehin das Kühlmittel mit einer gebremsten Geschwindigkeit fließt.

Nach einer weiteren Verbesserung erstrecken sich die sich kreuzenden Stege Sl und S2 in übereinanderliegenden Ebenen, wie Figur 4 zeigt. Dabei greift der untere Stege Sl nur mit seinem oberen Rand um den unteren Rand des oberen Steges S2 und ist dort mit einem Schweißpunkt 3 verbunden. Mit 8 und 9 sind Stützelemente für den Brennstab 6 angedeutet. Der gesamte Abstandhalter, der einen dem Querschnitt des Brennelementes entsprechenden Querschnitt aufweist, ist von einem Randblech 7 umgeben.

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Claims (4)

92 G 3 3 O 4 DE Schutzansprüche

1. Brennelement mit rechteckigem Querschnitt und Brennstäben, dadurch gekenzeichnet, daß die Brennstäbe in hexagonalen Maschen eines fiktiven Gitters sitzen.

2. Brennelement mit Brennstäben, die in zwei zueinander parallelen, äquidistanten Längsreichen (L) und dazu senkrechten, äquidistanten Querreihen (Q) angeordnet sind, wobei die am Rand des Brennelementes angeordneten Brennstäbe (1, 2) zwei Querreihen und zwei Längsreihen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsreihen (L) einen anderen Abstand (1) voneinander haben als die Querreihen (Q).

3. Gitterförmiger Abstandhalter für Brennstäbe eines Brennelementes, wobei jeder dieser Brennstäbe in einer von vier Stegen gebildeten Gittermasche sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (Sl, S2) einer Gittermasche sich paarweise in spitzem Winkel kreuzen.

4. Abstandhalter nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, daß sich kreuzende Stege in übereinanderliegenden Ebenen verlaufen, wobei nur Ränder dieser Stege ineinander greifen und miteinander verschweißt sind.

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