CH651417A5 - Brennelementbuendel. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennelementbündel, insbesondere für einen Siedewasserreaktor, das mehrere Brennstäbe mit Brennstofftabletten in einem Brennstoffkanal enthält und das mit einem Bodenstück, welches an eine Öffnung in einer unteren Gitterplatte (dem'Kernboden) angeschlossen ist, und mit einem Oberteil versehen ist, das an einem Kerngitter anliegt. Ein Brennstabbündel wird von einem länglichen Brennelementkasten umgeben, der den Kühlwasserfluss steuert. Brennelementbündel früher verwendeter Art werden beispielsweise in der DE-AS 1 816 561 genauer gezeigt und beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gleichmässigeren Neutronenfluss über den Querschnitt eines Brennstabbündels zu schaffen, so dass man eine gleich-mässigere Leistungsverteilung und einen gleichmässigeren

Abbrand erhält und dadurch in allen Brennstäben des Brennstabbündels Brennstoff anwenden kann, der im wesentlichen denselben Anreicherungsgrad hat. Der Erfindung liegt ausserdem die Aufgabe zugrunde, die Menge an Konstruk-5 tionsmaterial in den Brennelementkästen zu reduzieren, die ein Brennstabbündel umgeben, so dass die Menge an neutronenabsorbierendem Material im Kern kleiner wird. Das Brennelementbündel nach der Erfindung kann in Kernen in bereits vorhandenen Reaktoren zur Anwendung kommen, to was besonders wertvoll ist. Durch die Erfindung erhält man die Möglichkeit, die Brennstoffkosten herabzusetzen und die Administration und Handhabung der Brennstäbe zu erleichtern, da nur Brennstoff von einem Anreicherungsgrad oder weniger Anreicherungsgraden als früher verwendet zu werden 15 braucht.

Das z.Zt. am meisten verwendete Brennelementbündel für Siedewasserreaktoren enthält ein Brennstabbündel mit 64 Brennstäben, die in einen Brennelementkasten mit quadratischem Querschnitt eingeschlossen sind. Aufgrund des Strö-20 mungswiderstandes in dem Kasten muss das Kühlwasser an dem Brennstabbündel entlang durch den Kasten gepresst werden. Es ist ein innerer Überdruck vorhanden, der an den planen Seiten des Kastens eine Biegebeanspruchung verursacht. Aufgrund dieser Biegebeanspruchung bei erhöhter 25 Temperatur und gleichzeitiger Neutronenstrahlung kann eine lästige permanente Formveränderung auftreten. Um diese Formveränderung in angemessenen Grenzen halten zu können, muss für den Kasten kräftiges Blech verwendet werden. In einem Brennelementkasten für 64 Brennstäbe ist das Blech 3o im allgemeinen etwa 3 mm dick. Der grosse Querschnitt des Brennstabbündels bringt es mit sich, dass der Neutronenfluss variiert, da derselbe im Zusammenhang mit dem Dampfinhalt des Kühlwassers variiert, so dass der Neutronenfluss in der Mitte des Querschnittes am niedrigsten ist.

35 Gemäss der Erfindung enthält jedes Brennelementbündel mehrere Brennelementkästen, im allgemeinen vier mit quadratischem Querschnitt, von denen jeder ein Bündel von Brennstäben umschliesst. Diese Brennelementkästen sind an ihrem unteren Ende an ein gemeinsames Bodenstück und an ■to ihrem oberen Ende an ein gemeinsames Oberteil angeschlossen. Die Kästen können lösbar mit dem Bodenstück bzw. mit dem Oberteil verbunden sein. Hierdurch wird es möglich, die Kästen zusammen mit den Brennstabbündeln in dem Brennelementbündel umzuplazieren oder den Kasten mit dem 45 Brennstabbündel zu drehen, wobei der Kasten jedoch seine Position im Brennelementbündel beibehält. Das Brennelementbündel kann auch so ausgeführt werden, dass die Kästen mit dem Bodenstück bzw. dem Oberteil fest verbunden sind, dass die Brennstabbündel jedoch zwecks Umplazierung im 5o Brennelementbündel herausgezogen werden können. Im Hinblick auf die Festigkeit kann es zweckmässig sein, die Kästen mit einem grossen Eckradius auszuführen. In die Eckpositionen werden dann am besten Brennstäbe gesetzt, die einen kleineren Durchmesser als die übrigen Stäbe des Bündels 55 haben. Eine weitere Möglichkeit, die Bremsleistung zu verbessern, so dass man einen gleichmässigeren Neutronenfluss und eine gleichmässigere Leistungsentwicklung im Brennstabbündel erhält, ist, einen Brennstab im inneren Teil des Bündels durch ein leeres Brennstabrohr mit freiem Durchlauf 60 für Kühl- und Moderatorwasser zu ersetzen. Um Schwingungen oder Vibrationen zu verhindern, können die Kästen des Brennelementbündels an einer oder mehreren Stellen zwischen dem Bodenstück und dem Oberteil durch ein Verbindungsstück miteinander verbunden sein.

65 Die Erfindung soll nachstehend unter Hinweis auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben werden. Figur 1 zeigt einen Schnitt durch mehrere Brennelementbündel in einem Kern, Figur 2 zeigt eine Seitenansicht eines Brennelement

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bündeis, und Figur 3 zeigt in grösserem Massstab einen Schnitt durch einen Brennelementkasten mit einem Brennstabbündel.

In den Figuren bezeichnet 1 kreuzförmige Steuerstäbe. Zwischen einer Gruppe von vier Steuerstäben ist eine Gruppe von vier Brennelementbündeln 2 angeordnet. Jedes Brennelementbündel enthält vier Brennelementkästen 2a, 2b, 2c und 2d mit quadratischem Querschnitt. In jedem Kasten befindet sich ein Brennstabbündel 3. Die Brennelementkästen 2a, 2b, 2c und 2d sind unten an ein gemeinsames Bodenstück 4 angeschlossen, das an die untere Gitterplatte des Kerns angeschlossen wird und das Kühlwasser auf die vier Brennelementkästen des Brennelementbündels verteilt. Oben sind die Kästen an ein gemeinsames Oberteil angeschlossen. Zwischen dem Bodenstück 4 und dem Oberteil 5 können die Kästen 2 an einer oder mehreren Stellen durch ein Verbindungsstück 6 miteinander verbunden sein. Wie in Figur 3 gezeigt, kann der Kasten 2 mit grossen Eckradien ausgeführt sein, und die vier Brennstäbe 3a können einen kleineren Durchmesser als die übrigen Brennstäbe 3b haben. Ein Brennstab kann gegen ein Rohr 7 mit freiem Durchlauf ausgetauscht werden.

Dadurch, dass man ein Brennelementbündel mit vier Brennelementkästen 2 mit gemeinsamem Bodenstück 4 und Oberteil 5 versieht, ist es möglich geworden, die Brennstoffökonomie von sowohl neuen wie auch von bereits in Betrieb befindlichen Reaktoren zu verbessern. Es können bereits erprobte Konstruktionen zur Aufstellung der Brennelementbündel verwendet werden.

Durch die kreuzförmigen Spalten 8 zwischen den vier Kästen 2 des Bündels erhält man eine dampffreie Wassermenge, die ein grösseres Bremsvermögen und somit einen gleichmässigeren Neutronenfluss über den Querschnitt des Brennelementbündels und eine gleichmässigere Leistungsentwicklung und einen gleichmässigeren Abbrand bewirkt. Der Bedarf an Anreicherungsvariationen im Brennelementbündel wird geringer oder verschwindet ganz. Da die Spalten 9 und 10 zwischen zwei Brennelementbündeln 2 grösser sind als die

Spalte 8 zwischen den Brennelementkässten 2a, 2b, 2c und 2d, ist der Neutronenfluss dicht an den Spalten 9 und 10 und damit die Leistungsentwicklung etwas grösser.

Durch die Umplazierung von Brennelementkästen mit 5 Brennstäben oder Überführung von Brennstabbündeln zwischen den Kästen, wie es die Pfeile 11 in Figur 1 zeigen, kann der ungleichmässige Abbrand verhindert werden. Wie gezeigt, tauschen die Kästen 2a und 2c sowie 2b und 2d ihren Platz. Eine weitere Möglichkeit, einen Ausgleich des Neutronen-lo flusses, der Leistungsentwicklung und des Abbrandes zu schaffen, ist, einen Brennstab gegen ein leeres Rohr auszutauschen, durch das Kühl- und Moderatorwasser frei hindurchlaufen kann. In der Mitte des Brennelementbündels kann eine Stange 12 angeordnet sein, die das Bodenstück 4 und das 15 Oberteil 5 des Brennelementbündels verbindet und zusammen hält. Bei einer Ausführung eines Brennelementbündels, bei der die vier Kästen des Bündels miteinander verbunden sind, kann das Brennelementbündel einen kreuzförmigen, zufälligen Absorberstab 12 mit einem abbrennbaren Absorber 2o enthalten, der nach einer gewissen Zeit im Zusammenhang mit der Brennstoffumplazierung oder dem Brennstoffwechsel entfernt werden kann. Das Bodenstück des Brennelementbündels soll mit einem Teilkreuz 13 versehen sein, das sich in oder durch die Drosselöffnung im Bodenstück 4 erstreckt. 25 Hierdurch wird das Bodenstück 4 in vier Kanäle aufgeteilt, die garantieren, dass die durch die vier Brennelementkästen hindurchlaufende Wassermenge gleich gross wird, auch wenn der Strömungswiderstand in den Kästen unterschiedlich sein sollte. Durch Aufteilung eines Brennelementkastens in vier 30 kleinere erhält man eine grössere Kastenfläche. Doch dadurch, dass die Abmessungen kleiner sind, erhält man soviel weniger Biegebeanspruchungen, dass die Blechdicke um mehr als 50% verringert werden kann. Die Menge des Kastenmaterials wird erheblich weniger und damit auch die 35 unerwünschte Neutronenabsorption. Gleichzeitig bekommt man mehr Platz für eine dampffreie Wassermenge und eine gleichmässigere Verteilung derselben.

1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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1. Brennelementbündel (2), das mehrere Brennstäbe (3) enthält und das mit einem Bodenstück (4), welches an eine Öffnung in einer unteren Gitterplatte anzuschliessen bestimmt ist, sowie mit einem Oberteil (5) versehen ist, das an einem Kerngitter anzuliegen bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennelementbündel (2) mehrere Brennelementkästen (2a, 2b,2c, 2d) enthält, von denen jeder ein Brennstabbündel (3) umschliesst, und dass die Brennelementkästen an ihrem unteren Ende an das gemeinsame Bodenstück (4) und an ihrem oberen Ende an das gemeinsame Oberteil (5) angeschlossen sind, und dass zwischen den einander benachbarten Brennelementkästen Spalten gebildet sind.

2. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennelementkästen (2a, 2b, 2c. 2d) mit dem Bodenstück (4) und dem Oberteil (5) lösbar verbunden sind, so dass die Kästen (2a, 2b, 2c, 2d) mit den Brennstabbündeln umplaziert werden können, oder dass man denselben durch Drehung um ihre Längsachse eine neue Lage geben kann.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstabbündel in einem Brennelementkasten (2a, 2b, 2c, 2d) wie ein frei herausnehmbarer Einsatz angeordnet ist, der in den Kästen (2a, 2b, 2c, 2d) des Brennelementbündels (2) ausgetauscht oder umplaziert werden kann.

4. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennelementkästen (2a, 2b, 2c, 2d), meistens vier, einen quadratischen Querschnitt mit runden Ecken haben, und dass die Brennstäbe (3a) an den Ecken des Brennstoffkastens einen kleineren Durchmesser als die übrigen Brennstäbe (3b) haben.

5. Brennelementbündel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen den Brennstäben (3a, 3b) einen Kanal (7) gibt, der einen freien Durchlauf für Kühl-und Moderatorwasser bildet.

6. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kästen (2a, 2b, 2c, 2d) des Brennelementbündels Verbindungsstücke (6) vorgesehen sind, welche die Kästen zusammenhalten und Schwingungen verhindern.

7. Brennelementbündel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Platz zwischen den vier Kästen (2a, 2b, 2c, 2d) eines Bündels (2) ein fortnehmbarer Absorberstab aus abbrennbarem Absorbermaterial angeordnet ist.

8. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenstück (4) ein Teilkreuz (12) enthält, welches das Bodenstück in vier parallele Kanäle aufteilt.