DE69011486T2

DE69011486T2 - Kernbrennstoffbündel für einen Leichtwasserreaktor.

Info

Publication number: DE69011486T2
Application number: DE69011486T
Authority: DE
Inventors: Olov Nylund
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1990-12-11
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2010-12-12
Also published as: SE8904229L; EP0432739B1; SE465192B; US5100611A; FI906189A; ES2063886T3; JP3034055B2; JPH03259794A; FI906189A0; EP0432739A1; SE8904229D0; DE69011486D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Leichtwasser-Kernreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Erfahrung hat, beispielsweise im Zusammenhang mit der Reparatur und der Wartung eines Kernreaktors, gezeigt, daß Abfälle eindringen können, welche dann mit der Wasserzirkulation durch den Reaktorkern wandern. Die Abfälle können beispielsweise bestehen aus Metallsplittern (Bohrspänen), die beispielsweise bei der Reparatur eines Dampfseparators anfallen, Metalldrahtstücken oder anderen fremden Teilchen, die von außen in das System eingedrungen sind. Die Abfälle können zu Abriebschäden führen, die ernste Konsequenzen haben, wenn die Schäden an Teilen auftreten, die besonders leicht beschädigt werden können, wie zum Beispiel Brennstäbe.
Um in Druckwasserreaktoren Schäden der vorgenannten Art zu vermeiden, ist es bekannt, die unteren Verbundplatten, die bereits unter dem Brennstabbündel vorhanden sind, mit einer großen Anzahl von Löchern zu versehen, um zu erreichen, daß jede untere Verbundplatte zusätzlich zu ihrer normalen Funktion als ein Abfallfänger in Gestalt eines Siebes wirkt und so verhindert, daß Abfälle das Brennstabbündel mit seinen Führungsrohren für Steuerstäbe und seinen Abstandshaltern erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement für einen Leichtwasser-Kernreaktor der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches Brennelement so beschaffen ist, daß seine Fähigkeit, Abfälle einzufangen, wesentlich verbessert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Brennelement für einen Leichtwasser-Kernreaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches Brennelement erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den zusätzlichen Ansprüchen genannt.
Gemäß der Erfindung sind in der unteren Verbundplatte eines Brennelements in einem Druckwasserreaktor oder einem Siedewasserreaktor durchgehendeLöcher in einer speziellen Weise angeordnet, welche ein wirksames Einfangen von Abfällen bewirkt, insbesondere, wenn die Abfälle aus dünnen langgestreckten Gegenständen bestehen, wie zum Beispiel Drahtstücke oder Bohrspäne. Das günstige Ergebnis wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die durchgehenden Löcher in der unteren Verbundplatte Abschnitte aufweisen, deren Mittellinie im Verhältnis zueinander in seitlicher Richtung versetzt sind oder einen Winkel miteinander bilden. Wie aus dem folgenden Text hervorgehen wird, kann es besonders zweckmäßig sein, die Verwendung einer unteren Verbundplatte gemäß der Erfindung mit anderen Abfallfängern zu kombinieren, um sicherzustellen, daß Abfallgegenstände unterschiedlichster Gestalt erfaßt werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem durchgehende Löcher in der unteren Verbundplatte Abschnitte haben, deren Nittellinien gegeneinander versetzt sind, ist ein Abschnitt der durchgehenden Löcher an der Einlaßseite der unteren Verbundplatte für Wasser gemeinsam für mehrere Abschnitte der durchgehenden Löcher an der Austrittsseite der unteren Verbundplatte für das Wasser. Ein Abschnitt der durchgehenden Löcher an der Einlaßseite der unteren Verbundplatte hat dabei normalerweise einen größeren Querschnitt als ein Abschnitt eines der durchgehenden Löcher an der Austrittsseite der unteren Verbundplatte. Um den Wasserfluß durch die untere Verbundplatte zu vergrößern, können Teile der durchgehenden Löcher in der unteren Verbundplatte in offener Verbindung mit einer oder mehreren seitlichen Seiten der unteren Verbundplatte stehen, und zwar über querverlaufende Kanäle, die an jeder entsprechenden seitlichen Seite Mündungen haben, die in offener Verbindung mit den Räumen zwischen den Brennstäben desselben Brennelements in einem Siedewasserreaktor oder desselben und benachbarter Brennelementen in einem Druckwasserreaktor stehen. Die offene Verbindung kann in vorteilhafter Weise durch vertikale Ausnehmungen in dar betreffenden seitlichen Seite der unteren Verbundplatte erreicht werden. Eine weitere Vergrößerung des Wasserflusses durch die untere Verbundplatte kann dadurch erreicht werden, daß Abschnitte derselben Art durchgehender Löcher in der unteren Verbundplatte über querverlaufende Kanäle miteinander in offener Verbindung stehen.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem durchgehende Löcher in der unteren Verbundplatte Abschnitte haben, deren Mittellinien miteinander einen Winkel bilden, ist ein durchgehendes Loch mit einer Tasche Versehen, in welcher ein Abschnitt in einen anderen Abschnitt übergeht. Um die Gefahr einer Verstopfung der unteren Verbundplatte zu vermindern, kann ein Abschnitt eines durchgehenden Loches, welches sich von einer Seite der unteren Verbundplatte aus erstreckt, in offener Verbindung mit mindestens zwei anderen Abschnitten durchgehender Löcher angeord net sein, welche sich von der anderen Seite der unteren Verbundplatte aus erstrecken. Hierdurch werden redundante Strömungspfade und ein großer offener Raumanteil im Inneren der unteren Verbundplatte geschaffen.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 einen vertikalen Schnitt längs der Linie I-I in Fi- gur 2 durch ein Ausführungsbeispiel eines zusammengesetzten Brennelementes für einen Siedewasserreaktor, welches aus vier Brennelementen gemäß der Erfindung mit einer unteren Verbundplatte an jedem Brennelement zusammengesetzt ist,
Figur 2 das gleiche zusammengesetzte Brennelement wie in Figur 1 in Draufsicht,
Figur 3 einen horizontalen Schnitt längs der Linie III-III in Figur 1,
Figur 4 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Brennelementes für einen Druckwasserreaktor gemäß der Erfindung zusammen mit zwei benachbarten Brennelementen derselben Art,
Figur 5 einen horizontalen Schnitt längs der Linie I-I durch ein Brennelement gemäß Figur 4,
Figur 6 eine Draufsicht auf eine untere Verbundplatte für ein Brennelement geinäß Figur 1 und in abgewandelter Form für ein Brennelement gemäß Figur 4 in vergrößertem Maßstab,
Figur 7 die untere Verbundplatte in Figur 6 teils im vertikalen Schnitt längs der Linie I-I in Figur 6 und teils in Seitenansicht,
Figur 8 eine Draufsicht auf eine andere untere Verbundplatte für ein Brennelement gemäß Figur 1 und, in abgewandelter Form, für ein Brennelement gemäß Figur 4 in vergrößertem Maßstab,
Figur 9 die untere Verbundplatte in Figur 8, teils im vertikalen Schnitt längs der Linie I-I in Figur 8 und teils in Seitenansicht,
Figuren 10, 11 und 12 vertikale Schnitte von Teilen von drei verschiedenen unteren Verbundplatten für ein Brennelement gemäß Figur 4 und, in abgewandelter Form, für ein Brennelement gemäß Figur 1.
In den Figuren 1 bis 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Brennelementkasten mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt. Der Brennelementkasten umgibt ohne nennenswertes Spiel einen oberen quadratischen Abschnitt eines Fußteils 2, welches eine kreisförmige nach unten gerichtete Eintrittsöffnung 3 für Kühlwasser und Moderatorwasser hat. Das Fußteil 2 trägt außer dem Brennelementkasten 1 auch eine Tragplatte 4. An seinem unteren Ende hat der Brennelementkasten 1 einen relativ dickwandigen Abschnitt, der an dem Fußteil 2 und der Tragplatte 4 mittels einer Anzahl horizontaler Bolzen befestigt ist, die durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Mittels eines hohlen Stützgliedes 7 mit kreuzförmigem Querschnitt wird der Brennelementkasten 1 in vier vertikale rohrförmige Teile 6 unterteilt, die zumindest im wesentlichen einen quadratischen Querschnitt haben. Das Stützglied 7 ist an die vier Wände 1a, 1b, 1c und 1d des Brennelementkastens 1 angeschweißt und hat vier hohle Flügel 8. Der von dem Stützglied gebildete zentrale Kanal ist mit 32 bezeichnet und ist an seinem unteren Ende an ein Eintrittsrohr 9 für Moderatorwasser angeschlossen. Jedes rohrförmige Teil 6 enthält ein Bündel 25 aus fünfundzwanzig Brennstäben 20. Die Stäbe sind in einem symmetrischen Gitter in fünf Reihen angeordnet, von denen jede fünf Stäbe enthält. Jeder Stab befindet sich in zwei senkrecht zueinander stehenden Reihen. Zu jedem Bündel gehört eine untere Verbundplatte 11, eine obere Verbundplatte 12 und eine Vielzahl von Abstandshaltern 13. Ein Brennstabbündel 25 mit einer unteren Verbundplatte, einer oberen Verbundplatte 12, Abstandshaltern 13 und einem Kastenteil 6 bildet eine Einheit, welches in dieser Schrift als Brennelement bezeichnet wird, während das Bauteil, welches vier solche in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Brennelemente enthält, als ein zuswnmengesetztes Brennelement bezeichnet wird. In dem zusammengesetzten Brennelement werden die vier unteren Verbundplatten 11 von der Tragplatte 4 getragen, und jede Verbundplatten ist zu einem Teil in ein entsprechendes quadratisches Loch 14 in der Tragplatte eingelassen. In jedem Brennelement ist zumindest einer der Brennstäbe mit relativ langen, mit Gewinde versehenen Endzapfen 33 und 34 aus massivem Hüllrohrmaterial versehen, wobei der untere Endzapfen 33 sich durch die Verbundplatte 11 erstreckt und mit einer Mutter 15 versehen ist und der obere Endzapfen 34 sich durch die obere Verbundplatte 12 erstreckt und mit einer Mutter 16 versehen ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zentrale Stab 26 in dieser Weise ausgebildet. Dieser Stab dient zugleich als Abstandshalterstab. Ein oberes Endteil des Brennelementkastens 1 umgibt eine kreuzförmige Hebeplatte 17 mit vier horizontalen Armen 18, 19, 20 und 21, die von einem gemeinsamen zentralen Teil ausgehen. An ihrem äußeren Ende ist jeder Arm mit einem pfeilähnlichen Kopfteil 22 versehen, welches in seiner entsprechenden Ecke des Brennelementkastens 1 in Kontakt mit der inneren Wandfläche des Brennelementkastens 1 steht. An den Armen 20 und 21 ist ein Hebegriff 23 befestigt. Die Hebeplatte 17 und der Handgriff 23 bilden zusammen ein stählernes Hebeglied, welches in einem Stück gegossen ist. Die Hebeplatte 17 ist an dem Tragglied 7 dadurch befestigt, daß vier vertikale Schienen 28 in entsprechende Flügel 8 des Stützgliedes 7 eingeführt und mit diesem verschweißt sind. Am oberen Ende hat jede Schiene 28 einen vertikalen bolzenähnlichen Abschnitt 29, welcher mit Spiel durch ein entsprechendes Loch im Mittelteil der Hebeplatte 17 geführt ist und mit einer Mutter 30 versehen ist. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist der Brennelementkasten 1 mit Vertiefungen 31 versehen, die in Abständen in Längsrichtung angeord net sind und an denen die Flügel 8 des Stützgliedes 7 angeschweißt sind.
In Figur 4, die drei benachbart positionierte Brennelemente für einen Druckwasserreaktor zeigt, sind die vertikalen Brennstäbe mit 42 bezeichnet, die rechteckige obere Verbundplatte mit 43, die rechteckige unteren Verbundplatte mit 44 und die Abstandshalter, durch welche die Brennstäbe positioniert werden, mit 45. Führungsrohre 46 für Steuerstäbe sind an ihren oberen Enden mit den oberen Verbundplatten 43 verbunden und an ihren unteren Enden mit den unteren Verbundplatte 44. Wohl nur Steuerstäbe. Außerdem sind sie mit den Abstandshaltern 45 verbunden.
Die untere Verbundplatte gemäß den Figuren 6 und 7 hat durchgehende Löcher 50 zur Hindurchleitung von Wasser durch die untere Verbundplatte. Die Löcher haben Teile 50a und 50b, deren Mittellinien gegeneinander versetzt sind. Der Teil 50a eines durchgehenden Loches an der Eintrittsseite 51 der Platte für das Wasser ist gemeinsam für mehrere Teile 50b der durchgehenden Löcher an der Austrittsseite 52 der Platte. Der Teil 50a eines durchgehenden Loches an der Eintrittsseite 51 der unteren Verbundplatte hat einen größeren Querschnitt als ein Teil 50b eines durchgehenden Loches an der Austrittsseite 52 der unteren Verbundplatte. Teile 50a der durchgehenden Löcher stehen im gezeigten Fall, aber nicht notwendigerweise, in offener Verbindung mit einer oder mehreren seitlichen Seiten 53 über querverlaufende Kanäle 54, die an der Seite Mündungen 55 haben, die in offener Verbindung stehen mit den Räumen zwischen den Brennstäben im gleichen Brennelement bei einem Siedewasserreaktor oder im gleichen oder benachbarten Brennelementen bei einem Druckwasserreaktor. Die offene Verbindung wird erreicht durch Ausnehmungen 56 an den seitlichen Seiten 53 der unteren Verbundplatte. Wenn die untere Verbundplatte gemäß den Figuren 6 und 7 in einem Brennelement verwendet wird, wie es Figur 1 zeigt, gelangt die Oberfläche 57 in Kontakt mit der Tragplatte 4, und die seitlichen Seiten 53 gelangen in Kontakt mit der Wand des Brennelementkastens 1, was bedeutet, daß das Wasser, welches aus den Öffnungen 55 herausgetreten ist, nach oben in den Raum zwischen den Brennstäben 10 strömt. Das Wasser, welches durch die Löcher 50a und 50b hindurchtritt, fließt ebenfalls nach oben in den Raum zwischen den Brennstäben. In Figur 1 sind aus Platzgründen die Löcher 50a und 50b schematisch als Löcher konventioneller Art dargestellt. Die Löcher für die Endzapfen der Brennstäbe in der unteren Verbundplatte sind mit 59 bezeichnet. Wenn die untere Verbundplatte gemäß den Figuren 6 und 7 in einem Brennelement für einen Druckwasserreaktor verwendet wird, beispielsweise in dem in Figur 4 gezeigten Brennelement, dann hat die untere Verbundplatte keine Löcher (59) für Brennstäbe und eine seitliche Seite 53 steht in Kontakt mit der seitlichen Seite eines anderen Brennelementes der gleichen Art. Auch reichen die Ausnehmungen 46 nicht vollständig herunter bis zu der unteren Kante der seitlichen Seite 53, sondern zwei benachbarte untere Verbundplatten stehen miteinander längs ihrer gesamten horizontalen Erstreckung längs einer Kante am unteren Teil jeder seitlichen Seite. Das Wasser, welches aus den Mündungen 55 herausgetreten ist, fließt dabei durch die Ausnehmungen 56 nach oben zu den Räumen zwischen den Brennstäben 42 über der unteren Verbundplatte und in die Räume zwischen benachbarten Brennelementen, da keine Trennwände zwischen den Brennelementen vorhanden sind. Teile 50a der durchgehenden Löcher stehen im gezeigten Fall über Querkanäle 58 in offener Verbindung miteinander.
Die Ausführungsform einer unteren Verbundplatte gemäß den Figuren 8 und 9 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß den Figuren 6 und 7 dadurch, daß sie mehrere Querkanäle hat. Zusätzlich zu den Querkanälen 54, welche Teile 50a der durchgehenden Löcher mit seitlichen Seiten 53 verbinden, und zu den Querkanälen 58, welche Teile 50a miteinander verbinden, sind Querkanäle 60 vorhanden, welche Teile 50b durchgehender Löcher miteinander und mit den seitlichen Seiten 53 verbinden. Die untere Verbundplatte gemäß den Figuren 8 und 9 kann, in der gleichen Weise wie die untere Verbundplatte gemäß den Figuren 6 und 7 verwendet werden, das heißt, als solche in einem Brennelement gemäß Figur 1 und in modifizierter Form ohne Löcher (59) für Brennstäbe und mit Ausnehmungen (56), welche in einem Druckwasserreaktor am Boden geschlossen sind.
In einer unteren Verbundplatte gemäß den Figuren 10 bis 12 ist die Einlaßseite für das Wasser mit 61 bezeichnet und die zu den Brennstäben gerichtete Austrittsseite für das Wasser mit 62. Die durchgehenden Löcher in der unteren Verbundplatte gemäß Figur 10 haben Teile 70a und 70b, deren Mittellinien einen Winkel miteinander bilden. In der Ausführungsform gemäß Figur 11 sind die durchgehenden Löcher mit einer Tasche 71 zum Einfangen von Abfällen versehen. In der unteren Verbundplatte gemäß Figur 12 steht ein Teil, das sich von einer Seite aus erstreckt, zum Beispiel ein Teil 70a, das sich von der Seite 61 aus erstreckt, in, offener Verbindung mit zwei oder drei Teilen, welche sich von der anderen Seite der unteren Verbundplatte aus erstrecken, das heißt, mit zwei oder drei Teilen 70b, die sich von der Seite 62 aus erstrecken. Die untere Verbundplatte ist auch mit Taschen 71 versehen. Eine untere Verbundplatte der in Figur 12 gezeigten Art hat einen außerordentlich großen offenen inneren Raum. Die unteren Verbundplatten gemäß den Figuren 10 bis 12 werden in der gezeigten Ausführungsform in einem Brennelement gemäß Figur 4 verwendet. Wenn sie in einem Brennelement gemäß Figur 1 verwendet werden, sind sie mit Löchern entsprechend den Löchern 59 in den unteren Verbundplatten gemäß den Figuren 6 bis 9 für Endzapfen der Brennstäbe 10 versehen. Solche Löcher sind in den gezeigten Querschnitten sichtbar.
Es kann zweckmäßig sein, die beschriebenen unteren Verbundplatten zusammen mit einer separaten Siebeinrichtung mit geringem Strömungswiderstand für Wasser zu verwenden, um sicherzustellen, daß Abfallgegenstände unterschiedlicher Gestalt abgefangen werden und am Eintritt in empfindliche Teile des Brennelements gehindert werden. Die Verwendung einer solchen separaten Siebeinrichtung in Gestalt einer Siebplatte 18 ist in gestrichelten Linien in Figur 1 gezeigt. Die Siebplatte kann zum Beispiel an dem Endzapf en 33 befestigt sein, die verlängert und mit einer zusätzlichen Mutter 81 versehen ist.

Claims

1. Brennelement für einen Leichtwasser-Kernreaktor mit einer Vielzahl vertikaler Brennstäbe (10, 42), die mit seitlichem Abstand voneinander zwischen einer unteren Verbundplatte (11, 44) und einer oberen Verbundplatte (12, 43) angeordnet sind, wobei die untere Verbundplatte mit durchgehenden Löchern zur Hindurchleitung von Wasser durch die untere Verbundplatte und in die Räume zwischen den Brennstäben versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Löcher in der unteren Verbundplatte Abschnitte (50a, 50b, 70a, 70b) haben, deren Mittellinien in seitlicher Richtung gegeneinander versetzt sind oder einen Winkel miteinander bilden.

2. Brennelement nach Anspruch 1, bei welchem die durchgehenden Löcher in der unteren Verbundplatte Abschnitte (50a, 50b) haben, deren Mittellinien in seitlicher Richtung gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (50a) eines durchgehenden Loches an der Eintrittseite (51) der unteren Verbundplatte für Wasser gemeinsam ist für mehrere Abschnitte (50b) der durchgehenden Löcher an der Wasseraustrittsseite (52) der Platte.

3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die durchgehenden Löcher in der unteren Verbundplatte Abschnitte (50a, 50b) haben, deren Mittellinien in seitlicher Richtung gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (50a) eines durchgehenden Loches an der Eintrittsseite (51) der unteren Verbundplatte einen größeren Querschnitt hat als ein Abschnitt (50b) eines durchgehenden Loches an der Austrittsseite (52) der unteren Verbundplatte.

4. Brennelement nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte (50a) von durchgehenden Löchern in der unteren Verbundplatte so angeordnet sind, daß sie in offener Verbindung mit mindestens einer seitlichen Seite (53) der unteren Verbundplatte über querlaufende Kanäle (54) stehen, die an der seitlichen Seite Öffnungen (55) haben, die in offener Verbindung mit den Räumen zwischen den Brennstäben (10, 42) in dem gleichen Brennelement oder in dem gleichen und benachbarten Brennelementen stehen.

5. Brennelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (55) der guerlaufenden Kanäle (54) an der seitlichen Seite (53) der unteren Verbundplatte über vertikale Vertiefungen (56) oder Ausnehmungen in der seitlichen Seite der unteren Verbundplatte in offener Verbindung mit den Räumen zwischen den Brennstäben stehen.

6. Brennelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte (50a) der gleichen Art von durchgehenden Löcher in der unteren Verbundplatte über quer verlaufende Kanäle (58) in offener Verbindung miteinander stehen.

7. Brennelement nach Anspruch 1, bei welchem durchgehende Löcher in der unteren Verbundplatte Abschnitte (70a, 70b) haben, deren Mittellinien einen Winkel miteinander bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein durchgehenden Loch in einer Tasche (71) angeordnet ist, in welcher ein Abschnitt (70a) in ein anderen Abschnitt (70d) des durchgehenden Loches übergeht.

8. Brennelement nach einem der Ansprüche 1 oder 7, bei welchem durchgehende Löcher in der unteren Verbundplatte Abschnitte (70a, 70b) haben, deren Mittellinien einen Winkel miteinander bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (70a), der von der einen Seite (61) der unteren Verbundplatte ausgeht, in offener Verbindung mit mindestens zwei Abschnitten (70b) durchgehender Löcher steht, welche von der anderen Seite (62) der unteren Verbundplatte ausgehen.