DE1922087C3 - Brennstoffkassette für Kernreaktoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffkassette für Kernreaktoren, bestehend aus mehreren Brennstoffstäben, die durch eine untere und eine obere Ankerplatte gehalten und zueinander abständig angeordnet sind, wobei beide Ankerplatten so ausgebildet sind, daß ein Kühlmittelstrom durch sie hindurchfließen kann und die Anordnung durch einen beidseitig offenen Strömungskanal röhrenförmig umhüllt ist

Eine Brennstoffkassette der vorstehend genannten Art für Kernreaktoren ist aus der BE-PS 6 92665 bekannt Die untere Ankerplatte der bekannten Brennstoffkassette ist mit einer Auskragung versehen, die durch eine passende öffnung in der Halterungsplatte in eine unter Druck stehende Kühlmittelvorrattkammer hineinragt Die Auskragung ist mit öffnungen versehen, durch die das unter Druck stehende Kühlmittel nach oben durch die Strömungskanile der Brennstoffkassette fließt und die Wärme aus den Brennstoffelementen wegführt

Es ist zweckmäßig, daß eine begrenzte KOhlmittelsnenss durch die Zwischcnriunie der B

ten hindurchfließt In den bisher üblichen Anordnungen wurde dies dadurch erreicht Q*3 man eine gewisse Kühlmittelmenge zwischen dem Strömungskanal der Kassette und der unteren Ankerplatte ausströmen ließ. S Der Strömungskanal ist an der Brennstoffkassette nicht befestigt sondern in Form eines Schiebesitzes über die obere und untere Ankerplatte ausgestaltet so daß er während eines Brennstoffwechsels und bei einer Untersuchung der Brennstoffstäbe innerhalb des Reaktorkerns entfernt werden kann. Der Strömungskanal besteht aus verhältnismäßig dünnem Material, wobei die Beobachtung gemacht wurde, daß eine Zunahme des Kühlmitteldruckes (zum Zwecke der Erhöhung des Kühlmittelflusses durch die Brennstoffkassetten) dazu

is führt daß der Strömungskanal von der unteren Ankerplatte abgebogen wird, was ein zu starkes Ausfließen und damit eine Verarmung der Brennstoffkassette an dem notwendigen Kühlmittel zur Folge hat Es wurde weiterhin beobachtet daß der Strömungskanal sich in seiner Dimension verändert und infolge der fortgesetzten Bestrahlung und der erhöhten Temperaturen in der Umgebung des Reaktorkerns seine ursprüngliche Form verliert Auf diese Weise wird das Ausfließen mit der Verweilzeit der Kassette im Reaktorkern stärker. In der BE-PS 6 92 665 ist dieses Problem nicht erkannt; die dort beschriebene Erfindung befaßt sich nur mit einzeln auswechselbaren Brennstoffstäben, die es gestatten, solche auszutauschen, ohne die ganze Kassette aus dem Kern herausnehmen zu müssen.

Der Erfindung lag demgegenüber die Aufgabe zugrunde, das Ausströmen von Kühlmittel aus Brennstoffkassetten auf einen festen Wert zu begrenzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß ein elastisches Glied zwischen der unteren Ankerplatte und dem Strömungskanal so angebracht ist, daß das Ausströmen des Kühlmittels zwischen dieser Ankerplatte und dem Strömungskanal nach außen begrenzt und nahezu konstant gehalten wird. In der gezeigten Ausführungsform besitzt diese Teildichtung die Form eines geschlitzten Federgliedes, das an der unteren Ankerplatte befestigt ist und gegen den Strömungskanal drückt Das Federglied folgt den Biegungen des Strömungskanals und die Schlitze gewährleisten eine nahezu konstante Ausströmfläche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben, in denen

F i g. 1 eine Ansicht eines Wasserreaktors zur Dampferzeugung im Aufriß,
F i g. 2 eine teilweise geöffnet gezeigte, perspektivi-

SO sehe Ansicht einer Brennstoffkassette,

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des unteren Teils der Brennstoffkassette,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines Segmentes des erfindungsgemäßen Federgliedes und

SS F i g. 5 eine graphische Darstellung der erfindungsgemäßen Leistung, verglichen mit der Leistung einer dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung zeigt

Die Erfindung wird hier in Verbindung mit einem durch Wasser gekühlten und moderierten Kernreaktor gezeigt der beispielhaft in F i g. 1 dargestellt ist Ein derartiges Reaktorsystem umfaßt ein Druckgefäß 10, das einen Reaktorkern 11 enthält der in ein Kühlmittel wie beispielsweise leichtes Wasser, eingetaucht ist Der Reaktorkern 11 ist von einer kreisförmigen Umhüllung 12 umgeben. Der Reaktorkern 11 besteht aus einer Vielzahl auswechselbarer Brennstoffkassetten 13, die in Abständen voneinander angebracht und in dem Druckgefäß 10 zwischen einem oberen Reaktorkerngit-

ter 14 und einer unteren Halterungsplatte 16 gehalten werden. Jede Brennstoffkassette weist ein Nasenstück 17 auf, das in eine Fassung in der Halterungsplatte 16 eingreift Das Ende des Nasenstückes erstreckt sich durch die Halterungsplatte 16 hindurch und ist mit öffnungen versehen, die den Austausch mit einer Kühlmittel-Vorratskammer 19 erlauben. Eine Umlaufpumpe 18 komprimiert das Kühlmittel in der Vorratskammer 19, aus der das Kühlmittel durch die Öffnungen in den Nasenstücken 17 nach oben durch die Brennstoffkassetten gedruckt wird. Hierbei wird ein Teil des Kühlmittels in Dampfform überführt, der durch eine Abscheidungs-Trocknungsvorrichtung 20 hindurch in eine Verwertungsanlage, wie z. B. eine Turbine 21, geführt wird. Das in einem KondensierungsgefäL 22 gebildete Kondensat wird mittels einer Pumpe 23 als Speisewasser in das Gefäß 10 zurückgeführt Mehrere Steuerstäbe 24 sind zum Zweck der Steuerung der Reaktivität des Reaktorkerns zwischen die Bi-ennstoffkassetten 13 einführbar.

F i g. 2 zeigt eine Brennstoffkassette 13, die aus einer Vielzahl länglicher Brennstoffstäbe 26 besteht, die zwischen einer unteren Ankerplatte 27 und einer schemaüsch dargestellten oberen Ankerplatte 28 gehalten werden. Die Brennstoffstäbe 26 sind durch mehrere Abstandshalter 29 für die Brennstoffstäbe hindurchgeführt, die eine Zwischenhalterung darstellen, die die länglichen Stäbe in Abständen voneinander halten und ein Schwingen nach der Seite verhindern.

Jeder Brennstoffstab 26 besteht aus einer länglichen Ummantelung, in der das spaltbare Material in Form von Tabletten, kleinen Teilchen, Pulver oder in ähnlicher Form enthalten und in der Ummantelung mit Hilfe von oberen und unteren Abschlußstücken 30 und 31 eingeschlossen ist Die unteren Abschlußstücke 31 sind zum Zwecke der Justierung und Halterung in Halterungslöchern 32 in der unteren Ankerplatte 27 konisch ausgebildet Die oberen Abschlußstücke 30 weisen Verlängerungen 33 auf, die in Halterungslöcher 34 in der oberen Ankerplatte 28 einrasten.

Einige der Halterungslöcher 32 (beispielsweise solche am Rande) in der unteren Ankerplatte 27 weisen Gewinde zur Aufnahme von Brennstoffstäben mit unteren Abschlußstücken 31 auf, die ebenfalls ein Gewinde tragen. Die Verlängerungen 33 der oberen Abschlußstücke 30 dieser gleichen Brennstoffstäbe sind länglich ausgebildet, damit sie durch die Löcher der oberen Ankerplatte 28 passen, und sind weiterhin mit Gewinden zur Aufnahme von Halterungsnuten 35 mit Innengewinde ausgestattet. Auf diese Weise bilden obere und untere Ankerplatten und die Brennstoffstäbe eine einheitliche Struktur.

Die Brennstoffkassette 13 weist weiterhin einen dünnwandigen röhrenförmigen Strömungskanal ?6 von nahezu quadratischem Querschnitt auf, der so ausgebildet ist, daß er über den unteren und oberen Ankerplatten 27 und 28 und den Abstandhaltern 29 einen gleitenden Sitz bildet, so daß er leicht eingesetzt und entfernt werden kann. Der Kanal 36 weist am oberen Ende ein aufgeschweißtes Gewindestück 37 auf, mit dessen Hilfe der Kanal mittels eines durch das Rohr 54 geführten Bolzens 38 an dem Brennstoffbündel befestigt werden kann.

Die untere Ankerplatte 27 ist mit einem Nasenstück 17 ausgerüstet, das so ausgebildet ist, wie es obenstehend beschrieben wurde, und die Brennstoffkassette in einer Halterung in der unteren Halterungsplatte hält Das Ende des Nasenstückes ist mit öffnungen 39 zur Aufnahme des unter Druck stehenden Kühlmittels versehen, so daß dieses nach oben zwischen die Brennstoffstäbe fließen kann.
Um im Reaktorkern eine Stauung des Kühlmittels in den Räumen 25 (F i g. 1) zwischen den Brennstoffkassetten zu vermeiden, läßt man einen Teil (in der Größenordnung von 5 bis 6%) des in jede Brennstoffkassette fließenden Kühlmittelslroms von der unteren Ankerplatte 27 und dem Kanal 36 der Brennstoffkassette aus in die benachbarten Zwischenräume einströmen, wie es durch den mit LF gekennzeichneten Pfeil in Fig.2 dargestellt ist Mit Hilfe der bisherigen Anordnungen konnte keine ausreichende Steuerung dieses Nebenstromes erreicht werden.

Zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung ist in F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des unteren Teiles der Brennstoffkassette 13 gezeigt In der gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird der Nebenfluß mit Hilfe eines als Federglied 40 ausgebildeten elastischen Gliedes gesteuert, das zwischen der äußeren Oberfläche der unteren Ankerplatte 27 und der unteren Innenfläche des Kanals 36 befestigt ist Das Federglied 40 kann zweckmäßigerweise aus vier Segmenten gebildet sein, von denen eines getrennt in Fig.4 dargestellt ist Das Glied 40 kann aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise lnconel-X, bestehen.

Jedes Federsegment besteht aus einem Unterteil 41 und einem geschlitzten Auflageteil 42. Der Unterteil 41

weist eine Reihe vcn öffnungen 43 auf, die so bemessen sind und deren gegenseitiger Abstand so gewählt ist daß sie die unteren Abschlußstücke 31 der äußeren Reihe der Brennstoffstäbe aufnehmen und den konischen Teil der unteren Abschlußstücke 31 fassen können, wodurch der Unterteil des Federsegmentes zwischen den unteren Endstücken dieser Brennstoffstäbe und der unteren Ankerplatte 27 gehalten wird. Der Auflageteil 42 der Federsegmente 40 ist mit an einem Ende offenen Steuerschlitzen 44 ausgerüstet wodurch der Auflageteil aus einer Vielzahl elastischer Finger 46 besteht Jeder der elastischen Finger 46 weist nach außen eine Ausbiegung 47 auf, die so ausgestaltet ist daß sie gegen den Strömungskanal 36, und eine nach innen gerichtete Ausbiegung 48 auf, die gegen die untere Ankerplatte 27 anliegt Ist das Federglied in stehender Stellung, dann werden die elastischen Finger des Auflageteils 42 nach außen gegen die untere Innenfläche des Strömungskanals 36 gedrückt Dehnt sich jetzt der untere Teil des Strömungskanals 36

so beispielsweise infolge eines erhöhten Druckes des Kühlmittels aus, so behalten die elastischen Finger mit der inneren Oberfläche des Strömungskanals Kontakt und die Schlitze 44 bilden eine nahezu konstante Ausströmungsfläche.

Bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist es nicht notwendig, das Federglied 40 um Ecken 49 der unteren Ankerplatte 27 zu biegen, da der Kanal 36 fest an diesen Ecken ansitzt Beispielsweise versucht der Kanal 36 als Reaktion auf einen erhöhten Kühlmitteldruck einen mehr kreisförmigen Querschnitt einzunehmen, wodurch der Auflagedruck des Kanals 36 gegen die Ecken 49 erhöht wird.

Die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung ist in F i g. 5 graphisch dargestellt in der die Leistung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung des Kühlmittelflusses mit der Leistung einer dem bisherigen Stand der Technik entsprechenden Anordnung verglichen wird, bei der man sich ausschließlich auf einen

vorbestimmten Sitz zwischen dem Strömungskanal 36 und der unteren Ankerplatte 27 verließ. Die ausgezogenen Kurven zeigen die Leistung der neu in Betrieb genommenen Brennstoffkassetten, während die gestrichelt gezeichneten Kurven die Leistung am Ende der Lebensdauer, d. h. die Leistung angeben, nachdem die Kassette über einen Zeitraum von mehreren Jahren in einem Reaktorkern in Betrieb war. Bei der dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung nimmt der Nebenstromfluß mit der Lebensdauer um ein Drittel zu, während bei der erfindungsgemäßen Anordnung sich der Nebenstrom um weniger als 1% ändert. De Nebenstromfluß ändert sich bei Änderung des Kühlmittelflusses bei der erfindungsgemäßen Anordnung bedeutend weniger.

Ein weiterer hervorstechender Vorteil der vorliegen den Erfindung besteht darin, daß das rasche Entferner und Auswechseln des Strömungskanals 36 nich gefährde! oder erschwert wird. Außerdem wird durcl die Gestalt des Federgliedes 40 die Möglichkeit einet Verschmutzung beim Einsetzen oder Entfernen de Strömungskanals auf ein Minimum beschränkt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Brennstoffkassette für Kernreaktoren, bestehend aus mehreren Brennstoffstäben, die durch eine untere und eine obere Ankerplatte gehalten und zueinander abständig angeordnet sind, wobei beide Ankerplatten so ausgebildet sind, daß ein Kühlmittelstrom durch sie hindurchfließen kann und die Anordnung durch einen beidseitig offenen Strömungskanal röhrenförmig umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches Glied (40) zwischen der unteren Ankerplatte (27) und dem Strömungskanal (36) so angebracht ist, daß das Ausströmen des Kühlmittels zwischen dieser Ankerplatte (27) und dem Strömungskanal (36) nach außen begrenzt und nahezu konstant gehalten wird.

2. Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das elastische Glied (40) aus einer Feder besteht, die öffnungen (44) aufweist, durch die eine nahezu konstante Ausströmungsfläche sichergestellt wird.

3. Brennstoffkassette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (40) einen unteren Teil (41) aufweist, der so ausgebildet ist, daß er zwischen mehreren Brennstoffstäben (26) und der unteren Ankerplatte (27) fest- und zurückgehalten werden kann.

4. Brennstoffkassette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (44) in dem Federglied (40) in Form von Schlitzen ausgebildet sind.

5. Brennstoffkassette nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schütze (44) ein offenes Ende aufweisen und das Federglied (40) dadurch eine Vielzahl elastischer Finger (46) bildet

6. Brennstoffkassette nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß jeder dieser elastischen Finger (46) einen nach außen gebogenen Teil (47) aufweist der gegen den Strömungskanal (36) anliegt

7. Brennstoffkassette nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Spitze (48) jedes dieser Finger (46) nach innen gebogen ist und gegen diese untere Ankerplatte (27) anliegt