DE2057294B2 - Kernbrennstoffbaugruppe für Kernreaktoren - Google Patents

Description

entstellen kann, kurz bevor Dampfschtchtbüduna bei Vorhandensein einer Parallelströmung auftritt.

Das Durchmischen der Strömung aus mehreren Kanälen senkt den hohen Kühlmittefenthalpieansties in den heißen Kanälen und bewirkt, daß der Enthai- ä pieanstieg über den Corequerschnitt ausaealichen wird. Beide Effekte bedeuten, daß der Reaktor mit einem höheren Leistungspegel betrieben werden kann und gleichwohl eine genügende thermische Sicherheitsmarge eingehalten wird. ₁₀

Es wird noch erläutert werden, daß die Deflektoren in einfacher Weise in den Kreuzuncsstellen von Gittern montiert werden können, die als Baugruppenabstandsgitter dienen; diesbezügliche Merkmale zur Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus 15 den Patentansprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert w erden.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht schematisch eine 20 Brennstoffbaugruppe;

F i g. 2 stellt perspektivisch einen Ausschnitt aus einer Brennstoffbaugruppe dar unter deutlicher Darstellung erfindungswesentlicher Merkmale:

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine Brennsloffbaugruppe, von oben auf ein Abstandsgitter gesehen:

F i g. 4 und 5 zeigen Ausschnitte aus den das Gittei formenden Elementen:

F i g. 6,7 und 8 sind eine Ansicht von der Seite, von oben und von unten auf einen massiven Ablenk

körper:

F i g. 9 ist eine Explosionsdarstellung zur Erläuterung des Einbaus eines hohlen Ablenkkörpers;

Fig. 10 ist eine entsprechende Darstellung für eine abgewandelte Ausführungsform, und

F i g. 11 ist ein Querschnitt durch den Ablenkkörper und den Gitterteil nach F i g. 10 in Relation zu den Brennstoffelementen.

F i g. 1 zeigt eine Kernbrennstoffelementbaugruppe 10 mit einzelnen stabförmigen Brennstoffelementen 12. die zusammengehalten und positioniert werden durch Endhalteplatten 14 und 16, sowie durch Abstandsgitter 18. Das Core einer. Kernreaktors wird gebildet von einer Mehrzahl solcher Brennstoffbaugruppen. Das Reaktorkühlmittel, normalerweise Wasser, strömt aufwärts durch öffnungen in der unteren Endhalteplatte 16 und parallel zu den Brennstoffelementen sowie durch die obere Endhalteplatte 14. Diebe Kühlmittelaufwärtsströmung durch die Brennstoffbaugruppe wird durch die Ablenkkörper gemäß der Erfindung beeinflußt.

Die KühlmiUelströmungs-Ablenkkörper sind an Gitterabstützsystemen montiert, welche in Intervallen längs der Brennstoffbaugruppenlänge verteilt angeordnet sind. Diese Gitter können allein der Aufgabe dienen, die Ablenkkörper zu halten, wie in F i g. 2 dargestellt, oder sie können auch zusätzlich dazu dienen, die Brennstoffelemente zu halten und ihren Abstand voneinander zu gewährleisten, wie in F i g. 3 dargestellt. F i g. 2 zeigt" zwei Brennstoffelemente 12 und einen Ablenkkörper 20, der an einem Gittcraufbau 22 montiert ist; der letztere besteht aus den Teilen 24 und ?6. Der Ablenkkörper 20 ist im Prinzip pyramidenförmig und lenkt die Kühlmittelströmung vom Zentrum des Strömungskanals zwischen vier Brennstoffelementen nach außen in Richauf die Brennstoffelemente ab, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Diese Strömung^ablenkung hat zwei Hauptwirkungen. Erstens unte rieht sie die Kühlmittelströmungsverhältnisse unn- dbar an der Oberfläche des einzelnen Brennstoffeementes. Damit wird angestrebt, die obenerwähnte Dampfschichtbildung zu eliminieren. Es besteht ein allmählicher Übergang von punktweisem Kochen zu dem Kochen mit einem stabilen Film und nicht etwa ei.i sprungweiser Übergang. Der kritische Wärmefluß wird erhöht, und es ist sogar schwierig, den kritischen Punkt herauszufinden infolge des allmählichen Übergangs in der Siedecharakteristik. Zweitens wird mit der Strömungsablenkung angestrebt, das Kühlmittel, das in irgendeinem bestimmten Strömungskanal zwischen den Brennstoffelementen aufwärts strömt, mit einer Kühlmittelsirömung zu mischen, die in nahegelegenen oder sogar weiter entfernten Kanälen vorliegt. Dies hat die Wirkung, Unterschiede in der Kühlmitteltemperatur zwischen verschiedenen > Kanälen auszugleichen.

In F i g. 3 ist ein Querschnitt >>on oben gesehen auf ein Abstandsgitter dargestellt. Das Gitter weist Vorsprünge 28 und Federn 30 in jeder Gittermasche auf. die mit den Brennstoffelementen 12 zu deren Abstützuna zusammenwirken; nur ein Brennstoffelement 12 ist dargestellt.

Die Streifen 24 und 26, aus denen die Gitterstruktur besteht, sind im einzelnen in F i g. 4 und 5 dargestellt. Sie sind bei 32 bzw. 34 geschlitzt, und diese Schlitze können nach Art von Eierkisten ineinandergesteckt werden, um so das Gitter auszubilden. Die Ausschnitte 36 nehmen die unteren Enden der Ablenkkörper 20 auf. wie in F i g. 2 angedeutet.

Der Ablenkkörper 20 nach F i g. 6. 7 und 8 ist massiv mit Schlitzen 38 und 40. in die die das Gitter bildenden Streifen 24 und 26 eingepaßt werden. Das untere Ende 42 braucht nicht in eine scharfe Spitze auszulaufen, sondern kann abgestumpft sein. Der Ablenkkörper hat konkave Seitenflächen, wie in Fig. 2.3,7 und8 angedeutet, um so den Ringraum zwischen den Ablenkkörpern 20 und den Brennstoffelementen 12 mindestens im wesentlichen konstant zu halten, wie in F i g. 3 angedeutet. Dieb wird dadurch erreicht, daß das Zentrum des Krümmungsradius der Konkavkrümmung dem Zentrum des nahegelegenen Brennstoffelementes entspricht. Die Ablenkkörper sind mit den das Gitter bildenden Streifen verschvveißt, um sie so in ihrer Stellung zu sichern.

F i g. 9 zeigt den Aufbau eines Gitters aus Elementen 50 und 52, die zusammen mit hohlen Ablenkkörpern 44 benutzt werden. Diese Elemente haben Schütze 54 und 36 für den Zusammenbau der beiden Elemente sowie Ausschnitte 58 und 60 entsprechend der Kontur des Ablenkkörpers 44, -velche den Zusammenbau erlauben. Die Kanten 59 der Ausschnitte 58 passen mit der Innenseite des Ablenkkörpcrs am verjüngten E~de zusammen, während die Kanten 61 der Ausschnitte 60 mit der Außenseite des Ablenkkörpers nahe dessen Basis oder oberen Ende zusammenpassen. Die geraden Kanten 62 der Ausschnitte gestatten, daß die das Gitter bildenden Elemente in Schlitze 46 und 48 eingefügt werden, welche in den Ablenkkörper eingearbeitet sind. Dieser ist dann zwischen den das Gitter bildenden Elementen eingefangen, und man braucht keinen Schweißarbeitsgang, um den Ablenkkörper sicher zu befestigen.

F i g. 10 und 11 zeigen eine Abwandlung des Erfindungsgegenstandes, bei der der Ablenkkörpcr und

die das Gitter bildenden Elemente für die Aufnahme eines Brennstoffelementabstands- und -halteringes 63 ausgebildet sind.

Dieser Ring paßt in den vergrößerten Ausschnitt 64 in den Schlitzen 66 der das Gitter bildenden Elemente 68 und 70 und wirkt als eine Feder zur Abstützung der Brennstoffelemente 12, wie in F i g. 11 dargestellt. Die das Gitter bildenden Elemente 68 und 70 weisen Schlitze 72 und 74 auf, um sie nach Art von Eierkisten zusammenzufügen. Der Ablenkkörper 76 besitzt Kanten 77 an den Stoßstellen zwischen benachbarten Seitenflächen. Ein Abschnitt 78 jeder Seitenfläche an der Stoßstelle erstreckt sich diagonal nach auswärts parallel zu und im Abstand von dem benachbarten, sich nach auswärts erstreckenden Abschnitt. Damit ergibt sich ein Zwischenraum zwischen zwei parallelen Abschnitten, in den eines der das Gitter bildenden Elemente paßt. Das Element 70 paßt nach unten in Schlitze 80 in den oberen Enden zweier einander gegenüberliegender, sich nach auswärts erstreckender Abschnitte, während das Element 68 nach oben in Schlitze 82 in den unteren Enden der beiden anderen sich nach auswärts erstrekkenden Abschnitte 78 paßt. Diese Konstruktion hat den zusätzlichen Vorteil, daß der Abstandsring aus einem abweichenden Material als dem der das Gitter bildenden Elemente und dem Ablenkkörper ausgebildet sein kann. Das bedeutet, daß dieser Ring 63

ίο aus einem Material bestehen darf, wie beispielsweise einem in Handel erhältlichen Edelstahl, der seine Federcharakteristik während des Reaktorbetriebes in befriedigendem Maße beibehält, während andererseits die das Gitter bildenden Elemente und die Ablenkkörper aus einer Zirkonlegierung bestehen können, die einen niedrigeren Neutronenabsorptionsquerschnitt besitzt, aber die Neigung hat, bei Strahlungsbelastung etwas von der Federungswirkung einzubüßen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: per anzuordnenden Abstandsringe (63) aufweisen.

1. Kernbrennstoffbaugruppe für Kernreaktoren. deren stabförmige Brennstoffelemente sich parallel im Abstand voneinander erstrecken unter Ausbildung von zwischen den Elementen angeordneten Kühlmittelströmungskanälen, welche Strömungsablenkkörper aufweisen, die pyramidenförmig mit etwa quadratischer Basis und vier den benachbarten Brennstoffelementen zugekehrten Seitenflächen ausgebildet und derart zwischen den Brennstoffelementen gehalten sind, daß die Pyramidenspitze stromaufwärts und die Basis stromabwärts gewandt sind und die Seitenflächen eine Ablenkung der KühlmiUdströmuT\g in den KanäL.i im wesentlichen auswärts in Richtung benachbarter Brennstoffelemente bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten- flächen der Ablenkkörper konkav sind mit einem Krümmungsradius, dessen Krümmungsmittel punkt mit dem des entsprechenden Brennstoffelementes zusammenfällt, so daß zwischen dem Brennstoffelement und der ihm zugekehrten Seitenfläche ein Ringspalt ausgebildet ist.

2. Kernbrennstoffbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ablenkkörper (44) an einem Ende einen sich zwischen zwei gegenüberliegende;. Kan _·η ."'streckenden ersten Schlitz (48) und am anderen Fnde einen zweiten Schlitz (46) aufweist, der ich vischen den anderen beiden gegenüberliegenden Kanten erstreckt, und daß der Ablenkkörper dadurch an den Kreuzungsstellen einer aus ineinandergesteckten Streifen (50, 52) bestehenden Gitterstruktur gehalten ist, daß ein Streifen (50) sich durch den ersten Schlitz (48), und ein anderer Streifen (52) senkrecht dazu sich durch den zweiten Schlitz (46) erstreckt.

3. Kernbrennstoffbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Abstandsgitter für die Festlegung des Abstandes der Kernbrennstoffelemente voneinander, bestehend aus einander rechtwinklig durchsetzenden Blechstreifen, die Brennstoffelementabteile definieren, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kreuzungsstellen der Blechstreifen (68, 70) sowohl ein Ablenkkörper (76) als auch ein in das Abteil hineinragender Abstandsring (63) für das betreffende Brennstoffelement (12) angeordnet sind, daß der Ablenkkorper aus Blech besteht und die Seitenflächen jeweils über die Begrenzungskante zweier benachbarter Seitenflächen hinaus verlängert sind, derart, daß an jeder Kante zwei einander parallele, im Abstand voneinander liegende, diagonal nach auswärts gerichtete Verlängerungen vorhanden sind, die längs einer geraden vertikalen Linie durch die betreffende Ecke der Basis miteinander verbunden sind, daß die Ablenkkorper an diesen Verbindungsstellen über einen Teil deren Länge geschlitzt sind, und zwar an zwei einander gegenüberliegenden Ecken von der Basis aus (80) und an den beiden anderen Ecken von der Spitze aus (82), und daß die Blechstreifen ihrerseits zum Eingriff in die Schlitze (80, 82) des Ablenkkörpers Schlitze (66) aufweisen, welche Ausschnitte (64) zur Aufnahme der rings um die Ablenkkör-Die Erfindung betrifft eine Kembrennstoffbaugruppe für Kernreaktoren, deren stabförmige Brennstoffelemente sich parallel im Abstand voneinander erstrecken unter Ausbildung von zwischen den Elementen angeordneten Kühlmitteiströmungskanalen. welche Strömungsablenkkörper aufweisen, die pyramidenförmig mit etwa quadratischer Basis und vier, den benachbarten Brennstoffelementen zugekehrten Seitenflächen ausgebildet und derart zwischen den Brennstoffelementen gehalten sind, daß die Pyramidenspitze stromaufwärts und die Basis stromabwärts gewandt ist und die Seitenflächen eine Ablenkung der Kühlmittelströmung in den Kanälen im wesentlichen auswärts in Richtung benachbarter Brennstoffelemente bewirken.

Kernbrennstoffbaugruppen dieser Gattung, welche pyramidenförmie ausgebildete Ablenkkorper aufweisen, sind aus der USA.-Patentschrift 3 393 128 bekannt. Die Ablenkkorper nach dieser Druckschrift haben den Nachteil, daß sie nicht um jedes Brennstoffelement herum angeordnet werden können und daß sie nicht im wesentlichen ein beliebiges Brennstoffelement umschließen. Ähnliche Nachteile weisen die aus der belgischen Patentschrift 660 070 bekannten Anordnungen auf.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 971 641 lind der französischen Patentschrift 1 536 256 sind Kernbrennstoffbaugruppen bekannt, bei denen das Kühlmittel nicht direkt aus den Strömungskanälen auf die Brennelemente gerichtet wird. Vielmehr wird bei den Ablenkkörpem nach diesen Druckschriften das Kühlmittel parallel zu den in Reihen angeordneten Brennstoffelementen gerichtet. Eine derartige Führung der Kühlmittelströme hat den Nachteil, daß zwar eine Tendenz zur Vermischung der aus verschiedenen Strömungskanälen kommenden Kühlmittelanteile besteht, der Kühlmittelstrom jedoch nicht direkt zu den Brennstoffelementen geführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernbrennstoffbaugruppe der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der das Kühlmittel gleichmäßiger als mit den bekannten Ablenkkorpern von den Strömungsmittelkanälen abgeleitet und über die Oberfläche der Brennstoffelemente geführt werden kann, wobei gleichzeitig eine Durchmischung der Kühlmittelströme aus mehreren Kanälen erfolgen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Seitenflächen der Ablenkkörper konkav sind mit einem Krümmungsradius, dessen Krümmungsmittelpunkt mit dem des entsprechenden Brennstoffelementes zusammenfällt, so daß zwischen dem Brennstoffelement und der ihm zugekehrten Seitenfläche ein Ringspalt ausgebildet ist.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine auf die Brennstoffelemente zu gerichtete Kühlmittelströmung zu einem höheren Wert für die kritische Wärmeströmung führen kann, wahrscheinlich deshalb, weil eine solche Strömung die Ausbildung von Dampfblasen und überhitzten Wasserschichten verhindert, die man an Brennstoffelementoberflächen