DE69717276T2 - Kernbrennstabbündel - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kernbrennstoffeinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
• Bei einem mittels leichtem Wasser moderierten Kernreaktor besteht der Brennstoff aus Brennstäben, von denen jeder einen Stapel von Tabletten aus Kernbrennstoff enthält, die in einem Hüllrohr angeordnet sind, eine Säule aus extrudierten Brennstoffzylindern oder einer ununterbrochenen Säule aus Rüttel-kompaktiertem pulverförmigem Brennstoff. Das Hüllrohr besteht normalerweise aus einer Zirkoniumlegierung. Ein Brennstoffbündel enthält eine Vielzahl von Brennstäben, die parallel zueinander in einem bestimmten, normalerweise symmetrischen Muster, einem sogenannten Gitter, angeordnet sind. Die Brennstäbe werden oben von einer oberen Verbundplatte und unten von einer unteren Verbundplatte gehalten. Um die Brennstäbe auf Abstand voneinander zu halten und um zu verhindern, daß sie sich während des Betriebes des Reaktors verbiegen oder in Schwingung geraten, ist eine Mehrzahl von Abstandshaltern längs des Brennstoffbündels in Längsrichtung verteilt. Ein Brennelement enthält ein oder mehrere Brennstoffbündel, von denen sich jedes über den größten Teil der Länge des Brennelements erstreckt. Ferner enthält das Brennelement ein oder mehrere zentral angeordnete Kanäle, die nicht-kochendes Wasser durch das Brennelement führen, um die Moderation im zentralen Teil des Brennelements zu verbessern.
• Der Kern ist in Wasser getaucht, welches sowohl als Kühlmittel wie auch als Neutronenmoderator dient. Während des Betriebes strömt das Wasser von unten nach oben durch das Brennelement, wobei in einem Siedewasser-Leichtwasserreaktor ein Teil des Wassers in Dampf übergeht. Der Prozentsatz des Dampfes nimmt in Richtung nach oben im Brennelement zu. Folglich besteht das Kühlmittel im unteren Teil des Brennelements aus Wasser, während das Kühlmittel im oberen Teil des Brennelements sowohl aus Dampf als auch aus Wasser besteht. Dieser Unterschied zwischen dem oberen und unteren Teil führt zu speziellen Problemen, die beim Entwurf eines Brennelements berücksichtigt werden müssen.
• Es ist daher wünschenswert, ein flexibles Brennelement für einen Siedewasserreaktor zu schaffen, welchem in einfacher Weise ein Aufbau verliehen werden kann, bei welchem sich der obere Teil des Brennelements von dem unteren Teil desselben unterscheidet. Ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor mit diesen Eigenschaften wird in der PCT/SE95/01478 (Int. Publ. Nr. WO 96/20483) beschrieben. Dieses Brennelement enthält eine Vielzahl von übereinander gestapelten Brennstoffeinheiten, von denen jede eine Vielzahl von Brennstäben enthält, die sich zwischen einer oberen Verbundplatte und einer unteren Verbundplatte erstrecken. Die Brennstoffeinheiten sind von einem gemeinsamen Brennelementkasten mit einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt umgeben. Einem Brennelement dieses Typs kann in einfacher Weise ein unterschiedlicher Aufbau in seinem oberen und unteren Teil gegeben werden.
• Auch in einem Leichtwasserreaktor des Druckwassertyps kann es wünschenswert sein, ein Brennelement so aufzubauen, daß jedes Brennelement eine Mehrzahl von übereinander gestapelten Brennstoffeinheiten enthält. Wie oben beschrieben, enthält dann jede Brennstoffeinheit eine Vielzahl von Brennstäben, die sich zwischen einem oberen und einem unteren Mundstück erstrecken. Ein Brennelement für einen Druckwasserreaktor hat jedoch keinen Brennelementkasten.
• Ein Gesichtspunkt, der beim Entwurf solcher Brennstoffeinheiten für einen Siedewasserreaktor berücksichtigt werden muß, besteht darin, daß die Brennstäbe auf Abstand von dem sie umgebenden Brennelementkasten gehalten werden müssen. In der gleichen Weise müssen die Brennstäbe in einem Brennelement für einen Druckwasserreaktor auf Abstand von einem benachbart angeordneten Brennelement gehalten werden. Normalerweise werden diese Abstände durch Abstandshalter mit Gliedern zum Halten und Positionieren der Brennstäbe im Verhältnis zueinander erreicht. Bei einem Brennelement für einen Siedewasserreaktor stehen diese Glieder in Kontakt mit dem Brennelementkasten, und bei einem Brennelement für einen Druckwasserreaktor stehen ähnliche Glieder in Kontakt mit einem Abstandshalter eines benachbart angeordneten Brennelements. In den Fällen, in denen kürzere Brennstäbe der oben genannten Art verwendet werden, sind keine Abstandshalter notwendig, so daß die Abstandshaltung auf andere Weise erfolgen muß.
• Es ist auch üblich, in irgendeiner Weise Mischflügel an Abstandshaltern anzuordnen. Da die Notwendigkeit von Abstandshaltern beseitigt ist, muß dies in anderer Weise erreicht werden.
• In der CA 1 250 966 wird eine Brennstoffeinheit beschrieben, bei der die Notwendigkeit von Abstandshaltern beseitigt ist. Das Brennelement ist zur Verwendung in einem Reaktor bestimmt, der durch schweres Wasser mit Druckrohren moderiert wird. Die Brennstoffeinheiten und die Druckrohre haben einen kreisförmigen Querschnitt. Die Brennstäbe sind zwischen Paaren von Endplatten angeordnet. Um sicherzustellen, daß die Brennstäbe auf Abstand von den Druckrohren gehalten werden, sind die Endplatten mit Stegen versehen, die sich in radialem Abstand von der betreffenden Endplatte in einer Richtung parallel zur Strömungsrichtung und zwischen die Brennstäbe erstrecken. Die Stege stehen mit der inneren Fläche der Druckrohre in Kontakt und halten so die Brennstäbe auf Abstand von diesen Flächen. Ein Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß ihre Herstellung kompliziert ist, weil die Stege in irgendeiner Weise, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, mit den Endplatten verbunden werden müssen. Ferner befinden sich die Endplatten in dichtem Kontakt miteinander oder sind zusammengeschweißt, um den Druckabfall des Kühlmittels an den Endplatten zu minimieren. Ein Nachteil dieser Methode besteht darin, daß den Brennstäben in diesem Bereich keine Möglichkeit zu einem unterschiedlichen Wachstum infolge der thermischen Ausdehnung während des Betriebes des Reaktors gegeben wird. Das Problem des unterschiedlichen Wachstum ist jedoch bei diesem Reaktortyp nicht so groß, da der Abbrand der Brennelemente begrenzt ist.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennelement mit einer Vielzahl kurzer Brennstoffeinheiten zu entwickeln, die obere beziehungsweise untere Verbundplatten haben, die mit Glieder versehen sind, die geeignet sind, die Brennstäbe auf Abstand zu halten von einem umgebenden im wesentlichen rechteckigen Brennelementkasten oder auf Abstand von einem benachbart angeordneten Brennelement zu halten, welche Brennstoffeinheiten einfach herzustellen sind.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Brennelement mit Mischflügeln zu versehen, die sich leicht in dem Brennelement herstellen lassen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Brennelement mit Gliedern zu entwicklen, die ein unterschiedliches Wachstum der Brennstäbe gestatten.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinheit mit einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt für einen Leichtwasserreaktor, welche Brennstoffeinheit eine Vielzahl von Brennstäben enthält, die zwischen einer oberen Verbundplatte und einer unteren Verbundplatte angeordnet sind. Die Merkmale, welche diese Brennstoffeinheit charakterisieren, sind im Anspruch 1 genannt.
• Ein Brennelement enthält eine Vielzahl von Brennstoffeinheiten, von denen jede eine Vielzahl von Brennstäben enthält, die sich zwischen einer unteren Verbundplatte und einer oberen Verbundplatte erstrecken. Die untere Verbundplatte und die obere Verbundplatte können einen identischen Aufbau haben. Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die untere Verbundplatte und die obere Verbundplatte durch Ausstanzen aus einem Blech hergestellt. Das ausgestanzte Stück ist mit Seitenstützen versehen, die vor ihrer Anordnung an den Brennstäben um etwa 90º um eine Achse abgebogen werden, die parallel zur Ebene der oberen Verbundplatte beziehungsweise der unteren Verbundplatte verläuft. Die Aufgabe dieser Seitenstützen besteht in einem Brennelement für einen Siedewasserreaktor darin, in Kontakt mit dem Brennelementkasten zu treten, welcher die Brennstäbe umgibt, um die Brennstäbe auf Abstand von dem Brennelementkasten zu halten. In einem Brennelement für einen Druckwasserreaktor besteht die Aufgabe der Seitenstützen darin, in Kontakt mit benachbarten unteren beziehungsweise oberen Verbundplatte zu treten, um auf diese Weise benachbart angeordnete Brennelemente auf Abstand voneinander zu halten.
• Die obere Verbundplatte beziehungsweise die untere Verbundplatte werden aus Metallblech hergestellt, welches so dünn ist, daß es eine Verformung infolge unterschiedlichen Wachstums der Brennstäbe zuläßt. Es ist zweckmäßig, eine Dicke des Bleches in der Größenordnung von 0,7 mm zu wählen.
• Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung werden die unteren Verbundplatten vorzugsweise beim Stanzen mit Lappen versehen, welche vor der Montage unter einem gewünschten Winkel abgebogen und zu Mischflügeln geformt werden können. Die Aufgabe der Mischflügel besteht darin, das nach oben durch das Brennelement strömende Kühlmittel zu mischen, um die Kühlkapazität des Kühlmittel zu vergrößern. Vergrößerte Kühlkapazität ist besonders im oberen Teil des Brennelements erwünscht, wo das Kühlmittel eine höhere Temperatur hat.
• Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden untere beziehungsweise obere Verbundplatte im Zusammenhang oder nach dem Stanzen mit gebogenen (gefalteten) Querschnitt versehen. Der gebogene Querschnitt führt dazu, daß zwei benachbarte obere und untere Verbundplatten in Bereichen miteinander in Berührung gelangen, die zwischen Brennstäben liegen, und daß Zwischenräumen zwischen der oberen und der unteren Verbundplatte in solchen Bereichen entstehen, in denen Brennstäbe angeordnet sind. Diese Zwischenräume ermöglichen unterschiedliches Wachstum der Brennstäbe infolge thermischer Ausdehnung, indem die untere beziehungsweise obere Verbundplatte sich lokal in den Zwischenraum hineinverformt. Auf diese Weise wird die Gefahr vermindert, daß sich die Brennstäbe infolge unterschiedlichen Stabwachstums verbiegen und somit die volle Wirkung des Kühlmittels verhindern.
• Der Vorteil des Brennelement gemäß der Erfindung besteht darin, daß es obere und untere Verbundplatten mit Seitenstützen enthält, die sich leicht aus einem ebenen oder profilierten Blech herstellen lasen. Die oberen und unteren Verbundplatten können auch in einfacher Weise mit den Mischflügeln und dem gewünschten Querschnitt in ein und demselben Arbeitsgang hergestellt werden.
• Durch die Herstellung der oberen beziehungsweise unteren Verbundplatte aus dünnem Blechmaterial erhält man einen nur kleinen Raum zwischen zwei übergestapelten Brennstoffeinheiten. Dies ist ein Vorteil insofern, als Leistungsspitzen, die sonst in achsialen Zwischenräumen ohne spaltbares Material auftreten, reduziert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1a zeigt einen vertikalen Schnitt eines Brennelements vom Siedewassertyp mit kurzen Brennstoffeinheiten.
• Fig. 2 zeigt einen Schnitt A-A durch das Brennelement in Fig. 1.
• Fig. 2a und 2b zeigen alternative Ausführungsformen in einem Schnitt, der dem Schnitt A-A durch das Brennelement in Fig. 1 entspricht.
• Fig. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein Brennelement vom Druckwassertyp mit kurzen Brennstoffeinheiten.
• Fig. 4 zeigt auf der linken Seite der Figur einen unteren Teil und auf der rechten Seite der Figur einen oberen Teil eines Brennelements gemäß Fig. 1 mit oberen und unteren Verbundplatten mit Seitenstützen.
• Fig. 5a zeigt eine Draufsicht auf eine obere Verbundplatte mit Seitenstützen, die aus einem ebenen Blech ausgestanzt sind.
• Fig. 5b zeigt in Draufsicht eine untere Verbundplatte, die aus einem ebenen Blech ausgestanzt ist und zur Verwendung im oberen Teil eines Brennelements bestimmt ist. Die untere Verbundplatte ist in einer ihrer Öffnungen mit Mischflügeln versehen.
• Fig. 5c zeigt in einer Seitenansicht, wie die Seitenstütze einer oberen Verbundplatte in die Seitenstütze einer unteren Verbundplatte, die über der oberen Verbundplatte angeordnet ist, eingeführt ist.
• Fig. 5d zeigt in Draufsicht eine untere Verbundplatte, die über einer oberen Verbundplatte angeordnet ist, wobei eine der Seitenstützen der oberen Verbundplatte so ausgebildet ist, daß sie in die Seitenstütze der unteren Verbundplatte gebogen und in dieser befestigt werden kann.
• Fig. 5e zeigt in Draufsicht eine alternative Ausführungsform einer Seitenstütze einer oberen Verbundplatte.
• Fig. 5f zeigt in Draufsicht eine obere Verbundplatte, die aus einem ebenen Blech ausgestanzt ist, mit Seitenstützen gemäß Fig. 5e.
• Fig. 6a zeigt in Draufsicht Mischflügel, die in einer oberen Verbundplatte beziehungsweise einer unteren Verbundplatte ausgestanzt sind.
• Fig. 6b zeigt in Draufsicht eine obere Verbundplatte, die in einer Brennstoffeinheit angeordnet ist mit Mischflügeln, die gegenüber der Ebene der oberen Verbundplatte in Richtung zum Betrachter in die gewünschte Gestalt abgebogen sind.
• Fig. 7a zeigt in Draufsicht Mischflügel, die in einer oberen Verbundplatte um einen Raum herum angeordnet sind, der zur Anordnung in einem Bereich einer Brennstoffeinheit bestimmt ist, in welchem ein Brennstab fehlt.
• Fig. 7b zeigt in Draufsicht Mischflügel, die in einer oberen Verbundplatte um einen Raum herum angeordnet sind, der zur Anordnung in einem Bereich einer Brennstoffeinheit bestimmt ist, in welchem vier Brennstäbe fehlen.
• Fig. 8 zeigt eine obere Verbundplatte und eine untere Verbundplatte mit einem gebogenen (gefalteten) Querschnitt. Die obere und untere Verbundplatte sind so beschaffen, daß sie zwischen den Brennstäben miteinander in Kontakt stehen und in den Brennstabpositionen einen Abstand voneinander haben.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
• Fig. 1 zeigt ein Brennelement des Siedewassertyps mit einem oberen Traggriff 1, einem Fußstück 2 und einer Vielzahl von Brennstoffeinheiten 3, die übereinander gestapelt sind. Jede Brennstoffeinheit enthält eine Vielzahl von Brennstäben 4, die parallel zueinander und auf Abstand voneinander in einem vorgegebenen Gitter angeordnet sind. Ferner hat jede Brennstoffeinheit 3 eine untere Verbundplatte 5 und eine obere Verbundplatte 6 zur Befestigung der Brennstäbe 4 in ihren entsprechenden Positionen in dem Gitter. Die Brennstoffeinheiten 3 sind in Längsrichtung des Brennelements übereinander gestapelt, und sie sind in solcher Weise gestapelt, daß die obere Verbundplatte 6 einer Brennstoffeinheit 3 der unteren Verbundplatte 5 der nächsten Brennstoffeinheit 3 in dem Stapel gegenüber liegt, und zwar derart, daß die Brennstäbe 4 in allen Brennstoffeinheiten 3 parallel zueinander gerichtet sind. Ein Brennstab 4 enthält Brennstoff in Gestalt eines Stabes aus Brennstofftabletten 7b aus Uran, die in einem Hüllrohl 7a angeordnet sind. Ein Kühlmittel kann von unten nach oben durch das Brennelement fließen.
• Fig. 2 zeigt, daß das Brennelement von einem Brennelementkasten 8 mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt umgeben ist. Der Brennelementkasten 8 ist mit einem hohlen Stützglied 9 mit kreuzförmigem Querschnitt versehen, welches an den vier Wänden des Brennelementkasten 8 befestigt ist. In dem von dem Stützglied 9 gebildeten zentralen Kanal 14 fließt Moderatorwasser. Der Brennelementkasten 8 umgibt vier kanalförmige Teile 10, sogenannte Teilkanäle, mit einem zumindest im wesentlichen quadratischem Querschnitt haben. Jeder der vier Teilkanäle enthält einen Stapel von Brennstoffeinheiten 3. Jede Brennstoffeinheit 3 enthält 24 Brennstäbe 4, die in einem symmetrischen 5 · 5- Gitter angeordnet sind.
• Das Brennelement in Fig. 2 enthält 10 · 10 Brennstabpositionen. Unter einer Brennstabposition wird eine Position in dem Gitter verstanden. Es ist nicht erforderlich, daß alle Brennstabpositionen in dem Gitter mit einem Brennstab 4 besetzt sind. In bestimmten Brennelementen ist eine Anzahl von Brennstäben 4 ersetzt durch einen oder eine Mehrzahl von Wasserkanälen. Die Einführung eines Wasserkanals ändert die Anzahl der Brennstäbe 4, nicht aber die Anzahl der Brennstabpositionen.
• Fig. 2a zeigt eine alternative Ausführungsform eines Brennelement gemäß der Erfindung. Fig. 2a zeigt einen horizontalen Schnitt durch das Brennelement, welches mit einem innen angeordneten vertikalen Kanal 14a versehen ist, durch welchen Wasser in vertikaler Richtung von unten nach oben durch das Brennelement geleitet wird. Der Kanal 14a ist von einem Rohr 9a umgeben, welches einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt hat. Die Brennstoffeinheiten 3 werden in Position gehalten durch ihre Befestigung 3 an dem Rohr, welches den vertikalen Kanal 14a umgibt.
• Fig. 2b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brennelements gemäß der Erfindung. Die Figur zeigt einen horizontalen Schnitt durch das Brennelement, welches mit zwei 3 zentral angeordneten vertikalen Wasserstäben 14b versehen ist, durch welche Wasser von unten nach oben durch das Brennelement geleitet wird. Die Wasserstäbe 14b haben einen Durchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser der Brennstäbe 4, und sie haben einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Die Brennstoffeinheiten 3 werden durch Befestigung an den Wasserstäben 14b in ihrer Position gehalten.
• Fig. 3 zeigt ein Druckerwasser-Brennelement. In gleicher Weise wie das Brennelement der Fig. 1 enthält es eine 3 Vielzahl von Brennstoffeinheiten 3, die übereinander gestapelt sind. Jede Brennstoffeinheit 3 enthält eine Vielzahl von Brennstäben 4, die parallel zueinander und in Abstand voneinander in einem vorgegebenen Gitter angeordnet sind. Zu jeder Brennstoffeinheit gehört ferner eine obere Verbundplatte 6 und eine untere Verbundplatte 5 zur Befestigung der Brennstäbe 4 in ihrer jeweiligen Position in dem Gitter. Die Brennstoffeinheiten 3 sind in Längsrichtung des Brennelements übereinander gestapelt, und zwar derart, daß die obere Verbundplatte 6 einer Brennstoffeinheit 3 der unteren Verbundplatte 5 der nächsten Brennstoffeinheit 3 in dem Stapel gegenüberliegt, und zwar derart, daß die Brennstäbe 4 in allen Brennstoffeinheiten 3 parallel zueinander verlaufen. Ein Brennstab 4 enthält spaltbares Material in Gestalt eines Stapels von Brennstofftabletten 7b aus Uran, die in einem Hüllrohr 7a angeordnet sind. Ein Kühlmittel kann von unten nach oben durch das. Brennelement fließen. Eine Anzahl von sogenannten Steuerstabführungsrohren 4b sind so angeordnet, daß sie sich durch das gesamte Brennelement erstrecken. Die Steuerstabführungsrohre 4b dienen der Aufnahme von Fingersteuerstäben (nicht gezeigt), die in die Führungsrohre 4b zum Zwecke der Steuerung der Leistung des Kernreaktors eingeführt werden beziehungsweise aus ihnen heraus gezogen werden. Die Führungsrohre erstrecken sind zwischen einem Kopfstück 15 und einem Fußstück 16. Das Kopfstück 15 ist über der obersten Brennstoffeinheit 3 in dem Brennelement angeordnet, und das Fußstück 16 ist unter der untersten Brennstoffeinheit 3 in dem Brennelement angeordnet. Die Brennstoffeinheiten 3 werden durch Befestigung an den Steuerstabführungsrohren 4b in Position gehalten.
• Fig. 4 zeigt ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor, welches eine obere und eine untere Verbundplatte 6 und 7 mit Seitenstützen 17 hat. Auf der linken Seite sind Seitenstützen 17 gezeigt, die im unteren Teil des Brennelements angeordnet sind, und auf der rechten Seite in der Figur sind Seitenstützen gezeigt, die in einem oberen Teil angeordnet sind. Im unteren Teil des Brennelements ist es zweckmäßig, die oberen und unteren Verbundplatten mit Seitenstützen 17 zu versehen, die einen kleinstmöglichen 2 Strömungswiderstand haben. Im oberen Teil ist es andererseits zweckmäßig, Seitenstützen 17 anzuordnen, welche das Kühlmittel, welches längs der Wand des Brennelementkastens nach oben strömt, abzuschaben und es in Richtung zum Zentrum des Brennelements zu lenken. Die unteren Verbundplatten 5 sind daher im oberen Teil des Brennelements vorzugsweise mit größeren Seitenstützen 17 versehen als im unteren Teil des Brennelements.
• In Fig. 4 ist ein Brennstab 4 mit einem Stapel von Brennstofftabletten dargestellt. Die Brennstäbe 4 sind an ihrem oberen beziehungsweise unteren Ende mit einem oberen Stopfen 18 beziehungsweise einem unteren Stopfen 19 versehen, welche an der oberen Verbundplatte 6 beziehungsweise der unteren Verbundplatte 5 fixiert ist. Im oberen Ende der Brennstäbe 4 ist ein achsialer freier Raum 20 angeordnet. Der achsiale Raum 20 dient der Ansammlung von Spaltgasen, die sich während des Betriebes bilden, sowie der thermischen Ausdehnung der Säule aus Brennstofftabletten 7b. Die Brennstofftabletten 7b haben eine schalenförmige Gestalt 21. Die schalenförmige Gestalt 21 schafft die Möglichkeit, daß sich ein Teil der thermischen Ausdehnung und der gebildeten Spaltgase zwischen den Tabletten 7b ansammeln kann, so daß der achsiale freie Raum 20 in achsialer Richtung entsprechend kleiner gemacht werden kann. Es ist erwünscht, soweit wie möglich achsiale freie Räume 20 in Brennelementen zu vermeiden, da sich chemisch agressive Milieus in diesen Brennelementen bilden können.
• Fig. 5a zeigt eine obere Verbundplatte 6 in Ansicht von oben, die aus einem im wesentlichen ebenen Blech ausgestanzt ist, mit Seitenstützen gemäß dem in Fig. 4 gezeigten unteren Teil eines Brennelements. Die obere Verbundplatte 6 ist in einem Zustand dargestellt, bevor die Seitenstützen 17 in ihre endgültige Lage abgebogen worden 2 sind. Unter der oberen Verbundplatte 6 sind Brennstäbe 4 mit oberen Stopfen 18 angedeutet, die in der oberen Verbundplatte 6 angeordnet sind. Eine untere Verbundplatte 5, die dafür bestimmt ist, mit dieser oberen Verbundplatte 6 in Kontakt zu treten, kann in einer der gezeigten oberen Verbundplatte 6 entsprechenden Weise aufgebaut sein.
• Die obere Verbundplatte 6 in Fig. 5a ist mit einer Vielzahl von Strömungsöffnungen 22 versehen, die in einem rechteckigen Muster angeordnet sind und für den Durchfluß des in dem Brennelement nach oben strömenden Kühlmittels bestimmt sind. Diese Strömungsöffnungen 22 sind daher im wesentlichen zwischen den Positionen der Brennstäbe 4 angeordnet. Zwischen den Strömungsöffnungen 22 sind kleinere Öffnungen 23 angeordnet zur Fixierung der Brennstäbe mit ihren oberen Stopfen 18. Die Seitenstützen 17 bestehen aus im wesentlichen rechtwinklingen Teilen, die über Stege 24 mit der Struktur des Restes der oberen Verbundplatte 6 verbunden sind. Die Seitenstützen 17 sind dann so abgebogen, daß sie einen Winkel von im wesentlichen 90º mit der Ebene der übrigen Struktur bilden. Die Seitenstützen 17 können entweder nach oben oder nach unten in achsialer Richtung des Brennelements abgebogen werden. Ferner sind die Seitenstützen 17 an ihrem äußeren Rand mit Führungslappen 25 versehen. Die Aufgabe der Führungslappen 25 besteht teilweise darin, das Brennelement in einen Brennelementkasten 8 oder zwischen Brennelementen vom Druckwassertyp mit Abstandshaltern einzuführen, teilweise, um nach oben durch das Brennelement strömendes Kühlmittel zu führen und dieses in Richtung auf das Zentrum des Brennelements zu lenken. Zu diesem Zweck sind die Führungslappen 25 gegenüber dem Rand der Seitenstütze 17 so abgebogen, daß sie einen gewünschten Winkel, etwa 30º, mit der Seitenstütze bilden. Die Führungslappen 25 sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie in eingebauter Lage in dem Raum zwischen zwei Brennstäben 4 liegen (siehe Bezugszeichen 26 in Fig. 5e).
• Fig. 5b zeigt eine alternative Ausführungsform einer unteren Verbundplatte 5. Die untere Verbundplatte 5 ist zur Anordnung im oberen Teil eines Brennelements bestimmt und ist mit mehr und größeren Stützen 17 versehen, als dies in Fig. 5a gezeigt ist, und mit mehr Führungslappen 25 versehen, um eine bessere Führung des Kühlmittels zum inneren Teil des Brennelements zu erreichen. Um die Stabilität der unteren Verbundplatte 5 zu erhöhen, sind die Seitenstützen 17 so konstruiert, daß sie in abgebogener Lage miteinander, beispielsweise durch Schweißen oder Löten (siehe Bezugszeichen 27), verbunden werden können. Außerdem ist die untere Verbundplatte mit Mischflügeln 28 in einer der Strömungsöffnungen 22 versehen. Die Mischflügel 28 sind im nicht abgebogenen Zustand gezeigt, aber sie werden so abgebogen, daß sie einen geeigneten Winkel mit der Ebene des Restes der Struktur bilden. Die Aufgabe der Mischflügel 28 besteht darin, das nach oben durch das Brennelement strömende Kühlmittel zu mischen, um seine Kühlkapazität zu vergrößern und um die Gefahr zu verkleinern, daß die Temperatur um einen Brennstab 4 so hoch wird, daß das Kühlmittel vom Brennstab verschwindet, in welchem Falle ein sogenanntes Austrocknen eintreten kann. Die Gefahr eines Austrocknens ist im oberen Teil des Brennelements am größten, und daher sind die unteren Verbundplatten 5, die in diesem Teil angeordnet werden sollen, zweckmäßigerweise mit Mischflügeln 28 in einer oder mehreren Strömungsöffnungen 22 versehen.
• Die Fig. 1, 3 und 4, zeigen, daß zwei Verbundplatten, eine obere 6 und eine untere 5, die benachbart zueinander angeordnet sind, mit Seitenstützen 17 versehen sind, die in verschiedenen Richtungen abgebogen sind, das heißt die Seitenstütze der unteren Verbundplatte 5 ist nach oben abgebogen und die Seitenstütze die oberen Verbundplatte 6 ist nach unten abgebogen. Fig. 5c zeigt eine Ausführungsform, bei der sowohl die Seitenstützen 17 der oberen Verbundplatte 6 als auch die Seitenstützen 17 der unteren Verbundplatte 5 nach oben in dem Brennelement abgebogen sind. Außerdem ist die Seitenstütze 17 der oberen Verbundplatte 6 in die Seitenstütze 17 der unteren Verbundplatte 5 eingeführt und an dieser befestigt zum Zwecke der Verbindung und Führung der beiden Brennstoffeinheiten, die aufeinander gestapelt sind. Fig. 5d zeigt die obere Verbundplatte 6 beziehungsweise die untere Verbundplatte 5 gemäß Fig. 5c im nicht abgebogenen Zustand. Die in Fig. 5d gezeigte äußere Seitenstütze 17 gehört also zu der oberen Verbundplatte 6, die unter der unteren Verbundplatte 5 liegt. Wenn die Brennstoffeinheiten übereinander gestapelt werden, werden die Seitenstützen 17 so ineinander gesteckt und miteinander verbunden, daß sie wieder voneinander getrennt werden können.
• Fig. 5e zeigt eine alternative Ausführungsform einer oberen Verbundplatte 6 mit Seitenstützen, die bedeutend kleiner sind als die in den Fig. 5a bis 5d gezeigten. Die Seitenstützen 17 verjüngen sich deutlich in Richtung nach außen und sind an ihren entsprechenden Enden mit Führungslappen 25 versehen. Aus Fig. 5f, in der die obere Verbundplatte 6 im nicht abgebogenen Zustand in Ansicht von oben gezeigt ist, wird klar, daß auch dem Rest der Struktur eine offenere Gestalt als den in den Fig. 4 und 5a bis 5d gezeigten Strukturen verliehen ist. Die offenere Struktur wurde dadurch erreicht, daß keine Stege 29 zwischen einigen der Strömungsöffnungen 22 vorhanden sind. Eine obere Verbundplatte 6 dieser Konstruktion hat einen sehr kleinen Strömungswiderstand und verursacht folglich einen niedrigen Druckabfall im Brennelement. Eine untere Verbundplatte 5 kann natürlich auch in der gleichen Weise, wie dies hier für die obere Verbundplatte 6 beschrieben, ausgebildet sein.
• Fig. 5f zeigt außerdem zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Konstruktion der Seitenstützen 17. Die Konstruktion mit dem Bezugszeichen 33a ist unter dem Gesichtspunkt des Druckabfalls vorzuziehen, da die Struktur offener ist. Die Konstruktion mit dem Bezugszeichen 33b ergibt eine steifere Konstruktion der Seitenstützen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Seitenstützen 17 mit einem in der Praxis kleinstmöglichen Biegeradius abgebogen, was ebenfalls zur erhöhten Steifheit beiträgt.
• Fig. 6a zeigt einen Teil einer oberen Verbundplatte 6 beziehungsweise einer unteren Verbundplatte 5 mit ausgestanzten und noch nicht abgebogenen Mischflügeln 28 in den Strömungsöffnungen 22. Die Mischflügel verjüngen sich nach außen und erstrecken sich von der Struktur weg und in die Strömungsöffnung 22. Fig. 6b zeigt die gleichen Mischflügel 27 im aus der Ebene der übrigen Struktur zum Betrachter hin abgebogenen Zustand. Die Pfeile in Fig. 6b zeigen die in dem Strom, der die Strömungsöffnung 22 passiert, durch die Mischflügel 28 erzeugte Rotation und Mischung. In Fig. 6b sind auch die Brennstäbe 4 gezeigt, die unter den Verbundplatte 5, 6 angeordnet sind.
• Fig. 7a zeigt einen Teil einer oberen Verbundplatte 6 beziehungsweise einer unteren Verbundplatte 5 mit ausgestanzten und abgebogenen Mischflügeln 28 in einer erweiterten Strömungsöffnung 22a. Die Strömungsöffnungen 22 können in dem Falle erweitert werden, daß in einigen der Brennstabpositionen in der Brennstoffeinheit 3 Brennstäbe 4 fehlen. Fig. 7a zeigt eine vergrößerte Strömungsöffnung 22a, die über einer leeren Brennstabposition angeordnet ist. Die Strömungsöffnung 22a kann dann mit Mischflügeln 28 gemäß Fig. 7a versehen sein. Fig. 7b zeigt eine entsprechend vergrößerte Strömungsöffnung 22b die über vier leeren Brennstabpositionen angeordnet ist. Die Pfeile in den Fig. 7a, 7b deuten die Mischung des Stromes art, die durch die aus der Struktur hervor stehenden Mischflügeln 28 verursacht wird.
• Fig. 8 zeigt eine obere und untere Verbundplatte 6 und 5 mit einem Abbiegungen aufweisenden Querschnitt. Die obere und untere Verbundplatte 5 und 6 sind so angeordnet, daß sie zwischen den Brennstäben 4 (siehe Bezugszeichen 30) miteinander in Kontakt stehen und in den Brennstabpositionen von einander beabstandet sind (siehe Bezugszeichen 31). Die Abbiegungen der obere und untere Verbundplatte 6 und 5 sollten mit flachen Winkel ausgeführt sein, um zu verhindern, daß Brennstäbe 4 sich in der Brennstoffeinheit seitwärts bewegen als Folge davon, daß die obere und untere Verbundplatte 6 und 5 verformt werden, wenn die Brennstäbe 4 in achsialer Richtung wachsen.
• Fig. 4 zeigt, daß die Brennstäbe 4 mit oberen und unteren Stopfen 18 beziehungsweise 19 mit Zapfen versehen sind, die in die obere beziehungsweise untere Verbundplatte 6 und 5 eingeführt und fixiert sind. Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei die obere und untere Verbundplatte 6 beziehungsweise 5 stattdessen durch Laserschweißung miteiander verbunden sind. Die Brennstäbe 4 werden dann fest gegen die obere umd untere Verbundplatte 5 beziehungsweise 6 plaziert, worauf das Material des Stopfens und der Platte 5, 6 mittels Lasertechnik (siehe Bezugszeichen 32) oder mittels Widerstandsschweißung verbunden werden.
• Die Fig. 4 und 5 zeigen obere und untere Verbundplatten 6 und 5 für ein Brennelement vom Siedewassertyp, aber die gleichen Prinzipien sind natürlich auch auf Brennelemente vom Druckwassertyp anwendbar. In Brennelementen vom Druckwassertyp steht die obere und untere Verbundplatte 6 beziehungsweise 5 jedoch in Kontakt mit entsprechenden oberen beziehungsweise unteren Verbundplatten 6 und 5 in benachbart angeordneten Brennstoffeinheiten 3. Alle gezeigten Ausführungsformen von oberen Verbundplatten sind auch anwendbar für untere Verbundplatten.

Claims (9)

1. Brennstoffeinheit (3) für einen Leichtwasserreaktor mit einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt, zu welcher Brennstoffeinheit eine Vielzahl von Brennstäben (4) gehört, die sich zwischen einer unteren Verbundplatte (5) und einer oberen Verbundplatte (6) erstrecken, und wobei ein Kühlmittel nach oben durch die Brennstoffeinheit fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Verbundplatte (6) oder die untere Verbundplatte (5) Strömungsöffnungen (22, 22a, 22b) für den Durchtritt des Kühlmittels sowie Seitenstützen (17) zur Stützung der Brennstäbe (4) in seitlicher Richtung aufweisen, wobei die Seitenstützen (17) aus ein und demselbem Metallplattenstück wie die Strömungsöffnungen (22, 22a, 22b) geformt sind und wobei die Seitenstützen (17) um im wesentlichen 90º im Verhältnis zu dem Rest der Struktur der oberen Verbundplatte (6) oder der unteren Verbundplatte (5) abgebogen sind.

2. Brennstoffeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenstützen (17) einen im wesentlichen rechtwinkeligen Querschnitt haben.

3. Brennstoffeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenstützen (17) so ausgebildet sind, daß sie im abgebogenen Zustand mit einer benachbarten Seitenstütze (17) derselben oberen Verbundplatte (6) beziehungsweise unteren unteren Verbundplatte (5) verbunden werden können (27).

4. Brennstoffeinheit nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Seitenstützen (17) so beschaffen sind, daß eine Seitenstütze (17) an einer oberen Verbundplatte (6) in eine untere Verbundplatte, die benachbart zu der genannten oberen Verbundplatte angeordnet ist, eingepaßt werden kann oder umgekehrt diese Seitenstützen (17) so beschaffen sind, daß sie in einer lösbaren Weise miteinander verbunden werden können.

5. Brennstoffeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenstützen (17) eine sich im wesentlichen verjüngende Gestalt haben.

6. Brennstoffeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren Enden der Seitenstützen (17) Führungslappen (25) angeordnet sind, welche im Verhältnis zu der Ebene der Seitenstütze (17) abgebogen sind in Richtung auf den mittleren Bereich der oberen (6) oder unteren (5) Verbundplatte.

7. Brennstoffeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Verbundplatte (6) und die untere Verbundplatte (5) aus einem Metallblechstück mit einer Vielzahl von Strömungsöffnungen (22, 22a, 22b) hergestellt sind und daß an demselben Blech Mischflügel (28) angeordnet sind, die in den Strömungsöffnungen (22, 22a, 22b) ausgestanzt sind und gegenüber dem Rest der Ebene der oberen (6) oder unteren (5) Verbundplatte abgebogen sind zur Mischung des durch die Strömungsöffnungen (22, 22a, 22b) strömenden Kühlmittels.

8. Brennstoffeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Verbundplatte (6) und die untere Verbundplatte (5) mit einem derart welligförmigen Querschnitt hergestellt sind, daß die obere Verbundplatte (6), die benachbart zu einer unteren Verbundplatte (5) angeordnet ist, mit dieser in Bereichen (30) in Kontakt steht, die Strömungsöffnungen (22) umgeben, und daß sie zwischen diesen Bereichen voneinander beabstandet angeordnet sind.

9. Brennelement, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vielzahl von Brennstoffeinheiten (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, die übereinander gestapelt sind.