DE69509172T2

DE69509172T2 - Kernreaktorbrennstabbündel mit als unterer Befestigungsplatte ausgeführter Filter

Info

Publication number: DE69509172T2
Application number: DE69509172T
Authority: DE
Inventors: Eric Bertil Johansson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1995-06-26
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2015-06-27
Also published as: DE69509172D1; JPH08170993A; US5420901A; ES2130530T3; EP0692793A1; EP0692793B1

Description

KERNREAKTOR-BRENNSTABBÜNDEL MIT ALS UNTERE BEFESTIGUNGSPLATTE AUSGEFÜHRTEM FILTER

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen unteren Gitterplattenrost für ein Kernreaktor-Brennelement, und sie bezieht sich im besonderen auf einen unteren Gitterplattenrost der Teil einer unteren Gitterplatten-Baueinheit bildet, wobei der Rost einen unteren Abschnitt mit einer Vielzahl sich seitlich erstreckender Vorsprünge aufweist, um Strömungskanäle durch den Rost teilweise zu verdecken, um Bruchstücke aus der Strömung des Wasser-Kühlmittels durch die Güterplatte bei minimalem Druckverlust des Wasser-Kühlmittels abzutrennen.

HINTERGRUND

Siedewasser-Kernreaktoren sind seit vielen Jahren in Betrieb. Beginnend mit ihrer anfänglichen Konstruktion und während ihrer Gebrauchslebensdauer können diese Reaktoren in ihren geschlossenen Moderator-Umwälzsystemen Bruchstücke ansammeln. Diese Bruchstücke werden eine Gefahr, wenn man die Bruchstücke in den Brennelement-Kernbereich, der die wärmeerzeugenden Brennstäbe enthält, eintreten läßt. Um dieses Problem zu verstehen, muß zuerst eine Zusammenfassung der Reaktorkonstruktion hinsichtlich der Ansammlung von Bruchstücken im Kern gegeben werden. Danach wird die Brennelement-Konstruktion erläutert. Es wird die Notwendigkeit betont, die Regionen des Druckabfalles innerhalb der Brennelemente im wesentlichen unverändert zu halten. Danach werden die durch Bruchstücke, die in die Brennstabregion der Brennelemente eintreten, verursachten Wirkungen zusammengefaßt.
Bei einer Siedewasser-Reaktorkonstruktion ist der Reaktor mit einem großen zentralen Kern versehen. Eine Strömung aus flüssigem Wasser-Kühlmittel/Moderator tritt vom aus Boden in den Kern ein und verläßt den Kern als eine Mischung aus Wasser und Dampf an dessen Oberteil. Der Kern schließt viele seitlich nebeneinander angeordnete Brennelemente ein, die jeweils eine Vielzahl von Brennstäben enthalten. Wasser wird durch einen Brennelement-Trägergußkörper aus einem sich unterhalb des Kernes befindenden Hochdruckraum in jedes Brennelement eingeführt. Wasser strömt in einer verteilten Strömung durch die einzelnen Brennelemente und um die Brennstäbe herum, wird unter Erzeugen von Dampf erhitzt und tritt am oberen Abschnitt des Kernes als eine zweiphasige Mischung aus Wasser und Dampf aus, aus der Dampf zur Erzeugung von Energie abgetrennt wird.
Der den Kern tragenden Gußkörper und die Brennelemente sind eine Quelle des Druckverlustes bei der Zirkulation von Wasser durch den Kern. Durch richtiges Regeln solcher Druckverluste wird eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Strömung um die einzelnen Brennele mente des Reaktorkernes herum erzielt. Erinnert man sich daran, daß es so viele wie 750 einzelne Brennelemente in einem Reaktorkern gibt, dann kann man würdigen, daß das Sicherstellen der Gleichmäßigkeit der Strömungsverteilung wichtig ist. Das Eingreifen in den Druckabfall innerhalb der Brennelemente könnte die Gesamtverteilung von Kühlmittel/Moderator innerhalb der Brennelemente des Reaktorkernes beeinflussen.
Die Brennelemente für einen Siedewasser-Kernreaktor schließen eine Brennstäbe tragende untere Gitterplatten-Baueinheit ein. Typischerweise ist dies eine einstückige gegossene Struktur, die einen oberen Rost, eine untere Einlaßdüse und eine Übergangsregion vom Einlaß zum Rost schaffende Struktur einschließt. Die Einlaßdüse sorgt für den Kühlmittel-Eintritt in ein vergrößertes Strömungsvolumen innerhalb der Strömungs-Übergangsregion der unteren Gitterplatten-Baueinheit. Am oberen Ende des Strömungsvolumens gibt es einen Gitterplattenrost, der zusammen mit der Düse ein Strömungsvolumen bildet. Der Gitterplattenrost hat zwei Zwecke. Erstens schafft er die mechanische Stützverbindung, damit das Gewicht der einzelnen Brennstäbe durch die ganze untere Gitterplatten-Baueinheit zum Brennstoff-Trägergußkörper übertragen wird. Zweitens schafft der Gitterplattenrost einen Pfad für Flüssigwasser-Moderator zum Strömen in das Brennelement zum Durchgang zwischen den seitlich nebeneinander abgestützten Brennstäben.
Eine solche Anordnung wurde in der EP-A-0 388 091 gezeigt.
Oberhalb des unteren Gitterplattenrostes schließt jedes Brennelement eine Matrix aufrechtstehender Brennstäbe ein - abgedichteter Rohre, die jeweils spaltbares Material enthalten, das, wenn es einer Kernreaktion unterliegt, Energie an das strömende Wasser überträgt, um den energieerzeugenden Dampf zu produzieren. Die Matrix aufrechtstehender Brennstäbe schließt an ihrem oberen Ende eine obere Gitterplatten-Baueinheit ein. Diese obere Gitterplatten-Baueinheit hält mindestens einige der Brennstäbe in vertikaler seitlicher Ausrichtung. Einige der Brennstäbe sind sowohl an der oberen als auch der unteren Gitterplatten-Baueinheit befestigt. Üblicherweise gibt es auch Wasserrohre zwischen der oberen und unteren Gitterplatten-Baueinheit zur Verbesserung des Verhältnisses von Wassermoderator zu Brennstoff, insbesondere in der oberen Region des Brennelementes.
Brennelemente schließen auch eine Anzahl von Brennstab-Abstandshaltern in variierenden Höhen entlang der Länge des Brennelementes ein. Diese Abstandshalter sind erforderlich, weil die Brennstäbe lang (etwa 160 Zoll) und schlank (etwa 0,4-0,5 Zoll Durchmesser) sind und unter der Dynamik der Strömungsmittel-Strömung und der Kernenergie-Erzeugung innerhalb der Brennelemente in schleifenden Kontakt miteinander kommen würden. Die Abstandshalter sorgen für geeignete seitliche Einspannungen für jeden Brennstab in ihren entsprechenden Höhen und verhindern so den schleifenden Kontakt zwischen den Brennstäben und halten die Brennstäbe in gleichmäßigem Abstand zueinander entlang der Länge des Brennelementes, um eine optimale Leistungsfähigkeit zu erhalten. Es sollte klar sein, daß diese Abstandshalter Stellen sind, wo Bruchstücke festgehalten und die Brennstäbe beschädigt werden können.
Jedes Brennelement ist von einem Kanal umgeben. Dieser Kanal sorgt dafür, daß Wasser, das zwischen der oberen und unteren Gitterplatten-Baueinheit strömt, auf nur ein Brennelement in einem isolierten Strömungspfad zwischen den Gitterplatten-Baueinheiten beschränkt ist. Der Ka nal dient auch der Trennung des dampferzeugenden Strömungspfades durch die Brennelemente von der umgebenden Kern-Umgehungsregion, wobei diese Region zum Eindringen der Regelstäbe benutzt wird. Das Wasser in der Umgehungsregion sorgt auch für eine Neutronen-Moderation.
Beim Betrieb eines Siedewasser-Kernreaktors ist das Aufrechterhalten der ursprünglich vorgesehenen Strömungsverteilung sehr wichtig. Spezifisch werden vom unten (Hochdruck) Raum-Einlaß zum Kern bis zum Auslaß der Mischung aus Dampf und Wasser aus dem Kern durch die obere Gitterplatten-Baueinheit der Brennelemente etwa 20 US-Pfund/Zoll² (psi) Druckabfall bei typischen Strömungs-Betriebsbedingungen angetroffen. Etwa 7 bis 8 psi dieses Druckabfalls treten durch den Brennstoffträger-Gußkörper auf. Dieser Druckabfall soll hauptsächlich die gleichmäßige Verteilung der Kühlmittel/Moderator-Strömung durch die vielen Brennelemente sicherstellen, die den Kern des Reaktors bilden, und er steht in Beziehung zur Verhinderung von Betriebs-Instabilitäten innerhalb des Reaktors bei gewissen Leistungsraten. An der unteren Gitterplatten-Baueinheit jedes Brennelementes treten von der Einlaßdüse in das Strömungsvolumen und durch den Gitterplattenrost etwa 1 bis 1½ psi Druckabfall auf, der zur Einrichtung der Strömungsverteilung zwischen den einzelnen Brennstäben jedes Brennelementes beiträgt. Durch das Brennelement selbst - vom Austritt der unteren Gitterplatten-Baueinheit bis zum Austritt an der oberen Gitterplatten-Baueinheit - treten üblicherweise etwa 11 psi Druckabfall auf. Werden neue Brennelemente in einen Reaktorkern eingeführt, dann müssen diese Druckabfälle erhalten bleiben. Sonst könnte die Kühlmittel/Moderator-Strömungsverteilung gefährdet werden.
Hinsichtlich des Gitterplattenrostes der unteren Gitterplatten-Baueinheit bildet eine Matrix zylindrischer Naben und Stege im allgemeinen den Rost. Die Naben haben eine solche Größe, daß sie die Endstopfen der Brennstäbe aufnehmen. Der Abstand und die Dicke der Naben und Stege sind primäre Faktoren bei der Kontrolle des Druckabfalles, der sich aus der Wasserströmung durch den Rost ergibt.
In frühen Rostkonstruktionen waren die Naben, da die Brennstäbe größere Durchmesser aufwiesen, groß. Bei kürzlicheren Rostkonstruktionen sind die Naben, da die Brennstäbe kleinere Durchmesser aufweisen, kleiner. In frühen Konstruktionen bildeten weniger Brennstäbe ein Brennelement als in kürzlichen Konstruktionen.
Selbst mit all diesen Änderungen bei der Rost- und Brennelement-Konstruktion ist es jedoch erforderlich, eine merkliche Änderung des Druckabfalles zu vermeiden. So kann, z. B., ein Kern aus (8 · 8) älteren Brennelementen und (11 · 11) neueren Brennelementen zusammengesetzt und der Druckabfall durch jedes Brennelement vorzugsweise gleichmäßig sein. Eine Herausforderung bei neuen Brennelement-Konstruktionen und insbesondere den Konstruktionen des unteren Gitterplattenrostes besteht darin, sich an mehr Brennstäbe anzupassen und Funktionen des Abfangens von Bruchstücken vorzusehen und doch einen Druckabfall aufrechtzuerhalten, der äquivalent dem Druckabfall ist, der sich aus älteren Brennelement-Konstruktionen ergibt.
Typischerweise können Bruchstücke innerhalb von Siedewasser-Kernreaktoren äußere Materialien einschließen, die von der Reaktor-Konstruktion übrig geblieben sind, Bruchstücke, die aufgrund von Korrosion während der Lebensdauer des Reaktors freigesetzt wurden, und während der zahlreichen Abschaltungen und Reparaturen sammeln sich weitere Bruchstücke an. Weil Kern reaktoren geschlossene Zirkulationssysteme bilden, sollte klar sein, daß sich Bruchstücke im wesentlichen mit zunehmendem Alter und zunehmender Benutzung des Reaktors ansammeln. Eine besonders lästige und übliche Stelle für die Ansammlung von Bruchstücken ist die in den Brennelementen zwischen den Brennstäben, insbesondere in der Nähe der Brennstab-Abstandshalter. Es ist daran zu erinnern, daß jeder Brennstab von einem Abstandshalter in der speziellen Höhe des Abstandshalters umgeben ist. Bruchstückteilchen neigen zum Ansammeln zwischen der Abstandshalter-Struktur und den Brennstäben und vibrieren häufig dynamisch mit der Kühlmittel/Moderator-Strömung in schiefendem Kontakt mit der abgedichteten Hülle der Brennstäbe.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung wird ein unterer Gitterplattenrost für ein in Kernbrennelement geschaffen, umfassend: ein unteren Rostabschnitt und einen oberen Rostabschnitt, eine Einrichtung zum Abstützen von Brennstäben oberhalb des unteren Gitterplat-tenrostes, die den oberen und unteren Rostabschnitt einschließt, wobei die Stützeinrichtung eine Vielzahl seitlich beabstandeter Nahen einer Größe zur Aufnahme unter er Enden der Kernbrennstäbe umfaßt, die Naben sich vom unteren Rostabschnitt aus nach oben erstreckende Abschnitte haben, die Stützeinrichtung weiter die Naben verbindende Stege sowie sich vom unteren Rostabschnitt aus nach oben erstreckende Abschnitte aufweist, um zusammen mit den Naben-Abschnitten eine Vielzahl von Strömungsräumen in dem oberen Rostabschnitt zu bilden, die sich von dem unteren Rostabschnitt aus erstrecken und sich durch eine obere Oberfläche des unteren Gitterplattenrostes hindurch öffnen, wobei die Naben zylindrisch mit vertikalen Mittellinien sind, die an den Ecken quadratischer Matrices angeordnet sind, und sich die Stege linear zwischen den Naben entlang Seiten der quadratischen Matrices erstrecken, wobei sich konvexe Abschnitte der zylindrischen Naben zwischen senkrecht orientierten Stegen jeder Matrix erstrecken, und die Naben und Stege in dem unteren Rostabschnitt untere Naben- und Steg-Abschnitte aufweisen, wobei der untere Rostabschnitt des unteren Gitterplattenrostes eine Vielzahl unterer Öffnungen einschließt, die sich durch diesen Rostabschnitt hindurch erstrecken, und die teilweise durch die unteren Naben-Abschnitte und die unteren Steg-Abschnitte gebildet werden und sich in die Strömungsräume öffnen, um Teilchen aus einem durch den unteren Rostabschnitt in die Strömungsräume zwischen den oberen Naben-Abschnitten und den oberen Steg-Abschnitten strömenden Kühlmittel abzutrennen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der unteren Öffnungen in weiterem Teil durch eine Vielzahl von Vorsprüngen gebildet wird, die sich seitlich von den unteren Naben-Abschnitten oder unteren Steg-Abschnitten zu einer zentralen Region der unteren Öffnung erstrecken und kurz vor dieser zentralen Region enden.
In einer spezifischen Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung eine untere Gitterplatten-Baueinheit mit einer Bruchstücke abfangenden Einrichtung, die Teil eines Rostes bildet. Der Rost hat untere und obere Abschnitte, der untere Abschnitt dient zum Abfangen von Bruchstücken oberhalb einer vorbestimmten Größe, während gleichzeitig ein minimaler Druckabfall von Wasser-Kühlmittel durch den Rost auftritt. Der Rost trägt auch die Brennstäbe in einer Weise, die eine glatte, im wesentlichen gleichmäßige Expansion der Strömung in das Brennelement gestattet. Um das letztere zu bewerkstelligen, erstreckt sich eine Vielzahl seitlich beabstandeter, allgemein zylindrischer Naben, die durchgehende Öffnungen bilden, zwischen der oberen und unteren Ober fläche des unteren Gitterplattenrostes und nimmt die unteren Enden der Brennstäbe auf. Stege erstrecken sich ebenfalls im wesentlichen zwischen diesen Oberflächen und verbinden die Naben miteinander. Die Naben und die Stege schließen entsprechende Teile davon ein, die sich von unteren Abschnitt des Rostes aus nach oben erstrecken und im wesentlichen gleiche Ausdehnung mit dem oberen Abschnitt des Rostes aufweisen, um im oberen Rostabschnitt eine Vielzahl von Strömungsräumen zu bilden. Die Naben sind auf vertikalen Mittellinien angeordnet, die sich an den Ecken quadratischer Matrices befinden, wobei die Stege sich linear zwischen den Naben entlang den Seiten der quadratischen Matrices erstrecken. Konvexe Abschnitte der zylindrischen Naben erstrecken sich zwischen den rechtwinklig zueinanderliegenden Stegen jeder Matrix. Die Stege und die konvexen Abschnitte der Naben der oberen Abschnittes des unteren Gitterplattenrostes bilden somit die Strömungsräume.
Der untere Rostabschnitt schließt auch untere Stegabschnitte und Nabenabschnitte ein, die zusammen mit denen sich seitlich erstreckenden Vorsprüngen eine Vielzahl von Öffnungen bilden, die sich durch den unteren Rostabschnitt erstrecken und sich in die Strömungsräume hin öffnen. Diese sich seitlich erstreckenden Vorsprünge in Verbindung mit den unteren Steg- und Naben-Abschnitten trennen Bruchstücke oberhalb einer gewissen Größe aus dem durch diese Öffnungen in die Strömungsräume zwischen den Naben- und Steg-Abschnitten im oberen Rostabschnitt strömenden Wasser ab. Um den Druckabfall zu minimieren und die Bruchstücke abfangende Funktion zu maximieren, sind die Öffnungen spezielle orientiert, geformt und bemessen. Im besonderen wird jede Öffnung durch untere Stegabschnitte und untere Nabenabschnitte gebildet, wobei die Nabenabschnitte Vorsprünge aufweisen, die sich seitlich und radial von den Nabenabschnitten zu einer zentralen Region der unteren Öffnung erstrecken, wobei die Vorsprünge kurz vor einer zentralen Region enden. Die Vorsprünge erstrecken sich daher von konvexen Oberflächen der unteren Nabenabschnitte an jeder der vier Ecken der quadratischen Matrix, die die Stellen der Naben definiert. Diese Vorsprünge erstrecken sich diagonal von gegenüberliegenden Ecken der quadratischen Matrix und aufeinander zu, um eine mehrlappige Öffnung mit einer etwaigen Kleeblatt-Konfiguration zu bilden. Vorzugsweise umfassen die Vorsprünge sich seitlich erstreckende zylindrische Stäbe oder Stifte, die halbkugelförmige Enden aufweisen. Auf diese Weise sind die oberen und unteren Oberflächen der Vorsprünge, genauso wie ihre Enden, bogenförmig, wodurch der Übergang der Kühlmittelströmung durch die Öffnungen in die Strömungsräume im unteren Abschnitt des Rostes erleichtert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Öffnungen symmetrisch. D. h., die Vorsprünge von einem ersten Paar sich diagonal gegenüberliegender konvexer Oberflächen unterer Nabenabschnitte sind länger als das zweite Paar von Vorsprüngen entlang den anderen diagonal gegenüberliegenden konvexen Oberflächen der unteren Nabenabschnitte, die die Ecken der quadratichen Matrix von Naben bilden. Folglich sind die Öffnungen durch den unteren Rostabschnitt um jede Diagonale herum symmetrisch, wobei die Symmetrien der entsprechenden Diagonalen sich voneinander unterscheiden. Weil sich in einer bevorzugte Ausführungsform die Vorsprünge von den konvexen Oberflächen der unteren Nabenabschnitte aus erstrecken, können sich die Vorsprünge auch von den unteren Stegabschnitten aus erstrecken, obwohl eine Zunahme im Druckabfall zum Abtrennen einer gegebenen Bruchstückgröße auftreten kann, im Vergleich zum mit dem Druckabfall, wenn sich die Vorsprünge für die gleiche Bruchstückgröße von ien Naben aus erstrecken.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird für ein Kernbrennelement ein unterer Gitterplattenrost geschaffen, umfassend einen unteren Rostabschnitt und einen oberen Rostabschnitt, eine Einrichtung zum Abstützen von Brennstäben oberhalb des unteren Gitterplattenrostes, einschließlich des unteren und oberen Rostabschnittes, wobei die Stützeinrichtung eine Vielzahl von seitlich beabstandeten. Naben umfaßt, deren Größe zur Aufnahme der unteren Enden der Kernbrennstäbe geeignet ist, wobei die Naben Abschnitte aufweisen, die sich vom unteren Rostabschnitt aus nach oben erstrecken. Die Stützeinrichtung schließt weiter Stege ein, die die Naben miteinander verbinden und Abschnitte aufweisen, die sich vom unteren Rostabschnitt aus nach oben erstrecken, um zusammen mit den Nabenabschnitten eine Vielzahl von Strömungsräumen im oberen Rostabschnitt zu bilden, die sich vom unteren Rostabschnitt aus erstrecken und sich durch eine obere Oberfläche des unteren Gitterplattenrostes öffnen, wobei die Naben zylindrisch sind und vertikale Mittellinien aufweisen, die an den Ecken quadratischer Matrices angeordnet sind, die Stege sich linear zwischen den Naben entlang Seiten der quadratischen Matrices erstrecken, konvexe Abschnitte der zylindrischen Naben sich zwischen senkrecht zueinander orientierten Stegen jeder Matrix erstrecken, die Naben und die Stege untere Naben- bzw. Steg-Abschnitte im unteren Rostabschnitt aufweisen. Der untere Rostabschnitt des unteren Gitterplattenrostes schließt eine Vielzahl unterer Öffnungen ein, die sich hindurch erstrecken und teilweise durch die unteren Nabenabschnitte und die unteren Stegabschnitte gebildet werden und sich in die Strömungsräume öffnen, um Bruchstücke aus einem Kühlmittel abzutrennen, das durch den unteren Rostabschnitt in die Strömungsräume zwischen den oberen Nabenabschnitten und den oberen Stegabschnitten strömt. Jede untere Öffnung ist teilweise durch eine Vielzahl von Vorsprüngen gebildet, die sich seitlich von den unteren Nabenabschnitten oder den unteren Stegabschnitten aus zu einer zentralen Region der unteren Öffnung erstrecken und kurz vor der zentralen Region enden.
Die vorliegende Erfindung schafft daher einen neuen und verbesserten unteren Gitterplattenrost zum Tragen eines Kernbrennelementes und mit einem unteren Abschnitt zum Beschränken des Durchganges von Bruchstücken in der Moderator/Kühlmittel-Strömung durch den Gitterplattenrost bei minimalem Druckabfall.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nun detaillierter beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der zeigen:
Fig. 1 eine vertikale Querschnittsansicht eines konventionellen Brennelementes, die das Kernbrennelement auf einer unteren Gitterplatten-Baueinheit getragen darstellt,
Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht eines unteren Gitterplattenrostes, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Abschnittes des unteren Gitterplattenrostes allgemein entlang der Linie 3-3 in Fig. 4,
Fig. 4 eine verrößerte Teildraufsicht des unteren Gitterplattenrostes, die vier Naben zum Tragen von Brennstäben, den Strömungsraum dazwischen und eine Öffnung durch den unteren Rostabschnitt darstellt,
Fig. 5 ein Querschnittsansicht allgemein entlang der Linie 5-5 in Fig. 4 und
Fig. 6 eine vergrößerte Teildraufsicht des unteren Gitterplattenrostes, ähnlich Fig. 4, die die Strömungsöffnung entlang der äußeren Peripherie des Rostes veranschaulicht.

BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf das repräsentative Beispiel eines Brennelementes, das in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnet ist, ist eine Vielzahl von Kernbrennstäben 12 dargestellt, die ein Kernbrennelement bilden. Die Stäbe 12 sind an ihren oberen Enden mit einer oberen Gitterplatte 14 verbunden, und sie sind an ihren unteren Ende in einem unteren Gitterplattenrost, der allgemein mit 16 bezeichnet ist, abgestützt. Abstandshalter 18 sind an mehreren vertikal beabstandeten Stellen angeordnet, um einen seitlichen Abstand der Brennstäbe 12 mit Bezug aufeinander aufrechtzuerhalten. Das Brennelement ist innerhalb eines Brennelement-Kanales 20 angeordnet. Kühlmittelwasser tritt durch die Bodendüse oder Einlaßöffnung 22 der Gitterplatten-Baueinheit 23 ein und strömt von dort durch eine Übergangsstruktur 25, die ein vergrößertes Strömungsvolumen 27 bildet, nach oben. Das Kühlmittel strömt dann durch den unteren Gitterplattenrost 16 und um die Brennstäbe innerhalb des Kanales 20 herum, wodurch Dampf erzeugt wird. Wie oben angedeutet, ist es wichtig, daß Bruchstücke in der Strömung des Kühlwassers daran gehindert werden, in den Bereich zwischen den Brennstäben zu gelangen. Demgemäß wird eine untere Gitterplatten-Baueinheit 23 mit einem unteren Gitterplattenrost 16 von vorzugsweise einstückiger Konstruktion, der dem Doppelzweck des Abfangens von Bruchstücken und dem Abstützen des Brennelementes gemäß der vorliegenden Erfindung dient, unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung beschrieben und dargestellt.
In den Fig. 2 und 3 ist ein unterer Gitterplattenrost 16 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, der Teil der unteren Gitterplatten-Baueinheit 23 bildet. Der untere Gitterplattenrost 16 kann integral zusammen mit der unteren Gitterplatten-Baueinheit 23 gegossen sein, doch wird er vorzugsweise separat gebildet und, z. B., durch Sehweißen seiner herabhängenden Seitenwände 29 an die Baueinheit damit verbunden. Der untere Gitterplattenrost 16 hat einen unteren Rostabschnitt 26 zum Abtrennen von Bruchstücken aus der Wasserströmung durch die Gitterplatte bei minimalem Druckabfall und einen oberen Rostabschnitt 28, der zusammen mit dem unteren Abschnitt die Brennstäbe oberhalb des unteren Gitterplattenrostes 16 abstützt. Der obere Abschnitt 28 sorgt für Strömungsräume, die die Minimierung des Druckabfalles über den unteren Gitterplattenrost unterstützen und das gleichmäßige und glatte Ausdehnen des Strömungsmittels innerhalb der Strömungsräume gestatten, um anschließend um die Brennstäbe herum zu strömen.
In Fig. 2 ist eine Vielzahl allgemein zylindrischer Naben 36 dargestellt, die sich zwischen oberen und unteren Oberflächen 30 und 32 (Fig. 3) des Gitterplattenrostes 16 zur Aufnahme zylindrischer Endstopfen der Kernbrennstäbe und zum Abstützen der letzteren erstrecken. Wie am besten in Fig. 2 ersichtlich, haben die zylindrischen Naben Mittellinien, die an Ecken im wesentlichen quadratischer Matrices solcher Naben 36 angeordnet sind. Stege 38 bilden und verbinden die Seiten der quadratichen Matrices benachbart zylindrischen Naben 38 entlang radialen Linien der Naben 36. Die Stege können sich zwischen der oberen und unteren Oberfläche 30,32 des unten Gitterplattenrostes erstrecken, doch können sie auch an ihren oberen Enden kurz vor den Naben 36 enden, wie in Fig. 3 dargestellt. Es ist daher ersichtlich, daß oberhalb des unteren Rostabschnittes 26 die Naben 38 Abschnitte aufweisen, die entlang den Seiten jeder quadratischen Matrix gebildet sind und zusammen mit konvexen äußeren Abschnitten der zylindrischen Nahen 36 Seitenwände der oberen Strömungsräume 40 bilden. Der untere Abschnitt 26 des Rostes 16 hat gleichermaßen untere Abschnitte der Stege 38 und der Naben 36, die entlang den Seiten jeder quadratischen Matrix gebildet sind, und die zusammen mit den unten beschriebenen Vorsprüngen 44 Öffnungen zum Fließen des Kühlmittels durch den unteren Rostabschnitt 26 und in die Strömungsräume 40 bilden, wo sich die Strömung bei verringerter Geschwindigkeit glatt ausdehnt, um nach oben um die Brennstäbe zu strömen, die durch die untere Gitterplatten-Baueinheit abgestützt werden.
Die Bruchstücke abfangende Funktion des Gitterplattenrostes 16 wird durch den unteren Rostabschnitt 26 ausgeübt. Uni diese Bruchstücke abfangende Funktion zu bewerkstelligen, schließt der untere Rostabschnitt 26 eine Vielzahl von Vorsprüngen 44 ein, die zusammen mit den unteren Abschnitten der Stege 38 und Naben 36 eine Strömungsöffnung 46 innerhalb der vorstehend beschriebenen quadratischen Matrices bilden. Wie am besten in den Fig. 4 und 5 dargestellt, erstrecken sich die Vorsprünge 44 seitlich von den konvexen Oberflächen der unteren Nabenabschnitte parallel zu diagonalen Linien, die die Mittellinien der Naben in den quadratischen Matrices verbinden. Die Vorsprünge 44 erstrecken sich zu einer zentralen Region der unteren Öffnung 46 und enden kurz voreinander und der zentralen Region.
Wie am besten in Fig. 4 dargestellt, sind die Vorsprünge 44a entlang einer Diagonalen der quadratichen Matrices länger als die Vorsprünge 44b entlang der anderen Diagonalen der quadratischen Matrix. Die Vorsprünge bilden so zusammen mit den unteren Abschnitten der Stege und der Naben eine allgemein kleeblattförmige Öffnung, d. h., ein asymmetrische, mehrlappige Öffnung. Es sollte klar ein, daß die Öffnungen jedoch um jede der diagonalen Linien symmetrisch sind, wenn sich ihre Symmetrien auch unterscheiden. Die Vorsprünge unterschiedlicher Länge sind geschaffen, um den Druckabfall der Kühlmittelströmung durch den Bruchstücke abfangenden Abschnitt des Rostes zu minimieren, während die Fähigkeit des Rostes, Bruchstücke oberhalb einer gewissen Größe abzufangen, maximiert wird.
Wie in den Fig. 4 und 5 veranschaulicht, sind die Vorsprünge allgemein zylindrisch, wobei sich die Achsen jedes zylindrischen Vorsprunges in der seitlichen Richtung als eine Fortsetzung des Radius der Nabe erstrecken, mit der der Vorsprung verbunden ist. Die Enden der Vorsprünge haben eine allgemein kolbenförmige Konfiguration, wie bei 48 in Fig. 5 dargestellt. Folglich sind die oberen und unteren Oberflächen sowie die Enden der Vorsprünge bogenförmig, um den glatten Übergang der Kühlmittelströmung durch den Bruchstücke abfangenden Abschnitt des Rostes zuerleichtern.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 6 ist ersichtlich, daß die an den Ecken und entlang der äußeren Peripherie des Rostes 16 gebildeten Strömungsöffnungen 46' anders gestaltet sind als die Strömungsöffnungen im Inneren des Rostes. Wie in Fig. 6 und an den Ecken des Rostes 16 dargestellt, sind zwei der Vorsprünge, nämlich die Vorsprünge 44a, wie oben beschrieben ausgebildet. Die anderen Vorsprünge 48 haben eine größere Breite und eine geringere Länge als die Vorsprünge 44b. In jeder anderen peripheren Strömungsöffnung als in der Ecke des Rostes sind zwei Vorsprünge 44a, ein Vorsprung 44b und ein Vorsprung 473 geschaffen. In den peripheren Strömmungsöffnungen 46' erstreckt sich einer der Lappen zur äußeren Peripherie des Rostes, um den Strömungsbereich zu vergrößern, was den Druckabfall verringert, während gleichzeitig die Bruchstücke abfangende Funktion des unteren Rostabschnittes zum Abfangen von Bruchstücken oberhalb einer bestimmten Größe aufrechterhalten wird. In den Strömungsöffnungen 46" in den Ecken erstrecken sich zwei Lappen zu den gegenüberliegenden Seiten des Rostes, wie dargestellt und für ähnliche Zwecke.
Während die Erfindung in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wurde, die derzeit als praktischste und bevorzugteste angesehen wird, sollte klar sein, daß die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen umfassen soll, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Unterer Gitterplattenrost (16) für ein Kernnbrennelement, umfassend:

einen unteren Rostabschnitt (26) und einen oberen Rostabschnitt (28),

eine Einrichtung zum Abstützen von Brennstäben (12) oberhalb des unteren Gitterplattenrostes (16), die den oberen und unteren Rostabschnitt (26, 28) einschließt,

wobei die Stützeinrichtung eine Vielzahl seitlich beabstandeter Naben (36) einer Größe zur Aufnahme unterer Enden der Kernbrennstäbe umfaßt, die Naben (36) sich vom unteren Rostabschnitt (26) aus nach oben erstreckende Abschnitte haben, die Stützeinrichtung weiter die Naben (36) verbindende Stege (38) sowie sich vom unteren Rostabschnitt (28) aus nach oben erstreckende Abschnitte aufweist, um zusammen mit den Naben-Abschnitten eine Vielzahl von Strömungsräumen (40) in dem oberen Rostabschnitt (26) zu bilden, die sich von dem unteren Rostabschnitt (28) aus erstrecken und sich durch eine obere Oberfläche des unteren Gitterplattenrostes (16) hindurch öffnen,

wobei die Naben (36) zylindrisch mit vertikalen Mittellinien sind, die an den Ecken quadratischer Matrices angeordnet sind, und sich die Stege (38) Linear zwischen den Naben (36) entlang Seiten der quadratischen Matrices erstrecken, wobei sich konvexe Abschnitte der zylindrischen Naben (36) zwischen senkrecht orientierten Stegen jeder Matrix erstrecken, und die Naben (36) und Stege (38) in dem unteren Rostabschnitt (28) untere Naben- und Steg-Abschnitte aufweisen,

wobei der untere Rostabschnitt (28) des unteren Gitterplattenrostes (16) eine Vielzahl unterer Öffnungen einschließt, die sich durch diesen Rostabschnitt hindurch erstrecken, und die teilweise durch die unteren Naben-Abschnitte und die unteren Steg-Abschnitte gebildet werden und sich in die Strömungsräume (40) öffnen, um Teilchen aus einem durch den unterer Gitterabschnitt (28) in die Strömungsräume (40) zwischen den oberen Nahen-Abschnitter- und den oberen Steg- Abschnitten strömenden Kühlmittel abzutrennen, dadurch gekennzeichnet, daß

jede der unteren Öffnungen in weiterem Teil durch eine Vielzahl von Vorsprüngen (44) gebildet wird, die sich seitlich von den unteren Naben-Abschnitten oder unteren Steg-Abschnitten zu einer zentralen Region der unteren Öffnung (46) erstrecken und kurz vor dieser zentralen Region enden.

2. Unterer Gitterplattenrost nach Anspruch 1, worin die unteren Naben-Abschnitte, die unteren Steg-Abschnitte und die Vorsprünge (44) untere Öffnungen einer allgemein kleeblattartigen Konfiguration bilden.

3. Unterer Gitterplattenrost nach Anspruch 1, worin sich die Vorsprünge (44) von den unteren Naben-Abschnitten aus erstrecken, wobei die unteren Naben-Abschnitte, die unteren Steg-Abschnitte und die Vorsprünge untere Öffnungen bilden, die um die zentrale Region herum vier Lappen aufweisen.

4. Unterer Gitterplattenrost nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin für mindestens gewisse der unteren Öffnungen (46) sich ein erstes Paar von Vorsprüngen. (44a) der Vielzahl von Vorsprüngen (44) seitlich von einem ersten Paar diagonal gegenüberliegender unterer konvexer Naben-Abschnitte der zylindrischen Naben aus erstreckt, und ein zweites Paar von Vorsprüngen (44b) der Vielzahl von Vorsprüngen (44) sich seitlich von einem zweiten Paar diagonal gegenüberliegender unterer konvexer Abschnitte der zylindrischen Naben aus erstreckt.

5. Unterer Gitterplattenrost nach Anspruch 4, worin das erste Paar von Vorsprüngen (44a) länger ist als das zweite Paar von Vorsprüngen (44b).

6. Unterer Gitterplattenrost nach Anspruch 5, worin die gewissen der unteren Öffnungen (46) um entsprechende Diagonallinien herum symmetrisch sind, die durch die vertikalen Mittellinien der Naben (36) in der quadratischen Matrix verlaufen.

7. Unterer Gitterplattenrost nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die Vorsprünge (44) allgemein gebogene obere und untere Oberflächen aufweisen, um den glatten Übergang der Kühlmittelströmung um die Vorsprünge (44) herum und in die Strömungsräume (40) zu gestatten.

8. Unterer Gitterplattenrost nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die Vorsprünge (44) distale Enden einer allgemein halbkugelförmigen Gestalt aufweisen.

9. Unterer Gitterplattenrost nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die Vorsprünge (44) kreisförmige Stifte mit sich seitlich erstreckenden Achsen umfassen.

10. Unterer Gitterplattenrost nach einem vorhergehenden Anspruch, worin das die Vorsprünge (44) einschließende Rost (16) als ein integraler Gußkörper ausgebildet ist.

11. Unterer Gitterplattenrost nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die Öffnungen (46') sich zwischen jedem Paar nächstbenachbarter unterer Naben-Abschnitte von Naben (36) erstrecken, die um die Peripherie des Rostes (16) herum beabstandet sind, wobei mindestens einer der Vorsprünge (48) in jeder genannten Öffnung (46') zwischen nächstbenachbarten peripheren Naben (36) eine größere Breite hat als alle anderen der Vorsprünge (44) in jeder genannten Öffnung zwischen nächstbenachbarten peripheren Naben (36).

12. Kernbrennelement mit einem unteren Gitterplattenrost nach einem vorhergehenden Anspruch, einer Brennstab-Trägerstruktur, die eine untere Gitterplatten-Baueinheit (23) einschließt, die eine Einlaßdüse (22) umfaßt, wobei der untere Gitterplatterost (16) und eine Übergangsstruktur (25) ein Strömungsvolumen (27) zur Aufnahme von Kühlmittel bilden, das in die Düse (22) eintritt und Kühlmittel zu dem unteren Gitterplattenrost (16) strömen läßt.

13. Kernnbrennelement und Träger dafür, umfassend einen unteren Gitterplattenrost (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, obere und untere Gitterplatten-Baueinheiten (14, 23), ein Kernbrennelement zwischen den oberen und unteren Gitterplatten-Baueinheiten (14, 23) und mit einer Vielzahl von Kernbrennstäben (12), wobei die untere Gitterplatten-Baueinheit (23) den unteren Gitterplattenrost (16) zum Abstützen des Kernbrennelementes einschließt.