DE69001678T2 - Kernbrennstoffanordnungen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Kernbrennstoffanordnungen, spezieller Brennstoffanordnungen, wie sie für Siedewasserreaktoren geeignet sind.
• Eine bekannte Brennstoffanordnung, wie sie für einen Siedewasserreaktor verwendet wird, ist mit oberen und unteren Verbindungsplatten, mehreren Brennstäben, deren obere und untere Enden jeweils durch die oberen und unteren Verbindungsplatten gehalten werden, und mit Brennstoffabstandshaltern versehen, um die Abstände zwischen benachbarten Brennstäben einzuhalten, wie in der japanischen Offenlegung zu einer Patentanmeldung JP-A-60-120282 beschrieben. Das Bündel der Brennstäbe ist in einen kanalförmigen Kasten eingeführt, der an der oberen Verbindungsplatte befestigt ist. Die untere Verbindungsplatte ist gleitend in den unteren Endabschnitt des kanalförmigen Kastens eingeführt. Fingerfedern sind zwischen dem kanalförmigen Kasten und der unteren Verbindungsplatte angeordnet. Die Fingerferdern unterdrücken ein Auslecken des Kühlmittels im kanalförmigen Kasten zur Außenseite hin über den Spalt zwischen dein kanalförmigen Kasten und der unteren Verbindungsplatte.
• Die Fingerfeder bei dieser herkömmlichen Brennstoffanordnung kann es nicht völlig verhindern, daß das Kühlmittel in der Brennstoffanordnung durch den Spalt zwischen dem kanalförmigen Kasten und der unteren Verbindungsplatte nach außen leckt. Die herkömmliche Brennstoffanordnung weist daher dahingehend einen Mangel auf, daß die Menge an Kühlmittel, das durch den Spalt leckt, nicht kontrolliert werden kann.
• Es besteht die Gefahr eines Brechens der Fingerfedern. Darüber hinaus haben die Erfinder herausgefunden, daß die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des kanalförmigen Kastens zu einer Kriechverformung führt, was die Leckrate mit zunehmender Bestrahlungszeit der Brennstäbe erhöht.
• Die Fingerfeder übt eine nach außen gerichtete Kraft auf den kanalförmigen Kasten aus. Diese Kraft fördert Kriechverformung im unteren Endabschnitt des kanalförmigen Kastens und erweitert den unteren Endabschnitt desselben nach außen.
• Die japanische Offenlegung zu einer Patentanmeldung JP-A- 61-170692 offenbart eine Struktur, die keine Fingerfeder verwendet. Wie es in Fig. 1 zu dieser Literaturstelle aus dem Stand der Technik dargestellt ist, sind um den Außenumfangsbereich der unteren Verbindungsplatte Stufen angeordnet, und der kanalförmige Kasten ist auf eine Stufe dieser Struktur aufgesetzt. So wird der kanalförmige Kasten durch sein eigenes Gewicht in dichtem Kontakt mit der unteren Verbindungsplatte gehalten, was das Herauslecken von Kühlwasser beschränkt. Da der kanalförmige Kasten auf Stufen mit nach innen gerichteter Neigung aufgesetzt wird, wird bewirkt, daß nach innen gerichtete Kraftkomponenten auf den unteren Endabschnitt des kanalförmigen Kastens wirken und die Verformung der Außenseite des unteren Endabschnitts nach außen verringert wird.
• Jedoch wirkt aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des kanalförmigen Kastens immer noch eine von innen nach außen wirkende Kraft auf den unteren Endabschnitt des kanalförmigen Kastens, und es ist wahrscheinlich, daß dies Kriechverformung fördert. Wenn sich der untere Endabschnitt des kanalförmigen Kastens aufweitet, erhöht sich die Menge herausleckenden Kühlwassers.
• Um das Herauslecken durch den Spalt zwischen dem kanalförmigen Kasten und der unteren Verbindungsplatte zu verringern, haben die Anmelder Brennstoffanordnungen entworfen, bei denen die untere Verbindungsplatte mit Kühlmittel-Durchflußöffnungen versehen ist, die am äußersten Umfang der Oberseite der Verbindungsplatte, oder dicht hierbei, angeordnet sind, um ein Strömungsmuster des Kühlmittels hervorzurufen, das das Herauslecken des Kühlmittels durch den Spalt zwischen dem kanalförmigen Kasten und der unteren Platte unterdrückt, wenn die Brennstoffanordnung in den Kern eines Reaktors geladen wird. Diese Vorschläge sind in JP-A-1-212391, veröffentlicht am 25. August 1989, offenbart, und sie werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 12 beschrieben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffanordnung anzugeben, die dazu in der Lage ist, das Herauslekken von Kühlmittel durch den Spalt zwischen der unteren Verbindungsplatte und dem kanalförmigen Kasten zu verringern oder zu kontrollieren.
• Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffanordnung anzugeben, die dazu in der Lage ist, Kriechverformung des kanalförmigen Kastens zu verringern.
• Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung weisen die Kühlmittelöffnungen in der unteren Verbindungsplatte mehrere erste Öffnungen auf, die, gesehen in Draufsicht auf die Oberseite der unteren Endplatte, in einem ersten Bereich angeordnet sind, der vom Umfang der Oberseite beabstandet ist, und mehrere zweite Öffnungen, die einen kleineren Querschnitt aufweisen als die ersten Öffnungen, und in einem zweiten Bereich angeordnet sind, der vom ersten Bereich umgeben wird. Die Größen und die Abstände der ersten und zweiten Öffnungen sind derartig, daß der Anteil offener Flächen im ersten Bereich größer ist als der Anteil offener Flächen im zweiten Bereich.
• Das Verhältnis offener Flächen ist das Verhältnis von (i) der Gesamtquerschnittsfläche aller Kühlöffnungen (ausschließlich irgendwelcher Wasserrohröffnungen) an der Oberseite der unteren Verbindungsplatte im ersten Bereich oder im zweiten Bereich zur (ii) Gesamtfläche des ersten oder zweiten Bereichs.
• Wahlweise Merkmale der Erfindung, die mit dem oben dargelegten Hauptkonzept kombinierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun durch nichtbeschränkende Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
• Fig. 1 ein allgemeiner Vertikalschnitt einer Brennstoffanordnung gemäß einem nun veröffentlichten Vorschlag der Anmelder ist, wie oben angegeben;
• Fig. 2 ein detaillierter Vertikalschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 3 durch die untere, in Fig. 1 dargestellte Verbindungsplatte ist;
• Fig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte untere Verbindungsplatte ist;
• Fig. 4 ein Querschnitt einer Alternativkonstruktion zu der von Fig. 2 ist, der das untere Ende des kanalförmigen Kastens zeigt;
• Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Geschwindigkeitsverteilung der Kühlwassergeschwindigkeit über und in der Nähe der unteren Verbindungsplatte zeigt;
• Fig. 6, 7, 9 und 10 Vertikalschnitte anderer Alternativen zu denen der Fig. 2 und 4 sind;
• Fig. 8 eine Draufsicht auf die untere Verbindungsplatte ist, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist;
• Fig. 11 eine Draufsicht auf die untere Verbindungsplatte ist, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist;
• Fig. 12 ein Vertikalschnitt der Brennstoffanordnung der Fig. 10 und 11 mit kleinerem Maßstab ist;
• Fig. 13 eine Draufsicht auf eine untere Verbindungsplatte einer Brennstoffanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
• Fig. 14 jeden speisewassereinlaßbereich für die untere Verbindungsplatte zeigt, wie sie in Fig. 13 dargestellt ist; und
• Fig. 15 eine schematische Darstellung der Fließgeschwindigkeitsverteilung innerhalb eines kanalförmigen Kastens ist, wenn eine erfindungsgemäße untere Verbindungsplatte verwendet wird.
• Die Brennstoffanordnung 1 der Fig. 1, 2 und 3 ist mit mehreren Brennstäben 5 und einer oberen Verbindungsplatte 2 sowie einer unteren Verbindungspaltte versehen, um die oberen und unteren Enden der Brennstäbe 5 zu halten. Einige der Brennstäbe 5 sind Verbindungsbrennstäbe, die die obere Verbindungsplatte 2 und die untere Verbindungsplatte 3 miteinander verbinden. Unter den Brennstäben 5 ist ein Wasserrohr 14 angeordnet, dessen Enden durch die obere Verbindungsplatte 2 bzw. die untere Verbindungsplatte 3 gehalten werden. Federn, die die oberen Endstopfen der Brennstäbe 5 berühren, drücken die Brennstäbe 5 zur unteren Verbindungsplatte 3 hin. Brennstab-Abstandshalter 15 sind in vertikaler Richtung der Brennstoffanordnung 1 in vorgegebenen Abständen angeordnet, um die Brennstäbe 5 voneinander beabstandet zu halten. Ein kanalförmiger Kasten 17 ist an der unteren Verbindungsplatte 2 so befestigt, daß er das Bündel der Brennstäbe 5 umgibt. Der obere Abschnitt der unteren Verbindungsplatte 3 ist in den unteren Endabschnitt des kanalförmigen Kastens 17 eingesetzt. Der kanalförmige Kasten 17 und die untere Eingriffsplatte 3 greifen in solcher Weise ineinander, daß das untere Ende des kanalförmigen Kastens 17 sich selbst dann nicht von der unteren Verbindungsplatte 3 löst, wenn sich die obere Verbindungsplatte 2 aufgrund thermischer Expansion oder Strahlungsverformung der Brennstäbe 5 während des Betriebs des mit der Brennstoffanordnung 1 beladenen Reaktors nach oben bewegt. Diese allgemeine Anordnung einer Brennstoffanordnung ist bekannt und muß nicht weiter beschrieben werden.
• Es wird nun die Struktur der unteren Verbindungsplatte 3 unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 im Detail erläutert. Die untere Verbindungsplatte 3 ist mit einem Brennstoffhalteteil 4 und einem äußeren Teil 10 versehen. Der äußere Teil 10 ist ein teilweise quadratischer und teilweise kegelförmiger Körper mit einer Kammer 11 im Inneren. Das Brennstoffhalteteil 4 ist am oberen Endabschnitt des unteren Teils 10 in solcher Weise befestigt, daß die Kammer 11 abgedeckt ist. Typischerweise besteht die untere Verbindungsplatte 3 aus einem Stück aus einer geeigneten Stahllegierung. Das Brennstoffhalteteil 4 ist mit mehreren Zylindervorsprüngen 6a mit Löchern 7 versehen, um die unteren Endstopfen der Brennstäbe 5 oder des Wasserrohrs 14 aufzunehmen, und mit mehreren Rippen 6, die benachbarte Zylindervorsprünge 6a miteinander verbinden. Die Außenwände der Zylindervorsprünge 6a und die Rippen 6 bilden Kühlwasseröffnungen oder -kanäle 8. Die untere Verbindungsplatte 3 ist ferner mit mehreren Umfangs-Kühlwasseröffnungen in Form von Kühlwasserstrahlschlitzen 9 in der Nähe der vier Außenseitenflächen 16A versehen. Die Ausgänge der Kühlwasserstrahlschlitze 9 sind zwischen den äußersten Löchern 7 und der Außenseitenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte 3 parallel zur Außenseitenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte 3 angeordnet. Jeder Kühlwasserstrahlschlitz 9 ist ein Kühlwasserkanal mit langem und engem rechteckigem Querschnitt, und auch die Ausgänge des Kühlwasserstrahls erstrecken sich entlang der Außenseitenfläche 16A. Jeder der Kühlwasserstrahlschlitze 9 ist so ausgebildet, daß seine Öffnung mit der Kammer 11 unter dem Brennstoffhalteabschnitt 4 in Verbindung steht und der Ausgang an der oberen Endfläche der unteren Verbindungsplatte angeordnet ist. Die Mitte der Achse eines Kühlwasserstrahlschlitzes 9 ist unter einem Winkel Θ zur Außenseitenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte 3 geneigt. Anders gesagt, ist die Abmessung zwischen der Mitte des Eingangs eines Kühlwasserstrahlschlitzes 9 und der Außenseitenfläche 16A größer als die Abmessung zwischen der Mitte des Ausgangs eines Kühlwasserstrahlschlitzes 9 und der Außenseitenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte 3. Das bedeutet, daß die Mitte der Achse des Kühlwasserstrahlschlitzes 9 auch zur Innenfläche des kanalförmigen Kastens 17 geneigt ist, wie dies durch Fig. 4 veranschaulicht wird.
• Im einzelnen weist ein Kühlwasserstrahlschlitz 9 den folgenden Aufbau auf. Die Abmessung t&sub1; zwischen (i) dem zur Außenseitenfläche 16A der Verbindungsplatte 3 hin gerichteten Seitenwandabschnitt p der Seitenwände des Kühlwasserstrahlschlitzes 9 an dessen Ausgang und (ii) der Außenseitenfläche 16A ist kleiner als die Dicke t&sub2; der Seitenwand 16 der unteren Verbindungsplatte 3. Tatsächlich ist der Seitenwandabschnitt P näher an der Außenseitenfläche 16A als an der Innenseitenfläche 16B angeordnet. Von einem anderen Gesichtspunkt aus kann auch gesagt werden, daß die Abmessung L&sub1; zwischen (i) dem seitenwandabschnitt P des zur Außenseitenfläche 16A der Seitenflächen des Kühlwasserstrahlschlitzes 9 an dessen Ausgang hin gerichteten Kühlwasserstrahlschlitzes 9 und (ii) der Mittelachse der unteren Verbindungsplatte 3 größer ist als die Abmessung L&sub2; zwischen der Innenseitenfläche 16B der unteren Verbindungsplatte 3 und der Mittelachse der unteren Verbindungsplatte 3.
• In Fig. 2 ist keine Fingerfeder zwischen der unteren Verbindungsplatte 3 und dem kanalförmigen Kasten 17 vorhanden, wie in Fig. 1 dargestellt.
• Wenn die Brennstoffanordnung 1 in den Kern eines Siedewasserreaktors eingesetzt wird, fließt Kühlwasser in die im unteren Teil 10 der unteren Verbindungsplatte 3 ausgebildete Kammer 11 und wird zwischen den Brennstäben über die Kühlwasserkanäle 8, 9 versorgt. Ein Teil des Kühlwassers aus der Kammer 11 fließt aus den Kühlwasserstrahlschlitzen 9 in Richtung der in Fig. 4 dargestellten Pfeile 18 zum kanalförmigen Kasten 17. Die Ströme aus den Kühlwasserstrahlschlitzen 9 sammeln sich in Form eines Gürtels in der Nähe der unteren Verbindungsplatte 3 und strömen weiter zum kanalförmigen Kasten 17. Diese Ströme 18 treffen auf die Innenfläche des kanalförmigen Kastens 17 und fließen entlang der Innenfläche dieses kanalförmigen Kastens 17 nach oben.
• Fig. 5 zeigt eine idealisierte Geschwindigkeitsverteilung für die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers über und in der Nähe der unteren Verbindungsplatte 3. In einer unteren Verbindungsplatte gemäß dem Stand der Technik mit gleichförmig großen Kühlwasseröffnungen, die gleichförmig an der unteren Verbindungsplatte angeordnet sind, wie dies mit der gestrichelten Linie angedeutet ist, nimmt die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers zum mittleren Bereich des Querschnitts des kanalförmigen Kastens 17 zu. Im Gegensatz hierzu ist beim Aufbau von Fig. 2 die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers in der Nähe des kanalförmigen Kastens 17 erhöht, wie es als Ideal durch die durchgezogene Linie gekennzeichnet ist. Es ist nicht wahrscheinlich, daß dieses Ideal in der Praxis erzielt wird, jedoch führen die diskutierten Konstruktionen zu Geschwindigkeitsspitzen in der Strömungsverteilung an der Oberseite der unteren Verbindungsplatte in der Nähe von deren Umfang. Selbstverständlich ändert sich weiter oben im kanalförmigen Kasten das Geschwindigkeitsdiagramm gegenüber demjenigen an der unteren Verbindungsplatte. Bei den vorliegenden Konstruktionen mit einer solchen Verteilung der Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers wird ein Bereich mit relativ niedrigem Druck in einem Bereich (mit A in Fig. 4 repräsentiert) in der Nähe der Innenfläche des kanalförmigen Kastens 17 infolge der höheren Geschwindigkeit aus den Kühlwasserstrahlschlitzen 9 erzeugt. Das Herauslecken von Kühlwasser aus dem kanalförmigen Kasten 17 durch den Spalt zwischen ihm und der unteren Verbindungsplatte wird dadurch verringert. Diese Wirkung wird durch die Lage der Ausgänge der Kühlwasserstrahlschlitze 9 bewirkt, die näher an der Außenfläche 16A liegen als die äußersten Kühlwasserkanäle 8. Vorzugsweise liegen die Ausgänge der Kühlwasserstrahlschlitze 9 insgesamt außerhalb der Mittellinien der äußersten Löcher 7. Insbesondere ist es bevorzugt, daß die Seitenwandabschnitte P der Kühlwasserstrahlschlitze 9 näher bei der Außenseitenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte 3 als bei der Innenseitenfläche 16B angeordnet sind.
• Wenn ein Kühlwasserstrahlschlitz 9 unter einem Winkel Θ solchen Ausmaßes geneigt ist, daß selbst dann keine Komponente nach unten erzeugt wird, wenn der Strahlfluß 18 auf den kanalförmigen Kasten 17 trifft, ist es möglich, den Ausgang des Kühlwasserstrahlschlitzes 9 im Abschnitt an der Seitenfläche der unteren Verbindungsplatte 3 anzuordnen, der nicht vom kanalförmigen Kasten 17 abgedeckt wird, ohne daß die oben beschriebene Funktion verlorengeht.
• Dieser Aufbau kann das Herauslecken von Kühlwasser aus dem Spalt zwischen der unteren Verbindungsplatte 3 und dem kanalförmigen Kasten 17 aufgrund hydromechanischer Wirkung der aus den Kühlwasserstrahlschlitzen 9 ausgestrahlten Strömung unterdrückt werden. Diese Wirkung wird mit einer Brennstoffanordnung mit einfacher Struktur erzielt, bei der die Kühlwasserstrahlschlitze 9 vorhanden sind, ohne daß eine Fingerfeder verwendet wird. Da der Ausgang eines Kühlwasserstrahlschlitzes 9 sich entlang der Außenseitenfläche 16A erstreckt, ist es möglich, einen Bereich auszubilden, in dem die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers in der Nähe des kanalförmigen Kastens 17 über den gesamten Umfang der Innenfläche dieses kanalförmigen Kastens 17 zunimmt. Daher ist es möglich, das Auslecken von Kühlwasser durch den Spalt zwischen der unteren Verbindungsplatte 3 und dem kanalförmigen Kasten 17 kontinuierlich entlang dem gesamten Umfang der Außenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte 3 zu verringern.
• Der Winkel Θ wird vorzugsweise so bestimmt, daß selbst dann, wenn der Strahlfluß 18 auf den kanalförmigen Kasten 17 trifft, im wesentlichen keinerlei nach unten gerichtete Komponente erzeugt wird. Wenn der Ausgang eines Kühlwasserstrahlschlitzes 9 in der Nähe der Außenseitenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte angeordnet ist (z. B. näher an der Außenseitenfläche 16A als das Loch 7 liegend, das am äußersten Umfang angeordnet ist, und dem Punkt desselben, der am nächsten bei der Außenseitenfläche 16A liegt), ist es möglich, über eine Struktur zu verfügen, bei der die Mitte der Achse des Kühlwasserstrahlschlitzes 9 parallel zur Innenfläche des kanalförmigen Kastens 17 liegt (d. h. parallel zur Außenseitenfläche 16A), ohne daß die oben beschriebene Funktion verlorengeht. Fig. 6 zeigt eine solche Struktur.
• Fig. 6 zeigt eine untere Verbindungsplatte 3, die dieselbe Struktur wie die oben beschriebene untere Verbindungsplatte aufweist, mit der Ausnahme, daß die Mitten der Achsen der Kühlwasserstrahlschlitze 9B parallel zur Außenseitenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte sind. Der Ausgang eines Kühlwasserstrahlschlitzes 9B ist näher an der Außenseitenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte 3 angeordnet als an der Außenfläche der äußersten Brennstäbe. Anders gesagt, ist die Abmessung t&sub1; zwischen dem Seitenwandbereich eines Kühlwasserstrahlschlitzes 9B und der Außenseitenfläche 16A kleiner als die Dicke t&sub2; der Seitenwand 16 der unteren Verbindungsplatte, und die Abmessung L&sub1; zwischen dem Seitenwandabschnitt P eines Kühlwasserstrahlschlitzes 9B und der Mitte der Achse der unteren Verbindungsplatte 3 ist größer als die Abmessung L&sub2; zwischen der Innenseitenfläche 16B der unteren Verbindungsplatte 3 und der Mitte der Achse der unteren Verbindungsplatte 3.
• Dieser Aufbau erzielt dieselbe Wirkung wie derjenige von Fig. 2. Die Form der unteren Enden der Öffnungen 9B in Fig. 6 ist von Bedeutung. Um die Strömungsgeschwindigkeit durch die Umfangsöffnungen 9B im Vergleich zum Wert für die Öffnungen 8 zu erhöhen, sollte die Reibung am Eingang der Öffnungen 9B nach Möglichkeit niedriger sein als am Eingang der Öffnungen 8. Die Konstruktion von Fig. 6 erzielt dies.
• Eine andere Konstruktion einer unteren Verbindungsplatte 3 ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt, wobei die mittleren Kühlwasserkanäle 8 einen kleineren Kanalquerschnitt aufweisen als in den Ausführungsbeispielen der Fig. 2, 4 und 6. Der Querschnitt der Kühlwasserkanäle 8 ist kleiner als derjenige der Brennstablöcher 7. Ansonsten sind die Struktur und die Funktion der unteren Verbindungsplatte 3 im wesentlichen dieselben wie in Fig. 2. Der Druckverlust des Brennstabhalteteils 4 bei diesem Ausführungsbeispiel ist größer als in Fig. 2, so daß die Fließgeschwindigkeit aus den Kühlwasserstrahlschlitzen 9 größer ist, d. h. die Funktion der Verringerung des Kühlwassers, das durch den Spalt zwischen der unteren Verbindungsplatte 3 und dem kanalförmigen Kasten 17 leckt, ist erhöht. Darüber hinaus führt die Zunahme des Druckverlustes am Brennstabhalteteil 4 zu einer Verbesserung eines Phänmens mit instabilem Fluß.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird noch eine andere Konstruktion einer unteren Verbindungsplatte erläutert. Diese untere Verbindungsplatte 3 weist an der unteren Fläche des Brennstabhalteteils 4 einen Fließgeschwindigkeitsbegrenzer in Form eines Widerstandsteils auf. Die Draufsicht auf die untere Verbindungsplatte ist dieselbe, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Fließgeschwindigkeitsbegrenzer 20 weist eine Öffnung 20A in seinem mittleren Abschnitt auf. Die Fläche der Öffnung 20A ist kleiner als die Gesamtkanalfläche der Kühlwasserkanäle 8, die mit der Kammer 11 unter dem Fließgeschwindigkeitsbegrenzer 20 über die Öffnung 20A in Verbindung stehen. Diese Verbindungsplatte weist dieselbe Funktion wie die von Fig. 2 auf.
• Die untere Verbindungsplatte der Fig. 10 bis 12 ist mit Kühlwasserstrahlschlitzen 9A versehen, von denen jeder einen Querschnitt aufweist, von dem ein Teil die Außenfläche der Zylindervorsprünge ist, die die unteren Enden der Brennstäbe halten. Die Kühlwasserstrahlschlitze 9A sind näher bei der Außenseitenfläche 16A der unteren Verbindungsplatte 3 als die äußersten Löcher 7 angeordnet. Anders gesagt, ist an der unteren Verbindungsplatte 3 ein Teil der Ausgänge der Kühl wasserstrahlschlitze 9A zwischen der Außenseitenfläche 16A und den Löchern 7 angeordnet. Der entfernteste Punkt eines Ausgangs in Umfangsrichtung liegt außerhalb der Linie, die die Mittellinien der nächstbenachbarten Löcher 7 verbinden. Die in den Fig. 10 bis 12 dargestellte Brennstoffanordnung weist dieselbe Funktion wie die in Fig. 2 dargestellte Brennstoffanordnung auf.
• Die Fig. 13 und 14 zeigen im Detail ein Beispiel einer Anordnung von Kühlwasseröffnungen gemäß der Erfindung. Die oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 12 beschriebenen Konzepte sind in den Ausführungsbeispielen der Erfindung, wie sie hier offenbart werden, enthalten oder können, falls dies geeignet ist, enthalten sein. In der Verbindungsplatte der Fig. 13 und 14 sind Umfangsöffnungen 9 mit nichtkreisförmigen Öffnungen an der Oberseite außerhalb derjenigen Linien angeordnet, die die Mittellinien der äußersten Brennstablöcher 7 verbinden. Diese Öffnungen 9 sind an ihren dem Umfang nächstliegenden Seiten am größten. Sie liegen teilweise innerhalb der Dicke der Wand 16 (wie in Fig. 6 dargestellt), wobei die Innenfläche der Wand 16 aus Fig. 13 erkennbar ist. Wie in den Fig. 13 und 14 dargestellt, ist die untere Verbindungsplatte mit Schraubengewindelöchern 12 für die Verbindungsstäbe und mit zwei Wasserrohrlöchern 13 versehen. An ihrer Oberkante weist sie Kammern 4B und darunterliegende Leisten 4C auf. Die kreisförmigen Kühlmittelöffnungen 21, 22, 23 und 24, die vom Umfang weg liegen, weisen vier verschiedene Größen auf, und zwar zur Mitte hin abnehmend, mit der Ausnahme, daß die einzige Mittelöffnung 24 aus konstruktionsbedingten Gründen größer ist.
• Bei dieser unteren Verbindungsplatte ist der Gesamtquerschnitt der Strömungswege durch die Öffnungen 21, die ganz außen liegen (von den Umfangsöffnungen 9 weg liegen) größer, und die Gesamtpfade der inneren Sätze der Öffnungen 22, 23 sind kleiner, um den oben diskutierten Geschwindigkeitsverteilungseffekt der Umfangsöffnungen 9 weiter zu verbessern.
• Die Verteilung der Querschnittsflächen der Strömungswege durch die Öffnungen 9, 21 - 24 ist definiert, wie dies in Fig. 14 dargestellt ist. Die Querschnittsfläche des Strömungswegs durch jede Umfangsöffnung 9 ist a, die Querschnittsfläche eines Strömungswegs durch jede Öffnung 21 ist b, die Querschnittsfläche des Strömungswegs jeder weiter innen liegenden Öffnung 22 ist c, die Querschnittsfläche des Strömungswegs jeder noch weiter innen liegenden Öffnung 23 ist d, und die Querschnittsfläche des Strömungswegs der in der Mitte liegenden Öffnung 24 ist e. Dann wird die Summe der Querschnittsflächen der Strömungswege in jedem Öffnungsbereich durch die folgenden Formeln wiedergegeben:
• Das bevorzugte Verhältnis der Strömungswegfläche zur Gesamtströmungswegfläche in jedem dieser Bereiche ist in % in Tabelle 1 wiedergegeben. Die Gesamtströmungsweg-Querschnittsfläche A der Umfangsöffnungen 9 wird so groß wie möglich eingestellt und beträgt vorzugsweise 25 bis 35 %, und die Gesamtströmungsweg-Querschnittsfläche der Öffnungen 21 wird ebenfalls so groß wie möglich eingestellt und beträgt vorzugsweise 40 bis 50 %. Die dichter bei der Mitte liegenden Öffnungen sind kleiner. Die Gesamtströmungsweg-Querschnittsfläche der Öffnungen 22 beträgt vorzugsweise 15 bis 25 %, die Gesamtströmungsweg-Querschnittsfläche der Öffnungen 23 beträgt vorzugsweise 2 bis 10 % und die Gesamtströmungsweg- Querschnittsfläche der Speisewasseröffnung 24 beträgt vorzugsweise 0 bis 5 %.
• Als genaues Beispiel ist ein solches für eine 9-mal-9-Brennstoffanordnung in Tabelle 2 dargestellt. Wie in dieser Tabelle gezeigt, genügt das Verhältnis der Gesamtströmungsweg- Querschnittsfläche für jeden Bereich dem in Tabelle 1 dargelegten Bereich. Die Durchmesser der Öffnungen in jedem Bereich sind nur durch ein Beispiel gegeben und sind nicht beschränkend.
• Da die Öffnungen 21 - 24 zum größten Teil gleichförmig voneinander beabstandet sind, ist das Verhältnis für offene Flächen, wie es oben beschrieben wurde, im Bereich der Öffnungen 21 größer als im Bereich der Öffnungen 22, und es ist im Bereich der mittleren Öffnungen 23, 24 am kleinsten.
• Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung innerhalb der Brennstoffanordnung nach dem Verlassen der unteren Verbindungsplatte wird idealerweise dadurch einheitlich eingestellt, wie in Fig. 15 dargestellt, daß die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Öffnungen in den Außenumfangsabschnitten der unteren Verbindungsplatte erhöht wird und die Strömungsweg-Querschnittsfläche der Öffnungen nahe der Mitte verringert wird. Tabelle 1 Speisewassereinlaßbereich Anteil des Speisewassereinlasses an der Strömungswegfläche (%) Tabelle 2 Größe Bereich Speisewasserdurchmesser (mm) Anzahl von Speisewasseröffnungen Gesamtströmungsweg-Querschnittsfläche für jeden Bereich Anteil der Gesamtströmungsweg-Querschnittsfläche (%)
• Wegen der durch den Aufbau der Fig. 13 und 14 erzielten Geschwindigkeitsverteilung ist die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des kanalförmigen Kastens verringert, und das Auslecken von der Innenseite zur Außenseite des kanalförmigen Kastens kann im Vergleich zu einer Anordnung mit gleichförmigen Öffnungen beschränkt werden.
• Die vorliegende Konstruktion führt zu einer anderen Wirkung dahingehend, daß die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung innerhalb des kanalförmigen Kastens gleichmäßiger als mit der herkömmlichen unteren Verbindungsplatte eingestellt werden kann. Darüber hinaus bedeutet der verringerte statische Druck in der Nähe des unteren Teils des kanalförmigen Kastens, daß die Kriechverformung des kanalförmigen Kastens nach außen ebenfalls verringert ist.
• Die Verwendung der hier beschriebenen Brennstoffanordnungen im Kern eines Siedewasserreaktors wird kurz erläutert. Der Kern ist innerhalb eines Druckeinschließungsgefäßes des Reaktors angeordnet, und er wird dadurch gebildet, daß eine große Anzahl Brennstoffanordnungen eingesetzt wird. Die untere Verbindungsplatte jeder Brennstoffanordnung wird von einem Brennstoffhaltegitter getragen, das auf der unteren Kernträgerplatte angeordnet ist. Ein Brennstoffträgergitter trägt vier Brennstoffanordnungen. Steuerstäbe können zwischen benachbarte Brennstoffanordnungen durch das Brennstoffträgergitter eingeführt werden. In das Reaktor-Druckeinschließungsgefäß wird Kühlwasser geleitet, und dieses fließt durch den Kern. Kühlwasser, das aufgrund der Wirkung einer Umwälzpumpe zugeführt wird, läuft durch einen Kanal im Brennstoffträgergitter und wird der unteren Verbindungsplatte in der Brennstoffanordnung zugeführt. Der Hauptteil des Wassers läuft durch den kanalförmigen Kasten und strömt aus der Oberseite der Brennstoffanordnung heraus, wie bereits beschrieben. Ein Teil des Kühlwassers leckt aus dem Boden des kanalförmigen Kastens heraus und steigt in Spalten auf, die zwischen benachbarten Brennstoffanordnungen bestehen.
• Die Erfindung kann eine Verformung eines kanalförmigen Kastens durch einfache Strukturen unter Verwendung des Kühlmittels selbst bemerkenswert beschränken.

Claims (9)

1. Kernbrennstoffanordnung mit:

(a) mehreren Brennstäben (5) , die obere und untere Enden aufweisen und sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken;

(b) einer unteren Verbindungsplatte (3), die die unteren Enden der Brennstäbe hält und eine Oberseite (4A) und mehrere Kühlöffnungen (9, 21 - 24) aufweist, die sich durch sie erstrecken und an der Oberseite enden; und

(c) einem kanalförmigen Kasten (17), der die Brennstäbe umgibt und ein unteres Ende aufweist, von dem die untere Verbindungsplatte (3) aufgenommen wird, wobei sich Kühlmittel im Gebrauch nach dem Strömen durch die Kühlmittelöffnungen entlang der Brennstäbe innerhalb des kanalförmigen Kastens nach oben bewegt;

dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelöffnungen mehrere erste Öffnungen (21) aufweisen, die, in Draufsicht auf die Oberseite (4A) gesehen, in einem ersten Bereich verteilt sind, der vom Umfang der Oberseite beabstandet ist, und mehrere zweite Öffnungen (22, 23, 24) mit kleinerem Querschnitt als die ersten Öffnungen (21) aufweisen, die in einem vom ersten Bereich umgebenen zweiten Bereich angeordnet sind, wobei die Größen und Abmessungen der ersten und zweiten Öffnungen derart sind, daß das Verhältnis der Öffnungsfläche, wie dadurch festgelegt, im ersten Bereich größer ist als das Verhältnis der Öffnungsfläche im zweiten Bereich.

2. Kernbrennstoffanordnung nach Anspruch 1, bei der die ersten und zweiten Öffnungen (21 - 24) kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

3. Kernbrennstoffanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Kühlmittelöffnungen ferner in der Nähe des Umfangs der unteren Verbindungsplatte mehrere Umfangsöffnungen (9) aufweisen, von denen jede eine Geschwindigkeitsspitze hervorruft, die weiter von der axialen Mittellinie der Verbindungsplatte weg liegt als die axiale Mittellinie der der Öffnung (9) nächstbenachbarten Brennstäbe (5), wobei die Geschwindigkeitsspitze eine Spitze in einem Diagramm der Kühlmittelgeschwindigkeitsverteilung an der Oberseite (4A) der unteren Verbindungsplatte entlang einer Linie ist, die rechtwinklig zur Umfangsrichtung der unteren Verbindungsplatte am Ort der Öffnung steht.

4. Kernbrennstoffanordnung nach Anspruch 3, bei der die Verbindungsplatte (3) einen oberen Plattenabschnitt (4), der die Brennstäbe trägt und die genannte Oberseite (4A) bildet, und eine Seitenwand (16) aufweist, die sich vom Umfang des oberen Plattenabschnitts nach unten erstreckt und eine Kammer (11) für das Kühlmittel beinhaltet, wobei sich die Kühlmittelöffnungen von der Kammer zur genannten Oberseite hin erstrecken, wobei die Umfangsöffnungen (9) zumindest teilweise innerhalb der Dicke der Seitenwand (16) liegen.

5. Kernbrennstoffanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der kanalförmige Kasten (17) an seinem oberen Ende gehalten wird und die untere Verbindungsplatte (3) gleitend aufnimmt.

6. Kernbrennstoffanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Kühlmittelöffnungen in der unteren Verbindungsplatte ferner in der Nähe des Umfangs dieser unteren Verbindungsplatte mehrere Umfangslöcher (9) aufweisen, von denen jedes in einem Bereich der Oberseite, der weiter von der axialen Mittellinie der unteren Verbindungsplatte weg liegt als die axialen Mittelinien der der Öffnung (9) nächstbenachbarten Brennstäbe (5), in der Richtung parallel zum Umfang der unteren Verbindungsplatte eine Weite aufweist, die größer ist als die Weite (falls eine solche vorliegt) der Öffnung (9) in dieser Richtung im Bereich direkt zwischen den dichtestbenachbarten Brennstäben.

7. Kernbrennstoffanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die untere Verbindungsplatte (3) einen oberen, die Brennstäbe tragenden und die Oberseite stellenden Plattenbereich (4) und eine Seitenwand (16) aufweist, die sich vom Umfang des oberen Plattenbereichs aus nach unten erstreckt, und eine Kammer (11) für das Kühlmittel einschließt, wobei sich die Kühlmittelöffnungen von der Kammer aus zur Oberseite erstrecken, und

- wobei die Kühlmittelöffnungen ferner in der Nähe des Umfangs der unteren Verbindungsplatte mehrere Umfangsöffnungen (9) aufweisen, von denen jede von einer Begrenzungswand eingeschlossen wird, die, zumindest an dieser Oberseite, einen Abschnitt aufweist, der von der axialen Mittellinie der unteren Verbindungsplatte weiter weg liegt als die Innenseite (16B) der die Kühlkammer einschließenden Seitenwand (16).

8. Kernbrennstoffanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die untere Verbindungsplatte (3) einen oberen, die Brennstäbe tragenden und die Oberseite stellenden Plattenbereich (4) und eine Seitenwand (16) aufweist, die sich vom Umfang des oberen Plattenbereichs aus nach unten erstreckt, und eine Kammer (11) für das Kühlmittel einschließt, wobei sich die Kühlmittelöffnungen von der Kammer aus zur Oberseite erstrecken, und

- wobei die Kühlmittelöffnungen ferner in der Nähe des Umfangs der unteren Verbindungsplatte mehrere Umfangsöffnungen (9) aufweisen, von denen jede von einer Begrenzungswand eingeschlossen wird, die, zumindest an der genannten Oberseite einen Abschnitt aufweist, der vom Umfang der unteren Verbindungsplatte um einen Abstand entfernt ist, der geringer ist als die allgemeine Dicke der die Kühlkammer einschließenden Seitenwand (16).

9. Kernbrennstoffanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Kühlmittelöffnungen mehrere Umfangsöffnungen (9) beinhalten, die, in Draufsicht auf die Oberseite gesehen, zumindest teilweise außerhalb der Brennstaböffnungen in der Oberseite liegen, die die unteren Enden der äußersten der Brennstäbe (5) aufnehmen.