DE69121305T2

DE69121305T2 - Brennelement mit einer Vielzahl von Brennstäben

Info

Publication number: DE69121305T2
Application number: DE69121305T
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Hayashi; Toru Kanazawa; Shin-Ichi Kashiwai; Junjiro Nakajima; Koji Nishida; Akihito Orii; Osamu Yokomizo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2011-05-25
Also published as: EP0458360A1; US5253278A; EP0458360B1; JPH0816709B2; DE69121305D1; JPH0429090A

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennelementanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Jede in einem Siedewasserreaktor verwendete Brennelementanordnung weist obere und untere Verbindungsplatten, mehrere Brennstäbe, deren zwei Endabschnitte von den Verbindungsplatten gehalten werden, Brennelementabstandhalter zum Bündeln der Brennstäbe und ein in die obere Verbindungsplatte eingepaßtes Kanalgehäuse zur Aufnahme des Bündeis von Brennstäben auf. Die Brennelementanordnung wird in den Kern eines Kernreaktors geladen. Ein Druckverlust ist beim Betrieb des Reaktors innerhalb und außerhalb der Brennelementanordnung unterschiedlich, und zwischen den inneren und äußeren Oberflächen des Kanalgehäuses tritt eine Druckdifferenz auf. Dieser Druckunterschied ist am unteren Endabschnitt der Brennelementanordnung größer, und der auf die Innenfläche des Kanalgehäuses einwirkende Druck ist größer als der auf seine Außenfläche einwirkende. Daher dehnt sich das Kanalgehäuse nach außen aus und unterliegt mit dem Verstreichen der Betriebszeit des Kernreaktors einer großen Kriechdeformation bzw. Zeitdehnung. Diese Kriechdeformation führt möglicherweise zu einem Anstieg einer Strömungsmenge von zwischen dem Kanalgehäuse und der unteren Verbindungsplatte ausströmendem Kühlwasser und zu Problemen beim Steuerstabbetrieb.
Gemäß einem der Verfahren zur Bewältigung der Kriechdeformation des Kanalgehäuses werden, wie in den offengelegten japanischen Patenten Nr. 58487/1975 und 13894/1979 und im US-Patent Nr. 3,715,274 beschrieben, Ausnehmungen (oder Vorsprünge) an den Seitenwänden des Kanalgehäuses angeordnet.
In dem offengelegten japanischen Patent Nr. 58487/1975 ist ein Kanalgehäuse offenbart, das an seinen Seitenwänden horizontal dünn nach innen vorstehende Vorsprünge aufweist. Die Starrheit des Kanalgehäuses wird in einer zu einer Achse senkrechten Richtung verbessert. Das US-Patent Nr. 3,715,274 beschreibt das Anordnen welliger Abschnitte mit konkav-konvexen Wölbungen, die sich in der Axialrichtung wiederholen, an den der unteren Verbindungsplatte gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten des Kanalgehäuses. Das offengelegte japanische Patent Nr. 13894/1979 zeigt in den Figuren 3 und 4 ein Kanalgehäuse mit Vorsprüngen, die nach innen vorstehen und oberhalb und in der Nähe der oberen Oberfläche der unteren Verbindungsplatte und in einer Position von einem Drittel der gesamten Länge eines Brennstabs vom unteren Ende des Brennstabs entfernt angeordnet sind. Die Anzahl dieser Vorsprünge stimmt mit der einer großen Anzahl von an einer Leiste eines Brennelementabstandhalters angeordneten Ausbuchtungen überein, sie sind auf dem gleichen Niveau angeordnet und weisen eine Breite auf, die das Hindurchführen der Ausbuchtungen ermöglicht. Diese Ausbuchtungen gelangen mit der Innenfläche des Kanalgehäuses in Kontakt und stützen den Brennelementabstandhalter in einer horizontalen Richtung ab. Die Figuren 7 und 8 des offengelegten japanischen Patents Nr. 13894/1979 zeigen den Aufbau, bei dem eine große Anzahl der vorstehend beschriebenen Vorsprünge an den der unteren Verbindungsplatte zugewandten Seitenwandabschnitten des Kanalgehäuses angeordnet sind. Die untere Verbindungsplatte weist an ihrer äußeren Seitenfläche ein große Anzahl an Rillen auf, in die die vorstehend beschriebenen Vorsprünge eingepaßt sind.
Gemäß dem offengelegten japanischen Patent Nr. 58487/1975 und dem US-Patent Nr. 3,715,274 ist die Höhe der Vorsprünge von der Innenfläche des Kanalgehäuses in einer zu einer Achse vertikalen Richtung auf einen Bereich begrenzt, in dem die Vorsprünge den Spalt zwischen der Innenfläche des Kanalgehäuses und den an dem Brennelementabstandhalter angeordneten Halteausbuchtungen passieren können. Wenn an dem Kanalgehäuse nach außen ragende Vorsprünge angeordnet sind, kann die Höhe der Vorsprünge ebenfalls nicht wesentlich gesteigert werden, um eine Beeinträchtigung eines Steuerstabs zu verhindern.
Da in jüngster Zeit ein höherer Abbrand der Brennelementanordnung und eine Wiederverwendung eines Kanalgehäuses versucht wurden, besteht die Tendenz, die Verweildauer des Kanalgehäuses in einem Kern erheblich zu steigern. Daher ist eine Steigerung der Festigkeit zum Verhindern einer Kriechdeformation des Kanalgehäuses erheblich wünschenswerter als beim Stand der Technik. Das in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 58487/1975 und im US-Patent Nr. 3,715,274 offenbarte Kanalgehäuse kann diese Anforderung nicht erfüllen, da die Höhe der Vorsprünge auf nicht wesentlich mehr als die vorstehend beschriebene Höhe gesteigert werden kann.
Der in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 13894/1979 offenbarte Vorsprung weist eine derartige Breite auf, daß der Vorsprung den Spalt zwischen den an dem Brennelementabstandhalter angeordneten Ausbuchtungen passieren kann. Dementsprechend kann die Höhe dieses Vorsprungs größer als die bei den beiden vorstehend beschriebenen Bezügen gemäß dem Stand der Technik eingestellt werden. Die Breite jedes auf dem gleichen Niveau angeordneten Vorsprungs ist jedoch durch den Spalt zwischen den Ausbuchtungen in der horizontalen Richtung begrenzt. Daher ist der Grad der Steigerung der Festigkeit durch den Vorsprung gemäß dem offengelegten japanischen Patent Nr. 13984/1979 nicht sehr groß und kann die vorstehend beschriebene Anforderung nicht erfüllen. Überdies muß bei dem in der JP-A-54-13894 offenbarten Aufbau jeder der an dem Kanalgehäuse angeordnete Vorsprünge durch den Spalt zwischen den an jedem von mehreren in einer Axialrichtung angeordneten Abstandhaltern angeordneten Ausbuchtungen geführt werden, wenn das Kanalgehäuse an ein Brennelementbündel angepaßt wird. Daher ist das Einpassen des Kanalgehäuses mühselig und zeitraubend.
Überdies zeigt die GB 2 174 235 A eine Brennelementanordnung, bei der ein Kanalgehäuse entlang seiner Innenfläche mehrere Vertiefungen aufweist, die derart beschaffen sind, daß sie in dem Kanalgehäuse in dessen Axialrichtung angeordnete Brennelementabstandhalter abstützen. Dieses Dokument zeigt jedoch keine Halterung für Brennelementabstandhalter in einer zur Axialrichtung der Brennelementanordnung senkrechten Richtung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennelementanordnung, ein Kanalgehäuse und einen Kern eines Kernreaktors zu schaffen, die zu einer weiteren Verringerung der Kriechdeformation eines Kanalgehäuses in der Lage sind.
Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.
Gemäß der Erfindung wird ein Kanalgehäuse geschaffen, das eine Abstandhalterhalteeinrichtung aufweist, die nach innen vorsteht und einen Brennelementabstandhalter in einer zu einer Achse vertikalen Richtung abstützt. Da das Kanalgehäuse eine Abstandhalterhalteeinrichtung aufweist, kann die Höhe (die Höhe in der zur Achse vertikalen Richtung) der am Kanalgehäuse ausgebildeten Abschnitte zum Verhindern einer Kriechdeformation gesteigert werden, und überdies kann die Breite der Abschnitte zum Verhindern einer Kriechdeformation in der Querrichtung der Seitenwände des Kanalgehäuses ohne eine Begrenzung durch die Abstandhalterhalteeinrichtung gesteigert werden. Dementsprechend können die Festigkeit des Kanalgehäuses erheblich gesteigert und die Kriechdeformation des Kanalgehäuses drastisch verringert werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Brennelementanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen Längsschnitt der in Fig. 1 dargestellten Brennelementanordnung;
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III - III in Fig. 2;
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV - IV in Fig.
Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V - V in Fig. 2;
Fig. 6 ein Diagramm, das das Verhältnis der Höhe einer Ausbuchtung zu einer entsprechenden Dicke zeigt;
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm, das zur Erläuterung der Herstellungsschritte des Kanalgehäuses gemäß Fig. 1 nützlich ist;
Fig. 8 eine erläuternde Ansicht, die zur Erläuterung des Zustands eines Zylinderelements nützlich ist, das sich mit den in Fig. 7 dargestellten Herstellungsschritten ändert;
Fig. 9 einen Querschnitt einer Brennelementanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ein Diagramm, das das Verhältnis einer lokalen Leistungsspitze zu einer kritischen Leistung zeigt;
Fig. 11 eine Draufsicht eines Beispiels eines Kerns gemäß dem Stand der Technik;
die Figuren 12, 14 und 16 Draufsichten, die jeweils den Kern zeigen, für den die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Brennelementanordnung verwendet wird;
Fig. 13 eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 12 dargestellten Abschnitts x&sub1;;
Fig. 15 eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 14 dargestellten Abschnitts x&sub2;;
die Figuren 17, 18 und 26 Längsschnitte, die jeweils eine weitere Ausführungsform einer Abstandhalterhalteausbuchtung zeigen;
die Figuren 19, 20 und 27 Längsschnitte, die jeweils eine Brennelementanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
die Figuren 21 bis 25 perspektivische Ansichten, die jeweils eine weitere Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Kanalgehäuses zeigen;
Fig. 2B einen Längsschnitt einer Brennelementanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Nähe der unteren Verbindungsplatte;
Fig. 29 eine Draufsicht der in Fig. 28 dargestellten unteren Verbindungsplatte; und
Fig. 30 ein Diagramm, das die Verteilung der Strörnungsgeschwindigkeit auf der oberen Oberfläche der unteren Verbindungsplatte gemäß Fig. 28 zeigt.
Eine für einen Siedewasserreaktor verwendete Brennelementanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben.
Die Brennelementanordnung 1 gemäß dieser Ausführungsform weist eine obere Verbindungsplatte 2, eine untere Verbindungsplatte 3, eine große Anzahl Brennstäbe 4, deren zwei Enden durch die obere und die untere Verbindungsplatte 2 und 3 abgestützt werden, und Brennelementabstandhalter 5 zum Halten der Spalten zwischen den Brennstäben 4 auf. Die Brennstäbe 4 sind mit vorgegebenen Abständen gitterförmig angeordnet. Ein an der oberen Verbindungsplatte 2 befestigtes Kanalgehäuse 6 nimmt das Bündel Brennstäbe auf und erstreckt sich nach unten. Der untere Endabschnitt des Kanalgehäuses 6 erstreckt sich bis unter die obere Oberfläche der unteren Verbindungsplatte 3 und umgibt die untere Verbindungsplatte 3.
Die obere Verbindungsplatte 2 weist an ihrer oberen Oberfläche einen Griff 7 und vier Brennstützen 8 auf. Überdies weist die obere Verbindungsplatte 2 eine große Anzahl runder Vorsprünge 9 auf, die gitterförmig angeordnet sind, wie in Fig. 3 dargestellt. Nebeneinanderliegende runde Vorsprünge 9 sind durch Rippen 10 miteinander gekoppelt. Die Abstandhalter 11, die von mehreren runden Vorsprüngen 9 und mehreren Rippen 10 umgeben sind, definieren Kühlmittelkanäle und verlaufen durch die obere Ver bindungsplatte 2. Ein oberer Endstecker jedes Brennstabs 4 wird in den in jeden der runden Vorsprünge 9 gebohrten Bohrungsabschnitt eingeführt. Ein runder Vorsprung 9A in der Mitte der oberen Verbindungsplatte 2 stützt den oberen Endstecker eines Wasserstabs 12 ab.
Jeder Brennelementabstandhalter 5 weist mehrere Zylinderelemente 13, mehrere schleifenartige Federn 14 und eine Leiste 15 zum Umschließen des äußeren Abschnitts jedes Zylinderelements 13 am äußersten Rand auf, wie in den Figuren 2A und 28 des US- Patents Nr. 4,508,679 und in Fig. 2 des US-Patents Nr. 4,686,079 dargestellt. Jeder Brennstab 4 wird in jedes Zylinderelement 13 eingeführt. Sieben Brennelementabstandhalter 5 sind mit vorgegebenen Spalten zwischen ihnen in der Axialrichtung der Brennelementanordnung 1 angeordnet. Der Wasserstab 12 ist in der Mitte des Querschnitts der Brennelementanordnung 1 angeordnet. Wie in Fig. 3 des US-Patents Nr. 4,686,079 dargestellt, wird der Wasserstab 12 in der Horizontairichtung von den Brennelementabstandhaltern 5 abgestützt und stützt andererseits die Brennelementabstandhalter 5 in der Axialrichtung ab. Der Außendurchmesser des Wasserstabs 12 nimmt den Bereich ein, in dem vier Brennstäbe 4 angeordnet werden können.
Das Kanalgehäuse 6 ist ein zylindrisches Element mit quadratischem Querschnitt. An jeder Ecke des Kanalgehäuses 6 ist eine an der oberen Oberfläche der Brennstütze 8 angeordnete Haitevorrichtung 16 angeordnet. Zwei Arten von Ausbuchtungen sind jeweils an den vier Seitenflächen des Kanalgehäuses 6 angeordnet. Diese Ausbuchtungen sind durch einen vorstehenden Teil der Seitenwände des Kanalgehäuses 6 definiert. Dementsprechend sind Ausnehrnungen 17A, 18A an den Außenflächen des Kanalgehäuses 6 definiert. Die Ausbuchtungen der einen Art sind Verstärkungsausbuchtungen 17, und die Ausbuchtungen der anderen Art sind Haiteausbuchtungen, wie Ausbuchtungen 18 zum Abstützen der Abstandhalter und Ausbuchtungen 19 zum Abstützen der oberen Verbindungsplatte. Jede Verstärkungsausbuchtung 17 ist ein vorstehender Abschnitt, der sich dünn in einer Querrichtung erstreckt, und seine Breite c isü erheblich größer als seine Höhe a in der Axialrichtung. Die Verstärkungsausbuchtungen 17 sind in Positionen zwischen der Position des zweiten Brennelementabstandhalters 5 von unten (des zweiten Brennelementabstandhalters) und dem unteren Ende des Kanalgehäuses 6 angeordnet. Der zweite Brennelementabstandhalter 5 ist an einer um ein Viertel der Gesamtlänge vorn unteren Ende des Kanalgehäuses 6 entfernten Position angeordnet. Die Verstärkungsausbuchtungen 17 wirken als Einrichtung zum Verhindern einer Kriechdeformation des Kanalgehäuses 6.
Ein welliger Abschnitt, in dem konkav-konvexe Bereiche in der Axialrichtung des Kanalgehäuses 6 wiederholt werden, wird durch mehrere Verstärkungsausbuchtungen 17 definiert. Der wellige Abschnitt, der eine Beständigkeit gegen eine Kriechdeformation aufweist, ist ein Abschnitt zum Verhindern einer Kriechdeformation. Die Brennelementabstandhalter 5 werden in der genannten Reihenfolge von unten nach oben als "erster Brennelementabstandhalter", "zweiter Brennelementabstandhalter", ... und "siebter Brennelementabstandhalter" bezeichnet. Die Halteausbuchtungen 18 und 19 sind vorstehend Abschnitte, die sich dünn in der Axialrichtung der Brennelementanordnung 1 erstrecken. Die dünne Verlaufsrichtung der Ausbuchtungen 18 und 19 kreuzt die Richtung der Verstärkungsausbuchtungen 17. Jede Halteausbuchtung 18 ist derart angeordnet, daß sie dem Niveau jedes Brennelementabstandhalters 5 entspricht. Für jeden Brennelementabstandhalter 5 sind zwei Halteausbuchtungen 18 an jeder Seitenfläche des Kanalgehäuses 6 angeordnet.
Wie in den Figuren 2 und 4 dargestellt, gelangt jede Haiteausbuchtung 18 mit der Leiste 15 des Brennelementabstandhalters 5 in Kontakt und stützt den Brennelementabstandhalter 5 in der Horizontairichtung ab. Die Halteausbuchtung 19 gelangt mit der äußeren Seitenfläche der oberen Verbindungsplatte 2 in Kontakt und stützt die obere Verbindungsplatte 2 in der Horizontalrichtung ab. Die Halteausbuchtungen 18 und 19 sind an Positionen angeordnet, an denen sie den zweiten Brennstäben 4 der an den Ecken angeordneten Brennstäbe 4 unter den am weitesten außen angeordneten Brennstäben zugewandt sind. Anders als bei der bekannten Technologie sind die Ausbuchtungen, die mit der Innenfläche des Kanalgehäuses in Kontakt gelangen, nicht auf der Leiste 15 des Brennelementabstandhalters 5 ausgebildet. Dementsprechend kann die Leiste 15 lediglich durch Biegen eines flachen Blechs geformt werden&sub1; und die Herstellung wird leichter.
Die Höhe h&sub2; (siehe Fig. 2) der Halteausbuchtung 18 ist größer als die Höhe h&sub2; des Brennelementabstandhalters 5, so daß die Halteausbuchtungen 18 die Brennelementabstandhalters 5 selbst dann abstützen können, wenn sich die Brennstäbe 4 bei der thermischen Ausdehnung beim Betrieb des Kernreaktors in der Axialrichtung ausdehnen und eine Differenz des Bewegungsabstands zwischen den Brennelementabstandhaltern 5 und dem Kanalgehäuse 6 auftritt. Die Kühlrnittelkanäle 20 sind, außer an den Abschnitzen der Halteausbuchtungen 18, zwischen der Innenfläche des Kanalgehäuses 6 und der Außenfläche der Leisten 15 der Brennelementabstandhalter 5 definiert. Die Kühlmittelkanäle 21 sind, ebenso außer an den Abschnitten der Halteausbuchtungen 19, zwischen der Innenfläche des Kanalgehäuses 6 und der äußeren Seitenfläche der oberen Verbindungsplatte 2 definiert. Im Übrigen muß die Höhe e der oberen Halteausbuchtungen 18 und 19 von der Innenfläche des Kanalgehäuses 6 größer als die Höhe d der Verstärkungsausbuchtungen 17 sein, so daß das Kanalgehäuse 6 an das Brennelementbündel angepaßt werden kann. Der hier verwendete Begriff "Brennelementbündel" bezeichnet die verbleibenden Abschnitte der Brennelementanordnung 1 mit Ausnahme des Kanalgehäuses 6. Die Halteausbuchtungen 18 zum Abstützen des ersten Brennelementabstandhalters 5 sind in der Axialrichtung zwischen den Verstärkungsausbuchtungen 17 angeordnet. Der Spalt b zwischen den nebeneinanderliegenden Verstärkungsausbuchtungen 17 stimmt mit der Höhe a der Verstärkungsausbuchtungen 17 in der Axialrichtung überein.
Bohrungsabschnitte, in die die unteren Endstecker der Brennstäbe 4 und des Wasserstabs 12 eingepaßt werden, sind auf die gleiche Weise wie in die obere Verbindungsplatte 2 in die untere Verbindungsplatte 3 gebohrt. Diese Bohrungsabschnitte befinden sich am Brennelementhalteabschnitt 3A der unteren Verbindungsplatte 3. Der am unteren Abschnitt der unteren Verbindungsplatte 3 angeordnete Einschubabschnitt 38 wird in eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) Brennelementhaltevorrichtung im Kern eingeführt. Die Mitte 0 des Einschubabschnitts 38 liegt auf der Achse der Brennelementanordnung 1. Die untere Verbindungsplatte 3 weist eine Rille 22 auf, die sich an jeder Seitenwand ihrer vier Seitenflächen von ihrer oberen Oberfläche zu ihrer unteren Oberfläche erstreckt. Anstelle der vorstehend beschriebenen Rille 22 kann an jeder äußeren Seitenwand eine Ausnehmung angeordnet sein, die sich von der oberen Oberfläche der Verbindungsplatte 3 nach unten erstreckt und am unteren Ende geschlossen ist.
Die am unteren Ende des Kanalgehäuses 6 angeordneten Verstärkungsausbuchtungen 17 sind in die Rillen 22 eingepaßt Daher sind die Verstärkungsausbuchtungen 17 in der Nähe des unteren Endes des Kanalgehäuses 6 angeordnet. Überdies wird die Breite der zwischen den in den Kern geladenen Brennelementanordnungen definierten Wasserspalten durch die Verstärkungsausbuchtungen 17 nicht verringert. Anders ausgedrückt wird die Ladbarkeit der Steuerstäbe zwischen die Brennelementanordnungen durch die Verstärkungsausbuchtungen 17 nicht behindert.
Die Breite W&sub1; zwischen den äußeren Oberflächen der einander gegenüberliegenden Seitenwände der Leiste 15 des Brennelementabstandhalter 5 (Fig. 4) und die Breite W&sub2; zwischen dem Abschnitt der äußeren Seitenflächen der oberen Verbindungsplatte 2, die mit den Ausbuchtungen 19 in Kontakt gelangen, müssen kleiner als die Breite W&sub3; zwischen den Bodenflächen 22A der einander gegenüberliegenden Rillen 22 der unteren Verbindungsplatte 3 sein. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Breiten W und W&sub2; kleiner als die Breite W&sub3;.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die Halteabschnitte der Brennelementabstandhalter 5 in der Horizontairichtung in dem Kanalgehäuse 6 ausgebildet, und aus diesem Grund kann die Höhe d (Fig. 2) der Verstärkungsausbuchtungen 17 höher eingestellt werden. Dementsprechend kann die Kriechdeformation des Kanalgehäuses erheblich verringert werden. Im Übrigen kann die Höhe d der Verstärkungsausbuchtungen 17 maximal auf die Höhe e der Haiteausbuchtungen 18 gesteigert werden. Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Höhe d der Verstärkungsausbuchtungen 17 zur Dicke t des Kanalgehäuses 6 (d/t) und einer äquivalenten Dicke. Wenn die Höhe d beispielsweise 0,8 t beträgt, ist es möglich, die dem Zustand, in dem die Dicke des Kanalgehäuses ca. 1,3 t beträgt, entsprechende Festigkeit zu erhalten. Fig. 6 zeigt die Merkmale, wenn a = b ist, wobei die Wirkung der Steigerung der Festigkeit durch die Verstärkungsausbuchtungen 17 ein Maximum erreicht, wenn a = b ist. Da die Verstärkungsausbuchtungen 17 zwischen dem unteren Ende des Kanalgehäuses 6 und der Position ausgebildet sind, die einem Viertel der Gesamtlänge des Kanalgehäuses 6 entspricht, kann die Kriechdeformation des unteren Teils des Kanalgehäuses 6 in erheblichem Maße verhindert werden.
Da die Verstärkungsausbuchtungen 17 an dem der äußeren Seitenfläche der unteren Verbindungsplatte 3 gegenüberliegenden Abschnitt des Kanalgehäuses 6 ausgebildet sind, kann insbesondere auch eine Kriechdeformation in der Nähe der unteren Verbindungsplatte 3 in erheblichem Maße verhindert werden. Überdies ist die Breite c der Verstärkungsausbuchtungen 17 in der Honzontairichtung vorzugsweise auf mindestens 80 % der Breite D (Fig. 3) der Abschnitte der Seitenwand an einer Außenfläche des Kanalgehäuses 6, außer dem gekrümmten Abschnitt an der Ecke der Seitenwand, eingestellt. Insbesondere kann bei dieser Ausführungsform die Breite c der Verstärkungsausbuchtungen 17 in der Horizontairichtung größer als der Spalt W&sub0; zwischen den nebeneinanderliegenden Halteausbuchtungen 18 eingestellt werden (Fig. 4), ohne durch den Spalt W&sub0; begrenzt zu werden. Die vorstehend beschriebene Steigerung der Höhe d und der Breite c verbessert die Festigkeit des Kanalgehäuses 6 erheblich; daher kann die Kriechdeformation des Kanalgehäuses in erheblichem Maße verhin dert werden. Dementsprechend kann die Verweildauer des Kanalgehäuses 6 im Kern erheblich ausgedehnt werden, und das Kanalgehäuse 6 kann einen hohen Abbrand der Brennelementanordnung und ähnliches bewältigen.
Da gemäß dieser Ausführungsform die Höhe d unter der Höhe e liegt, verfangen sich die Verstärkungsausbuchtungen 17 bei der Montage des Kanalgehäuses 6 nicht an den Brennelementabstandhaltern 5 und der oberen Verbindungsplatte 2. Das Kanalgehäuse 6 wird nämlich von der Seite der oberen Verbindungsplatte 2 an das Brennelementbündel angepaßt. Insbesondere ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich, die Verstärkungsausbuchtungen 17 beim Einpassen des Kanalgehäuses zwischen mehreren an den Brennelementabstandhaltern ausgebildeten Ausbuchtungen hindurchzuführen, wie es bei der bekannten Technologie gemäß dem offengelegten japanischen Patent Nr. 13894/1979 erforderlich war. Dementsprechend kann das Kanalgehäuse 6 in einer kurzen Zeitspanne an das Brennelementbündel angepaßt werden, und seine Befestigung ist leicht.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Kriechdeformation unteren Teil des Kanalgehäuses 6 erheblich verringert werden. Daher wird die Grenze der Wasserspaltbreite zwischen den Brennelementanordnungen 1 hinsichtlich der Einführungsmerkmale der Steuerstäbe größer. Ein Teil der Verhinderungswirkung bezüglich der Kriechdeformation trägt zur Verringerung der Dicke des Kanalgehäuses bei, die die Verringerung der Neutronenabsorptionsmenge in dem Zustand bezweckt, in dem ein Einführungsmerkmal der Steuerstäbe beibehalten wird. Diese Verringerung der Dicke verbessert das Neutronennutzungsverhältnis der Brennelementanordnung. Die Verringerung der Wirkung der Verhinderung der Kriechdeformation aufgrund der Verringerung der Dicke wird nicht zu einem Problem hinsichtlich des Einführungsmerkrnals der Steuerstäbe und zu einem Problem bei der Anwendung des Kanalgehäuses 6 für die Brennelementanordnung mit hohem Abbrand (mindestens 38 GWd/t), da die Verstärkungsausbuchtungen 17 und die Halteausbuchtungen 18 vorgesehen sind. Die Kriechdeformation bei einem hohen Abbrand ist gering. Das Kanalgehäuse mit verringerte Dicke kann insbesondere ebenso für eine Brennelementanordnung mit mindestens 50 GWd/t angewendet werden.
Die Steigerung des Druckverlusts kann eingedämmt werden, da die Halteausbuchtungen 18 die Brennelementabstandhalter 5 abstützen. Dementsprechend sind die Kühlmittelkanäle 20 definiert. Wenn die Verstärkungsausbuchtungen 17 die Brennelementabstandhalter 5 abstützen, wird der Bereich des Strömungswegs des Kühlmittelkanais 20 auf dem Niveau der Brennelementabstandhalter 5 sehr klein, und der Druckverlust steigt drastisch an. Das Abstützen der oberen Verbindungsplatte 2 durch die Halteausbuchtungen 19 verhindert das Ansteigen des Druckverlusts und verbessert die Starrheit der Brennelementanordnung.
Die Breite zwischen den Innenflächen der einander gegenüberliegenden Seitenwände des Kanalgehäuses 6 ist an den Abschnitten unter dem zweiten Brennelementabstandhalter 5 im wesentlichen die Breite W&sub5; (Fig. 2) zwischen den Innenflächen der einander gegenüberliegenden Verstärkungsausbuchtungen 17. Über dem zweiten Brennelementabstandhalter 5 ist andererseits die Breite zwischen den Innenflächen der einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Kanalgehäuses 6 im wesentlichen die Breite W&sub4;. Da W&sub4; > W&sub5; ist, ist der Druckverlust am unteren Teil der Brennelementanordnung 1 hoch und an ihrem oberen Teil gering. Daher kann die Kanalstabilität der Brennelementanordnung 1 verbessert werden.
Die Ausführungsform kann die Festigkeit des unteren Teils des Kanalgehäuses steigern (da die Höhe d groß ist) und aufgrund der Steigerung der Höhe e die kritische Leistung auf die gleiche Weise wie die in Fig. 9 dargestellte Brennelementanordnung 1A verbessern. Die Merkmale der später erscheinenden Fig. 10 bleiben in der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls im wesentlichen unverändert. Die Merkmale G&sub2;/G&sub1; 1,0 gelten für die herkömmliche Brennelementanordnung mit dem Kanalgehäuse mit geraden Seitenwänden.
Die derzeitigen Siedewasserreaktoren können grob in einen Reaktor, in den Brennelementanordnungen geladen werden, die jeweils ein Kanalgehäuse mit einer Breite W&sub4; von 132,46 mm zwischen den Innenflächen der einander gegenüberliegenden Seitenwände aufweisen, und Reaktoren klassifiziert werden, in die Brennelementanordnungen geladen werden, die jeweils ein Kanalgehäuse mit einem Durchmesser W&sub4; von 134,06 mm aufweisen. Die Abstände zwischen den Brennstäben sind bei diesen Reaktoren unterschiedlich. Der Abstand ist bei den zuletzt genannten größer als bei den zuerst genannten. Diese Kanalgehäuse weisen Seitenwände auf, die noch nicht sämtliche bereits beschriebenen Ausbuchtungen aufweisen, sondern in der Axialrichtung gerade sind. Die Verwendung dieser Ausführungsform für Brennelementanordnungen mit verschiedenen Formen sorgt für ein Brennelementbündel mit einer Form, die gemeinsam für sie beide verwendet werden kann. Dementsprechend muß nur eine Art von Brennelementbündel für mehrere Arten von Kernen erzeugt werden, und die Herstellung der Brennelementbündel kann vereinfacht werden.
Die Halteausbuchtungen 18 verspritzen Kühlwasser, das entlang der Innenfläche des Kanalgehäuses 6 zu den Brennstäben 4 aufsteigt. Aufgrund dieser Funktion der Halteausbuchtungen 18 ist Kühlwasser (Flüssigkeit) an der Innenfläche des Kanalgehäuses 6, das normalerweise nicht zur Kühlung der Brennstäbe beiträgt, bei der Kühlung der Brennstäbe im oberen Teil der Brennelementanordnung 1 hilfreich, in dem zwei Gas-Flüssigkeits- Ströme existieren. Dadurch kann die Kühlwirkung der Brennstäbe in der Nähe der Ecken verbessert werden. Die Halteausbuchtungen 18 sind vorzugsweise zwischen den Brennstäben an den Ecken und den Brennstäben 4 neben diesen angeordnet. Die kritische Leistung der an den Ecken angeordneten kritischsten Brennstäbe 4 kann weiter verbessert werden. Die Form der Halteausbuchtungen 18 kann mit der der Abstandhalterhalteausbuchtungen 18A und 18B übereinstimmen, wie in den Figuren 17 und 18 dargestellt.
Ein Herstellungsverfahren für das für die Brennelementanordnung 1 gemäß dieser Ausführungsform verwendete Kanalgehäuse 6 wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Nach dem Schneiden eines Blechs aus einer Zirkonlegierung (Zirkaloy-4) in eine vorgegebene Form wird das Blech durch eine Verarbeitung durch Pressen in eine U-Form gebogen (Schritt 30). Fig. 8(a) zeigt das in U-Form gebogene Blech. Als nächstes werden zwei der U-förmigen Elemente aus der Zirkonlegierung an ihren Seitenflächen stumpfgeschweißt, wie in Fig. 8(b) dargestellt, um ein Zylinderelement 35 zu erzeugen (Schritt 31). Das Bezugszeichen 48 bezeichnet einen Schweißabschnitt. Die Aufschweißstelle wird durch Walzen abgeflacht (Schritt 32), um das in Fig. 8(c) dargestellte Zylinderelement 35A zu erhalten. Die Ausbuchtungen 17, 18 und 19 werden durch eine Preßverarbeitung an den Seitenwänden des Zylinderelements 35A definiert (Schritt 33). Dadurch wird das in Fig. 8(d) dargestellte Zylinderelement 358 erhalten. Die Preßverarbeitung im Schritt 33 erfolgt wie in Fig. 8(e) dargestellt. Ein Prägestempel 36 mit mehreren derart auf seiner Oberfläche ausgebildeten Ausnehrnungen 37, daß sie den Ausbuchtungen 17 - 19 entsprechen, wird in das Zylinderelement 35A eingeführt, wobei es in dessen Axialrichtung durch das Zylinderelement 35A verläuft. Das Zylinderelement 35A wird auf dem (nicht dargestellten) Bett der Presse angeordnet. Die beiden Endabschnitte des Prägestempeis 36 werden durch zwei außerhalb des Zylinderelements 35A an der Antriebseinheit der Presse befestigte Arme gehalten. Einer der Arme wird von dem Prägestempel 36 entfernt, wenn dieser in das Zylinderelement 35A eingeführt (oder dagegen von diesem entfernt) wird. Ein weiterer Prägestempel 38 mit mehreren Vorsprüngen 39 wird außerhalb des Zylinderelements 35A angeordnet. Der Prägestempel 38 ist an einem Stab der Presse befestigt, der sich nach oben und nach unten bewegt, obwohl dieser in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Jeder Vorsprung 39 wird in die entsprechende Ausnehmung 37 des Prägestempeis 36 eingepaßt, wenn der Prägestempel 38 gesenkt wird. Dementsprechend werden die Ausbuchtungen 17, 18 und 19 an einer Seitenwand des Zylinderelements 35A gebildet. Auf ähnliche Weise werden die Ausbuchtungen an den anderen Seitenwänden gebildet. Da die Erzeugung jeder Ausbuchtung nach der Herstellung des Zylinderelements erfolgt, können die Ausbuchtungen selbst an der Seitenwand mit dem Schweißabschnitt 48 leicht erzeugt werden. Die Abfiachungsarbeit der Aufschweißstelle kann ebenso leicht durchgeführt werden. Nach der Beendigung des Schritts 33 werden an dem Zylinder 358 eine Expansionsrohrerzeugung und ein Glühen ausgeführt (Schritt 34). Die Expansionsrohrerzeugung und das Glühen werden gleichzeitig ausgeführt. Das genaue Verfahren ist in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 131354/1982, Seite 2, linke untere Spalte, Zeile 17 bis Seite 33, rechte untere Spalte, Zeile 9 sowie in den Figuren 5 und 6 beschrieben. Der Schritt 34 wird besonders bevorzugt gemäß dem von Seite 3, rechte obere Spalte, Zeile 16 bis rechte untere Spalte, Zeile 9 und in Fig. 6 dieses Dokuments beschriebenen Verfahren ausgeführt.
Wird das Verfahren verwendet, auf das vorstehend Bezug genommen wurde, ist es erforderlich, eine Ausnehmung zum Einführen der Ausbuchtungen 17 oder ähnlichem auf der Außenfläche des in Fig. 6 dargestellten "tyuseichi Jigu" zu erzeugen. Da die Expansionsrohrerzeugung und das Glühen nach der Erzeugung der Ausbuchtungen erfolgen, können zum Zeitpunkt der Erzeugung der Ausbuchtungen aufgetretene Spannungen entfernt werden, und ein Kanalgehäuse 6 mit hochgenauen Abmessungen kann erhalten werden. Der Schritt 33 kann nach dem Schritt 34 ausgeführt werden, um die Genauigkeit der Abmessungen jeder Ausbuchtung zu verbessern. Die Genauigkeit der Abmessungen fällt jedoch zum Zeitpunkt der Expansionsrohrerzeugung ab, und aufgrund der Preßverarbeitung verbleiben Spannungen, und aus diesem Grund muß die Bearbeitung des Schritts 34 erneut ausgeführt werden.
Das auf die vorstehend beschriebene Weise erzeugte Kanalgehäuse 6 wird an der oberen Verbindungsplatte 2 des Brennelementbündeis befestigt, und dadurch wird die Brennelementanordnung 1 erhalten.
Das Kanalgehäuse 6 weist zwei auf dem gleichen Niveau an jeder Seitenwand ausgebildete Halteausbuchtungen 18 auf, es können jedoch auch drei oder mehr Halteausbuchtungen 18 angeordnet sein. Wenn die Anzahl der Halteausbuchtungen 18 auf dem gleichen Niveau an einer Seitenwand höher ist, kann der Oberflächendruck pro Ausbuchtung erheblicher verringert werden, und die Deformation des Brennelementabstandhalters 5 kann wirkungsvoller begrenzt werden. Wenn die Anzahl an Halteausbuchtungen 18 jedoch zu hoch ist, wird der Druckverlust der Brennelementanordnung groß. Dementsprechend liegt die Anzahl der Halteausbuchtungen 18 auf dem gleichen Niveau an einer Seitenwand vorzugsweise bei zwei oder drei.
Fig. 9 zeigt die Brennelementanordnung 1A gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die durch die Verwendung des Kanalgehäuses 6 für die in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 311195/1988, Seite 5, rechte untere Spalte, Zeile 14, bis Seite 71 rechte untere Spalte, Zeile 11 und in den Figuren 1 - 5 beschriebene Brennelementanordnung erhalten wird. Die Brennelementanordnung 1A weist Brennstäbe 4A auf, die in 9 Reihen und 9 Spalten angeordnet sind. Zwei Wasserstäbe 12A mit einem Außendurchrnesser, der größer als der Abstand der Brennstäbe ist, sind in der Mitte des Querschnitts der Brennelementanordnung 1A angeordnet. Der übrige Aufbau, außer dem vorstehend beschriebenen Aufbau, stimmt mit dem der Brennelementanordnung 1 überein. Die beiden Wasserstäbe 12A nehmen einen Bereich ein, in dem sieben Brennstäbe 4A angeordnet werden können. Der Brennelementabstandhalter 5A entspricht im wesentlichen dem in den Figuren 4 und 5 des offengelegten japanischen Patents Nr. 311195/1988 dargestellten Brennelementabstandhalter. Die Haiteausbuchtungen 18 stützen die Brennelementabstandhalter SA in der Horizontairichtung ab.
Die Brennelementanordnung 1A bietet die gleiche Wirkung wie die Brennelementanordnung 1. Fig. 10 zeigt quantitativ die bei dieser Ausführungsform erzielte Steigerung der kritischen Leistung. Das Bezugszeichen G bezeichnet die Spaltbreite zwischen den nebeneinanderliegenden Brennstäben 4A, wie in Fig. 9 dargestellt, und G&sub2; bezeichnet die Spaltbreite zwischen der Innenfläche des Kanalgehäuses 6 und den Brennstäben 4A, die mit dem geringsten Abstand neben dieser Innenfläche liegen. Die in Fig. 3 des offengelegten japanischen Patents Nr. 311195/1988 dargestellte herkömmliche Brennelementanordnung mit dem Kanalgehäuse mit geraden Seitenwänden weist das Merkmal G&sub2;/G&sub1; 1,0 auf. Die Höhe d der Verstärkungsausbuchtungen 17 kann durch Steigern der Höhe e der Halteausbuchtungen 18 gesteigert werden, und die Festigkeit am unteren Teil des Kanalgehäuses 6 kann weiter gesteigert werden. Gleichzeitig wird, da die Spaltbreite G&sub2; groß ist und die Spaltbreite G klein wird, die kritische Leistung erheblich mehr erhöht werden, als wenn G&sub2;/G&sub1; 1,0 gilt (vergleiche jeweils die Merkmale bei G&sub2;/G&sub1; 1,2, 1,4 und 1,7). Diese Ausführungsform kann im Vergleich mit der bekannten Technologie die kritische Leistung um 10 % verbessern und ebenso die Betriebsgrenze des Reaktors steigern. Der lokale Leistungsspitzenfaktor der Brennelementanordnung ist größer als 1,0, und während der Verwendungsdauer der Brennelementanordnung liegt der lokale Leistungsspitzenfaktor normalerweise im Bereich von ca. 1,1 bis 1,25.
Eine Ausführungsform des Kerns eines Siedewasserreaktors bei der Verwendung der Brennelementanordnung für diesen wird unter Bezugnahme auf die Figuren 11 bis 13 erläutert. Fig. 11 zeigt den herkömmlichen Kern 43, in den die herkömmlichen Brennelementanordnungen 41 mit dem Kanalgehäuse mit den geraden Seitenwänden geladen werden, wobei dies ein Teil des in Fig. 2 der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 37911/1988 dargestellten Kerns ist. Eine Zelle enthält vier Brennelementanordnungen 41, die neben Steuerstäben 42 liegen und die Steuerstäbe 42 umgeben. Der obere Endabschnitt jeder Brennelementanordnung 41 wird durch einen (nicht dargestellten) Kanalbeschleuniger zur oberen Kerngitterplatte 40 gestoßen. Bei der Brennelementanordnung 41 beträgt die Breit W&sub4;' (Fig. 13) zwischen den Innenflächen der einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Kanalgehäuses 134,06 mm. Im Kern 43 stimmt die Spaltbreite W&sub6; des Wasserspalts, in den die Steuerstäbe 41 eingeführt werden, mit dem Wasserspalt W&sub7; unter der oberen Kerngitterplatte 40 überein, in die die Steuerstäbe 42 nicht eingeführt werden. In Fig. 11 bezeichnet das Bezugszeichen C&sub1; die Brennelementanordnung 41, die dem Betrieb des ersten Brennstoffkreislaufs unterzogen wird; C&sub2; bezeichnet die Brennelementanordnung 41, die dem Betrieb des zweiten Brennstoffkreislaufs unterzogen wird; und C&sub3; die Brennelementanordnung 41, die dem Betrieb des dritten Brennstoffkreislaufs unterzogen wird. Die Brennelementanordnung C&sub1; ist eine neue Brennelementanordnung (Abbrand 0 GWd/t) zu Beginn des Betriebs eines bestimmten Brennstoffkreislaufs. Wenn der Betrieb eines Brennstoffkreislaufs abgeschlossen ist, wird die Brennelementanordnung C&sub3;als verbrauchte Brennelementanordnung aus dem Kern entnommen, und statt dessen wird die Brennelementanordnung 1 mit dem Abbrand von 0 GWd/t geladen. Ein derartiger Austausch der Brennelemente bildet den Kern 43A (Fig. 12) des Kerns gemäß dieser Ausführungsform, der dem nächsten Brennstoffkreislauf unterzogen wird. Im Kern 43A sind die Brennelementanordnungen C&sub2; und C&sub3; Brennelementanordnungen 41, und die Brennelementanordnung C&sub1; ist die Brennelementanordnung 1. Fig. 13 zeigt den Abschnitt X&sub1; in Fig. 12 in vergrößertem Maßstab. Die Brennelementanordnung 41 weist das Kanalgehäuse 6A auf, dessen Seitenwände gerade sind. Der Brennelementabstandhalter 5B ist der Brennelementabstandhalter 5 mit den Ausbuchtungen 18A an seiner Leiste. Die Ausbuchtungen 18A gelangen mit der Innenfläche des Kanalgehäuses 6A in Kontakt und stützen den Brennelementabstandhalter 5B in der horizontalen Richtung ab. Da das Kanalgehäuse 6 die Halteausbuchtungen 18 und die Verstärkungsausbuchtungen 17 aufweist, ist die Festigkeit des unteren Teils des Kanalgehäuses 6 höher als die des Kanalgehäuses 6A, und die Neutronenabsorptionsmenge des Kanalgehäuses 6 ist geringer als die des Kanalgehäuses 6A. Die Dicke t&sub2; des Kanalgehäuses 6 ist geringer als die Dicke t&sub1; des Kanalgehäuses 6A. Die Dicke t&sub1; beträgt beispielsweise 2,54 mm, und t&sub2; beträgt 2 mm.
Die Brennelementanordnung 1 wird mit der Brennelementanordnung 41 verglichen. Die Breite W&sub4; zwischen den Innenflächen der einander gegenüberliegenden Seitenwände des Kanalgehäuses 6 stimmt mit der Breite W&sub4;' des Kanalgehäuses 6A überein und beträgt 134,06 mm. Wenn die Breite W&sub4; und die Breite W&sub4;' im Toleranzbereich (beispielsweise um + 0,25 mm) unterschiedlich sind, stimmen die Breiten W und W&sub4;' im wesentlichen miteinander überein. Die Breite W&sub8; zwischen den Außenflächen der einander gegenüberliegenden Seitenwände des Kanalgehäuses 6 ist kleiner als die Breite W&sub8;' des Kanalgehäuses 6A, da die Dicke t&sub2; kleiner ist. Dementsprechend ist der Kanalabstandhalter 44, der mit der oberen Gitterplatte 40 des Kerns in Kontakt gelangt, an dem Abschnitt des Kanalgehäuses 6 angeordnet, der der oberen Gitterplatte 40 des Kerns zugewandt ist. Die Breite W&sub9; zwischen den Außenflächen der einander gegenüberliegenden Seitenwände der Leiste 15 des Brennelementabstandhalters 5 ist kleiner als die entsprechende Breite W&sub9;' der Leiste des Brennelementabstandhalters 5B. Die Dicke der Leiste 15 jedes Brennelementabstandhalters ist gleich.
Bei der in den Kern 43A geladenen Brennelementanordnung 1 stimmt der Bereich des Kühlmittelkanais im Kanalgehäuse 6 im wesentlichen mit dem in dem Kanalgehäuse 6a der Brennelementanordnung 41 überein. Da die Breite W&sub9; kleiner als die Breite W&sub9;' ist, ist G&sub2;/G&sub1; bei der Brennelementanordnung 1 größer als bei der Brennelementanordnung 41, bei der der Wert von G&sub1;/G&sub2; ca. 1,0 beträgt. Dementsprechend ist die kritische Leistung der Brennelementanordnung 1 größer als die der Brennelementanordnung 41. Bei dieser Ausführungsform wird die durch die Verringerung der Dicke des Kanalgehäuses 6 erhaltene Verringerung der Dicke zur Steigerung der Wasserspaltbreiten W&sub6; und W&sub7; genutzt. Dementsprechend kann die Dämpfungswirkung der Neutronen um die Brennelementanordnung 1 verbessert werden, und die Reaktivität nimmt zu. Wenn der Betrieb eines Brennstoffkreislaufs im Kern 43A abgeschlossen ist, wird die Brennelementanordnung C&sub3; des Kerns 43A als verbrauchtes Brennelement entnommen, und die neue Brennelementanordnung mit einem Abbrand von 0 GWd/t wird geladen.
Eine weitere Ausführungsform des Kerns des Siedewasserreaktors, für den die Brennelementanordnung 1 verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf die Figuren 14 und 15 beschrieben. Das Bezugszeichen 40A bezeichnet die obere Kemgitterplatte, und 41A bezeichnet die herkömmliche Brennelementanordnung. Die Breite des Gitters der oberen Kemgitterplatte 40A ist größer als die der oberen Kemgitterplatte 40. Die Brennelementanordnung 41A weist das Kanalgehäuse 6BG auf, dessen Seitenwände gerade sind. Die Breite W&sub4;' des Kanalgehäuses 6B beträgt 132,46 mm. Die Breite W&sub9;' der Brennelementanordnung 41A ist geringer als die der Brennelementanordnung 41. Der Kernaufbau in dem Brennstoffkreislauf vor dem vom Kern 43B gemäß dieser Ausführungsform ausgeführten Brennstoffkreislauf ist derart, daß lediglich die Brennelementanordnungen 41A mit einer unterschiedlichen Verweildauer im Kern auf die gleiche Weise wie gemäß Fig. 11 als Brennelementanordnungen angeordnet sind. Die verbrauchte Brennelementanordnung c&sub3; wird aus diesem Kern entnommen, und die neue Brennelementanordnung mit dem Abbrand von 0 GWd/t wird geladen. Dieser Brennelementaustausch schafft einen Kern 43B. Hierbei ist die Brennelementanordnung C&sub1; die Brennelementanordnung 1, und die Brennelementanordnungen C&sub2; und C&sub3; sind Brennelementanordnungen 41A. Fig. 15 zeigt den Abschnitt X&sub2; in Fig. 14 in vergrößertem Maßstab. Die Brennelementanordnung 41A weist den gleichen Aufbau wie die Brennelementanordnung 41 auf, außer daß die Breite W&sub4;' des Kanalgehäuses kleiner als die bei der Brennelementanordnung 41 ist. Im Vergleich mit dem Kanalgehäuse 68 wird bei dem für die Brennelementanordnung 1 gemäß dieser Ausführungsform verwendeten Kanalgehäuse 6 die Festigkeit am unteren Teil gesteigert, und die Neutronenabsorptionsmenge kann verringert werden. Die Dicke t&sub2; des Kanalgehäuses 6 ist geringer als die Dicke t&sub1; des Kanalgehäuses 6B. t&sub1; beträgt beispielsweise 2,54 mm und t&sub2; 2,00 mm.
Die Brennelementanordnung 1 und die Brennelementanordnung 41A, die für den Kern 438 verwendet werden, werden verglichen. Die Breite W&sub8; des Kanalgehäuses 6 stimmt im wesentlichen mit der Breite W&sub8;' des Kanalgehäuses 6B überein. Sie stimmen innerhalb des Toleranzbereichs im wesentlichen überein. Dementsprechend ist die Breite W&sub4; des Kanalgehäuses 6 größer als die Breite W&sub4;' des Kanalgehäuses 6B. Die Breite W&sub9; des Brennelementabstandhalters 5 stimmt mit der Breite W&sub9;¹ des Brennelementabstandhalters 5B überein.
Im Kern 43B stimmt die Wasserspaltbreite W&sub6; mit der Wasserspaltbreite W&sub7; überein. Diese Wasserspaltbreiten sind größer als die Wasserspaltbreiten W&sub6; und W&sub7; des Kerns 43. Der Kern 438 weist ursprünglich eine hohe Dämpfungswirkung der Neutronen in dem Wasserspalt auf. Daher wird bei dieser Ausführungsform die durch die Verminderung der Dicke des Kanalgehäuses 6 erhaltene Verringerung der Dicke zur Steigerung des Bereichs des Kühlmittelkanais in dem Kanalgehäuse 6 genutzt. Dementsprechend ist der Bereich des Kühlmittelkanais in der Brennelementanordnung 1 größer als der in der Brennelementanordnung 41A. Der Druckverlust der Brennelementanordnung 1 wird geringer als der der Brennelementanordnung 41A, und die thermisch-hydraulische Stabilität in dem Kanal kann verbessert werden. Die kritische Leistung der Brennelementanordnung 1, bei der G&sub2;/G&sub1; groß wird, kann höher als die der Brennelementanordnung 41A eingestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform des Kerns des Siedewasserreaktors, für den die Brennelementanordnung 1 verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf Fig. 16 beschrieben. Der Kern 43C gemäß dieser Ausführungsform kann durch Entnahme der Brennelementanordnung 41 als Brennelementanordnung C&sub3; und Laden der Brennelementanordnung 1 mit dem Abbrand von 0 GWd/t auf die gleiche Weise erhalten werden, wie der Kern 43A (Fig. 12) aus dem Kern 43 (Fig. 11) erhalten wird. Im Kern 43C sind die Brennelementanordnungen C&sub2; und C&sub3; die mit dem Kanalgehäuse 6A ausgestatteten Brennelementanordnungen 41, und die Brennelementanordnung C&sub1; ist die Brennelementanordnung 1. Der Querschnitt jeder Brennelementanordnung 1, 41 weist den in Fig. 13 dargestellten Aufbau auf. Der Unterschied zwischen dem Kern 430, in dem sämtliche Brennelementanordnungen Brennelementanordnungen 41 sind, und dem in Fig. 11 dargestellten Kern 43 ist, daß die Wasserspaltbreite W&sub6; des Kerns des zuerst genannten größer als der Wasserspalt W&sub7; ist. Bei der gemäß dieser Ausführungsform verwendeten Brennelementanordnung 1 weicht die Mitte 0 (Fig. 5) des Einschubabschnitts 3A (Fig. 2) auf der Diagonalen der unteren Verbindungsplatte 3, die sich in dieser Zelle zu den Steuerstäben 42 erstreckt, um 2(t&sub2;-t&sub1;) von der Achse des Brennelementhalteabschnitts 38 (Fig. 2) ab. Die Achse des Brennelementhalteabschnitts 38 entspricht der Achse des Brennelements 1. Das Einführen des Einschubabschnitts 3A einer derartigen Brennelementanordnung 1 in eine (nicht dargestellte) Brennelementhalterung macht die Wasserspaltbreite W&sub6; zwischen der Brennelementanordnung 1 und der Brennelementanordnung 41A größer als die Breite W&sub6; zwischen den Brennelementanordnungen 41A. Die Wasserspaltbreite W&sub7; zwischen der Brennelementanordnung 1 und der Brennelementanordnung 41A stimmt jedoch mit der Breite W&sub7; zwischen den Brennelementanordnungen 41A überein.
Das Neutronennutzungsverhältnis des Kerns 43C kann verbessert werden, da die Neutronenabsorptionsmenge des Kanalgehäuses verringert wird. Überdies kann die Reaktivität der Brennelementanordnung auf der Seite des engen Wasserspalts verbessert werden, da die schmale Spaltbreite W&sub6; durch Laden der Brennelementanordnung 1 in den Kern 43C vergrößert werden kann, so daß die Differenz der Reaktivität zwischen dem dem breiten Wasserspalt zugewandten Abschnitt und dem dem schmalen Wasserspalt zugewandten Abschnitt der Brennelementanordnung verringert werden kann.
Die Brennelementanordnungen 41 und 41A, die herkömmlicherweise in die verschiedenen Arten von Kernen des Siedewasserreaktors geladen wurden, weisen verschiedene Brennelementbündel und Kanalgehäuse in verschiedenen Größen auf. Wenn jedoch die in Fig. 1 dargestellte Brennelementanordnung 1 verwendet wird, kann das Brennelementbündel für die Kerne 43A - 43C gemeinsam verwendet werden. Dies kann durch die Verwendung des Kanalgehäuses mit den Halteausbuchtungen 18 erreicht werden. Bei der Brennelementanordnung 1, die derart geladen wird, daß sie den Kernen 43A, 43B und 43C entspricht, stimmen die Größe des Brennelementbündeis oder, anders ausgedrückt, die Breite der oberen Verbin dungsplatte 2, der Außendurchmesser und der Abstand der Brennstäbe 4 und die Breite des Brennelementabstandhalters 5 im wesentlichen überein. Daher ist es nicht mehr erforderlich, die Brennelementbündel für die Kerne 43A - 43C jeweils getrennt herzustellen, und die Produktion und die Verwaltung der Brennstoffbündel werden extrem einfach.
Es ist ebenso möglich, anstelle der Brennelementanordnung 1 die in Fig. 9 dargestellte Brennelementanordnung 1A zu laden und die Kerne 43A - 43C zu bilden.
Fig. 19 zeigt die Brennelementanordnung iB gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Brennelementanordnung 1B weist, außer dem Aufbau des unteren Endabschnitts des Kanalgehäuses und dem Aufbau der Seitenwände der unteren Verbindungsplatte, den gleichen Aufbau wie die in Fig. 1 dargestellte Brennelementanordnung 1 auf. Bei dem Kanalgehäuse 6B&sub1; sind die Verstärkungsausbuchtungen 17 an dem Abschnitt angeordnet, der von der oberen Oberfläche der unteren Verbindungsplatte 3C zum zweiten Brennelementabstandhalter reicht. Jede Seitenwand verläuft in der Axialrichtung in dem Kanalgehäuse 6B&sub1; von unterhalb der oberen Oberfläche der unteren Verbindungsplatte 3C gerade. Die untere Verbindungsplatte 3C weist keine Rillen 22 an der äußeren Seitenfläche ihrer Seitenwände auf. Die Brennelementanordnung lB erzeugt die gleiche Wirkung wie die in Fig. 1 dargestellte Brennelementanordnung 1. Wenn beim Betrieb des Reaktors die Brennstäbe 4 in der Axialrichtung verlängert werden und die obere Verbindungsplatte 2 aufwärts gehoben wird, wird auch das untere Ende des Kanalgehäuses 6B&sub1; nach oben bewegt. Dabei verlassen die untersten Verstärkungsausbuchtungen 17 die obere Oberfläche der unteren Verbindungsplatte 3C. Die nach außen gerichtete Kriechdeformation des geraden Abschnitts des Kanalgehäuses 6B&sub1;, der unter den untersten Verstärkungsausbuchtungen 17 angeordnet ist, ist jedoch aufgrund der Funktionen der Verstärkungsausbuchtungen 17 erheblich geringer als beim Stand der Technik. Die Kriechdeformation ist größer als die des in Fig. 1 dargestellten Kanalgehäuses 1.
Fig. 20 zeigt die Brennelementanordnung 1C gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Brennelementanordnung 1C ist mit dem Kanalgehäuse 6C ausgestattet. Das Kanalgehäuse 6C weist auf die gleiche Weise wie das Kanalgehäuse 6 die Ausbuchtungen 17, 18 und 19 auf. Die Verstärkungsausbuchtungen 17 sind derart ausgebildet, daß sie an den Seitenwänden des Kanalgehäuses nach außen vorstehen. Um das Einführen der Steuerstäbe nicht zu behindern, stimmt die Breite W&sub1; zwischen den Innenflächen der einander gegenüberliegenden Verstärkungsausbuchtungen 17 mit der Breite W&sub4; des Kanalgehäuses 6 überein. Daher ist die Breite W&sub1;&sub0; zwischen den einander gegenüberliegenden Innenflächen des Kanalgehäuses 6C kleiner als die Breite W&sub4;, stimmt jedoch mit der Breite W&sub5; überein (Fig. 2). Bei dieser Beziehung ist die Breite L&sub2; zwischen den äußeren Seitenflächen der einander gegenüberliegenden Seitenwände der unteren Verbindungsplatte 3D kleiner als die Breite L&sub1; der vorstehend beschriebenen unteren Verbindungsplatte 3C. Die Höhe e&sub1; der Ausbuchtungen 18, 19 von der Innenfläche des Kanalgehäuses 6C ist bei dieser Ausführungsform kleiner als die Höhe e des Kanalgehäuses.
Diese Ausführungsform erzeugt die gleiche Wirkung wie die in Fig. 1 dargestellte Brennelementanordnung 1. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch der Spalt zwischen den am weitesten außen angeordneten Brennstäben 4 und der Innenfläche des Kanalgehäuses 6C in der Axialrichtung über die gesamte Länge klein. Daher wird der Druckverlust größer als bei der Brennelementanordnung 1, und die Stabilität des Kanals wird geringer als bei der Brennelementanordnung gemäß dem Stand der Technik. Wenn die Brennelementanordnungen 1C im Kern angeordnet werden, wird jedoch die Wasserspaltbreite zwischen den nebeneinanderliegenden Brennelementanordnungen am oberen Teil der Brennelementanordnungen größer. Dadurch kann die Kemstabilität des Kerns, für den die Brennelementanordnungen 1C verwendet werden, verbessert werden.
Die Kerne 43A - 43C können durch die Verwendung der Brennelementanordnungen 1B oder 1C anstelle der Brennelementanordnungen 1 gebildet werden.
Weitere Beispiele der Kanalgehäuse 6, die an der Brennelementanordnung 1 zu befestigen sind, sind in den Figuren 21 - 25 dargestellt. Diese Kanalgehäuse können für jede der Brennelementanordnungen 1A - 1C verwendet werden.
Das in Fig. 21 dargestellte Kanalgehäuse 6D weist Abstandhalterhalteausbuchtungen 18B auf, die durch das Verbinden jeder oberhalb der Abstandhalterhalteausbuchtungen 18 zum Abstützen des zweiten Brennelementabstandhalters im Kanalgehäuse 6 angeordneten Ausbuchtung 18 gebildet werden. Die Abstandhalterhalteausbuchtung 18 verbessert die Starrheit des Kanalgehäuses 6D gegen die Biegebelastung in der Axialrichtung. Das Kanalgehäuse hat die gleiche Funktion wie das Kanalgehäuse 6.
Bei dem in Fig. 22 dargestellten Kanalgehäuse 6E werden die Abstandhalterhalteausbuchtungen 18C gebildet, indem die vorstehend beschriebenen Abstandhalterhalteausbuchtungen 18B vom oberen zum unteren Ende des Kanalgehäuses ausgedehnt werden. Neben der durch das Kanalgehäuse 6 erhaltenen Funktion hat das Kanalgehäuse 6E die Funktion der Verbesserung der Beständigkeit gegen die Biegebelastung in der Axialrichtung und gegen eine Krümmung.
Bei dem in Fig. 23 dargestellten Kanalgehäuse 6F sind die Abstandhalterhalteausbuchtungen 18D zum Abstützen der ersten und zweiten Brennelementabstandhalter auf die gleiche Weise wie die Verstärkungsausbuchtungen 17 in der Querrichtung dünn. Die Abstandhalterhalteausbuchtungen 18 zum Abstützen der Brennelementabstandhalter auf einer höheren Ebene als die zweiten Brennelementabstandhalter sind in der Axialrichtung dünn. Die Beständigkeit des Kanalgehäuses 6F gegen eine Kriechdeformation wird durch die Abstandhalterhalteausbuchtungen 18D gesteigert. Es strömt jedoch auf dem Niveau, auf den die Abstandhalterhalteausbuchtungen 18D angeordnet sind, kaum Kühlwasser zwischen dem Brennelementabstandhalter 5 und dem Kanalgehäuse 6F. Der Druckverlust der mit dem Kanalgehäuse 6F ausgestatteten Brennelernentanordnung wird in gewissem Maße größer als bei der mit dem Kanalgehäuse 6 ausgestatteten Brennelementanordnung. Der Druckverlust am unteren Teil der Brennelementanordnung (insbesondere an dem Abschnitt unterhalb des zweiten Brennelementabstandhalters) ist kleiner als an dem zweiphasigen Gas-Flüssigkeits-Abschnitt am oberen Teil der Brennelementanordnung. Dementsprechend erzeugt das Anordnen der Abstandhalterhalteausbuchtungen 18D keinen extrem hohen Fluidwiderstand, wenn der Druckverlust der Brennelementanordnung als ganzes betrachtet wird.
Das in Fig. 24 dargestellte Kanalgehäuse 6G weist rillenartige Verstärkungsausbuchtungen 17A auf, die sich über den gesamten Umfang fortsetzen. Diese Verstärkungsausbuchtungen 17A verbessern die Wirkung der Verhinderung der nach außen gerichteten Kriechdeformation des Kanalgehäuses 6G erheblich. Das Kanalgehäuse 6G hat ebenso die Funktion des Kanalgehäuses 6.
Das in Fig. 25 dargestellte Kanalgehäuse 6H wird durch Anordnen der Ausbuchtungen 17, 18 und 19 am Kanalgehäuse mit den dicken Eckabschnitten 46 gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 13075/1989 hergestellt. Das Kanalgehäuse 6H hat die Funktionen sowohl des Kanalgehäuses 6 als auch des Kanalgehäuses gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 13075/1989. Die Festigkeit des Kanalgehäuses 6H kann an dem Abschnitt mit verringerter Dicke in der Mitte seiner Seitenwände durch die an diesem Abschnitt angeordneten Verstärkungsausbuchtungen 17 erheblich gesteigert werden, und die Dicke des Abschnitts mit verringerter Dicke kann weiter verringert werden.
Da die Dicke der Eckabschnitte bei dem Kanalgehäuse 6H groß ist, ist jedoch die Neutronenabsorptionsmenge sehr viel größer als bei dem in Fig. 1 dargestellten Kanalgehäuse 6. Bei dem Kanalgehäuse 6H ist die Breite W&sub8; (Fig. 13) des Kanalgehäuses 1 die Spaltbreite W&sub1;&sub2; zwischen den äußeren Seitenflächen der dicken Eckabschnitte 6H.
Die an dem Kanalgehäuse angeordneten Verstärkungsausbuchtungen 17 können durch die durchgehenden Verstärkungsausbuchtungen 17B ersetzt werden, wie in Fig. 26 dargestellt. Die Form der Verstärkungsausbuchtungen 17B definiert den welligen Abschnitt an den Seitenwänden des Kanalgehäuses. Das Kanalgehäuse mit den Verstärkungsausbuchtungen 17B hat die gleiche Funktion wie das Kanalgehäuse 6. Das zuerst genannte Kanalgehäuse weist jedoch eine größere Neutronenabsorptionsmenge als das zuletzt genannte auf. Da sich die Verstärkungsausbuchtungen 17B unterhalb des zweiten Brennelementabstandhalters befinden, wird die Neutronenabsorptionsrnenge am unteren Teil der Brennelementanordnung gesteigert, und die Leistungsverteilung der Brennelementanordnung in der Axialrichtung kann flach eingestellt werden. Die Haiteausbuchtungen 18 und 19 können auf die gleiche Weise wie die Verstärkungsausbuchtungen 17B massiv gefertigt werden. Es tritt jedoch auch das gleiche Problem wie bei den Verstärkungsausbuchtungen 17B auf.
Fig. 27 zeigt die Brennelementanordnung 1D gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Brennelementanordnung 1D weist Kanalgehäuse 61 und einen Brennelementabstandhalter 5C auf. Der Aufbau dieser Brennelementanordnung stimmt außer hinsichtlich dieser beiden Strukturen mit dem des entsprechenden Abschnitts der Brennelementanordnung 1 überein. Das Kanalgehäuse 61 weist die Verstärkungsausbuchtungen 17 und die Halteausbuchtungen 19, jedoch keine Halteausbuchtungen 18 auf. Der Brennelementabstandhalter 5C wird durch Anordnen von Haltefedern 47 an der Leiste 15 des Brennelementabstandhalters 5 gebildet. Die Haltefeder 47 gelangt mit der Innenfläche des Kanalgehäuses 61 in Kontakt und begrenzt die Bewegung des Brennelementabstandhalters 5C in der Querrichtung. Wenn die Verstärkungsausbuchtungen 17 bei der Befestigung des Kanalgehäuses 61 die Brennelementabstandhalter 5C durchlaufen, wird die Haltefeder 47 zur Leiste des Brennelementabstandhalters 5C gedrückt. Die Haltefeder 47 verursacht zum Zeitpunkt der Befestigung des Kanalgehäuses 61 keine Probleme, und das Kanalgehäuse 61 kann leicht an dem Brennelementbündel befestigt werden.
Die Brennelementanordnung 1D erzeugt die gleiche Wirkung wie die Brennelementanordnung 1. Da die Brennelementanordnung 1D jedoch mit der Haltefeder 47 ausgestattet ist, wird die Schwingung des Brennelementabstandhalters bei einem Erdbeben in der Querrichtung um einiges größer als bei der Brennelementanordnung
Weitere Beispiele der Brennelementanordnung sind in den Figuren 28 und 29 dargestellt. Diese Zeichnungen zeigen den Aufbau der Brennelementanordnung 1E gemäß dieser Ausführungsform in der Nähe der unteren Verbindungsplatte. Der übrige Aufbau stimmt mit dem der Brennelementanordnung 1A überein. Die Brennelementanordnung 1E wird durch Hinzufügen der in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 212391/1989 beschriebenen Funktion des Flüssigkeitsstrahls zur Brennelementanordnung 1A erzeugt.
Die untere Verbindungsplatte 3E weist einen Brennelementhalteabschnitt 3A, einen zylindrischen Seitenwandabschnitt 51 mit inneren Seitenflächen 53 zum Definieren von vier äußeren Seitenflächen 52 als Seitenflächen der unteren Verbindungsplatte 3E und eines Innenraums 54, der einen quadratischen Querschnitt hat und den Brennelementhalteabschnitt 3A fortsetzt, und einen Düsenabschnitt 55 auf, der den zylindrischen Seitenwandabschnitt 51 fortsetzt und das Kühlmittel in den Innenraum 54 leitet. Die in Fig. 1 dargestellten Rillen 22 sind auf der Seite der äußeren Seitenflächen 52 des zylindrischen Seitenwandabschnitts 51 angeordnet. Mehrere Verstärkungsausbuchtungen 17 sind in den Rillen 22 enthalten.
Wie in Fig. 29 dargestellt, weist der Brennelementhalteabschnitt 3A Brennstabaufnahmebohrungen 56, in die das untere Ende der Brennstäbe 4 eingepaßt wird, verbindende Brennstabaufnahmebohrungen 57 und Wasserstabaufnahmebohrungen 58 auf, in die das untere Ende jedes Wasserstabs 12A eingepaßt wird. Überdies enthält der Brennelementhalteabschnitt 3A zwischen den Aufnahmebohrungen 56, 57, 58 angeordnete Kühlrnittelzufuhrbohrungen 60, 61, 62, 63, 64 zum Leiten von in den Innenraum 54 über dem Brennelementabschnitt 3A zugeführten Kühlwasser oder, anders ausgedrückt, zum Leiten von Kühlwasser in den Kühlmittelkanal 59 im Kanalgehäuse 6. Die Kühlwasserzufuhrbohrungen weisen unterschiedliche Querschnittsbereiche auf. Unter diesen Kühlwasserzufuhrbohrungen bildet die am weitesten außen angeordnete Kühlwasserzufuhrbohrung 60 eine Strömungskanaleinrichtung zur Erzeugung der Strömung eines Kühlmittels, die ein Austreten von Kühlwasser aus dem beim Laden der Brennelementanordnung 1E in den Kern zwischen dem Kanalgehäuse 6 und der unteren Verbindungsplatte 3E definierten Spalt (dem Kühlmittelkanal 65) verhindert. Im folgenden wird der aus der Kühlwasserzufuhrbohrung 60 strömende Kühlmittelstrom als "Flüssigkeitsstrahl" bezeichnet.
Die Kühlwasserzufuhrbohrung 60 weist einen inneren Abschnitt 60a, der durch den Abschnitt des weiter innen als die innere Seitenfläche 53 des zylindrischen Seitenwandabschnitts 51 angeordneten Brennelementhalteabschnitts 3A verläuft, und einen äußeren Abschnitt 60b auf, der weiter außen als die innere Seitenfläche 53 angeordnet ist, gelangt in den zylindrischen Seitenwandabschnitt 51 und ist zur inneren Seitenfläche 53 offen. Dementsprechend kann die innere Seitenfläche 53 durch die Kühlwasserzufuhrbohrung 60 gesehen werden, wie in Fig. 29 dargestellt.
Die Kühlwasserzufuhrbohrung 60 ist wie folgt aufgebaut. Gemäß Fig. 28 ist der Abstand t&sub3; zwischen dem auf der Seite der äußeren Seitenfläche 52 der unteren Verbindungsplatte 3E an der inneren Umfangsfläche des Auslasses der Kühlwasserzufuhrbohrung 60 (dem Abschnitt der inneren Umfangsfläche, der am nächsten an der äußeren Seitenfläche 52 liegt) angeordneten Punkt P und der Bodenfläche 22A der Rille 22 (der äußeren Seitenfläche 52 der unteren Verbindungsplatte, wenn die Rille 22 nicht vorhanden ist, wie bei der in Fig. 19 dargestellten unteren Verbindungsplatte 3C und der in Fig. 20 dargestellten unteren Verbindungsplatte 3D) kleiner als die Dicke t&sub4; des zylindrischen Seitenwandabschnitts 51 der unteren Verbindungsplatte 3E (die Abmessung zwischen der Bodenfläche 22A und der inneren Seitenfläche 53, wenn die Rille 22 in der unteren Verbindungsplatte angeordnet ist, und die Abmessung zwischen der äußeren Seitenfläche 52 und der inneren Seitenfläche 53, wenn keine Rille 22 in der unteren Verbindungsplatte vorgesehen ist) ist. Anders ausgedrückt ist der Punkt P näher an der äußeren Seitenfläche 52 angeordnet als an der inneren Seitenfläche 53 des zylindrischen Seitenwandabschnitts 51. Es kann festgestellt werden, daß der Abstand L&sub3; zwischen dem Punkt P des Auslasses der Kühlwasserzufuhrbohrung 60 und der Mittelachse der unteren Verbindungsplatte 3E größer als der Abstand L&sub4; zwischen der inneren Seitenfläche 53 der unteren Verbindungsplatte 3E und der Mittelachse der unteren Verbindungsplatte 3E ist. Überdies kann festgestellt werden, daß ein Teil der Kühlwasserzufuhrbohrung 60 weiter außen (näher an der äußeren Seitenfläche 52) angeordnet ist als die Brennstabaufnahmebohrungen (die Aufnahmebohrungen 56 und 57), in denen das untere Ende jedes am weitesten außen angeordneten Brennstabs 4 unter den eingeführten Brennstäben 4 angeordnet ist. Die Kühlwasserzufuhrbohrungen 60 können insgesamt weiter außen als die vorstehend beschriebenen Brennstabaufnahmebohrungen angeordnet sein.
Um die Funktion der Verhinderung eines Austretens des Kühlwassers und die Abdichtungswirkung des Flüssigkeitsstrahls weiter zu verbessern, ist es sehr wichtig, den gesamten Strömungskanalbereich der am äußeren Umfangsabschnitt angeordneten Kühlwasserzufuhrbohrungen 61 auf ein Maximum zu steigern und den gesamten Strömungskanalquerschnittsbereich der inneren Zufuhrbohrungen 62, 63, 64 zu verkleinern. (Einzelheiten können der Beschreibung der U.S. Patentanmeldung, Seriennr. 464,151 (eingereicht am 12. Januar 1990), Seite 20, Zeilen 11 - 23 sowie Seite 18, Zeile 9 bis Seite 21, Zeile 23 der Beschreibung der europäischen Patentanmeldung Nr. 90300272.3 entnommen werden.) Beim Betrieb des Siedewasserreaktors wird durch die Kühlwasserzufuhrbohrungen 60 - 64 Kühlwasser in das Kanalgehäuse 6 der Brennelementanordnung 1E geleitet. Der größte Teil des Kühlwassers steigt in dem Kühlrnittelkanal 59 im Kanalgehäuse 6 auf. Ein Teil des Kühlwassers tritt durch den Kühlmittelkanal 65 aus der Brennelementanordnung 1E aus. Die austretende Menge an Kühlwasser wird durch den Flüssigkeitsstrahl begrenzt, der vom äußeren Urnfangsabschnitt der unteren Verbindungsplatte 3E zur Innenfläche des Kanalgehäuses 6 ausgestoßen wird. Der Grund hierfür wird im folgenden beschrieben. Da die Kühlwasserzufuhrbohrungen 60 vorgesehen sind, sleigt die Strömungsrate des Kühlwassers in der Nähe des Kanalgehäuses 6 bei dieser Ausführungsform weit mehr als bei der herkömmlichen Vorrichtung an. Bei dieser Ausführungsform, die eine derartige Strömungsratenverteilung des Kühlwassers aufweist, wird durch die Wirkung des Flüssigkeitsstrahls in der Nähe der Innenfläche des Kanalgehäuses 6 unter dem aus den Kühlwasserzufuhrbohrungen 60 am äußersten Umfang strömenden Flüssigkeitsstrahl, d.h. in der Nähe des Einlaßabschnitts des Kühlmittelkanals 65, ein Unterdruckbereich erzeugt. Dementsprechend kann das Austreten von Kühlwasser im Kanalgehäuse 6 durch den Kühlmittelkanal 65 nach außen verhindert werden.
Die Wirkung des Flüssigkeitsstrahls kann noch wirksamer gemacht werden, indem der Auslaß der am weitesten außen angeordneten Kühlwasserzufuhrbohrungen 60 in der Nähe der Bodenfläche 22A der Rille 22 der unteren Verbindungsplatte 3E (oder der äußeren Seitenfläche 52, wobei der Punkt P nahe an der äußeren Seitenfläche 52 liegt) angebracht wird und der Querschnittsbereich jedes Strömungs:(anals der Kühlwasserzufuhrbohrungen 61 -64 derart verteilt wird, daß der gesamte Querschnittsbereich der Strömungskanäle am äußeren Umfangsabschnitt größer als der gesamte Querschnittsbereich der Strömungskanäle in der Mitte ist. Die Wirkung der Verhinderung des Austretens von Kühlwasser bzw. die Abdichtungswirkung durch den Flüssigkeitsstrahl kann durch Steigern des Querschnittsbereichs der Strömungskanäle der Zufuhrbohrungen am äußeren Umfangsabschnitt der unteren Verbindungsplatte bei gleichzeitigem Verringern des Querschnittsbereichs der Strömungskanäle der Zufuhrbohrungen in der Mitte weiter verbessert werden. Überdies hat eine derartige Definition des Querschnittsbereichs der Strömungskanäle der Zufuhrbohrungen die Wirkung einer erheblich stärkeren Abfiachung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung in der Brennelementanordnung 1E nach dem Verlassen der unteren Verbindungsplatte 3E als bei dem in Fig. 30 dargestellten Beispiel des Stands der Technik.
Bei dieser Ausführungsform ist insbesondere die Breite des außerhalb der Brennstabaufnahmebohrungen 56 am äußersten Umfang angeordneten Abschnitts (des äußeren Abschnitts 60b) in der zur Bodenfläche 22A der Rille 22 (oder zur äußeren Seitenfläche 52) parallelen Richtung größer als die Breite des in dem Bereich zwischen den Brennstabaufnahmebohrungen, die am äußersten Umfang angeordnet sind, angeordneten Abschnitts (des inneren Abschnitts 60a) in der gleichen Richtung. Daher kann der Flüssigkeitsstrahl über den gesamten Umfang der Innenfläche des Kanalgehäuses 6, außer an dessen Eckabschnitten, im wesentlichen gleichmäßig zugeführt werden. Dies ist bei der Verringerung der Strömungsrate des austretenden Kühlwassers wirkungsvoll.
Diese Ausführungsform kann die Strömungsrate von austretendem Kühlwasser aus den Kühlmittelkanälen 65 durch den Flüssigkeitsstrahl begrenzen und die gleiche Wirkung wie die Brennelementanordnung 1 erzielen. Insbesondere da das Kanalgehäuse mit den Verstärkungsausbuchtungen 17 an seinem unteren Endabschnitt und der Flüssigkeitsstrahl kombiniert verwendet werden, kann die Strömungsrate des austretenden Kühlwassers extrem verringert werden. Dementsprechend werden die Fingerfedern überflüssig, die herkömmlicherweise zur Begrenzung der Strömungsrate des austretenden Kühlwassers im Kühlmittelkanal 65 angeordnet wurden.
Die Brennelementanordnung 1E kann anstelle der Brennelementanordnung 1 in jeden der Kerne 43A - 43C geladen werden. Die Kühlwasserzufuhrbohrung 60 der Brennelementanordnung 1E kann für die untere Verbindungsplatte jeder der Brennelementanordnungen 1B, 1C und 1D verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann die Festigkeit des Kanalgehäuses im Vergleich zum Stand der Technik erheblich steigern und die Kriechdeformation des Kanalgehäuses in erheblichem Maße verhindern. Anders ausgedrückt kann die vorliegende Erfindung die Verweildauer des Kanalgehäuses im Kern erheblich verlängern. Die vorliegende Erfindung ermöglicht neben dem Kanalgehäuse für verschiedene Arten von Kernen die gemeinsame Verwendung des Aufbaus der in unterschiedliche Arten von Kernen zu ladenden Brennelementanordnungen.

Claims

1. Brennelementanordnung mit

- einer unteren Verbindungsplatte (3),

- mehreren Brennstäben (4), deren untere Endabschnitte durch die untere Verbindungsplatte gehalten sind,

- Brennelementabstandhaltern (5) zum Aufrechterhalten von Abständen zwischen den Brennstäben und

- einem Kanalgehäuse (6) mit Abschnitten (17) zum Verhindern einer Kriechdeformation, welche an der Seitenwand des Kanalgehäuses angeordnet sind und

die Brennelementabstandhalter umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalgehäuse (6) Abstandhalterhaltemittel (18) enthält, die sich nach innen ausgehend von einer inneren Oberfläche des Kanalgehäuses erstrecken und die Brennelementabstandhalter (5) in einer Richtung vertikal zur Achse der Brennelementanordnung halten und die Höhe (d) des Abschnitts (17) zum Verhindern der Kriechdeformation kleiner ist als die Höhe (e) der Abstandhalterhaltemittel (18).

2. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Abstandhalterhaltemittel (18) Vorstehungen sind, die durch eine Herausragung eines inneren Teils der Seitenwände des Kanalgehäuses (6) gebildet sind.

3. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h&sub2;) der Abstandhalterhaltemittel (18) in der Axialrichtung größer ist als die Höhe (h&sub1;) der Brennelementabstandhalter (5).

4. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalterhaltemittel (18) nahe den Ecken des Kanalgehäuses (6) angeordnet sind.

5. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalgehäuse (6) ferner Verbindungsplattenhaltemittel (19) enthält, die sich nach innen erstrecken und eine obere Verbindungsplatte (2) in der Querrichtung halten.

6. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennnet, daß die untere Verbindungsplatte (3) mit Vertiefungen (22) versehen ist, die sich nach unten ausgehend van der oberen Oberfläche an der äußeren Oberflächenseite von jeder der Seitenwände der unteren Verbindungsplatte (3) erstrecken,

die an dem unteren Endabschnitt des Kanalgehäuses (6) ausgebildeten und sich nach innen erstreckenden Abschnitte (17) zum Verhindern der Kriechdeformation in die Vertiefungen (22) eingepaßt sind, und

die Breite (W&sub1;) zwischen den Abstandhaiterhaltemitteln (18), gegenüberliegend zueinander, kleiner ist als die Breite (W&sub5;) zwischen den Abschnitten (17) zum Verhindern der Kriechdeformation, gegenüberliegend zueinander.

7. Brennelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Verbindungsplatte (3) mehrere Kühlmittelzufuhrbohrungen (60 - 64) enthält, wobei Kühlmittelleckpassagen zwischen dem Kanalgehäuse (6) und der unteren Verbindungsplatte (3) vorgesehen sind und die untere Verbindungsplatte (3) mit Mitteln zum Erzeugen einer Kühlmittelströmung versehen ist, zum Verhindern eines Austritts des Kühlmittels aus der Kühlmittelleckpassage enthaltend die Kühlmittelbohrung, die am weitesten außen angeordnet ist.