DE4432701A1 - Abstandshalter und mit diesem ausgerüstetes Brennelement für einen Siedereaktor - Google Patents
Abstandshalter und mit diesem ausgerüstetes Brennelement für einen SiedereaktorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Abstandshalter gemäß dem Ober
begriff des Anspruches 1 sowie ein mit diesem ausgerüstetes
Brennelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
Das Brennelement enthält ein Bündel langgestreckter Brenn
stäbe, die von einer Vielzahl von Abstandshaltern, die im
Abstand voneinander längs des Bündels angeordnet sind, ge
halten und fixiert werden. Die Abstandshalter haben eine
Vielzahl von Zellen zur gegenseitigen Fixierung der Brenn
stäbe und werden von einem äußeren Abstandshalterrahmen um
geben. Ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, kann von unten
nach oben durch das normalerweise vertikal angeordnete Bren
nelement fließen und kühlt während der Kernreaktion die im
Brennelement angeordneten Brennstäbe.
Ein Brennelement in einem Kernreaktor besteht aus einem
langgestreckten rohrförmigen Behälter, der häufig einen
rechteckigen oder quadratischen Querschnitt hat und an bei
den Enden offen ist und so einen kontinuierlichen Durchfluß
kanal bildet, durch welchen das Kühlmittel des Reaktors
fließen kann. Das Brennelement enthält eine große Anzahl von
ebenfalls langgestreckten rohrförmigen Brennstäben, die par
allel zueinander in genau definierten, normalerweise symme
trischen Mustern angeordnet sind. Am oberen Ende werden die
Brennstäbe durch ein Kopfstück und am unteren Ende durch ein
Fußstück gehalten. Damit in gewünschter Weise Kühlmittel an
den Brennstäben entlang fließen kann, ist es wichtig, daß
diese auf Abstand voneinander gehalten und daran gehindert
werden, beim Betrieb des Reaktors sich zu biegen oder zu
schwingen. Zu diesem Zweck wird eine Vielzahl von Abstands
haltern verwendet, die in Längsrichtung des Brennelements
verteilt sind.
Bekannte Abstandshalter haben häufig einen äußeren Abstands
halterrahmen, und innerhalb dieses Abstandshalterrahmens
sind plattenförmige Bänder kreuzweise und hochkant angeord
net, wodurch sich im wesentlichen quadratische Zellen erge
ben. Es ist auch üblich, die Zellen aus Hülsen zu formen.
Innerhalb der Zellen sind feste beziehungsweise nachgiebige
Stützen für die sich durch die Zellen erstreckenden Brenn
stäbe angeordnet.
Da das Kühlmittel in einem Siedewasserkernreaktor (BWR)
kocht, bildet sich ein Verhältnis von Wasser zu Dampf aus,
welches in axialer Richtung des Kerns variiert. Das Kühlmit
tel fließt im Kern von unten nach oben. Am Boden des Kerns
liegt die Temperatur des Kühlmittels unter der Siedetempera
tur, und das Kühlmittel liegt daher nur in einer einzigen
Phase vor, das heißt, der Raum zwischen den Brennstäben im
unteren Teil des Brennelements ist beim Betrieb mit nicht
kochendem Wasser gefüllt. Weiter oben, wo das Kühlmittel die
Siedetemperatur erreicht hat, wird Wasser in Dampf überge
führt, und das Kühlmittel liegt in zwei Phasen vor. Je wei
ter oben im Kern, umso größer ist der Anteil des Dampfes im
Verhältnis zum Wasser. Im oberen Teil des Kernes sind die
Brennstäbe nur mit einem dünnen Wasserfilm überzogen, und
außerhalb dieses Films strömt Dampf vermischt mit Wasser
tröpfchen.
Wenn die Wärmeentwicklung in einem Brennstab im Verhältnis
zum Kühlmittelstrom sehr groß wird, dann besteht die Gefahr
eines Austrocknens, das heißt, der Flüssigkeitsfilm wird so
dünn, daß er nicht mehr zusammenhalten kann. Der Flüssig
keitsfilm reißt auf, und es bilden sich trockene Wandab
schnitte auf dem Brennstab, was zu lokalen beträchtlich ver
schlechterten Wärmeübertragungen zwischen Brennstab und
Kühlmittel führt und eine beträchtlich erhöhte Wandtempera
tur des Brennstabes zur Folge hat. Die erhöhte Wandtempera
tur kann zu Schäden mit schwerwiegenden Folgen für die
Brennstäbe führen. Die Gefahr eines Austrocknens ist am
größten im oberen Teil des Brennstäbe, wo der Dampfanteil am
größten ist.
Auch die Wand das Brennelementes, das heißt, die Innenseite
des Brennelementkastens, welcher beispielsweise vier Identi
sche von Abstandshaltern gehaltenen Brennstabbündel umgibt,
ist mit einem Wasserfilm überzogen. Dieser Film ist jedoch
nicht zwingend erforderlich, da die Wand des Brennelementka
stens bedeutend unempfindlicher gegen Überhitzung ist als
die Brennstäbe.
Die Abstandshalter beeinflussen den Strom des Kühlmittels
und damit die Kühlung der Brennstäbe. Es ist bekannt, daß in
einem Bereich unmittelbar unterhalb des Abstandshalters, wo
das Kühlmittel den Abstandshalter noch nicht passiert hat,
eine Schwächung des Wasserfilms auf den Brennstäben auf
tritt, während in dem Bereich oberhalb des Abstandshalters,
wo das Kühlmittel den Abstandshalter gerade passiert hat,
dagegen eine Verstärkung des Wasserfilms auftritt. Die Ver
stärkung des Wasserfilms ist eine Folge der Turbulenzen,
welche im Kühlmittel auftreten, wenn dieses einen Abstands
halter durchströmt. Die größte Gefahr eines Austrocknens be
steht im oberen Teil der Brennstäbe unmittelbar unter den
Abstandshaltern.
Ein begrenzender Umstand für die Austrocknungsleistung, das
ist die Gesamtleistung, die dem Brennelement ohne Gefahr ei
nes Austrocknens entzogen werden kann, ist gewöhnlich die
Leistung, die denjenigen Brennstäben entnommen werden kann,
welche in den Ecken des Abstandshalters angeordnet sind.
Diese Brennstäbe, die im folgenden als "Eckstäbe" bezeichnet
werden, sind empfindlich, da sie nur von einer geringen
Kühlmittelmenge umgeben sind, wodurch ihre Belastbarkeit be
grenzt wird, während gleichzeitig nicht-kochendes Wasser mit
einer großen Moderatorkapazität außerhalb der Ecken des
Brennelementkastens vorhanden ist, wodurch die Leistungser
zeugung in den Eckstäben zu hohen Werten tendiert. Eine ge
ringere Leistungserzeugung in den Eckstäben kann erreicht
werden, indem diese eine geringere Anreicherung erhalten. Es
ist jedoch nicht wünschenswert, den Anreicherungsgrad zu
stark zu senken, da man gleichzeitig auf ein gleichmäßiges
Anreicherungsmuster im Brennelement und auf eine möglichst
hohe Leistungserzeugung Wert legt.
Eine Möglichkeit, die Kühlung zu verbessern, besteht darin,
den Abstand zwischen den Abstandshaltern in der oberen
Hälfte des Brennelements, wo die Empfindlichkeit am größten
ist, zu verkleinern. Dies erfordert jedoch, daß der Druck
verlust, den das Kühlmittel an den Abstandshaltern erfährt,
nicht zu groß ist, da dadurch das Kühlvermögen vermindert
wird. Normalerweise reicht der positive Kühlwirkung eines
Abstandshalters nicht über die gesamte Strecke bis zum näch
sten Abstandshalter. Austrocknungen treten, wie oben be
schrieben, unmittelbar unterhalb des stromabwärts nächstge
legenen Abstandshalters auf. Wenn eine zusätzliche Abstands
halterebene in das Bündel eingeführt wird, dann sollte der
gesamte Druckverlust in dem Brennstoffbündel dadurch nicht
erhöht werden. Dies bedeutet, daß der Druckverlust an den
einzelnen Abstandshaltern in einem solchen Falle verkleinert
werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abstandshal
ter der oben genannten Art und ein mit diesem ausgerüstetes
Brennelement zu entwickeln, bei welchem die Kühlung der
Brennstäbe, insbesondere der in den Ecken der Abstandshalter
angeordneten Brennstäbe, verbessert ist. Zumindest soll die
Kühlung des oberen Teils der Brennstäbe derart verbessert
werden, daß die Gefahr eines Austrocknens reduziert wird.
Eine reduzierte Austrocknungsgefahr bedeutet, daß der Brenn
stoff effektiver genutzt werden kann, was wirtschaftliche
Vorteile beinhaltet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Abstandshalter gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfin
dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge
nannten Merkmale hat.
Weitere Ausgestaltungen des Abstandshalters gemäß der Erfin
dung sind in den zusätzlichen Ansprüchen 2 bis 8 genannt.
Ferner wird zur Lösung der genannten Aufgabe ein Brennele
ment gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9 vorgeschlagen,
welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des An
spruches 9 genannten Merkmale hat.
Weitere Ausgestaltungen dieses Brennelementes gemäß der Er
findung sind in den zusätzlichen Ansprüchen 10 und 11 ge
nannt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennelement und einen
Abstandshalter für einen Siedereaktor, in welchem die Küh
lung zumindest des oberen Teils verbessert ist, insbesondere
die Kühlung der Eckstäbe des Abstandshalters, so daß die Ge
fahr eines Austrocknens verkleinert ist.
Der den Abstandshalter gemäß der Erfindung umgebende Ab
standshalterrahmen hat einen ersten Abschnitt, der im Brenn
element in einem Abstand von der inneren Oberfläche des
Brennelementkastens angeordnet ist, und einen zweiten Ab
schnitt, der im Vergleich zum ersten Abschnitt in einem
kleineren Abstand von der inneren Oberfläche des Brennele
mentkastens angeordnet ist. Der Abstandshalterrahmen besteht
normalerweise aus vier rechtwinkligen Rahmenteilen, die an
ihren entsprechenden kurzen Seiten unter 90° miteinander
verbunden sind, wodurch ein Abstandshalterrahmen zum Umhül
len der Abstandshalterzellen gebildet wird. Der zweite Ab
schnitt ist so beschaffen, daß er an den Ecken des Abstands
halterrahmens, also an den kurzen Seiten jedes Rahmenteils,
Kühlmittel in das Innere des Abstandshalters lenkt. Dieses
Kühlmittel trifft dann auf einen im weiteren als "Kante" be
zeichneten schmalen nach innen gerichteten Wandvorsprung des
Abstandshalterrahmens, der im Verhältnis zur Längsrichtung
des Brennelements schräg verläuft und zwischen dem ersten
und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist. Der schräge Ver
lauf der Kante ist so gerichtet, daß das Kühlmittel in Rich
tung zum unmittelbar benachbarten Eckstab umgelenkt wird.
Diese Umlenkung des Kühlmittels zu dem Eckstab bedeutet, daß
mehr Kühlmittel die Eckstäbe erreicht, was wiederum bedeu
tet, daß die mittlere Leistungsabgabe des Brennelements ver
größert werden kann.
Der Abstandshalterrahmen ist ferner an seinen Ecken mit Aus
sparungen versehen, die sich in Strömungsrichtung erstrecken
und die durch einen oberen und einen unteren vorstehenden
Teil begrenzt sind, die dazu dienen, ein Rahmenteil mit ei
nem anderen zu verbinden, zweckmäßigerweise über eine Zelle.
Die Verminderung von Material im Eckenabschnitt erlaubt eine
verbesserte Kühlung des Eckstabes infolge geringerer Rei
bung, das heißt, geringerem Strömungswiderstand zwischen dem
nach oben fließenden Kühlmittel und dem Abstandshalterrahmen
sowie die Zuführung von mehr Kühlmittel zu dem Eckstab, so
daß die Leistungsabführung vom Eckstab ohne Vergrößerung der
Austrocknungsgefahr vergrößert werden kann. Die Materialver
minderung hat auch eine verkleinerte Querschnittsfläche in
Strömungsrichtung zur Folge. Alle Rahmenteile sind vorteil
hafterweise im wesentlichen gleich aufgebaut.
Der Aufbau des Rahmenteils in anderer Hinsicht kann in
vielen verschiedenen Weisen erfolgen, von denen einige unten
im Zusammenhang mit der Beschreibung bevorzugter Ausfüh
rungsbeispiele beschrieben werden.
Zumindest der obere Teil des Brennelements, das ist der Teil
des Brennelements, wo sich das Kühlmittel in einem hohen
Grade im zweiphasigen Zustand befindet, ist mit der oben be
schriebenen Abstandshalterart versehen.
In solchen Fällen, in welchen Abstandshaltern auf mehr Nive
aus angeordnet werden sollen, wobei nicht für alle Niveaus
die oben beschriebenen Abstandshalter erforderlich sind,
kann zur Verminderung des gesamten Druckverlustes der untere
Teil des Brennelementes mit Niedrigdruckverlust-Abstandshal
tern versehen werden. Dies ist möglich, da die Gefahr eines
Austrocknens dort nicht besteht, da das Kühlmittel dort im
wesentlichen nur im einphasigen Zustand vorliegt.
Der Vorteil des Brennelement und des Abstandshalters gemäß
der Erfindung besteht darin, daß sie eine wirksamere Kühlung
insbesondere der Eckstäbe in den Abstandshaltern ermögli
chen, wodurch deren Leistungsabgabe und folglich die Lei
stungsabgabe des gesamten Brennelementes vergrößert werden
kann. Ferner ist die Querschnittsfläche des Abstandshalter
rahmens in Strömungsrichtung minimalisiert, unter anderem
durch die offenen Ecken, wodurch ein geringer Druckverlust
am Abstandshalter erzielt wird, was seinerseits die Möglich
keit schafft, zusätzliche Abstandshalter auf anderen Höhen
anzuordnen. In den Fällen, in denen der Abstandshalter gemäß
der Erfindung in dem Brennelement zusammen mit einer anderen
Abstandshalterart verwendet wird, die einen sehr niedrigen
Druckverlust verursacht, kann der Druckverlust pro Abstands
halter weiter vermindert werden und folglich der Abstand
zwischen benachbarten Abstandshalter durch Verwendung weite
rer Abstandshalter weiter verkleinert werden.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 ein Brennelement mit Abstandshaltern gemäß der Er
findung,
Fig. 2a und 2b perspektivische Ansichten eines Abstands
halterrahmens gemäß der Erfindung, welcher ein Zel
lengitter umgibt,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausfüh
rungsbeispiels eines Abstandshalterrahmens,
Fig. 4 ein Brennelement mit unterschiedlichen Abstandshal
tern im oberen beziehungsweise im unteren Teil,
Fig. 5a bis 5c perspektivische Ansichten verschiedener
Ausführungsbeispiele von Abstandshalterrahmen für
Abstandshalter, die einen geringen Druckabfall ver
ursachen.
Fig. 1 zeigt ein Brennelement 1 gemäß der Erfindung, zu
welchem ein langgestreckter rohrförmiger Behälter gehört,
der oft einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt
hat und als Brennelementkasten 2 bezeichnet wird. Der Brenn
elementkasten 2 ist an beiden Enden offen, so daß er einen
kontinuierlichen Durchflußkanal bildet, durch welchen wäh
rend des Betriebes das Kühlmittel des Reaktors fließt. Zum
Brennelement 1 gehört eine große Anzahl von ebenfalls lang
gestreckten rohrförmigen Brennstäben 3, welche parallel zu
einander angeordnet sind und in denen Tabletten 4 aus nu
klearem Brennstoff angeordnet sind. Die Brennstäbe 3 werden
oben von einem Kopfstück 5 und unten von einem Fußstück 6
zusammengehalten. Die Brennstäbe 3 werden durch Abstandshal
ter 7 auf Abstand voneinander gehalten und daran gehindert,
sich beim Betrieb des Reaktors zu biegen oder zu schwingen.
Fig. 2a zeigt, daß ein Abstandshalter 7 einen äußeren Ab
standshalterrahmen 8 hat, zu dem Rahmenteile 8a bis 8d gehö
ren, und daß innerhalb des Abstandshalterrahmens 8 Zellen 9
angeordnet sind. Innerhalb dieser Zellen 9 sind, beispiels
weise feste beziehungsweise nachgiebige, Stützen für die
Brennstäbe 3 angeordnet, die sich durch die Zellen 9 er
strecken.
Zu dem Abstandshalterrahmen 8 besteht gewöhnlich aus einem
hochkant stehendes plattenförmiges Band. Am oberen Teil des
Rahmens 8 ist eine Vielzahl von Führungslappen 12 angeord
net, um zu verhindern, daß das Brennstabbündel, also die in
die Abstandshalter 7 eingeführten Brennstäbe 3, sich beim
Einschieben in den Brennelementkasten 2 oder beim Herauszie
hen aus dem Brennelementkasten 2 verkeilen. Die Führungslap
pen 12 werden von Teilen gebildet, die vom stromabwärts ge
legenen Rand des Abstandshalterrahmens 8 vorstehen und die
nach innen zum Zentrum des Abstandshalters um eine Faltachse
abgebogen sind, die mit dem Rand des Abstandshalters zusam
menfällt, das heißt, um eine Achse, die senkrecht zur Strö
mungsrichtung verläuft. Die Führungslappen 12 haben zur
Folge, daß der Strömungswiderstand des Abstandshalters 7
vergrößert wird, weil ein großer Teil ihrer Seitenfläche in
der Projektion in Strömungsrichtung quer zur Flußrichtung
verläuft. Der vergrößerte Strömungswiderstand an der
stromabwärts liegenden Seite des Abstandshalters 7 ist von
Vorteil, weil er eine gewisse Turbulenz verursacht, die die
Wärmeübertragung zwischen den Brennstäben 3 und dem Kühlmit
tel erleichtert und folglich den Kühlmittelfilm längs der
Brennstäbe 3 aufrechterhält.
Der Abstandshalterahmen 8 ist am unteren Ende weitgehend
offen ausgebildet durch die Anordnung von Öffnungen 13 und
um vertikale Achsen abgebogenen Lappen, die als Führungsvor
sprünge 14 bezeichnet werden. Durch das offene untere Ende
werden größere Störungen des Kühlmittelflusses vermieden und
der Druckverlust am Abstandshalter 7 begrenzt.
Die Führungsvorsprünge 14 haben den Zweck, das Bündel im
Brennelementkasten 2 zu führen. Die Führungsvorsprünge 14
bestehen aus einem plattenförmigen Lappen oder dergleichen,
dessen Ebene parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittels
verläuft und dessen eine Seitenkante in schräger Form von
dem unteren Rand des Rahmens 8 in stromabwärts weisender
Richtung zum Zentrum des Abstandshalter 7 hin verläuft. Da
die Seitenfläche des Führungsvorsprunges 14 parallel zur
Flußrichtung angeordnet ist, bildet nur die Querschnittsflä
che des Führungsvorsprunges 14, die senkrecht zur Ebene des
Rahmens 8 und der Strömungsrichtung verläuft, ein Hindernis
für den Kühlmittelfluß durch das Bündel. Hierdurch kommt es
zu keiner nennenswerten Vergrößerung des Strömungswiderstan
des.
Die Rahmenteile 8a-8d haben einen ersten und einen zweiten
Abschnitt 15, 16, die einen unterschiedlichen Abstand von
der inneren Oberfläche des Brennelementkastens 2 haben wo
durch ein Abstand gebildet wird zwischen den Brennstäben 3
und der inneren Oberfläche des Brennelementkastens 2 des
Brennelements 1. Der zweite Abschnitt 16 bildet eine Aus
buchtung in Richtung zum Brennelementkasten 2, wodurch er
einen kleineren Abstand vom Brennelementkasten 2 einnimmt
als der erste Abschnitt 15.
Fig. 2b zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des in
Fig. 2a gezeigten Abstandshalters 7. Der Abstandshalter 7
in Fig. 2b ist zur Verwendung in einem Brennelement 1 be
stimmt, welches mindestens eine Brennstabposition enthält,
die nicht von einem Brennstab besetzt ist und die in einer
Ecke angeordnet ist. Der Abstandshalter 7 kann dann mit ei
nem zurückgenommenen Eckenabschnitt und einem besonderen
Rahmenteil 8e versehen werden. Das Rahmenteil 8e hat eine
lange ebene Oberfläche, die zum Zentrum des Abstandshalters
hin geneigt ist, um Wasser zu den Brennstäben 3 zu lenken.
Wie aus den Fig. 2a, 2b und 3 hervorgeht, sind die Öff
nungen 13 beziehungsweise 23 am unteren Rand des Rahmens 8
so beschaffen, daß sie Kühlmittel, welches längs des Brenn
elementkastens 2 nach oben fließt, ins Innere des Abstands
halterrahmens 8 geleitet wird. Das Kühlmittel wird zu einem
als "Kante" bezeichneten schmalen nach innen gerichteten
Wandvorsprung 18 des Abstandshalterrahmens geleitet, welche
im Verhältnis zu der Längsrichtung des Brennelements 1
schräg verläuft und zwischen dem ersten und zweiten Ab
schnitt 15, 16 gebildet wird. Die Kante 18 verursacht eine
Ablenkung des Kühlmittels in Richtung zu demjenigen Brenn
stab 3 hin, der in der Ecke des Abstandshalterrahmens 8 an
geordnet ist. Die schräge Kante 18 erstreckt sich in
Stromabwärtsrichtung des Abstandshalters 7 und zur Ecke des
Abstandshalterrahmens 8.
Die kurze Seite des Rahmenteils 8b ist an der Ecke mit einer
Aussparung 19 versehen, die sich in Strömungsrichtung er
streckt und die oben und unten durch vorstehende Teile 20
begrenzt wird, die zur Anordnung an einer Abstandshalter
zelle 9 oder einem anderen Rahmenteil 8a, 8c oder 8d dienen.
Die Fig. 2a und 2b zeigen ein Ausführungsbeispiel eines
Abstandshalterrahmens 8, bei welchem im Mittelteil des Rah
menteils 8b das Kühlmittel über die Öffnungen 13 ins Innere
des Rahmens 8 geleitet wird und dann weiter nach oben längs
des Abstandshalterrahmens 8 geleitet wird, bis es auf eine
Kante 21 trifft, die sich quer zur Längsrichtung des Brenn
elementes 1 erstreckt und zwischen dem ersten und zweiten
Abschnitt 15, 16 liegt, wodurch das Kühlmittel verlangsamt
und nach Innen zu den Brennstäben 3 umgelenkt wird, während
der Druck reduziert wird. In dem zweiten Teil 16 sind fla
schenähnliche Öffnungen angeordnet, zum Teil, um Material zu
sparen, wobei der "Flaschenhals" nach unten weist und der
"Flaschenboden" nach oben weist. Diese flaschenähnlichen
Öffnungen stellen für einige der Öffnungen 13 eine Erweite
rung in Stromabwärtsrichtung dar, und helfen bei der Leitung
von Kühlmittel zum Inneren des Rahmens 8 am "Flaschenboden".
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Ab
standshalterrahmens 8, welches wie das in Fig. 2a und 2b
gezeigte mit einem ersten und einem zweiten Abschnitt 15, 16
versehen ist, wobei der erste Abschnitt 15, nach Anbringung
im Brennelement 1, so angeordnet ist, daß sein Abstand von
dem Brennelementkasten 2 größer ist als der des zweiten Ab
schnittes 16. Das Mittelteil des Rahmenteils 8a ist abwech
selnd mit ersten und zweiten Abschnitten 15, 16 versehen,
die parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sind, wobei
die ersten Abschnitte 15 mit Öffnungen 23 versehen sind,
durch welche Kühlmittel mit Hilfe von Führungskappen 26 ins
Innere des Rahmens 8 geleitet wird. Das Kühlmittel wird auch
über den unteren Rand des zweiten Abschnittes 16 ins Innere
des Rahmens 8 geleitet, von wo es aufwärts strömt, bis es
auf eine Kante 21 trifft, die zwischen dem ersten und dem
zweiten Abschnitt 15, 16 angeordnet ist. Die Kante verläuft
schräg oder senkrecht zur Strömungsrichtung, wodurch der
Kühlmittelstrom zum Inneren des Abstandshalters 7 umgelenkt
wird zwecks Kühlung der in der Mitte angeordneten Brennstäbe
3. Um diese Umlenkung weiter zu erleichtern, ist eine lange
flache, nach innen zum Zentrum des Abstandshalters geneigte
Führungsfläche 24 an den zweiten Abschnitt 16 angeschlossen.
Die lange, unter einem geringen Winkel zur Vertikalen schräg
verlaufende flache Führungsfläche 24 sichert einen geringen
Druckverlust, und die Führungsflächen erzeugen eine große
mechanische Festigkeit, die vorteilhaft ist beim Herausheben
der Abstandshalter 7 mit den darin angeordneten Brennstäben
3 aus dem Brennelementkasten 2.
Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfin
dung, bei welcher im unteren Teil eines Brennelements 1 Ab
standshalter 7 mit geringem Druckverlust angeordnet sind,
die als Niedrigdruckverlust-Abstandshalter bezeichnet wer
den. Die Rahmen 25 der Niedrigdruckverlust-Abstandshalter
können zum Beispiel in der in den Fig. 5a bis 5c gezeig
ten Weise ausgebildet sein. Diese Niedrigdruckverlust-Ab
standshalter-Rahmen haben ebenfalls einen ersten und einen
zweiten Abschnitt 15, 16, wobei der erste Abschnitt 15, im
eingebauten Zustand in einem Brennelement 1, in einem weite
ren Abstand von der inneren Oberfläche des Brennelementka
stens 2 angeordnet ist, als der zweite Abschnitt 16. Der Ab
standshalterrahmen 25 enthält abwechselnd die vertikal posi
tionierten ersten und zweiten Abschnitte 15, 16. Der Rahmen
25 enthält Öffnungen 23, um die Materialmenge zu verklei
nern. Sowohl oben wie unten ist der Niedrigdruckverlust-Ab
standshalter-Rahmen mit nach innen abgebogenen Führungslap
pen 14 versehen, die dazu bestimmt sind, die Brennstäbe 3
und den Abstandshalter 7 beim Einsetzen in den Brennelement
kasten oder beim Herausziehen aus den Brennelementkasten 2
zu führen. Die Führungslappen 14 sind parallel zur Strömung
angeordnet, wodurch der Strömungswiderstand des Abstandshal
ters 7 kleingehalten wird.
Zweckmäßigerweise werden die Abstandshalterrahmen aus dem
Material Inconel oder Zirkaloy gefertigt.
Claims (11)
1. Abstandshalter zum Halten einer Vielzahl von langge
streckten Brennstäben (3), die in einem Brennelement (1) ei
nes Siedereaktor von einem Brennelementkasten (2) umgeben
sind, der dazu bestimmt ist, von einem Kühlmittel durchflos
sen zu werden, welcher Abstandshalter (7) eine Vielzahl von
Zellen (9) zur Aufnahme von Brennstäben (3) enthält, welche
Zellen von einem äußeren Abstandshalterrahmen (8) umgeben
sind, der an seinem gesamten Umfang mit einer Vielzahl von
Öffnungen (13, 23) versehen ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß der äußere Abstandshalterrahmen
(8) einen ersten Abschnitt (15) enthält, welcher im Brenn
element (1) in einem ersten Abstand von der inneren Oberflä
che des Brennelementkastens (2) angeordnet ist, und einen
zweiten Abschnitt (16) enthält, der im Vergleich zu dem er
sten Abschnitt (15) in einer kürzeren Abstand von dem Brenn
elementkasten (2) angeordnet ist, und daß an der Innenseite
des Rahmens (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Ab
schnitt (15, 16) eine Kante (18) vorhanden ist, die im Ver
hältnis zur Längsrichtung des Brennelements (1) derart schräg
verläuft, daß sie stromabwärts durch den Abstandshalter (7)
fließendes Kühlmittel schräg zur Ecke des Abstandshalters
hin umzulenken vermag.
2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß an den Ecken des Abstandshal
terrahmens (8) Aussparungen (19) vorhanden sind, die oben
und unten durch vorstehende Teile (20) begrenzt sind.
3. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß er mit Führungsvorsprüngen
(12) versehen ist, welche Teile enthalten, die vom stromab
wärts liegenden Rand des Abstandshalters (7) vorstehen, wo
bei diese Teile zum Zentrum des Abstandshalters (7) um eine
Achse senkrecht zur Strömungsrichtung abgebogen sind.
4. Abstandshalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß er am unte
ren Rand mit Führungsvorsprüngen (14) versehen ist, die
plattenförmig oder dergleichen ausgebildet sind, wobei die
Fläche der Platte parallel zur Strömungsrichtung des Kühl
mittels verläuft und einer ihrer Seitenränder sich in ge
neigter Weise vom unteren Rand des Rahmens (8) in Gegenströ
mungsrichtung des Abstandshalters (7) zum Zentrum des Ab
standshalters (7) hin erstreckt.
5. Abstandshalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß er eine
Kante (21) hat, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten
Abschnitt (15, 16) erstreckt und die sich mit ihrer Fläche
senkrecht oder schräg zur Strömungsrichtung erstreckt.
6. Abstandshalter nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß er mit Führungsflächen (24)
versehen ist, die eine lange, ebene und zum Zentrum des Ab
standshalters (7) hin geneigte Fläche bilden und die sich,
von der Kante (21) ausgehend, in Strömungsrichtung des Ab
standshalters (7) erstrecken.
7. Abstandshalter nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß in dem zweiten Abschnitt (16)
zumindest eine flaschenförmige Öffnung vorhanden ist, die
eine Erweiterung der Öffnung (13) in Stromabwärtsrichtung
des Abstandshalter (7) darstellt.
8. Abstandshalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß er in min
destens einer Ecke eine lange ebene Fläche (8e) besitzt, die
geneigt nach innen zur Mitte des Abstandshalters verläuft.
9. Brennelement für einen Siedereaktor, in dessen oberen
Teil das Kühlmittel sich während des Betriebes im Zweipha
senzustand befindet, während es sich im unteren Teil im we
sentlichen im Einphasenzustand befindet, welches Brennele
ment (1) mit einem langgestreckten Brennelementkasten (2)
versehen ist, der im Betrieb an ein ihn durchfließendes
Kühlmittel angeschlossen ist, mit einem Bündel aus ebenfalls
langgestreckten Brennstäben (3), die in dem Brennelementka
sten angeordnet sind und durch eine Vielzahl von Abstands
haltern (7) gehalten werden, die in verschiedenen Höhen
längs des Bündels angeordnet sind und von denen jeder eine
Vielzahl von Zellen (9) zur Aufnahme von Brennstäben (3)
hat, wobei diese Zellen (9) von einem äußeren Abstandshal
terrahmen (8) umgeben sind, der über seinen gesamten Umfang
mit einer Vielzahl von Öffnungen (13, 23) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Brenn
element (1) mindestens einen Abstandshalter (7) enthält, der
einen Abstandshalterrahmen (8) hat, welcher einen ersten Ab
schnitt (15) aufweist, der in einer ersten Entfernung vom
Brennelementkasten (2) angeordnet ist, und einen zweiten Ab
schnitt (16) aufweist, der im Vergleich zum ersten Abschnitt
(15) in einer kleineren Entfernung von der inneren Oberflä
che des Brennelementkastens (2) angeordnet ist, und daß an
der Innenseite des Rahmens (8) zwischen dem ersten und dem
zweiten Abschnitt (15, 16) eine Kante (18) vorhanden ist, die
im Verhältnis zur Längsrichtung des Brennelements (1) derart
schräg verläuft, daß sie stromabwärts durch den Abstandshal
ter (7) fließendes Kühlmittel schräg zur Ecke des Abstands
halters hin umzulenken vermag.
10. Brennelement für einen Siedereaktor, in dessen oberen
Teil das Kühlmittel sich während des Betriebes im Zweipha
senzustand befindet, während es sich im unteren Teil im we
sentlichen im Einphasenzustand befindet, welches Brennele
ment (1) mit einem langgestreckten Brennelementkasten (2)
versehen ist, der im Betrieb an ein ihn durchfließendes
Kühlmittel angeschlossen ist, mit einem Bündel aus ebenfalls
langgestreckten Brennstäben (3), die in dem Brennelementka
sten angeordnet sind und durch eine Vielzahl von Abstands
haltern (7) gehalten werden, die in verschiedenen Höhen
längs des Bündels angeordnet sind und von denen jeder eine
Vielzahl von Zellen (9) zur Aufnahme von Brennstäben (3)
hat, wobei diese Zellen (9) von einem äußeren Abstandshal
terrahmen (8) umgeben sind, der über seinen gesamten Umfang
mit einer Vielzahl von Öffnungen (13, 23) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der obere
Teil des Brennelements mindestens einen Abstandshalter (7)
gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 enthält und daß sein un
terer Teil mindestens einen Abstandshalter mit einem gerin
gen Druckverlust, einen sogenannten Niedrigdruckverlust-Ab
standshalter (25), enthält.
11. Brennelement nach Anspruch 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Niedrigdruckverlust-Ab
standshalter (25) einen ersten und einen zweiten Abschnitt
(15, 16) hat, von denen der erste Abschnitt (15) einen grö
ßeren Abstand von der Innenseite des Brennelementkastens (2)
hat als der zweite Abschnitt (16), wobei die ersten und die
zweiten Abschnitte (15, 16) abwechselnd und in vertikaler
Richtung angeordnet sind und daß der Niedrigdruckverlust-Ab
standshalter (25) sowohl oben als auch unten mit nach innen
abgebogenen Führungsvorsprüngen (14) versehen ist, die einen
plattenförmigen Lappen oder dergleichen bilden, dessen Flä
che parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittel angeordnet
ist und dessen eine Kante sich in schräger Weise von dem un
teren beziehungsweise oberen Rand des Rahmens (8) stromauf
wärts beziehungsweise stromabwärts des Niedrigdruckverlust-
Abstandshalter (25) sich zum Zentrum des Niedrigdruckver
lust-Abstandshalters (25) erstreckt.
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