DE69308050T2

DE69308050T2 - Manschettenartiger Abstandshalter mit reduziertem Druckverlust

Info

Publication number: DE69308050T2
Application number: DE69308050T
Authority: DE
Inventors: Eric Bertil Johansson; Bruce Matzner
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1992-03-25
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2013-03-26
Also published as: DE69308050D1; US5313506A; JPH0643277A; EP0562859A1; ES2097446T3; JPH0743433B2; EP0562859B1; MX9301696A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Brennelemente in Siedewasser-Kernreaktoren und mehr im besonderen auf einen Brennstab-Abstandshalter in einem solchen Brennelement.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Siedewasser-Kernreaktoren sind bekannt. In solchen Reaktoren enthalten Brennelemente den Brennstoff, der einer Kernreaktion unterliegt. Typischerweise schließen solche Brennelemente eine untere Gitterpiatte zum Halten einer Anordnung vertikal aufrechtstehender Brennstäbe und zum Einlassen von Wasser-Moderator ein. Ein Kanal erstreckt sich von der unteren Gitterplatte um die Brennstäbe herum bis zu einer oberen Gitterplatte am Oberteil des Brennelementes. Diese obere Gitterplatte gestattet den Austritt von Wasser und erzeugtem Dampf.
Im Inneren des Brennelement-Kanales und um jeden der Brennstäbe herum werden in ausgewählten Höhen sogenannte Brennstab-Abstandshalter eingesetzt. Es ist die Funktion dieser Brennstab-Abstandshalter zu verhindern, daß Brennstäbe unter den dynamischen Kraften der Strömungsmittel-Strömung bei der Dampferzeugung in schleifenden Kontakt miteinander kommen, sowie die Aufrechterhaltung des vorgesehenen Nuklear-Abstandes der Brennstäbe, um eine maximale nukleare Wirksamkeit zu erzielen. Es ist daher übliche Praxis, zwischen 5 bis 9 Brennstab-Abstandshalter - und üblicherweise 7 Brennstab-Abstandshalter - in üblicherweise gleichen vertikalen Abständen innerhalb jedes Brennelementes zu benutzen.
Der Betrieb der Brennelemente kann einfach beschrieben werden. Wassermoderator tritt an der unteren Gitterplatte in das Brennelement ein, wo das Wasser die Nuklearreaktion in zwei Arten unterstützt. Erstens erzeugt die Reaktion schnelle Neutronen, die zu ihrem thermischen Zustand moderiert oder verlangsamt werden müssen, wo aufgrund der Warmeenergie des Moderators ihre Geschwindigkeit der thermischen Energie zur Fortsetzung der Reaktion entspricht. Zweitens gestattet das Wasser-Kühlmittel das Erzeugen von Dampf durch die Brennelemente, aus dem die durch den Reaktor erzeugte Energie gewonnen werden kann. Anfänglich und im unteren Abschnitt des Brennelementes tritt Wasser ohne vorhandenen Dampf ein. Während der Moderator durch das Brennelement nach oben steigt, werden zunehmende Dampfmengen erzeugt. Diese zunehmenden Dampfmengen verursachen, daß der obere Abschnitt des Brennelementes als obere Zweiphasen- Region bekannt ist, wobei diese beiden Phasen Wasser und Dampf sind. Schließlich treten das Wasser und erzeugter Dampf aus der oberen Gitterplatte des Brennelementes aus.
Wurden Brennelemente in Siedewasser-Reaktoren ursprünglich eingeführt, dann war die Größe des Brennstoffkanales durch das Design des ursprüngliche Reaktorkesseis festgelegt. Die meisten Brennelemente für die meisten Siedewasser-Reaktoren haben somit eine Längenabmessung in der Größenordnung von 406 cm (160 inches) und einen quadratischen Querschnitt von etwa 13,33 × 13,33 cm (5 1/4 × 5 1/4"), die genau in einen umgebenden Kanal passen.
Innerhalb dieser einschränkenden Abmessungen der Brennelemente gab es eine Tendenz, das Brennelement-Design zu ändern. Eine solche Änderung hat die Dichte der Brennstäbe innerhalb der Elementanordnung eingeschlossen, die innerhalb des Brennelementes benutzt wurde, sowie die Arten der eingesetzten Brennstab-Abstandshalter. Eine Erklärung des Grundes für diese Design-Änderungen ist instruktiv.
Ursprünglich befanden sich Brennstäbe - lange abgedichtete Rohre aus einer Zircaloy-Hülle, die Brennstoff-Pellets innerhalb eines inerten, komprimierten Gasbades umgab, - in Anordnungen von 7 × 7 innerhalb des festgelegten Querschnittes des Brennstoffkanales von 13,33 cm (5 1/4 inch) × 13,33 cm (5 1/4 inch). Neben anderen Faktoren waren solche Brennelemente durch ihre maximale, lineare Wärmeezeugungsrate beschränkt. Die maximale, lineare Wärmerzeugungsrate ist die maximale Energiemenge pro Einheitslänge, die irgendein Brennstab sicher innerhalb des Brennelementes irgendwo abgegeben kann. Wird diese maximale, lineare Wärmeerzeugungsrate überschritten, dann kann die abgedichtete Integrität des Brennelementes zumindest entlang der Länge des Brennstabes bedroht sein, bei dem die maximale, lineare Wärmeerzeugungsrate überschritten wurde. Diese Drohung ist einer zu starken Dehnung zuzuschreiben, die zur Beeinträchtigung der metallurgischen Qualitäten der aufnehmenden und abgedichteten Brennstabhülle führen.
Diese Begrenzungen der maximalen, linearen Wärmeerzeugungsrate führte zu Brennstoff- Designs mit realtiv dichteren Anordnungen von Brennstäben, die eine größere, lineare Gesamtlänge der Stäbe in einem Element aufweisen. Diese dichteren Anordnungen haben 8 × 8-Anordnungen, 9 × 9-Anordnungen und sogar noch dichtere Anordnungen, wie 10 × 10, eingeschlossen. Diese Anordnungen höherer Dichte haben Brennstäbe geringeren Durchmessers, die ihre Wärme schneller zum umgebenden Kühlmittel übertragen. Solche weniger massiven Brennstäbe geringeren Durchmessers haben die vorteilhafte Wirkung einer maximalen, linearen Wärmeerzeugungsrate, die innerhalb der Brennstäbe toleriert werden kann. Die moderne Neigung ist es daher, in Brennelement-Designs Brennstab-Anordnungen höherer Dichte einzusetzen.
Gleichzeitig ist die sogenannte kritische Leistung auch eine Begrenzung beim Brennelement-Design. Diese Begrenzung bezieht sich auf die Erscheinung, die als "Siedeübergang" bekannt ist. Einfach zusammengefaßt bildet Wasser in der oberen Zweiphasen-Region eines Brennelementes typischerweise einen Überzug auf der Oberfläche der Brennstäbe. Dampf wird aus der Oberfläche dieses Flüssigkeitsfilms erzeugt. Durch einen komplexen Prozess, der nicht vollständig verstanden ist, hält sich dieser Wasserlilm, der die äußere Hülle der Brennstäbe bedeckt, selbst aufrecht, vorausgesetzt, daß die sogenannte kritische Leistungsgrenze der Brennstäbe nicht überschritten wird.
Wird die kritische Leistungsgrenze des Brennstabes überschritten, dann weist der Brennstab keinen zusammenhängenden Überzug aus Flüssigkeit auf seiner Oberfläche mehr auf. Statt dessen treten durch den als "Übergangssieden" bekannten Prozess lokale Unterbrechungen des Wasserüberzuges auf. Als Folge steigt die lokale Temperatur der Brennstabhülle an dem Punkt des Übergangssiedens. Die Integrität des Brennstabes ist aufgrund eines möglichen metallurgischen Bruches der Hüllenwand am Punkt des Übergangssiedens lokal bedroht.
Es wurde festgestellt, daß sogenannte Ring-Abstandshalter eine nützliche Auswirkung auf die kritische Leistung haben können. Um diesen nützlichen Effekt und seine Beschränkungen bei hochdichten Anordnungen von Brennstäben zu verstehen, sollten sowohl die Konstruktion als auch die Wirkung solcher Ring-Abstandshalter zusammengefaßt werden.
Hinsichtlich der Konstruktion von Ring-Abstandshaltern ist jeder Brennstab in der Höhe des Abstandshalters von einem Metallzylinder - üblicherweise einer als Zircaloy mit einem relativ geringen Querschnitt für die Absorption von Neutronen bekannten Legierung - umgeben. Jeder Ring bzw. Zylinder bildet mehrere Anschläge, gegen die der Brennstoff enthaltende Brennstab mit Federn vorgespannt wird, um den vorgesehenen Abstand der Brennstäbe aufrechtzuerhalten. Federn für dieses Vorspannen der Brennstäbe sind üblicherweise innerhalb der Ringe montiert. Die Abstandshalter verhindern somit nicht nur den seitlichen, schleifenden Kontakt der Brennstäbe, sondern halten auch die Brennstäbe in ihrer vorgesehenen, beabstandeten Beziehung, um eine maximale nukleare und thermische Wirksamkeit zu erzielen.
Die Wirkung solcher Ring-Abstandshalter auf die kritische Leistung solcher Brennstäbe kann folgendermaßen erläutert werden. Spezifisch und nach dem Strömen der Mischung aus Dampf und Wasser in der oberen Zweiphasen-Region des Brennelementes durch einen Ring eines Ring-Abstandshalters, ist der Wasserüberzug auf der Außenseite des Brennstabes wiederhergestellt. Durch Kontrollieren des vertikalen Abstandes zwischen dem ersten und zweiten Abstandshalter vom Oberteil des Brennelementes aus oder dem zweiten und dritten Abstandshalter vom Oberteil des Brennelementes aus können Ring-Abstandshalter die kritische Leistungsgrenze in Kernbrennelementen verbessern.
Unglücklicherweise ist der Einsatz von Ring-Abstandshaltern in hochdichten Brennstab- Anordnungen nicht ohne Probleme. Spezifisch und bei Nutzung einer 9 × 9-Anordnung von Brennstäben muß jeder der Brennstäbe von seinem eigenen Ring umgeben werden. Über den relativ engen Querschnitt von 13,33 cm (5 1/4 inch) × 13,33 cm (5 1/4 inch) eines Brennelementes, das eine Anordnung von 9 × 9 Brennstäben enthält, müssen nicht weniger als 18 Ringwandungen zusammen mit jedem der 9 Stabe und genügend Abstand für den Durchgang von Wasser, das zwischen den Brennstäben und den Ringen in Dampf umgewandelt wird, vorhanden sein. In anderen Worten nimmt mit der Zahl der Brennstäbe, die sich in einem Brennelement erstrecken, die Anzahl der Ringwandungen für einen Ring-Stababstandshalter zu. Mit zunehmender Anzahl erforderlicher Ringwandungen zum Umgeben der größeren Anzahl von Brennstäben nimmt der Abstand zwischen den Brennstäben und Ringen ab, da der verfügbare Querschnitt von etwa 13,33 cm (5 1/4 inch) × 13,33 cm (5 1/4 inch) unverändert bleibt. Dieser Abstand erreicht nach und nach den Punkt, an dem der Abstand zwischen den Ringen und den Brennstäben so gering wird, daß dieser Spalt zu einer Ansammlung von Trümmerteilchen innerhalb des Reaktors und eine Stelle für Korrosion wird.
Ein zusätzlichs Problem ergibt sich aus der dichten Packung von Brennstäben und Ringen in hochdichten Anordnungen; die Ringe nehmen einen größeren Bruchteil des Brennelement- Querschnittes ein und verursachen einen größeren Druckabfall bei dem durch den Abstandshalter strömenden Kühlmittel. Der Einsatz von Ring-Abstandshaltern in hochdichten Anordnungen war daher begrenzt.
Die hier offenbarte Erfindung betrifft die beiden oben beschriebenen Probleme; nämlich den geringen Abstand zwischen Brennstab und Ring und den größeren Druckabfall, der in hochdichten Brennstab-Anordnungen auftritt.
Die US-A-5,078,961 zeigt die Konstruktion von Abstandshaltern aus Ringpaaren ohne signifikante Verringerung des dafür benötigten Raumes.
Die DE-A-34 01 630 zeigt eine Abstandshalter-Konstruktion mit einem aus ineinandergreifenden, gebogenen Streifen gebildeten Gitter.
Die DE-A-34 13891 zeigt einen aus Ringpaaren hergestellten Abstandshalter, aber ohne Verringerung des dafür benötigten Raumes.
Die EP-A-0 065613 zeigt einen aus übereinandergelegten, gebogenen Streifen hergestellten Abstandshalter.
In der EP-A-0 528 621, die später als der Prioritätstag der Prioritätsanmeldung veröffentlicht ist, wird ein Abstandshalter offenbart, der aus verriegelten Streifen konstruiert ist, die sich diagonal über die Länge des Brennelement-Abstandshalters erstrecken. Wie bei der vorliegenden Erfindung wird eine Abstandshalter-Konstruktion benutzt, bei der nur eine Ringwand benachbarte Brennstäbe an ihrem Berührungspunkt trennt.
Verglichen mit der vorliegenden Offenbarung, sind drei wichtige Unterschiede vorhanden.
Erstens muß der dort offenbarte Abstandshalter Metallstreifen unterschiedlicher Länge benutzen. Der erforderliche Lagerbestand von Teilen stellt zusätzliche hohe Kosten für das Herstellungs-Verfahren dar.
Zweitens ist die Befestigung von Federn an dem offenbarten Abstandshalter nicht ohne Probleme. Spezifisch erfordert das Befestigen der Federn an den Zellmatrix-Stellen den Einsatz von Schlaufenfedern, die sorgfältig an den verriegelten Streifen plaziert sind. Unglücklicherweise ist aufgrund des speziell benutzten Designs das Festlegen von Federn mit verringerter Höhe zwischen den Zellen schwierig.
Drittens wurde kein Abstandshalter-Design dieser Art jemals in der Vergangenheit bei einem kommerziellen Brennstoff-Design eingesetzt oder versucht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein verbesserter Ring-Abstandshalter zum Einsatz bei Brennstab-Anordnungen hoher Dichte in Brennelementen für Siedewasser-Kernreaktoren geschaffen, umfassend in Kombination eine Matrix von Ringen zum Umgeben von Brennstäben in ausgewählten Höhen innerhalb des Brennelementes, wobei die Matrix von Ringen aus Ringen konstruiert ist, die in passenden Ringpaaren angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ring in obere und untere Ringhälften unterteilt ist, wobei von mindestens einer Ringhälfte Wände entfernt sind; die andere Ringhälfte vollständige Wände aufweist; jede Ringhälfte, von der Wände entfernt sind, an eine Ringhälfte mit vorhandenen Wänden angrenzt, wobei das Ringpaar an den Übergängen der entsprechenden Ringhälften miteinander eine einzelne Wand zwischen benachbarten Brennstäben am Berührungspunkt zwischen dem Ringpaar bilden; eine Einrichtung zur Bildung von Brennstab-Anschlägen auf den Ringwandungen vorhanden ist und eine Einrichtung zur Aufnahme und Begrenzung einer Feder zwischen den Ringen des Ringpaares vorhanden ist, um Brennstäbe innerhalb der Ringe vorzuspannen.
Gemaß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Ring-Abstandshalters zum Einsatz bei Brennstab-Anordnungen hoher Dichte in Brennelementen von Siedewasser-Kernreaktoren geschaffen, umfassend in Kombination Schaffen einer Matrix von Ringen zum Umgeben von Brennstäben in ausgewahlten Höhen innerhalb des Brennelementes, wobei die Matrix von Ringen aus Ringen konstruiert ist, die in passenden Ringpaaren angeordnet sind; gekennzeichnet durch Teilen der Ringe in obere und untere Ringhälften, Entfernen von einer der Ringhalften mindestens eines Teiles einer Ringwand an einem Berührungspunkt mit seinem benachbarten Ring des Ringpaares, Gegenüberlegen der Ringpaare, wobei jede Ringhalfte mit einer vollständigen Ringwand an eine Ringhalfte angrenzt, von der ein Wandteil entfernt worden ist, wodurch das Ringpaar eine einzelne Wand zwischen benachbarten Brennstäben am Berührungspunkt zwischen den Ringen des Paares bildet; Bilden von Brennstab-Anschlägen auf den Ringwandungen und Bilden von Mitteln durch die Ringe zur Aufnahme und zum Festhalten einer Feder zwischen den Ringen des Ringpaares, wobei ein erster Teil der Feder in einen der Ringe des Ringpaares vorsteht und ein zweiter Teil der Feder in den zweiten Ring des Ringpaares vorsteht, um Brennstäbe innerhalb der Ringe gegen die Anschläge vorzuspannen und Gegenüberlegen der Ringpaare zur Herstellung einer Matrix von Ringen, wobei der eine genannte Ring den einen genannten Brennstab in einer ausgewahlten Höhe innerhalb eines Brennelementes umgibt.
Gemaß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Brennelement geschaffen, einschließend:
eine untere Gitterplatte zum Tragen einer Vielzahl aufrechtstehender Brennstabe und zum Gestatten des Zutritts von Wasser-Kühlmittel um die Brennstäbe herum;
eine obere Gitterpiatte zum Halten des oberen Endes mindestens eines der Brennstäbe und zum Gestatten des Austritts des Kühlwassers und erzeugten Dampfes aus dem Brennelement;
einen Kanal, der das Brennelement, einschließlich der unteren Gitterplatte, der Brennstäbe und der oberen Gitterplatte, umgibt, um einen isolierten Strömungspfad durch das Brennelement zu bilden und
mindestens einem verbesserten Ring-Abstandshalter zum Einsatz bei Brennstab-Anordnungen innerhalb von Brennelementen für Siedewasserreaktoren, umfassend in Kombination:
eine Matrix von Ringen zum Umgeben von Brennstäben in ausgewählten Höhen innerhalb des Brennelementes, wobei die Matrix von Ringen konstruiert ist aus Ringen, die in passenden Ringpaaren angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, daß:
jeder Ring in obere und untere Ringhalften unterteilt ist, wobei von mindestens einer Ringhälfte Wandungen entfernt sind;
bei der anderen Ringhälfte die Ringwandungen vorhanden sind;
wobei jede Ringhälfte, von der Wandungen entfernt sind, benachbart einer Ringhälfte mit vorhandenen Wandungen angeordnet ist, wodurch das Ringpaar an den entsprechenden Ringhälften miteinander eine einzelne Wand zwischen benachbarten Brennstäben am Berührungspunkt zwischen den Ringen des Ringpaares bildet;
eine Einrichtung zur Bildung von Brennstab-Anschlägen auf den Ringwandungen vorhanden ist,
und eine Einrichtung vorhanden ist, die durch das Ringpaar gebildet wird, um eine Feder aufzunehmen und festzuhalten, um Brennstäbe innerhalb der Ringe des Ringpaares vorzuspannen.
In ihren speziellen Ausführungsformen schafft die Erfindung einen verbesserten Ring-Abstandshalter zum Einsatz bei hochdichten Brennstab-Anordnungen in Brennelementen für Siedewasser-Reaktoren. Dieser Abstandshalter benutzt ein neues Feder-Design, das eine verringerte Ringhöhe gestattet. Eine Ausführungsform benutzt das neue Feder-Design und Ringe verringerter Höhe. Eine zweite Ausführungsform benutzt auch die neue Feder mit einer verringerten Ringhöhe, verwendet jedoch einen modifizierten Ring. Ringe sind in zusammenpassenden Ringpaaren konstruiert. Jeder Ring ist in obere und untere Ringhalften unterteilt. Eine Ringhälfte hat Seiten, von der Wandungen entfernt sind. Die andere Ringhälfte weist diese auf. Die Ringpaare sind so gegenüber angeordnet, daß jede vollständige Ringwand einer Ringhalfte benachbart einer Ringhälfte an einer fehlenden Wand liegt. Vorzugsweise ist am Berührungspunkt zwischen den Ringpaaren eine Öffnung zur Aufnahme und zum Festhalten einer "H"-artigen Doppelschlaufenfeder gebildet. Die Offenbarung schließt Ringe mit einem kreisförmigen Rand für die Brennstäbe und Ringe mit einem achteckigen Rand für die Brennstäbe ein. Jedes Teil des Ringpaares ist symmetrisch und vollständig austauschbar, um sowohl ein bequemes Zusammenbauen als auch einen geringen Lagervorrat an Teilen zu gewährleisten.
Es sollte klar sein, daß gegenüber der Konstruktion des Standes der Technik, bei der zwei Ringwandungen nebeneinander zwischen Brennstäben vorhanden sind, ein verbesserter Druckabfall resultiert. Spezifisch enthalten die Abstandshalter weniger Material, und es wird dem fließenden Strömungsmittel weniger projizierte Fläche präsentiert. Die Verringerung sowohl der projizierten Fläche als auch der gesamten Materialmenge innerhalb des hier offenbarten Abstandshalter- Designs kombinieren sich und ergeben den verbesserten Druckabfall.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nun detaillierter beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Brennelementes, bei dem ein großer Teil des vertikalen Abschnittes des Brennelementes weggebrochen ist, um einen der vielen in der Brennelement-Konstruktion benutzten Abstandshalter zu zeigen;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer zum Einsatz bei dem offenbarten Abstandshalter dieser Erfindung geeigneten Feder;
Figuren 3A und 3B entsprechende Drauf- und Seitenansichten eines kreisförmigen Ringpaares eines Abstandshalter-Designs geringerer Höhe gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung;
Figur 4 eine Draufsicht eines Ring-Abstandshalters bei einer Anordnung von 10 × 10 Brennstäben, die 2 Wasserstäbe und 92 Ringe enthält;
Figur 5 eine Seitenansicht eines Metallrohlings zur Bildung eines achteckigen Ringteiles;
Figuren 6A und 6B entsprechende Drauf- und Seitenansichten eines achteckigen Ringpaares eines Abstandshalter-Designs, das ähnlich dem der Figuren 3A und 3B ist, und
Figur 7 eine Draufsicht eines Ring-Abstandshalters bei einer Anordnung von 10 × 10 Brennstäben unter Benutzung der achteckigen Ringpaare, wobei der Abstandshalter ähnlich dem in Figur 4 gezeigten ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In Figur 1 ist ein typisches Brennelement B nach dem Stande der Technik gezeigt. Das Brennelement B schließt eine untere Gitterpiatte L, eine obere Gitterpiatte U und eine Vielzahl von Brennstäben F in einer Matrix ein, die sich zwischen den entsprechenden Gitterplatten erstreckt. Die Gitterpiatten L, U sowie die Brennstäbe F sind von einem Kanal C umgeben, der weggebrochen ist, so daß ein einzelner Abstandshalter S ersichtlich ist. Abstandshalter 5 ist der Gegenstand dieser Erfindung. Mehr im besonderen ist ein Abstandshalter S des Ringtyps Gegenstand dieser Patentanmeldung.
Figur 2 ist eine Darstellung einer besonders vorteilhaften Feder 12. Diese Schlaufenfeder, die in Figur 2 gezeigt ist, schließt erste und zweite vertikale Schenkel 14 und 16 ein, die den Stab berührende Abschnitte 15,17 aufweisen. Ein stabberührender Abschnitt eines vertikalen Schenkels erstreckt sich in das Innere eines ersten Ringes eines Ring-Abstandshalters, um einen Brennstab innerhalb dieses Ringes vorzuspannen. Der andere stabberührende Abschnitt des anderen vertikalen Schenkels erstreckt sich in das Innere eines benachbarten zweiten Ringes eines Ring-Abstandshalters, um den benachbarten Brennstab innerhalb des benachbarten Ringes vorzuspannen. Die offenbarte Feder hat eine verkürzte Konstruktion.
Diese verkürzte Konstruktion wird durch zwei horizontale Schlaufen 20,24 geschaffen; diese horizontalen Schlaufen sind derart angeordnet, daß sich eine Schlaufe 20 am Oberteil der Feder und die übrige Schlaufe 24 am Boden der Feder befindet.
Die erste und obere horizontale Schlaufe ist an ihrem mittleren Abschnitt mit dem Oberteil jedes der Federschenkel 14,16 verbunden. Die zweite und untere horizontale Schlaufe ist an ihrem zentralen Teil mit dem Boden jedes der Federschenkel 14,16 verbunden. Wird die Feder zusammengepreßt, dann biegt sie sich über die vertikale Länge der Federschenkel 14,16 sowie die horizontale Länge der oberen und unteren Schlaufen 20,24.
Die entsprechenden oberen und unteren horizontalen Schlaufen 20,24 sind mit erweiterten Schlaufenenden 21,22 in der Schlaufe 20 und 25,26 in der Schlaufe 24 versehen. Diese Erweiterung ist in einer beispielhaften Weise bei den erweiterten Abschnitten 28,30 im erweiterten Ende 25 der Schlaufe 24 bezeichnet. Es ergibt sich eine Feder mit einer verringerten vertikalen Abmessung, die einen hervorragenden Durchbiegungsbereich aufweist. Wie im folgenden deutlicher wird, ist es bevorzugt, diese Feder an den erweiterten Enden 25 zwischen gegenüberliegenden Ringen für die Konstruktion des bevorzugten Abstandshalters dieser Erfindung festzulegen.
In den Figuren 3A und 3B ist eine erste Ausführungsform eines Ringpaares 40 ersichtlich und verständlich. In Figur 38 schließt der Ring 42 einen nicht unterbrochenen Abschnitt 42A und einen mit einer Öffnung 60 versehenen Abschnitt 42B ein. In gleicher Weise schließt der Ring 44 einen nicht unterbrochenen Abschnitt 44A und einen mit Öffnung versehenen Abschnitt 44B ein. Es wird klar sein, daß in jedem der mit Öffnung versehenen Abschnitte vier Öffnungen 60 erscheinen. Geeignete Anschläge sind im Inneren der Ringe ausgebildet.
Es wird weiter klar sein, daß zwischen jedem Ringpaar 42,44 ein eine Feder festlegendes Fenster gebildet ist. Die Feder 12 (siehe Figur 2) wird erst innerhalb einer Öffnung 62 von teilweise gegenüberliegenden Ringen angeordnet, und danach werden die beiden Ringe so zusammengebracht, daß die Feder auch innerhalb der Öffnung 64 liegt. Es ergibt sich die Verbundkonstruktion, die das wesentliche Bauelement der Abstandshalter-Konstruktion dieser Erfindung ist.
In Figur 4 ist ein vollständiger Abstandshalter 8 gezeigt, der die Ringe der Figuren 3A und 3B benutzt. Dieser Abstandshalter S bildet Intervalle für Wasserrohre W&sub1; und W&sub2;. Da die Halterungen dieser Wasserrohre W&sub1; und W&sub2; und das äußere Band konventionell sind, sind sie nicht gezeigt.
In den Figuren 3A und 3B ist die bevorzugte Ausführungsform eines Ringpaares 40 ersichtlich und verständlich.
In Figur 3B ist ein erster Ringabschnitt 42 einem zweiten Ringabschnitt 44 gegenüberliegend gezeigt. Bei weiterer Betrachtung der Figur 38 ist ersichtlich, daß eine Mittellinie 46 jeden Ring des Ringpaares 42,44 in entsprechende Hälften teilt. Der Ring 42 hat die Hälften 42A und 42B; der Ring 44 hat die Hälften 44A und 44B.
Beim Gegenüberlegen der entsprechenden Ringhälften muß Vorsorge getroffen werden, daß nur eine Ringwand vorhanden ist, obwohl zwei Ringe gegenüberliegen. Bei den Ringhälften 42B und 44B sind daher vier Abschnitte ihrer entsprechenden Wandungen weggefräst. Es wird spezifisch ein Fräswerkzeug mit zwei Charakteristika benutzt:
Als erstes hat das Fräswerkzeug einen Durchmesser, der den Durchmesser der benachbarten Ringe etwas übertrifft. Zweitens wird das Fräswerkzeug beim Wegschneiden der Wandung zentriert, wie der benachbarte Ring zentriert werden würde.
Das Ergebnis sind gefräste Intervalle 60. Es werden vier solche Intervalle in die Ringhälften 42B und vier solche Intervalle in die Ringhälften 44B gefräst. Um den nachfolgenden Paßsitz zu erhalten, wird dafür gesorgt, daß das Fräsverfahren in der vertikalen Abmessung die halbe Abmessung der Abstandshalter-Hälften 42B und 44B etwas übertrifft.
Der Sitz zwischen den entsprechenden Ringhälften ist in den Figuren 3A und 3B gezeigt. In Figur 3B ist ersichtlich, daß die Ringhälfte 42A an die benachbarte Ringhälfte 44B paßt; gleicherweise ist ersichtlich, daß die Ringhälfte 42B zur benachbarten Ringhälfte 44A paßt. Wie in der Draufsicht der Figur 3A gezeigt, bilden bei einer solchen Anordnung die sich berührenden Abschnitte der Ringhälfte 42A und 44B nur eine Ringwand zwischen benachbarten Brennstäben F&sub1; und F&sub2;.
Der Rest der Konstruktion ist konventionell. Eine Ringfeder 12 ist zwischen der Ringöffnung 62 im Ring 42 und der Ringöffnung 64 im Ring 44 eingefangen. Die Feder 12 ist an den entsprechenden Schlaufen im Inneren der gegenüberliegenden Ringe festgelegt. Wie weiter konventionell ist, bilden die entsprechenden Ringhälften 42A, 42B, 44A und 44B entsprechende Anschläge 70, an die die Brennstäbe F&sub1; und F&sub2; durch die Feder 12 vorgespannt werden.
In Figur 4 ist ein aus den Ringen konstruierter Abstandshalter S dargestellt. In der Draufsicht der Figur 4 ist die Orientierung von zwei Wasserrohren, W&sub1; und W&sub2;,gezeigt. Da die Halterung der Wasserrohre im Abstandshalter S konventionell ist, ist sie nicht gezeigt.
Diese Erfindung kann auf Abstandshalter 8 mit achteckigen Abschnitten angewendet werden. Solche sind in den Figuren 5, 6A, 6B und 7 gezeigt.
In Figur 5 ist ein Blech aus Zircaloy unmittelbar vor dem Biegen in eine achteckige Gestalt gezeigt. Wie vorher, ist die Zelle 80 in Hälften 80A und 80B unterteilt. In der oberen Hälfte 80B des Abstandshalters 80 sind vier Wandabschnitte bei 82, 84, 86 und 88 entfernt. Diese Aussparungen dringen leicht in die Hälfte 80A des Metallbleches der Ringzelle ein. Für das Festlegen der Feder 12 sind konventionelle Öifnungen 90A und 90B ausgebildet.
In den Figuren 6A und 6B sind zwei entsprechende Zellen 80 zusammengebaut. Das Zusammenbauen erfolgt durch Stanzen und Biegen unter Anwendung konventioneller Herstellungstechniken. Folglich wird eine detaillierte Erläuterung der Zellbildung der achteckigen Zelle hier nicht gegeben.
In Figur 6B sind Zellen 80 gezeigt, bei denen Abschnitte 80A einer Zelle 80 einem Abschnitt 80B einer benachbarten Zelle 80 anliegen. Die Feder 12 wird zwischen den Zellen bei Öffnungen festgelegt, die bei 90A und 90B zwischen den entsprechenden Zellen ausgebildet sind.
In Figur 6A sind Brennstäbe F&sub1; und F&sub2; durch die Feder 12 gegen konventionell konstruierte Anschläge 70 vorgespannt Es ist zu beobachten, daß nur eine Zellwand zwischen den Brennstäben F&sub1; und F&sub2; vorhanden ist.
In Figur 7 ist ein vollständiger Abstandshalter in zusammengebautem Zustand gezeigt. Dieser Abstandshalter 5 bildet Intervalle für Wasserstäbe W&sub1; und W&sub2;. Da die Halterung für diese Wasserstäbe W&sub1; und W&sub2; im Abstandshalter und das äußere Band konventionell sind, sind sie nicht gezeigt.
Es wird klar sein, daß die hier gezeigte Konstruktionstechnik und das Verfahren Anwendbarkeit finden in anderen als den hier veranschaulichten 10 × 10-Anordnungen. Weiter wurde eine Abstandshalter-Zellenhälfte gezeigt, bei der alle Wände entfernt wurden. Andere Kombinationen der Wandentfernung können benutzt werden. Die veranschaulichte Konfiguration wird bevorzugt, da sie einen reversiblen Zellzusammenbau mit einer minimalen Vorratshaltung erforderlicher Teile für den Zusammenbau des Abstandshalters gestattet.

Claims

1. Verbesserter Ring-Abstandshalter (5) zum Einsatz bei Brennstab-Anordnungen hoher Dichte in Brennelementen (B) für Siedewasser-Kernreaktoren, umfassend in Kombination:

eine Matrix von Ringen zum Umgeben von Brennstäben (F) in ausgewählten Höhen innerhalb des Brennelementes (B), wobei die Matrix von Ringen aus Ringen (42,44;80) konstruiert ist, die in passenden Ringpaaren (40) angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, daß

jeder Ring (42,44;80) in obere und untere Ringhälften (42A,44B; 42B,44A; 80A,80B) unterteilt ist, wobei von mindestens einer Ringhälfte (42B,44B;80B) Wände entfernt sind;

die andere Ringhälfte (42A,44A;80A) vollständige Wände aufweist;

jede Ringhälfte (42B,44B;80B), von der Wände entfernt sind, an eine Ringhälfte (42A,44A;80A) mit vorhandenen Wänden angrenzt, wobei das Ringpaar (40) an den Übergängen der entsprechenden Ringhälften miteinander eine einzelne Wand zwischen benachbarten Brennstäben (F) am Berührungspunkt zwiscehn dem Ringpaar bilden;

eine Einrichtung zur Bildung von Brennstab-Anschlägen (70) auf den Ringwandungen vorhanden ist und

eine Einrichtung zur Aufnahme und Begrenzung einer Feder (12) zwischen den Ringen (42,44;80) des Ringpaares (40) vorhanden ist, um Brennstäbe innerhalb der Ringe (42,44;80) vorzuspannen.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, worin benachbarte Ringe (42,44;80) eine identische Konstruktion aufweisen und mit Bezug aufeinander umgekehrt sind.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2, worin die Ringe (42,44;80) kreisförmig oder hexagonal sind.

4. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2, worin die Ringe (42,44;80) einen kreisförmigen Rand für die Brennstäbe (F) oder einen Rar.d mit Achteck-Querschnitt für die Brennstäbe (F) bilden.

5. Abstandshalter nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die gegenüberliegenden Ringe des Ringpaares eine Öffnung (62,64;90A,90B) zum Festhalten einer Feder (12) dazwischen bilden.

6. Abstandshalter nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die Feder eine Feder (12) mit einem "H"-Profil ist, die einen ersten und zweiten Schenkel (14,16) aufweist, die mit dem Stab in Berührung stehende Teile (15,17) bilden, um Brennstäbe (F) zu berühren, die innerhalb der Ringe (42,44;80) angeordnet sind und

obere und untere Federschlaufen (20,24) aufweist, die an den oberen und unteren Enden der Federschenkel (14,16) befestigt sind, um der Feder (12) eine größere Verformung zu gestatten, wodurch die Feder (12) eine verringerte, vertikale Abmessung zwischen den Schlaufen (20,24) haben kann.

7. Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Ring-Abstandshalters zum Einsatz bei Brennstab-Anordnungen hoher Dichte in Brennelementen (B) von Siedewasser-Kernreaktoren, umfassend in Kombination:

Schalfen einer Matrix von Ringen zum Umgeben von Brennstaben (F) in ausgewählten Höhen innerhalb des Brennelementes (B), wobei die Matrix von Ringen aus Ringen (42,44;80) konstruiert ist, die in passenden Ringpaaren (40) angeordnet sind; gekennzeichnet durch

Teilen der Ringe in obere und untere Ringhälften (42A,44B; 42B,44A; 80A,80B)

Entfernen von einer der Ringhälften (42B,44B;80B) mindestens eines Teiles einer Ringwand an einem Berührungspunkt mit seinem benachbarten Ring des Ringpaares (40);

Gegenüberlegen der Ringpaare, wobei jede Ringhälfte (42A,44A;80A) mit einer vollständigen Ringwand an eine Ringhälfte (42B,44B;80B) angrenzt, von der ein Wandteil entfernt worden ist, wodurch das Ringpaar (40) eine einzelne Wand zwischen benachbarten Brennstäben (F) am Berührungspunkt zwischen den Ringen des Paares bildet;

Bilden von Brennstab-Anschlägen (70) auf den Ringwandungen und

Bilden von Mitteln (62,64;90A,90B) durch die Ringe zur Aufnahme und zum Festhalten einer Feder (12) zwischen den Ringen des Ringpaares, wobei ein erster Teil (15) der Feder (12) in einen der Ringe (42,80) des Ringpaares (40) vorsteht und ein zweiter Teil (17) der Feder (12) in den zweiten Ring (44;80) des Ringpaares (40) vorsteht, um Brennstäbe (F) innerhalb der Ringe (42,44;80) gegen die Anschläge (70) vorzuspannen und

Gegenüberlegen der Ringpaare (40) zur Herstellung einer Matrix von Ringen, wobei der eine genannte Ring den einen genannten Brennstab in einer ausgewählten Höhe innerhalb eines Brennelementes (B) umgibt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, einschließend:

Schalfen einer Feder (12) mit "H"-Profil, die einen ersten und zweiten übereinanderliegenden Schenkel (14,16) aufweist, die Stab beruhrende Teile (15,17) bilden, um innerhalb der Ringe (42,44;80) angeordnete Brennstäbe (F) zu berühren und

obere und untere Federschlaufen (20,34) aufweisen, die an den oberen und unteren Enden der Federschenkel (14,16) befestigt sind, um der Feder (12) eine stärkere Verformung zu gestatten, wodurch die Feder (12) eine verringerte, vertikale Abmessung zwischen den Schlaufen (20,20A) haben kann.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, worin die Entfernungsstufe einschließt: Entfernen der Ringwände auf vier Seiten der einen Ringhalfte (42A,44A;80A).

10. Brennelement (B) mit:

einer unteren Gitterplatte (L) zum Tragen einer Vielzahl aufrechtstehender Brennstäbe (F) und zum Gestatten des Zutritts von Wasser-Kuhlmittel um die Brennstäbe (F) herum;

einer oberen Gitterplatte (U) zum Halten des oberen Endes mindestens eines der Brennstäbe (F) und zum Gestatten des Austritts des Kuhlwassers und erzeugten Dampfes aus dem Brennelement(B);

einem Kanal (C), der das Brennelement, einschließlich der unteren Gitterplatte (L), der Brennstäbe (F) und der oberen Gitterplatte (U) umgibt, um einen isolierten Strömungspfad durch das Brennelement (B) zu bilden und

mindestens einem verbesserten Ring-Abstandshalter (S) zum Einsatz bei Brennstab-Anordnungen innerhalb von Brennelementen (B) für Siedewasserreaktoren, umfassend in Kombination:

eine Matrix von Ringen zum Umgeben von Brennstäben (F) in ausgewahlten Höhen innerhalb des Brennelementes (B), wobei die Matrix von Ringen konstruiert ist aus Ringen (42,44;80), die in passenden Ringpaaren (40) angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, daß

jeder Ring (42,44;80) in obere und untere Ringhälften (42A,44B; 42B,44A; 80A,80B) unterteilt ist, wobei von mindestens einer Ringhälfte (42B,44B;80B) Wandungen entfernt sind;

bei der anderen Ringhälfte die Ringwandungen vorhanden sind;

wobei jede Ringhalfte (42B,44B;80B), von der Wandungen entfernt sind, benachbart einer Ringhälfte (42A,44A;80A) mit vorhandenen Wandungen angeordnet ist, wodurch das Ringpaar an den entsprechenden Ringhälften miteinander eine einzelne Wand zwischen benachbarten Brennstäben am Beruhrungspunkt zwischen den Ringen (42,44;80) des Ringpaares (40) bildet;

eine Einrichtung (62,64;90A,90B) vorhanden ist, die durch das Ringpaar (40) gebildet wird, um eine Feder (12) aufzunehmen und festzuhalten, um Brennstäbe innerhalb der Ringe des Ringpaares vorzuspannen

11. Brennelement nach Anspruch 10, das mindestens ein Wasserrohr (W) einschließt und wobei der Brennstab-Abstandshalter ein Intervall darin um den Brennstab herum bildet.