DE19944233A1 - Abstandshalter und Brennelement für einen Siedewasserkernreaktor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abstandshalter (14) für einen Siedewasserkernreaktor. Der Abstandshalter (14) enthält eine Vielzahl von Zellen (16), welche langgestreckte Elemente (12) halten oder das Durchtreten langgestreckter Elemente (12) durch die Zellen ermöglichen. Zwischen den Zellen (16) ist eine Vielzahl von Strömungskanälen (18) vorhanden. Der Abstandshalter enthält mindestens eine Mehrzahl von Ablenkgliedern (22). Das Ablenkglied hat eine Schaufel (24), die sich in Richtung von einer Zelle (16) in den benachbarten Strömungskanal (18) hinein erstreckt. Die Schaufel ist gegenüber einer vertikalen Ebene (26) geneigt und in ihrem oberen Teil breiter als in ihrem unteren Teil. Die Erfindung betrifft auch ein Brennelement für einen Siedewasserkernreaktor, welches ein Ablenkglied mit einer Schaufel ähnlicher oder gleicher Bauart hat.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abstands­ halter für einen Siedewasserkernreaktor mit einer Vielzahl von Zellen zum Halten paralleler langgestreckter Elemente, welche sich durch die Zellen erstrecken, oder welche Zellen eine Durchführung der genannten langgestreckten Elemente durch die Zellen ermöglichen, wobei eine Vielzahl von Strö­ mungskanälen zwischen den Zellen vorhanden ist, welche Strö­ mungskanäle das Durchströmen eines Kühlmittels erlauben, wo­ bei für den Fall, daß der Abstandshalter in einem Siedewas­ serkernreaktor verwendet wird, die langgestreckten Elemente sich im wesentlichen in vertikaler Richtung erstrecken und der Strom des Kühlmittels im wesentlichen in vertikaler Richtung nach oben erfolgt, und welcher Abstandshalter eine Vielzahl von Ablenkgliedern hat, die so angeordnet sind, daß der Strom des Kühlmittels abgelenkt wird. Die Erfindung be­ zieht sich auch auf ein Brennelement für einen Siedewasser­ kernreaktor.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung und den folgenden Pa­ tentansprüchen "Strömungskanäle" in Verbindung mit Abstands­ haltern erwähnt werden, so bezieht sich diese Bezeichnung nicht nur auf den Strömungskanal, der im Abstandshalter selbst vorhanden ist, sondern auch auf die axiale Verlän­ gerung dieses Strömungskanals, das heißt, wenn der Abstands­ halter in einem Brennelement angeordnet ist, die Strö­ mungskanälen, die sich zwischen den Brennstäbe bilden.

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Ein Siedewasserreaktor enthält normalerweise eine Anzahl von Brennelementen. Ein Brennelement enthält eine Anzahl von langgestreckten Brennstäben. Fig. 1 zeigt ein Beispiel ei­ nes Brennelements. Das Brennelement ist hier allgemein mit 10 bezeichnet, und die Brennstäbe sind mit 12 bezeichnet. Um die Brennstäbe in ihrer Position und in vorbestimmten Ab­ ständen voneinander zu halten, enthält das Brennelement eine Anzahl von Abstandshaltern, die in Fig. 3 mit 14 bezeichnet sind. Die Abstandshalter können unterschiedliche Gestalt ha­ ben. Fig. 2a und Fig. 2b zeigen zwei Beispiele, wie Ab­ standshalter aufgebaut sein können. Ein Abstandshalter ent­ hält also eine Vielzahl von Zellen zum Halten langgestreck­ ter Elemente, beispielsweise Brennstäbe oder Führungsrohre für Steuerstäbe, welche sich durch die Zellen erstrecken. Zwischen den Zellen erstreckt sich eine Anzahl von Strö­ mungskanälen 18, die dem Strom eines Kühlmittels, gewöhnlich Wasser, den Durchtritt ermöglichen. Die Brennelemente sind normalerweise vertikal in einem Siedewasserkernreaktor ange­ ordnet. Somit sind auch die Brennstäbe vertikal angeordnet. Das Brennelement ist an beiden Enden offen, so daß das Kühl­ mittel durch das Brennelement strömen kann. Das Kühlmittel fließt dabei gewöhnlich nach oben (aufwärts).

In einem Siedewasserreaktor wird Dampf dicht an den Brenn­ stäben erzeugt. Dadurch wird die Kühlung der Brennstäbe ver­ schlechtert. Um die Kühlung zu verbessern, ist es bereits bekannt, den Abstandshalter mit einer Anzahl von Ablenkglie­ dern zu versehen, die so angeordnet sind, daß der Strom des Kühlmittels abgelenkt wird. Beispiele solcher Ablenkglieder kann man in der SE-C2-503 776 finden. Diese Druckschrift zeigt eine Anzahl von Ablenkgliedern, die derart angeordnet sind, daß sie von den Zellen umgeben sind und in axialer Richtung getrennt sind, um mindestens einen Teil des Kühl­ mittelstromes Schritt für Schritt abzulenken und zu den Brennstäben zu leiten. Die Ablenkglieder sind zentral in den Strömungskanälen angeordnet, haben eine fast dreieckige Ge­ stalt und sind in ihrem oberen Teil schmaler.

Es gibt auch eine andere Art von Abstandshaltern, einen so­ genannten zwischen-Abstandshalter, der nicht dem Zweck dient, Brennstäbe zu halten, sondern nur dem Zweck, die Ab­ lenkglieder in den Strömungskanälen zwischen den Brennstäben in ihrer Lage zu halten. Ein Abstandshalter dieser Art ent­ hält Zellen, welche den Durchtritt der Brennstäbe durch die Zellen erlauben, ohne die Brennstäbe dabei zu halten. Wenn das Wort "Abstandshalter" in dieser Beschreibung und den folgenden Ansprüchen verwendet wird, so schließt dieser Aus­ druck auch solche sogenannten Zwischen-Abstandshalter mit ein.

Bei den bereits bekannten Abstandshaltern sind die Ablenk­ glieder normalerweise symmetrisch in den Strömungskanälen angeordnet. Unter symmetrischer Anordnung im Strömungskanal wird beispielsweise verstanden, daß, wenn der Strömungskanal von vier Seiten begrenzt ist, zwei oder vier Ablenkglieder in dem Strömungskanal angeordnet sind. Wenn zwei Ablenkglie­ der vorhanden sind, dann sind diese an gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Wenn vier Ablenkglieder vorhanden sind, dann ist an jeder der vier Seiten, welche den Strömungskanal begrenzen, ein Ablenkglied angeordnet. Ferner sind der Nei­ gungswinkel und die Größe der verschiedenen Ablenkglieder gleich, so daß Symmetrie in der Anordnung erreicht wird.

Bei bereits bekannten Abstandshaltern mit Ablenkgliedern verursachen die Ablenkglieder eine relativ unkontrollierte Turbulenz in dem Kühlmittelstrom. Diese Turbulenz kann zu einem unerwünschten relativ hohen Druckverlust im Reaktor führen.

Unterschiedliche Ablenkglieder sind auch in Verbindung mit Druckwasserreaktoren bekannt. Beispielsweise zeigt die US-A-5 440 599 Ablenkglieder für einen Druckwasserreaktor. Die Ablenkglieder erstrecken sich von der Mitte der Strö­ mungskanäle und sind auf die Brennstäbe gerichtet. Ein Druckwasserreaktor arbeitet nach einem völlig anderen Prin­ zip als ein Siedewasserreaktor. Unter anderem findet in ei­ nem Druckwasserreaktor keine oder nur eine minimale Dampfentwicklung statt. Die Abstandshalterkonstruktion für einen Druckwasserreaktor ist daher normalerweise nicht di­ rekt auf einen Siedewasserreaktor übertragbar.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte kontrollierte Ablenkung des Kühlmittels zu den Brennstäben zu erreichen und die unerwünschte Bildung von Turbulenzen zu vermeiden, welche die Kühlung beeinträchtigen können und welche einen Druckverlust in dem Siedewasserreak­ tor verursachen.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Abstandshalter der eingangs beschriebenen Art eine Mehrzahl der genannten Ablenkglieder eine Schaufel hat, die sich in Richtung von der Zelle aus in den benachbarten Strömungskanal erstreckt, wobei die Schaufel gegenüber einer vertikalen Ebene geneigt ist und wobei die Schaufel in ihrem oberen Teil breiter ist als in ihrem unteren Teil.

Im oberen Teil eines Brennelementes, wo ein beträchtlicher Teil des Kühlmittels (Wasser) in Dampf übergegangen ist, be­ findet sich der verbleibende Teil des flüssigen Kühlmittels als Film auf der Oberfläche der Brennstäbe sowie in Form von Tropfen in dem Dampfstrom. Wenn der Film aus Kühlmittel nicht aufrecht erhalten wird, bildet sich eine isolierende Dampfschicht, die zu einem schnellen Anstieg der Temperatur und damit zur Zerstörung des Hüllrohres für den Brennstoff führt, also zu einem sogenannten Austrocknen (dryout). Eine Verbesserung des Filmes aus Kühlmittel mit Hilfe der im Dampfstrom vorhandenen Tropfen verbessert die Grenze gegen­ über Austrocknen und hat einen beträchtlichen wirtschaftli­ chen Wert und eine beträchtlichen Wert hinsichtlich der Si­ cherheit.

Es hat sich gezeigt, daß sich bei den bereits bekannten Ab­ standshaltern unterschiedliche Wirbel an verschiedenen Rän­ dern der vorstehenden Ablenkglieder oder an unterschiedli­ chen Ablenkgliedern in dem Strömungskanal ausbilden. Diese unterschiedlichen Wirbelbildungen können sich gegenseitig stören oder gegeneinander arbeiten. Dies kann zur Folge ha­ ben, daß das Kühlmittel nicht effektiv zu den Brennstäben hin abgelenkt wird. Der Dampf, der sich um die Brennstäbe bildet, wird daher nicht durch das Kühlmittel ersetzt. Es verbleibt daher Dampf um die Brennstäbe herum, was, wie oben beschrieben wurde, die Gefahr eines Austrocknens vergrößert. Das bedeutet, daß das Austrocknungs-Verhalten des Reaktors schlechter wird. Ferner können die unterschiedlichen Wirbel­ bildungen zu einem vergrößerten Druckverlust in dem Reaktor führen. Diese bei den bekannten Abstandshaltern bestehenden Probleme werden somit durch die vorliegende Erfindung ge­ löst. Durch die Erfindung wird eine effektive Ablenkung des Kühlmittels zu den Brennstäben hin erreicht. Der erzeugte Dampf wird sich daher in der Mitte der Strömungskanälen kon­ zentrierten. Dadurch wird eine effektive Kühlung der Brenn­ stäbe erreicht und das Austrocknungs-Verhalten des Reaktors verbessert.

Die Schaufel gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugs­ weise so geformt, daß sie eine kontrollierte Wirbelbildung in dem Strom des Kühlmittels erzeugt, welche Wirbelbildung sich am oberen Teil der Schaufel von dieser ablöst.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Ab­ lenkglied einen ebenen oder etwas gebogenen Basisabschnitt, der eine Erstreckung in vertikaler Richtung hat, wobei die Schaufel und der Basisabschnitt eine zusammenhängende Ein­ heit bilden und die Schaufel aus dem Basisabschnitt heraus­ gebogen ist und somit längs einer Linie an den Basisab­ schnitt grenzt. Durch eine solche Konstruktion kann das Ab­ lenkglied in relativ einfacher Weise hergestellt werden, da es aus dem Basisabschnitt herausgebogen ist.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel bildet der Basisab­ schnitt eine zusammenhängende Einheit mit der Zelle, wobei die Schaufel dabei durch einen herausgebogenen Teil der Zelle selbst gebildet wird. Bei dieser Ausführungsform kann das Ablenkglied in Gestalt einer Schaufel somit in relativ einfacher Weise hergestellt werden, da das Ablenkglied als ein Teil der Zelle, welche einen Brennstab in Position hält, gebildet wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Schaufel derart herausgebogen, daß sie einen Winkel von etwa 75 bis 120 Grad mit dem Basisabschnitt bildet. Durch diese Ausfüh­ rungsform wird klar, daß eine Konstruktion erreicht ist, die vorteilhafte Strömungseigenschaften hat.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Basisab­ schnitt derart geformt und angeordnet, daß, wenn der Ab­ standshalter in einem Siedewasserkernreaktor positioniert worden ist, der Basisabschnitt sich parallel zu einem der genannten benachbarten langgestreckten Elemente erstreckt. Da sich der Basisabschnitt parallel zu einem der benachbar­ ten Elemente, zum Beispiel einem Brennstab, erstreckt, wird klar, daß unerwünschte störende Turbulenzbildungen in der Nähe des Basisabschnitts vermieden werden können.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung er­ streckt sich die Schaufel zur Mitte des Strömungskanals und erreicht diese ungefähr. Hierdurch wird eine vorteilhafte Wirbelbildung derart um die Mitte des Strömungskanals er­ reicht, daß das Kühlmittel zu dem benachbarten Brennstäben umgelenkt wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Schaufeln asymmetrisch in den Strömungskanälen angeordnet. Durch diese Ausführungsform wird eine besonders günstige kontrollierte Wirbelbildung erzielt. Es hat sich gezeigt, daß die Wirbel, die von symmetrisch angeordneten Schaufeln gebildet werden, sich häufig gegenseitig stören. Der Erfinder der vorliegen­ den Erfindung hat also erkannt, daß eine asymmetrische Posi­ tionierung der Schaufeln in den Strömungskanälen zu einer vorteilhafteren und kontrollierteren Wirbelbildung führt. Es ist somit offensichtlich geworden, daß eine kontrollierte symmetrische Wirbelbildung erreicht wird, wenn die Schaufeln asymmetrisch in den Strömungskanälen positioniert werden.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist nur eine Schau­ fel pro Strömungskanal vorhanden. Die Anordnung nur einer Schaufel pro Strömungskanal stellt somit ein Beispiel einer asymmetrisch angeordneten Schaufel dar. Dadurch wird eine kontrollierte Wirbelbildung erreicht, die nicht von Wirbeln benachbarter Ablenkglieder gestört wird. Es hat sich somit gezeigt, daß durch die Anordnung einer Schaufel pro Strö­ mungskanal ein kontrollierter symmetrischer Wirbel erreicht wird, der zu einer gleichmäßigen und effizienten Kühlung der benachbarten Brennstäbe führt. Gleichzeitig wird eine stö­ rende Turbulenz, die zu einem unerwünschten Druckverlust in dem Kühlmittelstrom durch das Brennelement führen könnte, vermieden. Ein weiterer Vorteil mit nur einer Schaufel pro Strömungskanal besteht darin, daß nur eine geringe Menge an zusätzlichem Material in dem Abstandshalter erforderlich ist und der Herstellungsprozeß ebenfalls vereinfacht wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schaufel eben. Eine solche Schaufel läßt sich relativ einfach herstellen und hat auch gute wirbelbildende Eigen­ schaften.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schaufel gebogen. Da die Schaufel etwas gebogen ist, kann eine vorteilhafte Wirbelbildung erreicht werden, ohne daß dies zu einem hohen Druckverlust führt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Schaufel einen ersten Rand, der sich mindestens in einer vertikalen Richtung erstreckt und der mit seinem niedrigeren Teil dichter an der Zelle liegt als mit seinem oberen Teil, und welche Schaufel einen zweiten Rand hat, der sich minde­ stens in einer horizontalen Richtung erstreckt und in einem Eckabschnitt mit dem ersten Rand zusammentrifft. Hierdurch erreicht man eine relativ einfache Schaufelkonstruktion, die gut arbeitet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der erste und der zweite Rand gerade. Hierdurch erreicht man eine relativ einfach herstellbare Schaufel mit guten wirbel­ bildenden Eigenschaften.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung der sind/ist der erste und/oder der zweite Rand gebogen. Durch eine leichte Biegung der Ränder kann die Schaufel in strö­ mungstechnischer Hinsicht optimiert werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt der genannte Eckabschnitt derart etwa auf der gleichen Höhe wie oder höher als der Abschnitt des zweiten Randes, der dichter an der Zelle liegt, daß ein Wirbel, der von der Schaufel in dem Strom des Kühlmittels gebildet wird, sich in erster Linie an dem genannten Eckabschnitt von der Schaufel ablöst. Hierdurch werden Wirbel vermieden, die gegeneinander arbeiten und die unerwünschte und unkontrollierte Turbulen­ zen in dem Strömungskanal erzeugen könnten.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Schaufel zwischen 5 und 30 Grad gegenüber einer vertikalen Ebene ge­ neigt. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Neigung der Schaufel zu einer vorteilhaften Wirbelbildung in dem Strö­ mungskanal führt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung er­ streckt sich die Schaufel in vertikaler Richtung höher als die Zellen. Da die Schaufel sich höher als die Zellen er­ streckt, wird die Schaufel nicht stark gestört durch den Strom, der durch die Struktur des Abstandshalters beeinflußt wird. Dadurch wird ein länger dauernder Wirbel durch die Schaufel erzeugt. Der Wirbel erstreckt sich daher über eine größere Strecke in dem Strömungskanal, was zu einer verbes­ serten Kühlung der Brennstäbe führt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung er­ streckt sich die Schaufel in vertikaler Richtung weder bis nennenswert über noch bis nennenswert unter die Zellen. Vor­ zugsweise hat die Schaufel eine solche Erstreckung, daß sie überhaupt nicht bis über die Zellen oder nur bis unterhalb der Zellen reicht. Die Schaufel ist in diesem Falle somit vollständig innerhalb der Maße des Abstandshalters in verti­ kaler Richtung ausgebildet. Die Konstruktion hat mechanische Vorteile. Die Schaufel kann in diesem Falle leicht durch ein herausgebogenes Teil der Zellen gebildet werden. Ferner ist die Schaufel geschützt in dem Abstandshalter angeordnet, so daß sie nicht beschädigt werden kann, wenn die Brennstäbe in dem Abstandshalter positioniert werden. Gleichzeitig werden auch die Brennstäbe gegen eine Beschädigung durch eine vor­ stehende Schaufel geschützt, wenn sie in dem Abstandshalter eingeführt werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Brennelement für einen Siedewasserkernreaktor, welches eine Mehrzahl von Ab­ standshaltern gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen enthält. Dadurch wird ein Brennelement erreicht, welches die Vorteile hat, die oben in Verbindung mit den Ausführungsfor­ men der Abstandshalter beschrieben wurden.

Die Erfindung betrifft auch ein Brennelement gemäß Anspruch 19. Durch diese Ausführungsform kann eine vorteilhafte Um­ lenkung des Kühlmittelstromes selbst in Strömungskanälen er­ reicht werden, die nicht notwendigerweise in enger Verbin­ dung zu einem Abstandshalter liegen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nun erläutert anhand von bei­ spielhaften Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt schematisch und teilweise im Schnitt die An­ sicht eines Brennelementes für einen Siedewasser­ kernreaktor,

Fig. 2a und 2b zeigen in perspektivischer Darstellung Beispiele von Abstandshaltern,

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Teils, welches zu ei­ nem Ablenkglied geformt werden kann, welches einen Teil der Erfindung bilden kann,

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Zelle für einen Abstandshalter gemäß der vorliegenden Erfin­ dung,

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer solchen Zelle,

Fig. 6 zeigt eine Ansicht einer solchen Zelle von oben,

Fig. 7 zeigt einen Strömungskanal zwischen vier Zellen, ge­ sehen von oben.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines bereits bekannten Brennele­ ments 10, welches oben bereits beschrieben wurde. Fig. 2 zeigt Beispiele von Abstandshaltern 14 gemäß dem Stande der Technik. Fig. 2a zeigt ein Beispiel für hülsenförmige Zel­ len 16, welche zusammengeschweißt sind. Fig. 2b zeigt eine andere Art eines Abstandshalters 14, bei dem die Zellen 16 als relativ offene Elemente ausgebildet sind mit Anlagepunk­ ten und gegenüberliegenden elastischen Gliedern, welche die Brennstäbe und andere sich parallel erstreckende langge­ streckte Elemente in ihrer Lage halten. Obwohl die vorlie­ gende Erfindung im folgenden in erster Linie in Verbindung mit der zweiten Art von Zellen 16 beschrieben wird, das heißt solchen, die gleich oder ähnlich sind mit denjenigen, die man in Fig. 2b sehen kann, ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung in keiner Weise auf eine solche Art von Zellen 16 beschränkt ist. Die Erfindung kann also auch auf die Art von Zellen 16 angewendet werden, die in Fig. 2a gezeigt ist. Auch andere Arten von Zellen 16 für Abstandshalter 14 können gemäß der Erfindung ausgebildet sein. Beispielsweise gibt es Abstandshalterzellen 14, die aus vollständig runden Rohren bestehen, die zusammengeschweißt werden.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Beispiels für ein Teil, welches zu einem Ablenkglied 22 geformt werden kann. Das gezeigte Teil kann aus einem dünnen Metallblech aus ei­ nem heute allgemein verwendeten Material hergestellt sein, wie zum Beispiel einer auf Nickel basierenden Legierung (Inconel), rostfreiem Stahl oder einer Zirkoniumlegierung. Ein Ablenkglied 22 kann dadurch geformt werden, daß das ge­ zeigte Teil längs der Linie 30 in einer solchen Weise abge­ bogen wird, daß der rechte Teil aus der Zeichenebene der Fi­ gur herausgebogen wird und einen Winkel von etwa 75 bis 120 Grad mit dem linken Teil der Figur bildet. Der rechte Teil bildet dabei eine Schaufel 24 mit einem ersten Rand 34 und einem zweiten Rand 36, welche Ränder in dem Eckabschnitt 38 zusammenlaufen. Der linke Teil bildet einen Basisabschnitt 28. Der Basisabschnitt 28 kann nun vertikal im Bereich eines Strömungskanals 18 in einem Abstandshalter 14 oder in einem anderen Teil des Brennelements 10 angeordnet werden. Der Ba­ sisabschnitt 28 kann beispielsweise durch Punktschweißung an einer Abstandshalterzelle 16 derart befestigt werden, daß sich die Schaufel 24 von der Zelle 16 in den benachbarten Strömungskanal 18 erstreckt. Durch eine geeignete Neigung der Schaufel 24 relativ zu einer vertikalen Ebene 26 (siehe Fig. 5) wird eine kontrollierte Wirbelformation in einem Kühlmittel gebildet, welches durch den Strömungskanal 18 fließt, welche Wirbelformation sich am oberen Teil der Schaufel vor allem an dem Eckabschnitt 38 von der Schaufel 24 ablöst.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Art von Abstandshalter­ zelle für ein langgestrecktes Element. Eine Anzahl solcher Zellen 16 wird in einer für den Fachmann bekannten Weise zu einem Abstandshalter 14 der gleichen oder ähnlichen Art wie in Fig. 2b gezeigt zusammengefügt. Wie oben erwähnt wurde, wird ein Brennelement 10 gewöhnlich so positioniert, daß die Brennstäbe 12 sich in vertikaler Richtung erstrecken. Dabei erstrecken sich auch die Zellen 16 des Abstandshalters 14 in vertikaler Richtung. In Verbindung mit einem solchen verti­ kal positionierten Brennelement 10 wird somit klar, was un­ ter "aufwärts", "abwärts", "vertikal" und "horizontal" ver­ standen wird. Diese Begriffe werden daher in dieser Be­ schreibung und den folgenden Ansprüchen verwendet. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß das Brennelement 10 und die Brennstäbe 12 nicht notwendigerweise vollständig vertikal positioniert zu sein brauchen. Die Beschreibung und die fol­ genden Ansprüche sind daher nicht auf ein solches vertikal angeordnetes Brennelement 10 beschränkt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen somit eine Zelle 16 für einen Ab­ standshalter 14. In einem gewöhnlich vertikal angeordneten Brennelement 10 erstrecken sich die Zellen 16 somit in ver­ tikaler Richtung. Die oberen Teile in den Fig. 4 und 5 entsprechen daher den oberen Teilen, wenn die Zellen in ei­ nem Abstandshalter für ein Brennelement 10 positioniert sind, welches sich in vertikalen Richtung erstreckt. Fig. 6 zeigt eine solche Zelle 16 von oben, und Fig. 7 zeigt einen Strömungskanal 18, der aus vier benachbarten Zellen 16 ge­ bildet wird. Unter Bezug auf die Figuren wird die Erfindung nunmehr detaillierter beschrieben.

Eine Zelle 16 dieser Art hat gewöhnlich eine Anzahl von An­ lage- oder Stützpunkten 20. Einige dieser Anlagepunkte sind elastisch ausgebildet, um die langgestreckten Elemente, zum Beispiel die Brennstäbe 12, in vorbestimmten Positionen in dem Brennelement 10 zu halten. Das Ablenkglied 22, welches einen Teil des Abstandshalters 14 gemäß der Erfindung bil­ det, kann ein gegenüber der Zelle 16 selbständiges Teil sein, oder es kann mit der Zelle 16 eine integrierte Einheit bilden. In dem nun beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet das Ablenkglied 22 eine integrierte Einheit mit der Zelle 16. Das Ablenkglied 22 hat eine Schaufel 24. Die Schaufel ist relativ zu einer vertikalen Ebene 26 (siehe Fig. 5) ge­ neigt. Ein geeigneter Winkel für die Neigung hängt unter an­ derem davon ab, welche Art von Kühlmittel in dem Reaktor verwendet wird, und von der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels. Ein geeigneter Neigungswinkel liegt normaler­ weise zwischen 5 und 30 Grad. Es hat sich gezeigt, daß ein besonders günstiger Neigungswinkel zwischen 10 und 25 Grad liegt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel gehört zu dem Ablenkglied 22 auch ein Basisabschnitt 28. Der Basis­ abschnitt 28 kann, muß jedoch nicht, eine Einheit mit der Zelle 16 bilden. Die Schaufel 24 kann hierbei, wie in den Figuren gezeigt, aus einer hervorgebogenen Fortsetzung des Basisabschnittes 28 bestehen. Bei einer solchen Ausführungs­ form grenzt die Schaufel 24 somit an den Basisabschnitt 28 längs einer Linie 30. Wie man aus den Figuren erkennt, ist die Schaufel 24 in ihrem oberen Teil breiter als in ihrem unteren Teil. Die Schaufel 24 erstreckt sich in einer Rich­ tung von der Zelle 16 aus in den benachbarten Strömungskanal 18 (dies ist deutlich in Fig. 7 zu sehen). Zweckmäßiger­ weise ist die Schaufel 24 derart von dem Basisabschnitt 28 hervorgebogen, daß ein Winkel 32 von etwa 75 bis 120 Grad, zum Beispiel 90 bis 100 Grad, dazwischen gebildet wird.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Schaufel 24 einen ersten Rand 34 und einen zweiten Rand 36. Der erste Rand 34 und der zweite Rand 36 treffen in einem Eckabschnitt 38 zusammen. Der zweite Rand 36 ist vorzugsweise so geformt, daß er horizontal verläuft; jedoch ist auch eine Neigung ge­ genüber einer horizontalen Ebene möglich. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der erste und der zweite Rand 34, 36 gerade. Da die Schaufel 24 relativ zu einer vertikalen Ebene 26 geneigt ist, entsteht durch das strömende Kühlmit­ tel, welches normalerweise in den Figuren aufwärts fließt, ein Überdruck an der unteren Seite der Schaufel 24. In Fig. 5 ist die Schaufel nach außen auf den Betrachter zu gerich­ tet. Daher ist hier der erste Rand 34 sichtbar. In dieser Figur wird die untere Seite der Schaufel 24 mit 40 bezeich­ net, und die obere Seite der Schaufel 24 wird mit 42 be­ zeichnet. In dem strömenden Kühlmittel bildet sich somit ein höherer Druck an der unteren Seite 40 der Schaufel 24 aus als an der oberen Seite 42 der Schaufel 24. Dies hat zur Folge, daß das Kühlmittel zum Ausgleich der Druckdifferenz von der unteren Seite 40 der Schaufel 24 um den ersten Rand 34 zur oberen Seite 42 der Schaufel 24 fließt. An dem ersten Rand 34 der Schaufel 24 entsteht somit ein Wirbel. Da das Kühlmittel nach oben fließt, lösen sich der so gebildete Wirbel oder die gebildeten Wirbel am oberen Teil der Schau­ fel 24 von der Schaufel, das heißt nahe dem Eckabschnitt 38. Wenn sich die Schaufel nach innen erstreckt und etwa die Mitte des Strömungskanals erreicht (siehe Fig. 7), dann löst sich der Wirbel somit etwa in der Mitte des Strömungs­ kanals von der Schaufel. Es ist darauf hinzuweisen, daß, wenn hier die Mitte des Strömungskanal 18 erwähnt wird, dies nicht notwendigerweise auch in der Mitte in vertikaler Rich­ tung bedeutet, das heißt, die Schaufel 24 kann auch so ge­ formt sein daß sie sich noch oben von dem Abstandshalter weg erstreckt und dennoch bis in die Mitte der axialen Verlän­ gerung des Strömungskanal 18 reicht. Da die kontrollierte Wirbelbildung auf diese Weise durch das Ablenkglied in der axialen Mitte des Strömungskanal 18 stattfindet, wird eine kontrollierte Verteilung des Kühlmittels nach außen zu den benachbarten sich parallel erstreckenden langgestreckten Element, zum Beispiel den Brennstäben 12, erreicht.

Zweckmäßigerweise wird/werden die Schaufel/Schaufeln 24 asymmetrisch in dem Strömungskanal 18 positioniert. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur eine Schaufel 24 im Strömungskanal 18 vorhanden (siehe Fig. 7). Eine solche asymmetrische Positionierung der Schaufel 24 in dem Strö­ mungskanal hat verschiedene Vorteile. Der Wirbel, der von der Schaufel in dem fließenden Kühlmittel bebildet wird, wird nicht durch Wirbel von anderen dicht bei positionierten Schaufeln gestört. Durch Verwendung nur einer Schaufel 24 im Strömungskanal 18 verursacht die Schaufel 24 keinen hohen Druckverlust in dem strömenden Kühlmittel, und zwar selbst dann nicht, wenn die Schaufel 24 vergleichsweise groß ist. In ähnlicher Weise erzeugt die Schaufel 24, da sie einen re­ lativ kleinen Neigungswinkel gegenüber der vertikalen Ebene 26 hat, keinen höheren Druckverlust in dem Strömungskanal 18, und zwar selbst dann nicht, wenn die Schaufel 24 relativ lang ist. Da die Schaufel 24 direkt von einem nach außen ge­ bogenen Abschnitt aus dem Metallblech der Abstandshalter­ zelle 16 gebildet wird, wird eine mechanisch sehr stabile Konstruktion erreicht. Ferner kann der Basisabschnitt 28 der Schaufel 24 dabei aus einem vertikalen Teil der Zelle beste­ hen, was den Vorteil hat, daß unerwünschte Wirbel- oder Tur­ bulenzbildungen an dem Basisabschnitt 28 vermieden werden. Dadurch kann ein kontrollierter Wirbel durch die Schaufel 24 gebildet werden, welcher nicht durch andere Turbulenzen we­ sentlich gestört wird. Der Basisabschnitt 28 des Ablenkglie­ des 22 kann auch so geformt werden, das er leicht gebogen ist, um sich der gebogenen Oberfläche des langgestreckten Elementes anzupassen, welches von der Zelle 16 an seinem Platz gehalten wird. Der Abstandshalter gemäß der Erfindung kann beispielsweise aus einer Zirkoniumlegierung oder aus anderen zur Zeit üblichen Materialien bestehen, wie zum Bei­ spiel Inconel oder rostfreiem Stahl.

Mit einem Abstandshalter 14 mit einem Ablenkglied 22 gemäß der Erfindung erreicht man somit verschiedene Vorteile. Da die Schaufel 24 relativ lang mit einem relativ kleinen Win­ kel zwischen der Schaufel 24 und einer vertikalen Ebene 26 gemacht werden kann, erreicht man eine ordentliche Wirbel­ bildung, welche eine eindeutige resultierende Drehbewegung hat. Die relativ zufällige Turbulenz die von den bereits be­ kannten Konstruktionen von Ablenkgliedern 22 erzeugt wird, kann dadurch vermieden werden. Die ordentliche Wirbelbildung hat zur Folge, daß das Kühlmittel nach außen zu den langge­ streckten Elementen bewegt wird, und der Dampf, der in dem Brennelement nahe den Brennstäben 12 erzeugt wird, wird so nahe der Mitte des Strömungskanals 18 konzentriert. Durch die Erfindung wird somit eine effiziente Kühlung der Brenn­ stäbe 12 erreicht. Das Brennelement 10 und damit der Siede­ wasserkernreaktor erlangt somit ein verbessertes dry-out-Verhalten.

Es ist zu beachten, daß das Ablenkglied 22 nicht an einer Zelle angebracht zu werden braucht oder von einer Zelle 16 gebildet zu werden braucht, welche die langgestreckten Ele­ mente an ihrem Platz hält. Das Ablenkglied 22 kann auch dicht an dem Metallblech des Rahmens des Abstandshalters 18 positioniert sein oder vom Material dieses Rahmens gebildet werden. Der genannte Rahmen bildet die äußere Begrenzung des Abstandshalters 14 und besteht aus Metallblech.

Es wurde bereits erläutert, daß es auch möglich ist, die Schaufeln an einem separaten Bauteil (beispielsweise einem sogenannter Zwischen-Abstandshalter) anzuordnen, welches die Stäbe nicht stützt, sondern welches den Zweck hat, alle Schaufeln in einer genauen Position zwischen den Stäben zu halten. Die Stützfunktion und die Wirbelbildungs-Funktion sind dabei voneinander getrennt, was einen geringeren Ge­ samtdruckverlust erhoffen läßt.

Ein Ablenkglied 22 gemäß der Erfindung kann auch an einer anderen Stelle in dem Brennelement 10 angeordnet werden als an dem Abstandshalter 14 oder einem sogenannten Zwischen-Ab­ standshalter. In einem Brennelement 10 gibt es andere Arten von Strömungskanälen. Beispielsweise gibt es Brennelemente 10, welche sogenannte Teillängen-Brennstäbe enthalten, das heißt Brennstäbe, die sich nicht über die gesamte Länge des Brennelement 10 erstrecken, sondern die in einer niedrigeren Höhe enden. Über einem solchen Teillängen-Brennstab kann da­ her ein größerer Strömungskanal gebildet werden. Auch in ei­ nem solchen Strömungskanal können Ablenkglieder 22 gemäß der Erfindung angeordnet werden. Das Prinzip ist dabei das glei­ che wie oben beschrieben. Das heißt, um eine kontrollierte Wirbelbildung zu erreichen, wird eine lange Schaufel 24 mit einer relativ kleinen Neigung verwendet, welche Schaufel derart angeordnet wird, daß der Wirbel sich nahe des Eckab­ schnittes 38 der Schaufel 24 von der Schaufel 24 ablöst, und zweckmäßigerweise wird die Schaufel 24 derart angeordnet, daß sie sich zur Mitte des Strömungskanals in der Weise er­ streckt, daß ein kontrollierter Wirbel sich etwa in der Mitte des Strömungskanals von der Schaufel 24 ablöst. Ein solches Ablenkglied 22 kann natürlich in Übereinstimmung mit den verschiedenen Ausführungsfarmen aufgebaut sein, die oben in Verbindung mit dem Abstandshalter beschrieben wurden. Als ein Beispiel für eine solche Anwendung der Erfindung kann die Schaufel in einem Abstandshalter angeordnet werden, der in einer Höhe positioniert ist, die über der Höhe liegt, in der der Teillängen-Brennstab endet. Über einem solchen Teil­ längen-Brennstab wird ein größerer Strömungskanal gebildet. Dieser Strömungskanal besteht in diesem Falle also aus der Zelle in dem Abstandshalter, die über dem Teillängen-Brenn­ stab liegt und aus den vier benachbarten Strömungskanälen, welche den Strömungskanälen entsprechen, die zwischen den Brennstäben gebildet werden, wenn diese durch den Abstands­ halter laufen. In einem solchen größeren Strömungskanal kann eine Schaufel in der Weise angeordnet werden, wie dies bei den oben bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall ist. Da dieser Strömungskanal größer als die Strö­ mungskanäle ist, die oben beschrieben wurden, ist die in ei­ nem solchen Kanal angeordnete Schaufel zweckmäßigerweise in entsprechendem Maße größer. Der Strömungskanal kann mehr als eine Schaufel enthalten. Zweckmäßigerweise werden die Schau­ feln dabei asymmetrisch in dem Strömungskanal angeordnet. Vorzugsweise enthält auch diese Art von Strömungskanal nur eine Schaufel.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann im Rahmen der folgenden Patentansprüche variiert und modifiziert werden.

Claims (19)

1. Abstandshalter (14) für einen Siedewasserkernreaktor mit einer Vielzahl von Zellen (16) zum Halten paralleler langge­ streckter Elemente (12), welche sich durch die Zellen er­ strecken, oder welche Zellen (16) eine Durchführung der ge­ nannten langgestreckten Elemente durch die Zellen ermögli­ chen, wobei eine Vielzahl von Strömungskanälen (18) zwischen den Zellen (16) vorhanden ist, welche Strömungskanäle das Durchströmen eines Kühlmittels erlauben, wobei für den Fall, daß der Abstandshalter (14) in einem Siedewasserkernreaktor verwendet wird, die langgestreckten Elemente (12) sich im wesentlichen in vertikaler Richtung erstrecken und der Strom des Kühlmittels im wesentlichen in vertikaler Richtung nach oben erfolgt, und welcher Abstandshalter eine Vielzahl von Ablenkgliedern (22) hat, die so angeordnet sind, daß der Strom des Kühlmittels abgelenkt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine Mehrzahl der genannten Ablenkglieder (22) eine Schaufel (24) hat, die sich in einer Richtung von einer Zelle (16) aus in den be­ nachbarten Strömungskanal (18) erstreckt, wobei die Schaufel gegenüber einer vertikalen Ebene (26) geneigt ist und wobei der obere Teil der Schaufel (24) breiter als ihr unterer Teil ist.

2. Abstandshalter (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkglied (22) auch einen ebenen oder etwas gebogenen Basisabschnitt (28) hat, der eine Erstreckung in einer vertikalen Richtung hat, wobei die Schaufel (24) und der Basisabschnitt (28) eine kontinu­ ierliche Einheit bilden und die Schaufel (24) aus dem Basis­ abschnitt (28) herausgebogen ist und somit längs einer Linie (30) an den Basisabschnitt (28) grenzt.

3. Abstandshalter nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Basisabschnitt (28) eine ununterbrochene Einheit mit der Zelle (16) bildet, wobei so­ mit die Schaufel (24) von einem aus der Zelle (16) herausge­ bogenen Abschnitt gebildet wird.

4. Abstandshalter (14) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (24) in der Weise herausgebogen ist, daß sie einen Winkel (32) von etwa 75 bis 120 Grad mit dem Basisabschnitt (28) bildet.

5. Abstandshalter (14) nach Anspruch 2, 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Basisab­ schnitt (28) derart geformt und angeordnet ist, daß er sich bei Verwendung des Abstandshalters (14) in einem Siedewas­ serkernreaktor parallel zu einem der genannten benachbarten langgestreckten Elemente (12) erstreckt.

6. Abstandshalter (14) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (24) sich in Richtung zur Mitte des Strömungskanal (18) und bis etwa zur Mitte des Strömungskanal (18) erstrec­ ken.

7. Abstandshalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schau­ feln (24) unsymmetrisch in den Strömungskanälen (18) posi­ tioniert sind.

8. Abstandshalter (14) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Schaufel (24) pro Strömungskanal (18) vorhanden ist.

9. Abstandshalter (14) nach einem der vorhergehenden Anspru­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (24) eben ist.

10. Abstandshalter (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schau­ fel (24) gebogen ist.

11. Abstandshalter (14) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (24) einen ersten Rand (34) hat, der sich min­ destens in einer vertikalen Richtung erstreckt und der mit seinem niedrigeren Teil dichter an der Zelle (16) liegt als mit seinem oberen Teil, und welche Schaufel einen zweiten Rand (36) hat, der sich mindestens in einer horizontalen Richtung erstreckt und in einem Eckabschnitt (38) mit dem ersten Rand (34) zusammentrifft.

12. Abstandshalter (14) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rand (34) und der zweite Rand (36) gerade verlaufen.

13. Abstandshalter (14) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rand (34) und/oder der zweite Rand (36) gebogen ist/sind.

14. Abstandshalter (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der ge­ nannte Eckabschnitt (38) derart etwa auf der gleichen Höhe oder höher liegt als der Abschnitt des zweiten Randes (36), der dichter an der Zelle (16) liegt, daß ein Wirbel, der von der Schaufel in dem Strom des Kühlmittels gebildet wird, sich in erster Linie an dem genannten Eckabschnitt (38) von der Schaufel (24) ablöst.

15. Abstandshalter (14) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (24) gegenüber einer vertikalen Ebene (26) um zwischen 5 und 30 Grad geneigt ist.

16. Abstandshalter (14) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (24) in vertikaler Richtung weiter nach oben als die Zelle (16) reicht.

17. Abstandshalter (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schaufel in vertikaler Richtung weder bis nennenswert über noch bis nennenswert unter die Zellen (16) erstreckt.

18. Brennelement (10) für einen Siedewasserkernreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenn­ element (10) eine Mehrzahl von Abstandshaltern (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.

19. Brennelement (10) für einen Siedewasserkernreak­ tor,welches mindestens einen Strömungskanal hat, beispiels­ weise über einen sogenannten Teillängen-Stab, durch welchen Strömungskanal ein Kühlmittel hauptsächlich in vertikaler Richtung aufwärts zu strömen vermag, wobei mindestens ein Ablenkglied (22) in dem Strömungskanal angeordnet ist, um den Strom des Kühlmittels abzulenken, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das genannte Ablenkglied (22) eine Schaufel (24) hat, die sich in einer Richtung in den Strömungskanal erstreckt, wobei die Schaufel (24) gegenüber einer vertikalen Ebene geneigt ist und wobei die Schaufel (24) einen oberen Teil hat, der breiter als ihr unterer Teil ist.