DE29615270U1 - Reaktor-Brennelement mit Abstandhaltern mit seitlich versetzten Stützelementen - Google Patents

Description

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Beschreibung

Reaktor-Brennelement mit Abstandhaltern mit seitlich versetzten Stützelementen
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Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Kernreaktor mit einem Bündel von Brennstäben, die von mehreren Abstandhaltern praktisch in der Mitte von Gitterzellen gehalten werden. Die Energieausbeute von Kernreaktoren wird unter anderem bestimmt durch zweierlei Faktoren, nämlich durch die Verweilzeit des Brennelements im Reaktorkern und durch den Wirkungsgrad des nuklearen Dampferzeugungssystems. Dabei ist der Wirkungsgrad von der Prozeßtemperatur in der Weise abhängig, daß durch erhöhte Prozeßtemperatur auch ein erhöhter Wirkungsgrad erzielt wird.

Von maßgeblicher Bedeutung für die Verweildauer von Brennelementen im Reaktorkern ist die Korrosionsrate der meist aus Zirkaloy gefertigten Hüllrohre der Brennelemente. Diese Kor-0 rosionsrate ist abhängig" von der Temperatur in der Gestalt, daß mit steigender Temperatur die Korrosionsrate überproportional anwächst. Neben der chemischen Umsetzung von Zirkaloy in Zirkoniumoxid setzt mit zunehmender Temperatur auch eine Steigerung der Wasserstoff-Versprödung ein. Dieser korrosive 5 Angriff auf die Außenwand der Hüllrohre wird verstärkt durch radioaktive Spaltprodukte, insbesondere Jod, die an der Hüllrohrinnenwand einen korrosiven Beitrag leisten. Hieraus ergibt sich, daß es notwendig ist, die Staboberflächentemperaturen so niedrig wie möglich zu halten, um eine möglichst 0 lange Einsatzzeit der Brennstäbe zu gewährleisten.

Zur Kühlung der Oberflächen der Brennstäbe werden die Brennelemente mit Wasser durchströmt. Bei einer rein laminaren Strömung des Kühlwassers wird dessen Kühlfähigkeit jedoch nicht vollständig ausgenutzt. Ursache dafür ist ein sich or-

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thogonal zur Längsachse des Brennelements ausbildender Geschwindigkeitsgradient, der durch den Abstand der Brennstäbe zueinander hervorgerufen wird. Die Brennstäbe eines Brennelements werden parallel zueinander ausgerichtet. Dabei werden sie üblicherweise so angeordnet, daß bei Verbindung der Brennstabmittelpunkte im Querschnitt ein quadratisches Gitter entsteht. Dabei ist der Abstand der Brennstabaußenwand von seitlich benachbarten Brennstäben minimal, der Abstand der Brennstabaußenwände von diagonal benachbarten Brennstäben maximal. Daraus ergibt sich ein Strömungsprofil für die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers in der Weise, daß in der Mitte jedem Strömungsunterkanal (d.h. jedem Zwischenraum zwischen in einem Viereck angeordneten Brennstäben) in die Strömungsgeschwindigkeit maximal ist und zu den Brennstäben hin abnimmt. Dadurch wird das an den Brennstäben langsamer strömende Kühlmittel stärker aufgeheizt als das Kühlmittel, das in der Mitte der Unterkanäle fließt, wodurch dessen Kühlwirkung nur in geringerem Umfang ausgenutzt wird. Es kommt hinzu, daß im oberen Bereich der Brennelemente sich das Kühlwasser an den Hüllrohrwänden soweit aufgeheizt hat, daß es zur Gasblasenbildung kommt. Derartige Gasblasen, die sich an den Hüllrohrwänden absetzen, stellen eine Isolierungsschicht dar, die eine Barriere für die Wärmeabgabe der Hüllrohre an das Kühlwasser bildet.

Der Temperaturgradient in der Kühlmittelströmung kann dadurch beseitigt werden, daß in der Kühlmittelströmung Strömungsleitflächen 4 angebracht werden, durch welche die laminare Strömung des Kühlmittels gestört wird und es zu Turbulenzen 0 kommt. Diese Turbulenzen bringen neben der Durchmischung des Kühlmittels den weiteren Vorteil mit sich, daß die Dampfblasen, die sich auf der Hüllrohroberfläche bilden, fortgespült werden.

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Diese Strömungsleitflächen werden folgendermaßen in die Strömung des Kühlmittels eingebracht: Die Brennelemente werden in bestimmten Abständen durch sogenannte Abstandhalter in Position gehalten. Diese Abstandhalter bestehen aus einem üblicherweise aus Zirkaloy gefertigtem Gitter, dessen Gitterstege sich trennend zwischen den Brennstäben befinden. Am oberen Ende der Stege der Abstandhalter lassen sich Strömungsleitflächen anbringen, die in den Kühlmittelstrom hineingebogen sind. Jedoch klingen die turbulenten Wirkungen der Strömungsleitflächen bei den hydraulischen Gegebenheiten, wie sie bei Druckwasser-Brennelementen vorhanden sind, relativ rasch ab. Eine naheliegende Lösung, um eine Verlängerung der turbulenten Wirkung der Strömungsleitflächen zu erzielen besteht darin, mehrere Abstandhalter in geringerem Abstand in die Brennelemente einzufügen. Dieser Lösung steht jedoch der gravierende Nachteil entgegen, daß es durch das Strukturmaterial der Abstandhalter sowohl zu einer parasitären Neutronenabsorption als auch zu einem Druckverlust im Kühlmittel kommt. Dieser Druckverlust begründet, abgesehen von der dadurch verschlechterten Moderation der Neutronen im betroffenen oberen Bereich des Brennelementes, ein weiteres Problem: Der Einsatz eines mit zusätzlichen Abstandhaltern ausgerüsteten Brennelementes führt zu Kompatibilitätsschwierigkeiten mit Brennelementen älterer Bauart, die ein anderes, druckreicheres Strö-5 mungsprofil aufweisen. Die Unterschiede im Druckverlust führen zu einer unterschiedlichen Durchströmung der bauungleichen Brennelemente, d.h.- daß Brennelemente mit einem niedrigerem Druckverlust auf Kosten der anderen Brennelemente stärker durchströmt werden. Dadurch bildet sich bei den Brennelementen eine unterschiedlich intensive Kernreaktion aus.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung und Konstruktion von Abstandhaltern vorzusehen, durch die der Druckverlust minimiert wird und eine hinreichende Anzahl von Strömungsleitschaufein dem Kühlwasser genug Turbulenzen aufprä-

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gen, so daß der sich bei laminarer Strömung ausbildende Temperaturgradient verringert wird und die sich an den Brennstäben bildenden Dampfblasen von den Brennstäben abgelöst werden. Dabei ist sicherzustellen, daß die Anordnung und Konstruktion von Abstandhaltern geeignet ist, ein Aneinanderstoßen der Brennstäbe zu vermeiden, da dadurch Überhitzungen und mechanische Schaden entstehen können. Außerdem muß die Anordnung und Konstruktion der Abstandhalter geeignet sein, transversale Vibrationen der Brennstäbe, die infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels entstehen, zu dämpfen und von außen hervorgerufene Stöße (z.B. durch Erdbeben ect.) abzufangen.

Eine Lösung dieser Aufgabe wurde vorgeschlagen in dem Europäischen Patent EP-B-O 246 962. Dort wird die Anzahl der Abstandhalter in der oberen Hälfte des Brennelementes im Verhältnis zu den Abstandha-ltern in der unteren Hälfte des Brennelementes verdoppelt. Der Abstand zwischen den einzelnen Abstandhaltern im oberen Bereich des Brennelementes ist mit 0 15 bis 3 0 cm angegeben. Die Abstandhalter im oberen Brennelementbereich tragen Strömungsleitflächen. Dabei sind die Abstandhalter so aufgebaut, daß sie aus zwei übereinanderliegenden Gitterrosten bestehen, von denen jeder quadratische Maschen aufweist. Durch eine Masche werden vier Brennstäbe geführt. Die beiden Gitter sind gegeneinander so versetzt, daß die Kreuzung der einzelnen Stege über dem Mittelpunkt der darunterliegenden Masche befindlich ist. Dieser zweiteilige Aufbau des Abstandhalters bringt bei gleicher Stabilität keine Einsparung an Material oder zur Verfügung stehendem Strömungsquerschnitt. Jedoch zeigt sich ein geringerer Strömungswiderstand nur deswegen, weil die Zahl der Strömungsleitflächen halbiert und damit auch die Mischwirkung entsprechend verringert ist.

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Zur Gewährleistung der notwendigen mechanischen Stabilität der Abstandhalter und zur Minimierung der Druckverluste des Kühlmittels im oberen Bereich des Brennelements wird erfindungsgemäß ein Brennelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dabei ermöglicht diese Anordnung, daß die Bauhöhe der einzelnen Abstandhalter niedrig dimensioniert und das Strukturmaterial für die Abstandhalter verringert werden kann. Hierdurch wird der freie Strömungsquerschnitt des Kühlmittels erhöht. Durch diese Verringerung des Strukturanteils der Abstandhalter läßt sich der Druckverlust im Kühlmittel, insbesondere im oberen Bereich der Brennelemente, reduzieren. Auf diese Weise wird der durch die größere Zahl der eingesetzten Abstandhalter bedingte Druckverlust des Kühlmittels infolge des reduzierbaren Strukturmaterialanteils der einzelnen Abstandhalter wieder kompensiert. Hierdurch wird die Kompatibilität mit anderen Brennelementen gewährleistet und die Moderation verbessert.

So können z.B. die üblichen axialen Abstände von 50 bis 60 cm in den herkömmlichen Brennelementen für Abstandhalter beibehalten werden, die auf bekannte Weise an mindestens drei über den Umfang eines Brennstabs verteilten Stellen starre Noppen und elastische Federn enthalten, mit denen der Brennstab in einer Abstandhalter-Masche seitlich abgestützt wird. Das Brennelement ist daher mechanisch kompatibel mit herkömmlichen Brennelementen, neben denen er im gleichen Reaktorkern steht, da sich die Abstandhalter auf gleichen Ebenen befinden. Zwischen diese Abstandhalter können aber dann ohne übermäßigen Druckverlust Zwischen-Abstandhalter gemäß der Erfindung angeordnet werden, die als Träger von Mischeinrichtungen dienen.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden durch die Fig. 1 bis 3 veranschaulicht:

FIG 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Masche eines Abstandhalters {Gitterzelle) sowie einen durch die Gitterzelle geführten Brennstab;

FIG 2 zeigt die Kraftwirkungen mehrerer Abstandhalter auf

einen Brennstab;
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FIG 3 zeigt wie Fig. 1 die Draufsicht auf eine Gitterzelle mit einem Brennscab, wobei der untere Abstandhalter gegenüber dem oberen Abstandhalter jedoch lateral versetzt wurde.
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Das Brennelement enthält ein Bündel von mehreren Brennstäben. Diese Brennstäbe werden im Brennelement von mehreren Abstandhalter gehalten. Die Brennstäbe werden praktisch in der Mitte der quadratischen Maschen der Abstandhalter {Gitterzellen) 0 gehalten.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel der erfindungsgemäßen Anordnung der Abstandhalter. Zu erkennen ist eine Gitterzelle, die gebildet wird durch vier Gitterstege 1. In der Mitte der Gitterzelle ist ein Brennstab 2 angedeutet. Der Brennstab 2 schlägt nur an zwei Stützelementen 3 an, die in zwei aneinander anstoßenden Seiten der Masche sitzen. Die Stützelemente 2 können, wie in Fig. 1 dargestellt, trapezförmig aus dem Stegmaterial herausgebildet werden und starr sein. Dabei kann auch die tangential an den Brennstab' anliegende Auflagefläche 3' des Stützelementes 3 („Noppe") dem Brennstab angepaßt und konkav ausgeformt sein. Denkbar sind auch parabolisch aus dem Stegmaterial ausgeformte Stützelemente. Auch solche Stützelemente sind starr oder nur geringfügig federnd.

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Das Brennelement verfügt über wenigstens drei Abstandhalter. Die in Fig. 1 wiedergegebene Ausführungsform weist eine periodische Folge von mit Abstandhaltern besetzten Ebenen des Brennelements auf, wobei die vierte Ebene jeweils der ersten Ebene wieder entspricht. Die erste Ebene I bzw. die vierte Ebene IV ist durch Vollinien dargestellt. Die darunterliegende Ebene II ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Darunter befindet sich Ebene III, die durch einen Strich-Punkt-Linie gekennzeichnet ist. Es ist zu erkennen, daß das Stützelement 3a und 3b der Ebene II bzw. Ebene III den Stützelementen 3 der Ebene I und Ebene IV diametral gegenüber angeordnet ist. Dabei weisen die Abstandhalter der Ebene I und Ebene IV jeweils zwei Stützelemente auf, die in Umfangrichtung um den Brennstab um 9 0° versetzt sind. Dagegen verfügen die in der Ausführungsform der Fig. 1 dargestellten Abstandhalter der Ebene II und Ebene III jeweils nur über ein Stützelement 3. Die Stützelemente der einzelnen Gitterzellen ragen soweit in die Zelle hinein, daß der Mittelpunkt des Brennstabes um einen kleinen Betrag von Mittelpunkt der Gitterzelle 0 weggeschoben wird. Durch die Stützelemente der Abstandhalter in der Ebene I und Ebene IV wird der Brennstab sowohl leicht in die Minus-x-Richtung als auch in Plus-y-Richtung verschoben. Das Stützelement des Abstandhalten der Ebene II hingegen drückt den Brennstab in Minus-y-Richtung, wohingegen das Stützelement des Abstandhalters der Ebene III den Brennstab in Plus-x-Richtung drückt. Infolge der Periodizität der Anordnungen verschiedener Abstandhalter in mehreren Ebenen erfährt der Brennstab durch das Brennelement hindurch eine insgesamt wendeiförmige Auslenkung. Hierbei ist die auftretende Spannung im Brennstab geeignet, den Brennstab hinreichend stark auf die Stützelemente 3 zu drücken. Der Einsatz zusätzlicher Federn wird überflüssig, was eine erhebliche Verringerung des Druckverlustes bedeutet. Die Abstandhalter können daher verhältnismäßig große Strömungsleitfäden 4 tragen.

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Fig. 2 zeigt die Vorderansicht eines Brennelementes einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung von Abstandhaltern. Hierbei wurde eine solche Anordnung und Konstruktion gewählt, die den Brennstab s-förmige verbiegt. Auf die Darstellung der Abstandhalter wurde in der Zeichnung verzichtet . Sie befinden sich in den Positionen, die mit Ebene I bis Ebene IV gekennzeichnet sind. Anstelle der Abstandhalter sind in Fig. 2 Vektorpfeile eingezeichnet, die die Kraftwirkung der Abstandhalter auf den Brennstab 2 darstellen. Eine derartige Verbiegung des Brennstabes 2 wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Abstandhalter in der Ebene I und Ebene IV zwei gegeneinander in Umfangrichtung des Brennstabes um 90° versetzte Stützelemente aufweisen und die Abstandhalter in der Ebene II und Ebene III ebenfalls jeweils zwei gegeneinander in Umfangrichtung des Brennstabes um 90° versetzte Stützelemente aufweisen, wobei die Stützelemente der Abstandhalter an der Ebene I und Ebene IV den Stützelementen der Abstandhalter in der Ebene II und Ebene III diametral gegenüberliegen. Eine erfrndungsgemäße Ausführungsform liegt auch dann vor, wenn eine alternierende Reihenfolge der Krafteinwirkung auf den Brennstab gewählt wird. Dies ergibt sich dann, wenn abwechselnd Abstandhalter eingesetzt werden, bei denen die Stützelemente des einen Abstandhalters diametral entgegengesetzt den Stützelementen 3 der jeweils benachbarten Abstandhalter liegen.

Um eine s- oder wendeiförmige Verbiegung des Brennstabes 2 zu erreichen, ist es erforderlich, den Brennstab 2 zumindest in einigen Abstandhalter-Ebenen transversal aus seiner Achse auszulenken. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Summe aus der Höhe h der Stützelemente 3 in diesen Ebenen und dem Radius r des Brennstabes 2 größer ist als die halbe Länge a einer Gittermasche. Mit anderen Worten: Die Höhe h eines Stützelementes 3 wird so gewählt, daß der radiale Mittelpunkt eines Brennstabes 2 aus der geometrischen Mitte der

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Gittermasche geschoben wird. Eine derartige Verschiebung des radialen Mittelpunktes des Brennstabes 2 kann dadurch erfolgen, daß entweder alle Abstandhalter mit jeweils ihrer Periodizität entsprechend der Kraftrichtung an der Verschiebung teilhaben oder daß die Verschiebung nur durch einzelne Abstandhalter in gleicher Richtung erfolgt, während bei anderen Abstandhaltern der radiale Mittelpunkt des Brennstabes 2 mit dem geometrischen Mittelpunkt der Gitterzelle zusammenfällt. Bei Gestaltung der Stützelemente 3 in der vorgeschlagenen Art sind die benachbarten Abstandhalter so angeordnet, daß ihre Stege 1 deckungsgleich übereinander liegen.

Eine weitere Möglichkeit, eine s- oder wendeiförmige Verbiegung des Brennstabes 2 zu erreichen, wird in Figur 3 veranschaulicht. Dabei befindet sich der radiale Mittelpunkt des Brennstabes 20 in der geometrischen Mitte der Gitterzelle. Benachbarte Abstandhalter werden allerdings seitlich etwas versetzt. Auch hier ist es möglich, so zu arbeiten, daß die Abstandhalter der Ebene I und Ebene IV zwei gegeneinander in Umfangsrichtung des Brennstabes um 90° versetzte Stützelemente 21 aufweisen und die Abstandhalter in Ebene II und Ebene III jeweils nur ein Stützelement 22 bis 23 aufweisen, wobei die Stützelemente 22 und 23 der Abstandhalter von Ebene II und Ebene III so angeordnet sind, daß sie insgesamt beiden Stützelementen 21 der Abstandhalter der Ebene I und Ebene IV gegenüberliegen, jedoch gegeneinander um 90° versetzt sind (wendeiförmige Verbiegung). Genauso ist es möglich, eine sförmige Verbiegung des Brennstabes zu erreichen dadurch, daß Abstandhalter mit zwei gegeneinander in Umfangrichtung des Brennstabes um 90° versetzte Stützelemente so angeordnet werden, daß sich die Stütze.lemente benachbarter Abstandhalter jeweils diametral gegenüberliegen.

Aus FIG 2 ist verständlich, daß die Ebene III auch entfallen kann (d.h. die Ebene II befindet sich dann axial in der Mitte

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zwischen den Ebenen I und IV). Dies ist auch nach Figur 3 möglich, wenn in der verbleibenden Ebene II die beiden Stützelemente 22 und 23 vorgesehen werden.

Die Anordnung mit Abstandhaltern, die gegeneinander seitlich geringfügig versetzt sind, hat den Vorteil, daß die erwähnte Höhe der Stützelemente kleiner wird als in Abstandhaltern, die fluchtend übereinander angeordnet sind. Damit verringert sich der von den Stützelementen hervorgerufene Strömungswiderstand (Druckverlust).

Wie bereits erwähnt, kann es vorteilhaft sein, die üblichen, im Abstand von 50 - 60 cm übereinander angeordneten Abstandhalter beizubehalten, die den Brennstab mittig in ihren Gitterzellen halten. In diesem Fall werden nach der Erfindung z.B. in den Abschnitt zwischen zwei solchen „normalen" Abstandhaltern ein bis zwei Zwischenabstandhalter in gleichmäßigem Abstand angeordnet, die den Brennstab etwas nach einer Seite drücken. Im nächsten Abschnitt zwischen „normalen" Ab-0 standhaltern können dann erneut ein bis zwei Zwischenabstandhalter angeordnet werden, die den Brennstab in die entgegengesetzte Richtung drücken, so daß auch dann ein S-förmiger oder wendelförmiger Verlauf des Brennstabs entsteht.

5 Dieses Prinzip beruht darauf, daß der Brennstab selbst als Feder wirkt, die ihn jeweils an die praktisch starren Stützelemente der Abstandhalter drückt. Es werden dadurch federnde Stützelemente, wie sie zur Dämpfung der Vibrationen erforderlich gehalten werden, überflüssig. Der daraus folgende nied-0 rigere Druckverlust kann auch bei Abstandhaltern vorteilhaft sein, die nicht als Träger von Strömungsleitflächen, sondern nur als mechanische Stütze dienen, z.B. im unteren (kälteren) Teil des Brennelements.

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Es wurde aber bereits ausgeführt, daß es insbesondere im oberen Bereich der Brennelemente, in dem es zur Verdampfung des Kühlmittels kommt, vorteilhaft ist, eine Verwirbelung des Kühlmittels durch Strömungsleitflächen zu bewirken. Als Träger der Strömungsleitflachen können dann ebenfalls Abstandhalter dienen, wobei allerdings zu beachten ist, daß die Reichweite des Verwirbelungseffekts im Kühlmittel durch die Strömungsleitflachen nur begrenzt ist. Aus diesem Grunde sind nur im oberen Bereich des Brennelementes Strömungsleitflächen in relativ kurzen axialen Abständen in das Brennelement (z.B. 10 bis 30 cm) besonders effektiv. Daher wird vorgeschlagen, daß die Strömungsleitflächen nicht von Abstandhaltern sondern von Zwischengittern getragen werden, die eine geringere mechanische Stabilität aufweisen, deren Strukturmaterial daher im Hinblick auf geringen Strömungswiderstand und geringe parasitäre Neutronenabsorption reduziert ist. Im Gegensatz zu den „normalen" Abstandhaltern, die sowohl transversale Vibrationen der Brennstäbe dämpfen müssen als auch von außen auf das Brennelement wirkende Stöße aufzufangen 0 haben {z.B. im Falle von Erdbeben etc.) müssen Zwischengitter diese Aufgaben nur in beschränktem Umfang erfüllen.

Ein solches Brennelement kann also ein Bündel von Brennstäben enthalten, die von mehreren Abstandhaltern gehalten werden und zwar praktisch in der Mitte von gleichseitigen Gitterzellen. Dabei enthält das Brennelement wenigstens einen oberen Abstandhalter hoher mechanischer Stabilität und einen unteren Abstandhalter dieser mechanischen Stabilität. Diese Abstandhalter verfügen über starre Stützelemente oder über eine Kombination aus praktisch starren und elastischen Stützelementen, die einen Brennstab abstützen. Zwischen den Abstandhaltern befindet sich mindestens ein Zwischengitter, das Strömungsleitflächen trägt. Des weiteren verfügt ein Zwischengitter über wenigstens ein Stützelement, das den Brennstab sförmig oder wendelförmig verbiegt. Hierzu wird eine erfin-

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dungsgemäße Ausführungsform der Gestalt vorgeschlagen, daß die Abstandhalter zwei gegeneinander in Umfangrichtung des Brennstabes um 90° versetzte praktisch starre Stützelemente aufweisen und ein oder mehrere Zwischengitter gleichfalls zwei gegeneinander in Umfangsrichtung des Brennstabs um 90° versetzte Stützdlemente aufweisen, wobei die Stützelemente der Zwischengitter den Stützelementen der Abstandhalter diametral entgegengesetzt angeordnet sind. Hierdurch wird eine s-förmige Verbiegung des Brennstabes erzielt.

Als weitere erfindungsgemäße Ausführungsform kommt in Betracht eine Anordnung bei der zwischen dem oberen und dem unteren Abstandhalter zwei Zwischengitter vorhanden sind, die jeweils ein Stützelement aufweisen, wobei die zwei Stützelemente der Zwischengitter um 90° gegeneinander versetzt am Brennstab angreifen. Der obere und der untere Abstandhalter tragen dabei je zwei Stützelemente, die gegeneinander in Umfangrichtung des Brennstabs um 90° versetzt sind und den Stützelementen der Abstandhalter diametral entgegengesetzt liegen. Hierdurch wird eine wendeiförmige Verbiegung des Brennstabes erreicht.

Außer den beiden geschilderten Ausführungsformen lassen sich auch alle vorgenannten Aus führungs formen mit einer Kombination von mechanisch stabilen Abstandhaltern und Zwischengittern realisieren.

Fig. 4 bis Fig. 6 zeigen- weitere Gittermaschen von Zwischengittern und Abstandhaltern mit vorteilhaften Anordnungen der Stützelemente. Dabei sind die Zwischengitter in der oberen, die Abstandhalter in der unteren Bildhälfte angeordnet.

Bei Fig. 4 trägt der Abstandhalter 40 an den Stegen 41 und jeweils ein Stützelement 43. Dieses Stützelement ist z.B. als Noppe aus dem Steg ausgeprägt, wobei oberhalb und unterhalb

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des Stützelementes eine schmale Aussparung vorgesehen sein kann, um das Stützelement leichter aus dem Stegmaterial biegen oder drücken zu können. In einer Ecke der Masche können Federn 46 in einer dem Stand der Technik entsprechenden Weise eingehängt sein. Auf diese Federn 46 kann allerdings auch verzichtet werden, wenn die Stützelemente 44 der Zwischengitter 45 so angeordnet sind, daß die Kraft, die sie dem Brennstab aufprägen, der Kraft diametral entgegengerichtet ist, die durch die Stützelemente 43 des Abstandhalters dem Brennstab aufgeprägt wird. Dies ist, wie in Abb. 4 dargestellt, dann der Fall, wenn die Stützelemente 43 des Abstandhalters den Stützelementen 44 des Zwischengitters diametral gegenüber angeordnet sind. Die Stützelemente 44 des Zwischengitters sind in Fig. 4 wie die Stützelemente 43 des Abstandhalters als Noppen aus dem Stegmaterial· ausgeformt.

Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit, wie Zwischengitter mit niedriger Bauhöhe ausgeführt werden können. Hierbei sind die Stützelemente 54 des Zwischengitters 55 nicht als Noppen aus dem 0 Stegmaterial ausgeformt, sondern es wird der Steg als Ganzes so geformt, daß er in seinem Mittelteil eine als Stützelement dienende Welle bildet. Der zugehörige Abstandhalter 50 kann dabei entweder baugleich, mit dem Abstandhalter der Fig. 4 sein, d.h. daß die Stützelemente 53 als Noppen aus dem Steg-5 material ausgeformt werden. Es ist aber genauso möglich, den gesamten Steg so zu formen, daß er in seiner Mitte ein Stützelement bildet. Auch bei dieser Anordnung ist es möglich, die Feder 56 dann wegzulassen, wenn die Stützelemente des Zwischengitters dem Brennstab eine Kraft aufprägen, die der 0 Kraft diametral entgegengerichtet ist, die dem Brennstab durch die Stützelemente 54 des Abstandhalters 50 aufgeprägt wird.

In Fig. 6 ist das Zwischengitter 65 ausgeführt wie das Zwischengitter 55 in Fig. 5. Jeweils zwei sich kreuzende Stege 5

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und 6 sind so ausgeformt, daß sie in ihrer Mitte die Stützelemente 64 bilden. Auch bei dem Abstandhalter 60 werden die Stützelemente 63 durch d-ie Formgebung der Stege gebildet. Jedoch werden hier jeweils zwei aneinanderliegende oder eng gegenüberstehende Stege 61, 61' bzw. 62, 62' (Doppelstege) verwendet. Jeder Steg weist in der Mitte der Gitterzelle ein Stützelement 63 auf. Die Stützelemente 63 der Doppelstege weisen in entgegengesetzte Richtung. Durch diese Anordnung erhält jede Gitterzelle vier Stützelemente. Bei einer Anordnung nach Fig. 6 werden die Brennstäbe 2 mit ihrem radialen Mittelpunkt in der geometrischen Mitte der Gitterzellen des Abstandhalters gehalten und die Verbiegung erfolgt durch die Stützelemente 3.3 des Zwischengitters. Bei dieser Anordnung sind keine Federn vorgesehen. Es kann aber in den Figuren 4, 5 und 6 auch vorgesehen sein, den Brennstab bereits in den Abstandhaltern 40, 50 und 60 etwas exzentrisch zu lagern und in den Zwischengittern 45, 55 und 56 eine dieser Exzentrizität entgegengesetzte Verschiebung der Brennstabmittelachse vorzunehmen. Dabei ist aber darauf zu achten, daß in den Abstandhaltern 40, 50 und 60 keine übermäßig unsymmetrischen Kräfteverteilungen - über alle Maschen des Abstandhalters betrachtet - auftreten.

Claims (11)

GR 96 G 3686 15 Schutzansprüche

1. Brennelement für einen Druckwasser-Kernreaktor mit einem Bündel von Brennstäben (2), die von mehreren Abstandhaltern praktisch in der Mitte von Gitterzellen gehalten werden, gekennzeichnet durch mindestens drei in Achsrichtung des Brennstabes angeordnete Abstandhalter mit starren oder annähernd starren Stützelementen (3), die einen zwischen einem oberen und einem unteren Abstandhalter liegenden Abschnitt eines Brennstabes (2) s-förmig oder wendelförmig verbiegen.

2. Brennelement nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem starren oder annähernd starren Stützelement (3) eines der Abstandhalter ein starres Stützelement eines axial benachbarten Abstandhalters diametral zum Brennstab (2) gegenüberliegt .

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3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abstandhalter zwei starre oder annähernd starre Stützelemente (3) aufweist, die in zwei gegeneinander in Umfangrichtung des Brennstabes (2) um 90° versetzten Richtungen am Brennstab angreifen; daß der untere Abstandhalter ebenfalls zwei in den selben Richtungen angreifende starre oder annähernd starre Stützelemente (3) aufweist, und daß dazwischen zwei diametral zum Brennstab angeordnete annähernd starre oder vorzugsweise praktische starre Stützelemente (3) am Brennstab angreifen.

4. Brennelement nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die zwei dazwischen angreifenden Stützelemente (3) von unterschiedlichen Abstandhaltern getragen werden.

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5. Brennelement nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gittermaschen benachbarter Abstandhalter deckungsgleich übereinander liegen und der Brennstab (2) durch starre Stützelemente (3) etwas aus der Mitte der Gitterzelle mindestens eines dieser benachbarten Abstandhalter gedrückt wird.

6. Brennelement nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (3) benachbarter Abstandhalter annähernd gleich weit in die betreffende Gitterzellen hineinragen und die betreffenden Gitterzellen seitlich etwas gegeneinander versetzt sind.

7. Brennelement für einen Kernreaktor mit einem Bündel von Brennstäben (2) die von mehreren Abstandhalter praktisch in der Mitte von Gitterzellen gehalten werden, gekennzeichnet durch einen oberen und einen unteren Abstandhalter mit praktisch starren Stützelementen (3) oder einer Kombination aus praktisch starren Stützelementen (3) und elastischen Stützelementen (6) zum Abstützen eines Brennstabes, und durch mindestens ein dazwischenliegendes Zwischengitter, das Strömungsleitflächen (4) trägt und mindestens ein Stützelement (3) trägt, das den Brennstab (2) s-förmig oder wendelförmig verbiegt.

8. Brennelement nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zwischengitter mindestens ein Stützelement (3) trägt, das der durch die Stützelemente (3) der Abstandhalter auf den Brennstab (2) ausgeübten- Kraft diametral entgegenwirkt.

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9. Brennelement nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zwischengitter und mindestens zwei starre Stützelemente (3) zum Verbiegen des Brennstabes (2) vorgesehen sind.
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10. Brennelement nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die zwei
Stützelemente (3) um 90° gegeneinander versetzt am Brennstab angreifen.
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11. Brennelement nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die zwei
Stützelemente (3) diametral entgegengesetzt zu starren Stützelementen (3) des oberen und unteren Abstandhalters am Brennstab (2) angreifen.