DE3876194T2 - Abstandsgitter mit integrierten verwirbelungsleitblechen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Abstandshalter für Brennstoffstäbe, die in quadratischen Querschnitt aufweisenden Brennstoffkanälen enthalten sind, die in dem Kern von Siedewasser-Kernreaktoren (BWR) verwendet werden. Insbesondere wird ein räumlicher Separator für die Brennstoffstäbe, die in einem Kanal enthalten sind, beschrieben, der den Zweck einer Dampf-Wasser-Trennung für eine optimale Dampferzeugung hat.
• Eine BWR Brennstoffanordnung besteht aus einem Feld (Array) von Brennstoffstäben, die von einem typischerweise einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Kanal umschlossen sind. Abstandshalter sind an mehreren axialen Positionen in der Anordnung (typischerweise an 6 oder 7 Stellen) angeordnet. Die Abstandshalter haben typischerweise eine axiale Lange von 2,54 bis 5,08 cm (1 bis 2 Zoll); die Brennstoffkanäle haben typischerweise eine axiale Lange von 406,4 cm (160 Zoll). Die Hauptfunktionen der Abstandshalter bestehen darin, die einzelnen Brennstoffstäbe in ihren korrekten Positionen in der Array zu lokalisieren, eine Schwingung der Stäbe zu verhindern und die Brennstoffstäbe zu haltern, wenn die Brennstoffanordnung Handhabungs- und seismischen-Belastungen ausgesetzt wird.
• Unterkühltes Wasser tritt am Boden der Brennstoffanordnung ein und wird durch die Brennstoffstäbe erhitzt. Ein Teilstück die Anordnung hinauf erreicht das Wasser seinen Siedepunkt und die Dampfbildung beginnt. Am Beginn der Siedebereiches besteht ein dicker Wasserfilm auf den Brennstoffstäben mit einem Dampf/Wasser-Gemisch in den Bereichen zwischen den Brennstoffstäben. Bei seiner Bewegung die Anordnung hinauf nimmt die Dicke des Wasserfilms ab. Ein Konstruktionserfordernis für BWR Brennstoffanordnungen besteht darin, einen Wasserfilm über der vollen Länge der Brennstoffstäbe beizubehalten. Dieses Erfordernis schränkt die Leistung ein, die in einer Brennstoffanordnung erzeugt werden kann, und ist bei modernen Reaktoren mit hoher Energieabgabe schwierig einzuhalten.
• Die Abstandshalter sind unvermeidbar Restriktionen für die Kühlmittelströmung (Dampf/Wasser-Gemisch), so daß es eine Gestaltungsaufgabe ist, den durch die Abstandshalter erzeugten Druckabfall zu minimieren.
• Die Abstandshalter haben einen vorteilhaften Effekt auf den Wasserfilm. Jeder Abstandshalter bewirkt eine Unterbrechung der Dampf/Wasser-Strömung und scheidet einige Wassertröpfchen auf den Brennstoffstäben ab.
• Die Aufgabe eines minimalen Druckabfalles diktiert einen Abstandshalter mit minimaler Strömungseinschränkung, während die Aufgabe einer maximalen Wasserabscheidung eine massivere Struktur erfordert. Derzeitige Gestaltungen von Abstandshaltern sind ein Kompromiß zwischen diesen Aufgaben.
• Es ist eine Brennstoffanordnung in einem Reaktor bekannt, in der Stäbe, die sich über die volle Länge des Kanals erstrecken, von wendelförmigen Elementen begleitet sind, die sich über die volle Länge des Kanals erstrecken. Diesbezüglich wird auf das Papier mit dem Titel "On Fuel Assemblies with Deflectors for Steam Water Separation for Boiling Water Reactors" von Jorgën und Marstraid, veröffentlicht durch die Bücherei der Danish Atomic Energy Commission Research Establishment Riso, Juli 1971, verwiesen. Dieser Reaktor ersetzt auf wirksame Weise die wendelförmigen Elemente, die sich über die volle Länge des Brennstoffkanals für Stabelemente erstreckt. Es waren jedoch abnorme Rückdrucke in dem aufsteigenden Dampf/Wasser-Gemisch vorhanden aufgrund der Länge der wendelförmigen Elemente. Zusätzlich bildete das Material, das zur Herstellung derartiger Elemente erforderlich war, einen Neutronenabsorber, der die Leitungsfähigkeit des Reaktors verschlechterte.
• Aus der EP-A-148 452 ist es bekannt, rasterförmige Abstandshalter zu verwenden. Diese Abstandshalter können kurze Schaufeln auf dem Oberteil des Rasters haben, wo sie den Stab umschließen. Dies erteilt dem hindurchtretenden Strömungsmittel eine Turbulenz. Die Trennung von Dampf aus Wasser mit der Klassifikation von Wasser zu und in Richtung auf die Stäbe innerhalb des Reaktors ist nicht offenbart oder angeregt.
• Die vorliegende Erfindung schafft eine Abstandsanordnung, um einer hindurchtretenden Dampf-Wassermischung eine Wirbelbewegung zu erteilen innerhalb eines langgestreckten, in Polygonabschnitte unterteilten Brennstoffkanals, der longitudinal verlaufende Brennstoffstäbe aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination:
• eine Matrix von schraubenförmig verdrehten Metallblech-Abstandselementen, die jeweils eine kontinuierliche Schraubenlinie bilden und einen kleinen Bruchteil der Gesamtlänge des langgestreckten Brennstoffkanals aufweisen, wobei die schraubenförmig verdrehten Metallblechelemente so angeordnet sind, daß jeder Brennstoffstab mehrere schraubenförmig verdrehte Metallblech-Abstandselemente hat, die einen kleinen Bruchteil der Gesamtlänge des Stabes in der gleichen horizontalen Ebene des Stabes umgeben,
• jedes schraubenförmig verdrehte Metallblechelement zwischen einem oberen schraubenförmig verdrehten Ende und einem unteren schraubenförmig verdrehten Ende vorstehende Gitterverbinder bildet, die sich zwischen benachbarten schraubenförmigen Elementen erstrecken, um Verbindungspunkte zwischen benachbarten diskreten schraubenförmig verdrehten Metallblechelementen zu bilden, damit jedes schraubenförmig verdrehte Metallblechelement zu einer Matrix verbunden werden kann, um eine Zelle von schraubenförmigen Elementen um jeden Brennstoffstab herum zu bilden,
• die vorstehenden Gitterverbinder miteinander verbindende Mittel, wodurch die schraubenförmigen Elemente die Brennstoffstäbe gegeneinander im Abstand halten, die Brennstoffstäbe im Abstand von dem Brennstoffkanal halten und einer hindurchtretenden Fluidströmung eine schraubenförmige Strömung und Turbulenz erteilen.
• Es wird eine Abstandsanordnung angegeben, um einer hindurchtretenden Dampf-Wassermischung in einem Brennstoffkanal eines Siedewasserreaktors eine Wirbelbewegung zu erteilen. Die Abstandsanordnung ist an periodischen Intervallen entlang der Innenseite eines in Abschnitte mit quadratischem Querschnitt unterteilten Brennstoffkanals angeordnet, um so die Brennstoff enthaltenden Stäbe voneinander und von den Seiten des Brennstoffkanals zu trennen. Jedes einzelne Abstandselement ist aus einer Matrix von schraubenförmig verdrehten Metallblech-Abstandselementen für den Zweck aufgebaut, eine Trennung von Dampf aus dem Wasser in dem Dampf-Wasser- Gemisch herbeizuführen und Wasser auf den Oberflächen der Brennstoffstäbe abzuscheiden. Jedes schrauben- bzw. wendelförmige Element ist ein verdrehtes planares Metallteil und weist eine Drehung der Metallflächen in der Größenordnung von 450º über einer typischen Länge von 5,08 cm (2 Zoll) auf. Für jedes 90º Drehungsintervall von dem Oberteil zum Unterteil von jedem schraubenförmigen Element sind paarige Gitterverbindungen vorgesehen für eine Befestigung an benachbarten Elementen. Zwischen den Gitterverbindern für eine Konfrontation mit den im Abstand angeordneten Brennstoffstäben sind Stabanschläge angeordnet, um direkt gegen die Brennstoffstäbe anzuliegen. Die Gitterverbindungen an dazwischenliegenden Stellen bilden auch Federhalterungen, um eine Feder für jede Zelle wirksam werden zu lassen, die durch vier benachbarte schraubenförmige Elemente gebildet ist. Die gehalterte Feder spannt den Brennstoff stab gegen eine Zellenseite vor. Alternativ können Maßnahmen vorgesehen sein, um die schraubenförmigen Elemente mit zentralen, longitudinal verlaufenden Schlitzen zu versehen, um integrale, eingebaute Federn abwechselnd in benachbarten Positionen in Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigerrichtung zu bilden. Wenn die Abstandshalter an im Abstand angeordneten vertikalen Stellen innerhalb eines Brennstoffkanals (beispielsweise sieben 5,08 cm (2 Zoll) Abstandshalter, die entlang einem Brennstoffkanal mit einer Länge in der Größenordnung von 406,4 cm (160 Zoll) gleichmäßig verteilt sind) eingebaut sind, erfolgt eine Dampftrennung an der Innenseite von jedem schraubenförmigen Element mit einer Wassertrennung an der Außenseite von jedem schraubenförmigen Element und auf den Dampf erzeugenden Stäben. Ein derartiger Abstandshalter verbessert die Thermodynamik der Dampferzeugung, indem Wasser auf den Brennstoffstäben beibehalten wird, der Dampf aus dem Wasser in der Dampf/Wasser-Strömung abgetrennt wird und eine leichtere und weniger Neutronen absorbierende metallische Masse in dem Reaktor als bei bekannten Abstandshaltern ausgebildet wird.
• Die Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber derzeitigen Abstandshaltern dar. Sie scheidet mehr Wasser auf den Brennstoffstäben ab und hat einen kleineren Druckabfall. Die Wassersabscheidung wird durch Verwirbelungsschaufeln hervorgerufen, die der Kühlmittelströmung eine Wirbelkomponente erteilen. Die Verwirbelungsschaufeln bilden einen größeren Teil der Abstandshalterstruktur und bieten wenig Widerstand gegenüber der Kühlmittelströmung. Die Wirkung der Verwirbelungsschaufeln kann beschrieben werden.
• Eine Verwirbelungsschaufel ist in jedem Unterkanal angeordnet, um eine Wirbelströmung oder Vortex in jedem Unterkanal hervorzurufen. Die Verwirbelungsschaufel besteht aus einem verdrehten Streifen mit vorstehenden Armen. Die vorstehenden Arme sind an den vorstehenden Armen von benachbarten Verwirbelungsschaufeln angeschweißt, um eine durchgehende Struktur zu bilden.
• Die Wirbelströmung ruft eine Zentrifugalkraft hervor, die radial außen von der Mitte des Unterkanals wirksam ist. Die schweren Wassertröpfchen bewegen sich aufgrund der Zentrifugalkraft in Richtung auf die Brennstoffstäbe. Dieses physikalische Prinzip wird in Dampfabscheidern und in Zentrifugen verwendet, aber mit unterschiedlichen Geometrien. Die Wirbelströmung besteht für eine gewisse Strecke hinter jedem Abstandshalter, so daß sich die Wasserabscheidung auf den Brennstoffstäben zwischen den Abstandshaltern fortsetzt.
• Die Verwirbelungsschaufeln bestehen aus verdrehten Streifen von Zircaloy oder Inconel. Wenn die Wasser-Dampfmischung in dem Unterkanal durch den Abstandshalter strömt, zwingt der verdrehte Streifen die Mischung, einem schrauben- bzw. wendelförmigen Pfad zu folgen, wobei der Strömung eine Drehkomponente erteilt wird.
• Die Materialmenge, die bei den hier vorgeschlagenen Verwirbelungsschaufel-Abstandshaltern verwendet wird, ist kleiner als bei bekannten Abstandshaltern. Die Querschnittsfläche des Verwirbelungsschaufel Abstandshalters ist ebenfalls kleiner als bei bekannten Abstandshaltern, wodurch durch den Abstandshalter eine kleinere Beschränkung bzw. Durchflußbegrenzung für die Kühlmittelströmung geboten wird. Die Verwirbelungsströmung beeinflußt die Strömungsverteilung zwischen den Abstandshaltern und konzentriert die Strömung in dem Mittelbereich von jedem Unterkanal. Die Strömungsverteilung ergibt auch einen kleineren Druckabfall zwischen den Abstandshaltern, als er bei bekannten Abstandshaltern erhalten wird. Es besteht zwar ein gewisser Druckabfall, der mit der Erzeugung der Verwirbelungsströmung zusammenhängt, aber der resultierende Effekt ist, daß sich ein kleinerer Druckabfall durch das Brennstoffbündel ergibt.
• Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen deutlich.
• Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung von vier schraubenförmigen Elementen, die in einer Zellenanordnung um einen gestrichelt gezeigten Brennstoffstab verbunden sind, wobei schematische Pfeile die schraubenförmige Turbulenz darstellen, die einer aufwärts strömenden Dampf- Wassermischung erteilt wird.
• Figur 2 zeigt perspektivisch einen aufgeschnittenen Brennstoffkanal mit einem Abstandshalter gemäß der Erfindung, der in einem Brennstoffkanal mit quadratischem Querschnitt angeordnet ist.
• Figur 3A ist eine Draufsicht auf ein ebenes Metallblech, das zur Herstellung eines einzelnen schraubenförmigen Elementes gemäß der Erfindung geschnitten ist.
• Figur 3B ist eine Darstellung von einem in Gegenuhrzeigersinn verdrehten Metallelement gemäß Figur 3A, wobei das Element über 450º einer schraubenförmigen Drehung verdreht ist.
• Figur 3C ist das Element gemäß Figur 3B, aber um 90º gedreht, so daß die abwechselnde Anordnung der Gitterverbinder besser verständlich wird.
• Figur 4A ist eine schematische Darstellung, wenn man nach unten auf eine Abstandshalterzelle mit einem darin enthaltenen Brennstoffstab blickt, und zeigt die Federvorspannung des Stabes gegen Anschläge, die durch das schraubenförmige Element gebildet sind.
• Figur 4B ist eine Seitenansicht der Zelle gemäß der Figur 4A und stellt die Anordnung der Feder dar.
• Figur 4C ist eine Ansicht der Feder.
• Figur 4D ist eine Ansicht von einem ersten alternativen Ausführungsbeispiel der Feder.
• Figur 4E ist eine Ansicht von einem zweiten alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• Figur 5A ist eine schematische Draufsicht auf einen Abstandshalter gemäß Figur 2 und stellt die Anordnung der Federanschläge und Unterkanalanordnungen dar.
• Figur 5B ist eine Ansicht von einer Unterkanalanordnung.
• Figur 6A ist eine Ansicht der Außenkante des Abstandhalters.
• Figur 6B ist eine Seitenansicht des äußeren Endes eines Abstandshalters.
• Figur 7A ist eine Seitenansicht von einem geschlitzten schraubenförmigen Element (ähnlich Figur 3A), wobei der Schlitz für die Einführung von Federkräften in das einzelne Element angeordnet ist.
• Figur 7B ist eine Seitenansicht des verdrehten Elements ähnlich Figur 3B.
• Figur 7C ist eine Seitenansicht des gedrehten Elements ähnlich Figur 3C.
• Figur 8A ist eine Draufsicht auf die Abstandselemente gemäß Figur 7, die zu einer Zellenanordnung zusammengebaut sind.
• Figur 8B ist eine Seitenansicht der Abstandselemente gemäß Figur 8A.
• Figur 9 ist eine auseinandergezogene Ansicht von einer Einspannvorrichtung, die die Abstandselemente in einer Anordnung halten kann, damit die Elemente zu der in Figur 2 gezeigten Anordnung punktgeschweiß oder lasergeschweiß werden können.
• Anhand von Figur 1 wird die Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen Abstandsanordnung leicht verständlich. Ein Brennstoffstab R ist in gestrichelten Linien gezeigt. Er ist von schraubenförmigen Abstandselementen E1, E2, E3 und E4 umgeben. Diese vier schraubenfömigen Abstandselemente E1-E4 bilden eine Zelle zum Einschließen des Stabes R.
• Gleichzeitig erteilen die Abstandselemente der hindurchtretenden Dampf-Wassermischung, die durch den Brennstoffkanal nach oben zirkuliert, eine Wirbelbewegung.
• Schraubenförmige Elemente E1, E3 sind in Uhrzeigerrichtung verdreht. Infolgendessen erteilen sie der Wasserdampfströmung eine in Uhrzeigerrichtung schraubenförmige Bahn.
• In ähnlicher Weise sind Elemente E2, E4 in Gegenuhrzeigerrichtung verdreht. Infolgedessen erteilen sie der hindurchtretenden Wasserdampfströmung eine in Gegenuhrzeigerrichtung schraubenförmige Bahn.
• Diese Wirbelbewegung (Vortex) hat einen klassizifierenden Effekt auf die Dampf-Wassermischung. Insbesondere wird das Wasser zur Außenseite der Schraubenbahn geschleudert und somit auf den Stab R (oder benachbarte, nicht gezeigte Stäbe). Der Dampf wird sich, da er leichter ist, mehr in der Mitte der Elemente E1-E4 selbst einschließen. In einem derartigen Einschluß wird der Dampf das Volumen einnehmen, das sich zwischen den Stäben befand.
• Die Stäbe R können Wärineübertragungsprobleme aufweisen, die zu der Dampferzeugung in Beziehung stehen. Insbesondere wenn sich große Dampfbereiche auf der Oberfläche der Stäbe ansammeln, tritt kein normaler Wärmeübergang von dem Wasser auf den hindurchtretenden Dampf ein. Der Stab kann dann lokale Hitzeflecken entwickeln. Dies gilt insbesondere für den oberen Teil des Kanals.
• Der Leser wird verstehen, daß diese Beschreibung eine Vereinfachung ist. Es sind in der Tat Rückführungs- Charakteristiken zu solchen Taschen identifiziert worden, die den Reaktor-Wirkungsgrad ernsthaft stören. Vereinfacht ausgedrückt, durch die intermittierende Anordnung des Abstandselementes gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten verkleinert.
• In Figur 2 ist die Anordnung eines typsichen Abstandshalters dargestellt. Ein Kanal C ist mit mehreren Stäben R gezeigt, die in dem Kanal eingeschlossen sind. Die Seitenwand des Kanals C ist an dem Abstandshalter Sp aufgeschnitten. Der Abstandshalter Sp enthält viele Elemente E, die in einer Matrix verbunden sind.
• Die Brennstoffkänale haben eine Länge in der Größenordnung von 406,4 cm (160 Zoll). Die einzelnen Abstandselemente haben eine Länge in der Größenordnung von 5,08 cm (2 Zoll). Typisch sind sieben derartige Abstandshalter entlang der Länge von jedem einzelnen Brennstoffkanal verteilt. Es wird deshalb verständlich, daß die Abstandshalter zwei Funktionen haben.
• Erstens, und das gilt für diejenigen Bereiche des Stabes, wo sich die Abstandshalter überlappen, erteilen sie die beschriebene Wirbelströmung.
• Zweitens, und das gilt für das Wasservolumen in dem Kanal um die Stäbe herum zwischen den Abstandshaltern, wird eine umfassende Wirbelströmung mit der beschriebenen Trennung von Dampf und Wasser erteilt.
• In Figur 3A ist der Aufbau eines einzelnen Elements E schematisch dargestellt. Zunächst enthält das Element E einen ebenen Metallstreifen 12 mit einer rechteckigen Konfiguration. Das metallische Element 12 hat zwei Arten von Ansatzstücken, die von seinen longitudinalen Seitenkanten vorstehen. Die ersten dieser Ansatzstücke sind Gitterverbinder 14, 15. Die Gitterverbinder 14 sind so angeordnet, daß sie bei jeder Drehung von 180º in der gleichen Ebene bleiben. Sie bilden die Verbindung der entsprechenden Elemente miteinander.
• Die Gitterverbinder 15 sind in einem Winkel von 90º in Bezug auf die Verbinder 14 angeordnet. Diese entsprechenden Gitterverbinder bilden Verbindungen mit benachbarten Elementen. Es ist aus der Zeichnung ersichtlich, daß die Gitterverbinder 14, 15 L-förmig sind. Die Basis des L erstreckt sich in Richtung auf die Seitenkante des rechteckigen Streifens 12. Der Schenkel des L ist senkrecht zu der Seitenkante des Streifens 12 und von diesen weggerichtet.
• Ein zweites vorstehendes Element enthält Anschläge 16, 17. Diese entsprechenden Anschläge ruhen gegen die Oberflächen von benachbarten Brennstoffstäben. Zwei paarige Anschläge 16 und 17 befinden sich in der oberen 180º Drehung der Elemente. In ähnlicher Weise befinden sich zwei Anschläge 16 und 17 in der unteren 180º Drehung der Elemente. Diese Anordnung der Anschläge bildet acht diskrete Anschläge, die jeden Brennstoffstab umgeben.
• Die Fertigung der einzelnen Elemente E ist einfach zu verstehen. Typisch wird das Material aus Metallblech ausgestanzt. Anschließend kann eine Verdrehung über den beschriebenen Winkel von 450 erfolgen. Dies kann entweder dadurch erfolgen, daß zwischen den oberen und unteren Kanten Zug ausgeübt und physikalisch verdreht wird oder indem das Element E in Stufen gestanzt wird, um ihm die Verdrehung zu erteilen.
• Bezüglich der Figuren 4A, 4C wurde es für möglich befunden, eine Feder innerhalb der Matrix der Elemente E anzuordnen. In Figur 1 sind Elemente E1, E2, E3 und E4 dargestellt. Diese Elemente bilden eine Zelle. Matrixverbinder 14 und 15 sind ebenfalls dargestellt. Diese Matrixverbinder 14 sind miteinander verschweißt worden.
• In Figur 4C ist eine Feder dargestellt. Die Feder weist typisch eine endlose Metallschleife 20 auf. Die Schleife ist mit einer Kerbe 22 am Oberteil und einer Kerbe 24 am Unterteil gebogen. Diese Kerben passen in die entsprechend verbundenen Matrixverbinder 14. Die Feder weist zwei Vorsprünge 26 auf. Die Vorsprünge können mit einem Stab auf der einen und anderen Seite der Feder in Kontakt kommen. Somit ist ersichtlich, daß eine gemäß Figur 4C angeordnete Feder Stäbe in zwei Zellen vorspannt. Es wird deutlich, daß das Abstandselement nur erfordert, daß sich eine Feder in jeder Zelle befindet. Deshalb erfüllt gewöhnlich eine Feder die Erfordernisse von zwei benachbarten Zellen.
• In Figur 4D ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Feder 20 dargestellt. Genauer gesagt, ist eine endlose Schleife durch eine Punktschweißung von zwei parallelen Abschnitten der Feder gebildet. Vorzugsweise sind die Federenden punktgeschweißt, um so Ansatzstücke 14 oder 15 zu schließen, die sich zwischen benachbarten schraubenförmigen Elementen erstrecken.
• In Figur 4E ist ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel der Feder 20 gezeigt. In diesem Fall ist die endlose Schleife der Feder zwischen den Ansatzstücken 14, 15 angeordnet, wenn die diskreten Elemente in einer Matrix miteinander verbunden werden. Es sollte aus den gezeigten Beispielen deutlich werden, daß der Aufbau der hier gezeigten Feder 20 zahlreiche Abänderungen zuläßt.
• Bezüglich Figur 4A sei bemerkt, daß bei Vorhandensein der Feder 20 einige der Anschläge 16, 17 nicht benutzt werden. Verständlicherweise könnten diese Anschläge von dem Metallstreifen 12 beseitigt werden, bevor er verdreht wird, um die hier beschriebene Schraubenform zu bilden. Dies ist jedoch nicht besonders vorteilhaft, da die in Figur 3A dargestellte axiale Symmetrie ermöglicht, daß die Verdrehung der entstehenden Bänder bzw. Streifen gleichförmig ist.
• Es wird auch erkannt werden, daß diejenigen Anschläge, die für die Verdrehung in Uhrzeigerrichtung verwendet werden, die Anschläge sind, die nicht verwendet werden, wenn der Streifen in Gegenuhrzeigerrichtung verdreht wird, wobei die identische Anordnung der Feder 26 in Bezug auf den Stab angenommen wird. In ähnlicher Weise werden bei einer Verdrehung in Gegenuhrzeigerrichtung diejenigen Anschläge nicht verwendet, die bei einer Verdrehung in Uhrzeigerrichtung verwendet werden. Somit wird deutlich, daß aus praktischen Gründen die Beibehaltung der gezeigten Symmetrie ermöglicht, daß ein gestanztes Teil für eine Einheitlichkeit in allen Zellenplätzen sorgt.
• In Figur 5A ist eine schematische Darstellung gezeigt. Die Darstellung zeigt zwei Stäbe R, Anschläge 16 und 17 und eine Feder S dazwischen. Die Feder S spannt die Stäbe in jeder der diskreten Zellen gegen benachbarte Anschläge vor. Aus Figur 5A wird deutlich, daß eine Abflachung der Elemente E5 auftritt. Diese Abflachung tritt an der Seitenkante auf.
• In Figur 6B ist das Erscheinungsbild der spiralförmigen Elemente E in Draufsicht gezeigt.
• Es ist selbstverständlich möglich, in die Spiralelemente E einen natürlichen Federmechnanismus einzubauen. Ein derartiger natürlicher Federmechanismus ist in den Figuren 7A, 7B und 7B dargestellt.
• In Figur 7A ist ein rechteckiges Blech 32 dargestellt, das einen Längsschlitz 34 aufweist. Matrixverbinder 34 sind am unteren Ende und bei einer Drehung von 90º von oben angeordnet. Matrixverbinder 35 sind an dem oberen Ende und bei einer Drehung von 90º von dem unteren Ende angeordnet. Entsprechende Anschläge 36, 37 und 38 sind dazwischen ausgebildet.
• Gemäß Figur 7B bilden Gitterverbinder 34 eine Verbindung mit dem Gitter entlang einer Ebene. Gemäß Figur 7C bilden Gitterverbinder 35 eine Verbindung entlang einer orthogonalen Ebene.
• Es ist ersichtlich, daß der Mittelabschnitt des Elements E' elastisch ist.
• In Figur 8A sind Elemente E1', E2', E3' und E4' um einen Stab R herum gezeigt. Die schraubenförmigen Elemente E1'- E4' sind an ihren Anschlägen gegen den Stab R vorgespannt. Diese Konstruktion ist in Figur 8B dargestellt.
• Figur 9 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung von einer Einspannvorrichtung zur Fertigung der Matrixelemente. Hierbei sind Elemente E an ihren entsprechenden Matrixverbindern 14, 15 eingespannt. Sie sind so eingespannt, daß die Matrixverbinder Seite an Seite angeordnet sind. Diese Einspannung tritt auf, wenn Elemente 14 durch Kerbstäbe 44 und Elemente 15 durch Kerbestäbe 45 aufgenommen werden. Eine derartige Auflage erfolgt zwischen Stäben 47, die über Stäben 45 liegen, und Stäben 48, die über Stäben 44 liegen.
• Es kann wünschenswert sein, die Federn in einer Schleife um die Matrixverbinder herum anzuordnen. In einer derartigen Anordnung um die Matrixverbinder herum werden die Federn zunächst in der Einspannvorrichtung angeordnet. Anschließend werden die Federn auf der einen oder anderen Seite angebracht, während die erforderlichen Punktschweißungen gemacht werden.
• Es kann wünschenswert sein, Eckelemente K in der Matrix anzuordnen. Derartige Eckelemente K können punktgescheißt werden und können einen Anschlag auf ihrer innenseitigen Kante aufweisen (in gestrichelten Linien gezeigt bei 50 in Figur 2).
• Es können Abänderungen in der Länge und Breite der einzelnen Elemente vorgenommen werden, die den Abstandshalter gemäß der Erfindung bilden. Beispielsweise müssen die Abstandselemente nicht auf die hier beschriebene, bevorzugte Länge beschränkt sein. Beispielsweise müssen die Abstandselemente nicht auf die bevorzugte Länge und Breite, wie sie hier beschrieben wurde, beschränkt sein. Die Länge und Breite kann eingestellt werden in Abhängigkeit von den Konstruktionserfordernissen eines Brennstoffbündels. Wenn ein kleiner Druckabfall durch den Abstandshalter gewünscht wird, kann die Breite der Elemente verkleinert und die Länge vergrößert werden, um der Strömung eine schwächere Wirbelkomponente zu geben. Wenn eine maximale Trennung von Dampf und Wasser gewünscht wird, wird die maximale Breite verwendet und die Länge verkürzt.
• Somit ist verständlich, daß eine brauchbare Stababstandshaltervorrichtung beschrieben wurde. Der erforderliche Stababstand wird beibehalten, der Wärmeübergang von Hochleistungs-Reaktor-Brennstoffstäben wird verbessert und der Druckabfall durch den Abstandshalter wird verkleinert.

Claims (8)

1. Abstandsanordnung (S), um einer hindurchtretenden Dampf-Wassermischung eine Wirbelbewegung zu erteilen innerhalb eines langgestreckten, in Polygonabschnitte unterteilten Brennstoffkanals (C), der longitudinal verlaufende Brennstoffstäbe (P) aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination:

eine Matrix von schraubenförmig verdrehten ins Metallblech-Abstandselementen (E1-E4) , die jeweils eine kontinuierliche Schraubenlinie bilden und einen kleinen Bruchteil der Gesamtlänge des langgestreckten Brennstoffkanals aufweisen, wobei die schraubenförmig verdrehten Metallblechelemente so angeordnet sind, daß jeder Brennstoffstab mehrere schraubenförmig verdrehte Metallblech-Abstandselemente hat, die einen kleinen Bruchteil der Gesamtlänge des Stabes in der gleichen horizontalen Ebene des Stabes umgeben,

jedes schraubenförmig verdrehte Metallblechelement (E1-E4) zwischen einein oberen schraubenförmig verdrehten Ende und einem unteren schraubenförinig verdrehten Ende vorstehende Gitterverbinder (14, 15) bildet, die sich zwischen benachbarten schraubenförmigen Elementen erstrecken, um Verbindungspunkte zwischen benachbarten diskreten schraubenförmig vercrehten Metallblechelementen zu bilden, damit jedes schraubenförmig verdrehte Metallblechelement zu einer Matrix verbunden werden kann, um eine Zelle von schraubenförmigen Elementenum jeden Brennstoffstab herum zu bilden,

die vorstehenden Gitterverbinder miteinander verbindende Mittel, wodurch die schraubenförmigen Elemente die Brennstoffstäbe gegeneinander im Abstand halten, die Brennstoffstäbe im Abstand von den Brennstoffkanal halten und einer hindurchtretenden Fluidströmung eine schraubenförmige Strömung und Turbulenz erteilen.

2. Abstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Brennstoffstab in einer Zelle enthalten ist, die von vier schraubenförmigen Elementen (E1-E4) umgeben ist.

3. Abstandsanordung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der schraubenförmigen Elemente des Abstandshalters in Uhrzeigerrichtung geformt ist und wenigstens eines der schraubenförmigen Elemente des Abstandshalters in Gegenuhrzeigerrichtung geformt ist.

4. Abstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Feder (20) aufweist, die mit den Abstandselementen verbunden ist, um einen Stab in der Zelle vorzuspannen.

5. Abstandsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Schraubenförmige Elemente in der Mitte geschlitzt ist und Kontakt mit dem Stab mit einer Federvorspannung an dem Schlitz hat.

6. Abstandsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmigen Elemente (E1-E4) so verdreht sind, daß sie eine Drehung der Metallflächen in der Größenordnung von 450º über einer Länge von 5,08 cm (2 Zoll) haben.

7. Brennstoffanordnung, die durch einen Kanal eingeschlossen ist, der mehrere Abstandsanordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist, wobei jede Abstandsanordnung eine vertikale Länge hat, die kürzer als ein zehntel der Länge des Kanals ist.

8. Verfahren zum Herstellen einer Abstandsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für einen Siedewasser- Kernreaktor, enthaltend die Schritte:

Herstellen mehrerer rechteckiger Streifen aus Metall (E1-E4),

den Metallstreifen im wesentlichen gleiche schraubenförmige Verdrehungen gegeben werden, wobei einige der Streifen in Uhrzeigerrichtung verdreht und andere in Gegenuhrzeigerrichtung verdreht werden,

Verbinden der Streifen mit den schraubenförmigen Verdrehungen in einer Matrix, um einzelne Zellen zu bilden, in denen wenigstens einer der Streifen in Uhrzeigerrichtung verdreht und wenigstens einer der Streifen in Gegenuhrzeigerrichtung verdreht ist,

Anordnen der Brennstoffstäbe in den Zellen und

Anordnen der Stäbe und Abstandshalter in einem komplementären, in Abschnitte unterteilten Kanal, wobei die verdrehten Streifenelemente die Stäbe gegeneinander im Abstand halten, die Stäbe gegenüber der Kanalseitenwand im Abstand halten und Wasser, das nach oben und durch die Zwischenräume zwischen den Brennstoffstäben in dem Kanal strömt, eine schraubenförmige Wirbelbewegung erteilen.