DE4432701A1 - Abstandshalter und mit diesem ausgerüstetes Brennelement für einen Siedereaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abstandshalter gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1 sowie ein mit diesem ausgerüstetes Brennelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.

Das Brennelement enthält ein Bündel langgestreckter Brenn­ stäbe, die von einer Vielzahl von Abstandshaltern, die im Abstand voneinander längs des Bündels angeordnet sind, ge­ halten und fixiert werden. Die Abstandshalter haben eine Vielzahl von Zellen zur gegenseitigen Fixierung der Brenn­ stäbe und werden von einem äußeren Abstandshalterrahmen um­ geben. Ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, kann von unten nach oben durch das normalerweise vertikal angeordnete Bren­ nelement fließen und kühlt während der Kernreaktion die im Brennelement angeordneten Brennstäbe.

Ein Brennelement in einem Kernreaktor besteht aus einem langgestreckten rohrförmigen Behälter, der häufig einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt hat und an bei­ den Enden offen ist und so einen kontinuierlichen Durchfluß­ kanal bildet, durch welchen das Kühlmittel des Reaktors fließen kann. Das Brennelement enthält eine große Anzahl von ebenfalls langgestreckten rohrförmigen Brennstäben, die par­ allel zueinander in genau definierten, normalerweise symme­ trischen Mustern angeordnet sind. Am oberen Ende werden die Brennstäbe durch ein Kopfstück und am unteren Ende durch ein Fußstück gehalten. Damit in gewünschter Weise Kühlmittel an den Brennstäben entlang fließen kann, ist es wichtig, daß diese auf Abstand voneinander gehalten und daran gehindert werden, beim Betrieb des Reaktors sich zu biegen oder zu schwingen. Zu diesem Zweck wird eine Vielzahl von Abstands­ haltern verwendet, die in Längsrichtung des Brennelements verteilt sind.

Bekannte Abstandshalter haben häufig einen äußeren Abstands­ halterrahmen, und innerhalb dieses Abstandshalterrahmens sind plattenförmige Bänder kreuzweise und hochkant angeord­ net, wodurch sich im wesentlichen quadratische Zellen erge­ ben. Es ist auch üblich, die Zellen aus Hülsen zu formen. Innerhalb der Zellen sind feste beziehungsweise nachgiebige Stützen für die sich durch die Zellen erstreckenden Brenn­ stäbe angeordnet.

Da das Kühlmittel in einem Siedewasserkernreaktor (BWR) kocht, bildet sich ein Verhältnis von Wasser zu Dampf aus, welches in axialer Richtung des Kerns variiert. Das Kühlmit­ tel fließt im Kern von unten nach oben. Am Boden des Kerns liegt die Temperatur des Kühlmittels unter der Siedetempera­ tur, und das Kühlmittel liegt daher nur in einer einzigen Phase vor, das heißt, der Raum zwischen den Brennstäben im unteren Teil des Brennelements ist beim Betrieb mit nicht­ kochendem Wasser gefüllt. Weiter oben, wo das Kühlmittel die Siedetemperatur erreicht hat, wird Wasser in Dampf überge­ führt, und das Kühlmittel liegt in zwei Phasen vor. Je wei­ ter oben im Kern, umso größer ist der Anteil des Dampfes im Verhältnis zum Wasser. Im oberen Teil des Kernes sind die Brennstäbe nur mit einem dünnen Wasserfilm überzogen, und außerhalb dieses Films strömt Dampf vermischt mit Wasser­ tröpfchen.

Wenn die Wärmeentwicklung in einem Brennstab im Verhältnis zum Kühlmittelstrom sehr groß wird, dann besteht die Gefahr eines Austrocknens, das heißt, der Flüssigkeitsfilm wird so dünn, daß er nicht mehr zusammenhalten kann. Der Flüssig­ keitsfilm reißt auf, und es bilden sich trockene Wandab­ schnitte auf dem Brennstab, was zu lokalen beträchtlich ver­ schlechterten Wärmeübertragungen zwischen Brennstab und Kühlmittel führt und eine beträchtlich erhöhte Wandtempera­ tur des Brennstabes zur Folge hat. Die erhöhte Wandtempera­ tur kann zu Schäden mit schwerwiegenden Folgen für die Brennstäbe führen. Die Gefahr eines Austrocknens ist am größten im oberen Teil des Brennstäbe, wo der Dampfanteil am größten ist.

Auch die Wand das Brennelementes, das heißt, die Innenseite des Brennelementkastens, welcher beispielsweise vier Identi­ sche von Abstandshaltern gehaltenen Brennstabbündel umgibt, ist mit einem Wasserfilm überzogen. Dieser Film ist jedoch nicht zwingend erforderlich, da die Wand des Brennelementka­ stens bedeutend unempfindlicher gegen Überhitzung ist als die Brennstäbe.

Die Abstandshalter beeinflussen den Strom des Kühlmittels und damit die Kühlung der Brennstäbe. Es ist bekannt, daß in einem Bereich unmittelbar unterhalb des Abstandshalters, wo das Kühlmittel den Abstandshalter noch nicht passiert hat, eine Schwächung des Wasserfilms auf den Brennstäben auf­ tritt, während in dem Bereich oberhalb des Abstandshalters, wo das Kühlmittel den Abstandshalter gerade passiert hat, dagegen eine Verstärkung des Wasserfilms auftritt. Die Ver­ stärkung des Wasserfilms ist eine Folge der Turbulenzen, welche im Kühlmittel auftreten, wenn dieses einen Abstands­ halter durchströmt. Die größte Gefahr eines Austrocknens be­ steht im oberen Teil der Brennstäbe unmittelbar unter den Abstandshaltern.

Ein begrenzender Umstand für die Austrocknungsleistung, das ist die Gesamtleistung, die dem Brennelement ohne Gefahr ei­ nes Austrocknens entzogen werden kann, ist gewöhnlich die Leistung, die denjenigen Brennstäben entnommen werden kann, welche in den Ecken des Abstandshalters angeordnet sind. Diese Brennstäbe, die im folgenden als "Eckstäbe" bezeichnet werden, sind empfindlich, da sie nur von einer geringen Kühlmittelmenge umgeben sind, wodurch ihre Belastbarkeit be­ grenzt wird, während gleichzeitig nicht-kochendes Wasser mit einer großen Moderatorkapazität außerhalb der Ecken des Brennelementkastens vorhanden ist, wodurch die Leistungser­ zeugung in den Eckstäben zu hohen Werten tendiert. Eine ge­ ringere Leistungserzeugung in den Eckstäben kann erreicht werden, indem diese eine geringere Anreicherung erhalten. Es ist jedoch nicht wünschenswert, den Anreicherungsgrad zu stark zu senken, da man gleichzeitig auf ein gleichmäßiges Anreicherungsmuster im Brennelement und auf eine möglichst hohe Leistungserzeugung Wert legt.

Eine Möglichkeit, die Kühlung zu verbessern, besteht darin, den Abstand zwischen den Abstandshaltern in der oberen Hälfte des Brennelements, wo die Empfindlichkeit am größten ist, zu verkleinern. Dies erfordert jedoch, daß der Druck­ verlust, den das Kühlmittel an den Abstandshaltern erfährt, nicht zu groß ist, da dadurch das Kühlvermögen vermindert wird. Normalerweise reicht der positive Kühlwirkung eines Abstandshalters nicht über die gesamte Strecke bis zum näch­ sten Abstandshalter. Austrocknungen treten, wie oben be­ schrieben, unmittelbar unterhalb des stromabwärts nächstge­ legenen Abstandshalters auf. Wenn eine zusätzliche Abstands­ halterebene in das Bündel eingeführt wird, dann sollte der gesamte Druckverlust in dem Brennstoffbündel dadurch nicht erhöht werden. Dies bedeutet, daß der Druckverlust an den einzelnen Abstandshaltern in einem solchen Falle verkleinert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abstandshal­ ter der oben genannten Art und ein mit diesem ausgerüstetes Brennelement zu entwickeln, bei welchem die Kühlung der Brennstäbe, insbesondere der in den Ecken der Abstandshalter angeordneten Brennstäbe, verbessert ist. Zumindest soll die Kühlung des oberen Teils der Brennstäbe derart verbessert werden, daß die Gefahr eines Austrocknens reduziert wird. Eine reduzierte Austrocknungsgefahr bedeutet, daß der Brenn­ stoff effektiver genutzt werden kann, was wirtschaftliche Vorteile beinhaltet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Abstandshalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfin­ dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge­ nannten Merkmale hat.

Weitere Ausgestaltungen des Abstandshalters gemäß der Erfin­ dung sind in den zusätzlichen Ansprüchen 2 bis 8 genannt.

Ferner wird zur Lösung der genannten Aufgabe ein Brennele­ ment gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des An­ spruches 9 genannten Merkmale hat.

Weitere Ausgestaltungen dieses Brennelementes gemäß der Er­ findung sind in den zusätzlichen Ansprüchen 10 und 11 ge­ nannt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennelement und einen Abstandshalter für einen Siedereaktor, in welchem die Küh­ lung zumindest des oberen Teils verbessert ist, insbesondere die Kühlung der Eckstäbe des Abstandshalters, so daß die Ge­ fahr eines Austrocknens verkleinert ist.

Der den Abstandshalter gemäß der Erfindung umgebende Ab­ standshalterrahmen hat einen ersten Abschnitt, der im Brenn­ element in einem Abstand von der inneren Oberfläche des Brennelementkastens angeordnet ist, und einen zweiten Ab­ schnitt, der im Vergleich zum ersten Abschnitt in einem kleineren Abstand von der inneren Oberfläche des Brennele­ mentkastens angeordnet ist. Der Abstandshalterrahmen besteht normalerweise aus vier rechtwinkligen Rahmenteilen, die an ihren entsprechenden kurzen Seiten unter 90° miteinander verbunden sind, wodurch ein Abstandshalterrahmen zum Umhül­ len der Abstandshalterzellen gebildet wird. Der zweite Ab­ schnitt ist so beschaffen, daß er an den Ecken des Abstands­ halterrahmens, also an den kurzen Seiten jedes Rahmenteils, Kühlmittel in das Innere des Abstandshalters lenkt. Dieses Kühlmittel trifft dann auf einen im weiteren als "Kante" be­ zeichneten schmalen nach innen gerichteten Wandvorsprung des Abstandshalterrahmens, der im Verhältnis zur Längsrichtung des Brennelements schräg verläuft und zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist. Der schräge Ver­ lauf der Kante ist so gerichtet, daß das Kühlmittel in Rich­ tung zum unmittelbar benachbarten Eckstab umgelenkt wird. Diese Umlenkung des Kühlmittels zu dem Eckstab bedeutet, daß mehr Kühlmittel die Eckstäbe erreicht, was wiederum bedeu­ tet, daß die mittlere Leistungsabgabe des Brennelements ver­ größert werden kann.

Der Abstandshalterrahmen ist ferner an seinen Ecken mit Aus­ sparungen versehen, die sich in Strömungsrichtung erstrecken und die durch einen oberen und einen unteren vorstehenden Teil begrenzt sind, die dazu dienen, ein Rahmenteil mit ei­ nem anderen zu verbinden, zweckmäßigerweise über eine Zelle. Die Verminderung von Material im Eckenabschnitt erlaubt eine verbesserte Kühlung des Eckstabes infolge geringerer Rei­ bung, das heißt, geringerem Strömungswiderstand zwischen dem nach oben fließenden Kühlmittel und dem Abstandshalterrahmen sowie die Zuführung von mehr Kühlmittel zu dem Eckstab, so daß die Leistungsabführung vom Eckstab ohne Vergrößerung der Austrocknungsgefahr vergrößert werden kann. Die Materialver­ minderung hat auch eine verkleinerte Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zur Folge. Alle Rahmenteile sind vorteil­ hafterweise im wesentlichen gleich aufgebaut.

Der Aufbau des Rahmenteils in anderer Hinsicht kann in vielen verschiedenen Weisen erfolgen, von denen einige unten im Zusammenhang mit der Beschreibung bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele beschrieben werden.

Zumindest der obere Teil des Brennelements, das ist der Teil des Brennelements, wo sich das Kühlmittel in einem hohen Grade im zweiphasigen Zustand befindet, ist mit der oben be­ schriebenen Abstandshalterart versehen.

In solchen Fällen, in welchen Abstandshaltern auf mehr Nive­ aus angeordnet werden sollen, wobei nicht für alle Niveaus die oben beschriebenen Abstandshalter erforderlich sind, kann zur Verminderung des gesamten Druckverlustes der untere Teil des Brennelementes mit Niedrigdruckverlust-Abstandshal­ tern versehen werden. Dies ist möglich, da die Gefahr eines Austrocknens dort nicht besteht, da das Kühlmittel dort im wesentlichen nur im einphasigen Zustand vorliegt.

Der Vorteil des Brennelement und des Abstandshalters gemäß der Erfindung besteht darin, daß sie eine wirksamere Kühlung insbesondere der Eckstäbe in den Abstandshaltern ermögli­ chen, wodurch deren Leistungsabgabe und folglich die Lei­ stungsabgabe des gesamten Brennelementes vergrößert werden kann. Ferner ist die Querschnittsfläche des Abstandshalter­ rahmens in Strömungsrichtung minimalisiert, unter anderem durch die offenen Ecken, wodurch ein geringer Druckverlust am Abstandshalter erzielt wird, was seinerseits die Möglich­ keit schafft, zusätzliche Abstandshalter auf anderen Höhen anzuordnen. In den Fällen, in denen der Abstandshalter gemäß der Erfindung in dem Brennelement zusammen mit einer anderen Abstandshalterart verwendet wird, die einen sehr niedrigen Druckverlust verursacht, kann der Druckverlust pro Abstands­ halter weiter vermindert werden und folglich der Abstand zwischen benachbarten Abstandshalter durch Verwendung weite­ rer Abstandshalter weiter verkleinert werden.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein Brennelement mit Abstandshaltern gemäß der Er­ findung,

Fig. 2a und 2b perspektivische Ansichten eines Abstands­ halterrahmens gemäß der Erfindung, welcher ein Zel­ lengitter umgibt,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausfüh­ rungsbeispiels eines Abstandshalterrahmens,

Fig. 4 ein Brennelement mit unterschiedlichen Abstandshal­ tern im oberen beziehungsweise im unteren Teil,

Fig. 5a bis 5c perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsbeispiele von Abstandshalterrahmen für Abstandshalter, die einen geringen Druckabfall ver­ ursachen.

Fig. 1 zeigt ein Brennelement 1 gemäß der Erfindung, zu welchem ein langgestreckter rohrförmiger Behälter gehört, der oft einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt hat und als Brennelementkasten 2 bezeichnet wird. Der Brenn­ elementkasten 2 ist an beiden Enden offen, so daß er einen kontinuierlichen Durchflußkanal bildet, durch welchen wäh­ rend des Betriebes das Kühlmittel des Reaktors fließt. Zum Brennelement 1 gehört eine große Anzahl von ebenfalls lang­ gestreckten rohrförmigen Brennstäben 3, welche parallel zu­ einander angeordnet sind und in denen Tabletten 4 aus nu­ klearem Brennstoff angeordnet sind. Die Brennstäbe 3 werden oben von einem Kopfstück 5 und unten von einem Fußstück 6 zusammengehalten. Die Brennstäbe 3 werden durch Abstandshal­ ter 7 auf Abstand voneinander gehalten und daran gehindert, sich beim Betrieb des Reaktors zu biegen oder zu schwingen.

Fig. 2a zeigt, daß ein Abstandshalter 7 einen äußeren Ab­ standshalterrahmen 8 hat, zu dem Rahmenteile 8a bis 8d gehö­ ren, und daß innerhalb des Abstandshalterrahmens 8 Zellen 9 angeordnet sind. Innerhalb dieser Zellen 9 sind, beispiels­ weise feste beziehungsweise nachgiebige, Stützen für die Brennstäbe 3 angeordnet, die sich durch die Zellen 9 er­ strecken.

Zu dem Abstandshalterrahmen 8 besteht gewöhnlich aus einem hochkant stehendes plattenförmiges Band. Am oberen Teil des Rahmens 8 ist eine Vielzahl von Führungslappen 12 angeord­ net, um zu verhindern, daß das Brennstabbündel, also die in die Abstandshalter 7 eingeführten Brennstäbe 3, sich beim Einschieben in den Brennelementkasten 2 oder beim Herauszie­ hen aus dem Brennelementkasten 2 verkeilen. Die Führungslap­ pen 12 werden von Teilen gebildet, die vom stromabwärts ge­ legenen Rand des Abstandshalterrahmens 8 vorstehen und die nach innen zum Zentrum des Abstandshalters um eine Faltachse abgebogen sind, die mit dem Rand des Abstandshalters zusam­ menfällt, das heißt, um eine Achse, die senkrecht zur Strö­ mungsrichtung verläuft. Die Führungslappen 12 haben zur Folge, daß der Strömungswiderstand des Abstandshalters 7 vergrößert wird, weil ein großer Teil ihrer Seitenfläche in der Projektion in Strömungsrichtung quer zur Flußrichtung verläuft. Der vergrößerte Strömungswiderstand an der stromabwärts liegenden Seite des Abstandshalters 7 ist von Vorteil, weil er eine gewisse Turbulenz verursacht, die die Wärmeübertragung zwischen den Brennstäben 3 und dem Kühlmit­ tel erleichtert und folglich den Kühlmittelfilm längs der Brennstäbe 3 aufrechterhält.

Der Abstandshalterahmen 8 ist am unteren Ende weitgehend offen ausgebildet durch die Anordnung von Öffnungen 13 und um vertikale Achsen abgebogenen Lappen, die als Führungsvor­ sprünge 14 bezeichnet werden. Durch das offene untere Ende werden größere Störungen des Kühlmittelflusses vermieden und der Druckverlust am Abstandshalter 7 begrenzt.

Die Führungsvorsprünge 14 haben den Zweck, das Bündel im Brennelementkasten 2 zu führen. Die Führungsvorsprünge 14 bestehen aus einem plattenförmigen Lappen oder dergleichen, dessen Ebene parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittels verläuft und dessen eine Seitenkante in schräger Form von dem unteren Rand des Rahmens 8 in stromabwärts weisender Richtung zum Zentrum des Abstandshalter 7 hin verläuft. Da die Seitenfläche des Führungsvorsprunges 14 parallel zur Flußrichtung angeordnet ist, bildet nur die Querschnittsflä­ che des Führungsvorsprunges 14, die senkrecht zur Ebene des Rahmens 8 und der Strömungsrichtung verläuft, ein Hindernis für den Kühlmittelfluß durch das Bündel. Hierdurch kommt es zu keiner nennenswerten Vergrößerung des Strömungswiderstan­ des.

Die Rahmenteile 8a-8d haben einen ersten und einen zweiten Abschnitt 15, 16, die einen unterschiedlichen Abstand von der inneren Oberfläche des Brennelementkastens 2 haben wo­ durch ein Abstand gebildet wird zwischen den Brennstäben 3 und der inneren Oberfläche des Brennelementkastens 2 des Brennelements 1. Der zweite Abschnitt 16 bildet eine Aus­ buchtung in Richtung zum Brennelementkasten 2, wodurch er einen kleineren Abstand vom Brennelementkasten 2 einnimmt als der erste Abschnitt 15.

Fig. 2b zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des in Fig. 2a gezeigten Abstandshalters 7. Der Abstandshalter 7 in Fig. 2b ist zur Verwendung in einem Brennelement 1 be­ stimmt, welches mindestens eine Brennstabposition enthält, die nicht von einem Brennstab besetzt ist und die in einer Ecke angeordnet ist. Der Abstandshalter 7 kann dann mit ei­ nem zurückgenommenen Eckenabschnitt und einem besonderen Rahmenteil 8e versehen werden. Das Rahmenteil 8e hat eine lange ebene Oberfläche, die zum Zentrum des Abstandshalters hin geneigt ist, um Wasser zu den Brennstäben 3 zu lenken.

Wie aus den Fig. 2a, 2b und 3 hervorgeht, sind die Öff­ nungen 13 beziehungsweise 23 am unteren Rand des Rahmens 8 so beschaffen, daß sie Kühlmittel, welches längs des Brenn­ elementkastens 2 nach oben fließt, ins Innere des Abstands­ halterrahmens 8 geleitet wird. Das Kühlmittel wird zu einem als "Kante" bezeichneten schmalen nach innen gerichteten Wandvorsprung 18 des Abstandshalterrahmens geleitet, welche im Verhältnis zu der Längsrichtung des Brennelements 1 schräg verläuft und zwischen dem ersten und zweiten Ab­ schnitt 15, 16 gebildet wird. Die Kante 18 verursacht eine Ablenkung des Kühlmittels in Richtung zu demjenigen Brenn­ stab 3 hin, der in der Ecke des Abstandshalterrahmens 8 an­ geordnet ist. Die schräge Kante 18 erstreckt sich in Stromabwärtsrichtung des Abstandshalters 7 und zur Ecke des Abstandshalterrahmens 8.

Die kurze Seite des Rahmenteils 8b ist an der Ecke mit einer Aussparung 19 versehen, die sich in Strömungsrichtung er­ streckt und die oben und unten durch vorstehende Teile 20 begrenzt wird, die zur Anordnung an einer Abstandshalter­ zelle 9 oder einem anderen Rahmenteil 8a, 8c oder 8d dienen.

Die Fig. 2a und 2b zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Abstandshalterrahmens 8, bei welchem im Mittelteil des Rah­ menteils 8b das Kühlmittel über die Öffnungen 13 ins Innere des Rahmens 8 geleitet wird und dann weiter nach oben längs des Abstandshalterrahmens 8 geleitet wird, bis es auf eine Kante 21 trifft, die sich quer zur Längsrichtung des Brenn­ elementes 1 erstreckt und zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 15, 16 liegt, wodurch das Kühlmittel verlangsamt und nach Innen zu den Brennstäben 3 umgelenkt wird, während der Druck reduziert wird. In dem zweiten Teil 16 sind fla­ schenähnliche Öffnungen angeordnet, zum Teil, um Material zu sparen, wobei der "Flaschenhals" nach unten weist und der "Flaschenboden" nach oben weist. Diese flaschenähnlichen Öffnungen stellen für einige der Öffnungen 13 eine Erweite­ rung in Stromabwärtsrichtung dar, und helfen bei der Leitung von Kühlmittel zum Inneren des Rahmens 8 am "Flaschenboden".

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Ab­ standshalterrahmens 8, welches wie das in Fig. 2a und 2b gezeigte mit einem ersten und einem zweiten Abschnitt 15, 16 versehen ist, wobei der erste Abschnitt 15, nach Anbringung im Brennelement 1, so angeordnet ist, daß sein Abstand von dem Brennelementkasten 2 größer ist als der des zweiten Ab­ schnittes 16. Das Mittelteil des Rahmenteils 8a ist abwech­ selnd mit ersten und zweiten Abschnitten 15, 16 versehen, die parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sind, wobei die ersten Abschnitte 15 mit Öffnungen 23 versehen sind, durch welche Kühlmittel mit Hilfe von Führungskappen 26 ins Innere des Rahmens 8 geleitet wird. Das Kühlmittel wird auch über den unteren Rand des zweiten Abschnittes 16 ins Innere des Rahmens 8 geleitet, von wo es aufwärts strömt, bis es auf eine Kante 21 trifft, die zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 15, 16 angeordnet ist. Die Kante verläuft schräg oder senkrecht zur Strömungsrichtung, wodurch der Kühlmittelstrom zum Inneren des Abstandshalters 7 umgelenkt wird zwecks Kühlung der in der Mitte angeordneten Brennstäbe 3. Um diese Umlenkung weiter zu erleichtern, ist eine lange flache, nach innen zum Zentrum des Abstandshalters geneigte Führungsfläche 24 an den zweiten Abschnitt 16 angeschlossen. Die lange, unter einem geringen Winkel zur Vertikalen schräg verlaufende flache Führungsfläche 24 sichert einen geringen Druckverlust, und die Führungsflächen erzeugen eine große mechanische Festigkeit, die vorteilhaft ist beim Herausheben der Abstandshalter 7 mit den darin angeordneten Brennstäben 3 aus dem Brennelementkasten 2.

Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfin­ dung, bei welcher im unteren Teil eines Brennelements 1 Ab­ standshalter 7 mit geringem Druckverlust angeordnet sind, die als Niedrigdruckverlust-Abstandshalter bezeichnet wer­ den. Die Rahmen 25 der Niedrigdruckverlust-Abstandshalter können zum Beispiel in der in den Fig. 5a bis 5c gezeig­ ten Weise ausgebildet sein. Diese Niedrigdruckverlust-Ab­ standshalter-Rahmen haben ebenfalls einen ersten und einen zweiten Abschnitt 15, 16, wobei der erste Abschnitt 15, im eingebauten Zustand in einem Brennelement 1, in einem weite­ ren Abstand von der inneren Oberfläche des Brennelementka­ stens 2 angeordnet ist, als der zweite Abschnitt 16. Der Ab­ standshalterrahmen 25 enthält abwechselnd die vertikal posi­ tionierten ersten und zweiten Abschnitte 15, 16. Der Rahmen 25 enthält Öffnungen 23, um die Materialmenge zu verklei­ nern. Sowohl oben wie unten ist der Niedrigdruckverlust-Ab­ standshalter-Rahmen mit nach innen abgebogenen Führungslap­ pen 14 versehen, die dazu bestimmt sind, die Brennstäbe 3 und den Abstandshalter 7 beim Einsetzen in den Brennelement­ kasten oder beim Herausziehen aus den Brennelementkasten 2 zu führen. Die Führungslappen 14 sind parallel zur Strömung angeordnet, wodurch der Strömungswiderstand des Abstandshal­ ters 7 kleingehalten wird.

Zweckmäßigerweise werden die Abstandshalterrahmen aus dem Material Inconel oder Zirkaloy gefertigt.

Claims (11)

1. Abstandshalter zum Halten einer Vielzahl von langge­ streckten Brennstäben (3), die in einem Brennelement (1) ei­ nes Siedereaktor von einem Brennelementkasten (2) umgeben sind, der dazu bestimmt ist, von einem Kühlmittel durchflos­ sen zu werden, welcher Abstandshalter (7) eine Vielzahl von Zellen (9) zur Aufnahme von Brennstäben (3) enthält, welche Zellen von einem äußeren Abstandshalterrahmen (8) umgeben sind, der an seinem gesamten Umfang mit einer Vielzahl von Öffnungen (13, 23) versehen ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der äußere Abstandshalterrahmen (8) einen ersten Abschnitt (15) enthält, welcher im Brenn­ element (1) in einem ersten Abstand von der inneren Oberflä­ che des Brennelementkastens (2) angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt (16) enthält, der im Vergleich zu dem er­ sten Abschnitt (15) in einer kürzeren Abstand von dem Brenn­ elementkasten (2) angeordnet ist, und daß an der Innenseite des Rahmens (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Ab­ schnitt (15, 16) eine Kante (18) vorhanden ist, die im Ver­ hältnis zur Längsrichtung des Brennelements (1) derart schräg verläuft, daß sie stromabwärts durch den Abstandshalter (7) fließendes Kühlmittel schräg zur Ecke des Abstandshalters hin umzulenken vermag.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Ecken des Abstandshal­ terrahmens (8) Aussparungen (19) vorhanden sind, die oben und unten durch vorstehende Teile (20) begrenzt sind.

3. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er mit Führungsvorsprüngen (12) versehen ist, welche Teile enthalten, die vom stromab­ wärts liegenden Rand des Abstandshalters (7) vorstehen, wo­ bei diese Teile zum Zentrum des Abstandshalters (7) um eine Achse senkrecht zur Strömungsrichtung abgebogen sind.

4. Abstandshalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er am unte­ ren Rand mit Führungsvorsprüngen (14) versehen ist, die plattenförmig oder dergleichen ausgebildet sind, wobei die Fläche der Platte parallel zur Strömungsrichtung des Kühl­ mittels verläuft und einer ihrer Seitenränder sich in ge­ neigter Weise vom unteren Rand des Rahmens (8) in Gegenströ­ mungsrichtung des Abstandshalters (7) zum Zentrum des Ab­ standshalters (7) hin erstreckt.

5. Abstandshalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Kante (21) hat, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (15, 16) erstreckt und die sich mit ihrer Fläche senkrecht oder schräg zur Strömungsrichtung erstreckt.

6. Abstandshalter nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er mit Führungsflächen (24) versehen ist, die eine lange, ebene und zum Zentrum des Ab­ standshalters (7) hin geneigte Fläche bilden und die sich, von der Kante (21) ausgehend, in Strömungsrichtung des Ab­ standshalters (7) erstrecken.

7. Abstandshalter nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem zweiten Abschnitt (16) zumindest eine flaschenförmige Öffnung vorhanden ist, die eine Erweiterung der Öffnung (13) in Stromabwärtsrichtung des Abstandshalter (7) darstellt.

8. Abstandshalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er in min­ destens einer Ecke eine lange ebene Fläche (8e) besitzt, die geneigt nach innen zur Mitte des Abstandshalters verläuft.

9. Brennelement für einen Siedereaktor, in dessen oberen Teil das Kühlmittel sich während des Betriebes im Zweipha­ senzustand befindet, während es sich im unteren Teil im we­ sentlichen im Einphasenzustand befindet, welches Brennele­ ment (1) mit einem langgestreckten Brennelementkasten (2) versehen ist, der im Betrieb an ein ihn durchfließendes Kühlmittel angeschlossen ist, mit einem Bündel aus ebenfalls langgestreckten Brennstäben (3), die in dem Brennelementka­ sten angeordnet sind und durch eine Vielzahl von Abstands­ haltern (7) gehalten werden, die in verschiedenen Höhen längs des Bündels angeordnet sind und von denen jeder eine Vielzahl von Zellen (9) zur Aufnahme von Brennstäben (3) hat, wobei diese Zellen (9) von einem äußeren Abstandshal­ terrahmen (8) umgeben sind, der über seinen gesamten Umfang mit einer Vielzahl von Öffnungen (13, 23) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenn­ element (1) mindestens einen Abstandshalter (7) enthält, der einen Abstandshalterrahmen (8) hat, welcher einen ersten Ab­ schnitt (15) aufweist, der in einer ersten Entfernung vom Brennelementkasten (2) angeordnet ist, und einen zweiten Ab­ schnitt (16) aufweist, der im Vergleich zum ersten Abschnitt (15) in einer kleineren Entfernung von der inneren Oberflä­ che des Brennelementkastens (2) angeordnet ist, und daß an der Innenseite des Rahmens (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (15, 16) eine Kante (18) vorhanden ist, die im Verhältnis zur Längsrichtung des Brennelements (1) derart schräg verläuft, daß sie stromabwärts durch den Abstandshal­ ter (7) fließendes Kühlmittel schräg zur Ecke des Abstands­ halters hin umzulenken vermag.

10. Brennelement für einen Siedereaktor, in dessen oberen Teil das Kühlmittel sich während des Betriebes im Zweipha­ senzustand befindet, während es sich im unteren Teil im we­ sentlichen im Einphasenzustand befindet, welches Brennele­ ment (1) mit einem langgestreckten Brennelementkasten (2) versehen ist, der im Betrieb an ein ihn durchfließendes Kühlmittel angeschlossen ist, mit einem Bündel aus ebenfalls langgestreckten Brennstäben (3), die in dem Brennelementka­ sten angeordnet sind und durch eine Vielzahl von Abstands­ haltern (7) gehalten werden, die in verschiedenen Höhen längs des Bündels angeordnet sind und von denen jeder eine Vielzahl von Zellen (9) zur Aufnahme von Brennstäben (3) hat, wobei diese Zellen (9) von einem äußeren Abstandshal­ terrahmen (8) umgeben sind, der über seinen gesamten Umfang mit einer Vielzahl von Öffnungen (13, 23) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Brennelements mindestens einen Abstandshalter (7) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 enthält und daß sein un­ terer Teil mindestens einen Abstandshalter mit einem gerin­ gen Druckverlust, einen sogenannten Niedrigdruckverlust-Ab­ standshalter (25), enthält.

11. Brennelement nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Niedrigdruckverlust-Ab­ standshalter (25) einen ersten und einen zweiten Abschnitt (15, 16) hat, von denen der erste Abschnitt (15) einen grö­ ßeren Abstand von der Innenseite des Brennelementkastens (2) hat als der zweite Abschnitt (16), wobei die ersten und die zweiten Abschnitte (15, 16) abwechselnd und in vertikaler Richtung angeordnet sind und daß der Niedrigdruckverlust-Ab­ standshalter (25) sowohl oben als auch unten mit nach innen abgebogenen Führungsvorsprüngen (14) versehen ist, die einen plattenförmigen Lappen oder dergleichen bilden, dessen Flä­ che parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittel angeordnet ist und dessen eine Kante sich in schräger Weise von dem un­ teren beziehungsweise oberen Rand des Rahmens (8) stromauf­ wärts beziehungsweise stromabwärts des Niedrigdruckverlust- Abstandshalter (25) sich zum Zentrum des Niedrigdruckver­ lust-Abstandshalters (25) erstreckt.