DE69301325T2

DE69301325T2 - Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust für Kernbrennstabbündel

Info

Publication number: DE69301325T2
Application number: DE69301325T
Authority: DE
Inventors: Trond A Bjornard; John F Patterson
Original assignee: Siemens Nuclear Power Corp
Current assignee: Framatome ANP Richland Inc
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: TW253061B; EP0563694A3; FI931410A0; FI931410A; EP0563694A2; KR930020479A; DE69301325D1; KR100285032B1; EP0563694B1; JPH0618690A; US5278883A; JP3328364B2; ES2082536T3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen für Reaktorkernbrennstabbündel geeigneten Äbstandshalter. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Abstandshalter für Leichtwasserreaktoren, der die Kernbrennstäbe in ihren beabsichtigten Stellungen positioniert und hält, während gleichzeitig für die Wärmeübertragung innerhalb des Brennstabbündels günstige thermohydraulische Bedingungen geschaffen und außerdem die Brennstoffzykluskosten durch zunehmende Kernbrennstoffbeladung und optimierte Brennstoffverteilung verbessert werden.

Stand der Technik

Bei für die Energieerzeugung vorgesehenen Kernreaktoren bestehen Kernbrennstabbündel üblicherweise aus stabformigen Brennelementen, die parallel mit geringem Abstand zueinander in allgemein quadratischen Konfigurationen angeordnet sind. Ein äußerer Kanal, üblicherweise quadratisch ausgeführt, umgibt die allgemein quadratische Konfiguration von Brennstäben, um ein Brennstabbündel zu bilden. Bei den Mitteln, mit denen Brennstäbe mit Abstand zueinander angeordnet werden, handelt es sich gewöhnlich um einen Abstandshalter. Ein Beispiel eines Abstandshalters ist im US-Patent Nr. 3,654,077 dargestellt und beschrieben.
Ein allgemeines Problem bei typischen Siedewasserreaktoren besteht darin, daß der zentrale Bereich der Brennstabbündel untermoderiert und überangereichert sein kann. Um die Strömung des Moderators, bei dern es sich üblicherweise um Wasser handelt, zu steigern sowie die Neutronenmoderation und - ökonomie zu verbessern, wird ein langlicher zentraler Wasserkanal, der einen zentral angeordneten Weg für die Strömung des Moderators/Kühlmittels über die Länge der Brennstäbe, jedoch in körperlich davon getrennter Anordnung, bildet, vorgesehen. Der zentrale Wasserkanal kann eine beliebige Querschnittsfläche und/oder Geometrie aufweisen, zentral und symmetrisch innerhalb des äußeren Kanals oder asymmetrisch gegenüber der Mittelachse versetzt innerhalb des äußeren Kanals positioniert und so um dessen Mittelachse angeordnet sein, daß seine Wände, die sich über die Länge des Bündels erstrecken, entweder parallel oder nichtparallel zu den Wänden des äußeren Kanals verlaufen. Bei dem zentralen Wasserkanal kann es sich um ein quadratisches oder kreisförmiges Rohr oder eine Anordnung solcher Rohre handeln, die über die Länge des Brennstabbündels verlaufen. Ein Beispiel des quadratischen zentralen Wasserkanals ist im US-Patent Nr. 4,913,876 dargestellt. Flüssigkühlmittel in ausreichender Menge wird durch den zentralen Kanal oder die Rohre umgewälzt, um das darin enthaltene Kühlmittel weitgehend oder vollständig in der Flüssigphase zu halten. Durch das Vorhandensein von Flüssigkeit im zentralen Bereich des Brennstabbündels wird, im Vergleich zu gasförmigem Moderator, die nukleare Leistungsfähigkeit des Bündels dadurch erhöht, daß Wasserstoffatome in größerer Anzahl vorliegen, die teilweise eine Neutronenverlangsamung bewirken und dadurch die Wahrscheinlichkeit weiterer Spaltungen erhöhen. Der Moderatorreaktivitätskoeffizient, der die Veränderung der Reaktorreaktivität bei sich ändernder Moderatordichte anzeigt, wird somit dadurch beeinflußt, daß flüssiger anstelle von gasförmigem Moderator im zentralen Bereich des Bündels aufrechterhalten wird.
Jedes Brennstabbündel eines wassergekühlten Reaktors in Siedewasserausführung ist bekanntlich typischerweise von einem quadratischen äußeren Kanal umschlossen, der das in dieses Brennstabbündel eintretende Kühlmittel auf dieses spezielle Brennstabbündel beschränkt, bis das Kühlmittel am Kopf des Reaktorkernes aus dem Bündel austritt. Das durch das Brennstabbündel strömende Kühlmittel ist eine Mischung aus flüssigem Wasser und Dampf. Am Bodeneintritt des Brennstabbündels besteht das Kühlmittel aus flüssigem Wasser, das eine bei oder etwa in der Nähe seiner Sättigungstemperatur liegende Temperatur aufweist. Während das Kühlmittel nach oben durch das Bündel strömt, übertragen die Brennstabe Energie auf das Kühlmittel, es wird Dampf erzeugt, und der Dampfanteil im Kühlmittel wird erhöht. Am Kopf des Brennstabbündels kann es sich bei dem durch die Brennstäbe erwärmten Kühlmittel überwiegend um Dampf handeln. Als Folge eines hohen Dampfvolumenanteiles im oberen Bereich des Reaktorkernes kann im oberen Bereich des Kernes eine Untermoderation und Überanreicherung vorliegen, weil im Vergleich zur Anzahl spaltbarer Uran- oder Plutoniumatome zuwenig Wasserstoffatome vorhanden sind. Daraus ergibt sich eine nichtoptimale Uranausnutzung. Die Neutronenausbeute kann durch Verringerung der Brennstoffmenge im oberen Bereich des Kernes verbessert werden. Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, besteht darin, den Durchmesser desjenigen Abschnittes von einem oder mehreren der Brennstäbe, die sich in den oberen Abschnitt des Kernes erstrecken, zu reduzieren.
Derzeitige Reaktor - und Brennstabbündelkonstruktionen sehen vor, Brennstäbe während der Brennstoffherstellung vom Kopf des Brennstabbündels aus einzubringen. Falls konventionell konstruierte Brennstabbündel zum Einsatz kommen und Brennstäbe mit reduzierten Durchmessern im oberen Kernbereich in das Bündel eingebracht werden sollen, müssen die Brennstäbe vom Boden aus in das Bündel eingesetzt werden. Nach erfolgtem Reaktorbetrieb müssen defekte Brennstäbe gleichermaßen vom Boden des Bündels aus herausgezogen werden. Ein defektes Brennstabbündel müßte zunächst aufgerichtet werden, wodurch es zu einer Verlagerung gerissener Brennstofftablettenfragmente innerhalb von Brennstäben, die defektfrei geblieben sind, kommen würde. Eine derartige Bewegung gerissener Brennstofffragmente in defektfrei gebliebenen Stäben kann dazu führen, daß bei solchen Stäben anschließend Defekte an der Brennstoffumhüllung auftreten. Das Abweichen von normalen Vorgehensweisen durch Aufrichten der Brennstabbündel würde kompliziertere Konstruktionen der oberen und unteren Gitterplatten und der Brennstäbe bedingen, gestiegene Herstellkosten für Brennstabbündel zur Folge haben sowie die anschließenden Betriebskosten und Risiken, die mit dem Austausch defekter Brennstäbe verbunden sind, erhöhen.
Die EP-A-0,415,205 betrifft einen seitlich einsetzbaren Abstandshalter, der so konstruiert ist, daß bestrahlte Brennstabbündel rasch repariert werden können. Im genannten Dokument wird ein Gitterabstandshalter für ein Kernreaktor-Brennstabbündel beschrieben, der aus zwei übereinanderliegenden Federgabeln besteht, von denen jede einen über die Breite des Bündels verlaufenden Sockelstreifen aufweist. Daran befestigt sind parallele Gitterstreifen, die an ihrem anderen Ende unbefestigt sind, wobei die genannten Streifen für federnden Eingriff mit den Brennstäben des Bündels ausgebildet sind. Der seitlich einsetzbare Abstandshalter ist ein Beispiel einer Vorrichtung, die kein Aufrichten der Brennstabbündel erfordert, um den defekten Brennstab oder die defekten Brennstäbe zu entfernen. Der seitlich einsetzbare Abstandshalter muß jedoch in Verbindung mit konventionellen Abstandshaltern und Gitterplatten verwendet werden.
Verbesserungen der Brennstoffzykluskosten können bekanntlich durch Erhöhung der Nettobrennstoffmenge im Brennstabbündel erzielt werden. Obwohl eine Vergrößerung des Durchmessers der Brennstäbe eine solche Erhöhung bewirken würde, würde sie gleichfalls einen höheren Widerstand gegenüber der Kühlmittelströmung innerhalb des Bündels und, damit verbunden, einen höheren Druckverlust zur Folge haben. Abstandshalter haben ebenfalls wesentlichen Anteil am Widerstand gegenüber der Kühlmittelströmung. Da es außerdem mehrere Stababstandshalter gibt, die mit gewählten Abständen über die Länge des Brennstabbündels angeordnet sind, beeinflußt ihr Gesamtanteil am Widerstand gegenüber der Kühlmittelströmung die maximale Kernbrennstoffmenge, die bei einer bestimmten Brennstabbündelkonstruktion verwendet werden kann. Es wäre somit gegenüber Konstruktionen nach dem Stand der Technik ein Vorteil, wenn ein Abstandshalter geringeren Widerstand gegenüber der Kühlmittelströmung bieten würde, so daß dadurch eine Vergrößerung des Brennstabdurchmessers und, damit verbunden, eine höhere Kernbrennstoffgesamtmenge innerhalb des Bündels möglich würden.
Nach erfolgter Einbringung der maximalen Kernbrennstoffmenge in das Brennstabbündel könnten weitere Verbesserungen hinsichtlich der Kernreaktörfahrweisen erzielt werden, falls die innerhalb des Brennstabbündels sicher erzeugbare Energiemenge gesteigert würde. Da das jeweilige Reaktorenergieniveau durch die das Bündel durchströmende Kühlmittelmenge sowie durch lokale Wärmeübertragungsbedingungen, die an der Oberfläche der Brennstäbe vorliegen, begrenzt ist, ist es in hohem Maße erwünscht, daß der Abstandshalter gegenüber der Kühlmittelströmung möglichst geringen Widerstand bietet. Es ist bekannt, daß die Wärmeübertragung und damit das Energiepotential verstärkt werden, wenn ein kontinuierlicher Wasserfilm an der Oberfläche der Kernbrennsäbe aufrechterhalten wird. Es wäre daher ein Vorteil gegenüber Konstruktionen nach dern Stand der Technik, wenn der Abstandshalter auch die Aufrechterhaltung eines Wasserfilmes an den Brennstaboberflächen unterstützen oder dazu beitragen könnte. Ein Beispiel eines Abstandshaltegitters/Mischgitters, das für Umwälzung des Kühlwassers um die Brennstabe sorgt und gleichzeitig geringen Widerstand gegenüber der Strömung bietet, ist im Patterson et al erteilten US-Patent Nr. 4,726,926 beschrieben; dieses Patent, das ein Mischgitter betrifft, dient hier als Literaturhinweis.
Zusätzlich zur Aufrechterhaltung eines Wasserfilmes an der Oberfläche der Brennstäbe ist es ebenfalls erwünscht, flüssiges Wasser, das an den Innenwänden des äußeren Kanals und an den Außenwänden des inneren Wasserkanals vorhanden ist, zur Oberfläche der Brennstäbe zu transferieren. Um den äußeren Kanal in seine korrekte Position über dem Brennstabbündel einsetzen zu können, ist ein signifikanter Zwischenraum zwischen der Außenfläche des Abstandshalters und der Innenfläche des äußeren Kanals vorgesehen. Dieser Zwischenräum läßt eine signifikante Kühlmittelströmung zwischen den Innenwänden des äußeren Kanals und dem äußeren Umfang des Abstandshalters zu. Eine derartige Bypass-Strömung ist unerwünscht, weil sie hinsichtlich des Transfers des Flüssigkeitsfilmes von den Kanalwänden zu den Brennstaboberflächen nicht so wirksam wie eine durch den Abstandshalter fließende Strömung ist. Die Bypass-Strömung kann dadurch verringert werden, daß der Zwischenraum zwischen dern Abstandshalter und den Kanalwänden begrenzt oder der Zwischenraum zwischen dem Abstandshalter und den Kanalwänden abgedichtet wird. Jede dieser Ausführungen führt dazu, daß der Abstandshalter während des Einführens oder Entfernens des äußeren Kanals leicht beschädigt werden kann.
Die EP-A-0,528,333 mit dem Titel "Boiling Water Reactor Fuel Rod Assembly With Fuel Rod Spacer Arrangement" (Siedewasserreaktor-Brennstabbündel mit Brennstab-Abstandshalteranordnung] beschreibt eine Brennstab-Abstandshalteranordnung, bei der die Brennstäbe problemlos in das Bündel eingebracht werden können. Eine Ausführung, die den Transfer von am umgebenden Kanal kondensierter Flüssigkeit zu den Brennstaboberflächen ermsglicht, während gleichzeitig ein angemessener Zwischenraum zwischen dem Abstandshalter und dem Kanal beibehalten wird, ist im US-Patent Nr. 4,749,543 beschrieben. Diese Ausführung ist jedoch insofern mit Nachteilen behaftet, als sie kompliziert ist und, da sie eine Bypass-Strömung zuläßt, nicht die gesamte Flüssigkeit von den Kanalwänden entfernt wird. Es wäre daher gegenüber Ausführungen nach dern Stand der Technik ein Vorteil, die Bypass-Strömung wirksamer zu verringern und praktisch die gesamte Flüssigkeit, die an der Innenwand des äußeren Kanals vorhanden ist, zu entfernen und den Brennstaboberflächen zuzuführen.
Abstandshalter bewirken, unabhängig von ihrer Konstruktion, daß eine Teilmenge des flüssigen Wassers, das an den Innenwänden des äußeren Kanals und an der Außenwand des zentralen Kanals kondensiert ist, entfernt oder abgestreift und ein Teil des kondensierten Wassers zu den Brennstaboberflächen transferiert wird, wodurch die Dicke des Wasserfilmes an den Brennstäben erhöht wird. Abstandshalter bewirken außerdem, daß kleine Flüssigkeitströpfchen, die in der Kühlmittelströmung enthalten sind, sich zu größeren Tröpfchen verbinden, und sie sind dabei behilflich, größere Mengen dieser größeren Flüssigkeitströpfchen den Brennstaboberflächen zuzuführen, so daß sie weiterhin dazu beitragen, die Wasserfilmdicke an den Brennstäben zu erhöhen. Daraus ließe sich der Schluß ziehen, daß zusätzliche Abstandshalter an über die Länge des Bündels verteilten Stellen angeordnet werden könnten, um als Flüssigkeitsabstreifer zu dienen und flüssige Kühlmitteltröpfchen zur Oberfläche der Brennstabe zu transferieren. Die Verwendung zusätzlicher Abstandshalter führt jedoch zu höheren Druckverlusten. Es wäre somit ein Vorteil, einen Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust bereitzustellen und zumindest einen zusätzlichen Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust anzuordnen, um den Abstand zwischen den Abstandshaltern im oberen Bereich des Kernes zu verringern und die Bildung eines Wasserfilmes an den Brennstäben zu verstärken, ohne den Druckverlust am Brennstabbündel zu erhöhen.
Obwohl bei der Konstruktion von Brennstabbündeln und Abstandshaltern Fortschritte zu verzeichnen sind, besteht Bedarf an einem Abstandshalter, der sich durch niedrigen Druckverlust auszeichnet, die lokale Wärmeübertragung verbessert und eine maximale Brennstoffbeladung ermöglicht, während gleichzeitig Veränderungen am Durchmesser individueller Brennstäbe über die Länge des Brennstabbündels vorgenommen werden können.

ZIELE DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust für einen Leichtwasserreaktor bereitzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem ein Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust dazu verwendet wird, das Leistungsvermögen von Brennstabbündeln durch Verbesserung der lokalen Wärmebedingungen an den Brennstäben zu erhöhen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust bereitzustellen, der es ermöglicht, die in ein Brennstabbündel einbringbare Brennstoffmenge zu erhöhen.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust bereitzustellen, der eine Steigerung der Neutronenmoderation im oberen Bereich des Kernes dadurch ermöglicht, daß Brennstäbe mit verringertem Durchmesser, die in den oberen Abschnitt des Kernes hineinragen, angeordnet werden können.
Es ist darüber hinaus ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Abstandshalter bereitzustellen, der die Menge der Bypass-Strömung reduziert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust bereitzustellen, der die Wirksamkeit der Reaktorbrennstoffzykluskosten erhöht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wird ein Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust zur Positionierung und Halterung der Brennstäbe eines Kernbrennstabbündels offenbart, wobei das Brennstabbündel aus parallelen länglichen Brennstäben besteht, der Abstandshalter einen Umfangsstreifen umfaßt, der einen Bereich innerhalb des Bündels begrenzt, durch den die Brennstäbe verlaufen, der Streifen, der in Strömungsrichtung eine vordere Kante und eine hintere Kante besitzt, so ausgeführt ist, daß er zur vorderen Kante hin positionierte erste Öffnungen und zur hinteren Kante hin positionierte zweite Öffnungen bildet, der Abstandshalter weiterhin Gitterelemente aufweist, die innerhalb des Bereiches verlaufen und dort angeordnet sind, um den Bereich in Unterbereiche aufzuteilen, die Gitterelemente an den Umfangsstreifen gesichert sind, jedes einzelne der Gitterelemente, das in Strömungsrichtung eine vordere Kante und eine hintere Kante aufweist, so ausgeführt ist, daß es zu der vorderen Kante des Umfangsstreifens hin positionierte erste öffnungen und zur hinteren Kante des Umfangsstreifens hin positionierte zweite Öffnungen bildet, der Abstandshalter weiterhin eine erste Federgabel besitzt, die einen ersten Endstreifen und parallele Paare erster Federstreifen umfaßt, die am ersten Endstreifen gesichert sind, jedes einzelne der parallelen Paare erster Federstreifen durch eine entsprechende der ersten Öffnungen im Umfangsstreifen und eine entsprechende der ersten Öffnungen in den Gitterelementen verläuft, die in einer ersten Ebene positionierte erste Gabel in einer ersten, von den mehreren Paaren der ersten Federstreifen definierten Richtung verläuft, der Abstandshalter weiterhin eine zweite Federgabel besitzt, die einen zweiten Endstreifen und parallele Paare zweiter Federstreifen umfaßt, die am zweiten Endstreifen gesichert sind, jedes einzelne der parallelen Paare zweiter Federstreifen durch eine entsprechende der zweiten Öffnungen im Umfangsstreifen und eine entsprechende der zweiten Öffnungen in den Gitterelementen verläuft, die in einer zweiten Ebene positionierte zweite Gabel sich im wesentlichen parallel zur ersten Ebene erstreckt, die zweite Ebene in einer von den genannten mehreren Paaren zweiter Federstreifen definierten zweiten Richtung so verläuft, daß die zweite Federgabel über der ersten Federgabel angeordnet ist, um so Brennstabdurchgänge zu bilden, durch die die Brennstäbe sich erstrecken.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung an der Länge eines typischen Siedewasserreaktor-Brennstabbündels entlang, bei dern der erfindungsgemäße Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust zum Einsatz kommt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Teildarstellung mit Blick von oben auf einen der Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust nach Fig. 1, bei der jedoch die meisten der Brennstäbe nicht dargestellt sind;
Fig. 3 ist eine Draufsichtdarstellung einer Federgabel, die Teil der in Fig. 2 gezeigten Abstandshaltereinheit mit niedrigem Druckverlust ist;
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung des Abstandshalters mit niedrigem Druckverlust und des Brennstabbündels entlang der Linie IV von Fig. 2, in der alle Brennstäbe und die oberen Federgabeln in ihrer beladenen Position dargestellt sind;
Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung des Abstandshalters mit niedrigem Druckverlust und des Brennstabbündels entlang der Linie V von Fig. 2, in der alle Brennstäbe und die unteren Federgabeln in ihrer beladenen Position dargestellt sind;
Fig. 6 ist eine Darstellung mit Blick von oben auf den Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust und das Brennstabbündel in entlang der Linie IV von Fig. 2 weggebrochener Darstellung, die die Brennstäbe und sowohl die oberen Federgabeln als auch die unteren Federgabeln in ihren beladenen Positionen zeigt;
Fig. 7 ist eine perspektivische Teildarstellung mit Blick von oben auf einen Abschnitt einer Federgabel in ihrer nichtbeladenen Position;
Fig. 8 ist eine perspektivische Teildarstellung der in Fig. 7 abgebildeten Federgabel, die diese jedoch in einer beladenen Position mit Brennstäben zeigt;
Fig. 9 ist eine perspektivische Teildarstellung mit Blick von oben auf einen Abschnitt einer anderen Federgabel, die diese in einer beladenen Position mit Brennstäben zeigt; und
Fig. 10 ist eine perspektivische Teildarstellung mit Blick von unten auf den Abschnitt der in Fig. 8 gezeigten Federgabel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

In Fig. 1 ist ein durch die Ziffer 10 gekennzeichnetes Siedewasserreaktor-Brennstabbündel allgemein dargestellt, das längliche Brennstäbe 12 umfaßt, die Kernbrennstofftabletten enthalten. Die Brennstäbe sind zwischen einer unteren Gitterplatte 14 und einer oberen Gitterplatte 16 abgestützt Die Brennstäbe 12 verlaufen durch Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust 18, von denen lediglich zwei in dieser Teilansicht dargestellt sind. Bei Einsatz derzeitiger Reaktorkonstruktionen könnten bis zu neun Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust verwendet werden. Die Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust 18 sorgen für Zwischenabstützungen der Stäbe 12 über die Länge des Brennstabbündels 10 und halten zwischen ihnen ein Abstandsverhältnis aufrecht, während sie diese gleichzeitig als Schutz vor seitlichen Schwingungen einspannen. Ein zentraler rechtwinkliger Kanal 44 ist in der Mitte der Anordnung von Brennstäben 12 vorgesehen. Ein äußerer rechtwinkliger Kanal 11 ist um die Brennstäbe 12 und die Abstandshalter 18 herum angeordnet.
Fig. 2 ist eine perspektivische Teildarstellung mit Blick von der Seite und von oben auf das Bündel 10 nach Fig. 1 und zeigt einen der Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust 18 mit dem teilweise nicht dargestellten äußeren Kanal 11. Im Bündel 10 ist eine 9 x 9 Brennstäbe aufweisende Anordnung untergebracht, wenn auch die meisten der Brennstäbe 12 aus Gründen der übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt sind. Obwohl in der Beschreibung auf eine 9 x 9 Brennstäbe umfassende Anordnung Bezug genommen wird; ist eine solche Anordnung nur aus Gründen der Veranschaulichung gewählt worden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können andere Anordnungen zum Einsatz kommen, zu denen, ohne darauf beschränkt zu sein, Anordnungen mit 8 x 8, 10 x 10 und 11 x 11 Brennstäben zählen können.
Fig. 2, auf die nunmehr Bezug genommen wird, zeigt einen Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust 18, der einen Umfangsstreifen 20 umfaßt, bei dern es sich um ein Band handelt, das vier Wände 20a, 20b, 20c und 20d bildet. Jede der Wände 20a, 20b, 20c, 20d weist eine vordere oder vorgeschaltete Kante 21b und eine hintere oder nachgeschaltete Kante 21a auf. Die Richtung der Kühlmittelströmung durch das Bündel ist durch den Pfeil F in Fig. 2 verdeutlicht. Gitterelemente 22 und 24 sind rechtwinklig zueinander angeordnet und teilen den Bereich innerhalb des Umfangsstreifens in neun separate Unterbereiche auf. Die Gitterelemente 22 und 24 sind am Umfangsstreifen 20 gesichert. Die Gitterelemente 22, 24 weisen eine (nicht dargestellte) vordere oder vorgeschaltete Kante sowie eine hintere oder nachgeschaltete Kante 22a bzw. 24a auf. Sowohl die vorgeschalteten als auch die nachgeschalteten Kanten der Wände 20a, 20b, 20c, 20d sowie die Gitterelemente 22 und 24 können konvex konturiert sein, um den Widerstand gegenüber der Kühlmittelströmung zu verringern. In acht der Unterbereiche sind Brennstäbe 12 untergebracht, und im zentralen Bereich ist der zentrale Wasserkanal 44 untergebracht, der von Kanalwänden 46 gebildet wird. Die meisten der Brennstäbe sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt. Ein quadratischer zentraler Wasserkanal 44 ist in Fig. 2 dargestellt, obwohl auch andere Formen bekannt sind und angewendet werden können. Die zentralen Kanalwände 46 erstrecken sich über die Länge des Brennstabbündels 10 und ermöglichen, daß Wasser durchden zentralen Wasserkanal 44 vom Boden zum Kopf des Brennstabbündels 10 strömen kann.
Die Umfangsstreifenwände 20a, 20b, 20c und 20d sowie die Gitterelemente 22 und die Gitterelemente 24 bilden eine in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Eierkartongrundkonstruktion. Zirkaloy, eine Zirkonlegierung, ist wegen seiner geringen Neutronenabsorption ein bevorzugter Werkstoff für die Eierkartonkonstruktion. Zwei der bekanntesten Zirkabyformen sind Zirkaloy 2 und Zirkaloy 4, die in der ASTM-Norm B 350-91 (1991) beschrieben sind; die Zusammensetzungen R60802 bzw. R60804 dienen hier als Literaturhinweis.
Jeder Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust 18 umfaßt vier Federgabeln, von denen zwei die unteren Federgabeln 36 und zwei die oberen Federgabeln 34 sind. Jede Federgabel besteht aus sechs Paaren von Federstreifen mit drei unterschiedlichen Längen 38a, 38b, 38c, die an einer Endabstützung 39 befestigt sind, wie in Fig. 3 dargestellt.
Die oberen Federgabeln 34 erstrecken sich in die Eierkartonkonstruktion des Abstandshalters durch Öffnungen 40, die im oberen Abschnitt der Umfangsstreifenwände 20a, 20c und der Gitterelemente 24 positioniert sind. In Fig. 2 ist ein Abschnitt der oberen Federgabel 34 mit den Federstreifenpaaren 38a dargestellt, die durch Öffnungen 40 in der Seitenwand 20a verlaufen. Die Federstreifenpaare 38a verlaufen weiterhin durch Öffnungen 40 im Gitterelement 24 und in den angrenzenden Unterbereich hinein. Die Länge der Federstreifen 38a ist so beschaffen, daß diese sich in den angrenzenden Unterbereich erstrecken, jedoch nicht vollständig durch diesen Bereich verlaufen. Die Federstreifen 38b der oberen Federgabel 34 verlaufen durch Öffnungen 40 in der Seitenwand 20a und in den mittleren Unterbereich hinein. Obwohl aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt, verlaufen die Federstreifen 38c der oberen Gabel 34 gleichermaßen durch Öffnungen 40 in der Seitenwand 20a in den Eckenunterbereich hinein und durch diesen Bereich hindurch, der teilweise von den Wänden 20a und 20b gebildet wird, und erstrecken sich weiterhin durch Öffnungen 40 im Gitterelement 24 in den nächsten angrenzenden Unterbereich hinein.
Eine zweite obere Federgabel 34 (aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt) erstreckt sich gleichermaßen durch Öffnungen 40 in der Umfangsstreifenwand 20c in die Eierkartonkonstruktion hinein. Die beiden oberen Federgabeln 34 sind in Fig. 4 dargestellt. Paare von Federstreifen 38a, 38b und 38c erstrecken sich in die Unterbereiche in der Nähe der Seitenwand 20c. Wie weiterhin in Fig. 4 dargestellt, sind zwei obere Federgabeln 34 im Brennstabbündel in der gleichen Ebene positioniert, in der ihre Federstreifenpaare verlaufen.
Zusätzlich zu den oberen Federgabeln 34 sind untere Federgabeln 36 vorgesehen, die unterhalb der oberen Federgabeln positioniert sind. Paare von Federstreifen 38a, 38b und 38c der unteren Federgabel 36 verlaufen durch Öffnungen 42, die im unteren oder vorgeschalteten Abschnitt der Umfangswand 20b und der Gitterelemente 22 (Fig. 2 und 5) angeordnet sind. Öffnungen 40 in den Seitenwänden 20a, 20c und den Gitterelementen 24 sind an einer höheren axialen Stelle als die Öffnungen 42 in den Seitenwänden 20b, 20d und den Gitterelementen 22 positioniert. Obwohl aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt, verläuft eine zweite untere Federgabel 36 in die Eierkartonkonstruktion durch Öffnungen 42 in der Seitenwand 20d und durch Öffnungen 42 in den Gitterelementen 22 (Fig. 5). Jedes Federstreifenpaar von beiden der oberen Federgabeln 34 und von beiden der unteren Federgabeln 36 erstreckt sich in das Brennstabbündel.
Die beiden unteren Federgabeln 36 sind in einer Ebene positioniert, die parallel zu derjenigen verläuft, in der sich die oberen Federgabeln erstrecken. Wie in Fig. 2, 4 und 5 dargestellt, erstrecken sich die Federstreifen der unteren Federgabeln in einer Richtung, die orthogonal zu derjenigen der Federstreifen der oberen Federgabel verläuft.
Durch die sich überschneidende und übereinanderliegende Anordnung der Federgabeln 34, 36, der Gitterelemente 22, 24 und des Umfangsstreifens 20 werden Brennstabdurchgänge 55 (Fig. 6) gebildet, durch die die Brennstäbe 12 verlaufen. Für die in Fig. 2 dargestellte Anordnung mit 9 x 9 Brennstäben entstehen zweiundsiebzig Durchgänge 55. Obwohl ein Brennstab jeden Durchgang 55 in einem vollbeladenen Brennstabbündel in Anspruch nimmt, ist in Fig. 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit ein Brennstab von jedem der acht Unterbereiche nicht dargestellt.
Jeder Federstreifen 38 einer jeden der Federgabeln 34, 36 besitzt Federelemente 41, die gegen die Brennstäbe 12 wirken. Fig. 3 ist eine Draufsichtdarstellung der Federgabel und zeigt die Position der Federelemente 41 in jedem Federstreifen.
Zumindest ein Federelement 41 von jeder der oberen Federgabel 34 und der unteren Federgabel 36 sorgt für Reaktionsbelastungen in zumindest zwei unterschiedlichen, senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen und spannt den Brennstab 12 als Schutz vor seitlichen Schwingungen innerhalb des Durchganges 55 (Fig. 6) ein. Jeder Brennstab 12 wird im Durchgang 55 in vier Richtungen ausschließlich durch die Federelemente 41 oder durch die Federelemente 41 in Verbindung mit Vertiefungen 43a und 43b eingespannt, die in den Umfangsstreifen 20 und den Gitterelementen 22, 24 (Fig. 2 und 6) ausgebildet sind. Die Vertiefungen 43b sind zu den nachgeschalteten oder hinteren Kanten des Umfangsstreifens 20 und der Gitterelemente 22, 24 hin positioniert, während die Vertiefungen 43a zur vorgeschalteten oder vorderen Kanten des Umfangsstreifens 20 und der Gitterelemente 22, 24 hin positioniert sind. Ein Vertiefungspaar wird von einer Vertiefung 43a und einer Vertiefung 43b gebildet. Jedes Vertiefungspaar ist an der gleichen radialen Stelle im Brennstabbündel positioniert. Die Vertiefungen 43a und 43b sind vorzugsweise als "Durchflußvertiefungen" ausgeführt, d.h. sie sind an ihren Köpfen und Böden offen, um den Druckverlust zu reduzieren.
In Fig. 6, auf die nunmehr Bezug genommen wird, wird jeder Brennstab 12 innerhalb des Bündels innerhalb eines Durchganges 55 durch das Zusammenwirken von entweder: (a) zwei Federelementen 41 und zwei Vertiefungspaaren; (b) drei Federelementen und einem Vertiefungspaar; oder (c) vier Federelementen eingespannt. Obwohl die vorliegende Erfindung aus Gründen der Übersichtlichkeit am Beispiel einer quadratischen Anordnung mit 9 x 9 Brennstäben dargestellt und beschrieben wird, ist es für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich, daß auch eine Anordnung, die keine quadratische oder rechtwinklige Konfiguration aufweist, gewählt werden und die Anzahl der Federelemente und Vertiefungen, die jeden Brennstab innerhalb des Durchganges 55 einspannen, variieren kann.
Fig. 7 bis 10 zeigen ein Paar der Federstreifen 38a der in Fig. 3 dargestellten Federgabel. Die Federstreifenpaare 38b und 38c sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 7 bis 10 nicht dargestellt, weisen aber, abgesehen davon, daß sie kürzer sind und weniger Federelemente 41 besitzen, die gleiche Konstruktion wie die Federstreifenpaare 38a auf.
In Fig. 7, auf die nunmehr Bezug genommen wird, weisen die Federstreifen 38a Federelemente 41 auf, die von Faltungen 58 gebildet werden, die in gegenläufigen Richtungen alternieren. Die Federelemente 41 und die Faltungen 58 verlaufen vertikal, um eine dreiseitige Nut oder einen dreiseitigen Kanal zu bilden. Nach erfolgter Beladung mit Brennstäben üben die Faltungen 58 eine Rückhaltekraft auf die Brennstäbe aus.
Paare von Federstreifen 38a sind zwischen den alternierenden, aneinanderstoßenden, aufeinander abgestimmten Faltungen 58 durch Punktschweißungen 60 verbunden, wobei die gegenüberliegenden Faltungen unblockierte Strömungsräume 62, wie in Fig. 7 dargestellt, bilden. Die von den Faltungen 58 gebildeten unblockierten Strömungsräume 62 sind sechseckig, ausgebildet und ermöglichen eine ungehinderte Kühlmittelströmung durch den Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust 18. Die aufeinander abgestimmten Faltungen 58, die nicht punktgeschweißt sind, sind so positioniert, daß sie aufgrund der Form und Federelastizität der Federstreifen 38a Spalten 64 an der hinteren Kante der Federstreifen 38a bilden. Die vordere oder vorgeschaltete Kante 68 eines jeden Federstreifens 38a bildet, mit Ausnahme der Vorderkante der Federelemente 41, aneinanderstoßende Kanten 70 (Fig. 10). In einer bevorzugten Ausführungsform sind die aneinanderstoßenden Kanten der vorderen oder Bodenkante 68 miteinander verschweißt. Als bevorzugter Werkstoff für die Federgabel wird Inconel eingesetzt, eine Nickellegierung, die sich durch hohe Festigkeit und durch geringeres Nachlassen der Federkraft whrend der Bestrahlung auszeichnet. Das Streifenmaterial ist vorzugsweise relativ dünn, 8 bis 12 Milli-Inch in der Dicke, um den Widerstand gegenüber der Kühlmittelströmung möglichst gering zu halten sowie die Masse und das Volumen neutronenabsorbierenden Materials zu reduzieren.
Im unbeladenen Zustand (ohne eingesetzte Brennstäbe) sind die Faltungen 58 nicht in einer Reihe ausgerichtet, sondern verlaufen aufgrund der integralen Federkraft der Federstreifen 38a eher versetzt und verkantet. Wenn ein Brennstab 12 in einem Durchgang 55 positioniert ist, üben die Faltungen 58 eine Rückhaltekraft auf die Brennstäbe 12 aus, und der Spalt 64 wird geschlossen, wie in Fig. 8 dargestellt.
Die vordere Kante 68 und die hintere Kante 69 eines jeden Federstreifens 38 kann konvex konturiert sein, um den Widerstand gegenüber der Kühlmittelströmung so gering wie möglich zu halten und den Druckverlust zu reduzieren. Die aneinanderstoßenden Kanten 70 können konvex konturiert sein, um den Druckverlust weiter zu verringern.
Um das Volumen neutronenabsorbierenden Materials zu reduzieren, können Fenster 72 in den Federstreifen 38a vorgesehen werden.
Jedes Paar der Federstreifen ist durch Schweißungen 73 an einer Endabstützung 39 befestigt. Die Endabstützung 39 verläuft vertikal und ist in einer bevorzugten Ausführungsform so konturiert, daß sie eine Dichtflche 82 bildet. Die Höhe der Endabstützung 39 übertrifft diejenige der Federstreifenpaare 38a und sorgt für Federelastizität, so daß die Dichtfläche 82 in ihrem Sitz gegenüber der Innenwand des äußeren Kanals 11 gehalten wird, um die Bypass-Strömung zu reduzieren oder sogär zu verhindern. Für jeden Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust 18 sind obere Federgabeln 34 und untere Federgabeln 36 in geringfügig unterschiedlichen Höhen im Verhältnis zueinander positioniert. Die Bypass- Strömung, die gewöhnlich zwischen den Umfangswänden 20a, 20b, 20c, 20d des Abstandshalters 18 und der Innenwand des äußeren Kanals 11 fließt, wird verringert.
Es kann jedoch erwünscht sein, eine Bypass- Strömung, insbesondere in den Bereichen der vier Ekkbrennstäbe, zuzulassen. Die Eckbrennstäbe eines Brennstabbündels sind gewöhnlich unterkühlt, weil die Kühlmitteldurchflußmenge durch die Eckbereiche des Brennstabbündels normalerweise gering ist. Um eine solche geringe Durchflußmenge auszugleichen, wird die Anreicherung der Eckbrennstäbe gewöhnlich reduziert, um eine Überhitzung dieser Stäbe zu vermeiden. Falls eine selektive Bypass-Strömung zu den Eckbrennstäben erfolgt, braucht die Anreicherung derartiger Stäbe nicht so stark reduziert zu werden, was im Falle derartiger Brennstäbe eine Nettoerhöhung der linearen Energierate zur Folge hat. Durch Verwendung einer Federgabel mit einer Dichtfläche, die sich nicht über die volle Breite des Brennstabbündels erstreckt, können eine selektiv eingeschränkte Bypass-Strömung zu den Eckbrennstäben und eine optimale Strömung in den Eckunterbereichen des Bündels erzielt werden. Durch eine derartige optimale Strömung wird die Energieerzeugung von den Eckbrennstäben sowie den anderen Brennstäben im Bündel maximiert.
Die Federgabeln 34, 36 werden vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, der wesentlich stärker als die Umfangswände 20a, b, c, d und die Gitterelemente 22 und 24 ist, die die Eierkartonkonstruktion bilden. Da eine begrenzte relative Bewegung zwischen den Federgabeln 34, 36 und der Eierkartonkonstruktion möglich ist, wird die Möglichkeit, den Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust 18 durch den Ein- oder Ausbau des Kanals 11 zu beschädigen, verringert. Die Möglichkeit, den Abstandshalter durch den Ein- oder Ausbau des Kanals 11 zu beschädigen, wird weiterhin dadurch verringert, daß die Federgabeln aus einem Werkstoff oder aus Werkstoffen hergestellt werden, die, verglichen mit dern Werkstoff der Eierkartonkonstruktion, stärker sind, durch Bestrahlung weniger stark verspröden sowie elastischer sind. Die Möglichkeit, den Abstandshalter durch den Ein- oder Ausbau des äußeren Kanals zu beschädigen, wird noch weiter verringert, weil eine relative Bewegung zwischen der Dichtung und dem äußeren Kanal sowie zwischen den Federgabeln und den Brennstäben erfolgen kann.
Wie bereits vorstehend erwähnt, besteht eine Möglichkeit, eine verbesserte Uranausnutzung sowie eine stärkere Moderation im oberen Bereich des Reaktorkernes zu erzielen, darin, den Durchmesser/die Durchmesser der Brennstäbe in der oberen Hälfte des Reaktorkernes zu verringern. Falls ein oder mehrere Brennstäbe während des Reaktorbetriebes defekt werden, ist es oft wünschenswert, solche defekten Stäbe zu ersetzen, um die teure vorzeitige Ausbringung des gesamten Brennstabbündels aus dem Reaktor zu vermeiden. Nach erfolgter Ausbringung aus dem Reaktor bedeutet die Reparatur eines Brennstabbündels, daß die obere Gitterplatte des Brennstabbündels ausgebaut werden muß, der defekte Brennstab oder die defekten Brennstäbe nach oben herausgezogen werden müssen, die defekten Stäbe ersetzt werden müssen und die Gitterplatte wieder eingebaut werden muß. Bei einem Brennstabbündel, bei dern eine Abstandshalterausführung zum Einsatz kommt, die Brennstäbe mit reduzierten Durchmessern am oberen Ende dieser Stäbe vorsieht, kann bei einer Reparatur der Austausch eines defekten Brennstabes nicht mit Hilfe konventioneller Verfahren durchgeführt werden, weil der einen größeren Durchmesser aufweisende untere Abschnitt des Brennstabes nicht durch die oberen Abstandshalter herausgezogen werden kann. Reparaturverfahren für Brennstabbündel mit Brennstäben, die solche variablen Durchmesser aufweisen, umfassen das Aufrichten des Brennstabbündels und den Ausbau der unteren anstelle der oberen Gitterplatte. Das Aufrichten des Brennstabbündeis ist schwierig und teuer und kann eine Neukonstruktion des Kernbrennstabbündels erfordern, woraus sich nachfolgende Betriebsrisiken ergeben können.
Die Federgabeln 34 und 36 sind mit anderen Elementen des Abstandshalters mit niedrigem Druckverlust weder verschweißt noch verschraubt und lassen sich leicht entfernen. Brennstäbe mit Einheits- und/oder Mehrfachdurchmessern können wegen der Elastizität der Federgabeln 34, 36 vom Kopf des Brennstabbündels aus entfernt werden, ohne vorher die Federgabeln ausbauen zu müssen. Falls als Folge von Reaktorfahrweisen ein oder mehrere Brennstäbe mechanische Defekte oder Verformungen erleiden, die einen Ausbau aus dem Brennstabbündel verbieten, ermöglicht die vorliegende Erfindung konventionelle Reparaturverfahren für ein Brennstabbündel mit oder ohne reduzierte Brennstabdurchmesser. Gemäß vorliegender Erfindung und unter Bezugnahme auf Fig. 2 werden die Federgabeln 34, 36, die die defekten Brennstäbe 12 einspannen, aus der Eierkartonkonstruktion entfernt. Das Entfernen der Federgabeln von solchen defekten Brennstäben ermöglicht es, defekte Brennstäbe nach oben herauszuziehen, ohne das Brennstabbündel oder den Abstandshalter zu beschädigen. Nach erfolgtem Austausch der Brennstäbe werden die Federgabeln 34, 36 wieder in die Eierkartonkonstruktion eingesetzt.
Der Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust 18 wird mit Hilfe irgendeines konventionellen Verfahrens am zentralen Wasserkanal gesichert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Rückhaltestreifen 86 an Stellen, die unmittelbar unterhalb und oberhalb der gewünschten axialen Position des Abstandshalters 18 liegen, durch Punktschweißungen 88 an den Wänden 46 des zentralen Wasserkanals gesichert. Vier Rückhaltestreifen 86 sind unmittelbar oberhalb des Abstandshalters 18 (zwei sind in Fig. 2 dargestellt) angeordnet und besitzen in den Kühlmittelstrom hineinragende Strömungszungen 90, die zusätzlich dazu dienen, an den Wänden 46 des zentralen Wasserkanals kondensierende Flüssigkeit zu den Brennstäben 12 zu lenken, wo sie sich als Wasserfilm an den Stäben sammeln und dadurch die lokale Wärmeübertragung verbessern kann. Rückhaltestreifen sind gleichermaßen unmittelbar unterhalb der axialen Position des Abstandshalters 18 positioniert und gesichert.
Die vorliegende Erfindung hat, wie vorstehend ausgeführt, mehrere Vorteile. Der Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust ermöglicht die Verwendung größerer Brennstabdurchmesser, wodurch die Brennstoffzykluskosten verbessert werden. Eine verstärkte Moderation des Brennstabbündels wird durch Verringerung der Durchmesser der Brennstäbe im oberen Bereich des Kernes erreicht, wodurch die Brennstoffzykluskosten um etwa 20 US-Dollar/kg Brennstoffgewichtsäquivalent verbessert werden. Der Austausch von konventionellen Brennstäben oder von Brennstäben in Bündeln, die im oberen Bereich des Brennstabbündels Brennstäbe mit verringertem Durchmesser umfassen, kann ohne Beschädigung des Abstandshalters oder der anderen Brennstäbe durchgeführt werden. Die Energieleistung des Brennstabbündels wird durch Verbesserung des Transfers von kondensierendem flüssigen Wasser vom umgebenden äußeren Kanal und zentralen Wasserkanal zu den Brennstaboberflächen gesteigert. Wegen des reduzierten Druckverlustes kann zumindest ein zusätzlicher Abstandshalter innerhalb eines Brennstabbündels installiert werden, der den Abstand zwischen den Abstandshaltern im oberen Bereich des Kernes verringert und, als Folge davon, die Wärmeübertragung auf das Kühlmittel noch weiter verbessert.
Während die vorstehende Beschreibung und die Zeichnungen. die bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen darstellen, ist es für Fachleute auf diesem Gebiet offenkundig, daß daran verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust (18) zur Positionierung und Halterung der Brennstäbe (12) eines Kernbrennstabbündels, bei dem das genannte Brennstabbündel aus mehreren parallelen länglichen Brennstäben (12) besteht, umfassend:

einen Umfangsstreifen (20), der einen Bereich innerhalb des Bündels begrenzt, durch den die Brennstäbe (12) verlaufen, wobei der Streifen eine vorgeschaltete Kante (21b) und eine nachgeschaltete Kante (21a) besitzt und so ausgeführt ist, daß er mehrere erste Öffnungen (42), die zur vorgeschalteten Kante hin positioniert sind, und mehrere zweite Öffnungen (40) bildet, die zur nachgeschalteten Kante hin positioniert sind;

mehrere Gitterelemente (22, 24), die innerhalb des Bereiches verlaufen und dort angeordnet sind, um den Bereich in mehrere Unterbereiche aufzuteilen, wobei die Gitterelemente am Umfangsstreifen gesichert sind, jedes einzelne von den mehreren Gitterelementen eine dem Gitter vorgeschaltete Kante und eine dem Gitter nachgeschaltete Kante (22a, 24a) besitzt und die Gitterelemente so ausgeführt sind, daß sie mehrere erste Öffnungen (42), die zur vorgeschalteten Kante des Umfangsstreifens hin positioniert sind, und mehrere zweite Öffnungen (40) bilden, die zur nachgeschalteten Kante des Umfangsstreifens hin positioniert sind;

eine erste Federgabel (36), die einen ersten Endstreifen (39) und mehrere parallele Paare erster Federstreifen (38a, 38b, 38c) umfaßt, die am ersten Endstreifen gesichert sind, wobei jedes einzelne der parallelen Paare erster Federstreifen sich in den Bereich hinein und durch eine entsprechende von mehreren der ersten Öffnungen (42) im Umfangsstreifen (20) erstreckt und weiterhin durch eine entsprechende von mehreren der ersten Öffnungen (42) in den Gitterelementen (22) verläuft, wobei die erste Gabel (36) in einer ersten Ebene positioniert ist, die in einer ersten, von den mehreren Paaren erster Federstreifen definierten Richtung verläuft;

eine zweite Federgabel (34), die einen zweiten Endstreifen (39) und mehrere parallele Paare zweiter Federstreifen (38a, 38b, 38c) umfaßt, die am zweiten Endstreifen gesichert sind, wobei jedes einzelne der parallelen Paare zweiter Federstreifen sich in den Bereich hinein und durch eine entsprechende von mehreren der zweiten Öffnungen (40) im Umfangsstreifen (20) erstreckt und weiterhin durch eine entsprechende von mehreren der zweiten Öffnungen (40) in den Gitterelementen (24) verläuft, wobei die zweite Gabel (34) in einer zweiten Ebene im wesentlichen parallel zur genannten ersten Ebene positioniert ist und die genannte zweite Ebene in einer zweiten, von den genannten mehreren Paaren zweiter Federstreifen definierten Richtung so verläuft, daß die zweite Federgabel (34) über der ersten Federgabel (36) angeordnet ist, um Brennstabdurchgänge (55) zu bilden, durch die die Brennstäbe (12) verlaufen.

2. Abstandshalter nach Anspruch 1, bei dem die parallelen Paare erster Streifen (38a, 38b, 38c) mit ersten Federelementen ausgestattet sind, die gegen die genannten Brennstäbe innerhalb der Brennstabdurchgänge wirken.

3. Abstandshalter nach Anspruch 2, bei dem die parallelen Paare zweiter Federstreifen (38a, 38b, 38c) mit zweiten Federelementen (41) ausgestattet sind, die gegen die genannten Brennstäbe innerhalb der Brennstabdurchgänge wirken.

4. Abstandshalter nach Anspruch 3, bei dem der Umfangsstreifen mehrere Umfangsstreifenvertiefungspaare (43a, 43b) besitzt, die eine erste Umfangsvertiefung und eine zweite Umfangsvertiefung umfassen, wobei die erste Umfangsvertiefung (43a) zur vorgeschalteten Kante (21b) des Umfangsstreifens hin und die zweite Umfangsvertiefung (43b) zur nachgeschalteten Kante (21a) des Umfangsstreifens hin positioniert sind.

5. Abstandshalter nach Anspruch 4, bei dem die Gitterelemente mehrere Gitterelementvertiefungspaare besitzen, die eine erste Gittervertiefung und eine zweite Gittervertiefung umfassen, wobei die erste Gittervertiefung zur vorgeschalteten Kante des Gitterelementes hin und die zweite Gittervertiefung zur nachgeschalteten Kante des Gitterelementes hin positioniert sind.

6. Abstandshalter nach Anspruch 5, bei dem zumindest eine der ersten Umfangsvertiefungen und der zweiten Umfangsvertiefungen sowie der ersten Gittervertiefungen und der zweiten Gittervertiefungen so ausgeführt ist, daß eine Öffnung für den Durchgang des Kühlmittels entsteht.

7. Abstandshalter nach Anspruch 6, der zwei erste Federgabeln besitzt.

8. Abstandshalter nach Anspruch 6, der zwei zweite Federgabeln besitzt.

9. Abstandshalter nach Anspruch 6, der zwei erste Federgabeln und zwei zweite Federgabeln besitzt.

10. Abstandshalter nach Anspruch 9, bei dem jede der ersten Federgabeln sechs Federstreifenpaare besitzt.

11. Abstandshalter nach Anspruch 10, bei dern jede der zweiten Federgabeln sechs Federstreifenpaare besitzt.

12. Abstandshalter nach Anspruch 11, bei dem jedes Federstreifenpaar in einem rechten Winkel am Endstreifen befestigt ist.

13. Abstandshalter nach Anspruch 12, bei dem zumindest eines der ersten Federelemente und der zweiten Federelemente weiterhin Faltungen aufweist, die aneinanderstoßend und in entgegengesetzten Richtungen alternierend angeordnet sind und so verlaufen, daß sie einen sechseckigen Kanal für die unblockierte Kühlmittelströmung bilden.

14. Abstandshalter nach Anspruch 13, bei dern jedes einzelne der parallelen Paare der ersten Federstreifen und jedes einzelne der parallelen Paare der zweiten Federstreifen an alternierenden aneinanderstoßenden Faltungen gegenseitig gesichert sind.

15. Abstandshalter nach Anspruch 14, bei dem die Federstreifen aus einem elastischen Material hergestellt sind.

16. Abstandshalter nach Anspruch 15, bei dem die Federstreifen Ausschnitte besitzen.

17. Abstandshalter nach Anspruch 16, bei dern der erste Endstreifen der ersten Federgabel weiterhin ein Dichtmittel umfaßt, um das Kühlmittel von außerhalb des Bereiches, durch den die Brennstäbe verlaufen, in den Bereich einzuleiten.

18. Abstandshalter nach Anspruch 17, bei dem der zweite Endstreifen der zweiten Federgabel weiterhin ein Dichtmittel umfaßt, um Kühlmittel von außerhalb des Bereiches, durch den die Brennstäbe verlaufen, in den Bereich einzuleiten.

19. Abstandshalter nach Anspruch 18, bei dem das Dichtmittel der erste Endstreifen ist, der so ausgeführt ist, daß er eine konturierte Dichtfläche aufweist.

20. Abstandshalter nach Anspruch 19, bei dem das Dichtmittel weiterhin den zweiten Endstreifen umfaßt, der so ausgeführt ist, daß er eine konturierte Dichtfläche aufweist.

21. Abstandshalter nach Anspruch 20, bei dem der Umfangsstreifen aus Zirkaloy hergestellt ist.

22. Abstandshalter nach Anspruch 21, bei dem die Gitterelemente aus Zirkaloy hergestellt sind.

23. Abstandshalter nach Anspruch 22, bei dem die Federgabeln aus Inconel hergestellt sind.

24. Kernbrennstabbündel für Siedewasserreaktoren, bei dern das Bündel mehrere längliche Brennstäbe umfaßt, die zwischen einer unteren Gitterplatte, die zum Boden des Bündels hin positioniert ist, und einer oberen Gitterplatte, die zum Kopf des Bündels hin positioniert ist, abgestützt sind;

ein äußerer Kanal, der die mehreren Brennstäbe umgibt, um Kühlmittel/Moderator vom Boden des Bündels zum Kopf des Bündels hin um die Brennstäbe zu befördern;

ein innerer Kanal, der zumindest eine Wand umfaßt, um Kühlmittel/Moderator vom Boden des Bündels zum Kopf des Bündels hin durch den inneren Kanal zu befördern; und

zumindest ein Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust, um die Brennstäbe zu positionieren und zu halten, wobei der Abstandshalter umfaßt:

einen Umfangsstreifen, der einen Bereich innerhalb des Bündels begrenzt, durch den die Brennstäbe verlaufen, wobei der Streifen eine vorgeschaltete Kante und eine nachgeschaltete Kante besitzt und so ausgeführt ist, daß mehrere erste Öffnungen, die zur vorgeschalteten Kante hin positioniert sind, und mehrere zweite Öffnungen gebildet werden, die zur nachgeschalteten Kante hin positioniert sind;

mehrere Gitterelemente, die innerhalb des Bereiches verlaufen und dort angeordnet sind, um den Bereich in mehrere Unterbereiche aufzuteilen, wobei die Gitterelemente an den Umfangsstreifen gesichert sind, jedes einzelne der mehreren Gitterelemente eine dem Gitter vorgeschaltete Kante und eine dern Gitter nachgeschaltete Kante besitzt und die Gitterelemente so ausgeführt sind, daß mehrere erste Öffnungen, die zur vorgeschalteten Kante des Umfangsstreifens hin positioniert sind, und mehrere zweite Öffnungen, die zur nachgeschalteten Kante des Umfangsstreifens hin positioniert sind, gebildet werden;

eine erste Federgabel, die einen ersten Endstreifen und mehrere parallele Paare erster Federstreifen umfaßt, die am ersten Endstreifen gesichert sind, wobei jedes einzelne der parallelen Paare erster Federstreifen sich in den Bereich hinein und durch eine entsprechende von mehreren der ersten Öffnungen im Umfangsstreifen erstreckt und weiterhin durch eine entsprechende von mehreren der ersten Öffnungen in den Gitterelementen verläuft, wobei die erste Gabel in einer ersten Ebene positioniert ist, die in einer ersten, von den mehreren Paaren erster Federstreifen definierten Richtung verläuft;

eine zweite Federgabel, die einen zweiten Endstreifen und mehrere parallele Paare zweiter Federstreifen umfaßt, die am zweiten Endstreifen gesichert sind, wobei jedes einzelne der parallelen Paare zweiter Federstreifen sich in den Bereich hinein und durch eine entsprechende von mehreren der zweiten Öffnungen im Umfangsstreifen erstreckt und weiterhin durch eine entsprechende von mehreren der zweiten Öffnungen in den Gitterelementen verläuft, wobei die zweite Gabel in einer zweiten Ebene im wesentlichen parallel zur genannten ersten Ebene positioniert ist und die genannte zweite Ebene in einer zweiten, von den genannten mehreren Paaren zweiter Federstreifen definierten Richtung so verläuft, daß die zweite Federgabel über der ersten Federgabel angeordnet ist, um Brennstabdurchgänge zu bilden, durch die die Brennstäbe verlaufen.

25. Brennstabbündel nach Anspruch 24, bei dem die parallelen Paare erster Federstreifen mit ersten Federelementen ausgestattet sind, die gegen die genannten Brennstäbe innerhalb der Brennstabdurchgänge wirken.

26. Brennstabbündel nach Anspruch 25, bei dem die parallelen Paare zweiter Federstreifen mit zweiten Federelementen ausgestattet sind, die gegen die genannten Brennstäbe innerhalb der Brennstabdurchgänge wirken.

27. Brennstabbündel nach Anspruch 26, bei dem der Umfangsstreifen mehrere Umfangsstreifenvertiefungspaare besitzt, die eine erste Umfangsvertiefung und eine zweite Umfangsvertiefung umfassen, wobei die erste Umfangsvertiefung zur vorgeschalteten Kante des Umfangsstreifens hin und die zweite Umfangsvertiefung zur nachgeschalteten Kante des Umfangsstreifens hin positioniert sind.

28. Brennstabbündel nach Anspruch 27, bei dem die Gitterelemente mehrere Gitterelementvertiefungspaare besitzen, die eine erste Gittervertiefung und eine zweite Gittervertiefung umfassen, wobei die erste Gittervertiefung zur vorgeschalteten Kante des Gitterelementes hin und die zweite Gittervertiefung zur nachgeschalteten Kante des Gitterelementes hin positioniert sind.

29. Brennstabbündel nach Anspruch 28, bei dem zumindest eine der ersten Umfangsvertiefungen und der zweiten Umfangsvertiefungen sowie der ersten Gittervertiefungen und der zweiten Gittervertiefungen so ausgeführt ist, daß eine Öffnung für den Durchgang des Kühlmittels entsteht.

30. Brennstabbündel nach Anspruch 29, das zwei erste Federgabeln umfaßt.

31. Brennstabbündel nach Anspruch 29, das zwei zweite Federgabeln umfaßt.

32. Brennstabbündel nach Anspruch 29, das zwei erste Federgabeln und zwei zweite Federgabeln umfaßt.

33. Brennstabbündel nach Anspruch 32, bei dem jede der ersten Federgabeln sechs Federstreifenpaare umfaßt.

34. Brennstabbündel nach Anspruch 33, bei dem jede der zweiten Federgabeln sechs Federstreifenpaare umfaßt.

35. Brennstabbündel nach Anspruch 34, bei dem jedes Federstreifenpaar in einem rechten Winkel am Endstreifen befestigt ist.

36. Brennstabbündel nach Anspruch 35, bei dem zumindest eines der ersten Federelemente und der zweiten Federelemente weiterhin Faltungen aufweist, die aneinanderstoßend und in entgegengesetzten Richtungen alternierend angeordnet sind und so verlaufen, daß sie einen sechseckigen Kanal für die unblockierte Kühlmittelströmung bilden.

37. Brennstabbündel nach Anspruch 36, bei dem jedes einzelne der parallelen Paare der ersten Federstreifen und jedes einzelne der parallelen Paare der zweiten Federstreifen an alternierenden aneinanderstoßenden Faltungen gegenseitig gesichert sind.

38. Brennstabbündel nach Anspruch 37, bei dem die Federstreifen aus einem elastischen Material hergestellt sind.

39. Brennstabbündel nach Anspruch 38, bei dem die Federstreifen Ausschnitte aufweisen.

40. Brennstabbündel nach Anspruch 39, bei dem der erste Endstreifen der ersten Federgabel weiterhin ein erstes Dichtmittel umfaßt, um einen zwischen dem äußeren Kanal und dem Umfangsstreifen bestehenden Strömungsraum abzudichten.

41. Brennstabbündel nach Anspruch 40, bei dem der zweite Endstreifen der zweiten Federgabel weiterhin ein zweites Dichtmittel umfaßt, um einen zwischen dern äußeren Kanal und dem Umfangsstreifen bestehenden Strömungsraum abzudichten.

42. Brennstabbündel nach Anspruch 41, bei dem das erste Dichtmittel eine aus dem ersten Endstreifen gebildete konturierte Oberfläche ist.

43. Brennstabbündel nach Anspruch 42, bei dem das zweite Dichtmittel eine aus dem zweiten Endstreifen gebildete konturierte Oberfläche ist.

44. Brennstabbündel nach Anspruch 43, bei dem der Umfangsstreifen aus Zirkaloy hergestellt ist.

45. Brennstabbündel nach Anspruch 44, bei dem die Gitterelemente aus Zirkaloy hergestellt sind.

46. Brennstabbündel nach Anspruch 46, bei dem die Federgabeln aus Inconel hergestellt sind.

47. Brennstabbündel nach Anspruch 46, das weiterhin ein Rückhaltestreifenmittel umfaßt, um den zumindest einen Abstandshalter mit niedrigem Druckverlust am inneren Kanal zu sichern.

48. Brennstabbündel nach Anspruch 47, bei dem das Rückhaltestreifenmittel weiterhin an den inneren Kanalwänden Strömungszungenmittel umfaßt, die sich in den Bereich erstrecken, um an den Wänden des inneren Kanals kondensierende Flüssigkeit den Brennstäben zuzuleiten.