WO2003067606A2 - Brennestabbündel für einen siedewasserreaktor - Google Patents

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WO2003067606A2
WO2003067606A2 PCT/EP2003/000708 EP0300708W WO03067606A2 WO 2003067606 A2 WO2003067606 A2 WO 2003067606A2 EP 0300708 W EP0300708 W EP 0300708W WO 03067606 A2 WO03067606 A2 WO 03067606A2
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fuel
spacers
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spacer
fuel rods
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Dieter Kreuter
Peter Rau
Reinhart Zimmermann
Dieter Bender
Walter Uebelhack
Werner Meier
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Framatome Anp Gmbh
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a fuel assembly for a boiling water reactor containing a number of part-length fuel rods.
  • a fuel assembly which also has part-length fuel rods to reduce the pressure drop in the two-phase area.
  • a fuel element known from WO 99/17299 provides for spacers to be arranged in the lower region of the fuel element at a distance from one another which is smaller than the spacing of the spacers in the upper region.
  • the boiling transfer power is the power at which the water film on the fuel rod evaporates, which leads to significantly poorer heat transfer (dry out). If the boiling transfer power is exceeded, a vapor film or a vapor layer is formed on the surface of fuel rods contained in the fuel element, which represents a heat transfer resistance. Since the amount of heat generated in the fuel rod is then temporarily no longer completely dissipated, the temperature of the fuel rod rises until a new thermal equilibrium is established. This can lead to overheating of the fuel rod and thus to thermal overload of a fuel rod cladding tube. Such overheating must be avoided at all costs because it would shorten the life of the fuel rod and thus the fuel assembly.
  • the invention is based on the object of specifying a fuel assembly for a boiling water reactor which is improved both in terms of its dry-out behavior and in terms of its thermohydraulic properties.
  • a fuel element for a boiling water reactor has these features, in which a plurality of fuel rods are mounted in a plurality of spacers spaced apart from one another in the axial direction of the fuel element, of which at least one fuel rod is partially long, and which is provided with deflection elements arranged at least in the upper region of the fuel element, Means to reduce the pressure loss caused by the baffles in this area.
  • the invention is based on the finding that, contrary to the restoration of a pressure drop in the upper region, which is aimed for in US Pat. No. 5,229,068, it is rather advantageous to keep the pressure drop as low as possible in order to avoid thermohydraulic instabilities.
  • measures are provided to reduce or compensate for the increase in the flow resistance caused by the deflection elements in the upper region by means of suitable fluidic measures.
  • upper area or “lower area” are to be understood in the following in such a way that the fuel element is mentally divided into two partial areas with respect to their axial extension, which adjoin one another.
  • the "upper range” can, but does not have to, coincide with the two-phase range, i.e. the boundary between the upper and the lower range does not necessarily coincide with the two-phase boundary and the "upper range” can be smaller or larger than the two-phase range.
  • this reduction in pressure loss takes place in that at least one of the spacers arranged in the upper region has a reduced pressure loss.
  • This can be achieved by using spacers made of a nickel-based alloy in the upper area of the fuel element, preferably in the area above the part-length rods, the web thickness of which is significantly lower than the web thickness of the spacers made of a zirconium alloy usually used.
  • This construction also means that the axial range of the good moderation is not impaired in its neutron economy by using spacers made of a zirconium alloy.
  • This measure is based on the consideration that the use of spacers made of a nickel-based alloy is not critical in spite of the inherently unfavorable corrosion properties in the upper area of the fuel element, since shadow corrosion, which essentially determines the corrosion behavior, occurs mainly in the lower area of the fuel element.
  • the flow resistance of the deflection elements arranged in the upper region of the fuel element can also be reduced upwards.
  • the uppermost spacer can also be designed without deflection elements.
  • This measure is based on the consideration that the pressure drop in the upper area of the fuel assembly increases exponentially, so that measures to reduce the pressure drop are particularly useful in the uppermost area of the fuel assembly. In other words: it has been found to be particularly advantageous to reduce the flow resistance within the combustion element in the uppermost zone of the upper area more than in the lower zone of the upper area.
  • FIGS. 2, 3 each show a section of a spacer with square or round meshes for receiving fuel rods, as are used in a lower region of the fuel assembly,
  • FIG. 4 shows a spacer in a lower section of the upper region of the fuel assembly
  • FIG. 5 shows a spacer which is arranged above the spacer shown in FIG. 4
  • FIGS. 6 to 8 each show alternative configurations of a spacer in the upper region of the fuel assembly.
  • a fuel assembly contains a plurality (a bundle) of fuel rods 1 to 3 which, in the operating state, extend vertically between a lower rod holding plate 4 and an upper rod holding plate 6.
  • the fuel rods 1 to 3 are arranged parallel to one another and clamped in spacers 11 to 18.
  • the fuel rods 1 and 2 are designed as part-long fuel rods and are shortened compared to the fuel rods 3, which extend over the entire length of the fuel element. The figure shows that the part-length fuel rods 1 are shorter than the part-length fuel rods 2. While the fuel rods 3 of normal length are not or only loosely Stand up on the lower rod holding plate 4, the part-long fuel rods 1, 2 are firmly anchored with their lower end in the rod holding plate 4.
  • a fuel element box 20 open at the top and bottom surrounds the bundle of fuel rods 1 to 3 and forms a closed channel for a liquid coolant entering through the lower rod holding plate 4.
  • the coolant - preferably water - is heated on its way through the fuel assembly 20 by the fuel rods 1 to 3 and begins to evaporate, so that a mixture of liquid and vaporous coolant is present in the upper region of the fuel assembly.
  • part-long fuel rods 1, 2 increases the clear channel cross section in the upper area of the fuel element than in the lower area, so that the higher flow velocity occurring in the two-phase area is counteracted.
  • the spacers 11 to 18 are divided into a lower group A (11 to 14) and an upper group B (15 to 18), the spacings of the spacers being equal to one another, at least in group A.
  • group B the spacing of the spacers 15 to 18 can also be smaller.
  • the increase in pressure loss caused by a reduction in the spacing of the spacers 15 to 18 can be compensated for by a larger number of part-length fuel rods 1, 2.
  • the boundary between the lower group A and the upper group B may, but does not have to correspond to the two-phase boundary or the end of the shortest part-long fuel rods 1. 2 shows, on a greatly enlarged scale, one of the spacers in group A (11 to 14) or the lowest of the upper spacers 16 in group B.
  • the spacer is made up of webs 40 which intersect at right angles and penetrate one another.
  • the webs 40 form approximately square meshes 42 for receiving the fuel rods 1 to 3, which are firmly clamped in the meshes 42 by knobs 44 and springs 46.
  • Deflection elements 48 are arranged on the webs 40 of the spacer and, in the exemplary embodiment of the figure, are swirl vanes which are bent laterally.
  • the swirl vanes are arranged at the intersection points such that coolant flowing in the axial direction (parallel to the fuel rods) is deflected between the fuel rods by the spacers and a speed component directed perpendicularly to the axial direction, a swirl pulse in the specifically illustrated embodiment D receives.
  • the rotary movement caused by the swirl vanes generates a centrifugal acceleration which throws the liquid phase of the coolant against the fuel rods 1 to 3, increases their cooling and accordingly reduces the risk of film breakage.
  • a spacer according to FIG. 3 acts in the same way, in which the dimensions provided for receiving the fuel rods 1 to 3 are formed by hollow cylindrical sleeves 50, which also have swirl vanes bent to the side as deflection elements 48 and impose a swirl pulse on the coolant flowing past.
  • FIG. 4 shows a spacer from group B, which is arranged above the spacer according to FIG. 2. It can be seen from the figure that part of the crossing points (indicated by hatching in the figure) are free of deflection elements 48 is. In the example of the figure, provision is now made to design one of 4 intersection points without deflection elements. Suitable crossing points are above all the crossing points in the corner points of such meshes, which lie above the free end of part-length fuel rods.
  • FIG. 5 shows a spacer which is arranged above the spacer according to FIG. 4 and in which every second crossing point is free of deflection elements 48.
  • the number of deflection elements is correspondingly reduced up to the uppermost spacer 18, which in principle can also be free of deflection elements.
  • FIGS. 6 and 7 Further alternative configurations are shown in FIGS. 6 and 7, in which the number of deflecting elements per crossing point is reduced (missing deflecting elements, highlighted by hatching, FIG. 6) or in which webs 40a (FIG. 7) are used which have no bent swirl flags.
  • the swirl vanes which would produce a cross-flow of the coolant directed into the interior of a mesh, which is not penetrated by a fuel rod, that is to say is located above the end of a part-length rod, are above all eliminated.
  • a mesh 43 is completely free of deflection elements pointing into its interior.
  • Such deflector-free meshes 43 preferably form empty positions, i.e. are located above the end of part-length fuel rods 1, 2 in the mesh positions assumed by them.
  • part of the deflection elements 48 in the embodiment Example, the swirl tabs 48b formed on the web 40b either have to be shaped shorter or bent less so that their flow deflecting effect and thus also their flow resistance is reduced.
  • the sum of the projection surfaces of all deflection elements 48, 48b of an upper spacer is smaller than the sum of the projection surfaces of all deflection elements 48, 48b of an upper spacer arranged underneath.
  • At least the uppermost or the upper spacers of the upper group B are made up of webs which consist of a nickel-based alloy, in particular Inconel. With the same mechanical stability, this allows a reduction in the. Wall thickness of the webs and thus causes a reduction in the pressure loss occurring at the spacers.
  • it can also be provided in the upper group that two adjacent spacers are constructed identically, but the flow resistance of the top spacer is always smaller than the flow resistance of the bottom of the top spacer in order to counteract the increase in pressure drop.

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Abstract

Ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor enthält eine Mehrzahl von Brennstäben (1 bis 3), die in einer Mehrzahl von voneinander in Axialrichtung des Brennelements beabstandeten Abstandhaltern (11 bis 18) gelagert sind und von denen zumindest ein Brennstab (1, 2) teillang ist. Zumindest im oberen Bereich (B) des Brennelementes sind zur Verbesserung des Dryout-Verhaltens Ablenkelemente (48) angeordnet. Gemäss der Erfindung sind Mittel zur Verringerung des durch die Wanddicke der Abstandhalterstege bzw. die Ablenkelemente (48) in diesem Bereich (B) verursachten Druckverlustes vorgesehen, um die thermohydraulische Stabilität und das Abschaltverhalten zu verbessern.

Description

Beschreibung
Brennelement für einen Siedewasserreaktor
Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor, das eine Anzahl von teillangen Brennstäben enthält .
Aus der US-Patentschrift 5,112,570 ist es bekannt, einige der Brennstäbe eines Brennelements für einen Siedewasserreaktor kürzer als die übrigen Brennstäbe auszubilden, so dass im oberen Bereich Leerpositionen im Brennstab-Gitter entstehen. Diese Maßnahmen dienen dazu, einerseits das Abschaltverhalten zu verbessern und andererseits die Neigung zu thermohydrauli- scher Instabilitäten zu verringern. Das durch den Einsatz teillanger Brennstäbe verbesserte Abschaltverhalten ist eine Folge der Vergrößerung des Moderator/Brennstoff-Verhältnisses im oberen Bereich des Brennelements, die dafür sorgt, dass der Reaktor auch im kalten Zustand unterkritisch gehalten werden kann. Darüber hinaus bewirken die Leerpositionen im oberen Bereich des Brennelements eine Verringerung des Strömungswiderstandes, so dass der Druckabfall im Zweiphasenbereich und damit die Neigung zu thermohydraulisehen Instabilitäten ver- ringert ist.
Aus der JP 11311688 A ist ein Brennelement bekannt, das zur Verringerung des Druckabfalls im Zweiphasenbereich ebenfalls teillange Brennstäbe aufweist. Um den Druckabfall weiter zu verringern ist in diesem Brennelement vorgesehen, oberhalb der teillangen Brennstäbe Abstandhalter einzusetzen, die an diesen Leerpositionen keine Gitterzellen aufweisen und dort anstelle von Gitterzellen lediglich Stützelemente enthalten, um benachbarte Gitterzellen miteinander zu verbinden.
Anstelle der Verwendung teillanger Brennstäbe ist bei einem aus der WO 99/17299 bekannten Brennelement vorgesehen, im unteren Bereich des Brennelementes Abstandhalter in einem Abstand zueinander anzuordnen, der kleiner ist als der Abstand der Abstandhalter im oberen Bereich.
Ein weiteres Problem bei der Auslegung von Brennelementen für einen Siedewasserreaktor ist außerdem, dass diese eine möglichst großen Abstand zur Siedeübergangsleistung haben. Dabei ist die Siedeübergangsleistung die Leistung, bei der der auf dem Brennstab befindliche Wasserfilm verdampft, was zu einer deutlich schlechteren Wärmeübertragung führt (dry out) . Wird die Siedeübergangsleistung überschritten, so bildet sich an der Oberfläche von in dem Brennelement enthaltenen Brennstäben ein Dampffilm oder eine Dampfschicht, die einen Wärmeübergangswiderstand darstellt. Da die im Brennstab erzeugte Wärme- menge dann vorübergehend nicht mehr vollständig abgeführt wird, steigt die Temperatur des Brennstabes an, bis sich ein neues thermisches Gleichgewicht einstellt. Dies kann zu einer Überhitzung des Brennstabes führen und damit auch zu einer thermischen Überlastung eines Brennstab-Hüllrohres. Eine der- artige Überhitzung muss unbedingt vermieden werden, weil sie eine Lebensdauerverkürzung des Brennstabes und damit des Brennelementes zur Folge hätte .
Aus der EP 0 786 781 Bl ist ein Brennelement mit teillangen Brennstäben bekannt, bei dem im unteren Bereich des Brennelementes im Bereich der teillangen Brennstäbe Strömungsdrosseln- de Elemente angeordnet werden, um durch den damit im unteren Bereich des Brennelements erzeugten höheren Druckabfall eine verbesserte thermohydraulische Stabilität zu erzeugen, ohne dass dies mit einer Verschlechterung des Dry-Out-Verhaltens einhergeht. Dabei wird eine Verschlechterung des Dry-Out- Verhaltens trotz der Drosselung im unteren Bereich dadurch vermieden, dass diese im Bereich der teillangen Brennstäbe erfolgt, für die ein geringeres Austrocknungsrisiko besteht. Das Risiko des Austrocknens der langen Brennstäbe kann jedoch durch eine solche Maßnahme nicht zuverlässig vermieden werden.
Zur Verbesserung des Dry-out-Verhaltens ist es aus der US 5,229,068 A bekannt, im Brennelement Ablenkelemente, bei-' spielsweise an den Abstandhaltern angeordnete Drallfahnen, anzuordnen, die dem gegenüber dem Dampf schwereren Wasser eine horizontale Geschwindigkeitskomponente verleihen, so dass im Zweiphasenbereich eine bessere Benetzung der Brennstäbe mit
Wasser erreicht wird. Durch diese Maßnahme kann die Siedeübergangsleistung erhöht werden.
Werden solche Ablenkelemente im oberen Bereich des Brennele- mentes angeordnet, so bewirkt deren höherer Strömungswiderstand eine Erhöhung des Druckverlustes im oberen Bereich des Brennelements, so dass die durch die teillangen Brennstäbe herbeigeführte Verringerung des Druckverlustes wenigstens zum Teil wieder kompensiert und die Neigung zu thermohydraulisehen Instabilitäten vergrößert wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor anzugeben, das sowohl hinsichtlich seines Dry-out-Verhaltens als auch hinsichtlich seiner thermohydraulischen Eigenschaften verbessert ist.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Brennelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen weist ein Brennelement für einen Siedewasserreaktor, bei dem eine Mehrzahl von Brennstäben in einer Mehrzahl voneinander in Axialrichtung des Brennelements beabstandeten Abstandhaltern gelagert sind, von denen zumindest ein Brennstab teillang ist, und das mit zumindest im oberen Bereich des Brennelementes angeordneten Ablenkelementen versehen ist, Mittel zur Verringerung des durch die Ablenkelemente in diesem Bereich verursachten Druckverlustes auf .
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass es entgegen der in der US 5,229,068 angestrebten Wiederherstellung eines Druckabfalls im oberen Bereich vielmehr von Vorteil ist, den Druckabfall weiterhin so niedrig wie möglich zu halten, um thermohydraulische Instabilitäten zu vermeiden. Mit anderen ■ Worten: Es sind Maßnahmen vorgesehen, die durch die Ablenkelemente im oberen Bereich erzeugte Erhöhung des Strömungswiderstandes durch geeignete strömungstechnische Maßnahmen zu reduzieren oder zu kompensieren.
Die Begriffe „oberer Bereich" oder „unterer Bereich" sind im folgenden derart zu verstehen, dass das Brennelement gedanklich hinsichtlich seiner Axialausdehnung in zwei Teilbereiche aufgeteilt wird, die aneinander anschließen. Der „obere Bereich" kann, muss aber nicht, mit dem Zweiphasenbereich über- einstimmen, d.h. die Grenze zwischen dem oberen und dem unteren Bereich stimmt nicht notwendigerweise mit der Zweiphasengrenze überein und der „obere Bereich" kann kleiner oder größer als der Zweiphasenbereich sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt diese Verringerung des Druckverlustes dadurch, dass zumindest einer der im oberen Bereich angeordneten Abstandhalter einen reduzierten Druckverlust aufweist. In einer vorteilhaften Ausges- taltung kann dies dadurch realisiert werden, dass im oberen Bereich des Brennelementes, vorzugsweise im Bereich oberhalb der teillangen Stäbe, Abstandhalter aus einer Nickelbasislegierung zum Einsatz kommen, deren Stegdicke deutlich niedriger ist als die Stegdicke der üblicherweise eingesetzten Abstandhalter aus einer Zirkoniumlegierung. Durch diesen Aufbau wird außerdem der Axialbereich der guten Moderation nicht durch Einsatz von Abstandhaltern aus einer Zirkoniumlegierung in seiner Neutronenökonomie verschlechtert . Diese Maßnahme beruht auf der Überlegung, dass der Einsatz von Abstandhaltern aus einer Nickelbasislegierung trotz der an sich ungünstigeren Korrosionseigenschaften im oberen Bereich des Brennelements unkritisch ist, da die das Korrosionsverhalten wesentlich bestimmende Shadow-Korrosion hauptsächlich im unteren Bereich des Brennelementes auftritt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können ergänzend oder alternativ zu dieser Maßnahme auch der Strömungswiderstand der im oberen Bereich des Brennelementes angeordneten Ablenkelemente nach oben hin verringert sein.
Dies kann einerseits durch Verringerung der Anzahl der Ablenkelemente oder auch durch eine Verringerung der Projektionsfläche auf eine zur Axialrichtung senkrechte Ebene (Wirkfläche) herbeigeführt werden. Dabei kann grundsätzlich der oberste Abstandhalter auch ohne Ablenkelemente ausgeführt sein.
•Diese Maßnahme geht von der Überlegung aus, dass der Druckabfall im oberen Bereich des Brennelementes nach oben hin expo- nentiell zunimmt, so dass Maßnahmen zum Abbau des Druckabfalls vor allem im obersten Bereich des Brennelementes zweckmäßig sind. Mit anderen Worten: Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, den Strömungswiderstand innerhalb des Brenn- elementes in der obersten Zone des oberen Bereiches mehr zu verringern als in der unteren Zone des oberen Bereiches.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß der weiteren Unteransprüche.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Brennelement gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung, Fig. 2, 3 jeweils einen Ausschnitt aus einem Abstandhalter mit quadratischen bzw. runden Maschen zur Aufnahme von Brennstäben, wie sie in einem unteren Bereich des Brenn- elementes Verwendung finden,
Fig. 4 einen Abstandhalter in einem unteren Abschnitt des oberen Bereiches des Brennelementes Fig. 5 einen Abstandhalter, der über dem in Fig. 4 dargestellten Abstandhalter angeordnet ist, Fig. 6 bis 8 jeweils alternative Ausgestaltungen eines Abstandhalters im oberen Bereich des Brennelementes.
Gemäß Fig. 1 enthält ein Brennelement eine Vielzahl (ein Bündel) von Brennstäben 1 bis 3, die sich im Betriebszustand vertikal zwischen einer unteren Stabhalteplatte 4 und einer oberen Stabhalteplatte 6 erstrecken. Die Brennstäbe 1 bis 3 sind parallel zueinander angeordnet und in Abstandhalter 11 bis 18 eingespannt. Die Brennstäbe 1 und 2 sind als teillange Brennstäbe ausgeführt und gegenüber den Brennstäben 3 , die sich auf die gesamte Länge des Brennelementes erstrecken, verkürzt. Der Figur ist zu entnehmen, dass die teillangen Brennstäbe 1 kürzer sind als die teillangen Brennstäbe 2. Während die Brennstäbe 3 normaler Länge nicht oder nur lose auf der unteren Stabhalteplatte 4 aufstehen, sind die teillangen Brennstäbe 1, 2 mit ihrem unteren Ende in der Stabhalteplatte 4 fest verankert.
Ein unten und oben offener Brennelementkasten 20 umschließt das Bündel von Brennstäben 1 bis 3 und bildet einen geschlossenen Kanal für ein durch die untere Stabhalteplatte 4 eintretendes flüssiges Kühlmittel. Das Kühlmittel - vorzugsweise Wasser - wird auf seinem Weg durch den Brennelementkasten 20 durch die Brennstäbe 1 bis 3 erwärmt und beginnt zu verdampfen, so dass im oberen Bereich des Brennelements ein Gemisch aus flüssigem und dampfförmigen Kühlmittel vorliegt.
Durch den Einbau teillanger Brennstäbe 1,2 wird der lichte Kanalquerschnitt im oberen Bereich des Brennelementes größer als im unteren Bereich, so dass der im Zweiphasenbereich auftretenden höheren Strömungsgeschwindigkeit entgegengewirkt ist .
Die Abstandhalter 11 bis 18 sind auslegungstechnisch in eine untere Gruppe A (11 bis 14) und in eine obere Gruppe B (15 bis 18) geteilt, wobei die Abstände der Abstandhalter zumindest in der Gruppe A untereinander gleich groß sind. In der Gruppe B können die Abstände der Abstandhalter 15 bis 18 auch niedriger sein. Die durch eine Verringerung der Abstände der Abstandhalter 15 bis 18 verursachte Erhöhung des Druckverlustes kann dabei durch eine größere Anzahl teillanger Brennstäbe 1,2 kompensiert werden. Die Grenze zwischen der unteren Gruppe A und der oberen Gruppe B kann, muss aber nicht mit der Zweipha- sengrenze oder dem Ende der kürzesten teillangen Brennstäbe 1 übereinstimmen. Fig. 2 zeigt in stark vergrößertem Maßstab einen der Abstandhalter der Gruppe A (11 bis 14) oder den untersten der oberen Abstandhalter 16 der Gruppe B. Der Abstandhalter ist aus sich rechtwinklig kreuzenden Stegen 40 aufgebaut, die sich gegen- seitig durchdringen. Die Stege 40 bilden annähernd quadratische Maschen 42 zur Aufnahme der Brennstäbe 1 bis 3, die in den Maschen 42 durch Noppen 44 und Federn 46 fest eingespannt sind. An den Stegen 40 des Abstandhalters sind Ablenkelemente 48 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel der Figur seitlich abgebogene Drallfahnen sind. Die Drallfahnen sind dabei derart an den Kreuzungsstellen angeordnet, dass zwischen den Brennstäben durch die Abstandhalter in Axialrichtung (parallel zu den Brennstäben) fließendes Kühlmittel abgelenkt wird und eine senkrecht zur Axialrichtung gerichtete (horizontale) Geschwin- digkeitskomponente, im konkret dargestellten Ausführungsbei- spiel einen Drallimpuls D erhält. Die durch die Drallfahnen verursachte Drehbewegung erzeugt eine Zentrifugalbeschleunigung, die die flüssige Phase des Kühlmittels gegen die Brennstäbe 1 bis 3 schleudert, deren Kühlung verstärkt und die Gefahr des Entstehens eines Filmabrisses entsprechend vermindert .
In gleicher Weise wirkt ein Abstandhalter gemäß Fig. 3, bei dem die zur Aufnahme der Brennstäbe 1 bis 3 vorgesehenen Ma- sehen von hohlzylindrischen Hülsen 50 gebildet sind, die ebenfalls als Ablenkelemente 48 seitlich abgebogenen Drallfahnen tragen und dem vorbeifließenden Kühlmittel einen Drallimpuls aufzwingen.
Fig. 4 zeigt einen Abstandhalter der Gruppe B, der oberhalb des Abstandhalters gemäß Fig. 2 angeordnet ist. Der Figur ist zu entnehmen, dass ein Teil der Kreuzungsstellen (in der Figur durch Schraffur kenntlich gemacht) frei von Ablenkelementen 48 ist. Im Beispiel der Figur ist nun vorgesehen, eine von 4 Kreuzungsstellen ablenkelementfrei zu gestalten. Geeignete Kreuzungsstellen sind vor allen Dingen die Kreuzungsstellen in den Eckpunkten solcher Maschen, die oberhalb dem Freiende teillanger Brennstäbe liegen.
Fig. 5 zeigt einen Abstandhalter, der oberhalb des Abstandhalters gemäß Fig. 4 angeordnet ist, und bei dem jede zweite Kreuzungsstelle frei von Ablenkelementen 48 ist.
In entsprechender Weise reduzieren sich die Anzahl der Ablenkelemente bis zum obersten Abstandhalter 18, der grundsätzlich auch ablenkelementfrei sein kann.
Weitere alternative Ausgestaltungen sind in Figuren 6 und 7 dargestellt, bei denen die Anzahl der Ablenkelemente pro Kreuzungspunkt verringert ist (fehlende Ab1enkelerne te. (ablenkelementfreie Bereiche) durch Schraffur hervorgehoben, Figur 6) oder bei denen Stege 40a (Figur 7) eingesetzt werden, die keine abgebogenen Drallfahnen aufweisen. Auch in dieser Aus- führungsform sind vor allen Dingen die Drallfahnen eliminiert, die eine in das Innere einer Masche gerichtete Querströmung des Kühlmittels erzeugen würden, die nicht von einem Brennstab durchsetzt wird, sich also oberhalb des Endes eines teillangen Stabes befindet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 ist zu erkennen, dass eine Masche 43 vollständig frei von in ihr Inneres weisenden Ablenkelementen ist. Solche ablenkelement- freien Maschen 43 bilden vorzugsweise Leerpositionen, d.h. befinden sich oberhalb dem Ende teillanger Brennstäbe 1,2 in den von diesen eingenommenen Maschenpositionen.
Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltung gemäß Figur 8 ist vorgesehen, einen Teil der Ablenkelemente 48, im Ausfüh- rungsbeispiel die am Steg 40b angeformten Drallfahnen 48b entweder kürzer auszuformen oder weniger stark abzubiegen, so dass deren Strömungsablenkende Wirkung und damit auch deren Strömungswiderstand verringert ist. In dieser Ausführungsform ist die Summe der Projektionsflächen aller Ablenkelemente 48, 48b eines oberen Abstandhalters kleiner als die Summe der Projektionsflächen aller Ablenkelemente 48, 48b eines darunter angeordneten oberen Abstandhalters .
Ergänzend oder alternativ zu den anhand Fig. 2 bis 8 erläuterten Maßnahmen ist zumindest der oberste oder die oberen Abstandhalter der oberen Gruppe B aus Stegen aufgebaut, die aus einer Nickelbasislegierung, insbesondere Inconel, bestehen. Dies erlaubt bei gleicher mechanischer Stabilität eine Verrin- gerung der. Wandstärke der Stege und bewirkt somit eine Verringerung des an den Abstandhaltern jeweils entstehenden Druckverlustes. Grundsätzlich kann auch in der oberen Gruppe vorgesehen sein, dass zwei benachbarte Abstandhalter identisch aufgebaut sind, jedoch ist der Strömungswiderstand des obers- ten Abstandhalters stets kleiner als der Strδmungswiderstand des untersten des oberen Abstandhalters um der Zunahme des Druckabfalls entgegenzuwirken.
Bezugszeichenliste
1 - 3 Brennstab
4, ( untere, obere Stabhalteplatte
11 - - 18 Abstandhalter
20 Brennelementkasten
40a,rb Steg
42, 43 Masche
44 Noppe
46 Feder
48 Drallelement (seitlich abgebogene Blechfahne)
50 Hülse
A,B obere, untere Gruppe
D Drallimpuls

Claims

Ansprüche
1. Brennelement für einen Siedewasserreaktor mit einer Mehr- zahl von Brennstäben (1 bis 3) , die in einer Mehrzahl von voneinander in Axialrichtung des Brennelements beabstandeten Abstandhaltern (11 bis 18) gelagert sind und von denen zumindest ein Brennstab (1, 2) teillang ist, und mit zumindest im oberen Bereich (B) des Brennelementes angeordneten Ablenkele- menten (48) , gekennzeichnet durch Mittel zur Verringerung des durch die Ablenkelemente (48) in diesem Bereich (B) verursachten Druckverlustes .
2. Brennelement nach Anspruch 1, bei dem zumindest einer der im oberen Bereich (B) angeordneten Abstandhalter (16 bis 18)
(obere Abstandhalter) aus einer Nickelbasislegierung besteht.
3. Brennelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest die oberen Abstandhalter (16 bis 18) jeweils mit einer Anzahl von Ablenkelementen (48) versehen sind, wobei die Anzahl der Ablenkelemente (48) des obersten oberen Abstandhalters (18) kleiner ist als die Anzahl der Ablenkelemente des untersten oberen Abstandhalters (16) .
4. Brennelement nach Anspruch 3 , bei dem die Anzahl der an einem Abstandhalter (16 bis 18) angeordneten Ablenkelemente nach oben abnimmt .
5. Brennelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest die oberen Abstandhalter (16 bis 18) jeweils mit einer Anzahl von Ablenkelementen (48) versehen sind, wobei die Summe der Projektionsflachen aller Ablenkelemente auf eine zur Axialrichtung senkrechte Ebene beim obersten oberen Abstand- halter (18) kleiner ist als beim untersten oberen Abstandhalter (16) .
6. Brennelement nach Anspruch 5, bei dem die Summe der Projek- tionsflache der an einem oberen Abstandhalter (16 bis 18) angeordneten Ablenkelemente (48) nach oben abnimmt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1820196B1 (de) * 2004-12-09 2012-09-12 AREVA NP GmbH Brennelement für einen siedewasserreaktor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004014499B3 (de) * 2004-03-25 2005-09-01 Framatome Anp Gmbh Brennelement für einen Druckwasserkernreaktor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3139823A1 (de) * 1980-10-10 1982-05-27 General Electric Co., Schenectady, N.Y. "kernbrennelement"
EP0054236A1 (de) * 1980-12-16 1982-06-23 Westinghouse Electric Corporation Brennelement für einen Kernreaktor
EP0249107A2 (de) * 1986-06-11 1987-12-16 Westinghouse Electric Corporation Kernreaktorbrennstabbündel mit mehreren Abstandshaltern
EP0602876A1 (de) * 1992-12-14 1994-06-22 General Electric Company Abstandshalter mit Schaufellage zum Verwirbeln für Siedewasserreaktorbrennstoff

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5112570A (en) * 1988-04-04 1992-05-12 Hewlett-Packard Company Two-phase pressure drop reduction bwr assembly design
US5229068A (en) * 1991-05-17 1993-07-20 General Electric Company Optimized critical power in a fuel bundle with part length rods
SE505739C2 (sv) * 1996-01-25 1997-10-06 Asea Atom Ab Bränslepatron för kokarvattenreaktor
SE510656C2 (sv) * 1997-10-01 1999-06-14 Asea Brown Boveri Bränslepatron för kärnreaktor
JP3906009B2 (ja) * 2000-02-28 2007-04-18 原子燃料工業株式会社 過渡事象でのドライアウト性能を改善した沸騰水型原子炉用燃料集合体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3139823A1 (de) * 1980-10-10 1982-05-27 General Electric Co., Schenectady, N.Y. "kernbrennelement"
EP0054236A1 (de) * 1980-12-16 1982-06-23 Westinghouse Electric Corporation Brennelement für einen Kernreaktor
EP0249107A2 (de) * 1986-06-11 1987-12-16 Westinghouse Electric Corporation Kernreaktorbrennstabbündel mit mehreren Abstandshaltern
EP0602876A1 (de) * 1992-12-14 1994-06-22 General Electric Company Abstandshalter mit Schaufellage zum Verwirbeln für Siedewasserreaktorbrennstoff

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Section Ch, Week 200222 Derwent Publications Ltd., London, GB; Class K05, AN 2002-167700 XP002262461 & JP 2001 318182 A (GENSHI NENRYO KOGYO KK), 16. November 2001 (2001-11-16) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1820196B1 (de) * 2004-12-09 2012-09-12 AREVA NP GmbH Brennelement für einen siedewasserreaktor
US9418766B2 (en) 2004-12-09 2016-08-16 Areva Gmbh Fuel assembly for a boiling water reactor

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