DE4013397A1 - Brennelementbuendel und distanzhalter dafuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennelementbündel und einen Distanzhalter dafür, insbesondere die Konstruktion eines Brennelementbündels und eines Distanzhalters, mit der die Verbesserung der Wärmeübertragung von den als Wärmequelle dienenden Brennstäben auf das Kühlmittel möglich ist, um dadurch die zulässige Leistung des Brennelementbündels zu erhöhen, und mit der ferner das Leerraumverhältnis ver­ ringert und dadurch die Reaktivität erhöht werden kann.

Distanzhalterkonstruktionen, die der Verbesserung des Wär­ meübertragungs-Wirkungsgrads des Brennelementbündels in einem Druckwasserreaktor dienen sollen, sind z. B. aus der JP-Patentanmeldung Nr. 42-32 372 (entsprechend den US-PS 33 95 077 und 33 79 619) bekannt. Dabei ist die Konstruk­ tion derart, daß in der Mitte von vier die Brennstäbe umge­ benden Seiten ein gitterartiger Distanzhalter und ein als Leitfahne dienendes Hindernis vorgesehen sind.

Bei dieser Konstruktion strömt ein Kühlmittel über die Außenflächen der Brennstäbe in solcher Weise, daß sie ent­ sprechend der Konfiguration der Leitfahne und der Lage, an der sie angeordnet ist, davon bedeckt sind. Wenn ein Kühl­ mittel in einem Brennelementbündel auf diese Weise strömt, ist es möglich, die Wärmeübertragung zu verbessern und dadurch die zulässige Leistung des Reaktorkerns zu erhöhen.

Der vorstehende Stand der Technik betrifft einen Druckwas­ serreaktor. Wenn die Distanzhalterkonstruktion in einem Siedewasserreaktor verwendet wird, kann das vorgenannte Ziel nicht erreicht werden. In solchen Fällen tritt im Reaktorkern des SWR ein Leerraum auf, und das Kühlmittel strömt in einer Zweiphasenströmung in dem Bereich abstrom von der Stelle, an der sich der Leerraum befindet.

Die Fig. 11 und 12 zeigen, wie ein Kühlmittel in einem Zweiphasenströmungsbereich auf seinem Weg durch den Zwi­ schenraum strömt, der bei einer konventionellen Konstruk­ tion von Brennstäben umgeben ist. Im Zweiphasenströmungs­ bereich strömt die Flüssigphase entweder unter gleichzei­ tigem Anhaften in Form von Flüssigkeitsfilmen an den Ober­ flächen von Brennstäben 1 oder in Form von Flüssigkeits­ tropfen im Dampf. Andererseits enthält der Dampf die Flüs­ sigkeitstropfen und durchströmt den von den Brennstäben 1 umgebenen Raum. Wenn in dem Zweiphasenströmungsbereich der oben beschriebene konventionelle Distanzhalter verwendet wird, bildet das Kühlmittel eine Strömung, die entlang den Außenumfängen der Brennstäbe 1 strömt. Eine solche Strömung kann unter der Einwirkung von Fliehkräften die an den Brennstäben 1 haftenden Flüssigkeitsfilme abstreifen, wo­ durch die an den Brennstäben 1 in Form von Flüssigkeitsfil­ men haftende Flüssigkeit verringert wird. Infolgedessen besteht die Gefahr, daß Teile der Brennstäbe 1 keine Flüs­ sigkeit aufweisen, was zu ihrer Austrocknung führt. Dies resultiert in einem Leistungsabfall, der das Kühlmittel zum Sieden bringt, d. h. also in einem Abfall der kritischen Leistung.

Bei der konventionellen Distanzhalterkonstruktion ergibt sich ein weiteres Problem. Weil ein Hindernis vorgesehen ist, führt dies unvermeidlich zu einer Erhöhung der Druck­ verluste sowohl in der Einphasen- als auch in der Zweipha­ senströmung. Das bedeutet, daß die zulässige Leistung des Reaktorkerns entsprechend gesenkt wird.

Es wird angenommen, daß in einem Bereich, in dem das Kühl­ mittel eine Zweiphasenströmung oder eine Gas-Flüssig-Pha­ senströmung aufgrund der Ausbildung eines Leerraums im Kern eines SWR bildet, eine Steigerung der Wärmeübertragung und der zulässigen Leistung des Reaktorkerns möglich sein müß­ te, wenn es möglich wäre, die Menge der flüssigkeitsfilm­ bildenden Strömung zu erhöhen, die unter Anhaftung an den Brennstäben fließt.

Aufgrund dieser Theorie wurden bereits Vorschläge zur Über­ windung der obengenannten Probleme gemacht, z. B. in den ungeprüften JP-Patentveröffentlichungen 61-90 085 und 1-1 32 990. Dabei zeigt die Veröffentlichung 1-1 32 990 ein Brennelementbündel mit Brennstäben und einem gitterartigen Distanzhalter mit spiralförmigen Elementen, die an einzel­ nen Kreuzungspunkten des Gitters vorgesehen sind, wobei die spiralförmigen Elemente die Brennstäbe haltern. Bei diesem Brennelementbündel sind die spiralförmigen Elemente so po­ sitioniert, daß sie von angrenzenden Brennstäben umgeben sind, und leiten durch die Zwischenräume zwischen den Stä­ ben strömendes Kühlwasser zu den Brennstäben. Da jedoch bei dieser Konstruktion der Kühlwasserstrom, der durch die spiralförmigen Elemente spiralförmig gemacht wird, auf die Brennstäbe im Inneren des Distanzhalters direkt auftrifft, besteht die Gefahr, daß der direkt auftreffende Strom die an den Brennstäben fließenden Flüssigkeitsfilme abstreift.

Wenn dies geschieht, haftet abstrom vom Distanzhalter eine geringere filmförmige Flüssigkeitsmenge an den Brennstäben.

Diese Gefahr ist bei der ungeprüften JP-Patentanmeldung 61-90 085 ausgeschlossen, bei der in dem Raum zwischen zylindrischen Zellen eine spiralförmige Strömung erzeugt wird. Diese Veröffentlichung zeigt einen Distanzhalter, der durch Zusammenbau einer Vielzahl von zylindrischen Zellen gebildet ist, in die Brennstäbe einsetzbar sind. Der Distanzhalter ist mit Leitabschnitten zum Leiten des Kühl­ wasserstroms in Richtung der Brennstäbe versehen. Die Leit­ abschnitte sind in den Seitenflächen der zylindrischen Zel­ len gebildet und definieren Zwischenräume, die jeweils von angrenzenden zylindrischen Zellen umgeben sind und durch die Kühlwasser strömt.

Diese konventionelle Konstruktion ist jedoch nicht voll­ ständig problemlos. Da von den Unter- bis zu den Oberenden der einzelnen Zellen Leitnuten gebildet sind, die die Leit­ abschnitte darstellen, ist das Ausmaß der Druckverluste immer noch hoch. Da ferner diese schrägen Leitnuten nicht leicht auszubilden sind und es unmöglich ist, in einem Arbeitsgang sowohl die Leitnuten als auch obere und untere Federabschnitte zum Halten der Brennstäbe in ihren vorbe­ stimmten Lagen auszubilden, führt die Bildung der Leitnuten zwangsläufig zu einer Steigerung der Herstellungskosten. Ein weiteres Problem besteht darin, daß, da ein Teil jedes Zylinders zur Bildung einer Leitnut unter einem scharfen Winkel gebogen ist, dieser Teil keine ausreichende mechani­ sche Festigkeit aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Distanz­ halters, der einerseits ausreichende Festigkeit zur Aus­ führung der wesentlichen Funktion eines Distanzhalters, nämlich des Haltens von Brennstäben in ihren korrekten Lagen, hat und andererseits auch die Wärmeübertragung von den als die Wärmequelle dienenden Brennstäben auf das Kühl­ mittel verbessert, um dadurch die zulässige Leistung des Brennelementbündels zu steigern, und der das Leerraumver­ hältnis verringern und dadurch die Reaktivität steigern kann. Die Erfindung richtet sich außerdem auf ein mit einem solchen Distanzhalter versehenes Brennelementbündel.

Zur Lösung der genannten Aufgabe sieht die Erfindung ein Brennelementbündel mit Brennstäben vor, die in regelmäßig angeordnete Zellen eines Distanzhalters eingesetzt sind, der die Brennstäbe im richtigen Abstand voneinander hält, wobei der Distanzhalter Distanzhalterelemente aufweist, die in einer Vielzahl von Stufen in Längsrichtung der Brenn­ stäbe angeordnet sind; das Brennelementbündel ist dabei gekennzeichnet durch an den Zellen wenigstens an Stellen, die den obersten Stufen der Distanzhalterelemente entspre­ chen, gebildete Leitfahnen, wobei jede Leitfahne aus einem in einem Teil der Seitenwand der Zelle gebildeten Aus­ schnitt gebogen ist und die Leitfahnen schräg in die ent­ sprechenden Zwischenräume zwischen benachbarten Brennstäben ragen und ermöglichen, daß ein durch diese Zwischenräume strömendes und Zweiphasenströmungen bildendes Kühlmittel Wirbelströme in Richtung zu den Brennstäben erzeugt. Bei diesen Aspekt der Erfindung wird auch ein in einem solchen Brennelementbündel verwendeter Distanzhalter angegeben.

Dabei ist ferner vorgesehen, daß jede Leitfahne entweder an einem Zwischenabschnitt in Längsrichtung der Seitenwand der Zelle des Distanzhalters oder an einer vom in Längs­ richtung oberen Ende der Seitenwand der Zelle des Distanz­ halters ausgehenden Stelle gebildet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Distanz­ halter für ein Brennelementbündel vorgesehen, der gekenn­ zeichnet ist durch an den Zellen gebildete Leitfahnen, die jeweils aus einem in einem Teil der Seitenwand der Zelle gebildeten Ausschnitt gebogen sind, wobei die Leitfahnen schräg in die jeweiligen Zwischenräume zwischen benachbar­ ten Brennstähen ragen und ermöglichen, daß ein durch diese Zwischenräume strömendes und Zweiphasenströmungen bildendes Kühlmittel Wirbelströme in Richtung zu den Brennstäben erzeugt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Distanz­ halter angegeben mit Spiral-Leitfahnen, die an den Zellen an Stellen innerhalb der Zwischenräume zwischen benachbar­ ten Brennstäben befestigt sind und die ermöglichen, daß ein durch die Zwischenräume strömendes und Zweiphasenströmungen bildendes Kühlmittel Wirbelströme in Richtung zu den Brennstäben erzeugt.

Durch die Erfindung wird also ein Brennelementbündel mit einem der oben angegebenen Distanzhalter angegeben, wobei der Distanzhalter wenigstens an der obersten Stufe in Längsrichtung der Brennstäbe angeordnet ist. Bei jeder die­ ser Konstruktionen können die Leitfahnen in den Zwischen­ räumen zwischen benachbarten Brennstäben angeordnet sein, die innerhalb der durch jeden Distanzhalter definierten Ebene die dem Außenrand der Ebene nächstliegenden Zwischen­ räume und die diesen Zwischenräumen wiederum nächstliegen­ den Zwischenräume sind.

Die vorstehend beschriebenen Konstruktionen können wie folgt ausgelegt sein. Bei einer Anordnung ist ein normaler Distanzhalter ohne Leitfahne an einer unteren Stufe an den Brennstäben angeordnet, während ein Distanzhalter mit Leit­ fahnen an einer oberen Stufe der Brennstäbe angeordnet ist. Bei einer anderen Anordnung ist ein normaler Distanzhalter ohne Leitfahne an einer unteren Stufe der Brennstäbe ange­ ordnet, ein Distanzhalter mit Leitfahnen an den Seitenwän­ den der Zellen ist an einer Zwischenstufe der Brennstäbe angeordnet, und ein Distanzhalter mit Leitfahnen, die als Teile an den Zellen befestigt sind, ist an einer oberen Stufe der Brennstäbe angeordnet.

Es wird angenommen, daß im Zweiphasenströmungsbereich eines Brennelementbündels für einen SWR die Erzeugung von Wirbeln in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Brennstäben und damit die Verwirbelung einer Kühlmittelströmung in einem höheren Wirkungsgrad der Wärmeübertragung von den Brenn­ stäben auf das Kühlmittel resultiert als das einfache Lei­ ten einer Kühlmittelströmung in Richtung der Brennstäbe, wie es beim Stand der Technik vorgesehen ist.

Wenn, wie Fig. 13 zeigt, ein Wirbel in einem von einer Mehrzahl von Brennstäben 1 umgebenen Zwischenraum erzeugt wird, bewirkt die Fliehkraft des Wirbels, daß im Dampf ent­ haltene Flüssigkeitstropfen an den entlang den Brennstäben strömenden Flüssigkeitsfilmen haften. Daher fließt an den Brennstäben eine größere Kühlmittelmenge als die konventio­ nell erzielbare Flüssigkeitsfilmmenge, wodurch eine ent­ sprechende Steigerung der zulässigen Leistung der Brenn­ stäbe und damit der kritischen Ausgangsleistung erreichbar ist.

Wenn im Dampf enthaltene Flüssigkeitstropfen von der Flieh­ kraft des Wirbels zu den Oberflächen der Brennstäbe trans­ portiert werden, führt dies zu einer weiteren Erscheinung, nämlich einer entsprechenden Verminderung der im Dampf verbleibenden Flüssigkeitstropfenmenge. Daher resultiert ein Strömungszustand, der einer getrennten Strömung ange­ nähert ist, wobei die Flüssigphase entlang den Brennstäben strömt, während der Dampf durch die Mitte des Strömungs­ kanals strömt.

Wenn eine getrennte Strömung von dem Kühlmittel gebildet wird, benötigt der Dampf, der während des Strömens keine große Flüssigkeitstropfenmenge enthalten muß, nicht so viel kinetische Energie, um sich mit Flüssigkeitstropfen abstrom zu bewegen. Die geringe Energie führt zu einer entsprechen­ den Erhöhung der Dampfgeschwindigkeit, was zu einer erhöh­ ten Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Dampf und der Flüssigphase führt.

Das Diagramm von Fig. 14 zeigt, wie das Leerraumverhältnis, d. h. der Anteil der Gasphase im Querschnitt des Strömungs­ kanals, sich mit zunehmender Geschwindigkeitsdifferenz zwi­ schen dem Dampf und der Flüssigphase ändert.

Dabei ist auf der Abszisse der Schlupf (Dampfgeschwindig­ keit/Flüssigphasengeschwindigkeit) aufgetragen, der als das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des Dampfs und der­ jenigen der Flüssigphase definiert ist. Ein großer Schlupf bedeutet eine große Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Dampf und der Flüssigphase.

Aus Fig. 14 ist ersichtlich, daß mit zunehmendem Schlupf das Leerraumverhältnis abnimmt. Mit anderen Worten heißt das, daß zu diesem Zeitpunkt der Anteil des Dampf im Quer­ schnitt des Strömungskanals abnimmt und eine relative Er­ höhung der Dichte des Moderators im Querschnittsbereich bewirkt.

Gemäß der Erfindung ermöglicht also eine erhöhte Dichte des Moderators die Erzielung einer gesteigerten Reaktivität. Dies ist vom Gesichtspunkt der Brennstoffökonomie vorteil­ haft. Außerdem kann die kritische Ausgangsleistung gestei­ gert werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines Ausführungsbeispiels eines Distanzhalters nach der Erfindung, der in einem Brennelementbündel nach Fig. 9 anwendbar ist;

Fig. 2 eine Perspektivansicht einer zylindrischen Zelle des Distanzhalters nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Distanz­ halters;

Fig. 4 eine Perspektivansicht einer zylindrischen Zelle des Distanzhalters von Fig. 3;

Fig. 5 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines anderen Ausführungsbeispiels eines Distanz­ halters;

Fig. 6 eine Perspektivansicht eines dünnwandigen Zylinders, der bei dem Distanzhalter von Fig. 5 verwendet wird;

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII von Fig. 9;

Fig. 8 eine Perspektivansicht einer Spiralleitfahne anstelle des dünnwandigen Zylinders des Distanzhalters von Fig. 5;

Fig. 9 den Gesamtaufbau eines Ausführungsbeispiels eines Brennelementbündels nach der Erfindung;

Fig. 10 einen Brennstab in dem Brennelementbündel von Fig. 9;

Fig. 11 und 12 Ansichten, die zeigen, wie ein Kühlmittel in einem Zweiphasenbereich in dem Zwischenraum zwischen Brennstäben bei einer konventionellen Konstruktion strömt;

Fig. 13 die Art und Weise, wie ein Kühlmittel strömt, wenn in dem Zwischenraum zwischen Brennstäben ein Wirbel erzeugt wird; und

Fig. 14 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Schlupf und Leerraumverhältnis zeigt.

Nach den Fig. 9 und 10 sind in einem Brennelementbündel zur Verwendung in einem SWR eine Vielzahl Brennstäbe 1, die jeweils aus Brennstofftabletten 22 bestehen, die in eine Zelle 21 eingefüllt sind, mit deren Ober- und Unterende jeweils ein Endstopfen 23 verschweißt ist, in Gruppierungen von z. B. acht Reihen und acht Spalten in einem Element­ kasten 7 angeordnet, wobei die Ober- und Unterenden der Brennstäbe 1 mit Gitterplatten 8 und 9 festgelegt sind. An einem Oberende der Einheit ist ein Handgriff 10 befestigt. Um die dünnen, langen Brennstäbe 1 richtig voneinander be­ abstandet zu halten, sind Abstandselemente eines Distanz­ halters 2 in mehreren, in Vertikalrichtung voneinander getrennten Stufen angeordnet.

Wie Fig. 7 zeigt, weist ein Rundzellen-Distanzhalter 2 eine Vielzahl von zylindrischen Zellen 11 auf, die gitterartig angeordnet sind. Einander benachbarte zylindrische Zellen 11 sind durch Schweißen miteinander verbunden. Nach Fig. 1 ist ein in eine zylindrische Zelle 11 eingesetzter Brenn­ stab 1 von zwei Vorsprüngen 13 und einer schleifenförmigen Feder 12, die innerhalb der Zelle 11 vorgesehen sind, ge­ haltert. Die zylindrische Zelle 11 hat Leitfahnen 3 zur Erzeugung von Wirbeln, wie die Fig. 1 und 2 zeigen. Jede Leitfahne 3 ist durch Bilden eines Ausschnitts in einem Teil der Seitenwand der Zelle 11 gebildet, so daß ein Teil der Seitenwand von dem Ausschnitt getrennt und der getrenn­ te Teil gebogen wird. Die so gebildete Leitfahne 3 ist aus dem Ausschnitt herausgebogen und ragt schräg nach außen. Wie Fig. 7 zeigt, sind die Leitfahnen 3 so angeordnet, daß sie in den jeweiligen Zwischenraum 5 zwischen Stäben vor­ springen, der von benachbarten zylindrischen Zellen 11 um­ geben ist, wobei dieser Zwischenraum im wesentlichen rhom­ bisch ist. Die Anzahl Leitfahnen 3 an einer Zelle 11 ist je nach der Lage der Zelle 11 in der Zellenmatrix änderbar. Wie Fig. 7 zeigt, haben Eckzellen jeweils eine Leitfahne (die niedrigste Anzahl), während die Zellen in Innengrup­ pierungen jeweils vier (die höchste Anzahl) Leitfahnen haben.

Bei dem Distanzhalter 2 mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion bewirken die Leitfahnen 3 die Erzeugung von Kühlmittelwirbeln in den Zwischenräumen zwischen den Brenn­ stäben 1, was wiederum dazu führt, daß eine erhöhte Flüs­ sigkeitstropfenmenge an den Brennstäben 1 haftet, wodurch die Dicke der Flüssigkeitsfilme an den Brennstäben 1 erhöht wird. Infolgedessen wird die Wärmeübertragung von den Brennstäben 1 auf die vom Kühlmittel gebildeten Flüssig­ keitsfilme unterstützt. Dies ermöglicht eine Steigerung der kritischen Ausgangsleistung und damit des zulässigen Lei­ stungspegels.

Die Ausschnitte zur Bildung der Leitfahnen 3 können in ein­ facher Weise gleichzeitig mit der Bildung der Federab­ schnitte zum Festlegen der Brennstäbe 1 in ihrer Lage ge­ bildet werden, wobei letztere durch Prägen geformt werden. Die Ausbildung der Leitfahnen 3 ist daher nicht mit dem Nachteil des Standes der Technik verbunden, bei dem die Bildung einer schrägen Nut, die von einer unteren zu einer oberen Stelle der Zelle verläuft, schwierig ist und einen zusätzlichen Arbeitsgang erforderlich macht. Ein weiterer Vorteil ist, daß im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem eine Leitnut durch Biegen eines Teils des Zellenzylin­ ders, der von einer unteren zu einer oberen Stelle des Zylinders verläuft, unter einem scharfen Winkel gebildet wird, eine Leitfahne 3 durch Ausschneiden eines relativ kleinen Teils der Zellenseitenwand gebildet wird; dadurch ist eine ausreichende mechanische Festigkeit in der Seiten­ wand gewährleistet. Ferner ist der Grad der Druckverluste in den Zwischenräumen 5 zwischen den Brennstäben 1 gering. Außerdem kann die Strömung eines Flüssigkeitsfilms zwischen einer Zelle und dem Brennstab, also die Endo-Zellenströmung des Flüssigkeitsfilms, im wesentlichen frei von Störungen sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist zwar jede Leit­ fahne 3 durch Ausschneiden eines umgekehrt L-förmigen Schlitzes in die zugehörige Seitenwand der Zelle gebildet, der Ausschnitt braucht aber diese Form nicht unbedingt auf­ zuweisen; Bedingung ist nur, daß die Leitfahnen 3 Vorder­ enden haben, die schräg in die entsprechenden Zwischenräume 5 zwischen den Brennstäben 1 ragen. Beispielsweise kann jede Leitfahne durch Ausschneiden eines U-förmigen Schlit­ zes gebildet werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des Distanzhalters. Ein Distanzhalter 2 A gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeisiel hat zylindrische Zellen 11 A, die Brennstäbe 1 aufnehmen. Jede Zelle 11 A hat Leitfahnen 3 A, die jeweils durch Ausschneiden eines vertikal verlaufenden Schlitzes vom Oberende der Zelle ausgehend und Aufbiegen des durch­ trennten Teils der Seitenwand der Zelle 11 A in solcher Weise, daß er nach außen ragt, gebildet sind.

Wenn diese Konstruktion angewandt wird, ist es ähnlich wie im Fall des Distanzhalters 2 möglich, die Wärmeübertragung von den Brennstäben auf Flüssigkeitsfilme zu unterstützen, wodurch der zulässige Leistungspegel der Brennstäbe 1 erhöht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Vorgang der Bildung der Leitfahnen 3 einfacher als bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist.

Wenn ein Distanzhalter von dem Typ wie der oben beschrie­ bene Distanzhalter 2 oder 2 A mit Leitfahnen entsprechend den Leitfahnen 3 oder 3 A in einem Brennelementbündel ver­ wendet wird, verringert sich die im Dampf durch die Zwi­ schenräume 5 zwischen den Brennstäben fließende Flüssig­ keitstropfenmenge effektiv, während das Kühlmittel zu den Oberenden der Brennstäbe 1 strömt. Das bedeutet, daß die Erhöhung der Druckverluste, die durch das Vorsehen der Leitfahnen 3 oder 3 A eintritt, sehr schnell zu den Ober­ enden hin abnimmt, bis der Bereich der Oberenden der Brenn­ stäbe 1 im wesentlichen frei von jeder solchen Erhöhung der Druckverluste ist. Umgekehrt ist es in diesem Bereich wich­ tiger, daß stärkere Wirbel erzeugt werden, um so eine aus­ reichende Menge Flüssigkeitsfilme sicherzustellen.

Ein Brennelementbündel, bei dem diese Forderung erfüllbar ist, wird als weiteres Ausführungsbeispiel erläutert. Ein Brennelementbündel dieses Ausführungsbeispiels umfaßt einen Distanzhalter 2 B, dessen wesentliche Teile in Fig. 5 ge­ zeigt sind. Der Distanzhalter 2 B umfaßt Zylinder 4, von denen einer in Fig. 6 gezeigt ist. Insbesondere wird für das Vorsehen von Leitfahnen keine der zylindrischen Zellen 11 B des Distanzhalters 2 B einer direkten maschinellen Bear­ beitung unterzogen, sondern dünnwandige Zylinder 4, die jeweils im Inneren mit Leitfahnen 3 B versehen sind, sind in die Zwischenräume 5 zwischen den Brennstäben 1 eingesetzt und an benachbarten zylindrischen Zellen 11 B befestigt.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel ähnlich wie bei den vor­ hergehenden Ausführungsbeispielen Wirbel in den Zylindern 4 erzeugt werden, wird die Übertragung von Wärme von den Brennstäben 1 auf die Flüssigkeitsfilme unterstützt, und dadurch wird der zulässige Leistungspegel der Brennstäbe 1 erhöht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß dadurch, daß die Leitfahnen 3 B innerhalb der Zylinder vorgesehen sind, die Dimensionen und die Konfiguration der Leitfahnen freier gestaltet werden können als bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, bei denen Teile der Seitenwände der zylindrischen Zellen als Leitfahnen ausgebildet werden, und die Erzeugung stärkerer Wirbel gewährleistet ist. Der Quer­ schnitt der Zylinder 4 ist nicht notwendigerweise kreis­ rund; solange das Ausmaß der Druckverluste möglichst nied­ rig ist und die Zylinder ausreichend fest an den Seiten­ wänden der zylindrischen Zellen 11 B befestigbar sind, kann der Querschnitt der Zylinder viereckig sein.

Um noch stärkere Wirbel im Bereich der Oberenden der Brenn­ stäbe 1 zu erzeugen, kann ein Distanzhalter eines anderen Typs im Bereich der Oberenden der Brennstäbe 1 angeordnet sein, wobei dieser Distanzhalter Spiral-Leitfahnen 6, die jeweils entsprechend Fig. 8 ausgebildet sind, anstelle der Zylinder 4 von Fig. 5 aufweist.

Wenn der Vorteil von durch Leitfahnen erzeugten Wirbeln gegenüber der Steigerung des Ausmaßes der Druckverluste aufgrund des Vorsehens der Leitfahnen betrachtet wird, brauchen die Leitfahnen nicht notwendigerweise über sämt­ liche Bereiche in Längsrichtung der Brennstäbe 1 vom glei­ chen Typ zu sein.

Insbesondere wird bevorzugt, ein normales Distanzhalter­ element ohne Leitfahnen an einer unteren Stufe der Brenn­ stäbe vorzusehen, wo die Druckverluste ein wesentlicher in Betracht zu ziehender Faktor sind, während ein Distanzhal­ terelement mit Leitfahnen an einer oberen Stufe der Brenn­ stäbe angeordnet wird, wo die Erzeugung von Wirbeln ein wichtigerer Faktor ist.

Es ist auch möglich, ein normales Distanzhalterelement ohne Leitfahnen an einer unteren Stufe der Brennstäbe, ein Distanzhalterelement mit Leitfahnen vom Typ 2 oder 2 A an einer Zwischenstufe der Brennstäbe und ein Distanzhalter­ element entweder vom Typ 2 B oder von dem mit Spiral-Leit­ fahnen versehenen Typ (Fig. 8) an einer oberen Stufe der Brennstäbe anzuordnen.

Innerhalb des in Fig. 7 gezeigten Querschnitts des Distanz­ halters sind die Brennstäbe in den Gruppierungen, die dem Außenumfang des Distanzhalters zunächstliegen, sowie in den Gruppierungen, die wiederum diesen zunächstliegen, im Ver­ gleich mit anderen Distanzhaltern harten thermischen Bedin­ gungen unterworfen. Daher können Leitfahnen nur in den Zwi­ schenräumen angeordnet werden, die von den Brennstäben in diesen Gruppierungen umgeben sind.

Gemäß der Erfindung erzeugen Leitfahnen, die in den Zwi­ schenräumen zwischen den Brennstäben vorgesehen sind, Wir­ bel. Daher wird die Wärmeübertragung von den als Wärmequel­ le dienenden Brennstäben auf das Kühlmittel unterstützt, wodurch der zulässige Leistungspegel des Brennelementbün­ dels erhöht wird. Ferner wird das Leerraumverhältnis ver­ ringert, wodurch die Reaktivität erhöht wird.

Der diese Vorteile bietende Distanzhalter nach der Erfin­ dung ist so ausgebildet, daß entweder Leitfahnen dadurch gebildet werden, daß einfach Teile der Seitenwände der Zel­ len des Distanzhalters weggebogen werden, oder daß der Di­ stanzhalter selbst keiner direkten maschinellen Bearbeitung unterzogen wird und getrennte Elemente, d. h. Zylinder mit eingebauten Leitfahnen oder Spiral-Leitfahnen, an dem Di­ stanzhalter befestigt werden. Daher ist es im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem Leitnuten schräg von unteren zu oberen Stellen an den Zellen des Distanzhalters gebildet werden, möglich, eine ausreichende mechanische Festigkeit zur Ausübung der Grundfunktion eines Distanzhalters sicher­ zustellen, die darin besteht, Brennstäbe in ihren korrekten Lagen zu halten.

Bei der Ausführungsform, bei der Leitfahnen durch direkte maschinelle Bearbeitung der Distanzhalterzellen gebildet werden, werden die Leitfahnen gleichzeitig mit dem Prägen der Distanzhalterzellen und durch Ausschneiden von Teilen der Seitenwände der Distanzhalterzellen und Wegbiegen von Teilen der Seitenwände von den Ausschnitten gebildet. Daher bleibt die Herstellung des Distanzhalters ein einfacher Vorgang.

Claims (13)

1. Brennelementbündel mit Brennstäben (1) , die in regel­ mäßig angeordnete Zellen eines Distanzhalters eingesetzt sind, der die Brennstäbe im richtigen Abstand voneinander hält, wobei der Distanzhalter Distanzhalterelemente auf­ weist, die in einer Vielzahl von Stufen in Längsrichtung der Brennstäbe angeordnet sind, gekennzeichnet durch an den Zellen (11) wenigstens an Stellen, die den ober­ sten Stufen der Distanzhalterelemente entsprechen, gebil­ dete Leitfahnen (3), wobei jede Leitfahne (3) aus einem in einem Teil der Seitenwand der Zelle (11) gebildeten Aus­ schnitt gebogen ist und die Leitfahnen schräg in die ent­ sprechenden Zwischenräume (5) zwischen benachbarten Brenn­ stäben (1) ragen und ermöglichen, daß ein durch diese Zwi­ schenräume strömendes und Zweiphasenströmungen bildendes Kühlmittel Wirbelströme in Richtung zu den Brennstäben (1) erzeugt.

2. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitfahne (3) an einem Zwischenabschnitt in Längsrichtung der Seitenwand der Zelle (11) des Distanz­ halters gebildet ist.

3. Brennelementbündel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitfahne (3 A) an einer vom in Längsrichtung oberen Ende der Seitenwand der Zelle (11 A) des Distanzhal­ ters ausgehenden Stelle gebildet ist.

4. Brennelementbündel mit Brennstäben (1), die in regel­ mäßig angeordnete Zellen eines Distanzhalters eingesetzt sind, der die Brennstäbe im richtigen Abstand voneinander hält, wobei der Distanzhalter Distanzhalterelemente auf­ weist, die in einer Vielzahl von Stufen in Längsrichtung der Brennstäbe angeordnet sind, gekennzeichnet durch dünnwandige Zylinder (4), die in Längsrichtung der Brennstäbe (1) verlaufen und wenigstens an Stellen inner­ halb der Zwischenräume (5) zwischen benachbarten Brenn­ stäben (1), die der obersten der Stufen der Distanzhalter­ elemente entsprechen, an den Zellen (11 B) befestigt sind, wobei jeder Zylinder (4) darin vorgesehene Leitfahnen (3 B) aufweist und diese schräg ins Innere der Zylinder ragen und ermöglichen, daß ein durch die Zwischenräume (5) strömendes und Zweiphasenströmungen bildendes Kühlmittel Wirbelströme in Richtung zu den Brennstäben (1) erzeugt.

5. Brennelementbündel mit Brennstäben (1), die in regel­ mäßig angeordnete Zellen eines Distanzhalters eingesetzt sind, der die Brennstäbe im richtigen Abstand voneinander hält, wobei der Distanzhalter Distanzhalterelemente auf­ weist, die in einer Vielzahl von Stufen in Längsrichtung der Brennstäbe angeordnet sind, gekennzeichnet durch Spiral-Leitfahnen (6), die wenigstens an Stellen inner­ halb der Zwischenräume (5) zwischen benachbarten Brennstä­ ben (1), die der obersten der Stufen der Distanzhalterele­ mente entsprechen, an den Zellen (11) befestigt sind, wobei die Leitfahnen (6) ermöglichen, daß ein durch die Zwischen­ räume (5) strömendes und Zweiphasenströmungen bildendes Kühlmittel Wirbelströme in Richtung zu den Brennstäben (1) erzeugt.

6. Brennelementbündel nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfahnen in denjenigen Zwischenräumen (5) zwischen benachbarten Brennstäben (1) vorgesehen sind, die innerhalb der durch jedes Distanzhalterelement definierten Ebene die dem Außenrand der Ebene zunächstliegenden Zwi­ schenräume und die diesen wiederum zunächstliegenden Zwi­ schenräume sind.

7. Brennelementbündel nach einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch
ein normales Distanzhalterelement ohne Leitfahnen, das an einer unteren Stufe an den Brennstäben (1) angeordnet ist, und
ein Distanzhalterelement, das Leitfahnen der in einem der vorhergehenden Ansprüche beschriebenen Arten aufweist und an einer oberen Stufe an den Brennstäben (1) angeordnet ist.

8. Brennelementbündel mit Brennstäben (1), die in regel­ mäßig angeordnete Zellen eines Distanzhalters eingesetzt sind, der die Brennstäbe korrekt voneinander beabstandet hält, wobei der Distanzhalter Distanzhalterelemente auf­ weist, die in einer Vielzahl von Stufen in Längsrichtung der Brennstäbe angeordnet sind, gekennzeichnet durch
ein normales Distanzhalterelement ohne Leitfahnen, das an einer unteren Stufe der Brennstäbe angeordnet ist;
ein Distanzhalterelement mit Leitfahnen der in einem der Ansprüche 1-3 beschriebenen Art, das an einer Zwischenstufe der Brennstäbe angeordnet ist; und
ein Distanzhalterelement mit Leitfahnen der in einem der Ansprüche 4 oder 5 beschriebenen Art, das an einer oberen Stufe der Brennstäbe angeordnet ist.

9. Distanzhalter zur richtigen Beabstandung von Brennstäben (1) voneinander, wobei der Distanzhalter regelmäßig ange­ ordnete Zellen aufweist, in die die Brennstäbe eingesetzt sind, gekennzeichnet durch an den Zellen (11) gebildete Leitfahnen, die jeweils aus einem in einem Teil der Seitenwand der Zelle gebildeten Ausschnitt gebogen sind, wobei die Leitfahnen schräg in die jeweiligen Zwischenräume (5) zwischen benachbarten Brenn­ stäben (1) ragen und ermöglichen, daß ein durch diese Zwi­ schenräume strömendes und Zweiphasenströmungen bildendes Kühlmittel Wirbelströme in Richtung zu den Brennstäben (1) erzeugt.

10. Distanzhalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitfahne (3) an einem Zwischenabschnitt in Längsrichtung der Seitenwand der Zelle (11) gebildet ist.

11. Distanzhalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitfahne (3 A) an einer vom in Längsrichtung oberen Ende der Seitenwand der Zeile (11 A) ausgehenden Stelle gebildet ist.

12. Distanzhalter zur richtigen Beabstandung von Brenn­ stäben (1) voneinander, wobei der Distanzhalter regelmäßig beabstandete Zellen aufweist, in die die Brennstäbe einge­ setzt sind, gekennzeichnet durch dünnwandige Zylinder (4), die in Längsrichtung der Brennstäbe (1) verlaufen und an Stellen innerhalb der Zwi­ schenräume (5) zwischen benachbarten Brennstäben (1) an den Zellen (11 B) befestigt sind, wobei jeder Zylinder (4) darin vorgesehene Leitfahnen (3 B) aufweist und diese schräg ins Innere der Zylinder (4) ragen und ermöglichen, daß ein durch die Zwischenräume (5) strömendes und Zweiphasenströ­ mungen bildendes Kühlmittel Wirbelströme in Richtung zu den Brennstäben (1) erzeugt.

13. Distanzhalter zur richtigen Beabstandung von Brenn­ stäben (1) voneinander, wobei der Distanzhalter regelmäßig angeordnete Zellen, in die die Brennstäbe eingesetzt sind, und Distanzhalterelemente aufweist, die in einer Vielzahl von Stufen in Längsrichtung der Brennstäbe angeordnet sind, gekennzeichnet durch Spiral-Leitfahnen (6), die an den Zellen an Stellen innerhalb der Zwischenräume (5) zwischen benachbarten Brennstäben (1) befestigt sind und die ermöglichen, daß ein durch die Zwischenräume (5) strömendes und Zweiphasenströ­ mungen bildendes Kühlmittel Wirbelströme in Richtung zu den Brennstäben (1) erzeugt.