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Abstandhalter für Brennelemente

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017240D
Original Publication Date: 2000-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22
Document File: 3 page(s) / 20K

Publishing Venue

Siemens

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Werner Meier: AUTHOR [+2]

Abstract

Die in Atomreaktoren verwendeten Brennelemente enthalten Brennstäbe, die in der Regel parallel zu einander und zur Brennelementlängsachse vertikal orientiert sind. Die Brennstäbe sind in den Maschen von gitterförmigen Abstandhaltern gehalten, welche beispielsweise aus sich kreuzenden Gitterstegen aufgebaut sein können. Das Brennelement wird im Reaktorkern vom Kühlmittel von unten angeströmt. Ein Hauptteil der Strömung findet in Strömungskanälen zwischen den Brennstäben statt. Die Abstandhalter weisen deshalb auf ihrer Abströmseite (also an ihrer oberen Seite beispielsweise an den Gitterstegkanten) – vorzugsweise an Kreuzungspunkten des Maschengitters - sogenannte Umlenkelemente auf. Mit diesen wird das das Brennelement durchströmende Kühlmedium gezielt auf die Brennstab-Oberfläche gelenkt. Diese Maßnahmen tragen zur Erhöhung der Grenze zum Filmsieden (Druckwasserreaktor, DWR) bzw. der Grenze des Dry-Outs (Siedewasserreaktor, SWR) bei. So transportieren diese Umlenkelemente bei DWR- Brennelementen Wasser aus der Mitte eines Strömungskanals an die Brennstab-Oberfläche, während bei SWR-Brennelementen im Dampf getragene Wassertropfen aus einem Strömungskanalzentrum an die Brennstab-Oberfläche umgeleitet wird.

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Energie

Abstandhalter für Brennelemente

Idee: Werner Meier, Kunreuth; Norbert Schmidt, Coburg

Die in Atomreaktoren verwendeten Brennelemente enthalten Brennstäbe, die in  der Regelparallel zu einander und zur Brennelementlängsachse vertikal orientiert sind.  DieBrennstäbe sind in den Maschen von gitterförmigen Abstandhaltern gehalten, welchebeispielsweise aus sich kreuzenden Gitterstegen aufgebaut sein können. Das Brennelementwird im Reaktorkern vom Kühlmittel von unten angeströmt. Ein Hauptteil der Strömungfindet in Strömungskanälen zwischen den Brennstäben statt. Die Abstandhalter weisendeshalb auf ihrer Abströmseite (also an ihrer oberen Seite beispielsweise an denGitterstegkanten) – vorzugsweise an Kreuzungspunkten des Maschengitters - sogenannteUmlenkelemente auf. Mit diesen wird das das Brennelement durchströmende Kühlmediumgezielt auf die Brennstab-Oberfläche gelenkt. Diese Maßnahmen tragen zur Erhöhung derGrenze zum Filmsieden (Druckwasserreaktor, DWR) bzw. der Grenze des Dry-Outs(Siedewasserreaktor, SWR) bei. So transportieren diese Umlenkelemente bei DWR-Brennelementen Wasser aus der Mitte eines Strömungskanals an die Brennstab-Oberfläche,während bei SWR-Brennelementen im Dampf getragene Wassertropfen aus einemStrömungskanalzentrum an die Brennstab-Oberfläche umgeleitet wird.

Beim Service werden aus einem Brennelement, das mit derartigen Abstandhalternausgestattet ist, Brennstäbe z.B. zur Vermessung herausgezogen und anschließend wiedereingeführt. Dabei kann in Ausnahmefällen das untere Brennstabende auf ein derartigesUmlenkelement treffen und eventuell deformieren. Dies könnte den Brennstab in einerteilweise eingeschobenen Position verklemmen oder zu einem teilweisen Verschluss derAbstandhaltermasche führen. Im schlimmsten Fall - bei einer Berührung eines derartigverbogenen Umlenkelementes mit der Brennstab-Oberfläche - kann dies zu Scheuerschädenam Brennstab während des Reaktorbetriebs führen (Fretting).

Zur Lösung des beschriebenen Problems verfügen einige Kernreaktoren über eineBrennelement-Schwenkstation, welche es erlaubt jeweils ein Brennelement 180° um einehorizontale Achse zu schwenken, sodass die Brennstäbe von der Brennelement-Unterseiteher herausgezogen und wieder eingeführt werden. Das Problem einer Verbiegung derUmlenkelemente wird dabei vorneherein vermieden.

Ein großer Teil von Atomreaktoren sind mit einer derartigen Schwenkeinrichtung jedochnicht ausgestattet. Deshalb ist es sinnvoll, die Umlenkelemente so zu gestalten, dass diegenannten Probleme nicht auftreten können – sel...