SE509236C2 - Bränslepatron för kokarvattenreaktor - Google Patents

Description

509 236 uppfyllt av strömmande vatten för neutronmoderering. Avständet mellan tvä bränslepatroner benämns spaltbredd.

Förutom det längs med bränslestavarna och det i kontakt med dessa strömmande vattnet genomströmmas reaktorhärden av ett “by- pass"-flöde, som är lokaliserat till ovan nämnda mellan bränslepatronerna bildade spalter. Den största delen av vattnet, typiskt 90%, tas in i bränslepatronerna och tilläts koka i dessa. Resten tas ut genom "by-pass"-hälen och behälls i icke kokande tillstànd. I vissa fall är bränslepatronerna försedda med inre vattenkanaler. Vattnet i dessa kanaler tilläts inte att koka.

För att erhälla en bestämd mängd "by-pass"-flöde utanför bränslepatronerna, dvs i spalterna, är bränslepatronernas övergängsstycke försett med sä kallade "by-pass"-häl vilka tilläter passage av erfoderlig mängd vatten utanför bränslepatronerna.

Ur den svenska utläggningsskriften 424 236 framgär exempel pä en bränslepatron försedd med genomgäende "by-pass"-häl i övergängsstycket. Dessa häl är anordnade vid mitten av bränslepatronens sidoyta och mitt emot varandra varvid "by- pass"-flödet frän ett av hälen alltid är riktat mot styrstaven.

Ur den amerikanska patentskriften 3 697 376 framgär ett annat exempel pä en bränslepatron försedd med genomgäende "by-pass"- häl i övergängsstycket. Dessa tvä häl är anordnade vid mitten av av bränslepatronens sidoyta med ungefär 90° vinkelförskjutning.

Denna hälplacering innebär att bränslepatronen kan anordnas i endast ett läge för undvikande av att "by-pass"-flödet frän nägot av hälen riktas mot styrstaven.

I vissa fall föreligger behov av att vrida bränslepatronen 90ï l80° eller 270° kring sin längsaxel. Ett sädant fall är vid böjning av bränslepatronens höljerör. Böjning av höljeröret kan inträffa efter en tids användning och innebär att detta ändrar sin form genom att böja sig. Böjning av höljeröret kan i vissa ~ 509 236 fall utgöra ett problem vid symmetriska härdgitter. Vid symmetriska härdgitter har styrstavspalterna, dvs de spalter som styrstavarna skjuts in i, och bakspalterna, dvs de spalter som styrstavarna inte skjuts in i, samma spaltbredd. I symmetriska gitter böjer höljeröret i slumpmässig riktning vid bestràlning med snabba neutroner. De snabba neutronerna medför frigörelse av restspänningar varvid materialets struktur förändras så att höljeröret förlängs. Dá höljerörets skilda sidor förlängs olika mycket böjer höljeröret av åt det håll där den största förlängningen ägt rum.

I de fall höljeröret böjer av i riktning mot styrstaven i en supercell kan böjningen vara så stor att styrstaven vid inskjutning i härden, för effektreglering, fastnar. I de fall då denna böjning sker i riktning mot styrstaven bör således boxen vridas 90°, l80° eller 270° kring sin längsaxel för att eliminera risken för att det böjda höljeröret förhindrar inskjutning av styrstaven. Höljerören har vid böjning en viss minneseffekt så att om ett höljerör börjat böja mot styrstaven och detta vrids så att det böjer i riktning från styrstaven fortsätter höljeröret att böja àt detta háll, dvs frán styrstaven. Minneseffekten beror på att den spalt som höljeröret har börjat böja mot blir minst och därmed bestràlas med fler snabba neutroner varvid böjningen fortsätter mot denna minsta spalten.

Vid bränslebyten plockas bränslepatronerna ut ur härden och dess höljerör kontrolleras med avseende pà böjning. I de fall böjning i riktning mot styrstaven konstateras vrids bränslepatronen 90°, l80° eller 270° kring sin längsaxel. Problemet är dà att de hål som enligt känd teknik är anordnade centralt på bränslepatronens tvá, från styrstaven vända, sidor anordnas att rikta "by-pass"- flödet mot styrstaven. Ett "by-pass"-flöde riktat mot styrstaven kan få denna att vibrera och därmed nöta hál på höljeröret vilket kan leda till att säkerhetsmarginalen mot så kallad "dry- out" minskas eftersom mindre vatten förs in i bränslepatronen dá trycket är lägre utanför denna. 509 236 UPPFINNINGEN, FÖRDELAR Uppfinningen avser en bränslepatron med hál för "by-pass"-flöde anordnade så att en vridning av bränslepatronen 90°, 180° eller 270° kring dess längsaxel är möjlig utan att "by-pass"-flödet riktas mot styrstaven.

Bränslepatronen enligt uppfinningen innefattar ett höljerör som är fast anordnat vid ett övergàngsstycke. Övergàngsstycket är utformat med ett styrorgan avsett att styra in bränslepatronen i en patronuppställningsplatta_ Bränslepatronen har en cirkulär, nedåt vättande inloppsöppning som är omgiven av en i huvudsak ringformig ändyta hos övergàngsstycket. Bränslepatronen är avsedd att anordnas tillsammans med tre likadana bränslepatroner med en centralt placerad styrstav bildandes en supercell.

Någonstans mellan patronuppställningsplattan och en kärnbränslekutspelares lägsta del är ett eller flera genomgående "by-pass"-hål anordnade, företrädesvis i övergángsstyckets koniska väggparti. "By-pass"-hålen är anordnade sá att oberoende av hur bränslepatronen anordnas i härden är "by-pass"-flödet riktat från styrstaven. Dà övergángsstycket är försett med fyra hàl fördelade med i huvudsak 90° delningsvinkel ástadkoms riktningen av "by-pass"-flödet från styrstaven vid vridning av bränslepatronen genom anordnande av en vridring kring övergángsstycket, över hålen. Vridringen är försedd med minst ett hål anordnat så att oavsett bränslepatronens läge kan vridringen vridas i ett läge så att åtminstone ett hål i övergàngsstycket är öppet för passage av "by-pass"-flöde riktat fràn styrstaven.

I de fall endast en vridning av patronen l80° är aktuell anordnas lämpligen tvà genomgående "by-pass"-hål som är diametralt motsatta och placerade så att bàda hålen har lika stort avstånd till styrstaven. Eventuellt kan flera hål anordnas i samma läge men separerade i höjdled. Vid detta utförande behövs ingen vridring. 509 236 "By-pass"-hálens storlek kan varieras beroende pá önskad vattenmängd ut från bränslepatronen.

Bränslepatronen enligt uppfinningen är avsedd att anordnas i kokarvattenreaktorer där den övervägande delen vatten i reaktorhärden passerar genom bränslepatronens nedre del, dvs genom patronernas övergàngsstycke.

Fördelen med uppfinningen är att pà ett enkelt sätt erhålls en bränslepatron, där hålen för "by-pass"-flödet är anordnade så att de inte, varken före eller efter en vridning på 90°, 180° eller 270° är riktade mot styrstaven i nämnda supercell.

RITNINGSFIGURER Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett antal utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningsfigurer.

Figur 1 visar i ett vertikalsnitt genom linjen A-A i figur 2 en utföringsform av en sammansatt bränslepatron uppbyggd av fyra delpatroner för en kokarvattenreaktor försedd med ett övergàngsstycke.

Figur 2 visar i ett snitt B-B en bränslepatron enligt figur l.

Figur 3 visar schematiskt, i en vy ovanifràn, en supercell med "by-pass"-hál anordnade enligt känd teknik.

Figur 4a-c visar schematiskt, i en vy ovanifràn, en supercell med "by-pass"-hál anordnade enligt uppfinningen.

Figur 5a-c visar i perspektiv ett övergàngsstycke enligt uppfinningen.

UTFÖRINGSBXEMPEL Ur figurerna 1-4 framgår ett höljerör 1 med i huvudsak kvad- ratiskt tvärsnitt. Höljeröret 1 omsluter utan nämnvärt spel ett övre kvadratiskt parti 2a hos ett övergángsstycke 2 som i övrigt omfattar ett koniskt parti 2b och ett cylindriskt parti 2c, se även figurerna Sa-c. Övergångsstycket 2 har en nedåt vettande inloppsöppning 3 för kylvatten. Övergàngsstycket 2 är utformat med ett styrorgan som är avsett att styra in bränslepatronen 16 i en icke visad patronuppställningsplatta och innefattar ett flertal instyrningsekrar 2d. Övergángsstycket 2 uppbär förutom höljeröret 1 ett bottenstöd 4. Höljeröret 1 har nederst ett relativt tjockt väggparti som är fixerat vid övergàngsstycket 2 och bottenstödet 4 medelst ett flertal horisontella bultar 5.

Höljeröret 1 är enligt det visade utföringsexemplet med ett iháligt, med korsformat tvärsnitt utformat stödorgan 6 indelat i fyra vertikala rörformade delar 7a-d med åtminstone i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. Stödorganet 6 är fastsvetsat vid höljerörets 1 fyra väggar la-d och har fyra ihåliga flyglar 8.

Den av stödorganet 6 bildade centrala kanalen är betecknad 9 och nederst neddragen genom bottenstödet 4 med ett inlopp 10 för moderatorvatten. Varje rörformade del 7a-d innehåller ett knippe om tjugofyra bränslestavar 12. Stavarna 12 är anordnade i ett symmetriskt gitter i rader där varje stav 12 ingår i tvà mot varandra vinkelräta rader.

Varje knippe är anordnat med en bottenplatta 13, en topplatta 14 och ett flertal spridare 15. Ett bränslestavknippe med bottenplatta 13, topplatta 14, spridare 15 och höljerörsdel 1 bildar en enhet som benämns delpatron medan den i figur 1-4 illustrerade anordningen omfattande fyra sådana delpatroner benämns bränslepatron 16. En enhet omfattande fyra bränslepatroner 16 och en däremellan centralt anordnad styrstav 17 utgör en supercell. Utrymmena mellan bränslestavarna 12 inom varje delpatron 7 genomströmmas av vatten liksom den korsformiga kanalen 9 i bränslepatronen 16. Spalterna l8a-b mellan bränslepatronerna 16 genomströmmas också av vatten.

E09 236 De fyra bottenplattorna 13 uppbärs i bränslepatronen 16 av bottenstödet 4 och är delvis införda i var sitt kvadratiskt hål i denna.

Hålen för vattnets passage genom bottenplattan 13 är betecknade med 19.

Ur figur 3 framgår en del av ett symmetriskt härdgitter enligt känd teknik. Snittet innehåller en supercell. I ett symmetriskt härdgitter är styrstavsspalterna 18a, där styrstavarna 17 kan införas, lika breda som bakspalterna l8b, där inga styrstavar 17 kan införas. Styrstavarna 17 har blad som bildar ett rätvinkligt kors och är anordnade centralt i supercellen. Två genomgående hål 20a-b för "by-pass"-flöde är anordnade i övergångsstyckets 2 väggparti, vända från styrstaven 17. För att "by-pass"-hålen tydligare skall framgå ur figurerna 3 och 4a är en bränslepatron 16 i vardera figuren visad utan den korsformiga vattenkanalen 9.

Ur figur 4a-c framgår en del av ett symmetriskt härdgitter, en supercell, enligt uppfinningen. Figur 4a visar en supercell med bränslepatroner med "by-pass"-hål 20a-d anordnade i övergángstycket i ett läge motsvarande mitten av höljerörets 1 sidoytor. Ur figur 5a-b framgår hur övergångsstycket är försett med en vridbar ventil, en vridring 21, med hål 22a-b anordnade så att en vridning av denna medger öppning av två hål 21a-d i taget vilka är belägna så att "by-pass"-flödet riktas från styrstaven 17. "By-pass"-hålen 20a-d kan vara anordnade var som helst mellan patronuppställningsplattan och en bränslekutspelares 24 lägsta del.

Ur figur 4b framgår en supercell med bränslepatroner där “by- pass"-hålen 20a-d är anordnade i ett läge motsvarande höljerörets 1 hörn där övergångsstycket 2 på motsvarande sätt som utföringsexeplet i figur 4a är försett med en vridring 21 enligt figur 5a-b. 509 236 Enligt figur 4a passerar i bränslepatronens 16 ursprungliga driftläge “by-pass"-flödet genom de två hål 20a och 20b som vätter mot bakspalterna 18b medan vid driftsläget då bränslepatronen 16 t ex vridits 180° så passerar "by-pass"- flödet genom de hàl 20c och 20d som i det ursprungliga driftläget var vända mot styrstavsplaterna 18a men som efter vridningen är vända mot bakspalterna l8b. Denna flödesändring låter sig göras genom att vridringen 21 bringas att öppna/stänga två av de fyra hålen 20a-d som övergångstycket 2 är försett med.

Genom en vridning av vridringen 21 öppnas således de två hålen 20c och 20d, som i ursprungligt driftläge är stängda och vända mot styrstavsspalten l8a, för "by-pass"-flödet medan de andra tvà hälen 20a och 20b stängs.

I figur 4b passerar i bränslepatronens 16 ursprungliga läge "by- pass"-flödet genom hålen 20b och 20d medan hålen 20a och 20c är stängda medelst vridringen 21. Vid vridning av den i figuren visade övre vänstra bränslepatronen 16 t ex 90° medurs passerar "by-pass"-flödet, efter vridning av vridringen 21, istället genom hålen 20a och 20c vilka då befinner sig vända från styrstaven 17 i supercellen.

I figur 4c visas ett utförande avsett för bränslepatroner 16 som endast kan vridas 180° kring sin längsaxel. Utförandet visar två hål 20a-b för "by-pass"-flöde. Hålen 20a-b är diametralt motsatta och anordnade i övergàngsstyckets 2 väggparti symmetriskt så att båda hålen 20a-b har i huvudsak samma avstånd till styrstaven 17. Ingen vridring 21 behövs eftersom en vridning med 180° av bränslepatronen 16 medför att hálens 20a-b placering i förhållande till styrstaven 17 är densamma som före vridningen. Ett övergàngsstycke 2 enligt figur 4c framgår även ur figur 5c.

Ur figur 5b framgår vridringens 21 utformning och anordnande kring övergángsstycket 2. Den i figuren 5b visade främre ringen 23 är avsedd att fixera vridringen 21 i önskat läge. Övergångsstycket 2 är i detta fall försett med fyra hål 20a-d för “by-pass"-flödet anordnade kring övergàngsstyckets 2 koniska 509 236 väggparti 2b med i huvudsak 90° delningsvinkel. Vridringen 21 är utförd med två hál 22a-b.

Claims (9)

1. lO 509 236 P ans 9301909-9 KN 7583 SE/AS 1994-03-04 PATENTKRAV 1.Bränslepatron (16) för en kärnreaktor av kokarvattentyp, anordnad i grupper om fyra med en centralt placerad styrstav (17) bildandes en supercell, var och en bränslepatron (16) innehällande ett flertal vertikala bränslestavar (12) med anrikat kärnbränslematerial (24), vilka stavar är anordnade mellan en bottenplatta (13) och en topplatta (14) i ett omslutande vertikalt höljerör (1), vilket höljerör är anslutet till ett övergängsstycke (2), vilket övergàngsstycke är försett med häl (20) för ett "by-pass"-flöde utanför bränslepatronen, varvid varje brànslepatron (16) är utformad med ett vatteninlopp (3) för ledning av vatten in genom bottenplattan (13) genom utrymmet mellan bränslestavarna (12) i det vertikala höljeröret (1) och genom topplattan (14), och varje bränslepatron (16) är anordnad med mellanliggande spalter (18a-b) till angränsande bränslepatroner (16) och eventuellt med en invändigt anordnad kanal (9) för ledning av vatten i vertikal riktning genom ett inlopp (10) nedifrän och uppàt genom härden kânnetecknad därav att bränslepatronen (16) inklusive övergángsstycket (2) är vridbar i 90°, l80° eller 270° kring sin längsaxel och att bränslepatronen (16) innefattar ett flödeshindrande organ (21) anordnat att hindra passage av “by-pass"-flödet genom det eller de häl (20) som före eller efter en vridning av bränslepatronen (16) är anordnade vända mot styrstaven (17) i nämnda supercell, varvid minst ett häl (20) är vänt frän styrstaven.

2. Bränslepatron (16) enligt patentkrav 1, kânnetecknad därav att hälen (20) för "by-pass"-flödet är anordnade vid bränslepatronens nedre del mellan en patronuppställnings-platta och en lägsta del av kärnbránslematerialet (24). H 509 236

3. Bränslepatron (16) enligt patentkrav l, kännetecknad därav att det flödeshindrande organet är utfört som en vridbar vridring (21) över hälen (20), vilken vridring är vridbar för öppnande av ätminstone ett häl för "by-pass"-flödet, vilket häl är vänt frän styrstaven (17) i nämnda supercell.

4. Bränslepatron (16) enligt patentkrav 1, kännetecknad därav att övergängsstycket (2) är försett med fyra häl (20a-d) för "by-pass"-flödet anordnade med i huvudsak 90° delningsvinkel.

5. Bränslepatron (16) enligt patentkrav 1 eller 4, kännetecknad därav att “by-pass"-hälen (20a-d) är anordnade i övergängsstycket (2) i ett läge motsvarande vardera bränslepatronens (16) hörn.

6. Bränslepatron enligt patentkrav 1 eller 4, kännetecknad därav att "by-pass"-hälen (20a-d) är anordnade i övergängsstycket (2) i ett läge i huvudsak motsvarande mitten av vardera bränslepatronens (16) sidoytor (la-d).

7. Bränslepatron (16) för en kärnreaktor av kokarvattentyp, anordnad i grupper om fyra med en centralt placerad styrstav (17) bildandes en supercell, var och en bränslepatron (16) innehållande ett flertal vertikala bränslestavar (12) med anrikat kärnbränslematerial (24). vilka stavar är anordnade mellan en bottenplatta (13) och en topplatta (14) i ett omslutande vertikalt höljerör (1), vilket höljerör är anslutet till ett övergängsstycke (2), vilket overgängsstycke är försett med häl (20) för "by-pass"-flöde utanför bränslepatronen, varvid varje bränslepatron (16) är utformad med ett vatteninlopp (3) för ledning av vatten in genom bottenplattan (13) genom utrymmet mellan bränslestavarna (12) i det vertikala höljeröret (1) och genom topplattan (14). och varje bränslepatron (16) är anordnad med mellanliggande spalter (l8a-b) till angränsande bränslepatroner (16) och eventuellt med en invändigt anordnad kanal (9) för ledning av vatten i vertikal riktning genom ett inlopp (10) nedifrän och uppät genom härden kännetecknad därav 509 236 u; att bränslepatronen (16) inklusive övergängsstycket (2) är vridbar 180° kring sin längsaxel och att bränslepatronen (16) innefattar ett eller flera häl (20) för “by-pass"-flödet, vilka häl (20) före och efter en vridning är anordnade vända frán styrstaven (17) i nämnda supercell.

8. Bränslepatron (16) enligt patentkrav 7, kännetecknad därav att i dess nedre del (2) är minst tvà häl (20a-b) för "by-pass"- flödet anordnade diametralt motsatta längs med en symmetrilinje sä att de har i huvudsak samma avständ till styrstaven (17) i nämnda supercell.

9.Bränslepatron (16) enligt patentkrav 7, kännetecknad därav att den är försedd med en vridbar vridring (21) anordnad kring bränslepatronens (16) nedre del över “by-pass"-hälen (20a-b), vilken vridring är vridbar för öppnande av ätminstone ett häl för "by-pass"-flöde, vilket häl är riktat frän styrstaven (17) i nämnda supercell.