BG98181A

BG98181A - Combustable device with deflector blades for the separation of part of the fluid stream flowing across the combustible device

Info

Publication number: BG98181A
Application number: BG98181A
Authority: BG
Inventors: Edmund E Demario; Charles N Lawson
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1994-08-30
Also published as: FI934540A0; BG61316B1; UA32521C2; RU2192051C2

Abstract

Горивно устройство с възможност за отделяне на част от флуидния поток,преминаващ през него, съдържащо решетъчен елемент с напречен контур с шестоъгълна форма, определящ множество клетки за пръти с ромбоидна форма и множество отсъединителни клетки най-общо е ромбоидна форма, множество дълги горивни пръти,успоредно подредени на разстояние един от друг, всеки от който преминава през съответната му клетка за пръти, множество удължени съединителни тръби, успоредно подредени на разстояние една от друга, всяка от които преминава през съответната й съединителна клетка, характеризиращ се с дефлектор на лопатка, прикрепена към всяка от клетките за пръти и неделимо свързана е решетъчния елемент, криволинейно частично издаваща се над съответната й клетка за пръти и наклонена спрямо флуидния поток за отделяне на част от него около горивните пръти.Fuel device capable of separating a part of the fluid stream flowing through it, containing a cross - section grid with c a hexagonal shape defining a plurality of robotic-shaped rod cells; a plurality of junction cells generally is a rhomboid form, a plurality of lengths fuel rods, parallel to each other, each of which passes through its respective rod cage, a plurality of elongated connectors pipes parallel to one another, each passing through its respective coupling cell, characterized by a blade deflector, attached to each of the rod cells and indivisibly connected is the lattice an element curvilinear partially projecting over its respective rod cell; and inclined relative to the fluid stream to separate a portion thereof around the fuel rods.

Description

ГОРИВНО УСТРОЙСТВО С ДЕФЛЕКТОРНИ ЛОПАТКИ ЗА ОТДЕЛЯНЕFUEL DEVICE WITH DECLECTOR BLADES FOR SEPARATION

НА ЧАСТ ОТ ФЛУИДНИЯ ПОТОК, ПРЕМИНАВАЩ ПРЕЗPART OF THE FLUID FLOW THROUGH

ГОРИВНОТО УСТРОЙСТВОTHE FUEL DEVICE

Това изобретение най-общо се отнася до горивно устройство и по-специално до горивно устройство с дефлекторни лопатки за отделяне на част от флуидния поток, преминаващ през устройството, което може да бъде от вида типично използван в активната зона на ядрения реактор.This invention generally relates to a combustion device, and in particular to a combustion device with deflector blades to separate a portion of the fluid flow through the device that may be of a type typically used in the nuclear reactor core.

Преди да се разгледа състоянието на техниката, полезно е най-напред накратко да се опише структурата и операциите в един типичен ядрен реактор, който съдържа множество ядрени горивни устройства. В това отношение един ядрен реактор представлява устройство за получаване на топлина чрез управляемо ядрено делене на ядреното гориво в едно множество от наредени един до друг горивни пръти.Before considering the state of the art, it is useful to first briefly describe the structure and operations of a typical nuclear reactor containing a plurality of nuclear combustion devices. In this regard, a nuclear reactor is a device for generating heat through controlled nuclear fission of nuclear fuel in a plurality of stacked fuel rods.

Горивните пръти са събрани заедно чрез едно множество от пространствено разделени решетки , всяка от които има отворени клетки за приемане на всеки горивен прът за получаване на предварително определено разстояние (стъпка) между съседните пръти. Нещо повече, през други отворени клетки на всяка решетка се поемат кухи направляващи съединителни тръби за регулиращи пръти .The fuel rods are assembled together through a plurality of spatially separated grids, each of which has open cells for receiving each fuel rod to obtain a predetermined distance (step) between adjacent rods. Moreover, hollow guide tubes for adjusting rods are drawn through each open cell of each grid.

Съединителните тръби плавно поемат подвижния абсорбер или регулиращите пръти, които контролират процеса на ядрено делене. Една първа крайна част и една втора крайна част на всяка съединителна тръба се присъединяват към един наакрайник в горния и в долния край, за да се осъществи неподвижна опора за горивното устройство. Комбинацията от горивни пръти, водещи съединителни тръби, решетки, горни и долни накрайници оформят конструкцията на едно типично горивно устройство от състоянието на техниката. Множеството от тези горивни устройства определя една активна зона на ядрения реактор, която е херметично затворена в корпуса под налягане на реактора.The connecting tubes seamlessly absorb the movable absorber or the adjusting rods that control the fission process. One first end portion and one second end portion of each connecting tube are connected to one end at the top and bottom ends to provide a fixed support for the combustion device. The combination of fuel rods, guide tubes, grilles, upper and lower ends shape the design of a typical state-of-the-art combustion device. The plurality of these combustion devices defines an active zone of the nuclear reactor that is sealed in the reactor pressure vessel.

По време на действие на ядрения реактор един поток от течен забавяш, охладител (напр. деминерализирана вода) протича през корпуса под налягане около горивните пръти за подпомагане на процеса на ядрено горене и за отнемане на топлината, получена при ядреното делене на ядреното гориво, съдържащо се във всеки горивен прът. В случая на типичен ядрен реактор с вода под налягане скоростта на потока охладител, който се изтласква върху горивните пръти чрез охлаждащите помпи на реактора, може да бъде приблизително 18 фута в секунда за по-ефективно отнемане на топлината, получена в процеса на ядрено делене. По този начин топлината, отделена при деленето на ядрения материал, се предава от всеки от горивните пръти и следователно от всяко горивно устройство към течния забавящ охладител, обтичащ горивните пръти. Предадената топлина към течния забавящ охладител основно се пренася чрез охладителя в резервоара под налягане към един турбогенератор за произвеждане на електрическа енергия по широко известен начин в областта на енергетиката. Както се пояснява по-надолу, от гледна точка на безопасност е важно охладителят да отнема ефективно топлината, отделена от всеки горивен прът. Поради това нагрятата повърхност на всеки горивен прът трябва да бъде в контакт с охлаждащия агент, който има една предварително определена средна температура на охлаждане.During the operation of the nuclear reactor, a stream of liquid slows down, a coolant (eg demineralized water) flows through the pressure vessel around the fuel rods to assist the nuclear combustion process and to remove the heat obtained from the nuclear fission of the nuclear fuel containing is in every fuel rod. In the case of a typical nuclear reactor with pressurized water, the flow rate of the coolant, which is ejected onto the fuel rods by the reactor cooling pumps, can be approximately 18 feet per second for more efficient removal of the heat generated by the fission process. In this way, the heat released by the fission of the nuclear material is transmitted from each of the fuel rods and, therefore, from each combustion device to the liquid retarder surrounding the fuel rods. The heat transmitted to the liquid retarder is generally transmitted through the cooler in the pressure tank to a turbo generator for generating electricity in a widely known manner in the energy field. As explained below, it is important from the safety point of view that it is important for the cooler to efficiently remove heat from each fuel rod. Therefore, the heated surface of each fuel rod must be in contact with the cooling agent, which has a predetermined average cooling temperature.

Известно е, че топлинният поток (т.е. степента на предаване на топлина от единица площ), перпендикулярен на нагрятата повърхност на горивния прът, се променя във функция от температурната разлика между тази на нагряваната повърхност на горивния прът и масата на охладителя. За да се прецени важността на връзката между топлинния поток и температурната разлика, следващото по-надолу изложение дава едно описание на начина, по който топлинният поток се променя във функция от температурната разлика между нагрятата повърхност на горивния прът масата на охладителя. По време на пускане на реактора се допуска разликата между температурите на повърхността на горивния прът и обема на охладителя да нарастне, при което топлината ще се предава от нагрятата повърхност към охладителя чрез еднофазова конвекция, при което топлинният поток нараства. Тъй като разликата между температурата на повърхността на горивния прът и средната температура на охладителя нараства по-нататък, температурата на нагряваната повърхност евентуално надвишава температурата на насищане (т.е. температурата на наситената пара при съществуващото налягане в активната зона на ядрения реактор), при което върху нагрятата повърхност се образуват мехурчета пара и се получава ядрено кипене върху нагряваната повърхност, при което бързо нараства топлинният поток. Един максимален топлинен поток се получава когато мехурчетата са с достатъчна плътност, свързват се и оформят едно филмово покритие от пара върху нагряваната повърхност. Но това филмово покритие от пара ще действува като топлинен изолатор, тъй като парата забавя (задържа) предаването на топлина. Тази точка на максимален топлинен поток, при който се оформя филмово покритие от пара върху нагряваната повърхност, обикновено се приема в състоянието на техниката като Отделяне от Ядрено кипене (Departure from Nucleate Boiling - DNB) и трябва да се избягва от съображения за безопасност. Следователно, ако се допусне разликата между температурата на повърхността и температурата на охладителя да нарастне по4 нататък даже с минимално количество над максималния топлинен поток (DNB), топлинният поток ще намалее значително бързо, въпреки че температурата на нагрятата повърхност нараства. В тази точка филмовото покритие от пара върху горивния прът става неустойчиво в смисъл, че постоянно се прекъсва и се оформя отново, така че се получава частично кипене. Ако се допусне разликата между температурата на повърхността и средната температура на охладителя да се увеличи по-нататък, топлинният поток отново нараства и се получава стабилно (устойчиво) кипене на покритието от пара. Но ако с кипенето на покритието (или частично, или постоянно) се получат големи топлинни потоци, температурата на нагрятата повърхност на горивния прът може да стане достатъчно висока, за да повреди горивния прът (наричано в състоянието на техниката като изгаряне) и това трябва да се избягва от съображения за безопасност. Следователно за един обикновен специалист в тази област на техниката е известно, че ако реакторът действува така, че се получава ядрено кипене близо до DNB, едно относително малко нарастване на топлинния поток ще предизвика една относително бърза промяна за кипене на покритието, което може да доведе до изгаряне. Следователно благоразумно е да се управлява ядреният реактор така, че най-високият топлинен поток да бъде по-малък от максималния топлинен поток, съпровождащ DNB, така че да се постигне възможно най-голямо ч*. отделяне на топлина без риск от повреда на горивния прът.It is known that the heat flow (i.e., the rate of heat transfer per unit area) perpendicular to the heated surface of the fuel rod changes as a function of the temperature difference between that of the heated surface of the fuel rod and the mass of the cooler. In order to evaluate the importance of the relationship between the heat flow and the temperature difference, the following description below describes how the heat flow changes as a function of the temperature difference between the heated surface of the fuel rod and the mass of the cooler. During the start-up of the reactor, the difference between the temperatures of the surface of the fuel rod and the volume of the cooler is allowed to increase, whereby the heat will be transferred from the heated surface to the cooler by single-phase convection, whereby the heat flow increases. As the difference between the temperature of the surface of the fuel rod and the average temperature of the cooler increases further, the temperature of the heated surface may eventually exceed the saturation temperature (i.e., the saturated vapor temperature at the existing pressure in the nuclear reactor core), at which produces vapor bubbles on the heated surface and produces a nuclear boil on the heated surface, thereby rapidly increasing the heat flow. A maximum heat flux is obtained when the bubbles are of sufficient density, bind together and form a single film of steam on the heated surface. But this film coating of steam will act as a heat insulator, as steam slows down the heat transfer. This point of maximum heat flow, at which a film coating of steam is formed on a heated surface, is generally accepted in the prior art as Departure from Nucleate Boiling (DNB) and should be avoided for safety reasons. Therefore, if the difference between the surface temperature and the temperature of the cooler is allowed to increase further 4 even with a minimum amount above the maximum heat flow (DNB), the heat flow will decrease significantly faster, although the temperature of the heated surface increases. At this point, the film coating of steam on the fuel rod becomes unstable in the sense that it is constantly interrupted and re-formed so that partial boiling occurs. If the difference between the surface temperature and the average temperature of the cooler is allowed to increase further, the heat flow increases again and a steady (steady) boiling of the vapor coating is obtained. However, if the boiling of the coating (or partial or constant) results in high heat flows, the temperature of the heated surface of the fuel rod may become high enough to damage the fuel rod (referred to in the prior art as burning), and is avoided for safety reasons. It is therefore known to one of ordinary skill in the art that if the reactor operates to produce a nuclear boil near the DNB, a relatively small increase in the heat flow will cause a relatively rapid change in boiling of the coating, which can result in to burn. It is therefore prudent to control the nuclear reactor so that the highest heat flow is less than the maximum heat flow accompanying the DNB so as to maximize h *. heat release without risk of damage to the fuel rod.

Както беше обяснено по-горе, може да се оформи едно покритие от парни мехурчета върху нагряваната повърхност на горивния прът, за да се получи кипене. Но покритието от пара ще действува като топлинен изолатор, тъй като парата препятствува предаването на топлина и може да доведе до DNB, което на свой ред да доведе до повреда на горивния прът.As explained above, a vapor bubble coating can be formed on the heated surface of the fuel rod to obtain a boil. However, the steam coating will act as a heat insulator, as the steam interferes with heat transfer and can lead to DNBs, which in turn can damage the fuel rod.

Следователно е желателно да се поддържа едно покритие от течен охладител по същество от една фаза, за да се повиши предаването на топлина от горивния прът към охладителя, за избягване на DNB. Следователно един проблем от състоянието на техниката е да се поддържа едно покритие от течен охладител по същество от една фаза върху повърхността на горивния прът, за да се увеличи предаването на топлина от горивния прът към охладителя, за да се избегне DNB.Therefore, it is desirable to maintain a substantially single-phase liquid cooler coating in order to increase the heat transfer from the fuel rod to the cooler to avoid DNB. Therefore, one problem with the prior art is to maintain a liquid phase cooler coating of essentially one phase on the surface of the fuel rod in order to increase heat transfer from the fuel rod to the cooler to avoid DNB.

При увеличаване на предаваното количество топлина от горивните пръти към охладителя при избягване на DNB, нараства максимално допустимият топлинен поток, получаван от дадена активна зона на ядрен реактор с определени размери. Това е желателно, тъй като нарастването на максимално допустимия топлинен поток, получаван от дадена активна зона на ядрен реактор с определени размери, увеличава максимално получаваната в активната зона на реактора мощност. Поради това топлообменът между горивните пръти и охладителя може да се увеличи чрез нарастване на скоростта на потока на охладителя през горивните пръти. Но нарастването на скоростта на потока на охладителя би изисквало по-големи и по-скъпи помпи за охлаждане на реактора. Поради това друг проблем в тази област е по-ефективно да се увеличи топлообменът между горивните пръти и охладителя без да се изискват по-големи и по-скъпо струващи помпи за охлаждане на реактора.By increasing the amount of heat transmitted from the combustion rods to the cooler while avoiding DNB, the maximum allowable heat flow from a given reactor core of a certain size increases. This is desirable since the increase in the maximum allowable heat flow from a given reactor core of a certain size increases the maximum power output in the reactor core. Therefore, the heat exchange between the fuel rods and the cooler can be increased by increasing the flow rate of the coolant through the fuel rods. However, increasing the flow rate of the cooler would require larger and more expensive pumps to cool the reactor. Therefore, another problem in this area is to more effectively increase the heat exchange between the fuel rods and the cooler without requiring larger and more expensive pumps to cool the reactor.

W Поддържането на едно филмово покритие от охлаждаща течност по същество от една фаза върху повърхността на горивния прът за увеличаване на предаването на топлина от горивния прът към охладителя при избягване на DNB по такъв начин, че да не се налага използването на по-големи охлаждащи помпи, в последно време е от голяма значение, тъй катоW Maintaining a substantially one-phase coolant film coating on the surface of the fuel rod to increase the heat transfer from the fuel rod to the cooler while avoiding DNB in such a way that no larger cooling pumps are required. has been of great importance lately since

wконструкцията на някои от действуващите ядрени реактори изисква споменатите горивни пръти да бъдат подредени в плътна (компактна) решетка с триъгълна стъпка, вместо с потрадиционните, но с по-малка плътност квадратна клетка на решетката. По този начин в някои конструкции на ядрени реактори , горивните устройства, включващи горивните пръти, могат да имат шестоъгълно напречно сечение за подходящо постигане на т.н. dense-pack“ решетка с триъгълна стъпка. Горивните пръти, подредени като една решетка с триъгълна стъпка, постигат една по-висока средна плътност на топлинния поток от ядрен реактор с дадени размери в сравнение с горивни пръти, подредени по традиционния начин на решетка с квадратна стъпка. Постигането на една по-висока средна плътност на топлинния поток като се използва dense-pack“ горивни устройства е желателно от гледна точка на икономичност, тъй като при такива горивни устройства се получава повече полезна мощност за единица обем на ядрения реактор, което на свой ред увеличава възвръщаемостта на инвестициите. Но, както каза погоре, по-големият топлинен поток увеличава риска от DNB и поради това не е желателен от съображения за безопасност. Следователно е много важно такова горивно устройство да се охлажда адекватно компактно свързаните горивни пръти в него, така, че да се избегне DNB, като същевременно се получава един по-голям топлинен поток за единица обем на ядрения реактор .The construction of some of the operating nuclear reactors requires that said fuel rods be arranged in a dense (compact) triangular array instead of the conventional but less dense square cell of the grid. Thus, in some nuclear reactor structures, combustion devices including combustion rods may have a hexagonal cross section to suitably achieve so-called. dense-pack 'grid with triangular step. Fuel rods arranged as a single triangular array achieve a higher average flux density of a nuclear reactor of a given size than fuel rods arranged in the conventional square-pitch pattern. Achieving a higher average heat flux density using dense-pack combustion units is desirable in terms of economy, since such combustion plants produce more useful power per unit volume of the nuclear reactor, which in turn increases the return on investment. But, as stated above, higher heat flow increases the risk of DNB and is therefore not desirable for safety reasons. It is therefore very important that such a combustion device is adequately cooled by the compactly coupled fuel rods therein, so as to avoid DNB while producing a greater heat flow per unit volume of the nuclear reactor.

Известни са горивни устройства, използвани в ядрените реактори. Едно такова горивно устройство е разкрито в патент на САШ, 3 787 285, публикуван на 22.01.1974г . , Горивно устройство за ядрен реактор и активна зона на ядрен реактор, съдържащо такова горивно устройство от Jorgen Marstrand. В този патент е описано горивно устройство с направляващи лопатки, осите на които са успоредни на горивните пръти и предават вихрообразно движение на протичащия покрай лопатките охладител, за да се предотврати по-висока плътност на енергийния поток. Горивните пръти са подредени в шестоъгълни клетки, така че външният контур на горивното устройство е с шестоъгълна форма. Едно множество от лопатки са така разположени и под такъв наклон по отношение на една централна ос, че потокът флуид през горивните елементи преминава по един общ спираловиден път около централната ос. Въпреки че този патент разкрива едно горивно устройство с шестоъгълна форма на външния контур и едно множество от направляващи лопатки, в него не е показано горивно устройство, включващо дефлекторни лопатки за отделяне на част от флуидния поток, преминаващ през горивното устройство, както е описано и за каквото се претендира по-надолу.Known combustion devices used in nuclear reactors. One such combustion device is disclosed in US Patent No. 3,787,285, published January 22, 1974. , Nuclear reactor combustion plant and nuclear reactor core containing such combustion engine by Jorgen Marstrand. This patent describes a combustion device with guide vanes, the axes of which are parallel to the fuel rods and transmit a vortex motion to the coolant flowing along the vanes to prevent a higher energy flow density. The fuel rods are arranged in hexagonal cells so that the outer contour of the combustion device is hexagonal. A plurality of blades are also positioned at such an inclination with respect to one central axis that the fluid flow through the fuel elements passes a common spiral path around the central axis. Although this patent discloses a hexagonal outer circuit shaped combustion device and a plurality of guiding blades, it does not show a combustion device including deflector blades for separating a portion of the fluid flow through the combustion device, as described for whichever is claimed below.

Освен това, въпреки че цитираният патент разкрива едно горивно устройство, подходящо за използване в активната зона на ядрен реактор, той не описва горивно устройство с дефлекторни лопатки за отделяне на част от флуидния поток, преминаващ през горивното устройство, както е описано и за каквото се претендира по-долу.In addition, although the patent cited discloses a combustion device suitable for use in the core of a nuclear reactor, it does not describe a combustion device with deflector blades for separating a portion of the fluid flow through the combustion device, as described and whatever Claims below.

Следователно тук се описва горивно устройство, съдържащо дефлекторни лопатки за отделяне на част от флуидния поток, преминаващ през горивното устройство. ГоривнотоTherefore, a combustion device comprising deflector blades for separating a portion of the fluid stream flowing through the combustion device is described herein. The fuel

F’*F '*

Ι»*, устройство съдържа решетъчен елемент клетки за пръти с форма на ромб и съединителни клетки около тях с най-общо с форма на ромб. Едно множество от успоредни горивни пръти преминава през съответните клетки за пръти и едно множество от успоредни направляващи съединителни тръби за регулиращите пръти преминава през съответните съединителни клетки.Ι »*, the device comprises a lattice element of rhombus rod cells and junction cells around them generally of rhombus shape. One set of parallel fuel rods passes through the respective rod cells and one set of parallel guide rods for the adjusting rods passes through the respective connecting cells.

Множество от дефлекторни лопатки са свързани към всяка клетка от пръти и са неделимо присъединени към нея откъм долния край на потока на всяка клетка за пръти. Всяка дефлекторна лопатка със закривена форма се разпростира над съответната й клетка за пръти и частично се издава над нея за отделяне на част от флуидния поток по външната повърхност на горивния прът, който е разпрострян през клетката за пръти. Дефлекторната лопатка и ромбоидната форма на всяка клетка за пръти съдействуват за създаване на един вихър, центриран спрямо надлъжната ос на горивния прът, за да се поддържа протичането на флуид главно от една фаза по протежение на външната повърхност на горивния прът, така че да се избегне възникването на DNB даже при наличието на потоци с висока температура през външната повърхност на горивния прът.A plurality of deflector blades are connected to each rod cell and are individually attached thereto from the underside of the flow of each rod cell. Each bent-shaped deflector blade extends over its corresponding rod cell and extends partially above it to separate a portion of the fluid stream over the outer surface of the fuel rod that extends through the rod cell. The deflector blade and the rhomboid shape of each rod cell help to create a vortex centered on the longitudinal axis of the fuel rod to maintain fluid flow mainly from one phase along the outer surface of the fuel rod so as to avoid the occurrence of DNBs even in the presence of high temperature flows through the outer surface of the fuel rod.

Горивната решетка на настоящото изобретение ще бъде разбрана по-добре от следващото описание, като бъдат взети предвид съответните придружаващи чертежи.The fuel grating of the present invention will be better understood by the following description, taking into account the relevant accompanying drawings.

На фигура 1 е показан частичен вертикален разрез на резервоар под високо налягане на ядрен реактор частично отворен за яснота, като в него се намират горивни устройства съгласно изобретението. Всяко от горивните устройства съдържа множество от горивни пръти и направляващи съединителни тръби за регулиращите пръти;Figure 1 shows a partial vertical section of a high-pressure nuclear reactor tank partially open for clarity, containing combustion devices according to the invention. Each combustion apparatus comprises a plurality of fuel rods and guide tubes for the regulating rods;

Фигура 2 показва частичен вертикален разрез на едно от горивните устройства;Figure 2 shows a partial vertical section of one of the combustion devices;

На фиг. 3 е даден фрагмент от вертикален разрез на един решетъчен елемент за поддържане на горивните пръти и съединителните тръби;In FIG. 3 is a vertical sectional view of a lattice member for supporting fuel rods and connecting tubes;

Фигура 4 е изглед на решетъчен елемент по сечението на линия 4 - 4 от фигура 2.Figure 4 is a cross-sectional view of a grid section in line 4 - 4 of Figure 2.

Фиг. 5 представлява изглед в перспектива на първа вътрешна лента и втора вътрешна лента на решетъчен елемент.FIG. 5 is a perspective view of a first inner strip and a second inner strip of a lattice member.

Първата и втората вътрешни лентии са взаимно захванати и имат дефлекторни лопатки неподвижно закрепени за тях;The first and second inner strips are interconnected and have deflector blades fixed to them;

Фиг.6 представлява частичен изглед в перспектива на решетъчния елемент със съединителна тръба и горивен прът преминаващ през него, като горивният прът и съединителната тръба са показани с пунктирни линии;FIG. 6 is a partial perspective view of the lattice member with a connecting tube and a fuel rod passing through it; the fuel rod and the connecting tube are shown by dashed lines; FIG.

Фиг.7 представлява частичен изглед на вътрешната част на решетъчен елемент по сечението на линия 7 - 7 от фиг.3;Fig. 7 is a partial view of the interior of the lattice element in section 7-7 of Fig. 3;

Фиг.8 представлява вертикален разрез на една от дефлекторните лопатки, като е показано направлението на отклонения флуиден поток, отделян от дефлекторната лопатка;Fig. 8 is a vertical section view of one of the deflector blades, showing the direction of the deflected fluid flow separated from the deflector blade;

Фиг.9 е разрез от страни на дефлекторна лопатка по сечението на линия 9 - 9 от фиг.8.Fig. 9 is a sectional view on the sides of a deflector blade along the section of line 9 - 9 of Fig. 8.

Фиг.10 изобразява изглед на една от клетките за пръти, като е показано направлението на вихровия флуиден поток около горивния прът, преминаващ през клетката за пръти.Figure 10 is a view of one of the rod cells, showing the direction of the vortex fluid flow around the fuel rod passing through the rod cell.

В един типичен ядрен реактор топлината, отделена по време на делене на ядреното гориво, съдържащо се в горивните пръти, се предава от горивните пръти към течния забавящ охладителен агент, който ги обтича. От съображения за безопасност е важно ефективното отстраняване на топлината, отделяна от всеки горивен прът, така че да бъде избягнато DNB. Съгласно изобретението такова ефективно отстраняване на топлината от повърхността на горивния прът се постига чрез закривяване на дефлекторните лопатки на едно горивно устройство, което включва горивните пръти.In a typical nuclear reactor, the heat released during the fission of the nuclear fuel contained in the fuel rods is transferred from the fuel rods to the liquid retardant coolant that surrounds them. For safety reasons, it is important to effectively remove heat released from each fuel rod so that DNB is avoided. According to the invention, such effective removal of heat from the surface of the fuel rod is achieved by closing the deflector blades of a combustion device that includes the fuel rods.

Преди да се опише същността на настоящото изобретение, най-напред накратко ще се представи устройството и действието на един типичен ядрен реактор.Before describing the essence of the present invention, the device and operation of a typical nuclear reactor will first be briefly presented.

'Че*'Th *

В съответствие с това на фиг.1 е изобразен един типичен ядрен реактор, общо обозначен с 10, за произвеждане на топлина чрез управляемо ядрено делене на ядрено гориво 150 (виж фиг.2). Както е показано на фиг.1 реакторът 10 включва един корпус на резервоар под налягане 20 с отворен горен край и множество от входни щуцери 30 и изходни щуцери 40, свързани с него (покозани са само по един щуцер). Един затварящ капак 50 е монтиран на горния край на корпуса 20, така че да го затваря. Затвореният по този начин корпус 20 позволява създаване на подходящо налягане на охладителния агент във вътрешността на ядрения корпус 20, когато реакторът 10 е в действие.Accordingly, Figure 1 depicts a typical nuclear reactor, generally designated 10, for generating heat through controlled nuclear fission of nuclear fuel 150 (see Figure 2). As shown in FIG. 1, the reactor 10 includes a housing of a pressure tank 20 with an open top end and a plurality of inlet nozzles 30 and outlet nozzles 40 connected thereto (only one nozzle is attached). A closure cap 50 is mounted on the upper end of the housing 20 to close it. The enclosure thus enclosed 20 permits the creation of a suitable coolant pressure inside the nuclear enclosure 20 when the reactor 10 is in operation.

На фиг.1 в корпуса под налягане 20 е показана и активната зона на ядрения реактор, общо обозначена като 60 и съдържаща ядрено гориво 150. През върха на затварящия капак 50 са разположени множество задвижващи валове 70 на регулиращите пръти. Всеки задвижващ вал 70 е свързан с множество регулиращи пръти 80 (виж фиг.2) за управление на процеса на делене в активната зона на ядрения реактор 60 по известни методи от областта на ядрената енергетика. Както е показано на фиг.1 от вътрешната страна на корпуса 20 на реактора са разположени хоризонтални горни реакторни плочи 90 и отделени от тях хоризонтални долни реакторни плочи 100. Всяка от горните 90 и долните 100 реакторни плочи имат множество отвори 110 за напречно преминаване на охлаждащия агент, отстраняващ топлината, отделена в процеса на делене на ядреното гориво 150.Figure 1 in the pressure housing 20 also shows the core of the nuclear reactor, generally referred to as 60 and containing nuclear fuel 150. A plurality of actuator shafts 70 on the regulating rods are arranged through the top of the closure cap 50. Each drive shaft 70 is connected to a plurality of control rods 80 (see FIG. 2) to control the fission process in the core of the nuclear reactor 60 by known methods in the field of nuclear energy. As shown in FIG. 1, horizontal upper reactor plates 90 and horizontal lower reactor plates 100 are disposed on the inside of the reactor vessel 20. Each of the upper 90 and lower 100 reactor plates has a plurality of openings 110 for the cross passage of the coolant. an agent that removes the heat released during the fission process of nuclear fuel 150.

По време на действие в активната зона на ядрения реактор 10, регулиращите пръти 80 са най-малко частично изтеглени от активната зона 60 чрез задвижващия вал 70, за да се поддържа верижната ядрена реакция. Когато започне отделянеDuring operation in the core of the nuclear reactor 10, the adjusting rods 80 are at least partially withdrawn from the core 60 through the drive shaft 70 to maintain the nuclear chain reaction. When the separation begins

1 на топлина от активната зона 60 един поток от течен забавящ охладителен агент (напр.деминерализирана вода) преминава през входния щуцер 30 и циркулира през активната зона 60 най-общо във вертикална посока, показана на фиг.1 с вертикални стрелки. Течният забавящ охладителен агент подпомага процеса на ядрено делене чрез забавяне на неутроните в активната зона 60 и също така отстранява топлината, отделена в процеса на ядрено делене. Течният забавящ охладителен агент напуска ядрения реактор 10 през изходния щуцер 40, от където чрез тръба се транспортира към топлообменник (непоказан) за получаване на пара. След това парата се отвежда към турбогенератор (непоказан) за произвеждане на електроенергия по начин, добре известен в областта на ядрената енергетика.1 of the core 60 heat, a stream of liquid retardant (e.g. demineralized water) passes through the inlet nozzle 30 and circulates through the core 60 generally in the vertical direction shown in FIG. 1 with vertical arrows. The liquid retardant coolant aids the fission process by delaying the neutrons in the core 60 and also removes the heat released by the fission process. The liquid retardant exits the nuclear reactor 10 through the outlet nozzle 40, from which it is transported by tube to a heat exchanger (not shown) to produce steam. The steam is then taken to a turbogenerator (not shown) to produce electricity in a manner well known in the nuclear field.

Нека се разгледа сега фиг.2, където по-ясно е показан обектът на настоящото изобретение - горивно устройство с дефлекторни лопатки за отклоняване на част от флуидния поток, преминаващ през горивното устройство, както е по-подробно описано и за което се претендира по-долу. Горивното устройство, общо обозначено със 120, съдържа множество продълговати и в общия случай цилиндрични горивни пръти 130 успоредно подредени на разсояние един от друг. Всеки горивен прът 130 на свой ред съдържа куха и в общия случай цилиндрична метална обвивка или армировка 140 за херметично затваряне на множество в общия случай цилиндрични таблетки с гориво 150, от които се генерира топлина при процеса на ядрено делене. Обвивките 140 имат вътрешен диаметър 160 и външен диаметър 170 и могат да бъдат изготвени от какъвто и да е подходящ метал с относително малко микроскопично сечение за улавяне на неутрони, като например ZIRCAL0Y-4. Тегловно ZIRCAL0Y-4 е съставен от приблизително 1.5 т.% калай, 0,12Let us now consider Fig. 2, which more clearly shows the object of the present invention, a combustion device with deflector blades for deflecting a portion of the fluid stream passing through the combustion device, as described in more detail and claimed in more detail. down. The combustion apparatus, generally designated 120, comprises a plurality of elongated and generally cylindrical fuel rods 130 spaced parallel to one another. Each fuel rod 130 in turn contains a hollow and generally cylindrical metal sheath or reinforcement 140 for hermetically sealing a plurality of generally cylindrical fuel tablets 150 from which heat is generated during the fission process. The shells 140 have an inner diameter of 160 and an outer diameter of 170 and can be made of any suitable metal with a relatively small microscopic neutron capture section, such as ZIRCAL0Y-4. ZIRCAL0Y-4 by weight is composed of approximately 1.5% by weight of tin, 0.12

т.% желязо, 0.09 т.% хром, 0.05 т.% никел и 98.24 т.% цирконий. Всяка горивна таблетка е изготвена от материал от ядрено гориво, съдържащ делими ядра, като U-235 (уран 235) равномерно диспергирани в матрица от възпроизвеждащи се ядра като U-238 (уран 238) за генериране на топлина в процеса на ядрено делене. По-нататък горивното устройство 120 съдържа първи накрайник или първа анкерна плоча 180 със сечение на правилен шестоъгълник с горна част 190 и долна част 200. Първата анкерна плоча 180 има множество пробити напречни отвори 205 (от които е показан само един) поради причини, описани по-горе. Чрез притискащи закрепващи скоби или винтове 210 към горната част 190 на първата анкърна плоча 180 е свързана гъвкава закрепваща пружина 220. Закрепващата пружина 220 е издадена над горната част 190 на първата анкерна плоча 180 за подпиране на горната реакторна плоча 90, така че първата анкерна плоча 180 и чрез нея горивното устройство 120, да бъдат отместени спрямо долната реакторна плоча 100, тъй като горивното устройство 120 е вертикално разположено между тези реакторни плочи. Изместването на горивното устройство 120 надолу предотвратява издигането му от долната реакторна плоча 100, което В противен случай може да се получи по време на хидравличния натиск, оказан от потока на течния охлаждащ флуид, който протича през активната зона на ядрения реактор 60 най-общо нагоре по същото направление на оста на потока. Коаксиално центриран със и разделен от първата анкерна плоча 180 е втори накрайник или втора анкерна плоча 230, която може да бъде със сечение на правилен шестоъгълник. Втората анкерна плоча 230 има множество издадени навън пети (опори) 240 монолитно оформени с нея за поставяне на горивното устройство 120 в предварително определено положение на долната реакторна плоча 100. Втората анкерна плоча 230 има множество отвори 250 (показан е само един) поради причини, описани по-долу.wt.% iron, 0.09 wt.% chromium, 0.05 wt.% nickel and 98.24 wt.% zirconium. Each fuel tablet is made of a nuclear fuel material containing fissile nuclei, such as U-235 (uranium 235), uniformly dispersed in a matrix of reproducible nuclei such as U-238 (uranium 238) to generate heat during the fission process. Further, the combustion device 120 comprises a first nozzle or first anchor plate 180 having a cross section of a regular hexagon with the upper portion 190 and the lower portion 200. The first anchor plate 180 has a plurality of drilled transverse openings 205 (of which only one is shown) for the reasons described. above. A flexible fastening spring 220 is connected to the upper part 190 of the first anchor plate 180 by pressing clamps or screws 210. An anchor spring 220 is projected above the upper part 190 of the first anchor plate 180 to support the upper reactor plate 90 such that the first anchor plate 180 and through it the fuel assembly 120 to be displaced relative to the lower reactor plate 100, since the combustion device 120 is vertically disposed between these reactor plates. Shifting the combustion unit 120 down prevents it from rising from the lower reactor plate 100, which may otherwise be obtained during the hydraulic pressure exerted by the flow of liquid cooling fluid flowing through the core of the nuclear reactor 60 generally upwards. along the same axis of the flow axis. Coaxially centered with and separated by the first anchor plate 180 is a second nozzle or a second anchor plate 230, which may be sectioned in a regular hexagon. The second anchor plate 230 has a plurality of outwardly extending fifth (supports) 240 monolithically formed therewith for placing the combustion device 120 in a predetermined position on the lower reactor plate 100. The second anchor plate 230 has multiple openings 250 (only one is shown) for reasons, described below.

Съгласно фиг.2 към горната част 190 на първата анкерна плоча 180 е свързан задвижващ вал 70 с радиално разположени рамена 260 поради следното: През отвора 205 с възможност за плъзгане минава продълговат прът от абсорбер на неутрони или регулиращ прът 270 за управление на процеса на ядрено делене в горивното устройство 120, като този прът 270 е свързан с всяко рамо 260. Регулиращите пръти 270, които са разположени навън през долната част 200 на първата анкерна плоча 180, са подредени успоредно на разстояние един от друг. Всеки регулиращ прът е направен от подходящ материал като например В^С (боров карбид), с относително голямо микроскопично сечение за улавяне на неутрони. Освен това всеки регулиращ прът 270 е оразмерен така, че да се подава плавно в една продълговата на-общо с цилиндрична форма направляваща съединителна тръба за регулиращи пръти 280, която е издадена навън от долната част 200 на първата анкерна плоча 180. Всяка съединителна тръба 280 има първа крайна част 290 и втора крайна част 300 и вътрешен диаметър 315 и външен диаметър 320. Първата крайна част 290 на всяка съединителна тръба 280According to FIG. 2, a drive shaft 70 with radially disposed arms 260 is connected to the upper part 190 of the first anchor plate 180 because of the following: A neutron absorber rod or a regulating rod 270 for controlling the nuclear process passes through the opening 205 with the possibility of sliding. division in the combustion apparatus 120, such rod 270 being connected to each arm 260. The adjusting rods 270, which extend outwardly through the lower portion 200 of the first anchor plate 180, are arranged parallel to each other. Each control rod is made of a suitable material such as B 1 C (boron carbide), with a relatively large microscopic section for neutron capture. In addition, each adjusting rod 270 is sized to flow smoothly into a cylindrical, generally elongated, generally-shaped connecting tube for adjusting rods 280 that extends outwardly from the lower portion 200 of the first anchor plate 180. Each connecting tube 280 there is a first end portion 290 and a second end portion 300 and an inner diameter 315 and an outer diameter 320. The first end portion 290 of each connecting tube 280

се подава през съответния отвор 205 на първата анкерна плоча 180 и се закрепва към нея чрез деформация или заваряване. Освен това втората крайна част 300 на всяка съединителна тръба 280 се подава в съответния й отвор 250 във втората анкерна плоча 230 и се закрепва към нея чрез винт (непоказан) или чрез заваряване. По този начин първата анкерна плоча 180 и втората анкерна плоча 230 са свързани една с друга чрез съединителните тръби 280, за да се получи устойчива и структурно единна конструкция на горивното устройство 120.is fed through the corresponding opening 205 of the first anchor plate 180 and secured thereto by deformation or welding. In addition, the second end portion 300 of each connecting tube 280 is fed into its corresponding opening 250 into the second anchor plate 230 and secured thereto by a screw (not shown) or by welding. In this way, the first anchor plate 180 and the second anchor plate 230 are connected to each other via connecting tubes 280 to obtain a stable and structurally uniform construction of the combustion device 120.

Съгласно фиг. 2, 3, 4, 5 и 6 между първата 180 и втората анкърна плоча 230 коаксиално са разположени множество центрирани решетъчни елементи, общо обозначени с 310, коитоAccording to FIG. 2, 3, 4, 5 and 6 between the first 180 and the second anchor plate 230 are coaxially arranged a plurality of centered lattice members, generally designated 310, which

са разделени по дължината на оста на съединителните тръби 280 и горивните пръти 130, за да ги поддържат в предварително определена конфигурация на пространствено разделена система. Всеки решетъчен елемент 310 може да бъде направен от ZIRCAL0Y-4 или друг подобен материал поради по-горе обяснените причини за икономия на неутрони. Всеки решетъчен елемент 310 съдържа външна лента 320 със сечение на правилен шестоъгълник, която е разположена с ръбовете към флуидния поток. Следователно външната лента 320 има шест неделимо свързани удължени странични стени 330, всяка от който е разположена под предварително определен тъп ъгъл спрямо съседната й, при което се определя правилно шестоъгълно сечение на външната лента 330. С ръбовете към флуидния поток и напречно на вътрешността на външната лента 320 са разположени множество продълговати и успоредни първи вътрешни ленти 340, всяка от които има предварително определена дължина. Всяка първа вътрешна лента 340 има първа крайна част 350 неделимо прикрепена към една вътрешна стена, например вътрешната стена 374 на външната лента 320, и втора крайна част 360 неделимо прикрепена към друга вътрешна стена, например вътрешната стена 377 на външната лента 320, така че всяка първа вътрешна лента 340 е успоредна на една предварително избрана странична стена 330 поради причини, разкрити по-долу. Освен това с ръбовете към флуидния поток и напречно на вътрешността на външната лента 320 са разположени множество продълговати и успоредни втори вътрешни лента 370, всяка от които има предварително определена дължина. Аналогично всяка втора вътрешна лента 370 има една първа крайна част 380 неделимо прикрепена към другата вътрешна стена на външната лента 320 и втора крайна част 390, неделимо прикрепена към друга вътрешна стена на външната лента 320,are separated along the axis of the connecting tubes 280 and the fuel rods 130 to support them in a predetermined configuration of a spatially separated system. Each grid element 310 can be made of ZIRCAL0Y-4 or similar material for the reasons explained above for neutron savings. Each lattice member 310 comprises an outer strip 320 with a cross section of a regular hexagon, which is arranged along the edges of the fluid stream. Therefore, the outer strip 320 has six individually connected elongated side walls 330, each of which is arranged at a predetermined obtuse angle relative to the adjacent one, determining the correct hexagonal cross section of the outer strip 330. With the edges flowing in and transversely to the inside of the outer strip 320 are a plurality of elongated and parallel first inner strips 340, each of which has a predetermined length. Each first inner strip 340 has a first end portion 350 inseparably attached to one inner wall, e.g., the inner wall 374 of the outer strip 320, and a second end portion 360 indivisibly attached to another inner wall, e.g., the inner wall 377 of the outer strip 320, so that each a first inner strip 340 is parallel to a pre-selected side wall 330 for the reasons disclosed below. In addition, a plurality of elongated and parallel second inner strips 370, each having a predetermined length, are arranged along the edges of the fluid stream and transversely to the interior of the outer strip 320. Similarly, each second inner strip 370 has one first end portion 380 indivisibly attached to the other inner wall of the outer strip 320 and a second end portion 390 indivisibly attached to another inner wall of the outer strip 320,

поради причини, изложени по-долу. Всяка втора вътрешна лента 370 се пресича и се зацепва с всяка първа вътрешна лента 340 в една равнина на пресичане 400, за да се получи решетъчен елемент 310 с форма на пчелна пита. Свързаните по този начин първа вътрешна лента 340 и втора вътрешна лента 370 се закрепват неделимо една с друга например чрез заварка 402.for the reasons set out below. Every second inner strip 370 intersects and engages with each first inner strip 340 in one intersection plane 400 to form a honeycomb shaped lattice element 310. The first inner strip 340 and the second inner strip 370 thus connected are individually secured to one another, for example by welding 402.

В предпочитаното изпълнение на настоящото изобретение всяка втора вътрешна лента 370 пресича всяка първа вътрешна лента 340 под ъгъл Φ от приблизително 29 градуса спрямо първата вътрешна лента 340 за определяне на едно множество от клетки за пръти с ромбоидна форма 410 и едно множество от съединителни клетки 420 с най-общо ромбоидна форма в решетъчния елемент 310. Първата вътрешна лента 340 има множество напречни прорези 404 перпендикулярни към и простиращи се от ръба откъм долната част на потока на първата вътрешна лента 340 до приблизително надлъжната ос (т.е. до средата) на първата вътрешна лента 340. Освен това втората вътрешна лента 370 има множество напречни прорези 406 перпендикулярни към и простиращи се от ръба откъм горната част на потока на втората вътрешна лента 370 приблизително до надлъжната ос (т.е. до средата) на втората вътрешна лента 340. Целта на прорезите 404, 406 е да се осигури средство за взаимно свързване и зацепване на първата вътрешна лента 340 и на втората вътрешна лента 370. По този начин всеки прорез 404, разположен на ръба откъм долната страна на потока на всяка първа вътрешна лента 340 се позиционира така, че да съвпадне със съответния му прорез 407, оформен на ръба откъм долната страна на потока на втората вътрешна лента 370. Аналогично всеки прорез 407, разположен на ръба откъм долната страна на потока на всяка втора вътрешна лента 370 се позиционира така, че да съвпадне със съответния му прорезIn a preferred embodiment of the present invention, each second inner strip 370 intersects each first inner strip 340 at an angle Φ of approximately 29 degrees with respect to the first inner strip 340 to determine one of a plurality of diamond-shaped rod cells 410 and a plurality of connecting cells 420 with generally a rhomboid shape in the lattice member 310. The first inner strip 340 has a plurality of transverse slits 404 perpendicular to and extending from the edge from the bottom of the stream of the first inner strip 340 to approximately longitudinally and the axis (i.e., to the middle) of the first inner strip 340. In addition, the second inner strip 370 has a plurality of transverse slots 406 perpendicular to and extending from the edge from the top of the flow of the second inner strip 370 to approximately the longitudinal axis (t .e. to the middle) of the second inner strip 340. The purpose of the slots 404, 406 is to provide a means for interconnecting and engaging the first inner strip 340 and the second inner strip 370. Thus, each slot 404 disposed at the edge on the underside of the stream of each first inner linen and 340 is positioned to coincide with its corresponding slot 407 formed at the edge on the underside of the flow of the second inner strip 370. Similarly, each slot 407 disposed on the edge at the bottom of the flow of each second inner strip 370 is positioned so that it matches its corresponding slot

404, оформен на ръба откъм долната страна на потока на първата вътрешна лента 340. По този начин всяка първа вътрешна лента 340 и всяка втора вътрешна лента 370 са взаимно свързани и зацепени, при което конструкцията на решетъчния елемент 310 се оформя като пчелна пита. Тази форма на конструкцията на решетъчния елемент 310 му осигурява максимална структурна цялостност при минимално тегло. Трябва да се отбележи, че терминът от долната страна на потока тук означава този край, който е надолу към флуидния поток в активната зона на ядрения реактор 60, а терминът от горната страна на потока тук означава този край, който е от горната страна на флуидния поток.404, formed on the edge from the underside of the flow of the first inner strip 340. Thus, each first inner strip 340 and each second inner strip 370 are interconnected and engaged, whereby the structure of the lattice member 310 is shaped like a honeycomb. This shape of the lattice member 310 provides maximum structural integrity with minimum weight. It should be noted that the term downstream here means that end which is downstream of the fluid flow in the core of the nuclear reactor 60, and the term upstream here means that end which is upstream of the fluid flow.

Следователно първата вътрешна лента 340 и втората вътрешна лента 370 са зацепени когато прорезът на ръба откъм горната страна на потока 406 на всяка втора вътрешна лента 370 съвпада с прореза 404 на всяка първа вътрешна лента 370 и обратно. Когато първата вътрешна лента 340 и втората вътрешна лента 370 са захванати по този начин, всяка първа вътрешна лента 340 пресича всяка втора вътрешна лента 370 в равнина на пресичане 400 под предварително определен ъгъл Ф, който е приблизително 29 градуса, както най-добре се вижда на фиг.5, при което се определя ромбоидна форма на клетките за пръти 410. Това е важно, тъй като когато горивните пръти 130 преминават през съответните им клетки 410, те получават триъгълна конфигурация, за да се получи максимална плътност на горивното устройство 120.Therefore, the first inner strip 340 and the second inner strip 370 are engaged when the slit of the edge from the upper side of the stream 406 of each second inner strip 370 coincides with the slit 404 of each first inner strip 370 and vice versa. When the first inner strip 340 and the second inner strip 370 are thus gripped, each first inner strip 340 intersects each second inner strip 370 in a plane of intersection 400 at a predetermined angle F, which is approximately 29 degrees, as best seen in Figure 5, which determines the rhomboid shape of the rod cells 410. This is important because when the fuel rods 130 pass through their respective cells 410, they receive a triangular configuration to obtain the maximum density of the combustion device 120.

Както най-добре се вижда на фиг.4 всеки горивен прът 130 е разположен през съответната клетка 410 и има надлъжна централна ос най-общо успоредна на оста на флуидния поток. Освен това всяка съединителна тръба 280 е разположена през съответната клетка 420 и има надлъжна ос най-общо успоредна на оста на флуидния поток. По този начин с позоваване на фиг.4 се разбира, че всеки регулиращ прът 270 е заобиколен от съответните горивни пръти 130 за правилно управление на процеса на ядрено делене в горивните пръти 130.As best seen in FIG. 4, each fuel rod 130 is positioned through the respective cell 410 and has a longitudinal central axis generally parallel to the fluid flow axis. In addition, each connecting tube 280 is located through the respective cell 420 and has a longitudinal axis generally parallel to the axis of the fluid flow. Thus, with reference to FIG. 4, it is understood that each adjusting rod 270 is surrounded by the respective fuel rods 130 to properly control the fission process in the fuel rods 130.

Съгласно фиг.6 и 7 всяка съединителна тръба 280 чрез съответна механична обработка и/или чрез заваряване е закрепена към съответната й клетка 420 за фиксиране на всеки решетъчен елемент 310 в предварително определено положение по протежение на надлъжната ос на горивното устройство 120. Освен това откъм вътрешността на стените на всяка клетка за пръти 420 са оформени изпъкнали навътре или подаващи се от там едно множество от еластични елементи 430 за фрикционно поддържане и задържане на всеки горивен прът 130 към съответната му клетка 410, така че горивният прът 130 да не се движи осово, странично или да се завърта по време на нормална работа и да се получат аварийни ситуации в активната зона на ядрения реактор 60. Всеки еластичен елемент 430 е разположен под остър ъгъл, който може да бъде приблизително 45 градуса спрямо първи еластичен вълнообразен елемент 440 и втори еластичен вълнообразен елемент 450, които са коаксиално центрирани и които са оформени откъм вътрешната страна на всяка клетка за пръти 420. Вълнообразните елементи 440, 450 фрикционно поддържат всеки горивен прът 130. В предпочитаното изпълнение на изобретението първият вълнообразен елемент 440 W е разположен от горната страна на охлаждащия поток, а вторият вълнообразен елемент 450 е разположен от долната страна на охлаждащия поток. Следователно от горното описание е ясно, че всеки горивен прът 130 се подкрепя и държи в съответната си клетка 410 в шест точки на зацепване или контакт, тъй като четири вълнообразни елемента и два еластични елемента са издадени навън във всяка клетка за пръти 410 за фрикционно захващане на всеки горивен прът 130.According to FIGS. 6 and 7, each connecting tube 280 is, by appropriate machining and / or welding, secured to its respective cell 420 for fixing each lattice element 310 in a predetermined position along the longitudinal axis of the combustion device 120. the interior of the walls of each rod cell 420 are formed convexly inward or extending therefrom a plurality of elastic members 430 for the friction support and retention of each fuel rod 130 to its respective cell 410, such that the fuel that the rod 130 does not move axially, laterally, or rotate during normal operation and cause emergencies in the core of the nuclear reactor 60. Each elastic member 430 is arranged at an acute angle, which may be approximately 45 degrees. with respect to a first elastic corrugated element 440 and a second elastic corrugated member 450 which are coaxially centered and which are formed on the inside of each rod cell 420. The corrugated members 440, 450 frictionally support each fuel rod 130. alnenie of the invention the first wavy element 440 W is positioned on the upper side of the coolant flow, the second undulating element 450 is located on the lower side of the coolant flow. It is therefore clear from the foregoing description that each fuel rod 130 is supported and held in its respective cell 410 at six engagement or contact points, since four corrugated elements and two elastic elements are projected outwards into each friction clamping cell 410 on each fuel rod 130.

Съгласно фиг. 5, 6, 7, 8 и 9 откъм горната страна на потока на всяка първа вътрешна лента 340 и на всяка втора вътрешна лента 370 са неделимо прикрепени и са свързани с всяка клетка за пръти 410 дефлекторни средства - едно множество от разделени дефлекторни лопатки 460 за отделяне на част от флудния поток около всеки горивен прът 130, който е разположен през съответната му клетка 410. Всяка дефлекторна лопатка 460 е закривена спираловидно, разположена е над и частично покрива съответната й клетка за пръти 410, за да се получи вихрово движение на флуидния поток, преминаващ през клетките за пръти 410, при което флуидният поток се завърта около надлъжната ос на горивния прът 130. В предпочитаното изпълнение на изобретението множеството от дефлекторни лопатки 460 представлява двойка дефлекторни лопатки 460, монтирани към всяка клетка за пръти 410. Всяка дефлекторна лопатка 460 има спираловидно закривена долна повърхност 470, за да се получи по-горе споменатото завихряне. Дефлекторната лопатка 460 може да бъде закривена навън от горния ръб на вътрешните пластини 340, 370, така че да се оформи един остър ъгъл спрямо направлението на флуидния поток. Двете дефлекторни лопатки 460 са противоположно ориентирани една спрямо друга, така че създадените от тях две завихряния не са с противоположни посоки едно спрямо друго. Избягването на такова противоположно течение предотвратява прекъсването на спираловидното завихряне и позволява да се получи желаният вихър, който се издига спираловидно нагоре по външната повърхност на горивния прът 130. По този начин, когато първата вътрешна лента 340 и втората вътрешна лента 340 са правилно захванати, както беше описано по-горе, всяка клетка за пръти 410 има свързани две дефлекторни лопатки 460.According to FIG. 5, 6, 7, 8 and 9 on the upstream side of each first inner strip 340 and every second inner strip 370 are individually attached and connected to each rod cell 410 by deflector means - a plurality of separated deflector blades 460 for separating a portion of the flood stream about each fuel rod 130 which is disposed through its respective cell 410. Each deflector blade 460 is closed helically, located above and partially covering its corresponding rod cell 410, to obtain a vortex motion of the fluid stream passing n with the rod cells 410, wherein the fluid flow is rotated about the longitudinal axis of the fuel rod 130. In a preferred embodiment of the invention, the plurality of deflector blades 460 is a pair of deflector blades 460 mounted to each rod cell 410. Each deflector blade 460 has a spiral curved lower surface 470 to obtain the aforementioned vorticity. The deflector blade 460 can be bent outward from the upper edge of the inner plates 340, 370 so as to form a sharp angle to the direction of the fluid flow. The two deflector blades 460 are oriented opposite each other so that the two vortices created by them are not in opposite directions to each other. Avoiding such a counter current prevents the interruption of the spiral vortex and allows to obtain the desired vortex, which rises in a spiral upward direction on the outer surface of the fuel rod 130. Thus, when the first inner strip 340 and the second inner strip 340 are properly engaged, as described above, each rod cell 410 has two deflector blades 460 connected.

'Μ*'Μ *

Наличието на две дефлекторни лопатки осугурява част от флуидния поток, протичащ около надлъжната ос на всеки горивен прът 130, да има по-голямо завъртащо действие в сравнение с това ако има само една дефлекторна лопатка. Всяка от двете дефлекторни лопатки 460 е разположена над и частично покрива съответната й клетка за пръти 410 за отделяне на част от флуидния поток, протичащ нагоре през клетката за пръти 410. Поради това долната повърхност 470 на всяка дефлекторна лопатка 460 се извива нагоре от ръба откъм горната част на потока на първата вътрешна лента 340 или втората вътрешна лента 370 на предварително определено разстояние над клетката за пръти 410 и е издадена навътре над нея за промяна на посоката на флуидния поток, което е показано със стрелки на фиг.8. Освен това двете дефлекторни лопатки, свързани с всяка клетка за пръти 410, са разположени така, че една от двете дефлекторни лопатки е достатъчно близо до всеки краен ъгъл на клетката за пръти 410. По този начин двете дефлекторни лопатки 460 са симетрично разположени по най дългия диагонал на клетката за пръти 410. Освен това всяка първа и втора вътрешна лента 370 може да има множество от отделни заваръчни пъпки 473 неделимо свързани към и издадени навън от долната страна на потока на всяка втора вътрешна лента 370, като са успоредни на флуидния поток. Заваръчните пъпки 473 служат за осигуряване на материал за заваряване на първата и втората вътрешни ленти 340 и 370, след като те са правилно зацепени. Освен това външната лента 330 може също да съдържа едно множество от разделени и наклонени навътре ушенца 475, които са неделимо свързани към и са издадени откъм долната страна на потока за по-лесно плъзване на първо горивно устройство 120 покрай второ горивно устройство 120 по време на повторно зареждане с гориво. По този начин първото горивно устройствоThe presence of two deflector blades ensures that part of the fluid flow flowing around the longitudinal axis of each fuel rod 130 has a greater rotational effect than if there is only one deflector blade. Each of the two deflector blades 460 is located above and partially covers its respective rod cell 410 to separate a portion of the fluid flow upstream through the rod cell 410. Therefore, the lower surface 470 of each deflector blade 460 curves upward from the edge from the upper flow of the first inner strip 340 or the second inner strip 370 at a predetermined distance above the rod cell 410 and is projected inward over it to change the direction of fluid flow, which is indicated by the arrows in FIG. In addition, the two deflector blades associated with each rod cell 410 are arranged such that one of the two deflector blades is sufficiently close to each end corner of the rod cell 410. Thus, the two deflector blades 460 are symmetrically arranged along the longest diagonal of the rod cell 410. In addition, each first and second inner strip 370 may have a plurality of individual welding pins 473 indivisibly connected to and protruding outwards from the underside of the flow of each second inner strip 370, parallel to the fluid flow. Welding pins 473 serve to provide material for welding the first and second inner strips 340 and 370 after they are properly engaged. In addition, the outer strip 330 may also comprise a plurality of split and inwardly-aligned lugs 475 that are indivisibly connected to and protruding from the underside of the stream for easier drag of the first combustion device 120 past the second combustion device 120 during refueling. Thus the first combustion device

120 няма да задере или да закачи второто горивно устройство. Освен това външната лента 330 може да съдържа множество от разделени и закривени навътре дефлекторни ребра 477 за отделяне на част от флуидния поток, протичащ, около горивните пръти 130, разположени по протежение на вътрешната периферия на външната лента 330. Всяко дефлекторно ребро 477 има най-общо пирамидален външен контур и е монолитно свързано в основата си към ръба откъм горния край на потока на външната лента 330 и се издава над, частично покривайки съответната клетка за пръти 410.120 will not tear or pin the second fuel unit. In addition, the outer strip 330 may comprise a plurality of split and inward deflector fins 477 for separating a portion of the fluid stream flowing around the fuel rods 130 along the inner periphery of the outer strip 330. Each deflector fin 477 has generally a pyramidal outer contour and is monolithically connected at its base to the edge by the upper end of the flow of the outer strip 330 and protruding above, partially covering the corresponding rod cell 410.

По време на действие на реактора 10 потокът от течен забавящ охладителен агент навлиза през входния щуцер 30 и протича най-напред в посока, показана с хоризонтални стрелки на фиг.1. След това потокът се принуждава да премине през отворите 110 и през всяко горивно устройство 120, разположено в активната зона на ядрения реактор 60, като посоката на потока е показана на фиг.1 с вертикални стрелки. След като премине активната зона на ядрения реактор 60, флуидният поток напуска реактора 10 през изходния щуцер 40 в направление, показано на фиг.1 с другите хоризонтални стрелки.During the operation of reactor 10, the flow of liquid retardant enters through the inlet nozzle 30 and flows first in the direction shown by the horizontal arrows in Fig. 1. The flow is then forced to pass through the openings 110 and through each combustion device 120 located in the core of the nuclear reactor 60, the flow direction shown in FIG. 1 with vertical arrows. After passing the core of the nuclear reactor 60, the fluid flow leaves the reactor 10 through the outlet nozzle 40 in the direction shown in Figure 1 with the other horizontal arrows.

Тъй като флуидният поток преминава през активната зона на ядрения реактор 60, той преминава през всяка клетка за пръти с ромбоидна форма 410, определена от решетъчния елемент 310. При това скоростта на флуидния поток намалява и се получава падане на налягането поради съпротивлението, оказано от решетъчния елемент, разположен напречно на флуидния поток. Това падане на налягането може да доведе до ядрено кипене по външната повърхност на горивния прът 130 в областта, обхваната от клетката за пръти 410. Ако няма дефлекторни лопатки 460 и ако топлината, генерирана от горивния прът 130 е достатъчно висока, може да се получи частично или плътно филмово покритие (т.е. DNB) по повърхността на пръта 130,As the fluid flow passes through the core of the nuclear reactor 60, it passes through each rod cell of diamond-shaped 410, determined by the lattice element 310. The fluid flow rate is reduced and a pressure drop is obtained due to the resistance exerted by the lattice element 310. an element transverse to the fluid stream. This pressure drop can cause a nuclear boil on the outer surface of the fuel rod 130 in the area covered by the rod cell 410. If there are no deflector blades 460 and if the heat generated by the fuel rod 130 is sufficiently high, or a dense film coating (i.e. DNB) on the surface of the rod 130,

което води до така нареченото изгаряне, което е нежелателно от съображения за безопасност. Поради това дефлекторните лопатки 460 служат за отделяне на част от флуидния поток спираловидно навътре към външната повърхност на горивния прът 130, за да се избегне частичното или плътно филмово покритие. Даже в случай на шестоъгълна решетка с триъгълни клетки дефлекторните лопатки 460 подобряват DNB и температурния режим. Подобрените характеристики на DNB водят до приблизително 25% повишаване на температурната ефективност на горивните пръти в сравнение със съществуващите конструкции на шестоъгълни решетки с триъгълни клетки, но без дефлекторни лопатки или дефлекторни ребра.which results in so-called burning, which is undesirable for safety reasons. Therefore, the deflector blades 460 serve to separate a portion of the fluid stream in a spiral manner inwardly to the outer surface of the fuel rod 130 to avoid partial or dense film coating. Even in the case of a hexagonal grid with triangular cells, the deflector blades 460 improve DNB and temperature. Improved DNB characteristics result in approximately 25% increase in the thermal efficiency of fuel rods compared to existing triangular cell hexagonal grid designs, but without deflector blades or deflector fins.

Ромбоидното сечение на всяка клетка за пръти 410 заедно със закривената долна повърхност 470 на всяка дефлекторна лопатка 460 съдействува за генериране на вихрово движение, така че да бъде избягнато DNB. В този случай ромбоидната форма на всяка клетка за пръти 410 има намалена повърхност на обтичане от флуидния поток в сравнение с квадратната форма на клетките за пръти или с още по-традиционните конструктивни изпълнения на активната зона на реактора. Следователно поради намалената повърхност на обтичане на клетката за пръти 410, която се дължи на ромбоидната й форма, по-голяма част от флуидния поток, протичащ нагоре през нея, е принуден да влезе в съприкосновение с долната повърхност 470 на всяка дефлекторна лопатка 460 когато флуидният поток излиза от клетката за пръти 410. От това следва, че тъй като по-голяма част от флуидният поток контактува с долната повърхност 470 на дефлекторната лопатка 460, по-голяма част от него ще бъде отделена, отколкото в традиционното подреждане с квадратни клетки. На свой ред това води до получаване на по-дълго завихряне за поддържане на флуидния поток по външнатаThe rhomboid section of each rod cell 410 together with the curved lower surface 470 of each deflector blade 460 contributes to the generation of vortex motion so that DNB is avoided. In this case, the rhomboid shape of each rod cell 410 has a reduced flow area from the fluid flow compared to the square shape of the rod cells or the more conventional constructions of the reactor core. Therefore, due to the reduced surface area of the rod cell 410, which is due to its rhomboid shape, most of the fluid flow flowing through it is forced to come into contact with the lower surface 470 of each deflector blade 460 when the flow exits the rod cell 410. It follows that since most of the fluid flow contacts the lower surface 470 of the deflector blade 460, more of it will be separated than in the traditional square cell arrangement. This, in turn, results in a longer vortex to maintain fluid flow through the external

повърхност на горивния прът 130 предимно в една фаза, за да се избегне DNB.the surface of the fuel rod 130 is preferably in a single phase to avoid DNB.

Освен това клетките за пръти 410 с ромбоидна форма, принадлежащи на решетъчния елемент 310, в комбинация с дефлекторните лопатки 460, съществено намаляват необходимостта от по-големи и по-скъпи охлаждащи помпи за ядрения реактор, за да се увеличи скоростта на флуидния поток, който да се поддържа предимно в една фаза около външната повърхност на горивните пръти 130. Това е така, защото вихрите, образувани от всяка клетка за пръти 410 и съответните й дефлекторни лопатки 460, увеличават флуидния поток около външната повърхност на всеки горивен прът 130.In addition, the rhombic shaped rod cells 410 belonging to the lattice member 310, in combination with the deflector blades 460, substantially reduce the need for larger and more expensive nuclear reactor cooling pumps to increase the flow rate of the fluid flow, which preferably be maintained in one phase around the outer surface of the fuel rod 130. This is because the vortices formed by each rod cell 410 and its respective deflector blades 460 increase the fluid flow around the outer surface of each fuel rod 130.

Нещо повече, клетките за пръти с ромбоидна форма 410 позволяват при триъгълна стъпка на горивните пръти да се получи подреждане с намалено разстояние между центровете на съседните горивни пръти 130 в сравнение с по-традиционните квадратни форми на подреждане. Това позволява по-плътно подреждане, за да се получи по-голяма производителност на реактора при определени размери. Това е желателно, тъй като при една по-плътно подредена активна зона на реактора се получава повече произведена енергия за единица обем, което на свой ред води до нарастване на възвръщаемостта на вложените инвестиции .Moreover, the rhomboid shaped rod cells 410 allow a triangular step of the fuel rods to produce a reduced distance between the centers of the adjacent fuel rods 130 compared to the more conventional square shapes. This allows for a tighter arrangement to obtain greater reactor performance at certain sizes. This is desirable, since a more tightly arranged reactor core produces more energy per unit volume, which in turn leads to an increase in the return on investment.

От горното описание е ясно, че дефлекторните лопатки 460 принуждават по-студения охлаждащ агент да се смесва съответно с по-топлия флуид около повърхността (т.е. външния диаметър 170) на всеки горивен прът 130, така, че температурната разлика между охлаждащия агент и флуида около повърхността на горивния прът се минимизира. Това води до получаване на предимно една фаза на течността около повърхността на горивния прът и следователно до избягване на DNB.It is clear from the above description that the deflector blades 460 cause the colder cooling agent to mix accordingly with the warmer fluid around the surface (i.e., the outer diameter 170) of each fuel rod 130, such that the temperature difference between the cooling agent and fluid around the surface of the fuel rod is minimized. This results in predominantly a single phase of liquid around the surface of the fuel rod and therefore avoids DNB.

Claims

Patent Claims

1. A fuel device capable of separating a portion of a fluid stream, passing through it, comprising:

(a) a hexagonal-shaped lattice element defining a plurality of rhombic-shaped rod cells and a plurality of rhombus-shaped connecting cells;

(b) a plurality of long fuel rods, parallel to each other, each passing through its respective rod cell;

(c) a plurality of elongated connecting tubes, parallel to each other, each passing through its respective connecting cell;

d) a deflector blade attached to each of the rod cells and indivisibly connected to the lattice element, curved partially extending above its respective rod cell and inclined towards the fluid stream to separate a portion thereof around the fuel rods.

A combustion device according to claim 1, further comprising a second deflector blade attached to each of the rod cells and indivisibly connected to the lattice element, curved partially extending above its respective rod cell and inclined relative to the fluid flow to separate part of him around every fuel rod.

3. A combustion device capable of separating a portion of the fluid stream flowing therethrough; the combustion stream has an axis of flow, the combustion device comprising:

(a) a lattice element containing:

(i) an external hexagonal contour strip extending from the edges to the fluid flow;

(ii) a plurality of first inner strips extending along the edges to the fluid stream, each of the first inner strips being attached to the inner side of the outer stripe;

(tm) a plurality of second inner strips arranged at the edges of the fluid flow, each of the second inner strips being attached to the inner wall of the outer stripe and each of the second inner strips intersecting each of the first inner strips at an angle to determine a plurality of rhomboid rod cells and a plurality of junction cells generally rhomboidal to the lattice member;

(b) a plurality of long fuel rods parallel to each other in the fluid stream and passing through their respective rod cells, each fuel rod having a longitudinal axis parallel to the axis of the stream;

c) a plurality of elongated connecting tubes, parallel to each other in the fluid flow and passing through their respective connecting cells, each of the connecting tubes having a longitudinal axis parallel to the axis of the flow;

d) a plurality of deflector blades attached to each of the rod cells, each deflector blade being indivisibly connected to the lattice element and curved partially extending above its respective rod cell and inclined relative to the axis of fluid flow to separate a portion thereof; the longitudinal axis of the fuel rod passing through the corresponding rod cell.

The combustion device of claim 3, wherein each of the plurality of deflector blades is helically curved and partially projected over its corresponding rod cell to create a vortex so that the portion of fluid flow discharged about the combustion rod is rotated about its longitudinal

5. A combustion device according to claim 4, wherein the plurality of deflector blades is a pair of oppositely oriented deflector blades displaced relative to each other to form two vortices such that the portion of fluid flow discharged about the longitudinal axis of the fuel rod has a larger eddy movement.

6.In the core of a fluid flow reactor, you pass through it a unidirectional and combustible device capable of separating a portion of the fluid flow, the combustion device comprising:

(a) first anchor plate;

b) a second anchor plate, separated from the first and coaxially centered by it; (c) a plurality of split and coaxially centered lattice members arranged between the first second anchor plates, (Ί) each lattice member comprising:

an outer cross-sectional strip, a regular hexagon, arranged at the edges of the fluid stream and having at least one elongated side wall; (ii) a plurality of strips extending from elongated edges to parallel fluid which is attached to the outer strip and a first stream internal each extending transversely into the outer strip parallel to the side wall;

(iii) a plurality of elongated parallel second inner strips arranged along the edges of the fluid stream, each of which is attached to the outer strip and extending transversely into the inner outer strip, each of the second inner strips intersecting each of the first inner strips at an angle for determining a plurality of rhomboid shaped rod cells and a plurality of rhomboid shaped connecting cells in the lattice member;

(d) a plurality of long generally cylindrical fuel rods, parallel to one another in the fluid stream and capable of generating heat, each of the fuel rods located between the first anchor plate and the second anchor plate having a longitudinal axis parallel on the axis of the stream and pass through its corresponding rod cell;

(e) a plurality of long generally cylindrical connecting tubes, arranged parallel to one another in the fluid flow and disposed between the first anchor plate and

H * * the second anchor plate, having a first end portion connected to the first anchor plate, and a second end portion connected to the second anchor plate, for separating the first and second anchor plates, each of the longitudinal axis connecting pipes parallel to the axis of the stream, passing through its respective junction cell;

(f) a plurality of deflector blades attached to each of the rod cells, each deflector blade associated with the lattice element being helically curved partially projecting over its corresponding rod cell, inclined toward the axis of the flow to separate part of the rod; the fluid flow around the longitudinal axis of the fuel rod passing through the respective rod cell, wherein the rhomboid shape of each rod cell and the curvature of each projecting deflector blade contribute to a predominantly single-phase fluid and a flow around the fuel rod to transfer heat from the fuel rod to the fluid stream, the deflector blade separating the portion of the fluid stream about the longitudinal axis of the fuel rod.

7. The combustion device of claim 6, wherein each deflector blade is helically curved and projected partially over its respective rod cell to rotate a portion of the fluid stream around the longitudinal axis of the fuel rod to transfer heat from the fuel rod to the fluid stream.

The combustion apparatus of claim 7, further comprising two oppositely oriented deflector blades offset from each other to create two vortices such that the portion of fluid flow discharged about the longitudinal axis of the fuel rod has a greater rotational action transferring more heat from the fuel rod to the fluid stream.