FI69937B - Braenslepatron med ett fraon braenslestavarna avgraensat vattenfloede - Google Patents

Description

69937

Polttoainepatruuna, jossa on polttoainesauvoista erotettu vesivirta

Esillä olevan keksinnön kohteena on polttoainepatruuna, jossa on alempi ristikkolaite ja useita tämän kannattamia polttoainesauvoja, ainakin yksi vaippaputki, joka ympäröi vastaavaa polttoainesauvaryhmää, ja ylimenohylsy, jossa on tuloaukko reaktorin jäähdytysainetta varten ja pyöreä, alaspäin suunnattu, pääasiassa rengasmainen päätepinta, jolloin polttoainepatruunassa on ainakin yksi pystysuora vesikanava polttoainesauvoja pitkin kulkevaa, mutta näistä erotettua vesivirtaa varten.

Tarkemmin sanottuna keksinnön kohteena on polttoainepatruuna, joka on rakennettu siten, että sitä voidaan edullisesti käyttää kiehutusreaktorissa, joka on alun alkaen tarkoitettu sellaisia polttoainepatruunoita varten, joissa ei ole yllä mainittua keskivesikanavaa, ilman että tällöin on tarpeen suorittaa mitään oleellista muutosta reaktorin muissa komponenteissa. Eräänä ongelmana, joka tällöin kohdataan, on tarvittavan "by-pass"-virran saavuttaminen keskikanavan/kanavien läpi, kun reaktorin teho säädetään alas pienentämällä kierto-jäähdytysvirtausta. Ongelmaa ei voida ratkaista yksinkertaisesti antamalla kyseiselle "by-pass"-kanavalle suurempi hydraulinen johtamiskyky, koska tällä on oltava arvo, joka antaa optimaalisen veden jakelun reaktorin täydellä teholla. Keksinnön mukaisessa polttoainepatruunassa tarvittava "by-pass"-virta saavutetaan reaktorin tehoa ja kiertojäähdytys-virtaa voimakkaasti alas säätämällä ilman, että "by-pass"-virta sen takia muodostuisi liian suureksi täydellä teholla.

Polttoainepatruunaan syötetylle kokonaisvesivirralle suoritetaan aina kuristus sen tullessa polttoainepatruunaan.

Erään tunnetun teorian mukaisesti kuristuksen yhteydessä esiintyvät energian häviöt alkavat olla merkittäviä vasta jonkin matkan päässä alavirtaan kuristusaukosta, tarkemmin 69937 sanottuna kun vesivirta jälleen laajenee. Esillä oleva keksintö perustuu laskelmiin, jotka osoittavat, että "by-pass"-virta polttoainepatruunan pystysuoran vesikanavan läpi pienenee suhteellisen vähän kiertojäähdytysvirran pienetessä voimakkaasti, jos "by-pass"-virta johdetaan sisään pystysuoran tuloputken avulla, jonka alapää sijaitsee sen tason alapuolella, jolla kuristettu vesivirta on saanut suuremman poikkileikkauksen ainoastaan pystysuorilla virtausviivoilla.

Keksinnön tunnusmerkit käyvät selville alla olevista patentti vaa t imuk s i s ta.

Keksintöä selitetään seuraavassa viitaten oheisiin kaaviollisiin piirustuksiin, joissa kuviot 1, 2, 3, 4 esittävät keksinnön mukaisen polttoainepatruunan ensimmäistä suoritusmuotoa, kun taas kuviot 5, 6, 7, 8 esittävät toista, kuvio 9 kolmatta ja kuvio 10 neljättä suoritusmuotoa, kaksi viimeistä osittaisena aksiaalileikkauksena.

Kaikissa suoritusmuodoissa on polttoainepatruunat tarkoitettu sovitettaviksi reaktorin sydämeen tavanomaisella tavalla, jolloin kussakin sydänmoduulissa on neljä polttoainepatruu-naa, viereisten patruunoiden välissä on vesiraot ja kussakin moduulissa on ristimäisellä poikkileikkauksella varustettu säätösauva. Polttoainesauvoja pitkin ja näiden kanssa kosketuksessa virtaavan virran lisäksi reaktorin sydämen läpi virtaa ensimmäinen "by-pass"-virta, joka virtaa yllä mainituissa polttoainepatruunoiden väliin muodostetuissa raoissa, ja toinen "by-pass"-virta, joka virtaa yllä mainituissa pystysuorissa vesikanavissa.

Kuvio 1 esittää pystyleikkausta kuvioiden 2 ja 3 viivaa I-I pitkin, kun taas kuviot 2 ja 3 esittävät vaakale‘ikkauksia kuvion 1 viivaa II-II ja vastaavasti III-III pitkin. Kuvio 4 esittää osittaista pystyleikkausta kuvion 2 viivaa IV-IV pitkin.

Kuvioissa 1, 2, 3, 4 merkitsee numero 1 vaippaputkea, joka il 3 69937 on kiinnitetty ylimenohylsyyn 2. Vaippaputki 1, joka on koottu neljästä keskenään samanlaisesta levyelementistä, jotka on yhdistetty toisiinsa neljällä pystysuoralla listalla 1', ympäröi kuuttakymmentäneljää polttoainesauvaa 3 sekä kahta toista pienempää vesiputkea 4 ja yhtä suurempaa keskivesi-putkea 5, jotka kukin muodostavat oman polttoainesauvoja pitkin kulkevan pystysuoran kanavansa polttoainesauvoja pitkin virtaavaa mutta näistä erotettua vesivirtaa varten. Vesiputket on yhdistetty mekaanisesti toisiinsa useilla pitkulaisilla yhdyselimillä 6, jotka on kiinnitetty päistään listoihin 1'. Polttoainesauvat 3 lepäävät alapäillään pohjaris-tikolla 7, joka lepää kahdella pystysuoralla kannatuslaatalla 8, jotka on hitsattu kiinni onttoon, ristimäiseen vedenjake-luelimeen 9. Tämä on varustettu liitäntäaukcilla vesiputkia 4 ja 5 varten. Liitäntäaukot on varustettu rengasmaisilla tukipinnoilla, joita vasten vesiputket 4 ja 5 lepäävät ala-p äätepinnoillaan. Vedenjakeluelin 9 on varustettu alaspäin suunnatulla, sisäpuolelta kartiomaisella tulonysällä 9', jota kannattaa kuppi 10, joka on kiinteästi yhdistetty ylimeno-hylsyyn 2 neljällä säteittäisesti kulkevalla imuputkella 11, joiden läpi kupin ympäröimä tila on yhteydessä säteittäisesti ylimenokappaleen 2 ulkopuolella olevaan tilaan. Kupin 10 läpi menee veden syöttöputki 12 vesiputkiin 4 ja 5. Syöttöputki 12, joka on kiinnitetty kupin pohjaan ja viety paineenpitä-västi tämän läpi, on sovitettu siten, että sen tuloaukko sijaitsee hylsymäisen ylimenokappaleen 2 pääasiassa rengasmaisen päätepinnan 13 alapuolella. Kuristuselin 14, joka muodostuu renkaasta 14" ja useista tähän kiinnitetyistä sauvoista 14', on sovitettu ylimenohylsyn 2 alapuolelle, jolloin sauvojen yläpäät on hitsattu kiinni ylimenohylsyn 2 alaspäin suunnattuun, rengasmaiseen päätepintaan 13. Esitetty polttoaine-patruuna on tarkoitettu yhdessä kolmen samanlaisen polttoai-nepatruunan kanssa olemaan yhteisen, neljää polttoainepatruu-naa varten tarkoitetun kannatuslaatan 15 kannattama, johon on muodostettu kartiomainen tukipinta 15' ja pyöreä kuristus-aukko 16 kutakin polttoainepatruunaa varten. Kuten on tavallista tavanomaisissa polttoainepatruunoissa, on esitetty poltto- 69937 4 ainepatruuna tarkoitettu sovitettavaksi niin, että sen alin piste sijaitsee enintään 20 mm:n, edullisesti alle 10 mm:n pystysuoran etäisyyden päässä kuristusaukosta 16.

Nysä 9', kuppi 10, säteittäiset putket 11 ja syöttöputki 12 muodostavat yhdessä vesisuihkupumpun, jolloin vedenjakelueli-meen 9 syötetty virtaus on putkien 11 ja syöttöputken 12 läpi virtaavien virtojen summa. Esitetyssä rakenteessa annetaan oleellisen osan, ainakin 1/4, vesiputkien 4 ja 5 läpi virtaa-vasta vesivirrasta tulla sisään imuputkien 11 kautta.

On tärkeää, että vesiputkien 4 ja 5 läpi virtaavalla virralla ei ole ainoastaan sopiva koko täydellä reaktorin teholla, vaan että se myös vaihtelee kiertojäähdytysvirran mukana siten, että se on riittävän suuri kiertojäähdytysvirran ja reaktorin tehon ollessa säädettyjä alas, esim. kiertojäähdytysvirran ollessa 35 % täydestä virrasta, ts. niin suuri, että vesiputkissa 4 ja 5 ei tapahdu lainkaan tai vain vähän kiehumista. Laskelmat ovat osoittaneet, että vesiputkien 4 ja 5 läpi virtaava virtaus pienenee suhteellisen vähän pumpun kierrosluvun pienetessä ja pysyy tarvittavassa arvossa reaktorin ollessa alas säädettynä, jos syöttöputki 12 muodostetaan ja sovitetaan siten, että tuloaukko 12' tulee sijaitsemaan riittävän alhaalla suhteessa kuristusaukkoon, eli toisin sanoen riittävän alhaalla suhteessa polttoainepatruunan alimpaan pisteeseen. Päätepinnan 13 sisähalkaisijaa on merkitty kirjaimella D. Syöttöputken 12 tuloaukko 12' on sovitettu vaakatason alapuolelle, jonka korkeus L polttoainepatruunan alimman pisteen yläpuolella on yhtä kuin D. Edullisesti putken aukko 12' sijaitsee myös vaakatason alapuolella, jonka korkeus polttoainepatruunan alimman pisteen yläpuolella on yhtä kuin 0,6 D. Korkeus voi myös olla negatiivinen.

Kuvioissa 5, 6, 7, 8 esitetty polttoainepatruuna on kuviossa 5 esitetty pystyleikkauksena kuvioiden 6 ja 7 viivaa V-V pitkin, kun taas kuviot 6, 7 ja 8 esittävät poikkileikkauksia kuvion 5 viivoja VI-VI, VII-VII ja VIII-VIII pitkin. Polttoainepatruuna sisältää kuusikymmentäneljä polttoainesauvaa 20, li 5 69937 jotka on jaettu neljään eri ryhmään. Kutakin ryhmää ympäröi oma pääasiassa neliömäinen vaippaputkensa 21, ja kukin ryhmä on varustettu omalla pohjalaatallaan. Kukin vaippaputki 21 sisältää useita, piirustuksessa esittämättä jätettyjä le-vittimiä sekä oman pohjalaattansa 22, joka kannattaa ryhmän polttoainesauvoja. Pohjalaatat 22 lepäävät kukin omalla, vastaavaan vaippaputkeen 21 kiinni hitsatulla pohjakehyksellään 23, johon on muodostettu pyöreänlieriömäinen sisäpinta. Neljää pohjakehystä 23 kannattaa jakolohko 24, johon on muodostettu neljä onttoa, lieriömäistä poistonysää 25, jolloin neljä pohjakehystä 23 ympäröivät kukin omaa poistonysäänsä 25 ilman mainittavaa välystä ja ne on kiinnitetty poistonysiin 25 säteittäisesti suunnatuilla tapeilla 26. Poistonysät 25 on kukin omalla kuristuskanavallaan 27 yhdistetty hydraulisesti jakolohkoon 24 kiinni hitsattuun ylimenokappaleeseen 28. Neljä estosauvaa 29 on kiinnitetty ylimenokappaleeseen kukin oman kuristuskanavansa 27 alapuolella näiden tukkeutumisen estämiseksi, jos jäähdytysvesi sattuisi sisältämään jonkin irroneen esineen.

Vaippaputkien 21 ulkopuoliset seinäpinnat rajoittavat pystysuoran vesikanavan 30, jolla on ristimäinen poikkileikkaus, jolloin kukin kanavavarsi on suuremmassa tai pienemmässä määrin avoin säteittäisessä suunnassa. Neljä, kukin oman polttoainesauvakimppunsa ympäröivää vaippaputkea 21 on ylä-päistään ja aktiivisen matkan yläpuolella yhdistetty ylempään vaippaputkiosaan, jolla on pystysuora ulottuvuus H ja joka ympäröi polttoainepatruunan kaikkia polttoainesauvoja. Kunkin vaippaputken 21 yläosa on yhdistetty mekaanisesti kes-kiyläputkeen 31.

Pystysuora kanava 30 on alaosastaan yhdistetty hydraulisesti syöttöputkeen 32, joka on yläpäällään viety jakolohkon 24 läpi. Ylimenokappaleeseen 28 on muodostettu kartiomainen laakerointipinta 33, joka on tarkoitettu tukeutumaan kan-natuslaattaan 34 muodostetun läpivirtausaukon vastaavaan pintaan. Läpivirtausaukko on varustettu kuristuslaatalla 35, jossa on pyöreä kuristusaukko, jonka halkaisija on d'.

69937

Ylimenokappaleessa 28 on alinna pyöreä, rengasmainen pääte-pinta 28'. Halkaisijaa päätepinnan 28' sisäreunalla on merkitty viitteellä D'.

Syöttöputken 32 tuloaukko 32' sijaitsee tason alapuolella, jonka korkeutta rengasmaisen päätepinnan 28' yläpuolella on merkitty viitteellä L', jolloin L' = D'. Edullisesti tuloaukko 32' sijaitsee vaakatason alapuolella, jossa vastaava tasokorkeus on yhtä kuin 0,6 D, esim. kuristuslaatan 35 alapuolella.

Kuviossa 9 esitetty suoritusmuoto eroaa kuvioissa 1, 2, 3, 4 esitetystä siten, että ejektoripumppulaite puuttuu, jonka sijasta on käytetty tuloputkea 36, joka on mekaanisesti ja hydraulisesti yhdistetty ristimäiseen vedenjakeluelimeen 41, jolla on samanlainen rakenne kuin kuviossa 1 esitetyllä elimellä 9. Polttoainepatruunan elimen 41 yläpuolella sijaitseva osa on täsmälleen sama kuin vastaava osa kuvioissa 1, 2, 3, 4 esitetyssä suoritusmuodossa. Elimen 41 ympäröimä ontelo on ainakin yhden säteittäisen putken 42 välityksellä sovitettu hydrauliseen yhteyteen polttoainepatruunan ulkopuolella sijaitsevan tilan kanssa. Tuloputken 36 tulo-aukko 36' sijaitsee kuitenkin huomattavasti alempana kuin kuviossa 1 esitetty aukko 12'. Haluttu vaikutus voitaisiin kuitenkin saavuttaa suunnilleen samassa määrin toisella tasolla, esim. tuloaukossa 36' samalla suhteellisella korkeudella kuin kuvion 1 aukko 12'. Syöttöputken tuloaukon on kuitenkin kaikissa olosuhteissa sijaittava alempana kuin taso, jonka korkeus L" polttoainepatruunan alimman pisteen yläpuolella on muuten yhtä suuri kuin halkaisija D".

Kuviossa 10 esitetty polttoainepatruuna eroaa kuviossa 9 esitetystä vain vedenjakeluelimen 39 ja tuloputken 38 osalta. Elimessä 39 ei ole alaspäin suunnattua tulonysää, ja tulo-putki 38 on yläpäästään yhdistetty vain säteittäisesti yli-menohylsyn yläpuolella sijaitsevaan tilaan ainakin yhden vaakasuoran putkiosan 40 välityksellä. Tuloputken tuloaukon 7 69937 38' läpi virtaava vesimäärä johdetaan polttoainepatruunan pystysuoriin vesiputkiin 4 ja 5 epäsuoraan polttoainepat-ruunoiden välisten rakojen kautta, joista tämä vesimäärä virtaa vedenjakeluelimeen 39 säteittäisten putkien 44 kautta.

Kuvioissa 9 ja 10 esitetyissä polttoainepatruunoissa on otettu huomioon, että lievä kiehuminen vesiputkissa 4 ja 5 on voitava hyväksyä ja että tämä kiehuminen aiheuttaa itse-kierron, niin että vettä imetään sisään säteittäisten putkien 42 kautta.

Claims (6)

69937

1. Polttoainepatruuna, joka sisältää alemman ristikkolait-teen (7; 22) ja useita tämän kannattamia polttoainesauvoja (3; 20), ainakin yhden vaippaputken (1; 21), joka ympäröi vastaavaa polttoainesauvaryhmää, ja ylimenohylsyn (2; 28), jossa on tuloaukko reaktorin jäähdytysainetta varten ja pyöreä, alaspäin suunnattu, pääasiassa rengasmainen päätepinta (13; 28 '), jolloin polttoainepatruunassa on ainakin yksi pystysuora vesikanava (4, 5; 30) polttoainesauvoja (3; 20) pitkin kulkevaa, mutta näistä erotettua vesivirtaa varten, tunnettu siitä, että syöttöputki (12; 32; 36; 38), jossa on alaspäin suunnattu tuloaukko, on sovitettu mainittuun ylimenohylsyyn veden syöttämiseksi vesikanavaan/kana-viin (4, 5; 30), jolloin syöttöputken tuloaukko (12'; 32'; 36'; 38') sijaitsee vaakatason alapuolella, jonka korkeus (L; L'; L"; L'") polttoainepatruunan alimman pisteen yläpuolella on muuten yhtä suuri kuin mainitun rengasmaisen pääte-pinnan (13; 28') pienin halkaisija (D; D').

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoainepatruuna, tunnettu siitä, että mainittu syöttöputki muodostuu ylöspäin suunnatusta, ejektoripumppuun sisältyvästä ejektori-putkesta (12), jolloin ejektoripumppu lisäksi sisältää pystysuoran poistoputken (9') ja ainakin yhden sisäänimuputken (11), jolloin mainittu poistoputki (91) on hydraulisesti yhdistetty mainittuun pystysuoraan vesikanavaan (4, 5), kun taas sisäänimuputki/putket on sovitettu johtamaan mainitun ylimenohylsyn (2) säteittäisesti ulompaan sivupintaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoainepatruuna, tunnettu siitä, että mainittu syöttöputki (32) on sovitettu laskemaan mainittuun pystysuoraan vesikanavaan (30) yläpäällään.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen polttoainepatruuna, tunnettu siitä, että mainittu syöttöputki (36) on sovitettu olemaan yhteydessä ainakin yhteen polttoainepatruu- 69937 nan ulompaan sivupintaan laskevaan haarayhteyteen (42).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen polttoainepatruuna, tunnettu siitä, että polttoainepatruunassa on useita vesikanavia, jotka muodostuvat useista pystysuorista vesi-putkista (4, 5), jotka on sovitettu kahteen riviin, jotka risteävät toisensa polttoainepatruunan pystysuoralla keskiviivalla, jolloin mainittujen vesiputkien (4, 5) alapäät on sovitettu olemaan mainitun ylimenohylsyn kannattaman, risti-mäisen, onton kappaleen (41) kannattamia ja johtamaan siihen, että mainittu ontto kappale (41) on varustettu keskituloau-kolla, joka on sovitettu ottamaan vastaan ylöspäin suunnatun, mainitusta syöttöputkesta (36) tulevan vesivirran, ja että mainittu haarayhteys/yhteydet (42) lähtee/lähtevät mainitusta ristimäisestä, ontosta kappaleesta (41).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoainepatruuna, tunnettu siitä, että mainittu pystysuora vesikanava (4, 5) on alapäästään sovitettu hydrauliseen yhteyteen ainakin yhden säteittäisesti kulkevan, polttoainepatruunan ulompaan sivupintaan johtavan putken (42) kanssa ja että mainittu syöttöputki (38) on sovitettu johtamaan syöttöputken läpi kulkevan vesivirran ylimenohylsyn seinän läpi tasolla, joka sijaitsee alempana kuin mainitun vesikanavan alapäähän yhdistetyn putken (42) laskuaukko. 69937