FI82561B - Med avkylda styrroer foersett braensle- element foer kaernreaktor. - Google Patents

Description

1 82561 Jäähdytetyillä ohjausputkilla varustettu polttoaine-elementti ydinreaktoria varten

Keksintö koskee polttoaine-elementtiä ydinreakto-5 ria, varsinkin painevesiydinreaktoria varten.

Tällaiset polttoaine-elementit muodostuvat nipusta samansuuntaisia polttoainesauvoja, jotka ovat elementin jäykäksi tekevässä kehikossa. Tässä kehikossa on sauvojen poikkisuunnassa paikallaan pitämiseen tarkoitettuja poi-10 kittaisristikoita, jotka ristikot ovat sovitetut välimatkan päähän toisistaan elementin sauvojen akselinsuuntaa vastaavalle pituudelle, putkia, jotka korvaavat osan polt-toainesauvoista ja pääteistukoista, jotka on kiinnitetty ainakin eräisiin ohjausputkista.

15 Ohjausputkilla voidaan ohjata neutroneja absorboi vaa ainetta olevia tankoja elementin sisässä. Eräät näistä ohjausputkista, jotka on kiinnitetty päistään molempiin istukoihin, tekevät nekin elementin jäykäksi. Toisia oh-jausputkia, jotka on kiinnitetty vain toiseen istukkaan, 20 voidaan käyttää, niiden ohjaustoiminnan lisäksi, poikit-taisristikoiden pitämiseen paikallaan.

Polttoaine-elementit ovat tavallisesti sovitettuina pystysuoraan reaktorin sydämeen, joten toinen pääte-istukoista muodostaa elementin alaistukan ja toinen istuk-25 ka yläistukan.

Reaktorin jäähdytysneste, toisin sanoen painevesi, kulkee sydämen läpi alhaalta ylöspäin ja kiertää elementtien sisällä kosketuksessa polttoainesauvoihin, joiden lämmön se vastaanottaa.

30 Ohjausputkiin lasketut absorboivaa ainetta olevat tangot on koottu nipuiksi, jotka siirretään kokonaisuudessaan elementtien sisään reaktorin tehon säätelemiseksi. Nämä sylinterin muotoiset tangot sovittuvat putkiin hyvin pienin välyksin, joten jäähdytysvesi ei käytännöllisesti 35 katsoen pääse virtaamaan ohjausputkien sisällä. Tästä ei 2 82561 kuitenkaan ole käytännössä haittaa, koska absorboivat tangot kuumentuvat vähän ja koska ohjausputken ulkopinnan kautta tapahtuva jäähdytys on riittävä.

Lisäksi tunnetaan eräs uudentyyppinen hyötysuhteel-5 taan korkeampi ydinreaktori, jota on esitetty FRAMATOME'in 27.10.1982 jättämässä FR-patenttihakemuksessa 82 - 18 012 ja jossa aikaansaadaan neutronispektrin siirto sydämessä työntämällä elementteihin uudentyyppisiä absorboivaa ainetta olevia tankoja, jotka aikaansaavat spektrin siirty-10 misen samalla kertaa sekä pienentämällä veden volyymia ohjausputkissa että absorboimalla kaikkein pienenergisim-piä neutroneja. Mieluiten nämä spektrinsiirtotangot ovat jotakin hyötöainetta, kuten uraania, jossa uraani 235 on laihaa.

15 Tässä tapauksessa laihaa uraania olevat tangot, joissa tapahtuu neutronireaktioita, jotka johtavat esimerkiksi fissiokelpoisten aineiden muodostumiseen hyötöai-neesta, kuumentuvat paljon enemmän kuin absorboivaa ainetta olevia ohjaustankoja käytettäessä.

20 Tällöin joudutaan järjestämään vedenkierto niissä ohjausputkissa, jotka on varattu hyötöainetta olevia tanko j a varten.

On ajateltu suurentaa välystä ohjausputkien ja hyötöainetta olevien tankojen välillä, jolloin tangot joutu-25 vat kuitenkin epäkeskiseen asentoon ohjausputkessa. Spekt-rinsiirtotankojen jäähtyminen tapahtuu tällöin epäsymmetrisesti, mikä saattaa johtaa veden höyrystymiseen koske-tuslinjan lähellä olevalla alueella ja siten nostaa tangon lämpötilaa aiheuttaen tangon päällystysaineen pilaantumis-30 ta ja muodonmuutoksia.

Yleisimmin polttoaine-elementtien ohjausputkien nykyinen rakenne ei salli ohjausputkeen työnnetyn absorboivaa ainetta olevan tangon tehokasta jäähdyttämistä. Jos tämä tanko joutuu kuumentumaan, esimerkiksi silloin, 35 kun siinä tapahtuu lämpöä luovuttavia neutronireaktioita, 3 82561 absorboivaa ainetta olevan tangon ja ohjausputken sisäpinnan välissä oleva ohut vesikerros saattaa ruveta kiehumaan, mikä supistaa entisestään tangon jäähtymisen mahdollistavaa lämmönvaihtoa. Tangon kuumentuminen saattaa 5 tällöin johtaa toisaalta kuumentumis- ja korroosiovaaroi-hin, toisaalta sen muodon muuttumiseen, mikä tekee vaikeaksi tai mahdottomaksi sen laskemisen myöhemmin ohjaus-putkeen .

Keksinnön tavoitteena on näin ollen aikaansaada 10 jäähdytetyillä ohjausputkilla varustettu polttoaine-elementti ydinreaktoria varten, joka elementti käsittää nipun samansuuntaisia polttoainesauvoja, jotka on sovitettu kehikkoon, jossa on poikittaisristikot polttoainesauvojen pitämiseksi paikallaan poikittaissuunnassa, ohjausputket, 15 jotka korvaavat osan polttoainesauvoista ja joita käytetään neutroneja absorboivaa ainetta olevien tankojen ohjaamiseen polttoaine-elementin sisällä, ja pääteistukat, jotka on kiinnitetty ainakin tiettyjen ohjausputkien päihin, joissa ohjausputkissa on oleellisesti sylinterimäinen 20 seinämä, jonka sisähalkaisija on oleellisesti suurempi kuin tankojen halkaisija, jolloin viimeksi mainituissa ohjausputkissa on sarja pintoja ohjausputkien sisään suuntautuvien tankojen ohjaamiseksi ja keskittämiseksi, jotka pinnat muodostuvat kyseisessä ohjausputkessa olevista pai-25 nannoista. Tämän polttoaine-elementin tarkoituksena on mahdollistaa absorboivaa ainetta olevien tankojen tehokas jäähdyttäminen ilman, että sen rakenne, sen työstäminen tai sen asentaminen tulevat paljon monimutkaisemmiksi kuin tunnetun tekniikan mukaisissa polttoaine-elementeissä.

30 Tätä keksinnön tarkoitusta varten keksinnön mukai selle polttoaine-elementille on tunnusomaista, että ohjaus- ja keskityspinnat muodostuvat joko ainakin kolmesta pituussuuntaisesta taipeesta tai rimasta tai ainakin yhdestä kierukkamaisesta taipeesta tai rimasta, joka on 35 suunnattu sisäänpäin ja ulottuu koko ohjausputken pituu- 4 82561 delle, jotka pinnat samanaikaisesti varmistavat tangon ohjaamisen ja keskityksen ohjausputkessa sekä antavat tilaa ydinreaktorin jäähdytysnesteen virtaamista varten oh-jausputken ja tangon välillä.

5 Jotta keksintö tulisi hyvin ymmärretyksi, seuraa- vassa selitetään rajoittamattomana esimerkkinä, liitteenä oleviin kuvioihin viitaten, erästä polttoaine-elementtiä hyötysuhteeltaan korkeampaa ydinreaktoria, kuten esimerkiksi FRAMATOME'in FR-patenttihakemuksessa 82 - 18 012 10 esitettyä reaktoria varten.

Kuvio 1 esittää pystykuvaa elementistä.

Kuvio 2 esittää leikkauskuvaa kuvion 1 viivan AA kohdalta.

Kuvio 2a esittää poikkileikkauskuvaa eräästä ku-15 vioiden 1 ja 2 mukaisen elementin ohjausputkesta.

Kuvio 3 esittää pystyleikkauskuvaa kahden ohjaus-putken alaosasta.

Kuvio 4 esittää erästä suoritusmuunnelmaa keksinnön mukaisen elementin ohjausputkesta.

20 Kuvio 4a esittää poikkileikkausta kuviossa 4 esite tystä ohjausputkesta.

Kuvio 5 esittää erästä toista muunnelmaa keksinnön mukaisen elementin ohjausputkesta.

Kuvio 5a on poikkileikkaus kuviossa 5 esitetystä 25 ohjausputkesta.

Kuviossa 1 nähdään polttoaine-elementti, joka on tarkoitettu jotakin hyötysuhteeltaan korkeampaa ydinreaktoria, kuten FRAMATOME'in FR-patenttihakemuksessa 82 -18 012 esitettyä reaktoria varten. Tällaisessa polttoaine-30 elementissä on ohjausputkia hyötöainetankoja sisältävien spektrinsiirtonippujen siirtämiseksi ja toisia oh-jausput-kia reaktorin tehon säätösauvojen siirtelemiseksi.

Polttoaine-elementti käsittää nipun polttoainesau-voja 1, joita pitävät poikkisuunnassa paikallaan pitkin 35 elementin korkeutta vastaavaa sauvojen pituutta välimatkan 5 82561 päähän toisistaan sijoitetut poikittaisristikot 2, alais-tukan 4 ja yläistukan 5 samoin kuin sarjan ohjausputkia 6, jotka kaikki on liitetty yläistukkaan 5.

Yläistukka 5 on kiinnitetty runkoon 7, joka toimii 5 vasteena absorboiville sauvanipuille ja joka mahdollistaa sylinterin 8, joka toimii hyötöainetta olevien spektrin-siirtotankojen nipun pään 9 hydraulisena iskunvaimentajana liikeradan päässä, kiinnityksen. Alaistukka 4 on kiinnitetty elementin keskittämiskappaleeseen 3, joka toimii 10 myös sen laitteen suojana, jolla elementti on kiinnitetty sydämen alustaan.

Kuviossa 2 nähdään polttoainesauvojen 1 verkko elementin koko poikkileikkauksen osalta. Joissakin sauvojen 1 asemissa on ohjausputkia 6, jotka ovat kahta eri tyyppiä. 15 Toisilla niistä, kuten putkella 11, on tavanomainen pyöreä poikkileikkaus ja niillä voidaan ohjata absorboivaa ainetta olevia säätösauvoja reaktorin toiminnan ohjaamiseksi. Elementti kokonaisuudessaan käsittää 16 putkea 11 yhden absorboivien sauvojen nipun ohjaamista varten.

20 Toiset, kuten putki 10, ovat poikkileikkaukseltaan nelilohkoisia ja niitä käytetään hyötöainetta, laihaa uraania, olevien spektrinsiirtotankojen ohjaamiseen. Koko elementti käsittää 40 ohjausputkea 10, joilla voidaan ohjata spektrinsiirtotankonippua.

25 Kuten FR-patenttihakemuksessa 82 - 18 012 on mai nittu, säätösauvanippu ja spektrinsiirtonippu on asennettu sama-akselisesti.

Kuviossa 2a nähdään poikkileikkaukseltaan nelilohkoinen putki 10, jonka sisään on sovitettu spektrinsiirto-30 tanko 12, jossa on vaippa 13 ja laihaa uraania oleva täyte 14. Vaipan 13 ja uraanitäytteen 14 väliin on jätetty erittäin ohut välys 15, joka mahdollistaa uraanin 14 laajenemisen tai paisumisen.

Putken 10 nelilohkoinen poikkileikkaus käsittää 35 neljä ohjauspintaa 16a, 16b, 16c ja 16d, jotka ulkonevat 6 82561 ohjausputken 10 sisäosaan päin, pitkin koko sen pituutta. Nämä ohjauspinnat 16 muodostuvat putken 10 seinämän neljää emäviivaa pitkin esimerkiksi muotoilupyörällä tehdystä tai suutinpuristimessa aikaansaadusta painanteesta sisään-5 päin. Ulkonemat 16 ohjaavat spektrinsiirtotankoja 12 niiden siirtyessä ohjausputkessa. Neljä vedenkiertotilaa 17a, 17b, 17c ja 17d on tehty putken 10 sisäpinnan ja spektrin-siirtotangon vaipan 13 ulkopinnan väliin aina kahden peräkkäisen ulkoneman 16 väliin. Näiden tilojen 17 sisällä 10 jäähdytysvesi pääsee kiertämään ja jäähdyttämään hyötöai-netta olevan tangon 12 ulkopintaa.

Kuviossa 3 nähdään elementin alaistukka 4, johon on tehty reikiä 20 ja 21 kahden ohjausputken 6a ja 6b kohdalle.

15 Reiän 20 avulla voidaan ohjausputken 6a pää kiin nittää istukkaan 4 irrotettavan kierteillä varustetun onton hoikin 22 avulla, joka voidaan kiertää putken 6a pään 23 sisään.

Putken 6b päätä ei ole kiinnitetty alaistukkaan 4 20 ja reikä 21 toimii pelkästään jäähdytysveden kulkuväylänä elementin sisään.

Kaikkien putkien 6 pinnalle on kierretty kieruk-kamaisesti metallilankoja 24, joilla voidaan parantaa oh-jausputkien jäähtymistä niiden ulkopintojen kautta rikko-25 maila kylmä rajakerros, joka pyrkii muodostumaan ohjaus-putkien ympärille jäähdytysveden virtauksen aikana. Näiden kierukkamaisesti kaikkiin ohjausputkiin kierrettyjen ja näiden putkien alaosaan ja yläosaan kiinnitettyjen lankojen avulla voidaan siis tasata elementissä virtaavan 30 jäähdytysveden lämpötilaa.

Palataksemme takaisin kuvioon 2, siitä nähdään, että elementtikokonaisuutta kohti käytetään 24 ohjausput-kea 6a, jotka on liitetty sekä yläistukkaan että alaistukkaan ja jotka osallistuvat elementin kehikon jäykistämi-35 seen. Nämä putket 6a muodostuvat kaikista säätösauvojen 7 82561 ohjausputkista 11 ja eräistä spektrinsiirtotankojen oh-jausputkista 10.

Muut spektrinsiirtotankojen ohjausputket 10 ovat kaikki putkia 6b, jotka poikittaisristikoiden kiinnittämi-5 sen ohella toimivat spektrinsiirtotankojen pääasiallisina ohj aaj ina.

Kuvioissa 4 ja 4a nähdään spektrinsiirtotankojen 27 ohjausputkien 10 ensimmäinen muunnelma. Näissä putkissa on kolme ohjauspintaa 26, jotka ovat suunnatut pitkin putken 10 kolmea 120°:n kulmassa toisiinsa nähden olevaa emäviivaa ja jotka muodostuvat putken seinämään pitkin näitä kolmea emäviivaa tehdyistä painanteista. Kuviosta 4a nähdään, että nämä tangon 27 ohjauspinnat mahdollistavat kolmen tilan jäämisen jäähdytysveden kiertoa varten.

15 Kuvioissa 5 ja 5a nähdään eräs toinen muunnelma keksinnön mukaisesta ohjausputkesta, jonka seinämässä on ohjauspintasarja 46, joka ulkonee putken sisäosaan päin ja on sovitettu kierukan, jonka akselina on putken akseli, muotoon. Tämän ulkonevan pinnan 46 avulla voidaan ohjata 20 spektrinsiirtotankoa 47 jatkuvan tilan jäädessä kuitenkin jäähdytysveden kiertoa varten tämän tangon 47 ympärille.

Putken sisäosaan päin ulkoneva pinta 46 saadaan aikaan painamalla se putken seinämään. Tämä toimenpide voidaan suorittaa pyörittämällä putkea ja siirtämällä sitä 25 kääntäen pitkin sen akselia muotoilupyörän alla tai käyttämällä se puristussuulakkeessa, joka aikaansaa kierukka-maisen muodonmuutoksen.

Havaitaan, että keksinnön mukaisen polttoaine-elementin tärkeimpinä etuina on, että sillä saadaan aikaan 30 ohjausputkissa siirreltyjen absorboivaa ainetta olevien tankojen tehokas jäähdyttäminen ilman että ohjausputkien muotoilu- ja asennusvaiheet kävisivät monimukaisemmiksi elementissä.

Keksintö ei rajoitu selitettyihin suoritusmuotoi-35 hin; päinvastoin se kattaa niiden kaikki muunnelmat.

β 82561

Niinpä ohjausputkien seinämässä olevat ulkonevat ohjauspinnat voidaan tehdä muodoltaan erilaisiksi ja ne voidaan sijoitella eri tavoin kuin mitä tässä on selitetty.

5 Samoin voidaan elementin jäykistämiseen osallistu vien putkien jakautuma tehdä erilaiseksi kuin tässä kuvattu.

Lopuksi keksinnön mukaista polttoaine-elementtiä voidaan käyttää ei ainoastaan sellaisessa parempituottoi-10 sessa ydinreaktorissa, jossa on spektrinsiirtonippuja, vaan myös missä tahansa muunlaisessa ydinreaktorissa, joissa saattaa tapahtua elementtien ohjausputkissa siirreltyjen säätötankojen kuumenemista ja muodon muuttumista.

I!

Claims (6)

9 82561

1. Jäähdytetyillä ohjausputkilla varustettu polttoaine-elementti ydinreaktoria varten, joka elementti käsit- 5 tää nipun samansuuntaisia polttoainesauvoja (1), jotka on sovitettu kehikkoon, jossa on poikittaisristikot (2) polt-toainesauvojen pitämiseksi paikallaan poikittaissuunnassa, ohjausputket (6), jotka korvaavat osan polttoainesauvoista (1) ja joita käytetään neutroneja absorboivaa ainetta ole-10 vien tankojen (12,27,47) ohjaamiseen polttoaine-elementin sisällä, ja pääteistukat (4,5), jotka on kiinnitetty ainakin tiettyjen ohjausputkien päihin, joissa ohjausputkissa on oleellisesti sylinterimäinen seinämä, jonka sisähalkai-sija on oleellisesti suurempi kuin tankojen halkaisija, 15 jolloin viimeksi mainituissa ohjausputkissa on sarja pintoja ohjausputkien sisään suuntautuvien tankojen (12,27, 47) ohjaamiseksi ja keskittämiseksi, jotka pinnat muodostuvat kyseisessä ohjausputkessa olevista painannoista, tunnettu siitä, että ohjaus-ja keskityspinnat muo-20 dostuvat joko ainakin kolmesta pituussuuntaisesta taipeesta (16,26) tai rimasta tai ainakin yhdestä kierukkamaises-ta taipeesta (46) tai rimasta, joka on suunnattu sisäänpäin ja ulottuu koko ohjausputken (10) pituudelle, jotka pinnat samanaikaisesti varmistavat tangon (12,27,47) oh-25 jäämisen ja keskityksen ohjausputkessa (10) sekä antavat tilaa ydinreaktorin jäähdytysnesteen virtaamista varten ohjausputken ja tangon välillä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoaine-elementti, tunnettu siitä, että taipeet (26) on suun- 30 nattu ohjausputken (10) ainakin kolmea emäviivaa pitkin ja että jokaisella taipeella on oleellisesti lineaarinen yhteys tankoon (27).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen polttoaine-elementti, tunnettu siitä, että taipeita (16) on nel- 35 jä, jolloin ne on suunnattu ohjausputken (10) neljää emä- ίο 82561 viivaa pitkin toisiinsa nähden 90°:n kulmassa.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen polttoaine-elementti spektrinsiirtoydinreaktoria varten, tunnettu siitä, että sylinterimäisiä spektrinsiirtotan- 5 koja vastaanottavat ohjausputket ovat ne putket, jotka muodostavat mainitut tietyt ohjausputket (10).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen polttoaine-elementti, tunnettu siitä, että mainitut tietyt ohjausputket (10) ovat sylinterimäisiä hyötöainetanko- 10 jen (12,27,47) vastaanottamiseksi spektrinsiirtoa varten, ja että muut ohjausputket (11) on sovitettu sylinterimäis-ten ohjaussauvojen vastaanottamiseksi ja käsittävät yhden-muotoisen rengasmaisen poikkileikkauksen omaavan sisäpinnan, joka antaa ohjausvälyksen ohjaussauvoja varten.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen poltto aine-elementti, tunnettu siitä, että osa mainituista tietyistä ohjausputkista (10) on ainoastaan kiinnitetty ylempään pääte!stukkaan (5), jolloin muut ohjausputket on kiinnitetty molempiin pääteistukoihin (4,5). 20 II 11 82561