FI95973B - Laite jäähdytysvirtauksen säätämiseksi polttoainepatruunoihin - Google Patents

Description

1 95973

Laite jäähdytysvirtauksen säätämiseksi polttoainepatraumoihin

Keksintö koskee laitetta jäähdytysvirtauksen säätämiseksi BWR- tai PWR-tyyppisen reaktorin polttoainepatruunan poltto-ainesauvoihin. Säätämällä jäähdytysvirtausta polttoainepatruunan polttoainesauvoihin voidaan jäähdytysvirtaus säätää polttosauvojen palamisasteen mukaisesti.

Kuristamalla jäähdytysvirtausta ydinreaktorin kaikkein eniten palaneisiin polttoainepatruunoihin voidaan, käytettäessä muuttumatonta vyöhykkeen kokonaisvirtausta, aikaansaada suurempi jäähdytysvirtaus vähemmän palaneisiin ja täten kuormitetuimpiin polttoainepatruunoihin. Polttoaine-patruunoiden polttoainesauvoissa tapahtuu säteilyn aikana säteilyn aiheuttama kasvu, joka johtuen polttoainesauvojen pitkänomaisesta muodosta, aiheuttaa huomattavan pitenemisen. Säteilyn aiheuttamaa polttoainesauvojen pituuskasvua voidaan käyttää jäähdytysvirtauksen palamisesta riippuvan kuristus-säädön aikaansaamiseksi. Jotta pitkänomaisia polttoaine-sauvoja voitaisiin käyttää jäähdytysvirtauksen säätämiseen, on niiden toiselle päälle annettu sellainen muoto, että se on yhteistoiminnassa polttoainepatruunan ylälevyn tai poh-jalevyn vastaavan aukon kanssa ja säätää täten jäähdytysvirtausta polttoainepatruunan polttoainesauvoihin. Polttoaine-. sauvat kasvavat aina enemmän kuin kiehumisreaktorin (BWR) polttoainepatruunan polttoainesäiliö tai enemmän kuin painevesireaktorin (PWR) polttoainepatruunan ohjaussauvojen j ohtoputki.

Vaihtoehtoisesti voidaan polttoainepatruunan ohjaussauvojen johtoputki valmistaa materiaaleista, joilla on erilaiset säteilyn aiheuttamat kasvut. Ohjaussauvojen johtoputket, joilla on alhainen säteilykasvu, voivat olla kiinnitettyjä sekä ylälevyyn että pohjalevyyn, kun taas ohjaussauvojen johtoputket, joilla on suuri säteilykasvu, voivat olla kiinnitettyjä ainoastaan pohjalevyyn, mutta niissä on poh-'·; jalevyn menoaukkojen kuristuselin. Johtuen säteilykasvu- 2 95973 eroista lähenee kuristuselin palamisen aikana ulosvirtaus-aukkoja ja kuristaa täten jäähdytysvirtausta polttoainepat-ruunan lävitse.

Käytettäessä palamisasteesta riippuvaa kuristusta voidaan palamisvyöhyke täyttää polttoaineen parempaa hyväksikäyttöä varten, koska suurempi kuormitus voidaan sallia suhteellisen tuoreeseen polttoaineeseen nähden. Vaihtoehtoisesti voidaan pumppaustehokkuutta pienentää sen johdosta, että jäähdytys-virtaus saa optimaalisen jakautumisen niin, että voidaan sallia alhaisempi kokonaisjäähdytysvirtaus.

kuvio 1 esittää kahta polttoainesauvaa polttoainepatruunassa, jossa käytetään palamisesta riippuvaa tulovirtauksen kuristamista; kuviot 2 ja 3 esittävät polttoainesauvoja polttoainepatruu-nassa, jossa käytetään palamisesta riippuvaa poistovirtauk-sen kuristamista; kuviot 4 ja 5 esittävät polttoainesauvaa, jossa käytetään palamisesta riippuvaa sisääntuloaukkojen aukaisemista; kuvio 6 esittää polttoainepatruunaa, jossa käytetään ohjaussauvojen johtoputkia, joissa tapahtuvat erilaiset säteilyn aiheuttamat kasvut.

Kuviossa 1 esitetään yksinkertaistettuna, kuinka BWR- tai PWR-polttoainepatruuna on rakennettu, ja siinä on ylälevy 1, pohjalevy 2, hajotin 3 ja polttoainesauvat 4. Polttoai-nepatruunassa voi kimppu polttoainesauvoja olla yhdistettynä ja kiinnitettynä useiden hajottimien avulla. 5 on BWR-pat-ruunan säiliön seinä tai PWR-patruunan ohjaussauvojen joh-toputki. Polttoainesauvat 4 ovat tällöin kiinnitetyt riippuviksi ylälevyyn 1. Pikaliitin 6 voi yhdistää jokaisen * polttoainesauvan ylälevyyn. Ylälevyn istukoiden välissä on jäähdytysvirtauksen läpivirtausaukot 7. Pohjalevyssä 2 on myös jäähdytysvirtauksen läpivirtausaukot 8, jotka voivat olla sovitetut sauvan päiden keskikohtaan, mutta määrätyn etäisyyden päähän niistä läpivirtauksen mahdollistamiseksi. Polttoainesauvojen säteilyn aiheuttama pituuskasvu aikaansaa jäähdytysvirtauksen palamisasteesta riippuvan kuristumisen, 3 95973 kun sauvan päät 9 lähenevät pohjalevyn aukkoja 8. Sauvan päät 9 ja vastaavat pohjalevyn 2 aukot 8 voidaan muodostaa haluttuja kuristusominaisuuksia vastaaviksi. Sauvan päiden pilkkuviivoilla esitetty ääriviiva 10 osoittaa, kuinka polttoainesauvat ovat pidentyneet säteilyn johdosta ja kuinka sauvojen viistotut kartiomaiset päät on johdettu pohjalevyn vastaaviin aukkoihin. Palamisasteesta riippuva tuloaukkojen kuristaminen aikaansaadaan täten niiden sauvojen avulla, jotka sijaitsevat pohjalevyn jäähdytysaineen virtausaukoissa.

Kuviossa 2 ja 3 esitetään tuore ja loppuun poltettu PWR-polttoainepatruuna ja polttamisasteesta riippuva poistoaukon kuristaminen. PWR-polttoainepatruunassa voi olla edullista kuristaa poistoaukot 7. Se vesi, joka virtaa kuristettuun polttoainepatruunaan, voidaan täten jakaa polttoainepatruu-nan yläosassa enemmän tarvitseviin lähellä sijaitseviin polttoainesauvoihin, joita tällöin voidaan kuormittaa kovemmin. Polttoainesauvat 4 lepäävät tällöin pohjalevyllä 2 tai ovat siihen kiinnitettyjä, ja niiden vapaat yläpäät 11 ovat suunnatut ylälevyä 1 kohti. Muodostamalla sauvan kärkien 11 ja läpivirtausaukkojen 7 muoto sopivalla tavalla voidaan valita kuristamisen luonne. Johtuen erilaisesta polttoainesauvojen palamisasteesta, tai johtuen polttoaine-sauvaputkien erilaisesta materiaalista, voidaan polttamisen aikana aikaansaada aukkojen erilainen kuristaminen.

Kuviossa 2 esitetään uusi polttoainepatruuna ilman varsinaista poistovirtauksen kuristamista, koska ylemmät sauvojen päät eivät häiritse jäähdytysvirran virtausta poistoaukkojen lävitse. Kuviossa 3 esitetään loppuunpalanut polttoainepatruuna, jolloin ylempien sauvojen päiden viistottu osa 11 on johdettu enemmän tai vähemmän poistoaukkoihin 7 jäähdy-tysvirtauksen kuristamiseksi polttoainepatruunan lävitse. Loppuunpalaneeseen polttoainepatruunaan tuleva jäähdytysvir-taus pakotetaan tällöin osittain pois palaneesta polttoaine-patruunasta toista lähellä olevaa, esim. ei siinä määrin palanutta polttoainepatruunaa kohti.

4 95973

Kuviossa 4 ja 5 esitetään periaatteessa sellainen tulovir-tauksen kuristaminen, joka pienenee palamisen edistyessä. Kuviossa 4 esitetään polttoainesauva tuoreessa polttoaine-patruunassa, jossa on kiinnitetty yläpää 12. Polttoainesau-van alapää 13 voi olla muodostettu siten, että se vastaa oleellisesti läpivirtausaukkoa 8. Polttoainesauvan alaosan liitoskohdassa se voi olla varustettu kapenevalla osalla tai pitkittäisuralla. Poltettaessa kasvavat säteilyn aiheuttaman pituuskasvun johdosta sauvat 4 alaspäin, kuten kuviossa 5 on esitetty, ja polttoainesauvan kapeneva osa tulee sijaitsemaan itse läpivirtausaukossa 8, jolloin aikaansaadaan pienentynyt sisääntulovirtauksen kuristuminen, mikä aiheuttaa jäähdytysvirtauksen kasvaneen läpivirtauspinta-alan.

Sovittamalla PWR-polttoainepatruunassa polttoainesauvat niin, että määrätyt sauvat kasvavat ylöspäin ja määrätyt sauvat kasvavat alaspäin, voidaan aikaansaada se, että sisäänvirtauksen kuristuminen pienenee samassa määrin kuin ulosvirtauksen kuristuminen kasvaa. Tällä tavoin voidaan aikaansaada jäähdytysvirtauksen läpivirtauksen uudelleen jakautuminen ilman, että virtauksen kokonaisvastus lisääntyy.

On myös ajateltavissa, että sisäänvirtauksessa sovitetaan virtauksen jakaantuminen polttoainepatruunan lävitse an-tamalla keskeisesti sijaitseville sauvoille lisääntynyt kuristuminen ja reunoilla sijaitseville sauvoille vähentynyt kuristuminen polton edistyessä.

On myös ajateltavissa säätää virtaus polttoainepatruunan lävitse valmistamalla ohjaussauvojen johtoputket sellaisista ' materiaaleista, joissa tapahtuu erilainen säteilyn aiheut- « tama kasvu. Kuviossa 6 esitetään, kuinka PWR-polttoainepat-ruunan palamisesta riippuva poistovirtauksen kuristus on aikaansaatu. Ylälevy 1 on kiinnitetty ohjaussauvan johtoput-keen 15, jossa tapahtuu alhainen säteilyn aiheuttama kasvu (esimerkiksi hehkuttamalla jännityksistä vapautettua materi- .: aalia). Elin 16 on kiinnitetty ohjaussauvojen johtoputkeen il »ri η» mu - s 95973 17, jossa tapahtuu suuri säteilyn aiheuttama kasvu (esimerkiksi kylmämuokattua materiaalia). Erilainen säteilyn aiheuttama kasvu voidaan aikaansaada erilaisten valmistusmenetelmien avulla. Kylmämuokattu putki kasvaa nopeammin kuin hehkuttamisen avulla jännityksistä vapautettu putki.

Kuvio 6 esittää poistovirtauksen kuristamista, mutta sisään-virtauksen kuristamista voidaan ohjata vastaavalla tavalla. Palamisen aikana lähenee kuristuselin täten ylälevyä. Kuris-tuselin on sovitettu siten, että se sulkee enemmän tai vähemmän tai erilaisissa asteissa aukot 7, joiden lävitse jäähdytysvirtaus virtaa ylälevyssä 1. Kuristuselin 16 voidaan muodostaa ohjaussauvojen johtoputkeen 17 kiinnitetyn ulkoneman avulla, joka voi sijaita ylälevyn 1 aukon 7 keskikohdalla ja on myös varustettu aukkoon sovitetulla sulkevalla tai kuristavalla osalla. Tämän tyyppisellä ulosvirtauksen kuristamisella on mahdollista jakaa PWR-tyyppisissä reaktoreissa virtaus loppuunkuluneista polttoainepatruu-noista tuoreisiin patruunoihin.

Claims (4)

6 95973

1. Laite jäähdytysvirtauksen säätämiseksi BWR- tai PWR-tyyppisen ydinreaktorin polttoainepatruunan polttoainesau-voihin (4), jossa laitteessa polttoainepatruuna käsittää ylälevyn (1) ja pohjalevyn (2) sekä nämä yhdistävät elimet, kuten ensimmäistä lajia olevat ohjaussauvojen johtoputket (15) tai polttoainekammion seinän (5), sekä sitäpaitsi pitkänomaiset elementit, jotka ovat ylä- ja/tai pohjalevyn (1, 2) kannattamat, kuten polttoainesauvat (4) ja/tai toista lajia olevat ohjaussauvojen johtoputket (17), sekä hajotti-met (3), jolloin ylälevy (1) ja pohjalevy (2) on varustettu useilla aukoilla (7, 8) jäähdytysvirtausta varten, tunnettu siitä, että näissä elementeissä esiintyy mainittuihin elimiin nähden pituussuunnassa poikkeava säteilykasvu, ja että ne on varustettu kuristuskappaleilla, jotka ovat yhteistoiminnassa ylä- tai alalevyn (1, 2) aukkojen (7, 8) kanssa, jolloin säteilyn aikana nämä elementit pitenevät enemmän kuin mainitut elimet ja kuristuskappaleiden asema mainittujen aukkojen (7, 8) suhteen muuttuu ja vaikuttaa täten jäähdytysaineen virtaukseen aukkojen (7, 8) lävitse.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut elementit on valmistettu materiaalista, jolla on suurempi säteilykasvu kuin mainituilla elimillä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että elementit muodostavat polttoainesauvat (4), joista ainakin eräiden päät on varustettu kuristuskappaleel-la, joka on yhteistoiminnassa ylä- ja pohjalevyn (1, 2) vastaavan aukon (7, 8) kanssa.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu .. siitä, että elementin muodostaa ohjaussauvojen johtoputki * (17), jossa on sulkuosa (16), jonka kuristuskappaleet ovat yhteistoiminnassa mainittujen aukkojen (7, 8) kanssa. Ui' HhHtlH i H«t > f 7 95973