SE200073C1 - - Google Patents

Description

Prioritet begtird frcin den 17 november 1960 (USA) Uppfinningen avser ett hransleaggregat for en kokvattenreaktor. Det nya bransleaggregatet har vasentligt farbattrad varmeoverforingsfOrmaga och mojliggor en diming av viirmeavledningen frail en dylik reaktor.

Vid reaktorer av derma typ ordnas vanligtvis bransleelementen i en horisontell mains och kylvatten ledes parallellt med bransleelementens langdriktning. Hfirvid kammer den ovre delen pa varje bransleelement i kontakt med vatten, som irmehaller en stor mangd angbubblor. Eftersom anga leder varme relativt daligt kommer fingan att begransa reaktorns avgivna energi. Den langa kylningsbanan innebar fiven att ett visst stromningsmotstand uppbygges, vilket innebar att extra kraft maste tillforas vid pumpning I sarnband med att forcerad kylning utnyttjas eller ocksa far man, i det fall att naturlig konvektionsstromning utnyttjas, finna sig i minskad genomstromming och armed minskning av avgiven energi.

Andamalet .med uppfinningen Ar att aka anggenereringen i en kokvattenreaktor, utan att Oka storleken eller mangden ,av det klyvbara branslet. Delta astadkommes genom att Anga avlagsnas frail kylningsstrommen, sa att kylningen nedstrams icke forsaniras.

Ett ytterligare Ando-nal med uppfinningen dr att minska temperaturdifferenserna i bransleelementen genom att astadkomma en jamn kylningstemperatur vinkelratt mat bransleelementens eller -stavarnas langdriktning.

Uppfinningen utgores darfor av ett bransleaggregat fOr en kokarreaktor med ett yttre behallarror och ett flertal, i koncentriska cirklar runt behallarrorets axel ordnade direkt kylda branslestavar, varvid den storsta av de koncentriska cirklarna har sadan diameter, att ett ringformat utrymme finnes mellan branslestavarna och behallarroret. Aggregatet kannetecknas av ett centralt inmatningsrer for kylmedel, vilket ror ar slutet sin ena ande och Ar forsett med. ett flertal slitsar anslutande till mot riirets inre riktade kylmedelsstyrplatar samt ett flertal pa avstand fran varandra Fangs kylraret anordnade, kylraret aingivande ringformade trag med mindre ytterdiameter An behallarrorets inner-diameter for att det ringformade utrymmet skall bibehallas, varvid kylmedlet bringas att stramma radiellt ut frau inmatningsroret och vinkelratt mot branslestavarnas axelriktning till det ringformade utrymmet utanfar branslestavarna.

Genom att kylraedlet bringas, att flyta i branslesta,varnas radiella riktning erhalles en betydligt kortare kyktingsstraeka an tidigare. De angbubblor, so,m bildas, harvid svepas bort frau de tranga kanalerna mellan brAnsleelementen och in i en. ringformad kammare utanfor elementen, dar flodesmotstandet ar obetydligt far vatten- °eh angstrammen. Vidare fir vatten i kontakt med elernenten efter dessas bleb langd, varigenom varmebortforingen farbattras. Dad& kommer den zon i reaktorn, dar varmealstringen är starst, att erhalla avsedd mangd vatten. I den normala kokvattenreaktorn har zonen ,strax ovan mitten det storsta anginnehallet, beroende pa att angbildningen okas ailt eftersom kylmedlet strammar irppAt. Det ar val kant, att varmealstringsgraden Ar fordelad axiellt langs en cosinuskurva. Dad& kommer ett start amrade runt reaktorns centrum att ha maximal varmealstringsformaga. Eftersom varmeaverfOringsformagan minskar med anginnehallet kommer ett ornrade med ,dalig kylning att ligga nagonstans mellan centrum av reaktorn och en punkt mellan centrum och en ande pa reaktorn. 2- - FOreliggande bransleaggregat dr mycket lampligt att anvanda i den tungvattenreaktor, som beskrives i den ,amerikanska patentskriften 2 936 273, vilken innehaller en detaljerad beskrivning av en dylik reaktor. Den har visade reaktorn utgores av den andra utforingsformen i namnda patentskrift i Aikeh utnyttjas vridna, bandformade bransleelemeat ordna:de i cylindriska aggregat.

Det hanvisas aven till naranda amerikanska patentskrift 2 936 273 med avseende pa teorin for karnreaktorn och berakningarna. Dessa berakningar indjliggora satt att variera bransledimensionerna, sammansattningen av det klyvbara. materialet °eh: branslemangden for att astadkomma anpassning till reaktorer ■av olika storlek och upphyggnad.

Funktionen av och fordelarna med bransleaggregatet endigt uppfinningen framga av fOljande beskrivning under hanvisning till bifogade ritningar, pS vilka fig. 1 Sr en isometrisk bild av .ett bransleaggregat enligt uppfinningen, varvid den ovre delen Sr genomskuren. Fig. 2 Sr ett .snitt i forstorad skala genom den nedre delen av aggregatet i fig. 1. Fig. 3 Sr ett snitt genom den Owe delen av a:ggregatet ,enligt fig. 1, likaledes i forstorad skala. Fig. 4 Sr ett snitt i ytterligare forstorad skala genom den owe delen av anordningen i fig. 2, vilket visar ett enkelt delbransleaggregat. Fig. 5 Sr ett tvarsnitt genom anordningen i fig. 4 i det medelst pilar angivna planet. Fig. 6 ar en isometrisk vy av den d.elvis genomskurna nedre delen av bransleaggregatet, vilken visar ett modifierat bransleaggregat.

Sasom visas i fig. 6 utgdres bransleaggregatets behallare 2 av ett ror, vilket Sr tillverkat av en zirkoniumlegering och har en yttre diameter av 210 min, en vaggtjocklek av c:a 18 mm och en langd av c:a 4350 ram. Roret ar forbundet med en nedre hylsa 4 av zirkoniumlegering, vilken hylsa uppbares av en gallerbotten. 6, som bildar en del av kokarreaktorn. Hylsan Sr inpassad i bottnen 6 medelst en konisk ,sektion 8, som ansluter till den koniska vaggen i bottnens 6 oppningar. Bottenhalet 10 tj guar som kylvatteninlopp, varvid strdmningen astadkommes genom naturlig konvektion eller med hjalp av pumpar. Den awe delen p5. hylsan 4 Sr forsedd med en ansats, sa att roret 2 Iskjuter in pa hylsan omkring 38 mm. Hylsans 4 Owe urlimning liar en diameter av 47,6 mm och Sr cylindriskt forsankt till ett diap av 38 mm och en diameter 50,87 mm. Hylsans 4 Ovre vagg 12 Sr ungefar 50 mm tjock.

I hylsans 4 cylindriska forsankning Sr tankroret 14 av zirkonivanlegering inpassat. floret 14 har en yttre diameter av 50 mm, en vaggtjocklek av 1,27 mm och Sr 4050 mm langt. Ungefar 44 mm frau rorets 14 nedre ande finnes, sasom bast framgth- av fig. 4, ett flertal runt rdret jamnt fOrdelade inatriktade organ 16, vilka bildats genom att horisontella slitsar med en bredd av ungefar 6,35 mm upptagits i roret. Metallen ovanfar varje slits bar darefter tryckts inat for bildande av ett tra.gformat organ. Dessa organ aro ringformat fordelade efter ungefar 300 mm av rOrets langd med vertikala avstand av c:a 12 mm. florets 14 ovre ande Sr sluten medelst en skiva 18 (se fig. 3).

Branslet 'Aga-es av 8,24 branslestavar 20. Valle branslestav har •en diameter av c:a 7 mm och en langd av c:a 300 mm. Branslestaven eller -elementet utgOres av en stay 22, som bestar av 93,5 % uran, 5 % zirkonium °eh 1,5 % niob (viktprocent), varvid uranet utgores av den naturliga isotopblandningen. Uranstaven 22 Sr in.nesluten i ett till uranet metallurOskt bundet holje 24 av en 0,5 mm tjock zirkoniumlegering.

Gallerbottenskivor 26 'Agoras av c:a 1,6 mm tjocka ringformade skivor .av zirkoniumlegering med en yttre diameter ,av c:a 120 mm och en inre diameter av c:a 50,9 mm. Dessa skivor aro forsedda med en. serie oppningar 18, 24 och 30 med en diameter av 7,1 mm, vilka are jaannt fordelade langs cirklar med diametrarna 61,9 mm, 84,2 mm respektive 104,8 mm, vilka Ore koncentriska med skivornas centrumpunkt.

Owe med kanter forsedda ,skivor 28, vilka I dot foljande benamnas fat aro tillverkade av zirkoniumlegering. Faten utgoras av skivor med en yttre diameter av 125,4 mm, en inre diameter .av 50,9 rum och en tjocklek av 1,6 mm, varvid varje skiva Sr fdrsedd med en vinkelratt mot ,skivplanet staende, uppatbojd flans med en hojd av c:a 13 mm. Dessa fat are forsedda med samma antal och pa gamma satt placerade hal med en diameter av 7,1 mm som skivorna 26. Bottenskivorna 26 och faten 28 bilda batten respektive Overdel i delbransleenheter 29.

Mellanliggaude fat 30 ingâ i delenheterna 29 och motsvara de ovre faten. 28 med asseende pa uppbyggnad och material med undantag av att zirkoniu.mlegeringen Sr 1 mm tjock och att flansarna endast aro 9,5 min hoga.

Fyra distansremsor 32 av zirkoniumlegering med en tjocklek av 1 mm, en bredd av 6,4 mm och en langd av 12,7 mm Ore fasts.atta vid mellanfaten 30 medelst exempelvis gassvetsning i inert atmosfar och i punkter pa janma avstand frail varandra langs orokretsen pa varj e fat i och fOr uppbarning av faten.

Fyra remsformade stodorgan 34 av zirkoniumlegering med en tjocklek av 1,6 mm, en bredd av 6,4 mm och en langd av 22,2 mm Ore fastsatta vid varje bottenskiva 26 och stracka sig 22,2 mm uppat.

For sammartstallning av en delbransleenhet 29 bringas halen i en bottenskiva 26, elva mellanfat 30 och ett overfat 28 i linje med varandra. Asstanden mellan, de olika komponenterna astadkommes med stodorganen 34 — —3 och distansorganen 32. Sjuttiotva. branslestavar 20 inforas sedan genom hi'den och stavarna svetsas fast vid averfatet 28 och bottenskivan 26. Den salunda hopfogade delenheten far glida over roret 14 .sâ att den kommer att vila mot den ovre vaggen 12 pa hylsan 4. Ytterligare elva delenheter anbringas pa detta satt. Fyra radiella .stad 36 aro fastsatta vid behallaren 2 i h8jd med varje overfat 28.

OvanfOr den oversta delenheten fumes en spiralvriden avbojningsanordning 38 av zirkoniumlegering, vilken ansluter sig till innervaggen pa roret 2, i vilket den. är inford. Anordningen 38 bestar av en plat med dimensionerna 1,6X149,2 X152 mm, vilken är vriden runt den langsta axeln. Pa avlatijningsanordningens 38 Ovre del finnes ett lyftorgan 40, vilket är belaget i anordningens 38 widningsaxels forlangning. Spiralanordningen 38 är avsedd att bibringa uppatstigan.de anga och vatten rotationsrorelse for att driva vattnet ut mot rorets 2 vagg.

Overdelen av behallarroret 2 är inpressad i en Ovre skiva 42, -Olken bestammer avstanden mellan riiren 2. Sasom visas i figurerna 1 och 3 är var och en av angavskiljarna 44 forsedd med en yttre hylsa 46, som dr koncentrisk med och anordnad ovanfor behallarroret 2. En ring 48, vilken Or fastsatt pa behallarroret 2 vid ytterhylsans 46 nedre kant uppbar hylsan 46 och Or forsedd med oppningar 50 for att kylmediet mellan hylsan 46 och behallarrOret 2 skall kunna aterga till huvudkyltanken 52, vilken Jigger pa nagot hogre niva an Owe delen av angavskiljaren 44. En andra half8rsecld ring 54 Or anordnad i behallarroret 2 intill dettas ovre del. Ytterhylsan 46 Or forsedd med en lapp 56, vilken stracker sig Over vaggen pa roret 2 och Or fastsatt vid ringen 51.

Fran bransledelenheterna 29 avgaende anga stravar att passera genom angavskiljaren 44 langs dennas axel, medan vattnet slungas mot behallarvaggen 2 i avskiljaren. Som en. foljd harav kommer kylmedlet .att passera genom halen i ringen 54, nedat mellan behallarroret 2 och ytterhylsan 4 och genom Men 50 i ringen 48 for att uppsamlas i huvudtanken 52.

Under drift Or hela bran:sleaggregatet fyllt med flytande kylmedel med undantag av det utrymme, som upptages av angbubblorna under deras uppatgaende rorelse. Kylmedlet in-hires genom oppningen 10 genom sjalv- eller tvangscirkulation. Kylmedlet avledes Iran rOret 2 medelst de inskjutande platarna 16 och flyter i ra.diell riktning fOrbi branslestavarna 20 vinkelratt mot dessas langdaxlar. I bransleaggregatet genererad anga svepes forbi branslestavarna och in i utrymmet mellan faten 30 och behallarroret 2 och kan sedan obehindrat passera till angavskiljaren 44. Den anga, som genererats i en. delstrOm forbi branslestavarna kommer joke att passera. andra branslestavar eller branslestavsdelar och kommer darfor icke att ytterligare forsamra varmeoverforingen. Harigenom kan reaktorn drivas p0 en energiniva, sam ligger c:a 25 % Over nivan for konventionella reaktorer.

En andra utforingsform av uppfinningen visas i fig. 6. Derma utforingsform skiljer sig fran den forsta genom att roret 114 Or koniskt fran bottnen mot toppen, eftersom behovet av kylmedel minskar hogre upp. I varje bransiedelenhet 129 minskas oppningarna successivt frail .skivan 26, genom de mellanliggande faten 30 till overfatet 28 for att passa till diametern has roret 114. En annan tank-bar modifikation yore att anordna lika stora centrala appningar i overfatet 28 och faten 30 far att astadkomma overensstammelse med den eentrala oppningen i bottenskivan 26 i varje delenhet 129.

Det ovan omnamnda kylmedlet avser varje kylmedelsmoderator, som kokar vid relativt lag tenaperatur. I den beskrivna reaktorn utnyttj.assalunda tungt vatten (D20).

Zirkoniumlegeringen kan utgoras av varje nagorlunda korrosionsresistent legering, men foretradesvis utnyttjas i det beskrivna bransleaggregatet Zircaloy 2, vilken legering bestax av c:a 1,5 % tenn, 0,12 % jar, 0,10 % krom och 0,05 % nickel .samt resten zirkonium.

Varje bransleaggregat innehaller omkring 128 kg branslelegering. I bransleaggregatet in-gar omkring 120 kg naturligt uran.

Uppfinningen Or joke begransad till de givna detaljkonstruktionerna, utan kan modifieras Mom uppfinningstankens ram.

Claims (4)

Patentan.spr ak:

1. Bransleaggregat for en kokarreaktor med ett yttre behallarror och ett flertal, i koncentriska cirklar runt behallarrorets axel ordnade direkt kylda branslestavar, varvid den storsta av de koncentriska cirklarna har sadan diameter, att ett ringformat utrymme finnes Indian branslestavarna och behallarroret, kannetecknat av ett centralt inmatningsror for kylmedel, vilket rOr Or slutet i sin en.a dude och Or forsett rued ett flertal slitsar anslutande till mot rorets inre riktade kylmedelsstyrplatar samt ett flertal p0 avstand frau v:arandra langs kylroret anordnade, kylroret omgivande ringformade trag med .mindre ytterdiameter On behallarrorets innerdiameter for att .det ringformade utrymmet skill bibehallas, varvid kylmedlet bringas att stromma radiellt ut Iran inmatningsroret och vinkelratt mot branslestavarnas axelriktning till det ringformade utrymmet utanfor bronslestavarna.

2. Bran.sleaggregat enligt patentanspraket 1, kannetecknat ,darav, att branslestavarna Oro uppdelade i delstavar och att delstavarna Oro 4— — fastsatta vid tragen for bildande av bransleenheter.

3. Bransleaggregat enligt patentanspraket 2, kannetecknat darav, att varje bransleenhet bestar av ett flertal rangformade trag med uppatriktade cylindriska yttervaggar och med ett flertal I tra.gbottnarna upptagna hal, vilka arc jamnt fordelade langs koncentriska cirklar, .att delbranslestavar aro inforda genom halen i tragen, att delbranslestavarnas nedre andar arc arushitua till en plan bottengallerskiva, att ett ovre gallertrag ãr anslutet till delbranslestavarnas Ovre andar, .att detta trag ãr anordnat att i sig upptaga den plana gallerskivan pa en ovanfor belagen bransleenhet. Anfi3rda publikationer: Patentskrifter frdn Frankrike 1 207 935, 1 215 419, 1 222 74

4.