SE459457B - Kaernbraenslepatron - Google Patents

Description

459 457 z undre samlingsrurn och kylmedelstillförseln till bränslepatronerna upphör. Om detta skulle hända överhettas kärnbränslet och kan börja smälta. Visserligen är naturligtvis atgärder för att förhindra detta träffade, av vilka en är att det förefinns nödkylningssystem som automatiskt träder i funktion vid tecken pa ett kylmedelshaveri för att bibehålla erforderlig härdkylning medan reaktorn stängs av. Mellan första tecknen på en LOCA och igångsättningen av nödkylning kan det emellertid förlöpa nagon tid, som visserligen är mycket kort men dock kan vara tillräcklig för att en avsevärd temperaturökning hos bränslestavarna skall hinna uppträda, särskilt om bränslepatronerna töms mycket snabbt på kylmedel. Av denna orsak föreligger krav pa att kärnkraft~ anläggningar i vilka detta skulle kunna hända drivs vid eller under en viss effektnivà som bestämts för att ge en extra säkerhetsmarginal. Anläggningar som drivs med sadan föreskriven säkerhetsmarginal kallas ofta "lokabegränsa- de".

Det huvudsakliga ändamålet med uppfinningen är att eliminera denna nackdel och uppfinningen avser sålunda en kärnbränslepatron inne- fattande ett knippe långsträckta bränslestavar (40) som är anordnade sida vid sida väsentligen parallellt med och på avstånd från varandra, en rörformad yttre kylmedelskanal (12) som omger bränslestavsknippet och ett par änd- dysor (lå, 16) som är anordnade vid bränsleknippets motsatta ändar och av vilka den ena (16) utgör ett inlopp (S8) för reaktorkylmedel som skall strömma genom den och in i genomströmningskanalen, kännetecknad av att denna inloppsdysa (16) innehåller en fluidtryckpaverkad backventil (S4) som är anordnad i inloppet (58) och är så utförd att den medger väsentligen oförhinclrad kylmedelsströmning genom inloppet in i genomströmningskanalen (12) och väsentligen förhindrar kylmedelsströmning i motsatt riktning genom inloppet ur denna genomströmningskanal. I Detta ventilarrangemang i inloppsdysan medger fri kylmedels- passage in i genornströmningskanalen när ventilen är öppen och försämrar följaktligen inte kylningen. Om det skulle uppkomma ett ledningsbrott som :nedför växling av tryckskillnaden över inloppsdysans inlopp kornmer den av fluidumtrycket påverkade ventilen att omedelbart reagera och stänga in- loppet samt hindra kylmedlet att strömma tillbaka, varigenom snabb tömning av kylrnedlct i bränslepatroncns geriomströinningskanal förhindras. Detta medför att innehållet i genomströrnningskanalen kring bränslestavarna kan koka vidare under kylning av bränslestavarna under tillräckligt lang tid för att förefintliga nödkylningssystem skall bli fullt effektiva, sa att man fâr 459 457 3 tillräckligt stor säkerhetsmarginal för att en anläggning som använder bränslepatroner med denna utrustning skall kunna drivas utan lokabegräns- ning, dvs. vid högre effektnivàer.

Den fluidtryckberoendo backventilanordningen kan företrädesvis vara sammansatt av ett flertal kornpleinentära ventildelar som är rörliga mellan lägena för öppen och stängd ventil med avseende på dysinloppet oberoende av varandra. Detta :nedför en fördel såtillvida som en eventuell ventilkroppsblockering kommer att vara begränsad till en eller annan ventil- del, medan resten av de av varandra oberoende rörliga ventildelarna kommer att stänga och därmed förhindra en oförhindrad och sålunda snabb tömning av kylmedel ur bränslepatronen.

Ventilanordningen i inloppsdysan hos en bränslepatron som är utrustad enligt uppfinningen har företrädesvis en eller flera skivforrnade ventilkroppar som vardera är så anordnad att den när ventilen är öppen befinner sig väsentligen i ett plan som är parallellt med dysinloppets längdaxel. Företrädesvis utgörs varje ventilkropp av en klaff som är sväng- bart :nonterad på ett inre ytparti hos inloppsdysan, beläget intill inloppet.

Ventilanordningen kommer de när den är öppen att ge ett obetydligt strömningsrnotstârid för det genom inloppet till patronens genomströmnings- kanal inströmmande kylrnedlet. Klaffvefitilaiiordningen kan företrädesvis ha ett flertal klaffpartiei' som är anordnade svängbara oberoende av varandra pà sådant sätt att de när ventilanordniriigeii är öppen sträcker sig fràn en gàngled på inloppsdysans innervägg väsentligen i plan parallella med dysans längdaxel och i slutet läge ligger i ett gemensamt plan över inloppet med tät passning mot varandra. lnloppsdysans inre yta bildar företrädesvis en smal hylla som när ventilen är stängd haller klaffen eller kiaffarna och hindrar dem att röra sig ytterligare i riktning mot den normala ström:iingsriktriingen hos kylmed- let.

Ett föredraget utförande enligt uppfinningen beskrivs närmare i det följande såsom exempel med hänvisning till de bifogade ritningarna pa vilka: fig. 1 är ett längdsnitt genom en BWR-bränslepatron innehållande en 'anordning enligt uppfinningen, fig. 2 är ett tvärsnitt i större skala genom bränslepatronen enligt fig. 1 sedd i den med pilarna 2-2 angivna riktningen, fig. 3 är en planvy som visar bränslepatronen som sedd i den med pilarna 3-3 i fig. 1 angivna riktningen, fig. l: visar bränslepatroriens inloppsdysa, delvis i snitt, och 459 457 4 fig. 5 är ett tvärsnitt genom inluppsdysani planet 5-5 i fig. å.

Den enligt uppfinningen utrustade kärnbränslepatron lÜ som visas i figurerna 1 till 3 är avsedd för användning i en kokvattenreaktor (BWR).

Denna bränslepatron innefattar en längsträckt genomströrnningskanal 12 som sträcker sig väsentligen i bränslepatronens hela längd och utgör en förbindelse mellan en övre fixtur som samtidigt bildar bränslepatronens utloppsdysa li: och ett bottenparti som bildar en inloppsdysa 16. Inloppsdysan 16, som bildar inlopp för kylmedlet till genomströmningskanalen 12 har ett antal ben 18 för styrning av inloppsdysan 16 och därmed bränslepatronen 10 in i en inte visad bärplatta för reaktorhärden eller in i en bränslelagringsrack, exempelvis i en bassäng för utbränt bränsle. Genomströmningskanalen 12 som i allämânhet har rektangulär tvärsektion bildas av fyra med varandra förbundna vertikala väggar 2D av metall, företrädesvis zircaloy. Upptill pa kanalväggarna '20 förefinns ett antal fästen med tappar 214 för fasthallning av utloppsdysan 114 vid kanalen 12. f...

F or förbättring av neutronmoderationen förefinns vidare ett i vertikal led öppet "vattenkors" 213, fig. l och 2, som sträcker sig axiellt genom kanalen 22 sa att det bildas en öppen inre kanal 28 för moderatorkyl- medel som strömmar genom patronen 1G och som uppdelar bränslepatronen i fyra separata langsträckta rum 30. Detta vattenkors 26 bildar fyra radiella rum 32 som begränsas av fyra làngsträckta, i tvärsnitt i stort sett L-formade metallplatar 311, som sträcker sig huvudsakligen i kanalens 12 hela längd och hålls pa avstånd från varandra med lämpliga distansorgan.

För att halla vattenkorset 26 i läge vid kanalens 12 väggar 20 har dessa väggar under vid mitten av respektive väggar anordnade fästen för tappar 2A i väggarna pà avstånd från varandra i vertikalled anordnade inpressningar 22 i väggplàten, som skjuterlin mellan varandra motstaende plåtar 34 som begränsar de armarna i vattenkorset bildande rummen 32.

Vattenkorset 26 har ett inlopp 36 vid sin undre ända och ett utlopp 38 vid sin övre för àstadkommande av en underkylrnedelströin genom detsamma. inom kanalen 12 förefinns ett knippe bränslestavar 40, vilket i det visade utförandet bildas av 64 stavar i ett 8 x B-arrangemang. Detta bränslestavknippe är i sin tur zlppdelat i fyra miniknippen av vattenkorset 26.

Bränslestavama i varje av ett á x lz-arrangeinang bestående miníkriippe sträcker sig pâ avstånd från varandra mellan en övre fâstplatta 42 och en undre fästplatta Ms. De vid övre och undre fästplattor fästa bränslestavarna i varje miniknippe bildar en separat cielpatron A6 anordnad inom ett av rurnfnen 459 457 i kanalen 12. Ett flertal galler 48 som sitter pa avstand från varandra utmed bränslestavarna 40 i varje delpatron 46 haller bränslestavarna pa avstand fran varandra i sidled. De undre och övre fästplattorna 42 och 414 hos respektive delpatroner 116 har genomströmningsöppningar 50 genom vilka kylmedels/moderatorfluid kan strömma in i och ut ur de skilda delpatronerna.

Kylrricdelskanaler som medger strömming mellan delpatronerna ¿i6 i de till- hörande separata rummen 30 inom bränslepatronen 10 àstadkoms genom en mångfald öppningar 52 som bildas mellan inpressningarna 22 i väggarna 20.

Kylmedelsströmning genom öppningarna 52 medför utjämning av de hydraulis- ka trycken mellan de fyra separata rummen 30 och minskar därigenom möjligheten till termisk hydrodynamisk instabilítet mellan de skilda delpatro- nerna 46.

Det utförande som föreliggande uppfinning avser framgår tydli~ gast av figurerna 3 till 5, tillämpat vid den beskrivna BWR-bränslepatronen enligt fig. l, nämligen en fluidtryckpàverkad ventilanordning, vilken som helhet är betecknad 514. Denna ventilanordning 54, som är utförd av ett antikorrfasivt rnaterial, sasum exempelvis en titanlegering, är fnonterad i botten eller en inloppsdysa 16 av bränslepatronen 10 pà en ringformad hylla eller yta 56 som är utformad vid inre ändan av dysans inlopp 58 och som sträcker sig kring inloppet. l detta läge kan ventilanordningen Slz öppna inloppet 58 för kylmedel som strömmar in i kanalen 12 genom dysans inlopp 58 och stänga inloppet mot kylmedel fràn kanalen 12 genom inloppsdysan.

Företrädesvis har denna backventilanordning Sh ett rörligt ventil- organ i form av en eller flera klaffar som i stängt läge täcker inströmnings- dysans 16 inlopp 58. Backventilen 54 pâverkas av riktningen av kylmedels- flödet genom inloppet och öppnar för flöde i riktningen in genom inloppsdysan 16 (pilens A i fig. 11 riktning) och stänger för flöde ut genom inloppsdysan (pilens B i fig. li riktning). Backventilen 54 visas som innefattande ett flertal rörliga ventilkroppar, i föreliggande fall klaffarna 51:e, Elib, 54:: och 5Lid, vilka som framgår av fig. 3 och 5 är cirkelkvadrantforinade. Var och en av dessa ventilkroppar är försedd med ett yttre parti 60 som är fäst pa den ringfurrnade iiyllari 56 i inloppsdysan 16 och en inàtskjutande klaff 62 som är sväišgbzart fäst vid det yttre partiet 60 med en gangled 61:, så att den kan svänga iriellan ett undre läge i vilket ventilen är stängd (de heldragria linjerna i fig. Li och 5) och ett upprätt läge i vilket ventilen är öppen (de streckade linjerna i fig. li).

Ventiiens klaffar 62 är sa anordnade att de när de ligger i ett 459 457 6 gemensamt plan passar tätt ihop mot varandra och täcker inloppet 58, som framgår av fig. 4 och 5. När de är i upprätt läge sträcker sig klaffarna 62 väsentligen i plan parallella med inloppets S8 längdaxel.

De yttre ventilpartierna 60, som är fästa pa den ringformiga hyllan 56 ligger tätande an mot de periferiellt fördelade segmenten 66 på hyllan S6 (fig. S), medan klaffarna 62 när de är nedfällda ligger an mot periferiellt fördelade segment 68 pa hyllan 56 mellan segmenten 66. l uppfällt läge sträcker sig klaffarna 62 inat i kylmedelflödets normala riktning (pilen A) och i nedfällt läge hindras de av hyllan 56 att svängas utåt förbi det läge där ventilen är stängd (pilens B riktning).

Den viktiga egenskapen hos den strömningsriktningberoende in- loppsventilanordningen 54 är sålunda att anordningen medger oförhíndrad strömning genom inloppsdysan 58 till bränslepatronen under normal drift och vid omvändning av strömningsriktningen hos kylmedlet (initiering av kyl- inedelsinneliället i härden) automatiskt stänger inloppet sa att omedelbart varje ytterligare utströmning av kylmedel genom inloppsdysan förhindras.

Fördelen med användningen av en ventil innefattande ett flertal oberoende av varandra rörliga klaffventilkroppar är att för det fall att en klaff skulle fastna och inte stänga vid ändring av strömningsriktningen, övriga kommer att stänga och därigenom förhindra snabb och oförhindrad utströmning av kylmedel. Det ma dock nämnas att även om ventilanordningen S4 här visas som sammansatt ventil med ett flertal klaffar 62 är det ocksa möjligt att använda en ventil med blott en rörlig ventilkropp, exempelvis en enda klaff som är svängbart fäst vid hyllan 56.

Claims (6)

7 459 457 PATENTKRAV

1. Kärnbränslepatron innefattande ett knippe làngsträckta bränsle- stavar (40) som är anordnade sida vid sida väsentligen parallellt med och pa avstånd från varandra, en rörformad yttre kylmedelskanal (12) som omger bränslestavsknippet och ett par änddysor (lll, 16) som är anordnade vid bränsleknippets motsatta ändar och av vilka den ena (16) utgör ett inlopp (58) för reaktorkylmedel som skall strömma genom den och in i genomströmnings- kanalen, k ä n n e t e c k n a d av att denna inloppsdysa (16) innehåller en fluidtryckpàverkad backventil (514) som är anordnad i inloppet (58) och är så utförd att den öppnar inloppet (58) i respons till en kylmedelstryckskillnad uppkommen över inloppet i inloppsriktningen för att därvid släppa in kylmedel in i genomströmningskanalen, samt utförd så, att inloppet (58) slutes vid en växling av nämnda kylmedelstryckskillnad till utloppsriktningen för att därvid väsentligen förhindra en kylmedelsströmning i motsatt riktning fran genom- strömningskanalen (12) genom inloppet (58) varvid nämnda fluidtryckkänsliga backventil (54) är skivformad samt i sitt öppna läge väsentligen sträcker sig i ett plan som är parallellt med dysinloppets (58) längdaxel för att medge en väsentligen ohindrad kylrnedelsströmning genom inloppet (58) och in i genom- strömningskanalen.

2. Kärnbränslepatron enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ventilen (SG) är sammansatt av ett flertal varandra kompletterande ventil- delar (62), som oberoende av varandra är rörliga i förhållande till inloppet (58) mellan öppet och stängt läge.

3. Kärnbränslepatron enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att ventilen (510 har skivformad ventilkropp som är så anordnad att den när ventilen är öppen sträcker sig i ett plan som är väsentligen parallellt med inloppets (58) längdaxel.

4. Kärnbrânslepatron enligt något av föregående krav, k än n e - t e c k n a d av att ventilen (54) är en klaffventil vars ventilkropp är svängbart monterad på ett inre ytparti (56) av inloppsdysan (16) som är belägen i närheten av inloppet (58).

5. Kärnbränslepatron enligt krav ä, k ä n n e t e c k n a d av att ventilen (54) innefattar ett flertal oberoende av varandra mellan öppet och stängt läge svängbara klaffar (62), anordnade så att de i ventilens öppna läge sträcker sig frän sina fästen vid ytan på inloppsdysan väsentligen i plan parallella med .inloppets (58) längdaxel och i öppet läge sträcker sig i ett gemensamt pianöver inloppet (58) i tät passning mot varandra. 459 4-57 8

6. Kärnbränslepatron enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d av att inloppsdysans (16) nämnda inr-e ytparti (56) är en hylla som bildar ett säte för klaffen resp. ldaffarna (62) när ventilen är stängd och hindrar klaffarna att röra sig förbi stängningsläget i en riktning motsatt den normala kyl- rnedelströmníngsríktningen.