SE459999B - Braenslepatron - Google Patents

Description

459 999 2 kanalen, ett bränsleknippe som är anpassat för att kunna föras in i höljet och som innefattar ett flertal längsträckta bränslestavar, och ett par distansplattor som samverkar med bränslestavarnas motsatta ändar för att halla dessa atskilda från varandra i sidled i en i förväg bestämd uppsätt- ning, kännetecknat av att distansplattorna är väsentligen identiska med varandra för att möjliggöra att bräsleknippet kan införas i höljet i den ena av tvâ sinsemellan motsatta axiella riktningar, och att varje distansplatta innefattar organ för att bära upp bränsleknippet i höljet.

Denna konstruktion som nyttjar väsentligen identiska distans- plåtar som är spegelsymmetriska i förhållande till varandra med avseende på deras inbördes placering i patronen, ger ett bränsleknippe som är detsamma fran mekanisk och hydraulisk synpunkt oavsett vilken av dess ändar som utgör bränslepatronens botten och vilken som utgör dess topp.

Efter en viss driftstid i en kärnhärd kan således bränsleknippet dras ur sitt hölje och därefter âterinsättas omvänt däri, varvid bränslet, som tidigare var i härdens övre omrade och därför var mindre utbränt, placeras i härdens botten där det modererande kylmedlets densitet är högre sa att detta mindre utbrända och nu aterplacerade bränsle följdaktligen kommer att utbrännas i en högre utsträckning. Mer med hjälp av en enkel vändning av brânsleknippet och utan att kräva att någon modifiering görs av höljet som innefattar flödeskanalen och bottenmunštycket så möjliggör alltsa uppfinningen att varje kärnbränsleladdning utnyttjas mer fullständigt och att reaktorns bränslekostnader följdaktligen kan sänkas väsentligt.

En typisk bränslestav som är lämplig att använda i kärnbränsle- patronen enligt uppfinningen skulle innefatta ett kapselrör som innehåller kärnbränsle och som avgränsar ett inre fissiongasutrymme för att uppta av ränslet frigjorda fissiongaser i kapselröret under reaktorns drift. I bränsle- patronen enligt uppfinningen är bränslestavarna med sadana fissiongasut- rymmena anordnade sä att en första mängd bränslestavar har sina fission- gasutrymmen placerade nära en av tva distansplattor som bär stavarna och att en andra mängd bränslestavar har sina fissiongasutrymmen anordnade nära den andra distansplattan. Företrädesvis har varannan av bränslesta- varna sina fissiongasutrymmen placerade nära nämnda ena distansplattan och varannan av och där emellanliggande bränslestavar har sina fissiongas- utrymmen placerade nära nämnda andra distansplattan. Att sålunda placera varannan bränslestavs fissiongasutrymme kärnhärdens botten och de återstående bränslestavarnas fissiongasutrymmen l toppen gör bränsleknip- pet axiellt symmetriskt ur kärnsynpunkt sa att den aktiva bränslelängden och läget i hârden kommer att vara detsamma oavsett om bränsleknippet 459 999 3 är i sitt begynnelseläge eller är omvänt. Att placera varannat fissiongasut- rymme vid härdbotten kommer dessutom att öka H/U-förhàllandet (väte/uran) vid härdens ändar, vilket i sin tur kommer att öka härdreaktivi- teten eftersom en BWR i vanliga fall drivs i ett undermodererat tillstànd, speciellt vid härdens topp, medan härdens ändar är överrnodererade i kalla tillstànd.

Man har beräknat att en bränslekostnadsvinst av omkring tva till tre procent kan uppnås i en BWR genom att en uppfinningsenlig bränslepatrons bränsleknippe vänts och ytterligare tvâ till tre procent kan uppnås genom att ungefär hälften av fissiongasutrymmena placeras i härdens botten. Uppfinningen beräknas således möjliggöra en total bränsle- cykelkostnadsminskning av omkring fem procent av kostnaden vid sedvanliga bränslepatroner.

Bränslepatronen enligt uppfinningen har en ytterligare fördel såtillvida att den är kompatibel med andra BWR-bränslepatroner och kan enkelt sättas in under bränslebyte i en BWR-härd som innehåller bränsle- patroner av annan konstruktion.

En föredragen utföringsform av uppfinningen kommer nu att beskrivas, enbart som ett exempel, med hänvisning till bifogade ritningar.

Figur 1 är en delvis sektionerad fragmentarisk vy av en bränslepatron enligt uppfinningen.

Figur 2 är en perspektivvy av en distansplatta som använts i bränslepatronen som visas i figur 1.

Den visade bränslepatronen 100 innefattar ett flertal lång- sträckta bränslestavar 102 som sträcker sig mellan topp- och bottendis- tansplattor 104 och 106 och som hålls åtskilda i sidled i förhållande till varandra i en uppsättning med ett eller flera spridargaller 108, vars antal och utformning väljs i enlighet med bränslepatronens 100 speciella ter- miska, hydrauliska, nukleära och mekaniska egenskaper.

Bränslepatronen 100 innefattar vidare en làngsträckt, ogenom- tränglig, yttre flödeskanal 110 som företgädesvis är utformad av en zirkoniumlegering, allmänt känd som Zircaloyiæ, sträcker sig genom väsent- ligen hela bränslepatronens 100 längd och är förbunden med en nedre munstycksanordning eller bas 112, som företrädesvis är utformad av korrosionsbeständigt stål för reaktorer.

Den rörformiga flödeskanalen 110 är företrädesvis förbunden med basen 112 med vad som kan kallas ett tapp-och-spârförband som bildas genom ingrepp mellan flödeskanalens riedre änddel 114 och en minskad yttre periferlyta pà basens 112 övre ënddel 116, varvid flödeskanalens 110 459 999 4 nedre ände vilar mot en avsats 118 nära den nedre änden av den minskade periferiytan pa basens 112 övre änddel 116. Flödeskanalens 110 nedre änddel 114 kan lasas vid basen 112 med hjälp av skruvar 120 som sträcker sig genom öppningar 122 i flödeskanalens 110 nedre änddel 114 och till ingrepp i gängade öppningar 124 i basens 112 förbindande del 116. Skruvar- na 120 är företrädesvis försänkta i kanalens änddel 114 så att en jämn yta uppnås. Var och en av den nedre änddelens 114 fyra sidor pa flödeskanalen 110 kan vara förbundna med basen 112 på detta sätt.

Basen 112 är anpassad till att föras in i ett hal i härdplattan (ej visad) i reaktorhärden. Styrtappar, t ex styrtapparna 125, kan vara anordnade för att styra bränslepatronerna in i den samverkande härdplattans hal.

Bränslepatronen 100 innefattar ett bränsleknippe med 64 bränslestavar som är anordnade i en 8 x 8 - uppsättning och som var och en har en ändplugg 126 vid var och en av sina motsatta ändar.

I enlighet med uppfinningen är topp- och bottendistansplattorna 104 och 106 väsentligen identiska. Sasom bäst framgår av figur 2 som visar den Övre distansplattan 104, innefattar var och en av distansplattorna en äggkartongsliknande gallerstruktur som är utformad, t ex med gjutning eller maskinbearbetning, med en serie förbundna tunna metallstänger eller metallremsor 128 och som tillåter reaktorkylmedel att passera därigenom.

Vid var och en av bränslestavarnas gallerlägen är en liten cylinder utformad med en cylindrisk öppning 130 som är konstruerad för att, med glidpassning, ta emot en exiell eller vertikal förlängning 132 av den ena till bränslestaven 102 hörande ändpluggen 126. Sådan glidpassning mellan topp- och bottendistansplattorna 104 och 106 och bränslestavarna 102 haller fast bränslestavarna i sidled men medger begränsad axiell rörelse av stavarna i förhållande till distansplattorna. Tryckfjädrar 134 är placerade över de övre ändpluggarnas 126 förlängningar 132 sä att de ligger an mot toppdis- tansplattans 104 nedre yta och haller fast bränslestavarna 102 i den nedre distansplattan 106 och bär den övre distansplattan 104.

Minst en bränslestav i varje bränsleknippe används företrädesvis som en bärande bränslestav 136 som förbinder de Övre och undre distans- plattorna 104 och 106, så att dessa och flertalet bränslestavar 102 balls samman som en enhet. För detta ändamål har var och en av de övre och nedre ändpluggarna 126 en gängad förlängning 138 som sträcker sig genom en öppning 140 (figur 2) i angränsande distansplatta 104 eller 106 och som har en las- eller stcpprnutter 142.

Flödeskanalen 110 har en lyftskara 144 som underlättar bränsle- patronens 100 hantering. Vidare är bränslepatroncrw 100 försedd med 459 999 buffertar 1116 som är anpassade till att samverka, när de används, med liknande buffertar pa angränsande bränslepatroner för att upprätthålla ett tillräckligt minimiutrymme för kylmedelsflödet mellan angränsande bränslepatroner. Dessutom finns det ett vertikalt stöd 1118 på vilken en kanalfjäderanordning 150 sitter som är fäst vid det vertikala stödet med hjälp av en skruv 152 och som företrädesvis innefattar en tvariktad bladfjäder som är anordnad för att komma i kontakt och samverka med liknande bladfjädrar pa angränsande bränslepatroner för att upprätthàlla utrymmet mellan angränsande bränslepatroner och överföra belastníngar från en bränslepatron till en annan. För fler detaljer med avseende pa kanalfjäderanordningar hänvisas till U.S. Patent Nr Re~27 173. För att uppta buffertarna 166 och fjäderanordningen 150, vilka sträcker sig radiellt utåt, är flödeskanalens 110 övre ände försedd med lämpligt utformade utskärningar 154.

Basen 112 innefattar ett inloppsmunstycke 156 med en inlopps- öppning 158 för att släppa in modererande kylmedel i bränslepatronen.

Munstycket 156 som är utformat, företrädesvis gjutet, i ett stycke med basen 112 är smalare än basdelen över munstycket.

Inuti i basen 112 och ovanför munstycket 156 finns en tryck- kammare 160 som tar emot modererande kylmedel från inloppsmunstycket 156 och riktar det genom en perforerad plattas 162 öppningar, vilken är anpassad till att distribuera det inkommande kylmedlet till och med tvärs bränslepatronen och som ocksa har till uppgift att ge bränslepatronen ett tryckfall som är ungefär lika med tryckfallet i härdens andra bränslepat- roner i vilken den nya bränslepatronen skall sättas in. Om distansplattorna 104 och 106 själva är konstruerade för att åstadkomma det önskade tryckfailet kan den perforerade plattan 162 uteslutas.

Som visats ovan innefattar var och en av bränslestavarna 102 ett kapselrör 164 och en stapel med bränslekutsar 166 däri. Nära varje brânsiestavs 102 ena ände är ett fissiongasutrymme 168 utformat, vilket innehaller en stoppfjäder 170 för att hälla bränslekutsarna 166 hart staplade mot varandra och för att salun-:la upprätthålla det önskade utrymmet i gasutrymmet 168. En zirkoniumoxidkuts 172 eller liknande kraftöverförande del är placerad mellan fjädern 170 och stapeln med bränslekutsar 166. En iritryckning eller inbuktning 171 kan vara utformad pa kapseln lóli för att säkert förhindra att bränslekutsarna förskjuts in i íissiongasutryfmmet 168 i det fall att stopp-fjädern 170 gar sönder. Som visas i figur l och som vidare förklaras nedan är varannan lnränslestavs 102 gasutrymmen 168 placerade vid bränsleknippcts botten medan varannan och 459 999 6 däremellan liggande bränslestavars gasutryrnmen är placerade vid bränsle- knippets topp. En sådan utformning förbättrar energidistributionen i bränslepatronen och minskar bränslecykelkostnaderna.

Den perforerade plattan 162 bärs i bränslepatronen med u*- skjutande fjädrar 174 som är fästa, t ex skruvade eller nitade som vid 178, pa den perforerade plattans undersida och som vilar mot en ansats 176 på basens 112 inneromkrets. Den perforerade plattan 162 har upprättstaende sidoväggar 180 som väsentligen sträcker sig till en övre del 182 pa basen 112 och avslutas i en läpp eller fläns 184 som ligger över en ansats 186 pa ínnerornkretsen av basens 112 övre del 182. Under normal drift upprätthålls ett mellanrum 188 mellan läppen 184 och ansatsen 186.

De övre och nedre distansplattorna 104 och 106 är som nämnts tidigare identiska. Som bäst framgår av figur 2 har var och en av distansplattorna, pa varje sida, ett ben 190 som företrädesvis har en öppning 192 för lyftning av bränsleknippet. Benet 190 är försett med en företrädesvis lutande ansats 194, en ansats 198 och en i sidled framskjuten- de plan yta 200, varvid konstruktionen är sadan att, oavsett vilken platta som rakar vara den nedre (i figur 1 distansplattan 106), dess sidoben 190 kommer att ha sina lutande ansatser 194 vilande mot motstaende lutande ytor 196 pe insidan av basens 112 övre del 182, kommer att ha sina ansatser 198 som uppatriktade stopp för läpparna 184 pa den perforerade plattans 162 sidoväggar 180, och kommer att ha sina plana ytor 200 i fast kontakt med flödeskanalens 110 respektive angränsande sidoväggar.

Bränslepatronens perifera och bärande delar, t ex flödeskanalen 110, basen 112 och den perforerade plattan 162, bildar ett relativt permanent yttre hölje eller "en behållare" för bränsleknippet 202 som huvudsakligen innefattar bränslestavarna 102, topp- och bottendistansplat- torna 104 och 106 och spridargallren 108. Pa grund av den komplemente- rande geometrin mellan basen 112 och den perforerade plattan 162 a ena sidan och distansplattans ben 190 à den andra sidan och eftersom de tva distansplattorna 104 och 106 är identiska kan bränsleknippet 202 sättas in i "behållaren" med endera änden först. Bränslekníppet kan sänkas in i och lyftas ut ur "behållaren" med hjälp av ett verktyg (ej visat) som griper in i bränsleknippets lyftskàror 192 och den hela bränslepatronen 190 kan hanteras med hjälp av hanteringsutrustning (ej visad) som griper in i bränslepatronens lyftskaror 144. *i

Claims (10)

459 999 7 Patentkrav

1. Kärnbränslepatron innefattande en rörformig flödeskanal (110), en nedre munstycksstruktur (112) som är fäst vid flödeskanalens (110) ena ände och som bildar ett yttre hölje tillsammans med kanalen, ett bränsle- knippe som är anpassat för att kunna föras in i höljet och som innefattar ett flertal lângsträckta bränslestavar (102, 136), och ett par distansplattor (lim, 106) som samverkar med bränslestavarnas motsatta ändar för att hälla dessa åtskilda från varandra i sidled i en i förväg bestämd uppsätt- ning, k ä n n e t e c k n a d av att distansplattorna (104, 106) är väsentligen identiska med varandra för att möjliggöra att bränsleknippet (102, 136; 104, 106; 108) kan införas i höljet (110, 112) i den ena av tva sinsemellan motsatta axielia riktningar, och att varje distansplatta innefattar organ (190) för att bära upp bränsieknippet i höljet.

2. Bränsiepatron enligt patentkrav 1, vari varje bränslestav inne- fattar ett kapselrör (154) som innehåller kärnbränsle (166) och har en inre fissiongasutrymme (168) i närheten av en ände, k ä n n e t e c k n a d av att en förstamängd bränslestavar har sina fissiongasutrymmen (168) placerade nära en (104) av distansplattorna och att en andra mängd bränslestavar har sina fissiongasutrymmen (168) placerade nära den andra distansplattan (106).

3. Bränslepatron enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att varannan av bränsiestavarna har sina fissiongasutrymmen (168) placerade nära nämnda ena (lüll) distansplattan och att varannan av och däremellan- liggande bränslestavar har sina fissiongasutrymmen (168) placerade nära nämnda andra distansplatta (106).

4. Bränslepatron enligt patentkrav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att varje bränslestavs kapselrör (164) är försett med en intryckning (171) för att förhindra att kärnbränslet (166) i bränslestaven kommer in i dess fissiongasutrymme (168).

5. Bränslepatron enligt patentkrav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k- n a d av att organen (190) för att bära upp bränsieknippet i höljet innefattar ben pa varje distansplatta (104 eller 106) och har ytdelar (194) som kan samverka med ytor 196 pa den nedre rnunstycksstrukturen 112, vilka bär bränsieknippet.

6. Bränslepatrori enligt patentkrav' 5, k ä n n e t e c k n a d av att benen (190) pà varje distanspiatta har sidoytor (200) som samverkar med den rörforrniga flödeskanalens inner-väggar för att stödja bränsleknippet i sidled. (459 9§9" 8

7. Bränslepatron enligt patentkrav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att varje dlstansplattas ben (190) har öppningar (192) för ett lyftverk- tygs ingrepp.

8. Brånslepatron enligt patentkrav 5, 6 eller 7, k ä n n e t e c k - n a d av att den nedre munstycksstrukturen (112) bär en perforerad platta (162) däri, att varje distansplattas ben (190) innefattar stopp (198) som kan samverka [ned delar (184) på den perforerade plattan (162) för att stadigt hålla den senare i läge i den nedre munstycksstrukturen och mot hydraulisk förskjutning av den perforerade plattan.

9. Bränslepatron enligt nagot av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d av att den rörformiga flödeskanalen (110) innefattar lyftorgan (144) som kan fästas i en anordning för att lyfta bränslepatronen.

10. Bränslepatron enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d av att varje bränslestav har ändpluggar (126) med förlängning- ar (132) som sträcker sig fran bränslestavarnas motsatta ändar och att distansplattorna (104, 106) har ett flertal öppningar (130) var och en för att glidbart ta emot en av förlängningen-na (132).