SE504128C2 - Bränslepatron för kokarvattenreaktor med avsmalnande bränslestavar - Google Patents

Description

504 128 Under drift varierar bränslekutsarna i storlek. I början av driftcykeln ökar kutsarnas densitet vilket medför att de krymper i storlek. När kutsarna utsätts för neutronbestràlning växer de i storlek på grund av att de absorberar neutroner varvid det bildas gasformiga fissionsprodukter som ackumuleras i kutsarna.

Kutsarnas storlek beror också på deras temperatur. Även kapslingsrören växer när de utsätts för neutronbestràlning och dess storlek varierar med temperaturen. Vid utformningen av en bränslestav innefattande två kutsstaplar med olika diameter är det nödvändigt att ge dessa möjlighet att växa och krympa i förhållande till kapslingsröret både axiellt och radiellt. Om kutsarna i den undre stapeln växer i förhållande till kapslingsröret och om det inte finns tillräckligt med utrymme så kommer den översta kutsen i stapeln att tryckas mot den övre delen av kapslingsröret och ge upphov till spänningar i kapslingsröret. Om istället den undre kutsstapeln krymper i förhållande till kapslingsröret kan kutsar från den övre stapeln ramla ner i kapslingsrörets undre del och lägga sig på tvären.

Om de mindre kustarna åker ner i den undre grövre delen blir avståndet från dessa kutsar till kapslingsrörets vägg så stort att värmeöverföringen från kutsarna försämras.

I patentskriften EP-O 514 121 Al visas en bränslepatron för en kokarvattenreaktor vilken innefattar de i inledningen angivna kännetecknen. Den övre och den undre kutsstapeln trycks mot varanda, eller mot ett mellan kutspelarna anordnat för- minskningselement, av en övre och en undre fjäder. Den övre fjädern är anordnad i ett utrymme i kapslingsrörets övre del och tar upp rörelser i den övre kutsstapeln. Den undre fjädern är anordnad i ett utrymme i kapslingsrörets undre del och tar upp rörelser i den undre kutsstapeln.

Under kärnbränslets utbränning friges fissionsgaser som hålls inne i bränslestaven. För att undvika att trycket pà kapslingen blir för stort behövs ett expansionsutrymme för fissionsgaserna.

I konventionella bränslestavar finns ett fissionsgasutrymme i bränslestavens övre del. Bränslestaven som beskrivs i nämnda EP- 504 128 skrift har två fissionsgasutrymmen, ett i stavens övre del och ett i stavens undre del.

Dagens kokarvattenreaktorer är byggda för bränslestavar med en viss höjd pà uranpelaren och med fissionsgasutrymmet i den övre delen. Det finns därför fysiska begränsningar för uranpelarens höjd i bränslestaven. Sàdan begränsningar är t ex styrstavarnas räckvidd och härdgallrets placering. Om ett fissionsgasutrymme placeras i bränslestavens nedre del måste uranpelaren minska i storlek motsvarande fissionsgasutrymmet storlek. Ur bränsle- ekonomisk synpunkt är det därför fördelaktigare att placera fissionsgasutrymmet i bränslestavens övre del.

En nackdel med ovan beskrivna bränslestav är att uranpelaren förlorar i höjd pà grund av att bränslestaven har ett fissions- gasutrymme i bränslestavens nedre del, vilket leder till sämre bränsleekonomi.

UPPFINNINGENS ÄNDAMÅL Uppfinningen avser att åstadkomma en bränslepatron av inled- ningsvis angivet slag som pà ett enkelt sätt upptar nämnda kutsrörelser utan nàgra inskränkningar i uranpelarens höjd och med bibehållen bränsleekonomi.

Vad som kännetecknar en bränslepatron enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar schematiskt en bränslepatron enligt uppfinningen.

Figur 2 visar en bränslestav enligt en första utföringsform av uppfinningen.

Figur 3 visar en del av en bränslestav enligt en andra utföringsform av uppfinningen. 504 128 BESKRIVNING AV UTFÖR INGSFORMER Figur 1 visar schematiskt en bränslepatron enligt uppfinningen.

Bränslepatronen innefattar ett övre handtag 1, en inloppsdel 2, ett flertal bränslestavar 3 och ett antal axiellt fördelade spridare 4, vilka bibehåller bränslestavarnas inbördes avstånd.

Bränslestavarna sammanhàlls upptill av en ej visad topplatta och nedtill av en ej visad bottenplatta. De visade bränslestavarna har tvâ olika diametrar, en mindre diameter i bränslestavens övre del och en större diameter i bränslestavens undre del.

Figur 2 visar en bränslestav enligt en första utföringsform av uppfinningen. Bränslestaven innefattar ett kapslingsrör 5 vilken består av en undre del 5a med en större diameter och en övre del 5b med en mindre diameter och ett övergàngsparti 13 mellan den undre och den övre delen av kapslingsröret. Den övre och den undre delen är sammanfogade med en svetsfog. Den undre delen av kapslingsröret omsluter en undre stapel av bränslekutsar 6 med en större diameter. Den övre delen av kapslingsröret omsluter en övre stapel av bränslekutsar 7 med en mindre diameter. Den undre delen av kapslingsröret är försluten med en bottenplugg 8, och den övre del är försluten med en topplugg 9.

Mellan den övre och den undre kutsstapeln är ett distanselement 12 anordnat. Distanselementet innefattar en tredje stapel med bränslekutsar 14 med en diameter som är mindre än diametern hos kutsarna 7 i den övre kutsstapeln och ett rör 15 som omsluter den tredje stapeln av bränslekutsar 14. Röret 15 har en diameter motsvarande den övre kutstapelns diameter och utföres i ett material med en làg neutronabsoption t ex Zr eller Ti eller olika legeringar därav. Distanselementet 12 är anordnat vid övergàngspartiet 13 mellan den undre och den övre delen av kapslingsröret pà så sätt att den sträcker sig sàväl in i den övre smalare delen Sb som in i den undre grövre delen 5a av kapslingsröret. Distanselementet 12 är anordnat rörligt i längsled.

Mellan den övre kutsstapeln och toppluggen finns ett fissions- gasutrymme 10. I fissionsgasutrymmet finns en skruvfjäder ll 504 128 anordnad som dels har till uppgift att ta upp rörelser i kutsstaplarna och dels att trycka den övre kutsstapeln mot distanselementet, vilket i sin tur trycker den undre kutsstapeln mot bottenpluggen. Distanselementet möjliggör att den undre kutspelaren kan växa i förhållande till kapslingsröret utan risk för att den översta kutsen i stapeln trycks mot den övre delen av kapslingsröret och ger upphov till spänningar i kapslings- röret, och att den undre kutspelaren kan krympa i förhållande till kapslingsröret utan risk för att kutsar från den övre stapeln ramlar ner i kapslingsrörets undre del.

Figur 3 visar en andra utföringsform av uppfinningen där distanselementet innefattar en skruvfjäder 17 och ett antal av skruvfjädern omslutna bränslekutsar 18. Skruvfjädern är anordnad i den undre delen av kapslingsröret Sa med sin övre ände vid övergàngspartiet 13. Kutsarna 18 som omsluts av fjädern har samma diameter som kutsarna 7 i den övre stapeln. När den undre kutsstapeln växer trycks skruvfjädern 17 ihop och kutsarna 18 skjuts uppåt och in i den övre delen av kapslingsröret. När den undre kutsstapeln krymper trycks kutsar 7 från den övre kuts- stapeln ner i den undre delen av kapslingsröret och omsluts av skruvfjädern 17. Skruvfjädern 17 har två viktiga funktioner, dels förhindrar den att de smalare kustarna som trycks ned i den grövre delen av kapslingsröret hamnar snett, och dels förbättras värmeöverföringen från dessa kutsar till kapslingsröret. Skruv- fjädern 17 i detta exempel består av en fjädertràd med ett cirkulärt tvärsnitt. Skruvfjädern17 kan med fördel bestå av en fjädertràd med ett rektangulärt tvärsnitt, för att ytterligare förbättra värmeöverföringen.

Trots dessa olika åtgärder att upprätthålla god värmeöverföring mellan kutsarna och kapslingsröret kan den dock försämras lokalt. Det är en känd teknik att i slutet av tillverkningen fylla bränslestaven med He till ett visst tryck för att upprätt- hålla en bra värmeöverföring mellan kuts och kapsling. Uppfin- ningen kan med fördel kompletteras denna teknik.

Claims (4)

504 128 6 10 15 20 25 30 35 I dessa utföringsexempel har visats bränslestavar med en diameterövergång. Uppfinningen kan givetvis även tillämpas på bränslestavar med flera diameterövergångar. I dessa utföringexempel är den övre och den undre delen sammanfogade med en svetsfog. Ett annat sätt att sammanfoga dem är att förse dem med en tapp och en gäng och skruva ihop den. Det är även tänkbart att hela kapslingsröret tillverkas i ett enda stycke, t ex att den vid tillverkningen valsas till slut- giltigt utförande. Övergången mellan den undre och den övre delen av kapslingsröret kan vara distinkt som i detta exempel, eller successivt avsmalnande. Den undre kutsstapeln behöver givetvis inte vila direkt på bottenpluggen som visats i dessa exempel, utan det kan t ex finnas en bricka mellan bottenpluggen och den understa kutsen. PATENTKRAV

1. l. Bränslepatron för kokarvattenreaktor innefattande åtminstone en bränslestav vilken innefattar - en undre stapel av bränslekutsar (6) med en relativt större diameter, och - en övre stapel av bränslekutsar (7) med en relativt mindre diameter, och - ett kapslingsrör (5), vilket innefattar en undre grövre del (Sa) som omsluter den undre stapeln av bränslekutsar, en övre smalare del (Sb) och ett övergångsparti som omsluter den övre stapeln av bränslekutsar, (13) aV mellan den undre och den övre delen, k ä n n e t e c k n a d att - ett i rörets längsriktning rörligt distanselement (12) är anordnat mellan den undre och den övre stapeln, - distanselementets övre ände är anordnad ovanför eller i (13), - distanselementets undre ände är anordnad under och på avstånd (13), anordnad i bränslestavens övre ände ger en övergángspartiet från övergángspartiet (ll) tryckkraft på den övre stapeln och via distanselementet på den - en fjäder undre stapeln. 10 15 7 504 128

2. Bränslepatron enligt patentkrav l k ä n n e t e c k n a d a v att distanselementets övre ände är anordnad ovanför och pà avstånd från övergångspartiet, och att distanselementet innefattar ett rör (15) med en diameter motsvarande den övre kutsstapelns diameter och ett antal av röret omslutna bränslekutsar (14). k ä n n e t e c k n a d och ett

3. Bränslepatron enligt patentkrav 1 a v att distanselementet innefattar en skruvfjäder (17) antal av skruvfjädern omslutna bränslekutsar (18).

4. Bränslepatron enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d a v att de av skruvfjädern omslutna bränslekutsar (18) har samma diameter som bränslekutsarna i den övre stapeln. S. Bränslepatron enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d a v att skruvfjädern (17) har ett i huvudsak rektangulärt tvärsnitt.