SE504643C2 - Bränslepatron för en kokarvattenreaktor där bränslestavarna är försedda med ett plenumrör som omsluter ett fissionsgasplenum - Google Patents

Description

504 643 Härden är nedsänkt i vatten vilket tjänstgör både som kylmedel och som neutronmoderator. Under drift strömmar vattnet nedifrån och upp genom bränslepatronen, varvid en del av vattnet övergår till ånga. Andelen ånga är högst i bränslepatronens övre del.

Med kylmedel avses i fortsättningen det vatten och den ånga som strömmar genom bränslepatronen. När kylmedlet strömmar uppåt genom bränslepatronen är det viktigt att det utsätts för så litet tryckfall som möjligt. På grund av den höga andelen ånga är tryckfallet högre i bränslepatronens övre del än i dess nedre del. under drift ca fem gånger högre än tryckfallet över motsvarande Tryckfallet över en spridare i bränslepatronens övre del är spridare i bränslepatronens nedre del. Det är därför särskilt viktigt att utforma bränslepatronens övre del så att den orsakar så litet tryckfall som möjligt.

Ett lågt tryckfall i bränslepatronens övre del är gynnsamt för bränslepatronens stabilitetsegenskaper och minskar risken för dryout.

Ett högt tryckfall betyder ett högt tryck på höljeröret och kan ge upphov till krypningar och så småningom oacceptabel deforma- tion av höljeröret. ÄNDAMÅLET MED UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinnigen är att åstadkomma en bränslepatron som under drift har ett lågt tryckfall i sin övre del. Vad som kännetecknar en bränslepatron enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING I det följande ska uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, vilka såsom exempel visar en fördel- aktig utföringsform av en bränslepatron enligt uppfinningen.

Figur 1 visar en bränslepatron för en kokarvattenreaktor enligt känd teknik i ett snitt genom linjen A-A i figur 2. 40 504 643 Figur 2 visar bränslepatronen i figur 1 i en vy vinkelrät mot ett horisontalplan genom linjen B-B i figur 1.

Figur 3 visar schematiskt en utförandeform av en bränslepatron enligt uppfinningen.

Figur 4a - 4c visar tre olika utförandeformer av en bränslestav för en bränslepatron enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Figur 1 och 2 visar en bränslepatron 1 av kokarvattentyp enligt känd teknik som innefattar en lång rörformig behållare, med rektangulärt tvärsnitt, benämnd höljerör 2. Höljeröret 2 är öppet i båda ändar, så att det bildas en genomgående strömnings- passage, genom vilken kylmedel strömmar. Höljeröret 2 är försett med ett ihàligt, med korsformat tvärsnitt utformat stödorgan 3, som är fast förbundet med höljerörets fyra väggar. Stödorganet består av fyra ihåliga flyglar 3a och ett ihàligt förstorat korscentrum 3b. Stödorganet bildar en vertikal vattenkanal 4 genom vilken ickekokande vatten strömmar uppåt genom bränsle- patronen. Höljeröret med stödorgan omsluter fyra vertikala kanalformade delar Sa - 5d, s k delkanaler, med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt.

Varje delkanal innehåller ett delknippe innefattande ett flertal parallellt anordnade bränslestavar 6, vilka innefattar bränsle i form av ett antal cylindriska kutsar 7 av urandioxid staplade på varandra och inkapslade i ett kapslingsrör 8. Bränslestavens övre del är försluten med en topplugg 9 och dess undre del med en bottenplugg 10. Den aktiva delen av bränslepatronen utgörs av den del som innehåller bränsle och dess höjd bestäms av höjden av kutsstaplarna. Fissionsgasplenum 11 är anordnat mellan kutsstapeln och toppluggen 9. Fissinsgasplenum bör motsvara 5 - % av bränslets volym. För en bränslestav vars diameter är i huvudsak konstant och vars aktiva längd är 4 m betyder det att fissionsgasplenum bör vara 0.2 - 0.4 m. I fissionsgasplenum är en skruvfjäder 12 anordnad som har till uppgift att dels ta upp rörelser i kutsarna och dels trycka ner kutsstapeln mot bottenpluggen. l0 40 504 643 Bränslestavarna 6 hàlls medelst spridare 13 på avstånd från varandra och hindras från att böja sig eller vibrera då reaktorn är i drift. Bränslestavarnas övre ändar sammanhálls av en topp- platta 14 och dess nedre ändar sammanhálls av en bottenplatta . Genom tvà öppningar i topplattan 14 löper två bärande bränslestavar 6a som delvis sträcker sig ovanför topplattan. De tvà bärande bränslestavarna 6a är fixerade i bottenplattan 15 och är vid topplattans 14 ovansida försedda med vardera en mutter 16. Pà så vis förhindras topplattan att lyftas från sitt läge av det genom bränslepatronen strömmande vattnet. De övriga bränslestavarna i delknippet är anordnade vilande pá botten- plattan 15 och styrd i denna av tappar pà stavarnas botten- pluggar 10. Bränslestavarna anligger mot topplattans 14 under- sida medelst en skruvfjäder 17 anordnad kring bränslestavarnas repektive toppluggar 9. Skruvfjädrarna 17 pressar topplattan 14 mot nämnda muttrar 16 varvid nämnda muttrar begränsar det maximala avståndet mellan topp- och bottenplattan. Utrymmena mellan bränslestavarna inom varje delkanal genomströmmas av kylmedel. Överst i bränslepatronen är ett toppstycke 18 anordnat med ett handtag i vilket bränslepatronen kan lyftas.

Figur 3 visar en bränslepatron vilken under drift har ett väsentligt lägre tryckfall i sin övre del jämfört med känd teknik. För att undvika problem med turbulens sker tryckfalls- minskningen genom att kylmedlet tillåts att expandera successivt i ett antal steg. I ett första steg sker expansionen genom att en del av kylmedlet när det när slutet pà den aktiva delen strömmar in i vattenkanalen 4 genom ett antal öppningar 20 och leds förbi den översta spridaren 21. Dessa öppningar 20 är anordnade strax under nivå L-L där den aktiva delen slutar.

Ovanför nivån L-L finns alltsà inget bränsle. Öppningarna 20 bör inte anordnas för långt nedanför denna nivå eftersom ánga i vattenkanalen försämrar bränslets moderering.

I ett andra steg expanderar kylmedlet genom att bränslestavarna 22 övergår till en mindre diameter. Övergången sker strax ovan- för den aktiva delen. Den övre smalare delen innefattar ett fissionsgasplenum och kallas i fortsättningen för plenumdel.

Plenumdelen innefattar ett plenumrör 23 och en topplugg 24. 504 643 Istället för en topplatta sammanhálles och stödjes bränsle- stavarna i sin övre del av en toppspridare 21. Toppspridaren 21 är anordnad strax ovanför övergången mellan kapslingsrörets 8b större diameter och plenumdelens mindre diametern. Plenumrören 23 löper fritt genom toppspridaren 21 och sträcker sig ca 10-20 cm ovanför toppspridaren. En spridare innehåller mindre gods än en topplatta och toppspridaren som omsluter plenumdelen kan därmed ge ett mindre tryckfall än en topplatta.

Toppspridaren 21 innefattar celler, för bränslestavarnas inbördes fixering, vilka har en innerdiameter som motsvarar plenumrörens 23 ytterdiameter. De övriga spridarna 13 innefattar celler vilka har en innerdiameter som motsvarar kapslingsrörens 8b ytterdiameter. Toppspridaren stöder dels mot höljeröret 2 och dels mot stödorganet 3. Bränslestavarna 22 hindras från att röra sig uppåt förbi toppspridaren 21 genom att denna omsluter plenumrören 23 som har en mindre diameter än kapslingsröret 8b.

I varje delknippe finns tvà, ej visade, s k bärande bränsle- stavar som har samma tjocklek utmed sin hela längd. Dessa är avsedda för lyft av delknippet ut ur bränslepatronen. De bärande bränslestavarna fixerar i sin övre ände toppspridaren och är i sin nedre ände fixerade i bottenplattan.

I ett tredje steg sker expansion genom att stödorganets 3 övre kant slutar strax ovanför toppspridaren 21 och en bit nedanför bränslestavarnas övre del. Stödorganet i sig orsakar ett visst tryckfall. Genom att avsluta stödorganet längre ner i bränsle- patronen minskas tryckfallet. Mellan stödorganet och toppstycket är ett sammankopplande organ 25 anordnat som fördelar lyft- kraften så att inte höljeröret 2 behöver bära hela lyftkraften när bränslepatronen ska lyftas. Kopplingen mellan höljeröret 2 och foppstycket 18 kan därigenom ges en ur tryckfallssynpunkt fördelaktig utformning.

I ett fjärde steg sker en mjuk expansion vid slutet av bränsle- stavarna. Toppluggen 24 är utformad så att övergången kan ske så mjukt som möjligt. Vid toppluggen sker ytterligare en minskning av diametern. Toppluggen 24 innefattar en cylindrisk tapp 26 som har en diameter som är mindre än plenumrörets 23 diameter och 6 504 643 som är anordnad ovanför plenumröret. Den slutliga expansionen sker när kylmedlet via toppstycket 18 lämnar bränslepatronen.

Figur 4a visar mera i detalj hur en bränslestav 22 avsedd för en bränslepatron enligt uppfinningen är uppbyggd. I sin nedre del innefattar bränslestaven en stapel av bränslekutsar 7 omslutna av ett kapslingsrör 8b. Ovanför kutsarna finns ett utrymme 27 i vilket kutsarna tillåts att expandera. Höjden på utrymmet 27 är ca 10 cm. I utrymmet 27 finns en kort skruvfjäder 28 anordnad för säkring under transport av bränslet. Skruvfjäderns övre ände stöder mot övergången till plenumröret 23 och dess undre ände trycker mot kutsstapeln. Ovanför och till en del inskjutet i kapslingsröret är plenumröret 23 anordnat. Plenumröret 23 har i exemplet en ytterdiameter som motsvarar kapslingsrörets 8b innerdiameter. Plenumröret är ihàligt och i sin övre ända till- slutet av en topplugg 24. Toppluggen sträcker sig en bit ovanför plenumröret och innefattar en cylindrisk tapp 26 med en diameter som är mindre än plenumrörets 23 diameter. Tappen 26 är avsedd att kunna greppas med ett chuckverktyg.

Plenumröret omsluter ett utrymme 29 som tillsammans med utrymmet 27 utgör fissionsgasplenum. Övergången mellan kapslingsröret och plenumröret är öppet sà att de fissionsgaser som bildas i bränslekutsarna kan passera in till utrymmet 29. Genom att det räcker med en kort skruvfjäder 28 blir hela utrymmet 29 till- gängligt för fissionsgaser. Endast en liten längdökning av bränslestaven behövs därför för att kompensera för den mindre diametern.

Figur 4b visar en utföringsform av en bränslestav för en bränslepatron enligt uppfinningen som skiljer sig från bränsle- staven i figur 4a genom att ett ihàligt mellanstycke 30 är anordnat mellan kapslingsröret 8b och plenumröret 23. Toppluggen 24 har i sin övre del formen av en sfär för att underlätta lyft l toppluggen. Figur 4c visar ytterligare en utföringsform av en bränslestav för en bränslepatron enligt uppfinningen där plenum- röret 23 och toppluggen 24 är anordnade i ett och samma stycke.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 40 504 643 PATENTKRAV

1. Bränslepatron för en kokarvattenreaktor där bränslepatronen under drift är anordnad vertikalt i reaktorns härd, och bränslepatronen innefattar - ett flertal vertikala bränslestavar (22) anordnade i ett eller flera bränsleknippen, där var och en av bränslestavarna inne- fattar en stapel av bränslekutsar (7) omslutna av ett kapslings- rör (8b), - en bottenplatta (15) som sammanháller och stödjer bränsle- knippets nedre del och är anordnad i botten av bränslepatronen, - ett antal spridare (13) som sammanháller och positionerar bränslestavarna pà inbördes avstånd och är anordnade axiellt åtskilda utmed bränslestavarna, - en vertikal vattenkanal (4) genom vilken vatten strömmar uppåt genom bränslepatronen, och - ett höljerör (2) som omsluter bränsleknippet eller bränsle- knippena, att - huvuddelen av bränslestavarna är försedda med ett plenumrör k ä n n e t e c k n a d a v (23) som är anslutet till kapslingsrörets (8b) övre del och som omsluter ett fissionsgasplenum (29), varvid plenumröret har en tvärsnittsarea som är mindre än kapslingsrörets tvärsnittsarea, - bränslepatronen innefattar en toppspridare (21) som samman- háller och stödjer bränsleknippets övre del och är anordnad ovanför och pà avstånd från staplarna av bränslekutsar.

2. Bränslepatron enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att plenumrören (23) genomlöper toppspridaren (21) och sträcker sig en bit ovanför toppspridaren.

3. Bränslepatron enligt patentkrav 2 k ä n n e t e c k n a d a v att plenumrören (23) sträcker sig minst 5 cm ovanför topp- spridaren.

4. Bränslepatron enligt patentkrav 1, 2 eller 3 vilken i sin övre del innefattar ett med ett handtag försett toppstycke (18) k_ä n n e t e c k n a d a v att vattenkanalen (4) slutar nedanför och pà avstånd fràn toppstycket. 5 10 15 20 504 643

5. Bränslepatron enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d a v att vattenkanalen (4) slutar ovanför toppspridaren (21). k ä n n e t e c k (18) är

6. Bränslepatron enligt patentkrav 4 eller 5 n a d a v att mellan vattenkanalen (4) och toppstycket ett sammankopplande organ (25) anordnat.

7. Bränslepatron enligt nàgot av de föregående patentkraven k ä n n e t e c k n a d a v att vattenkanalen (4) är försedd med inströmningshàl (20) i sin övre del.

8. Bränslepatron enligt något av de föregående patentkraven k ä n n e t e c k n a d a v att vattenkanalen har ett korsformat tvärsnitt.

9. Bränslepatron enligt något av de föregående patentkraven k ä n n e t e c k n a d a v att i plenumrörets (23) övre del (15) tapp 22 som har en diameter som är mindre än plenumrörets är en topplugg anordnad vilken innefattar en cylindrisk diameter.