SE505166C2 - Bränslepatron innefattande kylmedelsflödeskanaler samt bränslepatronenhet och reaktorhärd innefattande sådana bränslepatroner - Google Patents

Description

505 166 2 Vattenstaven 5 har en öppning Sa vid sin nedre ände, och vid nämnda vattenflöde i härden, vattenstaven 5 genom denna öppning Sa, stiger det långsamt strömmar vattnet in i uppåt i vattenstavens axiella riktning och strömmar slut- ligen ut genom en utloppsöppning 5b vid det övre partiet av bränslestavarna 11. Vattnet som strömmar genom vatten- staven 5 fungerar huvudsakligen såsom moderator och blan- das med blandningen av ång- vätskeflöden vid härdens övre parti.

I fig 22 visas ett exempel där ett vattenkors 4, som bildar en i tvärsektion korsformig flödespassage, är an- ordnat istället för den i fig 21 visade vattenstaven 5.

Vattenkorset 4 har ett kylmedelsinlopp (ej visat) vid sitt nedre ändparti och har ett övre ändparti med korsformig öppning. I fig 22 avser hänvisningssiffran 6 en styrstav.

Konstruktionen av styrstaven 6 framgår av fig 23. Styr- 23 består av ett hölje 117, i vilket ett inrymt och vilket med en ände är fäst vid staven 6 i fig giftrör 118 är ett centralt konstruktionselement 119. Höljet 117 är också vid sin övre ände fäst vid en bygel 115, som är försedd med en styrrulle 116. Höljets 117 nedre ände är fäst vid en nedre kjol 123, som är försedd med en bygel 120 för att åstadkomma en separering från en styrstavsdrivmekanism (ej visad), en hastighetsbegränsare 121 vid det nedre partiet och en styrstavsdrivmekanismstuts 122.

Den konventionella kokvattenreaktorn, såsom den exem- pelvis avslöjas i den publicerade japanska patentansökan nr 54-121 389, med en vattenstav, har en härd, innefattande en bränslepatron i vilken kylmedel strömmar för att underlätta modereringen av neutroner. Vid användning av en sådan vattenstav blir härdreaktiviteten hög när antalet väteatomer i förhållande till uranatomerna ökar under reaktordriften av den konventionella kokvattenreaktorn, varigenom effektiv användning av i härden laddat kärn- bränslematerial möjliggöres. 505 166 3 För att ytterligare förbättra det effektiva utnytt- jandet av bränslematerialet är det dock bättre att föränd- ra antalet väteatomer i härden i beroende av bränslemate- rialets utbränning.

Fördelar som uppnås genom förändring av antalet väte- atomer i beroende av bränslematerialets utbränning be- skrivs nedan.

Fig 9 är ett diagram som visar förhållandet mellan utbränningen (abskissaaxeln) och den oändliga multiplika- tionskonstanten (ordinataaxeln) för ett typiskt exempel i form av en bränslepatron, laddad i en kokvattenreaktor. I fig 9 representerar den heldragna och den streckade linjen båda samma bränslepatron, men den streckade linjen repre- senterar ett fall i vilket utbränningen genomförs med kon- stant voidhalt (40 %) i bränslepatronens kylmedelspassage, medan den heldragna linjen representerar ett fall i vilket ' reaktorn initialt drivs med en hög voidhalt på 50% och med en reducerad voidhalt på 30 % senare under driften. Såsom framgår av diagrammet i fig 9 kan en gynnsammare multipli- kationskonstant erhållas vid slutskedet av bränslelivs- längden genom initial utbränning vid hög voidhalt och senare reducering av denna, vilket innebär att man kan uppnå en högre urladdningsbestrålning (discharge exposure).

Detta beror på att neutronernas medelhastighet blir stor och att neutronerna lätt absorberas av uran 238 vid en hög voidhalt och reducerat antal väteatomer, d v s vid en liten kvot för antalet väteatomer mot antalet uranato- mer. Bränslematerialet som används i en kokvattenreaktor innefattar några procent uran 235 och många procent uran 238, alltså i det närmaste uran 238. Av dessa urantyper är det i huvudsak uran 235 som absorberar neutroner och åstadkommer klyvning, medan uran 238 knappast medför någon kärnklyvning, och följaktligen avtar reaktiviteten när andelen uran 235 minskar genom utbränning. 505 166 4 Uran 238 omformas dock till plutonium 239 genom ab- sorbering av neutroner som till följd av klyvningen har hög energi. Plutonium 239 åstadkommer också klyvning genom absorbering av fördröjda termiska neutroner, liksom uran 235. Ju högre voidhalten är, desto högre är neutronenergin och desto högre är följaktligen procentandelen för omvand- ling av uran 238 till plutonium 239, varigenom klyvningen av uran 235 och plutonium 239 kan hämmas. Ju högre följ- aktligen voidhalten är, desto långsammare sker reduce- ringen av den totala mängden uran 235 och plutonium 239.

Det inses dock att absolutvärdet för reaktiviteten är lågt om voidhalten är hög, och följaktligen når reaktivi- teten lätt eller snabbt jämfört med en låg voidhalt sin minimala nivå för bibehållen kriticitet om den höga void- halten bibehålls oförändrad. Genom att då sänka voidhal- ten, ökas neutronbromseffekten och ökas således klyvningen av uran 235 och plutonium 239 jämfört med fallet med kon- stant voidhalt, d v s reaktiviteten ökar. Således kan det klyvbara materialet i bränslematerialet utbrännas längre innan reaktiviteten når den minimala nivå som krävs för kriticitet.

Ovannämnda tekniska fakta utgör principen för effek- tivt utnyttjande av bränslematerialet genom förändring av voidhalten i beroende av det klyvbara materialets utbrän- ning och benämns spektrumstyrningsdrift.

Ett sätt att förändra antalet väteatomer i härden i beroende av bränslematerialets utbränning vid nämnda spektrumstyrningsdrift har föreslagits i “Large width Spectrum Shift BRW Core Concept (1)", nr F15, 1988, 4/4- 4/6, ur "SHO-63 Annual Meeting" av Atomic Energy Society of Japan och i den publicerade japanska patentansökan nr 63-73 187. I dessa publikationer visas, såsom framgår av fig 24 och 25, ett bränslestavsstödelement 14, som funge- rar såsom mothåll och är placerat i det nedre partiet av en bränslepatron la, och en vattenstav 9, som är försedd med ett inre rör 35, vilket har en kylmedelsinloppsöppning 42, som öppnar sig mot ett område under mothållet 14, och 505 166 en inre kylmedelsstigkanal 40. Vattenstaven 9 innefattar också en kylmedelsfallkanal 41 och för denna kanal ett kylmedelsutlopp 43, som mynnar i ett område ovanför mot- hållet 14. Kylmedelsfallkanalen 41 är medelst en öppning 34 ansluten till kylmedelsstigkanalen 40. Vattenstaven 9 innefattar dessutom ett ytterrör 36, som medelst distans- organ 37 uppbärs av innerröret 35 och som vid sin övre ändöppning är igenpluggat medelst en ändplugg 38.

Vid bränslestaven av ovannämnda konstruktion minskar, såsom framgår av fig 26, vid minskning av flödeshastig- heten av det kylmedel som passerar härden, tryckskillnaden mellan vattenstavens 9 inlopps- och utloppspartier och bildas således ånga i vattenstavens 9 flödeskanal. Vid ök- ning av flödeshastigheten ökar däremot tryckskillnaden och avtar ångan i vattenstavens 9 kanal extremt. Det är såle- des möjligt att i stor utsträckning förändra den genom- snittliga voidhalten i bränslepatronen och att öka reak- tiviteten vid slutet av reaktordrifscykeln. Närmare be- stämt blir moderatordensiteten hög i härdens nedre parti, där en vätskefas föreligger i vattenstavens flödeskanal, i början av reaktordriftscykeln, varvid kylmedelsströmnings- hastigheten är strypt, och blir moderatordensiteten låg i härdens övre parti, där en ångfas föreligger. Under början av reaktordriftscykeln utbränns således huvudsakligen det bränslematerial som är anordnat i härdens nedre parti och omvandlas uran 238 till plutonium 239 i härdens övre par- ti. Under den senare delen av reaktordriftscykeln utbränns dock huvudsakligen plutonium 239 som bildats ur uran 238 under driftscykelns första del, varigenom bränslemateria- lets bränsleverkningsgrad kan förbättras tack vare spekt- rumsstyrningseffekten.

Vid den konventionella bränslepatronen med ovannämnda egenskaper måste man dock i syfte att väsentligt förändra den genomsnittliga voidhalten i bränslepatronen styra tryckskillnaden mellan vattenstavens inlopps- och utlopps- partier i beroende av härdflödeshastigheten. I en kokvat- tenreaktor är kylmedelsflödeshastigheten för övrigt be- 505 166 6 roende av uteffekten och av bränslepatronens axiella effektfördelning. När alltså bränslepatronens effekt blir stor, ökar voidhalten och minskas kylmedelsflödeshastighe- ten i bränslepatronen p g a ökningen av tvàfastryckfallet.

Dessutom blir voidhalten vid samma uteffekt från bränsle- patronen, då den axiella effektfördelningen pekar nedåt, hög och reduceras kylmedelsflödeshastigheten genom ökning av tvåfastryckfallet. Variationen av kylmedelsflödeshas- tigheten p g a effektfördelningen omfattar ett brett om- råde om 20 %. Såsom framgår av fig 26 förändras den genom- snittliga voidhalten i vattenstaven i hög grad som svar på små förändringar av tryckskillnaden mellan vattenstavens inlopps- och utloppspartier. Även om således exempelvis vattenstaven i en bränslepatron styrs säkert till att hål- la en låg voidhalt på cirka 10 % när reaktorn drivs med 110 % av märkhärdflödet och även om vattenstaven säkert styrs till ca 70 % av den höga voidhalten i ett fall då reaktorn drivs vid 70 % av märkhärdflödet avseende ett genomsnittligt märkhärdflöde mellan 110 % och 70 %, åstad- kommes en stor spridning av voidhalten i vattenstaven be- roende på effekten av bränslet, såsom 10 % och 70 %. Till följd härav uppstår stora skillnader mellan en signal från nukleär övervakningsutrustning i härden och ett utvärde- ringsresultat baserat på ett tredimensionellt nukleär- termal-hydraulberäkningsprogram, i vilket bränslepatronens effekt övervakas och simuleras online, vilket medför bris- ten av att vara till nackdel vid utvärdering av den ter- miska begränsningen vid höga prestanda i härden (MCPR, MLHGR). Vid en konventionell vattenstav är det dessutom nödvändigt att förändra härdflödeshastigheten kraftigt i syfte att genomföra spektrumstyrningoperationen, varvid voidhalten i vattenstaven förändras kraftigt, och med tan- ke på begränsningen, såsom MCPR, erhåller man den nack- delen att spektrumstyrningen inte kan genomföras när det inte är möjligt att strypa flödeshastigheten. 505 166 Sammandrag av uppfinningen Mot bakgrund av det ovan nämnda är ett ändamål med uppfinningen att väsentligen undanröja bristerna eller nackdelarna med den kända tekniken och att åstadkomma en bränslepatron eller reaktorhärd som förmår att genomföra spektrumstyrningsoperationen, som är beroende av föränd- ring av voidhalten i vattenstaven eller vattenkorset, fritt och vid hög effekt i närheten av märkeffekten obe- roende av härdflödeshastigheten (core flow rate) och effektfördelningen i bränslepatronen. Detta och andra ändamål med uppfinningen kan enligt en aspekt uppnås med hjälp av en bränslepatron, som i vertikalt arrangemang innefattar en yttre cylindrisk bränslebox; en topplatta; en bottenplatta; ett antal bränslestavar, som är så anord- nade inuti bränsleboxen att en kylmedelsflödespassage bil- das mellan intill varandra belägna bränslestavar, och har övre och nedre ändpartier, som stöds av topp- respektive bottenplattan, varvid bränslekutsar är packade i varje bränslestav; k ä n n e t e c k n a d av ett vattenkors eller en vattenstav, som är anordnad mellan bränslesta- varna, varvid vattenkorset eller vattenstaven invändigt är indelade i en kylmedelsstigkanal och i en kylmedelsfall- kanal: och ett styrelementstyrrörorgan, som är anordnat inuti vattenkorset eller vattenstaven och sträcker sig utmed vattenkorsets eller vattenstavens hela axiella längd, varvid kylmedelsstigkanalen har en kylmedelsin- loppsöppning, som är anbragt i ett parti ovanför eller under ett parti där bränslestavarna stöds av bottenplat- tan, och styrelementstyrrörorganet har en kylmedelsut- loppsöppning, som är anbragt i ett parti nära ett parti där bränslestavarna stöds av bottenplattan, så att ett kylmedel, som matas in i kylmedelsstigkanalen, först strömmar vertikalt uppåt, sedan vänder i ett parti nära en övre ände av vattenkorset eller vattenstaven och strömmar 505 166 8 nedåt i kylmedelsfallkanalen utmed utsidan av styrelement- styrrörorganet i en riktning motsatt kylmedelsflödet i kylmedelsstigkanalen, varpà det strömmar in i styrelement- styrrörorganet genom kylmedelsutloppsöppning, varvid styr- elementstyrrörorganet har en övre, utåt öppen öppning vid ett övre ändparti av vattenkorset eller vattenstaven, och en nedre ändöppning, genom vilken ett styrelement är in- förbart i styrelementstyrrörorganet, och varvid kylmedels- utloppsöppningen, som är anbragt i styrelementstyrrörorga- net, sett i vertikal rikning är anordnad mellan ett nedre ändparti av ett av bränslestavarna definierat verksamt bränsleomràde och den nedre ändöppningen av styrelement- styrrörorganet.

Enligt en annan aspekt ástadkommes en reaktorhärd innefattande ett flertal bränslepatroner, som var och en är av ovannämnda typ, styrstavar, som har korsformig sek- tion och är anordnade att inskjutas mellan bränslepatro- nerna, och ett flertal styrelement, som är anordnade att kombineras med styrstavarna och att inskjutas i styrele- mentstyrröret, varvid den genomsnittliga voidhalten i vattenstaven eller vattenkorset styrs genom styrning av det axiella läget av det i styrröret inskjutna styrelemen- tet.

När kylmedelsutloppet, d v s dräneringsöppningen, som är anordnad i styrelementstyrröret i ett parti nära ett parti där bränslestavarna stöds, öppnas, är kylmedelsflö- desmotståndet vid denna öppning litet vid bränslepatronen eller reaktorhärden med ovannämnda egenskaper och blir voidhalten i vattenkorset eller vattenstaven mindre än ca %. Om däremot kylmedelsutloppet är delvis tillslutet genom grund inskjutning av styrelementet, är kylmedelsflö- desmostàndet stort och blir voidhalten över ca 80 %, vari- genom voidhalten kan styras säkert. Under införingsopera- tionen av styrelementet i bränslepatronens bränsleaktiva parti för styrning av reaktiviteten strömmar vatten eller ånga, även om trycket i styrelementstyrröret ökar, ut genom en övre öppen ände, som erbjuder lågt kylmedelsflö- 505 166 9 desmotstånd, så att införingen av styrstaven kan genomfö- ras mjukt.

Ytterligare egenskaper och särdrag av föreliggande uppfinning kommer att förklaras närmare i det följande med hänvisning till pá ritningarna visade föredragna utfö- ringsformer.

Kort beskrivning av ritningarna Fig 1 är en sektionsvy och visar en bränslepatron enligt en första utföringsform av uppfinningen fràn sidan.

Fig 2 är en tvärsektionsvy längs linjen II-II i fig 1.

Fig 3 är en perspektivvy och visar bränsleboxen och vattenkorset i fig 1 med delvis bortbrutna partier.

Fig 4 är en sektionsvy längs linjen IV-IV i fig 3.

Fig 5A till SE är vyer från olika håll och visar kon- struktionen av ett nedre munstycke vid bränslepatronen i fig 1.

Fig 6A är en perspektivvy och visar en hel korsformig styrstav, innefattande styrelement, och fig 6B är en ändvy i pilarnas VIB-VIB riktning i fig 6A.

Fig 7 är en delsektionsvy och visar bränslestaven i fig l.

Fig 8 är ett diagram och visar förhållandet mellan voidhalten och tryckskillnaden mellan kylmedelsinloppet och kylmedelsutloppet i en vattenstav eller ett vatten- kors.

Fig 9 är ett diagram och visar en karakteristika för förändringen av den oändliga neutronmultiplikationskons- tanten med avseende på bestràlningen i ett fall då en spektrumstyrningsoperation genomförs eller inte genomförs.

Fig 10 är en tvärsektionsvy motsvarande den i fig 2 men visar en andra utföringsform enligt uppfinningen.

Fig ll är en tvärsektionsvy motsvarande den i fig 2 men visar en tredje utföringsform enligt uppfinningen. 505 166 Fig 12 är en tvärsektionsvy motsvarande den i fig 2 men visar en fjärde utföringsform enligt uppfinning.

Fig 13 är en illustrativ vy längs linjen XIII-XIII i fig 12.

Fig 14 är en sektionsvy och visar en bränslepatron enligt en femte utföringsform av uppfinningen fràn sidan.

Fig 15 är en sidovy och visar vattenstaven i bränsle- patronen enligt fig 14.

Fig 16 är en vy motsvarande den i fig 14 men visar en sjätte utföringsform enligt uppfinningen.

Fig 17 är en tvärsektionsvy längs linjen XVII-XVII i fig 16.

Fig 18 är en illustrativ vy och visar vattenstaven i bränslepatronen enligt fig 16.

Fig 19 är en sektionsvy och visar en bränslepatrons- enhet enligt en sjunde utföringsform av uppfinningen från sidan.

Fig 20 är en tvärsektionsvy längs linjen XX-XX i fig 19.

Fig 21 är en sektionsvy och visar en bränslepatron av konventionell typ, försedd med en vattenstav, fràn sidan.

Fig 22 är en tvärsektionsvy och visar en bränslepat- ron av konventionell typ försedd med ett vattenkors.

Fig 23 är en perspektivvy och visar en korsformig styrstav av konventionell typ.

Fig 24 är en sektionsvy och visar en bränslepatron av konventionell typ, innefattande en vattenstav för en spek- trumstyrningsoperation, från sidan.

Fig 25 är en detaljvy och visar vattenstaven i fig 24.

Fig 26 är ett diagram och visar förhållandet mellan voidhalten och tryckskillnaden mellan kylmedelsinloppet och kylmedelsutloppet vid vattenstaven enligt fig 24. 505 166 11 Beskrivning av de föredragna utföringsformerna En utföringsform enligt uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till fig l till 7.

I denna utföringsform innefattar en bränslepatron 10 fyra små bränsleknippen 30, bärelement l2b vid bränslepat- ronens övre parti, bränsleboxar 17, ett vattenkors 50 och nedre munstycken 18 vid bränslepatronen. Vattenkorset 50 är hopsvetsat till ett stycke med bränsleboxen 17 och in- delar bränselboxen 17 invändigt i fyra kylmedelsflödes- kanaler.

De fyra små bränsleknippena 30 har vart och ett en topplatta l2a och en bottenplatta l3a och är anordnade i flödeskanaler, omgivna av det centrala vattenkorset 50 och av bränsleboxarna 17, varvid bottenplattorna l3a är anord- nade på bränslepatronens nedre munstycken 18. Bränslesta- varnas 11 övre och nedre ändparti stöds av topp- och bottenplattorna 12a och l3a. Ett flertal spridare 16 är anordnade utmed bränsleknippenas 30 axialriktning för att hålla de intill varandra belägna bränslestavarna på rätt avstånd från varandra. Spridarna 16 stöds i axiell rikt- ning av bränslestavarna medelst ej visade flänsar. Bräns- leboxarna 17 är fästa vid bränslepatronens nedre mun- stycken 18 medelst fästskruvar 22 så att de omger de fyra bränsleknippenas 30 ytterperiferier och således bildar en bränslepatronsenhet.

Bottenplattan l3a, som är monterad på det undre mun- stycket 18, har vid sin övre ände ett bränslestavsstöd 14a, som är försett med ett kylmedelsinlopp från utrymmet . Såsom framgår av fig 7 består var och en av bränsle- stavarna ll av ett kapselrör 45, i vilket ett flertal bränslekutsar 48 har anordnats och vars övre och nedre ände är igenpluggad medelst pluggar 46 och 47. En gaskam- mare 49 är anordnad inuti kapselns 45 övre parti.

I fig 3 och 4 visas i detalj konstruktionen av vat- tenkorset 50, som utgör ett av särdragen med uppfinningen.

Såsom framgår av fig 3 och 4 består vattenkorset 50 av 505 166 12 fyra väsentligen L-formiga skivelement 51, av bränsleboxen 17 och stig- och fallkanaler 53 och 54 för kylmedlet, båda omgivna av de L-formiga skivelementen 51 och av bränsle- boxen 17.

Fig 4 är en sektionsvy längs linjen IV-IV i fig 3, och av fig 4 framgår att vattenkorsets 50 övre och nedre ändparti är tillslutet medelst övre och nedre lockelement 55 och 56, varvid skiljeplåtar, som fungerar såsom flödes- kanaluppdelare 52, är anordnade för att upprätthålla av- stånd mellan de L-formiga skivelementen 51 och för att därigenom bilda stig- och fallkanaler 53 och 54 för kyl- medlet. Ett styrrör 24 för styrning av ett styrelement är anordnat i vattenkorsets 50 mittparti och stöds av det L- formiga skivelementet 51. Styrröret 24 sträcker sig med sin övre ände genom det övre lockelementet 55. Styrrörets 24 övre ände är öppen uppåt. Styrrörets 24 nedre ände sträcker sig genom det nedre lockelementet 56 och nedåt in i ett genomgående hål 62, som visas i fig 58, av ett nedre munstycke 18 vid en bränslepatron.

Flödeskanaluppdelarna 52 är placerade vid blad- (eller ving-) partier av vattenkorset 50 och indelar flö- deskanalen i dessa bladpartier i stigkanaler 53 och fall- kanaler 54 för kylmedlet. tecknas flödeskanalen intill styrelementstyrröret 24 såsom I den visade konstruktionen be- kylmedelsfallkanal 54. Flödeskanalsuppdelaren 52 har en förbindelseöppning 57, som är anordnad under det övre lockelementet 55, för förbindning av kylmedelsstigkanalen 53 med kylmedelsfallkanalen 54. Uppdelaren 52 sträcker sig i riktning mot det nedre lockelementet 56 för indelning av kylmedelskanalerna. De nedre partierna av vattenkorsets 50 bladpartier är tillslutna medelst det nedre lockelementet 56, som är anordnat under bottenplattans l3a bränslestavs- stödparti l4a. Kylmedelsstigkanalen 53 har ett kylmedels- inlopp 42a, som är anordnat ovanför bränslestavsstödpar- tiet l4a. Kylmedelsfallkanalen har en dräneringsöppning 43a, riktad mot styrelementstyrröret vid ett parti nära sin nedre ände. 505 166 13 Detaljer av det nedre munstycket eller munstyckena 18 och dess tillhörande element beskrivs nedan med hänvisning till fig SA till 5D.

Bränslepatronens vikt vilar på det övre partiet av bränslepatronens nedre munstycke 18, eftersom bränsleknip- pets 30 bottenplatta 13a är monterad på bränslestödsätet 61. Den nedre änden på vattenkorset är införd i spår 64 anordnade i bränslestödsätet 61 i syfte att separera bränsleknippenas 30 kylmedelsflödeskanaler så att ingen förbindelse föreligger mellan dem. Spåren 64 är närmare bestämt, såsom framgår av fig SA, också i sin helhet kors- formiga. Ett stödrör 68 för styrelementstyrröret är anord- nat i spårens 64 mittparti i syfte att bilda ett genom- gående hål 62 för inskjutning av styrelementstyrröret 24.

Utskjutande partier 65, som bildar spåren 64, sträck- er sig fram till det nedre partiet av det undre munstycket 18 för att därigenom åstadkomma en indelning i fyra nedre munstyckesflödespassager 63. Öppningsplattorna 23 är an- ordnade vid de nedre partierna av de nedre munstyckesflö- despassagerna 63 för bildande av öppningar 67.

Styrelementstyrrörets 24 nedre ändparti är förbundet med styrelementstyrröret 24a, som är fäst vid en bränsle- stödbussning 20. Bränslestödet 20 är anordnat vid en övre öppning av styrstavsstyrröret 71 och är försett med en öppning 25 i sitt mittparti för att tjänstgöra som styr- ning vid införing av den korsformiga styrstaven i vatten- spalten mellan de i fig 1 visade bränslepatronerna 10.

Kring det korsformiga hålet 25 finns fyra öppningar 73 för upptagning av bränslepatronernas nedre munstycken 18 så att en kylmedelsflödeskanal bildas i bränslestödet 20. En sådan kylmedelsflödeskanal bildas vid en bränslepatron som omger den korsformiga styrstaven. I öppningens 73 mittpar- ti är styrelementstyrröret 24a anordnat. Styrröret 24a är förbundet med styrelementstyrröret 24, sträcker sig genom bränslestödet 20, har ett styrelementinföringshál 26 vid stödets 20 botten och stöds sedan av en stödplatta 69.

Stödplattan 69 har en öppning 27, genom vilken kylmedlet 505 166 14 strömmar. Bränslestödet 20 har en undersida, i vilken öpp- ningar 21 för kylmedelsflödeskanalen är anordnade till- sammans med öppningar 73 vid ett parti som är vänt mot öppningarna 72 för styrstavsstyrröret 71.

I fig 6 visas utseendet på den styrstav 6 som används i kombination med bränslepatronen enligt föreliggade upp- finning.

Styrstaven 6 motsvarar den i fig 23 visade, men är dessutom försedd med pelarformiga styrelement 7 och består i huvudsak av höljen 117 för styrstavsvingarna, i vilka absorbatorrör 118 är anordnade, 7. Styrelementet 7 kan vara ett ihåligt rör av SUS, i vil- ket neutronerabsorberande gift, såsom B40, Hf har laddats, eller enbart består av ett ihåligt rör eller en SUS-stav.

Dessutom saknas en hastighetsbegränsare och en styrstavs- samt av nämnda styrelement anslutnings-/separeringsbygel av konventionell typ vid det visade exemplet.

Nedan beskrivs användningen och funktionen av bräns- lepatronen enligt ifrågavarande utföringsform under anta- gande att bränslepatronen har laddatas i härden på en kok- vattenreaktor.

Såsom framgår av fig 1 leds kylmedlet in i kylmedels- flödeskanalen mellan bränsleknippets 30 styrstavar 11 via öppningen 72 i styrelementstyrröret 71, kylmedelsöppningen 21 i bränslestödet 20, öppningen 67 i bränslepatronens nedre munstycke 18 och hålet genom bottenplattans l3a bränslestavsstödelement l4a. En del av kylmedlet som strömmat in i bottenplattans l3a kylmedelsstyröppning 15 strömmar mot en bypassflödespassage, som är belägen på ut- sidan om en flödeskanal, via ett läckagehål anordnat i det nedre munstycket 18. En del av kylmedlet som strömmat in i bränslestavstödelementets 14a övre parti strömmar, såsom framgår av fig 3 och 4, in i kylmedelsstigkanalen 53 via kylmedelsinloppet 42a i vattenkorset 50 och dräneras sedan inuti styrelementstyrröret 24 via förbindelseöppningen 57, en fallkanal 54 och dräneringsöppningen 43a vid ett parti nära den nedre änden av vattenkorsets flödeskanal. 505 166 Om styrelementets 7 främre (övre) ände är belägen under dräneringsöppningen 43a, intar det kylmedel som strömmat in genom dräneringsöppningen 43a vätskefas och/eller ångfas i beroende av flödeshastigheten av kyl- medlet som strömmar genom kylmedelsinloppet 42a som på flödeshastigheten i härden (se kurva A i fig 8). I föreliggande utföringsform är kylmedelsinloppet 42a SVaI' an- ordnat något ovanför bränslestavsstyrelementet l4a av den anledningen att trycket i styrelementstyrröret 24 är lika med det i bypassflödespassagen, och följaktligen är kyl- medelsinloppet 42a beläget ovanför bränslestavsstödelemen- tet 14a för att förhindra överdriven kylmedelsströmning.

Det underlättar dessutom utformningen av öppningsdiamet- rarna av 42a och 43a. Kylmedelsinloppet 42a är således, i beroende av utformningen, placerat under bränslestavs- stödelementet l4a.

Om styrelementets 7 främre ände är belägen ovanför dräneringsöppningen 43a, innebär detta ett stort ström- ningsmotstånd, eftersom dräneringsöppningen 43a är till- sluten medelst styrelementet 7. En àngblàsa (void) åstad- kommes inuti vattenkorset 50 genom uppvärmning och värme- överföring p g a neutroner och gamma-strålar, vilket med- för ökning av tryckfallet vid partier för dräneringsöpp- ningen 43a, kylmedelsstigkanalen 53 och kylmedelsfall- kanalen 54. Följaktligen faller vattennivåerna i kylme- delsstig- och kylmedelsfallkanalerna 53 och 54 tills tryckskillnaden mellan kylmedelsinloppet 42a och dräne- ringsöppningen 43a är i balans med vattentrycket och tryckfallet i vattenkorset 50, varigenom ånga påfylls i vattenkorset 50. Eftersom kylmedlet dessutom i mindre omfattning matas in i styrelementstyrröret 24, åstadkommes också ángbildning (void) och fylls således vattenkorset invändigt nästan helt med ånga (se kurv C i fig 8).

Om styrstaven 6a förs in i det övre partiet, förs även styrelementet 7 in i det övre partiet av styrele- mentstyrröret, som är centralt anordnat i vattenkorset 50.

I så fall är flödeskanalens 58 övre ände öppen och matas 505 166 16 således kylmedlet ut genom den övre ändöppningen utan ökning av dess tryck. Följaktligen kan styrstaven vid en sådan konstruktion föras in lätt och förhindras att bränslepatronen hoppar vid styrstavsinföringsoperationen.

Om styrstaven dras ut nedåt minskas trycket i styr- elementstyrröret, men eftersom styrstavsstyrröret under effektidrifsförhållanden är ångfyllt och ångan expanderar är storleken på denna tryckminskning begränsad. Under av- ställning blir flödesmotståndet litet, eftersom styrele- mentstyrröret då är fyllt med icke kokande vatten, och återströmmar det icke kokande vattnet genom den övre änd- öppningen, vilket innebär att tillbakadragningen av styr- staven blir enkel.

Nedan beskrivs funktionen av bränslepatronen 10 enligt föreliggande uppfinning laddad i en kokvattenreak- tor.

Nedan ges ett exempel för ett fall där 100 % av märk- effekten erhålles vid en flödeshastighet i härden på 80 till 115 %. Flödeshastigheten i härden hålls på 80 % under nästan hela (ca 70 till 80 %) driftscykeln, varige- nom kompensering sker för reaktivitetsförändringar beroen- de på utbränning av bränslet genom justering av reaktivi- teten medelst styrstaven. Vid utdragen styrstav är styr- stavens axiella riktning så vald att styrelementets 7 övre ände placeras i ett läge ovanför styrmedelsdräneringsöpp- ningen 43a av vattenkorset 50 och under bränslepatronens aktiva bränsleområde. Antalet bränslepatroner, i vilka styrelementens 7 övre ändar inställs på partier under dräneringsöppningen 43a genom ytterligare nedåtdragning av styrstavarna, ökas som svar på minskning av reaktiviteten fr o m den tidpunkt då märkeffekten inte kan hållas jämn enbart genom utdragning av alla styrstavar ur härdens aktiva bränsleområden. Dessutom ökas slutligen flödeshas- tigheten i härden så att vid driftscykelns slut en maximal flödeshastighet på 115 % erhålles i härden, varigenom reaktiviteten i härden vid cykelns slut ökas och därigenom cykelns längd kan utökas. 505 166 17 Vid en tryckskillnad (mellan inloppsöppningen och ut- loppsöppningen hos vattenkorset enligt föreliggande upp- finning) följer voidhaltkarakteristikan kurvan A i fig 8 då styrelementets 7 övre ände är placerad under dräne- ringsöppningen 43a och hålls vattenkorset invändigt på en voidhalt understigande 10 % inom området för den flödes- hastighet i härden (i detta exempel 80 till 115 % av märk- flödeshastigheten i härden) som utnyttjas under märk- effektdriften. Följaktligen åstadkommes ingen spridning av voidhalten inuti vattenstaven mellan bränslepatronerna och p g a effektfördelningen (kurva B i fig 8), åstadkommen av vattenstaven av den konventionella bränslepatronen. När styrelementets 7 övre ände är placerad över dräneringsöpp- ningen 43a, överstiger voidhalten inuti vattenkorset 80 %, såsom framgår av kurvan C i fig 8, inom det flödeshastig- hetsområde i härden som föreligger vid märkeffektdrift.

Vid effektdrift kan således voidhalten för styrstavarna, med undantag för dem som är införda i bränslepatronernas aktiva bränsleområde för styrning av den överskjutande reaktiviteten och effektfördelningen i härden, inuti tenkorset hållas på över 80 % genom inställning av styr- stavarna på axiella lägen, i vilka styrelementens 7 övre ändar är placerade precis över dräneringsöppningarna 43a och under det aktiva bränsleområdet inom det flödeshastig- hetsområde i härden som utnyttjas vid märkeffektdrift utan minskning av effekten vid bränslepatronernas nedre par- tier. Detta innebär att tack vare uppfinningen en ångblåsa (void) kan åstadkommas inuti vattenkorset 50 genom axiell lägesstyrning av styrstaven utan påverkan av flödeshastig- heten i härden, effektnivån och den axiella effektfördel- ningen av bränslepatronen under i det närmaste hela driftscykeln, varvid flödeshastigheten i härden är lägre än 100 %, varigenom produktionen av plutonium 239 kan underlättas genom undertryckning av neutronmodereringen.

Om dessutom flödeshastigheten i härden reduceras kraftigt vid reaktorstart eller reaktoravställning, t ex till mindre än 65 % av märkflödeshastigheten i härden, kan vat- 505 166 18 voidhalten inuti vattenkorset hållas på hög nivå oberoende av styrstavarnas läge, så att lutningen av den kurva som representerar flödeshastigheten i reaktorhärden, effekt- kurvan, blir stor, och således kan härdeffektstyrningen åstadkommas enkelt, utformning av bränslepatronen med vattenstaven 9. samma förtjänst som vid konventionell Eftersom voidhalten i vattenkorset dessutom kan sty- ras noggrant medelst styrstavarna, förbättras bedömnings- noggrannheten för den termiska begränsningen, effektför- delningen, bestrålningsfördelningen och reaktiviteten av- sevärt med den tredimensionella nukleära-termiska-hydrau- liska-simulationskoden (three dimensional nuclear-thermal- hydraulic simulation code) samt förbättras övervakningen av härdens prestanda. Eftersom styrelementen dessutom kan föras in inuti det centrala styrelementstyrröret i bräns- lepatronens vattenkors, kan härdens avställningsmarginal förbättras jämfört med en bränslepatron av konventionellt slag.

Andra utföringsformer av föreliggande uppfinning be- skrivs nedan med hänvisning till fig 10 till 20.

I fig 10 visas en andra utföringsform av bränslepat- ronen enligt föreliggane uppfinning, varvid de L-formiga skivelementen 51, som bildar vattenkorset, är bockade och hopsvetsade för bildande av kylmedelsflödessektioner. I den första utföringsformen används flödeskanalsektione- ringsdistansorgan vid vattenkorset för bildande av kyl- medelsstigkanalen och kylmedelsfallkanalen. Vid den andra utföringsformen kan den första utföringsformens distans- organ 52 utelämnas vid bildande av kylmedelsstig- och kylmedelsfallkanalerna 75 och 76, vilket förenklar konst-1 ruktionen.

I fig ll visas en tredje utföringsform av föreliggan- de uppfinning, varvid ett ihåligt rör 52b är anordnat så- som flödeskanalsektioneringselement utanpå styrelement- styrröret 24 och koncentriskt med detta och varvid den korsformiga vattenstavens vingpartier är utformade såsom kylmedelsstigkanaler och ett ringformigt parti är utformat 505 166 19 såsom en kylmedelsfallkanal 78. Vid denna utföringsform är ett flertal stöddistansorgan anordnade i ett iháligt rör 52b utmed bränslepatronens axiella riktning och stöder styrelementstyrröret 42, ej visat i fig ll, och är utfor- made så att kylmedel kan passera det ringformiga partiet.

Vid denna konstruktion av bränslepatronen kan styrelement- styrröret och vattenkorset vara mycket enkla och därmed lätta att tillverka.

Om vattenkorset vid bränslepatronen enligt fig ll är smalt, är det ihåliga röret för det centrala styrelement- styrröret för tunt och bidrar därmed föga till ökningen av styrstavsvärdet, vilket kan motverkas genom att styrele- mentstyrrörets ytterdiameter förstoras genom avlägsning av bränslestavarna intill det centrala partiet för vattenkor- set i syfte att öka styrstavsreaktiviteten. Såsom nämnts ovan kan en sådan förbättrad konstruktion användas i kom- bination med ett vattenkors av den i fig 2 eller 10 visade typen.

I fig 12 och 13 visas en fjärde utföringsform av föreliggande uppfinning, varvid ett flertal styrelement- styrrör 24 är anordnade i vattenkorset 50. Vid denna kon- struktion innefattar knippet 30 ett större gitter än vid den i fig 2 visade utföringsformen, som är en 4 x 4 gitterkonstruktion. Konstruktionen kan exempelvis företrä- desvis komma till användning vid stora bränslepatroner 78, vilka har ett vattenkors bildat av bränsleknippen av 6 x 6 gittertyp. Genom ökning av antalet styrelementstyrrör kan man pà detta sätt öka styrstavsreaktiviteten och minsk- ningen av reaktoravställningsmarginalen p g a förstoringen av bränslepatronen reduceras. Eftersom styrelementen 7 dessutom är införda i styrelementstyrrören, som är anord- nade i vattenkorset, minskas inte antalet bränslestavar per bränslepatron och minskas inte bränslepackningsgraden i bränslekutsen, vilket är till fördel för bränsleekono- min. Dessutom kan man i en sådan stor bränslepatron, eftersom avsikten är att öka flödet av termiska neutroner i bränsleknippets mittparti i syfte att utjämna effektför- 505 166 delningen, använda den i fig 21 visade vattenstaven 5 av konventionell typ eller den i fig 25 visade vattenstaven 9 av konventionell typ, som medger spektrumstyrning, till- sammans.

I fig 14 och 15 visas en bränslepatron enligt en fem- te utföringsform, vilken utgör en modifikation av den första utföringsformen, varvid ett ytterligare kylmedels- inlopp 42b är anordnat i styrelementstyrrörets 24 nedre parti och en öppning är anordnad i ett motsvarande parti av det ihåliga röret 68, som visas i fig 5B, anordnat vid mittpartiet av flödeskanalsektioneringelementet 65 hos det nedre munstycket 18, så att det kylmedel som passerar flö- deskanalen 63 kan ledas in i styrelementstyrröret 24 via inloppsöppningen 42b. Vid denna femte utföringsform är kylmedelsinloppsöppningen 42b anordnad ovanför öppningen 23, minska tryckskillnaden mellan öppningarna 42b och 32, som som tjänstgör som flödeskanalstryporgan i syfte att visas i fig 15, och att förhindra extremt stora kylmedels- flödeshastigheter.

Om den övre änden på styrstavselementet 7 är placerad under inloppsöppningen 42b, strömmar, såsom framgår av fig 14 och 15, kylmedlet genom det nedre munstycket 18 in i styrelementstyrröret genom öppningen 42b och strömmar sedan ut genom den övre öppningen 32 in i den övre kamma- ren. Detta medför att icke kokande vatten strömmar inuti styrelementstyrröret. Detta medför ökning av mängden mode- rator vid cykelns slut och att området för styrelement- styrröret upptas av icke kokande vatten liksom vid ett vattenkors när detta erfordras för att underlätta neutron- modereringen, varigenom modereringseffekten förstärks.

När styrelementets 7 övre ände är belägen över dräne- ringsöppningen 43a är denna öppning 43a tillsluten medelst styrelementet 7 och blir flödesmotståndet vid dränerings- öppningen stort, så att mängden utströmmande kylmedel minskas och en àngblåsa àstadkommes i vattenkorset, såsom beskrevs tidigare, p g a uppvärmningen och av värmeöver- föringen till följd av neutroner och gammastrålar, vilket 505 166 21 leder till att flödeskanalernas 53 och 54 vätskeniváer sänks. Således pressas flödeskanalernas 53 och 54 vätske- nivåer nedåt tills tryckskillnaden mellan inloppsöppningen 42a och dräneringsöppningen 43a är i balans med tryckfal- let och vattenpelaren i flödeskanalen i vattenkorset. Det- ta medför att vattenkorset invändigt fylls med ånga. Dess- utom åstadkommes en stor del av ångblåsan (void) också av styrelementstyrröret p g a den reducerade kylmedelsflödes- hastigheten genom öppningarna 42b och 43a.

När styrelementets 7 övre ände förflyttas nedåt under nivån för kylmedelsinloppsöppningen 42b genom nedåtdrag- ning av styrelementet 7, strömmar kylmedlet in i styrele- mentstyrröret via kylmedelsinloppet 42b och stiger uppåt, varvid ångflödet sugs genom dräneringsöppningen 43a. Följ- aktligen påskyndas flödestypförändringen, d v s föränd- ringen från det ångfyllda läget till det enfasiga vätske- strömningsläget, i vattenkorset och kan effektökningen i reaktorn förändras snabbt jämfört med en situation utan kylmedelsinloppet 42b.

I fig 16-18 visas en sjätte utföringsform av bränsle- patronen enligt föreliggande uppfinning, vilken skiljer sig från utföringsformen i fig l och 2 genom att styrele- mentstyrröret är införlivat i vattenkorset. Vid den sjätte utföringsformen är bränslepatronen 80 närmare bestämt för- sedd med en vattenstav 19, i vilken ett styrstavsstyrrör är integrerat, och i fig 16 visas ett exempel där en poly- gonal, sett i tvärsektion väsentligen kvadratisk vatten- stav 19 är centralt anordnad i bränslepatronen 80, fast det även är möjligt att alternativt anordnada en cylind- risk vattenstav eller ett flertal vattenstavar. Vattensta- ven 5 av konventionell typ eller vattenstaven 9, innefat- tande spektrumstyrningsfunktionen, kan dessutom användas i kombination.

Vattenstaven 19 består, såsom framgår av fig l7 och 18, av ett innerrör 35, ett ytterrör 36, distansorgan 37 och ett styrelementstyrrör 24. Det inre röret 35 och styr- elementstyrröret 24 stöds av organen 37, och de övre änd- 505 166 22 öppningarna på innerröret 35 och ytterröret 36 är till- slutna medelst en ringformig ändplugg 38a. Styrelement- styrröret 24 är förbundet med ett styrelementstyrrör 24a, som har ett övre parti som sträcker sig förbi ändpluggen 38a och är inskjutet i topplattan 12 och stöds av denna, varvid det har en övre öppning 32 som mynnar ovanför topp- plattan 12. Innerröret 35 är försett med ett förbindelse- hål 34, vilket är beläget under ändpluggen 38a och förbin- der en ringformig flödeskanal 41 (kylmedelsfallkanal 38), som är anordnad mellan innerröret 35 och styrelementstyr- röret 24, med en ringformig styrmedelsstigkanal 40 mellan ytterröret 36 och innerröret 35. Vart och ett av distans- organen 37 har en öppning för säkring av utrymmena för kylmedelsstig- och kylmedelsfallkanalerna 40 och 41. De nedre ändarna av inner- och ytterröret 35 och 36 är till- slutna medelst en ringformig ändplug 39a, som är anordnad ovanför bränslestavsstödelementet 14, och ändpluggen 39a har en kylmedelsinloppsöppning 42a, som är förbunden med den ringformiga kylmedelsflödeskanalen 40. Styrelement- styrröret 24 har en dräneringsöppning 43a, som är anordnad ovanför den ringformiga pluggen 39a, och styrrörets 24 nedre ändparti sträcker sig genom bränslestavsstödeelemen- tet 14 och uppbärs av en styrrörstödplatta 23a.Styrrörets 24 nedre ände är utformad som en styrelementinföringsöpp- ning 26, ti. som är öppen mot bottenplattans 13 nedre ändpar- Bränslestavsstödet 20 är fäst vid den övre ändöpp- ningen av styrstavsstyrröret 71 och har vid sin undersida kylmedelsinloppsöppningar, vilka, sàsom framgår av fig 16, är vända mot öppningarna 72 i styrstavsstyrröret 71. Det finns en kylmedelsinloppsöppning 21 för vart och ett av de fyra bränsleknippena. Styrelementstyrröret 24a är fäst vid bränslestavsstödet 20 med hjälp av en styrrörstödplatta 69 och bränslestödets 20 bottenparti. Styrelementstyrrörets 24a övre ändparti är vid denna utföringsform i ingrepp med det nedre ändpartiet av vattenstavens 19 styrelementstyr- rör 24. Bränslestavsstödets 20 mittparti har en korsformig 505 166 23 öppning, i vilken de korsformiga styrvingarna styrs och förs in så att styrvingarna, såsom framgår av fig 2, är belägna vid de fyra bränslepatronernas mittpartier.

Kylmedlet leds, såsom framgår av fig 16, till kyl- medelskanalen mellan bränslestavarna ll i respektive bränslestavsknippe genom öppningen 72, som är anordnad i styrelementstyrrörets 71 sida, och kylmedelsinloppsöpp- ningen 21, som är anordnad i bränslestavsstödets 20 sida, och sedan genom ett genomgående hål, som ej visas i fig 16 och är anordnat i bränslestavsstödelementet 14 av bränslepatronens bottenplatta 13. En del av det kylmedel som strömmat in i bottenplattans 13 kylmedelsinlopp 15 strömmar in i bypassflödespassagen, som är belägen på ut- sidan flödeskanalen, genom ett läckagehål, som ej visas i fig 16 och är anordnat i bottenplattan 13. Såsom framgår av fig 18 strömmar kylmedlet in i kylmedelsstigkanalen 40 genom kylmedelsinloppet 42a i vattenstaven 19 och dräneras sedan in till insidan 58 av styrelementstyrröret 24 genom förbindelsehålet 34, kylmedelsfallkanalen 41 och slutligen dräneringsöppningen 43a, som är belägen nära vattenstavens 19 nedre ändparti.

När den främre (övre) änden på styrelementet 7 är be- lägen under dräneringsöppningen 43a, övergår det kylmedel som strömmat genom dräneringsöppningen 43a till vätskefas eller ångfas beroende på flödeshastigheten av det kylmedel som strömmat genom kylmedelsinloppet 42a i beroende av flödeshastigheten i härden (se kurva A i fig 8).

När styrelementets 7 övre ände är belägen ovanför dräneringsöppningen 43a, är dräneringsöppningen 43a till- sluten medelst styrelementet 7 och är således dränerings- öppningsmotsåndet större. En ångblåsa (void) bildas inuti vattenstaven 19 p g a uppvärmningen och värmeöverföringen orsakad av neutroner och gammastràlning, varigenom tryck- fallet ökar vid dräneringsöppningen 43a och i kylmedels- stig- och kylmedelsfallkanalerna 40 och 41 och vatten- nivåerna i kanalerna 40 och 41 sjunker tills tryckskillna- den mellan kylmedelsinloppet 42a och dräneringsöppningen 505 166 24 43a är i balans med tryckfallet och vattenpelaren i vat- tenstavskanalen. 19 fylls med ånga och dessutom att ett tomrum (void) bil- das på insidan 58 av styrröret 24 p g a att mindre kyl- medel matas till insidan 58 av styrelementstyrröret 24 och att detta således fylls med ånga (se kurva C i fig 8).

När styrstaven 6a förs in i det övre partiet förs Följden blir att insidan av vattenstaven även styrelementet 7 in i det övre partiet av vattensta- vens 19 centrala styrelementstyrrör. Eftersom den övre änden på den inre kanalen 58 är öppen, ökar då inte det inre trycket och matas kylmedlet ut genom denna övre öpp- ning. Styrstaven kan således föras in mjukt utan att bränslepatronen hoppar vid styrstavsinföringstillfället.

När styrstaven dras ut nedåt, reduceras trycket i styrelementstyrröret 24. Utrymmet inuti styrelementstyr- röret upptas dock under effektdriftsförhållanden av ånga som expanderar däri, varför tryckminskningen blir liten.

Vid reaktoravställning upptas nämnda insida av icke kokande vatten, vilket ger lågt flödesmotstånd och små motflöden genom den övre ändöppningen och således mjuk nedåtdragning av styrstaven.

Voidhalten kan följaktligen styras säkert medelst styrelementen 7, såsom nämndes i samband med den första utföringsformen, vid den med vattenstaven 19 försedda bränslepatronen.

Tack vare konstruktionen med öppningen i styrelement- styrrörets 24 nedre parti vid ett ställe under bränsle- stavsstödelementet 14, i syfte att styra kylmedlet in i styrelementstyrröret 24, uppnås väsentligen samma egenska- per som vid den fjärde utföringsformen enligt fig 14 och vilket även gäller styrningen av det axiella läget för styrelementets 7 övre ände.

Det kan vara bättre att fästa vattenstaven 19, som är integrerad med styrelementstyrröret 24, vid bottenplattan 13 för att förhindra att vattenstaven förflyttas vertikalt vid styrstavsinförings- eller styrstavsutdragningstillfäl- let. I fig 17 visas vattenstaven i en bränslepatron, men 505 166 ett flertal andra vattenstavsutföranden är också tänkbara.

I fig 19 och 20 visas en sjunde utföringsform, som är en modifikation av den första utföringsformen och innefat- tar fyra bränslepatroner 10, som är kombinerade så att de bildar en stor bränslepatronsenhet 81. Vid en sådan bräns- lepatronsenhet 81 är bränslepatronernas 10 nedre mun- stycken och bränslestöden integrerade och är en bränslebox 17a fäst direkt vid bränslestödet medelst skruvar. Vid en sådan stor bränslepatronsenhet är de fyra bränslepatroner- så att styrelementen 7 och deras styrrör 24 kan hopmonteras stabilt vid sina na som omger styrstaven integrerade, sammanhörande partier, vilket är fördelaktigt. Det inses att de fyra bränslepatronerna enligt de andra utförings- formerna på samma sätt kan kombineras till en bränslepat- ronsenhet för uppnående av samma fördelar.

Om ett onormalt omflyttningsfenomen uppstår eller en olycka under reaktorns effektdriftstillstånd, bör styrsta- ven snabbt kunna föras in för att snabbt överföra reaktorn till ett underkritiskt tillstànd eller till ett låg- effektsdriftstillstånd i syfte att skydda kärnreaktorn eller kraftverket. Under sådana omständigheter är det bättre att anordna en snabbstoppsstyrstav, d v s en snabbt införbar styrstav, som har så låg vikt som möjligt, och att tillse att införingsmotståndet är så litet som möj- ligt. I denna bemärkelse är det bättre om snabbstoppsstyr- staven är konventionellt korsformig (såsom den i fig 6 visade konstruktionen dock ej försedd med styrelementet 7). I så fall åstadkommas ett kylmedelsflöde riktat från kylmedelsinloppen 42a och 42b mot styrelementinförings- öppningen eller mot styrelementstyrrörets övre ändöppning 32, varvid kylmedelsflödeshastigheten för kylning av bränslestavarna 11 reduceras, vilket innebär att det är bättre att från styrrörets 24 nedre parti föra in och sedan därvid fästa ett införingselement, såsom en flödes- hastighetsbegränsare, vars form motsvarar övre änden av styrelementet vid ett parti under öppningen 43a i syfte att tillsluta öppningen 42b. I så fall kan spektrumstyr- 505 166 l5 26 ningsfunktionen också åstadkommas genom styrning av flöd- deshastigheten i härden. Dessutom kan antalet snabbstopps- styrstavar vara mindre än en fjärdedel av det totala an- talet styrstavar i härden, varigenom de medelst spektrum- styrningsoperationen uppnådda effekterna begränsas i mind- re omfattning.

I de föregående utföringsformerna innefattar den korsformiga styrstaven ett B40-absorbatorrör, men det är också möjligt att anordna en styrstav bildad av Hf-stavar eller Hf-plattor av korsformig typ för uppnående av väsentligen samma effekter. Dessutom kan vattenstaven, som i den i fig 18 visade konstruktionen är integrerad i styr- elementetstyrröret, användas i en bränslepatron i kombina- tion med en styrstav av fingertyp för uppnående av väsent- ligen samma effekter som ovan.

Claims (23)

10 15 20 25 30 35 505 166 27 PATENTKRAV som i vertikalt arrangemang inne- l7a); ett antal bränsle-

1. Bränslepatron, fattar en yttre cylindrisk bränslebox (17, en topp- platta (12a); en bottenplatta (l3a); stavar (ll), som är så anordnade inuti bränsleboxen (17, l7a), att en kylmedelsflödeskanal bildas mellan intill varandra belägna bränslestavar (ll), och har övre och nedre ändpartier, som stöds av topp- respektive botten- plattan (l2a, bränslestavarna (ll); vattenkors (50), (ll) och som invändigt är indelat i en kylmedelsstigkanal (53) och en kylmedelsfallkanal (54): och ett styrelement- l3a), varvid bränslekutsar (48) är packade i k ä n n e t e c k n a d av ett som är anordnat mellan bränslestavarna styrrörorgan (24), som är anordnat inuti vattenkorset (50) och sträcker sig utmed vattenkorsets (50) hela axiella längd, varvid kylmedelsstigkanalen (53) har en kylmedels- inloppsöppning (42a), som är anbragt i ett parti ovanför eller under ett parti där bränslestavarna (ll) stöds av bottenplattan (l3a), och styrelementstyrrörorganet (24) har en kylmedelsutloppsöppning (43a), som är anbragt i ett parti nära ett parti där bränslestavarna (ll) stöds av bottenplattan (l3a), kylmedelsstigkanalen (53), så att ett kylmedel, som matas in i först strömmar vertikalt uppåt, sedan vänder i ett parti nära vattenkorsets (50) övre ände och strömmar nedåt i kylmedelsfallkanalen (54) utmed utsidan av styrelementstyrrörorganet (24) i en riktning motsatt kylmedelsflödet i kylmedelsstigkanalen (53), varpå det strömmar in i styrelementstyrrörorganet (24) genom kylmedelsutloppsöppningen (43a), varvid styrelementstyrrörorganet (24) har en övre, utåt öppen öppning (32) vid ett övre ändparti av vattenkorset (50), och en nedre ändöppning (26), genom vilken ett styrelement (7) är införbart i styrelementstyrrörorganet (24), och varvid kylmedelsutloppsöppningen (43a), som är anbragt i styrelementstyrrörorganet (24), sett i vertikal riktning är anordnad mellan ett nedre ändparti av ett av bräns- 505 166 10 15 20 25 30 35 28 lestavarna (11) definierat verksamt bränsleomràde och den nedre ändöppningen (26) av styrelementstyrrörorganet (24).

2. Bränslepatron enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att bränsleboxen (17) har väsentligen kvadratisk tvärsektion och vattenkorset (50) är så anordnat i bränsleboxen (17), att dess korsande mittparti är beläget väsentligen i bränsleboxens (17) mittparti.

3. Bränslepatron enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att vattenkorset (50) har vingpartier som korsar varandra i dess mittparti, att styrelementstyrrörorganet (24) är anordnat i vingpartiernas korsningsparti, att vattenkorsets (50) övre och nedre ändpartier är tillslutna 56) och att vattenkorset (50) invändigt är indelat i kylmedelsstig- och kylmedelsfall- medelst pluggorgan (55, kanalerna (53, 54) medelst en delningskonstruktion (52), som är axiellt anordnad längs styrelementstyrrörorganet (24), varvid delningskonstruktionens (52) nedre ände är fäst vid det nedre pluggorganet (56) och dess övre ände är belägen på ringa avstånd från det övre pluggorganet (55).

4. Bränslepatron enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att styrelementstyrrörorganet (24) har en övre öppen ände (57) vid det övre pluggorganet (55) och en nedre ände, som nedåt sträcker sig genom det nedre pluggelementet (56).

5. Bränslepatron enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av delningskonstruktionen (52) innefattar ett delningselement, som är axiellt anordnat längs styr- elementstyrrörorganet (24).

6. Bränslepatron enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av delningskonstruktionen (52) är àstadkommen genom sammanföring av ett mellanliggande parti hos vart och ett av vingpartierna.

7. Bränslepatron enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av styrelementstyrrörorganet (24) är ett ihåligt cylindriskt rör och delningskonstruktionen (52) innefattar ett ihåligt cylindriskt rör (52b), som är koncentriskt anordnat på utsidan om styrelementstyrrörorganet (24) med 10 15 20 25 30 35 505 166 29 ett ringformigt utrymme (78) däremellan.

8. Bränslepatron enligt krav 7, k ä n n e t e c k - av kylmedelsstigkanalen (53) är anordnad i vatten- korsets (50) vingpartier och kylmedelsfallkanalen (54) är n a d anordnad i det ringformiga utrymmet (78).

9. Bränslepatron enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att vattenkorset (50) har vingpartier, som korsar varandra i dess mittparti, att styrelementstyrrör- organet (24) är anordnat i ett mittparti av vart och ett av vingpartierna, att vattenkorsets (50) övre- och nedre ändpartier är tillslutna medelst pluggorgan (55, 56) och att vattenkorset invändigt är indelat i kylmedelsstig- och kylmedelsfallkanaler (53, 54) medelst en delningskonstruk- tion (52), som är anordnad axiellt längs styrelementstyr- rörorganet (24), varvid delningskonstruktionens (52) nedre ände är fäst vid det nedre pluggorganet (56) och dess övre ände är anordnad på ringa avstånd från det övre pluggorga- net (55).

10. Bränslepatron enligt krav 9, k ä n n e t e c k - n a d av att delningskonstruktionen (52) innefattar ett delningsorgan, som är anordnat horisontellt innanför och utanför styrelementstyrrörorganen (24), som var för sig är anordnade i varsitt av vattenkorsets (50) vingpartier.

ll. Bränslepatron enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att en ytterligare kylmedelsinloppsöppning (42b) är anordnad i styrelementstyrrörorganet (24) i ett parti under det nedre pluggorganet (56).

12. Bränslepatron, som i vertikalt arrangemang inne- fattar en yttre cylindrisk bränslebox (l7); en topplatta (12); en bottenplatta (13): ett antal bränslestavar (ll), som är så anordnade inuti bränsleboxen (17), att en kyl- medelsflödeskanal bildas mellan intill varandra belägna bränslestavar (ll), och har övre och nedre ändpartier, som stöds av topp- respektive bottenplattan (12, 13), varvid bränslekutsar är packade i bränslestavarna (11): k ä n - n e t e c k n a d av en vattenstav (19) eller ett flertal vattenstavsorgan, som är anordnade mellan bränslestavarna 505 166 10 15 20 25 30 35 30 (ll), varvid vattenstaven (19) invändigt är indelad i en kylmedelsstigkanal (40) och en kylmedelsfallkanal (41); och ett styrelementstyrrörorgan (24), som är anordnat inuti vattenstaven (19) och sträcker sig utmed vatten- stavens (19) hela axiella längd, varvid kylmedelsstig- kanalen (40) har en kylmedelsinloppsöppning (42a), som är anbragt i ett parti ovanför eller under ett parti där bränslestavarna (ll) stöds av bottenplattan (13), och styrelementstyrrörorganet (24) har en kylmedelsutlopps- öppning (43a), som är anbragt i ett parti nära ett parti där bränslestavarna (11) stöds av bottenplattan (13), så att kylmedel som matas in i kylmedelsstigkanalen (40) först strömmar vertikalt uppåt, sedan vänder i ett parti nära vattenstavens (19) övre ände och strömmar nedåt i kylmedelsfallkanalen (41) utmed utsidan av styrelement- styrrörorganet (24) i en riktning motsatt kylmedelsflödet i kylmedelsstigkanalen (40), varpå det strömmar in i styrelementstyrrörorganet (24) genom kylmedelsutlopps- öppningen (43a), varvid styrelementstyrrörorganet (24) har en övre, utàt öppen öppning (32) vid ett övre ändparti av vattenstaven (19), och en nedre ändöppning (26), genom vilken ett styrelement (7) är införbart i styrelement- styrrörorganet (24), och varvid kylmedelsutloppsöppningen (43a), sett i vertikal riktning, som är anbragt i styrelementstyrrörorganet (24), är anordnad mellan ett nedre ändparti av ett av bränslestavarna (11) definierat verksamt bränsleområde och den nedre ändöppningen (26) av styrelementstyrrörorganet (24).

13. Bränslepatron enligt krav 12, k ä n n e - t e c k n a d av att vattenstaven (19) innefattar ett polygonalt cylindrisk rör (36), som är centralt anordnat i bränsleboxen, och att styrelementstyrrörorganet (24), som har cirkulär tvärsektion, är anordnat inuti det polygonala cylindriska röret (36).

14. Bränslepatron enligt krav 13, k ä n n e - t e c k n a d (36) av att det polygonala cylindriska röret har väsentligen kvadratisk tvärsektion. 10 15 20 25 30 35 505 166 31

15. Bränslepatron enligt krav 12, t e c k n a d av att vattenstaven (19) innefattar ett k ä n n e - ytterrör (36), som utåt präglar vattenstavens utseende, ett innerrör (35), som är anordnat inuti ytterröret (36), varvid styrelementstyrrörorganet (24) är anordnat inuti innerröret (35), och spridarorgan (37) för att stöda innerröret (35) mot ytterröret (36) och för att stöda styrelementstyrrörorganet (24) mot innerröret (35).

16. Bränslepatron enligt krav 15, k ä n n e - t e c k n a d av att de övre och de nedre ändpartierna av ytter- och innerröret (35, 36) är tillslutna medelst pluggorgan (38a, 39a) och vattenstavens (19) insida är in- delad i kylmedelsstig- och kylmedelsfallkanaler (40, 41) medelst en delningskonstruktion, som axiellt sträcker sig utmed styrelementstyrrörorganet (24), att delningskon- struktionen består av innerröret(35), att kylmedelsstig- kanalen (40) är bildad av ett utrymme mellan ytterröret (36) och innerröret (35) och kylmedelsfallkanalen (41) är bildad av ett utrymme mellan innerröret (35) och styr- elementstyrrörorganet (24), att innerröret (35) har ett förbindelsehål (34) i ett parti under det övre plugg- organet (38a) för förbindning av kylmedelsstigkanalen (40) med kylmedelsfallkanalen (41), och att distansorganen (37) har öppningar genom vilka kylmedlet kan passera.

17. Bränslepatron enligt krav 16, k ä n n e - t e c k n a d av styrelementstyrrörorganet (24) har en övre ände, som har en öppning (32) ovanför pluggorganet (38a), pluggorganet (39a), och att styrelementstyrrörorganets och en nedre ände, som sträcker sig genom det nedre (24) nedre ände har en öppning (26), genom vilken styr- elementet (7) är införbart.

18. Bränslepatronenhet, k ä n n e t e c k n a d av att ett flertal bränslepatroner (10, 80) av den i krav 1 definierade typen.

19. Bränslepatronenhet enligt krav 18, k ä n n e - t e c k n a d av att fyra bränslepatroner (10, 80), uppdelade medelst ett korsformigt styrstavsorgan (6, 6a), 505 166 10 15 20 25 30 35 32 som är anordnat mellan de fyra bränslepatronerna (10, 80).

20. Reaktorhärd, vilken har ett flertal bränslepatro- ner (l0, 80), innefattar en yttre cylindrisk bränslebox (17, topplatta (12, 12a); en bottenplatta (13, 13a); bränslestavar (ll), som är så anordnade inuti bränsle- boxen (17, 17a), att en kylmedelsflödeskanal bildas intill varandra belägna bränslestavar (11), och har som var och en i vertikalt arrangemang l7a); en ett antal mellan övre och nedre ändpartier, som stöds av topp- respektive bot- tenplattan (12, l2a, 13, l3a), (48) är packade i bränslestavarna (11): k ä n n e t e c k n a d 50a-d) eller ett flertal som är anordnade mellan bränslestavarna varvid bränslekutsar av en vattenstav (19, 50, vattenstavsorgan, (ll), varvid insidan av vattenstavsorganen är indelad i en kylmedelsstigkanal (40, 53, 75, 77) och en kylmedelsfall- kanal (41, 54, 76, som är anordnat inuti vattenstavsorganen och sträcker sig 78); ett styrelementstyrrörorgan (24), utmed vattenstavsorganens hela axiella längd, varvid kylmedelsstigkanalen har en kylmedelsinloppsöppning (42a), som är anbragt i ett parti ovanför eller under ett parti l3a), och styrelementstyrrörorganet (24) har en kylmedelsut- där bränslestavarna (11) stöds av bottenplattan (13, loppsöppning (43a), som är anbragt i ett parti nära ett parti där bränslestavarna (ll) stöds av bottenplattan (13, l3a), först strömmar vertikalt uppåt, så att kylmedel som matas in i kylmedelsstigkanalen sedan vänder i ett parti nära vattenstavens övre ände och strömmar nedåt i kyl- medelsfallkanalen utmed utsidan av styrelementstyrrör- organet (24) i en riktning motsatt kylmedelsflödet i kyl- medelsstigkanalen, varpå det strömmar in i styrelement- styrrörorganet (24) genom kylmedelsutloppsöppningen (43a), varvid styrelementstyrrörorganet (24) har en övre, utåt öppen öppning (32) vid ett övre ändparti av vattenstaven, och en nedre ändöppning (26), genom vilken ett styrelement (7, 7a) är införbart i styrelementstyrrörorganet (24); en Ga), mellan bränslepatronerna (10, 80); styrstav (6, som har korsformig sektion för införing och ett flertal styr- 10 15 20 25 30 35 505 166 33 element (7, 7a) för användning i kombination med styr- staven (6, 6a) och för införing i styrelementstyrrörorga- net (24), varvid voidhalten i vattenstavsorganet är styrbar genom styrning av det axiella läget av den i 6a). k ä n n e t e c k - reaktorhärden införda styrstaven (6,

21. Reaktorhärd enligt krav 20, n a d av vattenstavsorganet innefattar ett vattenkors (50), som har korsformiga vingpartier.

22. Reaktorhärd enligt krav 20, k ä n n e t e c k - n a d av vattenstavsorganet innefattar en cylindrisk vattenstav (19), som är anordnad väsentligen i bränslepatronens mittparti.

23. Reaktorhärd enligt krav 20, k ä n n e t e c k - n a d av att styrstavsorgan innefattar en styrstav (6a), som är av stavknippetyp och som är införbar uppåt i reaktorhärden.