SE505739C2 - Bränslepatron för kokarvattenreaktor - Google Patents

Description

10 BNSDOCID: 505 739 härden blir instabil. För att ge bränslepatronen goda stabilitetsegenskaper eftersträvas ett lågt tryckfall i bränslepatronens övre del.

När andelen ånga stiger försämras neutronmodereringen eftersom ånga är en sämre moderator än vatten. Reaktorns reaktivitet beror av förhållandet mellan bränsle och moderator. För att förbättra reaktiviteten mäste vatten/bränsle förhållandet i bränslepatronens övre del ökas. Detta kan ske antingen genom att öka mängden moderator eller minska mängden bränsle i patronens övre del eller en kombination av dessa.

En känd lösning på detta problem är att byta ut en del av bränslestavarna mot dellånga bränslestavar. Dellànga bränsle- stavar har en kortare axiell utsträckning än traditionella hellånga bränslestavar. I patentskriften US 5,229,068 visas en bränslepatron i vilken huvuddelen av bränslestavarna är hel- långa, dvs de sträcker sig från bottenplattan till topplattan, och ett mindre antal bränslestavar är dellånga, dvs de sträcker sig från bottenplattan mot topplattan men slutar en bit nedanför topplattan.

En annan lösning anvisas i den svenska patentansökan nr 9501936-0. I ansökan visas en bränslepatron vilken innefattar två olika grupper av bränslestavar. Alla bränslestavarna är hellànga, men den andra gruppen av bränslestavar har en kortare aktiv längd än den första gruppen. Bränslestavarna i den första gruppen har en i längdriktningen konstant tvärsnittsarea, medan bränslestavarna i den andra gruppen innfattar en övre del med en relativt mindre tvärsnittsarea som helt saknar bränsle och en undre del med en relativt större tvärsnittsarea som innefattar bränsle.

Ett problem med den först nämnda lösningen är att det har visat sig att risken för dryout, dvs torrkokning, ökar för de bränsle- stavar som omger de dellånga bränslestavarna. En viss ökning av risken för dryout kan förväntas även för de bränslestavar som omger bränslestavarna som har en mindre tvärsnittsarea i sin övre del än i sin undre del. Denna förhöjda risk för dryout 505 739 finns i den övre delen av bränslepatronen där vattnet befinner sig i ett tvàfas tillstànd med s k annulär strömning.

Det är känt, t ex från ovan nämnda amerikanska skrift, att genom olika anordningar påverka flödet ovanför de dellánga bränsle- stavarna för att på så vis förbättra dryoutförhállandena i omgivande delar av bränsleknippet. Dessa anordningar är alla anordnade i annulärströmningsomràdet ovanför de dellánga bränslestavarna. Den uppnådda förbättringen sker därmed på bekostnad av ett ökat tryckfall i bränslepatronens övre del, vilket i sin tur leder till en försämring av bränslepatronens stabilitetsegenskaper. ÅNDAMALET MED UPPFINNINGBN Ändamålet med uppfinningen är att minska risken för dryout för en bränslepatron som innefattar både hellànga och dellànga bränslestavar, eller både bränslestavar med konstant tvärsnitts- area och bränslestavar som har en mindre tvärsnittsarea i sin övre del än i sin undre del, med bibehállna eller förbättrade stabilitetsegenskaper.

Vad som kännetecknar en bränslepatron enligt uppfinningen fram- går av bifogade patentkrav.

Enligt föreliggande uppfinning ökas strömningsmotståndet lokalt längs de dellånga bränslestavarna varvid en strypning sker av kylmedelsflödet vid dessa bränslestavar. De dellànga stavarna är anordnade i bränslepatronens undre del där marginalerna till dryout är stora. En strypning av flödet ger en ökning av risken för dryout i omedelbar närhet av strypningen, men eftersom marginalerna är sà goda kan en strypning av flödet tillåtas utan att risken för dryout blir för stor. Resultatet av strypningen blir en omfördelning av kylmedelsflödet och entalpin till förmån för övriga delar av bränsleknippet där behovet är större och därmed kan dryouteffekten höjas. Genom att strypningen förlägges till bränslepatronens undre del, dvs den del av bränslepatronen som innefattar de dellånga bränslestavarna, erhålles en med BNSDOCID: sNsoocno; 505 739 avseende på hydraulisk stabilitet fördelaktig tryckfalls- fördelning.

En ökning av strömningsmotstàndet sker vid de dellànga bränsle- stavarna i åtminstone vissa tvärsnitt i bränslepatronens undre del. Med strömningsmotstàndet avses strömningsmotstánd per ytenhet.

Ovanstående gäller även för bränslestavar som har en mindre tvärsnittsarea i sin övre del.

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 innefattande hellànga och dellànga bränslestavar.

Figur 2 visar ett tvärsnitt A-A genom bränslepatronen i figur 1 och S.

Figur 3 visar en första utföringsform av en bränslepatron enligt uppfinningen.

Figur 4 visar en andra utföringsform av uppfinningen.

Figur 5 visar en bränslepatron innefattande bränslestavar med en i längdriktningen konstant tvärsnittsarea, och bränsle- stavar innfattande en övre del med en relativt mindre tvär- snittsarea och en undre del med en relativt större tvär- snittsarea.

BESKRIVNING Av UTFöRINGsFoRrmR Figur 1 och 2 visar en bränslepatron 1 i vilken föreliggande uppfinning med fördel kan tillämpas. Figur 2 utgör ett tvärsnitt A-A genom den undre delen av bränslepatronen i figur 1. Bränsle- patronen är av kokarvattentyp och innefattar en làng rörformig behållare, med rektangulärt tvärsnitt, benämnd höljerör 2.

Höljeröret 2 är öppet i båda ändar, så att det bildas en genomgående strömningspassage, genom vilken vatten strömmar.

Höljeröret 2 är försett med ett ihàligt, med korsformat tvär- 505 739 snitt utformat stödorgan 11, som är fast förbundet med hölje- rörets fyra väggar. Stödorganet består av fyra ihåliga flyglar och ett ihàligt förstorat korscentrum. Stödorganet 11 bildar en vertikal korsformig kanal 8 genom vilken icke-kokande vatten strömmar uppàt genom bränslepatronen. Höljeröret 2 med stödorgan s k delkanaler, med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. Varje del- ll omsluter fyra vertikala kanalformade delar l2a - l2d, kanal innehåller ett bränsleknippe innefattande ett flertal parallellt anordnade bränslestavar 3a, 3b. En bränslestav består av ett antal cylindriska kutsar 4 av urandioxid staplade på varandra och inkapslade i ett kapslingsrör av Zircaloy.

Bränslestavarna 3a, 3b är anordnade i ett symmetriskt 5x5 gitter i vilket alla bränslestavspositioner utom en är besatta med bränslestavar. Den obesatta bränslestavspositionen är belägen innanför stödorganets korscentrum. Bränslestavarna är av två olika typer, hellànga bränslestavar 3a och dellànga bränsle- stavar 3b. De dellànga bränslestavarna 3b har en längd som åtminstone motsvarar halva bränslepatronens längd, men kan utgöra så mycket som 80% av bränslepatronens längd. Den del av bränslepatronen i vilken de dellànga bränslestavarna är anordnade benämnes i denna patentansökan för bränslepatronens undre del l0a. Varje delknippe innefattar tre dellànga bränslestavar 3b. Dellánga bränslestavar är i denna och i följande figurer utmärkta med ett P.

Alla bränslestavarna 3a, 3b i ett bränsleknippe sammanhålls nedtill av en bottenplatta 6. De hellànga bränslestavarna 3a i bränsleknippet sammanhálls upptill av en topplatta 5. Bränsle- stavarna hålls medelst spridare 7a, 7b på avstånd från varandra och hindras därmed från att böja sig eller vibrera då reaktorn är i drift. I bränslepatronens undre del 10a hålls bränsle- stavarna 3a, 3b på plats med spridarna 7a och i bränslepatronens övre del hålls bränslestavarna 3a på plats med spridare 7b. De dellànga bränslestavarna 3b slutar nedanför topplattan 5, vanligtvis i eller i närheten av en spridare. Utrymmena mellan bränslestavarna inom varje delkanal genomströmmas av vatten.

BNSDOCID: 505 739 Enligt uppfinningen införs en strypning av flödet i bränsle- patronens undre del lokalt längs de dellånga bränslestavarna. I figur 2 har det omrâde l0b markerats i vilket en strypning lämpligen anordnas. Strypningen av kylflödet sker i anslutning till var och en av de dellånga bränslestavarna. Strypningen är endast anordnad i höjd med de dellånga stavarna. Ovanför de dellånga bränslestavarna sker ingen strypning av flödet.

Figur 3 visar en första utföringsform av uppfinningen där stryp- ningen har ástadkommits genom att utföra de dellånga stavarna 3c med en större diameter d2 än de hellànga bränslestavarna som har en diameter dl. I detta utföringsexempel är d1=9.5mm och d2=l1mm. Denna utföringsform har den fördelen att de tjockare dellånga stavarna kompenserar för den minskade uranvikt som de dellånga stavarna ger upphov till. Den ger också en möjlighet att göra de dellånga stavarna ännu kortare med bibehållen uran- vikt vilket därmed ytterligare minskar tryckfallet i bränsle- patronens övre del. I en utföringsform har de dellånga bränsle- stavarna en i sin längdriktning konstant diameter. I en annan utföringsform har de dellånga bränslestavarna två skilda diametrar, en större diameter i den undre delen och en mindre i den övre delen vilka båda två är större än de hellànga stavarnas diameter. Givetvis kan bränslepatronen även innefatta en eller flera hellànga bränslestavar med en större diameter än de övriga hellànga bränslestavarna. Det väsentliga för uppfinningen är att huvuddelen av de hellànga bränslestavarna har en diameter som är mindre än de delánga bränslestavarna.

Ett annat sätt att strypa flödet är att förse åtminstone huvud- delen av de spridare 7a som är anordnade i anslutning till de dellånga stavarna med organ som ökar flödesmotstândet i närheten av de dellånga stavarna. I princip finns det oändligt många möjligheter att öka flödesmotstàndet lokalt i en spridare, t ex genom att använda tjockare material, blandningsfenor som om- länkar flödet och utsträckta strukturer. Vilket som är lämp- ligast beror på aktuell spridartyp och aktuella stavpositioner i spridaren. För att uppnå önskad effekt med avseende pà flödes- omfördelningen kan flödesmotstàndet lokalt i spridarna behöva ökas tvâ till fem gånger.

BNSDOCID: ' 505 739 I figur 4 visas ett exempel på en spridare 7a där flödes- motståndet i närheten av de dellànga stavarna har ökats med olika medel. Spridaren 7a består av ett ortogonalt gallerverk av spridarceller 13. Varje spridarcell är avsedd att positionera en genom denna löpande bränslestav 3a eller 3b. Flödesmotstàndet i närheten av de dellànga stavarna har ökats dels genom att en befintlig fena 14 har gjorts större, och därmed mera blocker- ande, än motsvarande fena i spridaren 7b, dels genom att nya fenor l5a och l5b har införts i närheten av de dellànga stavarna och dels genom att omge en spridarcell, som i sin tur omger en dellång stav, med en insvetsad kvadratisk hylsa 16. Hylsan 16 kan vara försedd med slitsar och böjda kanter för att ytter- ligare öka motståndet. En annat sätt att strypa flödet är att anordna speciellt utformade långsträckta hylsor ovanpå och eventuellt även nedanför spridarcellerna tillhörande de dellànga stavarna. I den svenska patentansökan 9303583-0 visas ett flertal alternativa sätt att öka flödesmotståndet lokalt i spridaren. T ex visas en spridare där spridarcellerna i sin nedre kant har getts differentierade längder.

En kombination av de båda utföringsformerna som visas i figur 3 och figur 4 är också tänkbar.

Figur 5 visar en bränslepatron 20 på vilken uppfinningen med fördel kan tillämpas. Bränslepatronen 20 innefattar bränsle- stavar av två olika typer, dels jämntjocka bränslestavar 21 vars tvärsnitt är i huvudsak konstant utmed hela sin vertikala längd, och dels avsmalnande bränslestavar 22 vilka innfattar en övre del 23 med en relativt mindre tvärsnittsarea och en undre del 24 med en relativt större tvärsnittsarea. Alla bränslestavarna i bränsleknippet sammanhálls upptill av en topplatta 5 och nedtill av en bottenplatta 6. Bränslestavarna 21, den undre delen 24 av bränslestavarna 22 hålls medelst spridare 7a på avstånd från varandra. I bränslepatronens övre del hålls bränslestavarna 22 på avstånd från varandra medelst spridare 7b. Den del av bränslepatronen i vilken den undre delen 24 av bränslepatronen är anordnad benämnes bränslepatronens undre del l0a.

BNSDOCID: 505 739 Enligt uppfinningen införs en strypning av flödet lokalt längs den undre delen av de avsmalnande bränslestavarna. Strypningen anordnas i det i figur 2 markerade området 10b. Beteckningen P i figur 2 står i detta utföringsexempel för en avsmalnande bränslestav. Strypningen sker endast i området från botten- plattan till den nivå där avsmalningen börjar. Strypningen kan vara anordnad på samma sätt som för bränslepatronen med dellànga stavar som har beskrivits ovan. Dels kan den undre delen av den avsmalnande staven ha en diameter som är större än de jämntjocka stavarna såsom visas i figur 3, eller så kan en eller flera av spridarna 7a anordnade i höjd med den undre delen utformas så att flödet stryps vid de avsmalnande stavarna såsom visas i figur 4.

BNsDoc||1

Claims (3)

505 739 NYA PATENTKRAV

1. Bränslepatron för en kokarvattenreaktor innefattande en första grupp bränslestavar (3a,21) som är hellànga och som har en i sin längdriktning i huvudsak konstant tvärsnittsarea, en andra grupp bränslestavar som utgörs av dellànga bränslestavar (3b) anordnade i bränslepatronens undre del (l0a), eller av bränslestavar (22) vars tvärsnittsarea i bränslepatronens övre del är mindre relativt tvärsnittsarean i bränslepatronens undre del (l0a). ett flertal spridare (7a,7b) anordnade för att pá skilda nivåer mellan bottenplattan och topplattan sammanhàlla bränslestavarna, \ ett höljerör (2) omslutande bränslestavarna och anordnat för anslutning till ett kylmedel avsett att genomströmma bränslepatronen, k ä n n e t e c k n a d a v att flödeshindrande organ (3c, 14, 15a, l5b, 16) är anordnade i bränslepatronens undre del (10a) i omrâdet kring (10b) bränslestavarna i den andra gruppen pá ett sådant sätt att strömningsmotstándet i bränslepatronens undre del vid den andra gruppen bränslestavar (3b,22) är större än strömningsmotstàndet vid den första gruppen bränslestavar (3a,21).

2 . Bränslepatron enligt patentkrav l k i n n e t e c k n a d a v att åtminstone vissa av de flödeshindrande organen (3c) utgörs av bränslestavarna i den andra gruppen vilka i bränsle- patronens undre del (10a) har en tvärsnittsarea (d2) som är större än tvärsnittsarean (dl) hos bränslestavarna i den första gruppen.

3. Bränslepatron enligt patentkrav 1 eller 2 k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone vissa av de flödes- hindrandeorganen (14, 15a, l5b, 16) är anordnade pà spridarna (7a) vid bränslestavarna i den andra gruppen. BNSDOCID: