SE506821C2 - Bränslepatron för en kokarvattenreaktor innefattande ett flertal vattenbehållare anordnade efter varandra i bränslepatronens längdriktning - Google Patents

Description

506 821 2 I härden omges bränslepatronerna av vatten vilket ger en bra moderering av bränslestavar nära höljeröret. Bränslestavar i bränslepatronens centrala delar får däremot en sämre moderering.

Det är framförallt central delar i bränslepatronens övre del som får en otillräcklig moderering på grund av höga ånghalter. För att förbättra den otillräckliga modereringen av bränslepatronens centrala delar är många bränslepatroner försedda med en eller flera kanaler som leder ickekokande vatten genom bränsle- patronens centrala delar. Kanalen sträcker sig från botten- plattan till topplattan och har en öppning i sin nedre ända för att leda in vatten och en öppning i sin övre ända för att släppa ut vattnet.

En nackdel med dessa kanaler är att de tar utrymme som istället skulle kunna användas till bränslestavar. Detta gäller speciellt -i bränslepatronens nedre del där ånghalten är mycket låg och modereringen är fullt tillräcklig. Det är endast modereringen i bränslepatronens övre del som behöver förbättras. Ytterligare en nackdel är att kanalerna kräver en genomströmning av vatten för att undvika kokning. Detta vatten avleds från kylflödet varvid kylningen försämras. Det avledda flödet är några % av det totala kylflödet.

I patentskriften US 5 245 643 visas en bränslepatron där man har löst dessa problem genom att anordna en central vattenvolym med icke strömmande vatten ovanför ett antal dellånga bränslestavar, dvs bränslestavar som sträcker sig från bottenplattan och som slutar nedanför och på avstånd från topplattan. Denna vatten- volym har den fördelen att den är anordnad bara där den behövs, dvs i bränslepatronens övre del. Vattenvolymen stängs inne i en behållare som är tillsluten i botten och har öppningar i sin övre ända vilka är så anordnade att de fångar in omgivande vatten och avleder bildad ånga. Vattnet i denna behållare är i huvudsak stillastående till skillnad från vattnet i nämnda kanaler. På så vis kan hela kylflödet utnyttjas till att kyla bränslet. 3 506 821 Om modereringen i bränslepatronens övre del ska förbättras bör behållaren vara ca 2 m hög. Ett problem med en sådan vatten- behållare är att en viss uppvärmning sker i det stillastående vattnet som i sin tur leder till kokning och därmed ångbíldning i vattenbehållaren. Uppvärmningen orsakas dels av neutron- nedbromsning i vattnet och dels av absorption av gammastrålning i vattnet och i behållarens väggar. Vattenbehållaren som visas i nämnda patentskrift är visserligen försedd med öppningar i toppen för att släppa ut den bildade ångan, men problemet är att vattnet i behållaren har en i axiell riktning stigande ånghalt, vilket betyder att modereringen sjunker mot toppen av behållaren. Detta förhållande är omvänt mot det önskade. Ju högre upp i bränslepatronen desto sämre är modereringen och desto större är behovet av en förstärkning av modereringen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att anvisa en bränslepatron som har en effektiv moderering längs med hela sin längdaxel och som samtidigt ger en möjlighet att utnyttja tillgängligt bränsle- utrymme optimalt.

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

Enligt uppfinningen anordnas centralt i bränslepatronen ett flertal korta vattenbehållare efter varandra i bränslepatronens längdriktning. Fördelen med ett sådant arrangemang istället för en lång sammanhängande vattenbehållare är att ångan tillåts att successivt försvinna ut från vattenbehållarna varvid en axiellt stigande ånghalt i vattenbehållaren undvikes och en god moderering erhålles i hela bränslepatronen. Ju kortare vatten- behållarna är desto jämnare moderering uppnås. Ur strömnings- synpunkt är det en fördel om behållaren är anordnade så att deras längdaxlar sammanfaller, men ibland kan det finnas andra tyngre vägande skäl som gör att det är nödvändigt att anordna behållarna förskjutna i sidled i förhållande till varandra. 506 821 4 En mycket fördelaktig utföringsform av en bränslepatron enligt uppfinningen innefattar ett flertal pà varandra staplade bränsleenheter, vilka var och en innefattar ett flertal parallella bränslestavar som sträcker sig mellan en topplatta och en bottenplatta. Bränsleenheterna är omslutna av ett gemensamt höljerör med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. En bränslepatron av denna typ kan pà ett enkelt sätt ges olika utformning i sin övre och undre del. En sådan bränslepatron visas i PCT/SE95/01478, som vid denna patentansökans inlämnande ännu är opublicerad. Enligt uppfinningen innefattar var och en av åtminstone ett flertal av dessa bränsleenheter en vatten- behållare anordnad mellan bottenplattan och topplattan. Tack vare flexibiliteten hos en bränslepatron med separata bränsle- enheter kan vissa bränsleenheter förses med-vattenbehàllare och vissa kan vara utan. Vattenbehàllarnas volym kan också variera mellan olika bränsleenheter i samma bränslepatron. Pá sä vis kan -en optimal moderering erhållas i hela bränslepatronen. För att uppnà en jämn moderering bör företrädesvis bränslepatronen inne- hälla àtminstone tre bränsleenheter med vattenbehállare.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar schematiskt en bränslepatron enligt uppfinningen.

Figur 2 och 3 visar ett snitt A-A och ett snitt B-B genom bränslepatronen i figur 1.

Figur 4 visar mera i detalj en vattenbehàllare i en bränsle- patron enligt uppfinningen.

Figur 5 visar övre delen av en bränslepatron enligt en utföringsform av uppfinningen, där vattenbehàllarna har olika volym.

Figur 6a och 6b visar en utföringsform av uppfinningen där vissa bränsleenheter innehåller tvà vattenbehàllare. Figur 6b visar bränslepatronen i figur 6a genom ett snitt C-C. 506 821 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Figur 1 visar en bränslepatron enligt uppfinningen. Bränsle- patronen innefattar ett övre handtag 1, ett undre ändparti 2 och ett flertal på varandra staplade bränsleenheter 3a och 3b. Varje bränsleenhet innefattar ett flertal bränslestavar 4 anordnade parallellt och på bestämda avstånd från varandra i ett givet gitter, och en topplatta 5 och en bottenplatta 6 för infästning av bränslestavarna i sina respektive positioner i gittret.

Bränsleenheterna 3a och 3b är staplade på varandra i bränsle- patronens längdriktning och de är staplade på så sätt att topplattan 5 i en bränsleenhet är vänd mot bottenplattan 6 i o nästa bränsleenhet i stapeln, och så att bränslestavarna i alla bränsleenheterna är parallella med varandra! En bränslestav 4 innefattar bränsle i form av en i ett kapslingsrör 7 anordnad stapel av urankutsar 8. Bränslepatronen är innesluten i ett 'höljerör 9 med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt. I detta utföringsexempel innehåller bränslepatronen åtta bränsleenheter som är ca 0.5 m höga.

Bränsleenheterna är av två olika typer. En första typ av bränsleenheter 3a innefattar en vattenbehållare 10 som är anordnad mellan bottenplattan och topplattan, parallellt med bränslestavarna. Vattenbehállaren 10 är anordnad i centrum av bränsleenheten och är infästad i bottenplattan och topplattan.

Under reaktorns drift innehåller behållaren vatten som bidrar till att förbättra modereringen centralt i bränsleenheten.

Mellan två bränsleenheter finns inget bränsle och avsaknaden av neutronabsorption i bränslet leder till att antalet termiska neutroner därför är större mellan bränsleneheterna än inne i bränsleenheterna. Därför behövs ingen extra moderering mellan bränsleenheterna, och det är tillräckligt och till och med en fördel att vattenbehàllarna har något mindre utsträckning än bränslestavarna. I detta utföringsexempel är fyra av de åtta bränsleenheterna av denna första typ och dessa är anordnade överst i stapeln. En andra typ av bränsleenheter 3b saknar vattenbehållare och har istället flera bränslestavar än den första typen. De fyra nedersta bränsleenheterna i stapeln är av denna typ. 506 821 _6 Figur 2 visar ett snitt A-A genom den övre delen av bränsle- patronen i figur 1. Bränslestavarna 4 är anordnade i ett 10x10 gitter. Vattenbehållaren 10 har ett i huvudsak cirkulärt tvär- snitt som upptar fyra positioner i gittret. Figur 3 visar ett snitt B-B genom den nedre delen av bränslepatronen i figur 1.

Bränsleenheten innehåller bränslestavar 4 anordnade i ett 10x10 gitter och saknar vattenbehållare. Alla positioner i gittret upptas av bränslestavar.

Figur 4 visar vattenbehållaren 10 mera i detalj. Under drift är behållaren täckt med en vattenfilm som rör sig uppåt mot toppen av behållaren. Behållaren är försedd med organ 12 för att skrapa av vattenfilmen och leda in det avskrapade vattnet till be- hållaren genom ett flertal öppningar 11. Vidare har behållaren en mot toppen avsmalnande toppdel 13 som är försedd med ett ~flertal öppningar 14 för att släppa ut ånga som bildas när vattnet i behållaren kokar. Toppdelen är utformad för infästning till topplattan. Behållaren är sluten i sin nedre del och utformad för infästning vid bottenplattan.

Figur 5 visar övre delen av en bränslepatron som har en bränsle- enhet överst i stapeln vars vattenbehållare 10a har en volym som är större än vattenbehållaren 10b i nästa bränsleenhet i stapeln.

Istället för att öka volymen på behållarna högre upp i bränsle- patronen kan flera parallella vattenbehållare anordnas i samma bränsleenhet. Figur 6a och 6b visar en bränslepatron med två parallella vattenbehållare 10 anordnade i de två översta bränsleenheterna. Övriga bränsleenheter har en eller ingen vattenbehållare.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 506 821 PATENTKRAV

1. Brànslepatron for en kokarvattenreaktor innefattande ett flertal brånslestavar (4) topplatta (5) och en bottenplatta en långstráckt behållare (10) och i sin övre ånde är försedd med organ (ll,l2) (14) vilken behållare är anordnad med som sträcker sig mellan en (6), vilken år sluten i sin nedre ände för att för att släppa ut ånga och tillföra behållaren vatten och organ som bildas inne i behållaren, sin làngdriktning i huvudsak parallell med brånslepatronens lángdriktning k ä n n e t e c k n a d a v att brånslepatronen (10) anordnade efter varandra i brånslepatronens lángdriktning. innefattar ett flertal av nämnda behållare och att dessa år

2. . Brànslepatron enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att antalet behållare (10) är minst tre.

3. .3. Brånslepatron enligt patentkrav 1 eller 2 k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar vattenbehållare (lOa,l0b) vilka har skilda volymer.

4. Brànslepatron enligt något av de tidigare patentkraven k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar minst två parallella vattenbehållare (10)

5. Brånslepatron enligt något av de tidigare patentkraven axr att den innefattar ett flertal på (3a) kännetecknad varandra staplade brånsleenheter vilka innefattar en topplatta (5), en bottenplatta (6). ett flertal brånslestavar (4) som sträcker sig mellan topplattan och bottenplattan, samt nämnda behållare (l0,l0a,lOb) brånslestavarna mellan bottenplattan och topplattan. som är anordnad parallellt med

6. . Bränslepatron enligt patentkrav 5 k ä n n e t e c k n a d a v att brànslepatronen innefattar ytterligare en bränsleenhet (3b) (lO.10a,10b) och att denna brånsleenhet är anordnad i branslepatronens nedre del. som saknar nämnda behållare