SE510817C2 - Förfarande för att i en kärnkraftsreaktor förlänga livslängden för en bränslepatron genom att efter viss drifttid vända i denna innehållna bränslestav upp och ner - Google Patents

Description

510 817 2 av urandioxid. Denna kapsling korroderas under drift och korrosionen ökar starkt med ökad temperatur. Detta betyder att bränslestavarnas kapsling får en kraftigt uppàtförskjuten korrosionsfördelning enär temperaturen i härdens topp är 40 °C högre än i dess botten.

Dä man endast tillàter en viss grad av korrodering av bränslestavarna har det varit korroderingen av bränslestavarnas överdel som bestänm bränsle- stavarnas livslängd. Det har nu föreslagits att man genom att efter ett visst antal driftcyklar vända hela knippet upp och ned i härden skulle kunna förlänga en bränslepatrons livslängd. För att en sådan vänding av knippet skall vara möjlig mäste dock bränslepatronens bärande struktur utformas pà visst sätt.

Genom svenska patentet 7806429-2 är det tidigare känt att vid utbyte av bränsle ersätta ett utbränt bränslestavknippe med ett bränslestavknippe som àtndnstone partiellt är sammansatt av bränslestavar från delvis ut- brända bränslestavknippen. Det framhàlles därvid att en del av de bränsle- stavar som insättes i det pà detta sätt bildade nya knippet vändes sä att bränslestavarnas ändar som vid tidigare använding i reaktorn varit vända nedát nu vändes uppåt i härden. Här har det emellertid alltid varit fraga om att vända enstaka bränslestavar och av dessa sammansatta ett nytt knippe tillsammans med ej vända bränslestavar. Det har däremot ej som nu föreslàs varit fråga om att vända ett helt knippe upp och ned. Ej heller är det fråga om att lösa ett korrosionsproblem utan hur delvis utbränt bränsle skall kunna användas längre.

Uppfinningen avser en metod att i en kärnkraftreaktor av tryckvattentyp förlänga livslängden för en bränslepatron genom att efter viss bestämd drifttid vända i denna innehàllna làngsträckta bränslestavar upp och ner, dvs l80° kring en mot bränslestavarnas längsaxel vinkelrät axel.

Bränslepatronen innefattar ett knippe av bränslestavar och styrstavsledrör som sannanhàlls längs knippet av pà lämligt avstånd fràn varandra anordnade spridare. Dessa spridare är förenade med en längs knippet löpande bärande struktur pà sådant sätt att spridarna förhindras att glida längs knippet. Styrstavsledrören är vid knippets ena ände sammankopplade med en topplatta och eventuellt med en bottenplatta. 3 510 817 I ett första alternativ kännetecknas uppfinningen av att följande atgärder vidtages dock icke nödvändigtvis i angiven ordningsföljd, a) bränslepatronen, innefattande bränslestavarna anordade i den bärande strukturen i sin tur innefattande styrstavsledrören och ett flertal spridare, där styrstavsledrören är anordnade vid topp- och bottenplattan medelst komatibla kopplingsorgan, lyfts ut ur härden, b) styrstavsledrören lösgöres fràn topp- och bottenplattan, c) knippet inklusive den bärande strukturen vänds upp och ner, d) styrstavsledrörens tidigare med bottenplattan förbundna ändar förenas med topplattan och vice versa, e) bränslepatronen förs in på länplig plats i härden med bottenplattan liksom tidigare vänd nedåt. Åtgärden att vända hela knippet i hmänslepatronen företages lämpligen efter tre driftcyklar (en cykel = 1 àr). Därigenom utjämnas korrosionen längs bränslestavarna och man bör kunna räkna med att den totala livs- längden för en pà sà sätt utnyttjad bränslepatron ökar fràn 4 till 5 driftcyklar.

Det bör observeras att styrstavsledrören i detta första alternativ är fixerade vid spridarna medelst utbulning av ledrören eller pà något annat sätt. Detta förhindrar att ledrören enkelt kan dragas ut ur knippet utan ledrören mäste vändas med knippet. För att utan omfattande atgärder där- efter kunna ansluta de ändar på ledrören, som tidigare varit anslutna till bottenplattan, till topplattan bör anslutningsorganen mellan ledrörens ändar och topp- respektive bottenplatta vara kompatibla. Därmed avses att de ändar pà ledrör som tidigare varit anslutna till bottenplattan utan ändring av anslutningsorganen skall kunna anslutas till topplattan och tvärt om.

När bränslepatronens bärande struktur utgöres av styrstavsledrören och bränslepatronen efter knippets vändning ej placeras i styrstavsposition är den enda ytterligare átgärd sm kan behöva vidtagas att pá lämpligt sätt plugga ledrören, förslagsvis upptill, så att kylflödet genom ledrören blockeras. 510 817 Önskar man däremot efter vändning av knippet placera bränslepatronen i styrstavsposition mäste styrstavsledrören vid sina bägge ändzoner utföras med en mindre inre diameter än inre diametern i styrstavsledrörens mitt- parti så att nämnda ändzoner bildar en bromssträcka för styrstavar som vid snabbstopp av kärnreaktorn bringas att falla ned i styrstavsledrören.

Därvid mäste inbromsning av styrstavarna ske oberoende av vilken ände pà styrstavsledrören som vändes mot bottenplattan.

I ett andra alternativ kännetecknas uppfinningen av att àtgärderna enligt alternativ ett vidtages, dock icke nödvändigtvis i angiven ordningsföljd, samt att kopplingsorganen innefattar en första och en andra bärplatta som anordnas löstagbart sammankopplingsbara med sàväl en i topplattan anordnad tryckplatta som en i bottenplattan anordnad stödplatta. Styrstavsledrörens respektive ändar anordnas i bärplattorna.

Detta ger en elegant lösning pà problemet att med ledrören tjänande som bärande struktur och alltså fixerade vid spridarna vända knippet utan att behöva lösgöra ledrören var för sig från topp- respektive bottenplatta.

Detta innebär att ledrörens individuella infästningar i första och andra bärplattan inte behöver vara kompatibla utan endast att både första och andra bärplattan skall passa i respektive tryck- och stödlatta. Vänd- ningen av knippet kan därigenom ske betydligt snabbare än i första alternativet.

Liksom i alternativ ett gäller att om man efter vändningen av knippet önskar placera bränslepatronen i styrstavsposition mäste styrstavsledrören vid sina bägge ändzoner utföras med en bromszon för snabbstopp, så att inbromsningen av styrstavarna kan ske oberoende av vilken ände pà styr- stavsledrören som vändes nedåt.

I ett tredje alternativ kännetecknas uppfinningen av att följande åtgärder vidtages dock icke nödvändigtvis i angiven ordningsföljd, a) bränslepatronen, innefattande bränslestavarna anordade i den bärande strukturen i sin tur innefattande vinkelskenor eller stänger vid vilka spridarna är anordnade sà att styrstavsledrören är utdragbara ur knippet, lyfts ut ur härden, b) 510 817 knippets bärande struktur lösgöres fràn topp- och bottenplattan, styrstavsledrören lyfts, eventuellt tillsammans med topplattan, ut ur knippet, knippet, inklusive den bärande strukturen, vänds upp och ner, styrstavsledrören förs äter in i knippet och den bärande strukturens tidigare med bottenplattan förenade ändar förenas med topplattan och vice versa och styrstavsledrörens tidigare mot bottenplattan vända ändar anordnas liksom tidigare vända mot bottenplattan, bränslepatronen förs in pá lämplig plats i härden med bottenplattan liksom tidigare vänd nedàt. 510 817 Fördelen med detta alternativ är att styrstavsledrören icke behöver ha ett speciellt utförande då samma ände på dem kommer att vara vänd uppåt även efter vändningen av knippet.

I vissa speciella fall där styrstavsledrören är fixerade vid spridarna genom t ex en konstruktion som innebär att spridarna låses vid ledrören genom att dessa efter införandet i knippet vrides kring sin egen axel och därefter i t ex topplattan låses mot ytterligare vridning kan ledrören var för sig åter lösgöras ur knippet genom att låsningen i topplattan upphäves och ledröret vrides till införingsläge. I dessa fall tjänstgör ledrören som bärande struktur men kan alltså trots detta utdragas individuellt och därefter åter insättas i ett vänt knippe. Det förutsättes att kraven täcker även sådana utföringsformer då uppfinningens bärande idé är att efter ett antal driftcyklar på lämpligt sätt vända hela knippet i bränsle- patronen.

Det är vidare viktigt att se till att spridarna anordnas på sådant avstånd från varandra längs knippet, eller utformas med sådan förhöjd ramstruktur, att spridarna i en med ett vänt knippe försedd bränslepatron efter bränslepatronens införande i härden i sidled stöter mot en angränsande bränslepatrons motsvarande spridare tillhörande ett ej vänt knippe med åtminstone halv överlappning i höjdled. Skulle spridarna ej stödja mot varandra finnes risken att de skaver mot angränsande bränslestavar och därvid skadar höljet på dessa. Vidare bör spridarna vara utformade så att strömningsmotståndet genom dem är i huvudsak det samma oavsett från vilket håll de genomströmmas av reaktorns kylflöde.

I vissa fall kan dock ett förhöjt spridarmotstånd hos det vända knippet, som ju är relativt utbränt och lågbelastat, vara en fördel genom att mer kylvatten då kommer det färskare och mer belastade bränslet tillgodo.

Uppfinningen förstås enklast med hänvisning till bifogade figurer där fig 1 visar två bränslepatroner i en tryckvattenreaktor. Den högra bränslepatronen har efter viss drifttid vänts. Den bärade strukturen utgöres av styrstavsledrör. fig 2 visar ett snitt I-I och II-II av ett styrstavsledrör i figur 1 7 5104817 fig 3 visar överdelen av ett styrstavsledrör och fig 4 underdelen av samma styrstavsledrör. Ledröret har bromszon i bägge ändar, fig 5 visar schematiskt en bränslepatron med delbar topp- och bot- tenplatta enligt alternativ två, fig 6 visar schematiskt en bränslepatron vars bärande struktur utgöres av vinkelskenor enligt alternativ tre fig 7 visar den bärande strukturen från vilken topplattan med styrstavsledrör utdragits fig 8 visar den utdragna topplattan med däri hängande styrstavsledrör fig 9 visar en bränslestav.

I figur 1 betecknar 1 en bränslepatron försedd med ett knippe 2. Knippet 2 är sammansatt av ett stort antal långsträckta bränslestavar 3 (av vilka endast en visas i figuren) och likaledes långsträckta styrstavsledrör 4.

Knippet 2 sammanhålles av spridare 5. Styrstavsledrören 4 utgör här den bärande strukturen och är fixerade vid en topplatta 6 och en bottenplatta 7. Topplattan 6 är försedd med bladfjädrar 8 avsedda att hålla bränslepat- ronen på plats i härden. Den vänstra bränslepatronen 1 innehåller ett icke vänt knippe 2 medan knippet 2 i den högra bränslepatronen vänts upp och ned. Av figuren 1 framgår att spridarna 5 i de olika knippena 2 fortfar- ande stöder mot varandra med minst en halv överlappning.

Figur 2 visar styrstavsledrörens 4 kompatibla kopplingsorgan mot topp- och bottenplatta 6, 7. Styrstavsledröret 4 är vid sina ändar försett med på- bulade styrhylsor 9 och 10 som är lika så att de passar i respektive ur- tagningar 11 i topplattan 6 och 12 i bottenplattan 7 oberoende av vilken ände på styrstavsledröret 4 som vänds uppåt. Styrhylsorna 9 och 10 är för- sedda med en utbulning 13. 14 är en slitsad låshylsa som kan tryckas in från andra sidan av topp- respektive bottenplatta 6, 7 i hylsorna 9, 10.

Låshylsan 14 är också försedd med en utbulning 15 som är placerad så att den vid låshylsans 14 montering faller ned i utbulningen 13 varigenom 510 817 8 styrstavsledröret H låses fast vid topp- och bottenplatta 6, 7. För att förregla läsningen kan en förreglingshylsa 16 tryckas in i låshylsan lä.

Förreglingshylsan 16 kan vid bottenplattan 7 lämpligen förses med en strypning 17 för kylflödet.

Som synes är det tämligen enkelt att med speciella utdragare avlägsna förreglingshylsa 16 och låshylsa 14 varefter topp- och bottenplatta 6, 7 kan lösgöras och knippet 2 vändas upp och ned för att på samma sätt åter fixeras vid topp- och bottenplatta 6, 7.

Om bränslepatronen 1 vid införande i härden efter en vändning av knippet 2 skall placeras i styrstavsposition måste styrstavsledrören 4 förses med bromszon 18 i bägge ändar såsom framgår av fig 3 som visar övre delen av ett styrstavsledrör Ä och fig Ä som visar motsvarande nederdel. Som i tidigare figurer betecknas spridarna med 5. Bromszonen 18 bildas genom att styrstavsledröret Ä vid sina bägge ändzoner utföres med en mindre inre diameter än inre diametern i styrstavsledrörets Ä mittparti. Den skillnad som i figuren 3 visas mellan bromszonens 18 inre diameter och mellanpar- tiets inre diameter är grovt överdriven. I realiteten har mellanpartier i ett typiskt exempel en inre diameter av ca 11,3 mm och bromszonen ca ,1 mm. Styrsstavsledrörets Ä bägge ändzoner bildar därigenom en broms- sträcka för styrstaven som vid snabbstopp av kärnreaktorn får falla ned i styrstavsledröret Ä. Detta gäller oberoende av vilken ände på styrstavs- ledrören 4 som vändes mot bottenplattan 7.

Figur 5 visar en bränslepatron enligt alternativ två. I figuren betecknas som tidigare knippet med 2. Knippet 2 består av en bärande struktur av styrstavsledrör U och bränslestavar 3 och sammanhålles av spridare 5.

Knippet är försett med en topplatta 6 och en bottenplatta 7. Topplattan 6 är uppdelad i en första bärplatta 19 som är sammankopplad med en tryck- platta 20 med bladfjädern 8. Bärplattan 9 sammankopplas med tryckplattan medelst pinnar 21 som inskjutes i spåren 22.

Bottenplattan 7 är likaledes uppdelad i en andra bärplatta 23 och en stödplatta 24 och försedda med sammankopplingsorgan i form av pinnar 25 inskjutna i spåren 26. Första bärplattan 19 och andra bärplattan 23 är kompatibla, dvs första bärplattan 19 passar utan ändring stödplattan 24 och andra bärplattan 23 i tryckplattan 20. 9 510 817 Bârplattorna är försedda med ett flertal flödeshål 27 och 28 för kylvatt- net. Flödeshålen 27, 28 kan lämpligen utföras så att vid ej vänt knippe hålen har rundade kanter uppströms och skarpa kanter nedströms. När knip- pet 2 vänts blir strömningsriktningen genom hålen den motsatta varvid hålens utformning medför att deras strömningsmotstånd blir högre.

Detta kan vara en fördel då en delvis utbränd bränslepatron behöver mindre kylvatten än helt friska bränslepatroner. Genom att en bränslepatron med vänt knippe ges ett högre strömningsmotstånd dirigeras kylvattenströmmen i härden över till bränslepatroner med ej vända knippen. Det är även tänk- bart att utföra spridarna 5 så att deras strömningsmotstånd ökar i ett vänt knippe 2.

Styrstavledrören 4 förses nedtill med ledrörspluggar som kan sammankopplas till en enhet medelst ett ok 29 som kan kopplas till stödplattan 24. Styr- stavsledrören 4 bör lämpligen vara försedda med bromszoner 18 i bägge ändar såsom visas i figurerna 3 och U.

När knippet 2 i en bränslepatron enligt figur 5 skall vändas utdrages först pinnarna 21, 25 ur spåren 22, 26 varvid första bärplattan 19 lös- göres från tryckplattan 20 och andra bärplattan 23 från stödplattan 2ü.

Därefter får tryckplatta 20 och stödplatta ZH på lämpligt sätt byta plats och förenas med andra respektive första bärplattan genom att pinnarna åter inskjutes i sina respektive spår. Andra bärplattan 23 och tryckplattan 20 kommer nu att tillsammans bilda bränslepatronens nya topplatta 6 och första bärplattan 19 och stödplattan Zü bottenplattan 7. Bränslepatronen insättes sedan på lämplig plats i härden med bottenplattan nedåt inne- bärande att bränslepatronen nu opererar med ett vänt knippe 2.

Figur 6 visar ett tredje alternativ av uppfinningen med en bärande struk- tur av vinkelskenor 30. Vinkelskenorna 30 är fixerade vid topp- och bot- tenplatta 6, 7. Spridare 5 är förenade med vinkelskenorna 30. I spridarna är ett flertal bränslestavar 3 inskjutna av vilka i figuren endast en visas. Knippet 2 består dessutom av styrstavsledrör som är inskjutna i knippet 2 och i detta fall förhindras att röra sig i höjdled endast genom en låsning till topplattan 6 och eventuellt till bottenplattan 7. Detta innebär att när topplattan 6 lossats från vinkelskenorna 30 och eventuellt styrstavsledrören H från bottenplattan 7 så kan styrstavsledrören 4 till- sammans med topplattan 6 dragas ut ur knippet 2 såsom framgår av figurerna 7 och 8. I figuren 6 visas schematiskt att bränslestavarna 3 sitter kvar i knippet 2. 510 817 10 Vinkelskenorna 30 lösgöres nu ocksà fràn bottenplattan 7 och knippet 2 vändes upp och ned och fästes äter vid bottenplattan 7 nu alltsà med den tidigare överdelen mor bottenplattan. Därefter införes styrstavsledrören 4 upptill i knippet 2 och skjutes in i knippet 2 sà att topplattan 6 àter kan fästas vid den bärande strukturen av vinkelskenor 30. I detta utför- ande behöver styrstavsledrören 4 ej förses med kompatibla kopplingsorgan mot topp- och bottenplattan 6,7 ej heller med bromszoner 18 i bägge Spridarna 5 kan även tillåtas vara förskjutna i höjdled.

Figur 9 slutligen visar en bränslestav 3 med ett hölje 31 av Zircaloy och kutsar 32 av urandioxid. Staven är försedd med fissionsgasutryrnrne i bàda Detta är känd teknik men är speciellt lämpligt vid vändning av knippet 2.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 If g 510 817 PATENTKRAV

1. Förfarande för att i en kärnkraftreaktor av tryckvattentyp (PWR) förlänga livslängden för en bränslepatron (1) genom att efter viss bestämd drifttid vända i denna innehállna làngsträckta bränslestavar (3) upp och ner, dvs l80° kring en mot bränslestavarnas längsaxel vinkelrät axel, bränslepatronen (1) innefattande ett knippe (2) av bränslestavar (3) och styrstavsledrör (4) som sammanhàlls längs knippet (2) av på lämpligt avstånd fràn varandra anordnade spridare (5), där spridarna (5) är förenade med en längs med knippet löpande bärande struktur pà sàdant sätt att spridarna (5) förhindras att glida längs knippet, där styrstavsledrören vid knippets ena ände är sammankopplade med en topplatta (6) och eventuellt med en bottenplatta (7) kännetecknat därav att följande àtgärder vidtages, dock icke nödvändigtvis i angiven ordningsföljd, (1), innefattande bränslestavarna (3) anordnade i den bärande strukturen i sin tur innefattande a) bränslepatronen vinkelskenor (30) eller stänger vid vilka spridarna (5) är anordnade sà att styrstavsledrören (4) är utdragbara ur knippet (2), lyfts ut ur härden, b) knippets bärande struktur lösgöres fràn topp- och bottenplattan (6, 7), c) styrstavsledrören eventuellt tillsammans med (6), (4) lyfts, topplattan ut ur knippet (2), d) knippet (2), inklusive den bärande strukturen (4, 5, 30), vänds upp och ner, lO 15 20 25 30 35 510 817 f: e) styrstavsledrören (4) förs áter in i knippet (2) och den bärande strukturens (4, 5, 30) tidigare med bottenplattan (7) förenade ändar förenas med topplattan (6) och vice versa och styrstavsledrörens (7) vända (7), (4) tidigare mot bottenplattan ändar anordnas liksom tidigare vända mot bottenplattan f) bränslepatronen (1) förs in pà lämplig plats i härden med bottenplattan (7) liksom tidigare vänd nedåt.

2. Förfarande för att i en kärnkraftreaktor av tryckvattentyp (PWR) förlänga livslängden för en bränslepatron (1) genom att efter viss bestämd drifttid vända i denna innehállna làngsträckta bränslestavar (3) upp och ner, dvs l80° kring en mot bränslestavarnas längsaxel vinkelrät axel, bränslepatronen (1) innefattande ett knippe (2) av bränslestavar (3) och styrstavsledrör (4) som sammanhàlls längs knippet (2) av pá lämpligt avstånd fràn varandra anordnade spridare (5), där spridarna (5) är förenade med en längs med knippet löpande bärande struktur på sådant sätt att spridarna (5) förhindras att glida längs knippet, där styrstavsledrören vid knippets ena ände är sammankopplade med en topplatta (6) och eventuellt med en bottenplatta (7) kännetecknat därav att följande åtgärder vidtages, dock icke nödvändigtvis i angiven ordningsföljd, (1), anordnade i den bärande strukturen i sin tur innefattande a) bränslepatronen innefattande bränslestavarna (3) styrstavsledrören (4) och ett flertal spridare (5), där styrstavsledrören (4) är anordnade vid topp- och bottenplattan (6, 7) medelst kompatibla kopplingsorgan, lyfts ut ur härden, b) styrstavsledrören (4) (6, 7), lösgöres från topp- och bottenplattan c) knippet (2) inklusive den bärande strukturen (4, 5) vänds upp och ner, d) styrstavsledrörens (4) tidigare med bottenplattan (7) förbunda ändar förenas med topplattan (6) och vice versa, 10 15 20 25 30 35 ß 510 817 e) bränslepatronen (1) förs in pá lämplig plats i härden med bottenplattan (7) liksom tidigare vänd nedàt.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav att kopplingsorganen innefattar sammanfogade kompatibla styrhylsor (9, 10) vilka anordnas att samverka med likaledes kompatibla làshylsor (14), vilka làshylsor (14) anordnas inskjutbara i topp- respektive bottenplattan (6, 7) i en riktning motsatt styrstavsledrörens ínskjutningsriktning.

4. Förfarande enligt patentkrav 3, kännetecknat därav att en förreglingshylsa (16) anordnas inskjutbar i làshylsan (14) för förregling av den senare.

5. Förfarande enligt patentkrav 4 kännetecknat därav att (16) vid bottenplattan (7) för kylvatten för upprätthållande av ett litet förreglingshylsan förses med en strypning (17) renhållnings- eller dränageflöde i styrstavsledrörets (4) nederände. kännetecknat därav att (19) (23) bärplatta som anordnas löstagbart sammankopplingsbara med sàväl

6. Förfarande enligt patentkrav 2, kopplingsorganen innefattar en första och en andra en i topplattan anordnad tryckplatta (20) som en i bottenplattan anordnad stödplatta (24) och att styrstavsledrörens respektive ändar anordnas i bärplattorna.

7. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav att styrstavsledrören (4) vid sina bägge ändzoner utformas med en mindre inre diameter än inre diametern vid styrstavsledrörens (4) mittparti sà att vid nämnda ändzoner utbildas en bromszon (18) vilken ände av styrstavsledrören (4) (7). för styrstavar vid snabbstopp av kärnreaktorn, oberoende av som vänts mot bottenplattan 510 817 i?

8. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav att spridarna (5), som eventuellt förses med förhöjd ram, anordnas pà ett sådant avstånd fràn varandra längs knippet (2) att spridarna i en med vänt knippe (2) försedd bränslepatron i härden i sidled stöder mot en angränsande bränslepatrons motsvarande spridare (5) med åtminstone halv överlappning i höjdled oberoende av om nämnda bränslepatron vänts upp och ner eller ej.