SE531040C2 - Fördelad samling av dellånga kärnbränslestavar för ett reaktorbränsleknippe - Google Patents

Description

531 040 2 De kända konfiguratzionerna av dellånga brânslestavar i ett brânsleknippe ger inte optimal kritisk reaktorefiekt och/ eller avstâllningsmarginal.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN I en exempelutíöringsform av föreliggande uppfinning har en kokvattenreaktor minst ett brânsleknippe med en mantelvâgg och motsatta öppningar. Minst en fluidpassage är anordnad innanför mantelvâggen och sträcker sig mellan de mot- satta öppningar-na. Ett flertal brånslestavar âr anordnade innanför mantelvâggen utanför fluidpassagen. Brånslestavarna innefattar både hellânga brânslestavar och dellånga brånslestavar. De dellånga brånslestavarna år fördelade på två grupper. En första stavgrupp innefattar dellånga brânslestavar som år fördelat anordnade intill fluidpassagen. En andra stavgrupp innefattar dellånga bränsle- stavar som alla år fördelat anordnade innanför och omedelbart intill mantelvåg- gen. Var och en av den första och den andra gruppen innefattar minst ett par av närbelägna dellånga brânslestavar.

De hellånga brånslestavar som âr fördelade kring brânslelcriippets periferi skapar en brânslerik zon. Genom att de dellånga brânslestavaina fördelas på grupper och en av grupperna placeras omedelbart intill brânsleknippets mantelvågg fås lokalt ökade vattenvolymer både intill och utanför de dellånga brânslestavarna.

Gruppen av dellånga bränslestavar belägna omedelbart intill peñferin är ytter- ligare fördelade på. undergrupper, som var och en har en brânslestav eller, exem- pelvis, par av dellånga brânslestavar. Efter en reaktoravstållning kommer vatten som strömmar genom reaktorn att samlas ovanför de grupperade dellånga bräns- lestavaina för att bilda vattenfållor. De vattenfâllor som är bildade ovanför undergrupperna innehållande parade dellånga brånslestavar fångar neutroner i större mängder genom att det finns en större lokal volym av vatten intill den brânslerika zonen och en liten minskning av totalt bränsle omedelbart intill mantelvâggen. Avstållningsmargínal erhålls därför i ett brânslekxiippe som bättre utnyttjar de dellånga brânslestavarna.

Ytterligare tillåmpningsområden för föreliggande uppfinning framgår av den hår- eiter följande utförliga beskrivningen. Det skall påpekas att den utförliga beskriv- ningen och sårsldlda exempel visserligen âr inriktad på den exemplifierande ut- 531 O4Ü 3 föringsformen av uppfinningen men är avsedda endast som belysning av upp- finningen och ej är avsedda att begränsa uppfinningens omfattning.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen framgår närmare av den hårefter följande beskrivningen och de medföljande rimingarna.

Fig. 1 är en perspektivvy av ett bränsleknippe för en exemplifierande utfórings- form av uppfinningen; Fig. 2 visar ett snitt taget vid linjen 2-2 i fig. l och visar ett exemplifierande arrangemang av korta brånslestavar anordnade i två. stavgnipper i enlighet med uppfinningen; och Fig. 3 är en snittvy liknande den i fig. 1 och visar en alternativ utfóringsform av uppfinningen med en enda vattenpassage i stället för två vattenpassager och ett alternativt arrangemang av en yttre eller perifer stavgrupp enligt uppfinningen.

UTFORLIG BESKRIVNING Följande beskrivning av de exemplifierande utföringsformema år endast exernplí- fierande och inte avsedd att på något sätt begränsa uppfinningen, dess fillâmp- ning eller användning.

Fig. 1 visar ett bränslekriippe 10 enligt föreliggande uppfimiing. Brânsleknippet har en kanal 12 som innesluter ett flertal bränslestavar 14. Varje brânslestav 14 innehåller ett flertal brânslekutsar 16. Bränslestavarna kan indelas i en grupp av hellånga brânslestavar 18 och en grupp av dellånga brånslestavar 20.

Varje bränslestav 14 har en stödânde 21 som stöds av ett undre stavstöd 22. Ett mellanliggande stavstöd 24 år anordnat att stöda varje hellång brånslestav 18 ungefär vid dess mittpartí och en distal ände av varje dellång bränslestav 20. Ett övre stavstöd 26 år anordnat att stöda en övre ände av varje hellång brânslestav 18. Om så erfordras kan ytterligare stavstöd (ej visade] vara anordnade för att stöda brânslestavarna 14. 531 G40 4 En ínmatningsånde 27 på brånsleknippet 10 bildar en inloppsöppning 28 intill det undre stavstödet 22 för att medge inflöde av vatten i brânsleknippet 10. Vat- ten strömmar uppåt genom brånslekiaippet 10, ivilket det upphettas för att bilda ånga. Ångan utmatas från ett flertal utloppsöppnirigar 30 belägna vid en utmat- ningsânde 3 1 på brânsleknippet 10. Ett lyftelement 32 bildar ett mekaniskt lyft- organ för brânslekriippet 10 så att detta kan installeras i och avlägsnas från en kokvattenreaktor försedd med ett flertal brânslekníppen 10.

Som framgår bäst av fig. 2 har brånsleknippet 10 även en inre mantelvâgg 34 som utgör del av kanalen 12 och inrymmer brânslestavarna 14 och en eller flera vattenpassager 36. I den i fig. 2 visade ufiöringsformen finns två vattenpassager 36, var och en belägen intill en långsmittlinje 37 för brânsleknippet 10. Bränsle- stavarna 14 år anordnade i en 10x10 rad/ kolumn-konfigulrafion med tio rader 43 och tio kolumner 45 inom ett allmänt kvadratiskt eller rektangulârt format brånsleknippe 10. Varje bránslestav 14 befinner sig intill minst en arman bräns- lestav 14 i ett ”sida-mot-sida”-parat arrangemang eller ett ”sida-diagonalfl-parat arrangemang. Det ”sida-mot-sidaf-parade arrangemanget 49 uppkommer mellan två närbelägna brânslestavar som år koaxiellt anordnade utmed en gemensam mittlinje 47 (ßr överskådlighetens skull år endast en enda exemplifierande míttlinje 47 visad) som går genom antingen en av raderna 43 eller en av kolum- nerna 45 av brånslestavar 14. ”Sida-díagonalt” -arrangemanget uppkommer mel- lan två närbelägna brånslestavar som inte är koaxiellt anordnade utmed någon av de gemensamma mittlinjerna 47 som går genom raderna 43 eller kolumnerna 45 av brânslestavar 14.

De dellånga bränslestavarna 20 år ordnade i två grupper. En första stavgrupp 38 år placerad intill vattenpassagerna 36 och innefattar två undergrupper av del- långa brånslestavar 20 placerade på motsatta sidor om vattenpassagerna 36.

Vaije sådan undergrupp innefattar tre dellånga brånslestavar som bildar två par av närbelägna dellånga brånslestavar 20. En andra stavgrupp 40 âr placerad omedelbart intill den inre mantelvâggen 34 och år exempelvis fördelad på det i fig. 2 visade sättet på närbelägna undergruppspar 41 av dellånga brånslestavar . Varje undergruppspar 41 av dellånga brånslestavar 20 bildande den andra stavgruppen år fördelat till ungefär mitten av varje rak del av den inre mantel- väggen 34. Varje dellång brånslestav 20 ingående i den andra stavgruppen 40 år 531 ÛÅÛ placerad i ”sida-mot-sida”-arrangemanget med varje nârbelägen dellång bräns- lestav 20.

Ett flertal bränsleknippen 10 installeras i ett reaktorkârl (ej visat) för att bilda en kokvattenreaktor. När kokvattenreaktorn år i avställt eller i ej kritiskt driftstill- stånd, strömmar vatten kontinuerligt (ex.vis med hjälp av externa pumpar) ge- nom varje bränslekriippe 10 för att vidmakthålla lämplig reaktorkylning. I detta tillstånd fylls var och en av vattenpassagerna 36 med en vattenvolym 42. En void ovanför var och en av de dellånga brånslestavarria 20 fylls också med vatten.

Dessa voider verkar som vattenfâllor 44 (se fig. 1), vilka tillsammans med vatten- volymen 42 fångar neutroner som fortfarande avges. Genom att neutroner fångas fås en avstållningsmarginal som hindrar reaktorn att nå kriticitet, som ej är önskvärd i detta tillstånd. Som framgår bäst av fig. 2 fördelar de dellånga bräns- lestavar som är grupperade till den första stavgruppen 38 och den andra stav- gruppen 40 samlade grupper av dellånga brånslestavar på sådant sätt, att sam- lade grupper av vattenfâllor 44 bildas ovanför undergrupperna av de dellånga bränslestavarna i det avstâllda tillståndet. Intill kanalinmamingsänden 27 har kanalen 12 även en kanalanslutningsände 46 som används för att koppla in ka- nalen 12 i en kokvattenreaktor (ej visad). Vattenpassagen 36 som visas i denna utfóringsform är utförd som ett par av cirkulârt formade rör 48 men ett eller flera cirkulåra eller på annat sätt formade rör 48 kan användas.

I fig. 3 visas en annan utföringsform av föreliggande uppfinning, Element som är gemensamma med utförmgsformen i fig. 2, inbegripet men ej begränsat till stö- den, öppningarna, lyftorganet osv., är utelämnade för tydlighetens skull. En bränslepatron 100 har ett flertal hellånga brånslestavar 102 och ett flertal del- långa bränslestavar 104. En ensam vattenpassage 106 med kvadratisk form finns i denna utlöringsform. Det framgår att denna enda vattenpassage 106 år placerad excentriskt inom brânsleknippet 100. Att märka år att vattenpassagen även kan vara placerad centralt i brânsleknippet 100. En kanal 108 är utförd med kvadratisk form för denna andra uttöringsform av bränslelmippet 100.

Kanalen 108 har en inre mantelvâgg 110 liknande den som år visad i fig. 2.

I likhet med den i fig. 2 visade utföringsformen har utföringsformen i fig. 3 ett 10x10 rad/ kolumn-arrangemang av bränslestavar. Uppfinningen är inte be- 531 C140 6 gränsad till 10x10~arrangemang av bränslestavar och IOxIO-arrangemanget år därför endast visat som ett exemplifierande arrangemang av brânslestavar. Lik- som i arrangemanget i fig. 2 är var och en av de dellånga bränslestavarna fór- delad på en av två stavgrupper. En första stavgrupp 1 12 är placerad intill vatten- passagen 106. Den första stavgruppen innefattar två under-grupper placerade vid ett hörn på vattenpassagen 106. Varje undergrupp innefattar ett par av närbe- lägna dellånga brânslestavar 104. En andra stavgrupp är fördelad som parade dellånga bränslestavar 1 16 och ensamma dellånga bränslestavar 1 18. Den andra stavgruppen 1 14 är fördelad kring bränsleknippets 100 peiiferi omedelbart intill den inre mantelväggen 1 10. Vattenpassagen 106 är visad placeradexcentriskt i förhållande till den längsgående mittlinjen 1 10 för kanalen 108 och är represen- terad av ett rör 122 med rektangulär form.

I likhet med det brånsleknippe 10 som har beskrivits ovan med hänvisning till fig. 1 och 2 har arrangemanget av brânslekiiippet 100 den andra stavgruppen 1 14 med de parade -dellånga brânslestavar-na 1 16 och de ensamma dellånga brânslestavarna 1 18 fördelade ungefär vid mitten på var och en av kanalens 108 väggar. På grundval av IOXIO-brânslestavkonfigurationen och den excentriska placeringen av vattenpassagen 106 är ensamma dellånga bränslestavar 1 18 be- lägna i ett i det närmaste centralt läge utmed den inre mantelväggen 1 10. Läget för den första stavgruppen 112 och den andra stavgruppen 114 är exemplifie- rande på så. sätt att de dellånga bränslestavarna 1 16, 1 18 kan vara fördelade i andra konfigllrafioner än de som år visade i fig. 3.

Genom ökning av den totala neutronabsorptionshasfigheten med användning av den första och den andra guppen av dellånga bränslestavar enligt uppfinningen är en förbättrad avställningsmarginal möjlig för en kokvattenreaktor. Den för- bättrade avstållnirigsmarginalen uppnås genom en lokal ökning av vattenfällorna' ovanför dellånga bränslestavar genom parning eller gruppering av de dellånga brânslestavania på en yttre begränsning av bränsleknippet och intill vattenpas- sagerna. Selektivt åtskilda, större vattenfällor i kombination med vattenpassa- gerna ger en förbättrad avstållningsmargnal och minskad potential för ångut- slâpp utan väsentlig minskning av rektorns torrkokningskvot. 531 040 7 Beskrivningen av uppfinningen är av exemplifierande natur och variationer som inte avviker från det centrala i uppfinningen är därför avsedda att vara inom uppfinningens omfattning. Exempelvis visas här cirkulâra och kvadratiska vat- tenpassageometrier, men andra geometrier är också möjliga, inbegripet vatten- passager som år bildade helt enkelt genom uteslutning eller omflyttning av brânslestavar, vilket medger vattenflöde genom områden av brânsleknippet där brånslestavar inte är anordnade. Vattenpassagerna kan därför anta sin form beroende på den tillgängliga geometrin i bränslekxiippet. Rektangulâra, ovala, korsfonniga eller stjårnformiga vattenpassager kan också användas, antingen med yttre passagevåggar eller som friströmriingspassager. Både ensamma och parade vattenpassager âr visade här, men ytterligare mängder av vattenpassager kan också användas.

At märkaär även att ett kvadratiskt brânsleknippe är efiektivt för anordnande av en 8x8, en 8x9 eller en 10x10 rad/ kolumnkonfigxiraüon av brânslestavar, men uppfinningen år inte begränsad till ett kvadratiskt brânslelmippe. Uppfinningen kan tillämpas på varje brånsleknippegeometri, förutsatt att de dellånga bränsle- stavarna är ordnade i grupper där minst en grupp är anordnad omedelbart intill en ytter- eller mantelvägg för brânsleknippet, innefattar minst en dellång bräns- lestav och år åtskild från varje hörn av brånsleknippet av minst en hellång bränslestav. Sådana variationer skall ej anses vara en avvikelse från uppfin- ningens grundtanke och omfattning.

Claims (1)

1. 531 Cillü Patentkrav l. Brânslestavkanalanordning (10) omfattande: 10 15 20 25 30 35 en bränsleinneslutande kanal (12) som har en mantelvågg (34) och motsatta ändar (27, 31) och innefattar två mellan de motsatta ändarna gående, av rör (48) bildade fluidpassager (36) innanför mantelvâggen (34): och ett flertal i kanalen (12) i rader och kolumner placerade brânslestavar (14) vilka omfattar både hellånga bränslestavar (18) och dellånga brånslestavar (20), varvid de dellánga brânslestavama (20) är fördelade på två stavgrupper (38, 40) innefattande: en första stavgrupp (38), som âr bildad av dellånga bränslestavar (20) vilka alla år fördelat anordnade intill fluidpassagerna (36) och omfattar två undergrupper, som år anordnade i spegelsymmetrisk relation till varandra längs en lângsmittlinje (37) mellan de två fluidpassagerna (36) och som var- dera omfattar tre dellânga brânslestavar (20), vilka bildar två par av intill varandra belägna dellånga branslestavar, av vilka en år gemensam för båda paren och placerad närmare längsmittllnjen än de andra, och en andra stavgrupp (40) av dellånga bränslestavar (20) som alla är fördelat anordnade innanför och närmast intill mantelvåggen (34) och omfattar fyra par (41) av dellånga brånslestavar , vilka âr centralt belägna i var sin av de två närmast kanalvåggens insida (34) belägna raderna och kolumnerna. Anordning enligt patentkrav l, i vilken en void bildad ovanför var och en av de dellånga brânslestavarna (20) tillsammans med fluidpassagerna (36) bildar en vattenfälla (44) när den innehåller en fluid (42) för att verksamt fånga neutroner. Anordning enligt patentkrav 1, ytterligare innefattande: 10 15 20 25 30 35 531 Û4Ü 9 en allmänt parallell anordning av brânslestavarna [14] och minst ett stödelement (22, 24. 26] som år anslutet till kanalen (12) för att ekvidistant sprida närbelägna brånslestavar (14) inom den allmänt paral- lella anordningen. Anordning enligt patentkrav 3, i vilken de motsatta ändarna omfattar: en undre inmatningsande (27) med en första stödkonstniktion (22) för upp- tagande av en undre ände (21) på var och en av brånslestavarna (14) och fluidpassagen (36): och en övre utmatningsânde (31) med en andra stödkonstruktion (26) för upp- tagande av var och en av de hellânga brânslestavarna (18) och fluidpassa~ gen (36). Anordning enligt patentkrav 4, i vilken kanalen (12) även har en anslut- ningskonstruktlon (46) för montering av densamma. Reaktorbrânslestavkanal med: en i stort sett ihålig kanalkropp (108) som har en mantelvågg (1 10): ett flertal av både hellånga (102) och dellånga (104) bränslestavar anordnade inuti kanalkroppen (108), var och en anordnad i en av ett flertal rader och en av ett flertal kolumner av brånslestavarna; en mittlinje gående genom var och en av raderna och var och en av kolum- nerna så att närbelägna bränslestavar (102, 104) på var och en av rnitt~ linjerna bildar vart och ett av ett flertal sida-mot-sida-par av bränslestavar; och en i tvärsnitt rektangulär. av ett rör (122) bildad ensam vattenpassage (106) placerad i den av radema och kolumnerna bildade matrisen. 10 15 20 25 53'| 040 10 varvid de dellånga brånslestavarna (104) är sârskiljbani till två stavgrupper inne- fattande: en första stavgrupp (1 12] skild från mantelväggen (110) och belägen intill vattenpassagen, så att minst en av de hellânga bränslestavarna (102) är placerad mellan varje dellång bränslestav (104) i den första stavgruppen (1 12) och mantelvåggen (1 10); och en andra grupp (1 14) som har dellånga brånslestavar (104) placerade intill mantelväggen (l 10), och varvid den första stavgruppens (112) dellànga bränslestavar (104) bildar två brånslestavpar anordnade på var sin sida om ett hörn på vattenpassagen (106) och den andra stavgruppen (1 14) omfattar två par av dellånga bränslestavar och två oparade dellånga brànslestavar och dessa par och oparade brânslestavar år anordnade i var sin av matrisens yttersta rader och kolumner, företrädesvis i ett i det närmaste centralt läge i respektive rad. Bränslestavkanal enligt patentkrav 6, vilken har ett fast avstånd mellan närbelägna brånslestavar (102, 104) utmed var och en av raderna och kolumnerna. Brånslestavkanal enligt patentkrav 6, i vilken en void bildad ovanför var och en av de dellånga brânslestavarna (104) tillsammans med fluidpassagen (106) bildar en vattenfälla när den innehåller en fluid för att verksamt fånga neutroner.