DE1061452B - Haltevorrichtung fuer Kernreaktor-Brennstoffelemente - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für Brennstoffelemente eines Kernreaktors, in dem die Brennstoffelemente in senkrecht verlaufenden Brennstoffkanälen übereinander angeordnet sind und sich unabhängig voneinander mit Hilfe von an den Brenn-Stoffelementen schwenkbar gelagerten Streben abstützen, die aus einer eingezogenen Stellung in eine ausgespreizte Stellung verstellbar sind, in welcher sie mit einem Stützrand im Brennstoffkanal zusammenwirken, ίο

Ein Brennstoffelement dieser Art wird beispielsweise im Patent 1 029 495 vorgeschlagen; bei dieser Anordnung sind die Streben durch Federn in ihre ausgespreizte Stellung vorgespannt, derart, daß der Greifkopf eine Einziehvorrichtung aufweisen muß, mittels der die Streben in der eingezogenen Stellung gehalten werden, wenn das Brennstoffelement in den Brennstoffkanal herabgelassen wird. Dies erfordert eine komplizierte Ausbildung des Greifkopfes und des mit diesem zusammenwirkenden oberen Behälterendes des Brennstoffelementes; die Beschickungsvorrichtung wird dadurch in erhöhtem Maße störanfällig, was im aktivein Bereich eines Kernreaktors äußerst unerwünscht ist.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird ein Brennstoffelement der oben beschriebenen Art gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die Streben am Brennstoffelement schwenkbar, in solcher Weise angebracht sind, daß sie, wenn das Brennstoffelement frei an einem Greifkopf herabhängt, von selbst die eingezogene Stellung einnehmen und daß mit den Streben zusammenwirkende Führungsmittel vorgesehen sind, die gegenüber der Strebenlagerung raumfest sind und bewirken, daß die Streben bei einer Abwärtsbewegung der Strebenlagerung gegenüber den Führungsmitteln automatisch in die ausgespreizte Stellung bewegt werden.

Gegenüber dem obenerwähnten älteren Vorschlag hat die Ausbildung eines Brennstoffelementes gemäß der Erfindung den Vorteil, daß die Streben beim Herabhängen des Elementes am Greifkopf automatisch die eingezogene Stellung einnehmen und beim Instellungbringen des Brennstoffelementes automatisch in die ausgespreizte Stellung bewegt werden, in welcher sie die Abstützung des Brennstoffelementes gewährleisten.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Weise ausgebildet, daß die Streben an einem greiferartigen Teil angebracht sind, welcher mit dem Oberende des Brennstoffteiles für eine begrenzte axiale Bewegung gegenüber dem Brennstoff teil im Eingriff steht. Die Führungsteile sind an dem Brennstoffteil selbst angeordnet, so daß, wenn der Brennstoffteil an einem Greiferkopf mittels des greiferartigen Teiles Haltevorrichtung
für Kernreaktor-Brennstoffelemente

Anmelder:
The English Electric Company Limited,
London

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 15. Juni 1956

Arthur Shillitto, Terence Ingham
und Douglas Frank Seymour, Whetstone, Leicester,
Leicestershire (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

aufgehängt ist, die Führungsteile die Streben in der inneren Lage halten. Wenn der Brenmstoffteil auf eine Stütze im Brennstoffkanal herabgelassen ist, veranlaßt eine weitere Abwärtsbewegung des greiferartigen Teiles gegenüber dem Brennstoffteil die Führungsteile, die Streben in die äußere Lage zu bewegen, in welcher sie den Stützrand oder Anschlag berühren und den greiferartigen Teil in einer solchen Lage halten, daß er eine unabhängige Stütze für den als nächsten in den Brennstoffkanal zu senkenden Brennstoffteil darstellt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich darin, daß die Streben am unteren Ende des Brennstoffteiles gelenkig angebracht sind und in Richtung auf die innere Lage vorgespannt sind, wobei die Führung getrennt im Brennstoffkanal angeordnet ist und die Streben· selbsttätig aus der inneren in die äußere Lage bewegt, während die Streben sich dem Stützrand oder Anschlag nähern, wodurch die Streben eine unaibhängige Stütze für den Brennstoffteil selbst bilden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der·' auf einen Reaktor mit Graphitmoderator angewandten Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. In dieser zeigen

Fig. 1 und 2 im Aufriß, teilweise im Schnitt bzw. in Draufsicht eine Ausführungsform der Erfindung und

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Fig. 3 und 4 ebenfalls im Aufriß und teilweise im Schnitt zwei andere Ausführungsformen der Erfindung.

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, weist ein Behälter 10, der eine Menge spaltbaren Materials enthält, an seinem unteren Ende einen kegeligen Endklotz 11 und an seinem oberen Ende ein sternförmiges Gebilde 12 auf. Das sternförmige Gebilde (im folgenden »Stern« genannt) besitzt drei radial nach außen stehende, gleichmäßig verteilte, mit Schlitzen versehene Arme 13. Mit •dem oberen Ende des Behälters steht ein weiterer Stern 14 im Eingriff. Dieser besitzt drei radial nach außen stehende, gleichmäßig verteilte, geschlitzte Arme. 15. An jedem dieser Arme ist mit Hilfe eines Drehzapfens 16 eine Haltestrebe 17 drehbar angebracht. In der oberen Fläche des Sternes 14 ist eine konische Vertiefung 18 vorgesehen. Jede Strebe 17 ist so angeordnet, daß sie in dem Schlitz des entsprechenden Armes 13 des Sternes 12 gleitet und hat eine solche Form, daß, wenn der Behälter an einem nicht dargestellten Greiferkopf hängt, dessen Klauen unter den Stern 14 greifen·, ein in der Nähe des äußeren Endes des Armes 13 angeordneter Stift 19 gegen eine an der Strebe vorgesehene Lauffläche 20 drückt. Hierdurch wird die Strebe in einer solchen Lage gehalten, daß eine an ihr vorgesehene Klaue 21 unter den Stern 12 greift, so daß die Haltestreben in einer zurückgezogenen oder inneren Lage innerhalb eines von den Armen 13 begrenzten Kreises gehalten werden.

Der von dem Greiferkopf in dieser Weise gehaltene Behälter wird in den Brennstoffkanal 22 im Reaktorherz gesenkt, bis der untere Endklotz 11 auf einen Sitz 23 aufsetzt. Dieser Sitz kann im Falle des ersten in den Kanal hineinzulassenden Behälters ein Teil einer am Boden des Kanals vorgesehenen stoßabsorbierenden Einrichtung sein und im Falle der übrigen Behälter in dem Hältestern 14 des vorher eingesetzten Behälters vorgesehen sein.

Aus dem Vorstehenden gebt hervor, daß, wenn der untere Endklotzll auf den Sitz 23 aufsetzt, die Haltestreben 17 von dem Gewicht des Behälters entlastet werden. Durch eine weitere Abwärtsbewegung des Haltesternes 14 werden dann alle Haltestreben 17 selbsttätig um ihre Drehzapfen 16 auswärts bewegt. Dies geschieht unter dem Einfluß einer weiteren an der Strebe vorgesehenen Lauffläche 24, welche eine konische Fläche25 des Sternes 12 berührt. DieStreben -werden auf diese Weise in eine äußere, gestrichelt dargestellte Lage bewegt.

In dieser Lage dringen die Streben in eine ringförmige Vertiefung 26 ein, welche im oberen Teil des Graphitblockes 27 ausgebildet ist, und ruhen auf einem Ring 28 am Boden der Vertiefung. Die Streben bilden auf diese Weise eine unabhängige Unterstützung für den als nächsten in den Brennstoffkanal einzulassenden Behälter.

Die Arme 13 des Sternes 12 dienen zusätzlich zum Zentrieren des Behälteroberendes im Kanal. Die Arme 15 des Sternes 14 dienen zusätzlich zum Zentrieren dieses Sternes und damit des nächsten darüberliegenden Behälters im Brennstoffkanal.

Wie Fig. 3 zeigt, kann der als Ganzes mit 40 bezeichnete Brennstoffbehälter an seinem unteren Ende einen Haltestern 41 aufweisen, welcher drei radial vorstehende, gleichmäßig verteilte Arme 42 aufweist. Der Behälter kann an seinem oberen Ende einen Zentrierstern 43 mit drei radial vorstehenden, gleichmäßig verteilten Armen44 aufweisen. DerQuerschnitt dieses Sternes ist so gewählt, daß zwischen den

Armen eine ringförmige abgeschrägte Fläche 45 vorgesehen ist.

An jedem der Arme 42 des Haltesternes 41 ist gelenkig eine Haltestrebe 46 angebracht, an der eine Lauffläche 47 vorgesehen ist. Die Haltestreben sind durch Federn in Richtung auf die dargestellte Einschwenk- oder Innenstellung vorgespannt. Die Laufflächen arbeiten, wie weiter unten beschrieben wird, mit einem abgeschrägten Teil 48 zusammen, der, wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform, entweder ein Teil einer stoßaufnehmenden Einrichtung oder ein Teil des vorher eingesetzten Behälters ist. Die Drehzapfen für die Haltestreben sind mit 50 bezeichnet.

Der Behälter 40 wird in den Brennstoffkanal 49 mit Hilfe eines, nicht dargestellten Greiferkopfes hineingelassen. Der Greiferkopf besitzt Klauen, die unter eine Schulter 51 im Oberende des Behälters greifen. Beim Absenken des Behälters berühren die Laufflächen 47 der Haltestreben 46 den abgeschrägten Teil 48.,. woraufhin die Streben um die Drehzapfen 50 in die gestrichelt dargestellte äußere Lage geschwenkt werden. In dieser Stellung tritt jede Strebe in eine ringförmige Vertiefung 52, die im oberen Ende des Graphitblockes 53 ausgebildet ist, ein und ruht auf einem .am Boden der Vertiefung angeordneten Ring 54.

Der Behälter ist auf diese Weise nun unmittelbar im Brennstoffkanal durch die Haltestreben 46 unterstützt. Das untere Ende des Behälters ist im Kanal durch Fortsätze 55 der Arme 42 und das obere Ende mit Hilfe der Arme 44 des Sternes 43 zentriert.

Danach wird der nächste Behälter in den Brennstoffkanal hineingelassen, und seine Haltestreben werden selbsttätig nach außen in eine gleichartige ringförmige Vertiefung 56 hineingeschwenkt, die im oberen Ende des Graphitblockes 57 vorgesehen ist, wenn die Laufflächen der Haltestreben die abgeschrägte Fläche 45 des Sternes 43 berühren. Auf diese Weise ist jeder Behälter unabhängig im Brennstoffkanal gehaltert.

Wie Fig. 4 zeigt, weist ein als Ganzes mit 60 bezeichneter Behälter an seinem Unterende einen konischen Endklotz 61 und an seinem Oberende einen Stern 62 auf, der drei radial nach außen stehende, gleichmäßig verteilte, geschlitzte Arme 63 besitzt. Ein mit einem Flansch versehenes Halteglied 64 ist in einen Fortsatz des Sternes 62 eingeschraubt und steht im Eingriff mit einem weiteren Stern 66, der an seinem Unterende einen Innenflansch 67 und an seinem Oberende einen Außenflansch 68 aufweist. In der oberen Fläche dieses Sternes ist eine kegelförmige Vertiefung 69 vorgesehen.

Der Stern 6.6 besitzt drei radial nach außen stehende, gleichmäßig verteilte, geschlitzte Arme 70. An jedem dieser Arme ist mit Hilfe eines Drehzapfens 71 eine Haltestrebe 72 gelenkig angebracht. Die geschlitzten Arme 63 des Sternes 62 dienen als Führungen für die Haltestreben. Die radiale Bewegung jeder Strebe wird durch einen Stift 73 gesteuert, der an der Strebe befestigt ist und in einem in dem Arm vorgesehenen winkeligen Schlitz 74 gleitet. Wird der Behälter von einem nicht dargestellten Greiferkopf gehalten, dessen Klauen unter den Flansch 68 des Sternes 66 greifen, so befinden sich die Haltestreben in der in der Zeichnung .dargestellten inneren Lage, wobei das Gewicht des Behälters auf den Greiferkopf über die Flansche 65 und 67 am Halteglied 64 und den Stern 66 übertragen wird.

Der in dieser Weise von dem Greiferkopf gehaltene Behälter wird in den Brennstoffkanal 75 hinein-

Claims (8)

gesenkt, bis der untere Endklotz 61 einen Sitz 76 berührt, der, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen entweder ein Teil einer stoßaufnehmenden Einrichtung oder ein Teil des vorher eingesetzten Behälters sein kann. Wenn der Endklotz diesen Sitz berührt, wird der Stern 66 vom Gewicht des Behälters entlastet. Durch eine fortgesetzte Abwärtsbewegung des Sternes werden dann alle Haltestreben 72 selbsttätig auswärts bewegt, da der Stift 73 in dem winkligen Schlitz 74 gleitet, und nehmen die gestrichelt gezeichnete äußere Lage ein. In dieser Lage dringen die Streben in eine im Oberende des Graphitblockes 78 vorgesehene ringförmige Vertiefung 77 ein und ruhen auf einem am Boden der Vertiefung vorgesehenen Ring 79. Die Streben bilden auf diese Weise eine unabhängige Halterung für den als nächstes in den Brennstoffkanal hineinzulassenden Behälter. Damit die Anzahl der unterschiedlich geformten Graphitblöcke, aus denen das Reaktorherz besteht auf einem Minimum gehalten wird, ist der senkrechte Abstand der Haltestreben vorzugsweise gleich dem senkrechten Abstand der Graphitblöcke gewählt. Bei einer solchen Anordnung befindet sich die ringförmige Vertiefung bei jedem Block an derselben Stelle. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird jeder Behälter von seinen eigenen Haltestreben abgestützt, während bei den beiden anderen Ausführungsformen jeder Behälter die Haltestreben für den nächsten darüberliegenden Behälter aufweist. Die für die Haltevorrichtungen verwendeten Werkstoffe müssen selbstverständlich mit den anderen im Reaktor verwendeten Werkstoffen verträglich sein und die erforderlichen kernphysikalischen und mechanischen Eigenschaften haben. 35 Patentansprüche:

1. Haltevorrichtung für Brennstoffelemente eines Kernreaktors, in dem die Brennstoffelemente in senkrecht verlaufenden Brennstoffkanälen übereinander angeordnet sind und sich unabhängig voneinander mit Hilfe von an den Brennstoffelementen schwenkbar gelagerten Streben abstützen, die aus einer eingezogenen Stellung in eine ausgespreizte Stellung verstellbar sind, in welcher sie mit einem Stützrand im Brennstoffkanal zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (17 in Fig. 1; 46 in Fig. 3; 72 in Fig. 4) am Brennstoffelement schwenkbar in solcher Weise angebracht sind, daß sie, wenn das Brennstoffelement frei an einem Greiferkopf herabhängt, von selbst die eingezogene Stellung einnehmen und daß mit den Streben zusammenwirkende Führungsmittel (25, 13 in Fig. 1; 48 in Fig. 3; 72, 73, 74 in Fig. 4) vorgesehen sind, die gegenüber der Strebenlagerung (16 in Fig. 1; 50 in Fig. 3; 71 in Fig. 4) raumfest sind und bewirken, daß die Streben bei einer Abwärtsbewegung der Strebenlagerung gegenüber den Führungsmitteln automatisch in die ausgespreizte Stellung bewegt werden.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben an einem greiferartigen Teil (14, 66) angebracht sind, welcher mit dem Oberende des Brennstoffteiles für eine begrenzte axiale Bewegung gegenüber dem Brenn-

stoffteil in Eingriff steht, wobei die Führungsteile (19; 25; 74) an dem Brennstoffteil selbst angeordnet sind, so daß, wenn der Brennstoffteil an einem Greiferkopf mittels des greiferartigen Teiles aufgehängt ist, die Führungsteile die Streben in der inneren Lage halten, während, wenn der Brennstoffteil auf eine Stütze im Brennstofflcanal herabgelassen ist, eine weitere Abwärtsbewegung des greif er artigen Teiles gegenüber dem Brennstoffteil die Fü'hrungsteile veranlaßt, die Streben in die äußere Lage zu bewegen, in welcher sie den Stützrand oder Anschlag berühren und den greiferartigen Teil in einer solchen Lage halten, daß er eine unabhängige Stütze für den als nächsten in den Brennstoffkanal zu senkenden Brennstoffteil darstellt.

3. Haltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der greiferartige Teil durch die Streben mit dem Brennstoffteil im Eingriff steht, wobei jede Strebe eine solche Form "hat, daß sie mit den am Brennstoff teil vorgesehenen Führungsteilen zusammenarbeitet, so daß durch eine Abwärtsbewegung des greiferartigen Teiles gegenüber dem BrennstofIteil das Unterende der Strebe radial auswärts bewegt wird.

4. Haltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsteile je einen am Brennstoffteil für jede der Streben vorgesehenen geschlitzten Teil (63 in Fig 4) aufweisen, wobei jede Strebe mit einem Stift (73) od. dgl. versehen ist, welcher in einen Schlitz (74) in dem Teil (63) eingreift und der Schlitz so geformt ist, daß durch eine Abwärtsbewegung des greiferartigen Teiles gegenüber dem Brennstoffteil das Unterende der Strebe nach außen bewegt wird.

5. Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsteile (13, 63) außerdem so ausgebildet sind, daß sie das Oberende des BrennstofIteiles in dem Brennstoffkanal zentrieren.

6. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (46 in Fig. 3) am unteren Ende des Brennstoffteiies gelenkig angebracht und tin Richtung auf die innere Lage vorgespannt sind, daß die Führung (48) getrennt im Brennstoffkanal angeordnet ist und die Streben selbsttätig aus der inneren in die äußere Lage bis zum Aufsitzen auf den Stützrand bewegt, wodurch die Streben eine unabhängige Stütze für den Brennstoffteil selbst bilden.

7. Halte\rorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die Führung für den als nächsten in den Brennstoffkanal zu senkenden BrennstofIteil bilden.

8. Kernreaktor mit einer Anzahl von Brennstoffteilen, die mit Haltevorrichtungen nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffteile unabhängig einer über dem anderen von je einem Stützrand oder Anschlag abgestützt werden und daß die Stützränder oder Anschläge in der Bohrung des Brennstoff kanal s regelmäßig verteilt sind.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 029 495.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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