DE1207021B - Kernreaktor-Brennelementeinheit - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^SA PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21c

Deutsche Kl.: 21 g - 21/20

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag:
Auslegetag:

B 68533 VIII c/21g
23. August 1962
16. Dezember 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernreaktor-Brennelementeinheit, bestehend aus einem Bündel von durch gitterartige Roste gehalterten Brennstoffstäben und aus einer am unteren Ende des Bündels vorgesehenen Verriegelungsvorrichtung.

Es ist bereits ein Kernreaktor mit einem aus einer Vielzahl von längsgerichteten Brennelementen gebildeten Kern bekannt, bei dem sich die Brennelemente aus mehreren einzelnen Brennelement-Bestandteilen zusammensetzen und an ihren Enden mit Kühlmitteleintritts- bzw. -austrittsvorrichtungen ausgerüstet sind; innerhalb des Reaktors sind Brennelementhalterungen im Bereich des Kühlmitteleintritts und Brennelemente mit Verankerungsvorrichtungen vorgesehen, wobei jedoch eine leichte Herausnahme der Brennelemente nicht möglich ist. Außerdem ist bei dem bekannten Kernreaktor der Spielraum der einzelnen Brennelemente für die thermische Längenausdehnung zu groß, um das Brennelement genau zu lagern und Schwingungen zu verhindern. Ferner sind Brennelemente bekannt, die Verankerungsvorrichtungen aus beweglichen Verriegelungsvorrichtungen und Vorrichtungen zum Abschluß derselben an dem Kühlmittelaustritt der Brennelemente sowie Verbundstücke aufweisen, um die Verriegelungseinrichtungen mit den Moderatorbegrenzungswänden des Reaktors in festen Kontakt zu bringen. Diese Verankerungsvorrichtungen lassen sich jedoch nur bei einem Druckrohrreaktor anwenden, da zum Einbringen des Brennelementes in ein Greiferorgan der Auftrieb des Brennelementes durch den Kühlmittelstrom erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelungsvorrichtung für eine Kernreaktor-Brennelementeinheit zu schaffen, durch welche die Brennelemente fest in dem Reaktorkern angeordnet und dennoch leicht auswechselbar sind. Eine Auswechselbarkeit der Brennelemente ist wegen des natürlichen Abbrandes erforderlich, während eine feste Lagerung die Einhaltung der relativen Lage der Brennelemente untereinander gewährleistet.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zur Verankerung der Brennelementeinheit an der unteren Rostplatte eines Reaktorkerns dienende Verriegelungsvorrichtung eine zentral durch die Brennelementeinheit geführte Betätigungswelle mit einem daran befestigten Kolben, am unteren Endbauteil der Brennelementeinheit befestigte Platten mit daran schwenkbar gelagerten Verriegelungsarmen und eine um die Betätigungswelle gelegte Schraubenfeder zum Verschieben des Kolbens mit dem Endteil aufweist, wodurch die an Kernreaktor-Brennelementeinheit

Anmelder:

The Babcock&Wilcox Company,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. E. Karstedt, Patentanwalt,

Oberhausen (RhId.), Lipperheidstr. 30

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. August 1961
(133 945)

ao diesem Endteil anliegenden Verriegelungsarme nach auswärts in die Verankerungsstellung geschwenkt und mit der Rostplatte in Verbindung gebracht werden. Damit ist sowohl eine leichte Auswechselbarkeit der Brennelemente als auch das Beibehalten as der günstigsten Arbeitsstellungen, in denen die Brennelemente im Verhältnis zueinander und zu dem Reaktorkern angebracht sind, sichergestellt. Es besteht daher keine Gefahr, daß eine örtliche Überhitzung eintritt oder daß infolge ihrer Lage im Verhältnis zueinander unvorhergesehene Spannungen auftreten.

Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung beispielsweise und vereinfacht dar. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt eines Reaktors, bei dem die erfindungsgemäß ausgebildete Brennelementeinheit eingebaut ist,

F i g. 2 einen vergrößerten horizontalen Teilschnitt des Reaktors nach der Fig. 1 entlang der Linie 3-3 der Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Längsansicht der Brennelementeinheit im Reaktor nach der Fig. 1,

F i g. 4 einen vergrößerten Querschnitt der Brennelementeinheit entlang der Linie 7-7 in der Fig. 3, F i g. 5 eine obere Ansicht der Brennelementeinheit entlang der Linie 8-8 der F i g. 3,

Fig. 6 eine obere Ansicht eines Teils des oberen Rostes der Brennelementeinheit nach der F i g. 3,

Fig. 7 eine obere Ansicht eines Teils einer der Zwischendistanzroste der Brennelementeinheit nach der F i g. 3,

Fig. 8 eine vergrößerte Queransicht, teilweise im Schnitt, eines der Eckbrennstoffstäbe der

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Brennelementeinheit mit einem seiner vertieften Ab- brennstoffstäbe 84 und die mittleren Brennstoffstäbe Standsringe entlang der Linie 11-11 der Fig. 3, 86 geschraubt sind, um das Gußstück mit der Brenn-

Fig. 9 ,eine Querschnittsansicht des Eckbrenn- elementeinheit fest zu verbinden. Während sich die Stoffstabes und seiner vertieften Abstandsringe ent- Brennstoffstäbe 76 innerhalb des Brennstoffstablang der Linie 12-12 in der F i g. 8. 5 bündeis nur in den oberen Rost 78 erstrecken, er-

Wie die Fig. 1 zeigt, weist der Reaktor 10 ein strecken sich die Eckbrennstoffstäbe 84 und die stehendes Druckgefäß 54 mit kreisförmigem Quer- mittleren Brennstoffstäbe 86 ebenfalls durch den schnitt und einen fest angeschlossenen unteren Boden unteren Rost 80 und werden innerhalb eines Ver-54^4 sowie einen getrennten Verschluß 56 auf, der ankerungsübergangsstücks 90 befestigt, das undessen oberen Boden bildet. Eine Anzahl Schrauben io mittelbar unter dem unteren Rost liegt. Das Über-58 verbinden den Verschluß 56 mit dem Reaktor- gangsstück 90 umfaßt ein oberes rechteckiges Teil 92 gefäß 54. und ein unteres zylindrisches Teil 94, das sich axial

Innerhalb des Reaktors bildet der untere Boden nach unten von der Brennelementeinheit erstreckt. 54A und die ein kurzes Stück über dem Boden 54^4 Halterungen 95 liegen außen an dem zylindrischen angeordnete horizontale Rostplatte 60 eine untere 15 Teil 94 zur Halterung der Brennstoffelementeinheit Füllkammer 62. Über und parallel zu der unteren innerhalb des Reaktors. Das zylindrische Teil 94 des Rostplatte 60 liegt eine obere Rostplatte 64, die etwa Übergangsstücks 90 paßt in die untere Rostplatte 60. in der vertikalen Mitte des Gefäßes angeordnet ist. Ein Paar Tragstäbe 96 ist am oberen Ende an

Die obere Rostplatte 64 in Verbindung mit dem das Übergangsstück 90 angeschlossen und erstreckt Druckgefäß 54 und dem Verschluß 56 bildet eine ao sich nach unten in Ausrichtung mit der Brennobere Füllkammer 66. elementeinheit 70. An den unteren Enden der Trag-

Der Kern 68 des Reaktors liegt zwischen der stäbe 96 ist ein vertikal stehendes, im Abstand vonoberen und unteren Rostplatte (64 bzw. 60). Der einander angeordnetes Paar Platten 98 angeschlossen. Kern besteht aus vertikal angeordneten Brenn- Ein Paar gegenüberliegender Verriegelungsarme 100 elementeinheiten 70 und Steuerstabbrennelementen as ist an den Enden zwischen den Platten 98 befestigt 72, die in einem regelmäßigen Muster abwechselnd und erstreckt sich nach unten in allgemeiner Ausangeordnet sind (s. Fig. 2). Jedes der Steuerstab- richtung mit dem unteren Endbauteil 90 der Brennbrennelemente 72 ist so ausgebildet, daß ein Kon- elementeinheit. Diese Verriegelungsarme 100 sind an trollstab 73 durchtreten kann. Der Reaktorkern ist so die Platten 98 angelenkt zur Bewegung in einer aufgebaut, daß ein möglichst kreisförmiger Quer- 30 Richtung quer zur Längsachse der Brennelementschnitt erreicht wird; dies wird durch eine Anzahl einheit. Jeder Verriegelungsarm umfaßt ein Oberteil von Brennelementeinheiten 74 verringerter Größe an 102, das mit einem Stift an die Platten 98 angeden Viertelpunkten um den Umfang des Kernes schlossen ist und ein im allgemeinen dreieckiges gewährleistet. Die Brennelementeinheiten 70 um- Unterteil 104 mit einer Kante, die sich quer aus fassen eine Anzahl vertikal angeordneter Brenn- 35 dem Verriegelungsarm heraus und weg von der Achse stoffstäbe 76 (F i g. 3). Diese Stäbe 76 enthalten der Brennelementeinheit erstreckt; diese Kante bildet den spaltbaren Brennstoff innerhalb abgedichteter eine Schulter 106. Innerhalb der Brennelementein-Rohre aus Plattierungsmaterial. An jedem Ende 77 heit ist kein zentrales Brennstoffbestandteil vorbesitzen die Stäbe 76 einen verringerten Querschnitt, handen, sondern eine Betätigungswelle 108 vorder in einen oberen Rost 78 und einen unteren Rost 40 gesehen, die sich von dem oberen Gußstück 88 durch 80 einpaßt. Der untere Rost 80 ist von ähnlicher, die Brennelementeinheit zu einer Stelle unter dem jedoch etwas tieferer Ausführung als der obere Übergangsstück 90 erstreckt. Das untere Ende der Rost 78, der in der Fig. 6 dargestellt ist. Außer- Betätigungswelle 108 ist in einen Kolben 110 eindem sind in gleichen Abständen zwischen den Enden geschraubt, der axial zu dieser Welle verläuft und der Stäbe 76 Zwischenroste 82 zur seitlichen Be- 45 in einem keilförmigen Endteil 112 endet, das zwiabstandung der Stäbe vorgesehen (s. Fig. 7). sehen und in Berührung mit den unteren Teilen 104

An den vier Ecken der Brennelementeinheiten 70 der Verriegelungsarme 100 angeordnet ist. Das keilsind Brennstoffstäbe 84 angeordnet, bei denen der förmige Teil 112 hat ein Paar gegenüberliegende Brennstoff in einem schwereren Rohr als bei den Flächen 114, die mit den Flächen 116 an den übrigen Stäben 76 liegt (Fig. 4). Zusätzlich zu den 50 unteren Teilen 104 der Verriegelungsarme 100 in Eckbrennstoffstäben 84 sind mittlere Brennstoffstäbe Berührung stehen. Die Flächen 114 des keilförmigen 86 in jeder der Umfangsreihen der Brennstoffstäbe Teils 112 laufen nach oben auseinander,
angeordnet und haben Rohre einer schwereren Die Betätigungswelle 108 erstreckt sich durch eine

Ausführung, obwohl nicht ganz so schwer wie die Öffnung im Übergangsstück 90, und eine Federhalteder Eckbrennstoffstäbe. Die Eck- und mittleren 55 platte bildet ein Teil des Übergangsstückes und liegt Brennstoffstäbe 84 bzw. 86 stellen eine Unter- am unteren Ende der Öffnung, durch die sich die Bestützung für die Brennelementeinheit dar. Vertiefte tätigungswelle erstreckt. Eine Spiralfeder 120 ist um Ringe 87 sind an den Eckbrennstoffstäben 84 dort die Betätigungswelle gelegt und liegt mit ihrem angeordnet, wo diese durch die mittleren Roste oberen Ende an der Federhalteplatte und mit ihrem 82 treten, um die mittleren Roste an den Ecken der 60 unteren Ende an der Oberkante 122 des Kolbens 110 Brennelementeinheit festzuhalten. Wie in den Fig. 8 an. Am oberen Ende der Betätigungswelle 108 ist und 9 dargestellt ist, liegen die vertieften Ringe 87 ein Hubkreuz 124 angeschlossen, das aus dem um die Eckbrennstoffstäbe 84 herum über und unter oberen Gußstück 88 herausragt,
den Zwischenrosten 82. Die Ringe 87 sind an den In ihrer normalen Stellung zwingt die Feder 120

Drittelpunkten um ihren Umfang herum vertieft, 65 den Kolben 110 und das keilförmige Teil 112 nach um eine enge Passung an den Eckbrennstoffstäben unten, wobei die Flächen 114 nach außen gegen die 84 zu schaffen. Unmittelbar über dem oberen Rost entsprechenden Flächen 116 der Verriegelungs-78 liegt ein oberes Gußstück 88, in das die Eck- arme 100 geschoben werden. Dieser Druck nach

außen führt dazu, daß die Verriegelungsarme um die Bolzen in den Platten 98 geschwenkt werden und sich quer nach außen verlagern, so daß die Schultern 106 in einer horizontalen Ebene liegen und oben an den Tragschuhen 125 anliegen, die an der Unterkante der unteren Rostplatte 60 vorgesehen sind. An den Kanten des Gußstückes 88 sind eine Anzahl Federklemmen 126 angeordnet, welche die Brennelementeinheit 70 mit den benachbarten Steuerstabbrennelementen 72 verbinden. Wie in der Fig. 5 dargestellt ist, sind zwei Federklemmen 126 an drei Seiten des Gußstückes 88 vorgesehen. Die Brennelementeinheiten 70 im Inneren des Kerns haben Federklemmen 126 an allen vier Seiten, jedoch haben einige der Brennelementeinheiten am Umfang des Kerns keine Steuerstabbrennelemente auf jeder Seite, so daß bei ihnen die Federklemmen 126 nur an den Seiten vorgesehen sind, wo sich auch Steuerstabbrennelemente befinden.

Wie bereits erwähnt, sind eine Anzahl Brennelementeinheiten 74 in verringerter Größe am Umfang des Kerns angeordnet. Obwohl diese Brennelementeinheiten 74 ihre eigenen Verriegelungseinrichtungen haben, ähnlich den der Brennelementeinheiten 70 zur Verbindung mit der unteren Rostplatte 60, bieten nur diejenigen, bei denen eine Seite mit einem Steuerstabbrennelement 72 in Berührung steht, eine Verankerung für eine anliegende Brennelementeinheit.

Das aus Leicht- und Schwerwasser bestehende Moderator-Kühlmittel-Gemisch tritt durch den Einlaß 17 in den Reaktor ein und fließt nach unten zwischen den Wärmeabschirmungen und den Wänden des Druckbehälters zu der unteren Füllkammer 62. Aus der unteren Füllkammer 62 strömt das Kühlmittel nach oben durch den Kern 68 sowohl über die Brennstoffstäbe der Brennelementeinheiten als auch über die Stäbe 73 der Steuerstabbrennelemente 72, wobei es die bei der Kettenreaktion entstandene Wärme abführt und gleichzeitig die notwendige Moderierung zur Regelung des Reaktors bewirkt, indem es die überschüssigen Neutronen zur Umwandlung von Brutstoff in spaltbares Material zur Verfügung stellt.

Nach dem Durchströmen des Kerns 68 fließt das Kühlmittel nach oben durch die obere Rostplatte 64 in den oberen Füllkammerzylinder 156, von dem aus der größte Teil des Kühlmittels durch die Öffnunnungenl90 zum Austritt 18 gelangt. Eine gewisse Kühlmittelmenge aus dem Kern tritt in die Kontrollstabführungsrohre 158 ein und strömt darin nach oben und dann durch die öffnungen 174 in der Buchse 172 in den Raum oberhalb der Platte 160. Aus dem Raum oberhalb der Platte 160 strömt das Kühlmittel dann nach unten außerhalb des oberen Füllkammerzylinders 156 und verläßt den Reaktor durch den Austritt 18.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennelementeinheit, bestehend aus einem Bündel von durch gitterartige Roste gehalterten Brennstoffstäben und aus einer am unteren Ende des Bündels vorgesehenen Verriegelungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verankerung der Brennelementeinheit an der unteren Rostplatte eines Reaktorkerns dienende Verriegelungsvorrichtung eine zentral durch die Brennelementeinheit geführte Betätigungswelle (108) mit einem daran befestigten Kolben (110), am unteren Endbauteil (90) der Brennelementeinheit befestigte Platten (98) mit daran schwenkbar gelagerten Verriegelungsarmen (100) und eine um die Betätigungswelle gelegte Schraubenfeder (120) zum Verschieben des Kolbens mit dem Endteil (112) aufweist, wodurch die an diesem Endteil (112) anliegenden Verriegelungsarme nach auswärts in die Verankerungsstellung geschwenkt und mit der Rostplatte (60) in Verbindung gebracht werden.

2. Brennelementeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Brennelementen (70) im Bereich des Kühlmitteleintritts Federklemmen (126) angeordnet sind.

3. Brennelementeinheit nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Rostplatte (60) aus sich kreuzenden Gitterstäben besteht.

4. Brennelementeinheit nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine obere Rostplatte (64) und parallel dazu zwischengeschaltete Rostplatten (78, 80, 82) vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1064161,1 068 822,

1074168,1075 231;
französische Patentschriften Nr. 1214 056,

772;
USA.-Patentschrift Nr. 2 848 404.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 758/329 12.65 ® Bundesdruckerei Berlin