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Vorrichtung zum Auswechseln von Brennstoffelementen Bekanntlich fällt
die Neutronenflußdichte bei Kernreaktoren sowohl in achsialer, als auch in radialer
Richtung etwa von der Mitte des Reaktorkernes aus gesehen allmählich zu kleineren
Werten ab. Das hat zur Folge, daß die im Brennstoffgitter verteilten Brennstoffelemente
in den Randzonen des Gitters und ferner im oberen und unteren Teil des Gitters weniger
stark ausbrennen. Um den Kernbrennstoff möglichst wirtschaftlich auszunutzen, ist
man daher von Zeit zu Zeit genötigt, die in den genannten Zonen angeordneten Brennsbffelementen
gegen diejenigen der zentralen Zone auszuwechseln. weiter ist ein Auswechseln von
Brennstoffelementen natürlich bei jeder Neubeschickung des Reaktors erforderlich.
In beiden Fällen soll der Reaktor nach Möglichkeit mit voller oder etwas verminderter
Leistung weitergefahren werden können.
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Man bedient sich hierzu üblicherweise mechanischer Vorrichtungen,
meist sogenannter Greifermaschinen, die im allgemeinen über dem Reaktor bzw. dem
Reaktorgefäß angeordnet sind. Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden, eine
fernsteuerbare Greifermaschine in das Reaktorgefäß, und zwar in dessen obere Zone,
einzubauen. Auf diese Weise erspart man eine ganze Reihe der sonst notwendigen Durchbrechungen
im Reaktorgefäßdeckel für das Ein-und Ausbringen der Brennstoffelemente. Ferner
kann man den Be-und Entladevorgang während des Reaktorbetriebes vornehmen und weiter
beschädigte Brennstoffelemente rasch und ohne den sonst üblichen Aufwand auswechseln.
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Gegenstand der Neuerung ist eine Vorrichtung zum Auswechseln von Brennstoffelementen
für Kernreaktoren mit Reaktorgefäß und Flüssigkeitskühlung, bei denen ebenfalls
eine im Inneren des Reaktorgefäßes angeordnete Lademaschine vorgesehen ist.
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Während nach dem älteren Vorschlag die Lademaschine das Auswechseln
der Brennstoffelemente auf mechanischem Wege bewerkstelligt und dementsprechend
Greiforgane besitzt, ist hierfür im vorliegenden Falle ein besonderes, vorzugsweise
am vorderen Ende des Lademaschinengestänges befestigtes, Organ vorgesehen. Dieses
weist gemäß der Neuerung die Gestalt einer Fangglocke mit ausfahrbarem inneren Fangschirm
auf und arbeitet mit einem Steuer-und Druckerzeugungsorgan derart zusammen, daß
das Kühlmittel zugleich als Transportmittel für die Brennstoffelemente benutzt ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht im Längsschnitt zwei Ausführungsbeispiele,
es zeigt : Fig. 1 die Auswechselvorrichtung in einem Reaktor mit Druckgefäß in Gesamtansicht,
Fig. 2 eine Fangglocke mit Teleskop und steuer-und Druckerzeugungsorgan un Fig.
3 eine Fangglocke mit hydraulischem Spindelantrieb.
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Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist am vorderen Ende der in den drei
Koordinatenrichtungen steuerbaren vereinfacht dargestellten Lademaschine 1 die Fangglocke
2 angeordnet, die einen über den Glockenmund hinaus ausfahrbaren inneren Fangschirm
3 besitzt. Sie ist
| über das Gelenkrohr 4 an den ebenfalls im Reaktorgefäß 5 ange- |
| 6, |
| ordneten Steuer-und Druckerzeugungsapparat 7, angeschlossen, |
welcher zum Entladen der Kühlmittelführungsrohre 8 mit den Kernbrennstoffelementen
9 zwischen Rohreintritt und aufsitzender Fangglocke eine entsprechend von unten
nach oben gerichtete zusätzliche Druckdifferenz erzeugt. Die so verstärkte Kühlmittelströmung
ist in der Lage, ein in den Rohren 8 befindliches Brennstoffelement hydraulisch
nach oben zu treiben, d. h. das Kühlmittel dient zugleich als Transportmittel für
die Brennstoffelemente bei deren Aufwärtsbewegung. Somit erübrigt sich ein mechanischer
Greifarm für diesen Zweck. Das nach oben gleitende Brennstoffelement gelangt unter
den Fangschirm und damit in die Fangglocke.
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Die Kühlmittelzuführungsrohre, von denen der Übersichtlichkeit halber
nur zwei Rohre dargestellt sind, sind allseitig von der Moderator-Wanne 10 umgeben
und in den durch den Einlaßstutzen 11 eintretenden und den Auslaßstutzen 12 austretenden
Kühlmittelstrom eingeschaltet.
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Das gestrichelt umrandete Feld 13 bezeichnet die Zone des aktiven
Reaktorkernes. Der Steuer-und Druckerzeugungsapparat 6,7 mit dem ständig in das
Kühlmittel eingetauchten Ansaugstutzen 14 ist in dem domartigen Aufsatz 15 des Reaktorgefäßes
angeordnet.
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Im folgenden seien an Hand der Figuren 2 und 3 Aufbau und wirkungweise
einer Fangglocke mit dem zugehörenden Steuer-und Druckerzeugungsapparat näher beschrieben.
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Gemäß Fig. 2 besteht die Fangglocke aus dem rohrartigen Gehäuse 16,
das etwa die gleiche Weite wie das Kühlmittelzuführungsrohr 8 besitzt und auf dessen
Kragen 17 es in der Arbeitsstellung von oben aufgesetzt ist. Der Fangschirm 3 ist
am untersten Glied des in der Glocke befindlichen Teleskops 18 angeordnet und weist
in seiner Randzone
Durchbrechungen 19 für das Kühlmittel auf. Das
Teleskop ist in der rechten Hälfte der Fangglocke im ausgefahrenen und in der linken
Hälfte im eingefahrenen Zustand dargestellt. Die Pfeile bezeichnen die möglichen
Strömungsrichtungen des Kühlmittels.
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Im mittleren Teil besitzt die Fangglocke einen Ringkanal 20, der zum
Rückschlagventil 21 führt. Das Rückschlagventil gestattet beim Einsetzen eines Brennstoffelementes
der von unten durch das Kühlmittelzuführungsrohr 8 kommenden Kühlströmung freien
Austritt. Es schließt sich jedoch, sobald in der Fangglocke ein Unterdruck besteht,
also beim Entladen von Kühlmittelführungsrohren. Der durch den Unterdruck verstärkte
Kühlstrom tritt in diesem Falle durch den von dem Rückschlagventil 22 des Teleskops
freigegebenen Ringspalt (siehe links oben) in das an die Fangglocke angeschlossene
Gelenkrohr 4 ein. Die Klinkensperre 23 verhindert ein Entweichen der Brennstoffelemente
bei abgezogener Glocke.
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Im vorliegenden Falle stößt das Brennstoffelement 9 gerade von unten
gegen den Fangschirm 3 an, d. h., es ist angenommen, daß in der Glocke Unterdruck
herrscht. Dieser wird über das Gelenkrohr 5 mit Hilfe der im Steuer-und Druckerzeugungsapparat
angeordneten Kreiselpumpe 6 mit Elektroantrieb 24 erzeugt, und zwar bei der in Fig.
2 eingezeichneten Stellung des schraffiert dargestellten drehbaren Steuerapparates
7. Die Kreiselpumpe 6 fördert also das Kühlmittel in Richtung der voll ausgezogenen
Pfeile durch den Ansaugstutzen 14 in das diesen umgebende Kühlmittel zurück. Infolge
des Unterdruckes fährt das Teleskop mit dem Fangschirm in den oberen Teil der Glocke
ein (siehe links oben), während das Brennstoffelement in der Glocke durch den Kühlmittelanpreßdruck
gehalten wird (nicht eingezeichnet).
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Nunmehr kann das Brennstoffelement in einen etwa im Reaktorgefäß aufgestellten
Aufnahmebehälter oder in ein leeres Führungsrohr eingesetzt werden. Hierzu muß,
nachdem die Fangglocke auf den Behälter bzw. das Rohr aufgesetzt ist, der Steuerapparat
7 verdreht werden, damit sich die Förderrichtung in der Pumpe 6 und im Gelenkrohr
4 umkehrt. Sobald der nötige Druck aufgebaut ist, stülpt sich das Teleskop aus und
schiebt das Brennstoffelement vor sich hier in den Behälter. Nachdem es darin verriegelt
worden ist, schaltet man den Steuerapparat wieder um und fährt die Fangglocke bei
eingefahrenem Teleskop auf das nächsteKühlmittelführungsrohr.
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Bemerkenswert ist, daß die Kühlmittelströmung im betroffenen Rohr
auch während des Einsetzens eines Elementes nach wie vor bestehen bleibt, da sie
durch die Durchbrechungen 19 im Fangschirm hindurchtreten und sich über den Ringkanal
20 und das Ventil 21 wieder mit dem übrigen Kühlmittel vereinigen kann.
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Anstelle eines Teleskopes kann der Fangschirm gemäß Fig. 3 auch einen
Spindelantrieb besitzen. Die Spindel 25 steht in Antriebsverbindung mit dem auf
der Glocke aufgesetzten Turbinenantrieb 26 für beide Drehrichtungen. Der Antrieb
weist entsprechend zwei getrennte Laufräder 27,28 auf, von denen jedes entsprechend
den eingezeichneten Pfeilen in ein Druckgefälle einschaltbar ist, das zwischen dem
umgebenden Reaktorgefäß und einem (nicht dargestellten) Niederdruckbehälter erzeugt
werden kann ; und zwar über die Auslaßstutzen 29,30. Das durch die Einlaßstutzen
31,32 eintretende Reaktorkühlmittel dient somit als Treibmittel der Laufräder. Im
übrigen ist die Fangglocke gemäß Fig. 3 mit dem Stutzen 33 an das Gelenkrohr gemäß
Fig. 1 und 2 und damit an den Steuer-und Druckerzeugungsapparat 6, 7 gemäß Fig.
2 anschließbar.
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Obwohl die Vorrichtungen gemäß Fig. 2 und 3 für Reaktoren mit Flüssigkeitskühlung
vorgesehen sind, können sie ohne prinzipielle Änderungen auch bei Reaktoren mit
Gaskühlung verwendet werden.
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Ferner können bei genügender Bauhöhe des Reaktorgefäßes und der Glocke
auch sämtliche in einem Kühlmittelführungsrohr vorhandenen Brennstoffelemente auf
einmal ausgewechselt werden.
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Während bei den Anordnungen nach den Figuren 1 bis 3 das Kühlmittel
nur während der Aufwärtsbewegung der Brennstoffelemente als Transportmittel mitbenutzt
ist, gibt es auch Fälle, in denen eine Umkehrung der Kühlmittelströmung in den Kühlmittelführungsrohren
vorübergehend zugelassen werden kann. In diesem Falle, z. B. bei abgeschaltetem
Reaktor, kann das Kühlmittel auch für die Abwärtsbewegung der Brennstoffelemente
als Transportmittel benutzt werden. Es ergeben sich dann erhebliche Vereinfachungen
bezüglich des konstruktiven Aufbaues der Fagglocke, z. B. Fortfall des Fangschirmes
und seiner Antriebsorgane.
| 9Schutzansprüche |
| 3Figuren |