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DE1877576U - Vorrichtung an kernreaktor-brennstoffelementen. - Google Patents

Vorrichtung an kernreaktor-brennstoffelementen.

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DE1877576U
DE1877576U DEU3261U DEU0003261U DE1877576U DE 1877576 U DE1877576 U DE 1877576U DE U3261 U DEU3261 U DE U3261U DE U0003261 U DEU0003261 U DE U0003261U DE 1877576 U DE1877576 U DE 1877576U
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fuel
housing
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reactor
fuel element
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UK Atomic Energy Authority
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UK Atomic Energy Authority
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Description

UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY ...
Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)
diese Anmeldung wird die Priorität Großbritannien vom 11. Augast 196ο - Az.: 279o6/6o - in Anspruch genommen.
Vorrichtung an Kernreaktor-Brennstoff-.elementen
Die Heuerung "bezieht sich auf Kernreaktor-Brennstoffelemente, insbesondere auf eine "Vorrichtung zum lösbaren Aufhängen eines Kernreaktor-Brennstoffele&entes an einer Halteeinrichtung, die sich über einem Reaktorkern befindet.
Durch Aufhängen von Brennstoffelementen in einem Reaktorkern ergeben sich mehrere Torteile j Die Brennstoffelemente können sich frei ausdehnen. Das Beschicken des Kernes mit Brennstoff kann von oben erfolgen, wodurch die Schwerkraft den Beschickungs-Vorgang erleichtert, und bei Reaktoren, bei denen die Brennstoff-
elemente von einem unter Druck stehenden, aufwärtsströmenden Kühlmittel gekühlt werden, ergibt diese Anordnung einen gewissen Ausgleich von Kräften, die auf die Halteeinrichtung durch das Gewicht der Brennst off- elemente ausgeübt werden.
Ein Verfahren zum Aufhängen von Brennstoffelementen in einem Reaktorkern besteht darin, daß an dem oberen Ende der Brennstoffelemente mit Flanschen vermehene Ansätze vorgesehen werden und die Halteeinrichtung über dem Reaktorkern mit Löchern versehen wird, sodaß die Brennstoffelemente durch diescher herabgelassen werden können, bis der Flansch der Ansätze die Oberseite der Halteeinrichtung berührt.
Diese Anordnung ist, obwohl sie einfach ist, für Schiffsreaktoren nicht geeignet, denn falls das Schiff kentern sollte, können die Brennstoffelemente aus dem Kern fallen und sich zu einer Masse mit ungewissem Verhalten anhäufen. Die Brennstoffelemente sollten daher abnehmbar derart an der Haltevorrichtung befestigt werden, daß, falls sich die Lage der Brennstoffelemente zu den. Halteeinrichtung umkehrt, die Brennstoffelemente in dem Reaktorkern bleiben.
Die neuerungsgemäße Vorrichtung zum lösbaren
Aufhängen von Brennstoffelementen an einem Halterungsein aufbau über einem Reaktorkern durch/Gehäuse, das auf dem Brennelement sitzt und mit dem Halterungsaufbau durch verschiebbare KLinkenbauteile in Eingriff zu bringen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse auf dem Brennstoffelement zwischen einer Stoßdämpfereinrichtung sitzt, so daß das Brennstoffelement sich relativ zum Gehäuse bewegen kann.
Die leuerung soll nachstehend an Hand der sie beispielsweise wiedergebenen Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigen die
Fign. 1A und 1B zusammen eine längengetreue aufgeschnittene Ansicht der Vorrichtung mit einem Kernreaktor-Brrennstoffelement, die
Figi. 2,3,4 "u. 5 Teil-Seitenansichten im Mitt el schnitt,
welche die Arbeitsweise der Vorrichtung während des Beschickungsvorganges darstellen, während die
Pign. 6 u. 7 Schnittansichten eines Schiffsreaktors
mit der Vorrichtung wiedergeben.
Wie aus Jig. 1 A und 1 B hervorgeht, weist ein Kernreaktor-Brennstoffelement 1 von der Art der ge-
bündelten Brennstoffelemente am oberen Ende ein Gehäuse 2 mit drei gleichweit voneinander entfernten Halteklinken 3 auf (von denen nur zwei dargestellt sind), die in eine Halteplatte 4 für Brennstoffelemente (Figi 2-5) oberhalb des Reaktorkernes eingreifen können, einen Betätigungsteil 5 in Form einer Hülse, mit dessen Hilfe die Halteklinken 3 in und außer Eingriff mit der Halteplatte 4 gebracht werden, sowie eine Druckfeder 6 zwischen einer Pederhaltebuchse 7»die am oberen Ende des Gehäuses und dem Betätigungsteil 5 befestigt ist, um den Betätigungsteil 5 in der Eingriffsstellung (wie es in E"ig. 5 dargestellt ist) zu halten.
Im einaeinen besteht das Brennstoffelement aus einem verhältnismäßig dichtgepackten Bündel von 1oo einzelnen Brennstoffkörpern 8, die sich in einem kastenartigen Gehäuse 9 befinden, wobei die Brennstoffkörper 8 durch Trennwände 1o, die sich über die gesamte Länge des Brennstoffelementes 1 erstrecken, in vier Gruppen von je 25 Stück unterteilt sind.
Die Brennstoffkörper 8 einer jeden Gruppe sind über die gesamte Länge durch Abstandsgitter.11 voneinander getrennt. Die Brennstoffkörper 8 sind an die oberen
Abstandgitter 11 angelötet bzw. angeschweißt ■und können sich über die übrige Länge frei ausdehnen. Das Kühlmittel wird aufwärts an den Bfennstoffkörpern 8 entlang geleitet, und die Brennstoffkörper haben für eine glatte Kühlmittelströmung an den Brennstoffkörpern ein stromlinienförmiges oberes und unteres Ende 12 a und 12 b. Die Brennstoffkörper bestehen aus Stapeln von UOp-Brennstoffstücken, die in Hülsen aus rostfreiem Stahl enthalten sind.
Das Brennst off element 1 v/eist am unteren Ende einen rohrförmigen Ansatz 13 auf, der zur Zentrierung des unteren Endes des Brennstoffelementes in einer mit Öffnungen versehenen Halteplatte unter dem Reaktorkern dient. Der Ansatz 13 hat in der Öffnung der Halteplatte Spiel, so dais sich das Brennstoffelement ungehindert ausdenken kann. Die Innenwandung des Ansatzes 13 bildet die Zuleitung für das Kühlmittel.
Das obere Ende des Gehäuses 9 weist einen rohrförmigen Ansatz 14 mit einem Flansch 15 auf. Der Ansatz 14 nimmt eine Probeentnahmeleitung auf, mit deren Hilfe ein Teil des durch das Brennstoffelement 1 strömenden Kühlmittels durch eine Überwachungseinrichtung für
~ 6 —
Radioaktivität abgeleitet wird, -um den Grad der Radioaktivität des Reaktor-Kühlmittels zu bestimmen.
Das Gehäuse 2 ist hohl, um das Ausströmen des Kühlmittels aus dem Brennstoffelement 1 zu ermöglichen, vrobei der hohle Teil des Gehäuses durch abgesetzte Bohrungen 17 und 18, die von einem Inneniansch 19 voneinander getrennt sind, gebildet wird. Die Bohrung 17 nimmt das mit einem Flansch 15 versehene Ende des Ansatzes 14 auf, wobei der Außenumfang des Flansches 15 etwas Spiel in der Wandung der. Bohrung 17 hat. Der Flansch 15 befindet sich zwischen zwei Stoßdämpferfedern 2o und 21, wobei die Feder 21 eine Seite des Flansches 15 gegen den Flansch 19 abstützt und die Feder 2α die andere Seite des Flansches 15 gegen einen Federhalter 22 in Form einer Buchse abstützt. Der Federhalter 22 weist am Ende einen Bund 23 auf, der an der Unterseite des Gehäuses 2 mit Hilfe von Schrauben 24 befestigt ist.
Die Halteklinken 3 befinden sich in Schlitzen 25 der Wandung des Gehäuses 2, die mit den Bohrungen 17 und 18 in Yerbindung stehen. Sie sind an dem Gehäuse mit Hilfe von Stiften 26 befestigt. Der Betätigungsteil
— Ί —
5 "befindet sich in der Bohrung 18 und hat etwas Spiel darin, um eine axiale Bewegung des Betätigungsteiles in der Bohrung zu ermöglichen. Die leder
6 drückt den Betätigungsteil 5 nach unten. Diese Bewegung wird durch den Flansch 19 begrenzt. Der Betätigungsteil 5 hat drei Längssohlitze 27, die sich •von dessen Oberseite bis über etwa ein Drittel seiner Länge erstrecken und Halteansätze 28 am oberen Ende 29 der Halteklinken 3 aufnehmen. Das untere Ende WJ der-Halteklinken 3 weist einen Ansatz 38 auf, An. der Innseite der Halteklinken 3 befinden sich abgesetzte Teile 3o, 31 und 32, die mit den Flächen 33,34 und 35 des Betätigungsteiles 5 in spater zu beschreibender Weise zusammenwirken. Die Innenseite des Betätigungsteiles 5 weist eine Ringnut 36 auf.
Die Figuren 6 und 7 zeigen einen Kernreaktor 5o, der in einem Flußstahlbehälter 51 in. dem Reaktor schacht eingeschlossen ist. Der Reaktor 5o hat einen Flußstahl-DrtLckbehälter 52, der auf einem Sockel 61 ruht und mit " Santowax R ", einem organischen flüssigen Moderator und Kühlmittel auf Terphenyl-Basis ,gefüllt ist (siehe CA. Trilling, Abhandlung Nr. 421 und 1779 der G-enfer-Konf. der friedlichen Nutzung der Atomenergie,Band 9 bzw. 29, 195S, wo organisch moderierte und gekühlte Kernreaktoren und ihre Moderatoren/Kühlmittel näher beschrieben sind).
Der Druckt) ehält er 52 ist mit einer Flußstahl-Wärme ab schirmung 71 ausgekleidet und in einen"oberen Abschnitt 53 und einen unteren Abschnitt 54 durch eine ringförmige Prallplatte 55 unterteilt. Der untere Abschnitt 54- enthält den Reaktorkern 56, der •von 88 Brennstoffelementen 1 gebildet wird, die mit dem obiger Ende an der Halteeinrichtung 4 hängen. Das untere Ende der Brennstoffelemente 1 wird von einer gelochten Platte 57 gehalten. Die Brennstoffelemente 1 sind quadratisch angeordnet, wobei der Zwischenraum zwischen ihnen den Moderator aufnimmt.
An den Seiten und am Boden des Kernes 56 befinden sich im Abstand voneinander angeordnete Platten 58 bzw. 59. -^ie Platten 58 und 59 bestehen aus Flußstahl und bilden zusammen mit dem Realrtor-Kühlmittel-Iloderator (einem Kohlenwasserstoff) eine Abschirmung für den Kern 56. Diese Kombination vermindert die Strahlung außerhalb des Druckbehälter 52 auf ein zulässiges Maß und macht infolgedessen eine äußere Abschirmung überflüssig. Der ca. 7 m hoch über dem Reaktorkern 56 stehende Kühl». ■ mittel-Moderator ergibt die notwendige Abschirmung, ohne daß Stahlplatten notwendig sind.
Der obere Abschnitt 53 enthält einen rohrförmigen
Körper 60 aus Borsiäal, der .sich oberhalb der Prallplatte 5 erhebt und einen ringförmigen Raum, mit der Innenwandung des Druckbehälters 52 bildet, welcher acht Dampf erzeugende Wäremaustauscher 62 aufnimmt, die gegen den Kern 56 durch das Moderator/ Kühlmittel und den Borstahlkörper 60 abgeschirmt sind. Die Wärmeaustauscher 62 weisen "Überhitzer 63» Verdampfer 64 find Dampf-li/asser-Anschlüsse 65 auf.
Der Kühlmittel/Moderator wird mit einem Druck von ca. 7 kg/cm durch vier elektrisch angetriebene Pumpen 66 in Umlauf gesetzt, die außerhalb des Druckbehälters 52 angeordnet sind. Die Pumpen 66 weisen Ansaugleitungen 67, Druckleitungen 68 und Umgehungsleitungen 69 mit Ventilen 77 auf, die sämtlich mit dem Druckbehälter 52 verbunden sind. Das Moderator/Kü-hlmittel strömt aufwärts durch den Reaktorkern 56, aufwärts durch den rohrförmigen Körper 60 und dann abwärts über die Wärmeaustauscher 62 in die Pumpen-fin-■ Saugleitungen 67. Die flüssigkeit tritt dann aus den Pumpendrokleitungen 68 aus und kehrt in den Reaktorkern 56 durch zwei getrennte^ Wege zurück, wobei der erste Weg zunächst zwischen den Stahlplatten 58 hindurch und dann durch die Öffnungen 72 am unteren Ende von zwei Stahlplatten 58 führt und der zweite Weg zunächst durch die öffnungen 72 in den Pumpendruckleituigen 68, dann zwischen der äußersten Platte 58 und der Wärmeabschirmung
- 1ο
71 über ein Armkreuz 73, auf dem die Platten 58 ruhen, und schließlich aufwärts durch kreuzförmige Öffnungen 74 in den Stahlplatten 59 unterhalb des Kernes 56 führt.
Das obere Ende des Druckbehälters 52 ist durch einen Dom 75, der mit einem Plansch versehen ist, abgeschlossen und gegen den Flansch eines Ansatzes 76 des Druckbehälters 52 durch eine Schweißverbindung 77 abgedichtet. Der Dom 75 nimmt 21 Standrohre 78 auf, das wiederum die Hebevorrichtung für die gleiche Anzahl von kreuzförmigen Steuerstäben 79 aufnimmt. Die Steuerstäbe 79 bestehen aus 4-p^ozentigem Borstahl, umhüllt von rostfreiem Stahl, und sind auf einem quadratischen Gitter angeordnet. Sie werden zwischen den Brennstoffelementen 1 in den !Reaktorkern 56 hinein und aus diesem heraus bewegt. Wenn die Steuerstäbe 79 vollständig in den Kern 56 herabgelassen worden sind, so befindet sich das unters Ende der Steuerstäbe 79 in den öffnungen 74 der Stahlplatten 59·
Zum Beschicken des Reaktors 5o werden zunächst der Reaktor und die Pumpen 66 abgeschaltet. Dann wird die
- 11 -
Schweißverbindung 77 abgeschnitten und der Dom 75 durch ein Mannloch 8o des Behälters 51 herausgenommen .
"Der Beschickungsvorgang wird nunmehr an Hand der figuren 2-5 beschrieben. WeU aus Figur 2 hervorgeht, wird zunächst unter dem Schutz des über dem Reaktorkern 56 befindlichen Moderators und Kühlmittels ein Brennstoffelement 1 (das durch seinen Ansatz 14 dargestellt ist) in den Reaktorkern durch einen Kern-Beschickungsgreifer 39 herabgelassen, der eine jJase 4-1 aufweist, die mit einziehbaren Klauen 4o versehen ist, die in die Ringnut 36 des Betätigungsteiles 5 eingreifen. Bei der dargestellten Stellung reicht das Geviicht des Brennstoffelementes 1 aus, um das Gehäuse gegen die Kraft der Feder 6 nach unten zu drücken und zubewirken, daß die Fläche 33 des Betätigungsteiles - 5 auf den abgesetzten Teil 3o der Halteklinke 3 drückt. Der auf die Halteklinke.ausgeübte Druck schwenkt die Halteklinken um die Stifte 26, damit die Gewähr dafür besteht, daß die Ansätze 38 am unteren Ende 37 der Halteklinken 3 von den Wänden einer Öffnung 42 ferngehalten w^den, welche die Halteplatte 4 durchdringt.
He nunmehr aus Figur 3 hervorgeht, wird der
- 12 «
Greifer 39 ("and folglich das Gehäuse 2 mit dem daran "befestigten Brennstoffelement) weiter herabgelassen, bis die Ansätze 38 am -unteren Ende der Halteklinken 3 an eine Ringnut 43 in der Wandung der Öffnung 42 gelangen, welche die Halteplatte 4 durchdringt. In dieser Stellung tritt der rohrfö'rmige Ansatz 13 (Fig· 1B) am unteren Ende des Brennstoffelementes 1 in seine Zentrieröffnung in der Halteplatte 57 unter dem Reaktorkern 56, und ein Bund 44 am oberen Ende des Gehäuses 2 berührt die Oberseite der Halteeinrichtung 4» um eine weitere Abwärtsbewegung des Gehäuses 2 zu verhindern.
Wie aus 3?igur 4 hervorgeht, wird der Greifer 39 weiter gesenkt, bis die Fläche 33 des Betätigungsteiles 5 von dem abgesetzten Teil 3o der Halteklinke 3 freikommt und nun die Fläche 34 den abgesetzten Teil 31 berührt.
Eine weitere Abwärtsbewegung des ßreifers 39 schwenkt die Halteklinken 3 um den Stift 26, bis deren Ansätze 38 am unteren Ende 37 in die Eingnut 43 in der Wandung der Öffnung 42 eingreifen. Die Klauen 4o an der Nase 41 des Greifers 39 werden nun zurückgezogen und der Greifer 39 herausgezogen, wie es in -^ig. 5 dargestellt ist.. Der Betätigungsteil 5 wird jetzt durch die
- 13 -
Feder 6 in der in Fig. 5 dargestellten Stellung gehalten, bis er erneut von dem Greifer 39 bewegt' wird.
Zum Herausnehmen eines Brennstoffelementes 1 aus dem Reaktorkern werden die zuTor geschilderten Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt, wobei das herausgenommene Brennstoffelement in einen abgeschirmten Behälter gezogen wird, der sich auf dem Ansatz 76 des Druckbehälters befindet.
Falls das Schiff kentert und sich die Lage des Brennstoffelementes 1 relativ zum Gehäuse 2 umkehrt, werden die Brennstoffelemente in dem Reaktorkern 56 gehalten und bleiben infolge der Halteplatte 4 in ihrer Lage zu-einander.
Die Vorrichtung hat gegenüber Verriegelungseinrichtungen, bei denen Teile mit Schrauben verwendet werden, Vorteile, weil bei Kernreaktoren, die mit einer organischen Flüssigkeit gekühlt werden, das Kühlmittel durch die bewiiidegänge hindurch-dringen kann, worauf eine verlängerte Ausstrahlung zu einem Zersetzen und "Verkohlen" führt, was zu einer Verbindung zwischen dem Gewinde und den Teilen führen kann.
Me b es ehr i ebene Vorrichtung hat bei Schiffsreaktoren ferner den Vorteil, daß Beanspruchungen durch Unt.erwasserstöße nicht auf die Brennstoffelemente des Reaktors in dem Maße übertragen werden, als es der Fall sein würde, Yirenn die Brennstoffelemente starr mit der Halteplatte verbunden werden. Bei der Torliegenden Anordnung werden derartige Stoßbelastungen von den Federn 2o und 21 aufgenommen.
Schutzanspruch

Claims (1)

  1. United Kingdom Atomic Energy Authority,... 17. Mai 1963
    Schut zanspruch
    Vorrichtung zum lösbaren Aufhängen von Brennstoffelementen an einem Halterungsaufbau über einem Reaktorkern durch ein Gehäuse, das auf dem Brennelement sitzt und mit dem Halterungaaufbau durch verschiebbare Klinkenbauteile in Eingriff zu bringen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) auf dem Brennstoffelement (1) zwischen einer Stoßdämpfereinrichtung (20,21) adbzt, so daß das Brennstoffelement (1) sich relativ zum Gehäuse (2) bewegen kann.
DEU3261U 1960-08-11 1961-08-10 Vorrichtung an kernreaktor-brennstoffelementen. Expired DE1877576U (de)

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GB27906/60A GB935025A (en) 1960-08-11 1960-08-11 Improvements in or relating to apparatus for releasably suspending a nuclear fuel element

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DE1877576U true DE1877576U (de) 1963-08-14

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DEU3261U Expired DE1877576U (de) 1960-08-11 1961-08-10 Vorrichtung an kernreaktor-brennstoffelementen.

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DE (1) DE1877576U (de)
GB (1) GB935025A (de)

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