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Brennstoff elementenhalterung
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffelementenhalterung nach Art eines Dornes, auf dem das Brenn- stoffelement angeordnet ist, bei einem gasgekühlten Kernreaktor. Bei derartigen Kernreaktoren ist es nö- tig, flüchtige Spaltprodukte aus den Reaktorbrennstoffkomponenten im Reaktorkern zu entfernen. Dies wird mittels eines sogenannten Reinigungsgasstromes von Kühlgas durchgeführt, das durch die Brennstoff- elemente und in die Brennstoffelementanordnung abgesaugt wird und das dann in eine Reinigungsanlage geleitet werden kann. Daraufhin kann das gereinigte Gas zurückgeführt werden, um sich mit der Haupt- menge des Reaktorkühlmittels zu vereinigen. Ein Kernreaktor dieser Art ist im ersten Jahresbericht der OEEC"High Temperature Gas Cooled Reactor Project" Juli 1960 beschrieben.
Es wird daher eine Anord- nung betrachtet, in der eine Anzahl von Reinigungsgasströmen, die möglicherweise gasförmige Spaltprodukte enthalten, von einzelnen Kernbrennstoffelementen oder-einheiten abgezogen und durch Rohre ge- leitet werden, die mit einer Reinigungsanlage für die Spaltprodukte und/oder Probeentnahmevorrichtung verbunden sind. Im Falle eines Verlustes von Kühlgas bei einem der Reinigungsgasströme im Reaktor kann eine ernstliche Störung der Fliessbedingungen auftreten ; da dann auch die übrigen Teile des Reaktors zu wenig gekühlt werden und der Reaktor Schaden erleidet. Grund für einen Verlust kann z. B. das schlechte Sitzen eines Brennstoffelementes in seiner Halterung sein.
Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, eine wirksame Drosselung in jeder Reinigungsgasflussleitung zu schaffen. Sollte ein Verlust in irgendeiner der Brennstoffkomponenten auftreten, dann werden die andern Reinigungsflüsse mengenmässig gleich bleiben.
Die Drosselung im Reinigungsgasstrom zwischen der Brennstoffkomponente und der Reinigungsvorrichtung kann dadurch hervorgerufen werden, dass das Reinigungsgas durch eine Druckdrosseldüse geleitet wird. Es ist jedoch möglich, dass eine Düse, die entsprechend klein ist, um eine wirksame Flussbeschränkung im Gasstrom zu ergeben, durch feste Partikel verstopft wird, die vorher in den Reinigungsgasstrom während seines Durchganges durch die Brennstoffkomponente oder den Reaktorkern mitgerissen werden können.
Gemäss der Erfindung wird nun vorgeschlagen, dass im Inneren der Halterung ein Kanal vorgesehen ist, der in eine Trennkammer, vorzugsweise eine Zyklontrennkammer zum Abscheiden von im Gasstrom mitgeführten festen Partikelchen einmündet, und in der Trennkammer eine Drosseldüse angeordnet ist, durch die das gereinigte Gas ableitbar ist.
Es ist notwendig, dass von Zeit zu Zeit eine Probe des Reinigungsgases entnommen wird, die es erlaubt, den Grad der Verunreinigung durch Spaltprodukte usw. zu bestimmen.
Zweckmässig werden hiezu zwei konzentrische Rohre verwendet, die einen zylindrischen Raum begrenzen, wobei der Raum das Innere der Zyklontrennkammer mit einer Probenleitung verbindet, entlang der ein Probefluss entfernt werden kann.
Die Erfindung wird an Hand der schematischen Zeichnungen genauer beschrieben. Die Fig. 1 zeigt einen axialen Mittelschnitt durch einen Tei 1 einer Brennstoffelementenhalterung und Fig. 2 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführung der in Fig. 1 gezeigten Halterung.
Gemäss der Fig. 1 umfasst die Brennstoffelementenhalterung 1 einen Basisteil la, der von einer Gitterplatte 2 getragen wird, und einen Halterungsteillb für das Brennstoffelement, der sich von der Basis la
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nach aufwärts in den Reaktorkern erstreckt, wo dieser Teil bei Gebrauch ein Büschel von Brennstoffelementen trägt (nicht dargestellt). Jedes Brennstoffelement besitzt einen Kernspaltstoff, der von einem
Graphitdorn getragen wird und durch einen zylindrischen Brennstoffbehälter aus Graphit umschlossen ist.
Der Brennstoffbehälter ist an seinem oberen Ende durch einen porösen Verschluss verschlossen, wohingegen eine Öffnung an seinem unteren Ende den zylinderförmigen Raum zwischen dem Spaltmaterial und dem Brennstoffbehälter mit einer Leitung in einer konischen Ausnehmung verbindet, die die Lage des Elementes auf dem Halteteil 1b festlegt. Eine Bohrung 3 im Teil lb ist an ihrem oberen Ende mit dieser Leitung verbunden und mündet an ihrem unteren Ende in eine Kammer 4 im Basisteil la des Halterungsdornes 1.
Ein Auslassrohr 5 verbindet das Innere der Kammer 4 mit einer Spaltproduktreinigungsvorrichtung. Ein Reinigungsgasfluss wird in dem System durch eine Pumpe erzeugt, die hinter der Reinigungsvorrichtung angeordnet ist.
Um einen Druckabfall im Reinigungsgasflussweg vor der Reinigungsvorrichtung zu erzeugen, ist eine Drosseldüse 6 in der Kammer 4 angeordnet, und um eine Verstopfung dieser Düse zu vermeiden, ist die Kammer 4 als eine Zyklonkammer ausgebildet.
Die Bohrung 3 mündet mit der Öffnung 3a in die Kammer 4 tangential oben ein, so dass das Reinigungsgas in die Kammer zunächst um deren Achse kreist.
Eine im Basisteil la sitzende, zur Kammer 4 konzentrische Hülse 8 besitzt aussen ungefähr in ihrer Mitte eine umlaufende abgeschrägte Schulter 8a und trägt an ihrem oberen Ende verschraubt eine konisch endende Kappe 7, worin die Düse 6 angeordnet ist. Unterhalb dieser beginnt das Auslassrohr 5, das konzentrisch mit Abstand durch die weitere Bohrung der Hülse 8 hindurch und durch den Basisteil zur Reinigungsvorrichtung führt.
Zwischen der Schulter 8a und der Düse 6 hat die Hülse 8 mehrere radiale Öffnungen 9, die die Kammer 4 mit einem zylinderförmigen Raum 10 verbinden, der zwischen der Hülse 8 und dem Rohr 5 angeordnet ist und sich von den Öffnungen 9 nach abwärts axial bis zum Abschluss des Basisteiles la erstreckt.
Vom Raum 10 führt eine Bohrung 11 zu einem Proberohr 12, das mit einem Probenventil verbunden (nicht dargestellt) ist.
Bei Betätigung der Saugpumpe wird also das Reinigungsgas mit einer Drallbewegung durch das Loch
3a in die Kammer 4 einströmen. Die dichteren festen Teilchen werden nach aussen gegen die Wand der
Kammer 4 geschleudert, wohingegen-das von festen Teilchen freie Gas durch die Düse 6 in und durch das Auslassrohr 5 abströmt und die Kammer 4 verlässt. Aus dem kreisenden Gas fallen die Teilchen in den unteren Teil der Kammer und werden dann gegen ein nochmaliges Mitreissen durch die Schulter 8 gehalten.
Bei einer Abänderung des vorherbeschriebenen Ausführungsbeispieles (dargestellt in Fig. 2) ist die Kammer in einer Hülse 13 angeordnet, die in einer Gitteröffnung 14 befestigt. ist, wobei die Hülse 13 an ihrem unteren Ende durch ein Verschlussstück 15 verschlossen ist, das einen axialen Durchtritt 15a und eine Bohrung 15b mit kleinem Durchmesser aufweist. Ein Rohr 16 ist an das untere Ende des Durchtrittes 15a angeschlossen und verbindet dieses mit einer Reinigungsanlage für das Spaltproduktenreinigungsgas (nicht dargestellt). Ein Probenrohr 17 verbindet das untere Ende der Bohrung 15b mit einer Probenleitung (nichtdargestellt). Der Durchtritt 15a und die Bohrung 15b erstrecken sich durch einen Zentrieranguss 15c, der das Verschlussstück 15 nach oben verlängert.
Die Zyklonkammer 18 ist im Basisteil 19a des Tragdornes 19 für die Brennstoffelemente angeordnet.
Der Teil 19a ist im Schiebesitz in der Hülse 13 angeordnet. Der Dorn 19 hat eine axiale Bohrung 20, die entsprechend der Fig. 1 die Reinigungsgasflusskanäle in den Brennstoffelementen mit der Zyklonkammer 18 über tangentiale Öffnungen 21 in der Kammerwand in einer ähnlichen Art wie bei der Anordnung gemäss der Fig. 1 verbindet.
Von den zwei konzentrischen Rohren 22,23 sind die Basisteile verstärkt und so ausgebildet, dass das Rohr 22 mittels eines Aussengewindes im Basisteil von 19a verschraubt ist und an seinem Ende mittels Innengewinde und Dichtungsring eine Abdichtung gegen den Zentrieransatz 15c erfolgen kann, und das Rohr 23 auf dem oben konisch ausgebildeten Zentrieransatz 15c ebenfalls gasdicht durch eine Schraubkappe so aufsitzt, dass sein konisches Ende oben gegen eine entsprechende Innenkonuskappe dichtend gepresst wird.
Der Basisteil von 22 besitzt oberhalb des Aussengewindes eine Schulter 22a und ist konisch ausgebildet, um gemeinsam mit einer entsprechenden Innenfläche im Basisteil von 19a, den konischen Fussteil einer Hülse 28 aus Keramik od. dgl. bei 22b zu zentrieren. Diese Hülse 28 ist durch einen Bund 30 am Rohr 22 zentriert, hat eine konische Leitfläche 31, die der Schulter 8a der Fig. 1 entspricht, und ist in ihrer ganzen Länge im Abstand um das Rohr 22 angeordnet, so dass ein wärmeisolierender Raum 29 entsteht.
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Das innere Rohr 23 hat aussen Längsnuten 23a, welche mit den Öffnungen 25 und den Bohrungen 26 und 27 die Zyklonenkammer 18 mit der Bohrung 15b und einer Probenleitung 17 verbinden.
Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet im wesentlichen gleich der nach Fig. 1, besitzt jedoch den besonderen Vorteil, dass das Rohr 22 gegen abgelagerte, sehr heisse Spaltprodukte durch die Hülse 28 geschützt ist. Zusätzlich sollte es möglich sein, die Zyklonkammereinheit vom Traggitter abzunehmen.
Die Konstruktion gemäss der Fig. 2 erlaubt es, das Rohr 22 zusammen mit dem Rest der Einrichtung heraus- zunehmen, wohingegen in der Fig. 1 das entsprechende Rohr 5 mit einem fixen Teil der Konstruktion verbunden ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennstoffelementenhalterung nach Art eines Dornes, auf dem das Brennstoffelement angeordnet ist, bei einem gasgekühlten Kernreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Halterung ein Kanal (3) vorgesehen ist, der in eine Trennkammer (4), vorzugsweise eine Zyklontrennkammer, zum Abscheiden von im Gasstrom mitgeführten festen Partikelchen einmündet, und in der Trennkammer (4)
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