DE1055142B

DE1055142B - Verschlussstueck zur Halterung von Kernbrennstoffelementen

Info

Publication number: DE1055142B
Application number: DEC17059A
Authority: DE
Inventors: Maurice Pierre Andre Moulin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1958-01-20
Filing date: 1958-06-25
Publication date: 1959-04-16
Also published as: NL123585C; DE1094381B; NL112690C; US3110655A; LU36740A1; GB859069A; US3009868A; GB893244A; CH348480A; NL235190A; CH350379A; FR1190276A; LU36195A1; BE568790A; FR1176893A; NL229143A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verschlußstück zum Einsetzen wenigstens eines Stückes aus Kernbrennstoff m einen länglichen Kanal mit geeignetem Längsprofil sowie zum Herausziehen des Stückes aus diesem Kanal, z. B. für das Füllen und Entleeren von Kernreaktoren mit Patronen aus spaltbarem Stoff.

Bekanntlich enthalten die Kernreaktoren eine mehr oder weniger große Zahl von Kanälen zur Aufnahme der Stäbe aus Kernbrennstoff, welche durch eine gewisse Zahl von Elementarpatronen aus spaltbarem Stoff gebildet werden. Obwohl theoretisch diese Kanäle eine beliebige Schräglage haben können, sind die bekannten Reaktoren mit waagerechten oder lotrechten Kanälen versehen.

Die Erfindung betrifft im besonderen, wenn auch nicht ausschließlich, Kernreaktoren oder Atommeiler mit lotrechten Kanälen, wie dies bei allen Reaktoren mit flüssigem Moderator, z. B. schwerem AVasser, und zahlreichen Reaktoren mit festem Moderator, z. B. Graphit, der Fall ist. Eine derartige Anordnung bietet den Vorteil, daß die Schwerkraft für wenigstens einen der Vorgänge zur Einführung oder zur Entfernung der Patronen ausgenutzt werden kann.

Bei derartigen Reaktoren mit lotrechten Kanälen müssen die Patronen in den Kanälen gehalten werden, wobei jedoch ein genügender Durchtrittsquerschnitt zwischen den Wänden des Kanals und den Patronen für den Umlauf des Kühlmittels, z. B. Helium, Kohlensäuregas, Wasser usw., frei beiben muß.

Der allgemein als Verschluß stück genannte Teil zum Halten des Patronensatzes in jedem Kanal muß entfernbar sein, um das Einsetzen der neuen Brennstoffpatronen und das Herausziehen der Patronen, welche als verbraucht anzusehen sind (bestrahlte Patronen), zu gestatten.

Nachdem die Patronen vor ihrer Einführung in den Reaktor oder nach ihrer Herausnahme aus demselben gewisse Behandlungen oder Arbeitsgänge erfahren müssen, ist es zweckmäßig, den gleichen Halteteil oder das gleiche Verschlußstück zur Erleichterung der für diese Vorgänge erforderlichen Manöver benutzen zu können, z. B. für die Einlagerung der neuen Patronen in einem Einlagerungsmagazin oder der bestrahlten Patronen in einer Entaktivierungskasematte oder für die Überführung der bestrahlten Patronen aus der Kasematte in einen Bleiturm, aus welchem sie später einzeln für ihre Untersuchung und chemische Behandlung herausgezogen werden können.

Aus Schutzgründen muß das Verschlußstück für Kernreaktoren aus der Ferne und selbsttätig mit einer so großen Genauigkeit betätigbar sein, daß Fehlmanöver oder Beschädigungen vermieden werden. Ferner muß es einen einfachen, stabilen Aufbau Verschluß stück, zur Halterung
von Kernbrennstoffelementen

Anmelder:
Commissariat ä !'Energie Atomique,
Paris

Vertreter: Dr. W. P. Radt, Patentanwalt,
Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 28. Juni 1957

Maurice Pierre Andre Moulin, Gif-sur-Yvette,
Seine-et-Oise (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

haben, so daß es die mechanischen, thermischen und neutronischen Beanspruchungen aushält.

Ferner muß das Verschlußstück für einen Kernreaktor mit lotrechten Kanälen eine gewisse Last tragen können, welche der Gesamtheit oder einem Teil der über ihm liegenden Patronen entspricht. Außerdem muß, obwohl das Verschlußstück keinesfalls festklemmen darf, eine Störbeseitigung an diesem möglich sein.

Schließlich ist es zweckmäßig, ein derartiges Verschlußstück mehrmals benutzen zu können, da die Kernreaktoren im allgemeinen eine sehr große Zahl von Kanälen haben, deren jeder ein Verschlußstück erfordert (ein Reaktor mit festem Moderator kann 1000 bis 2000 Kanäle enthalten).

Es ist bereits die Herstellung eines Haltegliedes für Kernreaktoren in Form eines Verschlußstückes mit einer Verklinkung vorgeschlagen worden, welche durch die allgemeine Füll- oder Entleerungsbewegung gesteuert wird, d. h. durch eine Längsbewegung. Eine derartige Vorrichtung ist z. B. in der USA.-Patentschrift 2 756 858 beschrieben.

Ein derartiges in dieser USA.-Patentschrift beschriebenes Verschlußstück gestattet ein richtiges Einsetzen der Patronen in den Kanal eines Kernreaktors durch Vorwärtsdrücken des Verschluß Stückes, vor welchem sein Patronensatz liegt, durch einen nachgiebigen Kolben, wobei das Festhalten autosom 790/417

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matisch dadurch erfolgt, daß von dem Verschlußstück getragene ausdehnbare Verklinkungsfinger in einer bestimmten Stellung des Verschlußstückes gegenüber dem Stützgitter des Kerns des Reaktors mit einer Schulter in Eingriff kommen, welche in einer mit dem Kanal in einer Flucht liegenden, in dem Gitter vorgesehenen Bohrung angebracht ist. Die Entfernung der Patronen erfolgt dadurch, daß die Verklinkungsfinger in der eingezogenen Stellung mittels eines Ringes verriegelt werden, wofür das Verschluß stück wiederum von dem nachgiebigen Kolben eine geringe Strecke vorwärts geschoben wird.

Dieses bekannte Verschlußstück weist eine gewisse Zahl von Nachteilen auf:

a) es erfordert sehr genaue Betätigungsorgane für seine Verklinkung in der Betriebsstellung, da nur ein sehr begrenztes Bewegungsspiel vorhanden ist, welches bei seiner Überschreitung die endgültige Verriegelung der Verklinkungsfinger und somit ihre Außerbetriebsetzung bewirkt, was das Herausziehen des Patronensatzes mit dem Verschlußstück aus dem Reaktor, die unmittelbare Entriegelung des Verschluß Stückes und eine neue Wiedereinführung des Patronensatzes und des Verschluß Stückes in den Kanal erfordert. Es ist aber sehr schwierig, aus der Ferne Lasten, welche bisweilen hoch sein können, in sehr genauer Weise zu verschieben;

b) es kann in der Arbeitsstellung in dem Kanal eines Reaktors nicht automatisch entriegelt werden;

c) es gestattet nicht, einem Satz von aufeinanderfolgenden Patronen in mehreren Rohren zu folgen oder die teilweise Entleerung eines lotrechten Einlagerungsbleiturms vorzunehmen.

Es könnte auch daran gedacht werden, auf Kernreaktoren die in der USA.-Patentschrift 1 893 600 beschriebene Vorrichtung anzuwenden, welche das Einsetzen einer Schelle in eine Reihe von Sondenrohren mittels eines Haltegliedes betrifft. Die dort beschriebene Vorrichtung ist jedoch für Kernreaktoren nicht geeignet, da sie nicht die für die Handhabung der Patronen aus spaltbarem Stoff in einem derartigen Reaktor erforderliche Selbsttätigkeit aufweist, nicht Kurven durchlaufen kann und nicht die innere Strömung eines Kühlmittels gestattet. Außerdem weist die in diesem Patent beschriebene Vorrichtung gleitende Teile mit kompliziertem Aufbau auf, welche eine längere Bestrahlung mit den im Innern der Kernreaktoren auftretenden intensiven Atomstrahlen nicht aushalten.

Die Erfindung soll den Nachteilen der bekannten Vorrichtungen abhelfen. Sie hat ein selbsttätiges Verschlußstück zum Gegenstand, welches einfach und kräftig ist, ein großes Bewegungsspiel aufweist und ausgezeichnet für die hauptsächlichsten Handhabungen der Patronen aus Kernbrennstoff geeignet ist, z. B. für das selbsttätige Einsetzen und Halten der Patronen in einem Reaktor sowie das Herausziehen derselben aus dem Reaktor, wobei die Verriegelung und Entriegelung der Verklinkungsteile des Verschlußstücks selbsttätig durch die Längsverschiebung der Patrone durch Zusammenwirken mit in dem Reaktor vorgesehenen Nocken bildenden Oberflächen erfolgen. Ferner gestattet das erfindungsgemäße Verschlußstück den freien Durchgang des Kühlmittels durch dasselbe.

Das Verschluß stück gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Hohlkörper, an welchen Verklinkungsteile angelegt sind, welche normaler- \veise von ihrer eingezogenen Stellung aus aus dem 142

Hohlkörper herausgedrückt werden, und durch einen gleitenden Teil, welcher in der Längsrichtung gegenüber dem Hohlkörper zwischen zwei Grenzstellungen frei gleiten kann und Reibungsglieder trägt, welche aus dem Hohlkörper herausgedrückt werden, und durch einen Abschnitt, welcher bei der Verstellung des gleitenden Teils gegenüber dem Hohlkörper in einer Richtung die Verklinkungsteile in der eingezogenen Stellung verriegelt und bei seiner Verstellung gegenüber dem Hohlkörper in entgegengesetzter Richtung die verriegelten Verklinkungsteile entriegelt.

Die Stellung der Verriegelungsglieder in bezug auf den Körper des Verschlußstückes wird, wenn sie nicht verriegelt sind, durch das Profil des Rohres oder Kanals bestimmt, in welchem sich das Verschluß stück verschiebt, wobei dieses Rohr oder der Kanal entweder in dem Kernreaktor oder in einem Einlagerungsteil (Bleiturm, Entaktivierungsraum usw.) vorgesehen sein kann.

Bei der bevorzugten Ausführungsform weist das Profil des Rohres oder Kanals, mit welchem das Verschlußstück für das Einsetzen und das Herausziehen der Patronen aus Kernbrennstoff zusammenwirkt, ein Profil auf, welches eine Reihe von Nocken bildet, an welchen sich die Verklinkungsglieder bzw. die Reibungsglieder des Verschlußstückes abstützen. Dabei ist das Nockenprofil für den Anschlag der Verklinkungsglieder (zum Festhalten des Verschlußstückes in der Arbeitsstellung) von dem Nockenprofil zur Überführung der Verklinkungsglieder in eine die \^Aerriegelung (durch den gleitenden Teil) ermöglichende Stellung durch einen so großen Abstand (welcher jedoch kleiner als die Länge des Verschlußstückes ist) getrennt, daß ein Bewegungsspiel entsteht, welches eine gewisse Ungenauigkeit der das Verschlußstück betätigenden Teile zuläßt.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Kernreaktors mit lotrechten Kanälen und Kühlung durch ein Druckmittel;

Fig. 2 ist ein Schnitt des unteren Teils des Kerns des Reaktors der Fig. 1, welcher in größerem Maßstab die Lage eines erfindungsgemäßen Verschlußstücks zeigt;

Fig. 3 ist ein lotrechter Schnitt des unteren Endes eines Kanals und der zugehörigen Teile des Reaktors der Fig. 1 in größerem Maßstab, wobei der Kanal und diese Teile Nockenprofile oder Kurvenbahnen zur Ausübung der Erfindung aufweisen;

Fig. 4 und 5 sind Schnitte eines zum Zusammenwirken mit den Nockenprofilen gemäß der Fig. 3 bestimmten erfindungsgemäßen Verschluß Stückes durch eine lotrechte Ebene IV-IV der Fig. 5 bzw. durch eine waagerechte EbeneV-V der Fig. 4;

Fig. 6 bis 9 zeigen die Arbeitsweise des Verschlußstückes gemäß den Fig. 4 und 5 beim Zusammenwirken mit den Nocken gemäß der Fig. 3;

Fig. 10, 11 und 12 zeigen in einem Axialschnitt den Kanal des Kernreaktors mit waagerechten Kanälen mit dem Patronensatz und dem Verschluß stück in verschiedenen Stellungen, welche der Einführung bzw. dem Halten in der Arbeitsstellung bzw. dem Herausziehen der Brennstoffpatronen entsprechen;

Fig. 13, 14, 15 und 16 sind Schnitte längs der Linien XIII-XIII, XIV-XIV, XV-XV bzw. XVI-XVI der Fig. 2, 11 und 12.

In Fig. 1 und 2 ist ein Kernreaktor mit lotrechter Achse dargestellt, welcher durch ein unter Druck

stehendes Strömungsmittel gekühlt wird und einen z. B. durch Graphit gebildeten festen Moderator aufweist. Dieser Reaktor A enthält einen druckfesten Behälter B, welcher von einem Halter oder einer Konsole C in einer Kammer D gehalten wird. Diese Kammer D liegt innerhalb einer biologischen Abschirmung E, welche z. B. durch eine hinreichend dicke, sehr dichte Betonschicht gebildet wird. Im allgemeinen ist eine thermische Abschirmung F innerhalb dieser biologischen Abschirmung in einer gewissen Entfernung von dieser angeordnet, damit das in den Behälter B durch einen Kanal W eintretende und aus diesem durch einen Kanal Z austretende Kühlmittel in dem Raum G strömen kann. In der druckfesten Hülle B ist der Kern H des Reaktors angeordnet, welcher durch einen Stapel 14 von Graphitblöcken mit lotrechten Kanälen 13 gebildet wird, welche z. B. Kreisquerschnitt haben, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist. Der Graphitkern wird von einer ebenen Unterlage 2 getragen, in welcher Kanäle 12 angebracht sind, welche die Graphitkanäle verlängern. Die Unterlage 2 ruht auf einem Traggestell /.

Führungsrohre 5 durchdringen das Traggestell / und endigen an einem Verteilungsgitter K, welches je nach dem betreffenden Füllsystem z. B. eben oder sphärisch ist.

Bekanntlich können die Patronen aus spaltbarem Stoff durch verschiedene Füll- und/oder Entladungsvorrichtungen, welche nachstehend einfach »Füllvorrichtungen« genannt sind, in die verschiedenen Kanäle eines Reaktors eingeführt oder aus diesen herausgezogen werden. Zwei Füllvorrichtungen sind insbesondere zur Ausübung der Erfindung bei Reaktoren mit lotrechten Kanälen und Kühlung durch ein unter Druck stehendes Strömungsmittel geeignet, obwohl auch andere Vorrichtungen benutzt werden können.

Es handelt sich zunächst um die in der erwähnten USA.-Patentschrift 2 756 858 beschriebene Vorrichtung, welche ein ebenes Verteilungsgitter und Einrichtungen aufweist, um einem jeden lotrechten Kanal einen Füllmechanismus gegenüberzubringen. Dieser Füllmechanismus weist ein mehrfach gekröpftes, durch einen geradlinigen Teil abgeschlossenes Rohr auf, in welchem ein nachgiebiger Kolben, z. B. eine Anordnung miteinander gelenkig verbundener starrer Teile, beweglich angeordnet ist.

Eine zweite, besonders geeignete Füllvorrichtung ist in der belgischen Patentschrift 560 418 beschrieben.

Diese letztere Füllvorrichtung ist schematisch in Fig. 1 mit dargestellt. Sie weist im wesentlichen eine Kette L auf, welche in einem gebogenen Rohr M verschieblich ist. Dieses Rohr kann um einen in dem unteren Teil des Reaktors angeordneten Schwenkzapfen N so schwenken, daß sein oberes Ende P den unteren Enden Q der Führungsrohre 5 gegenüber und mit diesen in Berührung kommt. Diese Kette L kann in jedem Rohr 5 vorrücken und hierbei das erfindungsgemäße Verschlußstück R vor sich herschieben und hierauf wieder abwärts gehen und das Verschlußstück R zurücklassen, welches in der nachstehend erläuterten Weise in der Betriebsstellung gehalten wird.

Die Kette L kann natürlich durch einen nachgiebigen Kolben der erwähnten Art oder durch eine andere Fülleinrichtung ersetzt werden.

Vor dem Verschlußstück R (welches nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 näher beschrieben ist) befinden sich jedenfalls eine oder mehrere Pa-

fronen 5" aus spaltbarem Stoff in einer Schutzhülle. Bei einem Reaktor liegen von dem Verschlußstück mehrere Patronen S, welche einen »Patronensatz« bilden, welcher in der Arbeitsstellung den Stab aus Kernbrennstoff bildet.

Jede Patrone .S weist (wie dies in den Fig. 2 und 14 dargestellt ist) zweckmäßig Rippen T zur Ermöglichung des Umlaufs des Kühlmittels in den Kanälen 13 zur Kühlung der Patronen auf. Diese Rippen erleichtern außerdem die Wärmeabfuhr durch Vergrößerung der Austauschfläche zwischen den zu kühlenden Patronen und dem Kühlmittel.

Zur Herstellung der genauen Lage dieses Patronensatzes beim Einbringen und Herausziehen desselben genügt es daher, die richtige Lage des Verschlußstückes R und sein Pierausziehen aus dieser Lage sicherzustellen. Hierfür ist der untere Teil des Reaktors folgendermaßen ausgebildet.

Gegenüber einem jeden Kanal 13 ist eine zylindrische Hülse 1 an der ebenen Unterlage 2 z. B. mittels eines Gewindes 3 befestigt. Wie in Fig. 3 dargestellt, weist die Hülse 1 von ihrem unteren Ende aus folgende Teile auf:

a) eine Ausnehmung 4 zur Aufnahme des Führungsrohres 5; dieses Rohr 5 kann sich von seinem an dem Verteilungsgitter K befestigten unteren Ende aus frei ausdehnen; die waagerechten Differentialdehnungen werden von dem durch die metallische Ringfeder 6 gebildeten summarischen Kugelgelenk aufgenommen,

b) eine erste Bohrung 7, deren Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des Rohres 5 ist,

c) eine Kreisnut 8 zur Aufnahme der Verklinkungsfinger 18 des Verschlußstückes (s. Fig. 4 und 5) in der Stellung gemäß der Fig. 7,

d) eine erste kegelstumpfförmige Zone 9, welche ein Nockenprofil oder eine kreisförmige Kurvenbahn bildet, deren Steigung gleich der der Verklinkungsfinger 18 des Verschlußstückes in der gespreizten Stellung (s. Fig. 7) ist,

e) eine zweite Bohrung 10, deren Länge das Bewegungsspiel bestimmt und deren Durchmesser zwischen dem der Nut 8 und dem Innendurchmesser des Führungsrohres 5 liegt, so daß die Verklinkungsfinger 18 in der in Fig. 8 dargestellten Stellung gehalten werden,

f) eine zweite kegelstumpfförmige Zone 11, welche ein Nockenprofil oder eine kreisförmige Kurvenbahn bildet, deren Steigung gleich der der Verklinkungsfinger 18 ist, wenn diese in der Bohrung 10 liegen, wodurch die Verklinkungsfinger in die in Fig. 9 dargestellte Stellung gebracht werden,

g) eine dritte Bohrung 12, deren Durchmesser gleich dem des Führungsrohr es 5 und des Kanals 13 im Graphit ist,

h) Abschrägungen an den verschiedenen Teilen zur Vermeidung des Hängenbleibens infolge einer etwaigen fehlerhaften Ausrichtung, insbesondere bei 5 a, 8 a, 12 a und 13 a, an der Verbindungsstelle getrennter Teile, welche in einer Flucht liegen sollen.

Aus Fig. 4 geht hervor, daß das erfindungsgemäße Verschluß stück das richtige Profil hat, um sich frei auf dem vorgesehenen Weg (Rohre M und 5, Hülse 1) zu bewegen. Ferner ist es reichlich ausgespart, damit es von dem Kühlmittel ohne übermäßigen Druckabfall durchströmt werden kann.

Hierfür wird das Verschluß stück in seinem mittleren Abschnitt durch einen Zylindermantel 15 gebildet, an dem zwei Endstücke oder Kappen 16 und 17

mit Verklinkungsfingern 18 sowie Reibungsfedern 19 vorgesehen sind.

Das obere Endstück 16 ist so ausgehöhlt, daß drei gleich weit voneinander entfernte Arme 20 übrigbleiben, welche sich an eine mittlere Erhebung 21 anschließen.

Die Arme 20 sind an ihrem unteren Teil 22 verstärkt, so daß sie zur Aufnahme der Finger 18 und ihrer Achsen 23 geschlitzt und durchbohrt werden können.

Das Endstück 16 ist an dem Zylindermantel 15 durch Niete 26 befestigt.

Das Endstück 17 ist wie das Endstück 16 ausgebildet, jedoch ohne Verstärkung der Arme 20, und ist an dem unteren Teil des Zylindermantels 15 durch Niete 29 befestigt.

Der Zylinder 15 mit den Kappen 16 und 17 bildet den Körper des Verschlußstückes, und drei Federn oder elastische Lamellen 24, welche an den Armen 20 durch die Niete 25 befestigt sind, drücken die Finger 18 aus den Körper des \^erschluß Stückes heraus.

Eine Hülse 27 ist innerhalb des Zylindermantels 15 in der Längsrichtung frei beweglich. Drei gleich weit voneinander entfernte Federn 19 sind innerhalb dieser Hülse 27 durch Niete 28 befestigt. Das Profil dieser Federn 19 ist so ausgebildet, daß, wenn die Hülse 27 innerhalb des Zylindermantels 15 liegt, die Federn 19 aus dem Zylindermantel nach außen vorspringen, wodurch die Verschiebung der Hülse 27 gegenüber der des Körpers des Verschlußstückes gebremst wird.

Die Ausbildung ist so getroffen, daß nach Einsetzen des Verschlußstückes in das Führungsrohr 5, wobei das die Verklinkungsfinger 18 tragende vordere Endstück 16 vorn liegt, eine hinreichend große Bewegung des Körpers des Verschlußstückes nach oben oder nach unten — z. B. durch Ausübung eines Drucks (mittels einer Kette, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, oder mittels eines nachgiebigen Kolbens) auf das hintere Endstück 17 des Verschußstückes entgegen der Wirkung der Schwerkraft — mit einer begrenzten Verzögerung die gleichsinnige Verschiebung der Hülse 27 bewirkt, deren Abschnitt 29a abwechselnd die Verklinkungsfinger in der zurückgezogenen Stellung entriegelt und verriegelt, wie dies in den Fig. 6 und 9 dargestellt und weiter unten erläutert ist.

Erfindungsgemäß legen sich nämlich die Federn 19 mit Reibung gegen die Innenwand des Führungsrohres 5 oder der Hülse 1, so daß sie eine Verzögerung der Längsverschiebung der Hülse 27 unabhängig von der A'erschiebungsrichtung des Verschlußstückes erzeugen. Alle Vorschubbewegungen (Fig. 6 und 7) erfolgen daher so. daß sich die \^Terklinkungsfmger 18 frei spreizen können, während die Rückwärtsbewegungen so erfolgen, daß sie entweder die Spreizung der Finger verhindern (Fig. 9), wenn diese vorher durch das Nockenprofil 11 genügend genähert wurden (wobei die auf diesem Weg vorhandenen Durchmessererweiterungen, wie Verbindungs- oder Dehnungsstöße, Betriebsspiel, Verschlußglieder usw., bequem überschritten werden), oder daß sie die Spreizung der Finger nicht beeinflussen (Fig. 8), wenn diese z. B. durch das Nockenprofil 10 bereits genügend gespreizt sind.

In den Fig. 1, 2 und 6 sieht man, daß man zur Verklinkung des Verschlußstückes R dieses sowie den ihm vorausgehenden Patronensatz ^ z. B. mittels einer in einem Rohr befindlichen Kette in das Führungsrohr 5 einführt. Die unter dem Druck der Feder 24 stehenden VerkIinkungsfinger 18 reiben an der Wand des Rohres 5, ebenso die Federn 19 der Hülse

27, welche auf das Endstück 17 stoßen (s. Fig. 6, welche praktisch der in Fig. 2 dargestellten Stellung des Verschlußstückes entspricht).

Wenn die Verklinkungsfläche 30 der Finger 18 auf die Höhe der Ausnehmung 8 kommt, spreizen sich die Finger 18. Bei Umkehrung der Bewegungsrichtung der Kette L bleibt das Verschlußstück mit der über ihm liegenden Last an seinen Verklinkungsfingern 18 aufgehängt, und der Betätigungsteil geht allein zurück (Fig. 7).

Unter diesen Bedingungen würde das richtige Arbeiten einen genauen Überschußhub erfordern. Zur Vergrößerung des »Bewegungsspiels« des Hingangs ist in der Hülse 1, wie bereits oben ausgeführt, eine Bohrung 10 mit einem solchen Zwischendurchmesser vorgesehen, daß die Verklinkungsfmger 18 durch die Hülse 27 bei der Rückwärtsbewegung des Verschlußstückes nicht verriegelt werden können. Die Bewegungsmöglichkeit der Finger 18 in dieser Bohrung 10 mit einem Zwischendurchmesser ist in Fig. 8 dargestellt, welche zeigt, daß bei Rückwärtsbewegung des Verschluß Stückes R die Hülse 27 gegen die Ansätze 31 dar Finger 18 stoßen würde und daher die Finger nicht in der eingezogenen Stellung verriegeln könnte.

Das erfindungsgemäße »Bewegungsspiel« kann beträchtlich sein. Es kann z. B. größenordnungsmäßig 10 cm betragen, was durchaus ausreichend ist. Es wird übrigens nur durch die Länge des Verschlußstückes R begrenzt (welche durch die Eintrittsmöglichkeit des Verschluß Stückes in die Kurven der RohreM oder 5 bestimmt ist), da die Finger 18 nicht in der eingezogenen Stellung verriegelt werden könnten, wenn es vollständig in die Bohrung 10 eintreten würde. Die entspannten Federn 19 würden dann nämlich nicht mehr an der Wand der Bohrung 10 reiben und nicht mehr die Hülse 27 gegenüber dem Körper des Verschlußstückes bremsen.

Die Bohrung 10 begrenzt auch die Länge der Verklinkungsausnehmung 8, was für die Verschiebung des Patronensatzes beim Entleeren günstig ist. Zur Vornahme der Entleerung sucht das Betätigungsglied (z. B. eine Kette oder ein Kolben) das Verschlußstück R und den über ihm liegenden Patronensatz S auf (Fig. 2). Wenn die Kette mit dem Verschlußstück in Berührung kommt, nimmt sie es nach oben mit. Die Verklinkungsfinger 18 folgen dem Profil der Bohrungen und Abschrägungen 9, 10 und 11 und treten in die Bohrung 12 ein, welche den gleichen Durchmesser wie die in Fig. 6 dargestellte Bohrung 5 hat. Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung des Verschlußstückes reiben die Federn 19 an den Bohrungen 5 und 7. Bei der Rückwärtsbewegung verriegelt die Hülse 27 die Finger 18 in der eingezogenen Stellung (Fig. 9), was den Durchtritt der Finger 18 durch die Ausnehmung 8 und die Überschreitung der Hindernisse des Weges ohne Hängenbleiben gestattet.

Die vollständige Arbeitsweise der Vorrichtung ist schließlich folgende:

Der Patronensatz 5 und das Verschlußstück R werden in den Füllkanal K eingeführt, worauf das Verschlußstück mit dem Patronensatz nach oben gedrückt wird (wie dies in der belgischen Patentschrift oder der erwähnten USA.-Patentschrift 2 756 858 angegeben ist). Bei der Aufwärtsbewegung des Verschlußstückes R bleibt die Gleithülse 27 infolge der Reibung ihrer elastischen Lamellen 19 an der Wand des Rohres 5 zurück (Fig. 2 und 6). Die Verklinkungsfinger 18 legen sich daher frei gegen die Wand des Rohres 5 und hierauf der Hülse 10, bis sie die in Fig. 7 dargestellte Stellung einnehmen. Infolgle des Vorhanden-

seins eines Bewegungsspiels kannn die Füllvorrichtung ohne Nachteil den der genauen Stellung des Verschlußstückes R gemäß Fig. 7 entsprechenden Hub etwas überschreiten, wobei sich die Finger 18 gegen die Wand der Bohrung 10 legen.

Eine Rückwärtsbewegung der Kette L bewirkt die Abwärtsbewegung des Verschlußstückes R und der Patronen_tS" (durch ihr Eigengewicht), da die Finger 18 nicht durch die Hülse 27 verriegelt sind, deren Federn an der Wand des Rohres 5 reiben, so daß sich die Finger in der Ausnehmung 8 verklinken können. Dadurch werden die KernbrennstorTpatronen 5" in der gewünschten Stellung (Fig. 7) gehalten, wobei das Halteglied R die Aufgabe eines für das Kühlmittel durchlässigen Verschlußstückes erfüllt.

Zur Vornahme der Entleerung genügt es, die Kette L von neuem zur Einwirkung zu bringen, jedoch mit einem längeren Hub, so daß sie das Verschlußstück R bis über die kegelstumpfförmige Zone 11 hinausführt, deren Kurvenbahnen die Finger 18 so weit einander nähern, daß sie die in Fig. 6 dargestellte Stellung einnehmen, in welcher die Hülse 27 beim Rückgang der Kette L und der Abwärtsbewegung des Verschlußstückes R durch sein Eigengewicht die Finger 18 in der in Fig. 9 dargestellten Weise verriegelt. Die so in der unwirksamen Stellung verriegelten Finger 18 legen sich nicht mehr mit ihrem vorspringenden Teil 30 gegen die Schulter der Ausnehmung 8, welche ohne Schwierigkeit ebenso wie die anderen Hindernisse des Weges überschritten wird.

Die Patronen S und das Verschluß stück R gehen so durch ihr Eigengewicht in dem Kanal M abwärts, aus welchem sie z. B. auf die in der erwähnten belgischen Patentschrift oder der erwähnten USA.-Patentschrift 2 756 858 beschriebene Weise herausgezogen werden.

Ganz allgemein ist das erfindungsgemäße Verschlußsystem auch bei einem Reaktor mit waagerechter Achse benutzbar, vorausgesetzt, daß an dem der Hülse entgegengesetzten Ende des Kanals eine Feder vorgesehen wird, welche die Reibungen überwinden kann. Bei dieser Anordnung erfolgt das Herausziehen der Patronen mittels eines zu dieser Feder konzentrischen Kolbens.

In einem waagerechten Kanal (Fig. 10 bis 12) kann folgende Anordnung getroffen werden:

Auf einer Seite eines jeden Kanals 13a des Meilers befindet sich eine Bohrung 12 a für die Füllung und die Entleerung des Kanals.

Der Kanal 13 a enthält die kreisförmige Schulter 8 zur Verklinkung des Verschlußstückes R in der Arbeitsstellung sowie die Nocken 9 und 11 und die oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebene Bohrung 10 zur Herstellung des »Bewegungsspiels«.

Auf der anderen Seite des Kanals befindet sich eine Druckvorrichtung, welche durch einen gleitenden Teil 40 mit einer Schulter 40 a, eine Feder 41 und einen Halteteil 42 gebildet wird, welcher durch Teile 43 an dem Moderatorstapel 14 befestigt ist. Die Feder 41 kann die von dem Gewicht der verschiedenen in den Kanal 13 a eingeführten Teile (Patronen S, Verschlußstück R) herrührenden Reibungen überwinden, so daß sie auf einem begrenzten Weg die Aufgabe erfüllt, welche das Eigengewicht in den lotrechten Kanälen erfüllte, um das Verschlußstück R nach rückwärts zu verschieben.

Bei der Einführung des Patronensatzes S in den Reaktor enthält dieser in der Reihenfolge der Einführung

a) einen (im Schnitt in Fig. 15 sichtbaren) Kopfteil 44, dessen Querschnitt für den Durchlaß des

Strömungsmittels zur Kühlung der Patronen S ausgebildet ist; der Kopfteil weist eine volle Seele 44 a und eine zylindrische Muffe 44 c auf, welche durch Rippen b miteinander verbunden sind,

b) die hintereinanderliegenden Patronen S,

c) ein Verschlußstück R der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Art.

Die Arbeitsweise dieses Verschlußstückes in einem waagerechten Kanal 13 a entspricht der Arbeitsweise des gleichen Verschlußstückes in einem lotrechten Kanal 13 und ist folgende:

Bei der Füllung (Fig. 10 und 11) drückt ein Kolben L a (oder eine in einem Rohr befindliche Kette) den Patronensatz 6" vorwärts. Wenn dieser vollständig in den Kanal eingeführt ist (Fig. 11), drückt der Teil 44 die Feder 41 mittels des Gleitstückes 40 zusammen. Die Verklinkungsfinger 18 des Verschluß Stückes gehen über die Verklinkungsstellung der Fig. 10' hinaus, ohne jedoch das durch die Bohrung 10 verwirklichte Bewegungsspiel zu überschreiten. Hierauf geht der Kolben L a zurück, und die Feder 41 schiebt den Teil 40, den Patronensatz 6" und das Verschlußstück R zurück, bis die Finger 18 in gespreizter Stellung gegen die Umfangsschulter 8 stoßen (Stellung gemäß der Fig. 10, wobei jedoch der KolbenLa zurückgezogen ist).

Für die Entleerung drückt der Kolben La den Patronensatz S vorwärts, jedoch weiter als bei der Füllung, um das Bewegungsspiel zu überschreiten, so daß die auf dem kegelstumpfförmigen Teil 11 schleifenden Finger 18 so weit nach der Mitte zu zurückgedrückt werden, daß sie durch die Hülse 27 in der unwirksamen Stellung verriegelt werden können, wenn der Kolben L a vollständig zurückgeht und die Feder 41 die gesamte Anordnung (Verschlußstück R₁ Patronen JS¹ und Teil 44) zurückschiebt. Da die Finger 18 durch die Hülse 27 geschlossen gehalten werden, werden das Verschluß stück und der Patronensatz 6" bis zu dem Ende des Hubes der Feder 41 zurückdrückt.

In diesem Augenblick wird ein konzentrisch innerhalb des Teils 40 angordneter Entleerungskolben 45 wirksam (dessen Querschnitt in Fig. 16 dargestellt ist). Dieser Kolben drückt die gesamte Anordnung in der Richtung des Pfeils V aus dem Reaktor heraus (Fig. 12). Man sieht in den Fig. 10 bis 16 an den Kolben 12 α und 45 sowie an dem Teil 44 angebrachte Rippen b, welche den Umlauf des Kühlgases während aller obigen Vorgänge in der gleichen Weise gestatten wie die Rippen T und die Ausnehmung des Verschluß-Stückes R diesen Umlauf auf der Höhe der zu kühlenden Patronen S und des Verschluß Stückes R ermöglichen, so daß das unter Druck stehende Kühlmittel frei auf der ganzen Länge der Kanäle 13 a strömen kann.

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, daß ein erfindungsgemäßes Verschlußstück gemäß den Fig. 4 und 5 mit der in Fig. 3 dargestellten Folge von Kurvenbahnen zusammenarbeiten kann, ganz gleich, ob diese in einem lotrechten oder in einem waagerechten Kanal vorgesehen sind. Ein derartiges Verschlußstück kann auch mit einem schrägen Kanal zusammenarbeiten, welcher einen beliebigen Winkel mit der Lotrechten bildet. Wenn der Kanal, in welchem die obigen Kurvenbahnen oder Nockenprofile ange^ bracht sind, lotrecht liegt oder einen geringen Winkel mit der Lotrechten bildet, genügt das Eigengewicht zur Verklinkung der Verklinkungsfinger 18 an der Umfangsschulter 8 sowie für die Abwärtsbewegung des Verschluß Stückes mit den von diesem getragenen

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Claims

Teilen bei der Rückwärtsbewegung des Füllgliedes, z. B. eines nachgiebigen Kolbens oder einer in einem Rohr angeordneten Kette. Wenn jedoch der Kanal waagerecht liegt oder einen großen Winkel mit der Lotrechten bildet, müssen Einrichtungen vorgesehen werden, welche eine Kraft in der der Füllrichtung entgegengesetzten Richtung ausüben, wobei diese Einrichtungen z. B. zweckmäßig durch elastische Teile, wie Federn, gebildet werden. Ein erfindungsgemäßes Verschlußstück kann somit in einem beliebigen Kanal benutzt werden, wenn dieser mit entsprechenden Kurvenbahnen oder Nockenprofilen versehen ist. Es kann daher nicht nur in einem Kernreaktor benutzt werden, sondern auch in einem Bleiturm, einer Einlagerungskammer usw., so daß ein derartiges Verschluß stück einem Patronensatz während seiner ganzen Handhabungen folgen kann. Der beträchtliche Vorteil dieses Verschluß Stückes liegt darin, daß die Verriegelung und die Entriegelung seiner Verriegelungsfinger 18 durch die Hülse 27 selbsttätig erfolgen, was unter anderem gestattet, in ein und demselben Kanal die in der Hülse 1 gemäß der Fig. 3 vorgesehene Anordnung von Kurvenbahnen (kegelstumpfförmige Abschnitte und Bohrungen) auf verschiedenen Höhen zu wiederholen und somit eine Kernbrennstoffpatrone auf verschiedene Höhen in diesem Kanal zu bringen. Bei der in der USA.-Patentschrift 2 756 858 vorgesehenen Vorrichtung erfolgt jedoch nur die Verriegelung selbsttätig, während die Entriegelung außerhalb des Kanals vorgenommen werden muß. Es ist daher mit dieser bekannten Vorrichtung unmöglich, ein und dieselbe Patrone (oder den gleichen Patronensatz) nacheinander auf verschiedene Höhen eines Kanals z. B. in einen Bleiturm zu bringen, während es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, in einem derartigen Bleiturm den schrittweisen Vorschub eines Patronensatzes vorzunehmen, was unter anderem das patronenweise Herausziehen eines bestrahlten Kernbrennstoffstabes erleichtert (wofür in dem Kanal des Bleiturms nur eine Folge von Profilen der in Fig. 3 dargestellten Art vorzusehen ist). Es ist daher bei Benutzung einer Reihe von erfindungsgemäßen Verschlußstücken für die Füllung eines Kernreaktors möglich, später eine beliebige Vorrichtung zur Einlagerung oder Behandlung der bestrahlten Patonen oder neuen Patronen vorzusehen, in welcher eine oder mehrere Patronen genau auf eine oder verschiedene Höhen eingestellt werden sollen; in diesem Falle ist der betreffende Kanal nur mit entsprechenden Nockenprofilen zu versehen, damit das erfindungsgemäße Verschluß stück dem Patronensatz in dieser neuen Vorrichtung folgen kann, und zwar unabhängig davon, ob die Kanäle lotrecht oder waagerecht liegen oder mit der Lotrechten einen beliebigen Winkel bilden. In den obigen Ausführungen ist natürlich der Ausdruck »Höhe« in seinem allgemeinsten Sinn aufzufassen, d. h., er bezieht sich sowohl auf einen waagerechten oder schrägen als auch auf einen lotrechten Kanal. Das erfindungsgemäße Verschluß stück wird natürlich aus einem Werkstoff hergestellt, welcher gegen die Umgebung, in welcher er sich befindet, unempfindlich ist. Bei einem Graphitmoderator kann z. B. das Vershlußstück aus weichem Stahl hergestellt werden (wenn es nicht wieder benutzt wird), d.h. wenn es nur ein einziges Mal benutzt wird. Bei einem flüssigen Moderator besteht es aus rostfreiem Stahl. Ferner muß die Oberfläche des Verschluß Stückes eine Oberflächenbehandlung- erfahren, um ein Fest- fressen desselben zu verhindern, was schwere Folgen haben würde. Als geeignete Oberflächenbehandlungen können Parkerisierenj Bonderisieren, Sulfinusieren angeführt werden. D ie in dem Verschlußstück benutzten Federn werden zweckmäßig aus einem temperaturbeständigen Nickelstahl hergestellt. Zur Verhinderung einer Verklemmung der Verklinkungsfinger 18 durch Korrosion oder Staub wird ein genügendes Spiel zwischen den Fingern 18 und ihren Achsen 23 sowie zwischen diesen Achsen und ihren Lagern vorgesehen. Trotz aller obigen Vorsichtsmaßnahmen müssen an einem Kernreaktor, z. B. an dem oberen Teil desselben, Entstörungsöffnungen vorgesehen werden. Die Entfernung des Patronensatzes und des Verschlußstückes im Falle einer Störung erfolgt dann durch Druck des Füllgliedes von unten oder durch Herausziehen nach oben. Die Arme des Endstückes 16 des Verschluß Stückes gestatten ein IeichtesErfassen durch Entstörungsglieder, wobei die Profile und das Gelenk der Verklinkungsfinger eine etwaige Entstörung berücksichtigen. Patentansprüche:

1. Verschlußstück zum Einsetzen wenigstens eines Stückes aus Kernbrennstoff in einen Kanal mit geeignetem Längsprofil sowie zum Herausziehen des Stückes aus diesem Kanal, z. B. für das Füllen und Entleeren von Kernreaktoren mit Patronen aus spaltbarem Stoff, gekennzeichnet durch einen Hohlkörper (15), an welchen Verklinkungsteile (18) angelegt sind, welche normalerweise von ihrer eingezogenen Stellung aus aus dem Hohlkörper herausgedrückt werden, und durch einen gleitenden Teil (27), welcher in der Längsrichtung gegenüber dem Hohlkörper zwischen zwei Grenzstellungen frei gleiten kann und Reibungsglieder (16) trägt, welche aus dem Hohlkörper herausgedrückt werden, und durch einen Abschnitt (27 a), welcher bei der Verstellung des gleitenden Teils (27) gegenüber dem Hohlkörper in einer Richtung die Verklinkungsteile (18) in der eingezogenen Stellung verriegelt (Fig. 9) und bei seiner Verstellung gegenüber dem Hohlkörper in entgegengesetzter Richtung die verriegelten Verklinkungsteile entriegelt.

2. Verschlußstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gleitende Teil (27) innerhalb des Hohlkörpers (15) angeordnet ist.

3. Verschlußstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklinkungsteile (18) durch Finger gebildet werden, deren jeder eine Kante (30) und einen Ansatz (31) aufweist, welche ungefähr senkrecht zu der Achse des Verschlußstückes liegen, und die Kante aus dem Hohlkörper (15) vorspringt, während der nicht vorspringende Ansatz einen Anschlag für den gleitenden Teil (27) bildet, wenn die Finger nach außen herausgedrückt werden.

4. Verschlußstück nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (15) aus einem Zylindermantel besteht, der an jedem Ende ein durchbrochenes Endstück (16, 17) trägt, welches durch eine Stützfläche (21) abgeschlossen wird, und das Endstück (16) die an ihm schwenkbar befestigten Verklinkungsteile (18) und elastischen Glieder (24) trägt, welche die Ver-

• klinkungsteile nach außen drücken.

5. Kanal zur Aufnahme wenigstens eines Stückes aus Kernbrennstoff und eines Verschlußstückes nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens eine Anordnung, welche nacheinander folgende Teile enthält: eine erste Bohrung (7), deren Querschnitt bis auf das Spiel gleich dem Außenquerschnitt des Hohlkörpers (15) des Verschlußstückes (R) ist, eine Ausnehmung (8), deren Querschnitt praktisch gleich dem der durch den Hohlkörper und die normalerweise nach außen vorspringenden Verklinkungsteile gebildeten Anordnung ist, eine erste kegelstumpfförmige Zone (9), in welcher der Querschnitt bis auf einen Wert zwischen dem des Querschnitts der Ausnehmung (8) und dem der ersten Bohrung abnimmt, eine zweite Bohrung (10), deren Querschnitt gleich dem Zwischenquerschnitt ist, eine zweite kegelstumpfförmige Zone (11), in welcher der Querschnitt von dem Zwischenquerschnitt praktisch bis

auf den Querschnitt der ersten Bohrung (7) abnimmt, und eine dritte Bohrung (12), deren Querschnitt praktisch gleich dem der ersten Bohrung ist.

6. Kanal nach Anspruch 5, welcher mit der Lotrechten einen in der Nähe von 90° liegenden Winkel bildet, gekennzeichnet durch Einrichtungen (41, 40), welche das Verschlußstück (R) in der Richtung der Vergrößerung des Querschnitts der kegelstumpf förmigen Abschnitte (9, 11) verschieben.

7. Kanal nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der zweiten Bohrung (10) kleiner als die des Verschlußstückes (R) ist.

8. Vorrichtung, insbesondere Kernreaktor, zur Aufnahme wenigstens eines Stückes aus spaltbarem Stoff, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Kanal nach den Ansprüchen 5, 6 oder 7 aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

® 80S 790/417 4.59