DE1075231B

DE1075231B - Heterogener Kernreaktor mit den Mode ratorraum des Reaktors stabgitterartig durchziehenden Fuhrungsrohren zur Aufnahme der Spaltstoffelemente

Info

Publication number: DE1075231B
Application number: DENDAT1075231D
Authority: DE
Inventors: Erlangen Dipl -Ing Hans-Peter Schabert Nürnberg und Hans Kropfl Erlangen Dipl -Ing Hermann Kumpi
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1959-09-22
Publication date: 1960-02-11
Also published as: DE1099657B

Description

DEUTSCHES

Es sind bereits heterogene Kernreaktoren vorgeschlagen worden, bei denen das sonst übliche Stabgitter ersetzt ist durch ein gitterartiges Gerüst von Führungsrohren, welche den Moderatorraum des Reaktors senkrecht durchziehen und im Inneren die Spaltstoffelemente, vielfach etagenförmig übereinandergestapelt, enthalten. Oberhalb dieses Rohrgerüstes in der Kuppel des Reaktorgefäßes ist die Lademaschine angeordnet, deren Greif organ über jede Gitter- bzw. Führungsrohrposition verfahrbar ist.

Im Betrieb durchströmt das Kühlmittel von unten her die Spaltstoffelemente bzw. die Führungsrohre und tritt am oberen Ende der Führungsrohre je nach Reaktortyp im aufgeheizten oder verdampften Zustand wieder aus. Es gibt Fälle, in denen die dabei auftretenden Triebkräfte an den Spaltstoffelementen so groß sind, daß die Elemente trotz ihres hohen Eigengewichtes aus den Führungsrohren herausgeschoben werden können. Dies ist besonders dann möglich, wenn die Elementensäule nicht mehr vollzählig ist, d. h. wenn vorübergehend einzelne Elemente fehlen, wie beispielsweise beim Be- und Entladen der Rohre. Es können auch beim Be- oder Entladen einzelne Elemente verschieden hoch aufschwimmen. Die Elemente können gegeneinanderschwingen, es können sich aber auch Teilsäulen bilden. Daraus ergibt sich sowohl die Gefahr einer Beschädigung der Führungsrohre und Elemente als auch eine Gefährdung des Be- und Entladebetriebes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kernreaktoren, die auf Grund ihrer Auslegung oder zum Zwecke der Entladung eine sehr große Kühlmittelgeschwindigkeit besitzen, Maßnahmen zu treffen, die verhindern, daß besonders während des Be- oder Entladungsvorganges ein einzelnes Spaltstoffelement oder eine Elementensäule in axialer Richtung im Kühlstrom des Führungsrohres schwingen kann oder daß die einzelnen Elemente innerhalb der Säule gegeneinanderprallen bzw. der Zusammenhalt der Säule verlorengeht. Dies wird erfmdungsgemäß dadurch verhindert, daß einerseits am Kühlmittelaustrittsende der Führungsrohre eine durch die Lademaschine betätigbare Elementensperre angeordnet ist und daß andererseits unterhalb der Elementensäule eine Drossel lose, d. h. aufschwimmbar, im Führungsrohr gelagert ist. Die Lagerung der Drossel unter der Elementensäule hat zur Folge, daß durch den in der Drossel entstehenden Druckabfall ständig eine Schubkraft auf die Säule wirkt, die die Elemente gegen die Sperre am oberen Führungsende drückt. Dies ist unabhängig von der Zahl der Spaltstoffelemente der Fall. Ein Zusammenprallen ist also ausgeschlossen. Der Reaktorbetrieb wird durch die Drosseln nicht beeinträchtigt, da unter anderem aus Gründen einer besseren Heterogener Kernreaktor

mit den Moderatorraum des Reaktors

stabgitterartig durchziehenden

Führungsrohren
zur Aufnahme der Spaltstoffelemente

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Kumpf, Erlangen,
Dipl.-Ing. Hans-Peter Schabert, Nürnberg,

und Hans Kröpfl, Erlangen,
sind als Erfinder genannt worden

Leistungsdichteverteilung ohnehin Drosseln in den Führungsrohren der Reaktoraußenzonen vorhanden sein müssen (wenn man nicht zu anderen kostspieligen Maßnahmen greift). Diese Drosseln sind im vorliegenden Falle aufschwimmbar gelagert.

Als Elementensperre eignet sich besonders gut ein an jeder Führungsrohrmündung angeordneter Kranz elastischer Fangklauen, die zur Rohrachse hin nasenförmig abgekröpft sind. Die Gesamtheit der Nasenrücken ergibt eine konische Ringfläche, so daß die Fangklauen durch eine einfache, abwärts gerichtete Schubbewegung des entsprechend geformten Lademaschinengreifers gespreizt und so die Sperre geöffnet werden kann. Am einfachsten kann die Elementensperre nachgebildet werden beispielsweise durch einen entsprechend eingeschlitzten elastischen Rohrkörper, der an der Innenseite seines oberen Randes einen konisch nach unten angdrehten Nasenwulst besitzt.

Als Drosselorgane können scheibenförmige, an sich bekannte Lochblenden verwendet werden.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; es zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt ein einzelnes mit Spaltstoffelementen beladenes Führungsrohr mit Elementensperre und Schwimmdrossel,

Fig. 2 und 3 die Elementensperre im Längsschnitt und in der Draufsicht und

909729/351

Fig. 4 eine Elementensperre mit schraubenförmig gewundenen Fangklauen.

Gemäß Fig. 1 weist das mit den beiden Spaltstoffelementen I₁ 2 beladene Führungsrohr 3 am oberen Ende die Elementensperre 4 und im unteren Teil unter der Elementensäule die aufschwimmbar gelagerte Drossel 5 auf. Die Spaltstoffelemente bestehen aus einer Stabhalteplatte, auch Lochplatte 7 genannt, die die einzelnen Brennstäbe trägt, und einem äußeren Leitrohr, dessen unterer Rand eingezogen ist. Die Sperrvorrichtung besteht, wie Fig. 2 und 3 besonders deutlich zeigen, aus einer Mehrzahl von zur Rohrachse hin nasenförmig abgekröpften elastischen Fangklauen 6, die mit der Nasenunterkante gegen die Lochplatte 7 des obersten Spaltstoffelementes anliegen. Sie fixieren so die Elementensäule nach oben hin. Die Drossel 5 ist als Lochblende mit Zylinderstutzen ausgebildet, um den die Feder 8 gelegt ist. Diese sorgt dafür, daß die Drossel mit gewisser Vorspannung gegen die Elementensäule anliegt. Ferner gestattet sie die Wärmedehnung der Säule nach unten und erleichtert zu Beginn der Entladung das Hochsteigen der Elemente.

Mit seinem oberen und unteren Ende ist gemäß Fig. 1 das Führungsrohr an den angedeuteten Begrenzungswänden 9,10 des Moderatorkessels befestigt. Als Kühlmittel ist eine Flüssigkeit, z. B. leichtes oder schweres Wasser, als Moderator schweres Wasser vorgesehen. Die Kühlmittelrichtung ist durch Pfeile bezeichnet. Grundsätzlich sind auch andere Kühlmittel (Gase, Metalle) verwendbar.

Oberhalb des Führungsrohres ist das Greiforgan 11 einer Reaktorlademaschine schematisch dargestellt. Es handelt sich bei der Maschine um eine hydraulisch arbeitende Maschine (Fangglockenprinzip gemäß dem deutschen Patent 1 045 003). Die unteren Kanten des Greiforgans sind konisch abgeschrägt. Senkt sich das Greiforgan in den Fangklauenkranz am oberen Führungsrohrende hinab, werden die Haltefinger in einer Spreizbewegung nach außen bewegt, und die Sperre öffnet sich. Dadurch wird der Weg für die Elemente nach oben so lange frei gehalten, bis ein oder mehrere Elemente vom Kühlmittel in die Glocke getrieben sind und das Ladegerät abgehoben wird.

Der Entladevorgang wird erfmdungsgemäß dadurch erheblich erleichtert und verbessert, daß die Elementensäule beim Hochschwimmen durch den Einfluß der Schwimmdrossel ganz bleibt. Der in der Drossel erzeugte Druckabfall ruft — wie erwähnt — eine Schubkraft hervor, die von der Drossel auf die Elementensäule übertragen wird. Praktisch wird ein erheblicher oder der überwiegende Teil der Schubkraft gegen die Elementensperre bzw. den Lademaschinengreifer von dieser Drossel erzeugt. Die Lademaschine nimmt die Elemente, die in einer geschlossenen Säule dargeboten werden, mehr oder weniger nur entgegen. Die für den Entladevorgang erläuterte Wechselwirkung von Elementensperre und Schwimmdrossel gilt sinngemäß auch für den Beladevorgang. Sie ist grundsätzlich auch beim Ladungswechsel mit Maschinen anderer Bauart gegeben.

Wie weiter die Ausführungsform der Elementensperre gemäß Fig. 2 und 3 zeigt, verlaufen die Fangklauen am Ende der Führungsrohre in achsparalleler Richtung.

Man erzielt aber eine wesentlich bessere Haltewirkung, wenn man die Klauen gemäß Fig. 4 schraubenförmig gewunden ausführt. Bei etwa vorkommenden Stoßen durch ein schnell aufschwimmendes Spaltstoffelement kann nämlich die Klaue vermöge ihrer großen Federlänge nachgeben, indem sie auch nach oben federt. Beschädigungen sind insbesondere dann ausgeschlossen, wenn dieses Federn durch einen kräftigen ί oberen Anschlag begrenzt wird. Wenn die Kraft des aufschwimmenden Spaltstoffelementes die Klauenköpfe hochdrückt, drehen sich diese nicht in der- j jenigen Richtung, welche letztlich ein Abrutschen vom Spaltstoffelement befürchten läßt, sondern entgegengesetzt. Es krallen sich also gewissermaßen die Klauen fest, sie werden zur Mitte des Spaltstoffelementkopfes hingezogen, vorausgesetzt, daß die »Windungszahl« der Klauen nicht ganzzahlig ist. Dieses Verhalten läßt sich übrigens an einem gebogenen Draht leicht veranschaulichen. Der Winkelbereich, über den sich eine Fangklauenwindung erstreckt, kann vorzugsweise zwischen 90 und 270° liegen. Dabei sind auch mehrere Windungen zugelassen.

Claims

Patentansprüche: /

1. Heterogener Kernreaktor mit den Moderator- -^ raum des Reaktors stabgitterartig durchziehenden Führungsrohren zur Aufnahme der Spaltstoffr elemente, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits am Kühlmittelaustrittsende der Führungsrohre eine durch die Lademaschine betätigbare Elementensperre angeordnet ist und daß andererseits unterhalb der Elementensäule eine Drossel lose, d. h. aufschwimmbar, im Führungsrohr gelagert ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementensperre (4) durch einfache Schubbewegung des Lademaschinengreifers (11) lösbar ist und hierzu beispielsweise aus einer Mehrzahl von zur Führungsrohrachse hin nasenförmig abgekröpften elastischen Fangklauen (6) besteht, welche in einer Spreizbewegung nach außen bewegbar sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Drossel eine vorzugsweise unter der Andruckkraft einer Feder (8) stehende scheibenförmige Lochblende vorgesehen ist.

4. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementensperre nachgebildet ist und durch einen entsprechend eingeschlitzten elastischen Rohrkörper, der an der Innenseite seines oberen Randes einen konisch nach unten angedrehten Nasenwulst besitzt.

5. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangklauen bzw. die Schlitze schraubenförmig gekrümmt verlaufen, vorzugsweise über einen Winkelbereich von 90 bis 270° des Rohrumfanges.

6. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spaltstoff element aus einer Stabhalterplatte (7), die die einzelnen Brennstäbe trägt, und einem äußeren Leitrohr, dessen unterer Rand eingezogen ist, besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 909 729/351 2.60