DE1094381B - Einrichtung zur Einstellung des Kuehlmitteldurchflusses in Kernreaktoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur individuellen Einstellung des Kühlmitteldurchflußquerschnitts von Kanälen in einem von einem Mantel umgebenen Kernreaktor, bei dem die Verlängerung der Kanäle durch Steuerkanäle gebildet wird, die mit Steuerorganen bestückt sind, die dem Kühlmittel einen bestimmten Durchflußquerschnitt darbieten.

Es ist bekannt, daß für ein einwandfreies Arbeiten eines Reaktors dieser Art für jeden Kanal eine sehr genaue Regelung des Durchflusses an in ihm zirkulierenden Kühlmittel erforderlich ist. Wenn nämlich der Durchfluß durch einen. Kanal zu gering ist, erwärmen sich die in diesem Kanal befindlichen Brennelemente außergewöhnlich stark, und es können schwerwiegende Störungen auftreten, beispielsweise örtliche Brände, Platzen der die Brennelemente einschließenden Hülsen und ein Freiwerden von sehr gefährlichen Spaltprodukten usw. Wenn hingegen der Durchfluß an Kühlmedium zu groß ist, wird der thermodynamische Wirkungsgrad des Kühlsystems schlecht und damit der Gesamtwirkungsgrad der Anlage.

Ferner muß man für jeden Kanal eine zeitliche Justierung der Regelung des Kühlmitteldurchflusses vorsehen, denn man kann im Laufe des Betriebs eines Meilers eine Änderung der Kurve beobachten, die in den verschiedenen Punkten des Reaktors den Neutronenfluß darstellt, da im Meilerkern am meisten Spaltprodukte anfallen.

Da ferner die Kanäle eines Atomreaktors nicht überall unter denselben thermischen und nuklearen Bedingungen verlaufen und da der Aufbau eines Meilers ganz allgemein heterogen ist, ändern sich die körperlichen Eigenschaften jedes Kanals (Wärmeausdehnung, Wigner-Wachstum bzw. -effekte, Formänderungen der Behälter für die Brennelemente usw.) verschieden, was unvorhergesehene Änderungen des Durchflusses nach sich zieht, denen Rechnung getragen werden muß.

Schließlich ist zu bemerken, daß es praktisch unmöglich ist, eine automatische oder eine Fernsteuerung dieser notwendigen einzelnen Nachstellungen ins Auge zu fassen, da Atommeiler in der Praxis im allgemeinen einige tausend Kanäle enthalten und die Anzahl der Durchbrüche in dem dem Meiler umgebenden Mantel viel kleiner ist als die Anzahl der Kanäle. In der Praxis soll dieser Mantel von so wenig Öffnungen wie möglich und von möglichst geringem Querschnitt durchsetzt werden, um die Bedingungen so gut wie möglich zu erfüllen, die einerseits durch die Festigkeit der Materialien und andererseits durch die Erfordernisse einer möglichst guten Abdichtung gegeben sind.

In wirklichen, mit Kanälen versehenen Kernreak-Einriditung

zur Einstellung des Kühlmitteldurchflusses in Kernreaktoren

Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 20. Januar 1958

Roger Martin, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

toren ist im allgemeinen an wenigstens einem Ende jedes Kanals ein Bauelement vorhanden, das »Verschluß« genannt wird. Dieser Verschluß dient zur Einstellung der longitudinalen Lage und eventuell zur Halterung der Brennelemente im Falle senkrecht verlaufender Kanäle und soll außerdem eine Zirkulation des Kühlmediums erlauben.

Eine bekannte Lösung dieser Regelprobleme für die Kühlmittelzirkulation in derartigen Reaktoren besteht darin, die einzelnen Verschlußstücke als Steuerorgane für den Durchsatz zu verwenden, indem in ihrer Ebene Durchlaßöffnungen mit bestimmten Querschnitten vorgesehen sind. Ein schwerwiegender Nachteil dieser Anordnung besteht in der Tatsache, daß zur Einregelung des Durchsatzes eines Kanals das Verschluß stück demontiert werden muß, wobei im P'alle von vertikalen Kanälen die Brennelemente aus diesem Kanal entfernt werden müssen.

Es ist auch bereits bekannt, der Oberseite des Reaktorkerns, in der die Brennstoffkanäle münden, die Form eines Teils einer Kugelfläche zu geben und eine im Mittelpunkt dieser Kugel gelagerte, schwenkbare Röhre vorzusehen, deren Ende zur Beschickung der einzelnen Brennstoffkanäle mit der öffnung eines gewünschten Kanals zur Deckung gebracht werden kann.

Durch die Erfindung soll eine Einrichtung zur individuellen Einstellung des Kühlmitteldurchflußquerschnitts von Kanälen in einem von einem Mantel una-

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gebenen Kernreaktor angegeben werden, die die Nachteile der oben beschriebenen bekannten Einrichtungen nicht aufweist und ein sehr bequemes Einstellen des Durchsatzes in einem bestimmten Kanal ermöglicht.

Die Einrichtung zur individuellen Einstellung des Kühlmitteldurchflußquerschnitts von Kanälen in einem von einem Mantel umgebenen Kernreaktor, bei dem die Verlängerung der Kanäle durch Steuerkanäle gebildet wird, die mit Steuerorganen besetzt sind, die dem Kühlmittel einen bestimmten Durchflußquer- ίο schnitt darbieten, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Stfuerorgane derart in den Steuerkanälen angeordnet sind, daß sie mit Hilfe von an sich bekannten, fernsteuerbaren Ein- und Ausklinkvorrichtungen entfernbar und einsetzbar sind, daß ferner im Innern des Mantels Magazine vorgesehen sind, die dieselbe Form wie die Steuerkanäle aufweisen, daß in jedem Magazin jeweils Steuerorgane mit einem bestimmten, unter sich gleichen, von Magazin zu Magazin jedoch verschiedenen Durchflußquerschnitt gespeichert sind und daß weiterhin im Innern des Mantels an sich bekannte Beförderungsmittel vorgesehen sind, um ein Steuerorgan von einem beliebigen Steuerkanal in ein beliebiges Magazin, oder umgekehrt, zu bringen.

Anschließend soll nun in Verbindung mit den Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung beschrieben werden. Dabei zeigt

Fig. 1 einen schematischen Vertikal schnitt durch den unteren Teil eines Kernreaktors, der mit der Einrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch das Ende eines Reaktorkanals, der ein Steuerorgan gemäß der Erfindung zeigt; die

Fig. 3, 4, 5 und 6 zeigen eine Möglichkeit, wie ein derartiges Steuerorgan eingesetzt und wieder entfernt werden kann.

In Fig. 1 ist der untere Teil eines Reaktors mit beispielsweise vertikalen Kanälen dargestellt, bei dem das Beschicken und Entladen in bekannter Weise von unten geschieht.

Der aktive Teil des Reaktors wird von einem festen Sockel 2 getragen. Jeder vertikale Kanal 3, der in einem Moderatormaterial 4, üblicherweise Graphit, vorgesehen ist, enthält Behälter 5 mit spaltbarem Material. Die Brennelemente 5 werden in den einzelnen Kanälen durch ein Verschluß stück 6 getragen und gehalten.

Die einzelnen Verschlußstücke 6, welcher bekannten Art sie auch seien, sind in einem Metallteil 7 arretiert, das zwischen dem Moderator 4 und dem Sockel 2 liegt und das in Verlängerung der einzelnen Kanäle jeweils einen Kanal 7 a aufweist.

Die Befestigung des Verschlusses 6 in dem Metallteil 7 wird beispielsweise durch versenkbare Rasten bewirkt, die an dem Verschlußstück 6 angelenkt sind und in Nuten des Teils 7 eingreifen.

In Fortsetzung des Kanals 3 und des Kanals 7 a nach unten ist in Fig. 1 eine gebogene Röhre 10 vorgesehen, die in eine sphärische Kalotte 11 an der Unterseite des Sockels 2 mündet. Ein Sammelrohr 12, dessen Richtung beliebig durch eine bekannte, jedoch nicht dargestellte Anordnung gesteuert werden kann, ermöglicht den Zugang zum Ende der jeweiligen Röhre 10 zum Beschicken oder Entladen.

Das Steuerorgan gemäß der Erfindung, das im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist, besteht aus einem zylindrischen Metallkörper bzw. einem Reif 15, der an seinem unteren Ende der Handhabung mit einer Kappe 14 versehen ist, dem Kühlmittel einen freien Durchtritt gewährt und an seinem oberen Ende 16 Öffnungen 13 mit bestimmtem Querschnitt aufweist.

Gemäß der Erfindung ist das Steuerorgan entfernbar: Zu diesem Zweck ist es mit versenkbaren Sperrklinken 18 versehen, entsprechend den Klinken 8 in dem Verschluß stück 6. Die Klinken 18 greifen in Nuten 17 ein, ähnlich den Befestigungsnuten 9 des Verschlusses 6.

Die an der Kappe 16 durch Nieten 25 befestigten Federn 24 drücken die Klinken 18 nach außen. Die Kappe 16 ist mit dem Körper 15 durch Nieten 26 verbunden.

Im Innern des Körpers 15 befindet sich eine verschiebbare Hülse 27. Im Innern der Hülse 27 sind durch Nieten 28 drei gleichmäßig über den Umfang der Hülse verteilte Federn 19 befestigt. Die Federn 19 sind so geformt, daß sie sich durch Längsschlitze in dem Reif 15 nach außen erstrecken, wenn die Hülse 27 im Innern des Reifs 15 sich befindet, und daß ihre unteren Enden auf der unteren Kappe 14 aufliegen, wenn die Hülse nach unten geschoben ist, wie man weiter unten sieht.

Die Kappe 14 ist am unteren Ende des Körpers 5 durch Nieten 29 befestigt.

Wenn das Regelorgan in die zum Kühlmittelumlauf gehörende Röhre 10 oder in die sie im Teil 7 verlängernde Röhre 7a gebracht ist und die Kappe 16, die die Sperrklinken 18 trägt, dort zuerst eintritt, bewirkt eine abwechselnde Bewegung nach vorwärts und zurück ein Hin- und Hergleiten der Hülse 27. Diese Hülse 27 ent- und verriegelt dadurch abwechselnd die Sperrklinken 18 in ihrer zurückgezogenen Stellung, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

In der Praxis stützen sich die Federn 19 unter dem Einfluß der Reibung an der Innenwand der Röhren 10 oder 7 σ ab und bewirken dadurch eine Verzögerung der Verschiebung der Hülse 27 in Längsrichtung in bezug auf den Körper 15, je nachdem, in welcher Richtung das Regelorgan verschoben wird. Bei allen Verschiebungen des Regelorgans nach oben (Fig. 3) werden die Sperrklinken 18 freigegeben und können nach außen schwenken, bei Bewegungen nach unten (Fig. 4) werden sie daran gehindert, wenn sich der Durchmesser der Bahn erweitert (beispielsweise bei bündigen oder sich erweiternden Stößen, infolge des für ein Funktionieren notwendigen Spiels, bei Verschlußorganen usw.).

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß man zum Einhängen eines Regelorgans dieses mit Hilfe eines nicht dargestellten Betätigungsorgans, beispielsweise eines Kolbens, in die Röhre 10 und anschließend in die Röhre 7 a einführt. Die unter dem Druck der Feder 24 stehenden Sperrklinken 18 schleifen an den Wänden der Röhre 10 und 7 a ebenso wie die Federn 19 der Hülse 27, die an der unteren Kappe 14 anliegen.

Wenn die Anschlagflächen 30 der Klinken 18 die Höhe der Nuten 17 erreichen, spreizen sich die Klinken 18 nach außen. Wird nun die Bewegungsrichtung umgekehrt, so bleibt das Regelorgan an seinen Sperrklinken hängen, und das Betätigungsorgan wird allein zurückgezogen.

Für ein einwandfreies Arbeiten ist unter diesen Umständen eine verhältnismäßig genaue Steuerung der Verschiebungen über die Nuten hinaus erforderlich. Um den Spielraum für die Wege zu vergrößern, wird jenseits des Sitzes 17 eine Auf bohrung 17 α (Fig. 2 und 5) des Durchmessers zwischen dem der Röhre 7a und dem der Nut 17 derart vorgesehen, daß die Sperrklinken 18 beim Zurückziehen des Organs nicht mehr durch die Hülse 27 verriegelt werden kön-

nen. Das Ausspreizen der Klinken 18 in dieser Erweiterung 17 α mit dem mittleren Durchmesser ist in Fig. 6 dargestellt.

Der dadurch erreichte Spielraum kann beträchtlich sein. Er ist übrigens nur durch die Länge des Regelorgans begrenzt, denn wenn dieses vollständig in die Erweiterung 17a eintritt, können die Klinken 18 in der zurückgezogenen Stellung nicht verriegelt werden, die Stirnseite der Hülse schlägt nämlich beim Zurückziehen an die Schulter 31 der am weitesten ausgeschwenkten Klinke an, und die Federn 19 sind entspannt und schleifen nicht mehr an der Wand der Erweiterung 17 a.

Um ein Regelorgan zu entfernen, wie in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 erläutert wird, läßt man dieses durch ein Betätigungsorgan, beispielsweise einen Kolben, suchen. Wenn der Kolben das Organ erreicht hat, verschiebt er es zuerst nach oben. Die Sperrklinken 18 folgen dem Profil der Ausnehmung 17α und der Abschrägung 32 (Fig. 2) und gelangen nun in das folgende Rohrstück 7 b, das denselben Durchmesser aufweist wie das Rohrstück 7 a. Die Federn 19 schleifen an dem Rohrstück 7 a. Beim Zurückziehen verriegelt die Hülse 27 die Sperrklinken 18 in der zurückgezogenen Stellung, so daß ein Zurückziehen hinter die Nuten 17 ohne ein Einrasten der Sperrklinken 18 möglich ist.

Schließlich sind gemäß der Erfindung im Innern des Reaktors (Fig. 1) in dessen Sockel 2 Speicher vorgesehen, die als Magazine für die auswechselbaren Regelorgane dienen. Diese Magazine werden von Röhren 33 gebildet, die vorzugsweise an der Peripherie des Sockels 2 angeordnet sind und auf der sphärischen Kalotte 11 so münden, daß sie durch das Sammelrohr 12 zugänglich sind.

Diese Magazine 33 sind in ihrer gesamten Länge mit Nuten 34 versehen, die den Nuten 17 entsprechen, die zur Halterung der Regelorgane in den Stücken 7 dienen.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung wird folgendermaßen verwendet:

Nachdem der Reaktor mit Hilfe des verstellbaren Rohrs 12 mit Brennstoff beschickt ist und die Verschlußstücke 6 in die unteren Enden der einzelnen Kanäle 3 eingesetzt sind, wird das Rohr 12 unter das Magazin 33 gebracht, das Regelorgane des gewünschten Kalibers enthält, d. h. deren Durchtrittsöffnungen dem gewünschten Kühlmitteldurchsatz entsprechen.

Nachdem eines dieser Regelorgane aus dem Magazin, wo es sich befindet, ausgeklinkt wurde, wird es nach einer entsprechenden Verstellung des Rohrs 12 in das Teil 7 eingeführt, das unten an dem in Betracht kommenden Kanal 3 sich befindet, und es wird durch Freigeben der Sperrklinken 18 arretiert.

Wenn man beim Betrieb des Reaktors feststellt, daß der Kühlmitteldurchsatz in einem Kanal schlecht bemessen ist (Temperatur im Kanal zu niedrig oder zu hoch), oder wenn man aus irgendeinem anderen Grunde den Durchsatz ändern will, wird die Leistung des Reaktors herabgesetzt und darauf das in dem betreffenden Kanal befindliche Regelorgan mit Hilfe des Rohrs 12 ausgeklinkt. Dieses Organ wird dann in das Magazin eingesetzt, das solche Organe gleichen Kalibers enthält, und anschließend wird aus einem anderen Magazin eines mit einem verschiedenen Kaliber ausgeklinkt und in das Unterteil des Kanals eingesetzt, dessen Regelung justiert werden soll.

Dieses Verfahren ist also außergewöhnlich einfach und erfordert weder ein Entladen der Brennelemente des Kanals noch eine vollständige Stillegung des Reaktors. Es ist im Gegensatz dazu fast unerläßlich, daß sich der Meiler im Betrieb befindet, um sofort die Auswirkungen der ausgeführten Änderungen feststellen zu können. In der Praxis genügt eine Herabsetzung der Leistung beispielsweise um 50 %>, um zu vermeiden, daß sich der Kanal während gewisser Verfahrensschritte gefährlich erhitzt, während denen der Kühlmitteldurchsatz in diesem Kanal gestört ist, sei es infolge der Anwesenheit des Rohrs 12 in seiner Verlängerung, sei es infolge eines jederzeit möglichen Irrtums bei der Auswahl des Kalibers des neu eingesetzen Regelorgans.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur individuellen Einstellung des Kühlmitteldurchflußquerschnittes von Kanälen in einem von einem Mantel umgebenen Kernreaktor, bei dem die Verlängerung der Kanäle durch Steuerkanäle gebildet wird, die mit Steuerorganen bestückt sind, die dem Kühlmittel einen bestimmten Durchflußquerschnitt darbieten, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane derart in den Steuerkanälen angeordnet sind, daß sie mit Hilfe von an sich bekannten, fernsteuerbaren Ein- und Ausklinkvorrichtungen entfernbar und einsetzbar sind, daß ferner im Inneren des Mantels Magazine vorgesehen sind, die dieselbe Form wie die Steuerkanäle aufweisen, daß in jedem Magazin jeweils Steuerorgane mit einem bestimmten, unter sich gleichen, von Magazin zu Magazin jedoch verschiedenen Durchflußquerschnitt gespeichert sind und daß weiterhin im Inneren des Mantels an sich bekannte Beförderungsmittel vorgesehen sind, um ein Steuerorgan von einem beliebigen Steuerkanal in ein beliebiges Magazin, oder umgekehrt, zu bringen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Steuerkanäle und die Magazine in einem massiven Körper angeordnet sind, der sich im Inneren des den Reaktor umgebenden Mantels befindet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der massive Körper in an sich bekannter Weise eine sphärische Oberfläche aufweist, in der die Enden der Steuerkanäle und der Magazine enden, und daß die Transporteinrichtungen in an sich bekannter Weise einen im Mittelpunkt dieser Kugelfläche schwenkbar gelagerten Arm enthalten, dessen Ende sich in der Nähe der Kugelfläche befindet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 782 158.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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