DE1115849B - Anordnung zur Temperaturueberwachung von Brennstoffelementen in Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

U6391Vmc/21g

ANMELDETAG: 29. JULI 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 26. OKTOBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Temperaturüberwachung von Kernreaktoren, bei der Brennstoffelementeinheiten in Kanälen in axialer Richtung hintereinander angeordnet und Thermoelemente an einzelnen Brennstoffelementen befestigt sind.

Beim Betrieb von mit festen Brennstoffen bestückten Kernreaktoren ist es erwünscht, eine ständige Überprüfung bzw. Überwachung der Temperatur des Brennstoffs durchzuführen, so daß eine Annäherung an kritische Temperaturen, beispielsweise an Phasenzustandsänderungs-, Legierungs- oder Schmelztemperaturen, festgestellt werden kann und Maßnahmen, die das Erreichen einer kritischen Temperatur verhindern, getroffen werden können. Als eine dafür geeignete Überwachungseinrichtung hat sich ein kleines Thermoelement erwiesen, bei welchem eine Meßstelle in Kontaktberührung mit dem Brennstoff steht; dabei kommt es jedoch beim Laden und Entladen der Brennstoffelemente dann, wenn die Thermoelementkabel an den Brennstoffelementen befestigt sind, zu Schwierigkeiten, da die Thermoelementkabel dazu neigen, die Reaktor-Lade-Entlade-Getriebevorrichtung zu hemmen und sich mit anderen Brennstoffelementeinheiten im gleichen Reaktorkanal zu verwickeln.

Bei einem Verfahren, welches die Überwindung dieser Schwierigkeiten zum Gegenstand hat, werden die Thermoelementkabel lediglich an der äußersten Brennstoffelementeinheit (der obersten in einen lotrecht ausgerichteten Reaktor) befestigt, und die Kabel sind dabei so verstärkt, daß sie als Halterung derjenigen Brennstoffelementeinheit zu verwenden sind, an welcher sie befestigt sind. Bei einem anderen Verfahren sind die Brennstoffelemente in Brennelementkanälen in axialer Richtung hintereinander angeordnet und Thermoelemente an den Brennstoffelementen befestigt; elektrische Kontaktstreifen befinden sich ständig im Reaktor-Moderator-Aufbau, und jede Brennstoffelementeinheit weist ein Thermoelement auf, dessen zugeordnetes Kabel oder Leitungen an einem Kontaktarm endet, der auf entsprechenden Kontaktstreifen im Moderatoraufbau ruht. Beide vorerwähnten Verfahren haben jedoch Nachteile. Durch das erste Verfahren wird lediglich eine Messung der äußersten Brennstoffelementeinheit in jedem Reaktorkanal erreicht, auch wenn diejenigen Elementeinheiten, welche weiter im Kanal sitzen, eine höhere Temperatur haben. Beim zweiten Verfahren werden Vorrichtungen verwendet, welche für Instandsetzungsarbeiten nicht ohne weiteres zugänglich sind.

Darüber hinaus sind die Brennstoffelementeinheiten Anordnung zur Temperaturüberwachung von Brennstoffelementen in Kernreaktoren

Anmelder;

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 1. August 1958 (Nr. 24 802/58)

Herbert Chilvers Knights, London, ist als Erfinder genannt worden

in einem Reaktorkanal, wenn sie von einem Strom von unter Druck befindlichem Kühlmittel überströmt werden, Vibrationsschwingungen ausgesetzt, mit der Folge, daß die Kontaktarme nicht ständig mit den Kontaktstreifen in Kontaktberührung sind.

Zweck des vorliegenden Verfahrens ist die Schaffung einer Brennstoffelementeinheit, welche eine Thermoelementverbindung aufweist und leicht jede Stelle oder Lage in einem Reaktorkanal unter gleichartigen Elementeinheiten einzunehmen vermag, einschließlich derjenigen Stelle, wo die höchste Temperatur herrscht.

Um diese Aufgabe zu erfüllen, sind erfindungsgemäß ringförmige, voneinander isolierte elektrische Kontakte an dem einen Ende einer jeden Einheit gleichachsig zu dieser angeordnet und andere voneinander isolierte elektrische Kontakte an dem anderen Ende jeder Einheit so angebracht, daß sie mit den ringförmigen Kontakten der in axialer Richtung benachbarten Einheit eine elektrische Verbindung herstellen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der vorliegenden Anordnung bestehen die den ringförmigen Kontakten gegenüberliegenden Kontakte aus je einem Paar Federkontaktarmen, die isoliert in einem Gehäuse befestigt sind. Ferner sind die Brennstoffelementkanäle oben durch einen Abschirmstöpsel abgeschlossen, welcher so viele Paare von in axialer Richtung isoliert voneinander angebrachten elektrischen

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Kontaktringen hat, als der Anzahl der im Kanal be- diesem jeweils abisoliert. Ein Thermoelementkabel

findlichen Brennstoffelementeinheiten entspricht, und 21b, welches durch eine Öffnung 35 in der Halte-

diese Kontaktringe sind elektrisch mit den Meßstellen platte 28 führt, ist an jedem Gehäuse 31 festge-

der Thermoelemente verbunden. schweißt, und seine mit Keramikperlen 37 über-

Durch die vorliegende Anordnung wird ein Kern- 5 zogenen Adern 36 sind an die Kontaktarme 32 angereaktor-Brennstoffelement geschaffen, das in den schlossen. Durch eine Füllung aus Magnesiumoxyd-Reaktor eingeführt werden kann, ohne daß es einer pulver 38 und eine Keramikunterlagscheibe 39 sind genauen Einstellung bzw. Ausrichtung im Reaktor die Adern gegenüber dem jeweiligen Gehäuse 31 abbedarf, isoliert.

In der Zeichnung wird ein Ausführangsbeispiel der io Jede Brennstoffelementeinheit ist so eingerichtet,

Erfindung näher erläutert, und zwar zeigt daß ein Thermoelementkabel 21, wie beispielsweise

Fig. 1 eine Kernreaktor-Brennstoffelement-Einheit das Kabel 21 σ, an jedem Ring 16 a, 16 b, 16 c und

im Querschnitt, 16 d befestigt ist. Eines dieser Kabel ist an einem der

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Brennstoffstäbe 10 in der Brennstoffelementeinheit

Fig. 1 im vergrößerten Maßstab, 15 (wie in Fig. 3 schaubildlich dargestellt ist) derart an-

Fig. 3 eine schaubildliche Wiedergabe einer Säule geschlossen, daß eine Thermoelement-Schweißstelle von vier Brennstoffelementeinheiten zum Auffüllen 29 entsteht, während die anderen drei Kabel durch eines Kanals in einem Reaktor mit je einem an einem die Brennstoffelementeinheit hindurch nach den GeBrennstoffelement befestigten Thermoelement je Ein- hausen 31 an deren unterem Ende führen. In Fig. 1 heit, 20 sind die Kabel 21 beispielsweise an die mit A, B₁C, D

Fig. 4 eine Schnittansicht eines Teilabschnitts des bezeichneten Behälter 15 angeschlossen, und das

einen Endes des in Fig. 3 veranschaulichten Kanals, innerhalb des Brennstoffstabes endende Kabel ist am

Fig. 5 eine schematische Wiedergabe einer Schalt- durch den Behälter B getragenen Ring, d. h. am Ring

pult- und Registriereinrichtung, 16 b, befestigt. Wenn diese Brennstoffelementeinheit

Fig. 6 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht einer as in einem Kanal in einem Kernreaktor derart einge-

abgeänderten Ausführungsform. bracht wird, daß vier Brennstoffelementeinheiten

In den Fig. 1 und 2 ist eine Brennstoffelement- übereinandergestapelt sind (wie dies in Fig. 3 dareinheit veranschaulicht, welche aus siebenunddreißig gestellt ist), ist die Anordnung so getroffen, daß das Brennstoffstäben 10 a besteht, die von einer Graphit- am Ring 16 b befestigte Kabel bei den anderen drei hülse 11 α umgeben sind und sich auf einer Halte- 30 Brennstoffelementeinheiten durch die Einheit hinplatte 12 befinden, welche Öffnungen 13 für die Kühl- durchgeht, und daß das in dem Brennstoffstab endende mittelströmung aufweist. An der Halteplatte 12 sind Kabel in einem Falle am Ring 16 a, im zweiten Falle Brückenstücke 14 festgeschweißt, welche Metall- am Ring 16 c und im dritten Falle am Ring 16 d bebehälter 15 aufnehmen, welche Ringe 16 a bis 16 d festigt ist. Beim Laden oder Einbringen der Brennhalten oder stützen, die je aus einem Innenringbauteil 35 Stoffelementeinheit kommen die Federkontaktarme 32 17 a und einem Außenringbauteil 17 b bestehen, die am unteren Ende jeder Einheit mit den Bauteilen 17 α, die beide aus elektrisch leitendem Werkstoff (nickel- YIb der Ringe 16 a, 16 b, 16 c und 16 d der unteren oder platinplattiertem rostfreiem Stahl) hergestellt und Einheit in Kontaktberührung und schließen somit die auf einem Kernring 18 aus keramischem Isolierstoff Durchgangskabel an, und die Temperatur aller vier befestigt sind. Der besseren Übersicht wegen sind 40 Brennstoffelementeinheiten kann durch Anschließen diese letzteren Einzelteile in Fig. 1 nicht veranschau- der jeweiligen Ringe 16 a, 16 b, 16 c und 16 d an der licht, sie sind jedoch in Fig. 2 angedeutet. Die Bau- obersten Brennstoffelementeinheit, welche den Behälteile 17a, 17Zj sind in Metallbehältern 15 befestigt tern A, B, C und D zugeordnet sind, an eine Schalt- und mittels Keramik-Abstandshaltern 19 von diesen pult- und Registriereinrichtung, wie im nachstehenden isoliert. Die Adern 20 eines an einen Behälter 15 fest- 45 mit Bezug auf die Fig. 4, 5 und 6 noch näher erläutert geschweißten Thermoelementkabels 21a sind durch wird, gemessen werden. Die Stellung der Kontakt-Keramikperlen 22 hindurchgezogen und an die Leiter arme 32 in bezug auf das darunterliegende Kabel 21 17 angeschlossen. Diese Adern 20 sind mittels einer spielt keine Rolle, solange ein Kontakt irgendwo am Füllung aus Magnesiumoxydpulver 23 und einer Umfang des entsprechenden Ringes 16 hergestellt Keramik-Unterlagscheibe 24 gegenüber dem Behälter 50 wird. Es ist jedoch erforderlich, darüber Bescheid zu 15 abisoliert. Das Thermoelementkabel 21 α geht wissen, an welchem Brennstoffelement jedes Kabel 21 durch eine Öffnung 27 in der Platte 12 und erstreckt seine Thermoelement-Schweißstelle hat.
sich nach unten zwischen die Stäbe 10 α. Es sei nunmehr auf Fig. 4 Bezug genommen. Ein

In Fig. 2 ist eine ringförmige Berylliumverschluß- Reaktor-Laderohr 40 weist einen Abschirmungskappe 25 über die Graphithülsella gepaßt. Sie ist 55 stöpsel mit einem oberen und einem unteren Teilstück derart ausgebildet, daß sie über eine Öffnung einen 41 bzw. 48 auf. Teilstück 41 ist hohl, während Teil-Zugang nach, das Ausfluchten mit und das Halten stück 48 massiv ist. Das Teilstück 41 ist in der Nähe einer Berylliumhülse 26 ermöglicht, welche ein Teil- seines oberen Endes mit vier Paar von konzentrischen stück einer zweiten Brennstoffelementeinheit bildet, Kontaktringen 43 ausgestattet, die mit vier Paar unter von der eine Graphithülse 11 b, die Grundhalteplatte 60 Federdruck stehenden Kontakten 44 an einer Zu-28 und Brennstoffstäbe 10 b veranschaulicht sind. gangssteile 45 in Kontaktberührung zu kommen ver-Brückenteilstücke 30, welche den Brückenstücken 14 mögen, wobei jedes unter Federdruck stehende Konentsprechen, sind an der Grundhalteplatte 28 befestigt taktpaar dazu dient, ein Kabel 44' aufzunehmen, und nehmen Gehäuse 31 auf, wobei jedes Gehäuse 31 welches an eine Schaltpult- und Registriereinrichtung zwei Federkontaktarme 32 und jeder Arm 32 eine 65 angeschlossen ist, die in Fig. 5 schaubildlich dargeberyllium- oder rhodiumplattierte Kontaktspitze 33 stellt ist und auf welche im nachstehenden noch näher aufweist. Die Kontaktarme 32 sind im Gehäuse 31 eingegangen wird. An jedes Paar von Kontaktringen befestigt und mittels Keramikstöpsel 34 gegenüber 43 ist eine Ader eines Thermoelementkabels 46 an-

geschlossen, und die vier Kabel 46 erstrecken sich in dem Inneren des Teilstücks 41 des Abschirmungsstöpsels nach unten, und zwar durch dessen massives Ende 47 hindurch und in das Teilstück 48 hinein, wobei das Teilstück 48 mittels einer Kreuzgelenkkupplung 49 am Teilstück 41 befestigt ist. Die Kabel 46 erstrecken sich im Teilstück 48 durch eine axiale Aussparung 50 hindurch nach unten und sind in einer Aussparung 51 im oberen Ende des Teilstücks 48 aufgewickelt, um dadurch Spielraum für das Arbeiten der Kreuzgelenkkupplung zu schaffen. Die Thermoelementkabel 46 ragen vom unteren Ende des Teilstücks 48 (nicht dargestellt) vor und sind mittels Kontaktarmen (nicht dargestellt, jedoch den Kontaktarmen 32 der Fig. 2 ähnlich) an die Ringe 16 a, 16b, 16 c, 16 d der oberen Brennstoffelementeinheiten in dem Reaktorkanal angeschlossen.

Zwei Schaltpult- und Registriereinrichtungen 55 sind in Fig. 5 veranschaulicht. Zu den Schaltpulteinrichtungen führen die Kabel 44', die vom Zugangspunkt 45 herkommen, und die an die vier Stöpsel 52 angeschlossen sind, welche den Ringen 16 a, 16 b, 16 c und 16 d entsprechen, die die Behälter A, B, C, D von jeder der Brennstoffelementeinheiten tragen. Diese Stöpsel 52 können in jeder gewünschten Reihenfolge in vier Buchsen 53 eingestöpselt werden, welche an Registriereinrichtungen 54 angeschlossen sind. Die Buchsen 53 tragen die Bezeichnung »Oberste«, »Zweite«, »Dritte« und »Unterste« und entsprechen den Stellungen der Brennstoffelementeinheiten im jeweiligen Kanal des Reaktors, wobei für jeden Kanal ein Schaltpult und eine Registriereinrichtung vorgesehen sind. Die Stöpsel 52 sind an die jeweiligen Buchsen 53 derart angeschlossen, daß der Bedienungsperson angezeigt wird, an welche Brennstoffelementeinheit eine Thermoelement-Schweißstelle angeschlossen ist und was die Temperatur des bestimmten Thermoelementes ist. Beispielsweise sind die Stöpsel 52 der Einheit 55 für den Kanal Nr. 1 mit den Buchsen 53 derart verbunden, daß sie Ablesungen von der obersten nach der untersten Brennstoffelementeinheit hin in der richtigen Reihenfolge ergeben. Die Einrichtung für den Kanal Nr. 2 zeigt eine andere Reihenfolge, z. B. nach dem »Verschieben« der Brennstoffelementeinheiten derart, daß die zweite Brennstoffelementeinheit im Kanal Nr. 2 eine Thermoelement-Schweißstelle aufweist, welche in ihrem Behälter/4 endet (und somit an ihrem Ring 16 a angeschlossen ist), daß die dritte Brennstoffelementeinheit im Kanal eine Thermoelement-Schweißstelle aufweist, die im Behälter B endet (und somit am Ring 16 b angeschlossen ist) usw., wobei die Registriereinrichtung 54 trotz der »Verschiebung« die richtigen Temperaturen der richtigen Brennstoffelementeinheiten anzeigt.

Bei der in Fig. 6 veranschaulichten Abänderung gehen die Kabel 46 durch das Teilstück 41 des Abschirmungsstöpsels hindurch und enden in vier konzentrischen Ringen 56, welche jeweils den Ringen a, 16 b, 16 c und 16 d an den Brennstoffelementeinheiten entsprechen. Die Ringe 56 sind wiederum an vier Kabeln 57 angeschlossen, welche durch Bohrungen 66 in einer Verschlußkappe 58 hindurchgehen, die in das obere Ende des Laderohres 40 eingeschraubt ist. Die Verbindung zwischen den Ringen und den Kabeln 57 erfolgt über Federkontaktarme 59, welche den Kontaktarmen 32 in Fig. 2 ähnlich sind. Am oberen Ende der Kappe 58 befindet sich eine Aussparung 60, in welcher vier konzentrische Ringe 61 gehalten werden, die jeweils an eines der vier Kabel 57 angeschlossen und in der Lage sind, mit den Federkontaktarmen 62 (ähnlich den Kontaktarmen 59) in Wirkverbindung zu kommen, welche an Kabel 63 angeschlossen sind, die von den Schaltpult- und Registriereinheiten 55 (Fig. 5) herkommen. Die Kabel 63 sind durch Stopfbuchsen 65, welche sich in einem Stöpsel 64 befinden, hindurchgeführt, mittels welchem die Aussparung 60 sowie die Kappe 58 verschlossen werden.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Temperaturüberwachung von Kernreaktoren, bei der Brennstoffelementeinheiten in Kanälen in axialer Richtung hintereinander angeordnet und Thermoelemente an einzelnen Brennstoffelementen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmige, voneinander isolierte elektrische Kontakte an dem einen Ende einer jeden Einheit gleichachsig zu dieser angeordnet sind und daß andere, voneinander isolierte elektrische Kontakte an dem anderen Ende jeder Einheit so angebracht sind, daß sie mit den ringförmigen Kontakten der in axialer Richtung benachbarten Einheit eine elektrische Verbindung herstellen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den ringförmigen Kontakten gegenüberliegenden Kontakte aus je einem Paar Federkontaktannen bestehen, die isoliert in einem Gehäuse befestigt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffelementkanäle oben durch einen Abschirmstöpsel abgeschlossen sind, welcher so viele Paare von in axialer Richtung isoliert voneinander angebrachten elektrischen Kontaktringen hat, als der Anzahl der im Kanal befindlichen Brennstoffelementeinheiten entspricht, und daß diese Kontaktringe elektrisch mit den Meßstellen der Thermoelemente verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 553 545.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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