DE1140653B - Sicherheitsvorrichtung zum Entleeren eines vertikatlen Kernreaktor-Brennstoffkanals - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 20723 Vmc/21g

ANMELDETAG: 4. F E B RUAR 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

6. DEZEMBER 1962

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung zum Entleeren eines Atomkernreaktors, der aus einem Reaktorkern mit senkrecht angeordneten Kanälen zur Aufnahme von Brennstoffelementen besteht und der im Normalbetrieb von oben zu beschicken ist, die das Entleeren eines vertikalen Kanals bei im Betrieb befindlichem Reaktor nach unten hin gestattet.

Bei Atomreaktoren mit vertikalen Brennstoffkanälen werden die Brennstoffelemente normalerweise vom oberen Teil des Reaktors her mit Hilfe von Beschikkungsvorrichtungen in die Brennstoffkanäle eingebracht und auch wieder nach oben aus ihnen herausgezogen; die Vorrichtungen sind innerhalb der Ummantelung des Reaktors untergebracht. Die Ummantelungen müssen einerseits dicht gegenüber dem radioaktiven Kühlmedium sein und andererseits einen biologischen Schutz gegen diejenigen Strahlungen gewähren, die durch die Kanäle hindurch aus dem Kern des Reaktors kommen; außerdem müssen sie gegen die Strahlungen schützen, die unmittelbar von den Brennstoffelementen ausgehen. Es kann nun vorkommen, daß es infolge eines Unfalls, Schadens oder einer Störung in einem Brennstoffkanal nicht möglich ist, die Brennstoffelemente — wie vorgesehen — über das obere Ende der Kanäle zu entfernen.

Derartige Schäden können sich z. B. ergeben, wenn die Hülle von Brennstoffelementen verletzt wird. Die stark radioaktiven Stoffe, die sich infolge der Spaltung des Urans bilden, können sich dann innerhalb des Kühlmediums ausbreiten. Weitere Schäden oder Störungen können durch unzulässig hohen Anstieg der Temperatur der Brennstoffelemente bedingt sein, was zu einer Volumenzunahme in bestimmten Zonen der Brennstoffelemente führen und gegebenenfalls ein Platzen oder Schmelzen der Brennstoffhüllen auslösen kann.

Bekannte Methoden zum Entleeren eines Brennstoffkanals, die benutzt werden, wenn einer der obengenannten Schäden bzw. eine dieser Störungen eingetreten sind, bestehen im allgemeinen darin, daß man die Brennstoffladung dieses Kanals durch sein oberes Ende hindurch herauszieht, nachdem man den entsprechenden Kanal außer Betrieb gesetzt hat. Das Außerbetriebsetzen eines Brennstoffkanals führt aber nun zum Erstarren oder Verfestigen der Füllung des Kanals, wenn der Schaden oder die Störung in einem Schmelzen der Brennstoffelemente bestand. Dann ergibt sich der Nachteil, daß man ein sehr hartes Material — welches das wieder verfestigte Brennstoffmaterial darstellt — aus einer wesentlich weniger harten Form — die durch den Moderator gebildet ist — herausschneiden muß. So ist insbesondere das Sicherheitsvorrichtung

zum Entleeren eines vertikalen

Kernreaktor-Brennstoffkanals

Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 10. Februar 1959 (Nr. 786 198)

Sebastian Foglia, Verriere de Buisson, Seine-et-Oise

(Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

Herausschneiden eines Brennstoffes, der aus einer Legierung von Uran und Aluminium besteht und nach seinem Schmelzen wieder fest geworden ist, wegen der großen Differenz der Härte zwischen dieser Legierung und dem meist aus Graphit bestehenden Moderator sehr schwierig.

Wenn einer der obenerwähnten Schäden in einem Kanal des Atomreaktors auftritt, hat man infolgedessen ein Interesse daran, über eine Sicherheitsvorrichtung zu verfügen, die sofort bei Eintreten des Schadens oder der Störung eine Entleerung des Kanals unter Ausnutzung der Schwerkraft, d. h. durch das untere Ende der Kanäle hindurch bzw. nach unten, ermöglicht. Man kann auf diese Weise vermeiden, eine harte Masse aus dem Moderator herausschneiden oder herausbohren zu müssen, und die Entleerung läßt sich auch viel schneller durchführen.

Wenn bereits die normale Entleerung der Brennstoffkanäle eines Atomreaktors über das untere Ende dieser Kanäle an der Unterseite des Reaktors erfolgt, ist es praktisch nicht möglich, eine geeignete Sicherheitsvorrichtung dauernd an jedem Kanal vorzusehen, die nicht die normale Entleerung der Kanäle behindert.

Es ist deshalb bei der vorliegenden Sicherheitsvorrichtung erfindungsgemäß am unteren Ende eines jeden Kanals ein dauernd starr mit dem Reaktorblock verbundenes Halteglied vorgesehen, das den Kanal-

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querschnitt frei läßt, und ein das Herausfallen der Brennstoffelemente aus dem Kanal verhindernder Riegel, der durch Verriegelungsorgane an dem Halteglied lösbar festgehalten ist, ferner sind Zwischenstücke vorhanden, die auf dem Riegel aufsitzen und die die Brennstoffelemente abstützen, und es ist zumindest eine Zone geringer mechanischer Festigkeit in dem Riegel vorhanden, an der der Riegel durch, eine ferngesteuerte Trennvorrichtung zu durchschneiden und damit vom Halteglied zu trennen ist.

Diese Sicherheitsvorrichtung bleibt dauernd in Betrieb und wirksam. Sie stützt die Brennstoffelemente beim normalen Betrieb des Reaktors ab, indem sie ihr Gewicht aufnimmt, und es ist keine besondere

riegelungssystems des Riegels,

Fig. 9 die Vorrichtung in einer Zwischenlage nach dem Durchschneiden des Riegels.

Die Fig. 1 zeigt den Moderatorblock 1 des Atomkernreaktors, an dem das Halteglied 2 der Sicherheitsvorrichtung befestigt ist. Dieses Halteglied ist im allgemeinen zylindrisch und bleibt dauernd starr mit dem Moderatorblock 1 des Reaktors verbunden. Der Rie-

Eingriffsstellung innerhalb des Riegels herausgedrückt werden und erst in der Endlage des Riegels in geeignete Ausnehmungen des Haltegliedes einrasten. Es ist vorteilhaft, als Sperrglieder mit Federn belastete Kugeln zu wählen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird in der Zeichnung eine lediglich als Beispiel zu wertende Ausführung einer Sicherheitsvorrichtung beschrieben, die ein Entleeren eines vertikalen Brennstoffkanals ίο über sein unteres Ende hin ermöglicht. Es zeigt

Fig. 1 einen Gesamt-Axialschnitt durch die Sicherheitsvorrichtung mit ihrem Riegel in der Verriegelungsstellung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Schnittlinie^-A der Vorrichtung neben dieser Sicherheitsvorrichtung not- 15 Fig. 1,

wendig, um die Brennstoffelemente in den Kanälen Fig. 3 eine Ansicht von unten auf das Halteglied,

festzuhalten. Das Halteglied des Riegels hat im all- Fig. 4 eine Darstellung von Einzelheiten des Riegemeinen eine zylindrische Form, und sein lichter gels,

Durchmesser ist etwas größer als der Innendurchmes- Fig. 5 und 6 Schnitte längs der Schnittlinie B-B

ser des Brennstoffkanals, so daß das Halteglied den 20 und C-C der Fig. 4, Auslaß an der Unterseite des Kanals völlig frei läßt. Fig. 7 und 8 zwei unterschiedliche Lagen des Ver-

Das Halteglied erleidet keine Beschädigung, wenn
der Riegel durchschnitten wird und die Brennstoffelemente durch das untere Ende des Kanals aus diesem herausfallen; es bildet also den dauernd unver- 25
ändert bleibenden Teil der Vorrichtung und ermöglicht so eine schnelle Wiederverwendung des Kanals,
nachdem die Sicherheitsvorrichtung in Tätigkeit gesetzt wurde; zu diesem Zweck genügt es, den Riegel,
der zerschnitten wurde, durch einen neuen Riegel zu 30 gel 3 ist an dieses Halteglied 2 in folgender Weise anersetzen, gepaßt: Er ist an dem Halteglied in zwei einander Das Trennen oder Zerschneiden des Riegels kann diametral gegenüberliegenden Zonen oder Führunin der Weise erfolgen, daß die Bewegung jedes der gen mit Ausnehmungen 4, 4' und 5, 5' des Haltebeim Zerschneiden entstehenden Riegelteile eine gliedes festgelegt; der Riegel 3 sperrt den Kanal 6 und Schwenkbewegung um die Verriegelungszone ist; die 35 nimmt das Gewicht sämtlicher in dem Kanal überein-Riegelteile kommen am Schluß dieser Schwenkbewe- andergesetzter Brennstoffelemente auf (die selbst gung in eine derartige Lage, daß sie die untere Öffnung des Kanals vollkommen freigeben. Die Riegelteile werden bei ihrer Bewegung zweckmäßigerweise
durch Entriegeln von ihrem Halteorgan völlig gelöst. 40

Man kann auch ein Verriegelungssystem vorsehen, das unter dem Gewicht der übereinander angeordneten Brennstoffelemente nach dem Durchschneiden des Riegels das Entriegeln der Teile des Riegels und

das Schwenken der Riegelteile um einen außerhalb 45 innere Axialnuten aufweist, die an ihrer unteren Einder Verriegelungszone liegenden Stützpunkt: vorsieht; führung auch in radialer Richtung (bei 9) schräg erweitert sind, um das Einsetzen des Riegels in die Axialnuten zu erleichtern.

In den Fig. 4, 5 und 6 ist der Riegel 3 in seinen so Einzelheiten dargestellt; er hat einen mittleren Teil 10, der durch ein im Querschnitt haarnadelförmig gebogenes Blech gebildet wird, dessen Biegung am oberen Rande liegt. Diese Ausbildung des mittleren Teiles 10 des Riegels 3 soll es leicht möglich machen,

Riegels liegt. Nach dem Zerschneiden des mittleren 55 den Riegel in diesem Bereich in zwei Teilstücke zu Teils des Riegels kippt jeder der beiden Riegelteile zerschneiden, von denen jedes einen Verriegelungsum die Verriegelungszone in einer solchen Weise, daß mechanismus aufweist. Der eine Endteil 11 hat den die untere Öffnung des Kanals völlig freigegeben wird. Verriegelungsmechanismus 13, der sich in die Aus-Die Verriegelung des Riegels kann in unterschied- nehmungen 4, 4' des Haltegliedes 2 einpaßt; der anlicher Weise vorgenommen werden. So können an ^e° dere Endteil 12 ist in dazu symmetrischer Weise ausdem Riegel Zapfen angeordnet sein, die in Ausneh- gebildet und greift in die Ausnehmungen 5, 5' des

nicht dargestellt sind), wozu ein Zwischenstück 7 benutzt wird, das sich unmittelbar auf den Riegel 3 abstützt.

Das Halteglied 2, das den Riegel 3 trägt, hat einen Innendurchmesser, der ein wenig größer ist als der lichte Durchmesser des Kanals 6.

Aus den Fig. 2 und 3 ist zu ersehen, daß das Halteglied 2 zwei am unteren Ende bei 8 seitlich abgef aste

das Schwenken hat dann den Zweck, die Riegelteile in Richtung auf die Achse des Kanals herunterfallen zu lassen, wobei sie so die untere Öffnung dieses Kanals frei machen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Sicherheitsvorrichtung ist der Riegel symmetrisch zur Symmetrieachse des Brennstoffkanals und weist zwei Verriegelungszonen auf, die an dem peripheren Teil des

mungen des Haltegliedes eingreifen. Das Einsetzen des Riegels erfolgt in ähnlicher Weise wie die Verbindung zwischen einer elektrischen Glühbirne und einer Fassung mit HiKe eines Bajonettverschlusses; man kann aber auch durch Federn belastete Sperrglieder in dem Riegel vorsehen, die beim Einsetzen des Riegels in das Halteglied vorübergehend aus ihrer

Haltegliedes 2 ein. Die beiden Endteile 11 und 1'2 des Riegels 3 werden mit dem Mittelteil 10 über Schrauben 14 und Muttern 15 starr verbunden.

Der Verriegelungsmechanismus 13, wie er besonders gut in Fig. 5 zu erkennen ist, weist zwei Kugeln und 17 auf, die in Ausnehmungen 18 und 19 des Riegels untergebracht sind; ein Druckstößel 20, der

unter der Wirkung einer Feder 22 steht, drückt mit seinem oberen Kragen 21 ständig auf die beiden Kugeln 16 und 17, wobei sich die Feder auf das Einsatzstück 23 abstützt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen, wie das Einsetzen des Riegels 3 vor sich geht: Der Riegel 3 wird beim Einsetzen von unten nach oben gedrückt, wobei die Kugeln 16 und 17 zuerst in ihre Ausnehmungen 18 und 19 zurücktreten, wobei sie den Stößel'20 unter Zusammendrücken der Feder 22 nach unten zurückschieben, wie dies in der Fig. 7 zu sehen ist; wenn beim Hochdrükken des Riegels die Kugeln 16 und 17 vor den Ausnehmungen 4 und 4' des Haltegliedes 2 ankommen, schnappen sie in diese Ausnehmungen ein, dadurch kommt die Verriegelung zustande, und der Riegel 3 sitzt fest in seiner Sperrlage.

Die Fig. 8 zeigt die Lage des Verriegelungsmechanismus, wenn Kräfte in Richtung nach unten auf den Riegel 3 ausgeübt werden. Diese Kräfte bewirken ein Blockieren der Kugeln 16 und 17 in den Ausnehmungen 4 und 4' unter der Wirkung der Feder 22, wobei die inneren und unteren Wandflächen dieser Ausnehmungen Anschläge für die Kugeln 16 und 17 bilden.

Man kann auf diese Weise eine sehr wirksame Verriegelung des Riegels erhalten, wenn man auf diesen Riegel nach seinem Einsetzen das Gewicht der übereinandergesetzten Brennstoffelemente wirken läßt, die in den Kanal 6 eingeführt werden.

Um im Falle eines Schadens den jeweils betroffenen Brennstoffkanal schnell frei zu machen, genügt es, mit Hilfe einer fernzubetätigenden Schere den mittleren Teil 10 des Riegels zu zerschneiden. Die Fig. 9 läßt anschaulich werden, was sich abspielt, wenn der Riegel 3 durchschnitten worden ist. Unter dem Gewicht der Brennstoffelemente — das über das Zwischenstück 7 auf den Riegel 3 wirkt — fallen die beiden getrennten Endteile 11 und 12 des Riegels, an denen die beiden Abschnitte des mittleren Teils 10 befestigt sind, mit einer in Richtung auf die Achse des Kanals erfolgenden Schwenkbewegung nach unten und lösen sich dabei aus den Verriegelungszonen 4 und 5 des Haltegliedes 2; sie fallen in Richtung der Achse des Kanals nach unten und machen so auch das Zwischenstück 7 und die (nicht dargestellten) Brennstoffelemente frei, die auf diesem Zwischenstück abgestützt waren. Das Ganze fällt nach unten, wo es mit bekannten Mitteln entfernt werden kann.

Die Erneuerung des Riegel 3 läßt sich sehr leicht durchführen, da das Halteglied 2 beim Durchschneiden des Riegels und bei der vollständigen Entleerung des Brennstoffkanals in keiner Weise beschädigt wurde.

Diese Sicherheitsvorrichtung weist die folgenden Vorteile auf:

1. Die Verriegelungsvorrichtung gestattet bei einer Störung oder einem Schaden in einem Kanal des Moderators die Entleerung dieses Kanals nach unten hin, ohne irgendeine Beschädigung der normalen Lade- und Entladevorrichtungen des Reaktors, die am oberen Ende der Kanäle angeordnet sind, und ohne irgendeine Störung in ihrer Lage hervorzurufen.

2. Sie gestattet die schnelle Wiederbenutzung des Kanals; das feste Halteglied des Riegels, das beim Trennen oder Zerschneiden des Riegels keine Beschädigung erfährt, bleibt dauernd an dem unteren Kanalende am Reaktorblock befestigt, und der Ersatz des Riegels selbst bereitet keine Schwierigkeiten.

3. Die Vorrichtung sichert dauernd während des Betriebs des Atomreaktors eine Abstützung oder Aufnahme des Gewichts der übereinandergesetzten Brennstoffelemente in dem betreffenden Brennstoffkanal.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Sicherheitsvorrichtung zum Entleeren eines Atomkernreaktors, der aus einem Reaktorkern mit senkrecht angeordneten Kanälen zur Aufnahme von Brennstoffelementen besteht und der normalerweise von oben her zu beschicken ist, die das Entleeren eines vertikalen Kanals im Schadenfalle bei im Betrieb befindlichem Reaktor nach unten hin gestattet, gekennzeichnet durch ein dauernd starr mit dem Reaktorblock verbundenes Halteglied (2), das am unteren Ende des Kanals (6) sitzt und den Kanalquerschnitt frei läßt, einen das Herausfallen der Brennstoffelemente aus dem Kanal (6) verhindernden Riegel (3), der durch Verriegelungsorgane (13) an dem Halteglied lösbar festgehalten ist, Zwischenstücke (7), die auf dem Riegel (3) aufsitzen und die die Brennstoffelemente abstützen und zumindest eine Zone mit geringer mechanischer Festigkeit in dem Riegel, an der der Riegel durch eine ferngesteuerte Trennvorrichtung zu durchschneiden und damit vom Halteglied (2) zu trennen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung des Riegels in Ausnehmungen des Haltegliedes mit Hilfe von Kugeln erfolgt, die in dem Verriegelungsorgan des Riegels angeordnet sind und durch einen gefederten Stößel in die Ausnehmungen hineinzudrücken sind, deren untere Wandflächen Anschläge für die Kugeln bilden und bei Belastung des Riegels von oben mit dem Federdruck des Stößels so zusammenwirken, daß die Kugeln blockieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel einen mittleren mechanisch schwächeren Teil aufweist, der eine einzige zusammenhängende Trennzone bildet, und daß er nach außen hin zwei periphere Endstücke aufweist, von denen jedes mit einem Verriegelungsmechanismus versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Ausnehmungen des Haltegliedes, in die der Riegel einschiebbar ist, nach dem Durchschneiden des Riegels Schwenk- und Entriegelungszonen für die auseinandergeschnittenen Teile des Riegels bilden, die mit dem Druck oder Schub der Brennstoffelemente belastet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 782158.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 090 345.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 209 710/284 11.62