DE1173193B - Thermoelementkabel fuer Kernreaktor-Brennelemente - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: G 21

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21g-21/31

U 8985 VIII c/21g
22. Mai 1962
2. Juli 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermoelementkabel für ein Kernreaktor-Brennelement, das an eine Thermoelement-Heißverbindungsstelle für die Temperaturmessung des Brennelementes angeschlossen ist.

Es ist nicht möglich, die normale Be- und Entlademaschinenanlage zum Einbringen und Herausnehmen von Brennelementen mit an ihnen befestigten Thermoelementkabeln zu verwenden, da das Thermoelementkabel mit der Maschinenanlage oder sonstwie ungewollt in Konflikt geraten kann und außerdem Vorkehrungen getroffen werden müssen, um das Thermoelementkabel mit den Temperaturaufzeicheninstrumenten zu verbinden und von diesen zu trennen. Das Ein- und Ausladen derartiger Brennelemente ist daher von Hand ausgeführt worden, aber besonders das Herausnehmen der Brennelemente ist schwierig, da das Element dann hochgradig radioaktiv ist. Daher sind komplizierte Einrichtungen zum Trennen der Verbindung zwischen Thermoelementkabel und Brennelement vor dem Herausnehmen des Elementes durch die normale Maschinenanlage entwickelt worden.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Thermoelementkabels für Kernreaktor-Brennelemente das die bei bekannten Kabeln üblichen Nachteile nicht aufweist.

Das Thermoelementkabel ist daher erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kabels an einer Stelle verringert ist, so daß es dort durch die Wirkung einer Zugkraft auf das Kabel bricht.

Wenn ein Brennelement, das mit einem derartigen Kabel versehen ist, aus dem Reaktor herausgenommen werden soll, wird das Kabel ruckartig angezogen, damit es bricht, und aus dem Reaktor herausgezogen. Das Brennelement kann dann durch die normale Entladungsmaschine herausgenommen werden.

Der verringerte Querschnitt kann durch örtliches Verformen oder Gesenkschmieden oder durch maschinelles Einarbeiten einer V- oder U-Nut an der Kabeloberfläche hergestellt werden.

Bei einem typischen Beispiel ist ein Kabel von 1,6 mm Durchmesser über eine Länge von 6,4 mm auf einen Durchmesser von 1,1 mm verringert. Ein derartiges Kabel, das elektrische Leiter aus Nickellegierungen in einer Hülle aus rostfreiem Stahl, die in Magnesiumoxyd eingebettet ist, aufweist, bricht bei einem Zug von etwa 13,61 kg. Der Bruch ist sauber und vollständig, so daß das Kabel durch kleine Toleranzlöcher aus dem Reaktor herausgewunden werden kann.

Thermoelementkabel für Kernreaktor-Brennelemente

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Piyatilleke Perera Guneratne,

Charles Herbert Quinton Fifield, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 24. Mai 1961 (18 835)
vom 4. Mai 1962 (17 160)

Vorzugsweise ist der Abschnitt von verringertem Querschnitt gegen ein mögliches Verbiegen während des Einladens und außerdem gegen Bewegungen, die unmittelbar durch den Kühlmittelstrom oder durch Schwingung oder Vibration des Brennelementes verursacht werden, geschützt. Eine Möglichkeit für ein derartiges Schützen besteht darin, eine Hülse vorzusehen, von welcher der Abschnitt von verringertem Querschnitt umgeben ist. Diese Hülse kann mit derjenigen Seite des Abschnittes von verringertem Querschnitt, an der die Thermoelement-Heiß verbindungsstelle liegt, beispielsweise durch Drücken der Hülse auf das Kabel, verankert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Hülse an dem Brennelement befestigt sein. Beim Ziehen an dem Kabel erfolgt das Brechen oder Reißen innerhalb der Hülse, und die Hülse bleibt bei dem Brennelement oder demjenigen Teil des Kabels, der an dem Brennelement befestigt ist, wenn der übrige Teil des Kabels herausgezogen wird.

Bei einer anderen Alternative können Mittel vorgesehen sein, welche beim Ziehen am Kabel eine Torsionskraft auf die Stelle des Kabels mit verringertem Querschnitt ausüben, wodurch das Kabel an dieser Stelle durch Abdrehen bricht.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

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Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht eines Kern- setzt ist. Die Hülse 42 ist vorzugsweise durch

reaktor-Brennelementes, Schweißen an der langgestreckten Rippe 33 befestigt,

F i g. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines Einzel- so daß nach dem Abreißen des Thermoelementkabels

teils, teilweise im Schnitt, derjenige Teil des Kabels, welcher mit dem Brenn-

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, die eine 5 element zusammenbleibt und an welchem die Hülse

andere Bauweise darstellt, 42 befestigt ist, nicht frei gelassen wird, so daß es

F i g. 4 eine vergrößerte Seitenansicht, teilweise im beim Herausnehmen des Brennelementes aus dem

Mittelschnitt, die ein Einzelteil von F i g. 3 wieder- Reaktor nicht stört,

gibt, während Ein Ziehen an dem Kabel 39, welches sich entlang

Fig. 5 eine Draufsicht im Schnitt entlang der io dem Brennelementkanal und bis hinauf zur Lade-Linie V-V von F i g. 4 darstellt. bühne des Reaktors erstreckt, dient dazu, das Kabel

Gemäß der Zeichnung zeigt die Fig. 1 ein Brenn- 39 bei 43 abzureißen, und ein Herausnehmen dieses

element 30 für einen gasgekühlten Kernreaktor, das Teils des Kabels 39 aus dem Reaktor zu ermöglichen,

mit gewendelten Wärmeübertragungsrippen 31 ver- Ein Kabel 39, das, wie im vorstehenden beschrieben,

sehen ist, die an der Hülle 32 befestigt sind. Außer- 15 zusammengesetzt ist und einen Durchmesser von

dem hat das Brennelement vier längsverlaufende 1,6 mm hat, der bei 43 über eine Länge von 6,4 mm

langgestreckte Rippen 33, die in gleichen Abständen auf 1,1 mm verringert worden ist, bricht bei einer

um das Brennelement 30 herum angeordnet sind, Zugbelastung von etwa 13,61 kg und ergibt an dei

wobei die Rippen 33 mittels Verstrebungen 34 zu- querschnittsverringerten Stelle 43 eine saubere und

sammengebaut sind, die an diesen angeschweißt sind, 20 vollständige Bruchstelle.

und eine der Verstrebungen 34 in einer Umfangsnut In den F i g. 3, 4 und 5, welche eine andere Aus-

35 der Wärmeübertragungsrippen 31 zwecks Längs- führungsform ohne die Hülse 42 darstellen, hat das

fixierung der Rippen und Verstrebungen an der Hülle Thermoelementkabel 39 einen zugfreien Abschnitt,

32 untergebracht ist. Jede Rippe 33 ist in einer Längs- der zwischen der Befestigungsplatte 41 und einer

nut 36 in den Wärmeübertragungsrippen 31 zum Ver- 25 zweiten Befestigungsvorrichtung 14, die mit der glei-

hüten einer Drehung der genannten Bauteilgruppe chen Rippe 33 wie die Heißverbindungsstelle und die

relativ zur Hülle 32 angeordnet. Platte 41 an einer Stelle verbunden ist, wo die

Das Brennelement ist mit Mitteln zur Temperatur- Spalterrippe eine leicht verringerte Radialbreite hat,

messung während seines Betriebs in einem Brenn- vorhanden ist.

elementkanal eines Kernreaktors versehen. Es kann 30 Die Vorrichtung 14 ist mehr ins einzelne gehend entweder die Temperatur der Hülle 32 oder des in den F i g. 4 und 5 gezeigt. Sie weist einen Körper Kernbrennstoffkörpers, welcher in der Hülle 32 ist, 15 mit einer längsverlaufenden, in der Mitte ange- oder von beiden gemessen werden. Das Brennelement ordneten öffnung 16 von kreisförmigem Querschnitt 30 hat eine verdickte Wärmeübertragungsrippe 37, und zwei Paar seitlichen öffnungen 17 bzw. 18 auf, in welcher bei 38 eine öffnung vorgesehen ist, die 35 wobei die letzteren rohrförmige Flachkopfniete 19 eine Thermoelement-Heißverbindungsstelle enthält. bzw. 20 aufnehmen, mittels welchen der Körper 15 Die öffnung bei 38 in der Rippe 37 ist ein Sackloch. an der Rippe 33 befestigt ist, und die unteren Enden Alternativ oder zusätzlich (nicht gezeigt) kann die der Nietschäfte sich nach außen erweitern, um mit Thermoelement-Heißverbindungsstelle im Kern- divergierenden Abschnitten der öffnungen 17, 18 in brennstoffkörper, der sich in der Hülle 32 befindet, 40 Eingriff zu kommen, wie in F i g. 5 deutlich zu sehen vorgesehen sein. Ein Thermoelementkabel 39, bei- ist. Die öffnung 16 nimmt einen unteren Abschnitt 21 spielsweise aus elektrischen Leitern aus Nickellegie- auf, welcher an dem Kabel 39, beispielsweise durch rungen, die in einer Hülle aus rostfreiem Stahl unter- Löten oder Aufdrücken, befestigt ist, wobei der Abgebracht sind, welche in Magnesiumoxyd eingebettet schnitt 21 ebene Flächen 22, 23 hat, die mit dem ist, erstreckt sich entweder von der in der Rippe 37 45 Nietpaar 20 im Eingriff stehen, ebenso wie einen und/oder in dem Kernbrennstoffkörper oder in bei- kolbenförmigen Kopf 24 von kreisförmigem Querden angeordneten Heißverbindungsstelle aus, (in letz- schnitt, der in der öffnung 16 zu gleiten vermag, aber terem Falle verdoppelt sich die im nachstehenden durch das Nietpaar 20 am Herausgleiten aus dem beschriebene Bauteilgruppe, und es werden verschie- Körper 15 gehindert wird. Derjenige Abschnitt des dene langgestreckte Rippen 33 für die Befestigung 5° Kabels 39, welcher sich von dem Abschnitt 21 her der Kabel verwendet). Entlang einer der langge- erstreckt, ist über den kleinen Teil 43 seiner Länge streckten Rippen 33 wird das Kabel von einer Hülse im Querschnitt verkleinert, beispielsweise durch Ge- oder einem Eisenring 40 gehalten, der mittels einer senkschmieden oder maschinelles Einarbeiten einer Platte 41 an der Rippe befestigt ist. Es erstreckt sich längsverlaufenden V- oder U-Nut, und der angrenweiter durch einem Hülsenbauteil 42 (s. insbeson- 55 zende Teil von normalem Querschnitt hat einen obedere F i g. 2), welcher, wie bei 44 gezeigt, an das ren Abschnitt 26, der durch Hartlöten oder AufKabel 39 angedrückt oder — alternativ — angelötet drücken daran befestigt ist. Der Abschnitt 26 ist ähnist. In der Hülse 42 ist das Kabel 39 bei 43 im Quer- lieh ausgebildet wie der Abschnitt 21, mit dem Unterschnitt verringert, und zwar entweder durch Gesenk- schied, daß er keinen kolbenförmigen Kopf mit kreisschmieden oder durch maschinelles Einarbeiten einer 60 förmigem Querschnitt hat und daß seine beiden längsverlaufenden V- oder U-Nut. Die Hülse 42 Enden um etwa 120° gegeneinander verdrillt sind, schützt somit den verringerten Querschnitt bei 43 Die Dicke senkrecht zu den Flächen 27, 28 des Abgegen ein mögliches Dehnen, Biegen oder Brechen Schnitts 26 ist derart, daß er durch das Nietpaar 19 während des Einbringens des Brennelementes in seine in radialer Richtung fixiert wird. Demzufolge wird Betriebsstellung und ebenso dann, wenn das Brenn- 65 der Abschnitt 26, wenn er aus dem Körper 15 herelement sich in der Betriebsstellung befindet und das ausgezogen wird, durch Aufbringen einer Zugkraft Kabel Vibrationen oder anderen Bewegungen durch auf denjenigen Teil des Kabels 39, welcher sich nach den Kühlmittelstrom über das Brennelement ausge- aufwärts durch den Reaktorkanal, in dem das Brenn-

element angeordnet ist, und zur Ladebühne des Reaktors erstreckt, durch Angreifen des Nietpaars 19 an den verdrillten Flächen 27, 28 veranlaßt, sich zu drehen. Der Abschnitt 21 wird jedoch durch Eingreifen des Nietpaars 20 mit den nichtverdrillten Ebenen 22, 23 gegen eine Drehung festgehalten, vermag sich aber in der Öffnung 16 axial zu bewegen, da die in dem zugfreien Abschnitt bei 13 gebildeten Schleifen eine derartige Bewegung ermöglichen. Das Ergebnis hiervon ist, daß eine Torsionskraft auf den Abschnitt 43 von verringertem Querschnitt des Kabels 39 wirkt und dieses zerreißt. Der Abschnitt 26 kann nun vom Körper 15 zurückgezogen und mit dem übrigen Kabel entfernt werden. Derjenige Teil des Kabels, der an dem Brennelement bleibt, hat kein loses Ende, welches beim Herausnehmen des Brennelementes aus dem Kanal störend wirken könnte, da der Abschnitt 21 durch die beiden Nietpaare 19, 20 daran gehindert wird, den Körper 15 an einem der beiden Enden zu verlassen.

Um eine unangebrachte oder vorzeitige Betätigung der Vorrichtung 14 zu vermeiden, ist vorzugsweise zwischen dem Abschnitt 26 und dem Körper 15 ein Sicherheitsdraht 29 vorgesehen.

Wenn die Thermoelement-Heißverbindungsstelle im Brennstoffkörper zusätzlich vorgesehen ist, verdoppelt sich die zuletzt beschriebene Bauweise, und das zusätzliche Kabel 39 und die Vorrichtung 14 sind vorzugsweise an einer anderen Längsrippe 33 vorgesehen, um eine gegenseitige Störung zu vermeiden.

Als typisches Beispiel hat das Thermoelementkabel 39 einen Durchmesser von 1,59 mm und ist über eine Länge von 6,35 mm auf einen Durchmesser von 1,19 mm verringert.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Thermoelementkabel für ein Kernreaktor-Brennelement, das an eine Thermoelement-Heißverbindungsstelle für die Temperaturmessung des Brennelementes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kabels (39) an einer Stelle (43) verringert ist, so daß es dort durch die Wirkung einer Zugkraft auf das Kabel bricht.

2. Thermoelementkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt mit verringertem Querschnitt von einer Hülse umgeben ist, die am Brennelement befestigt ist.

3. Thermoelementkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel von einer Hülse umgeben ist, welche an dem Kabel an derjenigen Seite des Abschnitts von verringertem Querschnitt verankert ist, an welcher sich die Thermoelement-Heißverbindungsstelle befindet.

4. Thermoelementkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Brennelement Mittel vorgesehen sind, welche beim Ziehen an dem Kabel eine Torsionskraft auf die Stelle des Kabels mit verringertem Querschnitt ausüben, wodurch das Kabel an dieser Stelle durch Abdrehen bricht.

5. Thermoelementkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen der Torsionskraft einen langgestreckten Körper aufweisen, der an einem Teil des Brennelementes befestigt ist, eine längsgerichtete Ausnehmung aufweist und am unteren und oberen Ende mit nach innen gerichteten Klemmvorrichtungen versehen ist, daß das Thermoelementkabel da, wo es durch die Ausnehmung des Körpers (15) führt, abweichend von seiner normalen Form aus drei besonders geformten Abschnitten besteht, nämlich einem unteren Abschnitt (21), der mit der unteren Klemmvorrichtung im Eingriff ist und von dieser an einer Drehung gehindert wird, einem mittleren Abschnitt (25) mit verringertem Querschnitt und einem oberen Abschnitt (26), der mit der oberen Klemmvorrichtung im Eingriff ist und von dieser bei einer Längsverschiebung des Kabels gedreht wird.

6. Thermoelementkabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere der Abschnitte an seinem oberen Ende so erweitert ist, daß zwar seine Längsbewegung relativ zum Körper (15) und innerhalb derselben möglich ist, daß er aber aus diesem nicht nach unten herausfallen kann, und daß der obere Abschnitt (26) nach einem Bruch am mittleren Abschnitt (25) nach oben aus dem Körper (15) herausziehbar ist.

7. Thermoelementkabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sicherheitsdraht zwischen dem Körper (15) und dem oberen Abschnitt (26) vorgesehen ist, der ein vorzeitiges Abdrehen des Thermoelementkabels dadurch verhütet, daß er erst reißt, wenn eine vorgegebene Zugkraft auf das Kabel wirkt.

8. Thermoelementkabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelabschnitt von verringertem Querschnitt durch Gesenkschmieden hergestellt ist.

9. Thermoelementkabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelabschnitt von verringertem Querschnitt durch maschinelles Einarbeiten von längsgerichteten V- oder U-Nuten im Kabel hergestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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