DE1214338B - Vorrichtung zum Abschalten von Kernreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21d

Deutsche KL: 21g-21/31

Nummer: 1214 338

Aktenzeichen: U 7072 VIII c/21 \

Anmeldetag: 14. April 1960

Auslegetag: 14. April 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abschalten von Kernreaktoren mit einem lotrecht in dem Reaktorkern angeordneten Rohr, dessen oberes Ende von einem ringförmig ausgebildeten Vorratsbehälter umgeben ist, von dem her das Rohr bei einer Abschaltung schüttfähiges Material aus neutronenabsorbierenden Teilchen aufnehmen kann, und das nach einer Abschaltung zum Zurückbefördern der Teilchen aus dem Rohr in den Vorratsbehälter durch den Vorratsbehälter nach oben zurückzuziehen ist, bei der der Vorratsbehälter mit radialen Öffnungen versehen ist, an denen eine Vorrichtung zum Blockieren des Ausfließens der Teilchen in das Rohr hinein angeordnet ist.

Bei Kernreaktoren ist es allgemein üblich, Notabschaltvorrichtungen vorzusehen, die Abschaltstäbe aufweisen, die in den Reaktorkern hinabfallen oder in den Kern hineinragen bzw. hinabgelassen werden. Die Abschaltstäbe bestehen aus Material von hohem Neutronenabsorptionsvermögen oder enthalten ein derartiges Material. Wenn ein Kernreaktor in einem beweglichen Körper, z. B. in einem Schiff, eingebaut ist oder ortsfest in Gebieten installiert ist, die Störungen durch Erdbeben ausgesetzt sind, so kann es zu einem Versetzen des Kernes und infolgedessen Versagen der Notabschaltvorrichtungen kommen.

Es ist eine Vorrichtung zum Abschalten eines Kernreaktors bekannt, bei der eine Vielzahl von einzelnen Körpern entweder aus Material mit hohem Neutronenabsorptionsvermögen oder welche ein solches Material enthalten, in den Kern des Reaktors eingebracht werden. Die Vorrichtung kann ein Rohr aufweisen, das sich in einem wesentlichen lotrechten Kanal des Reaktorkernes befindet und dessen unteres Ende normalerweise geschlossen ist. Die Körper können bei Betätigung der Vorrichtung in das Rohr eingebracht werden. Bei einer Ausführungsform werden die Körper in Form von Borstahlschrot in einem Magazin gespeichert, dessen Auslaßöffnungen mit dem oberen, dem Füllende des Rohres in Verbindung stehen. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um ein Magnetfeld an den Auslaßöffnungen zu erzeugen, und der Stahlschrot, der eine geringe magnetische Remanenz und Koerzitivkraft hat, ist am Austreten in das Rohr durch die Öffnungen gehindert, solange das Magnetfeld besteht.

Es ist ferner eine Vorrichtung zum Abschalten von Kernreaktoren bekannt, welche aus einem oberhalb des Reaktorkerns angeordneten Behälter besteht, der mit neutronenabsorbierenden Kugeln gefüllt ist und der normalerweise durch einen auf den Druck des Reaktorkühlmittels ansprechenden Kolben ver-

Vorrichtung zum Abschalten von Kernreaktoren

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:
Shirley Russell Hopkins,
Rex William Mallett, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 17. April 1959 (13 261)

schlossen ist, und bei der dieser Kugelbehälter mit einem lotrecht im Reaktorkern angeordneten Rohr in Verbindung steht, in welches die neutronenabsorbierenden Kugeln hineinfallen können.

Es wurde auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, die der zuvor genannten gleicht, bei der aber der Borstahlschrot nicht durch ein Magnetfeld, sondern durch eine mechanische Einrichtung zurückgehalten und freigegeben wird. Die Vorrichtung weist ein Ventil auf, das durch einen Elektromagneten in der Schließstellung gehalten wird, in der es den Austritt des Borstahlschrotes bzw. der Borstrahlschrotkugeln aus dem Magazin in das Rohr im Reaktorkern verhindert. Ein Temperaturanstieg im Reaktorkern über eine vorbestimmte obere Grenze hinaus bewirkt das Stromloswerden des Elektromagneten durch Betätigung eines Ausschalters, der durch ein Thermoelement im Kern gesteuert wird. Das Stromloswerden des Elektromagneten gibt das Ventil frei, woraufhin der Borstahlschrot aus dem Magazin austritt. Druckabfall des Kühlmittels im Reaktorkern macht den Elektormagneten ebenfalls stromlos, wodurch das Ventil freigegeben wird, so daß der Borstahlschrot in den Reaktorkern durch Betätigung eines druckempfindlichen elektrischen Schalters in der Kühlmittelleitung fallen kann.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an seinem oberen Ende mit radial gerichteten Öffnungen ver-

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sehen ist, die bei in den Reaktorkern eingefahrenem angeschweißt ist. Zwei diametral gegenüberliegende Rohr gegenüber den radialen Öffnungen des Vorrats- schräge Öffnungen 12 sind in dem Innenrohr 6 unbehälters zu liegen kommen, und innerhalb des mittelbar über der konischen Grundplatte 9 vorRohres gleichachsig mit diesem eine axial verschieb- gesehen, und das Rohr 3 hat entsprechende Öffnunbare rohrförmige Hülse mit radial gerichteten Öff- 5 gen 13. Das Innenrohr 6 besitzt außerdem Öffnungen nungen angeordnet ist, die zwischen einer End- 14 dicht am oberen Ende, und das Rohr 3 hat entposition, die sie beim normalen Reaktorbetrieb ein- sprechende Öffnungen 15. Die Öffnungen 14 und 15 nimmt, und in der die Hülsenwand die gegenüber- sind um 90° gegen die Öffnungen 12 und 13 versetzt liegenden Öffnungen in dem Vorratsbehälter bzw. in (obgleich sie in der Zeichnung nicht versetzt dardem Rohr verschließt, und einer zweiten Endposition, io gestellt sind, damit die Zeichnung anschaulicher in die sie bei der Abschaltung bewegt wird und in wird). Ein Rohr 16, das nach oben herausgezogen der die Hülsenöffnungen den anderen genannten Öff- werden kann, sitzt mit Gleitsitz im Rohr 3. Sein, nungen gegenüberliegen und dadurch das schürt- unteres Ende ist durch einen Stopfen 17 verschlossen, fähige Material aus dem Vorratsbehälter durch die Der Stopfen 17 hat eine konische Oberseite 18 und Öffnungen und in das Rohr in dem Reaktorkern 15 zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen 19, fließen lassen, bewegbar ist. deren radiale Lage derjenigen der Öffnungen 14 und Zum automatischen Verschieben der rohrförmigen 15 gleicht und die daher gegen die Öffnungen 12 und Hülse kann eine druckempfindliche Vorrichtung in 13 versetzt sind (obgleich dies in der Zeichnung Form eines Faltenbalges innerhalb des oberen Endes wegen der Anschaulichkeit nicht dargestellt ist), sind des Rohres vorgesehen sein, dessen Innenraum über 20 in dem Rohr 16 unmittelbar über dem Stopfen 17 eine Öffnung in der Balgwand mit seinem normaler- vorgesehen. In dem Rohr 16 befinden sich außerdem weise auf Reaktorkühlmitteldruck befindlichen Öffnungen 2Oj welche den komplementären Öffnun-Außenraum in Verbindung steht, welche einen höhen gen 12 und 13 in den Rohren 6 und 3 entsprechen. Strömungswiderstand für das bei einem plötzlichen Ein Außenflänsch 21 ist an das obere Ende des Abfall des Kühlmitteldrucks ausströmende Gas dar- 25 Rohtes 16 angeschweißt und ruht auf dem oberen stellt. Ende des Magazins 4, das durch die ringförmige End-Die rohrförmige Hülse hängt in der Sperrstellung platte 11 gebildet wird. Ein Elektromagnet 22 mit zweckmäßig an dem Anker eines Elektromagneten, einer Ringwicklung 23 und einem Weicheisenanker der beim Unterbrechen seines Stromkreises beim 24 befindet sich oben auf dem Magazin 4. Die Wick-Auftreten von unzulässigen Betriebsbedingungen, wie 30 lung 23 befindet sich in einem Gehäuse 25, das an Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur im dem Außenflansch 21 des Rohres 16 angeschweißt Reaktorkern, abfällt und auf Grund semes Gewichtes ist. Eine Deckplatte 26 ist an das Gehäuse 25 mit die rohrförmige Hülse nach unten bis zu einem An- Hilfe vöh Schrauben 27 angeschraubt und ist mit schlag im Rohr in die zweite Endposition bewegt. einem Greifköpf 28 versehen, der mit einem fern-Die gemäß der Erfindung vorgesehene positive 35 bedienten Greifer zusammenwirken kann, welcher mechanische Sperre, die verhindert, daß ein Aus- von der Reaktorbeschickungsseite gesteuert wird, fließen stattfindet, wenn kehle Fehlerbetriebsbedin- Eine rohrförmige Hülse 29, die in dem Rohr 16 gleigungen auftreten, ist weit vorteilhafter als eine Sperre ten kann, ist an dem Anker 24 des Elektromagneten gegen das Ausfließen, bei welcher magnetische Mittel 22 durch einen als Zwischenglied wirkenden Balg 30 unmittelbar verwendet werden, d. h. magnetische 40 befestigt. Die Hülse 29 hat eine aus einem Stück mit Kraftlinien, die unmittelbar auf die Absorberkörper ihr bestehende Endplatte 31 und diametral gegeneinwirken, wie dies Gegenstand eines älteren Vor- überliegende Öffnungen 32, die den Öffnungen 12 in Schlages ist. dem Rohr 6 sowie den entsprechenden Öffnungen 13 Eine Ausführungsform der Erfindung soll nun- und 20 in den Rohren 3 und 16 ergänzend entmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden 45 sprechen. Der Balg 30 hat einen oberen und unteren Zeichnung näher beschrieben werden, deren einzige Endflansch 33 und 34 und ist mit einer kleinen AbFigur einen Längsschnitt durch eine Kernreaktor- laßöffnung 35 versehen. Die Abläßöffnung 35 ist zu Abschaltvorrichtung wiedergibt. klein, um in der Zeichnung dargestellt werden zu In der Zeichnung ist ein Teil des Graphitmodera- können, befindet sich aber an der durch den getors 1 eines mit Druckgas gefüllten Kernreaktors dar- 50 strichelt gezeichneten Kreis 35 in der Zeichnung angestellt. Ein Kanal 2, welcher durch den Moderator 1 gedeuteten Stelle. Ein Stab 36, der in dem Anker 24 lotrecht hindurchgeführt, ist mit einem Rohr 3 aus- an dessen Unterseite 37 eingeschraubt ist, ist an dem gekleidet. Das Rohr 3 steht über den Moderator 1 oberen Endflansch 33 des Balges angeschweißt,
hinaus und wird am oberen Ende von einem ring- Eine Stange 39 ist an den unteren Flansch 34 des förmig ausgebildeten Vorratsbehälter 4 Umgeben, der 55 Balges angeschweißt, und die Hülse 29 ist an der eine Vielzahl von Borstahlkugeln 5 aufzunehmen ver- Stange 39 mit HiKe von versenkten Zylinderschraumag. Der Vorratsbehälter 4 (Magazin) weist ein ben41 angeschraubt. Vier Stangen 42, die in das Innenrohr 6 und ein dazu konzentrisches Außen- untere Ende 37 des Ankers 24 eingeschraubt sind, errohr 7 auf, wobei das Innenrohr 6 das Rohr 3 dicht strecken sich in Längsrichtung an dem Balg 30 entumschließt. Ein runder Flansch 8, der an das untere 60 lang bis dicht an die Endplatte 31 der Hülse 29. Ein Ende des Innenrohres 6 angeschweißt ist, ruht auf Ring 43, der als Anschlag zur Begrenzung der Abder Oberseite des Moderators 1. Das Magazin 4 hat wärtsbewegung der Hülse 29 dient, ist innen an das eine konische Grundplatte 9, die an das untere Ende Rohr 16 angeschweißt.

des Außenrohres 7 und rings an dem Innenröhr 6 Bei normalem Betrieb des Reaktors steht die Wickangeschweißt ist. Radiale Versteifungsrippen 10 sind 65 lung 23 des Elektromagneten 22 unter Strom, so daß zwischen dem Flansch 8 und der Grundplatte 9 ein- die Hülse 29 durch den Anker 24 in der in der Zeichgeschweißt, Das Magazin 4 weist ehe obere ring- nung dargestellten Lage gehalten wird. In dieser förmige Endplatte 11 auf, die an die Rohre 6 und 7 Stellung blockiert die Hülse 29 die Öffnung 20 in

dem Rohr 16 und die Verbindungsöffnüngen 13 und 12 in den Rohren 3 und 6. Daher ist der Austritt des Borstahlschrotes 5 aus dem Magazin in das Rohr 16 durch die Öffnung 12,13 und 20 unmöglich. Sollte jedoch die Temperatur im Reaktorkern auf einen Wert ansteigen, der über einer vorbestimmten oberen Grenze liegt, so macht ein Ausschalter, welcher durch ein Thermoelement im Reaktorkern gesteuert wird, die Wicklung 23 der Magnetspule 22 stromlos. Dadurch, daß die Wicklung 23 stromlos wird, kann der Anker 24 durch Schwerkraft herabfallen und infolge^ dessen die Hülse 29 mit Hilfe der Stangen 42 und der Endplatte 31 abwärts bewegen, bis die Hülse 29 durch Berührung des Ringes 43 zum Stillstand gebracht wird. Wenn die Hülse 29 auf dem Ring 43 ruht, so fluchten die Öffnungen 32 in der Hülse 29 mit den Öffnungen 20 und den Verbindungsöffnungen 12 und 13 in den Rohren 6 und 3. Folglich kann der Borstahlschrot 5 aus dem Magazin 4 durch die Öffnungen 12,13, 20 und die Öffnungen 32 in der Hülse 29 in das Rohr 16 gelangen, die sich zu einer Säule auf dem Stopfen 17 darin aufbauen bzw. auftürmen und dadurch zum Abschalten des Reaktors beitragen (es versteht sich natürlich, daß mehrere Abschaltvorrichtungen in dem Reaktor verwendet werden). Es wird ein Steuerungsvorgang in der Vorrichtung bei fehlendem Kühlmitteldruck (beispielsweise infolge eines Bruches der Kühlmittelleitung) bewirkt infolge des Umstandes, daß der Kühlmitteldruck in dem Balg bei einem Verlust von Kühlmitteldruck außerhalb des Balges nur langsam sinkt, da der einzige Auslaß aus der kleinen Ablaßöffnung 35 besteht. Ein schnelles Absinken des Druckes des Reaktorkühlmittels bewirkt daher eine Ausdehnung des Balges, der nur durch Abwärtsbewegung der Hülse 29 festgestellt werden kann, die mit dem unteren Flansch 34 des Balges verbunden ist. Die Hülse 29 wird daher abwärts bewegt, bis die Öffnungen 32 in der Hülse 29 mit den Öffnungen 20 in dem Rohr 16 und mit den Verbindungsöffnungen 12 und 13 in den Rohren 6 und 3 fluchten. Nun tritt das Borstahlschrot aus dem Magazin 4 in das Rohr 16 aus. Durch das Vorhandensein der Ablaßöffnung 35 arbeitet die Vorrichtung nicht bei normalem (langsamem) Druckabbau der Kühlmittelleitung nach dem Abschalten, wie es von Zeit zu Zeit erforderlich sein mag.

Wenn beide Betätigungsmechanismen bei hoher Temperatur und Verlust an Kühlmitteldruck in Tätigkeit gesetzt werden, so wird normalerweise ein Mechanismus zuerst arbeiten, aber falls sie beide gleichzeitig in Tätigkeit treten, gewährleistet das Vorhandensein des Ringes 43, daß der Austritt der Kugel 9 in das Rohr 6 in jedem Fall erfolgt.

Nach Abgabe des Borstahlschrotes zum Abschalten des Reaktors kann die Vorrichtung in die in der Zeichnung dargestellte Stellung durch Anheben des Elektromagneten 22 und des Rohres 16 mit Hilfe eines am Greifkopf 28 angreifenden Greifers zurückgebracht werden. Das Rohr 16 wird so lange gehoben, bis die Öffnungen 19 mit den Öffnungen 15 in dem Rohr 3 und den Verbindungsöffnungen 14 im Rohr 6 fluchten. Wenn diese Stellung erreicht ist, treten die Borstahlkugeln aus dem Rohr 16 in das Magazin 4 zurück und werden durch das untere Ende des Rohres 16 daran gehindert, aus dem Magazin 4 durch die Öffnungen 12 und 13 herauszutreten. Bevor das Rohr 16 wieder in den Reaktorkern hinabgelassen wird, ist gewährleistet, daß der Elektromagnet unter Strom gesetzt wird, um die Öffnungen 20 in dem Rohr 16 zu verschließen. Das Versetzen der Öffnungen 19_S14 und 15 gegen die Öffnungen 12 und 13 bietet die Gewähr) daß keine Kugeln aus dem Rohr 16 durch die Öffnungen 19 in die Öffnungen 12 und eindringen können, Wenn das Rohr 16 angehoben wird;

Da die Vorrichtung ziemlich kompakt bzw. gedrungen ist, können das Magazin und die Betätigungseinrichtung unmittelbar über dem Graphitmoderator iü Besc'hiekungshöhe angeordnet werden, ohne daß sie bis zu der Beschickungsbühne verlängert zu werden brauchen. Dies ergibt ein schnelles Arbeiten der Vorrichtung, da die Kugeln einen verhältnismäßig kurzen Fallweg haben, und ist wirtschaftlich in bezug auf den Raumbedarf. Da außerdem die Vorrichtung von dem Druckbehälter und den daran befestigten Standrohren unabhängig ist, arbeitet sie selbst dann zufriedenstellend, wenn der Druckbehälter verdreht wird oder bricht, was das Herablassen der Regel- oder Abschaltstäbe unmöglich machen würde.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abschalten von Kernreaktoren mit einem lotrecht in dem Reaktorkern angeordneten Rohr, dessen oberes Ende von einem ringförmig ausgebildeten Vorratsbehälter umgeben ist, von dem her das Rohr bei einer Abschaltung schüttfähiges Material aus neutronenabsorbierenden Teilchen aufnehmen kann, und das nach einer Abschaltung zum Zurückbefördern der Teilchen aus dem Rohr in den Vorratsbehälter durch den Vorratsbehälter nach oben zurückzuziehen ist, bei der der Vorratsbehälter mit radialen Öffnungen versehen ist, an denen eine Vorrichtung zum Blockieren des Ausfließens der Teilchen in das Rohr hinein angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an seinem oberen Ende mit radial gerichteten Öffnungen versehen ist, die bei in den Reaktorkern eingefahrenem Rohr gegenüber den radialen Öffnungen des Vorratsbehälters zu liegen kommen, und innerhalb des Rohres gleichachsig mit diesem eine axial verschiebbare rohrförmige Hülse mit radial gerichteten Öffnungen angeordnet ist, die zwischen einer Endposition, die sie beim normalen Reaktorbetrieb einnimmt und in der die Hülsenwand die gegenüberliegenden Öffnungen in dem Vorratsbehälter bzw. in dem Rohr verschließt, und einer zweiten Endposition, in die sie bei der Abschaltung bewegt wird und in der die Hülsenöffnungen den anderen genannten, Öffnungen gegenüberliegen und dadurch das schüttfähige Material aus dem Vorratsbehälter durch die Öffnungen und in das Rohr in dem Reaktorkern fließen lassen, bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum automatischen Verschieben der rohrförmigen Hülse eine druckempfindliehe Vorrichtung in Form eines Faltenbalges innerhalb des oberen Endes des Rohres vorgesehen ist, dessen Innenraum über eine Öffnung in der Balgwand mit seinem normalerweise auf Reaktorkühlmitteldruck befindlichen Außenraum in Verbindung steht, welche einen hohen Strömungswiderstand für das bei einem plötzlichen Abfall des Kühlmitteldruckes ausströmende Gas darstellt.

3. Vorrichtung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Hülse in der Sperrstellung an dem Anker eines Elektromagneten hängt, der beim Unterbrechen seines Stromkreises beim Auftreten von unzulässigen Betriebsbedingungen wie Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur im Reaktorkern abfällt und auf Grund seines Gewichtes die rohrförmige

Hülse nach unten bis zu einem Anschlag im Rohr in die zweite Endposition bewegt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 052 000.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1173 595.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen