DE1220046B - Vorrichtung zur Regelung der Reaktivitaet eines Kernreaktors - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G21d

Deutsche KL: 21g -21/31

Nummer: 1220 046

Aktenzeichen: U 6800 VIII c/21 g

Anmeldetag: 9. Januar 1960

Auslegetag: 30. Juni 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Reaktivität eines Kernreaktors mit einem Kern, von dem wenigstens ein Teil zu einer beweglichen Bauteilgruppe zusammengefaßt ist, die mit Hilfe einer hydraulischen Einrichtung zwischen einer Normalstellung, bei welcher der Kern kritisch ist, und einer Abschaltstellung, bei der der Kern unterkritisch ist, bewegbar ist. Bei der hydraulischen Einrichtung kann die als hydraulisches Antriebsmittel verwendete Flüssigkeit die gleiche sein wie die Reaktorkühlflüssigkeit, welche durch den Kern hindurchgeschickt wird, um Wärme aus diesem abzuführen. Bei den bekannten Vorrichtungen ist jedoch ein solches hydraulisches Mittel für die Betätigung der Kernregelbauteilgruppe unabhängig vom Druck des Reaktorkühlmittels im Kern zugeführt worden.

Erfinduhgsgemäß ist die bewegliche Bauteilgruppe an einer mechanischen Aufhängung befestigt, welche sie im Sinne einer Bewegung in die Abschaltstellung vorspannt, und die hydraulische Einrichtung, die in an" sich bekannter Weise Reaktorkühlmittel als Hydraulikmittel benutzt, hält diese bewegliche Bauteilgruppe gegen die Kraftwirkung der Aufhängung in'der Normalstellung und gibt sie bei einem Verlust an^;"-KühImittel oder einem Absinken des Kühlmitteldruckes unter einem vorgegebenen Wert frei.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung besteht noch darin, daß man zur Betätigung der hydraulischen Einrichtung die im strömenden Reaktorkühlmittel vorhandenen Druckunterschiede nutzt, indem an der Beweglichen Bäuteilgruppe das den Reaktorkern durchströmende Kühlmittel quer zur Strömungsrichtung ablenkende Leitschaufeln befestigt werden. Die Mechanische Apfhängung kann zur Horizontalen geneigte Flächen aufweisen, auf denen die bewegliche Bauteilgruppe gleitend aufliegt.
■ Die Erfindung soll nunmehr näher an Hand- der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen bei schrieben werden, und zwar zeigt '" Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht der Brennstoffelementenanordnung eines schnellen !Reaktors, während " * * '. "-'

Fig."2 eine Schnittänsicht nach. LinieΙΪ-Π der Fig. 1 wiedergibt. ^Λ

' Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist die dargestellte Ausfuhrungsform der Brennstoffelementenanordhung für einen Schnellreaktor mehrere Brennr stoBelementenrahinen 1 auf, die in einen Behälter für flüssiges Kühlmittel eingetaucht werden können und auf Säulen2 und"3 ruhen, wobei die Rahmen! nebeneinanderMegen, "währenid "· die Säulen 2 und 3 abwechselnd "gegeneinander versetzt sind und auf-Vorrichtung zur Regelung der Reaktivität
eines Kernreaktors

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Leslie Reginald Blake, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 12. Januar 1959 (1139)

einanderfolgende Rahmen 1 um, 180° gedreht sind. Daher hat der in F i g. 1 dargestellte Rahmen 1 oben

as einen Seitenarm 4, der gegabelt und zur Horizontalen hin geneigt ist. Außerdem ruht er auf Rollen 5; die sich in der Säule 2 befinden. Ferner hat der Rahmen oben einen entgegengesetzt gegabelten Seitenann 6 ähnlicher Neigung wie der Ärnii 4, der auf Roller^ 7 ruht, die sich in der Säule 3 befinden.. Der sich daran anschließende Rahmen ist ähnlich, jedoch um ISO⁶ gedreht. Die Säulen, auf denen er ruht, sind versetzt, wie man deutlich· aus' der Z?ichnung_ entnehmen kann. ^; "' ^{; r :} ' , '

Jeder Rahmen 1 weist sechs rechteckige' j^ernbrennstoffblöcke 8 auf, wobei überlappende Brennstoffblöcke 8 aller Rahmen 1 den Reaktorkern bijden; der durch die strichpunktierte Grenzlinie 9 in'F'i g. 2 dargestellt ist. Die Bewegung,des Rahmens 1 nach außen von der Mitte des Kerns dient zum Aüseinanderziehen, Auflockern des Reaktörkernes, und in der Grenzstellung ist diese Auflockerung ausreichend, um den Kern unterkritisch zu machen, während Zwischenstellungen verschiedene Kritikalitäten ergeben.

Der Rahmen 1 wird normalerweise durch den Einfluß der Schwerkraft nach außen bewegt (d. hl in ,dip Richtung der Säulen 2) und nach unten infolge der geneigten Flächen der Arme 4 und 6, wodurch der Kern auseinandergezogen wird. Dadurch, daß. der

Reaktorkern 1 mit seinen Teäieü/ gegeneinander zu bewegen ist, ergibt sich eine Steuerung des Reaktors,, und dies kann dazu ausgenützt¹ werden, mittels einer

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unabhängigen Kraft., die Lage. oder Stellung eines jeden Rahmens 1 relativ zu' seinen Haltesäulen 2 und 3 zu steuern. Diese Kraft kann dadurch hervorgerufen werden, daß ein unter Druck stehendes Kühlmittel dazu verwendet wird, einen Schlitten, Schieber oder ein Gleitstück 10 zu betätigen, der sich in jeder Säule-2. befindet, die im Innern hohl ist. Jede Gleitfläche lO weist einen schrägen Schlitz 11 auf, in welchem Stifte oder Rollen 12 eingreifen, die sich zwischen den. Gabeln, des entsprechenden Armes 4 erstrecken. Die Bewegung des Schlittens 10 nach oben oder unten in der Säule 2 steuert die Lage des Rahmens 1 gegen die der Säule 2. Der Schlitten 10 weist eine Stange 13 mit einem Kolben 14 auf, der in einen Zylinder 15 gleitet. Der Zylinder 15 ist an seinem unteren Ende, und über das Rohr 16 mit dem unter Drück stehenden Kühlmittel verbunden und steht mit der Atmosphäre oder aber mit einer unabhängigen Druckquelle, z. B. mit einer Druckluftanlage, am oberen Ende über das Rohr 17 in Verbindung. Eine Druckfeder 18 umschließt den Zylinder 15 und ist am oberen Ende an einen Flansch 19 einer Verlängerung 20 des Zylinders 15 gelagert und stützt sich am unteren Ende an der Oberseite des Schiebers oder Schlittens 10 ab. Die Feder 18 dient dazu, den Schieber 10 nach unten zu drücken und dadurch den Rahmen 1 in Richtung auf die Säule 2 hin zu bewegen, also in einer Richtung, in der der Reaktorkern durch die Wirkung des Schlitzes 11 in dem Schieber 10 auf die Stifte oder Rollen 12 des Armes 4 auseinandergezogen oder erweitert wird. Jedoch wird der Rahmen 1 in seiner Normalstellung gehalten, in der der Kern mit Hilfe des Kühnnitteldruckes im Zylinder 15 zusammengeschoben wird, der den Kolben 14 nach oben in die in Fig. 1 dargestellte Bremsstellung der Feder 18 drückt. Die Steuerung der Lage des Rahmens 1, die eine Kontrolle über den Reaktor ergibt, kann dadurch erfolgen, daß ein einstellbares (in der Zeichnung nicht dargestelltes) Ablaßventil in der Druckleitung 16 vorgesehen wird oder indem eine einstellbare (in der Zeichnung nicht dargestellte) Umleitung für.das dem Zylinder 15 zugeführte Kühlmittel vorgesehen wird oder, indem ein Gegendruck in das obere Ende des Zylinders 15 durch das Rohr 17 eingeleitet oder übermittelt wird, beispielsweise durch eine regelbare Druckpumpe, die an die Rohrleitungen 16 und 17 angeschlossen ist.

Eine Sicherheitsmaßnahme besteht darin, daß bei Kühlmittelverlust oder bei sinkendem Kühlmitteldruck die aufwärts gerichtete Kraft am Kolben 14, die den Rahmen 1 nach innen in den Kern zu bringen oder zu halten sucht, fortfällt, so daß das Gewicht des Rahmens 1 und des Schiebers 10, unterstützt durch die Kraft, die durch die Druckfeder 18 ausgeübt wird, den Rahmen in die Grenzstellung bringt, in der der Kern auseinandergezogen ist, wodurch der Reaktorkern unterkritisch gemacht wird und das Auftreten der schädlichen Folgen des Verlustes von Kühbnittel oder des Absinkens des Kühlmitteldruckes bei einem kritisch gewordenen Kern verhindert wird. Die Bewegung des Rahmens 1 bei Kühlmittelverlust oder Absinken des Kühlmitteldruckes kann weiterhin unterstützt und möglicherweise beschleunigt werden, indem eine unabhängige Druckquelle vorgesehen wird, z. B. Druckluft, die selbsttätig durch das Rohr 17 zum oberen Ende des Zylinders 15 bei Verlust von Kühlmittel oder absinkendem Kühlmitteldruck gelangt. Zusätzlich .zur Verwendung des Schiebers 10 mit dem Schlitz 11, der Stange 13, des Kolbens 14, des Zylinders 15 und der Feder 18 für das Verharren des Rahmens 1 in der Stellung, in der der Kern durch den Kühlmitteldruck konzentriert .bzw. zusammengeschoben, isi, kann die Kühhnittelströmung über die Brennstoffblöeke 8 für diesen Zweck verwendet werden. Kühlmittelkanäle 21 in einer Platte 22 befinden sich unter

ίο den Rahmen 1, durch die Kühlmittel nach oben zur Kühlung der Brennstoffblöcke 8 dringt. Leitschaufeln 23 (die in strichpunktierten Linien in Fig. 1 eingezeichnet sind) befinden sich auf der Platte 22 und richten den Kühlmittelstrom oder einen Teil davon in eine Richtung, in der er eine horizontale Kraftkomponente auf Schaufehl 24 (die ebenfalls in strichpunktierten Linien in Fig. 1 dargestellt sind) ausübt, die an der Unterseite des entsprechenden Rahmens 1 angebracht sind, wobei die Kraftkomponente den R.ahmen 1 in die Richtung zu bewegen sucht,

. in der der Kern konzentriert ist. Bei einem Verlust an Kühlmittel oder einem Absinken des Kühlmitteidruckes verschwindet diese Kraftkomponente, und der Rahmen 1 kann sich dann durch Schwerkraft in die Stellung bewegen, in der der Kern auseinandergezogen oder -gespreizt ist, und zwar mit Unterstützung der Feder 18 und, wenn vorhanden, durch Luftdruck, der auf den Kolben 10 wirkt und automatisch, wie zuvor beschrieben, bei Kühlmittelverlust oder absinkendem Kühlmitteldruck in Tätigkeit gesetzt wird. Wenn der Kühlmittelstrom abwärts gerichtet ist, können feste Schaufeln 25 an einer Lochplatte 26 zwischen den Säulen 2 und 3 und Schaufeln 27 an der Oberseite des entsprechenden Rahmens 1 vorgesehen werden, damit der Kühlmittelstrom auf den Rahmen 1 eine Kraftkomponente in der Richtung ausübt, in welcher der Kern zusammengeschoben wird. Die Schaufehl 25, die Lochplatte 26 und die Schaufeln27 sind in Fig. 1 in strichpunktierten Linien dargestellt. Dieses Hilfsmittel kann einen großen Sicherheitsfaktor dadurch ergeben, daß es so eingerichtet wird, daß starke Kräfte die Rahmen 1 aus der Innenstellung in die Stellung zu drücken suchen, in der der Kern auseinandergezogen oder erweitert ist, wobei die durch die Kühhnittelströmung ausgeübten Kräfte dann die Kräfte unterstützen, welche durch den Kühlmitteldruck auf den Schieber 10 ausgeübt werden, um die großen Kräfte zu überwinden, wenn der Kühlmitteldruck normal ist. Die Stange 13 an dem Schieber 10 kann eine nach oben gerichtete Verlängerung 28 aufweisen (wie in Fig. 1 dargestellt) und mit einer geeigneten Einrichtung (nicht dargestellt) zur Fernanzeige der Stellung des entsprechenden Rahmens 1 in bezug auf die Säule 2 dienen. Das obere Ende der Säulen 3 befindet sich zweckmäßigerweise in einer Nut 29, in einem festen oberen Abschinnstopfen 30.

Statt den Kühlmitteldruck zur Betätigung des Schiebers 10 der Kolbenstange 13, des Kolbens 14 und des Zylinders 15 zu verwenden, können die Kolbenstange 13, der Kolben 14 und der Zylinder 15 wegfallen, und es kann eine (nicht dargestellte) Mutter am Kolben 10 mit etwas Abstand darüber befestigt werden, in die eine (nicht dargestellte) Leit- oder Schraubspindel, eingreift, welche durch einen geeigneten Motor regulierbar angetrieben wird (z, B. durch einen nicht dargestellten Elektromotor), der sich außerhalb der aktiven Zone befindet.

Bei einer anderen schematisch in strichpunktierten Linien in Fig. 1 dargestellten Konstruktion ist die Ausführung der Säulen 2 und 3 ähnlich der zuvor beschriebenen Ausführung, und Rollen 5 und 7 sind wie zuvor vorhanden. Jedoch hat der Arm 4 eines jeden Rahmens 1 einen Ansatz 31, der durch die Säule 2 hindurchragt, während die Rollen 12 weggelassen sind; im übrigen ist aber der Rahmen 1 von ähnlicher Bauart wie die zuvor beschriebene Konstruktion. Jeder Ansatz 31 weist an seinem vorstehenden Teil Zähne 32 auf, die in eine Zahnradwalze 33 eingreifen, welche an einer Spindel 34 befestigt ist, die durch ein Reduziergetriebe angetrieben wird, das sich in einem Gehäuse 35 eines Antriebsmotors 36 befindet. Es ist ein Schnellgang vorgesehen, so daß eine schnelle Auswärtsbewegung der entsprechenden Rahmen 1 im Notfall erfolgen kann. Bei der vorliegenden Konstruktion ersetzt dieser Mechanismus den Schieber 10 und dessen Betätigungseinrichtung.

Bei beiden Ausführungsformen können die Brennstoffblöcke 8 nur Kernmaterial enthalten oder aber Kernmaterial im Mittelbereich und Reflektions- oder Schutzmaterial in den Außenbereichen, wobei der Rahmen 1 so groß ist, daß er beide Materialien »5 aufnimmt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der Reaktivität eines Kernreaktors mit einem Kern, von dem wenigstens ein Teil zu einer beweglichen Bauteilgruppe zusammengefaßt ist, die mit Hilfe einer hydraulischen Einrichtung zwischen einer Normalstellung, bei der der Kern kritisch ist, und einer Abschaltstellung, bei der der Kern unterkritisch ist, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Bauteilgruppe an einer mechanischen Aufhängung befestigt ist, welche sie im Sinne einer Bewegung in die Abschaltstellung vorspannt, und daß die hydraulische Einrichtung, die in an sich bekannter Weise Reaktorkühlmittel als Hydraulikmittel benutzt, diese bewegliche Bauteilgruppe gegen die Kraftwirkung der Aufhängung in der Normalstellung hält und bei einem Verlust an Kühlmittel oder einem Absinken des Kühlmitteldruckes unter einem vorgegebenen Wert freigibt.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Betätigung der hydraulischen Einrichtung die im strömenden Reaktorkühlmittel vorhandenen Druckunterschiede nutzt, indem an der beweglichen Bauteilgruppe das den Reaktorkern durchströmende Kühlmittel quer zur Strömungsrichtung ablenkende Leitschaufeln befestigt sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Aufhängung zur Horizontalen geneigte Flächen (4, 6) aufweist, auf denen die bewegliche Bauteilgruppe gleitend aufliegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 902282;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1045 565;
französische Patentschrift Nr. 1166 762;
Nucleonics, Vol. 16, 1958, Nr. 3, S. 80.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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