DE1539931B2 - Be- und Entladevorrichtung für kugelförmige Brennstoffelemente eines Kernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Be- und Entladevorrichtung für kugelförmige Brennstoffelemente eines Kernreaktors, in dessen Kern paarweise parallel zueinander angeordnete und an einem Ende miteinander verbundene Brennstoffkanäle vorgesehen sind, wobei die Ladevorrichtung mit den unverbundenen Enden eines der Kanalpaare in Verbindung steht, und zwar das eine Ende mit der Beladevorrichtung und das andere Ende mit der Entladevorrichtung.

Es ist eine Ladevorrichtung für kugelförmige Brennstoffelemente für Kernreaktoren bekannt, deren Kern von Brennstoffkanälen durchzogen ist (DT-PS 10 71 245). Hierbei wird jedoch der lose auf den Moderator geschüttete, kugelförmige Spaltstoff gleichmäßig über die gesamte Beschickungsfläche verteilt und den senkrechten Kanälen des Moderators zugeführt, um dann durch die Kanäle zu rutschen und sich unterhalb des Moderators in einer Austragvorrichtung anzusammeln. Es ist ferner eine Beschickungsvorrichtung für Kernbrennstoff bekannt, bei der Kernbrennstoffstäbe über eine Arretierungsvorrichtung in Brennstoffkanäle eingeschoben werden und bewegliche Stößel die Arretierung lösen (US-PS 30 71 529).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Be- und Entladevorrichtung für kugelförmige Brennstoffelemente zu schaffen und so auszubilden, daß das Einbzw. Herausführen der kugelförmigen Brennstoffelemente in die Brennstoffkanäle des Kerns steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden unverbundenen Enden Kugelarretierungen aufweisen und sowohl die Be- als auch die Entladevorrichtung mit einem beweglichen Stößel zum Lösen der zugehörigen Kugelarretierung versehen ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Problem des Ein- bzw. Herausführens von in Brennstoffkanälen des Kerns übereinanderliegenden kugelförmigen Brennstoffelementen auf eine zuverlässige Weise gelöst wird, ohne daß die kugelförmigen Brennstoffelemente dabei beschädigt werden.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 7 erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Be- und Entladevorrichtung, die sich unterhalb eines Kanalpaares befindet,

F i g. 2 einen Querschnitt durch sieben sechseckige Prismen, die von einer einzigen Be- und Entladevorrichtung bedient werden,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Kanal mit einem eingeführten Stößel der Beladevorrichtung,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen Kanal mit einem eingeführten Stößel der Entladevorrichtung,

F i g. 5 einen Teilschnitt durch den Kern in der Höhe der Kugelarretierungen,

F i g. 6 einen Längsschnitt durch die Be- und Entladevorrichtung, bei welchem sich der Stößel der Beladevorrichtung in völlig zurückgezogener, neue Brennstoffkugeln aufnehmender Stellung befindet, und

F i g. 7 eine schematische Darstellung, die zeigt, wie sich eine mehrere Anzahl Be- und Entladevorrichtungen gemäß F i g. 1 auf der Beschickungsseite einer kreisrunden Reaktorspaltzone anordnen läßt.

Ein bereits vorgeschlagener Kernreaktor, von dem in F i g. 2 ein Teil veranschaulicht ist, besitzt einen aus sechseckigen Prismen 11 aufgebauten Reaktorkern. Diese Prismen bestehen aus Graphitmaterial und sind in Schichten auf einer Grundplatte 12 gestapelt. Die untere und die obere Schicht bilden Neutronenreflektoren 13. Die Zwischenschichten enthalten dispergierten Kernbrennstoff und weisen in den Zeichnungen nicht dargestellte Kühlmittelkanäle auf. Weiterer Brennstoff wird über in den Blöcken (Prismen 11) vorhandene Kanäle 14 (a, b) in Form einzelner kugelförmiger Körper 15 zugeführt, die um kugelförmige Graphitkörper herum dünne kugelförmige Schalen 16 (F i g. 3) von 3,6 cm mittlerem Durchmesser aufweisen. Die kugelförmigen Schalen und ihre sich in ihnen befindenden Graphitkörper sind im Nachstehenden der Einfachheit halber als Kugeln 15 bezeichnet, jede Kugel besitzt eine Schutzschicht 17 aus pyrolytischem Kohlenstoff.

Die Kugeln 15 füllen die über dem Kernquerschnitt in Gruppen verteilten Kanäle 14 (a, b) aus. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind die Kanäle 14 (a, b) jeder Prismengruppe in gleichen Winkelabständen auf zwei Teilkreisen 19 und 20 angeordnet. Jeder Kanal 14£> auf dem inneren Teilkreis 19 steht an seinem oberen Ende über eine Leitung 22 mit einem entsprechenden Kanal 14a auf dem äußeren Teilkreis 20 in Verbindung. Jeder Kanal 14a, 14Z) steht an seinem unteren Ende (über in der Grundplatte 12 vorhandene öffnungen) mit an der Grundplatte befestigten Führungsrohren 24a bzw. 25a in Verbindung.

Wie in F i g. 1 gezeigt, besitzt der Reaktor an der Oberseite des unteren Reflektors Mittel zum Beladen der Kanäle 14a in Form von in der Kanalwand angeordneten Kugelarretierungen 23 und einer Stößeleinheit 24, um die Kugeln in ein Führungsrohr 24a und somit in einen Kanal hineinzuschieben. Die Mittel zum Entladen bestehen aus Kugelarretierungen 23 und einem Käfig 25, um die Kugeln aus dem Kanal 14Z> über das Führungsrohr 25a zu entfernen. Jede Kugelarretierung 23 besteht aus drei um die Kanalwand herum in Zwischenabständen von 120° zueinander versetzt angeordneten Kugeln 26 (F i g. 5), die in in diesen Wänden vorhandenen Durchlässen 26a festgehalten werden. Die Durchlässe 26a sind so ausgebildet, daß die Kugeln unter Einwirkung der Schwerkraft bestrebt sind, in eine Stellung zu fallen, in welcher sie eine ganze Säule von Kugeln halten können, und so, daß sie sich in die Durchlässe 26a hinein zurückdrücken lassen, um das Vorbeibewegen von Brennstoffkugeln an der Kugelarretierung vorbei zuzulassen.

Die aus Stößeleinheit 24 und Käfigeinheit 25 bestehenden Einheitenpaare bilden einen Kopf einer Be- und Entladevorrichtung, der eine Kanalgruppe (F i g. 2) bedient und sich im Kreise herum fortschalten läßt, so

daß die Stößeleinheit 24 mit einem Kanal 14a auf dem inneren Teilkreis 19 und die Käfigeinheit 25 mit dem zugehörigen Kanal 146 auf dem äußeren Teilkreis 20 zur Deckung gebracht wird. Bei dieser Ausführungsform werden die beiden Einheiten 24 und 25 aus nach- stehend noch näher zu erläuternden Gründen von einem Strochschnabel (Pantograph) P getragen.

Die Stößeleinheit 24 besteht aus einem rohrförmigen Magazin 27 (F i g. 6), das so ausgebildet ist, daß es die in einen Kanal einzubringenden Brennstoffkugeln (zu sich und zueinander) koaxial unterhalb der Kugelarretierungen 26 hält, wobei ein Stößel 28 mit Hilfe eines biegsamen Schubstangenantriebs 29 in dem Magazin hin und her bewegbar ist, um die Kugeln an den Arretierungen vorbeizubewegen und somit frischen Brennstoff in den Kern einzubringen. Die Käfigeinheit 25 (F i g. 4) besitzt einen Hohlkolben 30 mit einem Außenrand 30a, der bei in den Kanal hinein hochgeführten Kolben 30 die Kugelarretierung 26 in die Durchlässe 26a hinein zurückdrücken kann. Darüber hinaus besitzt die Käfigeinheit einen in dem Hohlkolben 30 hin und her bewegbaren und mit Hilfe eines biegsamen Schubstangenantriebs 32 betätigbaren Stößel 31. Durch Betätigung des biegsamen Schubstangenantriebs 32 läßt sich der Stößel 31 aufwärtsbewegen, um die Kugelarretierung 26 von dem Gewicht der Brennstoffkugeln zu befreien und somit zu ermöglichen, daß die Kugeln 26 durch den Kolbenrand 30a in ihre Durchlässe 26a hineingeschoben werden. Beim Absenken des Stößels in die Käfigeinheit hinein kann dann die unterste Brennstoffkugel 15 behutsam hinabgleiten. Der Rand 30a ist bei 33 durchbrochen, damit die abwärtsgeführte Brennstoffkugel aus dem Käfig in eine Abführschurre 34 für die Brennstoffkugeln (F i g. 1) hinein entweichen kann. Dies erfolgt dadurch, daß der Käfig zu seinem richtigen Einstellen mit einer sich in ihm befindenden Brennstoffkugel mit in der Wand des Führungsrohrs 25a vorhandenen, Eingänge in die Abführschurre 34 bildenden öffnungen 34a zur Deckung gebracht wird, so daß sich eine Brennstoffkugel aus dem Käfig löst, in die Schurre 34 hineingelangt und unter Einwirkung der Schwerkraft in eine nicht dargestellte, sich außerhalb des Druckgefäßes befindende Einkapselungszelle hineinrollt, in welcher sämtliche Brennstoffkugeln zu ihrer Lagerung eingekapselt werden. Zum Verhindern von Kühlmittelverlusten über die Einkapselungszelle sind Gasschleusen vorgesehen.

Die aus Stößeleinheit 24 und Käfigeinheit 25 bestehenden Einheitenpaare werden von dem auf einem drehbaren zentralen Pfeiler 40 der Be- und Entladevorrichtung angebrachten Storchschnabel P getragen. In den Pfeiler 40 sind außerdem der Betätigungsmechanismus für den Storchschnabel und die Energiequelle für die biegsamen Antriebe 29 und 32 eingebaut. Der zentrale Pfeiler ist mit einem Ausschnitt versehen, so daß sich das Magazin 27 in eine Stellung im Inneren des Pfeilers unterhalb eines von dem Pfeiler getragenen Trichters 38 zurückziehen läßt. Die Stellung des Magazins in dem Pfeiler ist die Stellung zur Aufnahme neuer Brennstoffkugeln.

Ein nicht dargestellter Brennstoffkugel-Vorratsbehälter steht über Gasschleusen und eine Gruppe von Zuführleitungen 37 (F i g. 6 und 7) mit jeder in F i g. 7 durch einen kleinen Kreis dargestellten Be- und Entladevorrichtung in Verbindung, während die Schurren 34 ein Entleeren zulassen. Ein Einlauf ermöglicht das Zuführen von Brennstoffkugeln in eine Be- und Entladevorrichtung, wenn sich das Magazin 27 in seiner die Brennstoffkugeln aufnehmenden Stellung unterhalb des ortsfesten Trichters 38 befindet. Der Stößel 28 läßt sich zum beschädigungsfreien Absenken der Brennstoffkugeln in die Magazine 27 hinein verwenden.

F i g. 1 zeigt eine den Kanälen auf dem inneren Teilkreis zugeordnete Abführschurre 39 für Brennstoffkugeln. Diese Schurre wird erforderlichenfalls dazu verwendet, um sämtliche Brennstoffkugeln aus den Kanälen zu entfernen. In diesem Falle werden zunächst die Kanäle auf dem äußeren Teilkreis geleert, worauf die Stößeleinheit und die Käfigeinheit zueinander verschwenkt werden, so daß die Käfigeinheit 25 innen zu liegen kommt, um das Entleeren der auf dem inneren Teilkreis liegenden Kanäle 14a zu ermöglichen. Diese Vorkehrung ist auch beim ursprünglichen Beschicken oder beim vollständigen Auswechseln der Brennstoffladung zweckmäßig.

Die nachfolgende kurze Beschreibung soll den normalen Betrieb der vorstehend beschriebenen Be- und Entladevorrichtung leichter verständlich machen:

Zunächst wird das sich in seiner Stellung zur Aufnahme neuer Brennstoffkugeln befindende Magazin 27 mit Brennstoffkugeln gefüllt, die mit Hilfe des Stößels 28 in Form eines Stapels von dem Trichter 38 aus behutsam abgesenkt werden. Die Stößel- und die Käfigeinheit werden dann mit einander zugeordneten Kanälen zur Deckung gebracht, wobei der Stößel 31 der Käfigeinheit dazu verwendet wird, die in den Kanal nach dem Käfig ausgerichteten Brennstoffkugeln zu stützen. Der Rand 30 des Käfigs wird jetzt hochgeführt, um die Kugelarretierung 23 zu entriegeln, worauf der Stößel 31 dazu verwendet werden kann, die unterste Brennstoffkugel behutsam in den Käfig hinein bis in eine Lage zu senken, in welcher der Rand und das Führungsrohr zusammenwirken, um die Brennstoffkugel in dem Käfig zu halten. Nunmehr wird der Käfig zurückgezogen, wobei er eine Kugel (oder eine beliebige gewünschte andere Anzahl von Kugeln) mitnimmt und die Kugelarretierung 23 freigibt, so daß sie die übrigen Brennstoffkugeln bei ihrem Absinken stützt. Dann schiebt der Stößel 28 eine frische Brennstoffkugel (oder eine beliebige erforderliche andere Anzahl von Kugeln) aus dem Magazin 27 in den anderen Kanal hinein, so daß eine entsprechende Anzahl von Brennstoffkugeln von der Oberseite des Kanals über die Leitung 22 in die freien Stellen an der Oberseite des vorher entleerten Kanals verlagert wird, wobei das auf der Kugelarretierung ruhende Gewicht aufgehoben wird, bevor die hochstehende frische Brennstoffkugel die Kugelarretierung verschiebt. Darauf wird der Stößel 28 zurückgezogen, so daß die frische Brennstoffkugel durch die Kugelarretierung 23 gehalten wird, und dann die Einheit 25 zurückgezogen, bis sich der Rand 30a an einem Eingang der Abführschurre befindet, in den die Brennstoffkugel durch den Ausschnitt in die Abführschurre hineinrollt.

Als Variante der vorstehend beschriebenen Ausführungsform könnten die Kugelarretierungen in den auf dem äußeren Teilkreis liegenden Kanälen innerhalb des unteren Reflektors angeordnet sein, damit erschöpfte Brennstoffelemente vorübergehend im unteren Reflektor gelagert werden können, um einen gewissen Zerfall der Spaltprodukte zu ermöglichen. Bei ursprünglicher Beschickung des Reaktors macht dies die Verwendung von Blindkugeln erforderlich, um den Reflektorbereich auszufüllen. Es wäre auch möglich, die Kugelarretierungen in den Führungsrohren (24a, 25a) anzubringen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Be- und Entladevorrichtung für kugelförmige Brennstoffelemente eines Kernreaktors, in dessen Kern paarweise parallel zueinander angeordnete und an einem Ende miteinander verbundene Brennstoffkanäle vorgesehen sind, wobei die Ladevorrichtung mit den unverbundenen Enden eines der Kanalpaare in Verbindung steht, und zwar das eine Ende mit der Beladevorrichtung und das andere Ende mit der Entladevorrichtung, dadurch.gekennzeichnet, daß die beiden unverbundenen Enden Kugelarretierungen aufweisen und sowohl die Be- als auch die Entladevorrichtung mit einem beweglichen Stößel zum Lösen der zugehörigen Kugelarretierung versehen ist.