DE1539931C3

DE1539931C3 - Loading and unloading device for spherical fuel elements of a nuclear reactor

Info

Publication number: DE1539931C3
Application number: DE19661539931
Authority: DE
Inventors: J. Dorchester Dorset Pugh (Grossbritannien)
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1965-10-08
Filing date: 1966-09-27
Publication date: 1976-02-05

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.The invention relates to a loading and unloading device for spherical fuel elements of a nuclear reactor, in its core in pairs parallel to each other arranged and interconnected at one end fuel channels are provided, wherein the loading device communicates with the unconnected ends of one of the pairs of channels, namely "the one End with the loader and the other end with the unloader.

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)!A loading device for spherical fuel elements for nuclear reactors is known, the core of which is traversed by fuel channels (DT-PS 10 71 245). Here, however, the loose on the moderator Heaped, spherical fissile material evenly distributed over the entire loading area and the vertical channels of the moderator-fed to then slide through the channels and collect in a discharge device below the moderator. There is also known a nuclear fuel feeder in which nuclear fuel rods Can be inserted into fuel channels via a locking device and movable plungers provide locking solve (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.The invention is based on the object of a loading and unloading device for spherical fuel elements to create and train so that the input and / or. Leading out the spherical fuel elements is controllable in the fuel channels of the core.

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.According to the invention, this object is achieved in that the two unconnected ends are ball locks have and both the loading and the unloading device with a movable plunger for Loosening the associated ball lock is provided.

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.The advantages achieved with the invention are, in particular, that the problem of input or Leading out of spherical fuel elements lying one above the other in fuel channels of the core is released in a reliable manner without damaging the spherical fuel elements will.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 7 erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated with reference to FIGS. 1 to 7 explained. It shows

F i g. 1 eine Be- und Entladevorrichtung, die sich unterhalb eines Kanalpaares befindet,F i g. 1 a loading and unloading device, which is located below a pair of channels,

F i g. 2 einen Querschnitt durch sieben sechseckige Prismen, die von einer einzigen Be- und Entladevorrichtung bedient werden,F i g. Figure 2 is a cross-section through seven hexagonal prisms from a single loading and unloading device to be served,

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. 3 shows a longitudinal section through a channel with an inserted ram of the loading device,
.: F i g. 4 shows a longitudinal section through a channel with an inserted ram of the unloading device,

F i g. 5 einen Teilschnitt durch den Kern in der Höhe der Kugelarretierungen, 'F i g. 5 a partial section through the core in height the ball locks, '

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, undF i g..6 a longitudinal section through the loading and unloading device, in which the ram of the loading device is in a fully retracted position to receive new fuel balls, and

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.F i g. Figure 7 is a schematic diagram showing how a plurality of loading and unloading devices work according to FIG. 1 can be arranged on the feed side of a circular reactor gap zone.

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.An already proposed nuclear reactor, of which FIG. 2, a part illustrated has a reactor core made up of hexagonal prisms 11. These prisms consist of graphite material and are stacked in layers on a base plate 12. The lower and the upper layer form neutron reflectors 13. The intermediate layers contain dispersed nuclear fuel and have coolant channels not shown in the drawings. Further fuel is supplied via channels 14 (a, b) in the blocks (prisms 11) in the form of individual spherical bodies 15, the spherical shells 16 (FIG. 3) with an average diameter of 3.6 cm around spherical graphite bodies exhibit. The spherical shells and their graphite bodies located in them are referred to below as balls 15 for the sake of simplicity. Each ball has a protective layer 17 made of pyrolytic carbon.

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 146 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, 146 steht an seinem unteren Ende (über in der Grundplatte 12 vorhandene Öffnungen) mit an der Grundplatte befestigten Führungsrohren 24a bzw. 25a in Verbindung.The balls 15 fill the channels 14 (a, b) distributed in groups over the core cross-section. As shown in FIG. 2, the channels 14 (a, b) of each prism group are arranged at equal angular intervals on two pitch circles 19 and 20. Each channel 146 on the inner pitch circle 19 is connected at its upper end via a line 22 to a corresponding channel 14a on the outer pitch circle 20. Each channel 14a, 146 is connected at its lower end (via openings present in the base plate 12) to guide tubes 24a and 25a fastened to the base plate.

. 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 146 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 (Fig.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.. As in Fig. 1, the reactor has means for loading at the top of the lower reflector of the channels 14a in the form of ball locks 23 arranged in the channel wall and a plunger unit 24 to push the balls into a guide tube 24a and thus into a channel. The means to Unloading consist of ball locks 23 and a cage 25 to take the balls from the channel 146 over to remove the guide tube 25a. Each ball lock 23 consists of three around the channel wall in Spaces 26 (FIG. 5) arranged offset from one another by 120 °, which are in these walls existing passages 26a are retained. The passages 26a are formed so that the Balls under the action of gravity tend to fall into a position in which they are a whole Column of balls, and so that they can be pushed back into the passages 26a to the Allow fuel balls to move past the ball lock.

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, soThe unit pairs consisting of the plunger unit 24 and cage unit 25 form a head of a loading and unloading device that serves a channel group (Fig. 2) and can be incremented in circles, see above

daß die Stößeleinheit 24 mit einem Kanal 14a auf dem inneren Teilkreis 19 und die Käfigeinheit 25 mit dem zugehörigen Kanal \Ab 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.that the plunger unit 24 is brought to coincide with a channel 14a on the inner pitch circle 19 and the cage unit 25 with the associated channel \ Ab on the outer pitch circle 20. In this embodiment, the two units 24 and 25 are carried by a pantograph P for reasons to be explained in more detail below.

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.The plunger unit 24 consists of a tubular magazine 27 (FIG. 6) which is designed so that it contains the in a channel to be introduced fuel balls (to themselves and to each other) coaxially below the ball locks 26 holds, with a plunger 28 back and forth in the magazine with the aid of a flexible push rod drive 29 is movable her to move the balls past the detents and thus fresh fuel in the To bring in the core. The cage unit 25 (FIG. 4) has a hollow piston 30 with an outer edge 30a, which is at Piston 30 moved up into the channel press the ball lock 26 back into the passages 26a can. In addition, the cage unit has a back and forth in the hollow piston 30 and with the help of a flexible push rod drive 32 actuatable plunger 31. By actuating the flexible Push rod drive 32, the plunger 31 can be moved upwards to the ball lock 26 of the Free the weight of the fuel balls and thus allow the balls 26 to pass through the piston rim 30a are pushed into their passages 26a. When lowering the ram into the cage unit the lowermost fuel ball 15 can then slide down carefully. The edge 30a is broken through at 33 so that the downwardly guided fuel ball from the cage into a discharge chute 34 for the fuel balls (Fig. 1) can escape into it. This is done in that the cage to its correct setting with a fuel ball located in it with entrances present in the wall of the guide tube 25a in the discharge chute 34 forming openings 34a is brought into congruence, so that a fuel ball released from the cage, entered the chute 34 and not under the action of gravity in one shown, located outside of the pressure vessel encapsulation cell rolls in, in which all Fuel balls are encapsulated for their storage. To prevent coolant losses over the encapsulation cell, gas locks are provided.

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.The unit pairs consisting of the ram unit 24 and the cage unit 25 are carried by the cranesbill P mounted on a rotatable central pillar 40 of the loading and unloading device. The operating mechanism for the cranesbill and the energy source for the flexible drives 29 and 32 are also built into the pillar 40. The central pillar is cut out so that the magazine 27 can be withdrawn to a position inside the pillar below a funnel 38 carried by the pillar. The position of the magazine in the pillar is the position for receiving new fuel balls.

Ein nicht dargestellter Brennstoffkugel-Vorratsbehalter 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.A fuel ball storage container, not shown, is above gas locks and a group of Feed lines 37 (FIGS. 6 and 7) with each in FIG. 7 loading and unloading device represented by a small circle in connection, while the chutes 34 allow emptying. An inlet enables feeding of fuel balls into a loading and unloading device when the magazine 27 is in its die Fuel balls receiving position below the stationary funnel 38 is located. The plunger 28 can Use to lower the fuel balls into the magazine 27 without damage.

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.F i g. 1 shows a discharge chute 39 for fuel balls assigned to the channels on the inner pitch circle. This chute is used, if necessary, to remove all fuel balls from the channels to remove. In this case, the channels on the outer pitch circle are first emptied, whereupon the The plunger unit and the cage unit are pivoted to each other, so that the cage unit 25 inside come to allow emptying of the channels 14a lying on the inner pitch circle. This Take precautions when loading the fuel initially or when completely replacing the fuel load expedient.

Die nachfolgende kurze Beschreibung soll den normalen Betrieb der vorstehend beschriebenen Be- und Entladevorrichtung leichter verständlich machen:The following brief description is intended to ensure normal operation of the loading and unloading described above Making the unloading device easier to understand:

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.First of all, the magazine 27, which is in its position for receiving new fuel balls, is included Fuel balls filled, which with the help of the plunger 28 in the form of a stack from the funnel 38 from carefully be lowered. The plunger and cage units are then used with channels assigned to one another Coincidence, the plunger 31 of the cage unit is used to insert the into the channel after the Support cage aligned fuel balls. The edge 30 of the cage is now brought up to the ball lock 23 to unlock, whereupon the plunger 31 can be used to the lowermost fuel ball to lower carefully into the cage to a position in which the edge and the guide tube interact, to keep the fuel ball in the cage. The cage is now withdrawn, whereby it takes a ball (or any other desired number of balls) and the ball lock 23 releases so that it supports the remaining fuel balls as they sink. Then the ram pushes 28 a fresh pellet of fuel (or any other number of pellets required) from the magazine 27 into the other channel, so that a corresponding number of fuel balls from the Top of the channel via line 22 into the free spaces on the top of the previously emptied channel is shifted, with the weight resting on the ball lock being lifted before the upright fresh fuel ball moves the ball lock. Then the plunger 28 is withdrawn, so that the fresh fuel ball is held by the ball lock 23, and then the unit 25 is withdrawn, until the edge 30a is at an entrance of the discharge chute into which the fuel ball rolls through the cutout into the discharge chute.

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.As a variant of the embodiment described above, the ball locks in the the outer pitch circle lying channels be arranged within the lower reflector, so exhausted Fuel elements can be temporarily stored in the lower reflector to a certain degree of disintegration to enable the fission products. This makes use of the initial charge to the reactor of blind balls required to fill in the reflector area. It would also be possible to use the ball locks to be attached in the guide tubes (24a, 25a).

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Claim:

Loading and unloading device for spherical fuel elements of a nuclear reactor, in its Core in pairs arranged parallel to one another and connected to one another at one end are provided, the loading device with the unconnected ends of one of the Channel pairs is in communication, one end to the loading device and the other End with the unloader, thereby gek e η η ζ e i c h η et that the two unconnected Have ends ball locks and both the loading and unloading with one movable plunger is provided for releasing the associated ball lock ..