DE1564140C3 - Flüssigkeitsgekühlter Kernreaktor mit kühlmitteldurchströmten, mit einer verstellbaren Blende zur Veränderung des Einströmquerschnitts versehenen Brennelementen - Google Patents

Description

ohne' Unterbrechung des Reaktorbetriebes jederzeit eine Beeinflussung des Kühlmittel-Durchlaufes und eine beliebige Änderung der Temperaturverteilung über den Kernquerschnitt bei geringem technischem Aufwand ermöglicht, unabhängig von der Art des • verwendeten Kühlmittels.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten, flüssigkeitsgekühlten Atomkernreaktor dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Blendenöffnung in an sich bekannter Weise. im Fuß des Brennelementes angeordnet ist, daß der Blendenkörper von der Zugstange durchdrungen ist und daß die die Antriebskraft liefernden Zugmittel unterhalb des Blendenkörpers, am unteren Ende der-Zugstange, angeordnet sind.

Dadurch wird erreicht, daß der Blendenkörper sicher und mit geringem Aufwand so eingestellt werden kann, daß eine genau definierte Blendenöffnung für den Durchfluß des Kühlmittels zur Verfügung steht. Da die Zugmittel entgegen der Rückstellkraft der Feder und entgegen dem Auftrieb des Blendenkörpers wirken müssen, wird eine unbeabsichtigte völlige Schließung der Blendenöffnung und damit der gefährliche Ausfall der Kühlung für das Brennelement vermieden.

In einer vorteilhaften Ausbildungsweise der Erfindung ist die Zugstange durch Stege mit einem Druckring verbunden, der das bewegbare Widerlager einer Schraubenfeder bildet, die innerhalb des Brennelement-Mantels angeordnet ist und sich auf ein am Mantel angebrachtes, ebenfalls ringförmiges festes Widerlager abstützt. Diese Schraubenfeder übt auf den Blendenkörper stets eine Rückstellkraft im Sinne der Vergrößerung der Blendenöffnung aus, so daß sich bei einem Bruch in der Betätigungs- oder Antriebseinrichtung die Blende öffnet und ein genügend ,großer Kühlmitteldurchlauf gewährleistet ist, um eine Überhitzung des betreffenden Brennelementes zu vermeiden.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht noch darin, daß die Brennelemente durch die Abstützung ihrer Schraubendruckfedern an den mit den Zugstangen verbundenen Druckringen entgegen der Auftriebskraft des Kühlmittels in ihrer Lage in der unteren Gitterplatte gehalten werden, so daß es besonderer Elementensperren oder dergleichen Vorrichtungen nicht bedarf.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal sind die Zugmittel flexibel und mit dem unteren Ende der Zugstange durch eine bekannte, in der Betriebsstellung mittels Kuppelklauen einen Greifkörper umfassende, durch Verschieben der Kuppelklauen in Lagen außerhalb der Betriebsstellungen lösbare Kupplung verbunden. Die Verbindung mittels lösbaren Kupplungen ermöglicht es, die Brennelemente in einfacher Weise auszuwechseln, ohne zugleich auch die Betätigungsvorrichtungen mit auswechseln zu müssen. Die Verwendung flexibler, zu dem Antrieb führender Zugmittel hat den Vorteil, daß die Verstellung der Blenden sämtlicher Brennelemente durch Fernbetätigung ohne Schwierigkeiten von einer gemeinsamen Stelle aus erfolgen kann, ohne daß es komplizierter und aufwendiger mechanischer oder sonstiger Vorrichtungen bedarf, um den Verstellhub auf die Blendenkörper zu übertragen.

Die flexiblen Zugmittel bestehen gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung aus in formfesten Hüllrohren hin- und herbewegbaren Drahtseilen oder Zugkabeln, die ohne Gelenke oder sonstige mechanische Vorrichtungen beliebig verlegt werden können, wobei die Hüllrohre für die einzelnen Zugmittel an Kupplungshülsen angeschlossen sind, die in einer mit Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel versehenen Halteplatte unterhalb einer unteren Gitterplatte befestig sind, wobei die Kupplungshülsen ober- und unterhalb des betriebsmäßigen Verstellbereiches jeweils Ausnehmungen aufweisen, in die die Kuppelklauen

xo beim Lösen der Kupplung zur Freigabe des an der Zugstange angebrachten Greifpilzes eintreten können. Die Ausbildungsweise mit einer oberen Entkupplungsstellung in der Kupplungshülse, die zum Abkuppeln des Brennelementes dient, und einer zweiten unteren Entkupplungsstelle zum Entkuppeln des Zugkabels bei feststehendem Brennelement hat den Vorteil, daß ein Auswechseln des Zugkabels mit den Kupplungsklauen ohne weiteres möglich ist, wenn dieses durch ein neues ersetzt werden soll. Von größerer Bedeutung ist die untere Auskuppelstellung dann, wenn bereits eine Störung in der Blendenbetätigung eingetreten ist, sei es infolge Federbruch oder auf Grund einer anderen Bewegungsstörung des Zugkabels, durch die ein Erreichen der normalen Auskuppelstellung — in der oberen Entkupplungsstelle der Kupplungshülse — nicht mehr möglich ist. In diesem Fall kann noch immer durch Zug die untere Kupplungsstelle erreicht und das Auswechseln des Brennelementes ermöglicht werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Antrieb zur Verstellung des Blendenkörpers aus einer als Paarung von Gewindespindel und Mutter gebildeten Verschraubung, die an zugänglicher Stelle des Bedienungsflurs angeordnet ist. In diesem Falle wird die Verstellung von Hand mit Hilfe eines Handhebels oder Schlüssels vorgenommen. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Stellmotor zu verwenden.

Besondere Vorteile ergeben sich bei Verwendung der Anordnung gemäß der Erfindung dann, wenn es sich um einen mit Flüssigmetall gefüllten Reaktor handelt, da die Ausbildungsweise gemäß der Erfindung keine Gelenke oder sonstigen bewegbaren Teile enthält, die insbesondere bei Verwendung von Natrium als Kühlmittel in ihrer Funktionstüchtigkeit nachteilig beeinflußbar sind. Für diesen Verwendungszweck wird gemäß der Erfindung weiterhin eine Abdichtung der vom Flüssigmetall gefüllten Hüllrohre gegenüber der Atmosphäre unter Verwendung einer an sich bekannten Gefrier-Stopfbüchse verwendet, die darin besteht, daß zwischen der Gewindespindel und dem flexiblen Zugmittel eine Verbindungsstange eingeschaltet ist, die in einer im Bereich einer Dichtungszone allseitig gekühlten Hülse geführt ist, in der sich das Flüssigmetall in eingefrorenem Zustand befindet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben; Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Reaktortank eines natriumgekühlten Kernreaktors,

F i g. 2 einen Teikchnitt durch den Brennelementfuß und die zugehörige Kupplungshülse,

F i g. 3 einen Teilschnitt durch die Antriebsseite der Blendenverstellung.

In F i g. 1 sind im Reaktortank 1 die .Brennelemente S in der Weise angeordnet, daß sie mit dem Brennelementfuß Sa in einer zweiteiligen unteren

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Gitterplatte 4 und. 4 α (s. auch F i g. 2) eingesetzt sind. reicht werden. Die Auskuppelstelle 17 wird beispiels-

Der Reaktortank 1 ist von einer thermischen Isolie- weise auch dann benutzt, wenn das Zugkabel 11 aus-

rung2 und einem biologischen Schild 3 abgeschirmt zuwechseln ist. In diesem Falle ist es möglich, ohne

und nach oben durch einen Deckel 6 verschlossen. irgendwelche Schwierigkeiten das Zugkabel 11 mit

Das. Kühlmittel tritt (s.Fig. 2) durch Eintrittsöff- s den Kuppelklauen 14 aus dem Hüllrohr 7 herauszunungen 5 b im Brennelementfuß 5 α in das Brennele- ziehen und durch ein neues zu ersetzen,
ment 5 ein und passiert dabei eine Blendenöffnung B, Wie aus F i g. 1 ersichtlich, können die festverlegdie aus einem Blendenring 19 und einem Blenden- ten Hüllrohre 7 so angeordnet werden, daß sie in körper 20 gebildet ist. Der Blendenkörper 20 ist auf einem besonderen Kanal 8, der mit einer Wärmeisoeiner axial beweglichen Zugstange 16 befestigt. Die u> Iierung9 versehen, ist, seitlich vom Reaktortank 1 Zugstange 16 steht über Stege 21 α mit einem Druck- vertikal nach oben zum Bedienungsflur geführt werring 21 in Verbindung, der das bewegliche Widerla- den können, wo sich die Betätigungseinrichtungen ger für eine Schraubendruckfeder 22 bildet, die sich für die Blendenverstellung befinden. Da der Kanal 8 auf ein festes Widerlager 23 abstützt, welches im in den Reaktortank 1 mündet und ebenfalls mit dem Brennelementfuß 5α.befestigt ist. Durch die Feder 15 Kühlmittel gefüllt ist, muß eine Abdichtung gegen-. 22 wird der Blendenkörper 20 stets nach oben und über der Atmosphäre nach oben angebracht werden, damit im Öffnungssinne bewegt, wenn sich eine Stö- Diese ist bei dem als Beispiel gewählten natriumgerung in den Bewegungsorganen einstellen sollte und kühlten Reaktor als sogenannte Gefrierdichtung ausdiese von der Zugstange 16 abgekuppelt werden. gebildet bzw. erfindungsgemäß (s.Fig. 3) aus einer

Die Zugstange 16 ist an ihrem unteren Ende mit 20 zwischen einer Gewindespindel 25 und dem flexiblen

einem Greifpilz versehen, der mit Kuppelklauen 14 Zugmittel 11 eingeschalteten Verbindungsstange 24,

zusammenwirkt, die in einer Kupplungshülse 6 ge- die in einer im Bereich einer Dichtungszone A allsei-

führt sind. Die Kupplungshülse6 ist an einer unter- tig gekühlten Hülse la geführt ist, in der sich das

halb der Gitterplatten 4, Aa angeordneten, mit nicht Flüssigmetall-Kühlmittel in eingefrorenem Zustand

dargestellten Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel 25 befindet. Dadurch wird (s.Fig. 1) die Betätigungs-

versehenen Halteplatte 12 befestigt. Die Kupplungs- oder Antriebsvorrichtung 10 α für die Blendenver-

hülse 6 dient zur Führung eines flexiblen Zugmittels, stellung im Bereich des Bedienungsflurs 10 gegen-

im Beispiel eines Zugkabels 11 und der Kuppel- über der Flüssigmetallfüllung in dem Kanal 8 abge-

klauen 14, die mittels eines Anschlußstückes 13 an dichtet.

dem in einem Hüllrohr 7 geführten Zugkabel 11 be- _3o Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist eine ma-

festigt sind. Die Kupplungshülse 6 ist mit oberen nuelle Antriebsvorrichtung für die Blendenverstel-

Ausnehmungen 18 und unteren Ausnehmungen 17 lung gewählt, bei der mittels eines nicht dargestellten

zum Entkuppeln versehen, in die die Kuppelklauen Handhebels oder Schlüssels die Gewindespindel 25

14 eintreten und den Greifpilz 15 freigeben. Zum axial verstellt wird, die mittels einer Nut 25 a in einer

normalen Entkuppeln, beispielsweise beim Auswech- 35 Feder 25 b unverdrehbar geführt ist. Das in einem

sein eines Brennelementes 5, wird die Blende B ganz Wälzlager 27 drehbar geführte Mutterstück 26 ist mit

geöffnet, und die Kuppelklauen 14 können in die Schlüsselflächen oder dergleichen Mitnahmevorrich-

Ausnehmungen 18 eintreten, so daß das Brennele- tungen zum Anbringen eines Schlüssels oder einer

ment 5 mit seiner Zugstange 16 freigegeben wird. Für Handkurbel versehen. . .

den Störungsfall, beispielsweise beim Bruch der Fe- 40 Außer der Gefrierdichtung bei A ist als weitere

der. 22, ist noch die untere Auskuppelstelle 17 vorge- Abdichtung in einer Hülse 30 noch eine Packung 32

sehen. In diesem Fall kann die Auskuppelstelle 18 · einer Stopfbüchse 33 und eine Sicherungsfeder 34

infolge des fehlenden Federdruckes nicht mehr er- angebracht, die durch eine Hülse 31 gehalten sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 6. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 5, Patentansprüche: der mit einem Flüssigmetall als Kühlmittel betrie- ben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen

1. Flüssigkeitsgekühlter Atomkernreaktor mit den Gewindespindeln (25) und den flexiblen mehreren von einem durch Öffnungen am Fuß 5 Zugmitteln (11) Verbindungsstangen (24) eingedes Brennelementes eintretenden Kühlmittel . schaltet sind, die in im Bereich einer Dichtungs-. durchströmten Brennelementen, die mit einer im zone (A) allseitig gekühlten Hülsen (7 a) geführt Brennelement angeordneten Blendenöffnung ver- sind, in denen sich das Flüssigmetall-Kühlmittel sehen sind, deren wirksame Öffnung für das in eingefrorenem Zustand befindet.
Kühlmittel von einem auf einer zur Öffnung zen- io

tralen, axial verschiebbaren Zugstange starr angebrachten Blendenkörper über den Verstellweg

veränderbar ist, wobei die Stellung des Blendenkörpers relativ zur Blendenöffnung in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen re- 15 Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgelbar ist und wobei der Blendenkörper gegen die gekühlten Kernreaktor mit mehreren von einem in Durchflußrichtung des Kühlmittels wirkende durch Öffnungen- am Fuß des 'Brennelements, eintre-Rückstellkraft einer oberhalb des Blendenkörpers tenden Kühlmittel durchströmten Brennelementen, angebrachten Feder mittels einer auf die Zug- die mit einer im Brennelement angeordneten Blendenstange entgegen der Auftriebskraft des Kühlmit- 20 Öffnung versehen sind, deren wirksame Öffnung für tels wirkenden Antriebskraft verstellbar ist, da- das Kühlmittel von einem auf einer zur Öffnung zendurch gekennzeichnet, daß die Blenden- tralen, axial verschiebbaren Zugstange starr ange-Öffnung (B) in an sich bekannter Weise im Fuß brachten Blendenkörper über den Verstellweg verän-(5 a) des Brennelementes (5) angeordnet ist, daß derbar ist, wobei die Stellung des Blendenkörpers reder Blendenkörper (20) von der Zugstange (16) 25 lativ zur Blendenöffnung in Abhängigkeit von einer durchdrungen ist und daß die die Antriebskraft oder .mehreren Betriebsgrößen regelbar ist und wobei liefernden Zugmittel (11) unterhalb des Blenden- der Blendenkörper gegen die Durchflußrichtung des körpers (20), am unteren Ende der Zugstange Kühlmittels wirkende Rückstellkraft einer oberhalb (16), angeordnet sind. des Blendenkörpers angebrachten Feder mittels einer

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 auf die Zugstange entgegen der Auftriebskraft des kennzeichnet, daß die Zugstangen (16) durch Kühlmittels wirkenden Antriebskraft verstellbar ist. Stege (21 a) mit je einem Druckring (21) verbun- Die Veränderung des Kühlmitteldurchlaufes dient den sind, der das bewegbare Widerlager einer zur Anpassung der Kühlung an die während der Ein-Schraubenfeder (22) bildet, die innerhalb des satzzeit eines Brennelementes veränderliche Lei-Brennelementes (5 a) angeordnet ist und sich auf 35 stungsabgabe sowie ferner dazu, um einen Ausgleich ein am Mantel angebrachtes, ebenfalls ringförmi- der im Querschnitt des Kerns auftretenden unterges festes Widerlager (23) abstützt. schiedlichen Temperaturen auf Grund der mehr oder

3. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 und 2," weniger zentralen oder peripheren Lage der einzeldadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittel (11) nen Brennelemente herbeizuführen. Aus diesem flexibel und mit den unteren Enden der Zugstan- 40 Grunde ist es erforderlich, die Blenden der einzelnen gen (16) durch an sich bekannte, mittels Kuppel- Brennelemente unabhängig voneinander verstellen zu klauen (14) einen Greifpilz (15) in den Betriebs- können, damit eine Anpassung an den jeweiligen Bestellungen umfassende, durch Verschieben der triebszustand des Reaktors zur Erreichung einer Kuppelklauen (14) in Lagen außerhalb der Be- gleichmäßigen Kühlmitteltemperatur oder aber gegetriebsstellungen. lösbaren Kupplungen verbunden 45 benenfalls einer vorbestimmten Temperaturverteisind. ' lung des Kühlmittels über den Kernquerschnitt er-

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch ge- reichbar ist.

kennzeichnet, daß die flexiblen Zugmittel (11) In der deutschen Auslegeschrift 1 027 338 wird beaus in formfesten Hüllrohren (7) hin- und herbe- reits eine für Siedewasser- und Druckwasserreaktowegbaren Drahtseilen oder Zugkabeln bestehen 5° ren geeignete Vorrichtung beschrieben, mittels derer und daß die Hüllrohre (7) an Kupplungshülsen der Durchfluß von Kühlmittel durch ein Brennele-(6) angeschlossen sind, die an einer mit Durch- ment in Abhängigkeit von dessen Lage in der Spalttrittsöffnungen für das Kühlmittel versehenen zone des Reaktors reguliert werden kann, und zwar Halteplatte (12) unterhalb einer unteren Gitter- mit Hilfe eines entgegen der Strömungsrichtung platte (4, 4 a) befestigt sind und die oberhalb 55 federbelasteten, am oberen Ende des Brennelements und unterhalb des betriebsmäßigen Verstellberei- verschiebbar angeordneten Kolbens. Die Stellung ches jeweils Ausnehmungen (17, 18) aufweisen, dieses Kolbens hängt von in den- Brennelementhüllen in die die Kuppelklauen (14) beim Lösen der herrschenden Druck des Kühlmittels ab und ist nicht Kupplung zur Freigabe der an den Zugstangen genau einstellbar; auch ist eine sichere Betätigung (16) angebrachten Greifpilze (15) eintreten kön- 60 beispielsweise durch ein Klemmen des Kolbens genen. fährdet. Aus der französischen Patentschrift

5. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 4, 1 382 541 ist es bekannt, im Fuß des Brennelementes dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebe zur eine Blendenöffnung vorzusehen.

Verstellung der Blendenkörper (20) aus Gewin- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

despindeln (25) und Muttern (26) gebildete Ver- 65 Ausbildungs- und Betätigungsweise von verstellbaren

schraubungen dienen, deren ortsfester Teil an zu- Blenden zur Veränderung des Kühlmittel-Durchlau-

gänglicher Stelle (10) des Bedienungsflurs an- fes der einzelnen Brennelemente zu schaffen, die

geordnet ist. durch eine betriebssichere und feinfühlige Regelung