DE1901783B1 - Behaelter fuer schweres Wasser zum Kuehlen von rohrfoermigen Brennelementen eines Atomkernreaktors - Google Patents

Behaelter fuer schweres Wasser zum Kuehlen von rohrfoermigen Brennelementen eines Atomkernreaktors

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DE1901783B1
DE1901783B1 DE19691901783 DE1901783A DE1901783B1 DE 1901783 B1 DE1901783 B1 DE 1901783B1 DE 19691901783 DE19691901783 DE 19691901783 DE 1901783 A DE1901783 A DE 1901783A DE 1901783 B1 DE1901783 B1 DE 1901783B1
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DE19691901783
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Helmut Walz
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A Ziemann GmbH
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A Ziemann GmbH
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C5/00Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator
    • G21C5/02Details
    • G21C5/06Means for locating or supporting fuel elements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Behälter für schweres Wasser zum Kühlen von rohrförmigen Brennelementen eines Atomkernreaktors mit einem über dem Behälterboden angeordneten Verteilerboden, der einen Bodenraum von oben begrenzt, der mit einem Zufluß für das schwere Wasser verbunden ist, das den Brennelementen unter Druck zugeführt wird, die von oben in Führungsbüchsen einführbar sind, die in Öffnungen des Verteilerbodens angeordnet sind.
  • Bei den bekannten Behältern dieser Art tritt das schwere Wasser mit etwa einem Druck von 5 Atmosphären in den Bodenraum ein und strömt von dort in die in den Führungsbüchsen sitzenden unteren Enden der rohrförmigen Brennelemente. Durch die Brennelemente wird dann das schwere Wasser mit großer Geschwindigkeit hindurchgeführt und strömt in den Behälter, von wo aus es dann abgeleitet wird, so daß dauernd ein Kreislauf des schweren Wassers erzeugt wird, durch den die Brennelemente gekühlt werden.
  • Beim Auswechseln eines Brennelementes wird dies aus seiner Führungsbüchse herausgezogen, so daß nunmehr das schwere Wasser aus dem Verteilerboden durch die Führungsbüchse ausströmen kann.
  • Dies hat zur Folge, daß der Druck im Verteilerboden stark abfällt, so daß die Kühlung der übrigen Brennelemente nicht mehr so wirksam ist und dadurch der thermische Wirkungsgrad des Kernreaktors herabgesetzt wird.
  • Durch die britische Patentschrift 1081188 ist ein Graphit-Gas-Atomkernreaktor bekannt, bei dem in einem vertikalen Kanal übereinandergestapelte Brennstoffelemente durch einen von unten in den Kanal mit großer Geschwindigkeit einströmenden Gasstrom gekühlt werden. Um zu vermeiden, daß bei nicht voller Besetzung des Kanals mit Brennstoffelementen der Gasstrom diese aus dem Kanal herausschleudert, ist bei dem bekannten Atomkernreaktor unter dem Kanal ein Drosselventil vorgesehen, dessen Ventilgehäuse als oben offene Büchse ausgebildet ist, die als Ventilsitz einen über radialen, für den Zustrom des Gases vorgesehenen Öffnungen angeordneten Innenbund aufweist, zwischen dem und einem Anschlag ein Drosselkörper axial verschiebbar gelagert ist, der bei Anlage an dem Ventilsitz den Durchflußquerschnitt für das Gas auf eine vorgegebene Mindestgröße verringert. Durch das nach oben strömende Gas wird der Drosselkörper entgegen dem Gewicht der in den vertikalen Kanal eingeführten Brennstoffelemente nach oben gedrückt, so daß sich dadurch der Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit von dem Gewicht der Brennstoffelemente ändert. Dadurch wird bei diesem bekannten Atomkernreaktor erreicht, daß beim Herausnehmen von Brennstoffelementen ein Herausschleudern derselben durch das Gas vermieden wird.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Atomkernreaktor der eingangs genannten Art diesen so auszubilden, daß beim Herausziehen eines Brennelementes aus einer Führungsbüchse diese selbsttätig verschlossen wird, so daß das schwere Wasser aus der leeren Führungsbüchse des Verteilerbodens nicht mehr in den Behälter ausströmen kann.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als dichtende Führung für das Brennelement ein in die Führungsbüchse einsetzbares und dort lösbar verriegelbares Ventilgehäuse vorgesehen ist, wobei in an sich bekannter Weise das Ventilgehäuse als oben offene Büchse ausgebildet ist, die als Ventilsitz einen über radialen Öffnungen angeordneten Innenbund aufweist, zwischen dem und einem Anschlag ein Verschlußkörper axial verschiebbar gelagert ist, und daß der Verschlußkörper aus zwei teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Teilen besteht, die durch die Kraft einer Ventilfeder auseinandergedrückt werden.
  • Dadurch wird erreicht, daß der innere Teil der Führungsbüchse durch das Ventilgehäuse gebildet wird, so daß beim Einführen des Brennelementes dieses auf den Verschlußkörper des Ventils stößt und es aufdrückt. Nun kann das schwere Wasser durch die dann zwischen dem den Ventilsitz bildenden Innenbund und dem Verschlußkörper liegenden radialen Öffnungen in das Brennelement einströmen.
  • Muß das Brennelement aus der Führungsbüchse entfernt werden, so wird der Verschlußkörper durch die Ventilverschlußfeder an den den Ventilsitz bildenden Innenbund gedrückt und damit ein Austreten des unter Druck im Verteilerboden befindlichen schweren Wassers verhindert. Dadurch, daß der Verschlußkörper aus zwei teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Teilen besteht, die durch die Kraft der Ventilverschlußfeder auseinandergedrückt werden, wird erreicht, daß die Ventilverschlußfeder innerhalb der beiden Verschlußkörperteile, also völlig abgeschlossen, angeordnet werden kann. Dies hat den Vorteil, daß, wenn von der Feder ein Teil abbricht, dieser nicht in das frei strömende schwere Wasser gelangen kann, mit dem er in die Pumpen für das schwere Wasser mitgerissen werden könnte, wodurch die Pumpen für das schwere Wasser beschädigt würden.
  • Dadurch, daß das Ventilgehäuse gemäß der Erfindung lösbar in der Führungsbüchse verriegelt ist, kann das Ventilgehäuse jederzeit für Reparaturzwecke od. dgl. aus der Führungsbüchse herausgenommen werden. Hierbei ist es zweckmäßig, zum Verriegeln des Ventilgehäuses in der Führungsbüchse einen Bajonettverschluß oder einen Verschluß durch in radialen Bohrungen der Führungsbüchse sitzende Rastkörper vorzusehen, auf die von außen eine Druckfeder einwirkt und die mit ihrem inneren Ende in Rastaussparungen des Ventilgehäuses eingreifen.
  • Dadurch kann dann das Ventilgehäuse über das gleiche Montagerohr, durch das das Brennelement herausgenommen wird, durch Fernbedienung herausgezogen werden, indem mittels einer durch das Montagerohr einführbaren stangenförmigen Vorrichtung das Ventilgehäuse bei einem Bajonettverschluß gedreht und dann gezogen oder bei einem Rastverschluß nur mit genügender Kraft gezogen wird.
  • Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Diametralschnitt einer Führungsbüchse eines Ausführungsbeispiels des Behälters gemäß der Erfindung, Fig.2 einen der Fig.1 entsprechenden Schnitt einer Abwandlung einer Verriegelungsvorrichtung zum Verriegeln des Ventilgehäuses nach F i g. 1 in der Führungsbüchse.
  • Von dem Ausführungsbeispiel eines Behälters für schweres Wasser zum Kühlen von rohrförmigen Brennelementen eines Kernreaktors ist in F i g. 1 nur ein Teil des Behälterbodens 1 und eines über dem Behälterboden angeordneten Verteilerbodens 2 zu sehen. Der Verteilerboden 2 begrenzt von oben einen Bodenraum 3, der mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Zufluß für schweres Wasser verbunden ist, das dem Bodenraum 3 mit einem Druck von etwa 5 Atmosphären zugeführt wird.
  • Im Verteilerboden 2 sind viele Öffnungen 4 vorgesehen, durch die das schwere Wasser den unteren Enden von rohrförmigen Brennelementen, von denen in F i g. 1 ein Brennelement 5 gestrichelt dargestellt ist, zugeführt wird. Durch die Brennelemente 5 wird dann das schwere Wasser hindurchgeführt und fließt dann in den über dem Verteilerboden 2 liegenden Raum des Behälters aus, von wo es abgeleitet wieder unter Druck dem Bodenraum 3 zugeführt wird, so daß durch diesen dauernden Kreislauf die Brennelemente 5 gekühlt werden.
  • Jede der Öffnungen 4 im Verteilerboden 2 ist von einer Führungsbüchse 6 eingefaßt, die mit dem Boden 1 und dem Verteilerboden 2 zusammengeschweißt ist. Zu diesem Zweck greift die unten verschlossene Führungsbüchse 6 durch eine Öffnung des Bodens 1 hindurch und ist mit dem Rand des Bodens 1 verschweißt. In der gleichen Weise ist die Verbindung zwischen der Führungsbüchse 6 und dem Verteilerboden 2 hergestellt. Die Führungsbüchse 6 ist mit radialen Öffnungen 7 versehen, durch die das schwere Wasser aus dem Bodenraum 3 in den Innenraum 8 der Führungsbüchse 6 einströmen kann.
  • Als dichtende Führung für das Brennelement 5 ist in der Führungsbüchse 6 ein Ventilgehäuse 9 angeordnet, das zur Aufnahme des Brennelementes 5 als nach oben offene Büchse ausgebildet ist und als Ventilsitz einen über radialen Öffnungen 11 angeordneten Innenbund 12 aufweist, unter dem ein Verschlußkörper 13 axial verschiebbar gelagert ist. Unter dem Verschlußkörper 13 ist eine einen Anschlag 14 bildende, sich diametral durch den Hohlraum des Ventilgehäuses erstreckende Stange vorgesehen. An Stelle der Stange 14 kann auch ein durchbrochener oder durchlochter Boden vorgesehen sein, um eine axiale Verschiebbarkeit des Verschlußkörpers 13 zu gewährleisten. Dieser Verschlußkörper 13 besteht aus zwei Teilen 15 und 16, die teleskopartig gegeneinander verschiebbar sind. In dem von den beiden Teilen 15 und 16 umschlossenen gemeinsamen Hohlraum ist eine Ventilfeder 17 angeordnet, die die beiden Teile 15 und 16 auseinanderdrückt, so daß bei der Anlage des unteren Teils 16 an dem Anschlag 14 der obere Teil 15 mit seinem kegelstumpfförmigen Ende 18 an eine entsprechend kegelstumpfförmige Fläche des Innenbundes 12 gedrückt wird und dadurch den unter dem Innenbund 12 liegenden, durch die Radialbohrungen 11 mit dem Bodenraum 3 verbundenen Raum des Ventilgehäuses 9 von dem das Brennelement 5 aufnehmenden, über dem Innenbund 12 liegenden Raum dichtend trennt. Das kegelstumpfförmige Ende 18 geht in einen Anschlagzapfen 19 für das Brennelement 5 über, der so lang ist, daß, wenn das Brennelement 5 von oben in das Ventilgehäuse 9 eingeführt wird, der obere Teil 15 des Verschlußkörpers 13 gegen die Kraft der Feder 17 so weit nach unten gedrückt wird, daß das schwere Wasser aus dem Hohlraum 8 durch die radialen Öffnungen 11 in den über dem Innenbund 12 liegenden Hohlraum des Ventilgehäuses 9 und damit in die rohrförmigen Brennelemente 5 einströmen kann.
  • Das Ventilgehäuse9 ist innerhalb der Führungs- büchse 6 in der Arbeitsstellung durch eine Verriegelungseinrichtung verriegelt. Dies Verriegelungseinrichtung weist in radialen Gewindebohrungen21 der Führungsbüchse 6 sitzende Hülsen 22 auf, in denen Rastkugeln 23 angeordnet sind, die durch die Kraft von mittels Schrauben 24 einstellbaren Schraubenfedern 25 radial in den Innenraum der Führungsbüchse 6 gedrückt werden. Hierbei ist die dem Innenraum 8 der Führungsbüchse 6 zugekehrte Öffnung der Hülse 22 so verengt, daß die Kugel 23 nicht aus der Hülse 22 herausgedrückt werden kann.
  • Am oberen Rand des Ventilgehäuses 9 ist eine umlaufende äußere Nut 26 vorgesehen, in die nach dem Einsetzen des Ventilgehäuses 9 in die Führungsbüchse 6 die Rastkugeln 23 eingreifen und dadurch das Ventilgehäuse9 in der Führungsbüchse 6 festhalten.
  • Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine abgewandelte Verriegelungseinrichtung dargestellt. An Stelle der Kugeln 23 sind dort Rastbolzen 123 vorgesehen, die an den freien Enden von Bandfedern 125 befestigt sind, die über den radialen Bohrungen 121 in der Führungsbüchse 6 mittels Schrauben 127 befestigt sind. Alle Bandfedern 125 sind von einem gemeinsamen, aus zwei Teilen zusammengeschraubten, ringförmigen Gehäuse 122 umschlossen, so daß auch beim Bruch einer Feder 125 kein Bruchstück in das strömende Wasser gelangen kann.
  • Bei dem oben beschriebenen Behälter kann das schwere Wasser aus dem Bodenraum 3 einwandfrei den dichten, in die Ventilgehäuse 9 eingreifenden, rohrförmigen Brennelementen 5 zugeführt werden.
  • Muß jedoch ein Brennelement, z. B. zu Reparaturzwecken, entfernt werden, dann schließt sich beim Herausheben des Brennelementes das Ventil dadurch, daß das kegelstumpfförmige Ende 18 des Verschlußkörpers 13 durch die Ventilfeder 17 an den Innenbund 12 gedrückt wird. Dadurch wird die Kühlung der anderen Brennelemente nach dem Entfernen eines oder mehrerer Brennelemente 5 nicht beeinträchtigt. Muß ein Ventilgehäuse 9, z. B. zu Reparaturzwecken, entfernt werden, dann kann dies einfach dadurch geschehen, daß es über das gleiche Montagerohr, durch das das Brennelement herausgenommen wurde, durch Fernbedienung herausgezogen wird, indem mittels einer durch das Montagerohr einführbaren stangenförmigen Vorrichtung das Ventilgehäuse mit genügender Kraft gezogen wird, so daß es gegen die Haltekraft der Kugeln 23 oder der Rastbolzen 126 herausgezogen werden kann.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Behälter für schweres Wasser zum Kühlen von rohrförmigen Brennelementen eines Atomkernreaktors mit einem über dem Behälterboden angeordneten Verteilerboden, der einen Bodenraum von oben begrenzt, der mit einem Zufluß für das schwere Wasser verbunden ist, das den Brennelementen unter Druck zugeführt wird, die von oben in Führungsbüchsen einführbar sind, die in Öffnungen des Verteilerbodens angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als dichtende Führung für das Brennelement (5) ein
    in die Führungsbüchse (6) einsetzbares und dort lösbar verriegelbares Ventilgehäuse (9) vorgesehen ist, wobei in an sich bekannter Weise das Ventilgehäuse (9) als oben offene Büchse ausgebildet ist, die als Ventilsitz einen über radialen Öffnungen (11) angeordneten Innenbund (12) aufweist, zwischen dem und einem Anschlag (14) ein Verschlußkörper (13) axial verschiebbar gelagert ist, und daß der Verschlußkörper (13) aus zwei teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Teilen (15, 16) besteht, die durch die Kraft einer Ventilfeder (17) auseinandergedrückt werden.
  2. 2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verriegeln des Ventilgehäuses (9) in der Führungsbüchse (6) ein Bajonettverschluß vorgesehen ist.
  3. 3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verriegeln des Ventilgehäuses (9) in der Führungsbüchse (6) in radialen Bohrungen (21, 121) derselben sitzende Rastkörper (23, 123) vorgesehen sind, auf die von außen eine Druckfeder (25, 125) einwirkt und die in eine Rastaussparung (26) des Ventilgehäuses (9) eingreifen.
  4. 4. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Führungsbüchse von außen umgebendes ringförmiges Gehäuse (122) für die Druckfedern (125) und die Rastkörper (123) vorgesehen ist.
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