-
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.