DE1948020A1

DE1948020A1 - Verriegelungsmechanismus fuer Kernbrennstoffelemente

Info

Publication number: DE1948020A1
Application number: DE19691948020
Authority: DE
Inventors: Stefano Broglia; Angelo Serafini
Original assignee: SnamProgetti SpA
Current assignee: SnamProgetti SpA
Priority date: 1968-09-24
Filing date: 1969-09-23
Publication date: 1970-04-02
Also published as: FR2018771B1; NL142808B; DE6937194U; BE739234A; LU59500A1; NL6914474A; FR2018771A1

Description

öase 265 - Coram. 706.011

PRO(JETTI S,p.A. Mailand, Italien

Verriegelungsmechanismus für Kernbrennstoffelemente.

Me Erfindung bezieht sieb, auf einen Mechanismus zum Verriegeln von Kernbrennstoffelementen gegen das Sitter eines Kernreaktors.

Sei den bekannten schnellen, natriumgekühlten Kernreaktoren sind die Brennstoffelemente sehr nahe beieinander angeordnet. Diese Unordnung verhindert das Anbringen eines oberen Gitters, an welche «Ils Brennstoffelemente gehängt werden könnten» um jegliche Vertikalbewegtmg (in Form eines Kurückziehens) au verhindern, die durch ύί. α Druckdifferenz swisehen der oberen tmd unteren Zone des Reaktorkern.?* hervorgerufen wurde. In Praxis daher werden die Elemente durch ein Roppellagengitter" durch ihre unteren Endbereiche gehalten mi<3 se.ntriert.

Eii*β I-ÖESung &wa Verankern der IL'leiBönte, im ein Sohwimmen zu verhinäern, besteht bei Veröüchsreaktoren darin» daß Hatrium zwischen die beiäen Plattem des Gitters eingeführt vfirä (der Einlaß des Natrium

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in das Brennstoffelement erfolgt durch cie seitlichen öffnungen im ' unteren Endbereica des Elementes), derart, daß eine hydrostatiaehe Verriegelung erhalten wird. Damit diese hydrostatische Verriegelung wirksam wird, ist es notwendig, daß die Zone unter dem Gitter auf dem Druck, der in der Zone oberhalb des Kerns herrscht, gehalten wird, da der untere Endbereich des Elementes in die Zone unter dem (Jitter durch ein Loch im Gitter mit sehr begrenztem seitlichem Spiel vorsteht.

Diese bekannte Anordnung, selbst wenn sie auf kleine Versuchsreaktoren angewendet wird, kann jedoch nicht als verläßliche und sichere Befestigung angesehen werden. Die Untersuchung der Auslegung vor·'; I) handener Kernreaktoranlagen großer Abmessungen, bei denen weder eine mechanische Verriegelung noch eine hydrostatische Verriegelung zur Anwendung kommt, z.B. bei den beiden schnellen Reaktoren Enrico Fermi und Rapsodi^ zeigt die Verwendung einer Einrichtung der Plattformbauart, welche als eine Hiederhalteplatte auf die Brennstoffelemente derart angeordnet"wird, daß deren Herausziehen verhindert wird. Die Verwendung solch einer Einrichtung jedoch, die gewisse Vorteile besitzen mag, ist bei einem Reaktor der PEO-Bauart nicht praktisch (der zum Untersuchen von Kernbrennstoff elementen benutzt wird) wo eine Gruppe zentraler Arme und Herausziehmechanismen beachtlicher Abmessung vorhanden ist.

Erfindungsgemäß soll daher ein Mechanismus zum Verriegeln von Kara* ™ Brennstoffelementen gegen das Gitter vorgeschlagen werden, bei dem die oben genannten Nachteile nicht auftreten.

Die Erfindung geht aus von einem in Längsrichtung sich erstreckenden Brennstoff element r das in der läge ist, in eineis Gitter eines Kernreaktors verriegelt zu werden, und zeichnet sich dadurch aus, daß in eiruim Endteil des Brennstoffelamentes· ein mit dem Gitter in Eingriii kommendes Organ derart vorgesehen ist, daß das Brennstoffelement im Gitter verrlegelbar ist* und daß ein in Längsrichtung veröottlebbares. Element vorgesehen ist, welches vöä diesem

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einen Endteil zum anderen Endteil des Brennstoffelementes sich erstreckt und in der Lage ist, entweder direkt oder indirekt das in Eingriff zu bringende Organ zu "betätigen und am anderen Endteil zugänglich zu machen.

Nach einer bevorzugten AusführungBform der Erfindung ist das in Eingriff bringare Organ quer verschiebbar und das verschiebbare Element weiöt einen Kolben auf, der innerhalb eines zylindrischen Bereichen dieses einen Endteiles des Brennstoffelementes aufgenommen ü und bezüglich dessen verschiebbar ist, wobei der zylindrische Teil in seiner Seitenwandung mit einer Öffnung versehen ist, die in der Lage ist, teilweise das zum Eingriff kommende Organ und den Kolben aufzunehmen, wobei der Kolben seinerseits mit einer Ausnehmung versehen ist, die teilweise das in Eingriff kommende Organ aufnimmt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb, v/enn das in Eingriff bringbare Organ sich in unverriegelter Lage befindet, die Ausnehmung im Kolben sich gegenüber der öffnung im zylindrischen Teil befindet und das in Eingriff bringbare Organ völlig in der Ausnehmung urd der öffnung untergebracht ist, und, befindet β ich das in l'ingriff bringbare Organ in seiner Sperrstellung, die Ausnehmung im Kolben nicht mehr gegenüber der Öffnung im Zylinderteil sich befindet und ein Teil des in Eingriff bringbfren Organs nach außen über den Zylinderteil vorsteht.

Vorzugsweise besteht das in Eingriff bringbare Organ aus einer Kugel; Vorkehrungen sind getroffen, damit da.s Brennstoffelement aus dem Gitter für den Fall entfernt werden kann, daß das verschiebbare Element brechen sollte.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden, in der

Fig.. 1 ein Vei-tikalschnitt durch ein in seiner Lage im Gitter eires ILernreektors nach der Erfindung verriegelten Brennstoffelementes ist;

'Fig. 2 ist ein Querschnitt länge der Linie II-II in Fig. 1 und

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3 ist ein "Vertikalschnitt durch den unteren Teil des Brennstoffelementes nach Fig. 1, welches sich in nicht-verriegelter Lage befindet.

In der Zeichnung ist ein Teil eines Kernreaktorgitters dargestellt, welches aus einem oberen horizontalen Element 1 und einem unteren horizontalen Element 2 gebildet ist. Zwischen den Elementen 1 und2 ist ein? zylindrische Hüie 3 befestigt, die so ausgebildet ist, daß sie den unteren Endbereich eines Brennstoffelementes aufnehmen kann, welches allgemein mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet ist, Die Hüie 3 ist mit Schlitzen 5 versehen, derart, daß das Kühlmittel in die Hülse eintreten und aus dieser auströmen kann, Aus dem gleichen Grunde ist die Grundplatte 6 mit einer öffnung 7 versehen.

unterhalb des Hauptkörpers 8 des Brennstoffelementes 4 befindet sich ein hohlzylindrisches Element 9» innerhalb dessen ein Kolben 10 umgekehrt gelagert ist, der vertikal bezüglich des zylindrischen Elementes 9 verschiebbar ist. Der Kolben 10 ist nach untenjgehend auf einer Seite mit einem Schlitz 11 versehen, indem ein Dorn 12 sich hinein erstreckt, der in dem zylindrischen Element 9 befestigt ist. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß der Kolben 10 daran gehindert wird, sich innerhalb des zylindrischen Elementes 9 zu verdrehen. Der Kolben 10 ist fest an einer Stange 13 befestigt, die den oberen Teil 14 des zylindrischen Elementes 9 sowie den Hauptkörper 8 des Brennstoffelementes durchsetzt und in einem Ring 15 endet, der durch horizontal angeordnete Speichen 16 an einem zylindrischen Käfig 17 befestigt ist, der zu einer begrenzten vertikalen Verschiebung im oberen Bereich 18 des Brennstoffelementes 4 in der Lage ist, wobei der obere Bereich 18 mit Schlitzen 19 versehen ist, die einen Eintritt und Austritt des Kühlmittels für den Kernreaktor erlauben.

Der Käfig 17 befindet sich normalerweise an der unteren Wegbegrenzung im oberen Bereich 18, da die Stange 18 nach unten durch die Wirkung einer Peder 20 gedruckt wird, die zwischen dem oberen Teil 14 des zylindrischen Elementes 9 und einem Flansch 21 auf der

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Stange 13 wirkt. Die Zylinderhüte 3 ist mit drei Ausnehmungen 22 versehen, die (wie in Fig. 1 und 2 dargestellt) in der Lage sind, etwa die Hälfte von jeder der drei Kugeln 23 aufzunehmen, die verschiebbar sind, längs und teilweise aufnehmbar sind in drei . Öffnungen 24, die im Zylinderelement 9 vorgsehen sind. Der untere Teil des Kolbens 10 ist auch mit drei Ausnehmungen 25 versehen, von denen 'jede in der Lage ist, etwa die Hälfte einer der Kugeln 23 aufzunehmen. Die Ausnehmungen 25 sind so positioniert, daß, befindet sich das Brennstoffelement in der verriegelten Stellung, (Fig. 1), die Ausnehmungen 25 direkt unterhalb der Öffnungen 24 im zylindrischen Element 9 zu liegen kommen und, befindet sich das Brennstoffelement in der nicht-verriegelten Stellung, (Fig· 3), die Ausnehmungen 25 sich gegenüber den Öffnungen 24 befinden.

In Praxis zieht, wenn das Brennstoffelement 4 in das Gitter 1, 2 eines Kernreaktors eingeführt und gegen dieses verriegelt werden soll, während das Brennstoffelement in den Reaktor abgesenkt wird, ein nicht dargestellter Haken am Ring 15 nach oben, so daß der Käfig 17 sich an seiner oberen Wegbegrenzung befindet. Dies hat zur Wirkung, daß, wie in Fig. 3 gezeigt, der Kolben 10 nach oben gegen die Fefer 20 bewegt wird, so daß der Kolben sich an der oberen Begrenzung seines Vertikalweges relativ zum Zylinderelement 9 befindet, wobei an dieser Stelle die Ausnehmungen 25 sich gegenüber den Öffnungen 24 befinden und jede der Kugeln;23 teilweise in einer der Öffnungen 24 und teilweise in einer der Ausnehmungen 25 aufgenommen wird. Die Kugeln werden daran gehindert, aus den Öffnungen 24 zu fallen, indem letztere mit einer geringen Verjüngung gegen ihr radial nach außen gelegenes Ende versehen sind. Während des Absenkens des Brennstoffelementes ist die Beziehung zwischen dem Kolben 10, dem Zylinderelement 9 und den Kugeln 23 wie in Fig. 3 dargestellt·

Sobald jedoch der Boden des zylindrischen Elementes 9 auf der Basieplatte 6 ruht, wird der Ring 15 und damit Käfig 17, Stange 13 und Kolben 10 relativ zum oberen 3Jeil 18 des Brennstoffelementes abgesenkt, Dies führt dazu, daß die Kugeln 23 aus den -Auanehiimtigen 25 und in die Ausnehmungen 22, vie in Fig. 1 dargestellt, gedrückt werden. Das Brennstoffelement ist nun durch die Kugeln bezüglich der Zylinderhülse 3 verriegelt*

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, Um das Brennstoffelement vom Gitter zu entfernen, muß nan nur am Ring 15 ziehen, so daß der Mechanismus entriegelt wird und man muß_r während der Zug am Ring 15 aufrecht erhalten wird, das Brennstoffelement herausziehen»

Die in Pig. 3 dargestellten öffnungen 26 sind, was die Punktioneweise des Mechanismus betrifft, unbeachtlich. Sie werden lediglich erzeugt, um ssur Herstellung der sich verjüngenden öffnungen 24 beizutragen.

den Fall, daß die Stange 13 brechen sollte, ist es immer noch möglich, das Brennstoffelement aus dem Gitter herauszuziehen, wenn die Kugeln 23 und/oder der dünnwandige Bereich des Kolbens 10 geschwächt wird, bezw. geschwächt werden, so daß sie verformbar sind und/oder sie werden aus einem verformbaren Material hergestellt. Offentsichtlich müssen diese Teile ausreichend stark sein, um während des Normalbetriebs nicht verformt zu werden.

Patentansprüche

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Claims

- 7 Patentansprüche

J Längliches Brennstoffelement zur Verriegelung in dem Gitter eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Bereich ein Organ aufweist, welches mit dem Gitter in Eingriff bringbar ist und das Brennstoffelement im letzteren Verriegelt und ein sich in Längsrichtung verschiebbares Element aufweist, velches von diesem exnen Endteil zum anderen Endteil dee Brennstoffelementes sich erstreckt und in der Lage, entweder direkt oder indirekt das in Eingriff bringbare Organ zu betätigen, welches anranderen Endteil zugänglich ist.
2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Eingriff bringbare Organ qua? verschiebbar ist, und daß das verschiebbare Element einen Kolben (10) aufweist, der innerhalb einea zylindrischen Teiles dieses eines Endteiles des Brennstoffelementes aufgenommen und bezüglich dessen verschiebbar ist, wobei der zylindrische Teil in seiner Seitenwandung mit einer Öffnung (22) versehen ist, die in der Lage ist, teil-' weise das in Eingriff bringbare Organ (23) aufzunehmen, und daß der Kolben mit einer Ausnehmung (25) versehen ist, die in der Lage ist, teilweise das in Eingriff bringbare Element aufzunehmen und die Anordnung derart getroffen ist, daß im Betrieb, wenn das in Eingriff bringbare Organ sich in der nicht-verriegelten Stellung befindet, die Ausnehmung im Kolben gegeniter der Öffnung im zylindrischen Teil zu stehen kommt und das in Eingriff bringbare Organ völlig in der Ausnehmung und der Öffnung unterbringbar ist, und, wenn das in Eingriff bringbare Orgun sich in der verriegelten Stellung befindet, die Ausnehmung im Kolben nicht mehr gegenüber der Öffnung im zylindrischen Teil sich befindet, und daß ein Teil des in Eingriff bringbaren Organs nach außen über den zylindrischen Teil hinaus vorragt«
3.Brennstoffelement nech Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dns in Eingriff bringbare Organ eine Engel (23) ist.

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4. Brennstoffelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffelement vom G-itter für den Fall entfernbar ist, daß das verschiebbare Element brechen sollte.
5. Brennstoffelement nach Anspruch 4 oder Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben unter übermäßiger Belastung verformbar late
6« Brennstoffelement nach Anspruch 5 oder 4 oder Anspruch 2 oder 3, dadurch gekonnz eic line t, daß das in 3Singriff bringbare Organ unter einer übermäßigen Belastung verformbar ist.
7. Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch eine Feder (20), die versucht, den Kolben bezüglich des zylindrischen Teils ιαι verschieben,derart, daß die Ausnehmung in ersterem (25) und die Öffnung (22) im letzteren einander nicht gegenüberstehen.
8. Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7> gekennzeichnet durch Einrichtungen, die in der La.ge sind, eine Drehung des Kolbens bezüglich des zylindrischen Ttvls zu verhindern.
9. Brennstoffelement nach Anspruch 8, dadurch gen^nnzeichnet, daß der Kolben mit einem sich in Längsrichtung eretieckenden Schlitz in der Seitenwandung versehen ist und daß der zylindrische Teil mit einem Vorsprung ausgestattet ist, der in den Schlitz hineinragt.
10. Brennstoffelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zugängliehe Teil des verschiebbaren Elementes mit oinem Ring (15) versehen ist.
11. Brennstoffelement nach Anspruch 10_t dadurch gekennzeichnet_} daß der Ring an einem Zylinder element befost:£bar ist, v/elches bei begrenztem Längsweg in diesem anderen Enriveil dos Brennstoffelementes verschiebbar ist.

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BADORiGINAL

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12. Brennstoffelement nach Anspruch 1, im wesentlichen wie beschrieben "und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt.
13.. Kernreaktor mit einem Gitter und einem oder mehreren Brennstoffelementen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im Cutter verriegelt aind.

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