DE19815931C1 - Entnahmevorrichtung für kugelförmige Brennelemente eines Kernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entnahmevorrichtung für kugel­ förmige Brennelemente eines Kugelhaufen-Kernreaktors. Eine solche Entnahmevorrichtung für einen Hochtemperaturreaktor (HTR) ist aus der Druckschrift DE 39 31 431 C1 bekannt.

Bei Hochtemperaturreaktoren mit kugelförmigen Brennelemen­ ten befinden sich diese in loser Schüttung in einem zylin­ derförmigen Raum, dem sogenannten Reaktorkern. Der Kernbo­ den mündet in ein Rohr, dessen Durchmesser etwa dem acht- bis zehnfachen Durchmesser einer Brennelementkugel ent­ spricht. Dieses Rohr ist wie der Kern mit Kugeln gefüllt und wird Kugelabzugsrohr genannt, da es dem Abzug von Kugeln aus dem Kern dient.

Zur Entnahme der Kugeln aus dem unteren Ende des Kugelab­ zugsrohres werden bei den Reaktoren vom Typ AVR und THTR unterschiedliche Systeme verwendet.

Beim THTR führt das Kugelabzugsrohr in einen kastenförmigen Raum, der ähnliche Abmessungen aufweist wie der Durchmesser des Kugelabzugsrohres. Dieser Raum wird Kugelkasten ge­ nannt. In ihm sammeln sich die aus dem Kugelabzugsrohr austretenden Kugeln in loser Schüttung. Aus dieser Schüt­ tung werden über eine seitlich angebrachte, rotierende, mit einem Loch versehene Scheibe Kugeln einzeln entnommen, über eine angeflanschte spezielle Vorrichtung auf mechanische Beschädigungen hin untersucht und von dort aus weitergelei­ tet.

Aus Gründen der Zugänglichkeit für Reparaturen an der Lochscheibe und am Bruchabscheider sind diese Einrichtungen sowie der Kugelkasten außerhalb des Druckbehälters ange­ ordnet, in dem sich der Reaktor befindet. Hierzu muß das zum Kugelkasten führende Kugelabzugsrohr durch den Bodenbe­ reich des Druckbehälters geführt werden, wofür ein Durch­ bruch für das Kugelabzugsrohr einschließlich Abschirmung von über 1 m Durchmesser erforderlich wird. Die nun außerhalb des Druckbehälters liegenden Komponenten müssen mit eigenen Wänden umgeben werden, welche für den im Reaktor herrschenden Gasdruck ausgelegt sind.

Aus sicherheitstechnischer Sicht sind ein Durchbruch von über 1 m Durchmesser und diese Art der Anordnung der Komponenten nachteilig. Es ist nämlich vorstell­ bar, daß die Umschließung mit Wänden um die oben ge­ nannten Einrichtungen versagt und gleichzeitig das Ku­ gelabzugsrohr oder der Kugelkasten derart beschädigt werden, daß Brennelemente aus dem Reaktorkern heraus­ strömen.

Es ist bekannt, zur Vermeidung der vorgenannten Mög­ lichkeit eines schweren Unfalls, die Entnahmevorrich­ tung für die Kugeln aus dem Kugelkasten anders zu ge­ stalten. Bei dem derzeit in Peking in Bau befindlichen Kugelhaufenreaktor HTR-10 werden die Kugeln über einen im Kugelkasten angeordneten kegelförmigen Verteiler durch Gasdruckstöße in ein Rohr von 65 mm Innendurchmes­ ser geleitet, welches zu den weiteren Einrichtungen wie Schrottabscheider, Abbrandmeßanlage usw. führt. Durch diese Ausgestaltung der Entnahmevorrichtung ist auf­ grund einer relativ kleinen Rohrleitung nur noch ein vergleichsweise kleiner Durchbruch durch den Druckbe­ hälter erforderlich und der Kugelkasten kann im Druck­ behälter angeordnet werden.

Nachteilig müssen bei der Entnahmeeinrichtung mit dem kegelförmigen Verteiler reparaturbedingte Eingriffe in­ nerhalb des Druckbehälters erfolgen. Ein solcher Ein­ griff würde wegen des dort herrschenden hohen Strah­ lenpegels und wegen des beengten Zugangs schwierig sein.

Aus der Druckschrift DE 39 31 431 C1 ist bekannt, ein in die Kugelschüttung des Kugelkastens eingeführtes Rohr vorzusehen, das im folgenden auch Entnahmerohr ge­ nannt wird. Das obere Ende des Rohres weist insbeson­ dere eine Schräge auf. Es wird von unten in die Kugel­ schüttung des Kugelkastens eingeführt und durch Ma­ gnetkräfte auf- und abbewegt und gleichzeitig von ei­ nem Elektromotor gedreht. Durch diesen Bewegungsablauf gelangen Kugeln in das Entnahmerohr und fallen durch Schwerkraft nach unten in weitere, nachgeschaltete An­ lagenteile. Der Kugelkasten ist innerhalb des Reaktor­ druckbehälters angeordnet.

Durch Versuche wurde festgestellt, daß sich bei der aus DE 39 31 431 C1 bekannten Entnahmevorrichtung nach we­ nigen Bewegungsabläufen des Entnahmerohres regelmäßig an der Entnahmestelle eine stabile trichterförmige Kon­ figuration in der Kugelschüttung einstellt. Der weitere Zulauf von Kugeln zum Entnahmerohr wird so verhindert. Trotz Bewegung des Entnahmerohres ist dann eine Ent­ nahme von Kugeln nicht mehr möglich.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Entnahme­ vorrichtung für Kugeln aus dem Kugelkasten eines Kern­ reaktors, die sicher und langfristig funktionstüchtig ist und bei der notwendige Reparaturen auf einfache Weise möglich sind.

Die Aufgabe wird durch eine Entnahmevorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus­ gestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die anspruchsgemäße Entnahmeeinrichtung weist ein ver­ tikal bewegbares Rohr auf, welches durch die entspre­ chende Aufwärtsbewegung in den Kugelkasten eines Kern­ reaktors hineinbewegt wird. Ferner ist in einem Abstand von 1/2 bis drei, insbesondere bis zwei Entnahmerohr- Innendurchmessern vom Entnahmerohr mindestens ein weiteres, offenes oder geschlossenes Bauteil zum Beispiel in Form eines Zylinders vorgesehen, welches insbesondere von unten in den Kugelkasten eingeführt und bewegbar ist. Durch die Bewegung des weiteren Bauteils in der Kugelschüttung in der Nähe des Ent­ nahmerohres wird die Ausbildung einer stabilen Trichterkonfiguration sicher verhindert. So ist das Funktionieren langfristig sichergestellt. Das Bauteil ist im Sinne des Anspruchs in der Nähe des Rohres be­ wegbar angeordnet, wenn durch die mögliche Bewegung die bezweckte Wirkung eintritt. Es kann selbstverständlich auch seitlich in die Kugelschüttung eingeführt werden. Denkbar ist auch eine vollständige Anordnung des beweg­ baren Bauteils innerhalb des Kugelkastens. Zu bevorzu­ gen ist jedoch die Einführung von unten, da diese Aus­ gestaltung besonders einfach und sicher ist.

Das weitere Bauteil ist vorzugsweise rohrförmig ausge­ staltet und fungiert dann als weiteres Entnahmerohr. Eine Drehbewegung der Rohre sowie eine Abschrägung der oberen Öffnung ist für die Kugelentnahme nicht erfor­ derlich, wie Untersuchungen gezeigt haben.

Bei der anspruchsgemäßen Entnahmevorrichtung für Kugeln aus dem Kugelkasten eines Kernreaktors sind die Teile im wesentlichen außerhalb des Druckbehälters angeord­ net. Sie sind daher auf einfache Weise zugänglich. Es treten keine Probleme bei einer Reparatur auf, die auf einen erschwerten Zugang zum Inneren des Druckbehälters zurückzuführen sind.

Die Entnahmevorrichtung weist Rohre (Entnahmerohre) mit einem Innendurchmesser größer als der Kugeldurchmesser von zum Beispiel 65 mm auf. Die Rohre werden von unten durch entsprechende Öffnungen in die Schüttung der Ku­ geln im Kugelkasten hochgeschoben. Bei jedem Hoch­ schieben gelangen einige Kugeln mit einem Durchmesser von zum Beispiel 60 mm in das jeweils bewegte Rohr und fallen nach unten, von wo sie zu den weiteren Einrich­ tungen wie Schrottabscheider usw. weitergeleitet wer­ den.

Durch den Druckbehälter müssen nur sicherheitstechnisch unproblematische Rohre oder Bauteile mit kleinen Durch­ messern geführt werden. Im Kugelkasten befinden sich keine weiteren Teile der Entnahmevorrichtung. Da die Entnahmerohre sowie bei entsprechender Ausgestaltung das bewegbare Bauteil zu Reparaturzwecken nach unten herausgezogen werden können, ist somit gewährleistet, daß reparaturbedingte Eingriffe an der Entnahmevorrich­ tung innerhalb des Druckbehälters ausgeschlossen werden können.

Die Entnahmerohre sind in einer vorteilhaften Ausge­ staltung der Erfindung unterhalb des Druckbehälters von einer drucktragenden, gasdichten Wandung umgeben, wel­ che in gleicher Weise wie der Druckbehälter den Aus­ tritt des mit radioaktiven Stoffen kontaminierten Kühl­ gases aus dem Reaktor verhindert.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung führt ein Entnahmerohr in eine zum Beispiel durch Ventile absperrbare Pufferstrecke, welche für die abgezogenen Kugeln als Schleuse zwischen dem Reaktor und den angeschlossenen Anlagenbereichen dient. Druck­ unterschiede, die zwischen dem Reaktorkern und der Außenwelt herrschen, können so auf einfache Weise ge­ handhabt werden.

Die Antriebe für die vertikalen Bewegungen der Entnah­ merohre sind insbesondere außerhalb der Wandungen ange­ ordnet, welche die Entnahmerohre umgeben. Sie befinden sich dadurch nicht im Bereich des kontaminierten Kühl­ gases, sondern in der normalen Umgebungsluft.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung sind deshalb die Antriebe für die vertikalen Bewegungen der Entnahmerohre durch gasdichte Dreh- oder Schiebedurchführungen mit den Entnahmerohren verbunden.

Dadurch wird erreicht, daß Reparaturen an den Antrieben durchgeführt werden können, ohne daß der Reaktor druck­ entlastet werden müßte.

Bei der anspruchsgemäßen Vorrichtung können auch drei und mehr Entnahmerohre vorgesehen sein. Eine vollstän­ dige oder teilweise Entladung des Reaktors ist dann in besonders kurzer Zeit möglich.

Mit jedem Entnahmerohr können bei der anspruchsgemäßen Vorrichtung etwa 5000 Brennelemente pro Stunde entnom­ men werden. Konventionelle Entnahmevorrichtungen beim THTR bewerkstelligen einen Durchsatz von bis zu etwa 500 Brennelementen pro Stunde. Eine derartige Schnell­ entnahme ist selbstverständlich nur möglich, wenn die Entnahmeeinrichtung und auch die nachgeschalteten Systeme dafür ausgelegt sind, z. B. hinsichtlich der auftretenden Temperaturen.

In der Figur wird ein Aufbau der Entnahmeeinrichtung näher dargestellt. Gezeigt wird das untere Ende des Ku­ gelabzugsrohres 1, das mit Brennelementen 2 gefüllt ist. Die Brennelemente breiten sich in loser Schüttung im Kugelkasten 3 aus. Der Kugelkasten 3 ist über eine Abschirmung 4 mit der Wand 5 aus dem Bodenbereich des Druckbehälters verbunden. Die erfindungsgemäßen Entnah­ merohre dringen von unten in die Kugelschüttung 2 ein. Im Beispiel ist eine Entnahmeeinrichtung mit zwei Ent­ nahmerohren 6 und einem Antrieb 7 für jedes Rohr darge­ stellt. Die Antriebe 7, die zum Beispiel hydraulisch sein können, erzeugen eine Auf- und Abbewegung, welche über die Gestänge 8 auf die Entnahmerohre 6 übertragen wird.

Durch die separaten Antriebe ist eine voneinander unab­ hängige Bewegungsweise der Entnahmerohre möglich. Auf den Entnahmevorgang kann dann flexibel Einfluß genommen und so Störungen weiter vermieden werden.

Wird eine gleichförmige Bewegung der beiden Rohre ge­ wünscht, so ist ein Antrieb 7 ausreichend. Es müssen dann von diesem Antrieb aus Gestänge 8 zu beiden Rohren geführt werden, was in der Figur jedoch nicht darge­ stellt ist.

Die Entnahmerohre werden unterhalb der Druckbehälter­ wand 5 von der ebenfalls drucktragenden Wand 9 umgeben. Die Entnahmerohre durchdringen die Wand 9, werden so geführt und münden in die Anschlußrohre 10, die ihrer­ seits mit geeigneten, hier nicht dargestellten Armatu­ ren als Primärkreisabschluß ausgerüstet sind. Die Rohre 10 führen zu den weiteren Einrichtungen des Brennele­ mententnahmesystems wie Pufferstrecke, Bruchabscheider, Abbrandmeßanlage usw.. Da in dem Raum 11 Primärgasdruck herrscht, muß das mit dem Antrieb 9 verbundene Gestänge 8 mittels einer gasdichten Schiebeverbindung 12 durch die Wand 9 geführt werden.

Für das Bewegen der Entnahmerohre in vertikaler Rich­ tung sind auch andere Lösungen möglich, z. B. ein seit­ lich an der Wand 11 angebrachter Elektromotor, dessen Welle über eine Drehdurchführung in den Raum 11 geführt wird. Die Drehbewegung kann mit einer geeigneten Vor­ richtung in eine translatorische Bewegung umgewandelt werden.

Claims (3)

1. Entnahmevorrichtung für kugelförmige Brennelemente (2) aus dem Kugelkasten (3) eines Kugelhaufen-Kernreaktors mit einem vertikal bewegbaren Rohr (6), welches bei einer Aufwärtsbewegung in den Kugelkasten eines Kernreaktors hineinbewegt wird und mit einem Bauteil, welches innerhalb des Kugelkastens in der Nähe des Rohres (6) bewegbar angeordnet ist, und bei dem der Abstand zwischen dem Bauteil und dem Rohr (6) innerhalb des Kugelkastens 1/2 bis drei Innendurchmesser des Rohres (6) beträgt.

2. Entnahmevorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das be­ wegbare Bauteil von unten in den Kugelkasten (3) des Kernreaktors hineingeführt wird.

3. Entnahmevorrichtung nach einem der Vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bauteil als weiteres Rohr (6) ausgestaltet ist.