DE2064069C3

DE2064069C3 - Fuel element changing machine with a device to prevent fuel elements from heating up to impermissibly high temperatures

Info

Publication number: DE2064069C3
Application number: DE2064069A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Phys. Krinninger; Juergen Dipl.-Ing. Wagner
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1970-12-28
Publication date: 1979-06-13
Also published as: DE2064069A1; DE2064069B2

Description

Die Erfindung geht aus von einer Brennelementwechselmaschine für einen mit flüssigem Alkalimetall gekühlten Kernreaktor mit einem von oben in den in Alkaliflüssigkeitsspiegel eintauchenden Wechselrohr zur Aufnahme dei zu wechselnden Brennelemente, wobei das Wechselrohr oba. halb d- j Flüssigkeitsspiegels eine Gaszuleitung und ein2 Gasabführungseinrichtung aufweist, die das Aufheizen eines !ort befindlichen r> Brennelements infolge der durch den Nachzerfall freiwerdenden Energie verhindert. Eine derartige Brennelementwechselmaschine ist aus der DE-AS 12 36 674 bekanntThe invention is based on a fuel element changing machine for one with liquid alkali metal Cooled nuclear reactor with an interchangeable tube immersed in the alkali liquid level from above to accommodate the fuel assemblies to be changed, the exchangeable tube oba. half of the liquid level has a gas supply line and a gas discharge device, which heats up a site Fuel element prevented as a result of the energy released by the post-decay. Such a one Fuel element changing machine is known from DE-AS 12 36 674

Der Ein- und Ausbau von stabförmigen Brennelemen- -m ten von Reaktoren geschieht üblicherweise durch Wechselrohre, die durch den Reaktordeckel geführt sind und über dem Deckel ein Hubwerk zur Handhabung der Elemente aufweisen. Dabei sind der Raum im Reaktor oberhalb des Kühlmittelspiegels, das -n Wechselrohr und das Hubwerk mit einem sauerstofffreien Inertgas gefüllt, um das chemisch hochaktive Kühlmittel vor Verunreinigung durch Oxyd- oder Hydroxydbildung zu schützen. Die Abführung der durch Nachzerfall der Spaltprodukte in den Elementen >n entstehenden Wärme geschieht dabei durch das Reaktorkühlmittel, solange sich die Elemente unterhalb des Kühlmittelspiegels befinden und durch eine besondere Gas-Kühleinrichtung, sobald sie das Kühlmittel verlassen haben. Ohne eine solche Kühlung r> würden sich die Elemente bis zur Selbstzerstörung aufheizen, wobei es zum Austritt von radioaktivem Spaltstoff und Spaltgas und möglicherweise zum Verschweißen des Hüllrohres der Elemente mit anderen Reaktorteilen, in jedem Fall aber zu erheblichen wi Störungen des Reäktöfbetriebes kommen würde,The installation and removal of rod-shaped fuel elements th of reactors is usually done by interchangeable tubes that lead through the reactor cover and have a lifting mechanism above the cover for handling the elements. Here are the Space in the reactor above the coolant level, the -n interchangeable tube and the lifting mechanism with an oxygen-free one Inert gas filled to protect the chemically highly active coolant from contamination by oxide or To protect hydroxide formation. The removal of the decomposition products in the elements > The resulting heat occurs through the reactor coolant as long as the elements are below of the coolant level and through a special gas cooling device as soon as they have the coolant have left. Without such cooling, the elements would destroy themselves heat up, with the escape of radioactive fissile material and fission gas and possibly for Welding of the cladding tube of the elements with other reactor parts, but in any case to considerable wi There would be disruptions to the Reäktöf operation,

Die Gefahr eines solchen Aufheizens auf unzulässig hohen Temperatüren besteht insbesondere dann, wenn das gehandhabte Element infolge Verklemmens im Wechselrohr oder infolge des Versagens des Hubwer- i<*> kes in einer Zwischenstellung hängenbleibt, beispielsweise im Bereiche des Reaktordeckels. Dann ist oftmals eine Abführung der Nachzerfallswärme nur durch Leitung, Strahlung oder Naturkonvektion möglich, da sich eine Zwangskonvektion durch die Unfallsituation bedingt möglicherweise nicht aufrecht erhalten läßtThe risk of such heating to impermissibly high temperatures exists particularly when the handled element as a result of jamming in the interchangeable tube or as a result of the failure of the lifting gear i <*> kes gets stuck in an intermediate position, for example in the area of the reactor cover. Then is often a dissipation of the decay heat only possible through conduction, radiation or natural convection, because forced convection may not be maintained due to the accident situation

Die durch Strahlung abführbare Wärmemenge hängt ab von der Größe der Strahlungsflächen, der Temperaturdifferenz und dem Emissionsvermögen der Flächen, wobei letzteres mit der Temperatur, der Rauhigkeit und dem Grad dfir Oxydation der Fläche ansteigt. Für die physikalischen Untersuchungen und Versuche, das Emissionsvermögen der im Reaktorbau verwendeten austenitischen Stähle bei verschiedenen Temperaturen und Oberflächenbeschaffenheiten betreffend, wird auf den Aufsatz von H. Krinninger: »Messung des Emissionsvermögens ausunitischer Stähle für den Schnellen Natriumgekühlten Brutreaktor« in Wärme- und Stoffübertragung, Bd. 3 (1970), S. 139 bis 145, hingewiesen. Die Oxydation, die bis zur Verzunderung führen kann, tritt um so schneller ein, je höhrr die Temperatur der Oberfläche und je höher der Sauerstoffgehalt des umgebenden Mediums sind. In der praktisch sauerstofffreien Inertgasatmosphäre des Reaktors ist jedoch kaum eine Oxydation zu erwarten.The amount of heat that can be removed by radiation depends on the size of the radiation surfaces, the temperature difference and the emissivity of the surfaces, the latter increasing with the temperature, the roughness and the degree of oxidation of the surface. For the physical investigations and tests concerning the emissivity of the austenitic steels used in reactor construction at different temperatures and surface properties, the article by H. Krinninger: "Measurement of the emissivity of austenitic steels for the rapid sodium-cooled breeder reactor" in Heat and Mass Transfer, Vol 3 (1970), pp. 139-145. The oxidation, which can lead to scaling, occurs faster the higher the temperature of the surface and the higher the oxygen content of the surrounding medium. In the practically oxygen-free inert gas atmosphere of the reactor, however, hardly any oxidation is to be expected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperaturerhöhung des Brenn-, Brut- oder Absorberelements infolge der Nachzerfallswärme auch bei einer Störung des normalen Wechselvorgangs, etwa durch Verklemmen des Elements, in zulässigen Grenzen zu halten.The invention is based on the object of increasing the temperature of the fuel, breeding or absorber element as a result of the decay heat even in the event of a disruption of the normal switching process, for example through Jamming of the element, to be kept within permissible limits.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das zugeführte Gas sauerstoffhaltig ist, so daß das Brennelement zur Steigerung der Wärmeabstrahlung oxydiert.To solve this problem it is proposed according to the invention that the gas supplied Contains oxygen, so that the fuel element is oxidized to increase the radiation of heat.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Brennelementwechselmaschine ist es möglich, ein im oberen Bereich des Wechselrohres hängendes Brennelement, das in dieser Stellung nicht vom Flüssigmetall gekühlt werden kann, kurzzeitig mit sauerstoffhaltigen Gasen zu umspülen. Diese Sauerstoffzufuhr genügt, um die Oberfläche des Brennelementes de^rart durch die Oxydation zu verändern, daß durch Strahlung eine genügend große Wärmemenge abgeführt wird, so daß eine Zerstörung des Elements infolge Aufheizung vermieden istWith the aid of the fuel element changing machine according to the invention, it is possible to briefly flush a fuel element hanging in the upper region of the changing tube, which in this position cannot be cooled by the liquid metal, with oxygen-containing gases. This supply of oxygen is sufficient to change the surface of the fuel assembly de ^r art by the oxidation that a sufficiently large amount of heat is dissipated by radiation, so that destruction of the element due to heating is avoided

Damit sich größere Mengen der sauerstoffhaltigen Gase nicht mit dem Inertgas mischen und eine grobe Verunreinigung des Alkalimetalls bewirken, ist es vorteilhaft, wenn die Gasabführungseinrichtung mit einem Instrument zur Messung des Sauerstoffgehalts versehen ist.So that larger amounts of the oxygen-containing gases do not mix with the inert gas and a coarse one Cause contamination of the alkali metal, it is advantageous if the gas discharge device with an instrument for measuring the oxygen content is provided.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases in Abhängigkeit von dem gemessenen Sauerstoffgehalt um die für eine rasche Oxydation der Elementoberfläche günstigsten Bedingungen herzustellen.In a further embodiment of the invention, the oxygen-containing gas is fed in as a function from the measured oxygen content to the most favorable for rapid oxidation of the element surface To establish conditions.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.The invention will now be explained with reference to an embodiment shown in the figure.

In der Figur ist ein bestrahltes Brennelement 1 in einer Zwischenstellurig dargestellt, in der es sich zwar noch im oberen Bereich des Wechselrohres 2 befindet, jedoch keinen Kontakt mehr mit dem flüssigen Alkalimetall 3 hat. In dieser Stellung erfolgt ein wesentlicher Teil der Wärmeabfuhr durch Abstrahlung,In the figure, an irradiated fuel assembly 1 is shown in an intermediate position in which it is is still in the upper area of the interchangeable tube 2, but no longer in contact with the liquid Alkali metal 3 has. In this position, a significant part of the heat is dissipated by radiation,

Das Emissionsvermögen kann nun dadurch erhöht werden, daß das Brennelement 1 über die Leitung 4 kurzzeitig tnit sauerstoffhaltigem Gas umspült wird. Dadurch ist sichergestellt, daß ein zu starkes Aufheizen des Brennelements 1 vermieden wird.The emissivity can now be increased in that the fuel assembly 1 via the line 4 briefly rinsed with oxygen-containing gas. This ensures that excessive heating of the fuel assembly 1 is avoided.

Die Leitung 4 ist an eine Sauerstoffflasche 5The line 4 is connected to an oxygen cylinder 5

angeschlossen, die mit einem Druckmeßgerät 6 und einem Handabsperrventil 7 versehen ist- Weiterhin ist in der Leitung 4 ein Druckminderventil 8 und ein beim normalen Reaktorbetrieb geschlossenes, von Hand oder automatisch bedientes Regelventil 9 vorgesehen. Schließlich ist an die Leitung 4 noch ein Sicherheitsventil 10 und ein Druckmeßgerät 11 angeschlossen. Durch das Sicherheitsventil 10 sol! bei einem Schaden verhindert werden, daß zu viel Sauerstoff in das Wechselrohr gelangLconnected, which is provided with a pressure gauge 6 and a manual shut-off valve 7 is also shown in the line 4 a pressure reducing valve 8 and a closed during normal reactor operation, by hand or automatically operated control valve 9 is provided. Finally, there is also a safety valve on line 4 10 and a pressure measuring device 11 is connected. By the safety valve 10 sol! In the event of damage, too much oxygen can be prevented from entering the Replacement tube succeeded

An das Wechselrohr ist eine weitere Leitung 12 angeschlossen, die mit einem Gebläse 13 und einem Instrument 14 zur Messung des Sauerstoffgehaltes versehen ist. Diese Einrichtungen ermöglichen es, den Luft- oder Sauerstoffstrom über eine bestimmte Zeit in der gewünschten Stärke aufrecht zu erhalten und den Sauerstoffgehaite zu kontrollieren. Das Instrument 14 kann auch zur automatischen Regelung der Armatur 9 verwendet werden.Another line 12 is connected to the interchangeable tube, with a fan 13 and a Instrument 14 is provided for measuring the oxygen content. These facilities enable the Air or oxygen flow in to maintain the desired strength and to control the oxygen content. The instrument 14 can also be used for automatic control of the valve 9.

Statt des Gebläses 13 kann auch ein vordruckgesteuertes Druckminderventil vorgesehen sein, wodurch es ebenfalls möglich ist, den durch die Gaszufuhr entstehenden Überdruck abzubauen.Instead of the fan 13, a pre-pressure-controlled pressure reducing valve can also be provided, whereby it it is also possible to reduce the overpressure caused by the gas supply.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Fuel element changing machine for one with liquid alkali metal cooled nuclear reactor, with a from above in the alkali liquid level> Immersed change tube for receiving the fuel assemblies to be changed, the change tube has a gas supply line and a gas discharge device above the liquid level, the heating of a fuel element located there as a result of the elements released by the post-decay Energy prevents, characterized that the supplied gas contains oxygen, so that the fuel element (1) to increase the heat radiation oxidizes. ι>

2. Fuel element changing machine according to claim

1, characterized in that the gas discharge device (12, 13) is provided with an instrument (14) for measuring the oxygen content.

3. Fuel element changing machine according to claim 2u

2, characterized in that the supply of the oxygen-containing gas depending on the measured oxygen content takes place