DE2130001A1

DE2130001A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fuellen einer Kernbrennstoffelementhuelle

Info

Publication number: DE2130001A1
Application number: DE19712130001
Authority: DE
Inventors: Pierre Menissier; Jacques Pajot
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1970-06-18
Filing date: 1971-06-16
Publication date: 1971-12-23
Also published as: FR2092779B1; BE768569A; FR2092779A1; GB1315875A

Description

Commissariat & 1*Energie Atomique in Paris, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Füllen einer Kernbrennstoffelementhülle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eineVorrichtung zum Füllen von Kernbrennstoffelementhüllen·

Bekanntlich bestehen die Kernbrennstoffelemente bei bestimmten Typen von Kernreaktoren, insbesondere bei mit schnellen Neutronen arbeitenden und durch einen Kreislauf von flüssigem Natrium gekühlten Kernreaktoren, aus einem Stapel von Tabletten von keramische« Kernbrennstoff, der in eine Hülle eingeschlossen ist. Der Stapel drückt gegen eine an der Hülle befestigten Stopfen, und zwischen dem anderen Stopfen und der Endfläche des Stapels ist ein Gassammelraum für Spaltgase vorgesehen. Eine Feder oder ein anderes Halteelement hält den Tablettenstapel bei den Hantierungen an Ort und Stelle·

Bisher hat man sich damit begnügt, einen Stapel gleichbleibender Länge innerhalb der gegebenen Toleranzgrenzen aufzubauen und diesen dann in die Hülle einzuführen, gegebenenfalls unter Zugabe einer Dickenausgleichsscheibe. Dieses Verfahren hat zwar den Vorteil der

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Einfachheit und führt zur Vervendung einer Feder von im vesentlichen gleichbleibender Länge, um den Brennstoff stapel an Ort und Stelle zu halten, weist jedoch den Nachteil auf, daß verhältnismäßig erhebliche Abweichungen zvischen den Gevichten des in den verschiedenen Nadeln enthaltenen Cernbrennstoffs auftreten. Diese Gevichtsverteilung beruht auf Veränderungen der Hasse pro Längeneinheit zvischen den benutzten Tabletten sovie darauf, daß die Längeni^dentität nicht mit einer Präzision, velche der Einheitslänge der Tabletten entspricht, realisiert werden kann. Diese Verteilung hat nachteilige Folgen, insbesondere auf den Neutronenfluß des Reaktors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen von Kernbrennstoffelementhüllen zu schaffen, velche die erwähnten Nachteile veitgehend ausschaltet.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren zum Füllen der Hülle eines Kernbrennstoffelements mit einem Stapel von Tabletten, deren Gewicht zvischen zwei bestimmten Werten P und P + dp liegt, der aus η Pastillen besteht (vobei n, P und dP vorbestiaaste Werte sind), welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stapel gewogen wird, automatisch verworfen wird, wenn sein Gewicht größer als P + dP ist, und in den anderen Fällen in die Hülle eingefüllt vird, vobei in dem Fall, daß das Gevicht des Stapels geringer als P ist, zuvor eine der Abweichung entsprechende Zahl von Tabletten dem Stapel zugefügt wird, um das Gevicht auf einen Wert zwischen P und P + dP zu bringen.

Die Zahl η der Tabletten ist selbstverständlich in Abhängigkeit vom theoretischen Einheitsgewicht der Tabletten und von der Stapellänge festgelegt, die als Minimum angesehen werden. Die Anzahl m

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zuzufügender zusätzlicher Tabletten vird leicht vollkommen automatisch mit Hilfe eines einfachen Wählers bestimmt, welcher die Zuführung einer oder mehrerer Tabletten entsprechend den Wert der Differenz auslöst.

Das erfindungsgeraäße Verfahren umfaßt vorteilhafterweise vor der Einführung des Stapels ix die Hülle einen zusätzlichen Schritt der Längenkontrolle des Stapels, wobei ein Stapel ausgeschieden vird, wenn seine Länge einen bestimmten Wert 1 + dl tibersteigt und, wenn seine Länge geringer als 1 ist« Beilagscheiben aus Brennstoff mit geringem Spaltungseinfangquerschnitt (z. B. nicht angereichertes UO₂) oder aus eine« nicht spaltbaren Material zugefügt werden. Diese Stufe ist praktisch erforderlich, wenn eine Feder benutzt wird, um den Tablettenstapel beim Transport an Ort und Stelle zu halten, da die Durchbiegung der Feder die von ihr ausgeübte Kraft bestimmt. In diesen Fall kann im übrigen auch das Einsetzen mindestens einer als Anschlag für die Feder dienenden Beilagscheibe zwischen dem Stapel und der Feder vorgesehen werden.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Vorrichtung zur automatischen Durchführung des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen. Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin zeigen:

Fig. 1 und Fig. 2 scheaatisch im Aufriß und Grundriß die Einführung von η Tabletten in eine Schurre und die dabei in Tätigkeit tretenden Elemente;

Fig. 3 die Stellung der Schurre bei dem Arbeitsgang der Fig. 1,

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in Richtung der Pfeile III - III der Fig. 1 gesehen;

Die Fig. 4 und 5, entsprechend den Fig. 1 und 3, die Arbeitsgänge des Wiegens des Stapels und der eventuellen Zugabe von Zusatztabletten, sowie die bei diesen Arbeitsgängen tätigen Elemente;

Die Fig. 6 und 7, ähnlich den Fig. 2 und 3, den Arbeitsgang der Längenmessung und die dabei tätig v/erdenden Elemente;

Die Fig. 8 und 9 die Arbeitsgänge der Längenkorrektur und des Einbringens des Tablettenstapels in die Hülle oder das eventuelle Ausbringen des als den Bedingungen nicht entsprechend signalisierten Stapels.

Die Vorrichtung ist aus mehreren Untereinheiten, welche nacheinander tätig werden, und einer Fördervorrichtung oder einem Karussel aufgebaut, das in den Figuren 3, 5, 7 und 9 schematisch durch eine drehbare Trommel 2 wiedergegeben ist, welche von einem Motor 3 angetrieben ist und den Stapel beim Ende jedes Arbeitsgangs vom Arbeitsplatz einer Untereinheit zum Arbeitsplatz der folgenden Untereinheit befördert. Einenicht gezeigte F'olgeautomatik üblichen Typs regelt die Übergänge von einem Arbeitsplatz zum folgenden und schaltet jede Untereinheit ein.

Eine erste Untereinheit (Fig. 1, 2 und 3) ist dazu bestimmt, in eine von der ein Karussel bildenden Drehtrommel P. getragene Schurre 1 eine vorbestimmte Zahl η von Tabletten (z. B, 83), die von einem Vibro-Verteiler 12 kommen, einzuführen. Diese Untereinheit weist einen Stempel 4 auf, der durch einen von einem Motor 9 angetriebenen Schwingmechanismus 5 hin-und herbewegt werden kann. Bei jedem Vorschub des Stempels 4 drückt dieser eine von einem Zuführungsgang 7 her kommende Tablette 13 in die Schurre 1. Bei jedem Rücklauf des

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BAO ORIGINAL

Stempels drückt dieser auf einen Hebel 8, schwenkt ihn und bewirkt das Eindrücken einer Schubstange 5, die eine neue Tablette 13 zuführt (Fig. 2). Ein von einem Unterbrecher 15 gesteuerter Zähler schaltet den Motor 9 ab, wenn die Zahl der Hin- und Herbewegungen des Stempels der Zahl η der einzuführenden Tabletten entspricht. Die Untereinheit weist noch einen Längenkomparator 10 auf, der vom Stempel 4 betätigt werden kann. Dieser Komparator ersetzt bei einer bestimmten Verwendungsweise (Einstellung auf konstante Länge) den Zähler 14, um den Motor 9 abzuschalten.

Zugleich mit dem Abschalten des Motors 9 schickt der Zähler 14 der " Folgeautomatik ein Signal, welches die Drehung der Trommel 2 auslöst und die Schurre aus der in Fig. 3 gezeigten Stellung in die in Fig. 5 gezeigte Stellung bringt. Sobald die Trommel ihre neue Stellung erreicht, nimmt ein in Fig. 5 schematisch als zwei in zwei Wiegen endende Schwingarme 16 gezeigte· Aufnahmeeinrichtung die Schurre 1 von der Trommel 2 ab und gelangt von der mit vollem Strich gezeigten Stellung in die strichpunktiert gezeichnete Stellung, in der die Schurre auf der Platte 21 einer automatischen Waage ruht. Diese Waage steuert mittels eines numerischen Kodierers M 22 und eines Pufferspeichers 24 eine Diskriminiereinrichtung 25 (Fig. 4). Diese Diskriminiereinrichtung besteht aus einem numerischen System, dessen Dekadenzahl festgelegt ist durch die Höchstzahl Tabletten, deren Zugabe als tolerierbar angesehen wird. Im gezeigten Fall beträgt diese Zahl vier. Die Einrichtung weist also sieben Ausgänge auf, die aus Relais bestehen, von denen nur eines

eingeschaltet

infolge einer Messung /wird. Die Ausgänge 26 und 29 entsprechen der eine und der andere dem Auswerfen des Stapels bei ungenügendem bzw. übergroßem Gewicht. Der Ausgang 27 entspricht einem Stapel im annehmbaren Bereich ohne Zufügung von Tabletten, d. h.

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zwischen P und P + dP. Die vier anderen Ausgänge 28 entsprechen jeweils der Zugabe von einer, zwei,- drei und vier Tabletten. Beispielsweise sei angenommen, daß das Gewicht des Stapels zwischen 873 und 875»2 Gramm liegen soll und das mittlare Einheitsgewicht jeder Tablette 2,2 Gramm beträgt. Die Diskrimiaierung kann man dann wie in der folgenden Tabelle 1 schematise!! wiedergeben:

Intervallgrenzen

Tabelle I

Folgemaßnahme

Zahl Ergänzungstabletten

0875,2 g
0873,0 g
0370,8 g
0868,6 g
0866,4 g
0864,2 g
0864,2 g

Auswurf

Annahme

+ 2,2 g

-i- 2,2 g

+ 2,2 g

Auswurf

Wahl

1 2 3 4

Die Diskriminiervorrichtung ist vorteilhafterweise einstellbar, um die möglichen Schwankungen des mittleren Gee/ichts der Tabletten im Verlauf der Herstellung zu berücksichtigen.

In der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung steuert der Kodierer 22 nicht nur den Diskriminator, sondern auch eine Zentralvorrichtung 23, welche die Speicherung der Merkmale der Gesamtheit der Stapel ermöglicht.

Nach beendeter Diskriminierung bewirkt die Folgeautc-üsatik die Rückkehr der Schwenkarm=; 16 in ihre Ausgangsstellung, die erneute Verriegelung der Schurre 1 an der Trommel 2 und jegebenenfalls die

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ORlGfNAt

Zufügung der Ergänzungstäbletten (falls einer der Ausgänge 28eingeschaltet

/ wurde). Diese Zugabe erfolgt durch eine geeignete Zahl von Hin- und Herbewegungen eines Zahnstangenstempels 19 (Fig. 4)_f der von einem nicht gezeigten Getriebemotor angetrieben wird und von einem Füllschacht 20 kommende Tabletten in die Schurre eindrückt.

Nach Beendigung dieses Arbeitsganges wird-die Trommel 2 erneut betätigt und gelangt in die in Fig. 7 gezeigte Stellung, wo sie die ■' Schurre einer Untereinheit zur Messung der Länge des Stapels darbietet (Fig. 6). Dieser Verfahrensschritt wird selbstverständlich weggelassen, vena zuvor der Ausgang 26 oder 29 eingeschaltet und so der Stapel ausgeworfen wurde. Die in Fig. 6 gezeigte Untereinheit weist ein feststehendes Gestell auf, das gegenüber einem der Enden des Stapels mit einem feststehenden Anschlag 30 und ferner mit einem beweglichen Fühler 31 versehen ist, der an einem Wagen befestigt ist, welcher einen Eichmaßstab 32 trägt. Ein nicht gezeigter Motor setzt mittels des Stempels 34 den Wagen frei, der sich unter der V/irkung eines Gegengewichts 33 in Richtung des Pfeils nach rechts verschieben kann. Der Fühler drückt den Stapel gegen den festen Anschlag 30 und wird festgestellt (beispielsweise durch Schlupf einer dafür vorgesehenen Kupplung mit Drehmomentbegrenzer). Ein % Lesegerät 35 tritt nun in Funktion und liefert einem Zähler 36 eine Anzeige, die einerseits dem ZentralspeiclKir 23 und andererseits einem Diskriminator 38 von analogem Aufbau wie der Diskriminator 25 zugeleitet wird. Dieser Diskriminator weist zwei Ausgänge

eingeschaltet
39 und 40 auf, die / werden, wenn die Länge kleiner oder größer als der Toleranzbereich ist, der beispielsweise von 833,0 mm bis 866 ,5 mm reicht. Er besitzt ferner Zwischenausgänge 41, welche der Annahme des Stapels entsprechen, nachdem durch eingreifen der in den Figuren 8 und 9 gezeigten Untereinheit eine wechselnde

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Zahl von Beilagscheiben zugeführt worden ist, die automatisch bestimmt wird, um die Gesamtlänge in einen engeren Toleranzbereich von beispielsweise 866,5 bis 870 mm zu bringen.

Beispielsweise können im Annahmeintervall zehn Ausgänge 41 vorgesehen sein, entsprechend der Zugabe von einer bis vier Beilagscheiben, die unter zwei Typen mit Längen von 10 mm bzw. 3,5 mm ausgewählt sind.

Die verschiedenen Ergänzungsfälle sind in der folgenden Tabelle Il angegeben!

Tabellej^

Gemessene Länge (mm) '; Ergänzungs-beilagscheiben

h = 3j5 mm h = 10 mm

866,5 8.63,0 860,0 856,5 853,0 850,0 846,5 843,0 840,0 836,5 833,0 _____

außerhalb der Toleranzen

Die Wahl des Werkstoffs für die zwischen dem Stapel und dem Halteelement in der Hülle awischengeschalteten Beilagscheiben hängt von der Art des Brennstoffelements ab. Im Fall von Elementen, deren Brennstoff aus angereichertem Uranoxid oder gemischtem Uran- und Plutonluraöxid besteht, bestehen die Beilagscheiben im allgemeinen aus natürlichem Uraroi-rid oder in bestimmten. Fällen aus Stahl. Ein

_;v _.-.-, 109 852/ UOO 8AD ORIGINAL

außerhalb	der Toleranzen
1	0
2	0
O	1
1	1
2	1
0 ..	2 .
1	2
2	2
0	3
1	3

Vergleich der Pig. 6 und der Tabelle II zeigt, daß die Auswahl der richtigen Zahl verhältnismäßig einfach automatisch auszuführen ist. Das Ansprechen des ersten Ausgangsrelais des Diskriminators 38 zeigt, daß der Stapel außerhalb der Toleranz liegt. Die beiden, folgenden Relais entsprechen der Wahl zwischen O, 1 oder 2 Beilagscheiben von 3,5 mm. Die drei folgenden Relais wählen zwischen O, 1, 2 oder 3. Beilagscheiben von 10 mm.

Schließlich bringt die Trommel 2 die Schurre 1 automatisch in die in Pig. 9 gezeigte Stellung vor die zu füllende Hülle 50. Falls der Stapel ausgeworfen werden soll, da sein Gewicht oder seine Länge außerhalb des zulässigen Toleranzbereiches liegen, hebt ein Servo-Motor 51 eine ugstange 43, die eine Lücke im Weg der Tabletten öffnet., und ein nachgiebiger Schubstempel 49 drückt die Tabletten in einen FaIIschacht 44, von wo sie in einem Auffangbehälter 45 gelangen.

Wenn dagegen der Stapel eingeschoben werden soll, bleibt die Zugstange 43 in der in Fig. 8 gezeigten Stellung. Der Verteiler bringt in den Weg des Stapels zwischen der Schurre 1 und der Hülle 50 mit Hilfe des Exzenters 48 und der Schubstange 47 (Pig· 9) Beilagscheiben, deren Zahl im oben betrachteten Fall zwischen eins und vier liegt. Zu diesem Zweck weist der Verteiler 46 vier parallele Schächte zur Weiterleitung von Beilagscheiban verschiedener Länge auf. Dieser Verteiler wird durch den Diskriminator 38 mittels des Speichers 42 gesteuert (Fig. 6).

Es sei bemerkt, daß die Füllung mit gleichbleibenden Gewichten ermöglicht, die Temperatur des heißen Punktes bei einem bis auf etwa 0,7% konstanten Wert zu halten, während die bisher benutzte Einstellung einer konstanten Länge nur einen Wert von etwa 2 %

erreichen ließ.

SAD ORfGINAL

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Claims

[i.)) Verfahren zum Füllen der Hülle eines Kernbrennstoff elements mit einem Stapel von Tabletten, dessen Gewicht zwischen zwei bestimmten Werten P und P + dP liegt und der aus einer vorbestimmten Zahl η Tabletten gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel gewogen wird, ausgeworfen wird, wenn sein Gewicht größer als P + dP ist, und anderenfalls in die Hülle eingeführt wird, wobei, wenn sein Gewicht kleiner als P ist, vor dem Einführen eine in Abhängigkeit von der Gewichtsdifferenz bestimmte Zahl von Tabletten zugefügt wird, um das Gewicht auf einen Wert zwischen P und P + dP zu bringen, und wobei die Verfahrensschritte automatisch aufeinanderfolgend ablaufen.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel von η Tabletten ausgeworfen wird, wenn sein Gewicht von P um einen solchen Wert nach unten abweicht, daß die Anzahl der zuzufügenden Tabletten, um das Gewicht über P zu bringen, einen bestimmten Wert m übersteigt.

3·) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einführung des Stapels-in die Hülle seine Länge gemessen und der Stapel ausgeworfen wird, wenn seine Länge unterhalb eines Wertes 1 oder oberhalb eines bestimmten Wertes 1 + dl liegt und dem Stapel vor der Einführung automatisch eine Zahl von Beilagscheiben bestimmter Dicke zugefügt wird, so daß die Gesamtlänge, innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt.

4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichneς ^ daß jedem Stapel vor der Einführung in die Hülle mindestens eine Beilagscheibe zugefujt wird ·-- ~ '

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5·) Verfahren nach. Anspruch 3 bder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Beilagscheiben aus NatururanQxid oder Stahl bestehen» wenn die Tabletten ans angereichertes Uranoxid oder gemischtem Oxid von Uran und Plutonium bestehen.

6.) Vorrichtung an Füllen der. HUlIe eines Cernbrennstoffelements mit einem Stapel von Tabletten, dessen Gewicht zwischen P und P + dP liegt» Bit einer Einrichtung zur automatischen Einführung einer Zahl η von Tabletten in eine. Schurre, gekennzeichnet durch eine automatisch arbeitende Traiffervorrichtung (2), welche die Schurre (1) auf eine Waage (21) bringt, die mit einem Diskriminator

(25) zusammenwirkt, der folgende Ausgänge aufweist: einen Ausgang a (29) für den Auswurf des Stapels» der eingeschaltet wird» wenn das von der Vaage gemessene Gewicht den Vert P + dP übersteigt» m Ausgänge (28)» welche einen Mechanismus zur Einführung von 1, 2 ... m Zusatztabletten in die Schurre steuern, einen Ausgang (27) für die unveränderte Annahme des Stapels und einen zweiten Ausgang

(26) für den Auswurf des Stapels» der eingeschaltet wird» wenn das Gewicht des Stapels um einen dem mittleren Gewicht von m. Tabletten entsprechenden Wert unter- P liegt.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 6» gekennzeichnet durch eine automa- % tische Messvorrichtung zur Messung der Länge des Stapels und zum Auswurf desselben» wenn seine Länge außerhalb eines festgelegten Intervalls liegt. (Fig· 6).

8.) Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Längenmeßvorrichtung einen Mechanismus (46,47) steuert, welcher dem Stapel eine solche Zahl von Beilagscheiben zufügt, daß die Länge des Stapels auf einen Wert in einem zweiten festgelegten Intervall gebracht wird.

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