DE2205677A1

DE2205677A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Handhabung von Kernbrennstoffelementanordnungen

Info

Publication number: DE2205677A1
Application number: DE19722205677
Authority: DE
Inventors: Charley Jouques Renaux (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1971-02-09
Filing date: 1972-02-07
Publication date: 1972-08-24
Also published as: DE2205677C2; FR2124139A1; IT949033B; GB1310479A; US3848423A; BE778781A; FR2124139B1

Description

PATENTANWALT ? ? Π R R 7

DR. HANS ULRICH MAY D 8 MÖNCHEN Z, OTTOSTRASSE 1 a TELEQFiAMME: MAVPATENT MDNCHEN TELEFON COSH} 5O3O82

CP. 411/1036 7. Februar 1972

B 4014.3 PG

Commissariat ä L¹Energie Atomique, Paris, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Handhabung von Kernbrennstoff-

elementanordnungen.

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Handhabung von Kernbrennstoffelementanordnungen für durch ein flüssiges Kühlmittel gekühlte Kernreaktoren mit ,hoher Leistungs-^dichte, sowie ein Verfahren zur Handhabung solcher Anordnungen unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die für solche Kernreaktoren und insbesondere mit schnellen Neutronen betriebene und durch einen Kreislauf von flüssigem Natrium gekühlte Kernreaktoren bestimmten Brennstoffelementanordnungen geben während einer langen Zeit nach ihrer Entnahme aus dem Core eine hohe Restleistung ab. Eine der Hauptschwierigkeiten bei ihrer Handhabung besteht darin, die vom Kernbrennstoff abgegebene Restwärmeleistung ohne übermäßige Erwärmung der Anordnungen abzuführen. Dazu wird im allgemeinen die Kernbrennstoffelernentanordnung beim Transport in einem Kühlmittelbad gehalten, um hohe Värmeübertragungen aufrechtzuerhalten. Insbesondere werden

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die Brennstoffelementanordnungen von mit schnellen Neutronen betriebenen Kernreaktoren im allgemeinen beim Transport in einem mit Natrium gefüllten Topf gehalten. Leider weisen die bis jetzt praktisch benutzten Lösungen erhebliche Nachteile auf.

Eine erste, die sichereste Lösung besteht darin, einen Topf mit einer Höhe mindestens gleich der der Brennstoffelementanordnung zu verwenden. Dieser Topf wird in einen mit Natrium gefüllten Behälter eingetaucht. Die Brennstoffelementanordnung wird aus ihrem Lagerplatz, wo sie von Natrium umspült ist, herausgehoben und dann von oben in den Topf eingesetzt. Der Topf mitsamt der darin enthaltenen Anordnung wird dann aus dem Behälter herausgehoben. Diese Lösung hat den Nachteil, daß ein Behälter erforderlich ist, in dem die Flüssigkeitshöhe des Natriums mindestens das Doppelte der Höhe der Anordnung beträgt, da die Anordnung bei ihrer Überführung vom Lagerplatz in den Topf im Natrium gehalten werden muß. Die gegenwärtig benutzte zweite Lösung besteht darin, einen Topf zu verwenden, dessen Boden nicht voll ausgebildet sondern mit einem Ventil versehen ist, das eine für den Durchtritt der Anordnung genügend weite Öffnung freigeben kann. Dieser Topf wird mit geöffnetem Ventil senkrecht auf und über die Anordnung abgesenkt. Nachdem sich die Anordnung vollständig im Topf befindet, wird das Ventil wieder geschlossen und der Topf anschließend aus dem Natrium herausgehoben. Diese Lösung hat zwar den Vorteil, daß eine geringere Natriumhöhe als bei der ersten Lösung erforderlich ist, jedoch den Nachteil, daß die Sicherheit von einem zuverlässigen Funktionieren eines Ventils abhängt, das ferngesteuert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Handhabung von ICernbrennstoffelementanordnungen zu schaffen, weiche

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den praktischen Anforderungen besser als die bisherigen Vorrichtunggen entspricht und insbesondere eine Sicherheit bietet, die praktisch gleich der der bisherigen Vorrichtungen ist, die einen Topf mit voll ausgebildetem Boden benutzen, jedoch einen erheblich geringeren senkrechten Raumbedarf hat und eine erheblich geringere

die

Kühlmittelhöhe erfordert, die von gleicher Größenordnung wie/bei Vorrichtungen mit sich öffnendem Topf erforderliche ist. Die zur Lösung dieser Aufgabe dienende Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Halter aufweist, der mit einem in seinem oberen Teil offenen Gefäß und in dem Gefäß mit einem Sitz zur Aufnahme der Brennstoffelement anordnung versehen ist, und eine Glocke aufweist., deren unterer Teil offen und mit einer mit dem Halter für eine vorübergehende Verbindung der Glocke mit dem Halter in einer solchen Stellung, daß seine Unterkante unterhalb der Öffnung des Gefäßes liegt, zusammenwirkenden Vorrichtung versehen ist, wobei die Glocke eine U-Leitung trägt, die den geschlossenen oberen Teil der Glocke mit der Umgebung verbindet und zur Umgebung auf einer Höhe mindestens gleich der ihrer Mündung in der Glocke mündet.

Vorzugsweise liegt der tiefste Punkt der U-Leitung auf einer solchen Höhe, daß er sich deutlich unterhalb der oberen Öffnung des Gefäßes befindet. Die Glocke kann dann an ihrem oberen Teil mit einer Greifvorrichtung versehen sein, an der eine Zange angreift, welche die Glocke senkrecht verschieben und drehen kann. Schließlich ist zur Vermeidung von erheblichem Herausspritzen des Kühlmittels aus dem Gefäß das Gefäß vorteilhafterweise mit einem Siphon versehen, der das Gefäß bis zu einer vorbestimmten Höhe leert, sobald das freie Ende des Siphons aus dem flüssigen Kühlmittel austritt, das in dem Behälter enthalten ist, der den Halter enthält, wenn er von der Glocke getrennt ist.

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Die Erfindung schlägt ferner ein Verfahren zur Benutzung der oben beschriebenen Vorrichtung vor, wonach bei einer Überführung einer Kernbrennstoffelementanordnung in flüssigem Kühlmittel von einem Behälter, wo sie im Kühlmittel vollständig untergetaucht ist und auf dem Halter ruht, bis zu einem anderen Platz die mit einer Gasatmosphäre gefüllte Glocke auf die Brennstoffelementanordnung abgesenkt wird, wobei die Gasatmosphäre das in die Glocke eindringende flüssige Kühlmittel durch die U-Leitung zurückfördert, und wobei dann die Gesamtanordnung von Glocke und Halter hochgehoben, an einem Aufnahmeplatz abgesetzt und die Glocke wieder vom Halter getrennt wird.

Das Füllen und Leeren erfolgen so automatisch. Das Verfahren kann mit mehreren Brennstoffelementanordnungen gleichzeitig durchgeführt werden.

Die Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die Gesamtheit der beschriebenen Vorrichtung sondern auch auf jedes der sie bildenden originalen Elemente für sich.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen besonderen Ausführungsforin. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Aufriß der Vorrichtung gemäß einer durch

die Achse gehenden senkrechten Ebene; die Figuren 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f in stark vereinfachter Weise die Reihenfolge der Arbeitsgänge, die beim Überführen einer Kernbrennstoffelententanordnung von einem zu einem anderen Lagerplatz ausgeführt werden.

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Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ist zur Handhabung von Kernbrennstoffelementanordnungen für mit schnellen Neutronen arbeitende Kernreaktoren, die durch einen Kreislauf von flüssigem Natrium "gekühlt sind, bestimmt. Diese Vorrichtung weist im wesentlichen einen Haltesockel 10 und eine Glocke 12 auf, die im Folgenden beschrieben wird.

Man kann sagen, daß der Halter 10 aus einem Gefäß 14, das auf dem Boden eines vom Natrium gefüllten Behälters ruht, und einem Sitz 18 besteht. Das Gefäß ist bezüglich des Bodens 16 des Behälters

eine
durch/schematisch in Form einer Keil-Nut-Verbindung angegebene Vorrichtung drehfest gehalten. Der zum Gefäß gleichachsige Sitz 18 endet unterhalb der Oberkante des Gefäßes. Der Sitz ist zur Aufnahme des Fußes einer Kernbrennstoffelementanordnung 20 eingerichtet und weist ferner Nasen 22 auf, die mit Elementen der Glocke für eine vorübergehende Verriegelung zusammenwirken, wie weiter unten erläutert.

Der in Fig. 1 gezeigte Halter weist außerdem einen Siphon 24 auf, der dazu dient, das Herausspritzen von Natrium zu verhindern, wenn die Gesamtanordnung Halter-Glocke aus dem Natrium herausgehoben wird. Sobald das Ende dieses Siphons außerhalb des Halters aus dem Natrium austritt, entleert der Siphon das Gefäß bis auf die Höhe seines im Inneren des Halters liegenden Endes, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Glocke 12 weist einen unteren Teil mit gleichbleibendem Querschnitt auf, der in Nasen endet, die mit den Nasen 22 zusammmenwirken, beispielweise um eine Bajonettverbindung zu bilden, und einen oberen erweiterten Abschnitt, dessen Boden 26 mit- einem Ring 28 versehen ist, der die Haltevorrichtung bildet, an der die Glocke gehalten werden kann, um sie senkrecht zu verschieben und zu drehen. Die Glocke 12 ist mit einer U-Leitung 30 versehen, deren einer Sehen-

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kel in einer für diesen Zweck im Boden 26 des erweiterten Teils ausgebildeten Ausnehmung mündet, während ihr zweiter Schenkel auf einer Höhe etwas oberhalb der der Mündung des ersten Schenkels in die Atmosphäre mündet. Aus Gründen der Klarheit ist der zweite Schenkel in Fig.1 bezüglich der Glocke versetzt dargestellt, jedoch ist er tatsächlich vorteilhafterweise an dieser anliegend ausgebildet oder in ihrem Inneren angeordnet. Der tiefste Punkt der U-Leitung 30 befindet sich auf einer solchen Höhe, daß er in das Gefäß 14 eintaucht, wenn die Glocke an diesem verriegelt ist.

Die Benutzung der beschriebenen Vorrichtung ist in den Figuren 2 schematisch gezeigt. Fig. 2a zeigt eine Brennstoffelementanordnung 20, die auf den Halter 10 gesetzt ist, der auf den Bodrri des Lagerbehälters 16 gesetzt ist. Der Lagerbehälter ist mit einer Natriummasse 32 gefüllt, die gerade ausreicht, um die Gesamtanordnung zu bedecken. Die Glocke 12 ist mit der gleichen Gasatmosphäre gefüllt, wie sie über dem Behälter 16 herrscht, beispielsweise Argon oder Helium, und wird senkrecht von oben über die Brennstoffelementanordnung abgesenkt (Pfeil fa in Fig. 2a). Wenn die Glocke 12 in die Masse 32 des flüssigen Natriums eintaucht, dringt dieses in die Glocke ein und verdrängt das darin befindliche Gas. Dieses Gas entweicht durch die U-Leitung 30, sobald der Innendruck unter der Glocke ausreicht, um die im U-Rohr befindliche Flüssigkeitssäule bifj in die in Fig. 2b gezeigte Stellung zu heben. Die bis auf den !falter 10 abgesenkte Glocke 12 wird dart durch Dr_ehung verriegelt. Die Abmessungen der Glocke und der Ort, wo der erste Schenkel der U-Leitung 30 in diese mündet, sind selbstverständlich so gewählt, daß in dieser SLeilung die Anordnung 20 vollständig im Natrium eingebettet ist.
Die Glocke 12 wird dann wieder hochgehoben (Pfeil ic und fd in den

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Figuren 2c und 2g) und nimmt den llalter 10 und die Anordnung 20 mit. Wenn der Halter aus dem Natrium herausgehoben wird, tritt der Siphon 24 in Tätigkeit und entleert teilweise das Gefäß 14. Die Höhe des Natriums imzweiten Schenkel der U-Leitung 30 sinkt ebenfalls, bis es mit der Natriumsäule in der Glocke im Gleichgewicht ist.

Die Vorrichtung wird dann in einem Aufnahmebehälter 34 abgesetzt, der in Fig. 2e leer gezeigt ist, im allgemeinen jedoch teilweise mit Natrium bis zu der gestrichelt gezeigten Höhe 36' gefüllt ist, damit die Brennstoffelementanordnung nach dem Abnehmen der Glcoke 12 in Natrium eingebettet ist. Die Glocke 12 wird durch Drehung entriegelt und dann abgehoben (Fig. 2f). Sie entleert sich dabei in den Aufnahmebehälter 34 und bringt den Natriumspiegel darin auf die Höhe 38, wenn der Aufnahmebehälter zuvor leer war, oder auf die Höhe 40, wenn er bereits teilweise gefüllt war. Im Verlauf dieser Entleerung nimmt das Natrium in der U- leitung 30 eine neue Gleichgewichtsstellung ein, in der es nur den unteren Teil der Leitung füllt.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der obigen Beschreibung. Die Höhe der freien Oberfläche des Natriums im Behälter, wo die Brennstoffelementanordnung gelagert wird, braucht nur geringfügig über der Höhe zu liegen, in der die Brennstoffelementanordnung Wärme abgibt. Die Vorrichtung weist keinerlei Ventil oder ähnliche Einrichtung auf. Schließlich erfolgen die Füllung und Entleerung automatisch mit praktisch absoluter Sicherheit. . . ... - ·

Die Erfindung kann in vielfacher Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann es in bestimmten Fällen vorteilhaft sein, die U-Leitung

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30 mit einer Anlage zum Ansaugen oder Rückführen des Natriums zu verbinden und die Glocke durch diese Anlage zu leeren oder zu füllen. Eine solche Abwandlung behält die beiden ersten oben erwähnten Vorteile bei. Sie liegt damit, wie auch alle anderen äquivalenten Maßnahmen, im Rahmen der Erfindung.

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Claims

Patentansprüche

M. ^Vorrichtung zur Handhabung von Kernbrennstoffelementanordnungen, gekennzeichnet durch einen Halter (10), der ein an seinem oberen Teil offenes Gefäß (14) und einen Sitz (18) zur Aufnahme der Brennstoffelementanordnung im Gefäß aufweist, und eine Glocke (12), deren unterer Teil offen und mit einer Vorrichtimg versehen ist, die mit dem Halter für eine vorübergehende Verriegelung der Glocke am Halter in einer Stellung, daß ihre Unterkante unterhalb der Öffnung des Gefäßes liegt ,zusammenwirkt, und eine von der Glocke getragene U-Leitung (30) welche den geschlossenen oberen Teil der Glocke mit der Umgebung verbindet und dort auf einer Höhe mindestens gleich der Höhe ihrer Mündung in der Glocke mündet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der tiefste Punkt der U-Leitung auf einer solchen Höhe liegt, daß er sich wesentlich unterhalb der Öffnung des Gefäßes (14) befindet, wenn die Glocke an diesem verriegelt ist.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur vorübergehenden Verriegelung der Glocke (12) am Halter (1O) durch relativeDrehung derselben zur Wirkung gebracht werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (1O) mit einem Siphon (24) versehen ist, der den Halter bis zu einer vorbestimmten Höhe entleert, sobald das freie Ende des Siphons aus der Kühlflüssigkeit austritt, die in dem den Halter (10), wenn er von der Glocke getrennt ist, enthaltenden Behälter (16) enthalten ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4» gekennzeichnet

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durch eine mit der Mündung der U-Leitung (30) verbundene Anlage zur Regelung des Drucks in der U-Leitung zum Ansaugen oder Zurückfördern von in dieser U-Leitung vorhandener Flüssigkeit.

Ö.Verfahren zur Benutzung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Gasatmosphäre gefüllte Glocke (12) über die BrennstoffelementanordnungCso) abgesenkt wird, die in einem Behälter (16), wo sie im flüssigen Kühlmittel untergetaucht ist, auf einem Halter (1O) angeordnet ist, die Glocke am Halter befestigt wird, die Gesamtanordnung von Glocke und Halter herausgehoben und an einem Aufnahmeplatz in einem Kühlmittelbad abgesetzt wird und die Glocke vom Halter wieder getrennt wird.

7·Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder des Verfahrens nach Anspruch 6 bei der in Natrium erfolgenden Handhabung von Kernbrennstoffelementanordnungen von mit schnellen Neutronen arbeitenden, durch Kreislauf von flüssigem Natrium gekühlten Kernreaktoren.

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