DE2243774A1 - Brennstoffkassette fuer einen kernreaktor sowie hubgreifer fuer eine derartige brennstoffkassette - Google Patents

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DR.-IKS. G. RIESLING PATENTANWALT

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TRANSFER SYSTEMS INC.

11 Defco Park Road, North Haven,

Connecticut /.U.S.A.

Undau (Bodensee)

ftonnerl* 10 · Postfach 3IiO

2o. Dezember 1972

Brennstoffkassette für einen Kernreaktor sowie Hubgreifer für eine derartige Brennstoffkassette

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffkassette für einen Kernreaktor. Ferner bezieht sie sich auf.einen Hubgreifer für eine solche Brennstoffkassette.

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Boyer. Hypotheken- u. Wecficel-Banli linetau (B) Nr. 278920

Die Brennstoffkassette und der Hubgreifer sollen insbes. zum Einsatz bei Siedewasserreaktoren (Leichtwasserreaktoren) geeignet sein, und zwar hauptsächlich für Leistungsreaktoren.

Bei herkömmlichen Siedewasserreaktoren bestehen die Brennelemente aus einer Anordnung von dünnen, langen, stabförmigen, Aussenröhren aus einer Zirkonlegierung, die mit Kugeln aus spaltbarem Stoff gefüllt sind. Während ihrer Lebensdauer können solche Brennelemente dadurch beschädigt werden, daß in den Aussenröhren eine Nadelstichporosität entsteht, die eine Freisetzung von radioaktiven Isotopen zur Folge hat, oder daß die Aussenröhren

(Fortsetzung Seite 2 ursprünglicher Text).

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gebrochen werden und ein Hineinfallen der radioaktiven Kugeln in das Reaktorwasser verursachen. Eine fortdauernde Funktionierung nach Beschädigung der Brennelemente kann- eine- starke Kontamination des Reaktorwassers verursachen und zu einer Anzahl von schweren - : Problemen führen.

Schadhafte Brennelemente können.frühzeitig nachgewiesen ; werden, und die herkömmliche Praxis,. nach der. Feststellung der schadhaften Brennstoffkassette, besteht darin., dass man die ganze Brennstoffkassette durch eine neue Brennstoffkassette ersetzt und die schadhafte Brennstoffkassette zu einer Brennstoffaufarbeitungsanlage transportiert. Diese Massnahme ist unwirtschaftlich und ^: bringt· ebenso Problemen mit sich. Die UnwirtschaftIiehkeit besteht darin, dass man eine ganze Brennstoffkassette, die z.B. 49 Brennelemente enthält, zu einer Brennstoffaufarbeitungsanlage transportieren muss, Obwohl 47 oder 48 Brennelemente arbeitsfähig sind. Ausserdem stellt die Transportierung Schwierigkeiten dar, die durch die mögliche Ueberhitzung der im Umladebehälter eingeschlossenen Brennstoffkassette hervorgerufen werden.

Andere Probleme, die bei den herkömmlichen Brennstoffkassetten entstehen, stammen von der mechanisch ungünstigen Struktur der Brennstoffkassette, bei der die Brennstoffstäbe als lasttragende Elemente angewendet v/erden, und der ungünstigen hydrostatischen Struktur, bei der, unter anderem, mechanische Bestandteile am oberen Ende der Erennstoffkassette angeordnet sind und deshalb den Durchfluss des Wassers durch die Brennstoffkassetten verhindern.

Weitere" Probleme sind auch durch die Greifer verursacht,

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die bei den herkömmlichen Leistungsreaktoranlagen zur Demontierung der Brennstoffkassetten von den Spaltzonen angewendet werden.

Ausserdem hängt die Wirksamkeit der Anwendung des Kernbrennstoffes vom Homogeneitätspotential der Spaltzone und von der Möglichkeit, die KonfiguEation der Spaltzone oft zu verändern, ab. Die Konfiguration der Spaltzone wird durch Ersetzung der Brennstoffkassetten und Umstellung oder Abänderung der Brennstoff anordnung durchgeführt. Die Wirksamkeit der Anwendung des Kernbrennstoffes hängt auch von der Möglichkeit ab, das Sammeln oder die Anwesenheit von Kontaminationsstoffen auf der heissen Oberfläche der Brennelemente zu vermeiden. Das Sammeln von Kontaminationsstoffen auf der heissen Oberfläche der Brennelemente führt zu einer Verringerung des Wäraieübertragungskoeffizienten, erhöht die Betriebstemperaturen der Brennstoffhüllen und trachtet, die Lebensdauer der Brennelemente zu verkürzen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Brennstoffkassette zu schaffen, die eine oder mehrere von den folgenden Eigenschaften aufweist:

a) eine mechanisch widerstandsfähige Konstruktion, bei der die Brennstoffstäbe nicht als lasttragende Elemente dienen;

b) eine Konstruktion, die an der Baustelle selbst des Reaktors zwecks Ersetzung der schadhaften Brennelemente leicht demontierbar ist;

c) eine Konstruktion, die eine verbesserte Wasserströmung gewährleistet, die einen verringerten Druckabfall durch die Brennstoffkassette zur Folge hat;

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d) Eine Konstruktion bei der die Abdichtung gegenüber naheliegenden Brennstoffkassetten verbessert wird, derart, dass das Wasser eher durch die Brennstoff kassetten fliesst als um dieselben herum; und

e) eine Konstruktion, die leicht und schnell aus der Reaktorspaltzone herausgehoben oder in diese wieder eingeführt werden kann.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen neuen Brennstoffstab zu schaffen, der in der Brennstoffkassette zwar fest montiert werden kann, jedoch falls es gewünscht wird, einzeln herausgenommen und in einen Transportbehälter zwecks Transportierung zu einer Brennstoffaufarbeitungsanlage befestigt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen neuen steifen Greifer zu schaffen, der die neue Brennstoffkassette schnell greifen wird, an die Brennstoffkassette festgespannt werden kann, um dieselbe mit verminderter Gefahr eines zufälligen Ausklinkens und Herunterfallens während eines Auf ladungs Vorganges ausheber; zu können, und im Falle eines zufälligen Klemmens von Hand gesteuert we'rden kann.

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung, die aus der nachstehenden Beschreibung erscheinen werden, werden mittels einer Brennstoffkassette erreicht, die aus einem Kanalelement oder Gehäuse besteht, das in seinem Innern eine Mehrzahl von an seinen Wändenbefestigten, ein festes einheitliches System bildenden Distanzstücken aufweist. An der unteren Seite des Gehäuses ist eine untere Stützplatte befestigt, und am oberen Ende des Gehäuses ist eine obere -Stützplatte abnehmbar befestigt. Die Brennstoffstäbe, die zur Anordnung innerhalb der Brennstoffkassette bestimmt

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sind, enthalten, wie üblich, Kugeln aus spaltbarem Stoff, die in einem Metallrohr angeordnet sind, aber die Rohrenden sind mit Gewindestopfen versehen, die in zweckmässigerweise geformten Oeffnungen in der oberen und unteren Stutzplatten aufgenommen sind, während die Röhren selbst durch in den Distanzstücken vorgesehenen Oeffnungen frei durchgehen, Die obere Wand des Gehäuses weist Einschnitte auf, die zur Aufnahme von am Hubgreifer angeordneten, sich seitlich erstreckenden Stiften bestimmt sind.

Diese Konstruktion, die in der nachstehenden eingehenden Beschreibung in den Einzelheiten beschrieben wird, gewährleistet ein schnelles Ausheben der Brennstoffkassette aus der Spaltzone mittels eines steifen Greifers und eine schnelle Entfernung der oberen Stützplatte mittels eines ähnlichen Greifers, und dadurch ein schnelles Ausheben jedes einzelnen Brennstoffstabes aus der Brennstoffkassette mittels eines besonderen Werkzeuges in einem vollständig an der Baustelle selbst des Reaktors ausführbaren Arbeitsvorgang gestattet.

Der erfindungsgemässe Greifer ist derart ausgebildet, dass er mit der Brennstoffkassette nur in denjenigen Stellen zusammenpasst, in welchen er auf der Brennstoffkassette durch eine, eine seitliche Bewegung des Greifers auswärts in die Einschnitte der Wand der Brennstoffkassette hinein hervorrufende Drehbewegung blockiert werden kann.

Da die Brennelemente der Brennstoffkassette durch Standardisierung aneinander ähnlich sind, so können sio beliebige senkrechte Stellung in der Brennstoffkassette

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annehmen. Ferner ist jedes Brennelement derart ausgebildet, dass es einzeln entfernt werden kann, so dass es gereinigt, inspiziert, zur Bestimmung der Leistungsverteilung und der isotopisehen Konzentration gemessen und ersetzt oder wieder in die Spaltzone eingeführt werden, was einen wirksamen Gebrauch des Kernbrennstoffes ermöglicht. Die Entf ernung und Ersetzung der Brennelemente wird mittels eines Gewindewerkzeuges durchgeführt. Auf dieser Weise können die Brennstoffelemente separat und enrfernst von der Brennstoffkassette zwecks Herstellung, Strahlungsmessungen, Beförderung, Behandlungen und Aufarbeitung gehandhabt werden.

Das Gehäuse für die Brennstoffkassette ist mit Ausnehmungen versehen, in welche Stifte des Greifers zum Aufheben der Brennstoffkassette eingreifen können, und ein Greifwerkzeug wird auch zum Greifen der.im Gehäuse federnd montierten oberen Stützplatte.zwecks Entfernung derselben gebraucht. Auf dieser Welse wird der Druckabfall des durch das Gehäuse hindurch fliessenden Kühlmittels durch die Anwesenheit im Gehäuse von mechanischen Vorrichtungen zum Festhalten und Zentrieren der Brennelemente nicht erhöht.·

Infolge der Möglichkeit, die Brennelemente einzeln aus der Brennstoffkassette uwccks Transportierung zu einer Brennstoffaufarbeitungsanlage zu entfernen, werden also nur die schadhaften Brennelemente trans» portiert, Zur Transportierung wird jedes Brennelement in einem separaten Kasten angeordnet. Infolgedessen also ist die Transportierung radioaktiver Teile von der Leistungsreaktoranlage auf ein Minimum beschränkt. Auch die Neigung des Brennelementes zum Schmelzen während der Beförderung wird verringert, da das 3 0 9 8 15/071-^-

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Brennelement sich in der Gegenwart eines kalten Transportkastens und nicht eines anderen Brennelementes befindet. Auf dieser Weise 1st die radioaktive Fläche verringert und die Wärmewiderstandsfähigkeit erhöht. Andere Eigenschaften der Erfindung werden nachstehend beschrieben.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht der Brennstoffkassette gemäss der Erfindung in einer AusfUhrungsform, die für eine Siedewasserreaktor-Kernenergieanlage besonders geeignet ist, und eines Teiles des Äushebegreifers,

Figur 2 eine Ansicht der in Figur 1 dargestellten Brennstoffkassette in Vertikalschnitt nach der Linie 2-2 von Figur 1,

Figur 5 eine perspektivische Teilansicht des beweglichen Teiles einer Ausführungsform des Greifers zum Ausheben und Senken der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Brennstoffkassette,

Figur 4 eine teilweise im Schnitt dargestellte schematische Vorderansicht einer Aus führung sjf ο rm des Greifers zum Abnehmen einer im Gehäuse abnehmbar montierten, zum Tragen des oberen Teiles der Brennelemente dienenden oberen Stützplatte,

Figur 5 eine Ansicht im horizontalen Schnitt nach der Linie 5-5 von Figur 4 zur Illustrierung der abnehmbaren oberen Stützplattc,die zur lösbaren Unterstützung der Brennelemente in der Brennstoffkassette dient,

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Figur 6 eine Ansicht im horizontalen Schnitt nach der Linie 6-6 von Figur 3 zur Illustrierung der Einrichtung zur Kupplung bzw. Entkupplung des Aushebegreifers mit bzw. von der Brennstoffkassette,

Figur 7 eine schematische Langssehnittansicht einer Ausführungsform des Gewindewerkzeuges und der Transportvorrichtung zum Ausheben bzw. Transportieren eines Brennelementes, im Anschluss mit einer Teilansicht der Brennstoffkassette und des Brennelementes,

Figur 8 eine Ansicht, im horizontalen Schnitt nach der Linie 8-8 von Figur J, des Gewindewerkzeuges und der Transportvorrichtung für das Brennelement, die in Figur 7 dargestellt sind,

Figur 9 einen teilweisen Längsschnitt der Transportvorrichtung für ein Brennelement , in blockierter Stellung,

Figur 10 eine horizontale Grundrissansicht der in Figur 9 dargestellten Transportvorrichtung nach der Linie 10-10 von Figur 9, .

Figur 11 eine schematische Schnittansicht des oberen Teiles des in Figur J dargestellten Greifers zum Ausheben der Brennstoffkassette, zusammen mit einem Hubseil und einer Führung der Aufladeplattform, und

Figur 12 eine schematische Teilseitenansicht, im teilweisen Schnitt, einer abgeänderten Ausführungsform deg Aushebegreifers, die für den Gebrauch mit einer Brennstoffkassette für einen Druckwasserreaktor besonders geeignet ist.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Brennstoffkassette 20 dargestellt,

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die aus einem, einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweisenden Gehäuse oder Kanal 21 besteht und für den Gebrauch in einem Siedewasserreaktor besonders angepasst ist. Das untere Ende des Gehäuses 23 weist äine im wesentlichen runde Form auf. Das untere Ende des Gehäuses 23 ist an das obere Ende des Gehäuses durch Schweissen oder ähnl. befestigt, wodurch eine kräftige einheitliche Wandstruktur erhalten wird. Das obere Ende des Ge-häuses ist offen und weist geflanschte Wände 24 auf. Die Wände 24 weisen abwärts und nach dem Innern hin gerichtete Oberflächen 26 auf (Figuren 1, 2 und 4). Das obere Ende des Gehäuses 21 ist so gestaltet dass es einen später beschriebenen Aushebegreifer in die korrekte Greifposition in Bezug auf das Gehäuse 21 führt. Während die dargestellte Gestalt quadratisch ist, kann sie jedoch auch etwas viereckig ausgeführt sein, so dass wenn vier Brennstoffkassetten, wie es üblich ist, gruppiert werden, so bleibt zwischen anliegende Wandoberflächen ein ausreichender Raum zur Aufnahme des üblichen kreuzförmigen Einstellelements.

Im Gehäuse 21 ist eine ordentliche Reihe von länglichen, parallelen, in Abstand voneinander (Figur 2) Brennelemente 30, aus geeignetem spaltbaren Material angeordnet. Die Brennelemente werden auch Brennstoffstäbe oder Brennstoffstifte genannt und können bekannterweise aus einem mit Kugeln aus UO gefüllten Metallrohr aus Zirkonium oder aus einer Zirkoniumlegierung bestehen. Die Brennelemente 30 sind in Innern des Gehäuses 21 senkrecht angeordnet. Ein Kühlmittel, wie z.B. leichtes Wasser, fliesst senkrecht durch das Gehäuse 21 zwischen den auseinandergelegten Brennelementen 30· Wie es bei dem Siedewasserreaktor herkömmlich ist, enthält die Spaltzone eine Mehrzahl von solchen nebeneinander angeordneten Brennstoffkassetten 20. Vorzugsweise sind alle, in der Spaltzone angeordnete Brennstoffkassetten 20 gleich ausgestaltet.

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Am oberen Ende eines jeden Brennelementes 30 ist ein oberer Stützstopfen 35 befestigt, der das obere Ende des zugeordneten Brennelementes 30 abdichtet. Jeder Stützstopfen 35 weist eine im wesentlichen kegelförmige Spitze 35a auf, die in einen zylindrischen Teil 35b und dann in einen., mit einem breit- oder grossgängigem Gewinde versehenen Teil 35C ^des Stützstopfens 35 übergeht, der mit einem zylindrischen Teil 35d endet. Der mit Gewinde versehene Teil 35c weist eine Reihe von nebeneinanderliegenden kegelstumpfförmigen Oberflächen auf.· An das untere Ende eines jeden Brennelementes ist ein unterer Stützstopfen 4o befestigt, dessen Konstruktion derjenigen des oberen Stützstopfens 35 ähnlich ist. Jeder untere Stützstopfen 40 weist einen kegelförmigen Endteil 40a auf, der in einen zylindrischen Teil 4ob übergeht. Anliegend an den zylindrischen Teil 4ob des Stützstopfens 40 befindet sich ein mit einem breit- oder grossgängigen Gewinde versehener Teil 40c. Der mit; Gewinde versehener Teil 4oc weist eine Reihe von nebeneinanderliegenden kegelstumpfförmigen Oberflächen, die mit einem zylindrischen Teil 40a endet. In einer Weise, die später beschrieben wird, kann ein Gewindewerkzeug (Figur 7) gebraucht werden, um durch Gewindepassung den oberen Stopfen 35 zwecks Entfernung und Transportierung des Brennelementes oder zwecks Montierung eines neuen Brennelementes in die Brennstoffkassette 20 zu gteifen, und in einem zur Transportierung schadhafter oder ausgebrannter Brennelemente zu einer Brennstoffausarbeitungsanlage dienenden Kasten kann ein Riegel vorgesehen sein, der zur Gewindepassung des unteren Stützstopfens des Brennelementes geeignet ist. Sind die oberen und unteren Stützstopfen 35 bzw. 40 identisch ausgebildet, so gibt es die Möglichkeit, einen Umtausch der Enden der Brennelemente als.. Teil eines Aufladeprogramms durchzuführen. . .

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Zur Unterstützung der Brennelemente J>0 innerhalb des Gehäuses 21 sind horizontal angeordnete, senkrecht im Abstand voneinander liegende Stützplatten 45 und 46 (Figuren 2 und 5) vorgesehen. Die obere Stützplatte 45 (Figur 5) weist eine Mehrzahl von parallelen Reihen von oeffnungen 47 auf. Es ist eine Oeffnung 47 für jedes Brennelement 30 vorgesehen, jeder obere Stopfen 35 wird durch die zugeordnete oeffnung 47 aufgenommen. Die obere Stüfczplatte 45 ist an die Wandungen des Gehäuses 21 lösbar befestigt und ist vom Gehäuse 21 abnehmbar. Zu diesem Zwecke sind Blattfederarme 56 vorgesehen, und ein jeder Arm 56 ist an seinem unteren Ende an die Stützplatte 45 (Figuren 2 und 5) befestigt und an seinem oberen Ende mit einem zylindrischen Schuh oder Vorsprung 57 versehen, wobei jeder Vorsprung 57 ^^η J^e einer Ausnehmung 58 aufgenommen ist. Die Ausnehmungen 58 sind in den Wänden 24 des Gehäuses 21 angeordnet, aber gehen durch die Wände nicht hindurch. Durch drängen der Vorsprünge 57 seitlich in Richtung des Innern eine genügende strecke, um die Wandungen 24 des Gehäuses 21 freizulassen, kann man ein Werkzeug (das später beschrieben wird) gebrauchen, um die obere Stützplatte vom Gehäuse 21 abzunehmen, indem man dieselbe durch die obere oeffnung des Gehäuses 21 aushebt.

Die untere Stützplatte 46 ist mit einer Mehrzahl von parallelen Reihen von Oeffnungen 55 versehen und ist in seiner Gestalt im wesentlichen ähnlicherweise ausgebildet wie das obere Distanzstück 45 (Figur 5). Für jedes Brennelement 30 ist eine oeffnung 55 vorgesehen. Jeder untere stopfen 40 ist in seiner zugeordneten Oeffnung 55 aufgenommen. Die untere Stützplatte 45 ist aber an das Gehäuse 21 durch ein geeignetes Mittel, z.B. Schweissen., Löten oder ähnl. befestigt.

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Um ein jedes Brennelement 30 vernaltnismässig stabil in Bezug auf die Stützplatten 45 und 46 zu halten ist jeder obere Stopfen 35 durch eine Schraubenfeder 59 (Figur 2) umgeschlossen, die an das untere Ende des abnehmbaren Distanzstückes 45 derart verankert ist, dass sie die zugeordnete Oeffnung 47 umschliesst und sich gegen die Wand des Brennelementes abstützt. Die Feder 59 zwingt das zugeordnete Brennelement 30., sich standfest in der vorgeschriebenen Stellung zu halten und gestattet die Wärmeausdehnung des Elementes. In der Alternative können die untere Stopfen 4o der Brennelemente 30 mittels der unteren Stützplatte 46 durch die nachgiebige Wirkung einer Telescopfeder lösbar gehalten werden.

In der Mitte zwischen der oberen Stützplatte 45 und der unteren Stützplatte 46 ist zumindest eine Zentrieroder Distanzierplatte 60 angeordnet. Bei einer typischen Brennstoffkassette wurden etwa zehn solcher Distanzstücke in einem Abstand von etwa 25 bis 45 cm voneinander vorgesehen. Die Distanzstücke 60 weisen je eine Mehrzahl von parallelen Reihen von Oeffnungen 6l auf. Für jedes Brennelement 30 ist je eine Oeffnung 6l vorgesehen. Jedes Brennelement 30 ist in seiner zugeordneten Oeffnung 6l aufgenommen, durch'die es frei durchgehen kann. Jedes Distanzstück 60 ist an die Wandungen des Gehäuses durch Schweissen, Löten oder ähnlichen Mitteln befestigt, ähnlich wie die untere Stützplatte 46.

Zum Ausheben und Senken der Brennstoffkassette 20 in dem Reaktorbehälter (nicht dargestellt), und insbesondere in der Spaltzone desselben, zwecks Ersetzung der

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der Brennstoffkassette mit einer frischen Brennstoffkassette oder Abänderung der Brennstoffanordnung zur Verbesserung der Betriebsleistung, ist eine Hubvorrichtung oder Aushebegreifer 100 gemäss der Erfindung vorgesehen, die in den Figuren 3, 6 und 11 dargestellt ist.

Die Hubvorrichtung 1Ö0 zum Ausheben der Brennstoffkassetten ist in einem zylindrischen Führungsrohr (Figur 11) angeordnet, das an einen Träger 102 einer bekannten und herkömmlichen Aufladeplattformsuperstruktur befestigt ist. Die Greifervorrichtung 100 zum Ausheben der Brennstoffkassetten weist ein zylindrisches Hubrohr 103 (Figuren 3 und 11) auf, das innerhalb des Führungsrohres 101 mittels eines auf der Aufladeplattformsuperstruktur angeordneten herkömmlichen Flaschenzuges gehoben und gesenkt wird. Zu diesem Zwecke ist ein Seil (Figur 11.) an das Hubrohr 103 in herkömmlicher Weise befestigt. An den unteren Teil des Hubrohres 103 ist eine quadratisch gestaltete Sitzführung 106 (Figur 3) befestigt, die nach dem Innern hin kegelförmig verlaufende Wandungen 107 aufweist, die mit den inneren kegelförmigen Oberflächen 26 der geflanschten Wandungen 24 des Brennstoffkassettengehäuses 21 aufeinanderpassen, um die Hubvorrichtung 100 in Bezug auf die aufzuhebende Brennstoffkassette 20 einzustellen und führen.

An der Innenwand des Hubrohres 103 ist ein Flansch 110 (Figur 11) angeformt. Auf dem Flansch 110 ist drehbeweglich ein zylindrisches Betätigungsrohr 111 (Figuren 3 und 11) angeordnet, das sich abwärts in das Hubrohr 103 erstreckt. An das untere Ende des

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Betätigungsrohres 111 ist mittels Schraubenbolzen ein zylindrisches Gehäuse 116 drehbeweglich mit dem Betätigungsrohr 111 befestigt (Figur J>). Innerhalb' des Betätlgungsrohres 111 ist ein drehbares Quadraturelement 115 angeordnet, Zwischen dem Flansch 115a des Quadraturelementes 115 und der unteren Wand des Gehäuses Il6 ist eine flache Spiralfeder 120 angeordnet. Das Quadraturelement 115 ist in dem Betätigungsrohr. 11 mittels der flachen Spiralfeder 120 nachgiebig abgestützt, und durch Heben und Senken des Be.tätigungsrohres 111 wird das Quadraturelement 11.5 mitgenommen..

"VTon dem Betätigungsrohr 111 erstreckt sich in Richtung des Innerns ein Quadra tür flansch 121., der das -Quadra türelement 115 umschliesst. Die Drehung des Betätigungsrohres 111 wird mittels des Flansches 121 das■Quadraturelement 115 in Drehung versetzt. Drehbar mit dem Quadraturelement 115 ist eine Nockenplatte 12-2 angeordnet (Figuren 3 und 6). Eine Mehrzahl, z.B, vier, senkrechter Nockenstiften 12;5 (Figur 6) ist an dem Nocken 122 zur Drehung mit demselben angeordnet. Eine Mehrzahl von Nockenstösseln 125 (Figuren 3 und 6") nehmen die Stifte 123 auf und werden durch dieselben, in Antwort auf die Drehung des Nockens 122, seitlich in einer horizontalen Ebene verschoben.

An die Nockenstössel 125 ist für eine Bewegung zusammen mit diesen je eine senkrecht angeordnete Hubplatte oder Hubfinger IJ-O befestigt. In der bevorzugten Ausführungsform sind vier solche Hubplatten oder Hubfinger I30 vorgesehen, die als zwei Paare von entgegengesetzt angeordneten parallelen Platten odor Finger lj50 montiert sind. Infolge der Drehung des Quadraturelementes 115'"' bewegen sich die Nockenstössel 125 in einer horizontalen

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Ebene, um die entgegengesetzt angeordneten parallelen Platten oder Finger IjJO seitlich gegeneinander oder in Entfernung voneinander zu verschieben.

Die Hubplatten 130 sind je auf zwei viereckigen FUhrungsstangen 150 angeordnet, die an die Führung 106 mittels Schraubenbolzen befestigt sind.

Die inneren Enden der Führungsstangen 150 sind geflanscht, um eine weitere Bewegung in Richtung nach dem Innern zu verhindern. An den unteren Enden der Hubplatten 130 ist Je ein nach aussen vorspringender Stift 131 angeordnet. Die Stifte 131 sind horizontal angeordnet und sind geeignet, durch in den entgegengesetzten geflanschten Wandungen 24 des Gehäuses 21 vorgesehenen Ausnehmungen 135 (Figuren 1, 2 und 5) aufgenommen zu werden.

Während des Betriebes, um die Brennstpffkassette zu heben wird durch den Seil 105 das Hubrohr 10? in das Führungsrohr 101 gesenkt bis die kegelförmigen Wandungen 107.{Figur 4) der Führung 106 mit den kegelförmigen Oberflächen 26 der Wand 24 des Brennstoffkassettengehause 21 aufeinanderpassen. In diesem Moment sind die Hubplatten IJO nach innen oder nach dem Zentrum angeordnet, um den Raum dazwischen zu verringern. Eine hydraulische Gelenkvorrichtung, z.B. ein zwischen dem Betätigungsrohr 111 und dem Hubrohr 103 eingeschalteter Luftzylinder l4o (Figur 11), wird dann betätigt und dreht das Betätigungsrohr 111 um seiner senkrechten Achse herum (im Uhrzeigersinn in.Figur 6). Dieser Vorgang dient zur Drehung des Quadraturelementes 115, wodurch der Nocken 122 und die Nockenstifte 123 in Drehung zusammen mit dem Quadraturelement II5 versetzt werden. Infolgedessen werden die Nockenstössel 125 und die Hubplatten 130 nach aussen bewegt, .so dass die Stifte 131 der Platten 130 gezwungen werden, in,die oeffnungen

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135 des Brennstoffkassettengehäuses einzudringen, um das Brennstoffkassettengehäuse 21 zwecks Hebung desselben zu ergreifen.

An die oberen Enden der Hubplatten 130 ist je ein Sicherheitsverschlussorgan l4l,(das ähnlich gestaltet ist wie die Sicherheitsverschlussorgane l4l", die in Figur 4 im Schnitt dargestellt sind) befestigt, und diese Verschlussorgane l4l, wenn die Stifte 131 der Hubplatten 130 in die Oeffnungen 155 des Brennstoffτ kassettengehäuses 21 eindringen, werden durch.die in , der Aufnahmeführung ΙΟβ angeordneten Oeffnungen l42 aufgenommen. Wenn die Brennstoffkassette 20 -anfangs ausgehoben wird, so werden die Verschlussorgane nach unten gezogen (Figur 4), was eine Bewegung der Hubplatten 130 nach innen und ein Ablösen des Greifers von der Brennstoffkassette verhindert. Wenn das Brennstoffkassettengehäuse 21" in seine Stellung in der Spaltzone zurückgebracht oder in einem Lagerungsschrankbrett angeordnet wird; während die kegelförmige Wand 107 der Attfhähmeführung 106" sich immer hoch in fluchtrechter

Passung mit- der kegelförmigen Wand 26 des Brennstoffkassettengehäuses 21 befindet, wird das Gewicht der Brennstoffkassette 20 von der"Hubvorrichtung 100 aufgehoben. Infolgedessen hebt die abgespannte flache Spiralfeder 120 das "Quadraturelement II5 etwas'an, um die Hubplatten 130 mittels der Stifte 123 und des Nockenstässels 125 auszuheben. Dieser Vorgang ruft ein Anheben der Sicherheitsverschlussorgane. l4l hervor, wodurch dieselben abgelöst werden und deren Entfernung von den Oeffnungen 142 der Aufnahmeführung 106 ermöglicht wird. Dann kann die hydraulische Gelenkvorrichtung mit Luftzylinder l4o betätigt werden, um das Betätigungsrohr 111 in entgegengesetzter Richtung zu drehen, wodurch

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auch das Quadraturelement 115 gedreht wird. Infolgedessen werden der Nocken 122 und die Nockenstifte 123 gedreht (gegen den Uhrzeigersinn in Figur 6), um die Nookenstössel 125 in Richtung nach innen zu verstellen. Das hat ein Ruckziehen der Hubplatten 130 zur Folge und eine Entfernung der Stifte von den Oeffnungen 135 und der Verschlussorgane Ί41 von den Oeffnungen l42,. Die an die Aufnahmeführung 106 befestigten Anschläge an den Enden der Führungsstangen 150 (Figuren 3 und 6). beschränken die Bewegung der Platten IJO nach innen.

Während der Greifer die Brennstoffkassette 20 aushebt wird letztere durch die folgenden Teile unterstützt: Stifte 131, Hubplatten 130, Führungen 150, Aufnahmeführung 106, Hubrohr 103 und Flaschenzugseil 105. Wenn einmal die Brennstoffkassette 20 ausgehoben und deren Last auf dieeHubplatten 130 aufgebracht worden sind, so ist das Betätigungsrohr 111 gegenüber der Last isoliert und der Nocken 122 kann sich nicht drehen> weil die Hubplatten 130 und die Nockenstössel 125 durch die Verschlussorgane l4l blockiert sind. Eine Betätigung der Hubvorrichtung 100 aus Versehen wird kein Ablösen der Brennstoffkassette 20, sobald sir nur ergriffen worden ist, zur Folge haben. Ist die Brennstoffkassette ergriffen worden, so kann der Bedienungsmann das Rohr 115 absenken, wodurch die Nockenstifte 123 unterhalb ihrer Nockenstössel 125 gesenkt werden, und das Rohr drehen, um den Nocken 122, z.B. für Wartungszwecke, aus seinem Sitz herauszunehmen und vollständig abmontieren. Infolgedessen können der Nocken 122, d«r Stift 123, das Rohr 115, die Feder 120 und das Rohr 111 von dem Hubrohr 103 in senkrechter Richtung abgenommen werden. Im Falle eines ungewünschten Klemmens des Greifers 100 kann

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man ein Werkzeug in den Hohlraum einschieben und dadurch die Hubplatten 130 von der im Gehäuse 21 angeordneten Ausnehmung 135 ^zu entfernen, um einen Zugang zu der Spaltzone zu schaffen. Ausserdem kann ■ man die Schraubenbolzen., die. zur Befestigung der Aufnahme führung I06 an das Hubrohr 103 dienen,- von oben aus entfernen und das Hubrohr' 103 ausheben und ^: somit einen unmittelbaren Zugang zu den "Teilen 130^ 150, 106j. l4l und 125 schaffen, - ..- . · ,· . ... ■■

In Figur 12 ist eine Hubvorrichtung 100' zum Ausheben der Brennstoffkassetten, die eine Abänderung der Hub- .· vorrichtung 100 darstellt. Die abgeänderte Vorrichtung ist zum Freifen und Ausheben einer herkömmlichen Brenn-· Stoffkassette 20'" für einen Druckwasserreaktor geeignet. Die Teile der Hubvorrichtung 100', die in ihrer' -. Konstruktion und Arbeitsweise denjenigen der Hub- -■-.; vorrichtung 100 ähnlich sind, sind durch dieselben Kennziffern mit einem Strich bezeichnet. ' :■· ■ "..,·.

In der Hubvorrichtung 100' zum Ausheben der Brennstoff kassetten weisen die Hubplatten 130^!| an ihrc.i ' ' äusseren Enden, anstatt der in Oeffnungen des Gehäuses aufgenommenen Stifte, Haken l6o auf, die zum Eingreifen mit einem in der Brennstoffkassette 20' vorgesehenen, naoh innen vorstehenden Plansch bestimmt sind. Ferner sind Führungsfüsse l6l vorgesehen, die sich nach unten von der Aufnahmeführung 10(' erstrecken und in senkrecht angeordneten Oeffnungen im Brennstoffkassettengehäuse 21' aufgenommen werden, um die Vorrichtung 10O¹' in die korrekte Aufnahmeposition in Bezug auf das'Brennstoffkassettengehäuse.21' zu führen.

In der Figur 4 ist ein abgeänderter Greifer 100" zum Ausheben der oberen Stützplatte 45 vom Brennstoff-

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kassettengehause 21. Der Greifer lOO" ist in seiner Konstruktion und Arbeitsweise dem Greifer 100 ähnlich, mit dem Unterschied jedoch, dass an den Hubplatten 130, statt der Vorsprünge 131, Haken 170 montiert sind. Die Teile des Greifers 100", die denjenigen des Greifers 100 entsprechen, sind mit denselben Kennzeichen, aber mit einem Doppelstrich, bezeichnet. Die obere Platte 45 ist mit auf den Blattfedern 56 angeordneten Haken 171 versehen (Figuren 2 und 4), die mit den Haken 170 des Greifers lOO" aufelnanderpassen. In anderen Worten, die äusseren Enden der Blattfedern 56 weisen je einen Haken I71 auf, der in Bezug auf die Richtung des zugeordneten Vorsprunges 57 in einer entgegengesetzter Richtung gerichtet ist.

Wenn die Hubplatten 130" durch die Nockenstößel 125" nach innen zurückgezogen werden, so greift ein jeder, auf je einer von den vier Hubplatten 130 angeordneter Haken I¹^O mit zwei, auf nebeneinander liegenden Blattfedern 56 angeordneten Haken 171 ein, um die Stifte 57 von den Ausnehmungen zwecks Trennung der Platte 45 von der Brennstoffkassette 20 zu entfernen. Das Seil, z.B. das Seil 105 in Figur 11, hebt das Hubrohr 103", um die Platte 45 von der Brennstoffkassette 20 und aus der Spaltzono auszuheben.

Nachdem die obere Stützplatte 45 vom Gehäuse 21 entfernt worden ist, wird ein besonderes Werkzeug 200 (Figuren 7-10) zum Ergreifen eines einzelnen, zum Ausheben gewählten Brennelementes 30 gebraucht, womit eine Hubkraft auf das Brennelement aufgebracht wird. Zu diesem Zweck ist das Werkzeug 200 mit einer

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senkrecht beweglichen und drehbaren Welle 201 versehen.-Das freie untere Ende der Welle 201 weist eine mit einem Gewinde versehene Wand 202., die eine Oeffnung 203 umhüllt. Der mit Gewinde versehene Teil der Wand 202 hat eine Konfiguration, die im wesentlichen derjenigen des Gewindeteiles 35c des Stopfens 35 ähnlich ist, und weist Abnessungen auf, die eine Gewindepassung gewährleisten und doch genügend gross sind, um Ausdehnungen und eine Sammlung von Fremdstoffen auszugleichen, ohne ungewünschte Blockierung hervorzurufen. Der obere Stopfen 35 des auszuhebenden Brennelement 30 dringt in die Oeffnung 203 ein, so dass die mit Gewinde versehene Wand 202 während der Drehung greift durch GewindepasHung mit dem Gewindeteil 35° des oberen Stopfens 35 ein. Nun wird die Welle 201 des Werkzeuges 200 in senkrechter dichtung mittels eines geeigneten, nicht dargestellten Hebers gehoben, der herkömmlicherweise auf der Aufladungsplattform zum Heben von Ausrüstungsgreifern montiert ist.

Am Anfang" des Aushebens des Brennelementes 30 aus der Brennstoffkassette 20 befindet sich das obere Ende der Welle 201 oberhalb des oberen Endes einer Führung 215 und das untere Ende der Welle 201 erstreckt sich über des Gewindeteiles 35c des oberen Stopfens 35. Oberhalb der Führung 215 ist ein zylindrischer Brennstoffkasten 205 angeordnet, dessen Achse mit der Achse der Welle 201 fluchtet. Die Länge des Brennstoffkastens 205 ist genügend gross, um das Brennelement 30 vollständig einzuschliessen. Innerhalb

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des Kastens 205 ist ein ringförmiger Flansch 206 angeordnet, der zur Führung der Bewegung der Welle 201 im Kasten 205 und zur Unterstützung mit Genauigkeit des Brennelementes 30 im Innern des Brennstoffkastens 205 dient. An dem Flansch 206 ist ein Riegel 210 montiert, der um einen Zapfen 211 drehbar ist und eine mit Gewinde versehene Oeffnung 212 aufweist. Oberhalb des Riegels 210 sind mehrere, an die Wand des Kastens 205 befestigte FUhrungs- und Anschlagvorrichtungen 215' angeordnet, die zur Führung der Bewegung des Brennelementes in den Kasten 205 und zum Festhalten des oberen Teiles des Brennelementes 30, während es sich im Kasten 205 befindet, dienen.

Die Welle 201 wird gehoben, um das schadhafte Brennelement 30 aus der Brennstoffkassette 20 herauszunehmen. Die Welle 201 wird gehoben bis das schadhafte Brennelement Vollständig in den Transportkasten 205 eingeführt wird.

die Am Anfang wird der Riegel 210 gehoben bis er senkrechte Stellung erreicht hat (Figuren 7 und 8), und die Welle 201 und das schadhafte Brennelement 30 werden über den Riegel 210 gehoben. Dann wird der Riegel 210 durch die Schwerkraft in die horizontale Stellung gebracht (Figuren 9 und 10) und der untere Stopfen 4o des schadhaften Brennelementes 30 wird durch Gewindepassung an den Riegel 210 im Kasten 205 gesichert. Das obere Ende des schadhaften Brennelementes 30 wird in dem Kasten 205 mittels der Führungen 215' festgehalten. Das Werkzeug 200 wird vom schadhaften Brennelement 30 dann abgelöst wenn das schadhafte Brennelement 30 in den Kasten 205 eingeschlossen worden ist. Das schadhafte Brennelement 30 kann dann separat zu und von der Aufarbeitungsanlage, während es in dem Transportkasten

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205 eingeschlossen ist, transportiert werden.

Wie es aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, weist die neue Brennstoffkassette folgende Eigenschäften auf. Es wird eine kräftige. Struktur vorgesehen, die aus einem, in einem einzigen Stück hergestellten Gehäuse oder Kanal 21 besteht, welches Gehäuse 21 in Abständen über seine ganze länge mittels der mehreren Distanzstücken. 6o und einer unteren Stützplatte 46 verstärkt ist, die längs deren ganzen Peripherie an der Wand des.Kanals fest verankert sind. Dies gestattet den Gebrauch einer dünneren Gehäusewand, ohne dass man Ausbeulungen durch Druckunterschiede zu befürchten hat, wodurch ein verstärkter Fluss des Kühlmittels und eine grössere Leistung erreicht. Da der Kanal auf dieser Weise als Hauptelement zum Tragender Last dient, so kann man ihn derart vergrössern, dass er eine grössere Anzahl von Brennelementen enthält, um somit, bei gleichbleibender Anzahl der Brennstoffstifte, die Anzahl der Brennstoffkassetten zu vermindern. Ausserdem, wenn die Mehrzahl von Brennstoffkassetten in der Spaltzone angeordnet ist, so können die oberen, nach aussen vorspringenden, geflanschten Wandungen 24 miteinander oder mit der oberen Rasterplatte der Spaltzone eingreifen oder zumindest ganz nahe aneinander anliegen. Dieses Anliegen aneinander bildet ein Hinderniss für den Fluss des Kühlmittels zwischen den Kanälen 21 und bewirkt dadurch einen grösseren Fluss des Kühlmittels durch die Kanäle hindurch und eine Verbesserung der Wärmeübertragung zum Kühlmittel. Eine typische Einrichtung der Brennstoffkassetten in dem Raster der Spaltzone ist in der Figur 1 meiner Patentanmeldung in den Vereinigten Staaten Nr. 188,151, angemeldet am 12. Oktober 1971,

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■dargestellt, in welches Anmeldung auch liethödeh Nachweisen leckender Brennstoifstabe afe&bnrifebelä stöti» für die eine abgeänderte Btorfii des in der fiesohfeibung beschriebenen ßreifere.

Ausserdem kann die obere Stüt&platte 45 iiittels Greifers ausgehoben werden während sich die kassette in der spaltzone oder lh dein fii^ennstof flager«- ßchwimmbad befindet. Wenn die obere StÜteilatte ist abgenommen worden, so hat man einen SStnjgäng &\k einim jeden der BrennstoffetSbe ^;od*r -ilemfente 30 UM tlti 'oder mehrere, eine IJeeksteile aufweisende fellttenti können einzeln ausgehoben und durch frische Blemente ersetzt werden. Als die obere StÜtzplafete 45 wieder in ihre Stellung gesenkt wird, so werden die Biattfedervorsprünge 5? nach unten längs der schrägen Flächen 26 gleiten und in die Ausnehmungen 58 hinein^ schnappen sobald nur die StUtfcplatte die richtig« Stellung erreicht hat» Die Leichtigkeit, mit d*r schadhafte Brennelemente ersetzt werden köntieri, tolrü ein rascheres Ausheben der leckenden iletaehte irtnb'gliöhen und somit die Bildung einer übermMssigen Kontamination im Heaktorbehälter durch schadhafte Brenn*leiiente ver* hindern, und vermeidet alle damit verbundenfe Öekottta-minationsprobleme, wad eine Verminderung der Betriebskosten zur Folge hat.

Der Greifer, der zum Zusammenarbeiten mit dir neuen Brennstoffkassette weist folgende Eigenschaften auf. Der Greifer ist als ein steifes System ausgebildet und kann deshalb mit Genauigkeit oberhalb der gewünschten Brennstoffkassette, durch genaue Positionierung der tragenden Superstrukfcur der Aufladungsplattform, positioniert werden. Dies eignet sich für eine auto* matische Positionierung des Greifers mittels eines 309 81 S/07Jbi_

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Sechners, um die Aufladung des Reaktors zu beschleunigen, und gestattet dadurch eine öftere Aufladung und infolgedessen eine verbesserte Homogenisierung. Eine Anzahl von Sicherheitsvorrichtungen ist vorgesehen, um eine feste Blockierung des Greifers an die Brennstoffkassette zu gewährleisten und ein zufälliges Fallen der Brennstoff kassette zu vermeiden. Zum Beispiel, wenn einmal der Greifer die Brennstoffkassette ergriffen hat und ist belastet, so wird die Blockierungsvorrichtung l4l-l42 betätigt und vermeidet das Ablösen des Greifers bis die, durch die Brennstoffkassette gebildete Last aufgehoben wird. Ferner können geeignete, elektrische Bloekierungsvorriehtungen (nicht dargestellt) vorge-

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sehen werden, die das Heben des Greifers bis zur vollständigen Einführung der Stifte Ij51 in die Ausnehmungen 135 der Brennstoffkassette vermeiden werden. Diese Vorrichtungen können ΖτΒ. als Mikroschalter ausgebildet sein, der erst dann betätigt wird wenn das Blockierungselement l4l um einen geeigneten Abstand durch die Oeffnung 142 hineingeführt worden ist, was nur dann gesefe.eh.en kann wenn die Tragelemente 1-3 0 ihre vollständige Verschiebung nach aussen ausgeführt haben. Sollten die Stifte 131 nicht mit den Ausnehmungen Ϊ35 fluchten, so wird die Verschiebung nach aussen nicht möglich sein. Aehnlicherweise kann ein Mikroschalter vorgesehen werden, der durch die Elemente 111 und betätigt wird·, wenn sie vollständig gedreht worden; sind,. um die Brennstdffkas.se tte abzulösen. -Dies wird· ein Heben des" Greifers befor er von der Brennstoff kassette voll-' ständig abgelöst' worden' ist, vermeiden.' Aehnlicherweise·, auf Grund der im wesentlichen quadratischen" Konfiguration des oberenTeiles 'der'¹'Brennstoffkassette 'und der '

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ähnlicher Konfiguration des unteren Teiles des Greifers, können die beiden nicht aufeinanderpassen solange sie nicht auf geeigneter Weise fluchten. Wie es aus den Zeichnungen klar zu ersehen ist, ist der Greifer derart ausgebildet, dass er im Falle einer zufälligen Blockierung von Hand demontiert und betätigt werden kann. So kann man, wie bereits beschrieben, das Quadraturrohr II5 mit daran befestigter Nockenplatte 122 und auch das Hubrohr vom oberen Teil aus herausnehmen und dadurch einen Zugang zu den restlichen Teilen des Greifers schaffen.

Die Konstruktion des beschriebenen Werkzeuges 200 zum Herausnehmen von einzelnen Brennstoffstiften weist die Vorteile auf, dass es, ähnlich wie der Greifer, ein zur automatischen Positionierung geeignetes steifes System darstellt, dass das Brennelement, sobald es nur ausgehoben ist, wird sofort in einen kräftigen Kasten 205 eingeschlossen, der ein zufälliges ' Fallen oder Beschädigung verhindert und einen guten Schutz gegen Strahlung gewährleistet, und dass der Brennstoffstift rasch und einfach in seiner Stellung innerhalb des Kastens 205 mittels des unteren, durch die Schwerkraft betätigten Teiles 210 gesichert werden kann.

Die Leichtigkeit der Ersetzung eines schadhaften Brennelementes durch ein frisches Brennelement hoher Aktivität in einem Bündel von sonst zufriedenstellender Elementen niedriger Aktivität kann zusätzliche Probleme einführen, die aus der folgenden Erklärung erscheinen werden. Für die wii'kr,amste Funk tion ie rung des Reaktors ist es wünschenswert, die HeZiehung zwischen der Höchst-

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lind der Mrchsehhlttsleistung -zu einem Minimum zu reduzieren·; Dies empfiehlt den Gebrauch von Brennstoff stiften,, die alle eine niedrige Anreicherung aufweisen, was aber Öftere Aufladungen er fordern .. -würde* Die verbesserten Brennstoffkassette -und Greifer gemäss der Erfindung, die die Ersetzung In weniger Zeit als bei den herkömmlichen ^Konstruktionen gewährleisten, werden öftere Ersetzungen und infolgedessen den Gebrauch von niedrigen Anreicherungen .gestatten. Trotzdem, die Abänderung der Anordnung des herkömmlichen beweglichen Steuerelementes als sieh die Brennstoffaktivität vermindert, wird notwendig sein» Die Abänderung der Position des Steuerelementes in Abhängigkeit von der Aktivität von nebeneinander liegenden Brennstoffkassetten ist aber kein wirksames Mittel zum Ausgleich von stark variierender Aiireicherungsjgraden,* Eine durch die herkömmliche Technik vorgeschlagene. Losung besteht darin, dass man in den Brennstoff stift mit dem spaltbaren Stoff eine abbrennbare Vergiftung einmischt, die abbrennt etwa mit einer Geschwindigkeit, die der Geschwindigkeit der Brehnstoffaktlvitätsvermlnderung etwa gleich ist, aber dies Ist kostspielig und schwer zu kontrollieren im Falle von verschiedenen Anreicherungen. Ein ähnliches Problem besteht wenn man einen schadhaften Brennstoffstift niedriger Anreicherung ersetzen muss. Die Erhaltung eines Ersatzstiftes gleicher Aktivität wird sehr schwer sein. Die Ersetzung durch einen frischen Brennstoffstift höherer Anreicherung würde eine uhgielchmässlge Wärmeerzeugung in der Brennstoffkassette zur Folge haben* was unerwünscht sein kann. Auf Grund der verhältnismässigen Leichtigkeit der Ersetzung von Brennstoffstiften der neuen Brennstoffkassette sfcann man, in Ueberein-

stimmung mit dieser Eigenschaft der Erfindung, Ver-3098 15/0713

giftungsstifte oder -Elemente innerhalb der Brennstoff-¹ kassette in Mischung mit den Brennstoffstlften vorgesehen werden, um eine gleichmässlgere Wärmeerzeugung zu erhalten. Zu diesem Zwecke würden die Vergiftungsstifte, mit Ausnahme, wenn gewünscht;, des oberen Stopfens 35> dieselbe äussere Gestalt haben wie die Brennstoffstifte 30, so dass sie mit diesen vollkommen auswechselbar sein würden. Auf dieser Weise kann ein jeder Brennstoffstift 30 durch einen Vergiftungsstift ersetzt werden. Infolgedessen, im oben beschriebenen Falle, wenn ein Brennelement verminderter Aktivität durch ein frisches Brennelement hoher Aktivität ersetzt wird, so werden zugleich ein oder mehrere der daneben liegenden Brennelemente durch feste Vergiftungsstifte ersetzt, um damit die höhere Neutronerzeugung seitens des frischen Elementes höherer Aktivität auszugleichen.

Zur Erreichung der vorstehend beschriebenen Resultate können die Vergiftungsstifte verschiedenartig hergestellt werden. Als ein Beispiel kann der Vergiftungsstift als ein Rohr aus rostfreiem Stahl ausgebildet sein, das einen festen Stift aus neutronenabsorbierenden Stoff, wie z.B. Bor oder ein anderer bekannter Vergiftungsstoff elnschliesst. Als zweiter Beispiel kann der Vergiftungsstift als ein mit einer hohlen Mitte (Ringröhrenquerschnitt) versehenes Rohr aus rostfreiem Stahl ausgebildet sein, bei dem die Rohrwandungen mit Borpulver gefüllt sind. Eine Veränderung der Rohrwandstärke und infolgedessen der Stärke der Boreinlage, wird es ermöglichen, die Vergiftungswirkung zu kontrollieren. Dies würde der Reaktoranlage die Möglichkeit geben, eine Varietät von solchen Vergiftungsstiften verschiedener Vergiftuttgswirkung zwecks besserer Anpassung an die Ersatzanreicherung am Lager zu halten. Solche Stifte könnten mit

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verhältnismässig niedrigen Kosten hergestellt werden.

Die Möglichkeit, feste Vergiftungsstifte in jede einzelne Brennstoffkassette einzuschalten gewährleistet eine grossere Freiheit in der Wahl der Aktivitätskonfiguration, die zur Peststellung und Aufrechterhaltung einer niedrigen Beziehung zwischen der Höchst- und Durchschnittsleistung beitragen wird. Zum Beispiel, jede Brennstoffkassette oder grösseres BrennstoffStiftenbündel kann ursprünglich aus Brennstoffstiften hoher Anreicherung bestehen, durch die eine Anzahl von abbrennbaren Vergiftungsstiften gleichmassig verteilt ist. Als sich die Aktivität der Brennstoffstifts vermindert, ebenso vermindert sich die Vergiftungswirkung, was eine gleichmässigere Wärmeerzeugung während der Lebensdauer des Bündels gewährleistet. Eine zweckmässigerweise gewählte Anreicherung und Giftkonfiguration würde auch gestatten, dass die beweglichen Steuerelemente während des ganzen Brennstoffkreislaufes in einer vollständig unwirksamen Stellung zu bleiben, was das Problem des Abbrennens der Steuerelemente.vermeidet und bewirkt eine gleichmässigere Erhitzung. Wie bereits erwähnt, soll die Aussengestalt des Vergiftungsstiftes derjenigen des Brennelementes J50 gleich sein, damit das Vergiftungsstift vollständig auswechselbar mit dem Brennelement ist, mit dem Unterschied nur, dass der Stopfen 55 vorzugsweise verschieden ist, so dass das Werkzeug- 200, das zur Aushebung des Brennelementes 30 dient, zur Aushebung des Vergiftungsstiftes nicht gebraucht werden kann, wodurch jede .zufällige Verwechselung der beiden Elemente ausgeschlossen ist. Dies kann man leicht dadurch erreichen, dass man an dem oberen Stopfen des Vergiftungs-

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stiftes ein Gewinde schneidet., das vom Gewinde 35c an dem Brennstoffstift verschieden ist. Zum Beispiel, ist 35c ein rechtgängiges Gewinde, so kann das Vergiftungsstiftgewinde ein linksgängiges Gewinde sein oder eine Gewindesteigung aufweisen, die mit dem Gewinde 202 des zur Entfernung des Brennstoffstiftes dienenden Werkzeuges 200 nicht eingreifen kann. Auf dieser Weise wird für die Handhabung des Vergiftungsstiftes ein separates Werkzeug vorgesehen, das dem Werkzeug ähnlich ist, aber ein an das Gewinde des Vergiftungsstiftes angepasstes Gewinde aufweist. Es soll auch einverstanden sein, dass die neue Brennstoffkassette, anstatt der Ersetzung von Brennelementen durch Vergiftungsstifte mit gesteuerten Vergiftungsgraden, auch eine Freilassung des normalerweise durch ein Brennelement besetzten Raumes, zwecks Vergrösserung der Beziehung zwischen Wasser und Brennstoff, oder eine Ersetzung eines Brennelementes, zum Beispiel, durch einen festen Zirkonijmstift ähnlicher Gestalt, zum Zwecke einer Reduzierung des Volumens des anwesenden Wassers, um einen zusätzlichen Plexiteilitätsgrad in der Erhaltung der optimalen Konfiguration Brennstoff-Moderator-Gift zu erreichen, gestattet.

Während die Begriffe der Erfindung anhand beispielweiser Ausführungsformen ins Klare gesetzt worden sind, wird es dem Fachmann klar sein, dass viele Abänderungen in der Struktur, Einrichtung, Proportionen, Elemente, Materialien und Komponenten, die bei der Anwendung der Erfindung gebraucht werden, und andere, die für spezifische Umgebungsbedingungen und Betriebserforderungen besonders geeignet sind, angebracht werden können,

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ohne sich von den Begriffen der Erfindung zu. entfernen. Es EiTdss also einverstanden sein,, dass die folgenden Patentansprüche alle diese .Abänderungen, in den Grenzen allein des echten Gedankens und Bereiches der Erfindung, decken und umfassen.

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Claims (19)

1. Anm.:Transfer Syst. Inc.

   - T 276 - 15/Wm - 2o. Dezember 1972 -

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   Neue Patentansprüche

   Ij Brennstoffkassette für einen Kernreaktor, bestehend aus einem länglichen Gehäuse (21), einer Mehrzahl von in senkrechter Richtung voneinander distanzierten, mit Öffnungen versehenen Stützplatten, die aus einer oberen (45) und einer unteren (46) Platte bestehen und in horizontaler Richtung im Gehäuse angeordnet sind, und einer Mehrzahl von im Abstand voneinander angeordneten Bremmelementen (3o), die im Gehäuse senkrecht montiert und durch die Stützplatten unterstützt sind, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Brennelement mit einem oberen (35) und einem unteren (4o) Stopfen versehen ist, daß die obere Stützplatte (45) an das Gehäuse abnehmbar befestigt ist und die oberenStopfen (35) der Brennelemente in den Öffnungen dieser Stützplatte (45) aufgenommen werden, und daß die untere Stützplatte (46) am Gehäuse verankert ist und die unteren Stopfen (4o) der Brennelemente in den Öffnungen dieser Stützplatte (46) aufgenommen werden.

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2. 2. Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse eine Mehrzahl von in seinen Wandungen angeordneten Ausnehmungen (58) aufweist und mit Mitteln (56, 57) zur ablösbaren Abstützung der oberen Stützplatte an das Gehäuse versehen ist, wobei diese Mittel aus einer Mehrzahl von an die obere Platte befestigten, nachgiebigen Elementen (56) und an den äusseren Enden der nachgiebigen Elemente angeordneten Vorsprüngen , (57) bestehen, welche Vorsprünge in den in den Wandungen des Gehäuses angeordneten Ausnehmungen aufgenommen werden.
3. 3. Brennstoffkassette nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß die obere Stützpl'atte (45) mit Haken (171) versehen ist, die an den äusseren Enden der nachgiebigen Elemente angeordnet und in einer der Richtung von der die Vorsprünge (57) vorstehen, entgegengesetzten Richt-ung gerichtet sind.
4. 4. Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest eine weitere Stützplatte (6o) vorgesehen ist, die zwischen der oberen und der unteren Stützplatte angeordnet ist, wobei die genannte weitere Stützplatte (6o) an dem Gehäuse verankert und mit Öffnungen (61) versehen ist,durch die die Brennelemente frei durchgehen.

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5. 5. Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Federn (59) vorgesehen sind, die zur elastischen Montierung der Brennelemente (3o) zwischen der oberen und der unteren Stützplatte dienen.
6. 6. Brennstoffkassette für einen Kernreaktor, die aus einer Reihe von Breitime lementen (3o) und einem zur Lagerung dieser Brennelemente (3o) dienenden Gehäuse (21) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit an einer Aussenwand des Gehäuses angeordneten Führungsfläche (24, 26) versehen ist, die zur Führungskupplung mit einem Hubgreifer (loo) dienen.
7. 7. Brennstoffkassette nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Führungsfläche einen geflanschten Teil (24) aufweist, der im oberen Teil des Gehäuses angeordnet ist.
8. 8. Brennstoffkassette nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Führungsfläche eine kegelförmige Fläche (26) aufweist, und daß in den Wandungen des Gehäuses eine Mehrzahl von Ausnehmungen (58) vorgesehen ist, welche Ausnehmungen zur Aufnahme von an

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   einem Greifer (loo) vorgesehenen Hubstiften (131) dienen.
9. 9. Hubgreifer zum Gebrauch für eine Brennstoffkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte (45) mit Greifmitteln (171) für den Greifer versehen ist, und daß der Hubgreifer aus senkrecht verschiebbaren Mitteln, Hubplatten (13o") die auf diesen verschiebbaren Mitteln angeordnet sind, und auf den Hubplatten angeordneten, mit der Stützplatte eingreifenden Mitteln (17o) zum Eingreifen mit den auf der Stützplatte angeordneten Greifmitteln für den Greifer, um die Stützplatte von dem Gehäuse abzunehmen, bestehen.
10. 10. Hubgreifer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Greifmittel für den Greifer aus Haken (I7o) besteht und daß das Mittel zum Eingreifen mit der Stützplatte aus Haken (171) zur Aufeinanderpassung mit den Haken des Greifmittels für den Greifer besteht.
11. 11. Hubgreifer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Hubplatten im Gehäuse

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    angeordnet sind und die auf den Hubplatten angeordneten Mittel zum Eingreifen mit der Stützplatte in Richtung auf die Mitte des Gehäuses vorspringen, und daß Mittel zur Betätigung der Hubplatten vorgesehen sind, die aus einem Nockenstössel für jede Hubplatte, wobei jeder Nockenstössel an die zugeordnete Hubplatte befestigt ist, einen Nockenstift (123') für jeden Nockenstössel, wobei jeder Nockenstift den zugeordneten Nockenstössel betätigt, einem Nocken (122") zur Bewegung der Nockenstifte in einer horizontalen Richtung und Betätigungsmittel (115") zur Drehung des Nockens bestehen.
12. 12. Hubgreifer zum Gebrauch für eine Brennstoffkassette nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse mit in seinen Wandungen angeordneten Ausnehmungen (58) versehen ist, und der Hubgreifer aus in horizontaler Richtung verschiebbaren Mitteln (125), Hubmitteln (I3o), die auf den verschiebbaren Mitteln angeordnet sind, auf den Hubmitteln angeordneten Vorsprüngen (131) , die in den am Gehäuse angeordneten Ausnehmungen (58) aufgenommen werden, um das Gehäuse zu unterstützen, und Mitteln zur Betätigung der verschiebbaren Mittel besteht.

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13. 13. Hubgreifer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Hubmittel (13o) aus sich senkrecht erstreckenden Platten besteht, die zur Aufnahme im Gehäuse angepasst sind, und daß die Vorsprünge sich von den Hubplatten nach aussen erstrecken.
14. 14. Hubgreifer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das verschiebbare Mittel aus einem mit einer jeden der Hubplatten verbundenen Nockenstössel (125) , einem drehbaren Nocken (122) , der mit einem Nockenstift (123) für einen jeden Nockenstössel, wobei die Nockenstifte je einen Nockenstössel betätigen, und Mitteln (111, 115) zur Drehung des Nockens, um die Hubplatten seitlich wahlweise nach innen und nach aussen in Bezug auf das Gehäuse zu bewegen, be steht.
15. 15. Brennstoffkassette für einen Kernreaktor, bestehend aus einem länglichen Gehäuse und einer Mehrzahl von länglichen stabförmigen Brennelementen, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und von diesem getragen werden/ dadurch gekennzeichnet, daß alle Brennelemente (3o) die gleiche äussere Ausbildung aufweisen und austauschbar sind.

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16. 16. Brennstoffkassette nach Anspruch 15, dadurch g ekennzeichnet , daß in dem Gehäuse wenigstens ein Vergiftungsstab im wesentlichen unbeweglich in senkrechter Lage angeordnet und getragen wird und daß der Vergiftungsstab im wesentlichen die gleiche Ausbildung wie die Brennelemente aufweist und mit diesen austauschbar ist.
17. 17. Brennstoffkassette nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Vergiftungsstab aus einem hohlen Rohr besteht, das im Querschnitt ringförmig ausgebildet ist und dessen Wandungen mit einem brennbaren Vergiftungsstoff gefüllt sind.
18. 18. Brennstoffkassette nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennelemente mit in gleicher Weise ausgebildeten oberen und unteren Gewindeendstopfen (35, 4o) versehen sind.
19. 19. Brennelement zur Verwendung in der Brennstoffkassette nach Anspruch 15, bestehend aus einem länglichen, spaltbaren Material enthaltendes Rohr,

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    dadurch gekennzeichnet, daß es in gleicher Weise ausgebildete obere und untere Gewindeendstopfen (35, 4o) mit gleichem Gewinde aufweist.

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