DE2431165A1 - METHOD AND DEVICE FOR PROTECTING A NUCLEAR REACTOR FUEL ELEMENT BUNDLE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR PROTECTING A NUCLEAR REACTOR FUEL ELEMENT BUNDLEInfo
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Description
Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. BEETZ sen. Dip!-Ing. K. LAMPRECHT Patent Attorneys Dlpl.-Ing. R. BEETZ sen. Dip! -Ing. K. LAMPRECHT
Dr.-lng. R. BEETZ Jr. β München 22, Steinedörfetr. 1*Dr.-lng. R. BEETZ Jr. β Munich 22, Steinedörfetr. 1*
410-22.846P 23. 6. 1974410-22.846P June 23, 1974
Commissariat a !'Energie Atomique, Paris (Prankreicn)Commissariat a! 'Energie Atomique, Paris (Prankreicn)
Verfahren und Vorrichtung zum Schutz eines Kernreaktor-BrennelementbtindelsMethod and device for protecting a nuclear reactor fuel assembly
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz eines Kernreaktor-Brennelementbündeis.The invention relates to a method and an apparatus to protect a nuclear reactor fuel assembly.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, durch das ein Brennelementleck hervorgerufen werden kann, wenn das Brennelement ein anormales Schwellen aufweist, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention particularly relates to a method by which a fuel assembly leak can be caused when the fuel assembly has abnormal swelling, and an apparatus for performing this method.
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Bekanntlich besteht in einem Kernreaktor der.Reaktorkern aus mehreren Brennelementbündeln, deren jedes selbst seinerseits aus gestreckten Brennelementen aufgebaut ist. Im allgemeinen ist der eigentliche Brennteil des Brennelements (Uran, Uranoxid, usw.) von einer Metallhülle verkleidet, die gleichzeitig abdichtet. Diese Hülle besteht im allgemeinen aus rostfreiem Stahl oder häufiger aus einer Zirkonlegierung.As is well known, there is a reactor core in a nuclear reactor of several fuel bundles, each of which itself is constructed from elongated fuel assemblies. In general, the actual burning part is of the fuel element (uranium, uranium oxide, etc.) is clad by a metal shell that seals at the same time. These The sheath is generally made of stainless steel or, more commonly, a zirconium alloy.
Die Brennelemente ein und desselben Brennelementbündels sind untereinander durch Abstandsgitter zusammengefaßt (vgl. z. B. DT-PS 1 933 319, erteilt am 9. 8. 1973).The fuel assemblies of one and the same fuel assembly are grouped together by spacer grids (see e.g. DT-PS 1 933 319, issued August 9, 1973).
Bei einer Betriebsstörung des Reaktors, z. B. bei einem zufälligen Anhalten des Primärkühlmittelumlaufs,.tritt ein Schwellen der Brennelementhülle auf. Dieses Schwellen kann zu einem Verschließen der öffnungen der Abstandsgitter führen. Dies verhindert einen Umlauf von Kühlmittel, des im Notfall in der Nähe der defekten Brennelementhüllen eingespritzt wird. Es ist daher wünschenswert, ein Brennelementleck hervorzurufen, damit das Kühlmittel wieder strömen kann.In the event of a malfunction of the reactor, e.g. B. in the event of an accidental stopping of the primary coolant circulation swelling of the fuel element cladding. This swelling can close the openings in the spacer grids to lead. This prevents coolant from circulating in the vicinity of the defective fuel element cladding in an emergency is injected. It is therefore desirable to cause a fuel bundle leak with the coolant can flow again.
Es gibt bereits verschiedene Sicherheitsvorrichtungen, die bei einer Temperaturerhöhung des Brennstabs ein Leck der Schutzhülle erzeugen (vgl. z. B. FR~PS 1 303 828, angemeldet am l6. 10. 1961 von U.K.A.E,A., mit dem Titel "Kernreaktor-Brennpatrone"). In einer derartigen Vorrichtung befindet sich im Innern der Brennelementhülle eine Substanz, die bei einer Temperatur oberhalb der normalen Betriebstemperatur der Brennpatrone sich schneller als das Brennelement und die Hülle ausdehnt, so daS ein LeckThere are already various safety devices that act when the temperature of the fuel rod increases Create a leak in the protective cover (see e.g. FR ~ PS 1 303 828, registered on l6. 10. 1961 by U.K.A.E, A., Entitled "Nuclear reactor fuel cartridge"). In such a device is located inside the fuel assembly cladding Substance that at a temperature above the normal operating temperature of the fuel cartridge is faster than the fuel assembly and cladding expands, causing a leak
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dieser Hülle entsteht. Dies bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß ein weiterer körper schmilzt. Im übrigen können die Überhitzungen lokalisiert auftreten, während diese bekannte Vorrichtung nur an einem gegebenen Punkt des Brennstabs anspricht. Außerdem greift sie nicht direkt im Zeitpunkt des Hüllenschwellens ein.this shell is created. However, this has the disadvantage that another body melts. Furthermore The overheating can occur locally, while this known device occurs only at a given point of the fuel rod responds. In addition, it does not intervene directly at the time of the hull swelling.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz von Brennelementbündeln anzugeben, bei denen die genannten Nachteile vermieden sind, indem direkt auf das Schwellen der Brennelementhülle eingewirkt wird.It is therefore the object of the invention to provide a method and specify a device for the protection of fuel assemblies, in which the disadvantages mentioned are avoided by directly acting on the swelling of the fuel element cladding is acted upon.
Ein Verfahren zum Schutz eines Kernreaktor-Brennelementbündels, das aus mehreren gestreckten Brennelementen besteht, die mit einer Schutzhülle versehen sind, wobei die Brennelemente untereinander durch eine starre Konstruktion verbunden sind, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Brennelementhülle gelocht wird, wenn ihr Schwellen einen vorgegebenen Wert überschreitet.A method of protecting a nuclear reactor fuel bundle comprised of a plurality of elongated fuel bundles, which are provided with a protective cover, whereby the fuel assemblies are interconnected by a rigid construction are connected, is characterized according to the invention in that the fuel element cladding is perforated, if their threshold exceeds a predetermined value.
Eine erste Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Lochen der Brennelementhülle erfolgt, indem die starre Konstruktion mit VorSprüngen versehen wird, die als Dorne wirken, und daß die Vorsprünge so angeordnet werden, daß sie in die Brennelementhülle nur dann eindringen, wenn diese das vorgegebene Schwellen überschreitet.A first development of the invention consists in the fact that the fuel element cladding is perforated by the rigid The construction is provided with projections which act as spikes, and that the projections are arranged in such a way that that they penetrate into the fuel assembly cladding only when it exceeds the predetermined threshold.
Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erzielt, daß das Lochen der Brennelementhülle dadurch er-A second embodiment of the invention is achieved in that the perforation of the fuel element cladding thereby
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reicht wird, daß mindestens ein Teil der Brennelemente mit Vorsprüngen versehen wird, die als Dorne wirken, die vom Brennelement nach außen vorspringen und so angeordnet sind, daß sie die Hülle eines unmittelbar benachbarten Brennelements lochen, und zwar nur dann, wenn diese ein vorgegebenes Schwellen überschreitet. it is sufficient that at least some of the fuel assemblies are provided with projections which act as mandrels, which protrude from the fuel assembly outward and are arranged so that they are the shell of a directly perforate adjacent fuel assembly, and only if it exceeds a predetermined threshold.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die starre Konstruktion durch mehrere Gitter gebildet ist, die untereinander parallel und mit gleichmäßig verteilten Öffnungen versehen sind, durch die sich Brennelemente erstrecken, wobei jede Öffnung mindestens einen Vorsprung in Form eines Doms aufweist, und wobei der Vorsprung so beschaffen ist, daß er in die Brennelementhülle eindringt, sobald der Durchmesser der betreffenden Hülle einen vorgegebenen Wert überschreitet.An apparatus for carrying out the method according to the invention is characterized in that the rigid construction is formed by several grids, which are parallel to each other and with evenly distributed openings are provided through which fuel assemblies extend, each opening at least has a protrusion in the form of a dome, and wherein the protrusion is adapted to be in the fuel element clad penetrates as soon as the diameter of the relevant cladding has reached a predetermined value exceeds.
Dabei ist es zweckmäßig, daß die Gitteröffnungen im wesentlichen rechteckig bzw. quadratisch sind, und daß jede Gitteröffnung zwei Vorsprünge an zwei entgegengesetzten Eckpunkten aufweist.It is useful that the grid openings are essentially rectangular or square, and that each grid opening has two projections at two opposite corner points.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawing, in which various exemplary embodiments are shown. Show it:
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Pig. 1 einen radial ebenen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Dorn gezogen ist;Pig. 1 shows a radially planar section through an embodiment of the invention Apparatus with the mandrel drawn;
Fig.- 2 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels von Fig. IjFig. 2 is a perspective view of the embodiment of Fig. Ij
Fig. 3-5 perspektivische Ansichten von drei Ausführungsbeispielen von Dornen, die durch Biegen erhalten sind; und3-5 perspective views of three exemplary embodiments of mandrels which obtained by bending; and
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren AusfUhrungsbeispiels, wobei die Dorne direkt am Brennelement befestigt sind.6 is a perspective view of a further exemplary embodiment, the Mandrels are attached directly to the fuel assembly.
In den AusfUhrungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 5 ist von einem Abstandsgitter ausgegangen, wie es in der DT-PS 933 319 beschrieben ist. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung ebenso auch bei anderen Abstandsgittern angewendet werden kann.In the AusfUhrungsbeispielen according to Fig. 1 to 5 is from assumed a spacer grid, as described in DT-PS 933 319. It goes without saying, however, that the invention also applies to other spacer grids can be applied.
Die Abstandsgitter, die zum Halten von Brennstäben 2 mit einer Hülle 3 dienen, bestehen aus einem Raster von Blechen 4 und 6, die rechtwinklig angeordnet sind und Zellen mit im wesentlichen quadratischem bzw. rechteckigem Quer-The spacer grids, which are used to hold fuel rods 2 with serve a shell 3, consist of a grid of metal sheets 4 and 6, which are arranged at right angles and cells with essentially square or rectangular transverse
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schnitt begrenzen. Auf diese Weise ist jeweils einer der Brennstäbe 2 in jeder Zelle angeordnet, um durch deren Wände gehalten zu werden. Die Bleche 4 und 6 sind mit Aussparungen 10 versehen, die gleichmäßig verteilt und durch schmale Bänder 12 und 14 getrennt sind. Die Bänder 12 und 14 sind gewellt und bilden eine Feder. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Brennstäbe in den Zellen durch die von den Bändern 12 gebildeten Federn gehalten, die den jeweiligen Brennstab an Festpunkte 15 und 16 anlegen, die durch Vorsprünge der Bleche 4 und 6 gebildet sind.limit cut. In this way, one of the fuel rods 2 is arranged in each cell to pass through Walls to be held. The sheets 4 and 6 are provided with recesses 10, which are evenly distributed and are separated by narrow bands 12 and 14. The belts 12 and 14 are corrugated and form a spring. How out As can be seen from Fig. 1, the fuel rods are held in the cells by the springs formed by the bands 12, which apply the respective fuel rod to fixed points 15 and 16, which are formed by projections of the sheets 4 and 6 are.
Ein Leck der Hülle 3 wird in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und 2 durch Dorne l8 und 20 erhalten, die durch Ziehen von die Aussparungen 10 begrenzenden Abschnitten der Bleche 4 und 6 hergestellt werden. Diese Dorne 18 und 20 liegen im wesentlichen den Vorsprüngen 15 und l6 gegenüber. In Fig. 1 ist in Strichpunktlinie eine Dicke e angegeben, die das mögliche Schwellen des Brennelements 2 anzeigt, bevor die Hülle j5 durch die Dorne l8 und 20 gelocht wird, d. h. die normale Ausdehnung der Hülle.A leak of the envelope 3 is in the embodiment of FIG Fig. 1 and 2 obtained by mandrels l8 and 20, which by Pulling of the recesses 10 delimiting sections of the sheets 4 and 6 are made. These mandrels 18 and 20 are essentially opposite the projections 15 and 16. In Fig. 1, a thickness e is shown in dash-dotted lines indicated, which indicates the possible swelling of the fuel assembly 2 before the casing j5 is pierced by the mandrels 18 and 20 will, d. H. the normal expansion of the envelope.
Gemäß Fig. 3 sind Dorne 22 und 24 an zwei entgegengesetzten Eckpunkten der im wesentlichen rechteckigen Zelle 8 angebracht. Die Dorne 22 und 24 haben eine solche Länge, daß sie an der Brennelementhülle anliegen, wenn diese ein vorgegebenes Schwellen zeigt. Die Dorne 22 und 24 werden durch Biegen von zwei Gehrungen (26 und 28 für den Dorn 22) erhalten, wobei diese Gehrungen in den Blechen 4 und bei deren Zuschneiden vorgesehen werden.According to Fig. 3, mandrels 22 and 24 are on two opposite sides Corner points of the substantially rectangular cell 8 attached. The mandrels 22 and 24 have such a length that they rest against the fuel element cladding when it shows a predetermined swelling. The mandrels 22 and 24 are obtained by bending two miters (26 and 28 for the mandrel 22), these miters in the sheets 4 and are provided when they are cut.
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In Fig. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Dorne abgebildet. Dorne 26 und 28 liegen ebenfalls an zwei entgegengesetzten Ecken der Zelle 8. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Bleche 6 und 4 an ihrem oberen Abschnitt Verlängerungen 30 und 32, die mit in Strichlinie gezeigten Gehrungen versehen sind. Vor dem Zusammenbau der Bleche 4 und 6 für die Herstellung des Abstandsgitters werden die Gehrungen 33 zurückgebogen, damit sie die in Fig. 4 gezeigte Lage annehmen.In Fig. 4, another embodiment of the mandrels is shown. Arbors 26 and 28 are also on two opposite corners of the cell 8. In this embodiment, the sheets 6 and 4 at their upper Section extensions 30 and 32, those with in dashed line shown mitres are provided. Before assembling the sheets 4 and 6 for the production of the spacer grid the mitres 33 are bent back so that they fit the in 4 assume the position shown.
Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel von durch Biegen hergestellten Dornen. Dorne 35 und 35' befinden sich in der Mitte von zwei aufeinanderfolgenden Seiten der Zelle 8«, Diese Dorne liegen auf derselben Vertikalen wie der entsprechende Vorsprung. Jedoch ist selbstverständlich ihre Länge etwas größer.Fig. 5 shows a third embodiment of mandrels made by bending. Arbors 35 and 35 'are located in the middle of two successive sides of the cell 8 '. These thorns lie on the same vertical like the corresponding lead. However, their length is of course somewhat greater.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Dorne zu sehen, um die Brennelementhüllen nach deren Schwellen zu "zersprengen". Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Dorne nicht mehr am Abstandsgitter, sondern an einem Brennelement befestigt, wobei die Dorne auf benachbarte Brennelemente einwirken.In Fig. 6 a further embodiment of the mandrels can be seen to the fuel assembly cladding after their swelling to "blow up". In this embodiment, the mandrels are no longer on the spacer grid, but on attached to a fuel assembly, the mandrels acting on adjacent fuel assemblies.
Das Brennelement 2 ist mit einer kreisrunden Manschette 34 versehen, die die Hülle 3 des betreffenden Brennelements 2 umgibt. Die Manschette 34 hat einen Durchmesser, der etwas größer als der Außendurchmesser des Brennelements ist. Sie ist am Brennelement 2 über mehrere Laschen 36 befestigt. Die Laschen 36 haben eine gekrümmte Form und wirken wie Blattfedern, die sich gegen die Außenfläche des Brennelements 2 legen. Die ManschetteThe fuel assembly 2 is provided with a circular sleeve 34, which the shell 3 of the relevant fuel assembly 2 surrounds. The sleeve 34 has a diameter that is slightly larger than the outer diameter of the fuel assembly is. It is fastened to the fuel assembly 2 by means of several tabs 36. The tabs 36 have a curved one Shape and act like leaf springs that lie against the outer surface of the fuel assembly 2. The cuff
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ist mit mehreren Dornen 38 versehen, die von der Manschette 34 vorspringen und radial angeordnet sind. In Fig. 6 sind vier Dorne gleichmäßig verteilt, so daß sie auf vier benachbarte Brennelemente des betreffenden Brennelements einwirken können. Es versteht sich, daß jedes Brennelement mit Dornen mehrere derartige Manschetten 3^ aufweisen kann, die über die ganze Höhe des Brennelements verteilt sind.is provided with several spikes 38 extending from the cuff 34 protrude and are arranged radially. In Fig. 6 are four pins evenly distributed so that they are on four adjacent fuel assemblies of the relevant fuel assembly can act. It goes without saying that each fuel assembly with mandrels has a plurality of such collars 3 ^ can, which are distributed over the entire height of the fuel assembly.
Entweder versieht man jedes Brennelement mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, in welchem Fall alle Brennelemente während des Schwellens gelocht werden können, was jedoch zu einem redundanten System führt. Oder man versieht nur einige bestimmte Brennelemente mit einer derartigen Vorrichtung.Either one provides each fuel assembly with the device described above, in which case all Fuel assemblies can be punched during swelling, but this leads to a redundant system. or only a few specific fuel assemblies are provided with such a device.
Zusammenfassend ist darauf hinzuweisen, daß einer der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin liegt, daß direkt auf das Schwellen der Brennelementhülle eingewirkt wird, ohne einen Zwischenschritt über andere Parameter wie die Temperatur vorzusehen. Dies gibt der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine sehr große Zuverlässigkeit. In summary, it should be noted that one of the advantages of the device according to the invention is that the swelling of the fuel element cladding is acted on directly, without an intermediate step via other parameters how to provide the temperature. This gives the device according to the invention a very high level of reliability.
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Claims (7)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|
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