DE2538192C3 - Dichtverbindung für Brennelemente eines gasgekühlten Kernreaktors - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtverbindung zwischen der Kerntragplatte und den in Aufnahmebohrungen derselben aufgehängten, mit Spaltgasabführung versehenen Brennelementen eines gasgekühlten Kernreaktors.

Gegenüber Brennelementen von wassergekühlten Kernreaktoren sind diese druckentlastet. Diese Druckentlastung ist so vorgesehen, daß die in einem Brennelement frei werdenden gasförmigen Spaltprodukte, die sogenannten Spaltgase, an ein Spaltgassammelsystem und von dort in den Reinigungskreislauf der Reaktoranlage überführt werden. Für den Aufbau gasgekühlter Kernreaktoren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die den Reaktorkern bildenden Brennelemente an einer Kerniragplatte aufzuhängen. Die Auswechselung der Brennelemente erfolgt dabei von unterhalb des Reaktorkerns, die Kerninstrumentierung dagegen wird von oberhalb der Kerntragplatte zugeführt Die einzelnen Brennelemente sind dabei vollständig ummantelt, so daß ein erzwungener Gasstrom über die das Brennelement enthaltenden Brennstäbe geführt wird. Der Kühlgasstrom tritt dabei von oben in das an dieser Stelle mit einem rohrförmigen Kragen versehene Brennelement ein. Da die Brennelemente im allgemeinen eine sechseckige Geometrie aufweisen, erweitert sich dieser rohrförmige Kragen über ein konisches Zwischenstück zu dem eigentlichen Brennelemtmantel.

Die Befestigung des Elementes erfolgt über einen Klinkenmechanismus im Elementkopf, der eine Zugkraft einleitet und das Element gegen die Kerntragplatte preßt

Aus der Technik der wassergekühlten Kernreaktoren ist es dabei bekannt, den Brennelementmantel über konische Dichtflächen gegenüber einem rohrförmigen Stutzen der Tragplatte zu zentrieren und abzudichten, siehe DE-OS 22 45 C06. Das Problem der Spaltgasabführung tritt hier aber nicht auf.

Für die Überleitung der Spaltgase bei gasgekühlten Brennelementen könnte das genannte konische Zwischenstück des Elementes, das mit jenen aus der DE-OS 22 45 006 kaum eine konstruktive Ähnlichkeit hat und an ein konisches Gegenstück in der Kerntragplatte gezogen wird, Verwendung finden. Wenn die Gasübertrittsstelle an diesem Konus angeordnet wird, so ergeben sich Probleme mit der technisch realisierbaren Winkelgenauigkeit. Die Leckage einer solchen Abdichtung nimmt mit der dritten Potenz der gegenseitigen Winkelabweichung zu und erreicht sehr schnell Werte, die größer sind als jene, die für die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz zwischen dieser Spaltgasübertrittsstelle und der Eintrittsstelle des gereinigten Gases vor dem Hauptgebläse liegt. Diese Druckdifferenz sorgt über ein Solleck für einen ausreichenden Kühlgasstrom durch die Spaltgassammelleitungen und damit für einen zuverlässigen Abtransport der Spaltgase. Für den Fall, daß diese Druckdifferenz zu klein würde, wäre die Gefahr des Austritts des radioaktiven Spaltgases in den direkten Kühlmittelkreislauf des Reaktors gegeben, eine Abzweigung dieser Spaltgase über den Reinigungskreislauf wäre dann praktisch nicht mehr möglich.

Da die Gewährleistung einer entsprechenden Winkelgenauigkeit zwischen den Anlageflächen Brennelement/Kerntragplatte wegen dieser Gesichtspunkte nur sehr schwierig möglich ist, stellte sich die Aufgabe, unter Beibehaltung der grundsätzlichen Befestigungsart der Brennelemente an der Kerntragplatte für eine Dichtverbindung der Spaltgasleitungen zu sorgen, deren Genauigkeit nicht mehr von der Präzision der Anlageflächen abhängt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei der eingangs genannten Dichtverbindung erfindungsgemäß darin, daß die mit einem zur Führung des Kühlgases hohlen und zylindrischen Kopfstück versehenen Bauelemente in an sich bekanntet Weise über Kolbenringe gegenüber den Aufnahmebohrungen der Kerntragplatte abgedichtet und am Brennelementkopf sowie an der Kerntragplatte in ebenfalls an sich bekannter Weise mit zueinander parallelen konischen Flächen versehen sind, und daß zwischen diesen beiden Flächen drei am Brennelement befestigte und um jeweils 120" versetzte Abstützfüße vorgesehen sind, von denen einer gleichzeitig die Verbindung der Spaltgasabführungsleitungen in Brennelement und Kerntragplatte enthält. Dieser die Spaltgasverbindungsleitung enthaltende Abstützfuß ist nicht starr mit dem Brennelementkopf verbunden,

sondern sitzt lose in einer trichterförmigen Absenkung desselbea Er ist an dieser Stelle mit einer Kugelkalotte versehen und durch eine mechanische Sicherung so lose gehalten, daß beim Einsatz des Brennelementes automatisch eine flächige Abdichtung gegenüber einer am Konus der Kerntragplatte angebrachten ebenen Fläche, an der eine Spaltgasableitung mündet, gegeben ist Die Kolbenringabdichtung des zylindrischen Kopfstückes des Brennelementes ist an sich bekannt und wurde bereits in der DE-OS 20 40 904 sowie im GM 70 42 393 vorgeschlagen.

Zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung sei nunmehr Bezug genommen auf die F i g. 1 bis 3, in denen ein mögliches Ausführangsbeispiel näher dargestellt ist

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen gasgekühlten Kernreaktor, in diesem Falle einen schnellen Brutreaktor. Der Reaktorkern 1, der im wesentlichen aus den Brennelementen 12, die an der Kcrntragplatte 11 befestigt sind, besteht, ist in der Zentralzone eines Spannbetonbehälters untergebracht und von einigen Wärmetauschern 2 sowie Gebläsen 3 für das Kühlgas in symmetrischer Anordnung umgeben. Durch Pfeile ist die Strömungsrichtung des gasförmigen Kühlmittels, wie z. B. Helium, angegeben. Mit 6 sind Durchführungen für die Belademaschine unterhalb des Reaktorkerns 1 eingezeichnet. Des weiteren ist der Reaktorkern von einem thermischen Schild 5 umgeben, mit 4 sind die Pumpen eines Notkühlkreislaufes bezeichnet. Die zum Reinigungssystem des Reaktors führenden Spaltgasabführungsleitungen, die an der Kerntragplatte 11 angeschlossen sind, sind in dieter Übersichtsskizze nicht näher dargestellt.

Die F i g. 2 zeigt eine Längsansicht eines Brennelementes 12 in seinem Sitz in der Kerntragplatte 11. Es ist dort zunächst mit Kolbenringen 13 abgedichtet, so daß das von oben kommende Kühlgas in Pfeilrichtung nur durch das innere des gesamten Brennelementes strömen kann. Der Befestigungsmechanismus des Brennelementes in der Kerntragplatte ist nur rein schematisch angedeutet, da er für das Wesen der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung ist. Der Mantel des Brennelementes 126 ist an seinem Übergang zum rohrförmigen Teil konisch abgeschrägt (12a/ Diese Abschrägung sitzt im Konus 19 der Kerntragplatte 11. An dieser Stelle befinden sich auf dem Konus 12a jeweils um 120° versetzt drei Abstützfüße, so daß zwischen den Flächen 19 und 12a ein konusförmiger Ringspalt Ua verbleibt. Einer dieser Abstützfüße 18 ist beweglich und daher in der Lage, Winkelungenauigkeiten zwischen den Flächen 19 und 12a auszugleichen. Dieser Abstützfuß ist, damit er auch gleichzeitig die benötigte Abdichtfunktion ausüben kann, etwa so wie in F i g. 3 dargestellt, ausgebildet.

Der Abstützfuß ist mit 18 bezeichnet und sitzt mit seinem kugeikalottenähnlichen Ende in einer konischen Ausdrehung 16 des Brennelementkopfes \2b. Durch die Kugelgestalt sind Schwenkbewegungen möglich, ohne daß die abdichtende Berührung verlorengeht Die andere Seite des Tragefußes 18 ist mit einer geraden Fläche versehen, die sich automatisch beim Einsetzen des Brennelementes an eine ebene Einfräsung 19a der Kerntragplatte 11 anlegt Die Spaltgasleitungen 14 im Brennelementkopf und 15 in der Kerntragplatte werden durch eine Zentralbohrung im Abstützfuß 18 miteinander verbunden, die Halteeinrichtung des Brennelementes an der Kerntragplatte sorgt durch ihren Zug in axialer Richtung nach oben für einen zuverlässigen und ausreichenden Dichtsitz dieser Verbindung der Spaltgasableitungen. Da durch diese Spannkraft eine gewisse Verformung des Materials des Brennelementes im Bereich der Einfräsung 16 bewirkt wird, könnte diese bei einem erneuten Einsatz an einer anderen Stelle der Kerntragplatte, wie es beim Brennelementwechsel durchaus möglich und notwendig sein kann, zu Undichtigkeiten führen. Zur Vermeidung dieser Gefahr wird daher der Sitz des beweglichen Abstützfußes 18 durch Einpressen einer gehärteten Stahlkugel in die Ausdrehung 16 vorverformt und verfestigt Der Preßdruck entspricht dabei etwa dem doppelten Wert der normalerweise vorgesehenen Abstützkraft. Auf diese Weise ist von vornherein nicht nur eine linienförmige Abdichtung zwischen der Kugelkalotte des Tragefußes 18 und der Eindrehung 16 gegeben, sondern eine verhältnismäßig breite ringförmige, jedoch kugelförmig gewölbte Anlagefläche. Während des Einsetzens des Brennelementes in die Kerntragplatte ist bei einem derartig vorbereiteten Sitz keine Verformung mehr zu befürchten, so daß auch ein Auswechseln der Brennelemente ohne Schwierigkeiten bezüglich der Abdichtung durchführbar ist. Selbstverständlich darf der Abstützfuß 18 nur eine beschränkte Freiheit hinsichtlich seiner Aufsetzrichtung haben, da sonst ein Verkanten desselben möglich wäre. Dies wird durch eine mechanische Sicherung in Gestalt einer durchbohrten flachen Gewindescheibe 17 erreicht, die außerdem eine Sicherung gegen das Herausfallen des Abstützfußes 18 darstellt.

Diese Konstruktion gewährleistet eine selbsttätige Anpassung des Abstützfußes 18 an die Winkelgenauigkeit der gegenüberliegenden Flächen, so daß deren Fertigungstoleranzen im normalen Rahmen gehalten werden können. Infolge der verhältnismäßig breiten Dichtflächen auf beiden Enden des Abstützfußes 18 ist eine Erhöhung der Befestigungskraft zwischen Kerntragplatte und Brennelement zur Erzielung einer ausreichenden Dichtigkeit dieser Verbindung nicht notwendig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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   Patentansprüche:

   J. Dichtverbindung zwischen der Kerntragplatte und den in Aufnahmebohrungen derselben aufge- $ hängten, mit Spaltgasabführung versehenen Brennelementen eines gasgekühlten Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem zur Führung des Kühlgases hohlen und zylindrischen Kopfstück versehenen Brennelemente in an sich m bekannter Weise über Kolbenringe (13) gegenüber den Aufnahmebohrungen der Kerntragplatte (11) abgedichtet und am Brennelementkopf (\2b) sowie an der Kerntragplatte (11) in ebenfalls an sich bekannter Weise mit zueinander parallelen konisehen Flächen (19 und YIa) versehen sind, und daß zwiscnen diesen beiden Flächen (19 und 12a^drei am Brennelement befestigte und um jeweils 120° versetzte Abstützfüße (18) vorgesehen sind, von denen einer gleichzeitig die Verbindung der Spaltgasabführungsleitungen (14, 15) in Brennelement (12) und Kerntragplatte (11) enthält.
2. 2. Dichtverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Abstützfüße starr mit dem Brennelementkopf (\2b) verbunden, der dritte (18), mit einer Verbindungsbohrung für die Spaltgasabführung versehene Abstützfuß jedoch mit einer Kugelkalotte in einer trichterförmigen Absenkung (16) des Brennelementkopfes durch eine mechanische Sicherung (17) so lose gehalten ist, daß beim Einsatz des Brennelementes (12) in die Aufnahmebohrung der Kerntragplatte (11) automatisch eine flächige Abdichtung gegenüber einer am Konus der Kerntragplatte (11) angebrachten ebenen Fläche (19ajl an der eine Spaltgasableitung (15) mündet, gegeben ist.
3. 3. Dichtverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltgasabführungsleitung (14) des Brennelementes (12) in der trichterförmigen Absenkung (16) des Brennelementkopfes (
   mündet und die Oberfläche dieser Absenkung durch Einpressen einer gehärteten Kugel vom Durchmesser der Kugelkalotte am Abstützfuß (18) mit etwa der doppelten normalerweise vorgesehenen Abstützkraft mit der für eine stets reproduzierbare Abdichtung benötigten Konditionierung vorgesehen ist.