-
-
Kernreaktor
-
Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem Reaktorkern, der
aus einzelnen vertikal angeordneten länglichen Brennelementen zusammengesetzt ist
und von einem Kühlmittel in Längsrichtung der Brennelemente von unten nach oben
durchströmt wird, wobei die Brennelemente mit einem Fuß stück in eine Öffnung einer
unteren Gitterplatte greifen. Die Gitterplatte sorgt für die richtige Lage der Brennelemente
im Kernverband. Eine ähnliche Gitterplatte ist üblicherweise am oberen Rand des
Kernes vorgesehen, so daß sich ein möglichst stabiler Aufbau ergibt. Er muß nämlich
den Beanspruchungen durch das Kühlmittel gewachsen sein und alle weiteren, im Betrieb
denkbaren Kräfte aufnehmen.
-
Zu den Beanspruchungen durch das Kühlmittel gehört auch eine in Strömungsrichtung
verlaufende und durch den Strömungswiderstand des Kernes verursachte Kraft in Längsrichtung
der Brennelemente. Diese Kraft ist besonders groß bei Brutreaktoren oder Konverterreaktoren,
die zur besseren Ausnutzung des Urans eingesetzt werden.
-
Hier ist der Abstand zwischen den Brennstäben der einzelnen Brennelemente
und auch zwischen den Brennelementen sehr gering. Da zugleich wegen der großen Leistungadichte
ein hoher Kühlmitteldurchsatz erforderlich ist, gibt es einen erheblichen Staudruck,
der die Brennelemente zu bewegen versucht. Hiergegen soll eine einfache mechanische
Festlegung erreicht werden.
-
Gemäß der vr! ung ist vorgesehen, daß das Fußstück einen in Längsrichtung
des Brennelements beweglichen
Steuerkörper und einen zwischen diesem
und der Gitterplatte liegenden Verriegelungskörper aufweist, der quer zur Längsrlcung
beweglich ist und von dem Steuerkörper in an sich bekannt^ Weise über eine schiefe
Ebene aus einer Ruheste)lung, in der der Verriegelungskörper im Querschnitt des
Brennelementfußes liegt, in eine Sperrstellung bewegbar ist, in der der Verriegelungskörper
hinter einen seitlichen Vorsprung in der Öffnung der Gitterplatte greift.
-
Mit der Erfindung werden die Brennelemente gegenüber den durch das
Kihlnilttel gegebenen Kräften "hängend" festgelegt. Dies heißt, daß die Brennelemente
an der Eintrittsseite des Kühlmittels formschlüssig befestigt sind. Hierfür bietet
das Fußstück günstige Möglichkeiten, weil es im Gegensatz zu den Brennstäben mechanisch
fest ist. Außerdem hat die Festlegung am Eintrittsende der Brennelemente den Vorteil,
daß keine Stauchung der Brennelemente vorkommen kann, wie dies bei einer Festlegung
am Austrittsende der Fall sein könnte. Außerdem könnten Verriegelungseinrichtungen
am oberen Kernende das Auswechseln von Brennelementen beeinträchtigen,und sie wären
dort auch den höchsten Temperaturbeanspruchungen ausgesetzt.
-
Eine Verriegelung von Brennelementen ist zwar bei Transporteinrichtungen
für Brennelemente, zum Beispiel bei den sogenannten Lademaschinen üblich. Im Gegensatz
dazu handelt es sich aber bei der Erfindung um eine ganz andere Einrichtung, weil
die Brennelemente in der Gitterplatte, also im Kernverband, festgelegt werden. Ferner
ergeben sich auch durch die Kühlmittelströmung während des normalen Betriebes andere
Verhältnisse. Zum Beispiel muß bei der erfindungsgemäßen Verriegelung mit großen
Kräften gerechnet werden. Außerdem liegen die Tempera-
turen erheblich
höher als beim Transport von Brennelementen.
-
Der Steuerkörper kann vorteilhaft unter der Wirkung einer Feder stehen,
die ihn in eine der Sperrstellung entsprechende Lage drückt und in einem Ringraum
zwischen einem rohrförmigen AbscAn tt des Steuerkörpers und einer zentralen Zugstange
liegt, (ie zur betätigung des Steuerkörpers entgegen der Wirkung der Feder dient.
Mit der Feder kann man sicherstellen, daß die Sperrstellung immer dann vorliegt,
wenn nicht mit einer besonderen, zum Lösen aufzuwendenden Kraft auf das Brennelement
eingewirkt wird. Für diesen Zweck ist die zentrale Zugstange vorgesehen. Sie fwhrt
vorzugsweise durch das Brennelement und ist so ausgebildet, daß sie von einer für
den Transport des Brennelementes vorgesehenen Lademaschine ergriffen werden kann
Zur Vergleichmäßigung der bei der Erfindung wirksamen Kräfte ist es vorteilhaft,
wenn der Steuerkörper an seinem Umfang mehrere schiefe Ebenen aufweist, denen Rollen
als Verriegelungskörper zugeordnet sind, und wenn in der Öffnung der Gitterplatte
ein Einsatzkörper angeordnet ist, der korrespondierende Flächen zur Anlage der Rollen
aufweist. Die Erfindung kann aber im Prinzip auch mit Kugeln als Steuerkörpern verwirklicht
werden, wobei die zugehörigen Flächen der schiefen Ebene dann in Form eines Konus
leicht herzustellen sind.
-
Den Rollen können auch schräge Flächen des Fuß stückes mit einer solchen
Neigung zugeordnet sein, daß die Entregelung durch Selbsthemmung gesperrt ist. Der
Steuerkörper weist dann eine den Rollen zugeordnete Entriegelungsschräge auf. Dazu
ist noch zu bemerken, daß die Selbstsperrung eine sichere Festlegung auch für den
Fall
erlaubt, daß d e den Steuerkörper in die Sperrstellung druckende Fe--3er brechen
sollte.
-
Eine besondere AusCallsicherhei.t läßt sich dadurch erreichen, daß
der Sbeueffi,crper einen Nocken Sür eine im BrennelementfuB angeordnete Klinke aufweist,
die mit einer ertiefung des Einsatzkörpers zusammenwirkt, und daß zwischen der durch
Die Rollen und der durch die Klinke gegebenen Sperrstellung ein Spiel in Längsrichtung
des Brennelements vorhanden ist. Die Klinke wird wirksam, wenn die vorgenannte Verriegelung
mit dem Verriegelungskörper wegen eines Defektes ausfallen sollte. Sie kann einfacher
gestaltet sein, weil sie im Normalbetrieb nicht beansprucht ist und deshalb auch
keinem Verschleiß unterliegt. Dabei ergibt sich eine besonders günstige Ausführungsform
dadurch, daß die Klinke mit einem Hebel zu einem Kniehebelsystem vereinigt ist und
daß dem Hebel ein zum Lösen der Klinke dienender Vorsprung des Einsatzkörpers zugeordnet
ist, wie anhand des folgenden Ausfuhrungsbeispiels noch näher beschrieben wird.
-
Die beiliegende Zeichnung zeigt in den Fig. 1 und 2 jeweils einen
Längsschnitt durch das untere Ende eines Brennelementes eines gasgekühlten schnellen
Brutreaktors mit zwei verschiedenen Stellungen der erfindungsgemäßen Befestigung,
die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Querschnitte längs der in den Fig. 1 und 2 angedeuteten
Schnittlinien.
-
Das dargestellte Brennelement 1 gehört zu einem Brutreaktor mit Heliumkühlung,
von dessen Kernverband die untere Gitterplatte 2 nur mit einem in der Nähe des Brennelements
vorgesehenen Ausschnitt dargestellt ist.
-
Sie besitzt dort einen Einsatzkörper 3, der dem zylindri-
schen
Fußstück 4 des Brennelements 1 angepaßt ist.
-
Das Fußstück 4 bildet Kanäle 6 für das Kühlmittel, das zu den nicht
weiter dargestellten Brennstäben im Bereich 7 führt, wie durch die Pfeile 8 dargestellt
ist.
-
In der Mitte des FuBßtückes 4 ist ein im wesentlichen rotationssymmetrischer
Steuerkörper 10 in Längsrichtung des Brennelements 1 verschiebbar gelagert. Er sitzt
mit einem rohrförmigen Bereich 11 in einer Hülse 12 des Fußstücks 4. Der rohrförmige
Bereich 11 umschließt eine Druckfeder 13, die den Steuerkörper 10 nach unten zu
drücken versucht und sich an ihrem oberen Ende auf einen zentralen Führungskörper
14 abstützt. Das untere Ende des Steuerkörpers 10 veråüngt sich über schräge Flächen
16 mit dem aus Fig. 4 ersichtlichen, sechseckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken
zu einem zylindrischen Dorn 17.
-
Auf den Dorn 17 ist eine Kappe 18 aufgesetzt, die mit einer Schraube
19 festgelegt, mindestens aber gesichert ist. In der Kappe 18 ist eine Ausnehmung
20 vorgesehen. Dort ist eine zentrale Zugstange 21 mit einer Mutter 22 befestigt.
Die Ausnehmung 20 ist unterhalb der Mutter mit einem Deckel 23 verschlossen.
-
Im Fußstück 4 sind im Bereich des Dornes 17 des Steuerkörpers 10 sechs
Rollen 25 in symmetrisch gegenUberliegender Anordnung so befestigt, daß sie in radialer
Richtung, d.h. quer zur Längsrichtung des Brennelementes 1 verstellbar sind. Die
Rollen 25 sind mit Zylinderstiften 26 in Schlitzen festgelegt, die in entsprechenden
Teilen 27 des Fußstückes 4 vorgesehen sind.
-
Die Verstellung der L 7 ilen 25 erfolgt durch den Steuerkörper 10.
Dabei werden die Rollen 25 für den Fall, daß
die Zugstange 21 nach
oben gezogen wird, wie der Pfeil 30 zeigt, von einem nach innen abgeschrägten Rand
31 der Kappe 18 gegen den Dorn 17 des Steuerkörpers gedrückt. Dort nehmen sie eine
Ruhestellung ein, in der sie nicht über den Querschnitt des Fußstttckes 4 hinausragen
und damit nicht in Eingriff mit dem Einsatzkörper 3 stehen. Im anderen Fall drückt
der Steuerkörper 10, wenn er sich, wie Fig. 2 zeigt, unter der Wirkung der Feder
13 nach unten bewegt hat, die Rollen 25 über seine als schiefe Ebene wirkenden Flächen
16 quer zur LEngsrichtung des Brennelementes 1 in Ausnehmungen 33 in einem inneren
Rohrstück 34 des Einsatzkörpers 3. Daraus ergibt sich eine Verriegelung des Brennelementes
1 in der Gitterplatte 2, so daß eine Bewegung in Längsrichtung des Brennelements,
zum Beispiel durch das KUhlmittel, ausgeschlossen ist.
-
Die mit den Rollen 25 zusammenwirkenden Schrägen 35 des Fußstückes
3 sind in bezug auf die als seitliche Vorsprünge wirkenden Schrägen 36 des Einsatzkörpers
2 so ausgebildet, daß eine Selbsthemmung eintritt, d.h. in der Sperrstellung, wie
sie in Fig. 2 dargestellt ist, würde auch ein Brechen der Feder 13, das den Steuerkörper
10 nach unten drückt, kein Lösen der Verriegelung in der Gitterplatte 2 bewirken
können.
-
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen ferner, daß oberhalb der Rollen 25 zwei
gegenüberliegende Klinken 40 vorgesehen sind, die in gleicher Weise als Kniegelenk
ausgebildet sind, weil an dem bei 41 gelenkig gelagerten Klinkenkörper ein Hebel
42 angreift, der bei 43 gelagert ist. Klinke 40 und Hebel 42 sind über einen Stift
44 und ein Langloch 45 verbunden.
-
Die Klinke 40 wird durch einen als Nocken wirkenden Vorsprung 46 des
rohrförmigen Teils 11 des Steuerkörpers 10
in die Sperrstellung
gedrückt, in der die Klinke 40 sich an die Schräge 48 einer Ausnehmung 49 im Einsatzkörper
2 anlegt. Zum Lösen kann die Klinke 40 aus der Ausnehmung 49 zurückgeführt werden,
wenn der als Nocken wirkende Bereich 46 nach oben gewandert ist.
-
Die Sperrstellung der Rollen 25 ist gegeniiber der Sperrstellung der
Klinken 40 in Brennelementlängsrichtung versetzt. Deshalb sind die Klinken 40 normalerweise
nicht wirksam. Sie unterliegen keinem Verschleiß und werden nur wirksam, wenn die
Verriegelung durch die Rollen 25 ausfallen sollte.
-
6 Patentansprüche 5 Figuren