DE3337883A1

DE3337883A1 - Doppelzylinder-umschaltventil zum ermitteln und lokalisieren von fehlerhaften kernbrennstoffelementen

Info

Publication number: DE3337883A1
Application number: DE19833337883
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Kamei; Hiroshi Mito Ibaraki Rindo
Original assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan Tokyo; Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1982-10-18
Filing date: 1983-10-18
Publication date: 1984-04-26
Also published as: FR2534731A1; JPH0133799B2; JPS5972094A; FR2534731B1; DE3337883C2; US4581198A

Description

Doppelzylinder-Umschaltventil zum Ermitteln und Lokalisieren von fehlerhaften Kernbrennstoffelementen

Die Erfindung betrifft ein Doppelzylinder-Umschaltventil zum Ermitteln und Lokalisieren von in einem Kernreaktor befindlichen Kernbrennstoffelementen, die fehlerhafte Kernbrennstoffstäbe enthalten.

Wenn die Hüllrohre des Kernbrennstoffs fehlerhaft v/erden, gelangen Brennstoffpartikel und Spaltprodukte in das Reaktorkühlmittel, v/ird das Kernkraftwerk kontaminiert und tritt gegebenenfalls eine radioaktive Verseuchung auf, was zu Problemen für die Bedienungsmannschaft des Reaktors und für die Bevölkerung in der Nachbarschaft führen kann. Es ist daher notwendig, schnell das Auftreten von Fehlern im Hüllrohr des Brennstoffes zu ermitteln und das Brennstoffelement zu lokalisieren, das das fehlerhafte Hüllrohr aufweist.

Als eine typische herkömmliche Vorrichtung zum Ermitteln der Stelle eines fehlerhaften Kernbrennstoffelementes in einem Kernreaktor vom Typ des schnellen Brüters ist die in Fig.1 und 2 der zugehörigen Zeichnung schematisch dargestellte Anordnung bekannt, die ein Umschaltventil verwendet. In der Umschaltventilvorrichtung 1 ist ein dünnes Prüfrohr 2 am Kühlmittelauslaß jedes nicht dargestellten Kernbrennstoffelementes so angeordnet, daß separat ein Teil des aus einem flüssigen Metall bestehenden Kühlmittels als Probe genommen wird, das aus jedem Brennstoffelement fließt. Die Enden dieser Prüfrohre 2 sind an einer Stelle im Inneren des Reaktors

zusammengeführt und ,so angeordnet, daß sie in Umfangsrichtung um den Außenumfang einer Gleitplatte 3 münden. Ein Drehstopfen 6 ist gleitend verschiebbar auf der Gleitplatte

3 vorgesehen und wird von einem Motor 5 über eine Drehwelle

4 gedreht. Der Drehstopfen ist mit einem Detektor 9 für verzögerte Neutronen über eine Rohrleitung 7 mittels einer elektromagnetischen Pumpe 8 verbunden. Wenn sich der Drehstopfen 6 gleitend längs des Umfangs der Gleitplatte 3 dreht, wird ein bestimmtes Prüfrohr 2, das am Außenumfang der Gleitplatte 3 mündet, ausgewählt und wird der Teil des aus einem flüssigen Metall bestehenden Kühlmittels, das aus dem entsprechenden Kühlmittelauslaß des Brennstoffelementes strömt, als Probe genommen. Wenn ein Fehler auftritt, treten Spaltprodukte in das Kühlmittel ein. Die Spaltprodukte enthalten Mutterkerne verzögerter Neutronen, die verzögerte Neutronen ausgeben und zerfallen. Diese als Folge des Zerfalls der Mutterkerne erzeugten verzögerten Neutronen werden vom Detektor 9 wahrgenommen, wodurch das fehlerhafte Brennstoffelement ermittelt wird und seine Stelle festgestellt wird.

Bei der herkömmlichen,oben beschriebenen Vorrichtung ist jedoch der Ventilteil (Prüfumschaltteil) in einer Ebene angeordnet, so daß mit zunehmender Anzahl von Brennstoffelementen der im Reaktor benötigte Einbauplatzbedarf zunimmt, was

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bezüglich des des Drehstopfens zu Schwierigkeiten und zu einem komplizierten Aufbau im Raum über dem Reaktor führt. Da die Anlage weiterhin einen Aufbau hat, bei dem auf eine Gleitfläche von oben gedrückt wird, muß der gesamte Stopfenteil innerhalb weniger Jahre jeweils ausgetauscht werden. Da weiterhin der Aufbau kompliziert ist, sind der Auseinanderbau und die Reparatur, schwierig, wenn ein Fehler auftritt.

Durch die Erfindung soll ein Umschaltventil geschaffen v/erden, das einen derartigen Aufbau hat, daß eine Verminderung seiner Größe möglich ist, und das keinen großen Einbauplatz im Reaktor benötigt, selbst wenn die Anzahl der Brennstoffelemente sehr groß ist.

Das erfindungsgemäße Umschaltventil soll weiterhin einen einfachen Aufbau haben und selbst dann, wenn ein Fehler auftritt, leicht auseinandergebaut und repariert werden können.

Dazu weist das erfindungsgemäße Umschaltventil einen Doppelzylinderaufbau auf, der aus einem festen äußeren Zylinder und einem beweglichen inneren Zylinder besteht, der drehbar im äußeren Zylinder und koaxial mit dem äußeren Zylinder angeordnet ist. Eine Vielzahl von äußeren Prüflöchern ist durch die Umfangswandfläche des festen äußeren Zylinders in Form einesGitters mit einer vorbestimmten Ganghöhe sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung gebohrt. Jeweils ein Kühlmittelprüfrohr, das jeweils vom Kühlmittelauslaß einer Vielzahl von Kernbrennstoffelementen ausgeht, ist mit jeweils einem dieser äußeren Prüflöcher verbunden. Eine Vielzahl innerer Prüflöcher ist durch die Umfangswandfläche des beweglichen inneren Zylinders gebohrt. Diese inneren Prüflöcher stehen mit einigen der äußeren Prüflöcher im festen äußeren Zylinder in einer Stellung den beweglichen inneren Zylinders in Verbindung, während die anderen äußeren Prüflocher im festen äußeren Zylinder bei anderen Stellungen des beweglichen inneren Zylinders mit dessen Prüflöchern in Verbindung stehen. Wenn somit der bewegliche innere Zylinder Schritt für Schritt in Umfangsrichtung bewegt wird, so daß er sich einmal vollständig dreht, können alle äußeren Prüflocher wenigstens einmal mit irgendeinem inneren Prüfloch in Verbindung kommen.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht

ein bekanntes Umschaltventil;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das in Fig. 1

dargestellte Ventil;

Fig. 3 in einer schematischen Ansicht ein

Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Doppelzylinder-Umschaltventils;

Fig. 4A eine abgewickelte Ansicht eines

Beispiels eines festen äußeren Zylinders des Doppelzylinder-Umschaltventils gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4b eine abgewickelte Ansicht eines

Beispiels οines beweglichen inneren Zylinders, der kombiniert mit dem in Fig. 4a dargestellten festen äußeren Zylinder verwandt wird;

Fig. 5A eine abgewickelte Ansicht des festen

äußeren Zylinders gemäß eines v/eiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 5B eine abgewickelte Ansicht eines

Beispiels eines beweglichen inneren Zylinders, der mit dem in Fig. 5A

dargestellten festen äußeren Zylinder kombiniert verwandt wird; und

Fig. 6 bis 10 abgewickelte Ansichten von beweglichen inneren Zylindern zur Darstellung verschiedener Anordnungen der inneren Prüflöcher.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Umschaltventils. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, weist das Umschaltventil 10 einen Doppelzylinderaufbau aus einem festen äußeren Zylinder 11 und einem beweglichen inneren Zylinder 12 auf, der drehbar im festen äußeren Zylinder 11 und koaxial dazu angeordnet ist. Kühlmittelprüflöcher 15, mit denen Kühlmittelprüfrohre 14 verbunden sind, die vom Kühlmittelauslaß einer großen Anzahl von Brennstoffelementen 13 ausgehen, sind in einer Gitteranordnung mit konstanter Ganghöhe sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung in der Umfangswandfläche des festen äußeren Zylinders 11 ausgerichtet ausgebildet.

Innere Prüflöcher 16 sind in einer Linie in Längsrichtung und in einer Linie in Schrägrichtung der Umfangswandfläche des beweglichen inneren Zylinders 12 ausgerichtet ausgebildet. Diese äußeren und inneren Prüflöcher 15 und 16 haben dieselbe Ganghöhe, so daß jedes innere Prüfloch 16 genau einige der äußeren Prüflöcher 15 treffen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel steht ein kurzes Hohlrohr 17 nach außen von jedem inneren Prüfloch 16 des beweglichen inneren Zylinders 12 so vor, daß die inneren Prüflöcher mit einigen der äußeren Prüflöcher 15 im festen äußeren Zylinder 11, die diesen gegenüberliegen, über die kurzen Hohlrohre 17 in Verbindung stehen können. Es ist natürlich möglich, einen Aufbau zu verwenden, bei dem die inneren

Prüflöcher 16 des beweglichen inneren Zylinders 12 jeweils direkt mit einigen der äußeren Prüflöcher 15 im festen äußeren Zylinder 11 ohne Verwendung kurzer Hohlrohre in Verbindung stehen.

Unabhängig vom Aufbau wird dann,wenn der feste äußere Zylinder 11 und der bewegliche innere Zylinder 12 in der in Fig. 3 dargestellten Weise kombiniert sind, eine Kühlmittelprobe (beispielsweise flüssiges Natrium), das vom Kühlmittelauslaß jedes Brennstoffelementes 13 über ein Kühlmittelprüfrohr 14 genommen wird, in jedes der entsprechenden äußeren Prüflöcher 15 eingeführt. Es treten jedoch nur diejenigen Kühlmittelproben, die durch die inneren Prüflöcher 16 des beweglichen inneren Zylinders 12 ausgewählt werden, in den beweglichen inneren Zylinder 12 ein, wo die Kühlmittelproben gemischt und anschließend in einen Spaltproduktdetektor 18 eingeführt werden. Wie bei den bekannten Vorrichtungen kann in derselben Weise ein Detektor für verzögerte Neutronen als ein derartiger Detektor verwandt werden.

Wie es oben beschrieben wurde, kann sich der innere Zylinder 12 drehen, wobei dann, wenn er sich einmal Schritt für Schritt vollständig gedreht hat, jedes der äußeren Prüflocher 15 im äußeren festen Zylinder 11 wenigstens einmal mit einem der inneren Prüflöcher 16 im beweglichen inneren Zylinder 12 in Verbindung gekommen ist. Die Stelle des fehlerhaften Brennstoffelementes oder der fehlerhaften Brennstoffelemente kann somit dadurch identifiziert werden, daß der innere Zylinder 12 Schritt für Schritt um 360° gedreht wird.

Das Ermittlungsverfahren wird im folgenden mehr im einzelnen anhand der Fig. 4A und 4B beschrieben. Fig. 4A zeigt eine abgewickelte Ansicht des äußeren Zylinders 11, in den vierundsechzig, d.h. 8 mal 8, äußere Prüflöcher 18 gebohrt sind. Jedes Prüfloch 15 steht mit einem der Prüfrohre 14 in

Verbindung, die vom Kühlmittelauslaß jedes Brennstoffelementes ausgehen, so daß sich ein System ergibt, das vierundsechzig Kernbrennstoffelemente überwachen kann. Fig.4 zeigt eine abgewickelte Ansicht des beweglichen inneren Zylinders 12, der in den äußeren Zylinder 11 paßt. Acht innere Prüflöcher 16 sind längs einer Linie in Längsrichtung gebohrt, während acht Prüflöcher 16 in ähnlicher Weise längs einer Linie in Schrägrichtung gebohrt sind. Da eines dieser Prüflöcher 16 beiden Linien gemeinsam ist, sind insgesamt fünfzehn Prüflöcher vorgesehen. In Fig. 4A zeigen die unterbrochenen und strichpunktierten Linien die Lage der inneren Prüflöcher im beweglichen inneren Zylinder. Die Kernbrennstoffelemente, die mit den Prüflöchern X und Y in Verbindung stehen, können auf Fehler dadurch überprüft werden, daß der bewegliche innere Zylinder von der Lage a um drei Lochabstände nach links in die Lage b bewegt wird. Wenn Kernspaltungsprodukte in der Lage a und in der Lage b festgestellt werden, wenn sich der bewegliche innere Zylinder einmal vollständig gedreht hat, wird eines der Brennstoffelemente, das mit den Prüflöchern X und/oder Y in Verbindung steht, als fehlerhaft beurteilt. Bei dem in Fig.4A dargestellten Beispiel werden die Prüflöcher X und Y gleichzeitig geprüft, eine weitere Überprüfung ist allerdings extrem einfach, da nur die beiden Brennstoffelemente, die den Löchern X und Y entsprechen, aus einer großen Anzahl von Brennstoffelementen überprüft werden müssen.

In diesem Fall kam ein einzelnes Brennstoffelement in der folgenden Weise identifiziert werden. Der bewegliche innere Zylinder kann auch in axialer Richtung, d.h. in vertikaler Richtung,bewegt werden, was durch die Pfeile ρ und q in Fig. 4B angegeben ist, so daß dann, wenn ein Fehlersignal durch den Spaltungsproduktdetektor 18 wahrgenommen wird, der bewegliche innere Zylinder 12 um einen Lochabstand in axialer Richtung bewegt und das Vorliegen des Fehlersignals

in dieser Stellung untersucht wird. Wenn beispielsweise Fehlersignale festgestellt werden, wenn sich der bewegliche innere Zylinder in den Stellungen a und b in Fig. 4A befindet, wie es oben beschrieben wurde, kann ein Fehler in einem der Brennstoffelemente oder in beiden Brennstoffelementen, die mit den Prüflöchern X und/oder Y verbunden sind, festgestellt werden. Wenn dann der bewegliche innere Zylinder von der Stellung b um einen Schritt entweder nach oben oder nach unten in axialer Richtung bewegt wird, und wenn immer noch das Fehlersignal festgestellt wird, dann kann das Brennstoffelement, das mit dem Prüfloch X in Verbindung steht, als dasjenige identifiziert werden, das fehlerhaft ist. Wenn in diesem Fall kein Fehlersignal festgestellt wird, kann das mit dem Prüfloch Y in Verbindung stehende Brennstoffelement als das fehlerhafte identifiziert werden. In dieser Weise kann ein fehlerhaftes Brennstoffelement selektiv dadurch identifiziert werden, daß der innere Zylinder um einen Schritt aus einer Position auf und ab bewegt wird, in der ein Fehlersignäl festgestellt wird.

Fehler in den einzelnen Brennstoffelementen können auch dadurch bestimmt werden, daß die Anordnung der Prüflöcher geändert wird.

Wie es in Fig. 5A dargestellt ist, ist die Anzahl der äußeren Prüflöcher 15, die in Längsrichtung des festeren äußeren Zylinders 21 vorgesehen sind, kleiner als die Hälfte der Anzahl der Löcher in Umfangsrichtung, und ist die Anordnung der inneren Prüflöcher 26 im beweglichen inneren Zylinder 22, die mit den äußeren Prüflöchern kombiniert werden, können, so abgeändert, daß die Löcher längs der Linie in Schrägrichtung die Löcher längs der Linie in Längsrichtung am obersten (oder untersten) Loch kreuzt, wie es in Fig. 5B dargestellt ist. Bei einer derartigen Anordnung besteht keine Möglichkeit, daß zwei fehlerhafte Brennstoffelemente,

wie beispielsweise bei X und Y in Fig. 4A, gleichzeitig gemessen werden, so daß die Lage eines einzelnen fehlerhaften Brennstoffelementes genau bestimmt werden kann.

Die Löcher 26 im beweglichen inneren Zylinder 22 können so angeordnet sein, daß die Löcher längs der Linie in Längsrichtung die Löcher längs der Linie in Schrägrichtung nicht kreuzen, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall sind die äußeren Prüflöcher, die im festen äußeren Zylinder vorgesehen sind, so angeordnet, daß die Anzahl der Prüflöcher in Längsrichtung kleiner als die Hälfte der Anzahl der Prüflöcher in Umfangsrichtung ist, um die Möglichkeit einer gleichzeitigen Messung von zwei äußeren Prüflöchern auszuschließen.

Die inneren Prüflöcher 26, die in den beweglichen inneren Zylinder 22 gebohrt sind, müssen nicht immer in Linien in Längs- oder Schrägrichtung angeordnet sein. Die Löcher können auch längs einer einzelnen Linie in einer ersten Schrägrichtung und längs einer anderen Linie in einer zweiten Schrägrichtung angeordnet sein, die der Linie der ersten Schrägrichtung entgegengesetzt ist und diese kreuzt, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Die Linie der Löcher in der ersten Schrägrichtung und die in der zweiten Schrägrichtung können so angeordnet sein, daß sie sich am obersten (oder untersten) Loch kreuzen, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, oder daß sie sich nicht kreuzen, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Weiterhin kann die Anordnung eine Lochlinie mit einer Stufe umfassen, wie es in Fig. 10 dargestellt ist.

Da das erfindungsgemäße Doppelzylinder-Umschaltventil den oben beschriebenen Aufbau hat, ict es dazu geeignet, seine Größe zu vermindern, so daß der Flächenbereich, den es einnimmt, auf etwa 1/5 des Bereiches einer herkömmliche Vorrichtung für dieselbe Anzahl von Brennstoffelementen vermin-

dert wird. Das Umschaltventil gemäß der Erfindung hat auch weiterhin den Vorteil, daß es in seinem Aufbau einfach ist, eine symmetrische Auslegung möglich ist und ein Auseinanderbau und eine Reparatur beim Auftreten eines Fehlers leicht durchgeführt werden können.

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann DIpI.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATE NTA NWÄ LT E

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

3/Li
347-TY

DORYOKURO KAKUNENRYO KAIHATSU JIGYODAN,
Tokyo/Japan

Doppelzylinder-Umschaltventil zum Ermitteln und
Lokalisieren von fehlerhaften Kernbrennstoffelementen

PATENTANSPRÜCHE

Doppelzylinder-Umschaltventil zum Ermitteln und Lokalisieren von fehlerhaften Kernbrennstoffelementen, gekennzeichnet durch
einen festen äußeren Zylinder, der in seiner Umfangswandfläche mit einer Vielzahl von äußeren Prüflöchern versehen ist, die in einer Gitterform mit
vorbestimmter Ganghöhe sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei an allen äußeren Prüflöchern Kühlmittelprüfrohre angebracht sind, die sich jeweils zu dem Kühlmittelauslaß einer Vielzahl von Kernbrennstoffelementen erstrecken, und
durch einen beweglichen Zylinder, der drehbar im
festen äußeren Zylinder angeordnet ist und in seiner Umfangswandfläche mit einer Vielzahl innerer Prüflöcher versehen ist, wobei die inneren Prüflöcher so
angeordnet sind, daß sie in einer Stellung des beweglichen inneren Zylinders mit einigen der äußeren

Prüflöcher in Verbindung stehen, während die anderen äußeren Prüflöcher in einer anderen Stellung des beweglichen inneren Zylinders mit den inneren Prüflöchern in Verbindung stehen, wobei jedes der äußeren Prüflöcher wenigstens einmal mit einem der inneren Prüflöcher in Verbindung kommt, wenn sich der bewegliche Zylinder einmal vollständig Gitterschritt für Gitterschritt in Umfangsrichtung dreht.
2. Umschaltventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der inneren Prüflöcher, die in die Umfangswandflache des beweglichen inneren Zylinders gebohrt sind, aus einer einzelnen Linie von Löchern in Längsrichtung und aus einer einzelnen Linie von Löchern in Schrägrichtung besteht.
3. Umschaltventil nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Linie der inneren Prüflöcher in Längsrichtung und die einzelne Linie der inneren Prüflöcher in Schrägrichtung so angeordnet sind, daß sie einander kreuzen.
4. Umschaltventil nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Linie der inneren Prüflöcher in Längsrichtung und die einzelne Linie der inneren Prüflöcher in Schrägrichtung so angeordnet sind, daß sie einander am obersten oder untersten Loch kreuzen.
5. Umschaltventil nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Linie der inneren Prüflöcher in Längsrichtung und die einzelne Linie der inneren Prüflöcher in Schrägrichtung so angeordnet sind, daß sie einander nicht kreuzen.
6. Umschaltventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Vielzahl von inneren Prüflöchern, die in die Umfangswandflache des beweglichen inneren Zylinders gebohrt sind, aus einer einzelnen Linie von Löchern in einer ersten Schrägrichtung und aus einer anderen einzelnen Linie von Löchern in einer zweiten Schrägrichtung besteht, die zur ersten Schrägrichtung entgegengesetzt ist.
7. Umschaltventil nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Linie der Löcher in der ersten Schrägrichtung und die einzelne Linie der Löcher in der zweiten Schrägrichtung so angeordnet sind, daß sie einander kreuzen.
8. Umschaltventil nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Linie der Löcher in der ersten Schrägrichtung und die einzelne Linie der Löcher in der zweiten Schrägrichtung so angeordnet sind, daß sie einander am obersten oder untersten Loch kreuzen.
9. Umschaltventil nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Linie der Löcher in der ersten Schrägrichtung und die einzelne Linie der Löcher in der zweiten Schrägrichtung so angeordnet sind, daß sie einander nicht kreuzen.
10. Umschaltventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche innere Zylinder auch in seiner axialen Richtung bewegbar ist.
11. Umschaltventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Prüflocher in festen äußeren Zylinder und die inneren Prüflocher im

beweglichen inneren Zylinder, die den äußeren Prüflöchern entsprechen, miteinander über kurze Hohlrohre in Verbindung stehen.