DE3403110A1

DE3403110A1 - Einrichtung zur handhabung von brennelementen

Info

Publication number: DE3403110A1
Application number: DE19843403110
Authority: DE
Inventors: William Clarence Greensburg Pa. Ritz; Robert McDowell North Huntingdon Pa. Robey; John Frederick Greensburg Pa. Wett
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1983-02-04
Filing date: 1984-01-30
Publication date: 1984-08-09
Also published as: FR2540662B1; GB2135108A; FR2540662A1; JPS59147299A; GB2135108B; GB8402534D0

Description

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Einricntung zur Handhabung von Brennelementen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Handhabung von Brennelementen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und wird hauptsächlich in flüssigmetallgekühlten schnellen Brutreaktoren eingesetzt.
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Sin Kernreaktor erzeugt Wärme durch Spaltung von Kernbrennstoff, aus dem Brennelemente hergestellt werden, die innerhalb eines Reaktorkerns liegen, der von einem Druckgefäß umgeben ist. Bei kommerziellen Kernreaktoren wird aus der dabei freigesetzten Wärme Elektrizität erzeugt. Derartige Kernreaktoren enthalten typischerweise einen oder mehrere Primärkreisläufe und Wärmeübertragerschleifen sowie eine entsprechende Anzahl von sekundären Kreisläufen und Wärmeübertragungsschleifen/ an die übliche Dampfturbi- nen und elektrische Generatoren angeschlossen sind. Bei einem typischen Energieumwandlungsprozeß in kommerziellen Kernreaktoren wird daher Wärme aus dem Reaktorkern auf einen primären Kühlkreislauf übertragen, von dort auf einen sekundären Kühlkreislauf und schließlich in Dampf umgewandelt, mit dem die Elektrizität erzeugt wird.

8±>i einem flüssigkeitsgekühlten Kernreaktor, beispielsweise ein^m flüssigmetallgekühlten Brutreaktor, fließt im primären Kühlkreislauf ein Reaktorkühlmittel, wie beispielsweise flüssiges Natrium. Ein typischer primärer Kühlkreislauf umfaßt einen Reaktorkern innerhalb eines Reaktorgefäßes, einen Wärmetauscher und eine Umwälzpumpe. In Kernreaktoren mit mehr als einem primären Kühlkreislauf inner-

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halb des Primärsystems gehören der Reaktorkern und das Reaktordruckgefäß zu jedem der primären Kreisläufe.

Die im Reaktorkern erzeugte Wärme wird durch das Reaktorkühlmittel abgeführt, das in das Reaktorgefäß und durch den Reaktorkern strömt. Das aufgeheizte Reaktorkühlmittel tritt dann aus dem Reaktorgefäß aus und strömt durch die Wärmetauscher/ in denen die Wärme an die damit verbundenen sekundären Kreisläufe abgegeben wird. Das abgekühlte Reaktorkühlmittel verläßt dann die Wärmetauscher und strömt zu einer Umwälzpumpe, die das Kühlmittel wieder in das Druckgefäß treibt und somit den oben beschriebenen Strömungszyklus wiederholt.

Das Druckgefäß des Kernreaktors ist an seinem oberen Ende mit einem Deckel verschlossen. Bei Reaktoren, die mit schnellen Neutronen arbeiten, wie beispielsweise einem flussigmetallgekuhlten Brutreaktor, enthält der Deckel üblicherweise ein oder mehrere drehbare Teile, die als Drehdeckel bezeichnet werden. Durch geeignete Drehung dieser Drehdeckel können die darauf angebrachten Einrichtungen zur Messung, Steuerung und Handhabung über jeden beliebigen Punkt des Reaktorkerns (core) gebracht werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, Brennelemente bei geschlossenem Drehdeckel auszutauschen. Das heißt, der Einsatz neuer Brennstäbe in den Reaktorkern erfolgt, während der Deckel seine Lage über dem Druckgefäß und dem Reaktorkern beibehält.

Bei flussigmetallgekuhlten Brutreaktoren ist es außerdem üblich, oben auf dem Reaktorkern Niederhalteeinrichtungen vorzusehen, um die Brennelemente in ihrer Lage festzuhalten, und zwar während des normalen Reaktorbetriebs oder

für

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für den unwahrscheinlichen Fall eines den Reaktorkern beschädigenden Störfalls. Diese Niederhalteeinrichtung für den Reaktorkern und die oberen internen Strukturen, zu denen sie gehört, bietet auch für die verschiedenen Steuer- und Meßeinrichtungen Führung und Schutz und und fixiert deren gegenseitige Lage.

Die Niederhalteeinrichtung für den Reaktorkern oder die obere interne Struktur (UIS) muß während des normalen iteaktorbetriebs oben auf dem Reaktorkern angeordnet sein. Beim Austausch von Brennelementen muß die UIS den Zugang der Handhabungsvorrichtungen für die Brennstäbe zum Reaktorkern ermöglichen.

Im Stand der Technik wird dieses Problem dadurch zu lösen versucht, daß die UIS auf einem kleinen rotierenden Drehdeckel angebracht werden. Beim normalen Reaktorbetrieb befindet sich die UIS direkt auf dem Reaktorkern und bedeckt diesen vollständig. Beim Austausch von Brennelementen wird der kleine Drehdeckel mit der daran befestigten UIS mechanisch abgehoben und aus ihrer Lage direkt über dem Reaktorkern durch Drehung des großen Drehdeckels entfernt. Der Austausch der Brennelemente erfolgt dann mit Hilfe eines greif- oder verlängerbaren Armes, der unter dem großen Drehdeckel angebracht ist. Das bei diesem Verfahren auftretende Problem besteht darin, daß die UIS aus einer Lage direkt über dem Reaktorkern weggedreht werden muß, um dessen Oberteil freizulegen. Das bedeutet, daß um den Reaktorkern ein großer freier Raum erforderlich ist, um beim Ersatz von Brennelementen die UIS verschieben zu können. Dieser freie Raum muß innerhalb des Reaktordruckgefäßes liegen und erfordert so den Bau von Druckgefäßen für Kernreaktoren, deren Durchmesser viel größer ist als der des eigentlichen Reaktorkerns.

Ein

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Ein anderes im Stand der Technik verwendetes Verfahren, wie es in der US-Patentschrift 3,773,626 beschrieben ist, besteht darin, die UIS so auf dem kleinen Drehdeckel zu montieren, daß sie exzentrisch zu dessen Achse liegt. In dieser Lage kann die UIS aus ihrer Position direkt über dem Reaktorkern durch Rotation des kleinen Drehdeckels weggedreht werden. Obwohl bei diesem Verfahren die Größe des Druckgefäßes etwas verringert wird, benötigt es trotzdem noch zusätzlichen Raum innerhalb des Druckgefäßes, um die UIS bewegen zu können.

Weitere Anordnungen zum Austausch der Brennelemente sind in den folgenden beiden US-Patentschriften beschrieben: US-PS 4,142,935 (zwei Drehdeckel und eine aufgeteilte UIS) und US-PS 3,948,724 (ein Drehdeckel, eine geschlitzte UIS und eine bewegliche Hebevorrichtung).

Die oben beschriebenen Systeme und andere Einrichtungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, kommen für den Betrieb in Frage, wenn sie bei Reaktoren eingesetzt werden, deren Brennelementkern die üblichen Durchmesser von ungefähr fünf bis sechs Metern aufweist. Gegenwärtig laufen jedoch Forschungsvorhaben, die auf die Entwicklung von Brennelementkernen mit längeren Nutzdauern (5, 10 oder sogar 30 Jahre) gerichtet sind und die keinen Austausch von Brennelementen erfordern. Die physikalischen Abmessungen dieser langlebigen Reaktorkerne sind bei gleicher Leistung sehr viel größer als die gegenwärtiger Kerne; Durchmesser von mehr als 10 Meter treten dabei auf. Wird die Größe der Drehdeckel bekannter Systeme auf derartig große Reaktorkerne extrapoliert, so ergeben sich Drehdeckel mit Durchmessern von mehr als 20 Metern, die als nicht mehr realisierbar angesehen werden.

Die

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Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die ein verbessertes System zum Austausch von Kernbrennelementen darstellt.
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Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Kurz zusammengefaßt schlägt die Erfindung ein System zum Austausch von Brennelementen für einen schnellen Brutreaktor vor, das einen einzelnen Drehdeckel aufweist, der exzentrisch zum Reaktorkern angeordnet ist und auf dem die UIS starr montiert ist, sowie eine Handhabungsmaschine (Lademaschine) für die Brennelemente mit einem versetzten Arm, die längs eines radialen Schlitzes im Drehdeckel und der UIS bewegbar ist. Die Rotationsbewegung des Drehdeckels ermöglicht zusammen mit der Verschiebung der Lademaschine den Zugang zu allen Positionen des Reaktorkerns.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teilaufsicht auf einen Kernreaktor; und

Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf einen vollständigen Reaktor.

Die detaillierte Beschreibung eines Reaktors, von dem die hier vorliegende Erfindung ausgeht, ist in der US-Patentschrift 3,948,724 enthalten; der dort dargestellte Drehverschluß 3 entspricht hier dem Drehdeckel 3 und die Hebevorrichtung 13 entspricht hier der Lademaschine 13.

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In Fig. 1 stellt der Kreis 1 den äußeren Durchmesser des Druckgefäßes dar, der Kreisbogen 5 ist ein Teil des äußeren Durchmessers der UIS, und der Kreis 2 stellt den äußeren Durchmesser eines Drehdeckels 3 dar. Der Kern des Reaktors besteht aus der Anordnung von Brennelementen 8 und Steuerstäben 7. Die Lademaschine 13 ist längs des Schlitzes 9 im Drehdeckel 3 und der UIS verschiebbar.

Die Mittelpunkte der Kreise 2 und 4 fallen nicht zusammen, so daß der Drehdeckel 3 exzentrisch bezüglich des Reaktortanks und des UIS-Durchmessers rotiert und damit auch exzentrisch zum Kern des Reaktors.

Der Drehdeckel 3 ist größer als der Reaktorkern und bedeckt sowohl diesen als auch eine Transferstation 6 für Brennelemente außerhalb des .Reaktorkerns; die Rotation des Drehdeckels 3 und die Bewegung der Lademaschine 13 längs des Schlitzes 9 ermöglicht so der Lademaschine 13 den Zugang zu allen Brennelementen 8 und Steuerstäben 7. Der Kreisbogen 10 stellt den Weg dar, den ein Brennelement 8 zur Transferstation 6 zurücklegt, die außerhalb des Reaktorkernumfangs 4 liegt.

Die Unterplatte der UIS kann dazu dienen, die Brennelemente 8 niederzuhalten. Die Breite des Schlitzes 9 muß größer sein als ein Brennelement 8, um dessen Durchgang zu ermöglichen, aber kleiner als der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Brennelemente; beim normalen Reaktorbetrieb kann der Drehwinkel des Drehdeckels 3 so gewählt werden, daß der Schlitz 9 im wesentlichen zwischen zwei Reihen von Brennelementen 8 verläuft, so daß sich eine 100-prozentige Niederhaltung der Kernanordnung ergibt.

- Leerseite -

Claims

PATENTANSPRÜCHE

(Iy Einrichtung zur Handhabung von Brennelementen (8) eines Kernreaktors mit einem Reaktorgefäß (1), mit einem zylindrischen Reaktorkern (4) in einem Tank, der die Brennelemente im Reaktorgefäß enthält, mit einem kreisförmigen Drehdeckel (3) auf dem Reaktorgefäß (1), mit Vorrichtungen zum Drehen des Drehdeckels (3), mit einer oberen internen Struktur über den Brennelementen, wobei der Drehdeckel (3) und die obere interne Struktur durchgehende Schlitze (9) aufweisen und mit einer Lademaschine (13) zum Heben der Brennelemente, die so auf dem Drehdeckel angeordnet ist, daß sie längs eines Schlitzes (9) bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Drehdeckel (3) einen etwas größeren Durchmesser aufweist als der Reaktorkern, exzentrisch zum Reaktorkern liegt und diesen voll bedeckt, so daß seine Rotation zusammen mit der Bewegung der Lademaschine (13) längs des Schlitzes (9) dieser den Zugang zu allen Brennelementen im Reaktorkern ermöglicht,

daß

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daß der Drehdeckel auf einer Seite über den Reaktorkern hinausragt, auf der eine Transferstation (6) für Brennelemente benachbart zum Reaktorkern vorgesehen ist, wobei sich der Schlitz (9) in radialer Richtung so weit nach außen erstreckt, daß er die Transferstation (6) überlappt und damit den Austausch von Brennelementen zwischen der Transferstation und der Lademaschine (13) erlaubt, wenn sich der Drehdeckel in der geeigneten Winkelstellung befindet.
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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere interne Struktur vom Drehdeckel (3) getragen wird und mit diesem rotiert.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (9) radial im Drehdeckel (3) verläuft.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (9) eine Breite aufweist, die kleiner ist als der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Brennelemente (8), aber größer als die Breite eines Brennelements.