DE6937194U

DE6937194U - Verriegelungsmechanismus fuer kernbrennstoffelemente.

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Publication number: DE6937194U
Application number: DE6937194U
Authority: DE
Original assignee: SnamProgetti SpA
Current assignee: SnamProgetti SpA
Priority date: 1968-09-24
Filing date: 1969-09-23
Publication date: 1973-02-22
Also published as: DE1948020A1; FR2018771B1; NL142808B; BE739234A; LU59500A1; NL6914474A; FR2018771A1

Description

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Case 265 - Oomm. 706.011

SNAM PROGETTI S.p.A. Mailand, Italien

Verriegelungsmechanismus für Kernbrennstoffelemente.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mechanismus zum Verriegeln von Kernbrennstoffelementen gegen das Gitter eines Kernreaktors.

Bei den bekannten schnellen, natriumgekühlten Kernreaktoren sind die Brennstoffelemente sehr nahe beieinander angeordnet. Diese Anordnung verhindert das Anbringen eines oberen Gitters, an welche die Brennstoffelemente gehängt werden könnten, um jegliche Vertikal bewegung (in Form eines Zurückziehens) zu verhindern, die durch die Druckdifferenz zwischen der oberen und unteren Zone des Reaktorkerns hervorgerufen wurde. In Praxis daher werden die Elemente durch ein Doppellagengitter durch ihre unteren Endbereiche gehalten und zentriert.

Eine Lösung zum Verankern der Elemente, um ein Schwimmen zu verhindern, besteht bei Versuchsreaktoren darin, daß Natrium zwischen die beiden Platten des Gitters eingeführt wird (der Einlaß des Natrium

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in das Brennstoffelement erfolgt durch die seitlichen Öffnungen im unteren Endbereich des Elementes), derart, daß eine hydrostatische Verriegelung erhalten wird. Damit diese hydrostatische Verriegelung wirksam wird, ist es notwendig, daß die Zgne unter dem Gitter auf dem Druck, der in der Zone oberhalb des Kerns herrscht, gehalten wird, da der untere Endbereich des Elementes in die Zone unter dem Gitter durch ein Loch im Gitter mit sehr begrenztem seitlichem Spiel vorsteht.

Diese bekannte Anordnung, selbst wenn sie auf ^kleine Versuchsreaktoren angewendet wird, kann jedoch nicht als verläßliche und sichere Befestigung angesehen werden. Die Untersuchung der Auslegung vorhandener Kernreaktoranlagen großer Abmessungen bei denen weder eiJLe mechanische Verriegelung noch eine hydrostatische Verriegelung zur Anwendung kommt, z.B. bei den beiden schnellen Reaktoren Enrico Fermi und Rapsodie^ zeigt die Verwendung einer Einrichtung der Plattformbauart, welche als eine Niederhalteplatte auf die Brennstoffelemente derart angeordnet wird, daß deren Herausziehen verhindert wird. Die Verwendung solch einer Einrichtung jedoch, die gewissa Vorteile besitzen mag, ist bei einem Reaktor der PEC-Bauart nicht praktisch (der zum Untersuchen von Kernbrennstoffelementen benutzt wird) wo eine Gruppe zentraler Arme und Herausziehmechanismen beachtlichd?Abmessung vorhanden ist.

Erfindungsgemäß soll daher ein Mechanismus zum Verriegeln von Kernbrennstoffelementen gegen das Gitter vorgeschlagen werden, bei dem die oben genannten Nachteile nicht auftreten.

Die Erfindung geht aus von einem in Längsrichtung sich erstreckenden Brennstoffelement, das in der Lage ist, in einem Gitter eines Kernreaktors verriegelt zu werden, und zeichnet sich daduröhh aus, daß in einem Endteil des Brennstoffelementes ein mit dem Gitter in Eingriff kommendes Crgan derart vorgesehen ist, daß das Brennstoffelement im Gitter verriegelbar ist, und daß ein in Längsrichtung verschiebbares Element vorgesehen ist, welches von diesem

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einen Endteil zum anderen Endteil des Brennstoffelementes sich erstreckt und in der Lage ist, entweder direkt oder indirekt das in Eingriff zu bringende Organ zu betätigen und am anderen EM= teil zugänglida zu machen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das in Eingriff bring|are Organ quer verschiebbar und das Verschiebbare Element weist einen Kolben auf, der innerhalb eines zylindrischen Bereiches dieses einen Endteil4s des Brennstoflelementes aufgenommen ist und bezüglich dessen verschiebbar ist, wobei der zylindrische Teil in seiner Seitenwandung mit einer Öffnung versehen ist, die in der Lage ist, teilweise das zum Eingriff kommende Organ und den Kolben aufzunehmen, wobei der Kolben seinerseits mit einer Ausnahnung versehen ist, die teilweise das in Eingriff kommende Organ aufnimmt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb, wenn das in Eingriff bringbare Organ sich in unverriegelter Lage befindet, die Ai snehmung im Kolben sich gegenüber der öffnung im zylindrischen Seil befindet und das in Eingriff bringbare Organ völlig in der Ausnehmung uni der öffnung untergebracht ist, und, befindet sich das in Eingriff bringbare Organ in seiner Sperrstellung, die Ausnehmung im Kolben nicht mehr gegenüber der Öffnung im Zylinderteil sich befindet und ein feil des in Eingriff bringbaren Organs nach außen über den Zylinderteil vorsteht.

Vorzugsweise besteht das in Eingriff bringbare Organ aus einer Kugel; Vorkehrungen sind getroffen, damit das Brennstoffelement aus dem Gitter für den Fall entfernt werden kann, daß das verschiebbare Element brechen sollte.

Bine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden, in der

Fig. 1 ein Vertikalschnitt durch ein in seiner Lage im Gitter eines Kernreaktors nach der Erfindung verriegelten Brennstoffelementes ist;

Fig. 2 ist ein Querschnitt länge der Linie II-II in Fig. 1 und

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j Pig. 3 ist ein Vertikalschnitt durch den unteren Teil des Brenn-

] stoffelementes nach Pig. 1, welches sich in nicht-ver-

j riegelter Lage befindet.

In der Zeichnung ist ein Teil eines Kernreaktorgitters dargestellt, ί welches aus einem oberen horizontalen Element 1 und einem unteren

} horizontalen Element 2 gebildet ist. Zwischen den Elementen 1 und2

ist eirß zylindrische Hüie 3 befestigt, die so ausgebildet ist, daß sie den unteren Endbereich eines Brennstoffelementes aufnehmen kann, welches allgemein mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet ist,

Die Hü&e 3 ist mit Schlitzen 5 versehen, derart, daß das Kühl- ; mittel in die Hülse eintreten und aus dieser auströmen kann, Aus

dem gleichen Grunde ist die Grundplatte 6 mit einer Öffnung 7 versehen.

Unterhalb des Hauptkörpers 8 des Brennstoffelementes 4 befindet sich ein hohlzylindrisches Element 9, innerhalb dessen ein Kolben 10 umgekehrt gelagert ist, der vertikal bezüglich des zylindrischen Elementes 9 verschiebbar ist. Der Kolben 10 ist nach untengehend a.uf einer Seite mit einem Schlitz 11 versehen, indem ein Dorn 12 sich hinein erstreckt, der in dem zylindrischen Element 9 befestigt ist. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß der Kolben ¹O daran gehindert wird, sich innerhalb des zylindrischen Elementes 9 zu verdrehen. Der Kolben 10 ist fest an einer Stange 13 befestigt, die den oberen Teil 14 des zylindrischen Elementes 9 sowie den Hauptkörper 8 des Brennstoffelementes durchsetzt und in einem Ring 15 endet, der durch horizontal angeordnete Speichen 16 an einem zylindtisehen Käfig 17 befestigt ist, der zu einer begrenzten vertikalen Verschiebung im oberen Bereich 18 des Brennstoffelementes 4 in der Lage ist, wobei der obere Bereich 18 mit Schlitzen 19 versehen ist, die einen Eintritt und Austritt des Kühlmittels für den Kernreaktor erlauben.

Der Käfig 17 befindet sich normalerweise an der unteren Wegbegrenzung im oberen Bereich 18, da die Stange 18 nach unten durch die Wirkung einer Feder 20 gedrückt wird, die zwischen dem oberen Teil 14 des zylindrischen Elementes 9 und einem Plansch 21 auf der

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Stange 13 wirkt. Die ZJlinderhüie 3 ist mit drei Ausnehmungen 22 verseher, die (wie in Fig. 1 und 2 dargestellt) in der Lage sind, etwa die Hälfte von jeder der drei Zugein 23 aufzunehmen, die verschiebbar sind, längs und teilweise aufnehmbar sind in drei Öffnungen 24, die im Zylinderelement 9 vorgsehen sind. Der untere Teil des Kolbens 10 ist auch mit drei Ausnehmungen 25 versehen, von pdenen jede in der Lage ist, etwa die Hälfte einer der Kugeln 23 aufzunehmen. Die Ausnehmungen 25 sind so positionierte daß, befindet sich das Brennstoffelement in der verriegelten Stellung, (Fig. 1), die Ausnehmungen 25 direkt unterhalb der Öffnungen 24 im zylindrischen Element 9 zu liegen kommen und, befindet sich das Brennstoffelement in der nicht-verriegelten Stellung, (Pig. 3)> die Ausnehmungen 25 sich gegenüber den Öffnungen 24 befinden.

In Praxis.zieht, wenn das Brennstoffelement 4 in das Gitter 1, 2 eines Kernreaktors eingeführt und gegen dieses Verriegelt werden soll, während das Brennstoffelement in den Reaktor abgesenkt wird, ein nicht dargestellter Haken am Ring 15 nach oben, so daß der Käfig 17 sich an seiner oberen Wegbegrenzung befindet. Dies hat zur Wirkung, daß, wie in Fig. 3 gezeigt, der Kolben 10 nach oben gegen die Fsfer 20 bewegt wird, so daß der Kolben sich an der oberen Begrenzung seines Vertikalweges relativ zum Zylinderelement 9 befindet, wobei an dieser Stelle* die Ausnehmungen 25 sich gegenüber den öffnungen 24 befinden und jede der Kugeln 23 teilweise in einer der Öffnungen 24 umd teilweise in einer der Ausnehmungen 25 aufgenommen wird. Die Kugeln werden daran gehindert, aus den Öffnungen 24 zu fallen, indem letztere mit einer geringen Verjüngung gegen ihr radial nach außen gelegenes Ende versehen sind. Während des Absenkens des Brennstoffelementes ist die Beziehung zwischen dem Kolben 10, dem Zylinderelement 9 und den Kugeln 23 wie in Fig. 3 dargestellt.

Sobald jedoch der Boden des zylindrischen Elementes 9 auf der Basisplatte 6 ruh;, wird der Ring 15 und damit Käfig 17, Stange 13 und Kolben 10 relativ zum oberen Teil 18 des Brennstoffelementes abgesenkt, Dies führt dazu, daß die Kugeln 23 aus den Ausnehmungen 25 und in die Ausnehmungen 22, wie in Fig. 1 dargestellt, gedrückt werden. Das Brennstoffelement ist nun durch die Kugeln bezüglich der Zylinderhülse 3 verriegelt.

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Um das Brennstoffelement vom Gitter zu entfernen, muß man nur am Ring 15 ziehen, so daß der Mechanismus entriegelt wird und man muß, während der Zug am Ring 15 aufrecht erhalten wird, das Brennstoffelement herausziehen.

Die in Fig. 3 dargestellten Öffnungen 26 sind, was die Funktionsweise des Mechanismus betrifft, unbeachtlich. Sie werden lediglich erzeugt, um zur Herstellung der sich verjüngenden Öffnungen 24 beizutragen.

Für den Fall, daß die Stange 13 brechen sollte, ist es immer noch möglich, daß Brennstoffelement aus dem Gitter herauszuziehen, wenn die Kugeln 23 und/oder der dünnwandige Bereich des Kolbens 10 geschwächt wird, bezw. geschwächt werden, so daß sie verformbar sind und/oder sie werden aus einem verformbaren Material hergestellt. Offentsichtlich müssen diese Teile ausreichend stark sein, um während- des Kormalbetriebs nicht verformt au werden.

•-nsprüche

Claims

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1. längliches Brennstoffelement zur Verriegelung in dem Gitter eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Bereich ein Organ aufweist, welches mit dem Gitter in Eingriff bringbar ist und das Brennstoffelement im letzteren Verriegelt und ein sich in Längsrichtung verschiebbares Element aufweist,

welches von diesem einen Endteil zum anderen Endteil des Brennist Stoffelementes sich erstreckt und in der Lage/ entweder direkt oder indirekt das in Eingriff bringbare Organ zu betätigen, /«reiches am anderen Endteil zugänglich ist.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Eingriff bringbare Organ qua? verschiebbar ist, und daß das verschiebbare Element einen Kolben (10) aufweist, der innerhalb eines zylindrischen Teiles dieses einen Endteiles des Brennstoffelementes aufgenommen und bezüglich dessen verschiebbar ist, wobei der zylindrische Teil in seiner Seitenwandung mit einer Öffnung (22) versehen ist, die in der Lage ist, teilweise das in Eingriff bringbare Organ (23) aufzunehmen, und daß der Kolben mit einer Ausnehmung (25) versehen ist, die in der Lage ist, teilweise das in Eingriff bringbare Element aufzunehmen und die Anordnung derart getroffen ist, daß im Betrieb, wenn das in Eingriff bringbare Organ sich in der nicht-verriegelten Stellung befindet, die Ausnehmung im Kolben gegeniter der Öffnung im zylindrischen Teil zu stehen kommt und da§ in Eingriff bringbare Organ völlig in der Ausnehmung und der Öffnung unterbringbar ist, und. wenn das in Eingriff bringbate Organ sich in der verriegelten Stellung befindet, die Ausnehmung im Kolben nicht mehr gegenüber der Öffnung im zylindtischen Teil sich befindet, und daß ein Teil des in Eingriff bringbaren Organs nach außen über den zylindrischen Teil hinaus vorragt.

3.Brennstoffelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in Eingriff bringbare Organ eine Kugel (23) ist.

4. Brennstoffelement nach Anspruch 1, 2pder 3 ₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffelement vom Gitter für den Pail entfernbar ist, daß das verschiebbare Element brechen sollte.

5. Brennstoffelement nach Anspruch 4 oder Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben unter übermäßiger Belastung verformbar ist.

6. Brennstoffelement nach Anspruch 5 oder 4 oder Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in Eingriff bringbare Organ unter einer übermäßigen Belastung verformbar ist.

7. Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch eine Feder (20), die versucht, den Kolben bezüglich des Zylindrischen Teils zu verschieben,derart, daß die Ausnehmung in ersterem (25) und die öffnung (22) im letzteren einander nicht gegenüberstehen.

8. Brennstoffelement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die in der Lage sind, eine Drehung des Kolbens bezüglich des zylindrischen Teils zu verhindern.

9. Brennstoffelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitz in der Seitenwandung versehen ist und daß der zylindrische Teil mit einem Vorsprung ausgestattet ist, der in den Schlitz hineinragt.

10. Brennstoffelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zugängliche Teil des verschiebbaren Elementes mit einem Ring (15) versehen ist.

11. Brennstoffelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ring an einem Zylinderelement befesti£>ar ist, welches bei begrenztem Längsweg in diesem anderen Endteil des Brennstoffelementes verschiebbar ist.