WO1994005014A1 - Kernreaktorelement bestehend aus kombiniertem brenn- und absorberelement, das als steuersäule dient - Google Patents

Kernreaktorelement bestehend aus kombiniertem brenn- und absorberelement, das als steuersäule dient Download PDF

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WO1994005014A1
WO1994005014A1 PCT/DE1993/000710 DE9300710W WO9405014A1 WO 1994005014 A1 WO1994005014 A1 WO 1994005014A1 DE 9300710 W DE9300710 W DE 9300710W WO 9405014 A1 WO9405014 A1 WO 9405014A1
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WO
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nuclear reactor
fuel
jacket body
rod
jacket
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PCT/DE1993/000710
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Peter Rau
Walter Sauermann
Dieter Menges
Rolf Schiffer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21C7/00Control of nuclear reaction
    • G21C7/06Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
    • G21C7/08Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of solid control elements, e.g. control rods
    • G21C7/10Construction of control elements
    • G21C7/103Control assemblies containing one or more absorbants as well as other elements, e.g. fuel or moderator elements
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Definitions

  • Nuclear reactor element consisting of a combined fuel and absorber element that serves as a control column.
  • the invention relates to a nuclear reactor element, in particular an absorber element, with an elongated jacket body having an upper and a lower end, in which a guide channel coaxial with the jacket body is formed for the loose guiding of a rod which is connected to the fuel element head of an elongated, at the lower end of the elongated jacket body.
  • Fuel rods can be coupled with nuclear fuel elements having nuclear fuel, and with an element base located on this lower end of the jacket body, which represents a hollow body coaxial with the jacket body and has a closing element for the fuel element head.
  • Such a nuclear reactor element designed as an absorber element is known from page 50 of "Nuclear Engineering International Special Publications, Fuel Review 1991".
  • the element base is rigidly connected to the jacket body, and the form-locking element is a longitudinal slot for receiving a radial pin located on the fuel element head of the nuclear reactor fuel element.
  • This longitudinal slot is open at the end edge of the element base facing away from the casing body.
  • the rod guided through the guide channel is suspended vertically at an upper end, while the lower end is coupled to the nuclear reactor fuel element with a bayonet coupling in the fuel element head of the nuclear reactor fuel element, so that the nuclear reactor fuel element is located below the absorber element hanging on the pole.
  • the absorber element and the nuclear reactor fuel element are rotated in relation to one another by the radial pin in the longitudinal slot of the element foot of the absorber element, but if the coupling fails in the fuel element head of the nuclear reactor fuel element, either the nuclear reactor fuel element alone or together with the absorber element in the core element crash reactor. In any case, there is a risk that the nuclear reactor fuel element will be damaged.
  • the absorber element falls together with the fuel element, the absorber element inadvertently reaches its shutdown position in the reactor core and leads to a decrease in the power of the nuclear reactor.
  • the absorber element remains outside of its switch-off position in the reactor core, for example as a result of a frictional connection, then only water as moderator substance is located in the reactor core at the location of the crashed nuclear reactor fuel element. This leads to an undesirable increase in the output of the fuel rods still remaining in the core of the nuclear reactor. The latter can also happen if the absorber element gets stuck in the reactor core during normal retraction, for example due to friction, while the nuclear reactor fuel element coupled to the rod is moved out of the reactor core, as intended.
  • the object of the invention is to rule out such faults.
  • a nuclear reactor element of the type mentioned at the outset is characterized in accordance with the invention in that a free-wheel clutch is assigned to the guide channel within the jacket body, which clutch
  • the one-way clutch prevents the nuclear reactor element (absorber element) from falling freely along the rod into the nuclear reactor, while the positive locking element on the element base with an associated positive locking element on the nuclear reactor fuel element forms a positive connection between the nuclear reactor element and the nuclear reactor fuel element, so that the nuclear reactor fuel element additionally on Nuclear reactor element hangs and cannot detach from it.
  • the nuclear reactor element can be deliberately separated from the nuclear reactor fuel element by removing the positive connection between the nuclear reactor element (absorber element) and the nuclear reactor fuel element and then pulling the nuclear reactor element (absorber element) along the rod away from the nuclear reactor fuel element .
  • the free-wheel coupling is assigned a device with a temperature sensor attached in the jacket body, which reversibly eliminates the frictional connection between the jacket body and the rod when the temperature at the temperature sensor is lower than a predetermined value , with the reactor switched off and therefore cold z.
  • B. by rotating the rod about its longitudinal axis, first of all to release the coupling of the rod to the fuel element head of the nuclear reactor fuel element and then to pull the rod out of the nuclear reactor through the absorber element. Then, with the aid of a hoist, the Absorber element and then the nuclear reactor fuel element are lifted out of the nuclear reactor.
  • FIG. 1 shows a perspective view and partially cut an absorber element according to the invention which is coupled to a nuclear reactor fuel element.
  • FIG. 2 is divided into sections 2A and 2B and shows in longitudinal section the absorber element according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a modified individual part of the absorber element according to FIGS. 1 and 2.
  • the absorber element 2 has a hollow cylindrical element base 3.
  • an elongated jacket body A consisting of a hollow body is arranged coaxially and at a distance from the element base 3.
  • This element foot 3 is mounted rotatably about its longitudinal axis in the jacket body and is held immovably in this jacket body 4 by a projecting bearing collar 5 on the outside of the jacket surface of the fuel element foot 3 in the direction of the longitudinal axis Aa of the jacket body A.
  • rings Al made of neutron strongly absorbent material are arranged one above the other and coaxially between element base 3 and jacket body A, and are held on jacket body A on the inside.
  • this element foot 3 carries a one-way clutch.
  • This one-way clutch is assigned to a guide channel 6 for a rod 7, which is located within the element base 3 and which is coaxial with the element base 3 and the jacket body A.
  • the one-way clutch has three loose clamping bodies 8, which are balls of the same size, for example, and only one of which is shown in FIGS. 1 and 2. These spheres are always located in a cross-sectional plane of the element base 3 with respect to one another with respect to their spherical center.
  • All three clamping bodies 8 have the same angular distance from one another with respect to the longitudinal axis Aa of the casing body A. Furthermore, each of these loose clamping bodies 8 rolls on a rolling surface 9 which represents an inclined plane and which is arranged on the inside of the element base 3 in the vicinity of the upper end of the jacket body A. Each of the inclined planes is inclined at the same angle to the longitudinal axis Aa of the casing body A, and in the smooth cross section of the casing body A the distance of the inclined planes from the longitudinal axis Aa is the same.
  • the distance between the inclined planes and the longitudinal axis Aa of the jacket body A is gradually reduced in the direction towards the upper end of the jacket body A, so that the adhesive bodies 8 also have a distance from the longitudinal axis Aa of the jacket body A. can roll the inclined planes in the direction of this longitudinal axis Aa, which also gradually decreases in the direction towards the upper end of the casing body A.
  • Each inclined plane is covered at its end facing the lower end of the casing body A with a cover body 10 which is fastened to the inside of the element base 3. Between the covering body 10 and the associated clamping body 8 is a helical spring
  • Spring 11 clamped, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axis Aa of the casing body A. This spring 11 is subjected to pressure and is supported at one end on the cover body 10 and at the other end on the loose clamping body 8.
  • a temperature sensor consists of an elongated bimetallic body which is formed from two tubes which are coaxial to one another and to the jacket body A and thus also to the element base 3.
  • the inner tube as the second metal body 13 has a greater coefficient of thermal expansion than the outer tube as the first metal body 12, in which the inner tube is largely located.
  • the inner tube also forms part of the guide channel 6, which is intended for the rod 7. While the two tubes are attached to each other at one end, the outer tube is attached at the other end to the side of the cover body 10 facing the lower end of the jacket body A.
  • the other end of the inner tube has a driver body 1A for each clamping body 8, which loosely reaches over the rolling surface 9 and engages behind the relevant clamping body 8 between the upper end of the jacket body A and this clamping body 8.
  • each clamp body 8 has a reach-through window 15, which is an elongated hole extending in the direction of the longitudinal axis Aa of the casing body A and through which the respective clamp body 8 guided in the reach-through window 15 is non-positively connected to the Can attack rod 7.
  • Each clamping body 8 is advantageously made of a particularly hard material, for example an iron-chromium-molybdenum alloy, and has a surface provided with corrugations.
  • a sleeve 16 which is arranged coaxially to the jacket body A and thus also to the element base 3 and which is involved in the formation of the guide channel 6.
  • This sleeve 16 has three wings 17 on the outside, which have the same angular distance from one another with respect to the longitudinal axis of the sleeve 16. These wings 17 guide the sleeve 16 loosely in the element base 3.
  • At least one of the wings 17 has a tongue 20 with which it loosely engages in a longitudinal slot 21 extending from the edge at the end of the element base 3.
  • each wing 17 forms a strut 22 directed toward the upper end of the casing body A.
  • the struts 22 end on a ring 23 which is coaxial with the casing body A and is loosely mounted in a head 2A.
  • This head 2A is inserted in the upper end of the casing body A and screwed to this casing body A in a rotationally stable manner with screws 25.
  • rib 26 On the outside of the ring 23 there is also at least one rib 26 which engages in a longitudinal slot 26a extending from the end edge of the head 2A consisting of a hollow body.
  • fuel assembly 31 are one
  • the fuel assembly head 30 has one with bushings e.g. for a liquid-provided floor on the fuel assembly head 30 .
  • first coupling half 32 of a releasable coupling (e.g. bayonet coupling) coaxial to the longitudinal axis of the casing body 3 is formed.
  • This first coupling half 32 is open to the guide channel 6 in the absorber element 2.
  • the rod 7 guided through the guide channel 6 has a second coupling half 33 of this releasable coupling at the end located in the first coupling half 32.
  • Your coupling half 32 is coupled to the coupling half 33.
  • Two radial pins 3A are attached to the fuel assembly head 30 on the inner surface of this fuel assembly head 30. These radial pins 3A each engage in a circumferential slot 35 which, as a form-locking element, is located at an angle to the longitudinal axis Aa of the casing body A in the hollow cylinder of the element base 3 of the absorber element 2. Instead of this circumferential slot, there may also be a circumferential groove on the outside of the outer surface of the hollow cylinder of the element base.
  • the positive locking element can also be a bolt or a pawl, which form a radial projection on the hollow cylinder of the element base, which can be moved back and forth in the radial direction of the hollow cylinder.
  • the positive locking element can also be a radial recess and a radial bushing on the hollow cylinder of the element base 3.
  • the jacket body A has at its lower end at the end edge at least one pin parallel to the longitudinal direction of the jacket body A as a latching member 36, which is used to orient the absorber element 2 and the nuclear reactor fuel element 29 hanging on the rod 7 into a corresponding one Longitudinal axis Aa of the casing body A engages in parallel groove 37, which starts from the edge at the upper end of the fuel assembly head 30.
  • the absorber element 2 When inserted into the nuclear reactor fuel element 29, the absorber element 2 is first placed coaxially on the fuel element head 30 of the nuclear reactor fuel element 29 such that the element foot 3 engages in the fuel element head 30 at the lower end of the jacket body A.
  • the radial pins 3A are each guided through a longitudinal slot 38 extending from the end edge of the hollow body of the element base 3 to the peripheral slot 35.
  • a tool is then passed through the element head 2A of the absorber element 2 with which the sleeve 16 is displaced in the direction of the fuel element head 30 against the force of the helical spring 18.
  • the sleeve 16 and thus the hollow cylinder of the element base 3 is rotated about the longitudinal axis Aa of the casing body A until the ribs 26 can engage in the associated grooves 26a in the element head 2A.
  • the ribs 26 engage in these grooves 26a, so that the element foot 3 is locked in this predetermined rotational angle position on the casing body A and the radial pins 3A are as desired be ⁇ in the circumferential slot 35 in the hollow cylinder of the element base 3.
  • the rod 7 is moved into the guide channel 6 and the coupling halves 32 and 33 are coupled to one another by rotating the rod 7 about its longitudinal axis.
  • the nuclear reactor fuel element 29, which is now hanging on the rod 7, is then pulled upward into the reactor core of a nuclear reactor, while the absorber element 2 is pulled upward out of the reactor core.
  • the bimetallic body formed by the two tubes 12 and 13 causes a frictional connection between the jacket body 2 of the absorber element and the rod 7 via the clamping bodies 8, which is reversible since this frictional connection is canceled again after the nuclear reactor has been switched off and the coolant has cooled.
  • the rod 7 cannot be pulled out of the guide channel 6 in the direction of the element head 2A at the upper end of the jacket body A. This means that the nuclear reactor fuel element 29 does not fall, but remains attached to the absorber element 2 via the radial pins 3A, which in turn hangs on the rod 7 via the clamping bodies 8 due to the force fit between the absorber element 2 and the rod 7.
  • the nuclear reactor fuel element 29 is pulled out of the reactor core downwards again. drive and at the same time moved the absorber element 2 into the reactor core.
  • the power connection via the clamping bodies 8 is in each case canceled again by the action of the associated driving body 1A, so that the rod 7 can be pulled up out of the guide channel 6 after the coupling to the fuel assembly head 30 has been released. Then the absorber element 2 and then the nuclear reactor fuel element 29 can be lifted upwards out of the nuclear reactor in succession using a separate lifting device.
  • the circumferential slot 35 in the hollow cylinder of the element base 3 can extend from this longitudinal slot 38 at an slot end at an acute angle with respect to the longitudinal axis Aa and the longitudinal slot 38. At the other slot end, this circumferential slot 35 merges into another longitudinal slot AO, which is located between this other slot end and the lower end of the casing body A. This ensures the rotational orientation between the fuel assembly head 30 of the nuclear reactor fuel assembly 29 on the one hand and the element base 3 on the other hand, so that either the locking members 36 consisting of the pins on the lower edge of the casing body A or the sleeve 16 can be omitted.

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Abstract

Das Kernreaktorelement in der Funktion als Steuersäule besteht aus einem Brennelement (31) und einem Absorberelement (2) die in axialer Richtung gekoppelt sind. In der Achse (4a) des zylindrischen Mantelkörpers (4) des obenliegenden Absorberelements (2) wird eine Stange (7) bis zum Brennelement (31) durchgeführt und mit diesem bajonettverbunden. Als Absturzsicherung wird sowohl die Stange (7) mit dem Absorberelement (2) als auch das Absorberelement (2) mit dem Brennelement (31) lösbar verbunden. Die Verbindung zwischen Stange (7) und Mantelkörper (4) des Absorberelements (2) erfolgt durch eine Freilaufkupplung (6, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18). Die Verbindung zwischen Mantelkörper (4) des Absorberelements (2) und Brennelementkopf (30) des Brennelements (31) erfolgt über ein Formschlusshalteelement (35, 36, 37).

Description

Kernreaktorelement bestehend aus kombiniertem Brenn- und Absorberelement, das als Steuersäule dient.
Die Erfindung betrifft ein Kernreaktorelement, insbesondere Absorberelement, mit einem langgestreckten, ein Ober- und ein Unterende aufweisenden Mantelkörper, in dem ein zum Mantelkörper koaxialer Führungskanal zum losen Führen einer Stange ausgebildet ist, die an dem Unterende des langgestreckten Mantelkörpers an den Brennelementkopf eines langgestreckten, Brennstäbe mit Kernbrennstoff auf- weisenden Kernreaktorbrennelements ankoppelbar ist, sowie mit einem an diesem Unterende des Mantelkörpers befind¬ lichen Elementfuß, der einen zum Mantelkörper koaxialen Hohlkörper darstellt und ein For schlußhalteelement für den Brennelementkopf aufweist.
Ein solches als Absorberelement ausgebildetes Kernreaktor¬ element ist aus Seite 50 aus "Nuclear Engineering Interna¬ tional Special Publications, Fuel Review 1991", bekannt. Bei diesem Absorberelement ist der Elementfuß starr mit dem Mantelkörper verbunden, und das Formschlußhalteelement ist ein Längsschlitz zur Aufnahme eines am Brennelementkopf des Kernreaktorbrennelements befindlichen Radialstifts. Dieser Längsschlitz ist an der dem Mantelkörper abgewandten End¬ kante des Elementfußes offen.
In einem Kernreaktor ist die durch den Führungskanal ge¬ führte Stange an einem Oberende vertikal aufgehängt, wäh¬ rend das Unterende mit einer Bajonettkupplung im Brenne- elementkopf des Kernreaktorbrennelements an dem Kernreak- torbrennele ent angekoppelt ist, so daß das Kernreaktor¬ brennelement unterhalb des Absorberelements an der Stange hängt. Auf diese Weise sind zwar Absorberelement und Kernreaktor¬ brennelement durch den Radialstift im Längsschlitz des Elementfußes des Absorberelements zueinander drehorientiert, versagt aber die Kupplung im Brennelementkopf des Kernreak- torbrennele ents, so kann entweder das Kernreaktorbrennele¬ ment allein oder zusammen mit dem Absorberelement im Kern¬ reaktor abstürzen. Hier besteht in jedem Fall die Gefahr, daß das Kernreaktorbrennelement beschädigt wird. Stürzt das Absorberelement zusammen mit dem Brennelement ab, so gelangt das Absorberelement ungewollt in seine Abschaltpo¬ sition im Reaktorkern und führt zu einem Leistungsabfall des Kernreaktors. Verbleibt das Absorberelement aber z.B. infolge von Reibungsschluß außerhalb seiner Abschaltposi¬ tion im Reaktorkern, so befindet sich im Reaktorkern an der Stelle des abgestürzten Kernreaktorbrennelements nur Wasser als Moderatorsubstanz. Dies führt zu einer unerwünschten Leistungserhöhung der noch im Reaktorkern des Kernreaktors verbliebenen Brennstäbe. Letzteres kann auch geschehen, wenn das Absorberelement beim normalen Einfahren in den Reaktor- kern z.B. wegen Reibungsschluß hängen bleibt, während das an der Stange angekoppelte Kernreaktorbrennelement - wie an sich vorgesehen - aus dem Reaktorkern ausgefahren wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Stö- rungen auszuschließen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Kernreaktorelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekenn¬ zeichnet, daß dem Führungskanal innerhalb des Mantel- körpers eine Freilaufkupplung zugeordnet ist, die einem
Herausziehen der Stange aus dem Oberende des Mantelkörpers in Längsrichtung dieses Mantelkörpers durch Kraftschluß zwischen der Stange und dem langgestreckten Mantelkör¬ per entgegenwirkt und daß das Formschlußhalteelement am Elementfuß geeignet ist , den Brennelementkopf gegen Abziehen vom Elementfuß in Richtung der Längsachse von Mantelkörper und Elementfuß durch Formschluß zu sperren .
Die Freilaufkupplung verhindert , daß das Kernreaktorele¬ ment (Absorberelement ) an der Stange entlang frei in den Kernreaktor fallen kann , während das Formschlußhalteelement am Elementfuß mit einem zugeordneten Formschlußhalteelement am Kernreaktorbrennelement einen Formschluß zwischen Kern¬ reaktorelement und Kernreaktorbrennelement bildet , so daß das Kernreaktorbrennelement zusätzlich am Kernreaktorelement hängt und sich von diesem nicht lösen kann .
Ein gezieltes Trennen des Kernreaktorelements (Absorberele¬ ments ) vom Kernreaktorbrennelement kann im Prinzip dadurch erfolgen , daß der Formschluß zwischen Kernreaktorelement (Absorberelement ) und Kernreaktorbrennelement wieder auf¬ gehoben wird und danach das Kernreaktorelement (Absorberele- ment ) entlang der Stange weg vom Kernreaktorbrennelement abgezogen wird .
Mit einer Weiterbildung , bei der der Freilau fkupplung eine im Mantelkörper angebrachte Vorrichtung mit Tempe- raturfühler zugeordnet ist , die den Kraftschluß zwischen Mantelkörper und der Stange reversibel au fhebt , wenn die Temperatur am Temperaturfühler geringer als ein vorge¬ gebener Wert ist , besteht die Möglichkeit , bei abge¬ schaltetem und daher kaltem Reaktor z . B . durch Drehen der Stange um ihre Längsachse zunächst die Kopplung der Stange mit dem Brennelementkopf des Kernreaktorbrennelements zu lösen und anschließend die Stange d urch d as Absorberele¬ ment hindurch aus dem Kernreaktor herauszuziehen . An¬ schließend kann mit Hilfe eines Hebezeugs zunächst das Absorberelement und dann das Kernreaktorbrennelement aus dem Kernreaktor herausgehoben werden .
Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert :
Figur 1 ze igt in perspektivischer Darstellung und te ilwei¬ se geschnitten ein erfindungsgemäßes Absorberele¬ ment , das mit einem Kernreaktorbrennelement ge- koppelt ist .
Figur 2 ist in Abschnitte 2A und 2B aufgeteilt und zeigt im Längsschnitt d as Absorberelement nach Figur 1 .
Figur 3 zeigt ei n abgeändertes Einzelteil des Absorberele¬ ments nach den Figuren 1 und 2.
Das Absorberelement 2 nach den Figuren 1 und 2 weist einen hohlzylinderfδrmigen Elementfuß 3 auf . Auf diesem hohlzy- linderfδrmigen Elementfuß 3 ist ein aus einem Hohlkörper bestehender , langgestreckter Mantelkörper A koaxial und mit Abstand zum Elementfuß 3 angeordnet . Dieser E lementfuß 3 ist um seine Längsachse drehbar im Mantelkörper ge¬ lagert und durch einen überstehenden Lagerbund 5 außen au f der Mantelfläche des Brennelementfußes 3 unverschiebbar in Richtung der Längsachse Aa des Mantelkörpers A in diesem Mantelkδrper 4 gehaltert. Ferner sind zwischen Element¬ fuß 3 und Mantelkörper A Ringe AI aus Neutronen stark ab¬ sorbierendem Werkstoff übereinander und koaxial angeordnet und innen am Mantelkörper A gehaltert .
Während der Elementfuß 3 mit seinem Unterende aus dem Unterende des Mantelkörpers A herausragt , befindet sich das Oberende des Elementfußes 3 in der Nähe des Oberendes des Mantelkorpers A innerhalb dieses Mantelkorpers A .
An diesem Oberende trägt dieser Elementfuß 3 eine Frei - laufkupplung. Diese Freilaufkupplung ist einem Führungska¬ nal 6 für eine Stange 7 zugeordnet , der sich innerhalb des Elementfußes 3 befindet und der koaxial zum Elementfuß 3 und zum Mantelkörper A ist .
Die Freilaufkupplung weist drei lose Klemmkörper 8 auf , die be ispielsweise gleich große Kugeln sind und von denen nur ei n einziger Klemmkδrper 8 i n den Figuren 1 und 2 eingezeichnet ist. Diese Kugeln befinden sich mit ihrem Kugelmittelpunkt in bezug au feinander stets in einer Quer- schnittsebene des Elementfußes 3.
Alle drei Klemmkörper 8 haben— in bezug auf die .Längsachse Aa des Mantelkörpers A gleichen Winkelabstand voneinander . Ferner rollt jeder dieser losen Klemmkörper 8 auf einer eine schiefe Ebene darstellenden Abrollfläche 9 ab , die jeweils au f der Innenseite des Elementfußes 3 in der Nähe des Oberendes des Mantelkörpers A angeordnet ist . Jede der schiefen Ebenen ist zur Längsachse Aa des Mantelkörpers A im gleichen Winkel geneigt , und im gl eichen Querschnitt des Mantelkörpers A i st der Abstand der schiefen Ebenen von der Längsachse Aa gleich . Ferner verringert sich der Abstand zwischen den schiefen Ebenen und der Längsachse Aa des Mantelkorpers A in Richtung zum Oberende des Mantel¬ körpers A hin gesehen allmählich , so daß auch die Kle m- kδrper 8 mit einem Abstand zur Längsachse Aa des Mantel¬ körpers A auf den schiefen Ebenen in Richtung dieser Längs¬ achse Aa abrollen können , der sich ebenfalls in Richtung zum Oberende des Mantelkörpers A hin gesehen allmählich verringert. Jede schiefe Ebene ist an ihrem dem Unterende des Mantel¬ körpers A zugewandten Ende mit einem Abdeckkörper 10 abge¬ deckt , der an der Innenseite des Elementfußes 3 befestigt ist. Zwischen dem Abdeckkδrper 10 und dem zugehörigen Klemmkδrper 8 ist eine als Schraubenfeder ausgebildete
Feder 11 eingespannt , deren Längsachse parallel zur Längs¬ achse Aa des Mantelkörpers A ist . Diese Feder 11 i st auf Druck beansprucht und stützt sich mit einem Ende am Abdeck¬ körper 10 und mit dem anderen Ende an dem losen Klemmkδr- per 8 ab .
Ein Temperaturfühler besteht aus einem langgestreckten Bimetallkörper , der aus zwei zueinander und zum Mantel¬ körper A und damit auch zum Elementfuß 3 koaxialen Rohren gebildet ist . Das innere Rohr als zweiter Metallkörper 13 hat einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das äußere Rohr als erster Metallkörper 12 , in dem sich das innere Rohr weitgehend befindet . Das innere Rohr bildet überdies einen Teil des Führungskanals 6 , der für die Stange 7 bestimmt ist . Während die beiden Rohre an einem Ende aneinander be festigt sind , ist das äußere Rohr am anderen Ende an der dem Unterende des Mantelkörpers A zugewandten Seite des Abdeckkörpers 10 befestigt . Das an¬ dere Ende des inneren Rohres weist j eweils einen Mitneh er- körper 1A für jeden Klemmkörper 8 auf , der lose über die Abrollfläche 9 greift und den betreffenden Klemmkörper 8 zwischen Oberende des Mantelkörpers A und diesem Klemm¬ körper 8 hintergreift .
Ferner weist das innere Rohr für jeden Klemmkörper 8 ein Durchgreif fenster 15 auf , das ei n sich i n Richtung der Längsachse Aa des Mantelkörpers A erstreckendes Langloch ist und durch das hindurch der jeweilige , in dem Durchgreif¬ fenster 15 geführte Klemmkörper 8 kraftschlüssig an der Stange 7 angreifen kann. Günstigerweise ist jeder Klemm¬ körper 8 aus einem besonders harten Werkstoff, z.B. einer Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung, gefertigt und weist eine mit einer Riffelung versehene Oberfläche auf.
Im Ende des Elementfußes 3 am Oberende des Mantelkörpers A befindet sich eine Muffe 16, die koaxial zum Mantelkörper A und damit auch zum Elementfuß 3 angeordnet ist und die an der Ausbildung des Führungskanals 6 beteiligt ist. Diese Muffe 16 weist außen drei Flügel 17 auf, die voneinander gleichen Winkelabstand in bezug auf die Längsachse der Muffe 16 haben. Diese Flügel 17 führen die Muffe 16 lose im Elementfuß 3. Auf diesen Flügeln sitzt ferner eine Schraubenfeder 18, die sich mit einem Federende an den drei Flügeln 17 und mit dem anderen Federende an einer Schulter 19 auf der Innenfläche des Elementfußes 3 abstützt. Minde¬ stens einer der Flügel 17 weist eine Zunge 20 auf, mit der er lose in einen von der Kante am Ende des Elementfußes 3 ausgehenden Längsschlitz 21 greift.
Ferner bildet jeder Flügel 17 eine zum Oberende des Man¬ telkörpers A gerichtete Strebe 22. Die Streben 22 enden an einem zum Mantelkörper A koaxialen Ring 23, der lose in einen Kopf 2A gelagert ist. Dieser Kopf 2A ist im Oberende des Mantelkörpers A eingesetzt und mit Schrauben 25 drehstabil an diesem Mantelkörper A festgeschraubt.
Außen am Ring 23 befindet sich ferner mindestens eine Rippe 26, die in einen von der Endkante des aus einem Hohlkörper bestehenden Kopfes 2A ausgehenden Längsschlitz 26a eingreift.
Der aus dem Unterende des Mantelkörpers A hervorragende Teil des Elementfußes 3 greift in den einen Hohlkörper dar- stellenden Brennelementkopf 30, der in einem Oberende des Brennelementkastens 31 eines langgestreckten Kernre¬ aktorbrennelementes fest eingesetzt ist und dort durch eine Bajonettverbindung 30a mit dem Brennelementkasten 31 verrastet ist. In dem Brennelementkasten 31 sind eine
Reihe von mit Kernbrennstoff gefüllten, zueinander paral¬ lelen Brennstäben angeordnet.
Der Brennelementkopf 30 weist einen mit Durchführungen z.B. für eine Flüssigkeit versehenen Boden auf, an dessen
Außenseite eine zur Längsachse des Mantelkörpers 3 koaxiale erste Kupplungshälfte 32 einer lösbaren Kupplung (z.B. Bajo¬ nettkupplung) ausgebildet ist. Diese erste Kupplungshälfte 32 ist zum Führungskanal 6 im Absorberelement 2 hin offen. Die durch den Führungskanal 6 geführte Stange 7 weist an dem in der ersten Kupplungshälfte 32 befindlichen Ende eine zweite Kupplungshälfte 33 dieser lösbaren Kupplung auf. Ihre Kupplungshälfte 32 ist an der Kupplungshälfte 33 angekoppelt.
Am Brennelementkopf 30 sind zwei Radialstifte 3A an der Innenfläche dieses Brennelementkopfes 30 angebracht. Diese Radialstifte 3A greifen jeweils in einen Umfangschlitz 35, der sich als Formschlußhalteelement rechtwinklig zur Längs- achse Aa des Mantelkörpers A geneigt im Hohlzylinder des Elementfußes 3 des Absorberelements 2 befindet. Anstelle dieses Umfangschlitzes kann sich auch eine Umfangnut außen an der Mantelfläche des Hohlzylinders des Elementfußes be¬ finden. Das Formschlußhalteelement kann auch ein Riegel oder eine Klinke sein, die am Hohlzylinder des Elementfußes einen Radialvorsprung bilden, der in radialer Richtung des Hohlzylinders hin und her verschiebbar ist. Das Form¬ schlußhalteelement kann aber auch eine Radialvertiefung und eine Radialdurchführung am Hohlzylinder des Element¬ fußes 3 sein.
Der Mantelkörper A weist an seinem Unterende an der End- kante mindestens einen zur Längsrichtung des Mantelkör¬ pers A parallelen Zapfen als Verrastorgan 36 auf, das zur Drehorientierung von Absorberelement 2 und dem an der Stange 7 hängenden Kernreaktorbrennelement 29 in eine ent¬ sprechende, zur Längsachse Aa des Mantelkörpers A parallele Nut 37 greift, die von der Kante am Oberende des Brennelementkopfs 30 ausgeht.
Beim Einsetzen in das Kernreaktorbrennelement 29 wird zu¬ nächst das Absorberelement 2 koaxial auf den Brennelement- köpf 30 des Kernreaktorbrennelements 29 so aufgesetzt, daß der Elementfuß 3 am Unterende des Mantelkörpes A in den Brennelementkopf 30 greift. Hierbei werden die Radial¬ stifte 3A jeweils durch einen von der Endkante des Hohl¬ körpers des Elementfußes 3 ausgehenden Längsschlitz 38 zu dem Umfangschlitz 35 geführt.
Sodann wird durch den Elementkopf 2A des Absorberelements 2 hindurch ein Werkzeug geführt, mit dem die Muffe 16 in Richtung zum Brennelementkopf 30 gegen die Kraft der Schraubenfeder 18 verschoben wird. Zugleich wird mit dem auch an den Streben 22 angreifenden Werkzeug die Muffe 16 und damit der Hohlzylinder des Elementfußes 3 um die Längsachse Aa des Mantelkörpers A soweit gedreht, bis die Rippen 26 in die zugehörigen Nuten 26a im Elementkopf 2A eingreifen können. Nach Entfernen des Werkzeugs rasten die Rippen 26 in diese Nuten 26a ein, so daß der Elementfuß 3 in dieser vorgegebenen Drehwinkelposition am Mantelkörper A verrastet ist und die Radialstifte 3A sich wie gewünscht im Umfangschlitz 35 im Hohlzylinder des Elementfußes 3 be¬ finden.
Schließlich wird die Stange 7 in den Führungskanal 6 ein- gefahren und die Kupplungshälften 32 und 33 durch Drehen der Stange 7 um ihre Längsachse miteinander verkoppelt. Hierauf wird das jetzt an der Stange 7 hängende Kernreak¬ torbrennelement 29 von unten nach oben in den Reaktorkern eines Kernreaktors hineingezogen, während das Absorber- element 2 aus dem Reaktorkern nach oben herausgezogen wird.
Nachdem das das Kernreaktorbrennelement 29 und das Ab¬ sorberelement A durchfließende Kühlmittel seine Betriebs¬ temperatur erreicht hat, bewirkt der durch die beiden Rohre 12 und 13 gebildete Bimetallkörper über die Klemm¬ körper 8 einen Kraftschluß zwischen dem Mantelkδrper 2 des Absorberelements und der Stange 7, der reversibel ist, da dieser Kraftschluß nach dem Abschalten des Kernreaktors und Abkühlen des Kühlmittels wieder aufgehoben wird.
Versagt die aus den Kupplungshälften 32 und 33 bestehende Kupplung zwischen der Stange 7.und dem Brennelementkopf 30 während des Betriebs des Kernreaktors, so kann die Stange 7 nicht in Richtung zum Elementkopf 2A am Oberende des Mantel- kδrpers A aus dem Führungskanal 6 herausgezogen werden. Dies bedeutet, daß das Kernreaktorbrennelement 29 nicht abstürzt, sondern über die Radialstifte 3A am Absorberelement 2 hängen¬ bleibt, das seinerseits infolge des Kraftschlusses zwischen dem Absorberelement 2 und der Stange 7 über die Klemmkörper 8 an der Stange 7 hängt.
Zum Abschalten des Kernreaktors wird das Kernreaktorbrenn¬ element 29 wieder nach unten aus dem Reaktorkern herausge- fahren und zugleich das Absorberelement 2 in den Reaktor¬ kern hineingefahren.
Nach dem Abkühlen des Kühlmittels wird auch der Kraft- Schluß über die Klemmkörper 8 jeweils durch Einwirkung des zugehörigen Mitnehmerkörpres 1A wieder aufgehoben, so daß die Stange 7 nach Lösen der Kupplung zum Brennelement¬ kopf 30 aus dem Führungskanal 6 nach oben herausgezogen werden kann. Hierauf können nacheinander mit einem ge- sonderten Hebezeug zunächst das Absorberelement 2 und an¬ schließend das Kernreaktorbrennelement 29 nach oben aus dem Kernreaktor herausgehoben werden.
Wie Figur 3 zeigt, kann der Umfangschlitz 35 im Hohl- zylinder des Elementfußes 3 an einem Schlitzende unter einem spitzen Winkel in bezug auf die Längsachse Aa und den Längsschlitz 38 von diesem Längsschlitz 38 abgehen. Am an¬ deren Schlitzende geht dieser Umfangsschlitz 35 in einen anderen Längsschlitz AO über, der sich zwischen diesem an- deren Schlitzende und dem Unterende des Mantelkörpers A befindet. Hierdurch wird die Drehorientierung zwischen dem Brennelementkopf 30 des Kernreaktorbrennelements 29 einer¬ seits und dem Elementfuß 3 andererseits sichergestellt, so daß entweder die aus den Zapfen an der Unterkante des Mantelkörpers A bestehenden Verrastorgane 36 oder die Muffe 16 entfallen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Kernreaktorelement, insbesondere Absorberelement (2), mit einem langgestreckten, ein Ober- und ein Unterende aufwei- senden Mantelkörper (A), in dem ein zum Mantelkörper (A) koaxialer Führungskanal (6) zum losen Führen einer Stange (7) ausgebildet ist, die an dem Unterende des langgestreck¬ ten Mantelkörpers (A) an den Brennelementkopf (30) eines langgestreckten, Brennstäbe mit Kernbrennstoff aufweisenden Kernreaktorbrennelements (29) ankoppelbar ist, sowie mit einem an diesem Unterende des Mantelkörpers (A) befindlichen Elementfuß (3), der einen zum Mantelkörper (A) koaxialen Hohlkörper darstellt und ein Formschlußhalteelement für den Brennelementkopf (30) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Führungskanal (6) innerhalb des Mantelkorpers (A) eine Freilaufkupplung zugeordnet ist, die einem Herausziehen der Stange (7) aus dem Oberende des Mantelkörpers (A) in Längsrichtung dieses Mantelkörpers (A) durch Kraftschluß zwischen der Stange (7) und dem langgestreckten Mantelkör¬ per (A) entgegenwirkt und daß das Formschlußhalteelement am Elementfuß (3) geeignet ist, den Brennelementkopf (30) gegen Abziehen vom Element¬ fuß (3) in Richtung der Längsachse (Aa) von Mantelkörper (A) und Elementfuß (3) durch Formschluß zu sperren.
2. Kernreaktorelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Formschlußhalteelement der Gruppe Umfangschlitz (35), der zur Längsachse (Aa) des Mantelkörpers (A) geneigt ist, Umfangsnut, die zur Längsachse (Aa) des Mantel¬ körpers (A) geneigt ist, Radialvertiefung und Radialdurchführung sowie Radialvorsprung angehört.
3. Kernreaktorelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich das Formschlußhaltelement außen oder innen an der
Mantelfläche des Elementfußes (3) befindet.
A. Kernreaktorelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Radialvorsprung in radialer Richtung hin und her verschiebbar ist.
5. Kernreaktorelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elementfuß (3) im Mantelkörper (A) um die Längs¬ achse (Aa) dieses Mantelkörpers (A) drehbar gelagert ist.
6. Kernreaktorelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Freilaufkupplung eine im Mantelkörper (A) ange¬ brachte Vorrichtung mit Temperaturfühler zugeordnet ist, die den Kraftschluß zwischen Mantelkörper (A) und der Stange (7) reversibel aufhebt, wenn die Temperatur am
Temperaturfühler geringer als ein vorgegebener Wert ist.
7. Kernreaktorelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Freilaufkupplung einen losen Klemmkörper (8) zum kraftschlüssigen Angreifen an der Stange (7) aufweist, der an einer innerhalb des Mantelkörpers (A) angeordneten Ab¬ rollfläche (9) mit einem Abstand zur Längsachse (Aa) des Mantelkörpers (A) abrollt, der sich in Richtung zum Ober- 1A
ende des Mantelkörpers (A) gesehen allmählich verringert, und daß eine sich mit einem Ende auf dem Mantelkörper (A) ab¬ stützende Feder (11) vorgesehen ist, die mit dem anderen Ende eine zum Oberende des Mantelkörpers (A) gerichtete Federkraft auf den Klemmkörper (8) ausübt.
8. Kernreaktorelement nach Anspruch 6 und 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Temperaturfühler ein langgestreckter Bimetallkδr- per ist mit einem ersten Metallkörper (12), der mit einem Ende am Mantelkörper (A) und mit dem anderen Ende an einem Ende eines zweiten Metallkörpers (13) befestigt ist, und daß der zweite Metallkörper (13) einen größeren Wärmeaus- dehnungskoeffizienten als der erste Metallkörper (12) hat und am anderen Ende einen Mitnehmerkörper (1A) für den Klemmkörper (8) in Richtung weg vom Oberende des Mantelkör¬ pers (A) aufweist.
9. Kernreaktorelement nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elementfuß (3) ein Hohlzylinder ist, der im lang¬ gestreckten Mantelkörper (A) koaxial sowie in Richtung der Längsachse (Aa) des Mantelkörpers (A) unverschiebbar ange- ordnet ist und daß der Mantelkörper (A) ein Verrastorgan (36) zum Verrasten am Brennelementkopf (30) aufweist.
10. Kernreaktorelement nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elementfuß (3) in einer vorgegebenen Drehwinkelpo¬ sition am Mantelkörper (A) verrastbar ist. 11. Kernreaktorelement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Umfangschlitz (35) bzw. die Umfangsnut im Element¬ fuß (3) an einem Schlitz- bzw. Nutende in einen Längs- schlitz (AO) bzw. eine Längsnut übergeht, der sich zwischen diesem Schlitzende des Umfangschlitzes (35) bzw. der Umfangsnut und dem Unterende des Mantelkörpers (A) befindet.
12. Kernreaktorbrennelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch den Führungskanal (6) eine Stange (7) geführt ist, die an dem Brennelementkopf (30) über eine lösbare Kupplung angekoppelt ist, und daß der Brennelementkopf (30) durch formschlüssige Ver¬ bindung, an der das Formschlußhalteelement beteiligt ist, am Elementfuß angehängt ist. —
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