DE1045003B

DE1045003B - Vorrichtung zum Auswechseln von Brennstoffelementen

Info

Publication number: DE1045003B
Application number: DES56236A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Kumpf
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-12-13
Filing date: 1957-12-13
Publication date: 1958-11-27

Description

Bekanntlich fällt die Neutronenfluß dichte bei Kernreaktoren sowohl in axialer als auch in radialer Richtung etwa von der Mitte des Reaktorkernes aus gesehen allmählich zu kleineren Werten ab. Das hat zur Folge, daß die im Brennstoffgitter verteilten Brenn-Stoffelemente in den Randzonen des Gitters und ferner im oberen und unteren Teil des Gitters weniger stark ausbrennen. Um den Kernbrennstoff möglichst wirtschaftlich auszunutzen, ist man daher von Zeit zu Zeit genötigt, die in den genannten Zonen angeordneten Brennstoffelemente gegen diejenigen der zentralen Zone auszuwechseln. Weiter ist ein Auswechseln von Brennstoffelementen natürlich bei jeder Neubeschickung des Reaktors erforderlich. In beiden Fällen soll der Reaktor nach Möglichkeit mit voller oder etwas verminderter Leistung weitergefahren werden können.

Man bedient sich hierzu üblicherweise mechanischer Vorrichtungen, meist sogenannter Greifermaschinen, die im allgemeinen über dem Reaktor bzw. dem Reaktorgefäß angeordnet sind. Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden, eine fernsteuerbare Greifermaschine in das Reaktorgefäß, und zwar in dessen obere Zone, einzubauen. Auf diese Weise er-Vorrichtung zum Auswechseln
von Brennstoffelementen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Hermann Kumpf, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 3 eine Fangglocke mit hydraulischem Spindelantrieb.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist am vorderen Ende der in den drei Koordinatenrichtungen steuerspart man eine ganze Reihe der sonst notwendigen 25 baren vereinfacht dargestellten Lademaschine 1 die Durchbrechungen im Reaktorgefäß deckel für das Ein- Fangglocke 2 angeordnet, die einen über den Glocken-

~ " mund hinaus ausfahrbaren inneren Fangschirm 3 be

sitzt. Sie ist über das Gelenkrohr 4 an den ebenfalls im Reaktorgefäß 5 angeordneten Steuer- und Druckerzeugungsapparat 6, 7

und Ausbringen der Brennstoffelemente. Ferner kann man den Be- und Entladevorgang während des Reaktorbetriebes vornehmen und weiter beschädigte Brennstoffelemente rasch und ohne den sonst üblichen Aufwand auswechseln.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Auswechseln von Brennstoffelementen für Kernreaktoren mit Reaktorgefäß und Flüssigkeitskühlung, bei angeschlossen, welcher zum

Entladen der Kühlmittelführungsrohre 8 mit den Kernbrennstoffelementen 9 zwischen Rohreintritt und aufsitzender Fangglocke eine entsprechend von unten nach oben gerichtete zusätzliche Druckdifferenz er-

denen ebenfalls eine im Inneren des Reaktorgefäßes 35 zeugt. Die so verstärkte Kühlmittelströmung ist in angeordnete Lademaschine vorgesehen ist. der Lage, ein in den Rohren 8 befindliches Brennstoff

element hydraulisch nach oben zu treiben, d. h., das Kühlmittel dient zugleich als Transportmittel für die Brennstoffelemente bei deren Aufwärtsbewegung. Somit erübrigt sich ein mechanischer Greifarm für diesen Zweck. Das nach oben gleitende Brennstoffelement gelangt unter den Fangschirm und damit in die Fangglocke.

Die Kühlmittelführungsrohre, von denen der Überren Fangschirm auf und arbeitet mit einem Steuer- 45 sichtlichkeit halber nur zwei Rohre dargestellt sind, und Druckerzeugungsorgan derart zusammen, daß das sind allseitig von der Moderator-Wanne 10 umgeben

und in den durch den Einlaßstutzen H eintretenden und den Auslaß stutzen 12 austretenden Kühlmittel-

Während nach dem älteren Vorschlag die Lademaschine das Auswechseln der Brennstoffelemente auf mechanischem Wege bewerkstelligt und dementsprechend Greiforgane besitzt, ist hierfür im vorliegenden Falle ein besonderes, vorzugsweise am vorderen Ende des Lademaschinengestänges befestigtes Organ vorgesehen. Dieses weist gemäß der Erfindung die Gestalt einer Fangglocke mit ausfahrbarem inne-

Kühlmittel zugleich als Transportmittel für die Brennstoffelemente benutzt ist.

Die Zeichnung . veranschaulicht schematisch im Längsschnitt zwei Ausführungsbeispiele, es zeigt

Fig. 1 die Auswechselvorrichtung in einem Reaktor mit Druckgefäß in Gesamtansicht,

Fig. 2 eine Fangglocke mit Teleskop und Steuer- und Druckerzeugungsorgan und

strom eingeschaltet. Das gestrichelt umrandete Feld 13 bezeichnet die Zone des aktiven Reaktorkernes. Der Steuer- »und Druckerzeugungsapparat 6₄ 7 mit dem ständig in das Kühlmittel eingetauchten Ansaugstutzen 14 ist in dem domartigen Aufsatz 15 des Reaktorgefäßes angeordnet.

«0Φ 680/451

Im folgenden seien an Hand der Fig. 2 und 3 Aufbau und Wirkungsweise einer Fangglocke mit dem zugehörigen Steuer- und Druckerzeugungsapparat näher beschrieben.

Gemäß Fig. 2 besteht die Fangglocke aus dem rohrartigen Gehäuse 16, das etwa die gleiche Weite wie das Kühlmittelführungsrohr 8 besitzt, auf dessen Kragen 17 es in der Arbeitsstellung von oben aufgesetzt ist. Der Fangschirm 3 ist am untersten Glied des in der Glocke befindlichen Teleskops 18 angeordnet und weist in seiner Randzone Durchbrechungen 19 für das Kühlmittel auf. Das Teleskop ist in der rechten Hälfte der Fangglocke im ausgefahrenen und in der linken Hälfte im eingefahrenen Zustand dargestellt. Die Pfeile bezeichnen die möglichen Strömungsrichtungen des Kühlmittels.

Im mittleren Teil besitzt die Fangglocke einen Ringkanal 20, der zum Rückschlagventil 21 führt. Das Rückschlagventil gestattet beim Einsetzen eines Brennstoffelementes der von unten durch das Kühlmittelführungsrohr 8 kommenden Kühlströmung freien Austritt. Es schließt sich jedoch, sobald in der Fangglocke ein Unterdruck besteht, also beim Entladen von Kühlmittelführungsrohren. Der durch den Unterdruck verstärkte Kühlstrom tritt in diesem Falle durch den von dem Rückschlagventil 22 des Teleskops freigegebenen Ringspalt (siehe links oben) in das an die Fangglocke angeschlossene Gelenkrohr 4 ein. Die Klinkensperre 23 verhindert ein Entweichen der Brennstoffelemente bei abgezogener Glocke.

Im vorliegenden Falle stößt das Brennstoffelement 9 gerade von unten gegen den Fangschirm 3 an, d. h., es ist angenommen, daß in der Glocke Unterdruck herrscht. Dieser wird über das Gelenkrohr 5 mit Hilfe der im Steuer- und Druckerzeugungsapparat angeordneten Kreiselpumpe 6 mit Elektroantrieb 24 erzeugt, und zwar bei der in Fig. 2 eingezeichneten Stellung des schraffiert dargestellten drehbaren Steuerapparates 7. Die Kreiselpumpe 6 fördert also das Kühlmittel in Richtung der voll ausgezogenen Pfeile durch den Ansaugstutzen 14 in das diesen umgebende Kühlmittel zurück. Infolge des Unterdruckes fährt das Teleskop mit dem Fangschirm in den oberen Teil der Glocke ein. (s, links oben), während das Brennstoffelement in der Glocke durch den Kühlmittelanpreßdruck gehalten wird (nicht eingezeichnet).

Nunmehr kann das Brennstoffelement in einen etwa im Reaktorgefäß aufgestellten Aufnahmebehälter oder in ein leeres Führungsrohr eingesetzt werden. Hierzu muß, nachdem die Fangglocke auf den Behälter bzw. das Rohr aufgesetzt ist, der Steuerapparat 7 verdreht werden, damit sich die Förderrichtung in der Pumpe 6 und im Gelenkrohr 4 umkehrt. Sobald der nötige Druck aufgebaut ist, stülpt sich das Teleskop aus und schiebt das Brennstoffelement vor sich her in den Behälter. Nachdem es darin verriegelt worden ist, schaltet man den Steuerapparat wieder um und fährt die Fangglocke bei eingefahrenem Teleskop auf das nächste Kühlmittelführungsrohr.

Bemerkenswert ist, daß die Kühlmittelströmung im betroffenen Rohr auch während des Einsetzens eines Elementes nach wie vor bestehen bleibt, da sie durch die Durchbrechungen 19 im Fangschirm hindurchtreten und sich über den Ringkanal 20 und- das Ventil 21 wieder mit dem übrigen Kühlmittel vereinigen kann.

An Stelle eines Teleskopes kann der Fangschirm gemäß Fig. 3 auch einen Spindelantrieb besitzen. Die Spindel 25 steht in Antriebsverbindung mit dem auf der Glocke aufgesetzten Turbinenantrieb 26 für beide Drehrichtungen. Der Antrieb weist entsprechend zwei getrennte Lauf räder 27, 28 auf, von denen jedes entsprechend den eingezeichneten Pfeilen in ein Druckgefälle einschaltbar ist, das zwischen dem umgebenden Reaktorgefäß und einem (nicht dargestellten) Niederdruckbehälter erzeugt werden kann, und zwar über die Auslaßstutzen 29, 30. Das durch die Einlaßstutzen 31, 32 eintretende Reaktorkühlmittel dient somit als Treibmittel der Laufräder. Im übrigen ist die Fang-

glocke gemäß Fig. 3 mit dem Stutzen 33 an das Gelenkrohr 4 gemäß Fig. 1 und 2 und damit an den Steuer- und Druckerzeugungsapparat 6j 7 gemäß Fig. 2 anschließbar.

Obwohl die Vorrichtungen gemäß Fig. 2 und 3 für

Reaktoren mit Flüssigkeitskühlung vorgesehen sind, können sie ohne prinzipielle Änderung auch bei Reaktoren mit Gaskühlung verwendet werden. Ferner können bei genügender Bauhöhe des Reaktorgefäßes und der Glocke auch sämtliche in einem Kühlmittelführungsrohr vorhandenen Brennstoffelemente auf einmal ausgewechselt werden.

Während bei den Anordnungen nach den Fig. 1 bis 3 das Kühlmittel nur während der Aufwärtsbewegung der Brennstoffelemente als Transportmittel mit-

a5 benutzt ist, gibt es auch Fälle, in denen eine Umkehrung der Kühlmittelströmung in den Kühlmittelführungsrohren vorübergehend zugelassen werden kann. In diesem Falle, z. B. bei abgeschaltetem Reaktor, kann das Kühlmittel auch für die Abwärtsbewegung der Brennstoffelemente als Transportmittel benutzt werden. Es ergeben sich dann erhebliche Vereinfachungen bezüglich des konstruktiven Aufbaues der Fangglocke, z. B. Fortfall des Fangschirmes und seiner Antriebsorgane.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Auswechseln von Brennstoffelementen von Kernreaktoren mit Reaktor-

• gefäß, die im Inneren eine Lademaschine mit einem Auswechselorgan besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Organ die Gestalt einer Fang-

■ glocke (2) aufweist und in Betätigungsabhängigkeit von einem Steuer- und Druckerzeugungsapparat (6, 7) steht, derart, daß das Kühlmittel zugleich als Transportmittel für die Brennstoffelemente benutzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangglocke (2) über ein Gelenkrohr (4) mit dem Steuer- und Druckerzeugungsapparat (6, 7) in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangglocke (2) einen aus-

• fahrbaren Fangsehirtn (3) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangschirm (3) in der Randzone Durchbrechungen (19) und die Glocke (2) in der oberen Zone Rückschlagventile (21, 22) für das Kühlmittel aufweisen,

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer- und Druckerzeugungsapparat (6, 7) aus einer Kreiselpumpe (6) mit Elektroantrieb (24) und ferner einem Steuerorgan (7) besteht, das Ansaug- und Förderrichtung umzukehren gestattet.

6. Vorrichtung· nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangschirm (3) am untersten· Glied eines in der Glocke angeordneten Teleskops (18) befestigt ist.
. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß .der Fangschirtn (3)

mit dem unteren Ende einer in der Glocke (2) gelagerten Spindel (25) verbunden ist, die in Antriebsverbindung mit einem auf die Glocke (2) aufgesetzten Turbinenantrieb (26) für beide Drelirichtungen steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenantrieb (26) zwei getrennte Laufräder (27, 28) besitzt, von denen

jedes in ein Druckgefälle zwischen Reaktorgefäß (5) und einem besonderen Niedardruckbehälter einschaltbar ist, unter Verwendung des Reaktorkühlmittels als Treibmittel.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugstutzen (14) der Kreiselpumpe (6) ständig in das Reaktorkühlmittel eingetaucht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen