DE1295105B - Kernreaktor-Brennstoffelementanordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernreaktor- schraubt, in welchen wiederum ein Kupplungsteil in Brennstoffelementanordnung, bestehend aus mehre- ' Form einer bajonettartigen Muffe 8 eingeschraubt ist. ren länglichen Brennstoffelementen, die mittels an Das Brennstoffelement 9 weist an seinem dar-

ihren beiden Enden vorgesehener komplementärer gestellten oberen Ende das komplementäre Kupp-Kupplungsteile zu einer Kette verbunden sind, wobei 5 lungsteil auf. Dazu ist in den Stopfen 13 ein konischer die Kupplungen geschlossen bleiben, solange sie auf kelchförmiger Bauteil 15 mit einer Querbohrung 16 Zug beansprucht sind. geschraubt, in welcher ein Endkupplungsbauteil in

In Kernreaktoren werden vielfach Brennstoff- Form eines Bolzens 17 untergebracht ist und festelemente verwandt, die wesentlich kürzer sind, als die gehalten wird. Das gleiche komplementäre Kupp-Brennstoffkanäle des Reaktors. In einem Brennstoff- 10 lungsteil ist auch am anderen, nicht dargestellten, kanal sind dann mehrere Brennstoffelemente über- Ende des Brennstoffelements 1 angebracht, während einander gestellt. Es ist auch aus der deutsche Aus- an dem nicht dargestellten anderen Ende des Brennlegeschrift 1050 923 bekannt, mehrere dieser Brenn- Stoffelements 9 das gleiche Kupplungsteil angebracht Stoffelemente durch je eine Kupplung zu verbinden, ist, das oben an dem Element 1 beschrieben so daß alle Brennstoffelemente eines Kanals in einem 15 worden ist.

Arbeitsgang in den Reaktor eingeführt und auch Die Muffe 8 hat zwei sich diametral gegenüber-

wieder entnommen werden können. Durch das Ein- liegende und entgegengesetzt geneigte schraubenbringen einer ganzen Kette von Brennstoffelemen- linienförmige Flächen (von denen eine gezeigt und ten wird die zum Beschicken notwendige Zeit mit 18 bezeichnet ist), und jede Fläche 18 endigt an verkürzt und auch das Anbringen von Hilfseinrich- ao ihrem unteren Ende in einem Bajonettsitz 19. tungen an den Brennstoffelementen, wie Thermoele- Die Brennstoffelemente 1,9 werden durch Ein-

menten zum Messen der Brennstofftemperatur, er- haken des Bolzens 17 in den Sitz 19 der Muffe 8 mitleichtert, einander verbunden. Andere Elemente werden in Andererseits jedoch ist das Herausnehmen von ähnlicher Weise mit den Elementen 1,9 verbunden, einzelnen Brennstoffelementen aus dem Brennstoff- 25 um eine Kette von miteinander verbundenen Brennkanal vorteilhaft, z. B. beim Bewegen der Brennstoff- stoff elementen zu bilden. Während des Einführens elemente von einer Stellung im Reaktor in eine der Kette in den Reaktor von oben aus steht die Kette andere, damit der Brennstoff gleichmäßig abbrennt. unter Zugspannung, so daß die Bolzen 17 in den Daher werden bei der Brennstoffelementenanordnung Sitzen 19 bleiben. Wenn der Ladevorgang beendet nach der Erfindung die Kupplungen zwischen den ₃₀ ist, wird das unterste Brennstoffelement der Einheit Brennstoffelementen so ausgebildet, daß sie sich in einem lotrechten Brennstoffelementkanal im Reakjeweils dann öffnen, wenn sie vom Gewicht des oder tor von seinem unteren Ende aus abgestützt, und es der darüber befindlichen Brennstoffelemente belastet stützt die darüberliegenden Brennstoffelemente ab, werden. so daß die Kette sich unter Druck befindet. Unter Aus der deutschen Auslegeschrift 1046791 und 35 diesen Bedingungen laufen die schraubenlinienföraus der französischen Patentschrift 1233 492 sind migen Flächen 18 der Muffe 8 über den Bolzen 17, Kupplungen zwischen Brennstoffelementen und dem wodurch das Brennstoffelement 1 gedreht wird, bis Greifer der Beschickungsmaschine bekannt, die ge- die in Fig. 1 gezeigte Stellung erreicht ist. Die schlossen bleiben, solange sie auf Zug beansprucht Muffe 8 ist so bemessen, daß in dieser Stellung über sind, und die jeweils dann öffnen, wenn sie durch den 40 dem Bolzen 17 ein Spalt 20 entsteht, wodurch sicher-Greifer auf Druck belastet werden. gestellt wird, daß der Kegel 7 in dem Kelch 15 und Zwei andere Ausführungsformen einer derartigen nicht auf dem Bolzen 17 ruht. In dieser Stellung kann Kupplung, die zum Verbinden mehrerer länglicher das Brennstoffelement 1 (und in gleicher Weise kön-Brennstoffelemente zu einer kettenförmigen Brenn- nen die anderen Brennstoffelemente der Kette) einstoffelementanordnung nach der Erfindung verwandt 45 zein herausgenommen werden, indem sie nach oben werden können, werden nunmehr an Hand der sie gezogen werden.

beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher er- Bei einer Kette von sechs Brennstoffelementen

läutert, und zwar zeigt bzw. zeigen die können die Muffen 8 abwechselnd links- und rechts-

F i g. 1 und 2 zwei Ausführungsformen der Enden gängig sein.

von zwei Brennstoffelementen im Längsschnitt, die 50 Gemäß Fig. 2, in der eine andere Ausführungs-F i g. 3 bis 6 eine andere Ausführungsform der form der Erfindung gezeigt wird, hat ein Brennstoff-Enden von zwei Brennstoffelementen im Längs- element 21 den Bauteilen 2 bis 6 von F i g. 1 entschnitt, sprechende Bauteile 22 bis 26. In den Stopfen 25 ist

F i g. 7 eine Aufsicht auf die Spannbacken der ein Kegel 27, der an seiner Unterseite eine als AnKupplung nach den F i g. 3 bis 6; während 55 schlag dienende Fläche 28 aufweist, geschraubt. Ein Fi g. 8 einen Teilschnitt nach der Linie VHI-VTII Kupplungsteil in Form einer Muffe 29 hat eine innen von F i g. 7 darstellt. mit Gewinde versehene Hülse 30, die in einer Mittel-Fig. 1 zeigt je ein Ende zweier länglicher zylin- bohrung31 in dem Kegel27 untergebracht ist. Eine drischer Brennstoffelemente 1 und 9 für einen Kern- Schraube 32, die mit dem Innengewinde der Hülse 30 reaktor. Jedes Brennstoffelement weist einen zylin- 60 im Eingriff steht, hält die Hülse 30 in der Bohrung drischen Brennstoffkörper 2,10 und eine wärme- 31, während sie die Muffe 29 frei läßt, damit sie sich isolierende Scheibe 2 a, 10 a auf, die von einer eng- in dem Kegel 27 drehen kann. Die Muffe 29 hat den anliegenden Hülle 3,11 mit schraubenlinienförmiger Bauteilen 18 bis 20 von F i g. 1 entsprechende Bau-Rippung 4,12 umgeben ist. Jedes Element 1, 9 hat teile 33 bis 35. Ebenso ist in F i g. 2 ein Brennstoff einen eingeschraubten Endstopfen 5,13, wobei die 65 element 36 gezeigt, das gleichartig wie das Brenn-Hülle 3,11 an den Stopfen 5,13 geschweißt ist, wie Stoffelement 21 aufgebaut ist und den Bauteilen 10 es bei der Verbindung6,14 gezeigt ist. In den Stop- bis 17 von Fig. 1 entsprechende Bauteile37 bis 44 fen 5 des Brennstoffelements 1 ist ein Kegel 7 ge- hat.

Nach dem Verbinden der Brennstoffelemente 21, 36 und anderer gleichartiger Elemente miteinander (wie im vorstehenden an Hand der Elemente 1, 9 beschrieben) und dem darauffolgenden Einbringen der Kette in den Reaktor hat ein Zusammendrücken der Kette zur Folge, daß die schraubenlinienförmigen Flächen 33 über den Bolzen 44 laufen, bis die in F i g. 2 gezeigte Stellung erreicht ist. Während dieser Bewegung dreht sich die Muffe 29 gegen den Anschlag 28 auf dem Kegel 27, und auf diese Weise dreht sich das Brennstoffelement 21 nicht.

Die F i g. 3 bis 8 zeigen Schnittansichten einer anderen Ausführungsform der Kupplung; die Schnittlinie ist durch die Linie III-III in F i g. 7 angedeutet.

In den F i g. 3 bis 8 hat ein Brennstoffelement 45 den Bauteilen 2 bis 6 von F i g. 1 entsprechende Bauteile 46 bis 49 a. In den Stopfen 49 ist ein Kegel 50 geschraubt, in welchen ein Kupplungsteil in Form eines sich in axialer Richtung erstreckenden kegelförmig zulaufenden Bolzens 51 mit einem kugelförmigen Ende 52 geschraubt ist. Ein gleichartiges Brennstoffelement 53 hat Bauteile 54 bis 58, die den Bauteilen 10 bis 14 von F i g. 1 entsprechen. Das Brennstoffelement 53 hat an seinem dargestellten Ende einen Kupplungsteil in Form eines Spannkörpers 59, in dem drei unter Federspannung stehende Spannbacken 60 untergebracht sind. Das untere Ende des Spannkörpers ist in einen Stopfen 57 geschraubt, und ein konischer Kelch 61 ist auf das obere Ende des Körpers 59 geschraubt. Eine Schraubenfeder 62 erstreckt sich zwischen dem Stopfen 57 und den Backen 60, und die Innenwand des Körpers 59 hat eine Stufe 63, eine geneigte Fläche 64, eine weitere Stufe 65 und eine kegelförmig zulaufende Wand 66.

Die Backen 60 haben je zwei Ausnehmungen 67 (s. F i g. 7 und 8, von denen F i g. 7 eine vergrößerte Ansicht der Basis der Backen 60 ist) und Nuten 68 zwischen den Ausnehmungen 67 und den entsprechenden Kanten der Backen 60. Die Backen 60 werden durch drei Drahtfedern 69 zusammengehalten, wobei die Federn 69 in die Ausnehmungen 67 eingeführt und durch Zusammenklemmen der Wände der Nuten 68 bei der Basis der Backen 60 gehalten werden. Der Körper 59 und der Kelch 61 (welche als einstückige Einheit ausgebildet sein können) besitzen drei gleich weit voneinander entfernte Ausnehmungen 70.

Um die Brennstoffelemente 45, 53 miteinander zu verbinden, wird das Brennstoffelement 45 in der durch den Pfeil 71 (F i g. 3) angezeigten Richtung bewegt, um das kugelförmige Ende 52 in die Spannbacken 60 einzuführen. Wenn das kugelförmige Ende 52 eingeführt wird, bewegen sich die Backen 60 nach unten, drücken die Feder 62 zusammen und gleiten nach außen auf der Fläche 64 auseinander, bis die Backen 60 sich genügend weit geöffnet haben, um ein Eintreten des kugelförmigen Endes 52 zu ermöglichen. Unter der Wirkung der Federn 62, 69 federn die Backen 60 dann bis zu der Stufe 63 zurück und verriegeln das kugelförmige Ende 52 in der in F i g. 4 gezeigten Stellung. Andere gleichartige Brennstoffelemente mit entsprechenden komplementären Kupplungsteilen an beiden Enden werden in gleicher Weise mit den Brennstoffelementen 45, 53 zu einer Kette verbunden. Während des Einführens der Kette in den Reaktor befinden sich die Brennstoffelemente unter Zugspannung (wie durch den Pfeil 72 in F i g. 4 angezeigt), und die kugelförmigen Enden lassen sich unter diesen Bedingungen nicht aus den Spannbacken 60 herausziehen.

Bei Beendigung des Beschickungsvorgangs steht die Kette unter Druck, hervorgerufen durch das Gewicht der Brennstoffelemente, wie durch den Pfeil in F i g. 5 angedeutet. Während die Einheit zusammengedrückt wird, bewegen sich die Backen 60 nach unten bis unter die Stufe 65 und erweitern sich nach außen gegen die Wand 66. Nun ist ein Herausnehmen der einzelnen Brennstoffelemente möglich, da, wenn das kugelförmige Ende 52 zurückgezogen wird (wie durch den Pfeil 74 in F i g. 6 angedeutet), die Backen 60 sich unter der Wirkung der Feder 62 nur so weit nach oben bewegen können, bis sie mit der Stufe 65 in Eingriff kommen, wodurch ein erneutes Festspannen des kugelförmigen Endes 52 verhindert wird. Zum Zurückstellen der Backen 60 in die Spannstellung kann an den Ausnehmungen 70 ein Werkzeug eingeführt werden.

Die im vorstehenden an Hand der Zeichnungen beschriebenen Kupplungsteile sind so konstruiert, daß die Brennstoffelemente sich in einem bestimmten Winkelbereich bewegen können, wenn Ketten von miteinander verbundenen Brennstoffelementen in den Reaktor durch eine Mittelladerinne, die eine Anzahl von Brennstoffelementkanälen versorgt, eingeführt werden. Das Außenmaß der Kupplungsteile ist auf die Umfangsprofile der Kelche und Kegel beschränkt, wodurch eine Störung des Kühlmittelstroms über die Brennstoffelemente verringert wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor-Brennstoffelementanordnung, bestehend aus mehreren länglichen Brennstoffelementen, die mittels an ihren beiden Enden vorgesehener komplementärer Kupplungsteile zu einer Kette verbunden sind, wobei die Kupplungen geschlossen bleiben, solange sie auf Zug beansprucht sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kupplungen jeweils dann öffnen, wenn sie vom Gewicht des oder der darüber befindlichen Brennstoffelemente belastet werden.

2. Kernreaktor-Brennstoffelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil der Kupplung ein Bolzen (17, 44) ist, der quer zur Längsachse des Elements an dessen einem Ende angebracht ist, und daß der dazu komplementäre Teil eine Muffe (8, 29) ist, die mit dem Bolzen des anstoßenden Brennstoffelements zusammen einen bajonettartigen Verschluß bildet, wobei die Muffe (8, 29) zusätzlich eine schraubenflächenförmige Führung (18,33) besitzt, an der der Bolzen (17, 44) gleiten kann, so daß sich der Bolzen (17, 44) relativ zur Muffe (8, 29) bis in die Öffnungsstellung dreht, wenn die Kupplung zusammengeschoben wird.

3. Kernreaktor-Brennstof f elementanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (29) sich frei drehen kann.

4. Kernreaktor-Brennstoffelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Kupplungsteil eine Kugel (52) ist, die am Ende eines Bolzens (51) sitzt, und daß das

andere Kupplungsteil durch unter Federspannung stehende Spannbacken (60) gebildet wird, die in Schließstellung die Kugel (52) umfassen, und die einrasten, wenn sie von der Kugel (52) in die Öffnungsstellung gedrückt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen