-
B e s c h r e 1 b u n ¢ Kernreaktor Die Erfindun bezeiht sich auf
einen Kernreaktor vom gasgekühlten Typ insbesondere, jedoch nicht ausschließlich,
auf einen Hochtemperaturreaktor.
-
Die Nachladung mit frischem Brennstoff ist bei einem Hochtemperaturreaktor
während der Lebensdauer des Reaktors erforderlich. Manchmal ist es wirtschaftlich,
den Reaktor für die Nachladung stillzulegen. Die vorliegende Erfindung befasst sich
insbesondere mit den Nachladetechniken im ausxeschalteten Zustand und mit den Einrichtungen
für die Durchführung der Nachladung.
-
Gemäß der Erfindung besitzt ein Kernreaktor ein Transfersystem für
eine Brennstoffbaugruppe, das eine IIeberöhre für
die Aufnahme der
Brennstoffbaugruppen umfasst und eine Betätigungseinrichtung für die Heberöhre über
die Oberseite des Reaktorcores.
-
Die Betätigungseinrichtung kann einen Schwenkarm umfassen, einen
Wagen einer die Heberöhre trägt und längs des Armes beweglich ist, sowie einen drehbaren
Schaft5 mit dem der Schwenkarm verbunden ist. Der Schaft kann drehbar um die Längsachse
einer Öffnung im Reaktordruckkessel sein, bei dem es sich um einen Betondruckkessel
handeln kann.
-
Die Öffnung ist genügend groß, dass die Heberöhre und die Betätigungseinrichtung
für dieselbe in den Druckkessel ein-eführt erden können.
-
In einer Ausführungsform sind ferngesteuerte Mechanismen vorgesehen,
für das Einrühren des Transfersystems für die Brennstoffbaugruppe in das Innere
des Druckkessels.
-
Gemän der Erfindung ist ferner ein Kühlsystem für die Kühlung einer
Brennstoffbaugruppe vorgesehen, während diese sich in der Heberöhre befindet.
-
Das Kühlsystem kann eine Pumpe umfassen und einen Wärmeaustauscher
für die Abfuhr der Y'iärme von einem mittels der Pumpe umgewälzten Kühlfluid. Der
Wärmetauscher und die Pumpe sind mit der Heberöhre durch ein flexibles Rohr verbunden.
-
Dem Reaktor ist eine Speicheranlage in Form eines Rotors zugeordnet,
der mit Behältern für die Aufnahme von Brennstoffbaugruppen versehen ist.
-
Die Speicheranlage kann derart ausgebildet sein, dass die Behälter
in der Draufsicht längs in Voluten oder Kreisbögen angeordnet sind. Durch diese
Anordnung ergibt sich eine größere Speicherkanazität für eine gegebene Rotorgröße5
ohne dass die Einrichtungen für das Weiterschalten des Rotors kompliziert werden
, und zugleich ist Zugang zu einer
größeren Anzahl von Speicherpunkten
auf dem Rotor von einer bestimmten SchaltstelluntJ aus gegeben.
-
Die Frfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher beschrieben werden. Die Zeichnungen beziehen sich auf einen Hochtemperaturreaktor.
-
Fig. 1 zeigt einen Teil der Ausführung in schematischer Form, Fig.
2a-2i zeigen verschiedene Stufen der Brennstofftransferoneration, Fig. 3 ist ein
Vertikalschnitt zur Darstellung eines anderen Teiles in schematischer Form. und
Fig. 4 ist ein Schnitt längsLinie IV-IV aus Fig 3.
-
Fig. 1 zeigt einen Teil 1 eines Betondruckkessels. welcher ein Kernreaktorcore
2 enthält. über dessen Oberseite eine Deckstrahlungsabschirmung 3 angeordnet ist;
das Core ist von einer Seitenstrahlungsabschirmung 4 in Ringform umschlossen.
-
Das Core kann aufgebaut sin wie in der Britischen Patent an meldung
41688/68 beschrieben und umfasst eine Serie von herausziehbaren Coreeinheiten, w'thrend
die Deckabschirmunc die Ausbildung haben l:ann, die in der britischen Patentanmeldung
18727/68 oder 41672/6R beschrieben ist.
-
Die obere wandung 5 des Betondruckkessels 1 besitzt eine Anzahl von
Öffnungen, von denen eine öffnung 6 vorzugsweise direkt oberhalb des Zentrums der
Coreoberseite angeordnet ist und von einem herausnehmbaren Stopfen 7 verschlossen
wird.
-
Direkt oberhalb eines Ringraums 8 zwischen dem Core 2 und der benachbarten
Wandung des Drucl:kessels befindet sich eine weitere Öffnung 9.
-
In der Oeffnung 6 ist drehbar ein Schaft 10 angeordnet, an dessen
unteren Ende ein Schwenkarm 11 befestigt ist, längs dem ein Wagen 12 beweglich ist.
Der Wagen 12 trägt in der dargestellten vertikalen Stellung eine Heberöhre 13. Die
Anordnung des Schafts 10 und des Schwenkarms 11 ist derart, dass die Heberöhre an
allen Punkten über der Coreoberseite positioniert werden kann, an denen ein Hrennstofftransfer
durchzuführen ist An einer Seite des Druckkessels 1 ist eine Speicheranlage vorgesehen,
die in schematischer Form in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Die Speicheranlage befindet
sich in einem massiven Betonbauwerk 14, das sowohl als Behälter als auch als Strahlungsabschirmung
dient. Die Oberseite des in Fig. 3 gezeigten Bauwerks ist mit Stahl 15 abgedeckt,5und
zwar nur über den mittleren Bereich,und erstreckt sich vorzugsweise in einer Ebene
mit der Ladefläche des zugeordneten Reaktors. öffnungen 16a, 16 b durch die Deckwandung
17 des Betonbauwerks schaffen Zugang zu den Speicheranlagen, die unten im einzelnen
beschrieben werden5 wobei sich entsprechende öffnungen 16a', 16b' in der Stahlabdeckung
2 befinden.
-
Vom Boden des Bauwerks 14 erstreckt sich nach oben eine Betonwandung
18 in Ringform, auf der ein Stahltragzylinder 19 montiert ist. Im oberen Ende des
Zylinders 19 ist ein biologischer Abschirmstop fen 20 aus Beton befestigt, auf dem
ein Antriebsmotor sowie Antriebsgetriebe aufgebaut sind>, die schematisch bei
21 angedeutet sind. Außerdem ist auf dem Stopfen 20 ein Lager 22 aufgebaut, welches
einen Ring 23 trägt, dessen Innenseite ein Ringgetriebe 24 trägt, welches im Betrieb
von dem Antriebsmotor über das Getriebe 21 angetrieben wird.
-
Der Ring 23 es trägt einen herabhängenden zylindrischen Rotor 25,
dessen unterende Rollen 26 in Kontakt mit der Oberfläche des
Zylinders
19 aufweist, so dass eine seitliche Abstützung für den Rotor 25 gegeben ist.
-
Konzentrisch rund um den Rotor 25 ist eine Serie von oberen Tragringen
27 und unteren Tragringen 28 angeordnet.
-
Die innersten Ringe der beiden Serien sind direkt mit dem Rotor verbunden,
während Jeder der verbleibenden oberen Ringe durch radiale Träger 29 und Träger
30, die nach unten geneigt sind , mit demJenigen aus der Serie der unteren Ringe
verbunden sind,der der nächstinnerste des betreffenden oberen Ringes ist. Die mittleren
und äußersten unteren Ringe 28 werden von den mittleren und äußersten oberen Ringen
durch Vertikalteile 31 getragen. Mit den Ringen 28,27 ist eine Serie von Speicherrohren
32 verbunden, die preisen konzentrisch zum Rotor 25 angeordnet sind. Die Rohre sind
an ihrem unteren Ende verschlossen, während ihr oberes Ende sich durch den Boden
eines beweglichen Teils 33 einer FlUssigkeitsditcRunk 34 erstreckt. Die Abstände
zwischen benachbarten Rohren 32 werden bestimmt durch die Bedingung des Kritischwerdens.
Eine gerade Anzahl von Speicherrohren ist auf Jeder Kreisbahn vorgesehen, wobei
die Zentren der Rohre auf dem innersten Kreis vom Zentrum der Rohre auf dem gleichen
Kreis durch einen linearen Abstand getrennt sind, der durch diese Bedingungen festgelegt
ist. Der nächstinnerste Kreis liegt an Punkten, welche definiert sind als
von Bögen mit einem Radius gleich der linearen Distanz zwischen benachbarten Zentren
auf dem innersten Zirkels und die geschlagen sind um diese Zentren. Die Zentren
auf dem nächstinneren Kreisbogen sind in gleichem Abstand rund um diese Kreisbahn
angeordnet. Die nachfolgenden Kreisbahndurchmesser werden auf die gleiche Weise
abgeleitet, wobei die Zentren auf diesen Kreisbahnen ebenfalls gleiche Abstände
aufweisen. Die schließliche Anordnung der Zentren ist so, dass Jeder Radius des
innerstan Kreises der durch ein Zentrum auf diesem Kreis verläuft, gleichfalls durch
Zentren auf allen ungeradzahlibenummerten Kreisen verläuft, wobei der innerste Kreis
als 1, der nächst innerste als 2 bzeichnet wird usw. Jeder Radius des innerstdn
Kreises
welcher die Distanz zwischen Zentren auf demselben halbiert,
erstreckt sich durch Zentren auf den geradzahligbenummerten Kreises. über den OfNnungen
16 a, 16 b in der Wandung 17 sind Zwischenräume 35>36 von in Draufsicht rechteckiger
Form vorgesehen, in denen sich ( nicht dargestellte) Fernsehkameras befinden für
die visuelle Inspektion der Komponenten, die aus den Rohren 32, bzw;. in die Rohre
32 transferiert werden.
-
Stahlblöcke 37, 38 sind längs der Zwischenräume 35 bzw. 36 angeordnet
zur Vervollständigung der biologischen Abschirmung.
-
Die Stahlabdeckung 15, die oben erwähnt wurde, vervollständigt die
biologische Abschirmung über den Zwischenräumen 35,36.
-
Der mittlere Abschnitt 39 der Stahlabdeckung 15 ist vom übrigen Teil
derselben abgerennt und bildet eine Drehscheibe, die auf einem Lager 40 montiert
ist und um die Vertikalachse des Rotors 25 drehbar ist. Die Drebschijebe wird verwendet,
um eine Brennstofftransfermaschine 41 zu bewegen ( Fig. 2e) und zwar zwischen zwei
Spuren von Maschinenbahnen (ebenfalls nicht dargestellt). Eine dieser Spuren führt
von der flachladeöffnung 9 ( Fig. 1) zu der Drehscheibe.
-
Der Raum,in in dem sich der Rotor 25 befindet, ist mit Wasser bis
zu einem Pegel 42 gerade unterhalb des Bodensdes beweglichen Teiles 19 gefüllt.
Der Raum oberhalb des Bodens ist mit einem Gas,z. z. B. Stickstoff,gefUllt, das
nicht mit de Brennstoff reagiert. Die Abdichtung 34 bildet auch eine Dampffalle,
durch die das Eindringen von liasserdampf in den Raum oberhalb 33 minimal gemacht
wird.
-
Zur Durchführung der Nachladeoperation wird zunächst der Reaktor
stillgeleg%,und und nach einer angemessenen Verzögerung für den Austausch des Kühlgases
durch Luft wird der Ver schlußstopfen 7 entfernt, und der Schaft 10, der Schwenkarm
11, der Wagen 12 und die Heberöhre 13 werden in das Innere des
Kessels
durch die öffnung 6 abgesenkt und zusammengebaut wie in Fig. 1 dargestellt, durch
Bedienungspersonal'das innerhalb des Druckkessels arbeitet. Alternativ können die
gerade genannten Komponenten auch durch von der Außenseite des Druckkessels ferngesteuerte
Apparaturen zusammengefügt werden.
-
Falls erwünscht, ist eine Kreisbahn dauernd innerhalb des Druckkessels
angeordnet, zum Abstützen des von dem Schaft 10 abgewandten Endes des Schwenkarmes
11.
-
Es versteht sich, dass die abklingende Hitze1 die von dem Kernbrennstoff
im Reaktorcore abgegeben wird, von den Brennstoffeinheiten abgeführt wird, indem
die Luft,welche das Betriebskühlmittel ersetzt hat, umgewälzt wird, be@ herabgesetzten
Massendurchflußraten durch den Reaktorkühltitittelkreislauf.
-
Schließlich wird die Heberöhre 13 mittels eines flexiblen Rohres
43 mit einer Umwälzeinrichtung und einem KUhler verbunden, gezeigt in Fig. 2 a bis
2 b bei 44 bzw. 45.
-
Sowohl die Umwälteinrichtung als auch der Kühler sind außerhalb des
Druckkessels angeordnet, wobei das flexible Rohr 43 zweckm§ßig durch die öffnung
6 geführt ist. Die UmwSlzeinrichtung 44 ze@ht Lauft aus der Heberöhre 13 an einem
Punkt nahe deren unterem Ende und lässt diese zurückkehren über ein festes 1Verbindungsstück
56 zu einer Entlade5ffnung, die sich direkt unterhalb der öffnung 9 befindet, auf
der Höhe der Deckstrahlungsabschirmung.
-
In der Heberöhre 13 ist eine Hebelstange 47 aufgenormen, die durch
einenhicht dargestelltenMechanismus auf und ab beweglich ist. Das obere Ebde der
Stangc47 hat schematisch angedeutete Abdichtungen, bei 48, die das obere Ende der
Stange 47 gegen die Innenoberfläche der Heberbhre 13 abdichten.
-
Zum Entnehmen einer bestimmten Coreeinheit, z. B. der bei 49 in Fig.
2a bis 2 d gezeigten, wird die Heberöhre 13 über dieser Einheit positioniert (Fig.
2a),und dieHebestange wird längs der Heberöhre 13 abgesenkt und nach unten in die
Coreeinheit,bis sie mit dem Boden derselben verriegelt wird. Bei dieser Stufe tritt
die Luftströmung durch die Coreeinheit in die letztere am Boden ein und tritt aus
ihr durch die Gasstratumkomponente 50 aus, die einen Teil der Coreeinheit bildet,
wie in derbritischen Patentanmeldung 41688/68 erläutert. Die aus der Coreeinheit
austretende Luft tritt in einen Kühlmittelströmungsdurchlass 51, zwischen der Deckstrahlungsbschirmung
3 und der Oberseite des Cores 2,ein.
-
Die hebelstange 47 wird dann längs der Heberöhre 13 angehoben und
nimmt die Coreeinheit mit sich, welcher Verfahrensgang in den Fig. 2b bis 2d dargestellt
ist. In diesen Figuren ist die Strömung der Kühlluft durch die Pfeiles angedeutet.
Wenn die Coreeinheit vollständig in die Heberöhre aufgenommen ist, wie in Fig. 2
d gezeigt, tritt die durch die Coreeinheit nach oben strömende Luft über die Gasstratumkomponente
aus und strömt nach unten zwischen der Coreeinheit und der Heberöhre und längs des
flexiblen Rohres 43 durch den Kühler 45. Auf diese Preise wird die Kühlung des Kernbrennstoffs
fortgesetzt,wenn die Coreeinheit sich innerhalb der Heberöhre befindet.
-
Die Heberöhre 13 wird dann längs des Schwenkarmes 11 zu einem Punkt
direkt unter der ffffnung 9 bewegt, wie in Fig.
-
2 e gezeigt. Gleichzeitig ist auch die Transfermaschine 41 zu einem
Punkt direkt oberhalb der Öffnung 9 verbracht worden.
-
Das untere Ende der Heberöhre 13 wird , wie bei 52 angedeutet, gegen
die oben genannten Auslassöffnung abgedichtet. Das obere Ende der Heberöhre 13 wird
ebenfalls gegen eine Standpfeife
53 abgedichtet, die sich durch
die öffnung 9 erstreckt.
-
Die Transfermaschine 41 enthält eine Anzahl von Magazinen für die
Aufnahme von CoreeinheitenU in der Zeichnung ist Jedoch nur eines der Magazine dargestellt.
Das untere Ende Jedes Magazins besitzt eine Dichtung 54, die geöffnet werden kann,
um eine Bewegung einer Coreeinheit in das Magazin, bzw. aus dem Magazinlzu ermöglichen.
Zusätzlich weist die Transfermaschine einen eigenen Kühlkreislauf auf, umfassend
den Kühler 55 und die Umwälzeinrichtung 56 für die Umwälzung von Fühlmittel durch
eine Coreeinheit oder durch mehrere Coreeinheiten, die sich in der Transfermaschine
befinden. Der Kühlkreislauf hat ein Verbindungspunkt, einschl. eines Durchflußsteuerventiles
57,wie dargestellt, und weist außerdem ein weiteres Durchflußsteuerventil 58 im
Pfad des durch das Magazin uni;ewälzten Kühlmittels auf.
-
Die Standpfeife 53 ist mit einer Dichtung 59,die geöffnet werden
kann, an ihrem oberen Ende versehen und an dem gleichen Ende mit einer Verbindung
60 zur Atmosphäre.
-
Wie in Fig. 2 e gezeigt, besitzt der Kühlmittelumwilzkreislau£,der
mit der Heberöhre verbunden ist, ebenfalls eine weitere Verbindung 61 vom Auslass
der Umwälzeinrichtung 4, die in einem Verbindungsstück und einem Durchflußsteuerventil
62 endet. Eine Austoßleitung 63 ist mit der Verbindung 61 nahe dem Ventil 62 verbunden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Stufe der Operation ist die Ausstoßleitung 63 mit
einer nicht dargestellten Stickstoffquelle verbunden.
-
Bevor die Coreeinheit in ein leeres Magazin der Transfermaschine
verbracht werden kann, messen die Heberöhre 13 und ihr Kühlkreislaufsystem von Luft
gereinigt werden und mit Stickst°ff gefüllt werden. Dies wird durch Schliessen der
Ventile
57 und 62, dffnen des Ventils 58, Schließen der Abdichtung 54 und öffnen der Abdichtung
59 bewirkt, wonabh der Stickstoff von der Ausstoßleitung 63 einströmen kann.
-
Zusätzlich ist ein Hebegreifer von der Transfermaschine durch die
Standpfeife 53 nach unten abgesent worden, und eine Verbindung zur Hebestange 47
ist
worden, wobei die Abdichtung 58 am oberen Ende der Hebestange gelöst worden ist.
-
Nach Durchführung der Reinigung wird die Coreeinheit angehoben in
ein leeres Transfermagazin, während dieses Prozesses wird die Abdichtung 54 geöffnet,
ebenso wie die Ventile 57 und 62, während das Ventil 58 geschlossen wird.
-
Diese Stufe des Vorgangs ist in Fig. 2 f dargestellt.
-
Wenn die Coreeinheit sich vollständig in dem Magazin befindet, weden
die Abdichtungen 54 und 49 geschlossen, die Ventile 57 und 62 werden verschlossen,
und das Ventil 58 wird geöffnet. Die Coreeinheit ist nun in einer Stickstoffatmosphäre
xespeichert,und die abklingende Wärme tvird abgeführt durch den Kühlkreislauf, welcher
den Kühler 55 und die Umwälzeinrichtung 56 umfasst. Dies ist in Fig. 2 g dargestellt.
-
Die Verbindung zwischen den Ventilen 57 und 62 wird nun unterbrochen
und die Transfermaschine bewegt sich, wie in Fig.
-
2h
zu einer Stellung oberhalb einer der öffnungen 16 a , 16 b (Fig. 3). Die Öffnung
wird abdichtend mit dem Magazin in der Transfermaschine, das die Coreeinheit enthält,
verbunden,und die Transfermaschine wird über ein Verbindungsglied 64 und Ventil
65 mit der Stickstoffatmosphäre in der Speicheranlage oberhalb des Bodens 19 verbunden,
wie in Fig. 2 e angedeutet. In Fig. 2 i ist die Speicheranlage nicht im einzelnen
gezeigt, sondern nur diejenigen Teile,die für das Verständnis dieser Stufe des Brennstofftransferverfahrens
erforderlich sind.
-
Die Coreeinheit wird dann in ein leeres Rohr 32 abgesenkt und dann
von dem Transfermaschinenhebegreifer abgekoppelt. Der Greifer wird-dann in die Transfermaschine
hochgXzogen und die Öffnungen 16 a , 16 b werden verschlossen.
-
Die Transfermaschine steht dann für einen weiteren Arbeitsgang zur
Verfügung, z. B. für die Beladung mit einer frischen @rennstoff enthaltenden Corseinheit,
für das Reaktorcore. Eine siche Coreeinheit ist vorher in ein Rohr 18 der Speicheranlage
eingeführt worden und wird in das Core verbracht, indem die beschriebenen Transferarbeitsgänge
in umgekehrter Reihenfolge wie oben beschrieben ablaufen.
-
- Patentansprüche -