DE2129438A1

DE2129438A1 - Messeinrichtung fuer die Kuehlmittelaustrittstemperatur bei Kernreaktor-Brennelementen

Info

Publication number: DE2129438A1
Application number: DE19712129438
Authority: DE
Inventors: Klaus-Wilhelm Dipl-Ing Klein; Peter Rau
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-06-14
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1972-12-21
Also published as: GB1391826A; DE2129438B2; FR2141819A1; FR2141819B1; US3899390A; DE2129438C3; BE784849A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, Π -WNI 1971 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.

Unser Zeichen: VPA 71/9419 Mü/Hü

Meßeinrichtung für die Kühlmittelaustrittstemperatur bei Kernreaktor-Brennelementen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Kühlmittelaustrittstemperatur bei Brenn- und Brutelementen insbesondere schneller gasgekühlter Kernreaktoren. In Anbetracht der hohen Leistungsdichte schneller Kernreaktoren ist es notwendig, der gleichmäßigen Kühlung der Brennelemente besondere Aufmerksamkeit zu schenken und damit Überbelastungen sowie Beschädigungen derselben mit Sicherheit zu vermeiden. Zur Überwachung der gleichmäßigen Wärmeabführung genügt es nicht mehr,- ähnlich wie bei thermischen Kernreaktoren - die Kühlmittelaustrittstemperatur am Reaktor zu messen, vielmehr ist es notwendig, die Kühlmittelaustrittstemperatur an Jedem einzelnen Brenn- bzw. auch Brutelement zu ermitteln. Derartige Meßeinrichtungen müssen aber so angebracht werden, daß sie die sehr hohe Kühlmittelströmung insbesondere bei gasgekühlten schnellen Reaktoren möglichst wenig stören. Weiterhin stellt sich die Aufgabe, neben einem geringen konstruktiven Aufwand die Auswechselbarkeit der Meßeinrichtungen samt ihrer elektrischen Zuleitungen auch während des laufenden Reaktorbetriebes zu gewährleisten.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch ein in der Zentralzone des Brennelementes angeordnetes Führungsrohr für die Aufnahme eines an sich bekannten Temperaturfühlers, der über eine entsprechende rohrförmige Bahn innerhalb des Befestigungsmechanismus des Brennelementes einführbar sowie auch während des Reaktorbetriebes auswechselbar ist. Als Temperaturfühler kommen beispielsweise Thermoelemente in Frage, jedoch wäre auch eine optische Temperaturmessung

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durch das gerade Führungsrohr hindurch möglich. Selbstver-r._J: ,..-,--ständlich ist es auch möglich, durch dieses Führungsrohr mehrere Thermoelemente einzuführen und deren Signale nach dem bekannten 2-von-3-Prinzip auszuwerten.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel sei nun für hängend angeordnete Brennelemente eines schnellen gasgekühlten Brüters näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt dabei einen schematischen Querschnitt durch eine derartige Kernreaktoranlage, die Fig. 2 zeigt die Anordnung der Temperaturmeßeinrichtung in Bezug auf ein einzelnes Brennelement sowie dessen zugehörige Halterungseinrichtungen. Schließlich zeigt Fig. 3 im Schnitt ein solches Brennelement mit dem darin angeordneten Temperaturfühler.

Der zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung gewählte Kernreaktor ist in einem Stahlbetondruckbehälter 4 untergebracht und besteht aus dem eigentlichen Reaktorkern 3 und dem Brutmantel 3a. Die Brennelemente 31 dieses Reaktors sind an einer Tragplatte 1 aufgehängt, ihre Fußenden sind nicht "geführt, aus ihnen tritt der aufgeheizte Kühlmittelstrom, dessen Temperatur gemessen werden soll, ungehindert aus. Der Betonkessel 4 ist mit einem Deckel 41 verschlossen, der von den Halterungseinrichtungen der einzelnen Brennelemente durch-, setzt wird. Oberhalb dieses Deckels 41 befinden sich die Befestigungseinrichtungen 2 für die Brennelemente sowie die , Durchführungen für die Temperaturmeßeinrichtungen jedes einzelnen Brennelementes.

In dem Druckbehälter 4 sind in an sich bekannter Weise Wärmetauscher 5 um den eigentlichen Kernreaktor herum angeordnet, die beispielsweise zur Erzeugung des Dampfes für die Turbinen bzw. zur Erhitzung des Arbeitsgases für Gasturbinen dienen. Das Kühlmittel des Kernreaktors, das von oben nach unten, durch die Brennelemente in der dargestellten Pfeilrichtung hindurchströmt, ist beispielsweise Heliumgas, die,; für den- ■ Umlauf desselben erforderlichen Gebläse sind demÜbersicht-.. , lichk^:eit^: halber nicht dargestellt. Für das .Auswechseln der

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Brennelemente ist im unteren Teil des Reaktordruckbehälters eine Ausweöhseleinrichtung 42 vorgesehen. Da der Aufbau dieser Einrichtung für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung ist, wurde auf eine detailliertere Darstellung derselben verzichtet. Pur das Auswechseln von Brennelementen mit dieser Einrichtung wird die Verbindung zwischen dem Befestigungsmechanismus 2 und den Brennelemente, die über eine Kupplung 71 miteinander verbunden sind, gelöst, ohne daß es notwendig ist, den Deckel 41 zu Öffnen. Diese Kupplung kann mit an sich bekannten Bauelementen, wie z.B. mit Klinken oder Bajonettverriegelungen, ausgerüstet sein* die über entsprechende Teile des Brennelementhaltegestänges, das zwischen der Befestigungseinrichtung 2 und der Brennelementtragplatte 1 sich erstreckt, betätigbar sind»

Die Pig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Zuordnung dieser genannten Teile. In diesem Zusammenhang soll auch nicht unerwähnt bleiben, daß jedes Brennelement auf der Kühlmitteleintrittsseite mit einer über das Haltegestänge verstellbaren Drossel 8 innerhalb des Kopfes 34 jedes Brennelementes 31 versehen ist. Diese wird in Abhängigkeit von den gemessenen Austrittstemperaturen über die Brennelementbefestigungseinrichtung 2 mit Hilfe darin vorgesehener motorischer Antriebe eingestellt. Die bei diesem Ausführungsbeispiel dargestellten Brennelemente haben sechseckigen Querschnitt, da dieser die dichteste Packung der Brennstäbe innerhalb des Eeaktorkerns ermöglicht. Grundsätzlich wären selbstverständlich auch andere Querschnitt sformen möglich. .

Die Pig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein derartiges Brennelement, das innerhalb des sechseckigen Kastens 9 aus einer Vielzahl von parallel nebeneinander angeordneten einzelnen Brennstäben 32 besteht. Diese sind durch Abstandshalter in an sieh bekannter Weise in ihrer räumlichen Anordnung fixiert und an einer Stabhalteplatte 91 aufgehängt. Der Kopf 34 des Brennelementes ist in der Kupplung 71 mit der Befestigungseinrichtung bzw. dem Haitegestange 7-

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verbunden. Er enthält außerdem die bereits erwähnte verstellbare Drossel 8, die beispielsweise über eine von außen betätigbare Spindel in vertikaler Richtung verschoben und damit den Kühlmitteleintrittsquerschnitt verändernd eingestellt werden kann. Im Innern des Brennelementes befindet sich ein Leitrohr 33 für die Führung.der Thermoelemente. Es ist an seinem unteren Ende an der Stelle 33a durchbrochen, damit das Kühlmittel direkt mit dem Meßkopf 6a der Thermoelement einrichtung in Verbindung treten kann. Der Kopf 34 des Brennelementes ist über Kolbenringe 36 gegenüber der Tragplatte abgedichtet und im Innern trichterförmig erweitert ^ (35)» so daß das durch eine rohrförmige Bahn der Befesti- ^w gungseinrichtung einschiebbare" Thermoelementrohr 6 widerstands arm in das leitrohr 33 eingeführt werden kann. Im Innern dieses Thermoelementrohres 6 befinden in an sich bekannter Weise die Zuführungen zu einem oder mehreren Thermoelementen, die am unteren Ende 6a dieses Rohres mit diesem verbunden sind und den eigentlichen Temperaturfühler bilden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird das Thermoelementrohr 6 durch das Innere der Brennelementhaltestange 7 sowie der nicht dargestellten Kupplungs- und Drosselverstellgestänge geführt. Oberhalb der in einem Rohr 21 durckfest eingeschlossenen Brennelementebefestigungseinrichtungen ist \ eine druckfeste Verbindung mit den nach außen führenden Meßkabeln 62 hergestellt. Für den druckfesten und gasdichten Abschluß ist eine Kappe 22 vorgesehen, die eine zusätzliche Sicherheit gegen¹das Entweichen von Kühlgas durch die Abdichtung des Thermoelementrohres 6 gegenüber dem Gehäuse 21 gewährleistet. .

Diese beschriebene Anordnung der Thermoelemente bzw. auch anderer Temperaturmeßeinrichtungen ist nicht nur konstruktiv einfach durchführbar, sie bietet auch die Möglichkeit, während des Reaktorbetriebes beschädigte Thermoelemente bzw. andere Meßeinrichtungen auszuwechseln. Weiterhin ergibt sich'die Möglichkeit, die defekten Thermoelement- ·

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rohre 6 "beim Herausziehen mit einfachen Hinrichtungen in kürzere Abschnitte abzulängen und damit den Abtransport dieser nach einer längeren Bestrahlungszeit möglicherweise strahlenden Teile wesentlich zu vereinfachen. Nicht unerwähnt soll bleiben, daß anstelle einer Temperaturmessung mit Hilfe von Thermoelementen oder Widerstandsthermometern auch eine optische Messung durch den geradlinigen zentralen Kanal des Brennelementes sowie der Antriebs- bzw« Befestigungseinrichtungen möglich wäre. Wenn man die Thermoelementrohre 6 flexibel gestaltet, wäre auch eine Verwendung derselben bei nichtgeradlinigen Führungskanälen möglich, für den Fall, daß die Reaktorkonstruktion dies erforderlich machen sollte. Eine flexible Ausbildung der Thermoelementrohre 6 wäre auch im Hinblick auf den leichteren Transport - z.B. auf Trommeln - sowie auf die Verringerung der Arbeitsraumhöhe im Reaktorgebäude von Vorteil,

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß bei einem Brennelementwechsel selbstverständlich vorher die Temperaturmeß einrichtung, also das Thermoelementrohr 6, abgezogen wird und nach dem Einsatz eines neuen Brennelementes am gleichen Einsatzort wieder verwendbar ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Verbindungen der Thermoelemente mit den Meßleitungen außerhalb des eigentlichen Reaktors, z.B. über Klemmen oder Stecker, an der Stelle 61 oberhalb der Befestigungseinrichtung 2 - also während des Reaktorbetriebes jederzeit zugänglich - vorgesehen sind.

Wie bereits eingangs erwähnt, eignet sich diese Einrichtung zur Messung der Kühlmittelaustrittstemperatur selbstverständlich auch für andere Aufbauprinzipien von Kernreaktoren sowie anders geführte Kühlmittelströmungen und Kühlmittelstoffe.

5 Figuren

5 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Einrichtung zur Messung der Kühlmittelaustrittstemperatur bei Brenn- und Brutelementen insbesondere schneller gasgekühlter Kernreaktoren, gekennzeichnet durch ein in der Zentralzone des Brennelementes (31) angeordnetes Führungsrohr (33) für die Aufnahme eines an sich bekannten Temperaturfühlers (6), der, über eine entsprechende rohrförmige Bahn innerhalb des Befestigungsmechanismus des Brennelementes einführbar sowie auch während des Reaktorbetriebes auswechselbar ist.-

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (33) für den Zutritt des Kühlmittels zum Temperaturfühler an der-Meßsteile mit Durchbrechungen (33a) versehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Bahn innerhalb eines Verstellmechanismus für eine Kühlmitteldrossel (8) an der Kühlmitteleintrittsseite des Brennelementes (31) angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

als Temperaturfühler in einem Eohr eingeschlossene Thermoelemente τοrgesehen sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,.daß für die Temperaturmessung durch die geradlinige Anordnung von Führungsrohr und rohrförmiger Bahn innerhalb des Befestigungsmechanismus der Brennelemente bekannte optische Mittel vorgesehen sind.

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