DE2129438A1 - Messeinrichtung fuer die Kuehlmittelaustrittstemperatur bei Kernreaktor-Brennelementen - Google Patents
Messeinrichtung fuer die Kuehlmittelaustrittstemperatur bei Kernreaktor-BrennelementenInfo
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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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-2-
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
Γ"' 2098 52/025 3 ~3~
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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- ·
209852/02S3: ~
TPA 71/9419
-5-
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 (5)
- VPA 71/94-19-6-PatentansprücheEinrichtung 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.-> . " - ■ . ■;; ■■■
- 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, daßals 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.209852/025 3L e e r s e i f- e
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