JP2009198400A - 制御棒駆動装置の冷却構造及び方法並びに原子炉 - Google Patents

制御棒駆動装置の冷却構造及び方法並びに原子炉 Download PDF

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Abstract

【課題】制御棒駆動装置の冷却構造及び方法並びに原子炉において、制御棒駆動装置の冷却効率の向上を図る。
【解決手段】原子炉容器４１の上部に磁気式ジャッキを収容するハウジング５９を固定し、このハウジング５９内に冷却空気を取り入れる吸気部１０２と、吸気部１０２とハウジング５９の周方向に並んでハウジング５９内の冷却空気を下部の第１吸入口１０９から吸入して上方に導く第１排気ダクト１０４と、吸気部１０２の下方に配置されてハウジング５９内の冷却空気を第２吸入口１１０から吸入して第１排気ダクト１０４に導く第２排気ダクト１０５と、ハウジング５９の上部に設けられて第１排気ダクト１０４内の冷却空気を外部に排出する排出部１１１とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子炉容器の上部に配置されて炉心に対して制御棒を出し入れする制御棒駆動装置の冷却構造及び方法、並びに、この制御棒駆動装置を有する原子炉に関するものである。
加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用している。そして、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電している。
このような加圧水型原子炉では、炉心内で生成される中性子を制御棒により吸収することで、その中性子数を調整し、原子炉出力を制御している。そのため、この制御棒は、予め炉心を構成する燃料集合体の内部に分散して組み込まれており、一括して制御される。複数の制御棒は、原子炉容器の上部の配置された制御棒駆動装置（ＣＲＤＭ：control rod drive mechanism）により炉心に対して出し入れされる。
加圧水型原子炉用の制御棒駆動装置としては、一般に、磁気式ジャッキが多く適用される。この磁気式ジャッキは、中央の案内管内に駆動軸が配設され、案内管の下部に固定つかみ磁極、固定つかみばね、固定ラッチ機構などが設けられ、固定つかみ磁極の周辺に固定つかみコイルが配置される一方、上部にリフト磁極、可動つかみばね、可動つかみ磁極、可動ラッチ機構などが設けられている。そして、リフト磁極の周辺にリフトコイルが配置され、可動つかみ磁極の周辺に可動つかみコイルが配置され、制御棒を上下に駆動可能となっている。
この場合、制御棒駆動装置に用いられるコイルは、通電により高温となることから常時冷却する必要がある。制御棒駆動装置の冷却装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された制御棒駆動機構の冷却方法は、換気ファンにより外部空気をシュラウドの上部から内部に取り入れ、制御棒駆動機構を冷却した後、下部の空気ポートから外部に排出するものである。
特許第２９０４４１０号公報
ところが、上述した従来の制御棒駆動機構の冷却方法では、換気ファンにより外部空気をシュラウドの上部から内部に強制的に押し込み、制御棒駆動機構側に流して冷却させている。そして、制御棒駆動機構側を冷却してから更に下方に流し、下部の空気ポートから外部に押し出している。この場合、冷却空気の流れは上から下へとなり、制御棒駆動機構を冷却して高温となった空気を更に下方に流して排出することが困難となる。そのため、シュラウド内で冷却空気が効率良く循環せず、制御棒駆動機構の冷却効率が低下してしまうという問題がある。
本発明は上述した課題を解決するものであり、制御棒駆動装置の冷却効率の向上を図る制御棒駆動装置の冷却構造及び方法並びに原子炉を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための請求項１の発明の制御棒駆動装置の冷却構造は、原子炉容器の上部に配置されて磁気式ジャッキにより炉心に対して制御棒を出し入れする制御棒駆動装置の冷却構造において、前記原子炉容器の上部に固定されて前記磁気式ジャッキを収容するハウジングと、該ハウジング内に冷却空気を取り入れる吸気部と、前記吸気部と前記ハウジングの周方向に並んで配置されて該ハウジング内の冷却空気を下部の第１吸入口から吸入して上方に導く第１排気ダクトと、前記吸気部の下方に配置されて前記ハウジング内の冷却空気を第２吸入口から吸入して前記第１排気ダクトに導く第２排気ダクトと、前記ハウジングの上部に設けられて前記第１排気ダクト内の冷却空気を外部に排出する排出部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２の発明の制御棒駆動装置の冷却構造では、前記ハウジングは、上下方向に沿う構造体が周方向に所定間隔で複数並設され、前記第２排気ダクトは、前記構造体を貫通して前記第１排気ダクトに連通することを特徴としている。
請求項３の発明の制御棒駆動装置の冷却構造では、前記構造体は、中空形状をなし、前記ハウジング内の冷却空気を吸入する第３吸入口が設けられると共に、貫通孔を通して前記第２排気ダクトに連通することを特徴としている。
請求項４の発明の制御棒駆動装置の冷却構造では、前記第２排気ダクトは、前記ハウジングの内部に突出する突出部を有し、該突出部に前記第２吸入口が設けられることを特徴としている。
請求項５の発明の制御棒駆動装置の冷却構造では、前記第１吸入口に、冷却空気が流通する空気量を調整する流量調整部材が設けられることを特徴としている。
請求項６の発明の制御棒駆動装置の冷却構造では、前記第２排気ダクトに、冷却空気が流通する空気量を調整する流量調整部材が設けられることを特徴としている。
請求項７の発明の制御棒駆動装置の冷却構造では、前記ハウジングに、前記吸気部の下方に位置して開閉自在な作業用開口部が設けられ、該作業用開口部の下方に前記第２吸入口が設けられることを特徴としている。
請求項８の発明の制御棒駆動装置の冷却構造では、前記排出部に排気ファンが設けられることを特徴としている。
また、請求項９の発明の制御棒駆動装置の冷却方法は、原子炉容器の上部に配置されて磁気式ジャッキにより炉心に対して制御棒を出し入れする制御棒駆動装置の冷却方法において、前記磁気式ジャッキを収容するハウジングの側壁上部から内部に冷却空気を取り入れ、冷却空気を下降させながら前記磁気式ジャッキを冷却した後、前記ハウジングの側壁下部の全周から内部の冷却空気を排気ダクトに取り出し、該排気ダクトを通して上昇させた後、排気ファンにより外部に排出する、ことを特徴とするものである。
請求項１０の発明の制御棒駆動装置の冷却方法では、前記吸気部と前記ハウジングの周方向に並んで前記排気ダクトが配置され、前記磁気式ジャッキを冷却した冷却空気を、前記排気ダクトの下部に設けられた第１吸入口から吸入すると共に、前記吸気部の下方に設けられた第２吸入口から吸入し、前記排気ダクトを通して上昇させて排出することを特徴としている。
また、請求項１１の発明の原子炉は、原子炉容器と、該原子炉容器内に配置される炉心槽と、該炉心槽内に配置される炉心と、該炉心を制御する複数の制御棒と、前記原子炉容器の上部に配置されて磁気式ジャッキにより前記炉心に対して前記制御棒を出し入れする制御棒駆動装置と、冷却空気により該制御棒駆動装置を冷却する制御棒駆動装置用冷却装置とを備え、原子燃料と冷却材との熱交換により蒸気を発生し、発生蒸気により発電タービンを駆動して発電を行う原子炉において、前記制御棒駆動装置用冷却装置は、前記原子炉容器の上部に固定されて前記磁気式ジャッキを収容するハウジングと、該ハウジング内に冷却空気を取り入れる吸気部と、前記吸気部と前記ハウジングの周方向に並んで配置されて該ハウジング内の冷却空気を下部の第１吸入口から吸入して上方に導く第１排気ダクトと、前記吸気部の下方に配置されて前記ハウジング内の冷却空気を第２吸入口から吸入して前記第１排気ダクトに導く第２排気ダクトと、前記ハウジングの上部に設けられて前記第１排気ダクト内の冷却空気を外部に排出する排出部と、を有することを特徴とするものである。
請求項１の発明の制御棒駆動装置の冷却構造によれば、ハウジング内に冷却空気を取り入れる吸気部と、ハウジング内の冷却空気を下部の第１吸入口から吸入して上方に導く第１排気ダクトとを、ハウジングの周方向に並んで配置すると共に、吸気部の下方にハウジング内の冷却空気を第２吸入口から吸入して第１排気ダクトに導く第２排気ダクトを配置している。従って、吸気部からハウジング内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた吸入口から吸入されて外部に排出されることとなる。そのため、冷却空気は、ハウジングの内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置の冷却効率の向上を図ることができる。
請求項２の発明の制御棒駆動装置の冷却構造によれば、ハウジングに上下方向に沿う構造体が周方向に所定間隔で複数並設され、第２排気ダクトがこの構造体を貫通して第１排気ダクトに連通するので、構造体を維持したままで第２排気ダクトを配置することができ、ハウジングの強度低下を抑制しながら、制御棒駆動装置の冷却効率を向上することができる。
請求項３の発明の制御棒駆動装置の冷却構造によれば、構造体を中空形状とし、ハウジング内の冷却空気を吸入する第３吸入口を設けると共に、貫通孔を通して第２排気ダクトに連通するので、構造体を維持したままで第２排気ダクトを配置することができると共に、吸入口を設けることでハウジング内での冷却空気の滞留を抑制することができ、ハウジングの強度低下を抑制しながら、制御棒駆動装置の冷却効率を向上することができる。
請求項４の発明の制御棒駆動装置の冷却構造によれば、第２排気ダクトにハウジングの内部に突出する突出部を設け、この突出部に第２吸入口を設けるので、この第２吸入口の開口面積を十分に確保することで、ハウジング内から第２排気ダクトへの冷却空気の吸入能力を上げることができ、ハウジング内での冷却空気の滞留を抑制し、制御棒駆動装置の冷却効率を向上することができる。
請求項５の発明の制御棒駆動装置の冷却構造によれば、第１吸入口に冷却空気が流通する空気量を調整する流量調整部材を設けるので、第１吸入口から第１排気ダクトに吸入される冷却空気量と、第２吸入口から第２排気ダクトに吸入される冷却空気量とを調整することで、ハウジング内部に効率良く冷却空気を循環することができる。
請求項６の発明の制御棒駆動装置の冷却構造によれば、第２排気ダクトに冷却空気が流通する空気量を調整する流量調整部材を設けるので、第１吸入口から第１排気ダクトに吸入される冷却空気量と、第２吸入口から第２排気ダクトに吸入される冷却空気量とを調整することで、ハウジング内部に効率良く冷却空気を循環することができる。
請求項７の発明の制御棒駆動装置の冷却構造によれば、ハウジングにおける吸気部の下方に開閉自在な作業用開口部を設け、この作業用開口部の下方に第２吸入口を設けるので、吸気部だけでなく作業用開口部を設けても、ハウジング内の冷却空気は、このハウジング内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた吸入口から吸入されて外部に排出されるため、冷却空気はハウジングの内部をほぼ全域にわたって均一に循環することができる。
請求項８の発明の制御棒駆動装置の冷却構造によれば、排出部に排気ファンを設けるので、排気ファンを駆動することで、第１排気ダクト及び第２排気ダクトから各吸入口を通してハウジング内に負圧を付与することで、ハウジング内の冷却空気を強制的に外部に排出することができ、ハウジング内での冷却空気の滞留を抑制し、制御棒駆動装置の冷却効率を向上することができる。
また、請求項９の発明の制御棒駆動装置の冷却方法によれば、磁気式ジャッキを収容するハウジングの側壁上部から内部に冷却空気を取り入れ、冷却空気を下降させながら磁気式ジャッキを冷却した後、ハウジングの側壁下部の全周から内部の冷却空気を排気ダクトに取り出し、排気ダクトを通して上昇させた後、排気ファンにより外部に排出するようにしている。従って、冷却空気は、ハウジングの内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置の冷却効率の向上を図ることができる。
請求項１０の発明の制御棒駆動装置の冷却方法によれば、吸気部とハウジングの周方向に並んで排気ダクトを配置し、磁気式ジャッキを冷却した冷却空気を、排気ダクトの下部に設けられた第１吸入口から吸入すると共に、吸気部の下方に設けられた第２吸入口から吸入し、排気ダクトを通して上昇させて排出するので、ハウジング内部の冷却空気を効率的に排出することができる。
また、請求項１１の発明の原子炉によれば、原子炉容器と炉心槽と炉心と複数の制御棒と制御棒駆動装置と制御棒駆動装置用冷却装置とを備え、この制御棒駆動装置用冷却装置として、ハウジング内に冷却空気を取り入れる吸気部と、ハウジング内の冷却空気を下部の第１吸入口から吸入して上方に導く第１排気ダクトとを、ハウジングの周方向に並んで配置すると共に、吸気部の下方にハウジング内の冷却空気を第２吸入口から吸入して第１排気ダクトに導く第２排気ダクトを配置している。従って、吸気部からハウジング内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた吸入口から吸入されて外部に排出されることとなる。そのため、冷却空気は、ハウジングの内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置の冷却効率の向上を図ることができ、その結果、原子炉の高精度な出力制御を可能とすることができる。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る制御棒駆動装置の冷却構造及び原子炉の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明の実施例１に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置の断面図、図２は、図１のII−II断面図、図３は、図１のIII−III断面図、図４は、実施例１の制御棒駆動装置用冷却装置の斜視概略図、図５は、実施例１の制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図、図６は、実施例１の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントの概略構成図、図７は、実施例１の加圧水型原子炉を表す縦断面図、図８は、実施例１の加圧水型原子炉における制御棒駆動装置を表す要部断面図である。
実施例１の原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。
本実施例の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図６に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管（冷却材供給配管系）１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１５ａが設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１５０〜１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料（原子燃料）として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。
蒸気発生器１３は、蒸気タービン１７と冷却水配管１８を介して連結されており、この蒸気タービン１７は高圧タービン１９及び低圧タービン２０を有すると共に、発電機２１が接続されている。また、高圧タービン１９と低圧タービン２０との間には、湿分分離加熱器２２が設けられており、冷却水配管１８から分岐した冷却水分岐配管２３が湿分分離加熱器２２に連結される一方、高圧タービン１９と湿分分離加熱器２２は低温再熱管２４により連結され、湿分分離加熱器２２と低圧タービン２０は高温再熱管２５により連結されている。更に、蒸気タービン１７の低圧タービン２０は、復水器２６を有しており、この復水器２６には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２７及び排水管２８が連結されている。そして、この復水器２６は、冷却水配管２９を介して脱気器３０に連結されており、この冷却水配管２９に復水ポンプ３１及び低圧給水加熱器３２が設けられている。また、脱気器３０は、冷却水配管３３を介して蒸気発生器１３に連結されており、この冷却水配管３３には給水ポンプ３４及び高圧給水加熱器３５が設けられている。
従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管１８を通して蒸気タービン１７（高圧タービン１９から低圧タービン２０）に送られ、この蒸気により蒸気タービン１７を駆動して発電機２１により発電を行う。このとき、蒸気発生器１３からの蒸気は、高圧タービン１９を駆動した後、湿分分離加熱器２２で蒸気に含まれる湿分が除去されると共に加熱されてから低圧タービン２０を駆動する。そして、蒸気タービン１７を駆動した蒸気は、復水器２６で冷却されて復水となり、低圧給水加熱器３２で、例えば、低圧タービン２０から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器３０で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、高圧給水加熱器３５で、例えば、高圧タービン１９から抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１３に戻される。
また、加圧水型原子炉１２において、図７に示すように、原子炉容器４１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体４２とその上部に装着される原子炉容器蓋４３により構成されており、この原子炉容器本体４２に対して原子炉容器蓋４３が開閉可能となっている。原子炉容器本体４２は、上部が開口して下部が球面状に閉塞された円筒形状をなし、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を給排する入口ノズル４４及び出口ノズル４５が形成されている。
原子炉容器本体４２内にて、入口ノズル４４及び出口ノズル４５より下方には、円筒形状をなす炉心槽４６が原子炉容器本体４２の内面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽４６の上部には、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板４７が連結され、下部には、同じく円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板４８が連結されている。そして、原子炉容器本体４２内には、炉心槽４６の上方に位置して円板形状をなす上部炉心支持板４９が固定されており、この上部炉心支持板４９から複数の炉心支持ロッド５０を介して上部炉心板４７、つまり、炉心槽４６が吊下げ支持されている。一方、下部炉心板４８、つまり、炉心槽４６は、原子炉容器本体４２の内面に対して複数のラジアルキー５２により位置決め保持されている。
炉心槽４６と上部炉心板４７と下部炉心板４８により炉心５３が形成されており、この炉心５３には、多数の燃料集合体５４が配置されている。この燃料集合体５４は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。そして、複数の制御棒５５は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ５６となり、燃料集合体５４内に挿入可能となっている。上部炉心支持板４９には、この上部炉心支持板４９を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管５７が支持されており、下端部が燃料集合体５４の制御棒クラスタ５６まで延出されている。
原子炉容器４１を構成する原子炉容器蓋４３の上部には、磁気式ジャッキの制御棒駆動装置５８が設けられており、原子炉容器蓋４３と一体をなすハウジング５９内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管５７の上端部は、制御棒駆動装置５８まで延出され、この制御棒駆動装置５８から延出されて制御棒クラスタ駆動軸６０が、制御棒クラスタ案内管５７内を通って燃料集合体５４まで延出され、制御棒クラスタ５６を把持可能となっている。また、図示しないが、上部炉心支持板４９には、この上部炉心支持板４９を貫通して多数の炉内計装案内管が支持されており、下端部が燃料集合体５４まで延出されており、中性子束を計測できるセンサを挿入可能となっている。
この制御棒駆動装置５８は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ５６に連結されると共に、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸（以下、駆動軸と称する。）６０を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。
即ち、図８に示すように、駆動軸６０は、その表面に複数の周溝６０ａが長手方向に等ピッチで形成されており、円筒形状をなす駆動軸ハウジング６１内に軸方向に移動自在となっている。そして、この駆動軸６０の周溝６０ａの１つに係合離反可能に設けられた固定つかみラッチ６２、この固定つかみラッチ６２をラッチリンク６３及びプランジャ６４を介して駆動する固定つかみコイル６５を有し、固定つかみラッチ６２を周溝６０ａに係合させることにより駆動軸６０を上下方向に保持する保持機構６６が設けられている。また、駆動軸６０の周溝６０ａの１つと係合離反可能に設けられた可動つかみラッチ６７、この可動つかみラッチ６７をラッチリンク６８及びプランジャ６９を介して駆動する可動つかみコイル７０、ラッチリンク６８及びプランジャ６９を上下方向に移動させる上げコイル７１とを有し、駆動軸６０を上下動させる駆動機構７２が設けられている。
なお、７３は、固定つかみコイル６５に励磁される固定取手磁極、７４は、可動つかみコイル７０に励磁される可動取手磁極、７５は、上げコイル７１に励磁される上げ磁極である。また、７６ａ〜７６ｃはリターンスプリングである。
例えば、固定つかみコイル６５により固定取手磁極７３が消磁されて固定つかみラッチ６２が駆動軸６０の周溝６０ａから離反される一方、可動つかみコイル７０により可動取手磁極７４が励磁されて可動つかみラッチ６７が駆動軸６０の周溝６０ａに係合された状態から、上げコイル７１により上げ磁極７５を励磁すると、可動取手磁極７４及び可動つかみラッチ６７が可動つかみコイル７０と共にリターンスプリング７６ａの付勢力に抗して上げ磁極７５側に吸引され、駆動軸６０を１ピッチ上昇することができる。
次に、固定つかみコイル６５により固定取手磁極７３が励磁されて固定つかみラッチ６２が駆動軸６０の周溝６０ａに係合された後、可動つかみコイル７０により可動取手磁極７４が消磁されると共に上げコイル７１により上げ磁極７５が消磁されると、可動つかみラッチ６７が駆動軸６０の周溝６０ａから離反され、リターンスプリング７６ａの付勢力で可動取手磁極７４及び可動つかみラッチ６７が可動つかみコイル７０と共に下降することができる。
そして、可動つかみコイル７０により可動取手磁極７４が励磁されて可動つかみラッチ６７が駆動軸６０の周溝６０ａに係合された後、固定つかみコイル６５により固定取手磁極７３が消磁されて固定つかみラッチ６２が駆動軸６０の周溝６０ａから離反された状態から、上述した動作を繰り返すことで駆動軸６０は所定ピッチまで上昇することができる。なお、駆動軸６０を下降させるには、上述した動作の逆動作を行えばよいものである。
従って、図７に戻り、制御棒駆動装置５８により制御棒クラスタ駆動軸６０を移動して燃料集合体５４に制御棒５５を挿入することで、炉心５３内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器４１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル４５から排出され、上述したように、蒸気発生器１３に送られる。即ち、燃料集合体５４を構成する燃料としてのウランまたはプルトニウムが核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくすると共に、発生した熱を奪って冷却する。また、制御棒５５を燃料集合体５４に挿入することで、炉心５３内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときには炉心５３に急速に挿入される。
また、原子炉容器４１内には、炉心５３に対して、その上方に出口ノズル４５に連通する上部プレナム８１が形成されると共に、下方に下部プレナム８２が形成されている。そして、原子炉容器４１と炉心槽４６との間に入口ノズル４４及び下部プレナム８２に連通するダウンカマー部８３が形成されている。従って、軽水は、４つの入口ノズル４４から原子炉容器本体４２内に流入し、ダウンカマー部８３を下向きに流れ落ちて下部プレナム８２に至り、この下部プレナム８２の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心板４８を通過した後、炉心５３に流入する。この炉心５３に流入した軽水は、炉心５３を構成する燃料集合体５４から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体５４を冷却する一方、高温となって上部炉心板４７を通過して上部プレナム８１まで上昇し、出口ノズル４５を通って排出される。
このように構成された加圧水型原子炉１２にて、本実施例では、制御棒駆動装置５８を冷却する冷却装置が設けられている。図１乃至図４に示すように、この制御棒駆動装置用冷却装置１０１において、ハウジング５９は、吸気部１０２と作業用開口部１０３と第１排気ダクト１０４と第２排気ダクト１０５と第３排気ダクト１０６とが連結されることで側壁が構成され、上部に天井壁１０７が連結されて構成されている。そして、このハウジング５９の内部に制御棒駆動装置５８を構成する複数の磁気式ジャッキが収容されている。この場合、本実施例の冷却装置は、ハウジング５９に設けられた後述する排出部１１１の排気ファン１１３を駆動することで、外部からハウジング５９内に冷却空気を吸い込んで排気する吸込排気式である。
即ち、上部に設けられた第３排気ダクト１０６は、中空でリング形状をなしている。吸気部１０２は、外部から冷却空気を取り入れることが可能な開口部であって、各開口部にフィルタが装着されている。作業用開口部１０３は、点検作業やメンテナンス作業などの際に、作業者がハウジング５９内に進入するための開口部であって、不使用時には開閉扉１０８により閉止され、使用時にこの開閉扉１０８を開放する。この吸気部１０２と作業用開口部１０３は、吸気部１０２の下方に作業用開口部１０３が位置するように上下に配置され、ハウジング５９の径方向に対向して周方向に均等間隔で２組設けられている。
第１排気ダクト１０４は、ハウジング５９内の冷却空気を下部の第１吸入口１０９から吸入して上方に導くものであって、ハウジング５９の上下方向に沿って配設されると共に、周方向に複数並設されている。そして、この第１排気ダクト１０４は、ハウジング５９の周方向において、２組の吸気部１０２及び作業用開口部１０３の間に配置されている。つまり、吸気部１０２及び作業用開口部１０３と第１排気ダクト１０４は、ハウジング５９の周方向に並んで配置されている。
第２排気ダクト１０５は、吸気部１０２及び作業用開口部１０３の下方に配置され、ハウジング５９内の冷却空気を第２吸入口１１０から吸入して第１排気ダクト１０４に導くものであって、ハウジング５９の周方向に沿って配設されている。この場合、実際には、ハウジング５９の下端部に、中空でリング形状をなすと共に内周部に多数の吸入口が形成されたダクト部材を配置し、複数の第１排気ダクト１０４の下端部をこのダクト部材の上面部に連結すると共に内部を連通することで、第１排気ダクト１０４及び第２排気ダクト１０５を一体に形成している。つまり、ダクト部材が第１排気ダクト１０４の一部及び第２排気ダクト１０５を構成している。
ハウジング５９の上部には、第１排気ダクト１０４内の冷却空気を外部に排出する排出部１１１が設けられている。即ち、第３排気ダクト１０６の外周部には、連結排気ダクト１１２が連結され、この連結排気ダクト１１２に排気ファン１１３が設けられている。なお、ハウジング５９の天井壁１０７には、制御棒駆動装置５８の各磁気式ジャッキが装着される取付孔１０７ａが形成されている。
ところで、ハウジング５９は、内部に上下方向に沿う柱１１４が周方向に複数均等間隔で並設されている。この複数の柱１１４は、構造体として機能し、本実施例では、断面がＨ形形状をなす鋼材により構成されている。即ち、吸気部１０２、作業用開口部１０３、第１排気ダクト１０４、第２排気ダクト１０５、第３排気ダクト１０６などは、この複数の柱１１４に支持されることで、所定の強度が確保されている。そして、第２排気ダクト１０５は、この柱１１４を貫通して第１排気ダクト１０４に連通している。
図５に示すように、吸気部１０２における周方向中間位置にある柱１１４に対してその周方向両側に第２排気ダクト１１５（１０５ａ，１０５ｂ）が配置されている。そして、各第２排気ダクト１０５ａ，１０５ｂの基端部には、ハウジング５９内に開口する第２吸入口１１０ａ，１１０ｂが形成される一方、先端部が複数の柱１１４を介して第１排気ダクト１０４まで延出されている。この場合、第２排気ダクト１０５ａ，１０５ｂの途中に位置する各柱１１４には、第２排気ダクト１０５ａ，１０５ｂの流路面積より小さい、実際には、幅の狭い貫通孔１１４ａが形成されている。
このように構成された制御棒駆動装置用冷却装置１０１にて、図１乃至図３に示すように、排出部１１１の排気ファン１１３が駆動すると、その吸引力が第３排気ダクト１０６から第１排気ダクト１０４の第１吸入口１０９を通してハウジング５９内に作用すると共に、吸引力が第３排気ダクト１０６から第１排気ダクト１０４を介して第２排気ダクト１０５の第２吸入口１１０を通してハウジング５９内に作用する。更に、ハウジング５９内に作用した吸引力が２つの吸気部１０２に作用する。
そのため、外部の空気が冷却空気として各吸気部１０２からハウジング５９内に取り込まれる。各吸気部１０２からハウジング５９内に取り込まれた冷却空気は、このハウジング５９内を下降しながら制御棒駆動装置用冷却装置１０１の各磁気式ジャッキのコイル６５，７０，７１（図８参照）を冷却する。各コイル６５，７０，７１を冷却して温度が上昇した冷却空気は、排出部１１１の排気ファン１１３により吸引力が作用する第１吸入口１０９及び第２吸入口１１０に吸引され、ハウジング５９内から第１吸入口１０９を通して直接第２排気ダクト１０５に吸入されると共に、ハウジング５９内から第２吸入口１１０を通して第２排気ダクト１０５を介して第１排気ダクト１０４に吸入される。そして、この冷却空気は、各第１排気ダクト１０４内を上昇して第３排気ダクト１０６に流れ、連結排気ダクト１１２から排気ファン１１３により外部に排出される。
この場合、各吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１１０から吸入されて各排気ダクト１０４，１０５に流れ込む。そのため、冷却空気は、ハウジング５９内をその中央部から外周側へ適正に流動し、内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキは、均一に、且つ、効率良く冷却される。
このように実施例１の制御棒駆動装置の冷却構造にあっては、原子炉容器４１の上部に磁気式ジャッキを収容するハウジング５９を固定し、このハウジング５９内に冷却空気を取り入れる吸気部１０２と、吸気部１０２とハウジング５９の周方向に並んでハウジング５９内の冷却空気を下部の第１吸入口１０９から吸入して上方に導く第１排気ダクト１０４と、吸気部１０２の下方に配置されてハウジング５９内の冷却空気を第２吸入口１１０から吸入して第１排気ダクト１０４に導く第２排気ダクト１０５と、ハウジング５９の上部に設けられて第１排気ダクト１０４内の冷却空気を外部に排出する排出部１１１とを設けている。
従って、吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１１０から吸入され、各排気ダクト１０４，１０５から排出部１１１を通して外部に排出されることとなる。そのため、冷却空気は、ハウジング５９の内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置５８の冷却効率の向上を図ることができる。
また、実施例１の制御棒駆動装置の冷却構造では、ハウジング５９に上下方向に沿う構造体としての柱１１４を周方向に所定間隔で複数並設し、第２排気ダクト１０５の流路がこの柱１１４を貫通して第１排気ダクト１０４に連通している。従って、柱１１４を維持したままで第２排気ダクト１０４を配置することができ、ハウジング５９の強度低下を抑制しながら、制御棒駆動装置５８の冷却効率を向上することができる。この場合、第２排気ダクト１０５の途中の柱１１４には、第２排気ダクト１０５の流路より流路面積の小さい貫通孔１１４ａを形成しており、柱１１４の強度低下を極力低下させることができる。
また、実施例１の制御棒駆動装置の冷却構造では、ハウジング５９における吸気部１０２の下方に開閉自在な作業用開口部１０３を設け、この作業用開口部１０３の下方に第２吸入口１１０を設けている。従って、吸気部１０２だけでなく作業用開口部１０３を設けても、ハウジング５９内の冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１１０から吸入されて外部に排出されるため、冷却空気はハウジング５９の内部をほぼ全域にわたって均一に循環することができる。
また、実施例１の制御棒駆動装置の冷却構造では、排出部１１１に排気ファン１１３を設けている。従って、排気ファン１１３を駆動することで、第１排気ダクト１０４及び第２排気ダクト１０５から各吸入口１０９，１１０を通してハウジング５９内に負圧を付与することができる。そのため、ハウジング５９内の冷却空気を強制的に外部に排出することができ、ハウジング５９内での冷却空気の滞留を抑制し、制御棒駆動装置５８の冷却効率を向上することができる。
また、実施例１の制御棒駆動装置の冷却方法にあっては、磁気式ジャッキを収容するハウジング５９の側壁上部から内部に冷却空気を取り入れ、冷却空気を下降させながら磁気式ジャッキを冷却した後、ハウジング５９の側壁下部の全周から内部の冷却空気を排気ダクト１０３，１０４に取り出し、この排気ダクト１０３，１０４を通して上昇させた後、排気ファン１１３により外部に排出するようにしている。従って、冷却空気は、ハウジング５９の内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置の冷却効率の向上を図ることができる。
更に、実施例１の加圧水型原子炉にあっては、原子炉容器４１と炉心槽４６と炉心５３と複数の制御棒５５と制御棒駆動装置５８と制御棒駆動装置用冷却装置１０１とを設け、制御棒駆動装置用冷却装置１０１として、原子炉容器４１の上部に磁気式ジャッキを収容するハウジング５９を固定し、このハウジング５９内に冷却空気を取り入れる吸気部１０２と、吸気部１０２とハウジング５９の周方向に並んでハウジング５９内の冷却空気を下部の第１吸入口１０９から吸入して上方に導く第１排気ダクト１０４と、吸気部１０２の下方に配置されてハウジング５９内の冷却空気を第２吸入口１１０から吸入して第１排気ダクト１０４に導く第２排気ダクト１０５と、ハウジング５９の上部に設けられて第１排気ダクト１０４内の冷却空気を外部に排出する排出部１１１とを設けている。
従って、吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１１０から吸入され、各排気ダクト１０４，１０５から排出部１１１を通して外部に排出されることとなる。そのため、冷却空気は、ハウジング５９の内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置５８の冷却効率の向上を図ることができ、その結果、原子炉の高精度な出力制御を可能とすることができる。
図９は、本発明の実施例２に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図である。なお、本実施例の制御棒駆動装置の冷却構造における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１乃至図４を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例２における制御棒駆動装置の冷却構造では、実施例１に対して、第２排気ダクトの形状のみが相違している。そのため、制御棒駆動装置用冷却装置の全体構造は、図１乃至図４を用いて説明し、第２排気ダクトの詳細については図９を用いて説明する。
実施例２の制御棒駆動装置用冷却装置において、図１乃至図４に示すように、ハウジング５９は、吸気部１０２と作業用開口部１０３と第１排気ダクト１０４と第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂ（図９参照）と第３排気ダクト１０６とが連結されることで側壁が構成され、上部に天井壁１０７が連結されて構成されている。そして、このハウジング５９の内部に制御棒駆動装置５８を構成する複数の磁気式ジャッキが収容されている。
即ち、吸気部１０２と作業用開口部１０３は、吸気部１０２の下方に作業用開口部１０３が位置するように上下に配置され、ハウジング５９の径方向に対向して周方向に均等間隔で２組設けられている。第１排気ダクト１０４は、ハウジング５９の周方向において、２組の吸気部１０２及び作業用開口部１０３の間に配置されている。つまり、吸気部１０２及び作業用開口部１０３と第１排気ダクト１０４は、ハウジング５９の周方向に並んで配置されている。
図１乃至図４に加えて図９に示すように、第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂは、吸気部１０２及び作業用開口部１０３の下方に位置し、ハウジング５９の周方向に沿って配設されており、ハウジング５９内の冷却空気を吸入して第１排気ダクト１０４に導くものである。ハウジング５９の上部には、第１排気ダクト１０４から第３排気ダクト１０６に移動した冷却空気を外部に排出する排出部１１１が設けられている。
また、ハウジング５９は、内部に上下方向に沿う柱１１４が周方向に複数均等間隔で並設されている。吸気部１０２における周方向中間位置にある柱１１４に対してその周方向両側に第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂが配置されている。そして、各第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂの基端部には、ハウジング５９の内部側に突出する突出部１２２ａ，１２２ｂが一体に形成されている。そして、この突出部１２２ａ，１２２ｂの前面部に、ハウジング５９内の冷却空気を吸入して第１排気ダクト１０４に導く第２吸入口１２３ａ，１２３ｂが形成されている。この場合、突出部１２２ａ，１２２ｂの前面部だけでなく、上面部に第２吸入口１２４ａを形成してもよい。一方、第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂの先端部は、複数の柱１１４を介して第１排気ダクト１０４まで延出されており、第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂの途中に位置する各柱１１４には、実施例１と同様に、貫通孔（図示略）が形成されている。
このように構成された制御棒駆動装置用冷却装置にて、排出部１１１の排気ファン１１３が駆動すると、その吸引力が第３排気ダクト１０６から第１排気ダクト１０４の第１吸入口１０９を通してハウジング５９内に作用すると共に、吸引力が第３排気ダクト１０６から第１排気ダクト１０４を介して第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂの第２吸入口１２３ａ，１２３ｂを通してハウジング５９内に作用する。更に、ハウジング５９内に作用した吸引力が２つの吸気部１０２に作用する。
そのため、外部の空気が冷却空気として各吸気部１０２からハウジング５９内に取り込まれ、このハウジング５９内を下降しながら制御棒駆動装置用冷却装置１０１の各磁気式ジャッキを冷却する。各磁気式ジャッキを冷却した冷却空気は、第１吸入口１０９に吸引されてハウジング５９内から直接第１排気ダクト１０４に吸入されると共に、第２吸入口１２３ａ，１２３ｂに吸引されてハウジング５９内から第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂを介して第１排気ダクト１０４に吸入される。各第１排気ダクト１０４に吸入された冷却空気は、内部を上昇して第３排気ダクト１０６に流れ、排出部１１１から外部に排出される。
この場合、各吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１２３ａ，１２３ｂから吸入されて各排気ダクト１０４，１２１ａ，１２１ｂに流れ込む。そのため、冷却空気は、ハウジング５９内をその中央部から外周側へ適正に流動し、内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキは、均一に、且つ、効率良く冷却される。
このように実施例２の制御棒駆動装置の冷却構造にあっては、ハウジング５９内に冷却空気を取り入れる吸気部１０２と、吸気部１０２とハウジング５９の周方向に並んでハウジング５９内の冷却空気を下部の第１吸入口１０９から吸入して上方に導く第１排気ダクト１０４と、吸気部１０２の下方に配置されてハウジング５９内の冷却空気を第２吸入口１２３ａ，１２３ｂから吸入して第１排気ダクト１０４に導く第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂと、ハウジング５９の上部に設けられて第１排気ダクト１０４内の冷却空気を外部に排出する排出部１１１とを設けている。
従って、吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１２３ａ，１２３ｂから吸入され、各排気ダクト１０４，１２１ａ，１２１ｂから排出部１１１を通して外部に排出されることとなる。そのため、冷却空気は、ハウジング５９の内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置５８の冷却効率の向上を図ることができる。
また、実施例２の制御棒駆動装置の冷却構造では、第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂの基端部に、ハウジング５９の内部側に突出する突出部１２２ａ，１２２ｂを設け、この突出部１２２ａ，１２２ｂに第２吸入口１２３ａ，１２３ｂを形成している。従って、第２吸入口１２３ａ，１１３ｂの開口面積を拡大して十分に確保することで、ハウジング５９内から第２排気ダクト１２１ａ，１２１ｂへの冷却空気の吸入能力を上げることができ、ハウジング５９内での冷却空気の滞留を抑制し、制御棒駆動装置５８の冷却効率を向上することができる。
図１０は、本発明の実施例３に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図である。なお、本実施例の制御棒駆動装置の冷却構造における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１乃至図４を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例３における制御棒駆動装置の冷却構造では、実施例１に対して、柱（構造体）の形状のみが相違している。そのため、制御棒駆動装置用冷却装置の全体構造は、図１乃至図４を用いて説明し、柱及び第２排気ダクトの詳細については図１０を用いて説明する。
実施例３の制御棒駆動装置用冷却装置において、図１乃至図４に示すように、ハウジング５９は、吸気部１０２と作業用開口部１０３と第１排気ダクト１０４と第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂ（図１０参照）と第３排気ダクト１０６とが連結されることで側壁が構成され、上部に天井壁１０７が連結されて構成されている。そして、このハウジング５９の内部に制御棒駆動装置５８を構成する複数の磁気式ジャッキが収容されている。
即ち、吸気部１０２と作業用開口部１０３は、吸気部１０２の下方に作業用開口部１０３が位置するように上下に配置され、ハウジング５９の径方向に対向して周方向に均等間隔で２組設けられている。第１排気ダクト１０４は、ハウジング５９の周方向において、２組の吸気部１０２及び作業用開口部１０３の間に配置されている。つまり、吸気部１０２及び作業用開口部１０３と第１排気ダクト１０４は、ハウジング５９の周方向に並んで配置されている。
図１乃至図４に加えて図１０に示すように、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂは、吸気部１０２及び作業用開口部１０３の下方に位置し、ハウジング５９の周方向に沿って配設されており、ハウジング５９内の冷却空気を吸入して第１排気ダクト１０４に導くものである。ハウジング５９の上部には、第１排気ダクト１０４から第３排気ダクト１０６に移動した冷却空気を外部に排出する排出部１１１が設けられている。
また、ハウジング５９は、内部に上下方向に沿う柱１３１が周方向に複数均等間隔で並設されている。この複数の柱１３１は、構造体として機能し、本実施例では、中空形状をなす鉄筋コンクリートにより構成されている。即ち、吸気部１０２、作業用開口部１０３、第１排気ダクト１０４、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂ、第３排気ダクト１０６などは、この複数の柱１３１に支持されることで、所定の強度が確保されている。
そして、吸気部１０２における周方向中間位置にある柱１３１に対してその周方向両側に第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂが配置されている。そして、各第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂの基端部には、ハウジング５９内に開口する第２吸入口１３３ａ，１３３ｂが形成される一方、先端部が複数の柱１３１を介して第１排気ダクト１０４まで延出されており、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂの途中に位置する各柱１３１には、貫通孔（図示略）が形成されている。
このように構成された制御棒駆動装置用冷却装置にて、排出部１１１の排気ファン１１３が駆動すると、その吸引力により外部の冷却空気が各吸気部１０２からハウジング５９内に取り込まれ、内部を下降しながら制御棒駆動装置用冷却装置１０１の各磁気式ジャッキを冷却する。各磁気式ジャッキを冷却した冷却空気は、第１吸入口１０９に吸引されてハウジング内５９から直接第１排気ダクト１０４に吸入されると共に、第２吸入口１３３ａ，１３３ｂに吸引されてハウジング５９内から第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂを介して第１排気ダクト１０４に吸入される。各第１排気ダクト１０４に吸入された冷却空気は、内部を上昇して第３排気ダクト１０６に流れ、排出部１１１から外部に排出される。
この場合、各吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１３３ａ，１３３ｂから吸入されて各排気ダクト１０４，１３２ａ，１３２ｂに流れ込む。そのため、冷却空気は、ハウジング５９内をその中央部から外周側へ適正に流動し、内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキは、均一に、且つ、効率良く冷却される。
このように実施例３の制御棒駆動装置の冷却構造にあっては、構造体として中空形状をなす鉄筋コンクリートにより構成された柱１３１を周方向に複数並設し、吸気部１０２、作業用開口部１０３、第１排気ダクト１０４、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂ、第３排気ダクト１０６をこの複数の柱１３１により支持することでハウジング５９を構成している。
従って、吸気部１０２と作業用開口部１０３と第１排気ダクト１０４と、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂと第３排気ダクト１０６とからなるハウジング５９における高い剛性を確保することができ、各排気ダクト１０４，１３２ａ，１３２ｂ，１０６を効率良く配置することができ、制御棒駆動装置５８の冷却効率の向上を図ることができる。
図１１は、本発明の実施例４に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図である。なお、本実施例の制御棒駆動装置の冷却構造における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１乃至図４を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例４における制御棒駆動装置の冷却構造では、実施例３に対して、柱（構造体）の形状のみが相違している。そのため、制御棒駆動装置用冷却装置の全体構造は、図１乃至図４を用いて説明し、柱及び第２排気ダクトの詳細については図１１を用いて説明する。
実施例４の制御棒駆動装置用冷却装置において、図１乃至図４及び図１１に示すように、ハウジング５９は、内部に上下方向に沿う柱１３１が周方向に複数均等間隔で並設されている。吸気部１０２、作業用開口部１０３、第１排気ダクト１０４、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂ、第３排気ダクト１０６などは、この複数の柱１３１に支持されることで、所定の強度が確保されている。
そして、吸気部１０２における周方向中間位置にある柱１３１に対してその周方向両側に第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂが配置されている。この中間位置にある柱１３１は、ハウジング５９内に開口する第３吸入口１３４が形成されている。各第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂの基端部は、柱１３１のその面に連結され、貫通孔を介して連通している。また、各第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂの基端部には、ハウジング５９内に開口する第２吸入口１３３ａ，１３３ｂが形成される一方、先端部が複数の柱１３１を介して第１排気ダクト１０４まで延出されている。
このように構成された制御棒駆動装置用冷却装置にて、排出部１１１の排気ファン１１３が駆動すると、その吸引力により外部の冷却空気が各吸気部１０２からハウジング５９内に取り込まれ、内部を下降しながら制御棒駆動装置用冷却装置１０１の各磁気式ジャッキを冷却する。各磁気式ジャッキを冷却した冷却空気は、第１吸入口１０９に吸引されてハウジング５９内から直接第１排気ダクト１０４に吸入されると共に、第２吸入口１３３ａ，１３３ｂ及び第３吸入口１３４に吸引されてハウジング５９内から第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂを介して第１排気ダクト１０４に吸入される。各第１排気ダクト１０４に吸入された冷却空気は、内部を上昇して第３排気ダクト１０６に流れ、排出部１１１から外部に排出される。
この場合、各吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１３３ａ，１３３ｂ，１３４から吸入されて各排気ダクト１０４，１３２ａ，１３２ｂに流れ込む。そのため、冷却空気は、ハウジング５９内をその中央部から外周側へ適正に流動し、内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキは、均一に、且つ、効率良く冷却される。
このように実施例４の制御棒駆動装置の冷却構造にあっては、ハウジング５９内に冷却空気を取り入れる吸気部１０２と、吸気部１０２とハウジング５９の周方向に並んでハウジング５９内の冷却空気を下部の第１吸入口１０９から吸入して上方に導く第１排気ダクト１０４と、吸気部１０２の下方に配置されてハウジング５９内の冷却空気を第２吸入口１３２ａ，１３２ｂから吸入して第１排気ダクト１０４に導く第２排気ダクト１３１ａ，１３１ｂと、ハウジング５９の上部に設けられて第１排気ダクト１０４内の冷却空気を外部に排出する排出部１１１を設けると共に、ハウジング５９を支持する複数の柱１３１の一部に第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂに連通する第３吸入口１３４を設けている。
従って、吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１３３ａ，１３３ｂ，１３４から吸入され、各排気ダクト１０４，１３２ａ，１３２ｂから排出部１１１を通して外部に排出されることとなる。そのため、冷却空気は、ハウジング５９の内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置５８の冷却効率の向上を図ることができる。また、柱１３１を維持したままで第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂを配置することができると共に、第３吸入口１３４を設けることでハウジング５９内での冷却空気の滞留を抑制することができると共に、ハウジング５９の強度低下を抑制することができる。
図１２は、本発明の実施例５に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置の水平断面図である。なお、本実施例の制御棒駆動装置の冷却構造における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１及び図２、図４を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例５における制御棒駆動装置の冷却構造では、実施例１に対して、第１排気ダクトの構成のみが相違している。そのため、制御棒駆動装置用冷却装置の全体構造は、図１及び図２、図４を用いて説明し、第１排気ダクトの詳細については図１２を用いて説明する。
実施例５の制御棒駆動装置用冷却装置において、図１及び図２、図４に示すように、ハウジング５９は、吸気部１０２と作業用開口部１０３と第１排気ダクト１０４と第２排気ダクト１０５と第３排気ダクト１０６とが連結されることで側壁が構成され、上部に天井壁１０７が連結されて構成されている。そして、このハウジング５９の内部に制御棒駆動装置５８を構成する複数の磁気式ジャッキが収容されている。
即ち、吸気部１０２と作業用開口部１０３は、吸気部１０２の下方に作業用開口部１０３が位置するように上下に配置され、ハウジング５９の径方向に対向して周方向に均等間隔で２組設けられている。第１排気ダクト１０４は、ハウジング５９の周方向において、２組の吸気部１０２及び作業用開口部１０３の間に配置されている。つまり、吸気部１０２及び作業用開口部１０３と第１排気ダクト１０４は、ハウジング５９の周方向に並んで配置されている。第２排気ダクト１０５は、吸気部１０２及び作業用開口部１０３の下方に位置し、ハウジング５９の周方向に沿って配設されており、ハウジング５９内の冷却空気を吸入して第１排気ダクト１０４に導くものである。ハウジング５９の上部には、第１排気ダクト１０４から第３排気ダクト１０６に移動した冷却空気を外部に排出する排出部１１１が設けられている。
そして、本実施例では、各第１排気ダクト１０４における第１吸入口１０９に対応する部分に、冷却空気が流通する空気量を調整する多孔板（流量調整部材）１４１が設けられている。この多孔板１４１は、多数の開口が形成された金属製の板や金属メッシュ（網）などにより構成されており、第１排気ダクト１０４における第１吸入口１０９が形成された外側（ハウジング５９の内部側）に固定されている。そのため、ハウジング５９内の冷却空気が第１吸入口１０９から第１排気ダクト１０４に吸入されるとき、多孔板１４１が抵抗となってその流量が低減することとなる。
このように構成された制御棒駆動装置用冷却装置にて、排出部１１１の排気ファン１１３が駆動すると、その吸引力により外部の冷却空気が各吸気部１０２からハウジング５９内に取り込まれ、内部を下降しながら制御棒駆動装置用冷却装置１０１の各磁気式ジャッキを冷却する。各磁気式ジャッキを冷却した冷却空気は、第１吸入口１０９に吸引されてハウジング５９内から直接第１排気ダクト１０４に吸入されると共に、第２吸入口１０９に吸引されてハウジング５９内から第２排気ダクト１０５を介して第１排気ダクト１０４に吸入される。各第１排気ダクト１０４に吸入された冷却空気は、内部を上昇して第３排気ダクト１０６に流れ、排出部１１１から外部に排出される。
この場合、各吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１１０から吸入されて各排気ダクト１０４，１０５に流れ込む。そのため、冷却空気は、ハウジング５９内をその中央部から外周側へ適正に流動し、内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキは、均一に、且つ、効率良く冷却される。また、ハウジング５９内の冷却空気が第１吸入口１０９から第１排気ダクト１０４に吸入されるとき、多孔板１４１によりその流量が低減されるため、ハウジング５９内の冷却空気が第２吸入口１１０から第２排気ダクト１０５に吸入されやすくなり、ハウジング５９内の冷却空気は、更に全域にわたって均一に循環しやすくなる。
このように実施例５の制御棒駆動装置の冷却構造にあっては、ハウジング５９内に冷却空気を取り入れる吸気部１０２と、吸気部１０２とハウジング５９の周方向に並んでハウジング５９内の冷却空気を下部の第１吸入口１０９から吸入して上方に導く第１排気ダクト１０４と、吸気部１０２の下方に配置されてハウジング５９内の冷却空気を第２吸入口１１０から吸入して第１排気ダクト１０４に導く第２排気ダクト１０５を設けると共に、第１排気ダクト１０４における第１吸入口１０９に冷却空気が流通する空気量を調整する多孔板１４１を設けている。
従って、吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１１０から吸入され、各排気ダクト１０４，１０５から排出部１１１を通して外部に排出されることとなる。このとき、多孔板１４１により第１吸入口１０９の通過流量が制限されるため、冷却空気が第２吸入口１１０を通過しやすくなり、第１吸入口１０９から第１排気ダクト１０４に吸入される冷却空気量と、第２吸入口１１０から第２排気ダクト１０５に吸入される冷却空気量がほぼ同量となる。そのため、冷却空気は、ハウジング５９の内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置５８の冷却効率の向上を図ることができる。
図１３は、本発明の実施例６に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図である。なお、本実施例の制御棒駆動装置の冷却構造における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１乃至図４を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
実施例６における制御棒駆動装置の冷却構造では、実施例４に対して、第２排気ダクトの構成のみが相違している。そのため、制御棒駆動装置用冷却装置の全体構造は、図１乃至図４を用いて説明し、第２排気ダクトの詳細については図１３を用いて説明する。
実施例６の制御棒駆動装置用冷却装置において、図１乃至図４及び図１３に示すように、ハウジング５９は、内部に上下方向に沿う柱１３１が周方向に複数均等間隔で並設されている。吸気部１０２、作業用開口部１０３、第１排気ダクト１０４、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂ、第３排気ダクト１０６などは、この複数の柱１３１に支持されることで、所定の強度が確保されている。
そして、吸気部１０２における周方向中間位置にある柱１３１に対してその周方向両側に第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂが配置されている。この中間位置にある柱１３１は、ハウジング５９内に開口する第３吸入口１３４が形成されている。各第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂの基端部は、柱１３１のその面に連結され、貫通孔を介して連通している。また、各第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂの基端部には、ハウジング５９内に開口する第２吸入口１３３ａ，１３３ｂが形成される一方、先端部が複数の柱１３１を介して第１排気ダクト１０４まで延出されている。
更に、本実施例では、各第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂにおける流路に、冷却空気が流通する空気量を調整する多孔板（流量調整部材）１５１が設けられている。この多孔板１５１は、多数の開口が形成された金属製の板や金属メッシュ（網）などにより構成されており、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂにおける冷却空気の流路に固定されている。そのため、ハウジング５９内の冷却空気が第２吸入口１３３ａ，１３３ｂから第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂを通って第１排気ダクト１０４に流れるとき、多孔板１５１が抵抗となってその流量が低減することとなる。
このように構成された制御棒駆動装置用冷却装置にて、排出部１１１の排気ファン１１３が駆動すると、その吸引力により外部の冷却空気が各吸気部１０２からハウジング５９内に取り込まれ、内部を下降しながら制御棒駆動装置用冷却装置１０１の各磁気式ジャッキを冷却する。各磁気式ジャッキを冷却した冷却空気は、第１吸入口１０９に吸引されてハウジング５９内から直接第１排気ダクト１０４に吸入されると共に、第２吸入口１３３ａ，１３３ｂ及び第３吸入口１３４に吸引されてハウジング５９内から第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂを介して第１排気ダクト１０４に吸入される。各第１排気ダクト１０４に吸入された冷却空気は、内部を上昇して第３排気ダクト１０６に流れ、排出部１１１から外部に排出される。
この場合、各吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１３３ａ，１３３ｂ，１３４から吸入されて各排気ダクト１０４，１３２ａ，１３２ｂに流れ込む。そのため、冷却空気は、ハウジング５９内をその中央部から外周側へ適正に流動し、内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキは、均一に、且つ、効率良く冷却される。
また、ハウジング５９内の冷却空気が第２吸入口１３３ａ，１３３ｂ及び第３吸入口１３４から第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂに吸入されるとき、多孔板１５１によりその流量が低減されるため、ハウジング５９内の冷却空気が第１吸入口１０９から第１排気ダクト１０４に吸入されやすくなり、ハウジング内の冷却空気は、更に全域にわたって均一に循環しやすくなる。実際は、第２吸入口１３３ａ，１３３ｂ及び第３吸入口１３４が吸気部１０２の下方に位置するため、冷却空気は第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂに流れにくいが、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂ及び柱１３１に多数の吸入口１３３ａ，１３３ｂ，１３４を設けた場合には、第１排気ダクト１０４の方が流れにくくなることがある。この場合には、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂに多孔板１５１を設けることで、空気流量を低減する。
なお、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂにおける空気流路に多孔板１５１を設けたが、第２吸入口１３３ａ，１３３ｂや第３吸入口１３４の一部や全部に多孔板を設けてもよく、この場合、ハウジング５９内の冷却空気の流れに応じて多孔板１５１による流動抵抗値を変更すればよい。
このように実施例６の制御棒駆動装置の冷却構造にあっては、ハウジング５９内に冷却空気を取り入れる吸気部１０２と、吸気部１０２とハウジング５９の周方向に並んでハウジング５９内の冷却空気を下部の第１吸入口１０９から吸入して上方に導く第１排気ダクト１０４と、吸気部１０２の下方に配置されてハウジング５９内の冷却空気を第２吸入口１３３ａ，１３３ｂから吸入して第１排気ダクト１０４に導く第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂを設けると共に、第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂに冷却空気が流通する空気量を調整する多孔板１５１を設けている。
従って、吸気部１０２からハウジング５９内に取り入れられた冷却空気は、このハウジング５９内の下部に周方向におけるほとんどの位置に設けられた各吸入口１０９，１３３ａ，１３３ｂ，１３４から吸入され、各排気ダクト１０４，１３２ａ，１３２ｂから排出部１１１を通して外部に排出されることとなる。このとき、多孔板１５１により第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂの通過流量が制限されるため、冷却空気が第１吸入口１０９を通過しやすくなり、第１吸入口１０９から第１排気ダクト１０４に吸入される冷却空気量と、第２吸入口１３３ａ，１３３ｂから第２排気ダクト１３２ａ，１３２ｂに吸入される冷却空気量がほぼ同量となる。そのため、冷却空気は、ハウジング５９の内部をほぼ全域にわたって均一に循環することとなり、複数の磁気式ジャッキを均一に、且つ、効率良く冷却することができ、制御棒駆動装置５８の冷却効率の向上を図ることができる。
なお、上述した各実施例では、原子炉格納容器と、この原子炉格納容器内に冷却材を供給する冷却材供給配管系とを具え、原子燃料と冷却材との熱交換により蒸気を発生し、発生蒸気により発電タービンを駆動して発電を行う原子炉に適用可能であり、上述した加圧水型炉（ＰＷＲ）に限らず、他の種類の原子炉、例えば、沸騰水型炉（ＢＷＲ）にも適用することができる。
本発明に係る制御棒駆動装置の冷却構造及び方法並びに原子炉は、ハウジング内部の冷却空気を排出する排気ダクトの吸入口を適正位置に設けることで、制御棒駆動装置の冷却効率の向上を図るものであり、いずれの種類の原子炉にも適用することができる。
本発明の実施例１に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置の断面図である。 図１のII−II断面図である。 図１のIII−III断面図である。 実施例１の制御棒駆動装置用冷却装置の斜視概略図である。 実施例１の制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図である。 実施例１の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントの概略構成図である。 実施例１の加圧水型原子炉を表す縦断面図である。 実施例１の加圧水型原子炉における制御棒駆動装置を表す要部断面図である。 本発明の実施例２に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図である。 本発明の実施例３に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図である。 本発明の実施例４に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図である。 本発明の実施例５に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置の水平断面図である。 本発明の実施例６に係る制御棒駆動装置の冷却構造を表す制御棒駆動装置用冷却装置における第２排気ダクトの概略図である。
符号の説明
１２ 加圧水型原子炉
４１ 原子炉容器
４６ 炉心槽
５３ 炉心
５４ 燃料集合体
５５ 制御棒
５７ 制御棒クラスタ案内管
５８ 制御棒駆動装置
５９ ハウジング
６０ 制御棒クラスタ駆動軸
１０１ 制御棒駆動装置用冷却装置
１０２ 吸気部
１０３ 作業用開口部
１０４ 第１排気ダクト
１０５，１０５ａ，１０５ｂ，１２１ａ，１２１ｂ，１３２ａ，１３２ｂ 第２排気ダクト
１０６ 第３排気ダクト
１０７ 天井壁
１０９ 第１吸入口
１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１２３ａ，１２３ｂ，１３３ａ，１３３ｂ 第２吸入口
１１１ 排出部
１１２ 連結排気ダクト
１１３ 排気ファン
１１４，１３１ 柱（構造体）
１１４ａ 貫通孔
１２２ａ，１２２ｂ 突出部
１３４ 第３吸入口
１４１，１５１ 多孔板（流量調整部材）

Claims (11)

  1. 原子炉容器の上部に配置されて磁気式ジャッキにより炉心に対して制御棒を出し入れする制御棒駆動装置の冷却構造において、
    前記原子炉容器の上部に固定されて前記磁気式ジャッキを収容するハウジングと、
    該ハウジング内に冷却空気を取り入れる吸気部と、
    前記吸気部と前記ハウジングの周方向に並んで配置されて該ハウジング内の冷却空気を下部の第１吸入口から吸入して上方に導く第１排気ダクトと、
    前記吸気部の下方に配置されて前記ハウジング内の冷却空気を第２吸入口から吸入して前記第１排気ダクトに導く第２排気ダクトと、
    前記ハウジングの上部に設けられて前記第１排気ダクト内の冷却空気を外部に排出する排出部と、
    を備えることを特徴とする制御棒駆動装置の冷却構造。
  2. 前記ハウジングは、上下方向に沿う構造体が周方向に所定間隔で複数並設され、前記第２排気ダクトは、前記構造体を貫通して前記第１排気ダクトに連通することを特徴とする請求項１に記載の制御棒駆動装置の冷却構造。
  3. 前記構造体は、中空形状をなし、前記ハウジング内の冷却空気を吸入する第３吸入口が設けられると共に、貫通孔を通して前記第２排気ダクトに連通することを特徴とする請求項２に記載の制御棒駆動装置の冷却構造。
  4. 前記第２排気ダクトは、前記ハウジングの内部に突出する突出部を有し、該突出部に前記第２吸入口が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の制御棒駆動装置の冷却構造。
  5. 前記第１吸入口に、冷却空気が流通する空気量を調整する流量調整部材が設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の制御棒駆動装置の冷却構造。
  6. 前記第２排気ダクトに、冷却空気が流通する空気量を調整する流量調整部材が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の制御棒駆動装置の冷却構造。
  7. 前記ハウジングに、前記吸気部の下方に位置して開閉自在な作業用開口部が設けられ、該作業用開口部の下方に前記第２吸入口が設けられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の制御棒駆動装置の冷却構造。
  8. 前記排出部に排気ファンが設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の制御棒駆動装置の冷却構造。
  9. 原子炉容器の上部に配置されて磁気式ジャッキにより炉心に対して制御棒を出し入れする制御棒駆動装置の冷却方法において、
    前記磁気式ジャッキを収容するハウジングの側壁上部から内部に冷却空気を取り入れ、
    冷却空気を下降させながら前記磁気式ジャッキを冷却した後、
    前記ハウジングの側壁下部の全周から内部の冷却空気を排気ダクトに取り出し、
    該排気ダクトを通して上昇させた後、排気ファンにより外部に排出する、
    ことを特徴とする制御棒駆動装置の冷却方法。
  10. 前記吸気部と前記ハウジングの周方向に並んで前記排気ダクトが配置され、前記磁気式ジャッキを冷却した冷却空気を、前記排気ダクトの下部に設けられた第１吸入口から吸入すると共に、前記吸気部の下方に設けられた第２吸入口から吸入し、前記排気ダクトを通して上昇させて排出することを特徴とする請求項９に記載の制御棒駆動装置の冷却方法。
  11. 原子炉容器と、該原子炉容器内に配置される炉心槽と、該炉心槽内に配置される炉心と、該炉心を制御する複数の制御棒と、前記原子炉容器の上部に配置されて磁気式ジャッキにより前記炉心に対して前記制御棒を出し入れする制御棒駆動装置と、冷却空気により該制御棒駆動装置を冷却する制御棒駆動装置用冷却装置とを備え、
    原子燃料と冷却材との熱交換により蒸気を発生し、発生蒸気により発電タービンを駆動して発電を行う原子炉において、
    前記制御棒駆動装置用冷却装置は、
    前記原子炉容器の上部に固定されて前記磁気式ジャッキを収容するハウジングと、
    該ハウジング内に冷却空気を取り入れる吸気部と、
    前記吸気部と前記ハウジングの周方向に並んで配置されて該ハウジング内の冷却空気を下部の第１吸入口から吸入して上方に導く第１排気ダクトと、
    前記吸気部の下方に配置されて前記ハウジング内の冷却空気を第２吸入口から吸入して前記第１排気ダクトに導く第２排気ダクトと、
    前記ハウジングの上部に設けられて前記第１排気ダクト内の冷却空気を外部に排出する排出部と、
    を有することを特徴とする原子炉。
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