JPH01301195A - 自己作動型制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、異常発生時に原子炉を緊急停止させるため制
御棒を炉心へ自動的に挿入する自己作動型制御棒駆動機
構に関し、更に詳しくは、制御棒を吊り下げ保持する電
磁石において、その磁気回路の一部を構成する温度感知
磁性体を燃料集合体の頂部直上に設置することにより、
燃料集合体からの冷却材の温度を直接感知できるように
して制御棒切り離しの応答性を向上させた自己作動型の
制御棒駆動機構に関するものである。

［従来の技術］ 原子炉では炉停止の信頼性を高めるため出力制御用の制
御棒とは別に異常時等に炉心に挿入する制御棒を備えて
いる。これらを駆動する制御棒駆動機構は外部からのス
クラム信号により動作を開始する。そのため非常時の信
頼性が外部のスクラム信号発生機構に依存しており、炉
内異常発生からスクラムまでの信号伝達経路が複雑にな
るため炉停止の信頼性の点で問題があった。

そこで制御棒駆動機構中に制御棒を磁気的に吸着保持す
るための電磁石を設け、その磁気回路の少なくとも一部
に温度感知磁性合金を組み込んだ自己作動型制御棒駆動
機構が提案されている。

このような自己作動型制御棒駆動機構の一例を第６図に
示す、従来技術は制御棒ｌＯを磁気的に吸着保持する電
磁石１２と、該電磁石１２を上下動させるためのモータ
１４、ボールスクリュー１６、駆動軸１８等から構成さ
れる。電磁石１２の詳細は第７図Ａ、Ｈに示す通りであ
る。電磁石１２はコイル２０と、該コイル２０が巻装さ
れその上方にフランジ部を有する上部磁心２２と、上部
磁心２２のフランジ部外周から下向きに垂設された温度
感知磁性体２４と、制御棒１０の上端に取り付けられて
いる下部磁心２６とから構成される。

通常の原子炉運転時には、第６図及び第７図Ａに示すよ
うに電磁石１２により磁気的に吸引保持された制御棒１
０がモータ１４等の駆動装置により上部に引き上げられ
て保持されている。

ここで万一原子炉に冷却系の循環ポンプのステック等の
事故が発生した場合、燃料集合体２８を冷却する除熱能
力は低下し、燃料集合体２８内を流れる冷却材温度は通
常運転時の温度に比べて急激に上昇する。炉内温度の異
常上昇は温度感知磁性体２４により感知され、それが強
磁性体から非磁性体に変化する。そのため電磁石１２、
の磁気回路が温度感知磁性体２４の部分で遮断され磁気
的吸引力が無くなるため、第７図Ｂに示すように電磁石
が切り離されて制御棒１０が落下し原子炉を停止させる
。

従来技術では燃料集合体２８からの冷却材を電磁石１２
の温度感知磁性体２４に導くため、上部案内管３０の下
端に末広がりの冷却材流導管３２を設けている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが上記のような構造では、燃料集合体２８を出た
高温の冷却材が電磁石１２の感温磁性体２４に到達する
までにかなりの時間を要しく８秒程度と考えられる）炉
内の異常を検知するまでの応答性が悪い欠点があつた。

また冷却材流導管３２の内側では燃料集合体２８からの
高温の冷却材と割引１０近傍を通る低温の冷却材とが混
合するため、電磁石１２に燃料集合体２８からの高温の
冷却材が確実に到達する保証がなく、信頼性に欠ける問
題もあった。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、燃料集合体からの冷却材温度を電磁石の温度感知磁性
体によって直接感知出来るようにし、炉内異常を確実に
且つ迅速に検出できるようにすると共に、冷却材流動等
の不確定な事象を考慮する必要もなく信頼性も高まるよ
うな自己作動型の制御棒駆動機構を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、制御棒と、該制御棒を昇降駆動する制御棒駆
動機構を有し、該制御棒駆動機構中に制御棒を吸着保持
するための電磁石が組み込まれており、その磁気回路の
少なくとも一部分に冷却材温度の異常上昇時に飽和磁束
密度が低下する温度感知磁性体が使用されている自己作
動型制御棒駆動機構を前提としている。

そして前記のような目的を達成するため本発明では、上
部案内管に側方に張り出す強磁性アームを設け、該強磁
性アームによって前記温度感知磁性体を燃料集合体の頂
部直上で保持し、内側の電磁石本体と外側の強磁性体と
によって磁気回路が形成される構成になっている。

ここで電磁石本体は、コイルと、該コイルが巻装されそ
の上方にフランジ部を有する上部磁心と、制御棒の上端
に位置する下部磁心とからなり、上部磁心を駆動軸の下
端に取り付けるような構成とする。

また好ましくは制御棒の上下動動作や制御棒を切り離し
た後引き上げることが出来るようにするため、上部案内
管と電磁石本体との間に強磁性材からなる上下動可能な
電磁石昇降用パイプを設ける。そのパイプの一部を非磁
性材とし、電磁石本体との相対位置によって磁気回路を
開閉できるようにする。

更に強磁性アームを上下２段構造とし、その先端部間に
温度感知磁性体を接続し、下方の強磁性アームの基端か
ら制御棒案内管の上端に向けてスカート部を吊設し、制
御棒を通る低温の冷却材が電磁石本体に導かれるように
するとよい。

［作用］ 本発明では従来のような上部案内管の下端で末広りの冷
却材流導管を用いず、それに代えて強磁性アームを側方
に張り出し、その強磁性アームによって温度感知磁性体
を燃料集合体の頂部直上で保持するように構成したから
、燃料集合体から出た冷却材はそのまま上昇して温度感
知磁性体まで達し、流動等の不確定事象を考慮する必要
がなくなる。このため高温の冷却材が温度感知磁性体に
達するまでの応答時間が非常に短くなり、応答性に優れ
たものが得られるし動作の信頼性も高まる。

ｆｆｔ制御棒を保持する電磁石の動作は、基本的には従
来技術と同様である。正常時には温度感知磁性体は強磁
性を呈し、コイル電流によって発生する磁力線が磁気回
路を通り磁性吸着部にて制御棒上端の磁心を磁気的に吸
引し制御棒を保持する。電磁石本体の外側には強磁性体
からなる電磁石昇降用パイプを設けておくと、吸着状態
のまま制御棒駆動機構により制御棒を昇降駆動すること
ができる。

原子炉に異常が生じて冷却材温度が異常上昇した場合に
は温度感知磁性体の飽和磁束密度が急激に低下し、形成
されていた磁気回路が遮断され吸着保持力が失われる。

そのため制御棒が解放されて自由落下し、原子炉を停止
させる。

［実施例］ 第１図は本発明に係る自己作動型制御棒駆動機構の一実
施例を示す説明図であり、第２図Ａはその要部の拡大説
明図、第３図はそのｍ−ｍ矢視図である。

第１図に示すように内部に中性子吸収体を有する制Ｗｉ
ＩＯが電磁石４２により吊り下げられている。電磁石４
２は駆動軸１８の下端に位置し、モータ１４とボールナ
ンド１６等により上下動可能な構成である。

第２図に詳細に示されているように、電磁石本体は、コ
イル４３と、該コイル４３が巻装され上方にフランジ部
を有する上部磁心４４と、制御棒の上端に位置する下部
磁心４５とから構成される。

さて本発明の特徴は、上部案内管３０に側方に張り出す
強磁性アーム４６．４７を設け、該強磁性アーム４６．
４７によって温度感知磁性体４８を燃料集合体２８の頂
部直上で保持し、内側の電磁石本体と外側の強磁性体と
によって磁気回路を構成する点である。

この実施例では上方と下方の強磁性アーム４６．４７が
上部及び下部の磁心のフランジ部に対応する間隔で設け
られ、第２図破線で示すような磁気回路を構成している
。このような強磁性アーム４６．４７と温度感知磁性体
４８は制御棒案内管５０を取り囲むように配列された６
体の燃料集合体の上方にそれぞれ張り出すように６方向
に突設されている（第３図参照）。

上部案内管３０と電磁石本体との間には電磁石昇降用バ
イブ５２が位置する。この電磁石昇降用パイプ５２は上
下動可能であり、大部分は強磁性体からなるが下方の一
部分は非磁性体５３になっている。この非磁性体５３の
高さは上下の強磁性アーム４６．４７の基端部間隔にほ
ぼ一致している。

上記の実施例では隣接する６体の燃料集合体に向かって
それぞれ強磁性アーム４６．４７が延び、温度感知磁性
体４８がそれぞれ設けられているが、必ずしも６体の燃
料集合体全てに強磁性アームを延ばす必要はなく２体或
いは３体等であってもよい。

電磁石昇降用パイプ５２は電磁石本体を制御棒と共に昇
降させるためのものである。その上下動可能な構造の一
例を第４図に示す、パイプ５２の上端にはネジ部６０が
設けられ大歯車６１と螺合している。大歯車６１は小歯
車６２と噛み合い、モータ６３で回転駆動される。従っ
てモータ６３によって小歯車６２を回転すると大歯車６
１が回転し電磁石昇降用パイプ５２が上下動することに
なる。

次にこのように構成した自己作動型制御棒駆動機構の動
作について第５図に基づき説明する。

同図Ａは原子炉の通常運転状態を示すものであり、電磁
石４２によって制御棒を磁気的に吸引保持している状態
を示している。温度感知磁性体４８は燃料集合体を通り
上昇してくる冷却材の温度が低いため強磁性を呈し、同
図破線で示すような磁気回路が形成され、下部磁心４５
が吸着保持されている。

ここで何らかの原因により原子炉に異常が発生し燃料集
合体近傍を通る冷却材の温度が異常上昇すると、温度感
知磁性体４８は強磁性から非磁性に変わる。このため磁
気回路が遮断され、電磁石４２での磁気的吸引力が失わ
れて同図Ｂに示すように制御棒はその自重で落下する。

これによって原子炉は停止することになる。

落下した制御棒の引き上げは第５図Ｃ−Ｈのような手順
で行う、先ず電磁石昇降用パイプ５２を降下させる（同
図Ｃ参照）０次に同図りに示すように駆動軸１８を降下
させて上部磁心４４の下端を下部磁心４５に当接させる
。その状態では電磁石本体゛の外側に位置する電磁石昇
降用パイプ５２が強磁性体であるから、磁気回路が閉じ
制御棒を磁気的に吸着することが可能となる。従ってそ
のままで駆動軸１８を上昇させると制御棒を引き上げる
ことができる。そして電磁石本体の上下のフランジ部が
上下の強磁性アームに対応する位置まで引き上げる（同
図Ｅ参照）、最後に電磁石昇降用パイプ５２を引き上げ
ることによって第５図Ａに示すような当初の状態に戻す
ことができる。

なお第１図〜第４図に示す実施例のように下方の強磁性
アーム４７の基端から制御棒案内管５０に向かってスカ
ート部７０を垂設すると、制御棒集合体から流れ出る低
温の冷却材が温度感知磁性体４８側に流れるのを防止で
きると共に、電磁石本体に低温の冷却材を導きコイル４
３を冷却できる。

なお−個の電磁石において、複数個の温度域ｍｌ性体が
同時に温度上昇し磁気回路を遮断する状態が望ましい、
しかし強磁性アームの磁路断面積を複数のアーム全体で
制御棒が保持できる最低限度に設定すれば、複数個の温
度感知磁性体のうち１個だけでも異常温度上昇を、検出
すれば制御棒が落下するように構成することも可能であ
る。

［発明の効果］ 本発明は上記のように上部案内管に側方に張り出す強磁
性アームを設け、該強磁性アームによって温度感知磁性
体を燃料集合体の頂部直上で保持するように構成したか
ら、燃料集合体から出た冷却材が温度感知磁性体に達す
るまでの時間を大幅に短縮することが可能となり、制御
棒切り離しの応答性を大幅に向上させることができる効
果がある。

また本発明では従来技術のような燃料集合体からの冷却
材を温度感知磁性体まで導く冷却材流導管を使用しない
から流動等の不確定事象を考慮する必要がなくなり、燃
料集合体からの冷却材温度を直接感知できるため動作の
確実性並びに信頼性が向上する。

特にスカート部を設けると、燃料集合体から出た高温の
冷却材が電磁石本体に達するのを防ぎ、制御棒を通る低
温の冷却材でコイルを冷却できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自己作動型制御棒駆動機構の一実
施例を示す全体構成図、第２図はその要部を示す拡大説
明図、第３図はそのｎｒ−ｍ矢視図、第４図はｔＭ１石
昇降用パイプの上下動機構を示す説明図、第５図Ａ−Ｅ
は本発明に係る自己作動型制御棒駆動機構の動作説明図
である。 また第６図は従来技術の一例を示す全体構成図、第７図
Ａ、Ｂはその電磁石の動作説明図である。 １０・・・Ｉ１７′４Ｂ棒、１２．４２・・・電磁石、
１８・・・駆動軸、２０．４３・・・コイル、２２．４
４・・・上部磁心、２４．４８・・・温度感知磁性体、
２６゜４５・・・下部磁心、３０・・・上部案内管、４
６・・・上方の強磁性アーム、４７・・・下方の強磁性
アーム、５０・・・制御棒案内管、５２・・・電磁石昇
降用パイプ、５３・・・非磁性材、７０・・・スカート
部。 特許出願人　動力炉・核燃料開発事業団代　　理　　人
　　　　　茂　　見　　　　　穣第１図 第４図 第２図 第３図 Ａ　　　　　　　　　Ｂ コ ＣＤ　　　　　　　　Ｅ 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御棒と、該制御棒を昇降駆動する制御棒駆動機構
   を有し、該制御棒駆動機構中に制御棒を吸着保持するた
   めの電磁石が組み込まれており、その磁気回路の少なく
   とも一部分に冷却材温度の異常上昇時に飽和磁束密度が
   低下する温度感知磁性体が使用されているものにおいて
   、上部案内管に側方に張り出す強磁性アームを設け、該
   強磁性アームによって前記温度感知磁性体を燃料集合体
   の頂部直上で保持し、内側の電磁石本体と外側の強磁性
   体とによって磁気回路を形成することを特徴とする自己
   作動型制御棒駆動機構。 ２、電磁石本体は、コイルと、該コイルが巻装されその
   上方にフランジ部を有する上部磁心と、制御棒の上端に
   位置する下部磁心とからなり、前記上部磁心は駆動軸の
   下端に取り付けられている請求項１記載の自己作動型制
   御棒駆動機構。 ３、上部案内管の内側に強磁性材からなる上下動可能な
   電磁石昇降用パイプを設けた請求項１記載の自己作動型
   制御棒駆動機構。 ４、電磁石昇降用パイプの一部が非磁性材からなり、電
   磁石本体との相対位置によって磁気回路の開閉を可能と
   した請求項３記載の自己作動型制御棒駆。 ５、上部案内管の下端に上下の強磁性アームが位置し、
   それらの先端間に温度感知磁性材料が接続され、下方の
   強磁性アームの基端からスカート部が吊設されている請
   求項１記載の自己作動型制御棒駆動機構。