JPH02108998A - 耐熱駆動コイル及び制御棒駆動装置 - 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〉 本発明は原子炉の制御棒駆動装置、並びにその制御棒駆
動装置に用いられろ駆動コイルに関する。

〈従来の技術〉 原子炉の制御棒駆動装置は、駆動源として種々のものを
用いるが、電磁駆動式のものでは駆動コイルの励磁力に
よって制御棒を駆動し、これを炉心に挿脱する。第６図
は代表的な制御棒駆動装置の切欠斜視図、第７図は従来
の駆動コイルの断面図である。制御棒駆動装置１におい
ては、第６図に示すように、その下部に制御棒が連結さ
れる駆動軸１ｏが中心部に配設されろと共に、その駆動
軸１ｏの周囲には３つの駆動コイル１１，１２，１３が
上下に並んで位置している。駆動軸１ｏは駆動軸ハウジ
ング１４に、各駆動コイル１１゜１２．１３はコイルハ
ウジング１５に各々収納されている。

この駆動コイルとしての下部のスティショナリ゛グリッ
パ・コイル（以下、ＳＧＣと称する）１１はラッチハウ
ジング１６に収納された固定つかみラッチ１７を作動さ
せるものであり、原子炉を一定出力で運転しているとき
には駆動軸１０（制ｆＩ！ｆＪ棒）を一定位置に保持す
るため５ＧＣ１１は連続的に励磁されている。中間部の
ムーバブル・グリッパ・コイル（以下、ＭＧＣと称する
）１２はラッチハウジング１６に収納された可動つかみ
ラッチ１８を作動させるもので、駆動軸１０が上下動す
るときに励磁される。上部のリフト・コイル（以下、Ｌ
Ｃと称する）１３は駆動軸１０を上昇あるいは下降させ
ろもので、そのときにｖｊｊＪ磁されろ。

なお、原子炉の運転中に常時Ｓ　Ｇ　Ｃ１１／ｉ！励磁
するようにしたのは、運転中の停電事故の際に５ＧＣ１
１が無励磁状態となることで制御棒を炉心内に自然落下
させて、原子炉をトリップさせ原子炉の安全性を維持す
る、所謂フェイルセーフの設計思想に基づ（ものである
。

第７図に示すように、駆動軸ハウジング１４にはガラス
シリコン樹脂の成形品である円筒状をなすボビン２０が
取付けられており、このボビン２０の外周部には銅導体
を二重ガラス巻の被覆材（Ｈ種部縁体）で被覆した線材
２】が巻き付けられている。そして、この線材２１の両
端部にはリード線２２が接続されている。更に、この線
材２１を保持するためにその隙間にシリコン樹脂を主成
分とする充填材２３が充填されると共に、その外周が外
筒２４にて覆われている。

この従来の駆動コイルは、その構成材料の性質から耐熱
温度が２００’ｌ：程度に限られていた。これ以上高温
状態になると酸化が進み、例えば、銅導体の被覆材が剥
がれてしまう等の虞れがあった。

ところで、制御棒駆動装置１内の各駆動コイル１１，１
２，１３はコイルの自己の抵抗発熱によってその温度が
上昇する。例えば、ＭＧＣ１２及びＬＣ１３に流れろ電
流は各々瞬時８及び４０Ａであるが、３ＧＣ１１に流れ
る電流は瞬時８Ａ、連続的には４．４Ａである。ＭＧＣ
１２及びＬＣ１３の電流は大きいが瞬時であるのに対し
、５ＧＣＩＩの電流は比較的小さいが原子炉の運転中に
は連続して流れるため、この通電による５ＧＣＩＩの温
度は他の駆動コイルよりも高くなり、２００℃付近まで
上昇する。これは高い周囲温度によって線材２１の銅導
体の抵抗値が経時的に高くなるからである。そして、更
に炉心からの熱伝導によってコイルハウジング１５の周
囲が加熱されて、５ＧＣ１１の励磁中にはそのコイルの
温度は４５０℃近くまで上昇する可能性があり、その結
果、コイルの損傷、劣化を生じる虞れがあった。

そのため、従来の制御棒駆動装置１には自己発熱や外部
要因による各駆動コイル１１゜１２．１３の耐熱温度以
上の温度上昇を防ぐ目的で、そのコイルの周辺部の空気
を強制的に循環して冷却する冷却装置を具えている。

第８図は従来の制御棒駆動装置用冷却装置のＨＩＩ成図
成因９図はその冷却装置が装着された原子炉の一部切欠
側面図である。第８図及び第９図に示すように、原子炉
容器２の上部蓋３に配設された各制御棒駆動装置１は外
部から供給される冷却空気によって冷却されるようにな
っている。即ち、制御棒駆動装置１を冷却する冷却空気
は多数の制御棒駆動装置１が収容される冷却室３０に浸
入してこれを冷却し、その後、熱気となってリングダク
ト３１より外部に排出されパイプ３２を通って冷却ユニ
ット３３に送られる。この冷却ユニット３３に送られた
熱気はここで冷却されて冷却空気となり、冷却ファン３
４によって再び冷却室３０に送られ制御棒駆動装置１を
冷却するようになっている。

〈発明が解決しようとする課題〉 前述したように、従来の駆動コイルは耐熱性があまり曳
くな（、そのため、従来は原子炉に制御棒駆動装置１を
冷却するための空調設備を設置することが必要であった
。これに伴って冷却空気の供給や熱気の排出のためのフ
ァンやダクト、配管等の付帯設備も必要となって原子炉
が大規模なものとなっていた。

更に、その周囲の構造も複雑となってしまい、それに費
やす費用も莫大なものとなっていた。

更に、原子炉の点検補修作業や燃料交換時における冷却
用の配管の取外し、取付は作業が煩わしく、それに要す
る時間や人員も多く必要となってしまうという問題点が
あった。

この発明はこのような問題点を解決するものであって、
コイルの自己発熱や外部からの加熱によっても損傷・劣
化することがなく、特別な冷却装置を必要としないＮ熱
駆動コイル及び制御棒駆動装置を提供することを目的と
する。

くＲ題を解決するための手段〉 上述の目的を達成するための本発明の耐熱駆動コイルは
、セラミックあるいは金属製の円筒状をなすボビンと、
導体の表面がセラミック被覆され前記ボビンの外周部に
巻き付けられてコイルを構成する線材と、該線材の隙間
に充填されたセラミック系充填材とを具えたことを特徴
とするものである。

また、上述の目的を達成するための本発明の制御棒駆動
装置は、制御棒の駆動コイルに前記耐熱駆動コイルを用
いたことを特徴とするものである。

く作　　　用〉 耐熱駆動コイルの構成部材はセラミック系材料よりなる
ので耐熱性が向上する。

また、この耐熱駆動コイルを用いた制御棒駆動装置は、
高温下で稼働できるので冷却装置及びその付帯設備を設
けろ必要がなくなり、原子炉及びその周辺の構造物が簡
素化されろ。

く実　施　例〉 以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係る耐熱駆動コイルの縦断
面図、第２図はその側面図、第３図はその平面図、第４
図は耐熱駆動コイルに用いられろ線材の断面図、第５図
は本実施例の耐熱駆動コイルを装着した制御棒駆動装置
を示す原子炉の一部切欠側面図である。なお、従来と同
一部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する
。

まず＃４熱駆動コイルについて説明する。第１図乃至第
３図に示すように、上部及び下部全周に外方に突出する
フランジ部５０を有する円筒状をなすボビン５１はステ
ンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を素材として製作され、その
外周部表面には必要に応じてセラミック被覆材としての
セラミックシートが貼り付けられている。なお、ボビン
５１をマシナブルセラミックにて構成してもよい。この
ボビン５１の外周部には線材としてのセラミック電線５
２が所定の巻数分だけ巻き付けられてコイルを構成して
いる。このセラミック電線５２は、第４図に示すように
、ニッケルメッキ鋼の導体５３をセラミック被覆材５４
にて被覆し、その外周部に絶縁体５５を設け、更にその
外側をセラミック被覆材５６にて被覆して構成され、導
体５３は従来の線材よりも線径が若干太くなっている。

ここで、セラミック電線５２のコイルとしての製作性を
考慮した場合、セラミック被覆材をコーティングした線
材をコイルに加工成形した後に焼結してセラミック化・
耐熱化するのがよい。なお、このセラミック被覆材５４
．５６としては酸化アルミニウム（アルミナ系）や酸化
ケイ素（シリカ系）等、あるいはそれらの混合物などを
用いることができる。そして、ボビン５１に巻かれたセ
ラミック電線５２の両端部にはＭ１ケーブルからなる通
電用のリード線５７がスポット溶接にて接続されている
。

ボビン５１の外周部に巻き付けられ重なりあっているセ
ラミック電線５２の隙間には、このセラミック電線５２
の弛みやそれによる振動等を防止するためセラミック系
の充填材（例えば、セラマボンド）５８が必要量真空引
きにより含浸させることで充填されている。

そして、巻き付けられたセラミツク電線５２全体を覆う
ように、その外周辺に位置してボビン５１と同材料よゆ
なる補強用の外筒５９がボビン５１に被着されている。

なお、この外筒５９に代えて、セラミックシート５２及
び充填材５８の外周部にセラミックシートを貼り付けた
り、セラミック材を塗布するようにしてもよい。

このように構成された耐熱駆動コイルにおいて、上述の
ボビン５１の耐熱温度は６００〜ＳＯＯ℃であり、線材
５２は導体５３に変温時の劣化特性に勝れたニッケルメ
ッキ銅を用いると共にそれをセラミック被覆しているの
で、その耐熱温度は４５０〜８００℃とすることができ
ろ。更に導体５３の径を太くしているのでその電気抵抗
値は低（、高温時の抵抗増加に対処できろ。また、セラ
ミック系の充填材５８の耐熱温度は１４００℃、ＭＩケ
ーブルから成るリード線５７の耐熱温度は６００℃、セ
ラミックシートあるいはセラミックコーティング材は５
００〜８００℃である。従って、これらの構成部材より
なる耐熱駆動コイルは、従来のものに比べてその耐熱温
度を数段上昇させることができ、約４５０℃で加熱され
ても劣化することなく十分に耐えることができる。

更に、セラミック充填材５８は接着力が強く適度な粘性
を有しているので、その熱伝導率が向上すると共に機械
的な振動の伝達を防止することができる。そして、ボビ
ン５１と外筒５９の表面に貼り付けられたセラミックシ
ートは充填材５８との熱膨張差を吸収し、経時的安定性
、耐久性を向上させろことができる。

なお、本実施例の＃４熱駆動コイルは上述の耐熱特性以
外の特性、即ち、耐放射線特性、電気的特性（耐電圧特
性、絶縁抵抗特性、導体抵抗特性）及び機械的特性（熱
伝導率、膨張係数、曲げ強さ）の点でも従来のものに比
べ同等、もしくはそれ以上の特性を確保することができ
ろ。また、その大きさを比較しても、ボビンの寸法、線
材の径、巻き数、導体抵抗、コイル周辺の磁気回路の寸
法、材質等の点でも同等であって、本実施例の耐熱駆動
コイルは従来のものと同等の起磁力や磁束（磁気力）を
生じさせることができる。

以上のように、本実施例の耐熱駆動コイルは高温で加熱
されてもそれに耐えることができろため高温下で稼動で
き、従って、この耐熱駆動コイルを原子炉の制御棒駆動
装置に用いることで、コイルの冷却設備を不要とするこ
とができろ。

即ち、第５図に示すように、この耐熱駆動コイルを用い
た制御棒駆動装置を装備した原子炉においては、従来、
原子炉の上部に配設されていた制御棒駆動装置の冷却用
空調設備を具えていない。従って、冷却装置としての供
給・排出ダクト、パイプ、冷却ユニット、冷却ファン等
の装備が不要となり、原子炉並びにその周辺の構造物が
簡素化できる。更に、その冷却装置の設計、資材購入、
建設等の膨大な費用を削減することができろ。

〈発明の効果〉 以上、実施例を挙げて詳細に説明したように本発明の耐
熱駆動コイルによれば、＃４熱駆拗コイルを構成する各
部材をセラミック系材料よりなるものとしｔこので、従
来あった駆動コイルの各特性を失うことなくその耐熱温
度を上昇させることができる。

また本発明の制御棒駆動装置はこの耐熱駆動コイルを駆
動軸の駆動コイルとして用いているので、従来必要であ
った冷却装置並びにその付帯設備を不要とすることがで
き、原子炉やその周辺の構造物を簡素化することができ
る。これにより、冷却装置の設計、建設、資材等の費用
の削減、原子炉の点検・補修作業の容易化が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る耐熱駆動コイルの縦断
面図、第２図はその側面図、第３図はその平面図、第４
図は耐熱駆動コイルに用いられろ線材の断面図、第５図
は本実施例の耐熱駆動コイルを装着した制御棒駆動装置
を示す原子炉の一部切欠側面図である。また、第６図は
一般的な制御棒駆動装置の切欠斜視図、第７図は従来の
駆動コイルの断面図、第８図は従来の制御棒ＷＡ＠装置
用冷却装置の構成図、第９図はその冷却装置が装着され
た原子炉の一部切欠側面図である。 図　　面　　中、 １は制御棒駆動装置、 １０は駆動軸、 ５１ばボビン、 ５２はセラミック電ｗｉ（線材）、 ５３は導体、 ５４．５６はセラミック被覆材、 ５７はリード線、 ５８はセラミック充填材、 ５９ば外筒である。 第３ 図 第４ 図 第を 第２ 第５ 第８ 図 第９ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックあるいは金属製の円筒状をなすボビン
   と、導体の表面がセラミック被覆され前記ボビンの外周
   部に巻き付けられてコイルを構成する線材と、該線材の
   隙間に充填されたセラミック系充填材とを具えたことを
   特徴とする耐熱駆動コイル。
2. （２）制御棒を駆動する駆動コイルに請求項（１）記載
   の耐熱駆動コイルを用いたことを特徴とする原子炉の制
   御棒駆動装置。