JPH0458196A - 高速炉用制御棒駆動機構 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は高速増殖炉の制御棒駆動機構に関する。

（従来の技術） 一般に、原子炉、特にナトリウム等の液体金属を冷却材
とする高速増殖炉における出力制御および原子炉停止は
ホウ素またはタンタル等の中性子吸収物質を含む制御棒
を炉心支持板に植設された複数体の燃料集合体の間に挿
入することによって行われている。

すなわち、燃料集合体の長手方向と平行に炉心支持板に
固定させた案内管内で制御棒を上下動させることによっ
て原子炉の反応度を制御するものである。この制御では
制御棒を駆動する装置は動作が安定で、しかも信頼性が
高いことが要求される。

従来の制御棒駆動機構は燃料集合体を収納している炉容
器の頂部に設けられ、炉容器内雰囲気を隔離し、かつ炉
容器の上端開口を閉塞する遮蔽ブラグの一部に設けられ
た回転プラグ上に固定された駆動部と、この駆動部と制
御棒を結合するため回転プラグを貫通して炉心領域上方
まで達して制御棒と結合するように設けられた延長管を
有する制御棒駆動機構と中央制御室に設けられ、かつ自
動または人為的操作によって前記駆動部を駆動するため
の電気的信号を発生する制御盤とからなっている。そし
て、通常駆動部の出力制御および炉停止のための動作は
電気−機械的手段によって行われている。

第５図および第６図に従来の制御棒駆動装置の一例を示
す。

原子炉内の冷却材１の液面は図示の位置になる。

駆動部ハウジング２は回転プラグ３に固定され、回転プ
ラグ３を貫通した上部案内管４と結合されている。駆動
部ハウジング２の頂部にはモータ５が設けられ、モータ
５はケーブル６によって制御盤７と電気的に結合されて
いる。モータ５の回転軸にはスクリュー８が同心的に結
合され、スクリュー８にはポールナツト９が螺合してい
る。ポールナツト９は板１０を介して一対のロードセル
１１と結合され、ロードセル１１は中空円板状の板１２
と結合されている。板１２の下面には電磁石１３と筒１
４が結合されている。筒Ｉ４の下部は中空円板状の板Ｉ
５と結合され、その下部は外側延長管１６と結合されて
いる。外側延長管１６は回転プラグ３内を貫通して炉心
Ｉ７内に設けられた下部案内管１８の上方まで延在して
いる。外側延長管１６の末端部は内側延長管１９の末端
部に接続されたフィンガロッド２ｏとともにラッチメカ
ニズムを構成すべく、板ばね状の複数本のラッチフィン
ガ２Ｉとなっている。

一方、電気的に制御盤７と結合されている電磁石１３の
下端には磁気的に着脱自在にアーマチュア２２が設けら
れ、外側延長管１６の内側にあって適当な隙間を持って
設けられた内側延長管１９は外側延長管Ｉ６とともに２
重管状をなして、回転プラグ３の相当位置を貫通して、
その先端はラッチフィンガ２１と係合するフィンガロッ
ド２０となっている。

上部案内管４と外側延長管１６の隙間部には回転プラグ
３の相当位置に生体遮蔽２３が上部案内管４頂部に固定
されている。生体遮蔽２３の下端とベローズ２４の上端
は気密に結合され、ベローズ２４の下端は外側延長管１
６の適切な位置に設置された中空状の板２５に気密に結
合されている。また、内側延長管１９と外側延長管１６
のそれぞれ適切な箇所にその両端を気密に接合されたベ
ローズ２６が設けられている。

外側延長管１６の段付部２７には加速スプリング２８が
結合され、加速スプリング２８は外側延長管１６の外側
コイルばね状をなして下方へ延長され、加速管２９の頂
部にその下端を接触している。

加速管２９は外側延長管Ｉ６の外側に設けられ、その下
端は制御棒３０のハンドリングヘッド３１に接触してお
り、また、その上端にはテーパー形状をなしたダッシュ
ラム３２が設置されている。

また、上部案内管４の下端近くには内径をテーパー形状
にしたダッシュボット３３が設置される。

制御卯３０は中性子吸収材を収納した複数本の吸収ピン
を束ね、保護管内に納めた構造となっている。制御棒３
０と下部案内管Ｊ８との間には適切な隙間を設けである
。

次に上記従来の制御棒駆動装置の動作例を説明する。

通常運転時には第５図に示したように、ラッチフィンガ
ー２１の肩部に制御棒３０のハンドリングヘッド３１が
係合しており、外側延長管１６と制御棒３０は連結され
ている。ラッチフィンガ２１の内面はフィンガロッド２
０によって拘束されている。この時、アーマチュア２２
は磁力によって電磁石１３に吸引されて接触している。

また、加速スプリング２８は上端を外側延長管１４の段
付部２７に、下端を制御棒３゜の加速スプリング２８に
拘束された加速管頭部に拘束されて圧縮された状態にあ
る。

この状態で炉心の出力を調整するには、制御盤７を人為
的に操作し、モータ５に正転または逆転の信号を伝送し
てモータ５を回転させる。スクリュー８とポールナツト
９によって、この回転運動が上下運動に変換されること
により制御棒３ｏの引抜または挿入が行われて出力調整
が達成される。

さて、何らかの原因によりプラントに異常状態、例えば
冷却材流量低下、冷却材温度上昇あるいは炉心中性子束
増大等の故障が起きた場合は、原子炉内に設置した複数
のセンサーにより故障を検出し、計測システムにより信
号を発生し、その信号か制御盤７に伝送される。制御盤
７は予めセットされた論理回路によってスクラム指令信
号を自動的に、または運転員の操作に従って発生し、電
磁石１３への通電を停止する。この動作は原子炉に設置
された複数の原子炉停止装置に対し、通常−斉に行える
ように電気的シーケンスが構成されている。

第６図は制御棒のスクラム時を示したものであり、電磁
石１３が消勢されるとアーマチュア２２は切り離されて
筒１４に下端の板状部１５との隙間分だけ落下する。こ
れに伴って内側延長管１９が全体的に落下するのでフィ
ンガロッド２０が落下してラッチフィンガ２１の拘束を
解除する。するとラッチフィンガ２１は板ばねの復元力
によって内側に挟まって制御棒３０のハンドリングヘッ
ド３１との係合を解く。

制御棒３０は重力と加速管２９に伝達される加速スプリ
ング２８のばね力を受けて急速に下部案内管１８の中を
落下する。

又、加速管２９は上端に設置されたダッシュラム３２が
上部案内管４内側に設置されたダッシュポット３３に侵
入する際に、冷却材の流体圧によって加速管２９の加速
力を緩和してそのままダッシュボット３３によって支持
される。

以上により制御棒のスクラム動作が達成される。

ベローズ２４およびベローズ２６は外側延長管１６と内
側延長管１９の軸方向の移動を可能にし、かつ炉容器内
の雰囲気を隔離する目的で使用される。

また、ロードセル１１は制御棒駆動機構の健全な動作を
確認する目的で使用される。

（課題が解決しようとする課題） 従来における原子炉運転については前述したように、炉
内に設置した複数のセンサーにより炉内の状態を計測シ
ステムに表示させて監視している。

異常時においては計測システムから発生されたスクラム
信号を制御盤に送り自動的に、或いは計測システム表示
に従って運転員が人為的に制御盤７の操作を行って制御
棒を炉心に挿入するわけである。しかしながら、センサ
ーを含む計測システム及び制御盤、制御棒駆動機構の故
障による制御棒の炉心挿入不能及び人為的な操作ミスな
どが起こった場合、炉心の出力異常に対して適切な処置
が遅れたり、または行われなかったりする課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、安
全性を向上させるのに適した高速炉制御棒駆動機構を提
供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は炉心を収納している炉容器の上端開口を閉塞す
る遮蔽断プラグの一部に回転プラグが設けられ、この回
転プラグを貫通して前記炉心領域の上方まで達して前記
炉心領域の制御棒と結合するように外側延長管が設けら
れ、この外側延長管内に電磁作用によって切離する内側
延長管が設けられ、かつ前記内側延長管の末端部にフィ
ンガロッドが接続され、しかも前記外側延長管の末端部
にラッチフィンガが接続され、このラッチフィンガで制
御棒を把持する高速炉用制御棒駆動機構において、前記
内側延長管内に低融点金属を収容する金属溜めを設け、
この金属溜め内に加圧ガスを流入する流入管と、加圧ガ
スの排気管とを設け、前記金属溜め内の低融点金属を通
過したガス圧により前記制御棒の切離を行うラッチ機構
を設けてなることを特徴とする。

（作　用） 金属溜りは加圧ガスによって加圧されている。

原子炉の通常運転時には低融点金属は固化状態のため、
流入管から流入する加圧ガスは流れず止められている。

異常時になると低融点金属は溶融して液化するので、加
圧ガスは低融点金属を通過し、金属溜めの上方に設けた
孔からシリンダに流入し、ピストンを押し下げる。これ
によってフィンガロッドが落下してラッチフィンガが動
作し、制御棒は炉心に挿入される。シリンダ内の加圧ガ
スは排気口から外部へ排出される。

このようにして、異常時に外部から人為的に操作するこ
となく原子炉の異常を物理的に検知して制御棒を安全に
炉心内に挿入して原子炉の停止操作を行うことができる
。

（実施例） 第１図及び第２図を参照しながら本発明に係る高速炉用
制御棒駆動機構の第１の実施例を説明する。

なお、本発明では従来例の制御棒駆動機構にガスの流れ
によって制御棒駆動機構のスクラム動作を機械的に行う
ように改良したものなので、第１図および第２図ではそ
の要部のみを示している。

第１図および第２図は従来の制御棒駆動機構において、
本発明を組込む箇所となる制御棒の結合を行うラッチ機
構部を拡大してあり、第１図は本発明の作動前、第２図
は作動後を示している。また、図中従来の構成機器と同
様の機能を有する部分については同一符号を付して重複
する部分の説明を省略する。

第５図および第６図で示すフィンガロッド２０の内部に
は、５５０℃〜６５０℃で融点を持つ低融点金属３４の
溜り部となる円筒容器状金属溜め３５が設置されている
。この金属溜め３５の内側上部より低融点金属３４が浸
る位置までの長さを持つ加圧ガス流入管３６が中央部に
設置されている。金属溜め３５の上部には通気口３７が
設けられている。

金属溜め３５の外側には上部をピストン３８の形状にし
たフィンガロッド２０が組込まれ、上下動作を可能とし
ており、ピストン３８の外側はシリンダ３９となってい
る。

シンンダ３９の下部はスプリグ４０を内包するのに適し
た形状をなしており、スプリング４０はフィンガロッド
２０を一定位置に保つために上方向にノくネ力が作用し
フィンガロッド２０を押し上げている。

また、スプリング４０の内包部及びシリンダ一部に冷却
材が侵入しない様、ベローズ４１で隔離を行っている。

シリンダ３９の上部には排気管４２が設置されており、
排気管４２は図示されてないが制御棒駆動機構上部に伸
びており、回転プラグ３を通過して炉外へ引き回されて
バルブ４３と結合されている。

次に本実施例の動作例を説明する。

第１図に示す原子炉通常運転時では流入管３６には常に
内側延長管１９を通じて炉外からガス圧が負荷されてお
り、加圧の加わる方向及び流れを矢印で示す。

金属溜め３５内の低融点金属３４は通常運転時の原子炉
温度（５５０℃）では固体の状態であり、負荷されたガ
スは流入管３６内の低融点金属３４の上部の面で止めら
れている状態になる。なお、バルブ４３は常時閉の状態
にある。

運転時における炉心の出力調整では、この状態で行い、
また、制御棒３０の切離しは従来どおり内側延長管１９
全体を落下させてラッチフィンガ２０を閉じて制御棒２
０を切離すことができる。

第２図は炉心出力異常時に何らかの故障により内側延長
管１９の落下による制御棒の切離しができなかった場合
の本発明の作動状態を示し、炉心出力異常時では炉心１
７の温度が上昇し、炉内に植設された下部案内管１８内
部及び炉心Ｉ７を通過する冷却材１の温度も上昇して炉
心１７上部に排出される。

ラッチフィンガ２１およびフィンガロッド２０は役割上
炉心１７直上に位置するので、内部の低融点金属３４に
も熱が伝達されて溶融することになり、通常時は止めら
れていたガスが低融点金属３４内を通過し通気口３７か
らリシンク３９内に導かれて、スプリング４０で定常位
置に保たれているピストン３８、フィンガロッド４０を
押し下げラッチフィンガ２０が閉じ、ハンドリングヘッ
ド３１から制御棒２０が切離されて下部案内管１８に落
下し炉心１７を停止する。

動作後の復帰は炉心１７温度が下がり低融点金属３４が
固化した後、バルブ４３を開にしてシリンダ３９内のガ
スを排気しフィンガロッド２０を定常の位置に戻す。低
融点金属３４としてアンチモン（融点６３０℃）、ジュ
ラルミン（融点５７０℃）等が有り、また、動作時間を
左右する熱伝導率を考慮して複数の金属により要求する
動作温度で融点を持つ合金を製作し用いる等の方法も考
えられる。

第１の実施例では制御棒駆動機構の制御棒の連結機構を
機械的動作により直接動作させるため、制御盤７から制
御棒駆動機構に至る電気的なトラプル及び制御棒駆動機
構の駆動部のメカ的なトラブルが万一発生しても、その
影響を受ける事なく制御棒を炉心に挿入できる。

次に第３図および第４図によって本発明の第２の実施例
を説明する。

組込み位置については第１の実施例と同様であり、第１
の実施例と同様の機能を有する部分については同一符号
で示す。

第３図は本発明の作動前、第４図は作動後を拡大して示
した縦断面図である。

第３図および第４図で示すフィンガロッド２０の内部に
は低融点金属３４の溜り部となる金属、溜め３５ａが設
置されており、金属溜り３５ａ中央には流入管３６ａが
設置されており、金属溜め３５ａの上部には排気管４２
が接続されて炉外に引き出された後、圧力スイッチ４４
を経由してバルブ４３と結合されている。

通常原子炉運転時は第１の実施例と同様の操作を行って
出力調整する。

次に本実施例の動作例を説明する。

基本的な動作については第１の実施例と同じであるが、
低融点金属３４が溶融し通過したガスは圧力スイッチ４
４に導かれて動作させる。

圧力スイッチ４４の接点は制御棒駆動機構の電磁石１３
の操作回路に直列に結合されている。

第３図で示した圧力スイッチ４４にガスが負荷されてい
ない場合には圧力スイッチ４４の接点はＯＮ状態になる
。よって圧力スイッチ４４にガス圧が負荷されなければ
電磁石１３の操作回路に影響なく、通常の操作が行える
事になる。

原子炉の出力異常時には第４図に示したように圧力スイ
ッチ４４にガス圧が伝わり電磁石１３の操作回路は制御
盤７の操作にかかわらず電磁石１３は消磁されて制御棒
の切離し動作が行われる。動作後の復帰は第１の実施例
と同様にバルブ４３を解放する。

第２の実施例では第１の実施例と比較して機械的な動作
がなくなるため、構造が単純化できる。

［発明の効果コ 本発明によれば炉心出力異常時に、計測システム、制御
盤、制御棒駆動機構等の機器の故障及び人為的な操作ミ
ス、対応の遅れなどが発生しても、外部からの操作を必
要とせずに炉心の出力異常を検出して制御棒を切離し炉
心に挿入できる。炉心の出力が正常に戻ると共に本機能
も復帰し何度でも繰返して動作する機能を備えているた
め、安全性にすぐれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高速炉用制御駆動機構の第１の実
施例における機能動作前の状態を示す縦断面図、第２図
は同じく動作後の状態を示す縦断面図、第３図は本発明
の第２の実施例における機能動作前を示す縦断面図、第
４図は同じく動作後を示す縦断面図、第５図は従来の制
御棒駆動機構の制御棒連結引抜状態を示す縦断面図、第
６図は同じく制御棒切離し炉心挿入状態を示す縦断面図
である。 延長管、２Ｇ・・・フィンガロッド、２１・・・ラッチ
フィンガ、３０・・・制御棒、３１・・・ハンドリング
ヘッド、３４・・・低融点金属、３５・・・金属溜め、
３６・・・流入管、３７・・・通気口、３８・・・ピス
トン、３９・・・シリンダ、４０・・・スプリング、４
１・・・ベローズ。 ４２・・・排気管、４３・・・バルブ、４４・・・圧力
スイッチ。 （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） １・・・冷却材、　　３・・・回転プラグ、　　４・・
・上部案内管、１６・・・外側延長管、１７・・・炉心
、１９・・・内側亭 圀 第２ 図 半３ χ 茅４ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉心を収容している炉容器の上端開口を閉塞する遮蔽プ
   ラグの一部に回転プラグが設けられ、この回転プラグを
   貫通して前記炉心領域の上方まで達して前記炉心領域の
   制御棒と結合するように外側延長管が設けられ、この外
   側延長管内に電磁作用によって接離する内側延長管が設
   けられ、かつ前記内側延長管の末端部にフィンガロッド
   が接続され、しかも前記外側延長管の末端部にラッチフ
   ィンガが接続され、このラッチフィンガで制御棒を把持
   する高速炉用制御棒駆動機構において、前記内側延長管
   内に低融点金属を収容する金属溜めを設け、この金属溜
   め内に加圧ガスを流入する流入管と、加圧ガスの排気管
   とを設け、前記金属溜め内の低融点金属を通過したガス
   圧により前記制御棒の切離を行うラッチ機構を設けてな
   ることを特徴とする高速炉用制御棒駆動機構。