JPH049480B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術的分野］ 本発明は高速増殖炉（FBR）に好適した原子
炉の出力制御を行う制御棒集合体に関する。

［発明の技術的背景］ 制御棒集合体は中性子吸収材を内蔵する制御棒
本体を案内管内に昇降自在に収容し、上記中性子
吸収材を炉心領域に挿脱することにより炉心の出
力制御を行なうものである。ところで、制御棒は
中性子を吸収すると発熱するので、その除熱のた
め冷却材が流れるようになつている。なお、冷却
材は制御棒本体内及び案内管と制御棒本体との間
隙を流路として流れている。

すなわち、第１図に示したように、筒状の案内
管１内に制御棒本体２が延長棒３によつて吊り下
げられている。

案内管１は、上端にハンドリングヘツド４が形
成され、また、下端にエントランスノズル６が取
付けられている。エントランスノズル６には冷却
材流入口７および流出口８が形成され、その上端
にはダツシユポツト９が設けられている。このダ
ツシユポツト９には前記制御棒本体下端に設けら
れたダツシユラム１０が挿脱される。

制御棒本体２の下端には冷却材流入口１１が設
けられ、本体２の内部は中性子吸収材を内蔵した
制御棒要素１２が結束され、その要素１２の上下
両端は一対の固定子１３，１４によつて支持され
ている。

また、制御棒本体２の上端には冷却材流出口１
５が設けられている。なお延長棒３の上端には掴
み部１６が取りつけられている。

上記構成の制御棒集合体は図示してない炉心の
支持板１７に装荷されている。

［背景技術の問題点］ 制御棒は炉心に対する挿入位置により発熱量が
大きく異なり、制御棒の挿入量が小さくなると発
熱が小さいため、冷却材温度が燃料出口温度に比
較してかなり低くなる。また制御棒本体２と案内
管１の間隙を流路として流れる冷却材は除熱に寄
与しないためますます冷却材温度を引下げる。こ
のため制御棒出口より低温の冷却材と燃料出口よ
りの高温の冷却材が交互に炉心上部構造物、特に
整流装置に到達する。

これにより、炉心上部機構に高サイクル熱疲労
を発生させる。

この現象をサーマルストライピングと称してい
る。

このサーマルストライピングにより炉心上部機
構は構造材のステンレス鋼（SUS304）では炉の
全寿命期間に渡り健全性を保つことができなくな
る。現在の炉心設計では炉心上部機構を高張力鋼
（INCONEL718）で製作することによつて健全性
を保持している。

しかしながら、高張力鋼はステンレス鋼の約10
倍も高価であるため、原子炉は非常に高価なもの
になる。

［発明の目的］ この発明は上記事情にもとづきなされたもの
で、その制御棒の炉心への挿入量が減少して発熱
量が減少した場合の冷却材温度の低下を防ぐこと
ができる制御棒集合体を提供しようとするもので
ある。

［発明の概要］ 本発明は炉心に設置され内部に上方へ向けて冷
却材が流通しかつ上部にハンドリングヘツドを下
部にエントランスノズルを有する案内管と、この
案内管内に昇降自在に収納され上端に掴み部を有
する延長棒と、この延長棒の下端に接続された中
性子吸収材を内蔵する制御棒本体と、前記延長棒
に形成された大径部と、前記案内管の上部に設け
られ前記大径部が引上げられて挿通し冷却材の流
量を調節する流路絞りと、前記制御棒本体の上端
に着脱自在に載置されかつ該本体と前記案内管の
内面との間に形成される冷却材の流路断面積を挟
める流量調節子とを具備したことを特徴とする制
御棒集合体である。

［発明の実施例］ 以下、本発明に係る制御棒集合体の第１の実施
例を第２図および第３図を参照しながら説明す
る。すなわち、第２図に示したように、筒状の案
内管１内に制御棒本体２が延長棒３によつて吊り
下げられている。案内管１は上端にハンドリング
ヘツド４が形成され、また、下端にエントランス
ノズル６が取付けられている。エントランスノズ
ル６には冷却材流入口７および流出口８が形成さ
れ、その上端にはダツシユポツト９が設けられて
いる。このダツシユポツト９に前記制御棒本体下
端に設けられたダツシユラム１０が挿脱される。

制御棒本体２の下面には冷却材流入口１１が設
けられ、本体２の内部には中性子吸収材を内蔵し
た制御棒要素１２が結束され、その要素１２の上
下両端は固定子１３，１４によつて支持されてい
る。

また、制御棒本体２の上端には冷却材流出口１
５が設けられている。なお延長棒３の上端には掴
み部１６が取りつけられている。

また、保護管５の上端面と掴み部との間に大径
部１８が設けられている。

案内管内の上部には、流路絞り１９が設けられ
流路絞りには、流路孔２０が形成されている。前
記保護管５の上端には、着脱自在に流量調節子２
１が載置される。流量調節子２１には、冷却材流
路孔２２が設けられている。また、流量調節子の
上下端縁は、曲面２３が形成されている。そし
て、流量調節子２１と案内管１との間には、冷却
材がわずかに流れる程度の小隙間２４が形成され
る。流量調節子２１は、制御棒本体２が緊急落下
した場合、これに追従して徐々に下降するもので
ある。

ここで、延長棒３が一定ストロークだけ引上げ
られると大径部１８は、流路絞り１９の流路孔２
０内に挿入し、一定割合で、冷却材の流路を狭め
る。

第３図は制御棒の全挿入から全引抜までの冷却
材流量および冷却材出口温度を示している。

線ａは、ストライピング制御温度を示す。これ
は燃料出口温度と制御棒出口との温度差が一定値
以内ならば、ストライピングが緩和されるという
条件より決定した。この直線ａは燃料出口温度が
全挿入時には低く、全引抜時には高いので右上り
の直線となる。さらに線ｂに従来の制御棒の出口
温度を示す。線ｃは従来の冷却材流量でこの線ｃ
が示すように、全ストロークに渡り冷却材流量が
一定であるため、線ｂの制御出口温度があるスト
ローク以上引抜くとストライピング制限条件を下
回ることが示されている。

ここで、本発明のように流量調節子２１を導入
すると、保護管−案内管間隙流量が減少する。線
ｄは本発明の冷却材流量で、線ｅは本発明の制御
棒出口温度である。

まず、流量調節子２１を設けることによつて制
御棒本体２と案内管１との間に形成される冷却材
流通部２５を通過する冷却材流量を減少させ、線
ｅに示すように出口温度を高くすることができ
る。

また、制御棒を引抜いたことによる発熱量の減
少による制御棒出口温度の低下に対しては、延長
棒３の大径部１８と流路絞り１９が作動すること
により、線ｄに示すように冷却材流量をさらに減
少させて線ｅに示すように冷却材温度を引上げて
いる。しかしてこの流量調節子２１と流路絞り１
９の２つの組み合せることにより全ストロークに
渡り、冷却材温度がストライピング制限温度を上
回ることができる。

したがつて、本発明によれば、炉心上部機構に
対するストライピングが減少し、炉心上部機構の
健全性を保つことができ、さらに高張力鋼を使用
しなくてすむので、炉を安価に製作することがで
きる。

次に第４図から第６図までを参照しながら本発
明の第２の実施例を説明する。

なお、図中、第２図と同一部分は同一符号で示
し重複する部分の説明は省略する。

第４図の実施例が第２図と異なる点は流路絞り
１９の点にある。すなわち、第４図中のＡ部を第
５図のように拡大して示したように流路絞り２６
は、円管部２７の内面に所定間隔２８を有する複
数の小突部２９が形成され、かつこの小突部２９
には、大径孔３０を有する間隔部材３１がとりつ
けられている。そして、前記間隔２８には、流路
孔３２を有する環状板３３が挿入されている。間
隔部材３１により上下から環状板３３をはさみ込
んでおり、環状板３３の外径は、間隔部材３１の
内径より大きく、環状板３３の内面と延長棒３の
外面との間に冷却材の流路を形成する。

しかして、第２の実施例においては、流路絞り
２６に一定の昇降範囲内で、延長材３の大径部１
８が挿入されることにより、環状板３３が、水平
方向に移動して偏心可能となる。

次に第２の実施例の作用を説明する。第６図に
示すように、延長棒Ｂの径部１８が環状板３３に
到達すると、延長棒３の外周と環状板３３内周の
間の流路が挟められる。

次に上部案内管３４が破線４４に示すように偏
心することにより制御棒が偏心すると、環状板３
３は間隔部材３１を軸に垂直方向に延長棒３に接
触し水平方向に移動して偏心する。また、環状板
３３が上記のように偏心しても、間隔部材３１の
内周と環状板３３の外周との間には流路が形成さ
れない。延長棒３の外周と環状板３３の内周の間
の流路が延長棒３の大径部１８が環状板３３に到
達すると狭まるため炉心への制御棒の挿入量が減
少した時、制御棒への冷却材の流量が減少する。

また流量が狭まつた部分の流路断面積を変化さ
せることなしに、制御棒の偏心量を、第２図に示
した第１の実施例の流路絞りに比較して大きくす
ることができる。

この第２の実施例により許容偏心量を大きくと
ることができ、地震時および炉心弯曲時にも、挿
入が完全におこなうことができるため、原子炉の
信頼性向上につながる。

次に本発明の第３の実施例を第７図に説明す
る。図中、第２図および第４図に示した実施例と
同一部分には、同一符号を付し重複する部分の説
明は省略する。第７図において符号３５は内面両
端が突出した一対の突起部３６を有する環状支持
体で、この環状支持体３５の突起部３６間にパイ
プ３７が挿入されており、環状支持体３５とパイ
プ３７とによつて流路絞り３８が形成される。パ
イプ３７の内径は大径部１８の外形よりも大き
く、支持部体３５はパイプ３７をはさみ込むよう
に設置されている。支持体３５の内径は、パイプ
３７につけられた環状体３９外径より小さい。ま
たパイプ３７を軸に垂直な方向に摺動可能なよう
に支持している。

しかしてパイプ３７の内面と延長棒３の外面と
の間に流路が形成され延長棒３の大径部１８がパ
イプ３７に到達すると流路が狭められる。またパ
イプ３７は水平方向に移動でき偏心可能である。

この第３の実施例によれば前記第２の実施例と
同等の効果が得られると同時に、支持体３５の製
作が容易となる利点がある。

第８図は本発明の第４の実施例を示したもの
で、第１図と同一部分は度一符号で示し、重複す
る部分の説明を省略する。第２図が第１図と異な
る点は流量調節子２１の上方に該流調節子２１と
同形状の第２の流量調節子４０が設けられている
ことである。流量調節子４０はハンドリングヘツ
ド４からスプリングワイヤ４１によつて吊り下げ
られている。

延長棒３には第２図に示した大径部１８より寸
法の短い円板状大径部４２が形成され、流量調節
子２１の真上より第２の流量調節子４０の軸方向
長さだけ、径大となつている。

しかして、スプリングワイヤ４１がたるむだけ
引上げられると、自重により、流量調節子２１上
に支持され、それと同時に延長部３の大径分４２
と第２の流量調節子４０の孔４３により冷却材の
流出流路が狭められる。

［発明の効果］ 以上に説明したように本発明によれば制御棒本
体とは別体に、昇降自在の流量調節子を設け、そ
の流量調節子により制御棒本体と案内管との間の
流路断面積を狭め、この間隙を流れる低温冷却材
の間隙流を減少させるとともに、一定ストローク
引上の際、延長棒に形成した大径部が流路絞りに
到達することによりさらに冷却材流量を減少させ
ることができる。これにより制御棒発熱量が少な
い状態でも冷却材出口温度を高く保てるため燃料
出口温度との差力小さくなり、熱変動による不具
合を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御棒集合体を示す縦断面図、
第２図は、本発明にかかる制御棒集合体の第１の
実施例を示す縦断面図、第３図は従来及び、本発
明にかかる制御棒集合体の作用効果を説明するた
めのグラフ図、第４図は本発明にかかる制御棒集
合体の第２の実施例を示す縦断面図、第５図は第
４図のＡ部を拡大して示す縦断面図、第６図は第
４図の作用を示す縦断面図、第７図は及び第８図
は本発明にかかる制御棒集合体の第３及び第４実
施例の要部のみを示す部分断面図である。 １……案内管、２……制御棒本体、３……延長
棒、４……ハンドリングヘツド、５……保護管、
６……エントランスノズル、７……冷却材流入
口、８……冷却材流出口、９……ダツシユポツ
ト、１０……ダツシユラム、１１……冷却材流入
口、１２……制御棒要素、１３，１４……固定
子、１５……冷却材流出口、１６……掴み部、１
７……炉心支持板、１８……大径部、１９……流
量絞り、２０……流路孔、２１……流量調節子、
２２……冷却材流路、２３……曲面、２４……小
隙間、２５……冷却材流路、２６……流路絞り、
２７……円管部、２８……間隔、２９……小突
起、３０……大径孔、３１……間隔部材、３２…
…流路孔、３３……環状板、３４……上部案内
管、３５……支持体、３６……突起、３７……パ
イプ、３８……流路絞り、３９……環状体、４０
……流量調節子、４１……スプリングワイヤ、４
２……大径部、４３……流路孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心に設置され内部に上方へ向けて冷却材が
   流通しかつ上部にハンドリングヘツドを下部にエ
   ントランスノズルを有する案内管と、この案内管
   内に昇降自在に収納され上端に掴み部を有する延
   長棒と、この延長棒の下端に接続された中性子吸
   収材を内蔵する制御棒本体と、前記延長棒に形成
   された大径部と、前記案内管の上部に設けられ前
   記大径部が引上げられて挿通し冷却材の流量を調
   節する流路絞りと、前記制御棒本体の上端に着脱
   自在に載置されかつ該本体と前記案内管の内面と
   の間に形成される冷却材の流路断面積を狭める流
   量調節子とを具備したことを特徴とする制御棒集
   合体。 ２ 前記流路絞りには半径方向に移動自在の環状
   体が少なくとも１段挿着されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の制御棒集合体。 ３ 前記流量調節子は自重により落下し得る環状
   体であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の制御棒集合体。 ４ 前記流路絞りは前記案内管に設けられたハン
   ドリングヘツドから流量調節子までの任意の位置
   に落下し得る落下防止部材により支持されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の制御棒
   集合体。