JPH0548875B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、制御クラスタ及びスペクトル シフ
ト クラスタの様な種々の異なる機能をもつクラ
スタ（clusters）によつて原子炉の炉心の制御を
するための装置に関する。

核燃料のより良好な利用とウラン燃料のコスト
の減少とを与える方法は、運転サイクル又は炉心
の寿命の初期段階の間に原子炉の炉心内の中性子
エネルギ スペクトルを“軟（soft）”から“硬
（hard）”へシフトさせることを含んでいる。こ
の目的のために、例えば原子炉の運転サイクルの
第１の部分の間に、熱中性子（slow neutrons）
を選択的に吸収する物質（典型的には、劣化ウラ
ンのような、熱中性子の作用で核分裂性物質に変
換されうる燃料親物質）のロツド クラスタを炉
心の中へ導入することが提案された。このように
して、中性子をスペクトルの硬化は、炉心内の減
速材の体積の減少と低エネルギ中性子の吸収との
両方により生じる。原子炉の運転サイクルの第２
の部分において、非核分裂性の熱中性子の吸収を
妨げるロツド クラスタが原子炉の炉心から引き
出され、第１段階の間に燃料集合体の中に入られ
た核燃料内の核分裂性物質が消費される。例えば
ヨーロツパ特許出願第108019号と第108020号を参
照されたい。

このような原子炉においては、炉心を形成する
燃料集合体の中へより大きい程度に又はより小さ
い程度に挿入されて炉心を制御しうる中性子吸収
ロツドのクラスタと、運転サイクルの第１部分の
間に、炉心を形成する燃料集合体の中へ完全に挿
入されるスペクトル シフト クラスタとから構
成された継手が使用される。詳しくは、制御クラ
スタとスペクトル シフト クラスタとが、同じ
炉心集合体と関連づけされ、共通の動力設備付き
駆動装置と関連づけられる。

ヨーロツパ特許出願第111435号は、共通軸線上
にある制御クラスタとスペクトル シフト クラ
スタとを組み込んだ装置を説明しており、各クラ
スタは、関連する燃料集合体内のロツドの分布の
回転対称を示している。クラスタの移動は、流体
漏れのない包囲体に沿つて直線状に移動可能の２
つの共通軸線の制御軸により行なわれ、この制御
軸は、複数の位置でこの軸をロツクするための装
置を備えている。制御クラスタに結合された各軸
は、電磁コイルとを爪と含む従来の装置により駆
動される。他方において、スペクトル シフト
クラスタを制御するための各軸は、制御クラスタ
の軸の内側で同軸線に取付けられているが、制御
軸内に滑動可能に収容されたピストンを含み、こ
のピストンは、流体漏れのない包囲体の上方部分
の圧力解放のための弁を開くことにより上方へ動
かされ、制御軸は包囲体に沿つて移動可能であ
る。スペクトル シフト軸は、その最高位置にお
いて、スペクトル シフト軸内の溝の中へ係合す
る指状部により制御クラスタ軸に結合することが
できる。

このような微細制御装置は一般に満足なもので
あるけれども若干の欠点がある。スペクトル シ
フト軸は制御軸の運動を受けるので、両方の軸の
運動は完全には独立でない。従つて、スペクトル
シフト クラスタは、その挿入が好ましくない
ときでさえも部分的に挿入される。

フランス特許第2168564号は、案内管と関連付
けられた燃料集合体を開示しており、この案内管
に沿つて複数のクラスタ制御軸が独立に滑動す
る。これらのクラスタのロツドは、燃料集合体内
のロツドの分布のパターンに関して回転対称に分
布されている。この装置は、種々の制御軸の案内
と移動中の完全な分離と燃料集合体内のロツドの
均一な分布とを与えるけれども、特に、容器の内
側及び外側に位置決めされ且つ各制御軸と関連づ
けられた制御案内装置の要件のために非常にかさ
高いという欠点がある。このような軸のための油
圧及び電気機械的な駆動装置の説明の代りに、フ
ランス特許第2232820号を引用する。

本発明の目的は、上述の欠点を克服することで
ある。

本発明のより特定的な目的は、異なる機能をも
つ複数のクラスタによつて原子炉の炉心の微細な
制御をするための装置であつて、かさが小さく、
クラスタとそれと関連する案内装置とを制御する
ための軸が相互に完全に独立である、制御装置を
提供することである。

この目的のために、加圧流体（典型的には加圧
水）を入れる容器と、加圧流体中に浸漬された炉
心とを有し且つ複数の垂直に配列された燃料集合
体を組み入れた原子炉の炉心の微細制御装置は、
前記燃料集合体のうちのいくつかの中へ案内され
且つ任意の深さに挿入されるように配列された中
性子吸収材を含む第１組のクラスタと、炉心の運
転サイクルの一部においてのみ前記燃料集合体の
いくつかの中へ案内され且つ完全に挿入されるよ
うに配列されたスペクトルシフトクラスタである
第２組のクラスタとを包含する。クラスタの各々
は、互に平行に配列された一群のロツドからな
り、このロツドは、ロツドを案内するための案内
構造体の内側で燃料集合体に沿つて垂直に移動し
うるように配列されている。各クラスタは、案内
構造体の内側に位置決めされた案内管の内側で該
案内管に沿つて移動しうる上方キヤリヤを有す
る。このキヤリヤは、垂直に移動しうる駆動軸と
固着している。中性子吸収材を含む第１組のクラ
スタを制御する軸を動かすための装置は、従来の
ものでよく、電磁コイルと爪とを有する。スペク
トルシフトクラスタである第２組のクラスタの駆
動軸を動かすための装置は油圧式である。この駆
動軸の各々は、容器と連通する流体漏れのない包
囲体内を移動し、この包囲体は、その上端で部分
的に減圧することができる。第２組のクラスタを
駆動する軸を高い位置で個々にロツクし、そして
それらの軸のロツクを外すための装置が設けられ
る。

本発明の１つの局面によれば、側面を接する各
２つのうちの１つの燃料集合体が、２つの非対称
的なクラスタ即ち第１組のクラスタ及び第２組の
クラスタと関連づけされる。２つのクラスタの案
内管は、燃料集合体と関連づけられた同じ案内構
造体の軸線に関して対称に配列されている。クラ
スタのキヤリヤを案内し且つ動かすため装置は互
いに独立である。

燃料集合体と関連づけられた案内構造体は、典
型的に多角形の形状である。

本発明の特定の特徴によれば、各クラスタの駆
動軸とキヤリヤとにより形成された集合体は、案
内管の内側で前記集合体を案内するためのスライ
ド ブロツクを備えている。

本発明のもう１つの特徴によれば、案内管は、
案内構造体の軸線に垂直な案内板又は隔壁により
案内構造体の内側で適所に保持され、案内構造体
の軸線に沿つて延びる少くとも１つの垂直のスペ
ーサ ロツドを備えている。

本発明の特定の実施態様において、第２組のク
ラスタと関連づけられた各駆動軸を“高い”位置
でロツクし、その駆動軸のロツクを解くための装
置は： (1) 包囲体の内側に固定されたケーシングに枢着
され、制御軸内の溝の中に係合しうる２つの爪
と； (2) ２つのカムを形成した回転可能なブツシユで
あつて、一方のカムは爪を開くためのものであ
り、他方のカムは爪を閉じるためのものであ
る、ブツシユと； (3) 駆動軸の軸線移動に応答してブツシユを回転
させるための装置と； を包含する。

好ましくは、制御軸が軸線方向に移動するとき
ブツシユを回転させるための装置は、軸線方向に
移動しうるはめ筒を含み、このは筒は、回転しう
るブツシユ上の傾斜した当接面と協働する２つの
スタツドと、制御軸が上昇移動するとき制御軸の
面取り部が当接する肩部とを有する。

異なる機能をもつクラスタが、微細制御クラス
タとスペクトル シフト クラスタとである、本
発明による制御装置の実施態様を、添付図面を参
照して実施例として以下に説明する。

第１図を参照すると、加圧水型原子炉の容器２
内の燃料集合体が示されている。燃料集合体１は
２つの移動しうるクラスタ（clusters）即ち集束
体３，４と関連付けられ、クラスタ３は中性子吸
収ロツドを有する制御クラスタであり、クラスタ
４は、例えば燃料親物質のスペクトル・シフト・
クラスタである。クラスタ３と４のロツドは夫々
のキヤリヤ５と６に固定されている。キヤリヤ５
と６は、夫々の割り案内管７と７′内に収容され、
案内管の軸線に沿つて直線状に移動可能である。
各キヤリヤ５又は６は、駆動軸８の端に固く結合
されている。駆動軸８は、電磁コイル１０と爪１
０′とを有する従来の駆動装置を備え、この電磁
コイル１０と爪１０′は、ヨーロツパ特許出願第
111435号に記載されているものと同様であるので
ここでは詳述しない。

駆動軸９は、水密包囲体即ち外被１１の内側を
該水密包囲体１１に沿つて移動可能であり、水密
包囲体１１は、その下端で容器２と連通してい
る。駆動軸９の上昇移動は、ソレノイド弁１２を
開くことにより包囲体１１の上部を部分的に減圧
することにより生じた上向きの水圧力により生じ
させることができる。駆動軸の自重による下降移
動は、弁１２を再び閉じたときに生ずる。駆動軸
９の上端をつかんでロツクするための装置が１３
の所に設けられている。このロツク装置１３を第
４図〜第１２図を参照して詳細に説明する。

案内管７と７′は、燃料集合体１の上方に配置
された案内構造体１４の内側に位置決めされ、案
内構造体１４の軸線に垂直な案内板１５により適
所に保持され、案内板１５は案内構造体１４の内
側に数個所の水準に配置されている。第３図にお
いて、案内板１５がスタツド１６により保持さ
れ、案内構造体１４の外側ケーシングと案内板１
５との間に周囲の隙間が存在する。案内構造体１
４の中央部において、３つの補強締付け棒１７が
案内板１５の間隔を維持している。

再び第１図において、キヤリヤ５と６は一対の
スライド ブロツク１８を備え、このスライド
ブロツク１８は、張出しによる力を受け、クラス
タ３と４のロツドの偶然の移動と捩れを制限し、
それによつて案内板１５とのこすり接触によるロ
ツドの摩耗を避ける。

第２図を参照すると、原子炉の炉心の燃料集合
体の格子を示してあり、この格子は、２つのうち
の１つの燃料集合体に一対のクラスタを設けてあ
る。燃料集合体１と関連付けられた案内構造体１
４は六角形の形状を有する。ハツチングをつけた
円はスペクトル シフト クラスタ４の案内管
７′を指し、ハツチングを付けていない円は制御
クラスタ３の案内管７を指す。六角形の案内構造
体１４と関連づけられたこれらの燃料集合体の間
に挿入された炉心集合体は、吸収ロツドも燃料親
物質ロツドも受入れないが、然し炉心集合体内の
案内管を閉じるプラグ（図示せず）のクラスタを
受入れる。このプラグは、クラスタを持つていな
い燃料集合体を通しての冷却材による炉心の迂回
を避けるためのものである。

再び第３図を参照すると、クラスタ３と４のキ
ヤリヤ５と６が案内構造体１４内に示されてい
る。案内構造体１４のケーシングの壁のうちの４
つの即ち切り子面１９は、その外側表面にある凹
みのためにより薄くなつている。従つて、冷却剤
の移送と循環のためにケーシングの外側で利用し
うる空間が増大する。各クラスタ３又は４は、２
つのキヤリヤ５と５の軸線を含む対称の平面を有
するが、然し関連する駆動軸に結合された夫々の
キヤリヤ５又は６の延長の軸線に関して回転対称
をもたない。クラスタ３と４はキヤリヤ５と６と
共に、案内構造体１４の内側の空間の全体を通し
て分配されている。

第４図を参照して説明する。スペクトル シフ
ト制御軸９を高い位置でつかんでロツクし、この
軸のロツクを外すための装置が、水密包囲体１１
内の上部に配置されている。この装置は、２つの
球軸受２２と２３を介してケーシング２１内に回
転可能に受入れられた中空円筒形ブツシユ２０を
有する。ケーシング２１は包囲体１１に固く結合
されている。ケーシング２１の下方部分２４は、
ブツシユ２０の内側に収容され、下方部分２４に
固定された軸２６に枢着された一対の爪２５を支
持している。各爪２５の斜めの下方指状部は、駆
動軸９の円形溝２８の中へ係合するように寸法決
めされている。

ブツシユにより支持された２つの環状カム２９
と３０は、中空ブツシユ２０のその軸線の周りの
回転に応答して爪２５をその軸線２６の周りにロ
ツクするように形作られている。

ブツシユ２０を回転させるための装置は、一組
の上側傾斜表面３１を有する。傾斜表面３１は、
はめ筒３３に固定されたスタツド３２と協働し、
はめ筒３３は、ソレノイド弁１２を開くことによ
り駆動軸９が上昇するとき駆動軸９により水密包
囲体１１の軸線に沿つて軸線方向に滑働可能であ
る。駆動軸９に面取りされた肩部３４が形成さ
れ、肩部３４の大きさは、駆動軸９が包囲体１１
の上方部分の減圧により生じた上向きの力を受け
るとき肩部３４がはめ包３３に当接してはめ包３
３を上方へ押しやるような寸法である。はめ筒３
３は、ばねにより下方へ片寄りされ、ばね３５
は、駆動軸９に及ぼされる力と反対方向の衝撃吸
収力をはめ筒３３に及ぼしている。回転可能なブ
ツシユ内に機械加工された傾斜表面３１は、スタ
ツド３２をブツシユに関して何れかの方向へ軸線
移動させると、ブツシユ２０の回転を生じさせ、
従つて環状カム２９と３０の回転を生じさせるよ
うな表面である。固定されたケーシング２１内に
形成された開口部３６は、スタツド３２の縦移動
を可能とするが、その回転を防げる。

第４図において、駆動軸９は、それぞれがソレ
ノイド弁１２の開放による上向きの力ｆで持上げ
られる間の中間の位置で示されている。溝２８は
なお爪２５の水準より下にある。爪２５が開いて
おり、駆動軸９を自由に動きうるようにしてい
る。スタツド３２が静止しているので、ブツシユ
２０はその停止位置に留まつている。面取りされ
た肩部３４が、はめ筒３３に当接してはめ筒３３
とスタツド３２を上昇させ始めるとき、スタツド
３２は傾斜表面即ちランプ３１の部分３７（第１
２図）に沿つて移動し、ブツシユ２０が回転し始
める。スタツド３２が部分３７の全長に沿つて移
動し終つたとき、ロツク装置が第５図に示すよう
になる。爪２５はカム３０により閉じられ終つて
おり、ピン２７は、駆動軸９に形成された円形溝
２８の中に入つている。

爪２５を開閉するためのカム２９と３０の作用
をより完全に理解するために第８図〜第１１図を
参照して説明する。第８図は第５図のBB線に沿
う断面図であつて上側カム２９の輪郭を示してお
り、他方第９図は第５図のCC線に沿う断面図で
あつて下側カム３０の輪郭を示している。第１１
図において、両方のカムの輪郭が重ねられてお
り、回転可能なブツシユ２０の各回転運動に基き
どのカムが爪２５に作用するかを理解できるよう
にしている。第１０図は、第５図のDD線に沿う
断面図であり、ケーシング２１内の爪２５とその
爪の軸２６を示している。

駆動軸９が第５図に示す位置にあるとき、ソレ
ノイド弁１２は締められている。次に、軸９は下
方へゆつくり動く。何故ならば、軸９が落下する
ためには、軸９と包囲体１１との間の狭い隙間か
らなる制限された流路に沿つて加圧水が流れるこ
とを必要とするためである。駆動軸９の位置が爪
２５の軸２６に関して第６図に示す位置にあると
き、駆動軸９は止められている。そのとき駆動軸
９は“高い”位置にロツクされる。第５図の状態
と第６図の状態との間のスタツド３２の移動は、
斜面３８に沿つて行なわれ、スライドが第１２図
にP6で示す水準にあるときこの移動は終了する。
軸９はそのときロツクされる（第１２図にP4、
P5及びP7として夫々示されている水準が、第４
図、第５及び第７図の位置に対応している）。

例えば運転サイクルの最初の部分の間に中性子
スペクトルをシフトさせるためにクラスタ４を下
へ動かして燃料集合体１の中へ挿入することを望
むとき、ソレノイド弁１２が再び一時的に開かれ
る。駆動軸９は、包囲体１１内の部分的な減圧に
より生じた上向きの力により上へ押しやられる。
駆動軸９の面取りされた肩部は再びはめ筒３３に
当接する。スタツド３２は、再び斜面３９に沿つ
て移動し、回転可能なブツシユ２０を回転させ
る。カム２９は、最終的に第７図に示す開いた位
置にある爪２５の上部に影響するようになる。

第１２図において、スタツド３２は、P7とし
て示す領域にある。次に、駆動軸９を落下させる
ために、ソレノイド弁１２が閉じられる。装置が
再び第４図の位置にあり、スタツド３２が斜面４
０に沿つて移動し終る。

第１２図に示す参照文字に対応する参照文字
P4、P5、P6とP7が第１１図に記入されている。
従つて、引用された各位置における爪２５に対す
るカム２９、３０の相対位置を第１２図に見るこ
とができる。

本発明の制御装置は、炉心の運転サイクルの一
部分の間にスペクトル シフト クラスタ４を完
全に挿入することを可能ならしめ、且つ運転サイ
クルの残余の部分の間クラスタ４を“高い”位置
にロツクしたまま維持することを可能ならしめ、
他方制御クラス３は炉心の中へ任意の深さに挿入
可能である。クラスタ３と４の運転は、互に完全
に独立である。例えば、クラスタ４のロツドを燃
料集合体１の中へ全く挿入することなく、クラス
タ３を集合体１の中へ僅かに挿入することができ
る。

本発明による制御装置は、２つの駆動軸８と９
を有するにすぎないので、かさ高にならない。ク
ラスタ４を形成するすべてのスペクトル シフト
ロツドは単一の駆動装置９，１３により操作さ
れ、クラスタ３を形成するすべての制御ロツドも
また単一の制御装置８，１０，１０４により動か
される。容器２のカバー上での制御装置の配置
は、装置を設置し、組立て且つ冷却するのに必要
とされる付属機器と両立しうる均一な多角形の網
状組織を形成する。

更に、案内構造体１４の各々の外側輪郭は、冷
却剤の水平移送を可能とし且つ容器上に分配され
た半径方向出口への過大な熱損失なしに取替えう
るような輪郭である。

本発明は、実施例として上述した特定の実施態
様に制限されるものではなく、種々の修正態様が
可能である。例えば、スペクトル シフト クラ
スタの駆動軸をつかんでロツクするための装置
は、修正可能であるのは勿論であり、例えば、軸
線方向にのみ滑動可能で且つ爪に直接に作用する
ブツシユを組み込むことができる。スライド ブ
ロツク１８は、キヤリヤ５又は６により支持さる
のみでなく他の部品によつても支持することがで
きる。また、スライド ブロツク１８は、キヤリ
ヤ５又は６上に配置された第１スライド ブロツ
クと、キヤリヤ５又は６を延長する駆動軸８又は
９上に配置された第２スライド ブロツクとから
なることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、燃料集合体の軸線断面図で、２つク
ラスタが燃料集合体と関連付けられている。２つ
のクラスタは、本発明による同じ案内構造体の内
側で軸線方向に移動しうる制御クラスタとスペク
トル シフト クラスタとである。第２図は、ク
ラスタを案内するための構造体の水準における原
子炉の炉心の半径方向断面図で、側面を接する２
つの集合体のうちの１つの集合体は第１図に示す
タイプのものである。第３図は、第１図の線Ａ−
Ａに沿う拡大断面図である。第４図は、第１図の
スペクトル シフト クラスタの駆動軸を高い位
置でつかんでロツクしそしてロツクを外すための
装置の縦断面図で、駆動軸は、爪を働かせないよ
うにしてロツクを外した位置で示されている。第
５図は、爪が閉じられているが、軸が完全にはロ
ツクされていないときの第４図に類似の図であ
る。第６図は、駆動軸を完全にロツクしたときの
第５図の駆動軸と爪を示す。第７図は、爪を開い
ているが、関連する燃料集合体の中へ駆動軸の下
降移動を開始する前の第５図の爪と軸を示す。第
８図は、回転可能なブツシユの上側（爪が開いて
いる）カムの領域における第５図のＢ−Ｂ線に沿
う断面図である。第９図は、下側（爪が閉じてい
る）カムの領域における第５図のＣ−Ｃ線に沿う
断面図である。第１０図は、爪の軸の領域におけ
る第５図のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。第１１
図は、上側カムの輪郭と下側カムの輪郭とを重ね
た概略図である。第１２図は、第５図の回転可能
なブツシユ内に形成された傾斜表面の平面投影図
である。 １……燃料集合体、３，４……クラスタ、１４
……案内構造体、５，６……キヤリヤ、１３……
ロツク装置、８，９……駆動軸、７，７′……案
内管、１７……締付けロツド、１５……案内板、
２５……爪、２６……爪の軸、２０……ブツシ
ユ、３２……スタツド、３３……はめ筒、２１…
…ケーシング、３０……カム、２８……溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧力流体を入れる圧力容器の炉心とを有する
   原子炉の制御装置において： 前記容器内に入れられた流体中に浸漬された複
   数の垂直に配列された隣接する燃料集合体と； 前記燃料集合体のいくつかの中へ案内され且つ
   任意の深さに挿入されるように配列された中性子
   吸収材を含む第１組のクラスタと； 炉心サイクルの一部の間においてのみ、前記燃
   料集合体のいくつかの中へ完全に挿入されるよう
   に配列されたスペクトルシフトクラスタである第
   ２組のクラスタと； を含み、 前記クラスタの各々は、互に平行に配列され且
   つ案内構造体の内側で垂直に移動可能にロツドの
   束を含み、前記ロツドが案内構造体の中に位置決
   めされ且つ垂直可動駆動軸により延長された案内
   管に沿つて該案内管の内側で滑動しうるキヤリア
   に固定されていることと； 中性子吸収材を含む第１組のクラスタの駆動軸
   を動かすための装置が電磁式であり、スペクトル
   シフトクラスタである第２組のクラスタの駆動軸
   を動かすための装置が液圧式であることと； 第２組のクラスタの前記駆動軸の各々が、容器
   と連通し且つ減圧装置を備えた流体漏れのない細
   長い包囲体に沿つて移動可能であることと； 第２組のクラスタの駆動軸を十分に除去された
   位置でロツクし且つロツクを解くための装置が設
   けられていることと； 前記制御装置が、側面を接する２つの燃料集合
   体のうちの一方の燃料集合体に対応して、第１組
   の１つのクラスタと第２組の１つのクラスタとを
   有し、クラスタの案内管が、燃料集合体と関連づ
   けられた単一の案内構造体の軸線に関して対称に
   配列され、２つのクラスタを案内し且つ動かすた
   めの装置が、互に完全に独立であり、他方の燃料
   集合体にはクラスタがないこと； を特徴とする原子炉の制御装置。 ２ 燃料集合体と関連づけられた案内構造体が多
   角形の形状を有する特許請求の範囲第１項に記載
   の制御装置。 ３ 前記クラスタの各々の各キヤリアとそれと関
   連する駆動軸とが、少くとも一対のスライドブロ
   ツクを備えたユニツトを構成し、前記スライドブ
   ロツクは、案内管の内側で該案内管に沿つて前記
   ユニツトを案内するようになつている特許請求の
   範囲第２項に記載の制御装置。 ４ 案内管が、案内構造体の軸線に垂直の案内板
   により案内構造体の内側で適所に保持され、安定
   板が案内構造体の軸線に沿つて延びる少くとも１
   つの垂直締付けロツドを備えている特許請求の範
   囲第１項に記載の制御装置。 ５ 第２組のクラスタの各々の駆動軸を高い位置
   でロツクし、前記駆動軸のロツクを解くための装
   置が； 前記包囲体の内側に固定されたケーシングに固
   定された軸を有し、駆動軸内に形成された溝の中
   に係合しうる２つの爪と； ２つのカムを嵌めた回転可能のブツシユであつ
   て、カムの一方は爪を開くことが可能であり、他
   方のカムが爪を閉じることができる、回転可能の
   ブツシユと； 駆動軸が軸線方向に動くとき回転可能ブツシユ
   を回転させるための装置と； を包含する特許請求の範囲１項に記載の制御装
   置。