JPH0638112B2 - 自己作動型制御棒駆動機構 - Google Patents

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
磁石のコイルを遮蔽プラグの上方に設置するとともに、
その磁気回路の一部に温度感知磁性材料を使用し、冷却
材温度の異常上昇によりその飽和磁束密度が低下するこ
とを利用して制御棒を解放し落下させる制御棒駆動機構
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が開始する。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
るため炉停止の応答性並びに信頼性の点で問題があっ
た。

これらの問題を解決するため、炉内に温度スイッチを設
け、その信号により直接制御棒を駆動する構成が提案さ
れた（例えば特開昭６０−１２７４９３号公報参照）。
ここで炉内の異常を検出する温度スイッチとしては、複
数の異種金属による熱膨張量の差を利用して接点をオン
−オフ制御する方式が採られている。

しかしこの技術では、温度スイッチは炉心近傍に設置さ
れているため放射線照射の影響を受け信頼性の点で問題
がある。また冷却材中に浸漬されているから、ステンレ
ス管内には漏洩検出器を取り付け液体冷却材の侵入の有
無を検知しなければならず、機構的にも複雑になる。

そこでこのような問題を解決できるものとして、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冷却材温度
が異常に高くなった時に飽和磁束密度が低下するアモル
ファス磁性合金を組み込んだ自己作動型制御棒駆動機構
が提案された（特開昭６３−１９５９３号公報参照）。
ここで電磁石は制御棒を昇降駆動する駆動軸の下端に取
り付けられている。

［発明が解決しようとする課題］ 前記のように従来構成の自己作動型制御棒駆動機構で
は、冷却材温度の異常上昇時に制御棒を解放し落下させ
るための電磁石（コイルおよび磁気回路）は全て原子炉
内の冷却材中に位置している。

原子炉が金属ナトリウムを冷却材とする高速炉のような
場合には、冷却材ナトリウム温度は２００〜６００℃程
度もの高温状態となる。従って電磁石のコイルもそのよ
うな高温に耐え得るものでなければならない。

しかし冷却材温度が比較的低い場合はともかく、６００
℃もの高温で長期間にわたって使用できる信頼性の高い
コイルは未だ開発途上にある。そのため上記従来技術は
特に高温の冷却材を使用する原子炉には現在のところ適
用できない。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、外部からの操作力や信号に依存せずに原子炉を安全
に停止することができ、構造が単純で、しかも高温の金
属ナトリウムを冷却材として用いるような原子炉にも十
分対応することができるような信頼性の高い自己作動型
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材料が使用されている構成
の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、電
磁石のコイルは遮蔽プラグの上方に設置され、駆動軸の
下端に磁性吸着部が設けられており、前記の磁気回路
は、上端で連結され下端が開放されていて駆動軸を包む
ように垂設されている磁性部材と、それに対して摺動す
る前記磁性吸着部と、制御棒上端の磁性ハンドリングヘ
ッドからなり、前記温度感知磁性材料は、その磁気回路
の冷却材中で且つ該磁気回路を横切る位置に組み込まれ
ている。

例えば駆動軸を非磁性材料で作成し、該駆動軸を包むよ
うに垂設されている磁性部材は、断面円弧状をなし互い
に対向する如く配設された一対の温度感知磁性材料から
なり、磁性吸着部に対して相対的に摺動可能な構成とす
るのが望ましい。

［作用］ 本発明では電磁石のコイルは冷却材中ではなくて遮蔽プ
ラグの上方に設置されているから、周囲温度は比較的低
く、特に高温に対する考慮を必要としない。そのため一
般的な電磁石コイルでも使用可能となる。

通常運転時においては、温度感知磁性材料は強磁性を呈
し、コイル電流によって発生する磁束が磁気回路を通
り、磁性吸着部によって制御棒上端の磁性ハンドリング
ヘッドを磁気的に吸着して該制御棒が保持する。従って
その状態で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
は温度感知磁性材料の飽和磁束密度が急激に低下し、形
成されていた磁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する。

このように本発明では原子炉の冷却材温度の異常上昇を
物理現象として感知し、外部の各種制御機を介すること
なく自己作動で制御棒を直接駆動することができる。

［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、同図Ａは制御棒を吸着保持し
ている状態を、同図Ｂは制御棒を解放した状態をそれぞ
れ示している。また本発明の要部を第２図に、そのIII
−III断面を第３図に示す。

第１図Ａに示すように、上部に磁性ハンドリングヘッド
１０を有し内部に中性子吸収体１２を有する制御棒１４
が、炉心内の制御棒案内管１６の上方に位置し、制御棒
保持機構により保持される。制御棒保持機構は、上部案
内管１８内を挿通するように設けられた駆動軸２０と電
磁石２２等からなり、ケーブル（図示せず）によって電
源から励磁電流が供給され、励磁された電磁石２２が磁
性ハンドリングヘッド１０を吸着して制御棒１４を保持
する構成である。

駆動軸２０は非磁性材料からなり、その上部にはボール
ナット２４が取り付けられ、該ボールナット２４はボー
ルネジ２６の噛み合い、ボールネジ２６の上端は駆動モ
ータ２８に結合されている。原子炉の通常運転時には駆
動モータ２８を作動させることにより、制御棒１４を上
下させ出力調整を行う。炉内になんらかの異常が生じ温
度が上昇した場合、制御棒保持機構が自己作動し、それ
によって第１図Ｂに示すように制御棒１４が切り離され
て重力で落下し原子炉を停止させる。

さて本発明の特徴は制御棒保持機構における電磁石２２
の構成にある。本発明ではコイル３０は遮蔽プラグ３２
の上面に位置する。そしてコイル３０の設置位置近傍か
ら遮蔽プラグ３２を貫通し冷却材３４中に達するように
磁気回路が設けられ、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
度感知磁性材料が使用されている。

本実施例では磁気回路は、第２図及び第３図に詳細に示
されている如く、駆動軸２０を包むようにそれに沿って
垂設されている一対の磁性部材３６ａ，３６ｂと、それ
らの上部を連結する上部連結部３８と、非磁性駆動軸２
０の下端に設けられている円弧状の一対の磁性吸着部４
０ａ，４０ｂを有する構成である。ここで駆動軸２０を
包むように垂設されている磁性部材３６ａ，３６ｂは前
記磁性吸着部４０ａ，４０ｂの外周面に沿うような断面
円弧状で長尺状をなし温度感知磁性材料から構成されて
おり、磁性吸着部４０ａ，４０ｂに対して相対的に摺動
可能となっている。コイル３０は前記のように遮蔽プラ
グ３２の上面位置で各磁性部材３６ａ，３６ｂにそれぞ
れ巻き付けられている。磁性部材３６ａ，３６ｂを構成
する温度感知磁性材料は、例えばアモルファス磁性合金
等であり、一定の温度（キュリー点）以上に達した時
に、その飽和磁束密度が急激に低下する性質を持つもの
である。ここではそのキュリー点が原子炉冷却材の異常
温度に対応するような材料を選定する。

通常運転時の状態は第１図Ａ及び第２図に示す通りであ
る。電源（図示せず）からコイル３０に通電することに
よって励磁され、磁性部材３６ａ、上部連結部３８、磁
性部材３６ｂ、磁気吸着部材４０ｂ、磁性ハンドリング
ヘッド１０、磁気吸着部材４０ａからなる閉磁路が構成
される。これによって制御棒１４が吸着保持される。こ
の状態で駆動軸２０を上昇させれば制御棒１４が引き上
げられ原子炉は運転状態に入る。

さて万一、原子炉運転中に冷却材の流量喪失等の異常が
発生した場合には原子炉内の冷却材温度が上昇する。そ
れに伴って磁気回路を構成している磁性材料の温度も上
昇する。この温度上昇が磁性部材３６ａ，３６ｂのキュ
リー点を超えるとその飽和磁束密度が急激に低下し強磁
性体から常磁性体に変化する。このためコイル３０への
通電が継続されている状態でも磁路が自然に開き、磁気
吸着部材４０ａ，４０ｂと磁性ハンドリングヘッド１０
との間での吸着力が失われてハンドリングヘッド１０が
自動的に切り離され、制御棒１４は第１図Ｂに示すよう
に落下し原子炉は停止する。

制御棒１４が落下して原子炉が停止すると炉内温度も低
下する。炉内温度が磁性部材３６ａ，３６ｂのキュリー
点よりも低下すればそれらの部材は再び強磁性体に戻
る。駆動モータ２８によって駆動軸２０及びそれに取り
付けられている磁性吸着部４０ａ，４０ｂを制御棒１４
頂部の磁性ハンドリングヘッド１０まで降下させ、更に
別の駆動装置（図示せず）で磁性部材３６ａ，３６ｂを
降下させて閉磁路を形成できるようにすると、再び制御
棒１４を吸着保持することができ、前記の各駆動装置に
より所定の位置まで引き上げることができる。

以上本発明の好ましい一実施例について詳述したが、本
発明はこのような構成のみに限定されるものではない。
磁気吸着部材を温度感知磁性材料で構成してもよいし、
磁性ハンドリングヘッドをそのような温度感知磁性材料
で構成してもよい。また磁気回路の構成は上記以外の様
々な変形が可能である。

［発明の効果］ 本発明は上記のように制御棒を吸着保持するための電磁
石コイルを遮蔽プラグの上方に設置しているため該コイ
ルの周囲温度は比較的低く、そのためナトリウム冷却型
の原子炉のように冷却材温度が高い場合でも高温に対し
て特別な考慮を払う必要がなく、一般的な電磁石コイル
を使用できるため容易に実現可能となる。またそのため
システムとしての信頼性が高まりメンテナンス性も良好
となる効果がある。

更に本発明は基本的に外部からの操作力や信号に依存せ
ずに直接的に原子炉を停止できるような自己作動型であ
るから、システム全体としての構成が簡素化され、外部
機構の故障等による信頼性の低下や信号伝達経路の複雑
化のために応答性が悪くなること等を回避でき、極めて
安全性が高くなる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ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、第２図はその要部を示す説明
図、第３図はそのIII−III断面図である。 １０……磁性ハンドリングヘッド、１４……制御棒、２
０……駆動軸、２２……電磁石、３０……コイル、３２
……遮蔽プラグ、３４……冷却材、３６ａ，３６ｂ……
磁性部材、３８……上部連結部、４０ａ，４０ｂ……磁
性吸着部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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材料が使用されているも
   のにおいて、前記電磁石のコイルは遮蔽プラグの上方に
   設置され、駆動軸の下端に磁性吸着部が設けられてお
   り、前記の磁気回路は、上端で連結され下端が開放され
   ていて駆動軸を包むように垂設されている磁性部材と、
   それに対して摺動する前記磁性吸着部と、制御棒上端の
   磁性ハンドリングヘッドからなり、前記温度感知磁性材
   料は、その磁気回路の冷却材中で且つ該磁気回路を横切
   る位置に組み込まれていることを特徴とする自己作動型
   制御棒駆動機構。
2. 【請求項２】駆動軸は非磁性材料からなり、該駆動軸を
   包むように垂設されている磁性部材は断面円弧状をなし
   対向して配置された一対の温度感知磁性材料からなり、
   磁性吸着部に対して相対的に摺動可能となっている請求
   項１記載の自己作動型制御棒駆動機構。