JPH0854486A - 高速炉用制御棒駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子炉容器の構造を簡略化した場合に、高温
環境下で原子炉のナトリウム雰囲気と制御棒駆動装置の
上部機構とを隔離できるシール手段を備えた高速炉用制
御棒駆動装置を提供する。 【構成】 延長管１１を貫通させる原子炉容器の内外連
通部分に、内周面が延長管１１の外周面を取り囲む密封
用中空部材１５を設け、この密封用中空部材１５の中空
部に流体を供給する配管１６を接続し、密封用中空部材
１５の内周部を、配管１６が供給する流体圧によって膨
出してその内側に配設したシール材２４を延長管１１の
外周面に圧着させる薄肉構造２３とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速炉用制御棒駆動装置
に係り、特に原子炉容器の断熱構造の簡略化による高温
雰囲気において、延長管を貫通させる原子炉容器の内外
連通部分のシールが可能な高速炉用制御棒駆動装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】核連鎖反応に必要な核分裂性物質を、核
原料物質に高速中性子を吸収させることによって増殖さ
せる高速増殖炉（以下高速炉と略称する）においては、
中性子を吸収する材料からなる制御棒を炉心に挿入ある
いは抜出すことによって炉心の反応速度を制御してい
る。

【０００３】この制御棒はラッパ管内に植設した複数本
の吸収ピンの上下端部を格子板によって支持したもの
で、ラッパ管の上部には掴み部が形成されている。この
制御棒は原子炉容器の上部から吊り下げられた延長管の
下端部に把持され、炉心領域で挿入したり、引き抜いた
りして中性子の吸収量を変化させる。

【０００４】炉心で異常事態が発生した場合は、炉心内
に制御棒を急速に挿入して核反応を停止させる。この炉
心への制御棒の急速な挿入は、制御棒駆動装置の動作、
あるいは重力の作用により行う。制御棒駆動装置は、原
子炉の燃料交換時に安全のために制御棒を炉心領域に完
全に挿入し、その状態で制御棒を切り離して炉上部機構
を移動させられるように構成されなければならない。

【０００５】上記制御棒の挿入、引き抜き、切り離し等
を行う制御棒駆動装置としては、従来から種々の形式の
ものが提案されており、以下にその一例を説明する。

【０００６】図４は、従来の制御棒駆動装置を制御棒お
よび炉心を含めて示している。

【０００７】図４において、原子力圧力容器の上部開口
を閉塞する遮蔽プラグ３１の貫通孔３２には、円筒状の
上部案内管３３が挿着されている。この上部案内管３３
は、フランジ部３３ａで遮蔽プラグ３１に固定されてい
る。上部案内管３３の上部はハウジング３４に接続さ
れ、ハウジング３４の内部にはモータ３５が取り付けら
れている。

【０００８】上部案内管３３の下端部は、原子炉容器内
の液体ナトリウム３６内に没入しており、その内部には
延長管３７が挿入されている。延長管３７の上端部は連
結・切離しを行う上部連結機構部３８に連結され、この
上部連結機構部３８の上部にはナット用連結部材３９が
固定されている。ナット用連結部材３９上には複数のナ
ット４０が固定されており、各ナット４０にはモータ３
５によって回転駆動されるスクリューネジ４１がねじ込
まれている。

【０００９】延長管３７の下端部は下部結合機構部４２
を介して炉心４３内に植設された下部案内管４４内の制
御棒４５上部のハンドリングヘッド４６と機械的に連結
されている。

【００１０】上記構成により、モータ３５を回転する
と、スクリューネジ４１が回転し、ナット４０とナット
用連結部材３９が上下に移動し、これに接続した延長管
３７と制御棒４５も一体となって上下に移動する。この
延長管３７の上下動を許容し、かつ、原子炉容器用のナ
トリウム雰囲気と制御棒駆動装置の上部機構とを隔離す
るために貫通孔３２近傍の上部案内管３３内にメカニカ
ルシール４７が設けられている。メカニカルシール４７
は、密封すべき隙間にフッ素ゴム等のシール材を圧縮し
た状態で挿入したものである。このメカニカルシール４
７の下段には、延長管３７の表面に付着したナトリウム
がシール部へ進入するのを防止するスクレーパー４８が
設けられている。

【００１１】また、図示しないが遮蔽プラグ３１には、
炉心の熱がメカニカルシール４７およびその上方の制御
棒駆動装置の上部機構等に伝わるのを防止する複雑な断
熱構造が備えられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の制御棒、駆
動装置を含む高速炉の構造では、回転プラグの構造が複
雑であり、その構造の複雑さと重量増加によって高速炉
全体の建設費が高騰せざるを得なかった。このため、回
転プラグそのものを省略し、原子炉容器の上部を鏡板と
し、制御棒駆動装置および燃料交換機を鏡板に貫設する
ことが試みられていた。

【００１３】しかし、このように原子力圧力容器の鏡板
に原子炉制御用の主要機器を取り付けて高速炉の構造を
単純化すると、従来回転プラグに設けられていた断熱構
造が簡略化されるために、制御棒駆動装置の上部構造の
スクリューネジ、連結構造部、メカニカルシール等の機
器・部材は、高温環境にさらされることになる。この温
度上昇は従来の使用温度が１５０℃前後であったのに対
して約６００℃の高温に達することが予想される。

【００１４】上記高温の雰囲気下では、従来の制御棒駆
動装置のままでは使用できないものもある。特に原子炉
容器内のナトリウム雰囲気と制御棒駆動装置の上部機構
とを隔離しているメカニカルシールは、従来はシール材
としてフッ素系ゴムを使用していたが、フッ素系ゴムの
最高使用温度は約２００℃程度であるので、６００℃近
傍の高温では、弾性あるいは耐圧性を失って、シール面
の面圧が低下し、あるいは膨張して延長管を過度に締め
付けてその上下動を妨げてしまう問題があった。

【００１５】そこで、本発明の目的は、上記従来の高速
炉用制御棒駆動装置の課題を解決し、原子炉容器の構造
を簡略化した場合に、高温環境下で原子炉のナトリウム
雰囲気と制御棒駆動装置の上部機構とを隔離できるシー
ル手段を備えた高速炉用制御棒駆動装置を提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願請求項１に係る高速炉用制御棒駆動装置は、上
端部が駆動手段に接続され、下端部が切り離し自在な結
合手段を介して制御棒に接続された延長管によって制御
棒を炉心に挿入あるいは抜出しする高速炉用制御棒駆動
装置において、前記延長管を貫通させる原子炉容器の内
外連通部分に、内周面が前記延長管の外周面を取り囲む
円環状の密封用中空部材を設け、この密封用中空部材の
中空部に流体を供給する配管を接続し、前記密封用中空
部材の内周部を、前記配管が供給する流体圧によって膨
出してその内側に配設したシール材を前記延長管の外周
面に圧着させる薄肉構造としたことを特徴とするもので
ある。

【００１７】本願請求項２に係る高速炉用制御棒駆動装
置は請求項１の制御棒駆動装置において、前記配管を外
部の流体供給源に接続し、その一部に前記密封用中空部
材の中空部の流体圧力を検出する圧力検出手段と、前記
流体圧力を調整する圧力調節用弁とを設け、前記圧力検
出手段が検出した圧力と前記圧力調節用弁の開閉とによ
って前記密封用中空部材の延長管への締付力を制御可能
に構成したことを特徴とするものである。

【００１８】本願請求項３に係る高速炉用制御棒駆動装
置は、請求項１または請求項２の制御棒駆動装置におい
て、前記駆動手段はモータからなり、このモータと、該
モータによって回転駆動されるスクリューネジと、前記
スクリューネジに螺合され、前記延長管に直接的あるい
は間接的に固定されたナットとからなる駆動部を備えて
いることを特徴とするものである。

【００１９】

【作用】本願請求項１の高速炉用制御棒駆動装置は延長
管を貫通させるための原子炉容器の内外連通部分に、内
周面が延長管の外周面を取り囲む円環状の密封用中空部
材を備えており、この密封用中空部材は、内周部が流体
圧によって膨出する薄肉構造となっているので、高温環
境の使用時では中空部材内部の流体圧を調節ることによ
り、その内周面がシール材を介して延長管の外周面を圧
縮し、これによって高温環境下でシールのための十分な
面圧を得るとともに延長管の上下動を許容する最適な締
付力を得ることができる。

【００２０】本願請求項２の高速炉用制御棒駆動装置に
よれば、上記請求項１の高速炉用制御棒駆動装置の構成
の他に、密封用中空部材への流体の供給を調節する圧力
調節用弁と密封用中空部材の内部の流体圧力を検出する
圧力検出手段を備えているので、請求項１の制御棒駆動
装置の作用の他に、上記圧力検出手段によって流体圧力
を検出しながら圧力調節用弁を開閉制御することによ
り、密封用中空部材の延長管への締付力を調節すること
ができる。これにより、延長管の上下動時および停止時
にそれぞれ最適な面圧によって原子炉容器内のナトリウ
ム雰囲気と制御棒駆動装置の上部機構とを隔離すること
ができる。

【００２１】本願請求項３の高速炉用制御棒駆動装置は
上記請求項１または請求項２の制御棒駆動装置におい
て、モータと、このモータによって回転駆動されるスク
リューネジと、スクリューネジと螺合され、延長管に固
定されたナットとからなる駆動部を有しているので、モ
ータの回転をスクリューネジとナットを介して延長管の
上下動作に変換することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明による高速炉用制御棒駆動装置
の一実施例について説明する。

【００２３】図１は、実施例の高速炉用制御棒駆動装置
の構成を炉心および制御棒を含めて示している。図１に
おいて、符号１は原子炉容器の上部鏡板を示しており、
この上部鏡板１には本実施例の制御棒駆動装置を貫設す
るための貫通孔２が設けられている。貫通孔２には、下
端部が原子炉容器の液体ナトリウム３に没入する円筒状
上部案内管４が固定されている。上部案内管４の上部の
ハウジング５の内部には、後述する制御棒駆動用のモー
タ６が設置されている。このモータ６の駆動軸はギヤ等
の動力伝達手段を介して複数本のスクリューネジ７に連
結されている。これらのスクリューネジ７は共通のナッ
ト用連結部材８上に固定されたナット９にそれぞれ螺入
されている。ナット用連結部材８の下端部は、連結ある
いは切離し動作を行う上部連結機構部１０を介して延長
管１１に接続されている。延長管１１は、上部案内管４
の内部で上部連結機構１０から吊り下げられ、その下端
部は切離し動作を行う下部結合機構部１２を介して制御
棒１３のハンドリングヘッド１４に接続されている。

【００２４】延長管１１の長さ方向の一点には、延長管
１１と上部案内管４の間の空隙を封止して原子炉容器の
ナトリウム雰囲気と制御棒駆動装置の上部機構とを隔離
する円環状の密封用中空部材１５が設けられている。こ
の中空部材１５の中空部は配管１６を介して外部のガス
供給源１７に連通されている。配管１６には、中空部材
１５の内部の流体圧を検出する圧力計１８と圧力調節用
の弁１９とが設けられている。

【００２５】密封用中空部材１５の下方の延長管１１に
付着したナトリウムベーパ等を取り除いて、中空部材１
１のシール部へナトリウムが進入するのを防止するスク
レーパ２０が取り付けられている。

【００２６】制御棒１３はハンドリングヘッド１４で下
部結合機構部１２に結合され、炉心２１内に植設された
下部案内管２２の内部を上下に移動可能に吊り下げられ
ている。

【００２７】上記構成の制御棒駆動装置において、駆動
部のモータ６を回転させると、スクリューネジ７が回転
してこれに螺合したナット９とナット用連結部材８を上
下に移動させる。ナット９とナット用連結部材８が上下
動することにより、これに連結された延長管１１と制御
棒１３が一体となって上下に移動する。炉心２１の反応
度を抑制するときは、制御棒１３を炉心２１に挿入し、
反対に炉心２１の反応度を増大させるときは、炉心２１
から制御棒１３を抜き出す方向にモータ６の回転を制御
することにより、原子炉の出力を制御することができ
る。

【００２８】また、緊急に炉の停止を行う場合には、下
部結合機構部１２を切り離し、重力の作用によって制御
棒１３を炉心２１に挿入する。このような制御棒１３の
運転操作において、密封用中空部材１５は、高温環境下
で所定のシール面圧を保って原子炉のナトリウム雰囲気
と制御棒駆動装置の上部機構あるいは原子炉容器の外側
領域とを隔離しなければならない。以下に密封用中空部
材１５の構成とその作用について詳しく説明する。

【００２９】図２は、密封用中空部材１５の縦断面を拡
大して示している。図に示すように、密封用中空部材１
５は全体としてリング形状に形成され、円環部内側は中
空構造をなし、リング中央の穴には延長管１１が貫通し
ている。リング中央の延長管１１に面している部分は薄
肉構造２３を有しており、その薄肉構造２３と延長管１
１の間の空間部には、高温雰囲気で使用可能な膨張黒鉛
などを材料とするシール材２４が挿入されている。この
シール材２４は延長管１１が上下動しても抜け出さない
ようにねじ２５と押え治具２６によって固定されてい
る。また、先に説明したように中空部材１５の中空部
は、配管１６を介して図示しない外部のガス供給源１７
に連通され、配管１６を通してガスを圧入可能に構成さ
れている。

【００３０】上記密封用中空部材１５の中空部に配管１
６からガスを圧入すると、中空部材１５の薄肉構造２３
は図３に示したように内側に膨出する。この変形によ
り、シール材２４は延長管１１の外周面に押し付けら
れ、この面圧によって延長管１１と上部案内管４の間の
空隙を密封する。

【００３１】この場合、中空部材１５内部のガス圧力が
大きすぎると延長管１１に対する締付力が大きくなりす
ぎて延長管１１が上下動作できなくなることがある。こ
のような不具合を防止するために、中空部材１５へのガ
スの負荷圧力を圧力計１８によって計測し、目標設定圧
に達すると圧力調節用弁１９を自動的に閉じるように制
御を行うことにより、延長管１１の上下動作時のシール
に発生する摺動抵抗とリーク量を最適に制御することが
できる。さらに、ガス供給源１７が圧力低下したときに
圧力調節用弁１９が直ちに閉じるように制御することに
より、ガス供給源１７が故障等した場合でも、中空部材
１５内のガス圧が保持され、密封のためのシール面圧を
維持することができる。

【００３２】上記中空部材の中空部に供給する流体とし
ては、アルゴンや窒素等の不活性ガスの他、耐熱油や液
体金属等の液体を用いることができる。液体を使用する
場合、ガス供給源１７の代わりに、液体を貯蔵して一定
の圧力の流体を供給する流体貯蔵設備を用いることがで
きる。このような流体貯蔵設備を使用すれば、中空部材
１５に供給する流体の圧力が常に一定に保持され、機械
の故障によって低下することがない。

【００３３】なお、上記中空部材１５の構造部材とし
て、耐高温性にすぐれたインコネル７１８等のニッケル
合金を用いることができる。また、上記圧力計１８は、
アナログ式の圧力計の他デジタル式の圧力検出センサー
を用いてよいことは説明するまでもない。

【００３４】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よる高速炉用制御棒駆動装置は、内部に供給された流体
の圧力によって内周面が膨出してシール材を延長管の表
面に押し付ける密封用中空部材を用いて原子炉容器内の
ナトリウム雰囲気と制御棒駆動装置の上部機構あるいは
原子炉容器の外部領域とを隔離しているので、原子炉容
器の構造を簡略してシール部を高温環境下で使用しなけ
ればならない場合でも、中空部材内の流体圧力を調節す
ることにより、シール部の摺動抵抗とリーク量を最適な
状態になるように外部から容易に調整することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高速炉用制御棒駆動装置の全体構成を
示した縦断面図。

【図２】本発明の高速炉用制御棒駆動装置の密封用中空
部材を拡大して示した縦断面図。

【図３】密封用中空部材の内周部が内部圧力によって膨
出してシール材を延長管外周面に圧着した状態を示した
縦断面図。

【図４】従来の高速炉用制御棒駆動装置の全体構成を示
した縦断面図。

【符号の説明】

４ 上部案内管 ６ モータ ７ スクリューネジ ８ ナット用連結部材 ９ ナット １０ 上部連結機構部 １１ 延長管 １２ 下部結合機構部 １３ 制御棒 １５ 密封用中空部材 １６ 配管 １７ ガス供給源 １８ 圧力計 １９ 圧力調節用弁 ２１ 炉心 ２３ 薄肉構造 ２４ シール材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上端部が駆動手段に接続され、下端部が切
   り離し自在な結合手段を介して制御棒に接続された延長
   管によって制御棒を炉心に挿入あるいは抜出しする高速
   炉用制御棒駆動装置において、 前記延長管を貫通させる原子炉容器の内外連通部分に、
   内周面が前記延長管の外周面を取り囲む円環状の密封用
   中空部材を設け、この密封用中空部材の中空部に流体を
   供給する配管を接続し、前記密封用中空部材の内周部
   を、前記配管が供給する流体圧によって膨出してその内
   側に配設したシール材を前記延長管の外周面に圧着させ
   る薄肉構造としたことを特徴とする高速炉用制御棒駆動
   装置。
2. 【請求項２】前記配管を外部の流体供給源に接続し、そ
   の一部に前記密封用中空部材の中空部の流体圧力を検出
   する圧力検出手段と、前記流体圧力を調整する圧力調節
   用弁とを設け、前記圧力検出手段が検出した圧力と前記
   圧力調節用弁の開閉とによって前記密封用中空部材の延
   長管への締付力を制御可能に構成したことを特徴とする
   請求項１記載の高速炉用制御棒駆動装置。
3. 【請求項３】前記駆動手段はモータからなり、このモー
   タと、該モータによって回転駆動されるスクリューネジ
   と、前記スクリューネジに螺合され、前記延長管に直接
   的あるいは間接的に固定されたナットとからなる駆動部
   を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の高速炉用制御棒駆動装置。