JP2003130981A - 原子炉の制御棒駆動装置 - Google Patents
原子炉の制御棒駆動装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Abstract
駆動装置及びその後備炉停止棒に関する。 【解決手段】 制御棒クラスターと制御棒駆動軸の着脱機構
を、複雑な機構と操作が必要なク゛リッハ゜ー開閉方式に代
え、高温でも劣化の小さい永久磁石を用い、簡素な機構
と操作で着脱できるようにするものであり、この永久磁
石に吸着する部材に、原子炉設計温度近傍で磁気飽和値
が降下する材料を用い、かつ周囲温度に敏感な形状にす
ることにより原子炉出口の異常な温度上昇が設計温度近
傍に達すると自発的に制御棒クラスターを切り離す事が出来
る。
Description
下の軽水型原子炉の制御棒駆動装置及びその後備炉停止
棒に関する。
水型原子炉の設計例を示す。このクラスでは、蒸気発生器
も制御棒駆動機構も原子炉容器に組み込んだ一体型が用
いられる。1が原子炉容器、2が原子炉容器上蓋、3が
燃料集合体よりなる炉心、4が炉心支持構造物、5が炉心
上部機構、6が蒸気発生器である。原子炉の出力制御
は、7制御棒クラスターを3に挿入又は引き抜く事で行う。7は
8制御棒駆動軸に結合され、上部に設置される9制御棒駆
動機構で上下駆動される。図1では(a)が原子炉停止
状態、(b)が原子炉運転状態を示している。
るが、この時9制御棒駆動機構は8制御棒駆動軸を残した
まま2と一緒に持ち去られるので、上部より特殊な専用
工具で8と7制御棒クラスターを切り離し、7を3炉心に残
したまま5炉心上部機構と8制御棒駆動軸を取り除き、燃
料交換を行う。
の基本構造図を示す。7制御棒クラスターは、複数本の10吸収
体ロット゛を12スハ゜イタ゛ーホ゛テ゛ィから伸びた人手状の11スハ゜イタ゛ーア
ームから吊り下げる構造で、12の中には、原子炉緊急停止
の時7と8は一体で3炉心に落下挿入されるが、その時、
3への衝撃を緩和するため、14緩衝ばねが取り付けられ
ている。そしてこれらの上端に13制御棒クラスターハント゛リンク゛ヘ
ット゛が取り付けられる。
ント゛リンク゛ヘツト゛を備え、9制御棒駆動機構と噛み合い直線駆
動する16直線駆動軸と、7制御棒クラスターを接続する17延長
軸とからなり、17の下部には7制御棒クラスターを着脱する18
ク゛リッハ゜ーが取り付けられる。またこれら8制御棒駆動軸の
中には、下部に18に系合する20ク゛リッハ゜ーロックホ゛タン、上部に
は18を操作する22ク゛リッハ゜ー操作ホ゛タンを具備した21ク゛リツハ゜ー
操作軸が取り付けられ、21は23押えばねで原子炉運転中
18が外れないよう押え込まれている。
御棒駆動軸を切り離す時は、専用工具により15駆動軸ハ
ンドリングヘッドを掴んだ上で別の工具で22グリッパー
操作ボタンを掴み、20グリッパー操作ボタンが18グリッ
パーから外れるまで22を引き上げ、その状態で15を掴ん
だ軸を引き上げると、7と8は外れるので、その状態で22
を元の位置へ下げると、専用工具を外しても7と8は切り
離された状態を維持する。
作しているが、将来は、時間短縮の観点から機械化が検
討されている。しかしながら、複雑かつ繊細な操作が必
要なため、大掛かりな設備となる。
型炉では、炉心の高さがせいぜい1500mm程度で、制御棒
クラスターの重量が軽いので、もっと簡易な操作で切り離せ
る方法が望まれる。 本発明により、設備が簡素化さ
れ、作業性及び経済性が向上する他、機械化も容易にな
る。
上昇を感知し、自発的に制御棒クラスターを切り離す事が出
来れば、このクラスの原子炉は自然循環方式で炉心の流速
が比較的遅い事から、制御棒クラスターだけでも自然落下で
原子炉を停止させるに十分な速度で挿入出来るので、後
備炉停止装置としても利用出来る。
と8制御棒駆動軸の着脱機構を、複雑な機構と操作が必
要なク゛リッハ゜ー開閉方式に代え、高温でも劣化の小さい永
久磁石を用い、簡素な機構と操作で着脱できるようにす
るものである。
に吸着する部材に、原子炉設計温度近傍で磁気飽和値が
降下する材料を用い、かつ周囲温度に敏感な形状にす
る。これにより原子炉出口の異常な温度上昇が設計温度
近傍に達すると自発的に制御棒クラスターを切り離す事が出
来る。
スハ゜イタ゛ーアーム、12スハ゜イタ゛ーホ゛テ゛ィ、14緩衝ばねは従来と同様
であるが、上端に30制御棒クラスター吸着盤を取り付ける。
一方、8制御棒駆動軸軸側は、15直線駆動軸、16延長軸
が従来と同じであるが、下端に中空の31永久磁石を取り
付ける。この31は耐食材料からなる32磁石ハウシ゛ンク゛に挿
入され、下面の吸着面は、耐食材料からなる非磁性材の
薄板で水密状態シールされる。また8制御棒駆動軸の上端
には34駆動軸ヘット゛が取り付けられ、34には上部外側に工
具で取り扱うための34aハ゛ヨネット溝が軸対象に複数本加工
され、内側にはねじ穴が加工さている。図3(a)はハ゛ヨ
ネット溝の形状を示す。
側には35制御棒クラスター切り離し棒が貫通し、この棒の下
端は31永久磁石下面より数ミリ下に飛び出し30制御棒クラ
スター吸着盤を案内するが、30に荷重を預ける事はしな
い。この棒の上部は34駆動軸ヘッドの内側ねじ穴にねじ
込まれ、この棒の上端には35aスハ゜ナ掛けが加工される。
36は緩み止めばねで、前記ねじの緩みを防止するために
設けたものである。
クラスターと8制御棒駆動軸の着脱は、上部から操作工
具を入れて行うが、その一例を示している。36操作工具
は、37ハ゛ヨネットアタ゛フ゜ターと38スハ゜ナーで構成する。37及び38
は、34駆動軸ヘッドの上端に加工した34aバヨネット溝
及び35制御棒クラスター切離し棒の上端に加工した35a
に夫々かみ合うので、34駆動軸ヘッドを掴んで35切離し
棒をねじ込めば、30制御棒駆動軸吸着盤は31永久磁石か
ら外され、逆に35切離し棒を緩め元に戻せば31と30は吸
着する。
は、Sの二乗に反比例するので、Sを10ミリも離しておけ
ば、8制御棒駆動軸を引き上げる時も切り離し状態を確
実に維持する事が出来る。
スターと8制御棒駆動軸の着脱を可能にする。本発明を
出力100Mwt,出口温度233℃の熱供給原子炉に適用す
る場合を述べる。
材料の一例として、キュリー温度800℃のサマリウムコハ゛ルト系磁石
の特性を示す。また図6に弱酸化雰囲気での前記サマリウムコ
ハ゛ルト磁石の経時劣化の実験例を示す。この劣化は、酸化
の影響が大きく、本発明の様に磁石を密閉して酸化を防
げば、劣化率は更に小さいとされている。
する事が出来るので、図5より250℃でも7.5千カ゛ウス以上
の磁束密度を得る事が出来るが供用期間中減磁する可能
性も有るので、図5より推測して40年で30%減磁すると
して、5千カ゛ウスの磁束密度を得る事が出来るとする。
ては、殆ど問題無い見込みである。一方、吸着側の7制
御棒クラスターの重さは、出力100Mwtクラスでは、吸収体ロット
゛が1500mm程度で、吸収材にB4Cを使うので、軽量で約
200Nである。従って、吸着力に1.2倍の余裕を見ても、
永久磁石の直径は60ミリ有れば良く、現状の技術53.5ミリを
僅かに上回る程度で十分成立する。
を、8制御棒駆動軸側に30a制御棒クラスター吸着盤を取り付
けた実施例2を示している。この場合7の重量が40N程増
加するので、スクラム時の挿入性が若干向上するとか、永久
磁石に放射化材料を用いた場合、燃料集合体と一緒に取
り扱われるので、取扱い上有利になる等の点がある。但
し、重量増加分吸着面積を大きくする必要があるが、外
径を3.5ミリ大きく程度なので、十分成立する。
設計温度近傍で磁気飽和値が急低下する合金を用いる事
により、原子炉出口温度の異常な上昇を感知し、自発的
に制御棒を切り離し原子炉を停止させる機能を付加した
もので、主として後備炉停止装置に用いられる。
着盤を除いて、第1の形態と同じ構造で、燃料交換に際
して行う7制御棒クラスターと8制御棒駆動軸の着脱操作も同
じである。唯一異なる40には原子炉設計温度近傍で磁気
飽和値が急落する合金を用い、かつ周囲の温度に対し敏
感に追従するよう、薄板構造で41フィンを取り付け、吸
着面にはセラミックの42薄膜をコーティンク゛し、断熱効果を持たせ
ている。
昇すると、40の磁気飽和値が減るので吸着力が減少し、
自然に7制御棒クラスターを離す。自然循環方式の原子炉で
は、炉心の流速が遅いので、7制御棒クラスターは自然落下で
炉心に挿入され、原子炉を停止する事が出来る。
ッケルを用いる。図9にニッケルの飽和磁束密度と温度
の関係を示す。前述の熱供給炉の場合、炉心出口温度は
233℃であるから、吸着面積を約4.8千カ゛ウスの磁束密度で
吸着する大きさにしておけば、出口温度が異常に上昇
し、320℃になると、磁気飽和値が3千カ゛ウスに下がるの
で、吸着力が低下し、制御棒クラスターが切り離され
る。
ラスター吸着盤の大きさは直径約70ミリで、これは現状よ
りやや大きいが、後備炉停止系に使われる場合、原子炉
運転中常に上限へ引き抜かれているため、炉心出口の流
況に悪影響を及ぼす事もなく、十分成立する。
を、8制御棒駆動軸側に40a温度感知型制御棒クラスター吸着
盤を取り付けた第2の形態の実施例2を示している。第1
の形態の実施例2と同様の利点を有するが、吸着面積を
やや大きくすると共に、41aフィンを径方向に張り出し、
炉心出口温度を感知し易い様にする事で、十分成立す
る。
場合は、ニッケルに鉄又はコハ゛ルトその他の金属を混入して合
金にする事で磁気飽和値は高くなり、温度‐磁気飽和値
線図も調整出来ることが知られているので、40温度感知
型制御棒クラスター吸着盤に、更に高いキュリー点温度を有する
合金を選択する事で対処出来る。
置について述べてきたが、の高速増殖炉では制御棒を集
合体として使うので、本発明に係わる制御棒クラスターより
制御棒集合体の重量が3倍近く重く、かつ設置スヘ゜ースが狭
いので、制御棒吸着に電磁石を用いる事が特徴である
が、電磁石の場合、高温使用の電磁石コイルが高価であ
り、かつ通電状態で電磁石を上下に駆動するので、電磁
石に給電するケーフ゛ル処理設備が必要となり、永久磁石に
比べ大幅なコスト増となる。
ば、制御棒クラスターと制御棒駆動軸の着脱に永久磁石を使
用した事により、構造簡素で、簡単な操作で確実な着脱
が出来、かつ機械化も容易いので、作業性及び経済性が
向上する。
を設置した場合、原子炉出口の異常温度上昇で自発的に
原子炉を停止するので、受動的安全設備と位置付けるこ
とが出来、原子炉の安全性向上に寄与する。
で必要な磁気強度を有しておれば、サマリウムコハ゛ルト系磁石に
拘るものでは無いが、現状ではこれが最も優れている。
サマリウムコハ゛ルト系磁石は、中性子照射により、強いγ線源に
なるのを問題視する向きもあるが、耐用期間中破れるこ
との無い耐食材料で密封されているので、クラット゛になっ
て原子炉冷却水に混入する事は無いし、燃料交換作業中
は常に十分な放射線遮蔽厚さを有する水中下で扱われる
ため作業員の被ばくを増加させる事も無い。
分出来るので、僅かなスヘ゜ース足りる。このように、供用
中はもとより供用期間後も、不利になる事は無い。
す一体型原子炉断面を示す。
造を説明する概念を示す。
石材の温度特性を示す。
石材の経時劣化試験例を示す。
例としてニッケルの飽和磁束密度と温度との関係を示
す。
2)
Claims (5)
- 【請求項1】 軽水型原子炉において、制御棒駆動装置
で駆動される制御棒駆動軸の下端に、水密状態で組み付
けた永久磁石と、制御棒クラスターの上端に取り付けた吸着
盤で構成し、原子炉運転中は、永久磁石で前記吸着盤を
吸着した状態で原子炉出力を制御し、原子炉停止後燃料
交換に際しては、制御棒駆動軸に同心状に組み込んだ制
御棒クラスター切り離し棒を押し込む事により制御棒クラスターと
制御棒駆動軸を切り外す事を特徴とする原子炉制御棒駆
動装置。 - 【請求項2】 前記永久磁石に原子炉設計温度でも十分
な磁気特性を有する磁石を用い、吸着盤に磁気飽和値が
原子炉設計温度近傍で急降下する磁性金属を用いること
により、原子炉出口温度が、正常な運転温度を超え、設
計温度近傍に達すると、吸着盤吸着力が減少するので、
吸着盤は自然に切り離され、制御棒クラスターを炉心に挿入
する事を特徴とする原子炉制御棒駆動装置。 - 【請求項3】 原子炉設計温度でも十分な磁気特性を有
する磁石としてサマリウムコハ゛ルト磁石を用い、吸着盤に磁気飽
和値が原子炉設計温度近傍で急降下する磁性金属として
ニッケルとかニッケル‐鉄合金等を用いることを特徴と
する、請求項2に記載の原子炉制御棒駆動装置。 - 【請求項4】 前記吸着盤は、薄板軽量構造として熱容
量を小さくし、適当なフィンを付ける事により炉心出口冷
却材温度の伝達性を高め、吸着面に薄膜をコーティンク゛して
断熱効果を持たせることにより原子炉出口の異常な温度
上昇に対し、吸着盤温度が敏感に応答し、速やかに制御
棒クラスターを切り離す事を特徴とする原子炉制御棒駆動装
置。 - 【請求項5】 吸着面にセラミックスからなる薄膜をコーティンク゛
することを特徴とする請求項4に記載の原子炉制御棒駆
動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001330357A JP2003130981A (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 原子炉の制御棒駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001330357A JP2003130981A (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 原子炉の制御棒駆動装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003130981A true JP2003130981A (ja) | 2003-05-08 |
Family
ID=19146086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001330357A Pending JP2003130981A (ja) | 2001-10-29 | 2001-10-29 | 原子炉の制御棒駆動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003130981A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-10-29 JP JP2001330357A patent/JP2003130981A/ja active Pending
Cited By (9)
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A521 | Written amendment |
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A02 | Decision of refusal |
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