JPH0252290A - 制御棒駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は制御棒駆動装置に係り、特に高温ガス冷却型原
子炉等におけるスタンドパイプ内に設置された制御棒駆
動装置で制御棒駆動装置の下端に設けた遮蔽体を制御棒
駆動装置」１端のクロージャに支持する支持部材を有す
る制御棒駆動装置に関する。

（従来の技術） 高温ガス冷却型原子炉は第２図に示すように、炉容器１
と、その内部に収納される炉心２と、この炉心２を支え
る炉心支持部材３と、前記炉容器１の一ヒ方にあってス
タンドパイプ４に内蔵される制御棒駆動装置５とから構
成される。

冷却材のヘリウムガスは数十気圧の高圧状態で、炉容器
内に充満しており、外管６から炉容器１内に流入し下部
プレナム７、間隙部８．上部プレナム９．炉心２．高温
プレナム１０と順次炉容器１内を循環しながら内管１１
より炉外に流出する。

また一般に、原子炉においては、中性子吸収材を充填し
た制御棒を炉心部に挿入したり引き抜いたりして、炉内
における核分裂反応を制御している。この制御棒駆動機
構としては種々のものがあるが、例えばワイヤロープで
制御棒を吊持し、そのワイヤロープの巻き取りと繰り出
しによって制御棒を昇降させるものがある。

第３図は上記ワイヤローブ型制御棒駆動装置の概略構成
図であり、炉床部２１上に支持された炉心２内には複数
の制御棒挿入孔２３が形成されており（図にはその１個
のみを示す）、その各制御棒挿入孔２３の上方部には、
室内管支持部材２４から懸吊された制御棒案内管２５が
」１記制御捧挿入孔２３の軸線と同一軸線」二にそれぞ
れ配設されている。

ところで、」―記炉心２の各制御棒挿入孔２３内に挿入
される制御棒２６は、連結金具２７を介してワイヤロー
プ２８に連結され、そのワイヤロープ２８の」二部は軸
受２９に軸支されるとともに駆動モータ３０により歯車
機構３１を介して駆動されるドラム３２に巻回装着され
ている。また、上記歯車機構３１には制御棒２６の位置
を回転角度によって検出する位置検出器３３が連結され
ている。

しかして、駆動モータ３０によってトラム３２を回転さ
せてワイヤロープ２８の巻上げあるいは巻下げを行なう
ことにより、制御棒２６が上下動せしめられ、その制御
棒２６が炉心２の制御棒挿入孔２３における適当な位置
に位置制御され、炉内に核反応制御が行なわれる。

第４図は制御ｎ駆動装置５のまわりの圧力状態を示す。

通常運転時では、炉外圧力Ｐ。は大気圧、スタンドパイ
プ内圧力Ｐ、および上部プレナム圧力Ｐ２は同圧力で数
十気圧の高圧状態である。　Ｐ、およびＰ２に差がない
ため、遮蔽体３７をクロージャ３８に支持する支持部材
３９には圧力による軸方向荷重はほとんどない。

ところが、このような装置において、何等かの不測の事
態の発生によって高圧ヘリウムガスのバウンダリである
スタンドパイプ４の例えばＡの位置で破断した場合、そ
の位置よりヘリウムガスの漏洩が発生する。破断の程度
にもよるが、Ｐ、とＰ２をつなぐ開口であるワイヤロー
プ挿入孔４０および遮蔽体間隙」１端４１の断面積に比
ベスタントパイプの開口面積が十分大きい時Ｐ、はＰ。

に近い値となるため、その結果Ｐ２とＰ□間の差圧が数
士気圧になる。

この差圧の受圧面積は遮蔽体の横断面積であり、差圧と
受圧面積の積により求まる値が、遮蔽体を支持する支持
部材に軸方向の圧縮力として印加されることになる。

第５図に示す様に、支柱に軸方向圧縮力Ｆを作用させ座
屈させる時ある方向Ｘに支柱はわん曲するが、この方向
又は支柱の断面形状、軸方向圧縮力Ｆの作用点等により
決定できる場合と決定できない場合がある。

例えば円柱を軸心十で圧縮する場合、Ｘはいずれの方向
とも決定できないし、いくつかの方向にも限定できない
。

第６図は従来型の１例として、支持部材の横断面形状と
スタンドパイプ内の配列を示すものである。

スタンドパイプ内の空間には制御ｎ駆動装置が収納され
るが、制御棒駆動装置を構成する各部品の効率的配置を
考えれば、スタンドパイプに近接する制御棒駆動装置の
外周部に支持部材を配置することか望ましく、第６図は
そのように配列されている。

また支持部材の横断面は制御棒駆動装置の中心軸に対面
する側の辺が長辺となる様な長方形であるため、座屈に
よりわん曲する方向は制御棒駆動装置の中心方向もしく
は中心と正反対方向のいずれかに限定される。

支持部材が中心方向に座屈わん曲する場合で、座屈前後
の状態を第７図（ａ）、（ｂ）に示す。

座屈わん曲は、制御棒駆動装置の中心方向で、制御棒駆
動装置構成部品の空隙に支持部材が入りこむため大きく
わん曲し、制御棒即動装置全体が上方に追込まれ、これ
と共に制御棒が一ヒ方にＺだけ移動する。

このことは制御棒が炉心から引抜かれることを意味し、
原子炉の反応度が」１昇する。

（発明が解決しようとする課題） 本来バウンダリとして機能すべきスタンドパイプからの
漏洩という不測の事態が発生した場合、ただちに原子炉
を停止させるべきであるにもかかねらず、本事象発生が
原子炉出力上昇となる現象を誘起させることは本質安全
の概念に反することになる。

本発明ではスタンドパイプからの漏洩等で急速にスタン
ドパイプ内の圧力が降下し、制御棒駆動機構下端の遮蔽
体下部から受ける圧力荷重により、支持部材に圧縮荷重
がかかり、支持部材に座屈現象が発生した時、座屈によ
るわん曲の方向を制御棒駆動装置の中心から遠ざかる方
向に限定することにより、座屈による制御棒駆動装置の
つぶれ量を制限し、制御棒が炉心から引抜かれることを
防止した制御棒駆動機構を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は高温ガス冷却原子炉の制御棒駆動装置下端に設
けた遮蔽体を制御棒駆動装置上端のクロージャに支持す
る支持部材の横断面形状で、制御棒駆動装置の周方向の
中立軸から制御棒駆動装置の中心方向に生じる２つの距
離のうち、中心に近い側の距離が中心に遠い側の距離よ
り長いことを特徴とする高温ガス冷却原子炉の制御棒駆
動装置である。

（作用） 本発明によれば、スタンドパイプからヘリウムガスの漏
洩が発生し、遮蔽体間の差圧により支持部材に過大な圧
縮荷重が印加され座屈荷重を超える時も座屈による制御
棒駆動装置の変形を最小限にとどめ、制御棒駆動装置の
機能維持と制御棒の引抜作用を最小とすることができる
。

（実施例） 従来型支持部材の横断面形状を第８図（ａ）、（ｂ）に
２例を示し問題点を掘り下げてみると、第８図（ａ）の
場合横断面長方形の２辺長さａ、ｂがａくｂの大小関係
にあるため、制御棒駆動装置の円周方向が座屈の方向と
なる。支持部材がこの方向にわん曲した場合特定の障害
物がないため、大きく座屈し、制御棒が炉心から引抜か
れる。

第８図（ｂ）の場合、横断面の長方形の２辺長さａ、ｂ
がａ　＞　ｂの大小関係にあるため、制御棒駆動装置の
中心方向もしくはその正反対方向に支持部材は座屈する
が断面長すを中立軸Ｉｌｂで２分して生じるｂ□Ｔｂ２
の大小関係がｂｌ−ｂ２であるために座屈の方向が制御
棒駆動装置の中心方向あるいはその正反対方向のいずれ
の方向にも特定できず、いずれの方向も可能性がある。

中心方向となった場合、前述した様に制御棒駆動装置を
構成する部品の空隙をぬって大きく座屈する可能性があ
るため、その場合制御棒が引抜かれる。

一方、中心方向と正反対の方向に座屈した場合、近接す
るスタンドパイプに変形が制限されるため大きく座屈さ
れることはなく、制御棒が引抜かれる長さもごくわずか
なものに制限されると共に、座屈による支持部材のわん
曲で制御棒駆動装置を構成する部品との干渉がないため
、制御棒駆動装置が正常に機能されることになる。

従来構造では座屈方向を中心から離れる方向のみに決定
し、スタンドパイプにより変形を制限させるという手段
が講じられていなかった。

第１図は本発明の支持部材３９を有する制御棒駆動装置
の縦断面図である。

支持部材の縦断面形状は、従来の長方形型ではなく、長
方形を構成する辺のうち制御棒駆動装置の中心軸に近い
辺が、直線から中心軸側に曲率半径中心をもつ曲線に変
えた支持部材を用いるのが本発明の１手段である。

この様な縦断面形状をもつ支柱が軸方向に過大な圧縮荷
重を受けた場合スタンドパイプ側に方向を特定して座屈
を導くことができる。

しかるにスタンドパイプ側には剛性の高いスタンドパイ
プか近接しているため、支柱の変形がスタンドパイプに
制限され、座屈したとしても変形量はわずかであり、制
御棒駆動装置の軸長の変化がわずかである。

さらに外側へ支持部材が変形するため、制御棒駆動装置
の構成部品に支持部材が干渉することはない。

第１２図は従来長方形であった支持部材の縦断面形状に
対して本発明の変化をつけた２例であっていずれについ
ても制御棒駆動装置中心軸に平行な断面２次モーメント
の中立軸ρ。によって区分される１つの長さＱｌ、＋Ｑ
２の大きさを比較した場合、制御棒駆動装置の中心に近
い側の長さＣ７の方が遠い側の長さＣ１より太きいため
、制御棒駆動装置の中心に遠い方向へと座屈の方向が決
定される。

第１２図（ａ）、（ｂ）いずれの例についても輪郭の一
部が制御棒駆動装置の中心側に曲率中心をもつ曲線で構
成されている。

座屈による変形がスタンドパイプにより制限されること
と、制御棒駆動装置の構成部品に干渉しないという作用
のため、制御棒の炉心から引抜旦をわずかな景に制限で
きることと、制御棒駆動装置の動作の健全性を確保する
効果をもたらす。

（他の実施例） 第９図、第１０図は支持部材の横断面形状を第６図に示
す従来の長方形形状から本発明の形状に変更した実施例
を示したものである。

第１１図にそれぞれの場合の断面形状を分析しているが
、いずれについてもａ　＞　ｂ　、　ｂ、、＜　ｂ２を
満足している。作用、効果は前述実施例と同じ。

〔発明の効果〕

スタンＩくパイプからヘリウムガスの漏洩が発生し、遮
蔽体間の差圧により支持部材に過大な圧縮荷重が印加さ
れ座屈荷重を超える時も座屈による制御棒駆動装置の変
形を最小限にとどめ、制御棒駆動装置の機能維持と制御
棒の引抜作用を最小とする効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御棒駆動装置の縦断面図、第２図は
本発明の制御棒駆動装置を適用する高温ガス冷却型原子
炉の縦断面図、第３図は本発明に関わる制御棒駆動装置
の基本構成図、第４図は従来型制御棒駆動装置の縦断面
図、第５図は支持部材の座屈モードを示す図、第６図は
従来型の制御棒駆動装置の支持部材部分の横断面図、第
７図は従来型制御棒駆動装置の支持部材の座屈前後の状
態変化を示す制御棒駆動装置の縦断面図、第８図は従来
型支持部材の横断面図、第９図は本発明のその他の実施
例の支持部材部分の横断面図、第１０図は本発明の他の
実施例の支持部材部分を示す横断面図、第１１図は本発
明のその他の実施例の支持部材の横断面図、第１２図は
本発明の実施例の支持部材縦断面図である。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第 図 （θ） （ｂ） 第 図 第 図 （ＣＬ’） ｂ （α） （＋）’） 第 図 （り−） 第 図 （ｂ） 第 図 第 図 （ｂ） 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温ガス冷却原子炉の制御棒駆動装置下端に設け
   た遮蔽体を制御棒駆動装置上端のクロージャに支持する
   支持部材の横断面形状で、制御棒駆動装置の周方向の中
   立軸から制御棒駆動装置の中心方向に生じる２つの距離
   のうち、中心に近い側の距離が中心に遠い側の距離より
   長いことを特徴とする高温ガス冷却原子炉の制御棒駆動
   装置。
2. （２）請求項１記載の支持部材の横断面形状の輪郭の一
   部もしくは全部が、制御棒駆動装置の中心側に曲率中心
   をもつ曲線により形成されることを特徴とする高温ガス
   冷却原子炉の制御棒駆動装置。