JPH03128487A - 制御要素駆動装置 - 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） 本発明は原子炉、特に液体金属を冷却材とする液体金属
冷却型高速増殖炉における制御要素駆動装置に係る。

（従来の技術） 一般にナトリウム等の液体金属を冷却材とする高速中性
子炉の出力制御および炉停止は、ホウ素またはタンタル
等の中性子吸収物質を含む制御要素を、炉心支持板に植
設された複数本の燃料集合体の間に挿入することによっ
てなされている。すなわち、制御要素案内管を燃料集合
体の軸方向と平行に配置し、前記制御要素はこれ等の案
内管内で軸方向に移動され、原子炉の反応度を制御する
。

而して、上記制御要素を駆動する制御要素駆動装置は動
作が安定でしかも高信頼度のものであることが要求され
る。゛従来から使用されている制御要素駆動装置は、燃
料集合体を収容している原子炉容器の上部に設置される
のが普通である。この駆動装置は、上記原子炉容器の上
部開口を閉塞する遮蔽プラグに設置した回転プラグ上に
固定された駆動部と、この駆動部と前記制御要素を結合
するため前記回転プラグを貫通して炉心領域上方まで延
入した延長管とを有する駆動機構を具え、この駆動機構
は中央制御室の制御下に作動されるようになっている。

また、前記制御要素駆動装置は、制御盤からの制御によ
って前記駆動部を人為的または自動的に作動させ得るも
のとしである。而して、前記駆動部の出力制御および炉
停止のための動作は、通常電気的・機械的手段によって
なされている。

以下、第４図につき従来の制御要素駆動装置の具体的構
成を説明する。この図において、駆動部ハウジング１は
回転プラグ２上面に設置され、この駆動部ハウジング下
端には炉心領域上方まで延入する上部案内管３が一体に
設けられている。また、駆動部ハウジング１頂面には駆
動モータ４が設置され、この駆動モータはケーブル５を
介して制御盤６に接続されている。駆動モータ４の出力
軸にはボールスクリュー７が同心一体に連結され。

このボールスクリュー７にはポールナツト８が螺合され
ている。而して、このボールナツト８は板材９を介して
１対のロードセル１０に結合されており、これ等のロー
ドセルは中空円筒状の枠４ｉ１１１上面に連結されてい
る。この枠構向上部には電磁石１２が配置されており、
この電磁石下部には下端に内フランジを具えた円筒体１
２ａが結合されている。また、この円筒体１２ａの下端
には１対のロードセル１３が結合されており、これ等の
ロードセル下端には外側延長管１４が結合されている。

この外側延長管１４は回転プラグ２を貫通して回転プラ
グ内面の若干下方に終端し、外側延長管１４内には炉心
１５内に設けた下部案内管１６の上端まで延入する内側
案内管１７が同心的に設けられている。この内側延長管
下端にはフィンガロンド１８とともにラッチメカニズム
を構成する板ばね状の複数のラッチフィンガ１９が設け
である。

前記電磁石１２の下面には磁気的に着脱自在の板状のア
ーマチュア２０が装着されており、このアーマチュアは
前記内側延長管１７の上端に固着されている。前記のよ
うに外側延長管１４．内側延長管１７は二重管構成とな
っており５回転プラグ２の相当位置を貫通していること
も前記した通りである。また、上部案内管３と外側延長
管１４との間の相当位置には、上部案内管３頂部に固定
して生態遮蔽２１が設けられている。さらに、外側延長
管１４の適宜位置に下端を流体密に結合したベローズ２
２の上端は、前記生態遮蔽２１下端と同じく流体密に結
合されている。また、外側延長管１４と内側延長管１７
のそれぞれの適宜位置とは、ベローズ２３によって流体
密に結合されている６さらに、外側延長管１４の段付部
２４にはコイルばね状の加速スプリング２５が装着され
、この加速スプリング内に設けられ前記内側延長管１７
下部を包囲する加速管２６の下端は、制御要素２７のハ
ンドリングヘッド２８に当接されており、さらに加速ス
プリング２５の下部にはダンピングスプリング２９が設
けられている。なお、３０はダンピングスプリング２９
を支持するストッパを示す。

上記構成において、制御要素２７は中性子吸収材を充填
した複数の制御ビンを束ねて１箇の保護管内に収容した
構造としである。また、制御要素２７と下部案内管１６
との間には適宜ギャップが形成されている。なお、図中
３１はセンサ、３２は円筒体１２ａの内フランジを示し
ている。

以下、上記構成の従来の制御要素駆動装置の作動を説明
する。先ず、平常運転時には内側延長管１７先端のラッ
チフィンガ１９の肩部と、制御要素２７のハンドリング
ヘッド２８とは係合しており、外側延長管１４と制御要
素２７とは連結されている。ラッチフィンガ１９の内面
はフィンガロンド１８によって拘束されている。この時
、アーマチュア２ｏは磁力によって電磁石１２に吸着さ
れている。また、加速スプリング２５はその上端を外側
延長管１４の段付部２４によって拘束されているととも
に、その下端は制御要素２７のハンドリングヘッド２８
に拘束された加速管２６の頂部に当接拘束され、圧縮状
態にある。

この状態にあっては、制御盤６における人為的な操作ま
たは前記制御盤内の自動運転回路によって、駆動モータ
４に正転または逆転を指令する信号を送ることにより、
駆動モータ４を正転または逆転させれば、ボールスクリ
ュー７およびポールナツト８によって上下動に変換され
、制御要素２７の挿抜がなされる。

ところで、何等かの原因によりプラントに異常状態、例
えば冷却材流量低下、冷却材温度上昇、炉心中性子束増
大等が発生すると、センサ３１はこれ等を検出し、その
検出信号は制御盤６に伝送される。制御盤６は伝送され
た検出信号に基づき予めセットされた論理回路によって
スクラム指令信号を自動的に発生する。このスクラム指
令信号は、前記検出信号に基づき発せられるアラームに
よって、運転員のマニアル操作によって発生するように
してもよい。何れにせよ、スクラム信号が発せられると
電磁石１２は滅勢されアーマチュア２０に対する吸引力
は消失する。すると、アーマチュア２０は円筒体１２ａ
の下端の内フランジ３２に接触するまで落下する。これ
に伴って内側延長管１７全体が落下するので、フィンガ
ロンド１８も落下してラッチフィンガ１９の拘束を解除
する。ラッチフィンガ１９は板ばねの復帰力によって内
側に縮径し、制御要素２７に対する拘束をとくので、制
御要素２７はその自重と加速管２６を介して伝達される
加速スプリング２５のばね力とによって、下部案内管１
６内を急速に落下する。

これにより、制御要素のスクラム動作が完了する。

なお、ベローズ２２．２３は外側延長管１４と内側延長
管１４とを移動可能に支持し、且つ原子炉内雰囲気を隔
離するためのものであり、ロードセル１３は制御要素駆
動機構の健全性を確認するためのものである。

上記構成の制御要素駆動装置においても、十分な信頼度
のある動作がなされ確実な動作を期待することができる
ものであるが、原子炉の大型化および高出力化に伴いよ
り高度の安全性と確実性のある制御要素駆動装置が要求
されるようになってきた。そのため、前記説明した従来
の制御要素駆動装置とはその動作原理を全く別異とする
ものの採用が考えられている。これは、原子炉事故に際
して原子炉の停止不能となる仮想的な事態を想定して、
従来既知の原子炉保護系を多重に設置して前記のような
原子炉停止不能の事態発生の確率を低減させ安全上の裕
度を増大させるよりも、動作原理を別異とする制御要素
駆動装置の採用が有利であるのによる。この別異の動作
原理による制御要素駆動装置は、従来既知の同種装置に
おける故障原因を可能な限り排除したものであることが
望ましい。

第４図と同一部分には同一符号を付した第５図につき、
上記の別異の作動原理による制御要素駆動装置の概要を
説明する。第５図において、制御要素３３は炉心内に燃
料集合体と平行に設置され、内部に冷却材が流通される
案内管３４内に昇降自在に収容されている。制御要素３
３の頂面中心には延長棒３５が連結され、この延長棒の
上端にはアーマチュア３６が固着されている。炉心を収
容する原子炉容器の蓋となっている回転プラグ３９を貫
通して上部案内管３と同心の延長管３７が垂下され、こ
の延長管下端には電磁石３８が取り付けられている。前
記制御要素３３は前記アーマチュア３６を前記電磁石に
よって吸着することによって、前記延長管３７に対して
支持されるようになっている。電磁石３８はＥ型鉄心４
２とこれに巻回されたコイル４１とからなり、コイル４
１を付勢することによって磁力を発生する。また、延長
管３７の上端は回転プラグ３９上面に設けられた上下動
駆動装置４ｏに連結され、この上下動駆動装［４０は制
御装置４３の制御下に作動され、制御要素の挿抜、切り
離し、切り離し後のリセット等を行うものである。なお
、図中４４は制御要素３３直下に設けたダッシュポット
を示す。

上記構成の制御要素駆動装置は原子炉の平常運転時には
、第５図に示した従来例と同様に必要に応じて制御要素
の炉心に対する挿抜を行い、原子炉の反応度の制御を行
う。

一方、何等かの異常発生時には電磁石３８を滅勢すれば
、延長管３７と制御要素３３とは切り離され、制御要素
はその自重によって落下し原子炉はスクラムされること
となる。以上から明らかなように第５図図示の装置によ
れば、原子炉スクラム時に延長管またはそれに類する長
尺の部材が機械的な作動を行うことがなく、さらにラッ
チ機構のような比較的複雑な構成の機構も必要としない
ので、動作が非常に確実である。

また、電磁石３８が冷却材中に配置されているため、冷
却材の異常な温度上昇によって鉄心４２およびアーマチ
ュア３６の温度がそれ等の材料のキュリー点近傍に達す
れば、アーマチュア３６に対する吸着力は自動的に大幅
に低下し、自動的な原子炉スクラムがなされることとな
る。

（発明が解決しようとする課題） 第４図に示した制御要素駆動装置は、作動が確実であり
その構造も簡単であるから、−兄弟５図に示した通常慣
用のものよりも安全確実であるように考えられる。

ところが、電磁石３８は通常使用される環境よりも遥か
に高温の液体金属冷却材中に浸漬されており、極めて苛
酷な条件下で使用されることとなる。また、電磁石の吸
着面やその周辺部には長時間の使用に伴って液体金属冷
却材中の不純物、特に磁性異物が次第に吸着され、電磁
石３８とアーマチュア３６との吸着機能が阻害されるに
至る。

これを防止するには、適当な期間毎に電磁石３８を交換
することが必要となる。

しかしながら、電磁石３８は長尺の延長管３７下端にこ
れと一体化して設けられており、交換を行うには延長管
３７とともに原子炉容器外に取り出さなければならない
。この取り出しの操作が困難なだけでなく、延長管３７
、電磁石３８には空気中において化学的に極めて活性な
ナトリウムが付着しているため、取り出し用の特別の容
器を用意する必要がある。また、延長管３７と電磁石３
８を取り外して、新規の延長管および電磁石を取り付け
るためには、コイルのリード線の切断、接続等の複雑な
作業を前記特別の容器内で行わなければならない。

上記のように、第５図に示した制御要素駆動装置は延長
管３７、電磁石３８の定期的な交換を必要とし、しかも
それ等の交換に大きな手数とかなりの長時間とを必要と
するので、原子炉の稼働率を低下させ経済的には好まし
くない。

本発明は上記の事情に基づきなされたもので、冷却材の
異常温度上昇による自動スクラム機能を具え、しかも電
磁石の交換が極めて容易になし得る制御要素駆動装置を
提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の制御要素駆動装置は、炉心内に配置されその内
部を冷却材が流通し制御要素を案内する案内管と、前記
制御要素の上端に固着されキュリー点磁性材料からなる
アーマチュアと、原子炉容器の蓋を形成する遮蔽プラグ
に可回動に設けた回転プラグを貫通し回転プラグ上面に
設けた上下動駆動装置によって昇降される延長管と、こ
の延長管下端に設けられ延長管内に同心的に配置された
押し棒により開閉自在とされたグリッパ機構と、前記制
御要素上端の前記アーマチュアに対向して設けられた永
久磁石およびその上にそれに一体化して設けられ前記グ
リッパ機構と協働するハンドリングヘッドを具えた永久
磁石式吸着器とを有することを特徴とする。

（作用） 上記構成の本発明制御要素駆動装置においては、原子炉
の運転中何等かの原因によって冷却材の温度が異常上昇
すると、アーマチュアおよび永久磁石の温度が上昇し、
前記両者の少なくとも一方がキュリー点近傍の温度に到
達すると、両者間の吸着力は喪失され、アーマチュアは
永久磁石式吸着器から離脱し、制御要素はその自重によ
って落下して炉心に挿入され、原子炉スクラムが自動的
に達成される。

（実施例） 第４図、第５図と同一部分には同一符号を付した第１図
は、本発明一実施例要部の縦断面図、第２図は前記要部
の異なる状態における縦断面図、第３図は前記要部の一
部を拡大して示す縦断面図である。第１図において、図
には現れていない制御要素は延長管３７から切り離され
案内管３４底部に着座した状態にあり、その頂面中心に
突設した延長棒３５上端のアーマチュア３６と協働する
吸着装置は永久磁石吸着装置１０１とされている。

この永久磁石吸着装置は径方向に磁化した中空円筒状の
永久磁石１０２と、その外周面および内周面に一体化し
て装着された磁極リング１０３および１０４とを具える
。また、前記永久磁石１０２の上方に設けられこの永久
磁石およびこれに装着された磁極リング１０３．１０４
と一体化されたハンドリングヘッド１０５が設けられて
いる。ハンドリングヘッド１０５には、上端面に上方に
向けて拡開するテーパ部１０５ａを、中間部に後記説明
するグリッパ機構１０６と協働する直円筒状凹入部１０
５ｂを、下端面に下方に向けて縮径するテーパ部１０５
ｃをそれぞれ具えたハンドリング用の内腔が設けられて
いる。延長管３７下端には１対のグリッパ爪を具えたグ
リッパ機構１０６が設けられ、前記グリッパ爪下端には
前記直円筒状凹入部１０５ｂに係合嵌入する外向きの突
起１０６ａが形成されている。

また、延長管３７内には延長管３７上端から突。

出した部位において、この図には現れていない上下動駆
動装置に結合され、この駆動装置によって作動される押
し捧１０７が同心的に配置されている。この押し捧１０
７の先端は小径部１０７ａとされ、中間部には前記１対
のグリッパ１０６間を押し拡げる膨大部１０７ｂが設け
られている。

上記構成において、永久磁石１０２は高温における保持
力、残留磁束が大きな材料例えばレアアース合金等が適
当であり、磁極リング１０３．１ｏ４の材料としては高
磁束密度とすることが可能で機械的な延性に富むキュリ
ー点磁性材料例えば鉄、低合金鋼等が適当である。また
、ハンドリングヘッド１０５の材料としては非磁性材料
例えばステンレススティール等が適当である。

さらに、第１図に示した制御要素の着座状態では、永久
磁石式吸着器１０１の頂部は、案内管３４のハンドリン
グヘッド３４ａよりも低い位置にあるようにしである。

上記構成の本発明実施例の作用を説明する。今、原子炉
は停止状態にあり制御要素およびその駆動機構を構成す
る各部材は第１図に示す状態にあるとする。この状態か
ら原子炉を起動するには、上下動駆動機構によって延長
管３７を下降させ、グリッパ機構１０６がハンドリング
ヘッド１０５に係合し得る位置まで挿入する。ここで、
第２図に示すように前記上下動駆動装置によって押し棒
１０７のみを下降させ、その膨大部１０７ｂによってグ
リッパ爪間を開かせ、それ等の先端の外向きの突起１０
６ａをハンドリングヘッド１０５の直円筒状凹入部１０
５ｂに係合、嵌入させてハンドリングヘッド１０５、永
久磁石式吸着器１０１をグリッパ１０６に握持する。こ
の状態では永久磁石式吸着器１０１とアーマチュア３６
とは吸着しているから、延長管３７と制御要素とは一体
に結合されていることとなり、上下動駆動装置によって
制御要素を上昇させることができる。このようにして原
子炉の起動がなされる。原子炉起動後にあっては、通常
慣用の制御要素駆動装置と同様に制御要素を挿抜して原
子炉の運転状態を制御する。

一方、原子炉の運転甲信等かの原因によって冷却材の温
度が異常上昇すると、アーマチュア３６および永久磁石
１０２の温度が上昇し、前記両者の少なくとも一方がキ
ュリー点近傍の温度に到達すると１両者間の吸着力は喪
失され、アーマチュア３６は永久磁石式吸着器１０１か
ら離脱し、制御要素はその自重によって落下して炉心に
挿入され、原子炉スクラムが自動的に達成される。

なお、押し捧１０７を上下動駆動装置によって押し下げ
れば、キュリー点より温度が低い状態においても人為的
に原子炉スクラムを達成させることができる。

第３図は永久磁石式吸着器１０１を交換する状態を示し
ている。永久磁石式吸着器１０１を交換するには、先ず
押し捧１０７を引き上げてグリッパ機構１０６とハンド
リングヘッド１０５との結合を解除し、次いで延長管３
７を上方に引き上げる。第３図はそれ等が引き上げられ
た状態を示している。ここで、回転プラグを回転させ回
転プラグの偏心位置に設置した図示しない交換装置を案
内管３４の軸線上に位置させる。次いで、交換装置の掴
持機構により案内管３４のハンドリングヘッド３４ａを
掴み、案内管３４を引き抜く、而して、この案内管３４
の引き抜きと同時に制御要素および永久磁石式吸着器１
０１も引き抜かれるので、永久磁石式吸着器および制御
要素を含む新規な案内管と交換することによって、永久
磁石式吸着器の交換もなされることとなる。なお、案内
管３４のハンドリングヘッド３４ａと燃料集合体のそ九
とを同一形状寸法のものとすれば、上記の引き抜きに燃
料交換装置を転用することができる。

さらに、永久磁石式吸着器１０１とキュリー点磁性材料
からなるアーマチュア３６とを協働させているため、ア
ーマチュア３６の高温による透磁率低下と永久磁石１０
２の磁力の低減とが相乗的に働き、スクラム動作がより
速やか且つ確実になされる。

また、永久磁石式吸着器の交換は上記のように制御要素
の交換と同時になされるため、従来の制御要素駆動装置
におけるような長尺の延長管の炉容器外への取り出しを
必要とせず、交換のための特別な作業を必要としない。

［発明の効果］ 上記から明らかなように本発明の制御要素駆動装置にお
いては、冷却材の異常温度上昇による自動的な原子炉ス
クラム、人為的な原子炉スクラムのいずれもが可能であ
る。また、構造が簡単であるため作動が確実且つ信頼性
に優れ、原子炉の健全性維持上極めて有益である。さら
に、永久磁石式吸着器の交換は制御要素の交換と同時に
なされるため、永久磁石式吸着器の交換のために特に時
間を割く必要はなく、原子炉の稼働率の向上に寄与する
ことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明一実施例要部の縦断面図、第２図は前記
要部の異なる状態における縦断面図、第３図は前記要部
の一部を拡大して示す縦断面図。 第４図は通常慣用の制御棒駆動機構の縦断面図。 第５図は改良した従来の制御棒駆動機構の縦断面図であ
る。 ３４・・・・・・案内管　３４ａ、１０５・・・・・・
ハンドリングヘッド　３５・・・・・・延長棒　３６・
・・・・・アーマチュア　３７・・・・・・延長管　１
０１・・・・・・永久磁石式吸着器　１０２・・・・・
・永久磁石　１０６・・・・・・グリッパ機構　１０７
・・・・・・押し捧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炉心内に配置されその内部を冷却材が流通し制御要素
   を案内する案内管と、前記制御要素の上端に固着されキ
   ュリー点磁性材料からなるアーマチュアと、原子炉容器
   の蓋を形成する遮蔽プラグに可回動に設けた回転プラグ
   を貫通し回転プラグ上面に設けた上下動駆動装置によっ
   て昇降される延長管と、この延長管下端に設けられ延長
   管内に同心的に配置された押し棒により開閉自在とされ
   たグリッパ機構と、前記制御要素上端の前記アーマチュ
   アに対向して設けられた永久磁石およびその上にそれに
   一体化して設けられ前記グリッパ機構と協働するハンド
   リングヘッドを具えた永久磁石式吸着器とを有すること
   を特徴とする制御要素駆動装置。