JPH04110696A - 制御棒集合体 - 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、高速増殖炉の出力制御を行う制御棒集合体に
関する。

（従来の技術） 一般に、高速増殖炉の炉心は第４図に示すように多数の
燃料集合体１と、燃料集合体１の間に挿入される複数の
制御棒集合体２と、燃料集合体１の最外部を包囲するよ
うにして設けられる多数の遮蔽体（図示せず）によって
形成されている。

燃料集合体１は内部に多数の燃料ピン３を内装してあり
、下端に設けたエントランスノズル４を炉心支持板５の
開孔部に挿入することにより定位置に設置される。そし
て、炉心支持板５内の高圧プレナム６から冷却材がエン
トランスノズル４の冷却材流入ロアを通して流入し、続
いて燃料ピン３の間を上昇し、燃料集合体１を除熱する
。

制御棒集合体２は下部案内管８と、上部案内管９と、制
御棒本体１０と、これを吊下する延長管１１とにより形
成されている。下部案内管８は下端に形成されているエ
ントランスノズル１２を炉心支持板５の開孔部に挿入し
て定位置に設置される。

このエントランスノズル１２には高圧プレナム６に連通
ずる冷却材流入口１３と、制御棒本体１０の内在する内
側に連通ずる連通孔１４とが設けられている。

また制御棒本体１０は内部に中性子吸収体を内蔵し、制
御棒本体１０の再挿入時には下端の係合部工５を下部案
内管８のダッシュポット１６内に挿入して定位される。

制御棒本体］−〇は上端から上方へ延出させた延長棒１
７の上端部に形成Ｉ、た掴み部１８により延長管１１の
下端部を掴むことによってその延長管１１に吊下される
。

図示しない制御棒駆動機構によって延長管１１を上下動
させることによって制御棒本体１０を炉心内に挿入した
り、引抜いたりする。この制御棒本体１０の除熱は冷却
材によって行なわれる。この冷却材は高圧プレナム６か
らエントランスノズル１２の冷却材流入口１３、連通孔
１４とを通って下部案内管８内を上昇するようになって
いる。

また、延長管１１または延長棒１７の一部には、第４図
には図示していないがばねか介在しており、このばねの
内側または外側にはベローズか設けられているとともに
、このベローズまたは前記ばねの外側を包囲して二重円
筒状の感温部材か設けられ、この感温部材内および前記
ベローズ内は連通され、その内部には液体金属か封入さ
れている。

そして、この機構により、液体金属冷却材の温度上昇に
対する対応性を向上させることかできるとともに、通常
運転時の温度変化に対する炉心挿入量の変化を抑えるこ
とかできるようになっている。

（発明か解決しようとする課題） 通常の運転時には延長管１１の上下動作により制御棒本
体１０の炉心内への挿入度を調整して炉出力を調整する
。

また、炉出力が異常に上昇したり、冷却材が減少する等
の異常か生しると、制御棒本体１０を炉心内に緊急挿入
させて炉を停止させるスクラム動作か行なわれる。

一方、高速増殖炉においては緊急時に何らかの原因で延
長管１１が下降できなくなって制御棒本体１０を炉心内
に挿入できないというスクラム失敗の場合を想定し、万
一のスクラム失敗時にも炉心の反応度を臨界よりも低く
抑える必要がある。

これはスクラム失敗が起きると、原子炉８力が過剰に増
大して冷却材温度が上昇し、ひいては炉心損傷事故が生
じる可能性があるからである。

スクラム失敗時には第５図に示すように炉心内において
、ドツプラ効果および冷却材密度効果によって制御棒反
応度が０の臨界よりも高い線ａで示される正の反応度が
発生する。しかし、従来の制御棒集合体においては、延
長管１１および延長棒１７が事故による冷却材温度上昇
に伴って軸方向に膨張して、制御棒本体１０を炉心内に
挿入され、線すの負の反応度が発生する。そして、従来
はこれらの正、負の反応度を重ね合わせた全反応度を第
５図に線Ｃのように臨界より低い負の反応度領域に保持
して、原子炉の安全性を確保している。

ところで、従来の制御棒集合体においては、原子炉の起
動、停止時に軸方向に膨張、収縮し、さらに事故時も考
慮すると、全膨張量は膨大となる。

そして、その膨張量はばねの復元力を生ぜしめ、その復
元力はベローズ内圧とバランスすることになるが、この
ような圧力は、ベローズの健全性を確保する上では好ま
しくなく、通常の起動、停止でベローズが損傷してしま
い、事故時に作動しないという恐れかある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、冷
却材の温度上昇に対する応答性を向上させることができ
るとともに、通常の起動、停止時の温度変化に対する炉
心挿入量の変化を抑えることができ、しかもベローズの
健全性を確保することができる制御棒集合体を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、上述した課題を解決するために、炉心に設置
した案内管内に昇降自在に収納される制御棒本体と、こ
の制御棒本体の上端から上方に延びる延長棒と、この延
長棒の上部に設けられた掴み部を介し制御棒本体を吊下
する延長管とを備え、前記延長管または延長棒の一部に
ばねを介在させ、このばねの内側または外側にベローズ
を設けるとともに、このベローズまたは前記ばねの外側
を包囲して二重円筒状の感温部材を設け、この感温度部
材内および前記ベローズ内を連通させてその内部に液体
金属を封入したものにおいて、前記感温部材内およびベ
ローズ内の液体金属封入部を、流動抵抗体を介し外部と
連通させるようにした制御棒集合体を提供するものであ
る。

（作用） 本発明に係る制御棒集合体においては、ベローズ内と感
温部材内とは連通され、その内部には液体金属が封入さ
れている。ここで、感温部材をベローズに比較して薄い
部材で形成すれば、液体金属の温度に迅速に応答し、感
温部材内の液体金属がベローズ内に流入し、異常時には
、ベローズの膨張によって制御棒が伸びる。一方、原子
炉の通常起動運転時には、液体金属の温度上昇はゆっく
りしているので、液体金属の膨張分は、流動抵抗体を通
して外部に排出され、ベローズの内圧上昇が抑えられて
ベローズの健全性か確保される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を、第１図ないし第３図を参照
して説明する。

第２図は、本発明に係る制御棒集合体を備えた高速増殖
炉の炉心を示すもので、この炉心は、多数の燃料集合体
１と、燃料集合体１の間に挿入される複数の制御棒集合
体２と、燃料集合体１の最外部を包囲するようにして設
けられる多数の遮蔽体（図示せず）とにより構成されて
いる。

燃料集合体１は、第２図に示すように、内部に多数の燃
料ピン３が内装されており、下端に設けたエントランス
ノズル４を、炉心支持板５の開孔部に挿入することによ
り定位置に保持される。そして、この燃料集合体１には
、炉心支持板５内の高圧プレナム６から冷却材がエント
ランスノズル４の冷却材流入ロアを通して流入し、燃料
ピン３の間を上昇して燃料集合体１を除熱するようにな
っている。

また、制御棒集合体２は、第２図に示すように、下部案
内管８と、・上部案内管９と、制御棒本体１０と、この
制御棒本体１０を吊下する延長管１１とを備えており、
下部案内管８は、その下端に形成されているエントラン
スノズル１２を、炉心支持板５の開孔部に挿入すること
により、定位置に保持される。そして、エントランスノ
ズル１２には、高圧プレナム６に連通ずる冷却材流入口
１３と、制御棒本体１０の内在する内側に連通ずる連通
孔１４とがそれぞれ設けられている。

制御棒本体１０は、第２図に示すように、内部に中性子
吸収体を内蔵し、再挿入時には、下端の係合部１５を下
部案内管８のダッシュボッ・ト１６内に挿入することに
より、定位置に挿入配置されるようになっている。

この制御棒本体１０はまた、第２図に示すように、その
上端から上方に伸びる延長棒１７を備えており、この延
長棒１７の上端部には、掴み部１８か形成され、この掴
み部１８で前記延長管１１の下端部を掴むことにより、
制御棒本体１０が延長管１１に吊設されるようになって
いる。そして、この延長管１１を、図示しない制御棒駆
動機構で上下動させることにより、制御棒本体１０が炉
心に挿入されたり引抜かれたりするようになっている。

また、この制御棒本体１０の除熱は、高圧プレナム６か
らエントランスノズル１２の冷却材流入口１３および連
通孔１４を通って下部案内管８内を上昇する冷却材によ
って行なわれるようになっている。

一方、延長管１１の途中には、第２図に示すように、ベ
ローズ２０、感温部材２１およびばね２２かそれぞれ設
置されている。すなわち、延長管１１の途中は、第１図
に示すように上下に分割されており、これらは、ばね２
２により連結されている。このばね２２の外周部には、
ベローズ２０が配置されており、このベローズ２０の上
下端部は、支持板２３を介し延長管１１に連結され、内
部が密閉構造になっている。

このベローズ２０の外周部には、第１図に示すように、
二重円筒状をなす感温部材２１が配置されており、この
感温部材２１は、上側の延長管１１に連結され、下側の
延長管１１に対しては、軸方向に摺動自在となっている
。この感温部材２１の内部は、第１図に示すように、上
側の延長管１１に設けられた連通孔２４を介し前記ベロ
ーズ２０の内部に連通しており、これらの内部には、液
体金属２５が封入されている。

また、感温部材２１の上端部には、第１図に示すように
、ベント孔２６が設けられており、このベント孔２６内
には、例えばポーラスプラグからなる流動抵抗体２７が
組込まれ、感温部材２１内およびベローズ２０内は、こ
の流動抵抗体２７を介し外部と連通している。

なお、前記ばね２２には、通常運転時には制御棒の自重
分の伸びが発生している。

次に、本実施例の作用について説明する。

原子炉スクラム時に、冷却材温度が上昇して感温部材２
１周りの温度か上昇すると、感温部材２１は薄い円筒体
であるため、その内部の液体金属２５の温度も、はとん
ど時間遅れなく上昇する。

すると、感温部材２１内の液体金属２５は膨張し、ベン
ト孔２６から外部に流圧しようとする。ところが、ベン
ト孔２６には流動抵抗体２７か配されているとともに、
液体金属２５の昇温による膨張は急激であるので、膨張
分のほとんどは、ベント孔２６から外部に流出すること
なく、ベローズ２０内に進入する。このため、ベローズ
２０が伸びて制御棒が炉心内に挿入される。

一方、通常の起動、停止運転時には、冷却材の温度上昇
がゆっくりであるので、感温部材２１内の液体金属２５
の温度上昇もゆっくりしたものとなり、その膨張もゆっ
くりである。このため、膨張分は、ベント孔２６を通し
て外部に排ａされ、ベローズ２０に延びが発生すること
はない。

−例として、感温部材２１の軸方向長さを８００ｍｍ５
感温部材２１の内径を６０ｍｍ、外径を８０工とし、ベ
ローズ２０の直径を３．８ｃｍとすると、感温部材２１
の断面積に対するベローズの断面積の比を、約１．９対
１とすることができる。そしてこの場合、流動抵抗体２
７にはポーラスプラグを使用すると、感温部材２１周囲
の温度が２５０’Ｃ／１０秒で上昇すると、流動抵抗体
２７からの液体金属２５の放出をほとんど伴うことなく
、応答遅れ１秒間以内で１２ａｏ以上のストロークが生
じる。一方、通常起動時のように、０．５℃／分のゆっ
くりした温度上昇に対しては、流動抵抗体２７から液体
金属２５が放出され、ベローズ２０の伸びは生じない。

しかして、応答速度の低下を伴なうことなく、事故時に
確実に制御棒を挿入でき、原子炉の安全性を高めること
ができる。しかも、通常運転時の操作に悪影響を及ぼす
ことがない。また、不必要ナヘローズ２０の内圧上昇が
抑えられるので、ベローズ２０の健全性が確保され、信
頼性を向上させることができる。

第３図は、本発明の他の実施例を示すもので、前記実施
例におけるばね２２を、ベローズ２０の外周側に配置す
るとともに、流動抵抗体２７を、感温部材２１の下端内
周部に直接組付けるようにしたものである。

すなわち、ばね２２は、第３図に示すように、ベローズ
２０の外周側にベローズ２０を包囲するように配置され
ており、また流動抵抗体２７は、感温部材２１の下端内
周部に、感温部材２１の一部として直接組付けられてい
る。

なお、その他の点については、前記実施例と同一構成と
なっており、作用・効果も同一である。

しかして、ばね２２をベローズ２０の外周部に配するこ
とにより、ベローズ２０をばね２２により保護すること
ができるとともに、ベローズ２０の断面積を減少させて
伸びを大きくすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、事故時の冷却材温
度上昇を利用して制御棒本体を炉心内に挿入する際に、
周囲の温度上昇に対する応答性を向上させることができ
、より安定した挿入動作が得られる。このため、より大
きな負の制御棒反応度を炉心に与えることができ、スク
ラム失敗事故が万−生じても、炉出力を自動的に減衰さ
せ、かつ長時間に亘って未臨界状態を確保することがで
き、原子炉の固有の安全性を高めることができる。

一方、通常の起動、停止運転時には、ベローズ内の不必
要な圧力上昇を抑制し、ベローズの健全性を確保するこ
とができ、信頼性を向上させることができる。

２・・・制御棒集合体、１０ ・・・延長管、１７・・・延長棒、１ ベローズ、２１・・・感温部材、 連通孔、２５・・・液体金属、２ ・・流動抵抗体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炉心に設置した案内管内に昇降自在に収納される制御
   棒本体と、この制御棒本体の上端から上方に延びる延長
   棒と、この延長棒の上部に設けられた掴み部を介し制御
   棒本体を吊下する延長管とを備え、前記延長管または延
   長棒の一部にばねを介在させ、このばねの内側または外
   側にベローズを設けるとともに、このベローズまたは前
   記ばねの外側を包囲して二重円筒状の感温部材を設け、
   この感温度部材内および前記ベローズ内を連通させてそ
   の内部に液体金属を封入した制御棒集合体において、前
   記感温部材内およびベローズ内の液体金属封入部を、流
   動抵抗体を介し外部と連通させたことを特徴とする制御
   棒集合体。