JPH04254794A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速増殖炉の出力制御
を行なう制御棒集合体に係り、特に延長棒または延長管
の途中に設けられる感温機構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高速増殖炉の炉心は、図３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。

【０００３】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の冷却材流入口７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。

【０００４】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。

【０００５】このエントランスノズル１２には、高圧プ
レナム６に連通する冷却材流入口１３と、制御棒本体１
０の内在する内側に連通する連通孔１４とが設けられて
いる。

【０００６】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１５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１０は、上端から上方へ延
出させた延長棒１７の上端部に形成した掴み部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。

【０００７】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１
０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。

【０００８】また、延長管１１または延長棒１７の一部
には、図３には図示していないがばねが介在しており、
このばねの内側または外側にはベローズが設けられてい
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が設けられ、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
属が封入されている。そして、この感温機構により、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
とができるとともに、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ができるようになっている
。

【０００９】

【発明が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。

【００１０】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が生じると、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が行な
われる。

【００１１】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、原子炉出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。

【００１２】スクラム失敗時には、図４に示すように炉
心内において、ドッ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１
０が炉心内に挿入され、線ｂ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
全反応度を図４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。

【００１３】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がある。

【００１４】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
もベローズを使用せずに同様の機能が得られる制御棒集
合体を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、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
記延長棒または延長管の途中の上側部材と下側部材との
間に、感温機構を設けた制御棒集合体において、前記感
温機構は、上下いずれか一方の部材に形成されたシリン
ダ室と、上下いずれか他方の部材に設けられ前記シリン
ダ室内に挿入されるピストンと、このピストンと前記シ
リンダ室端部との間に介装され前記制御棒本体の自重を
支持するスプリングと、前記シリンダ室の外周部を包囲
し内部がリシンダ室内と連通する二重円筒状の感温部材
と、この感温部材の内部および前記シリンダ室の内部に
封入される液体金属と、前記ピストンの外周部に設けら
れ前記シリンダ室内を微少間隙を介し外部と連通させる
シール部材とから構成するようにしたことを特徴とする
。

【００１６】

【作用】本発明に係る制御棒集合体においては、感温機
構として、ベローズは用いられておらず、シリンダ室内
に配されるピストンと、制御棒本体の自重を支持するス
プリングと、感温部材およびシリンダ室内に封入される
液体金属とにより感温機構が構成される。このため、膨
大な膨張量に対しても、安定した作動が得られる。

【００１７】ところで、感温部材内の液体金属は、冷却
材の温度に迅速に応答し、異常時には、感温部材内の液
体金属がシリンダ室内に流入し、ピストンあるいはシリ
ンダ室が押し下げられて、これと結合している制御棒本
体が炉心に挿入される。

【００１８】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、シール部材の微少間隙を通してシリンダ室から
外部に排出され、感温機構は作動しない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照して説明する。

【００２０】図２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。

【００２１】燃料集合体１は、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の冷却材流入口７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
。

【００２２】また、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１
２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に連通する冷却材流入口１３と、制
御棒本体１０の内在する内側に連通する連通孔１４とが
それぞれ設けられている。

【００２３】制御棒本体１０は、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のダッシュポット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。

【００２４】この制御棒本体１０はまた、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が形成され、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。

【００２５】一方、前記延長棒１７の途中には、シリン
ダ室２１、ピストン２２、スプリング２３および感温機
構２４等を有する感温機構２０が設けられている。

【００２６】すなわち、感温機構２０は、図１に示すよ
うに、掴み部１８を有する延長棒１７の上側部材１７ａ
に形成されたシリンダ室２１と、延長棒１７の下側部材
１７ｂに設けられシリンダ室２１内に挿入されるピスト
ン２２とを備えており、このピストン２２と、シリンダ
室２１の下端部に形成された内フランジ状のばね受け２
５との間には、制御棒本体１０の自重を支持するための
スプリング２３が介装され、ばね受け２５の段部２６と
の当接により、位置決めがなされるようになっている。

【００２７】また、前記シリンダ室２１の外周部には、
二重円筒状をなす感温部材２４が配置されており、この
感温部材２４の内部とシリンダ室２１の内部とは、連通
孔２７を介して連通しているとともに、これらの内部に
は、液体金属２８が封入されている。

【００２８】また、前記ピストン２２の外周部には、シ
ール部材２９が設けられており、前記シリンダ室２１内
部は、このシール部材２９に形成された微少間隙を介し
て外部に連通している。

【００２９】次に、本実施例の作用について説明する。

【００３０】原子炉スクラム時に、冷却材温度が上昇し
て感温部材２４周りの温度が上昇すると、感温部材２４
は薄い円筒体であるため、その内部の液体金属２８の温
度も、ほとんど時間遅れなく上昇する。すると、感温部
材２４内の液体金属２８は膨張し、シリンダ室２１内に
流入するとともに、さらにシール部材２９の微少間隙か
ら外部に流出しようとする。

【００３１】ところが、液体金属２８の昇温による膨張
は急激であるので、シール部材２９の微少間隙の流動抵
抗は極めて大きくなり、膨張分の液体金属２８のほとん
どは、外部に流出することなく、ピストン２２を押し下
げる。このため、制御棒本体１０が炉心内に挿入される
。

【００３２】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２４内の
液体金属２８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、シール部材２９の
微少間隙の流動抵抗は小さく、液体金属２８の膨張分は
、シール部材２９の微少間隙を通して外部に排出され、
ピストン２２が押し下げられることはない。

【００３３】このように、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。

【００３４】なお、前記実施例においては、延長棒１７
の上側部材１７ａにシリンダ室２１を形成し、延長棒１
７の下側部材１７ｂにピストン２２を設ける場合につい
て説明したが、感温機構２０の上下を逆にしてもよい。 また、感温機構２０を、延長管１１に設けるようにして
もよい。

【００３５】

【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万一生じても、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る制御棒集合体を示す図
２のＩ部拡大図。

【図２】この制御棒集合体を備えた高速増殖炉の炉心の
構造を示す断面図。

【図３】従来の制御棒集合体を備えた高速増殖炉の炉心
の構造を示す断面図。

【図４】従来の制御棒集合体における制御棒反応度と事
故時間との関係を示す特性図。

【符号の説明】

２　　制御棒集合体 １０　　制御棒本体 １１　　延長管 １７　　延長棒 １７ａ　　上側部材 １７ｂ　　下側部材 １８　　掴み部 ２０　　感温機構 ２１　　シリンダ室 ２２　　ピストン ２３　　スプリング ２４　　感温部材 ２７　　連通孔 ２８　　液体金属 ２９　　シール部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   棒または延長管の途中の上側部材と下側部材との間に、
   感温機構を設けた制御棒集合体において、前記感温機構
   は、上下いずれか一方の部材に形成されたシリンダ室と
   、上下いずれか他方の部材に設けられ前記シリンダ室内
   に挿入されるピストンと、このピストンと前記シリンダ
   室端部との間に介装され前記制御棒本体の自重を支持す
   るスプリングと、前記シリンダ室の外周部を包囲し内部
   がリシンダ室内と連通する二重円筒状の感温部材と、こ
   の感温部材の内部および前記シリンダ室の内部に封入さ
   れる液体金属と、前記ピストンの外周部に設けられ前記
   シリンダ室内を微少間隙を介し外部と連通させるシール
   部材とを具備することを特徴とする制御棒集合体。