JPH04310894A - 制御棒駆動機構コイル冷却装置及び方法 - 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】本発明は原子力発電プラントに関
する。より詳細には、本発明は、原子力発電プラントの
原子炉内の制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）におけるコイル
を空気の自然対流により受動的に冷却するための装置及
び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原子炉において、ＣＲＤＭは炉心内に可
動中性子吸収制御棒を配置するために用いられ、それに
より炉心反応度を制御する。ＣＲＤＭは、原子炉容器閉
鎖蓋から垂直に延びる圧力ハウジング内に配置される。 各ＣＲＤＭは、圧力ハウジングの下部部分内に配置され
たラッチ装置を特徴としている。ラッチ装置は固定磁極
片及び可動磁極片を含み、複数のグリッパーラッチを駆
動する。グリッパーラッチは、磁極片の動きに応じてラ
ッチ装置を貫通する駆動棒に対してカム動作されるよう
、磁極片にリンク結合されている。また、駆動棒組立体
は制御棒をラッチ装置に連結している。駆動棒の周囲に
は、互いに一定の間隔が置かれた複数の周溝が形成され
ている。この溝の形状はグリッパーラッチの形状に一致
し、グリッパーラッチは、駆動棒及びそこに取り付けら
れた制御棒を支持することができる。

【０００３】圧力ハウジングの外側には、３つの独立し
たコイルから成る作動コイルスタックがラッチ装置と同
じ高さ位置に配設されている。コイルが励磁された場合
、磁界が発生する。その磁束は非磁性体の圧力ハウジン
グを透過し、ラッチ装置の鋼製磁極片と結合して、制御
棒を垂直動作させるのに十分な力を発生させる。

【０００４】原子炉の運転中、電磁コイルは加熱される
。もし検査を全く行わない場合には、発生された熱はコ
イルの近傍に配置された電子回路に損傷を与える。この
ために、コイルは運転中、冷却されなければならない。 現在の冷却機構は電動ファンを用い、空気をコイル表面
に沿って強制的に下降させて排気管内に送り込み、そし
て、その加熱空気をマニホールドを通してファンの吸込
み側に導くこととしている。ファンは高温空気を格納容
器内に排出し、格納容器内にてその熱負荷が冷却システ
ムにより処理される。この手段には２つの大きな問題点
がある。第１に、原子炉の保守或は燃料交換を行うため
には、排気管、ファン及びマニホールドを取り外さなけ
ればならない点である。冷却システムのこの分解及び再
組立は時間及び費用を浪費し、放射線環境で相当な人時
が必要となる。第２に、この冷却システムは電動ファン
によるアクティブ型であるため、ファンの誤動作又は停
電によって費用のかかる停止時間を生じさせる恐れがあ
る。

【０００５】従って、設備故障や停電により影響を受け
ることなくＣＲＤＭのコイルを受動的に冷却する装置及
び方法を提供することが望ましい。更に、炉心にアクセ
スするのに分解及び再組立を必要としない冷却装置を提
供することが望ましい。

【０００６】

【発明の概要】従って、本発明の目的は、格納容器内の
大気を原子炉内のＣＲＤＭの表面に沿って流通させるこ
とによってＣＲＤＭを受動的に冷却する方法と装置を提
供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、ＣＲＤＭの周囲の空
気に対流を誘起させることにより、ＣＲＤＭ表面に層空
気の流れを生じさせることにある。

【０００８】更に、本発明の別の目的は、大規模な分解
を行うことなく既存の原子炉を改造して本冷却装置を組
み込むこと、及び、本冷却装置を原子炉の閉鎖蓋組立体
全体と単一ユニットとして取り外しできるようにするこ
とにある。

【０００９】上記及びその他の目的は、閉鎖蓋組立体を
有する原子炉容器を備える原子力発電プラントにおいて
達成されるものである。複数のＣＲＤＭは閉鎖蓋に配置
され、その上方に延びている。この閉鎖蓋の上方に垂直
に延びる複数の空気筒が、制御棒が所定配列で配置され
ている領域（以下、「制御棒配置配列」という）内であ
って、その制御棒配置配列内の制御棒が不要な位置に分
散して配置されている。この空気筒は、ＣＲＤＭのコイ
ルに流れ該コイルから流れていく空気を分離し、空気の
対流を生じさせ、それによりＣＲＤＭを囲んでいる格納
容器内の雰囲気を下方に流し、閉鎖蓋の頂部に配置され
たマニホールドの入口内に流入させる。マニホールドは
、その頂部に配置され且つＣＲＤＭのコイルを囲むシュ
ラウドと空気流に関して連通している。マニホールド内
に流入する空気は、シュラウドによりＣＲＤＭコイルに
沿って流れるよう導かれ、その結果、該コイルは冷却さ
れる。コイルの表面に沿って流れコイルにより加熱され
た空気は、バッフル組立体により案内され、空気筒の側
面に形成された入口内に導かれる。その空気は、耐震支
持プラットホーム及びミサイルシールドを貫通して延び
る空気筒内を上昇し、ミサイルシールドの上方で排出さ
れる。

【００１０】空気筒は耐震支持プラットホームにより横
方向に拘束される。これは、空気筒のスタック部分に高
さ調節可能なカラーを取り付けることで達成される。こ
のカラーは、ＣＲＤＭの圧力ハウジングの先端に配置さ
れたプレート要素と組み合わされ、耐震支持プラットホ
ームのキャビティ内で相互連結構造を形成する。

【００１１】

【好適な実施例の説明】図１及び図２には、閉鎖蓋組立
体の近傍にある原子炉容器の一部が示されている。この
ような原子炉容器は、通常、原子力発電プラントで用い
られる。閉鎖蓋１は原子炉容器４８の頂部に形成された
ほぼ半球状のドームである。制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ
）４は、制御棒を炉心内で垂直に位置決めするように機
能する。各ＣＲＤＭ４は、制御棒駆動軸１９と、この制
御棒駆動軸１９を囲み且つ閉鎖蓋１を貫通して上方に延
びる圧力ハウジング５０と、圧力ハウジング５０内に配
置されたラッチ装置（図示しない）と、圧力ハウジング
５０の外側に取り付けられた３つの電磁コイル２０から
成るコイルスタックとから構成されている。コイルスタ
ックは、圧力ハウジング５０の中間部分に配置され、従
って、圧力ハウジング５０の一部はコイルスタックの上
側に位置し、他の部分は下側に位置する。用いられるＣ
ＲＤＭ４の数は特定の原子炉設計により左右される。尚
、明瞭化の目的で、図２においては４つのＣＲＤＭのみ
を示すが、ＣＲＤＭの数は通常それよりも多い。ＣＲＤ
Ｍ４の典型的な配列は図４に示す通りである。

【００１２】各ＣＲＤＭの圧力ハウジング５０の先端は
、正方形のプレート要素１２に取り付けられている。こ
のプレート要素１２は、閉鎖蓋１の上方に配置される耐
震支持プラットホーム２に形成された穴ないしはキャビ
ティ４９に配置される。環状の円板の形態をとる耐震支
持プラットホーム２は、タイロッド（図示しない）によ
り格納容器壁に固定される。耐震支持プラットホーム２
は、地震活動が生じた場合に、ＣＲＤＭ４を横方向に拘
束することができる。耐震支持プラットホーム２はリフ
トロッド５を介して閉鎖蓋１に連結されており、それに
より、ＣＲＤＭ４及び耐震支持プラットホーム２を含む
閉鎖蓋組立体は、保守又は燃料交換時に、単一ユニット
として原子炉容器４８から取り外すことができる。

【００１３】前述したように、コイル２０は運転中に冷
却されなければならない。本発明によれば、格納容器内
の雰囲気の空気を受動的にコイル２０の周囲で流通させ
ることで、冷却を行うこととしている。この受動的冷却
は、コイル２０の周囲の空気に自然対流を生じさせるこ
とにより達成される。そこで、図２及び図４に示すよう
に、複数の空気筒３がＣＲＤＭ配列の中に分散配置され
ている。一般的に、図４に示すように、制御棒は縦横の
矩形配列で配置されている。このような配列で制御棒を
置くことのできる位置の数は、原子炉を制御するのに実
際に必要とされる制御棒の数よりも多い。その結果、制
御棒配置配列には何もない空間部が存在する。本発明に
よる空気筒の数及び位置に関しては相当なフレキシビリ
ティがあるので、空気筒３はＣＲＤＭ配列内の既存の空
間部に配置される。図４に示す配列においては、６２本
の制御棒（従って、６２体のＣＲＤＭ及び冷却されなけ
ればならない６２個のコイル）と、１８本の空気筒３と
がある。

【００１４】図３及び図７に示すように、各空気筒３は
、本体部分１４と、これにレジューサープレート２７に
より結合されたスタック部分１５とから構成されている
。空気筒３は断面が正方形であり、各側面に空気入口２
５を有することを特徴としている。図２に示すように、
空気入口２５の高さ位置はコイル２０の位置よりも僅か
に高い。各空気筒３は、閉鎖蓋１に形成されたサポート
４１にボルト４７により固定されたベースプレート４０
を特徴としている。好適な実施例において、空気筒３の
本体部分１４の壁面は、三層のシートメタルプレート４
２から形成されており、これらのプレート４２は、そこ
に溶着されたブロック４６により互いに結合され、ボル
ト４３によりベースプレート４０に取り付けられている
。また、図８に示すように、断熱体３２がプレート４２
間の間隙に配置されている。

【００１５】本発明の重要な特徴によれば、バッフル組
立体が、空気入口２５の真上の空気筒本体部分１４の側
面及びコーナーに取り付けられている。このバッフル組
立体は、空気筒３の各側面に取り付けられたサイドフー
ド２１と、各コーナーに取り付けられたコーナーフード
２２とから構成されている。各サイドフード２１は、空
気筒本体部分１４に固着された取付プレート２６に特徴
がある。サイドフード２１のバッフル部分５１はヒンジ
２３を介して取付プレート２６に連結されている。コー
ナーフード２２はピボット継手２４を介して空気筒３の
コーナーに取り付けられている。従って、コーナーフー
ド２２及びサイドフード２１の両者は、図３に示す突出
位置、或は、空気筒本体部分１４に重なる引込み位置へ
と回動できる。また、半円形の切欠きが、各フード２１
，２２の空気筒３から離れた位置の縁部に形成されてい
る。この切欠きの径は、フード２１，２２がＣＲＤＭ４
の圧力ハウジング５０の周囲に適合するよう、圧力ハウ
ジング５０の径よりも僅かに大きくされている。

【００１６】図２に示すように、空気筒３のスタック部
分１５は、耐震支持プラットホーム２を貫通して延びて
いる。支持カラー１６は、スタック部分１５の周囲に摺
動可能に配置され、スタック部分１５の側面から突出す
るタブ１８を貫通して延びるボルト１７によってスタッ
ク部分１５に固定されている。ボルト１７は支持カラー
１６の穴（図示しない）内にねじ込まれる。支持カラー
１６の外径は、ＣＲＤＭ４の圧力ハウジング５０の先端
に取り付けられるプレート要素１２の外径と同じである
。支持カラー１６をスタック部分１５に取り付ける前述
の方法によれば、カラー１６の高さはボルト１７を回す
ことで調節でき、支持カラー１６をプレート要素１２に
合致させるように正確に整列させることができる。従っ
て、本発明によれば、支持カラー１６及びプレート要素
１２は耐震支持プラットホーム２のキャビティ４９内で
相互連結構造を形成する。これによって、耐震支持プラ
ットホーム２は、ＣＲＤＭ４と同様に、空気筒３を横方
向に拘束することができる。

【００１７】連結タブ１３が、隣合うプレート要素１２
間に架設されると共に、プレート要素１２と支持カラー
１６との間に架設されている。各連結タブ１３は、それ
が架け渡される２枚のプレート要素１２の一方のみに溶
接され、これにより、タブ１３は、プレート要素１２と
カラー１６との間の相対運動を垂直方向には拘束するが
、耐震支持プラットホーム２の平面においては許容する
。

【００１８】既存の原子炉容器４８において、インサー
ト（「ダミーカン」と呼ばれている）が、プレート要素
配列若しくは制御棒配置配列の空間部（制御棒が配置さ
れていない位置）に配置されている。これらのダミーカ
ンはプレート要素１２と同一の寸法であり、プレート要
素相互連結構造はそのまま維持されるようになっている
。本発明によれば、空気筒３は、ダミーカンを取り外し
た後、フード２１，２２を引込み位置とした状態で、ダ
ミーカンが除去されたプレート要素配列内の空間部に垂
直にすべり込ませることにより、閉鎖蓋組立体を分解す
ることなく、既存の原子力発電プラント内に組み込んで
改造できる。この設置工程は次の理由から容易に行われ
る。即ち、サイドフード２１及びコーナーフード２２が
引っ込められた場合には、空気筒本体部分１４の最大横
断面寸法（即ち、空気筒３の軸線に直角な平面における
空気筒３の最大外側寸法）は、ダミーカンが除去された
プレート要素配列における空間部の寸法（即ち、プレー
ト要素１２と支持カラー１６の寸法）よりも小さいとい
う事実によるものである。空気筒３が取り付けられたな
らば、図７に示すクリップ４４が、フード２１，２２を
突出位置に保持するために、フード２１，２２上に嵌め
込まれる。このクリップ４４は、ボルト４５を用いて空
気筒３の本体部分１４に取り付けられる。

【００１９】図２に示すように、ミサイルシールド１０
が耐震支持プラットホーム２の上方に配置されたＩビー
ム９の頂部に配置されている。ミサイルシールド１０は
、事故の際に制御棒の移動を制限するように働く。好適
な実施例において、空気筒３のスタック部分１５は、高
温の空気をミサイルシールド１０の上方に排出するため
に、ミサイルシールド１０の穴を貫通して延びている。 しかしながら、高温の空気をミサイルシールド１０の周
囲に排出すべくミサイルシールド１０の下側で終端した
より短いスタック部分１５も使用可能である。この変形
手段は、厚いコンクリート製のミサイルシールドを有す
る既存の原子力発電プラントを本発明により改造するの
を容易化する。

【００２０】図２に示すように、ヘッドアダプタ１１が
閉鎖蓋１に取り付けられており、閉鎖蓋１の頂部に円形
の空気マニホールド７を取り付けるための基礎として機
能している。複数の空気入口８が空気マニホールド７の
側面に形成されている。図２及び図４に示すように、空
気マニホールド６の頂部にはほぼ正方形のシュラウド６
が配置され、ＣＲＤＭ４のコイル２０を囲んでいる。原
子炉運転中に、コイル２０は、シュラウド６内で該コイ
ル２０を囲む空気に熱を伝える。加熱された空気は対流
によって上方に流れる。サイドフード２１及びコーナー
フード２２は、上昇してきた空気を空気筒３の入口２５
内に導き、更に、空気は空気筒３内を上昇し続け、空気
筒３のスタック部分１５の排出部からミサイルシールド
１０の上方に排出される。空気筒３内に空気が流れるこ
とによって、閉鎖蓋組立体の周囲の雰囲気は下方に導か
れ、空気マニホールド７の入口８内に流入する。マニホ
ールド７はこの雰囲気の空気を圧力ハウジング５０のコ
イル２０よりも下側の部分に導く。更に、この空気は、
シュラウド６によってコイル２０上に導かれ、対流熱伝
導によりコイル２０を冷却する。空気筒本体部分１４の
側壁内の断熱体３２は、上昇空気からの熱を、圧力ハウ
ジング５０の周囲の空気、特にコイル２０よりも上方の
部分を囲む空気に伝えないようにしている。その結果、
コイル２０を冷却した上昇空気は高温に維持され、空気
マニホールド７の入口８に供給される下降空気は低温に
維持される。このように、空気筒３は、ＣＲＤＭ４の周
囲の空気を下降する低温空気と上昇する高温空気とに分
離することによって、対流を生じさせる。

【００２１】サイドフード２１及びコーナーフード２２
の前述した配列構成は、各ＣＲＤＭ４が２本の空気筒３
の間に配置されている場合に、空気筒３内に空気を十分
に導くよう機能する。即ち、図５に示すように、ＣＲＤ
Ｍ４１のコイル２０の周囲を流れる空気の全ては、空気
筒３１，３２の入口２５に流入する。同様に、ＣＲＤＭ
４２のコイル２０の周囲を流れる空気の全ては空気筒３
３，３４の入口２５に流入する。更に、ＣＲＤＭ４１に
隣接するＣＲＤＭ４５のコイル表面に沿って流れる空気
はコーナーフード２２により空気筒３１，３２内に導か
れ、空気筒３１，３２に隣接するＣＲＤＭ４３，４７の
コイル表面に沿って流れる空気はサイドフード２１によ
り導かれる。ＣＲＤＭ４２に隣接するＣＲＤＭ４６のコ
イル表面に沿って流れる空気、及び、空気筒３３，３４
に隣接するＣＲＤＭ４４，４８のコイル表面に沿って流
れる空気についても、同様な状態となる。

【００２２】しかしながら、前述したように、空気筒３
の数及び位置は、原子炉を制御するための制御棒が必要
でない制御棒配列における位置により定められる。従っ
て、前述した空気筒バッフル構造は、空気筒３から離れ
ているＣＲＤＭ４３〜４８のコイル２０の表面（即ち、
互いに面しているＣＲＤＭ４３，４４のコイル表面、互
いに面しているＣＲＤＭ４５，４６及び互いに面してい
るＣＲＤＭ４７，４８のコイル表面）に沿って流れる空
気を十分に案内することができない。これらのコイル表
面に沿って流れる空気を空気筒３の入口２５内に十分に
案内できないことにより、空気は非分離状態で上昇し、
マニホールドの入口８に流入する下降空気と混合してこ
れを加熱する。本発明によれば、この状態はＣＲＤＭ自
体に補助バッフルを取り付けることによって解決される
が、この補助バッフルは、空気筒から離れたＣＲＤＭの
部分内の空気の上昇を制限すると共に、空気をフード２
１，２２により空気筒の入口２５内に案内することがで
きる位置までその空気を偏向させる。

【００２３】即ち、図５及び図６に示すように、ＣＲＤ
Ｍ４４，４５，４７に取り付けられたリストリクタ２８
が、空気筒３から離れているＣＲＤＭ４３〜４８の部分
に沿う空気の上昇流を防止する。また、ＣＲＤＭ４４，
４５，４６，４７に取り付けられたディフレクタ２９が
、ＣＲＤＭ４３〜４８のコイル２０の遠い側の表面に沿
って流れる空気を、空気筒３のコーナーフード２２まで
案内し、更に、そこから空気は空気筒３の入口２５へと
導かれる。図５に示すように、ＣＲＤＭ４４に取り付け
られたディフレクタ２９１は空気を空気筒３１のコーナ
ーフード２２に案内し、ＣＲＤＭ４５に取り付けられた
ディフレクタ２９２は空気を空気筒３３のコーナーフー
ド２２に案内し、ＣＲＤＭ４８に取り付けられたディフ
レクタ２９３は空気を空気筒３２のコーナーフード２２
に案内し、ＣＲＤＭ４７に取り付けられたディフレクタ
２９４は空気を空気筒３４のコーナーフード２２に案内
する。

【００２４】尚、図４及び図５に示す形状は例示に過ぎ
ず、特定の用途におけるリストリクタ２８及びディフレ
クタ２９の数量及び位置は制御棒配置配列内での空気筒
３の特定の位置により左右されることに注意されたい。 概略的に述べるならば、空気マニホールド７の入口８内
に流入する空気及びシュラウド６によりコイル２０上に
導かれる空気の全てが、可能な限り、空気筒３の入口２
５に確実に入るよう、リストリクタ２８及びディフレク
タ２９は必要に応じて配列されるべきものである。

【００２５】図６に示すように、リストリクタ２８及び
ディフレクタ２９は、ＣＲＤＭ４を囲みフランジ３１に
より適所に保持されたカラー３０によって、ＣＲＤＭ４
に取り付けられる。このカラー３０は、図６に示すよう
に、コイル２０の真上で圧力ハウジング５０に取り付け
ることができ、或いはまた、図２に示すように、上部コ
イル自体の本体に取り付けることができる。

【００２６】図２に示すように、ＣＲＤＭコイル冷却装
置の構造要素の全ては、閉鎖蓋１のエンベロープの径方
向内側（即ち、閉鎖蓋フランジ５２の周縁から上方に延
び且つその周縁と同じ径を有する想像上の円筒管の径方
向内側）に配置されていることに注意されたい。この特
徴は、閉鎖蓋組立体の全体をＣＲＤＭコイル冷却装置の
構成要素及び格納容器エリアにおける周囲の構造部材に
干渉することなく単一ユニットとして取り外すことがで
きるので、原子炉の保守及び燃料交換のための分解を容
易化する。

【００２７】本発明は、その精神及び特質から逸脱する
ことなく他の特定の形態で具現化することができ、従っ
て、本発明の範囲を示すものとしては、上記の発明の詳
細な説明よりも特許請求の範囲を参照すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】原子力発電プラントにおける原子炉容器の閉鎖
蓋組立体の一部を示す斜視図である。

【図２】図１で示す閉鎖蓋組立体の縦断面図である。

【図３】空気筒の斜視図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿っての断面図であり、
ＣＲＤＭ配列内での空気筒の配置を示す図である。

【図５】図４の一点鎖線Ｖ内の部分を示す拡大図である
。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿っての断面図である。

【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿っての断面図であ
り、空気筒の構造的詳細を示す図である。

【図８】図７の一点鎖線ＶＩＩＩ内の部分を示す拡大図
である。

【符号の説明】

１　　　　閉鎖蓋 ２　　　　耐震支持プラットホーム ３　　　　空気筒 ４　　　　制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）７　　　　空気
マニホールド １４　　　　空気筒の本体部分 １５　　　　空気筒のスタック部分 ２０　　　　コイル ２１　　　　サイドフード ２２　　　　コーナーフード ２８　　　　リストリクタ ２９　　　　ディフレクタ ４８　　　　原子炉容器 ５０　　　　圧力ハウジング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　原子炉容器閉鎖蓋を貫通して延び且つ
   雰囲気により囲まれた複数の制御棒駆動機構を有する原
   子力発電プラントであって、前記制御棒駆動機構の各々
   が少なくとも１つのコイルを有すると共にハウジングに
   より部分的に囲まれ、前記各ハウジングの第１部分が前
   記コイルよりも上に配置され第２部分が前記コイルより
   も下に配置されている前記原子力発電プラントにおいて
   、前記コイルを受動的に冷却する制御棒駆動機構コイル
   冷却装置であって、（ａ）前記雰囲気の空気を前記ハウ
   ジングの前記第２部分に導くための第１の空気流案内手
   段と、（ｂ）前記ハウジングの前記第２部分に導かれた
   前記空気を前記コイルの表面に沿って流れるよう導くた
   めの第２の空気流案内手段と、（ｃ）前記コイルに沿っ
   て流れていない前記雰囲気の空気から前記コイルに沿っ
   て流れた前記空気を分離するための手段と、を備えてい
   る制御棒駆動機構コイル冷却装置。
2. 【請求項２】　　原子炉容器閉鎖蓋を貫通して延びる複
   数の制御棒駆動機構を有する原子力発電プラントであっ
   て、前記制御棒駆動機構の各々がコイルを有し、前記各
   制御棒駆動機構の第１部分が前記コイルよりも下に配置
   されている前記原子力発電プラントにおいて、前記コイ
   ルを受動的に冷却する制御棒駆動機構コイル冷却方法で
   あって、（ａ）雰囲気の空気を前記各制御棒駆動機構の
   前記第１部分に導き、（ｂ）導かれた前記空気を前記コ
   イルの表面に沿って流通させ、（ｃ）前記雰囲気の空気
   から前記コイルに沿って流通する前記空気を分離し、（
   ｄ）分離された前記空気を、対流により、前記閉鎖蓋か
   ら離れていく垂直流通経路に沿って上方に流す、ことか
   ら成る制御棒駆動機構コイル冷却方法。