JPH0446397B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高速増殖炉の出力制御を行なう制御棒
集合体に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

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１，１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）によつて形成されて
いる。

燃料集合体１は、内部に多数の燃料集合体要素
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３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
て燃料集合体要素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させられる。

このエントランスノズル１２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とが設けら
れている。また、制御棒本体７は、内部に中性子
吸収体を内蔵し、最挿入時には下端の係合部１５
を下部に案内管８のダツシユポツト１６内に挿入
して定位される。そして、制御棒本体７、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
とにより、その延長管１１に吊下される。そし
て、この延長管１１を制御棒駆動機構（図示せ
ず）によつて上下動させることにより、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、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とを通つて下部案内管８内を上昇する
冷却材によつて行なわれる。

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。

一方、高速増殖炉においては、緊急時において
何らかの原因で延長管１１が下降できなくなつて
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、このスクラム失敗時
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。

第３図に示すように、スクラム失敗時には、炉
心内においてはドツプラ効果および冷却材密度効
果によつて、制御棒反応度が０の臨界よりも高い
同図ａの正の反応度が発生される。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つて軸
方向に膨張し、制御棒本体１０を炉心内に挿入
し、同図ｂの負の反応度が発生される。そして、
従来はこれらの正、負の反応度を重ね合わせた全
反応度を同図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。

しかしながら、従来の制御棒集合体において
は、全反応度ｃが臨界に近く、炉出力の減衰量が
小さく抑えられていた。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであ
り、スクラム失敗等の冷却材温度が異常上昇した
場合に、その温度上昇を利用して制御棒本体の炉
心内への挿入度を自動的に増大させ、炉心出力を
臨界より大きく減衰させることのできる制御棒集
合体を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の制御棒集合体は、延長管の一部に冷却
材温度が異常上昇した時に膨張して延長管の長さ
を伸長させて、制御棒本体の炉心内への挿入度を
増大させる感温度延長部材を設けて形成したこと
を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第３図につ
いて説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示
す。

本実施例は延長管１１の途中に、ベローズ式の
感温度延長部材２０を設けて形成したものであ
る。

他の構成は第４図に示す従来例と同様である。

感温度延長部材２０を第２図について説明す
る。

ベローズ２１の内部には液体金属２２が封入さ
れている。このベロース２１は、上下にそれぞれ
固着されたフランジ２３，２４を延長管１１に固
着することにより、延長管１１の途中に設けられ
ている。下方のフランジ２４から上方に向けて突
設された複数の支持杆２５，２５は上方のフラン
ジ２３の開孔２３ａを摺動自在に貫通しており、
これによりベローズ２１が延長管１１の軸方向に
伸縮するようにガイドし、更に延長管１１の横方
向強度を大きくしている。また、各支持杆２５の
上方のフランジ２３より上方には、ベローズ２１
が過大に伸長しないように上方ストツパ２６が固
着されており、フランジ２３より下方には、スク
ラム時の衝撃力でベローズ２１が過大に縮小しな
いように圧縮力を緩和する下方ストツパ２７が固
着されている。また、ベローズ２１の液体金属２
２としては、製造時に封入する時も液状であり、
しかも炉心内で漏洩しても無害なものであればよ
く、例えば室温で液状であるNaK等がよい。ま
た、上部案内管９の下端部には、燃料集合体１か
ら上昇する高温冷却材を集めて上部案内管９内へ
その流入口９ａを通して導入させるスカート状の
フード２８が固着されている。

次に、本実施例の作用を説明する。

原子炉スクラム時に制御棒本体１０が炉心内に
挿入されない場合を想定すると、その事故発生後
250秒経過すると冷却材温度の上昇量は約208℃と
なる。この冷却材温度上昇により、反応度には第
３図ａに示す正の反応度がもたらされる。

温度が異常上昇した高温冷却材はフード２８に
よつて集められ、流入口９ａを通つて上部案内管
９内に流入する。

この高温冷却材によつて、例えば全長６ｍのス
テンレス製の延長管１１が加温されて1.5cmだけ
伸長する。この延長管１１自身の伸長により、制
御棒本体１０が炉心内に挿入され、第３図ｂに示
す負の反応度がもたらされる。

ここまでは従来例と同様に作用する。

本発明の実施例においては、更に次のように作
用する。

すなわち、感温延長部材２０のベローズ２１の
自然長を30cmとし内部にNaKからなる液体金属
２２を内封したとすると、この液体金属２２の膨
張量はステンレスに比較して大きいのでベローズ
２１が1.5cmだけ伸び、延長管１１は全体として
３cm伸長する。これにより制御棒本体１０は従来
より更に1.5cm深く炉心内に自動的に挿入され、
第３図ｄに示すような負の制御棒反応度が得られ
る。従つて、本実施例における事故後の制御棒全
反応度は第３図ｅの示す負の反応度となり、従来
の臨界よりわずかに低く押えられた同図ｃに示す
反応度と比較すると多きな未臨界度を確保するこ
とができる。

なお、前記実施例におけるベローズ２１の代り
に、冷却材温度が一定以上になると伸長する形状
記憶合金を設けてもよい。

また、感温延長部材２０の延長管１１への取付
け位置は、冷却材の温度上昇見合等に応じて適宜
調整するとよい。

〔発明の効果〕

このように本発明の制御棒集合体は、延長管の
一部に感温延長部材を設けることにより、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
へ従来より深く挿入させることができ、これによ
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、長時間に亘つて未臨界
状態を確保することができ、原子炉の固有の安全
性を高くすることができる等の効果を層する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御棒集合体の一実施例を示
す縦断側面図、第２図は第１図の部拡大図、第
３図は本発明と従来例との事故時における制御棒
反応特性を示す線図、第４図は従来例を示す第１
図同様の縦断面図である。 ２……制御棒集合体、８……下部案内管、９…
…上部案内管、１０……制御棒本体、１１……延
長管、１７……延長棒、１８……掴み部、２０…
…感温延長部材、２１……ベローズ、２２……液
体金属。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心に設置された案内管内に昇降自在に収納
   された制御棒本体と、この制御棒本体の上端から
   上方へ延出された延長棒の上部に設けた掴み部と
   係合して制御棒本体と吊下する延長管とを有する
   制御棒集合体において、上記延長管の一部に冷却
   材温度が異常上昇したときに膨張する感温延長部
   を設け、冷却材温度の異常上昇時に延長管自体の
   長さを伸長させ、制御棒本体の炉心内への挿入度
   を増大させるようにしたことを特徴とする制御棒
   集合体。 ２ 感温延長部材は、内部に液体金属を封入した
   ベローズによつて形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の制御棒集合体。 ３ 感温延長部材は、一定温度以上で伸展する形
   状記憶合金により形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の制御棒集合体。