JPH051433B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、例えば、高速増殖炉用の原子炉制御
棒下部案内管構造に関するものである。

〔発明の背景〕

高速増殖炉の炉出力を制御するには、内部に中
性子吸収ペレツトが充填された制御棒が上下に駆
動されるように配設されている。この制御棒の駆
動装置の概要を第１図により説明する。第１図は
ナトリウム冷却型原子炉の制御棒集合体とその駆
動部及び関連機器の構成を示す説明図である。図
において、１は制御棒集合体であり、制御棒集合
体１は下部ダツシユポツト２を有する下部案内管
３に収納されており、制御棒集合体１はラツチ機
構部４を介してラツチ軸５に連結されている。ラ
ツチ軸５は駆動延長軸６、ダツシユラム７及びガ
イドスリーブ８の内側を貫通し延長管９に連結さ
れている。延長管９はラツチベローズ１０及びス
トロークベローズ１１の内側に収納されており、
上部機構（図示せず）に連結されている。ダツシ
ユラム７、ラツチベローズ１０及びストロークベ
ローズ１１等は上部案内管１２の中に収納されて
おり、上部案内管１２にはダツシユポツト１３及
びガスシール機構１４が取り付けられている。
尚、上部案内管１２は遮蔽プラグ１５により、ま
た、下部案内管３は炉心支持板１６で保持されて
いる。

第１図は原子炉でスクラムした状態を示すもの
で、制御棒集合体１が全挿入位置にある。炉出力
が定常時の場合、制御棒集合体１は駆動延長軸
６、ダツシユラム７、ガイドスリーブ８及び延長
管９等と共に下部案内管３内を引き上げられ、微
量の上下動により炉出力が調整されるようになつ
ている。一方、スクラム時の制御棒集合体１は定
常運転時の位置から高速度で、図示の位置に挿入
されるようになつている。炉型、炉の大きさによ
つて異なるが、制御棒集合体１の落差は約1mで、
この距離を約1.5秒で下降させる例もある。下降
部分の重量はおよそ200Kgであり、これを受け止
めるのにダツシユポツト２や制御棒集合体１の下
端にはシヨツクをやわらげる構造が工夫されてい
る。

しかし、第１図に示した部分だけで、約15mに
達し、このうちダツシユラム７より下部の制御棒
構成物は約5mあり、それの横振れに対する支点
はダツシユポツト１３が最下端となる。このよう
に長軸となるため、熱変形により上部案内管１２
と駆動延長軸６の間で芯ずれが生じたりする。ま
た、下部案内管３も長さが3mと長いのでそのお
それが十分にある。これらの芯ずれのままスクラ
ムすると、制御棒集合体１は下端が下部ダツシユ
ポツト２に挿入できなくなるほかに、そこに至る
間に制御棒集合体１と下部案内管３との接触が生
じ、衝撃による振動、かぢり等を生じ、落下速度
の減速及び正常な挿入状態が得られない等の事態
を招くおそれがある。

第２図は第１図の制御棒集合体１及び下部案内
管３部分の詳細図である。第２図はスクラムされ
た状態の位置関係にあるが、上記の如く高速で落
下した時の衝撃吸収は、機械的にはピストン２２
とスプリング２３による収縮とで、また、ダツシ
ユポツト２内のナトリウムをダツシユラム２０に
より押し込む際の液体（ナトリウム）のクツシヨ
ン効果により行われる。第２図の状態では、ナト
リウムは流入口２５より矢印２６の如く流れ込
み、下部案内管３とダツシユポツト２との隙間２
７を上昇し制御棒集合体１への流入口２８より矢
印２９の如く流入し、多数の制御棒２１の間をぬ
つて上昇して流出口３０より出て矢印３１のよう
に流れる。この流れを円滑に、かつ、制御棒集合
体１の中を均一にナトリウムが流れるために、流
入口２８、入口プレナム３４から集合体部分に流
入する管板３５にあけられた分配孔３６は大き
さ、位置がきめ細かく検討されてある。

一方、下部案内管３と制御棒集合体１の外管３
２との隙間３３は極力狭く取られている。例え
ば、隙間３３は、5μmの例がある。下部案内管３
が約3mに対し制御棒集合体１の外管の長さは、
例えば、原型炉「もんじゆ」では、約2mである。
従つて、上記のように互に熱変形が生じた場合に
は、この隙間３３の部分で接触することが十分に
考えられる。これに対処して、外管３２の表面に
突起物を設置する等の案もあるが、下部案内管３
及びダツシユポツト２とダツシユラム２０の芯合
せは難しい。この芯合せができないと、上記の如
く下部案内管３の内面への衝撃的な接触及びダツ
シユラム２０の先端部がダツシユポツト２内に挿
入する時の衝突などが生じ、炉心の構造物や制御
棒２１への振動を与え、それぞれの機能に障害を
及ぼし兼ねない。また、かぢりを生じた場合、そ
れが原因で制御棒２１の抜き出しが不能になるこ
とも考えられる。従つて、制御棒集合体１を所定
の短時間で、衝撃的な接触、摩擦等を与えないよ
うに円滑に挿入する構造の実現が強く望まれてい
た。

〔発明の目的〕

本発明は上記の状況に鑑みなされたものであ
り、急速挿入時に制御棒集合体を下部ダツシユポ
ツト内に、衝撃的または振動接触を避け円滑に挿
入でき信頼性を向上できる原子炉制御棒下部案内
管構造を提供することを目的としたものである。

〔発明の概要〕

本発明の原子炉制御棒下部案内管構造は、炉心
支持板に支持され下部案内管が上部に一体に形成
された下部ダツシユポツトと、上部を駆動延長軸
にラツチ機構部を介し吊下され、緊急挿入時に上
記下部案内管内を落下し該下部案内管内に充填さ
れる流体により緩衝されて上記下部ダツシユポツ
ト内に挿入される制御棒集合体に形成されたダツ
シユラムとを設けてなり、上記下部ダツシユポツ
ト内に上記ダツシユラムが挿入された位置の該ダ
ツシユラムに開口されているナトリウム流入口よ
り上部位置の上記下部案内管部分に、上記下部ダ
ツシユポツトと同心に上記ダツシユラム外径より
やや大径に形成された細径部と、該細径部上部に
該細径部に接続し上部を該細径部より大径に形成
されたテーパ部とから形成される調芯装置を設け
たものである。

制御棒集合体は長さが約2mで、この制御棒集
合体と、これが挿入されている下部案内管（直径
約100mm、長さ約3m）の隙間は約５mm程度であ
り、約500℃のナトリウム環境では熱変形が若干
生じるのは避けられない。従つて、両者は接触、
摺動することを前提に設計形成され、その一つは
下部案内管の上部（グリツパー部分）は拘束され
てなく、また、グリツパーも若干の自由度があ
る。従つて、互にある程度の方向転換、傾きが許
されるので、両者間のかぢり発生が避けられる。
しかし、最下部のダツシユポツトにダツシユラム
が挿入される時点での芯ずれに対する効果は何ら
有していない。これに鑑み、本発明はダツシユラ
ムがダツシユポツトに挿入される前に芯合せが自
動的にできる構造としたものである。また、上記
したように落下途中での相対的なずれに対するあ
る程度の自由度を、そのまま確保できるように、
即ち、ずれが加算された場合でも調芯ができるよ
うにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の原子炉制御棒下部案内管構造を実
施例を用い従来と同部分は同符号で示し同部分の
構造の説明は省略し第３図により説明する。第３
図イは制御棒集合体及び下部案内管部分の詳細
図、ロはイの−矢視断面図であり、ダツシユ
ラム２０が下部ダツシユポツト２に挿入される直
前の状態を示している。そして、下部案内管３は
下部ダツシユポツト２の上端が位置するあたりで
上方部分との間をサポート管１９に接続され、サ
ポート管１９の内側には調芯管１７が配設されて
いる。調芯管１７は上下方向のほぼ下半分は下部
ダツシユポツト２と同心に、かつ、ダツシユラム
２０の外径よりやや大径の等径の細径部３７に形
成され上半分は上方側が拡大された真円の大径の
テーパ１８に形成されている。一方、ダツシユラ
ム２０の下部ダツシユポツト２の上面に逆円錐状
に形成された斜面部に対応するように形成された
下面テーパ部の上部の外管３２の外周に円周方向
に等間隔にスペーサ２４が４個取り付けられてい
る。そして、調芯管１７の細径部３７の内周面と
スペーサ２４表面との間の隙間は、ダツシユポツ
ト２の内径とダツシユポツト２に挿入されるダツ
シユラム２０の下端の外径との間の隙間とほぼ等
しく形成され、即ち、細径管３７の内径よりスペ
ーサ２４の外周位置が微小径となるようになつて
いる。

調芯管１７は、第３図のように下部案内管３を
下部ダツシユポツト２の上端付近で切断し絞り込
み形成しないで、別に製作した他の実施例の第４
図のように第３図の該当する部分に溶接し取り付
けてもよく、重要なことは、絞り込まれたテーパ
に沿つてスペーサ２４が移動できる構造とするこ
とである。調芯管１７を、管の絞り込みにより加
工する方法、または削り出して製作する方法等が
あるが、最終的にはスペーサ２４が接触摺動する
部分のテーパ１８を真円にして滑らかにする必要
がある。そして、接触摺動する部分を表面硬化材
のニツケル基合金等を溶射加工し仕上げておく
と、摺動に対してかぢり等を防止でき好都合であ
る。

上記の本実施例のように下部案内管３を一部で
細径部３７となるように形成して調芯作用を持た
せるものの他に、下部案内管３そのものを調芯管
にすることも可能である。例えば、スペーサ２４
の外径を下部案内管３の内径に近づけておくこと
である。しかし、この場合、制御棒集合体１が動
く範囲の約1mを摺動することになり、落下速度
の減衰を早めたり、変形による制御棒集合体１と
下部案内管３の相対的なずれに対する逃げの自由
度を制限するおそれがある。

第５図は熱変形により制御棒集合体１と下部案
内管３とがずれを生じた状態での各部の接触状況
を示す模式図である。制御棒集合体１の芯に対し
て熱変形した下部案内管３がずれている。下部案
内管３は上部がフリーで下部はダツシユポツト２
に接合され、さらにダツシユポツト２は強固な炉
心下部に下部支持構造物（図示せず）で接合され
ている。従つて、熱変形によるゆがみ（ひずみ）
は図示の如く上部に表われている。ダツシユポツ
ト２に近い部分にある調芯管１７には変形は現わ
れ難い。よつて、調芯管１７と下部ダツシユポツ
ト２との芯ずれはまず生じないものと考えられ
る。制御棒集合体１は、落下する前は第５図の状
態より約1m上部に位置しているので、最太径に
なるスペーサ２４が下部案内管３の片面に接する
状態となる。しかし、落下して下部ダツシユポツ
ト２に近づくにつれて元の芯に近づき、調芯管１
７の部分に至つた後、そのテーパ１８に沿つてさ
らに中心に導かれ、ダツシユポツト２にダツシユ
ラム２０の下端が達する前に、完全に元の芯に戻
される。従つて、このような変形が生じたとき、
従来の構造の場合に発生していたダツシユラム２
０の下端とダツシユポツト２の上面と衝撃的な当
りを回避することができる。

上記した第３図の構造と第４図の構造との相違
によつて、制御棒集合体１を導くことに対する差
異はないが、調芯管１７のテーパ１８部分にスペ
ーサ２４が接するときの衝撃を吸収する点では、
第３図のように二重管式になつている方が好まし
いと考えられる。即ち、調芯管１７の下部がフリ
ーであるために、衝突によつて受けるエネルギー
を自由端での振動で開放し、下部案内管３及びダ
ツシユポツト２に及ぼす衝撃力を緩和できる。し
かし、調芯管１７とサポート管１９の間に形成さ
れるスタグナントナトリウム域では、特に両者の
接合する部分での材料の隙間腐食が懸念されるの
で、ナトリウムを流れ易くしてナトリウム中の不
純物が停滞するのを防ぐようにするため例えば調
芯管１７に穴または切り込みを設ける等の工夫を
することが好ましい。

また、制御棒集合体１のダツシユラム２０と下
部ダツシユポツト２との芯合せをするための調芯
管１７の取付位置は、第６図に示すように制御棒
集合体１へのナトリウム流入口２８より上部に設
置されている。その理由は、縮小化が望まれてい
る炉心構成要素を、本実施例の構造とするために
長尺化することのないようにするためである。例
えば、従来の下部ダツシユポツト２のテーパ部分
を長くとつて勾配をゆるやかにし、下部ダツシユ
ポツト２の下端部との接触衝撃を小さくすると共
に芯合せのガイドの役目を持たせることも可能で
あるが、このために、ダツシユラム２０へのナト
リウムの流入口２８が覆われてしまうので、それ
を避けるためにはダツシユラム２０を長くする必
要がある。従つて、その分だけ制御棒が長くなる
のは好ましくない。

このように本実施例の原子炉制御棒下部案内管
構造は、下部ダツシユポツトと同心にダツシユラ
ム外径よりやや大径に形成された細径部と、該細
径部上部に該細径部に接続し上部を該細径部より
大径に形成されたテーパ部とを有する調芯管を、
下部ダツシユポツトの上端位置より上部位置の下
部案内管部分に設けたので、上部駆動機構部や下
部案内管の熱変形等によるゆがみ、芯ずれが生じ
ている場合における制御棒集合体の上下動による
調整、特に急速挿入（スクラム）の際に、制御棒
集合体と下部案内管または下部ダツシユポツトと
の接触によるかぢり、衝撃、完全挿入の不備等の
トラブルをなくすことができる。即ち、ダツシユ
ラムが落下の際に、下部案内管の調芯管のテーパ
部分によつてダツシユラムの外周の突起物のスペ
ーサが案内され調芯され、細径部に入り円滑に挿
入される。このため、炉の制御に対して高い信頼
性を確保できる。また、スクラム時の衝撃による
振動発生を抑制し、他の炉心機器への振動の影響
を減少できる。

上記実施例は高速増殖炉の場合について述べた
が、他の炉型、例えば、軽水炉においても適用で
きる。また、調芯管は円筒状物の場合について述
べたが、３個以上に分割された円筒状物でも作用
効果は同じである。そして、スペーサは、摺動摩
擦の小さい例えばニツケル基合金等の硬質材料製
のボールベアリングにしてもよく、スペーサは少
なくとも３個以上を相互の間を等間隔にして配設
する。尚、下部ダツシユポツトとダツシユラムと
の直径方向の隙間は、ナトリウムクツシヨン効果
を上げること及びスクラム後にグリツパーを外し
て制御棒を垂直に維持することのため、例えば、
0.5〜１mmのように極めて小さく形成されている。
このため、上記実施例の芯合せ機構がない限り挿
入時には衝撃的な当たりが発生することが避けら
れない。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明の原子炉制御棒下部案
内管構造は、急速挿入時に制御棒集合体を下部ダ
ツシユポツト内に、衝撃的または振動接触を避け
円滑に挿入でき信頼性を向上できる効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原子炉の制御棒集合体とその駆
動部及び関連機器の構成を示す説明図、第２図は
第１図の制御棒集合体及び下部案内管部分の詳細
図、第３図イは本発明の原子炉制御棒下部案内管
構造の実施例の制御棒集合体及び下部案内管部詳
細図、ロはイの−矢視断面図、第４図は本発
明の原子炉制御棒下部案内管構造の他の実施例の
第３図Ａ部と同部分の断面図、第５図は第３図の
作用説明図、第６図は第３図のＢ部詳細図であ
る。 １…制御棒集合体、２…下部ダツシユポツト、
３…下部案内管、４…ラツチ機構部、６…駆動延
長軸、１６…炉心支持板、１７…調芯管、１８…
テーパ、２０…ダツシユラム、２４…スペーサ、
２８…流入口、３７…細径部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心支持板に支持され下部案内管が上部に一
   体に形成された下部ダツシユポツトと、上部を駆
   動延長軸にラツチ機構部を介し吊下され、緊急挿
   入時に上記下部案内管を落下し該下部案内管内に
   充填される流体により緩衡されて上記下部ダツシ
   ユポツト内に挿入される制御棒集合体に形成され
   たダツシユラムとを設けたものにおいて、上記下
   部ダツシユポツト内に上記ダツシユラムが挿入さ
   れた位置の該ダツシユラムに開口されているナト
   リウム流入口より上部位置の上記下部案内管部分
   に、上記下部ダツシユポツトと同心に上記ダツシ
   ユラム外径よりやや大径に形成された細径部と、
   該細径部上部に該細径部に接続し上部を該細径部
   より大径に形成されたテーパ部とから形成される
   調芯装置を設けたことを特徴とする原子炉制御棒
   下部案内管構造。 ２ 上記下部ダツシユポツト上面の逆円錐状斜面
   部に対応するように形成された上記ダツシユラム
   の下面テーパー部の上部円周上に上記調芯装置の
   上記細径部に対し外周位置が微小径となるように
   形成された少なくとも３個のスペーサが固着され
   ている特許請求の範囲第１項記載の原子炉制御棒
   下部案内管構造。