JPH05215883A - 制御棒集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】制御棒本体とこれを吊下する延長管の間で、炉
心上部の限られた設置スペースに感温部と係止機構を備
えた動作棒を配設して、事故による冷却材の温度上昇を
速やかに検出すると共に、制御棒を迅速に炉心に挿入す
る制御棒集合体を提供する。 【構成】原子炉上部の案内管内に備えられて制御棒本体
を吊下する延長管と、上部に前記延長管と係止する掴み
部１８を備え、この掴み部１８と直結して二重円筒状で
先端にラッチ爪２４を備えた感温部材２３を設け、この
感温部材２３内で一端が感温部材２３に取付けられ、他
端にその先端でラッチ爪２４の係止、釈放を行う動作軸
を上下動自在に設けると共に感温部材２３内および前記
ベローズ２６内を連通させて内部に液体金属２８を封入
して形成した動作棒２１と、上部先端に前記動作棒２１
のラッチ爪２４と係止するハンドリングヘッド２２を設
けて炉心に設置した案内管内に昇降自在に収納された制
御棒本体とからなる。

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
を行う制御棒集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高速増殖炉における炉心は図５
の断面図に示すように多数の燃料集合体１と、この燃料
集合体１の間に挿入される複数の制御集合体２と、前記
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
図示しない多数の遮蔽体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
却材である液体金属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
て燃料集合体１を除熱する。

【０００４】制御棒集合体２は炉心である燃料集合体１
内に配設された下部案内管８と、燃料集合体１上にある
上部案内管９、および制御棒本体10と、これを吊下する
延長管11とにより構成されている。また下部案内管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には前記高圧プレナム６に連通する冷
却材入口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。

【０００５】また制御棒集合体10は内部に中性子吸収体
を内蔵し、制御棒本体10の最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内に挿入して定位置
に保持される。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摘み部18により前記延長
管11の下端部を掴むことによって延長管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。

【０００６】この制御棒本体10の除熱は通孔14を経由し
て流入する冷却材によって行なわれ、この冷却材は前記
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を通って下部案内管８内を上昇するよう
になっている。

【０００７】また、延長管11または延長棒17の一部に
は、図５には図示しない、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て、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。

【０００８】そして、この機構により、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共に、通
常運転時の温度変化に対する炉心挿入量の変化を抑制す
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】高速増殖炉において、
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の炉心内への挿入量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
に緊急挿入させて原子炉を停止させるスクラム動作が行
なわれる。

【００１１】一方、緊急時に何らかの原因で延長管11が
下降されず、制御棒本体10を炉心内に緊急挿入できない
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６の特性図に示す
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。

【００１３】しかし、従来の制御棒集合体10において
は、延長管11または延長棒17が事故による冷却材温度上
昇に伴って軸方向に膨脹して、制御棒本体10が炉心内に
挿入され、線ｂで示す負の反応度が発生する。

【００１４】これにより従来はこれらの正、負の反応度
を合わせた全反応度を、線ｃのように臨界より低い負の
反応度領域に保持するようにして原子炉の安全性を確保
していた。

【００１５】ところで、従来の制御棒集合体10において
は、事故による冷却材温度上昇に伴って延長管11または
延長棒17が軸方向に膨脹して、制御棒本体10を炉心内に
挿入することで負の反応度を発生させているが、炉心上
部の配置上の制限から感温部の大きさが制約を受ける。
事故による冷却材の温度上昇を迅速に検出し、原子炉内
へ制御棒を炉心内へ必要な距離挿入するためには感温部
が大きくなり、限られた配置スペースにおいて応答特性
の速い制御棒を設けることは困難であった。

【００１６】本発明の目的とするところは、制御棒本体
とこれを吊下する延長管の間で、炉心上部の限られた設
置スペースに感温部と係止機構を備えた動作棒を配設し
て、事故による冷却材の温度上昇を速やかに検出すると
共に、制御棒を迅速に炉心に挿入する制御棒集合体を提
供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】原子炉上部の案内管内に
備えられて制御棒本体を吊下する延長管と、上部に前記
延長管と係止する掴み部を備え、この掴み部と直結して
二重円筒状で先端にラッチ爪を備えた感温部材を設け、
この感温部材内で一端が感温部材に取付けられ、他端に
その先端で前記ラッチ爪の係止、釈放を行う動作軸を上
下動自在に設けると共に感温部材内および前記ベローズ
内を連通させて内部に液体金属を封入して形成した動作
棒と、上部先端に前記動作棒のラッチ爪と係止するハン
ドリングヘッドを設けて炉心に設置した案内管内に昇降
自在に収納された制御棒本体とからなることを特徴とす
る。

【００１８】

【作用】制御棒本体とこれを吊下げる延長管との間に配
設した動作棒の感温部材において冷却材の温度を検出す
る。感温部材内に封入された液体金属は、温度上昇に応
じて膨脹し、ベローズ内に流入して温度異常時には、ベ
ローズの膨脹によって動作軸を下げる。

【００１９】これにより動作軸の先端部は制御棒本体の
上端にあるハンドリングヘッドを掴んでいるラッチ爪を
開くため、制御棒本体は短時間で炉心へ降下、緊急挿入
される。

【００２０】また原子炉への制御棒集合体の新規装架に
際して、室温と炉内温度との差による制御棒集合体据付
位置の修正作業は、動作棒の上部動作軸と下部動作軸間
に設けられたスライド部で自動的に吸収されるので、据
付位置の修正作業は不要である。

【００２１】さらに一旦炉心に緊急挿入した制御棒本体
は、リセット棒を押し込み、ラッチ爪をハンドリングヘ
ッドに挿入した後に放すと、前記ラッチ爪はハンドリン
グヘッドに係止して、再び制御棒本体が引上げられる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。なお、上記した従来技術と同じ構成部分につ
いては同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００２３】図２の断面図は本発明に係る制御棒集合体
20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20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図示しない多数の遮蔽体によ
り構成されている。

【００２４】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。

【００２５】また制御棒集合体20は、下部案内管８と上
部案内管９、および制御棒本体10とこの制御棒本体10を
吊下する延長管11、さらに制御棒本体10と延長管11との
中間で両者を連結する動作棒21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とが夫々設けられて
いる。

【００２６】制御棒本体10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。

【００２７】この制御棒本体10は、またその中央上部に
ハンドリングヘッド22を備えており、このハンドリング
ヘッド22は上方の延長管11との間で動作棒21により連結
して構成されている。

【００２８】動作棒21の上端には掴み部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。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するこ
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。

【００２９】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
である液体金属によって行なわれる。

【００３０】動作棒21は、図１の拡大断面図に示すよう
に、上部に設けられた前記延長管11に係止する掴み部18
と、これに直結して二重円筒状をなす感温部材23が配設
されており、この感温部材23の下部先端には、その外周
で前記制御棒本体10のハンドリングヘッド22に係止する
ラッチ爪24が設けられている。また感温部材23の内部に
は上端を封止して動作軸25を取付けたベローズ26が、そ
の下部を支持板27を介して感温部材23に固定されてい
る。

【００３１】なお、ベローズ26の上端に取付けた動作軸
25は、ベローズ26の伸縮に従い、感温部材23内を上下動
自在に支持され、その先端部25ａは一部円錐状に形成さ
れており、前記ラッチ爪24の内側に配置されていて、ラ
ッチ爪24の内側に変形することを阻止し、制御棒本体10
を吊下している。従って、先端部25ａがラッチ爪24の位
置より降下してラッチ爪24の内周より外れると、ラッチ
爪24は内側に曲がり、前記ハンドリングヘッド22は釈放
される。ここでハンドリングヘッド22がラッチ爪24より
釈放されると、制御棒本体10は自重により炉心に降下挿
入される。

【００３２】また前記ベローズ26と感温部材23との間に
形成される空間はベローズ26により動作軸25側と隔離さ
れた密閉構造にされており、この空間と感温部材23の二
重円筒内の空間には液体金属28が封入されていて、互い
に通路29で連通して構成されている。次に、上記構成に
よる作用について説明する。

【００３３】原子炉スクラム時において、冷却材温度が
上昇して動作棒21の感温部材23周りの温度が上昇する
と、感温部材23は薄い円筒体であるため、その内部に封
入されている液体金属28の温度も、ほとんど時間遅れな
く上昇する。従って、感温部材23内の液体金属28は膨脹
し、通路29を経由してベローズ26の外周部に侵入する。
このためベローズ26が伸びて、動作軸25が下方に動く。

【００３４】動作軸25が下がるとラッチ爪22は内側に変
形し、ハンドリングヘッド22が釈放され、これにより制
御棒10は切り離されて炉心内に緊急挿入される。通常動
作軸25の動く距離は20mm程度で良いので、冷却材の温度
上昇による感温部材23内部の液体金属28の熱膨脹量は少
なくて良い。この液体金属28の熱膨脹量が少なくて良い
ことは、冷却材の温度上昇が小さくても容易に作動する
ことで、すなわち、応答性が速いことになる。図３に示
す動作棒の拡大断面図は本発明の他の実施例で、制御棒
本体10の原子炉に新規装架する際の時の設置位置修正作
業を不要とした制御棒集合体である。

【００３５】動作棒31は上部に設けられた前記延長管11
に係止する掴み部18と、これに直結して二重円筒状をな
す感温部材23が配設されており、この感温部材23の下部
先端には、その外周で前記制御棒本体10のハンドリング
ヘッド22に係止するラッチ爪24が設けられている。また
感温部材23の内部には上端を封止して上部動作軸32を取
付けたベローズ26が、その下部を支持板27を介して感温
部材23に固定されている。

【００３６】なお、ベローズ26の上端に取付けた上部動
作軸32は、ベローズ26の伸縮に従い、感温部材23内を上
下動自在に支持されるが、この上部動作軸32の先端には
下部動作軸33が上部動作軸32との間で熱膨張を吸収する
ためのスライド部34により上下摺動自在に連結されてお
り、下部動作軸33の先端部33ａは一部円錐状に形成さ
れ、前記ラッチ爪24の内側に配置されていて、ラッチ爪
24が内側に変形することを阻止しする構成となってい
る。

【００３７】通常、新しい制御棒集合体を原子炉内に装
架すると、制御棒集合体の温度が室温から原子炉の運転
温度まで上昇する。この時に動作棒は液体金属28の熱膨
脹により伸びを生じるため従来は、予め前記延長管11の
長さ、あるいは制御棒集合体の据付位置等による修正作
業を行っていた。

【００３８】しかしながら、この他の実施例によれば、
新規装架時の修正は前記スライド部34において自動的に
行われるため、修正作業が不要になるほか、当初より動
作棒31の長さを短くすることができるため、制御棒集合
体全体の長さが短くできる。次に図４は本発明のその他
の実施例を示す動作棒の拡大断面図で、一旦炉心に緊急
挿入した制御棒本体10の再引上げを可能とした制御棒集
合体である。

【００３９】動作棒41は、その動作軸42を管状とし、こ
の動作軸42と感温部材23の下部に設けた支持板27間に備
えたベローズ26と別の第２のベローズ43を前記動作軸42
の上部と掴み部44の間に接続する。

【００４０】さらに、掴み部44の中心には貫通穴44ａを
あけ、この貫通穴44ａと前記動作軸42の中心部を貫通し
てラッチ爪22の開閉を行うリセット棒45を設ける。この
リセット棒45の下先端にはラッチ爪24が内側に変形する
ことを阻止する先端部45ａを、また上先端は掴み部44の
中心に突出させていて、先端部45ａには前記動作軸42の
先端が当接して構成されている。なお、リセット棒45は
前記掴み部44の貫通穴44ａにおいて、ばね46により常時
上方に引上げられている。

【００４１】原子炉スクラム時において、冷却材温度が
上昇して動作棒41の感温部材23周りの温度が上昇する
と、その内部に封入されている液体金属28の温度も上
昇、膨脹して、通路29を経由してベローズ26、および第
２のベローズ43の外周部に侵入する。このためベローズ
26、および第２のベローズ43が伸びて、動作軸42が下方
に動く。

【００４２】動作軸42が下がるとリセット棒45の先端部
45ａは、ラッチ爪24より下降し、ラッチ爪24は内側に変
形してハンドリングヘッド22が釈放され、これにより制
御棒本体10は切り離されて炉心内に緊急挿入される。

【００４３】なお、冷却材温度の異常上昇によらず、必
要に応じて制御棒本体10の切り離しを実施する場合に
は、図示しない操作棒によりリセット棒45の上部先端
を、ばね46に抗して押下げると先端部45ａは、ラッチ爪
24とハンドリングヘッド22との係止を解除する。

【００４４】炉心に挿入した制御棒本体10を再び引上げ
る場合には、前記延長管11を降下させて動作棒41の先端
にあるラッチ爪24と、制御棒本体10のハンドリングヘッ
ド22とを当接させ、リセット棒45を図示しない操作棒に
より押込むと、ラッチ爪24は内側に変形してハンドリン
グヘッド22に挿入される。

【００４５】リセット棒45の押下げを止めるとリセット
棒45は、ばね46により上昇してラッチ爪24とハンドリン
グヘッド22は係止され、延長管11を引上げれば制御棒本
体10が炉心より引抜かれる。これにより、適宜試験等に
よる制御棒本体10の緊急挿入と、復帰の引上げ再使用が
容易に行える。

【００４６】

【発明の効果】以上本発明によれば、原子炉の事故時に
おいて冷却材の温度上昇を利用して迅速に制御棒を炉心
に緊急挿入ができる他、制御棒の新規装架に際しての据
付位置修正作業を不要にとして作業員の負担が軽減でき
る。また適宜、制御棒の緊急挿入と、これの復帰再引上
げをすることが容易に行える。

【００４７】従って、制御棒の炉心緊急挿入の作動時に
おいて、より大きな負の制御棒反応度を炉心に与えるこ
とができるため、スクラム失敗事故が万一生じても炉出
力を自動的、かつ迅速に減衰させ、しかも長時間に亘っ
て未臨界状態を確保することができるので、原子炉にお
ける固有の安全性を高める効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る動作棒の拡大断面図。

【図２】本発明による高速増殖炉の炉心の断面図。

【図３】本発明の他の実施例に係る動作棒の拡大断面
図。

【図４】本発明のその他の実施例に係る動作棒の拡大断
面図。

【図５】従来の高速増殖炉の炉心の断面図。

【図６】従来の制御棒集合体による制御棒反応度と事故
時間との特性図。

【符号の説明】

１…燃料集合体、８…上部案内管、９…下部案内管、10
…制御棒本体、11…延長管、21，31，41…動作棒、18，
44…掴み部、20…制御棒集合体、24…ラッチ爪、23…感
温部材、22…ハンドリングヘッド、27…支持板、25，42
…動作軸、25ａ，33ａ，45ａ…先端部、26…ベローズ、
29…連通孔、28…液体金属、32…上部動作軸、33…下部
動作軸、34…スライド部、43…第２のベローズ、44ａ…
貫通穴、45…リセット棒、46…バネ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉上部の案内管内に備えられて制御
   棒本体を吊下する延長管と、上部に前記延長管と係止す
   る掴み部を備え、この掴み部と直結して二重円筒状で先
   端にラッチ爪を備えた感温部材を設け、この感温部材内
   で一端が感温部材に取付けられ、他端にその先端で前記
   ラッチ爪の係止、釈放を行う動作軸を上下動自在に設け
   ると共に感温部材内および前記ベローズ内を連通させて
   内部に液体金属を封入して形成した動作棒と、上部先端
   に前記動作棒のラッチ爪と係止するハンドリングヘッド
   を設けて炉心に設置した案内管内に昇降自在に収納され
   た制御棒本体とからなることを特徴とする制御棒集合
   体。