JPH0556471B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 背 景 本発明は、流体媒体内の部材の一方向の比較的
自由な急速移動をもたらすとともに、該部材の逆
方向の急速移動に対して比較的高い抵抗をもたら
すような速度制御装置に関する。

本発明は、例えば、原子炉の選択的に挿入可能
な制御棒に有用であり、本発明の制御装置は、急
速な原子炉停止のために制御棒を炉心内に急速に
移動させうるが炉心外への制御棒の移動速度を制
御することによつて炉心の反応度の増加率を制限
する。

このような目的のための従来の速度制御装置
は、例えば、トロツキ（Trocki）等によつて米
国特許第3395781号に示され、またマクリンテイ
ク（Mc Clintic）等によつて米国特許第3397759
号に示されており、これらの引用特許は参照によ
つてここに包含される。特に、マクリンテイク等
の第７図に示す実施例はこれまで長い間商用に供
されて成果をあげている。この実施例は制御棒の
下端の駆動ハブに取付けられた円すい形速度制御
部材を用い、これは環状スカート部材と共に流体
乱流を増して制御棒の急速下降運動に対する抵抗
を生じる。

制御棒を炉心内に選択的に挿入するための駆動
機構は、例えば、ホブソン（R.R.Hobson）等に
よつて米国特許第3020887号に示されている。

従来の制御棒は通例、中性子吸収材として、管
に入れた粉末状の炭化ほう素を用いてきた。

さらに最近では、制御棒の寿命を延ばしたいた
めに、ハフニウム金属のようなより高い密度のよ
うな重い中性子吸収材が用いられている。

底入れ制御棒の場合、制御棒の重量は、制御棒
を下方に駆動して炉心から出そうとする力の少な
くとも一部分をなすので、制御棒のより大きな下
向きの力を相殺するのにより有効な速度制御装置
が望ましい。

さらに、速度制御装置それ自体の重量を減らす
ことによつて制御棒の重量の全体的な増加を最小
にすることが望ましい。重量を最小にすることは
重要な因子である。なぜなら、スクラム時間（制
御棒の炉心内への挿入に要する時間）は制御棒の
全重量の関数だからである。

従つて、本発明の目的は効果を高めた速度制御
装置を提供することである。

本発明の他の目的は重量を減らした速度制御装
置を提供することである。

要 約 上記および他の目的は、制御棒の下端から延在
する駆動ハブの周囲にそれから離れて同軸的に設
置された少なくとも１個の円環（トロイド）状制
御部材を含む速度制御装置によつて達成される。

制御部材は複数の半径方向に相隔たるウエブに
よつて駆動ハブに固定される。制御部材の上側
は、（水のような）流体媒体中の上昇運動に対す
る抵抗を最小にするための滑らかな概して円すい
形の表面を有するように形成される。

制御部材の下側は凹面を呈する少なくとも一つ
の環状溝を有するように形成される。制御部材の
下方に配置された１対の半径方向に相隔たる羽根
が環状噴射口を形成しこの噴射口は、制御部材が
制御棒と共に下降する時、制御部材の下側の環状
溝に速度を増した環状流体流を向けることにな
る。

これは速度制御構造体の下方から上方への流体
の通過中に流体の乱流を増加させ、この乱流の増
加により、制御棒の下降運動に対する流体力学的
抵抗が増大する。

駆動ハブに固定されかつそれから半径方向外方
に延在する複数の相隔たるウエブが前記半径方向
隔離羽根を支持（そして端部にローラを備え、こ
れらのローラは管状ハウジングの内面に接触して
前記ハウジング内で前記ハブを中央に位置づけか
つ案内するのに役立つ。

本願第１発明の実施例では、複数の速度制御装
置がそれぞれ制御部材およびそれと関連する流体
噴流発生羽根を含み、駆動ハブの周囲に半径方向
に隔置されて相互間に環状流体流路を画成する。

本願第２発明の実施例では、円環形制御部材の
下側に複数（例えば２つ）の隣接溝が形成され、
それと関連する流体噴流発生羽根は隣接溝間の接
合部に流体噴流を向けるように配置される。

第２発明の実施例の改変例では、円環形制御部
材の下側は単一溝をなす凹面として形成され、流
体噴流発生羽根はこの溝の中央に流体噴流を向け
るように配置される。

説 明 本願第１発明の実施例を第１図の立面図と第
２，３図の断面図に示す。

ハウジングまたは案内管１２内の制御棒１１は
交差形または十字形で、４つの横方向に延在する
ウイング１３を有し、これらのウイングはほう素
および（または）ハフニウムのような適当な中性
子吸収材を内蔵する。複数のこのような制御棒と
炉心内のそれらの使用は前述の米国特許第
3397759号にさらに詳述されている。

ウイング１３の下端の延長体１４が管状制御棒
駆動ハブ１６に固定されている。ハブ１６の下端
には結合ソケツト１７が固定され、このソケツト
は、駆動シリンダ２１内の制御棒駆動ピストンま
たは軸１９の頂端に形成した複数の結合フインガ
１８とはまり合い、それらに着脱自在に連結され
る。

案内管１２の底端２２は駆動シリンダ２１の頂
端に連結されて液体収容室２３を画成する。室２
３には原子炉の冷却流体、例えば、水が満たさ
れ、従つて、この水は流体媒体をなす。完全のた
めに、移動可能な駆動軸１９と静止駆動シリンダ
２１との間にシール２４が示されているが、制御
棒駆動機構は様々な形態をとり得、実際の流体シ
ールは駆動装置内の他の箇所に設けてもよいこと
を理解されたい。前述のように、適当な制御棒駆
動装置が米国特許第3020887号に示されている。

本発明の速度制御装置は少なくとも１個の円環
形制御部材およびそれと関連する１対の羽根（ま
たは同等物）を含み、両羽根は、流体の内の下降
運動時に流体の流れまたは噴流を制御部材の下側
に向けるためのものである。

３個のこのような制御部材２６，２７，２８が
第１図に示され、これらは相隔たりそしてハブ１
６の周囲に同軸的に配置されている。制御部材２
６，27は複数の半径方向に延在するウエブ２９
（第２図）によつてハブ１６に固定されているの
に対し、制御部材２８はハブ１６と一体に形成さ
れている。

制御部材２６〜２８の上側は、流体内の上昇運
動に対する抵抗を最小にするための滑らかな概し
て円すい形の「流線形」上面３１をもつように形
成されている。制御部材２６，２７，２８の下側
には環状溝３２，３３，３４がそれぞれ形成さ
れ、各溝は凹面を呈する。

制御部材２６の下方には１対の相隔たる羽根３
６が、そして制御部材２７の下方には１対の相隔
たる羽根３７が配置され、各対の羽根は上方に先
細りになり、そして流体内の下降運動中に速度を
増した流体流を環状溝３２，３３に向けるための
環状噴射口を形成する。これは速度制御構造体の
下方から上方へ移動中の流体の乱流を非常に増大
させ、従つて、急速下降運動に対する抵抗を高め
る。

制御部材２８と関連して単一の羽根３８が、ハ
ブ１６の拡大部３９と共に、流体を溝３４に向け
る環状噴射口を形成する。

第３図に示すように、羽根３６〜３８は複数の
半径方向に延在するウエブ４１によつてハブ１６
に固定されている。便宜上、ウエブ４１の外端に
ローラ４２を取付けうる。これらのローラは案内
管１２の内壁と接触して管内でハブ１６を中央に
位置づけかつ案内するためのものである。

本願第２発明の実施例を第４，５，６図に示
す。この実施例では、単一の比較的大きな円環制
御部材１２６がハブ１１６の周囲に同軸的に配置
され、複数の半径方向に延在するウエブ１２９
（第５図）によつてハブ１１６に支持されている。
この構成により、部材１２６とハブ１１６との間
に内側流体通路４３が設けられるとともに、部材
１２６と案内管の内壁との間に外側流体通路４４
が設けられる。ハブ１１６は管状のものでよく、
また制御部材１２６は中空にして重量を減らした
ものでよい。

制御部材１２６の上側は流体中の上昇運動に対
する抵抗を最小にするための滑らかな概して円す
い形の上面１３１をもつように形成されている。
この実施例では、制御部材１２６の下側に、隣接
する内側および外側の溝４６，４７が形成されて
いる。

制御部材１２６の下方には相隔たる内側および
外側の環状羽根４８，４９が配置されている。内
側羽根４８は溝４６に向かつて上方に傾斜し、そ
の外縁は溝４６の中央とほぼ垂直方向に整合し、
外側羽根４９は溝４７に向かつて上方に傾斜し、
その内縁は溝４７の中央とほぼ垂直方向に整合す
る。

従つて、羽根４８，４９は下降運動中速度を増
した流体流を溝４６，４７の共通縁５１に向ける
ための環状噴射口を形成する。これは通路４３，
４４を通つて上方に向かう流体の流れにおける乱
流を非常に増大させ、その結果、下降運動に対す
る抵抗が高まる。

羽根４８，４９は、第６図に示すようにハブ１
１６に固定さた複数の半径方向に延在するウエブ
１４１によつて支持されている。便宜上、ウエブ
１４１の外端にローラ４２を取付けうる。これら
のローラは案内管１２の内壁と接触して管内でハ
ブ１１６を中央に位置づけかつ案内するためのも
のである。

第４〜６図の第２発明の実施例の改変例を第７
図に示す。この改変例では、円環形制御部材２２
６が、類似の滑らかな概して円すい形の上面１３
１をもつように形成され、制御部材２２６の下側
は単一溝をなす凹面として形成されている。従つ
て、相隔たる内側および外側環状羽根４８，４９
は流体媒体中の下降運動中流体流を溝２４６の中
央に向ける。その結果、通路４３，４４を通つて
上方に向かう流体の流れにおいて乱流が大いに増
加し、従つて、下降運動に対する抵抗が高まる。

第７図の実施例の速度制御装置の重さは約32.5
ポンドであり、これに対し、米国特許第339759号
の第７図に示してある従来の速度制御構造体の重
さは52.5ポンドである。すなわち、本発明の速度
制御装置は約20ポンドの重量節減をもたらす。

炭化ほう素（B₄C）を詰めた84本の棒を内蔵し
そして米国特許第3397759号の第７図の速度制御
構造体を備える通例の制御棒は約222ポンドの重
さをもつ。もし炭化ほう素を詰めた棒のうちの12
本をハフニウム金属で形成した棒で置換えると、
その重さは約241ポンドに増加する。

もし従来の速度制御装置の代わりに本発明の第
７図の速度制御装置を用いると、12本のハフニウ
ム棒と72本のほう素充てん棒をもつ制御棒は約
221ポンドの重さをもつ。

従つて、本発明の速度制御装置を用いると、制
御棒の中性子吸収材の約14％を寿命の長い（ただ
し比較的重い）ハフニウムにしてもほぼ同じ制御
棒重量を維持することができる。これはスクラム
性能（原子炉を停止するために制御棒を炉心に急
速に挿入する能力）が維持されるという重要な利
点をもたらす。

本発明の速度制御装置は従来の速度制御装置よ
り軽いだけでなく、自由落下速度を制限する効果
もよりすぐれている。

550〓の水中の自由落下試験において、米国特
許第3397759号の第７図の速度制御装置を備えそ
して重さが190ポンドの制御棒の落下速度は約
2.74フイート毎秒であつた。

これに対し、本発明の第７図の速度制御装置を
備えそして重さが約274ポンドの制御棒の落下速
度は約2.3フイート毎秒であつた。すなわち、本
発明の速度制御装置は、制御棒の重さが84ポンド
だけ多くても、よりおそい落下速度をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御棒の駆動ハブに固定された第１発
明の速度制御装置の一実施例を示す部分破断部分
断面立面図、第２図は第１図の実施例の線２−２
に沿う断面図、第３図は第１図の実施例の線３−
３に沿う別の断面図、第４図は第２発明の速度制
御装置の実施例を示す部分破断部分断面立面図、
第５図は第４図の実施例の線５−５に沿う断面
図、第６図は第４図の実施例の線６−６に沿う別
の断面図、第７図は第４〜６図の実施例の改変例
を示す部分破断部分断面立面図である。 １１：制御棒、１２：ハウジング（案内管）、
１６，１１６：ハブ、２６，２７，２８，１２
６，２２６：円環形制御部材、２９，４１，１２
９，１４１：ウエブ、３１，１３１：制御部材上
面、３２，３３，３４，４６，４７，２４６：環
状溝、３６，３７，３８，４８，４９：環状羽
根、３９：ハブ拡大部、４２：ローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉において流体媒体内で用いる往復自在
   な垂直方向向きの制御棒用の速度制御装置におい
   て、上記制御棒はその下端に固定されかつそれか
   ら延在する駆動ハブを含み、 円環形制御部材が前記ハブから隔てて前記ハブ
   の周囲に同軸的に配置されかつ複数の相隔たる半
   径方向ウエブによつて前記ハブに固定されて、前
   記ハブから隔てて同軸の位置にある該円環形制御
   部材と前記ハブとの間に流体に対する環状通路が
   形成され、前記制御部材の前記制御棒に向きあう
   側は滑らかな概して円すい形の表面を有し、前記
   制御部材の前記制御棒から遠ざかる側は凹面をな
   す隣り合う内側および外側環状溝を有するように
   形成され、 内側および外側の環状羽根が半径方向に相隔た
   るとともに前記制御部材の前記制御棒から遠ざか
   る側から隔たりそして前記ハブから隔てて前記ハ
   ブの周囲に同軸的に配置されかつ複数の相隔たる
   半径方向ウエブによつて前記ハブに固定されて前
   記ハブと前記羽根との間に流体に対する環状流路
   を形成しており、前記羽根は前記制御部材に対し
   て傾斜しており、前記内側羽根の外縁は前記制御
   部材に比較的接近しておりそして前記制御部材の
   前記内側溝の中央と実質的に整合し、また前記外
   側羽根の内縁は前記制御部材に比較的接近してお
   りそして前記外側溝の中央と実質的に整合し、 これにより、前記制御棒が前記流体内を前記駆
   動ハブに向かう方向に動く時、前記羽根は流体の
   流れを両溝に向けて流体の乱流を生じ、この乱流
   は前記制御棒の前記駆動ハブに向かう動きに対し
   て、反対向きの動きの場合にくらべて、一層大き
   な抵抗をもたらすようになつている制御装置。 ２ 前記制御装置は管状流体収容ハウジングによ
   つて囲まれ、このハウジングは前記制御部材の外
   縁との間に環状流体通路を画成する特許請求の範
   囲第１項記載の制御装置。 ３ 前記羽根が固定されている前記半径方向ウエ
   ブの端に、前記ハウジングの内壁に接触して前記
   ハウジング内で前記ハブを中央に位置づけかつ案
   内するためのローラが設けられている特許請求の
   範囲第２項記載の制御装置。 ４ 原子炉において流体媒体内で用いる往復自在
   な垂直方向向きの制御棒用の速度制御装置におい
   て、上記制御棒はその下端に固定されかつそれか
   ら延在する駆動ハブを有し、 少なくとも１個の円環形制御部材が前記ハブか
   ら隔てて前記ハブの周囲に同軸的に隔置されかつ
   複数の相隔たる半径方向ウエブによつて前記ハブ
   に固定されて、前記ハブから隔てて同軸の位置に
   ある該円環形制御部材と前記ハブとの間に流体に
   対する環状通路が形成され、前記制御部材の上側
   は前記流体内の上昇運動に対する抵抗を最小にす
   るために滑らかな概して円すい形の表面を有し、
   前記制御部材の下側は少なくとも１つの環状溝を
   有するように形成され、 一対の半径方向に相隔たる羽根が前記制御部材
   の下方に前記ハブから隔てて前記ハブの周囲に同
   軸的に配置されそして前記制御部材の前記環状溝
   に対して速度を高めた環状流体流を向ける環状噴
   射口を形成し、 これにより前記流体内の前記制御部材の下降運
   動に対する抵抗を高めるようになつている速度制
   御装置。 ５ 前記ハブの周囲に半径方向に隔置された複数
   の前記速度制御装置を含む特許請求の範囲第４項
   記載の速度制御装置。 ６ 前記速度制御装置は管状流体収容ハウジング
   によつて囲まれ、このハウジングは前記制御部材
   の外縁との間に環状流体通路を画成する特許請求
   の範囲第４項記載の速度制御装置。 ７ 前記ハブが延在しそして前記半径方向に離隔
   した羽根を支持する複数の相隔たる半径方向ウエ
   ブを含む特許請求の範囲第６項記載の速度制御装
   置。 ８ 前記半径方向ウエブの端部に、前記ハウジン
   グの内壁に接触して前記ハウジング内で前記ハブ
   を中央に位置づけかつ案内するためのローラが設
   けられている特許請求の範囲第７項記載の速度制
   御装置。 ９ 前記ハブの拡大部分に形成された下方に開口
   する環状溝と、前記流体媒体内の前記速度制御装
   置の下降運動時に環状流体噴流を前記溝内に向け
   るように配置された羽根とを含む特許請求の範囲
   第４項記載の速度制御装置。