JPH0815473A - 高速炉の反射体駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】炉外の駆動機構部を排除するとともに、原子炉
を迅速に起動・停止可能な高速炉の反射体駆動装置を提
供する。 【構成】炉心バレル３０に電磁吸引力にて吸着される電
磁保持機構４１と、反射体３と電磁保持機構４１との間
に瞬間的な電磁反発力を発生させる電磁反発コイル４２
とを有し、この電磁反発力と反射体３の慣性力を用いて
反射体３を駆動するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は制御棒に代えて炉心外周
に設けた反射体により炉心燃料の燃焼を制御するナトリ
ウム冷却型の高速炉に係り、特に炉外の駆動機構部を排
除し、構造の簡略化を図った高速炉の反射体駆動装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の反射体駆動装置の一例と
しては、特開平６−５９０６９号（特願平４−２１２８
４８号）公報に開示されたものがある。この反射体駆動
装置を用いた原子炉は、図３０に示すように原子炉容器
１内に、複数の核燃料を装荷した炉心２と、この炉心２
の外周に同心状に配設される環状の反射体３と、この反
射体３のさらに外周に同心状に配設される環状の中性子
遮蔽体４とをナトリウムからなる冷却材（一次ナトリウ
ム）５とともに収容し、炉心２を炉心支持板６により支
持している。

【０００３】また、原子炉容器１は、その上部内に冷却
材５を原子炉容器１内で強制循環させる電磁ポンプ７
と、冷却材５を媒体として送られる熱を別系統に熱交換
する中間熱交換器８と、原子炉運転停止後の崩壊熱を除
去する崩壊熱除去コイル９を収容している。冷却材５で
あるナトリウムは図中実線矢印で示すように炉心２を流
出してその上方の中間熱交換器８に流入し、その後、電
磁ポンプ７から噴出されて再び炉心２に流入して循環す
る。二次ナトリウムは二次ナトリウム入口１０から流入
し、図中破線矢印で示すように中間熱交換器８を介して
冷却材（一次ナトリウム）５と熱交換した後、二次ナト
リウム出口１１から流出する。

【０００４】ところで、反射体３は炉心２の核燃料から
放射される中性子を受けて、この中性子を再び炉心２側
へ反射して戻すことにより、炉心２内の核燃料の燃焼を
促進させるものである。したがって、反射体３が炉心２
の外周に位置するときは、炉心２の核燃料の燃焼が促進
される。逆に、反射体３が炉心２の外周に位置しないと
きは、炉心２からの中性子は反射体３で反射されずに、
径方向外方へ拡散され、炉心２の核燃料の燃焼は促進さ
れない。

【０００５】この反射体３の位置を制御する従来の反射
体駆動装置は、原子炉起動時および停止時にその起動位
置と停止位置とに、それぞれ反射体３を高速に移動させ
る高速反射体駆動装置Ａと、原子炉通常運転時に上記起
動位置から炉心２の核燃料の燃焼最終位置まで反射体３
を超微速で徐々に移動させる超微速反射体駆動装置Ｂと
を有し、高速反射体駆動装置Ａが超微速反射体駆動装置
Ｂを昇降自在に支持することにより、反射体３を高速に
上昇または降下駆動可能な構成となっている。

【０００６】つまり、超微速反射体駆動装置Ｂは反射体
３を例えば３ｍ／１０年の超微速で上昇させ、１０年で
炉心２の核燃料を完全に燃焼させるものであり、その間
燃料の交換は行わない。炉心２の外周に配設される環状
の反射体３は、長尺で且つ大径の円管１３を介してボー
ルナット１４に保持されており、このボールナット１４
はケーシング１５内に昇降自在に収容され、このケーシ
ング１５の軸方向中間部外周には、フランジ状の取付台
１６が固着されている。ここで、円管１３はシール材を
介してボールナット１４と連結されている。

【０００７】また、ボールナット１４は、その中央部に
穿設されたねじ孔にボールねじ１７のねじ部を螺合さ
せ、このボールねじ１７の上端部をケーシング１５の上
端から垂直方向外方へ回転自在に突出させて上部減速機
１８と作動連結している。さらに、上部減速機１８はカ
ップリング１９を介して下部減速機２０と連結され、こ
の下部減速機２０は駆動モータ２１と接続されている。

【０００８】一方、高速反射体駆動装置Ａは、原子炉起
動時にその起動位置まで反射体３を例えば１ｍ／日の高
速で上昇させるとともに、原子炉停止時にはその停止位
置まで反射体３を高速に降下させるものであり、原子炉
容器１の上端上方に打設された上部スラブ１２上に複数
の油圧シリンダ２２をケーシング１５の周囲に略等間隔
で立設し、これら油圧シリンダ２２で超微速反射体駆動
装置Ｂの取付台１６を支持している。油圧シリンダ２２
は油管２３を介して油圧装置２４と接続されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
反射体駆動装置にあっては、長ストローク型の駆動機構
部が炉外に存在するため、構造が複雑化するとともに、
装置が大型化するという問題がある。また、反射体３を
支持する円管１３がシール材を介してボールナット１４
と連結されていることから、原子炉内のカバーガスの密
封性を確保するために、駆動軸を排除することが要望さ
れていた。

【００１０】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、炉外の駆動機構部を排除するとともに、原子炉
を迅速に起動・停止可能な高速炉の反射体駆動装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１は、核燃料を装荷した炉心と、この炉
心を取り囲む炉心バレルと、この炉心バレルの外周を取
り囲む環状の反射体と、この反射体の外周を取り囲み一
次冷却材流路を構成する隔壁と、この隔壁の外周を取り
囲み前記一次冷却材流路中に配設された中性子遮蔽体
と、この中性子遮蔽体の外周を取り囲み前記冷却材流路
の外壁を構成する原子炉容器とを備えた高速炉におい
て、前記炉心バレルに電磁吸引力にて吸着される電磁保
持機構と、前記反射体と前記電磁保持機構との間に瞬間
的な電磁反発力を発生させる電磁反発コイルとを有し、
この電磁反発力と前記反射体の慣性力を用いて前記反射
体を駆動することを特徴とする。

【００１２】請求項２は、請求項１記載の高速炉の反射
体駆動装置において、電磁保持機構と反射体とを電磁吸
引力にて結合する連結用電磁石を具備したことを特徴と
する。

【００１３】請求項３は、請求項１または２記載の高速
炉の反射体駆動装置において、電磁保持機構と連結用電
磁石を一体形成し、保持用電磁吸引力と連結用電磁吸引
力を発生させることを特徴とする。

【００１４】請求項４は、核燃料を装荷した炉心と、こ
の炉心を取り囲む炉心バレルと、この炉心バレルの外周
を取り囲む環状の反射体と、この反射体の外周を取り囲
み一次冷却材流路を構成する隔壁と、この隔壁の外周を
取り囲み前記一次冷却材流路中に配設された中性子遮蔽
体と、この中性子遮蔽体の外周を取り囲み前記冷却材流
路の外壁を構成する原子炉容器とを備えた高速炉におい
て、前記炉心バレルを吸着する第１の位置保持用電磁石
および第１の移動用電磁石が固着された第１の吸着体を
有する第１の移動体と、前記炉心バレルを吸着する第２
の位置保持用電磁石および第２の移動用電磁石が固着さ
れ、前記第１の移動用電磁石に吸着される第２の吸着体
を有する第２の移動体とを設け、前記第１の移動用電磁
石に対する第２の吸着体が、第１の移動用電磁石を取り
囲むように形成されたことを特徴とする。

【００１５】請求項５は、請求項１または４記載の高速
炉の反射体駆動装置において、反射体は下部にダンパを
設けたことを特徴とする。

【００１６】請求項６は、請求項４記載の高速炉の反射
体駆動装置において、反射体は周方向に複数に分割構成
されたことを特徴とする。

【００１７】請求項７は、請求項４記載の高速炉の反射
体駆動装置において、反射体は重力平衡機構で支持され
たことを特徴とする。

【００１８】請求項８は、核燃料を装荷した炉心と、こ
の炉心を取り囲む炉心バレルと、この炉心バレルの外周
を取り囲む環状の反射体と、この反射体の外周を取り囲
み一次冷却材流路を構成する隔壁と、この隔壁の外周を
取り囲み前記一次冷却材流路中に配設された中性子遮蔽
体と、この中性子遮蔽体の外周を取り囲み前記冷却材流
路の外壁を構成する原子炉容器とを備えた高速炉におい
て、前記炉心バレルに電磁吸引力にて吸着される電磁保
持機構のヨーク内に、瞬間的な電磁反発力を発生する電
磁反発コイルと、この電磁反発力を受ける慣性体と、こ
の慣性体の位置を復元させるばねとを設けたことを特徴
とする。

【００１９】

【作用】請求項１においては、炉心バレルに電磁吸引力
にて吸着される電磁保持機構と、反射体と電磁保持機構
との間に瞬間的な電磁反発力を発生させる電磁反発コイ
ルとを有し、この電磁反発力と反射体の慣性力を用いて
反射体を駆動することにより、原子炉起動時において、
反射体駆動装置は原子炉の起動位置に吸着保持されてお
り、この反射体駆動装置がストッパとなって流体圧によ
り上昇した反射体は原子炉の起動位置で固定される。反
射体はこの反射体駆動装置の上昇駆動に伴って流体圧に
より反射体駆動装置に固定されながら超微速で移動す
る。

【００２０】請求項２においては、電磁保持機構と反射
体とを電磁吸引力にて結合する連結用電磁石を具備した
ことにより、流体圧の変動による反射体の揺れを大幅に
軽減し、電磁反発コイルによって反射体と電磁保持機構
との間に発生する電磁反発力の発生効率を大幅に高める
ことができる。

【００２１】請求項３においては、電磁保持機構と連結
用電磁石を一体形成し、保持用電磁吸引力と連結用電磁
吸引力を発生させることにより、電磁反発コイルによる
電磁反発力で反射体駆動装置と反射体との間に空隙を形
成すると、磁束が減少して保持用電磁吸引力が小さくな
るため、炉心バレルと反射体駆動装置間の摩擦力が小さ
くなり、移動ステップ量を高めることができる。

【００２２】請求項４においては、炉心バレルを吸着す
る第１の位置保持用電磁石および第１の移動用電磁石が
固着された第１の吸着体を有する第１の移動体と、炉心
バレルを吸着する第２の位置保持用電磁石および第２の
移動用電磁石が固着され、第１の移動用電磁石に吸着さ
れる第２の吸着体を有する第２の移動体とを設け、第１
の移動用電磁石に対する第２の吸着体が、第１の移動用
電磁石を取り囲むように形成されたことにより、インチ
ワーム動作で移動する構成となり、電磁石の数が少な
く、構成も簡単で信頼性の要求される原子炉内の駆動機
構として好適である。

【００２３】請求項５においては、反射体が下部にダン
パを設けたことにより、原子炉停止時において、隔壁と
炉心バレル間に流体圧を与えるポンプ停止による反射体
降下時の衝撃を大幅に軽減できる。

【００２４】請求項６においては、反射体が周方向に複
数に分割構成されたことにより、１つの移動体に１個の
位置保持用電磁石と２個の移動用電磁石を配置すれば、
駆動装置としてバランスのとれた電磁石配置となる。

【００２５】請求項７においては、反射体が重力平衡機
構で支持されたことにより、流体圧の負荷を大幅に軽減
できる。

【００２６】請求項８においては、炉心バレルに電磁吸
引力にて吸着される電磁保持機構のヨーク内に、瞬間的
な電磁反発力を発生する電磁反発コイルと、この電磁反
発力を受ける慣性体と、この慣性体の位置を復元させる
ばねとを設けたことにより、電磁反発コイルに電流を流
すことで、電磁反発コイルと慣性体との間で互いに逆向
きの電磁反発力が作用させる一方、ばねを圧縮・復元さ
せて反射体を原子炉起動位置から原子炉燃料を燃焼させ
る最終位置まで超微速に移動することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２８】図１は本発明に係る高速炉の反射体駆動装
置の第１実施例を用いた原子炉の起動前の状態を示す断
面構成図、図２は図１の原子炉起動時の状態を示し、一
次冷却材（一次ナトリウム）の流体圧を利用して原子炉
の起動または停止を迅速に行う流体駆動の動作を示す断
面構成図である。なお、図１および図２は反射体駆動装
置を説明するために用いる部分図であり、主として図３
０と異なる構成を示し、その他の原子炉構成要素および
動作原理は従来の原子炉と基本的に同様であるので、同
一の部分には同一の符号を用いて説明する。

【００２９】図１および図２に示すように、原子炉容器
１内には、核燃料を装荷した炉心２と、この炉心２の外
周を取り囲む炉心バレル３０と、この炉心バレル３０の
外周を取り囲み全体として環状に形成された反射体３
と、この反射体３の外周を取り囲み、原子炉の半径方向
に配設された支持部材２９を介して炉心バレル３０を支
持するとともに、支持部材２９に穿設された流入孔２９
ａから流入した冷却材５の流路の内壁を構成する隔壁３
１と、この隔壁３１の外周を取り囲み冷却材５の流路中
に配設された中性子遮蔽体４とを備え、且つ原子炉容器
１は中性子遮蔽体４の外周を取り囲み、冷却材５流路の
外壁を構成し、その外周が図示しないガードベッセルに
より取り囲まれている。

【００３０】原子炉起動時と停止時は、炉心バレル３０
と隔壁３１との間に支持部材２９の流入孔２９ａから流
入した冷却材５の流体圧により、反射体３が原子炉を起
動させる位置と、原子炉を停止させる位置とにそれぞれ
高速に移動される。反射体３の下部にはダンパ３２が設
けられており、原子炉の停止時において、このダンパ３
２は隔壁３１と炉心バレル３０間に流体圧を与えるため
の電磁ポンプ７が停止した場合、反射体３の下降時の衝
撃を軽減している。

【００３１】図３はダンパ構造の一例を示し、このダン
パ３２は反射体３下部に設けたばね力復元式のダンパで
ある。このダンパ３２はシリンダ３３を有し、このシリ
ンダ３３内にばね３４が設けられ、ばね３４の付勢力に
よりピストン３５を常に下方に押し付けている。そし
て、反射体３の浮上中はばね３４の付勢力によりピスト
ン３５を下方に押し付けており、反射体３の下降時はピ
ストン３５が支持部材２９に当接してばね３４を介して
緩衝機能を発揮する。

【００３２】図４はダンパ構造の他の例を示し、このダ
ンパ３６は炉心バレル３０と隔壁３１との間の下部に設
けた流体復元式のダンパである。このダンパ３６はシリ
ンダ３７内の流体圧により上下動可能なピストン３８を
有するとともに、シリンダ３７下部に設けられた流路３
７ａを開閉する球体３９を備えている。そして、反射体
３の浮上中は炉心バレル３０下方の圧力により球体３９
は押し上げられてピストン３８の下面に流体圧がかか
り、ピストン３８を持ち上げている。反射体３の下降時
はシリンダ３７内の流体圧が上昇することで、その反力
によりピストン３８が緩衝機能を発揮する。

【００３３】ところで、原子炉を起動させる位置には、
図１に示すように反射体駆動装置４０が炉心バレル３０
に吸着保持されており、この反射体駆動装置４０が流体
圧により上昇した反射体３のストッパとなって原子炉の
起動位置で固定される。つまり、電磁ポンプ７により下
方に吐出された冷却材５は、図２に示すように中性子遮
蔽体４を経て下降し炉心２内を上昇するとともに、冷却
材５の一部は流入孔２９ａから反射体３下部に流入し反
射体３を浮上させる。

【００３４】そして、原子炉通常運転時の燃焼状態にお
いて、反射体３は反射体駆動装置４０の上昇駆動に伴っ
て流体圧により反射体駆動装置４０に固定されながら、
原子炉起動位置から原子炉燃料を燃焼させる最終位置ま
で超微速に移動される。ここで、流体圧により反射体３
が浮上することを関連式を用いて説明する。その計算モ
デルを図５に示す。以下の各数値は出力５０ＭＷｅの原
子炉を想定して設定した。ｄ１＝０．９４ｍ，ｄ２＝
１．３４ｍ，Ｇ１＝５ｍｍ，Ｇ２＝２０ｍｍである。反
射体３が流体圧で浮上するためには、以下の条件を満足
する必要がある。すなわち、

【数１】 反射体重量（Ｗ）＜流体浮上力（Ｆ）＝ΔＰ×Ａ ここで、ΔＰは反射体上下の差圧、Ａは反射体垂直投影
断面積である。

【００３５】前記寸法設定により、通常の圧力損失計算
式から流体浮上力を計算した結果を図６に示す。図６に
示すように、反射体３と炉心バレル３０とのギャップＧ
１での流速Ｖ１を１ｍ／sec 程度とすることにより、流
体浮上力Ｆは３０００ｋｇ（２９．４ＫＮ）程度なの
で、浮上することになる。

【００３６】図７は超微速駆動を実現する反射体駆動装
置４０を示し、この反射体駆動装置４０は、電磁吸引力
にて炉心バレル３０に吸着保持される電磁保持機構とし
ての保持用電磁石４１と、この保持用電磁石４１に固着
され反射体３と保持用電磁石４１との間に瞬間的な電磁
反発力を発生させる電磁反発コイル４２と、保持用電磁
石４１に巻回され電流を流すと保持用電磁石４１を炉心
バレル３０に吸着保持するコイル４３と、保持用電磁石
４１を形成し強磁性体からなるヨーク４４と、電磁反発
コイル４２を保持し非磁性体にて構成された取付部材４
６とを具備している。一方、反射体３の上部には導電板
４５が固着されている。

【００３７】そして、コイル４３に常に電流を流すこと
により、保持用電磁石４１は炉心バレル３０に吸着保持
され、保持用電磁石４１の強磁性体からなるヨーク４４
と炉心バレル３０を磁路とする図中Ｍ１の閉ループ磁束
が形成される。

【００３８】次に、反射体駆動装置４０の動作手順を図
８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を用いて説明する。

【００３９】反射体３が流体圧により反射体駆動装置４
０に固定された図８（Ａ）の状態において、電磁反発コ
イル４２に電流を流すと、反射体駆動装置４０と反射体
３に固着された導電板４５との間で互いに逆向きの電磁
反発力Ｆが作用する。この電磁反発力Ｆが保持用電磁石
４１と炉心バレル３０間の静止摩擦力より大きいとき、
反射体駆動装置４０は炉心バレル３０に沿って上昇運動
し、この運動エネルギーが主に動摩擦力によって次第に
失われて静止する。

【００４０】一方、反射体３は図８（Ｂ）に示すように
その慣性力が大きいため急激な降下運動にならない。そ
の後、反射体３の降下運動エネルギーが流体圧により次
第に失われて反射体３は再び上昇し、１ステップ上昇し
た位置で反射体駆動装置４０がストッパとなり、上昇し
た反射体３を再び固定する。この状態を図８（Ｃ）に示
す。この時の１ステップ移動量はｘとなる。

【００４１】したがって、電磁反発コイル４２に電流を
繰り返し流すことにより、図８（Ａ）〜（Ｃ）の動作を
繰り返しながら結果的に反射体３は、原子炉起動位置か
ら原子炉燃料を燃焼させる最終位置まで超微速に移動す
ることができる。なお、電磁反発コイル４２に電流を流
す手段としては、例えばコンデンサに充電した電荷を瞬
間的に放電する手段が採用される。

【００４２】図９は本発明の超微速駆動を実現する反射
体駆動装置の第２実施例を示す。なお、前記第１実施例
と同一の部分には同一の符号を付して説明する。以下の
各実施例についても同様である。

【００４３】この反射体駆動装置５０は、前記第１実施
例の反射体駆動装置４０の基本構成要素に加え、電磁保
持機構としての保持用電磁石４１と反射体３とを連結用
電磁石５１を介してその電磁吸引力で結合している。こ
の連結用電磁石５１にはコイル５２が巻回され、このコ
イル５２に常に電流が流されて連結用電磁石５１に反射
体３が吸引連結され、その結果、連結用電磁石５１を構
成する強磁性体からなるヨーク５３と反射体３を磁路と
する図中Ｍ２の閉ループ磁束が形成される。ここで、反
射体３の磁束ループＭ２の磁路部分は強磁性体で構成さ
れている。

【００４４】このように本実施例によれば、保持用電磁
石４１と反射体３とを電磁吸引力で結合するための連結
用電磁石５１を具備しているため、流体圧変動に起因す
る反射体３の揺れを軽減し、電磁反発コイル４２によっ
て反射体３と連結用電磁石５１との間に発生する電磁反
発力の発生効率を高めるとともに、電磁反発コイル４２
と反射体３との間の空隙のばらつきに起因する移動ステ
ップ量の変動を排除することができる。その他の構成お
よび作用は前記第１実施例と同様であるのでその説明を
省略する。

【００４５】図１０は本発明の超微速駆動を実現する反
射体駆動装置の第３実施例を示す。この反射体駆動装置
６０では、電磁保持機構としての保持用電磁石４１と連
結用電磁石５１とを一体化してコイル４３のみで保持用
電磁吸引力と連結用電磁吸引力を発生する構成となって
いる。原子炉起動前で反射体３が原子炉停止位置にある
とき、コイル４３が形成する磁束ループは図中Ｍ１のよ
うに反射体駆動装置４０，５０と同様である。

【００４６】反射体３が原子炉を起動する位置、つまり
流体圧を利用して反射体３を上昇し反射体駆動装置６０
と連結する位置にあるとき、コイル４３が形成する磁束
ループは炉心バレル３０と反射体３を通る図中Ｍ３の閉
ループとなる。これはヨーク４４に切欠部６１を形成し
て磁束飽和部を設け、磁束ループＭ１の磁束流れを規制
することで、反射体３と連結してできる磁束ループＭ３
の磁束を流れ易くしたためである。

【００４７】この反射体駆動装置６０の構成によれば、
図８（Ｂ）に示す動作過程の状態において、電磁反発コ
イル４２による電磁反発力Ｆで反射体駆動装置６０と反
射体３との間に空隙を形成すると、磁束ループＭ３の磁
束が減少して炉心バレル３０に吸引保持する保持用電磁
吸引力が小さくなるため、炉心バレル３０と反射体駆動
装置６０間の摩擦力が小さくなり、移動ステップ量を高
めることができる。なお、図９に示す反射体駆動装置５
０も保持用電磁石４１に流す電流を移動状態に伴って制
御することにより、反射体駆動装置６０と同様の効果を
容易に実現することができる。その他の構成および作用
は前記第１実施例と同様であるのでその説明を省略す
る。

【００４８】図１１（Ａ），（Ｂ）は反射体３と反射体
駆動装置４０，５０，６０の斜視図であり、周方向に六
分割した反射体３をそれぞれ反射体駆動装置４０，５
０，６０を用いて、全体的に環状の反射体３を上昇駆動
させるものである。図１１（Ａ）は六分割した反射体３
と６個の反射体駆動装置４０，５０，６０の斜視図で、
図１１（Ｂ）は六分割した反射体３の１つと反射体駆動
装置４０，５０，６０の斜視図である。

【００４９】図１２は本発明の超微速駆動を実現する反
射体駆動装置の第４実施例を示す。この反射体駆動装置
７０は、移動用電磁石７１と位置保持用電磁石７２が固
着された移動台７３を有する第１の移動体７４と、移動
用電磁石７５と位置保持用電磁石７６が固着され、第１
の移動体７４の移動用電磁石７１の吸着面を兼用し、第
１の移動体７４を包囲するように移動台７７が形成され
た第２の移動体７８とから構成されている。

【００５０】また、反射体３は第２の移動体７８の移動
台７７に連結されている。位置保持用電磁石７２，７６
はコイルに電流を流すと、磁性体で構成された壁面７９
を吸着し、その位置が保持される。第２の移動体７８の
移動用電磁石７５の吸着面は、第１の移動体７４の移動
台７３となる。

【００５１】なお、反射体駆動装置７０において、移動
用電磁石７５は第２の移動体７８の移動台７７に固着さ
れているが、これに限らず第１の移動体７４の移動台７
３に移動用電磁石７１に対して逆向きに固着し、第２の
移動体７８の移動台７７を吸着するようにしても、この
反射体駆動装置７０の機能は変わらない。

【００５２】次に、反射体駆動装置７０の動作を表１お
よび図１３〜図１９を参照しつつ説明する。

【００５３】

【表１】

【００５４】表１は反射体駆動装置７０の駆動シーケン
スを示している。表１において、Ａは第１の移動体７４
を、Ｂは第２の移動体７８をそれぞれ示している。Ａ移
動用、Ａ保持用はそれぞれ移動用電磁石７１と位置保持
用電磁石７２を示しており、Ｂ移動用、Ｂ保持用はそれ
ぞれ移動用電磁石７５と位置保持用電磁石７６を示して
いる。表１の（１）〜（７）の動作で元の状態に戻り、
これを繰り返して第２の移動体７８の移動台７７に固着
されている反射体３を上方（下方も可能）に移動させて
いく。図１３〜図１９は表１に示す駆動シーケンスの駆
動順序に対応した動作を示している。図１３〜図１９に
おいて、図１２と同一の構成は同一の符号を用いてその
説明を省略する。また、図１３〜図１９において、電磁
石の動作時は磁束の流れを矢印と破線で示す。

【００５５】図１３は表１の動作順序の（１）の状態を
示している。図１３では第１の移動体７４の移動用電磁
石７１と位置保持用電磁石７２にそれぞれ電流を流して
いる状態を示している。この場合、移動用電磁石７１は
第２の移動体７８の重量を支持している。

【００５６】図１４は表１の動作順序の（２）の状態を
示している。図１４では第１の移動体７４の移動用電磁
石７１と位置保持用電磁石７２、第２の移動体７８の位
置保持用電磁石７６にそれぞれ電流を流している状態を
示している。この場合、第２の移動体７８の位置保持を
行っている。

【００５７】図１５は表１の動作順序の（３）の状態を
示している。図１５では第１の移動体７４の移動用電磁
石７１と位置保持用電磁石７２にそれぞれ電流を流すの
を停止し、第２の移動体７８の位置保持用電磁石７６に
のみ電流を流している状態を示している。この場合、第
２の移動体７８の位置保持用電磁石７６が第１の移動体
７４の重量を支持している。

【００５８】図１６は表１の動作順序の（４）の状態を
示している。図１６では第２の移動体７８の移動用電磁
石７５と位置保持用電磁石７６にそれぞれ電流を流し、
移動用電磁石７５が第１の移動体７４の移動台７３を吸
着し、第１の移動体７４の位置を上方に引き上げてい
る。

【００５９】図１７は表１の動作順序の（５）の状態を
示している。図１７では引き上げられた第１の移動体７
４の位置保持用電磁石７２に電流を流し、第１の移動体
７４の位置保持を行っている。

【００６０】図１８は表１の動作順序の（６）の状態を
示している。図１８では第２の移動体７８の移動用電磁
石７５と位置保持用電磁石７６にそれぞれ電流を流すの
を停止した状態を示している。この場合、第１の移動体
７４が第２の移動体７８の重量を支持している。

【００６１】図１９は表１の動作順序の（７）の状態を
示している。図１９では第１の移動体７４の移動用電磁
石７１に電流を流し、第２の移動体７８の移動台７７を
吸着し、第２の移動体７８の位置を上方に引き上げてい
る。この動作によって動作順序（１）に戻る。以上の動
作を繰り返せば、第２の移動体７８に固着された反射体
３を上方に移動できる。なお、以上の動作を逆に行え
ば、反射体３を下方に移動することも可能である。

【００６２】このように本実施例によれば、インチワー
ム動作で移動する反射体駆動装置７０は、構成要素であ
る電磁石の数が４個と少なく、構成も簡単なことから、
信頼性が要求される原子炉内の駆動機構として好適であ
る。また、駆動方法も各電磁石の電流を表１で示すよう
な決められたシーケンスでオン、オフすればよく、複雑
な制御も必要としない。そして、反射体駆動装置７０の
１回の移動量は電磁石の空隙となることから、その空隙
の機械加工精度を事前に測定しておけば、移動量を動作
回数と空隙との積で求めることができ、移動量に対して
特別なセンサを必要としない機構となる。

【００６３】図２０は本発明に係る高速炉の反射体駆動
装置の第４実施例の第１変形例を示し、この第１変形例
ではパンタグラフ型重力平衡機構８０を備えている。図
２０に示す第１変形例は、上述した反射体駆動装置７０
の反射体３の重量を補償するものであって、駆動装置で
ある電磁石の負担を軽減するものである。なお、この第
１変形例において、図１２と同一の部分には同一の符号
を付して詳細な説明を省略する。

【００６４】パンタグラフ型重力平衡機構８０は、複数
のリンク部材８１および軸受８２から組立構成したパン
タグラフ８３と、このパンタグラフ８３の一部のリンク
部材８４にピン結合された複数のばね８５ａ，８５ｂと
で構成されている。パンタグラフ８３の一端は第２の移
動体７７に、他端は固定部に固着されている。

【００６５】このように構成されたパンタグラフ型重力
平衡機構８０は、リンク部材８１と軸受８２からなる簡
単な構成でしかも基本要素であるばねの力によって上下
に移動する反射体３の重量を広範囲に補償することがで
きる。パンタグラフ８３の段数は、重力を補償する範囲
に基づいて決定されるので、補償範囲が短ければ、より
簡単な構成となる。パンタグラフ型重力平衡機構８０を
用いて反射体３の重量を補償すると、反射体駆動装置７
０に用いられる各電磁石の負担を軽減でき、電磁石の軽
量化、駆動装置全体寸法の小型化、流体圧負荷の軽減な
どの効果を奏する。

【００６６】図２１は本発明に係る高速炉の反射体駆動
装置の第４実施例の第２変形例を示し、この第２変形例
ではパンタグラフ型重力平衡機構８０を吊り下げた形態
ではなく、反射体３下部からの押上げ型として適用した
ものであり、この第２変形例でも第１変形例と同様の効
果が得られる。

【００６７】次に、上述した反射体駆動装置７０を分割
された環状反射体に適用した実施例について説明する。

【００６８】図２２は本発明に係る高速炉の反射体駆動
装置の第５実施例を示す。図２２においては、環状反射
体を複数に分割した場合の周方向の部分的な展開図を示
し、一部の電磁石を断面で示している。反射体駆動装置
９０は、位置保持用電磁石９１、移動用電磁石９２ａ，
９２ｂおよびこれらの各電磁石が固着された移動台９３
からなる第１の移動体９４と、位置保持用電磁石９５、
移動用電磁石９６ａ，９６ｂおよびこれらの各電磁石が
固着された移動台９７からなる第２の移動体９８と、第
１の移動体９４と第２の移動体９８にそれぞれ連結され
た分割反射体９９とから構成されおり、第１の移動体９
４と第２の移動体９８とが周方向に交互に配置されてい
る。

【００６９】それぞれの分割反射体９９の間には、第１
の移動体９４と第２の移動体９８とが円滑に移動できる
ようにガイド１００が設置されている。このガイド１０
０は図示しない弾性体で支持されており、各分割反射体
９９の周方向のがたおよびずれを吸収するようになって
いる。また、位置保持用電磁石９１，９５は、図示しな
い壁面に吸着され、第１の移動体９４と第２の移動体９
８の位置保持を行っている。一方、移動用電磁石９２
ａ，９２ｂは第２の移動体９８を、移動用電磁石９６
ａ，９６ｂは第１の移動体９４をそれぞれ吸引し、段階
的に上方に移動することができる。反射体駆動装置９０
の動作は表１に示した動作順序に従って同様に行うこと
ができる。

【００７０】このように第１の移動体９４と第２の移動
体９８とを交互に配置した反射体駆動装置９０は、第２
の移動体９８を保持した状態で第１の移動体９４を上方
に移動させ、次に第１の移動体９４を位置保持した状態
で第２の移動体９８を上方に移動させる。この動作を繰
り返すことによって分割された分割反射体９９の全体を
上方に移動させることができる。

【００７１】また、反射体駆動装置９０は、一つの移動
体に１個の位置保持用電磁石と２個の移動用電磁石を配
置し、駆動機構としてバランスのとれた電磁石配置とな
っている。反射体を６分割した場合は、第１の移動体９
４が３組、第２の移動体９８が３組となり、合計１８個
の電磁石が必要となるが、電磁石の分散により一つの電
磁石に対する負荷も軽減され、全体としてコンパクトな
駆動機構となる。この場合、３組ある第１の移動体９４
同士、３組ある第２の移動体９８同士を連結しておけ
ば、移動用電磁石のいくつかに故障が生じても全体とし
て駆動が可能な冗長性のある反射体駆動装置となる。

【００７２】図２３は本発明に係る高速炉の反射体駆動
装置の第６実施例を示す。この第６実施例では電磁ポン
プ７と別に反射体３を浮上させるための反射体用電磁ポ
ンプ１０１が独立して設けられている。この反射体用電
磁ポンプ１０１は炉心バレル３０の外周に設置され、反
射体３および反射体用電磁ポンプ１０１は隔壁３１と一
体に形成された包囲部材１０２に収納されている。

【００７３】したがって、この第６実施例では、反射体
用電磁ポンプ１０１により下方に吐出された冷却材５の
全量が反射体３の下方に流れ込み反射体３を浮上させる
ため、反射体３が原子炉を起動させる位置と、原子炉を
停止させる位置とにそれぞれ高速に移動され、その結
果、原子炉は起動または停止される。そして、反射体用
電磁ポンプ１０１を電磁ポンプ７と独立させて設けたこ
とにより、反射体３の制御が原子炉冷却材流量制御と独
立に行われ、運転の自由度が増すことになる。

【００７４】図２４〜図２６は本発明に係る高速炉の反
射体駆動装置の第７実施例を示す。この実施例は支持部
材２９にばね１０３を取り付けたものである。図２４は
原子炉起動前の状態を示し、図２５は冷却材５の流体圧
を利用して反射体３を原子炉の起動位置に流体駆動した
状態を示し、図２６は反射体駆動装置４０の上昇駆動に
伴って反射体３が原子炉燃料を燃焼させる最終位置まで
超微速に移動された状態を示す。

【００７５】まず、図２４に示すように原子炉起動前の
状態において、反射体３はその自重によりばね１０３を
圧縮した位置にある。原子炉を起動させる位置には、図
２５に示すように反射体駆動装置４０が炉心バレル３０
に吸着支持されており、この反射体駆動装置４０がスト
ッパとなって流体圧により上昇した反射体３を原子炉の
起動位置で固定し、図示しない連結機構により反射体駆
動装置４０と反射体３を連結する。この時、ばね１０３
は起動時の流体駆動負荷を軽減して反射体３の迅速な移
動を可能にするとともに、原子炉の停止時においては流
体圧を与える電磁ポンプ７の停止による反射体３下降時
の衝撃を軽減する。原子炉通常運転時の燃焼状態におい
て、反射体３は図２６に示すように反射体駆動装置４０
の上昇駆動に伴って原子炉起動位置から原子炉燃料を燃
焼させる最終位置まで超微速に移動される。

【００７６】図２７は本発明に係る高速炉の反射体駆動
装置の第８実施例を示し、この実施例は超微速駆動を実
現する反射体駆動装置１１０を示す。反射体駆動装置１
１０は、瞬間的な電磁反発力を発生する電磁反発コイル
１１１と、その電磁反発力を受ける慣性体１１２と、こ
の慣性体１１２の位置を復元させるばね１１３とから構
成され、これらが電磁吸着力で炉心バレル３０に吸着す
る電磁保持機構としての保持用電磁石１１４のヨーク１
１５に内包されている。

【００７７】保持用電磁石１１４はコイル１１７に常に
電流を流すことで、炉心バレル３０に吸着支持されてお
り、保持用電磁石１１４の強磁性体からなるヨーク１１
５と炉心バレル３０を磁路とする図中Ｍ４の閉ループ磁
束が形成されている。電磁反発コイル１１１と対向する
慣性体１１２の上方には、導電板１１８が固着されてい
る。また、電磁反発コイル１１１を支持する取付部材１
１９は非磁性体で構成されている。

【００７８】この反射体駆動装置１１０の動作手順を図
２８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を用いて説明する。反射体
３が反射体駆動装置１１０に固定された図２８（Ａ）の
状態において、電磁反発コイル１１１に電流を流すと、
電磁反発コイル１１１と慣性体１１２との間で互いに逆
向きに反発力が作用する。この電磁反発力が保持用電磁
石１１４と炉心バレル３０間の静止摩擦力より大きいと
き、反射体駆動装置１１０および反射体３は炉心バレル
３０に沿って上昇運動し、この運動エネルギーが主に動
摩擦力によって次第に失われて静止する。

【００７９】一方、慣性体１１２は下方に移動してばね
１１３を圧縮する。この状態を図２８（Ｂ）に示す。そ
の後、慣性体１１２の降下運動エネルギーはばね１１３
により次第に失われ、慣性体１１２の位置を復元させ
る。この時、慣性体１１２は復元位置で衝撃力となり、
再び反射体駆動装置１１０を上昇移動させる。この状態
を図２８（Ｃ）に示す。したがって、電磁反発コイル１
１１に電流を繰り返し流すことにより、図２８（Ａ）〜
（Ｃ）の動作を繰り返しながら、結果的に反射体３は原
子炉起動位置から原子炉燃料を燃焼させる最終位置まで
超微速に移動される。

【００８０】図２９は本発明に係る高速炉の反射体駆動
装置の第８実施例の変形例を示し、この反射体駆動装置
１２０は、慣性体１１２に第２の電磁反発コイル１２１
が電磁反発コイル１１１と対向配置されており、そし
て、電磁反発コイル１２１を支持する取付部材１２２は
非磁性体で構成されている。その他の構成および基本動
作は反射体駆動装置１１０と同様である。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、炉心バレルに電磁吸引力にて吸着される電磁
保持機構と、反射体と電磁保持機構との間に瞬間的な電
磁反発力を発生させる電磁反発コイルとを有し、この電
磁反発力と反射体の慣性力を用いて反射体を駆動するこ
とにより、従来の反射体駆動装置を用いた原子炉の炉外
駆動機構部を排除するとともに、反射体を支持する駆動
軸のシール材を排除でき、炉外構造が簡素化される。ま
た、原子炉を迅速に起動・停止することができるので、
原子炉の運転効率を高めることができる。

【００８２】請求項２によれば、電磁保持機構と反射体
とを電磁吸引力にて結合する連結用電磁石を具備したこ
とにより、流体圧の変動による反射体の揺れを大幅に軽
減し、電磁反発コイルによって反射体と電磁保持機構と
の間に発生する電磁反発力の発生効率を大幅に高めるこ
とができる。

【００８３】請求項３によれば、電磁保持機構と連結用
電磁石を一体形成し、保持用電磁吸引力と連結用電磁吸
引力を発生させることにより、電磁反発コイルによる電
磁反発力で反射体駆動装置と反射体との間に空隙を形成
すると、磁束が減少して保持用電磁吸引力が小さくなる
ため、炉心バレルと反射体駆動装置間の摩擦力が小さく
なり、移動ステップ量を高めることができる。

【００８４】請求項４によれば、炉心バレルを吸着する
第１の位置保持用電磁石および第１の移動用電磁石が固
着された第１の吸着体を有する第１の移動体と、炉心バ
レルを吸着する第２の位置保持用電磁石および第２の移
動用電磁石が固着され、第１の移動用電磁石に吸着され
る第２の吸着体を有する第２の移動体とを設け、第１の
移動用電磁石に対する第２の吸着体が、第１の移動用電
磁石を取り囲むように形成されたことにより、インチワ
ーム動作で移動する構成となり、電磁石の数が少なく、
構成も簡単で信頼性の要求される原子炉内の駆動機構と
して好適である。

【００８５】請求項５によれば、反射体が下部にダンパ
を設けたことにより、原子炉停止時において、隔壁と炉
心バレル間に流体圧を与えるポンプ停止による反射体降
下時の衝撃を大幅に軽減できる。

【００８６】請求項６によれば、反射体が周方向に複数
に分割構成されたことにより、１つの移動体に１個の位
置保持用電磁石と２個の移動用電磁石を配置すれば、駆
動装置としてバランスのとれた電磁石配置となる。

【００８７】請求項７によれば、反射体が重力平衡機構
で支持されたことにより、流体圧の負荷を大幅に軽減で
きる。

【００８８】請求項８によれば、炉心バレルに電磁吸引
力にて吸着される電磁保持機構のヨーク内に、瞬間的な
電磁反発力を発生する電磁反発コイルと、この電磁反発
力を受ける慣性体と、この慣性体の位置を復元させるば
ねとを設けたことにより、請求項１と同様の効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第１実
施例を用いた原子炉の起動前の状態を示す断面構成図。

【図２】図１の原子炉起動時の状態を示す断面構成図。

【図３】図１のダンパ構造の一例を示す断面図。

【図４】図１のダンパ構造の他の例を示す断面図。

【図５】図１の反射体浮上力計算モデルを示す説明図。

【図６】図１の反射体浮上力計算結果を示すグラフ図。

【図７】図１の超微速駆動を実現する反射体駆動装置を
示す断面図。

【図８】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は図７の反射体駆動装
置の動作を示す説明図。

【図９】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第２実
施例を示す断面図。

【図１０】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第３
実施例を示す断面図。

【図１１】（Ａ），（Ｂ）は反射体と反射体駆動装置を
示す斜視図。

【図１２】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第４
実施例を示す断面図。

【図１３】表１の動作順序の（１）の状態を示す説明
図。

【図１４】表１の動作順序の（２）の状態を示す説明
図。

【図１５】表１の動作順序の（３）の状態を示す説明
図。

【図１６】表１の動作順序の（４）の状態を示す説明
図。

【図１７】表１の動作順序の（５）の状態を示す説明
図。

【図１８】表１の動作順序の（６）の状態を示す説明
図。

【図１９】表１の動作順序の（７）の状態を示す説明
図。

【図２０】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第４
実施例の第１変形例を示す断面図。

【図２１】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第４
実施例の第２変形例を示す断面図。

【図２２】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第５
実施例を示す部分断面展開図。

【図２３】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第６
実施例を示す断面構成図。

【図２４】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第７
実施例において原子炉起動前の状態を示す断面構成図。

【図２５】第７実施例において原子炉起動時の状態を示
す断面構成図。

【図２６】第７実施例において反射体が最終位置まで移
動された状態を示す断面構成図。

【図２７】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第８
実施例を示す断面図。

【図２８】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は図２７の反射体駆
動装置の動作を示す説明図。

【図２９】本発明に係る高速炉の反射体駆動装置の第８
実施例の変形例を示す断面図。

【図３０】従来の反射体駆動装置を用いた原子炉の断面
を示す構成図。

【符号の説明】

１ 原子炉容器 ２ 炉心 ３ 反射体 ４ 中性子遮蔽体 ５ 冷却材 ３０ 炉心バレル ３１ 隔壁 ３２ ダンパ ４０ 反射体駆動装置 ４１ 保持用電磁石（電磁保持機構） ４２ 電磁反発コイル ４３ コイル ４４ ヨーク ４５ 導電板 ４６ 取付部材 ５０ 反射体駆動装置 ５１ 連結用電磁石 ５２ コイル ５３ ヨーク ６０ 反射体駆動装置 ６１ 切欠部 ７０ 反射体駆動装置 ７１ 移動用電磁石 ７２ 位置保持用電磁石 ７３ 移動台 ７４ 第１の移動体 ７５ 移動用電磁石 ７６ 位置保持用電磁石 ７７ 第２の移動体 ７８ 壁面 ８０ パンタグラフ型重力平衡機構 ８１ リンク機構 ８２ 軸受 ８３ パンタグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新宮 悉太 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中村 博 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核燃料を装荷した炉心と、この炉心を取
   り囲む炉心バレルと、この炉心バレルの外周を取り囲む
   環状の反射体と、この反射体の外周を取り囲み一次冷却
   材流路を構成する隔壁と、この隔壁の外周を取り囲み前
   記一次冷却材流路中に配設された中性子遮蔽体と、この
   中性子遮蔽体の外周を取り囲み前記冷却材流路の外壁を
   構成する原子炉容器とを備えた高速炉において、前記炉
   心バレルに電磁吸引力にて吸着される電磁保持機構と、
   前記反射体と前記電磁保持機構との間に瞬間的な電磁反
   発力を発生させる電磁反発コイルとを有し、この電磁反
   発力と前記反射体の慣性力を用いて前記反射体を駆動す
   ることを特徴とする高速炉の反射体駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高速炉の反射体駆動装置
   において、電磁保持機構と反射体とを電磁吸引力にて結
   合する連結用電磁石を具備したことを特徴とする高速炉
   の反射体駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の高速炉の反射体
   駆動装置において、電磁保持機構と連結用電磁石を一体
   形成し、保持用電磁吸引力と連結用電磁吸引力を発生さ
   せることを特徴とする高速炉の反射体駆動装置。
4. 【請求項４】 核燃料を装荷した炉心と、この炉心を取
   り囲む炉心バレルと、この炉心バレルの外周を取り囲む
   環状の反射体と、この反射体の外周を取り囲み一次冷却
   材流路を構成する隔壁と、この隔壁の外周を取り囲み前
   記一次冷却材流路中に配設された中性子遮蔽体と、この
   中性子遮蔽体の外周を取り囲み前記冷却材流路の外壁を
   構成する原子炉容器とを備えた高速炉において、前記炉
   心バレルを吸着する第１の位置保持用電磁石および第１
   の移動用電磁石が固着された第１の吸着体を有する第１
   の移動体と、前記炉心バレルを吸着する第２の位置保持
   用電磁石および第２の移動用電磁石が固着され、前記第
   １の移動用電磁石に吸着される第２の吸着体を有する第
   ２の移動体とを設け、前記第１の移動用電磁石に対する
   第２の吸着体が、第１の移動用電磁石を取り囲むように
   形成されたことを特徴とする高速炉の反射体駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項１または４記載の高速炉の反射体
   駆動装置において、反射体は下部にダンパを設けたこと
   を特徴とする高速炉の反射体駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の高速炉の反射体駆動装置
   において、反射体は周方向に複数に分割構成されたこと
   を特徴とする高速炉の反射体駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項４記載の高速炉の反射体駆動装置
   において、反射体は重力平衡機構で支持されたことを特
   徴とする高速炉の反射体駆動装置。
8. 【請求項８】 核燃料を装荷した炉心と、この炉心を取
   り囲む炉心バレルと、この炉心バレルの外周を取り囲む
   環状の反射体と、この反射体の外周を取り囲み一次冷却
   材流路を構成する隔壁と、この隔壁の外周を取り囲み前
   記一次冷却材流路中に配設された中性子遮蔽体と、この
   中性子遮蔽体の外周を取り囲み前記冷却材流路の外壁を
   構成する原子炉容器とを備えた高速炉において、前記炉
   心バレルに電磁吸引力にて吸着される電磁保持機構のヨ
   ーク内に、瞬間的な電磁反発力を発生する電磁反発コイ
   ルと、この電磁反発力を受ける慣性体と、この慣性体の
   位置を復元させるばねとを設けたことを特徴とする高速
   炉の反射体駆動装置。