JPS5942837B2 - 原子炉の制御棒装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の制御棒装置に係り、特に制御棒のう
ちでも安全棒に適した制御棒装置に関する。

周知のように、原子炉の始動制御、出力制御、停止制御
および非常停止制御は制御棒の操作によって行なわれる
。

一般に制御棒と呼ばれるものには、その目的に応じて非
常停止用の安全棒と、粗制御用のシム棒と、微細制御棒
とがある。

ところで安全棒として用いられる制御棒は、非常時、た
とえば一次冷却材の流れが止まる、いわゆる冷却材喪失
事故等が発生したときに炉心に確実に挿入されなければ
ならない。

従来、この種の事故に対しては、原子炉計測システムに
よって冷却材の流量や圧力等の変化を検出し、この検出
結果に基いて機械的、電気的に安全棒をスクラムする手
段が採用されている。

しかし、このような手段では、事故の検出から安全棒駆
動機構へ動作指令を与える経路に故障があった場合には
安全棒を挿入できない問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、炉心への挿脱が容易に行なえる
ことは勿論のこと、冷却材喪失事故が発生したときや炉
心出力が異常に上昇したとき、自動的に炉心に挿入し得
る自己挿入機能を備え、原子炉の安全性を一段と向上さ
せ得る原子炉の制御棒装置を提供することにある。

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は、本発明に係る制御棒装置を高速増殖型原子炉
に設置した場合の炉心部だけを取り出して示すものであ
る。

同図において、１は炉容器内を上下に仕切る仕切板を示
し、この仕切板１の存在によって上方に低圧プレナム２
が形成され、下方に高圧プレナム３が形成されている。

また４は下板であり、この下板４によって高圧プレナム
３の下方に低圧プレナム５が形成されている。

上記下板４と仕切板１とには、互いに対向する孔６，７
が複数対形成されており、これら対をなす孔６，７にそ
れぞれ核燃料集合体８力材直設されている。

核燃料集合体８は、流路箱９と、この流路箱９内に複数
本収容された図示しない燃料棒と、前記流路箱９の下端
部に同軸的に接続されたエントランスノズル１０とで構
成されている。

そして、上記エントランスノズル１０の部分が、前記対
をなす孔６，７に挿し込まれている。

なお、エントランスノズル１０には高圧プレナム３内の
冷却材Ｘを流路箱９内を通して低圧プレナム２へ導く孔
１１が設けられている。

そして冷却材Ｘは、高圧プレナム３から、その大部分が
核燃料集合体８内を流れて低圧プレナム２へ流れ、残り
がエントランスノズル１０と孔７の内面との間のすき間
を通ってプレナム５に至り、その後図示しないブランケ
ット燃料集合体内および反射体内を通って低圧プレナム
２に至って前記核燃料集合体８内を通流したものと合流
し、この合流した冷却材が熱交換器およびポンプを介し
て再び高圧プレナム３へ流入するように強制循環させら
れる。

しかして、上述した炉心部の低圧プレナム２には、所定
の間隙で本発明に係る制御棒装置２１が設けられている
。

この制御棒装置２１は大きく分けて、前記仕切板１に設
けられた孔２２と、核燃料集合体８と平行するように設
けられ下端部が上記孔２２に接続された十分に長い案内
管２３と、この案内管２３内に昇降自在に収容された制
御棒本体２４と、この制御棒本体２４に連結され前記案
内管２３内の流路面積を可変する弁機構２５と、上記制
御棒本体２４に連結され上記弁機構２５の開閉を制御す
る駆動機構２６とで構成されている。

上記案内管２３は、核燃料集合体８の流路箱９とほぼ同
径に形成されており、その下端部と上端部は所定寸法だ
け小径に形成されている。

また、制御棒本体２４は、案内管２３の内径より、所定
寸法だけ小さい外径でかつ軸方向長さが流路箱９より長
い筒体２７の下端部を板体２８で閉塞するとともに上記
筒体２７内を仕切板２９で上下方向へ仕切り、この仕切
板２９と板体２８との間に複数本の中性子吸収体３０を
固定したものとなっている。

なお、中性子吸収体３０の軸方向長さは流路箱９の長さ
と概ね同程度に設定されている。

また、板体２８と仕切板２９とには、冷却材を通流させ
るための孔３１，３２がそれぞれ複数ずつ設けられてい
る。

しかして、前記弁機構２５は、前記筒体２７の上部空間
に弁座３３とストップ板３４きを上記順に下方から配置
し、これらを筒体２７の内面に固定するとともに上記弁
座３３とストップ板３４との間に弁体３５を介在させ、
さらに上記弁体３５とストップ板３４との間にスプリン
グ３６を介在させ、このスプリング３６の復元力を弁体
３５に付与して前記弁座３３に設けられた孔３７を常時
閉塞するように構成されている。

なお、ストップ板３４には冷却材を通流させるための孔
３８が複数設けられている。

また、弁駆動機構２６は、前記仕切板２９と板体２８と
の間に筒体２７と同心円的に挿設された有底のパイプ３
９と、このパイプ３９の上端開口を液密に閉塞するよう
に取り付けられたベローズ４０と、このベローズ４０に
同軸的に突設され上記ベローズ４０が軸方向へ所定以上
伸長したとき弁体３５を上方へ向けて押圧するロッド４
１と、パイプ３９およびベローズ４０からなるいわゆる
容器内に封入された液体４２とで構成されている。

なお、図中４３は、炉外からの操作によって図中矢印４
４で示す方向へ昇降する制御ロッドを示し、４５は小孔
を示し、４６はガイド体を示している。

しかして、前記弁駆動機構２６による弁機構２５の”開
″゛閉″を設定するに際しては、炉心の熱出力が正常で
あるときの冷却材温度を基準にし、この温度以上のとき
ベローズ４０の伸長に伴なってロッド４１が弁体３５を
押し上げ、これによって弁機構２５が゛開″となるよう
に設定される。

このような構成を採用しているので、冷却材循環ポンプ
を作動させると、前述の如く冷却材が循環するが、この
場合、高圧プレナム３内へ送り込まれた冷却材の一部が
案内管２３内を上昇して低圧プレナム２へ流れる。

案内管２３内には、前述の如く制御棒本体２４が昇降自
在に設けてあり、しかも、この制御棒本体２４に連結さ
れた弁機構２５は゛閉″の状態、つまり案内管２３内の
流路面積を狭める関係に設けられているので、制御棒本
体２４に大きな浮上刃が作用し、この結果、制御棒本体
２４は制御ロッド４３で規制される位置まで浮上する。

したがって、制御ランド４３を矢印４４で示す方向へ移
動させることによって制御棒本体２４の炉心への挿入度
を可変でき、反応度の制御を自在に行なえることになる
。

ところで、炉心から熱出力を送出させている状態で、何
らかの原因で冷却材の供給がストツフ、つまり冷却材喪
失事故が発生すると、冷却材の流れが止まるので、今ま
で制御棒本体２４に作用していた浮上刃が零になる。

このため、制御棒本体２４は沈下して炉心に自動的に挿
入され、この結果、原子炉の運転が停止される。

したがって、冷却材喪失事故が発生しても炉外から何ら
操作することなく自動的に原子炉の運転を停止させるこ
とができる。

また、原子炉の運転中に誤操作あるいは何らかの原因で
炉心の熱出力が急上昇した場合には、案内管２３内を通
流する冷却材も正常の熱出力時より温度上昇する。

この結果、液体４２の膨張量が増し、ベローズ４０が伸
長して第２図に示すようにロッド４１が弁体３５を押し
上げ、弁機構２５を゛開″の状態に切換える。

このため、案内管２３内の制御棒本体２４を境にした上
下の圧力差が小さくなり、制御棒本体２４に加わる浮上
刃が減少するので、制御棒本体２４は自然沈下し、自動
的に炉心へ挿入される。

したがって、上記のように出力異常上昇現象が発生した
場合であっても炉外から何ら操作することなく自動的に
原子炉を停止させることができる。

このように、冷却材の強制流を利用して制御棒本体２４
を炉心の上方へ浮上させておき、冷却材喪失事故時には
自然沈下で上記制御棒本体２４を炉心に挿入するように
し、また炉心の異常出力上昇時には、制御棒本体２４に
連結された浮上力制御用の弁機構２５を液体の膨張を利
用した弁駆動機構２６で゛開″に制御することによって
浮上刃を減少させ、これに伴なう自然沈下で制御棒本体
２４を炉心へ挿入するようにしている。

したがって、いわゆる異常時に外部から操作を全く行な
うことなく原子炉を自動停止させることができるので従
来のものに較べて停止動作を確実に行なわせることがで
き、信頼性の高いものが得られる。

また弁機構２５を駆動させる駆動力を得る手段として液
体の膨張を利用した弁駆動機構２６を用いているので、
大きく、かつストローク的にも有利な駆動を行なわせる
ことができ、なお一層信頼性の高いものが得られ、原子
炉の安全性を向上させることができる。

なお、上述した実施例は、本発明を高速増殖型のものに
適用しているが軽水炉型のものにも適用できる。

また、案内管内の冷却材流量を制御することによって制
御棒本体の挿入度を可変してもよい。

以上詳述したように、本発明によれば冷却材の流量低下
や出力異常上昇に応動させて炉心に直接的に制御棒を挿
入して原子炉を停止させることができるので、動作の信
頼性が高く、もって原子炉の安全性向上に寄与し得る原
子炉の制御棒装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る制御棒装置を組込んだ
炉心部を取り出して示す一部切欠側図面、第２図は同実
施例における要部の動作を説明するための図である。 ２１・・・制御棒装置、２３・・・案内管、２４・・・
制御棒本体、２５・・・弁機構、２６・・・弁駆動機構
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心に植設される核燃料集合体と平行するように設
   けられ内部に冷却材が上昇流となって通流する案内管と
   、この案内管内に昇降自在に収容された制御棒本体と、
   この制御棒本体に連結され前記案内管内の流路面積を可
   変する弁機構と、前記制御棒本体に連結され前記冷却材
   の温度が所定値を越えたときに前記弁機構を開弁する弁
   駆動機構とを具備したことを特徴とする原子炉の制御棒
   装置。 ２ 前記弁駆動機構は前記制御棒本体に連結された伸縮
   自在な容器とこの容器内に密封され前記冷却材の温度上
   昇に伴い膨張する作用液体とからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の原子炉の制御棒装置。