JPS61111489A - 原子炉の制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、原子炉の容器に挿入セットした炉心に対す
る制御棒を緊急時に落下させる場合の操作技術分野に属
する。

而して、この発明は、該原子炉の容器に上部から挿入セ
ットされて炉心の燃料に対し昇降させる制御棒の駆動機
構が案内管内にて駆！Ｉ］Ｏツドに連係されたグリッパ
フィンガカムの先端をその下部のハンドリングヘッドに
対して平常運転時は結合して該ハンドリングヘッドと一
体の制御棒を昇降自在にし、又、炉心温度の異常上昇等
の緊急時には解離するように連係されている原子炉の制
御棒駆動機構に関する発明であり、特に、上記駆動ロッ
ドの中途所定部位に形状記憶合金が該グリッパフィンガ
カムに対して長手方向ベローズ状等の軸方向伸縮自在な
セット状態で一体介装連結されている原子炉の制御棒駆
動機構に係る発明である。

〈従来技術〉 原子炉に於てはその容器の内部に燃料を収納した炉心が
設けられており、これに対し通常運転時の出力を調整す
る機能と、許容マグニチュード以上の地震等の緊急時に
炉心を停止する機能とを有する制御棒が設けられている
。

而して、該制御棒は上部の駆動機構を介して昇降、落下
されるようにされているが、この機構を第７．８．９図
で略説すると、原子炉容器の遮蔽プラグ１に設けられた
ケーシングの上部に駆動モータ　２が設けられ、該駆動
モータ２に駆動軸を介して電磁石３が設けられ、該電磁
石３に対して下部アーマチュア４が結合解離自在に連係
されており、該アーマチュア４の下部にはリンク機構５
が設けられて、その下側に延出する駆動ロッド６の内部
に設けたグリッパフィンガカム７を保持している。

そして、該駆動ロッド６の下端に設けられて半径方向に
拡縮するチャック状のグリッパフィンガ８が制御棒９に
一体に設けられて、その内部に形成されたハンドリング
ヘッド１０に対してインナーチャッキングの状態で結合
解離自在に連係されている。

而して、通常運転時には、上部で電磁石３が通電されて
励磁されており、したがって、その下側のアーマチュア
４を吸着一体してその下部のグリ１　　　　ツバフィン
ガカム１を上向きに付勢し、更に、その下端のグリッパ
フィンガ８をして第９図に示す様に、外方に拡開してハ
ンドリングヘッド１０に内側からチャッキングして結合
し、制御棒９をして前記モータ２により図示しない容器
の炉心に昇降させてその出力を調整制御するようにされ
ている。

而して、前述の如く、許容マグニチュード以上の地震が
発生したような緊急時には、該地震等を感知した緊急指
令信号が図示しない制御装置を介し上記電磁石３に対す
る励磁通電を遮断することにより、該電磁石３は消磁さ
れ、そこで、該電磁石３に吸着されていたアーマチュア
４は落下してリンク機構５を開き、その結果、グリッパ
フィンガカム７は駆動ロッドロ内をその自重により降下
し、そのため、上記グリッパフィンガ８は外方に対する
拡開状態を解かれて内側に縮退し、よって、該グリッパ
フィンガ８に対するハンドリングヘッド１０はその連結
を解離されて制御棒９が落下し、その先端のダッシュラ
ムが図示しない下側の案内筒のダッシュポットに座着し
て、炉心を緊急停止するようにされている。

〈従来技術の問題点〉 而して、上述従来の制御棒駆動機構において通常運転時
はともかく、緊急時のスクラムの際の制御棒９の切離し
落下の制御については前述の如く、外部の検知、及び、
制御によって行われるために、間接的であり、制御棒９
の駆ｅｉ構自体が直接的、自動的にこれらの制御を行わ
ないというシステムにされており、したがって、上記外
部制御機構も相当に複雑であるために、不測にしてこれ
らの制ｔａ機構に故障や応答不良が生じた場合には、確
実にスクラムが行われなかったり、或いは、行われ難い
という安全対策上の難点があった。

そして、ある種の高速増殖炉で主炉停止系、後備炉停止
系の２系統を連係させて安全性のうえで相互にバックア
ップし、共通モードの故障が生じた場合にもスクラムが
不可能にならないようにされているが、スクラム機構と
しては上述メカニズムが主炉停止系、後備炉停止系等に
共に同一態様で配設されているために、外部指令による
スクラム手段では確率的には該主炉停止系と後備炉停止
系に同一のトラブルが生じる可能性もある虞が生ずる欠
点があった。

したがって、原子炉運転に対する安全性や高い信頼性が
評価され得ないという不具合があった。

これに対処するに、電磁石のキューリ一点を利用する等
の自発スクラムタイプの制御棒駆動機構も案出されては
いるが、理論的可能性はともかくとして、実効上は様々
なネックがあって実際上は非常に難しいものである。

この発明の目的は上述従来技術に基づく原子炉運転に伴
う緊急時のスクラムに際しての制御棒切離しの外的制御
による問題点を解決すべき技術的課題とし、何等外的な
検出や指令に基づくことなく、全く自動的に自己検出と
切離し制−が行え、而も、確実に再結合が行え、そのう
え反復使用が可能であって、原子炉の運転に支障を与え
ないようにして、エネルギー産業における原子力利用分
野に益する優れた原子炉の制御棒駆動機構を提供せんと
するものである。

〈問題点を解決するための手段・作用〉上述目的に沿い
先述特許請求の範囲を要旨とするこの発明の構成は、前
述問題点を解決するために原子炉容器の炉心に対して上
部駆゛動装置のモータに連係下延された駆動ロッドに連
係するグリッパフィンガカムが平常運転時は両者のいづ
れか一方の下端のグリッパフィンガをしてハンドリング
ヘッドに一体結合させて制御棒を挿入し、所定に昇降さ
れて出力を調整制御され、而して、−次冷却系循環ポン
プが故障し冷却材の流量低下が発生したような緊急時等
には、原子炉に異常発生による炉内温度が上昇し、それ
により、上記駆動ロッドの所定中途部位にベローズ状等
の形状に形成されて一体介装結合された形状記憶合金が
形状記憶効果によりマルテンサイト変態を介して長手方
向に伸縮し、したがって、該形状記憶合金の変形がハン
ドリングヘッドに対するグリッパフィンガカムのグリッ
パフィンガへの押圧を解離して、該ハンドリングヘッド
はグリッパフィンガから切り放、　　　　Ａ　ｎ゛：１
．′５Ａｌｌ：ｆｆＨｃ８ｆ’ｒ　ＬＴＦ’ｒＣｒ１４
“１６１熱が下がり、形状記憶合金は形状記憶効果によ
り元の状態に戻り、而して、安全状態が戻った場合には
、上記制御棒をして上昇させ、そのハンドリングヘッド
がグリッパフィンガにチャッキングして再び一体結合さ
れて通常運転に供されるようにした技術的手段を講じた
ものである。

〈実施例−構成〉 次に、この発明の実施例を第１〜６図の図面に基づいて
説明すれば以下の通りである。尚、第７〜９図と同一態
様部分は同一符号を用いて説明するものとする。

第１．２．５．６図に示す実施例において、図示しない
原子炉容器の遮蔽プラグ１の上部ケーシング内に設けら
れたモータ２に連係して、下延された駆動ロッド６の下
端にはグリッパフィンガ８が一体成形され、該駆動ロッ
ド６の内部には該グリッパフィンガ８を開閉し、制御棒
９のハンドリングヘッド１０に対して結合解離させるた
めのグリッパフィンガカム７が貫通している。

而して、該グリッパフィンガカム１は上段ラッチモータ
１１により上下動されるようにされている。

而して、第１図に示す様に、上記駆動ロッド６に於いて
は設定部位の中途にベローズ状に形成された形状記憶合
金１２が該駆動ロッド６に一体介装連結されてケーシン
グ内の冷却機の液体金属ナトリウムに直接触れ、その温
度変化を受けて検知応動が速やかになされるようにされ
ている。

而して、該形状記憶合金１２は一般に使用されている形
状記憶合金のうち二方向性のもので作られており、設定
温度以上の高温雰囲気中では変形する度合が大きく、又
、それよりも低温雰囲気中では変形度合が小さく、初期
状態に復元するマルテンサイト変態を介しての形状記憶
効果を有しているものであり、当該実施例では、上述の
如くベローズ状に形成されているために、駆動ロッド６
の長手方向に沿って伸縮自在にされている。

そして、第５．６図に示す様に、前記第７．８図に示す
従来態様と比較してその上方駆動部の電磁石やアーマチ
ュアは省略されており、そのため、従来態様のリンク機
構５も無く、モータ２に対して駆動ロッド６と、その先
端に一体のグリッパフィンガ８と該グリッパフィンガ８
の開閉のためのグリッパフィンガカム１が駆動ロッド６
を貫通するように配置されている。

したがって、ケーシング内に於ける冷却材の液体金属ナ
トリウムの温度の昇降の影響を直接受けそれに応じて形
状記憶合金１２の軸方向変形伸縮を介してグリッパフィ
ンガ８の先端がグリッパフィンガカム１に対して軸方向
変位し、その弾性力により半径方向の拡縮を制御される
ようにされている。

よって、液体金属ナトリウムの温度が通常温度では形状
記憶合金１２が伸張し、該グリッパフィンガ８の位置が
グリッパフィンガカム７の先端と横方向レベルが一致し
た第１図の状態ではハンドリングヘッド１０と結合して
一体化され、又、液体金属ナトリウムが高温になり、第
２図の示す様に形状記憶合金１２が縮退状態では該ハン
ドリングヘッド１０との結合が解離され、該ハンドリン
グヘッド１０、即ち、制御棒９は自重により落下してス
クラムするようにされている。

〈実施例−作用〉 上述構成において、図示しない原子炉が平常運転を行っ
ている状態では、容器内に循環供給されている図示しな
い液体金属ナトリウムが冷却作用を行い、そのため、容
器内炉心の発熱による温度は設定温度範囲内にあること
になり、上記駆動ロッドロを取り巻く液体金属ナトリウ
ムの温度は一定範囲内にあることになる。

そこで、形状記憶合金１２は第１図に示す様に伸張状態
にあり、そのため、該グリッパフィンガ８の下端はグリ
ッパフィンガカム７と側方向レベルにあって外方に拡張
力を付勢され、制御棒８と一体のハンドリングヘッド１
０は該グリッパフィンガ８にチャッキングされて一体化
されており、よって、モータ２から駆動ロッド６、及び
、制御棒８は一体連結されていることになる。

そこで、図示しない制御装置を介してモータ２が正逆回
転することにより、駆動ロッド６は所定、、　　　　’
；ｖｉｌ′ｌｂ、ｂｔ：ｔｐ°１゛“）　ｙ　ｌ＜　７
“＞ｎ８＠ｆ″してハンドリングヘッド１０、即ち、制
御棒９を一体的に随伴昇降させて炉心に対する挿入を調
整し、従来態様と同様にその出力を制御するようにされ
る。

而して、この間、上述の如く、駆動ロン６６周囲の液体
金属ナトリウムの温度はほぼ一定の範囲内にあるために
、形状記憶合金１２の軸方向伸縮変形の度合は極めて僅
かであって、その限り、グリッパフィンガ８の径方向の
拡縮量も小さく、よって、ハンドリングヘッド１０は該
グリッパフィンガ８から解離されて落下するような虞は
全くない。

そして、例えば、−次冷却系循環ボンブが故障し冷却材
の流量が低下するような緊急時においては、周知の如く
、容器内の炉心の温度が急激に上昇する。

したがって、上記炉心内の液体金属ナトリウムの温度も
急上昇し、それにより、ケーシング内にて該液体金属ナ
トリウムと直接的に接触している形状記憶合金１２は第
２図に示す様に、前述の如くマルテンサイト変態を介し
て軸方向に収縮し、その結果、グリッパフィンガカム１
に対しグリッパフィンガ８は相対的に上昇し、その結果
、該グリッパフィンガ８はハンドリングヘッド１０から
抜けるように作用し、そのため、該グリッパフィンガ８
と一体にチャッキングされて結合されていたハンドリン
グヘッド１０はその結合を解離されて矢印に示す様に切
り故なされて落下し、したがって、該ハンドリングヘッ
ド１０と一体の制御棒９も落下してそのダッシュラムが
容器に支持されたダッシュポットに座着し、スクラムさ
れることになる。

以上のプロセスは、外部の指令信号等によらず、該グリ
ッパフィンが８が駆動ロッドロの設定中途部位に有して
いる形状記憶合金１２が液体金属ナトリウムに直接触れ
て直ちに温度変化を検知して変形挙動することにより全
く自動的にスクラムして炉心を停止させることが出来、
これはメカニズム上前述の如く、全く直接的、且つ、自
動的に行われるために、上記外部の指令信号等による間
接制御でなく、自己制御とされてその応答特性は確実で
ある。

而して、冷却材の流量が正常に復帰し、原子炉が平常運
転状態に移行すると、上述スクラムにより炉心は停止状
態にされているために、再び運転状態に移る状態では炉
心の液体金属ナトリウムが相対的に低温化されることか
ら、前述形状記憶効果を介し形状記憶合金１２は第２図
の軸方向収縮状態から第１図の軸方向伸張状態に、即ち
、初期の記憶形状状態に復元されていき、そこで、従来
同様に制御棒８に対してモータ　２を介し、駆動ロッド
６を下降させて経時的に液体金属ナトリウムが低温化し
ないうちにグリッパフィンガカム７を降下させてハンド
リングヘッド１０内に予め挿入しておき、降温と共に形
状記憶合金１２が伸張してグリッパフィンガ８を下降さ
せてハンドリングヘッド１０内に挿入し、グリッパフィ
ンガカム７と同レベルになると外方拡張されるグリッパ
フィンガ８が該制御棒９と一体のハンドリングヘッド１
０に近接し、該ハンドリングヘッド１０をしてその弾性
を介し拡開させ、スプリングバックにより再び一体介装
結合するようにされる。

そこで、モータ２を介し、駆動ロッドロを上昇させて制
御棒９を一体的に炉心に対して上昇させ、所定に昇降調
節することにより、再び運転出力を調整制御出来るよう
にする。

尚、上述実施例は主炉停止系と後備炉停止系の２系統の
いづれか一方に設け、他方に対しては従来の電磁石とア
ーマチュアとによるリンク機構制御を介してのスクラム
動作機構を設けるようにしておくこ・とにより、互いに
バックアップ作用が成されて、制御棒駆動機構に対する
安全性がより大きく保証され、信頼性も高くなる。

ところで、上述筒１．２図に示す実施例においては異常
状態に移行する場合前述の如く駆動ロッドが収縮し、逆
に相対的にグリッパフィンカム７が下降し、その結果、
ハンドリングヘッド１０とグリッパフィンガ８との接合
が解離される初期でグリッパフィンガカム７とグリッパ
フィンガ８との間に偶力が働き、グリッパフィンガ８が
ハンドリングヘッド１０を持ち上げる不必要な力が作用
し、ｙ　　　ＲＬ″ｍ’ｅ＝　’ｒｌＸ　＠　＊　１２
′″ｉ、＊−”“”＜　ｍ　ｉ　ｉ　ｂｔ“る。

これに対処するに第３．４図に示す実施例は上述実施例
のハンドリングヘッド１０に対するグリッパフィンガ８
の係合態様のインナークランプから逆の７ウタークラン
ブの態様にし、又、グリッパフィンガ８′　とグリッパ
フィンカム７′　との機能を上述態様の内外関係を逆に
し形状記憶合金１２に不必要な軸応力や負荷がかからな
いようにした態様であるが実質的な作用効果に差はない
。

尚、この発明の実施態様は上述実ｍ例に限るものでない
ことは勿論であり、例えば、形状記憶合金をベローズタ
イプに代えてコイルスプリングタイプにしたり、ダブル
タイプにする種々の態様が採用可能である。

〈発明の効果〉 以上、この発明によれば、基本的に原子炉の容器内炉心
に対して挿入セットされる制御棒に対する駆動機構が従
来態様同様に平常運転時で、炉心に対し該制御棒をして
所定に昇降して、その出力を調整することが出来、又、
緊急時では確実にスクラムが可能になり炉心を停止させ
ることが出来る効果がある。

而して、この発明においては制御棒に対する上部駆動装
置とが単に駆動ロッドを介するのみで電磁石やアーマチ
ュアや、又、リンク機構等を省略出来、形状記憶合金を
該駆動ロッドの所定中途に一体介装させて結合させたこ
とにより、簡単な構成になり、製造コストが安くなるの
みならず、構造が簡単であるので故障もほとんど生じな
いうえに、保守点検整備等のメンテナンスもし易くなる
という優れた効果が奏される。

又、該形状記憶合金は二方向性の形状記憶効果により、
長さ方向、即ち、軸方向伸縮自在にされているために、
通常運転時の設定低温時にはグリッパフィンガが制御棒
と一体のハンドリングヘッドを一体に結合して昇降し、
上述の如く出力制御が出来るのみならず、冷却材流団の
低下等の際には炉心温度が上昇するために、該形状記憶
合金が軸方向に収縮して外部指令によらず、全く自動的
にグリッパフィンガをして上記ハンドリングヘッドを解
離して切離し、その自重により落下し、確実にスクラム
することが出来る優れた効果が奏される。

更に、駆動ロッドに形状記憶合金を介装したことにより
、該形状記憶合金が冷却機に直接的に触れ、したがって
、該冷却機の温度変化が直ちに検知されて伸縮挙動につ
ながり、スクラムが急速に行え、緊急状態に対処出来る
という安全上の優れた効果が奏される。

更に又、上述の如く、該制御棒の切り離しはその緊急時
を外部で検出し、外部制ｍｉ構によって電磁石等を消磁
する等の従来の間接的手段を取らず、直接的に形状記憶
合金が自己制御的に全く自動的に制御を行うために、応
答特性が良く、不測のトラブル等も生じないという優れ
た効果が奏される。

更に、主炉停止系や後備炉停止系にこの発明の制御棒駆
動機構を設けることにより、相互の安全性がより確実に
なり、又、信頼性も高まるという優れた効果も奏される
。

加えて、従来態様の制御棒駆動機構に対しても僅かな付
加的工作を行うことにより、この発明の機構を付加する
ことが出来るという利点もある。

そして、最終的な制御は人的管理が必要であるにしても
、この発明の制御棒駆動機構では上述の如く、全く自動
的に形状記憶合金が自己制御するために、それだけ省力
化が可能となり、安全性にもつながるという優れた効果
が奏される。

又、従来技術に基づく制御棒駆ｆｊ１ｍ構とこの発明の
制御棒駆動機構をダブルで配設することにより、安全性
がより高まり、信頼性も向上させることが可能となると
いう優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図はこの発明の詳細な説明図であり、第５．６
図は１実施例の全体概略縦断面図、第１図は第６図Ａ部
拡大断面図、第２図は同スクラム時のハンドリングヘッ
ド落下開始状態説明拡大縦断面図、第３図は第１図相当
他の実施例の縦断面図、第４図は同スクラム時の第２図
相当断面図、第７．８図は従来技術に基づく原子炉の制
御棒部ｖＪ機構の概略説明側断面図、第９図は第８図Ｂ
部拡大断面図である。 ９・・・制御棒、　　２・・・モータ、　　６・・・駆
動ロッド、８・・・グリッパフィンガ、 １０・・・ハンドリングヘッド、 １２・・・形状記憶合金 出願人　　動力炉・核燃料開発事業団 第１図　　　　　第２図 第３図　　　　　　第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上部のモータに連係された駆動ロッドに連係されたグリ
   ッパフィンガが該グリッパフィンガに相対変位するグリ
   ッパフィンガカムをしてハンドリングヘッドに結合解離
   自在に連係させている原子炉容器に挿入セットされる制
   御棒に対する駆動機構において、上記駆動ロッドの中途
   に形状記憶合金が該駆動ロッドに対し軸方向伸縮自在な
   セット状態で一体介装連結されていることを特徴とする
   原子炉の制御棒駆動機構。