JPS61175588A - 原子炉の制御棒の駆動固定機構 - 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〕 本発明は、加圧冷却材を収容したタンクを有する原子炉
の制御棒の駆動ロフトを長さ方向に移動させそしてこの
駆動ロッドを固定するための機構であって、駆動ロッド
と同軸でありかつ駆動ロッドを摺動自在に受け入れ、こ
の駆動ロッドと一緒に減圧室を構成するような液圧シリ
ンダを形成するエンクロージャと、駆動ロッドをその高
位置に機械的に固定するための手段とを備えた機構に関
する。

本発明は、原子炉のライフサイクルの間、制御棒を、該
制御棒が原子炉の炉心に挿入される低位置か又は前記制
御棒が炉心の外部にある高位置かのいずれかに位置させ
るようになった制御棒作動機構での利用に最適である。

これは代表的には、親物質を収容した要素を有し、原子
炉の燃料が次第に消耗されるのに応じて原子炉の中性子
エネルギスペクトルを修正するための制御棒の場合であ
る。

〔従来の技術〕

上述の型式の機構はすでに知られている。例えば、仏国
特許第２，４９８．１９３号には、減圧室が、ソレノイ
ド又は電磁弁を備えたパイプによって低圧吐出リザーバ
に連結されているような機構が開示されている。電磁弁
を開いて駆動ロッドに上向きの力を加えるような圧力差
をつくることによって制御棒を上昇させる。駆動ロッド
を高位置に機械的に固定するための手段は、条件によっ
て電磁弁の各開閉サイクルの時に位置を変化させるよう
な双安定トグル装置によって構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かかる機構の利点は設計が簡単なことにあるが欠点をも
っている。第１の欠点は、制御棒を上昇させようとする
力及び制御棒の上昇速度を随意にはそして独立的には制
御することができないということである。事実、真価は
、電磁弁の開き度を高める機能と、駆動ロッドとシリン
ダとの間に生じる漏れを減じる機能との両方にある。例
えば、上昇速度を落とした状態で上昇力を大きくするこ
とはできない。加うるに、電磁弁の開き度と上昇力（又
は上昇速度）との間に存在する関係は時間的に変化し、
特に摩耗又は目詰りによって変化する。

別の欠点は、原子炉が代表的には数十本の制御棒を有し
ていることに関係している。各駆動機構が仮に、パイプ
と、低圧吐出リザーバに連結された電磁弁とを有してい
るとすれば、パイプは種々の長さのものを使用しなけれ
ばならず、これらは−次冷却材の流れを運ぶので非常に
厳しい安全規則に従わなければならず、また地震やこと
によると飛来物からも保護しなければならない。パイプ
及びそれらの電磁弁は、制御棒の上昇を制御できないよ
うにしがちな漏れの原因になるかもしれない。

本発明の目的は、液体冷却材の排出による制御の設計上
の簡単さと、上昇速度の制御とを結びつけた駆動固定機
構を提供することにある。

本発明のさらに特定の目的は、多数本の制御棒を有し、
これらの制御棒のうち数本を、原子炉の炉心内の中性子
束の対称的分布を保つように同時に移動させなければな
らないような原子炉の機構の制御を節単にすることにあ
る。この効果は、駆動機構が排出パイプ及び電磁弁を有
するような型式のものであるときには、同時に作動する
ことになっている機構全ての減圧室と、同一マニホルド
とを共通の電磁弁で連結することによって達成されるこ
とが考えられるかもしれない。しかしながら、かかる設
計は、固定手段が電磁弁の各作動サイクルのときに制御
されるような双安定型式のものであるときには避けなけ
ればならない。というのは、もし何らかの理由で正確な
固定又は解除が機構のうちの１つに起こらなければ、こ
の機構は後で、同一マニホルドに連結されたその他の機
構に対して逆位相で作動することになるからである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１の観点によれば、上述の型式の機構は、エ
ンクロージャの外部に置かれた第１の電磁制御手段と、
該電磁制御手段によって制御されて、駆動ロッドを所定
のステップで段階的に上昇させるように減圧室内の冷却
材の圧力を減少させるための液圧手段と、第１の電磁制
御手段とは異なるが同様にエンクロージャの外部に置か
れて、駆動口７ドを上方移動させたり前記固定手段を解
除させたりするように液圧手段を制御して減圧室とタン
クとを連通させるための第２の電磁制御子５段とを有し
、前記液圧手段はエンクロージャ内に置かれていること
を特徴とする。

本発明の別の観点によれば、上述の型式の機構は、減圧
室とタンクの内側との間に挿入された容量形往復動ポン
プを有し、該ポンプのピストンは第１の電磁制御手段に
よって作動されそして往復動の際駆動ロッドを所定の振
幅上昇させ、さらに駆動ロッドを、第２の電磁制御手段
で解除可能な高位置に固定するための手段を有すること
を特徴とする。

〔発明の効果〕

この構成により、上昇力及び上昇速度を独立して制御す
ることができる。上昇力は主として、第１の電磁制御手
段の及ぼす力で決まる。上昇速度は本質的に、これらの
電磁制御手段の作動速度で決まる。制御棒を炉心に挿入
するための制御棒の下向きの速度を別個に制御すること
ができる。これは、減圧室とタンクとの間の流路の損失
水頭を調節することによって行ない、前記流路は、第２
の電磁制御手段を付勢したときに開く。

本発明の機構は一次冷却材をタンクの外部に運ぶ種々の
長さのパイプを有しておらず、それによって設計全体が
簡単になりかつ、制御棒の引き抜きを制御できないよう
にする漏れの危険及びこれらの漏れを恒久的に償うため
の必要がなくなる。

最後に駆動ロッドを上昇させる機能及び駆動ロフトを固
定する機能が別々なので機構のうちの１つのものの固定
装置が一作業中、万一故障しても第１の電磁制御手段を
同一のゼネレータで誘導損失の危険なく制御することが
できる。

制御棒の降下は、タンクの内側と減圧室との間の冷却材
流路を開くことにより自重で引き起こすことができる。

本発明は例示としてのみ与えられる特定の実施例につい
ての以下の説明から一層よく理解されよう。説明は添付
図面を参照して行なう。

〔実施例〕

第１図を参照すると、互いに組立てられた幾つかの部品
でつくられた管状エンクロージャ１０の中には作動固定
機構が収容されている。エンクロージャ１０は、原子炉
の一次冷却材の圧力に耐えるようにつくられた原子炉の
タンクのカバー１２を貫通している。エンクロージャ１
０は制御棒を駆動するためのロッド１４を収容し、この
ロッド１４は取外し自在な軸継手（図示せず）によって
制御棒に連結されている。ロッド１４はその上端の付近
に、密封リング１６を備えたピストンを構成する拡大部
１５を有している。エンクロージャ１０の内側にはライ
ナ１８が取り付けられており、このライナ１８はその上
部が第２のライナ２４に固定されている。ライナ１８は
、リング１６がライナ上を実質的に密封的に摺動するよ
うな内径を有している。ライナ１８の外径はタンク内へ
開口した環状空間がライナ１８とエンクロージャ１０と
の間に存在するようなものである。ライナ１８はたとえ
ロッドが第１図に示す高位置を占めたときでさえもセグ
メントがライナ１８と接触したままであるようなほど、
高く延びている。駆動ロッド１４はその高位置にあると
き、エンクロージャを横切って置かれた横方向カム形成
ピン２２に衝合している。第２のライナ２４はライナ１
８の延長においてエンクロージャｌＯの内側に取り付け
られている。ライナ２４はエンクロージャ内で第２の環
状空間２６を構成し、この環状空間２６は半径方向溝２
８を介して空間２０と連通している。

エンクロージャ１０の上部は密封プラグ３０によって閉
じられており、ねじ３３によって閉じられた排水孔３０
が前記密封プラグ３０内に形成されている。

原子炉の一次回路の充填中、空気が作動固定機構の加圧
されたエンクロージャ内に入ることがある。正常な使用
圧力においては空気の占める容積よりも相当大きな容積
を有する収集室３５がプラグの下に設けられている。

本発明の機構は、制御棒を高位置で固定するための解除
可能な装置と、段階上昇装置と、を有している。

周１支置 固定装置はライナ２４の中に位置している。固定装置は
、固定ユニット及び可動ユニットを有する電磁作動装置
を有している。固定ユニットは、エンクロージャの外側
に置かれかつこのエンクロージャと同軸状に置かれた作
動コイル３６と、ライナ２４の内側に固定された固定磁
極片３８と、を有している。可動ユニットは磁極片４０
を有し、この磁極片４０は低位置（第１図）と、前記磁
極片４０が固定磁極片３８と衝合するような高位置との
間を移動できる。２つの磁極片には、ロッド及びライナ
２４によって構成されかつ減圧室４６を形成する容積部
と連通ずるための軸方向通路４２．４４が形成されてお
り、前記容積部は固定磁極片３８の上方に位置している
。戻しばね４７は可動磁極片４０を、該磁極片４０が第
１図に示されているような低位置に来させてその位置に
維持しようとする。

可動磁極片４０は分配弁と、ロッドを固定するための解
除可能な把持機構との両方を構成する。

可動磁極片４０が分配弁として働くことができるように
、この可動磁極片４０は互いに軸線方向に間隔をへだて
かつライナ２４の内面上を密封的に摺動できる２つの密
封リング４８を有している。

磁極片がその低位置にあるときに密封リング４８の間で
開口し、そして磁極片４０が持ち上げられているときす
なわち作動コイル３６が付勢されているときに環状空間
２６を減圧室４６と連通させるように位置でライナ２４
を貫通して孔５０が形成されている。

磁極片４０が把持機構として働（ことができるようにこ
の磁極片４０は、端部把持用留め部の形成された下方に
向いている可撓性ブレード５２を有している。これらの
留め部はロッド１４がその上走行端に到達したときにブ
レードを、ロッド１４に設けたふくらみ５４とは離して
移動させることができるがブレードがロッドの重量で広
がって離れることがないような形状を有している。

可動磁極片４０を上昇させることによってブレードを強
制的に開くための手段が設けられている。

第１図に示すように、この手段はビン２２と、ブレード
に設けられた内方に向いたボス５６とから成る。ポス５
６は、可動磁極片４０が低位置にあるときにビン２２の
すぐ下にありそして可動磁極片４０を上昇させたときビ
ンと整合するように配置されている。

ロッドを手動させるための機１ ０ンドを移動させるための機構は本質的には、固定部分
及び可動部分を備えた電磁制御ピストンポンプを有して
いる。

ポンプの固定部分は、コイル３６と同様なコイル５８と
、ライナ２４の内側の固定磁極片６０と、を有している
。ライナ２４と磁極片６０との間の密封は１つ又はそれ
以上のリングによって行なわれている。

ポンプの可動部分は休止位置（第１図）と作動位置との
間を移動できる磁極片６２によって構成されている。磁
極片６２は、コイル５０ａを付勢したときコイル５０ａ
によって作動位置に移動する。磁極片６０．６２の間で
圧縮されている戻しばね６４が磁極片６２をその低位置
に付勢している。可動磁極片６２には、該磁極片の表面
に加わる流体圧を調節するための通路６６が形成されて
いる。

可動磁極片６２はプランジャ６８を形成する延長部又は
小径部を有し、プランジャ６８は密封リングを備えかつ
固定磁極片６０に設けられて圧送室７０を構成するため
の凹部の中に突出している。

ポンプの液圧回路はプランジャに設けられた軸方向通路
７２を有し、この軸方向通路７２は吸込逆止弁７４を備
えかつ圧送室７０と可動磁極片６２の下に位置した容積
部とを連結し、さらに減圧室に通じている。圧送室７０
から始まるこの液圧回路は、吐出逆止弁７８の設けられ
たダクト７６をさらに有している。このダクト７６はラ
イナ２４に形成された１つ又はそれ以上の孔によって延
長され、したがってダクト７６は原子炉のタンクの内側
と恒久的な連通状態にある。

吸込弁及び吐出弁は在来の構成のものであるのが良く、
例えばこれらの弁を、戻しばねにより着座部に押圧され
るボールによって形成するのが良い。

かくして形成されたポンプは作動コイル５８を除きライ
ナ２４内に全体的に一体化されていることが理解されよ
う。

立−勉 本機構の作動を第２Ａ図及び第２Ｂ図を参照して次に説
明するがこれらの図では本機構の主要な要素だけが示さ
れており、明確さを期するあまり、尺度は考慮に入れな
かった。

蓼執旦ヱ上至上昇 駆動ロッドを段階的に上方に移動させ、各段階はコイル
５８の付勢−消勢に相応している。コイル５８の各付勢
により磁極片６２を第２Ａ図に示す位置から固定磁極片
６０と衝合する位置まで移動させる。圧送室７０の内容
物をダクト７６及び環状空間２６．２０を介してタンク
内へ吐出する。

上昇移動によりロッド１４に作用する上向きの力をつく
る。もし漏れがわずかなものであれば、この上向きの力
は、可動磁極片６２に及ぼされる力と比Ｓｔ／Ｓｏとの
積に等しく、ここでＳｌはピストン１５のリングによっ
て定まる横断面積であり、Ｓｏはプランジャ６８の横断
面積である。ロッド１４のストロークは、可動磁極片６
２のストロークに比ｓｏ　／Ｓ、を掛けたものに等しい
。

コイル５８を消勢したとき、可動磁極片６２はその休止
位置に戻る。液体が減圧室４６から吸込弁７４を通って
圧送室７０まで流れる。可動磁極片６２の下向きの移動
が体積変化をロッド１４よりも上の液体にもたらすこと
なく起こるのでロッド１４は所定位置にとどまる。

したがって、コイル５８の各付勢−消勢サイクルは、可
動磁極片のストロークに比Ｓ　Ｏ／　Ｓ　ｌをかけたも
のに等しい高さだけ駆動ロッド１４を上方に移動させる
。

■一定 駆動ロッド１４の上昇ストロークの最終部分の間、かか
るロッド１４はブレード６２の間に入り込む。ばね４７
のプレストレスは、ブレード５２を押し広げるためにふ
くらみ５４の及ぼす垂直方向の力よりも大きな値に選択
しである。その結果、ふくらみ５４は、可動磁極片４０
を動かすことなくブレードを通り越す。ふくらみ５４の
下層部が可撓性ブレード５２の端部キャッチを越えると
すぐにブレード５２は再び閉じそして第１図に連続線で
示すように駆動ロッドを下方に移動させないようにする
。

有利には、駆動ロッドがキャッチの位置を通り過ぎたと
きに信号を出すためのセンサーを設ける。

センサーは例えば、ロッド１４の上部に取り付けられた
永久磁石によって作動可能に、エンクロージャ１０の外
部に設けられている密閉球内に置かれた可撓性ブレード
スイッチ（図示せず）である。

センサーの出した信号をコイル５８の付勢−消勢サイク
ルの反復を止めるために利用することができる。

もし密封リング又はボールに漏れがなければ駆動ロッド
１４は第２Ａ図に一点鎖線で示すようにピン２２と衝合
したその高位置にとどまる。もし漏れがあると、ロッド
１４は下方にゆっくりと移動しついには可撓性ブレード
５２のキャッチに当たり、このキャッチの輪郭は第１図
に一点鎖線で示すように駆動ロッド及び制御棒の重量が
ブレードをさらに閉じるようなものである。制御棒はか
くして炉心の外部にあるような位置に保たれる。

解除 一般的に解除は、諸部品が第１図に一点鎖線で示す当初
の位置にある状態で行なうことになる。

まず、ロッド１４を上昇させる。これは、ロッドがブレ
ード５２のキャッチから離れたことをセンサー（図示せ
ず）が示すまで上昇機構を作動することによって行なう
。次に、制御コイル３６を付勢して可動磁極片４０を上
昇させる。上方移動の際、可撓性ブレード５２をピン２
２で離し、減圧室４６を、環状空間２０，２６を介して
タンクに通じさせる。すると、駆動ロッド及び制御棒は
自重で下方にゆっくりと移動し、落下速度は、孔５０の
流れ面積を適切に計測することにより調節できるような
損失水頭によって定まる。

固定手段及びロッド移動手段に関して多くの変形が可能
である。第３Ａ図及び第３Ｂ図はポンプを使用してロッ
ド及び制御棒の下方移動を促進するができるような固定
手段の変形例を概略的に示している。

第３Ａ図及び第３Ｂ図では、第１図に示す部品に相当す
る部品は同一の参照番号で示されている。

移動手段は変わらない。固定手段は再び可動磁極片４０
を有し、さらにこの固定手段は密封リング４８に加えて
各リング４８に密接して置かれているが磁極片の中間か
ら短い距離のところに置かれた２つのリング８０を有し
ている。磁極片４０には２つの内部ダクト８２．８４が
形成されている。

ダクト８２は上方の対をなしたリング４８．８０の間の
空間とリング８０．８０の間の空間とを連結している。

ダクト８４は磁極片４０の中央孔４２（この場合この孔
は盲孔である）と、下方の対をなしたリング８０．４８
によって構成された空間とを連結している。

第３Ａ図及び第３Ｂ図に示すように、環状空間２６は密
封体８６によって上部２６ａと下部２６ｂに分離されて
いる。孔５０が下部２６ｂと、磁極片が休止状態にある
とき（第３Ａ図）にはリング８０．８０の間に位置し、
この磁極片が制御コイルの付勢に続いて固定磁極片３８
と衝合したとき（第３Ｂ図）にはダクト８４に面するよ
うなライナ２４のボアの帯域と、を連結している。移送
孔８８が上部２６Ａと、可動磁極片４０がどのような位
置にあってもリング８０．８０の間にあるようなライナ
２４のボアの帯域とを連結している。

最後に、ライナ２４の本体に形成された内部移送チャン
ネル９０が減圧室４６を、可動磁極片４０が休止状態に
あるとき（第３Ａ図）にはリング４８．８０の上方に位
置し、制御コイル３６が付勢されているとき（第３Ｂ図
）には上方の対のリング４８．８０の間に位置するよう
なライナ２４のボアの帯域と連通させている。

第３Ａ図及び第３Ｂ図に示す変形例では、制御棒の上昇
は、可動磁極片４０を休止状態（第３Ａ図）に保った状
態でポンプによって行なわれる。

制御棒の下方移動は可動磁極片４０を第３Ｂ図に示す位
置に来させることによって行なわれる。この下方移動は
第１図に示す場合のようにたとえポンプを休止状態に保
っていても弁７４．７８によって起こることが理解でき
る。

制御棒の下方移動を速めたい場合、ポンプを作用させる
だけでよい。

両方の場合において、水の流れは第３Ｂ図に矢印ｆ１で
指示する進路に沿って起こり、この進路を第３Ａ図に矢
印ｆ０で指示する上昇進路と比較されたい。

使用される実施例がどれであれ、本機構は組立てられた
後、最初に加圧液体冷却材で満たされなければならない
。そのためには、減圧室４６と環状空間２６とを連通さ
せるために制御コイル３６を付勢する。すると、圧送室
７０の充填は一次冷却材の圧力が増加したときに起こる
。弁７４が開いてこの充填を可能にする。次に、収集室
３６は環状空間２６及びダクト７６を介して充填され、
この収集室を３６をねじ３３を外すことによって掃除す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１の機構の縦断面図であり、ロ
ッドをその高位置（一点鎖線）及びその頂部衝合位置（
連続線）に固定して示す図である。 第２Ａ図及び第２Ｂ図は第１図の機構の作動を示す液圧
線図である。 第３Ａ図及び第３Ｂ図は、２つの作動条件における、第
１図の機構の変形例をなす機構の一部の拡大概略図であ
る。 〔主要な参照符号の説明〕 １０・・・エンクロージ中、１４・・・駆動ロッド、２
０．２６・・・環状空間、３６．５８・・・コイル、３
８・・・固定磁極片、４０・・・可動磁極片、６８・・
・プランジャ、７０・・・圧送室、７８・・・吐出弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加圧冷却材及び各々、駆動ロッドを備えた制御棒を
   収容したタンクと、駆動ロッドと同軸であり、かつ駆動
   ロッドを摺動自在に受け入れ、駆動ロッドと一緒に減圧
   室を構成するような液圧シリンダを形成するエンクロー
   ジャ及び駆動ロッドをその高位置に機械的に固定するた
   めの手段を備えた、駆動ロッドを長さ方向に移動させそ
   して駆動ロッドを固定するための機構と、を有する原子
   炉における前記機構において、エンクロージャの外部に
   置かれた第１の電磁制御手段と、該電磁制御手段によっ
   て制御されて、駆動ロッドを所定のステップで段階的に
   上昇させるように減圧室内の冷却材の圧力を減少させる
   ための液圧手段と、第１の電磁制御手段とは異なるが同
   様にエンクロージャの外部に置かれて、駆動ロッドを上
   方移動させたり前記固定手段を解除させたりするように
   液圧手段を制御して減圧室とタンクとを連通させるため
   の第２の電磁制御手段とを有し、前記液圧手段はエンク
   ロージャ内に置かれていることを特徴とする機構。 ２、第１及び第２の電磁制御手段は独立に付勢すること
   ができる第１のコイル及び第２のコイルを有し、第２の
   コイルは、該第２のコイルを付勢したとき駆動ロッドを
   解除させて減圧室をタンクに通じさせることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の機構。 ３、加圧液体冷却材及び各々、駆動ロッドで支持された
   垂直方向に移動可能な制御棒を収容したタンクと、駆動
   ロッドと同軸でありかつ駆動ロッドを摺動自在に受け入
   れ、駆動ロッドと一緒に減圧室を構成するような液圧シ
   リンダを形成するエンクロージャ及び駆動ロッドをその
   高位置に機械的に固定するための手段を備えた、駆動ロ
   ッドを長さ方向に移動させそして駆動ロッドを固定する
   ための機構と、を有する原子炉における前記機構におい
   て、減圧室とタンクの内側との間に挿入された容量形往
   復動ポンプを有し、該ポンプのピストンは第１の電磁制
   御手段によって作動されそして往復動の際駆動ロッドを
   所定の振幅上昇させ、さらに駆動ロッドを、第２の電磁
   制御手段で解除可能な高位置に固定するための手段を有
   することを特徴とする機構。 ４、ポンプは第１の電磁制御手段によって２つの所定位
   置の間を移動できる磁極片を有し、該磁極片は吸込弁に
   よって液圧シリンダに連結されかつ吐出弁によってタン
   クに連結された可変容量圧送室を構成するために固定片
   と協働するプランジャを構成していることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の機構。 ５、前記プランジャは第１の電磁制御手段に属する固定
   磁極片と一緒に圧送室を構成し、前記所定の位置の一方
   のものは固定磁極片への可動磁極片の衝合に相当するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の機構。 ６、圧送室は液圧シリンダの断面積よりも小さな断面積
   を有し、したがって駆動ロッドに作用する圧力差の力は
   第１の電磁制御弁によって可動磁極片に及ぼされる力よ
   りも大きいことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   の機構。 ７、吐出弁とタンクとの間につくられる流体流路は前記
   エンクロージャの内側に内張りされたライナと前記エン
   クロージャとの間に形成される環状空間から成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の機構。 ８、固定手段は、下方に向けられた可撓性ブレードを有
   し、かつ駆動ロッドに設けられたふくらみを把握するた
   めのキャッチで終わり、また、ふくらみがいったんキャ
   ッチを通り過ぎると可撓性ブレードが駆動ロッドを下方
   に移動させないようにする位置にあるときの低位置と、
   駆動ロッドを解除するように可撓性ブレードがカムによ
   って広げられるような高位置との間を移動できる磁極片
   を有していることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の機構。 ９、可動磁極片は、高位置にあるときにシリンダとタン
   クとの間につくられる漏れの路を開く分配器を構成する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の機構。 １０、第１の電磁制御手段による前記液圧手段の作動に
   よって駆動ロッドの下方運動を速めるように、外したと
   きに減圧室と液圧手段との連結と、タンクと液圧手段と
   の連結とを入れ替えるための固定手段が設けられている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の機構。