JPS61176885A - 熱損失を減少した電磁式の制御棒駆動装置 - 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、原子炉の制御棒を直線的に移動する電磁装置
に係る。

従来の技術 このような用途に開発された電磁装置は、数多く知られ
ている。原子炉の制御棒に取外し可能に固定されたシャ
フトを直線的に移動するためのフランス特許第１，３７
１，８０２号及びベルギー特許第７５３，５２９号に開
示された電磁装置は、原子炉容器のカバーから突出した
流体密なケースを備えている。長手方向に互いに食い違
うようにされた第１及び第２組のシャフト把持手段は、
このケース内でこのケースに沿って長手方向に動くこと
ができる。第１組の手段は、ケースに支持された「保持
」コイルと協働する可動磁極に関連していて、これは、
このコイルが付勢及び消勢された時に、第１組の手段が
シャフトを把持する位置と、この手段がシャフトを離す
位置との間で移動される。第２組の手段は、「位相」コ
イルと協働して直線的に移動するプランジャに関連して
いて、これは、このコイルを付勢及び消勢した時に。

別の磁極に当接してこの手段がシャフトを把持する位置
と、シャフトを離す位置との間で移動し、上記別の磁極
は、「リフト」コイルと協働し、所与のピッチ即ちステ
ップで離間された２つの位置間を移動される。

発明が解決しようとする問題点 上記の形式の公知装置は、一応満足に作動する。別々の
コイルを適当なシーケンスで付勢すると、シャフト及び
制御棒が成る方向又は他の方向に段々に移動する。保持
コイルのみに電力を供給することにより、明確に定めら
れた位置に制御棒が保持される。全てのコイルへの電力
供給が切断すると、シャフトが放され、制御棒が原子炉
の上に配置されている通常の場合には、制御棒が炉心内
の最大挿入位置まで落下し、その結果、電源が停電する
と、全ての制御棒の駆動装置により非常停止、即ち、「
スクラム」が生じることになる。

運転中に原子炉の冷却材でケースが完全に満たされる上
記形式の装置は、これまで長い間、大きな熱損失源とな
っている。対流及び熱伝導現象により原子炉からケース
へ熱が伝達される。コイルを許容温度に維持するために
ケースを一般に通気によって冷却しなければならない、
典型的な原子炉と考えられる９００ＭＷの原子炉におい
ては、各々の制御棒駆動装置によって消費される全熱電
力は、約８．５ＫＷである。このような損失がある場合
、熱を除去するために強力な送風系統が必要とされる。

これらは、非常に多数の制御棒をもつことになる計画中
の近代的な原子炉（例えば、中規模以下の軽水原子炉及
び／又はスペクトル移動原子炉）には甚だ受け容れられ
ない。

問題点を解決するための手段 本発明の目的は、電磁式の直線変位装置、特に、上記形
式の装置の熱損失を減少することである。

原子炉からの熱伝達の開始に現われる現象を測定するこ
とによってのみこのような結果を得ることができる。完
全な分析を行なうことにより、装置のケースに向かう多
大な熱の流れは、熱サイフオン現象によるものであるこ
とが分かったが、このような現象は明確なものではなく
これまでにも理解されていない、上記形式の装置の場合
、第１図に示すように、リフト、移送及び保持コイル各
々１４．１６．１８を支持するケース１０において水の
流れが矢印で示された種類の経路をたどることか分かっ
た。主たる熱サイフオンは、流路が矢印Ｆ０、Ｆ工、Ｆ
２及びＦ３に対応するように形成され、二次的な熱サイ
フオンは、流路Ｆ、、　Ｆ４、ＦＳ、　Ｆ２及びＦ、に
沿ってケース１０の上部まで上昇するように形成される
。主たる熱サイフオンは、ボックス１９に含まれた把持
組立体をめぐるループを形成し、このボックスは１把持
手段がラチェットを含むときに「ラチェットボックス」
としばしば称され、ラチェットは、はとんどの場合そう
であるようにシャフト２０に設けられた周囲溝と協働す
る。中間の高さにおいて、ラチェットボックスは、ラチ
ェットを通すために必要とされる溝で形成されたギャッ
プ２１を含む、然し乍ら、この溝は、熱サイフオンの形
成に著しく影響するものではない。

更に、冷却材の通路は原子炉容器からケース１０の上端
へと延びており、非常停止即ち「スクラム」の場合に制
御棒の落下及び挿入を素早く行なうことが必要とされる
ために圧力損失をできるだけ低くすることが要求される
。従って、−見したところでは、制御棒の落下時間を許
可できないほど増加せずに熱サイフオンを生じる流路を
遮断もしくは制限することが不可能であると思われる。

この問題は、本発明においては、保持コイルと協働する
可動の磁極を、主熱サイフオンを遮断するカットオフ手
段に一体化し、可動の磁極が。

第１組の手段がシャフトを把持する位置にあるときに、
この磁極がカットオフ手段の１部品を構成するか又はこ
の手段を制御するようにすることによって、解消される
。

熱サイフオンは、実際には、第１組の手段に関連した可
動の磁極がシャフトを位置保持するような位置にある時
しか遮断されない、この制約は、実際には、何等不都合
のないものである。というのは、機構の使用モードは、
こｐ状態が原子炉の運転時間の約９８％中存在するよう
なものだからである。

第２図（第１図に対応する部分が同じ参照番号で示され
た）は、第１組の把持手段が「保持」位置にあって２３
において熱サイフオンの戻り枝路（冷枝路）を閉じる流
れを示している。このとき熱サイフオンループは、伝達
ラッチのための穴によって形成された制限された流路２
１を通して閉じることしかできない。熱サイフオンの上
昇流及び下降流の枝路は、制御棒２０とラチェットボッ
クスとの間で相当な長さの同じ環状スペースを使用しな
ければならないので、対流による流れが著しく減少され
る。

典型的に、保持コイルと協働する可動の磁極は、一般的
な形態においては、これと協働する固定の磁極に形成さ
れたダクトを閉じる可動の弁閉じ部材であり、可動の磁
極は、保持コイルが付勢された時に固定の磁極に当てら
れる。

前記したように、「スクラム」が生じた際に制御棒の上
に通さねばならない冷却材の流れに課せられる圧力損失
は、できるだけ小さくなければならない。このため、ダ
クトに与えられる全流れ断面積は、公知装置の場合にケ
ースと固定磁極との間の環状ギャップにより液体に与え
られる断面積と少なくとも同じ値に選択される。又、特
に流路の向き及び断面積の急激な変化による局部的な熱
損失を減少することも望まれる。このため、可動磁極の
下部にフレアを設け、流体が入口において可動磁極とケ
ースとの間に形成された環状通路に収斂するようにされ
る。

本発明は、添付図面を参照した特定の実施例及びその変
形態様についての以下の詳細な説明から明らかとなろう
。

１１且 第３図には、ＰＷＲの制御棒を直線的に動かす装置が示
されている。この装置は、既知のものと構造が類似であ
るので、その一般的な構造について簡単に述べるだけと
する。

この装置は、流体密の外部ケース１０を含んでおり、こ
のケース１０には、強磁性材料の骨組み１２が固定され
る。°この骨組みは、３つのコイル１４．１６及び１８
（リフトコイル、移送コイル及び保持コイル）を受ける
ケースの環状チャンバを定める。動かすべきシャフト２
０は、ケース１０によって定められたチャンネルの軸に
沿って取り付けられている。このシャフト２ｏには、前
述の第２手段及び第１手段と係合するように均一に離間
された溝が形成されている。これについては、以下に述
べる。

第２の手段は、環状の固定磁極２２を備えている。この
磁極２２は、骨組み１２と、ケース１０に固定された２
個の磁気リング２４及び２６と協動し、磁路の固定部を
形成する。その可動部は、リフト磁極２８によって形成
される。この磁極２８は、例えば、ねじ切りされた結合
部３０によって、スリーブ３２に固定される。このスリ
ーブ３２は、ライナ３４にスライド式に受け入れられる
。

このライナの上端は、固定磁極２２に取り付けられてい
る。スリーブ３２は、移送磁極３６を支持している。固
定磁極２２と可動のリフト磁極２８との間に圧縮された
復帰バネ３８は、磁極２８及び３６並びにスリーブ３２
を含む可動ユニットを、第３図に示されている下部当接
位置に向けて偏位させる。この当接位置は、スリーブ３
２の下端面と、後述する固定の環状磁極４６との当接に
よって定められる。コイル１４を付勢すると、可動磁極
２８が固定磁極２２に接触するまでこの可動磁極を上昇
させるような磁界が発生する。

多数（例えば３個）の移送ラチェット即ちグリッパ４０
がシャフト２０のまわりに均一に分配されている。グリ
ッパの各々は、枢軸接続ができるようにスリーブ３２に
固定されたピン４２によ′って支持される。ラチェット
即ちグリッパ４ｏの各々は、第３図に示す休止位置と、
溝又はシャフト２０に係合する作用位置との間で動かす
ことができる。ラチェットを制御するための機構は、ス
リーブ３２にスライドできるように受け入れられた磁性
材のプランジャ４６と、それぞれがラチェット及びプラ
ンジャ４６に枢着されたリンク４４とを含んでいる。移
送磁極３６とプランジャ４６との間に圧縮された復帰バ
ネ４８は、プランジャ４６を、第３図に示す休止位置に
保持しようとし、この位置では、ラチェット４ｏがシャ
フトがら解離される。移送コイル１８は、これを付勢し
たときに、骨組み１２、磁気リング２６、移送磁極３６
、プランジャ４６及び別の磁気リング５０をより成る回
路に磁界を発生し、プランジャを移送磁極４６に当接す
るように動かすか保持する。

コイル１６を付勢し、更にコイル１６を消勢せずにコイ
ル１４を付勢すると、シャフトが１つづつのの所定ステ
ップで上方に動くことが理解されよう。

保持コイル１８と協動する第１の手段は、全体的に従来
の構造をとっている。これらの手段は、第３図では、コ
イル１８が付勢されたときを想定した位置で示されてい
る。これらの手段は、２つの部分で構成された可動磁極
６２を備え、これら２つの部分は、ネジで結合されてピ
ン６４で相互にロックされている。コイル１８の電磁力
に対抗して作用する復帰バネ６６は、磁極６２の凹所に
収容される。非磁性材のリング６８は、バネ６６と固定
磁極４５との間に便利に配置される。このリング６８は
、磁極６２と４５を分離する部分が非常に薄いものであ
るが、残留磁気によって生じる結着のおそれを回避する
。保持ラチェット７０は、ラチェット４０と同様に取り
付けられ、可動磁極６２によって制御される。

本発明によれば、第１手段の可動磁極６２と固定磁極４
５は、弁を形成する。この弁は、保持コイルが付勢され
たときに閉じ、保持コイルが消勢されて可動磁極が固定
磁極から離されたときに開く、この弁は、熱サイフオン
により水流路の下向を向いた枝路即ち冷枝路に配置され
、熱サイフオンをカットオフするように構成される０図
示されているように、固定磁極４５は、これとケース１
０との間に水流のための実質的なギャップを残さない。

一方、制御棒の軸に平行な多数の流路７２が固定磁極４
５に形成される。この流路の全水流断面積は、制御棒が
落下する時に水に課せられる圧力損失を許容レベルに保
持するに充分なものである０例えば、ケース１０の内径
が１３３ｍｍであるような現在のＰＷＲでは、各々直径
が１１ｍｍの穴を１６個設けることができる。

流路７２は、コイル１８により発生した磁界の磁力線に
曝される強磁性材料の断面積を減少させる。それに対応
して、リング６８を固定磁極４５に保持する復帰バネ８
８の凹所の直径を減少させ、強磁性材料の断面積に対し
て充分な値を復帰させることが所望される。

流路７２と整列するように穴が形成されているリング６
８は、弁の弁座を形成し、その可動の蓋部材は、可動磁
極６２であり、その外径は、この可動磁極がコイル１８
によって固定磁極に当てられた時にリング６８に形成さ
れた穴を覆ってこれを閉じるに充分なものである。この
可動磁極とケース１ｏとの間の隙間７４は、後述するよ
うに制御棒が落ちる際の水の流路を形成する。

第３図に示すように、弁が閉じたとき、対流は、穴（矢
印ｆ６）を通るもの以外はもはや生じず、減少される。

全発熱量が６．５ｋＷの従来の装置では、コイルのレベ
ルに発生した４、５ｋＷの出力の大部分は、本発明を使
用することにより節約される。熱量のバランスは、本質
的に、原子炉のカバー及びこのカバーに溶接されたメカ
ニズムアダプタによって伝達される熱から得られる。

この熱伝達は、カバー上に一層の熱絶縁材を設けること
によって減少することができる。ラチェットボックスを
通って上部シースに流れる熱は、比較的少ない。

制御棒が落ちる時にシャフト上のスペースに向けて流さ
ねばならない水によって受ける圧力損失は、できるだけ
小さくしなければならない。このため、局部的な圧力損
失をできるだけ減少させることが望ましい。第３図に示
された場合には、磁極４６の下部が円錐台形となる。こ
のように、収斂領域７８は、圧力損失を減少させるのに
好都合に形成され、更に、水流の方向の変化をさほど急
激でないようにする。

制御棒及びシャフト２０が落ちたとき、原子炉の容器か
ら制御棒の上のスペースへと流さねばならない水は、熱
サイフオンの温枝路及び冷枝路の流路に沿って流れる。

この水は、特に矢印ｆ３、ｆ２．　ｆ、及びｆ、と反対
の方向に特に流れる。

電磁保持手段の可動磁極及び／又は固定磁極がカットオ
フ弁の部品を形成する上記実施例以外の実施例も可能で
あり、熱サイフオンの主ループの冷枝路を遮断するとい
う機能を満たすことができる。第４Ａ図及び第４Ｂ図（
ここでは、第３図の部品に対応する部品が同じ参照番号
で示されている）に概略的に示されたようなスライド弁
装置は、同じ機能を満たすことができる。このとき、可
動磁極６２は、スライド弁閉じ部材として働く。

本発明は、上記した特定の実施例のみに限定されるもの
ではない。固定及び可動の保持磁極は、ここで意図した
ものとは異なったやり方で関連させてもよい。このよう
な変更、及びより一般的には、保持電磁段の可動磁極の
動きを用いて、可動磁極６２が固定磁極４５に吸引され
た時に主熱サイフオンループの流れを遮断するような変
更は、本発明の範囲内に入ることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、各々、従来の制御棒変位装置及び
本発明による装置の熱サイフオンの流路を示す図、 第３図は、本発明の特定の実施例に基づいた駆動装置を
、その軸を通る平面でみた断面図、そして 第４Ａ図及び第４Ｂ図は、変更を加えた実施例を各々開
位置及び閉位置で示した概略図で゛ある。 １０・・・ケース　　　　１２・・・骨組み１４．１６
．１８・・・コイル １９・・・ボックス　　　２０・・・シャフト２１・・
・ギャップ　　　２２・・・固定磁極２４．２６・・・
磁気リング ２８・・・リフト磁極　　３２・・・スリーブ３４・・
・ライナ　　　　３６・・・移送磁極３８・・・復帰バ
ネ　　　４ｏ・・・グリッパ４２・・・ピン　　　　　
４６・・・固定磁極６２・・・可動磁極　　　６４・・
・ピン６６・・・復帰バネ　　　７０・・・ラチェット
７２・・・流路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷却材を収容する容器を有し、この容器が蓋で閉
   じられているような原子炉において、制御棒に接続でき
   るシャフトを直線的に動かすための電磁装置を具備して
   おり、この装置は、原子炉容器の蓋から突出した流体密
   ケースと、このケースの長手方向に可動で且つ長手方向
   に食い違うようにされた第１及び第２組のシャフト把持
   手段とを備え、第１組の手段は、保持コイルと協働する
   第１の可動磁極に関連され、上記ケースに支持され、そ
   して保持コイルの付勢及び消勢により、第１組の手段が
   シャフトを把持する位置とシャフトを放す位置との間で
   移動することができ、第２組の手段は、移送コイルと協
   働する可動プランジャに関連され、このコイルの付勢及
   び消勢により、第２組の手段がシャフトを把持するよう
   に別の磁極に当接する位置と上記シャフトを放す位置と
   の間で移動することができ、上記装置は、更に、上記別
   のコイルを所定のステップで離間された２つの位置間で
   動かすように上記別のコイルと協働するリフトコイルを
   備え、保持コイルと協働する可動磁極は、上記容器の内
   部とケースにより定められたスペースとの間に冷却材の
   流れを接続するための熱サイフォンを遮断する手段に属
   するものであることを特徴とする電磁装置。
2. （２）第１の可動磁極は、これに関連した固定磁極に形
   成された流路を閉じるための可動の弁閉じ部材を形成し
   、この部材は、これとケースとの間の冷却材の流れを阻
   止するように形成される特許請求の範囲第（１）項に記
   載の電磁装置。
3. （３）磁性材のリングが上記可動磁極に支持されたバネ
   により固定磁極と接触するように保持され、このリング
   には、上記流路と整列する穴が形成される特許請求の範
   囲第（２）項に記載の電磁装置。
4. （４）上記第１の可動磁極は、固定磁極と共に固定のス
   リーブ上に素早くスライド式に受け入れられ、第１の可
   動磁極とケースとの間に環状ギャップが形成される特許
   請求の範囲第（１）項に記載の電磁装置。
5. （５）シャフト及び制御棒が落下した時に容器からケー
   スの上部へ流れる冷却材の流路は、冷却材の圧力損失を
   減少するように構成される特許請求の範囲第（１）項に
   記載の電磁装置。
6. （６）プランジャの外面は、ケースと共に、冷却材の流
   れギャップを画成し、プランジャ外面の下部は、上記ギ
   ャップに冷却材を流す収斂した部分を画成するように円
   錐台形状にされている特許請求の範囲第（５）項に記載
   の電磁装置。