JPS61230084A

JPS61230084A - 原子炉の制御棒装置

Info

Publication number: JPS61230084A
Application number: JP60069925A
Authority: JP
Inventors: 新伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1986-10-14

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】〔発明の技術分野〕本発明は、原子炉の制御棒装置ζ二係り、特に制御棒の
うちでも安全棒に通した制御棒装置Ｃ：関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に原子炉の出力制御は、制御棒の炉心への挿入・引
抜きによって行なわれる。高速増殖炉用の制御棒には、
その目的に応じて、非常停止用の安全弾と、粗制御用の
シム棒と、微細制御棒とがある。

これらのうち、安全棒として用いられる制御棒は、原子
炉の異常時、たとえば核燃料集合体が異常燃焼あるいは
局所閉塞を起こした場合に、確実に炉心に挿入される必
要がある。このため、上記異常時に特別の原子炉ｔ［装
システムを介さずに自動的に炉心に挿入しうる自己挿入
機能を備えた制御棒装置が所望されており、その種の制
御俸装置として例えば特公昭５９−４２８３７号公報（
二記載されたものが考案されている。この公報の制御棒
装置では、核燃料集合体の異常温度上昇は、熱伝導によ
って案内管内の冷却材に伝えられ、これによって制御棒
が自動的に挿入される。しかるにこの場合。

核燃料集合体内の冷却材自体は直接案内管内に流入せず
、熱のみが伝導によって移動するものであるため、熱の
伝わり方が遅く、迅速な応答が得られない可能性がある
。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
は、核燃料集合体の異常温度上昇があった場合に、制御
棒な炉心内に迅速かつ確実に挿入しうる原子炉の制御棒
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的達成するものであって、外筒に覆わ
れた核燃料集合体と平行するように設けられ、案内管と
、案内管内に昇降自在に収容された制御棒本体とを具備
する原子炉の制御棒装置において、案内管の側壁には外
筒と案内管とを連絡する連通孔があり、また制御棒本体
には、所定温度以上になったときのみ開く弁機構が固定
され。

この弁機構が閉じているときにのみ制御棒本体が浮力を
受けて浮き上がるものである。

〔発明の実施例〕

以下１本発明１：係る制御棒装置の一実施例を第１図お
よび第２図を参照しながら説明する。第１図は、制御棒
装置１を高速増殖型原子炉Ｃ設置した場合の原子炉内部
の一部を示すものである。同図において、１は炉容器（
図示せず）内を上下に仕切る仕切板を示し、この仕切板
ＩＣ＝よってその上方に低圧ブレナム２が形成されてい
る。また仕切板１の下方には下板３があって、その下方
には低圧ブレナム４が形成され、仕切板１と下板３の間
は高圧ブレナム３となっている。

下板３と仕切板ｌには互いに対向する開孔６゜７が複数
対あり、これら対をなす開孔６，７には仕切板１と下板
３を連絡する円筒８が固定されている。円筒８には流路
孔８厘があって、この円筒８上に核燃料集合体９および
制御棒装置１０が植設されている。

核燃料集合体９は、断面正六角形の筒状流路箱９ｍと、
流路箱９ａ内に垂直方間に複数本収容された核燃料棒１
１と、流路箱９ａの下端部に同軸的に接続されたエント
ランスノズルｌｌａとから成っている。核燃料棒１１の
高さ方間の一部のみが発熱部１２となっており、炉心を
形成している。エントランスノズルｌｌａは円周８内に
挿入されており、エントランスノズル心モ１円筒の流路
孔１３ａｌ二対向する位置には流入孔１３が穿設されて
いる。

制御棒装置１０は以下のように構成されている。

制御棒装置ｌＯの側面は、断面正六角形の案内管１４で
覆われており、案内管１４の下端部は同軸的に案内管エ
ントランスノズル１５に接続されている。

案内管エントランスノズル１５は円周８内に挿入されて
おり、案内管エントランスノズル１５の、円筒の流路孔
８ａに対向する位置には案内管流入口１６が穿設されて
いる。案内管１４内には制御棒本体１８が昇降自在に配
設されている。（第１図は制ａ棒本体１８が下方へ移動
した状態を示す。）制＠ｍ本体１８は、複数の中性子吸
収棒１９と、それらを下部で支持・固定する下部体２０
と、中性子吸収棒１９全体の側面を覆う筒体２１と、筒
体２１の上方を覆う板体四と、この板体２２に取着され
た弁機構おおよび冷却材導出管２４とから成っている。

上記弁機構詔は、板体２２に穿設された弁孔２５と、弁
孔２５を貫通し、板体２２と相対的に昇降自在な弁２６
と、一端を弁２６に、他端を冷却材導出管２４に固定さ
れた押え板５２に固定されたコイルバネ２７とから成っ
ている。

コイルバネ２７は形状記憶合金製であって、所定温度（
例えば５ｏｏ　ｃ　）以上の場合には伸びて弁２６を押
し下げ、弁２６と弁孔５の間に流路を形成する（第１図
の状態）。またコイルバネ２７が上記所定温度以下の場
合には縮んで弁２６を引き上げ、弁２６と弁孔２５の間
の流路な閉塞する。

冷却材導出管２４は板体２２から上方１；立設され。

板体２２を貫通し、また上方に流出口側を有している。

さらに、冷却材導出管２４の上部には把持部２９があっ
て、必要により、上方より垂下される操作棒（図示せず
）により把持される構造となっている。

案内管１４内には、制御棒本体１８が下方Ｃ二移動した
ときＣ：、中性子吸収棒１９が発熱部１２と同じ高さく
＝なるよう（ニなっている。

流路箱９ａおよび案内管１４の発熱部１２上端高さ付近
およびその上方にはスベーサノ（ラド３０，３１゜３２
．３３があって、これらを介して、隣接する核燃料集合
体９同士および核燃料集合体９と制御棒装（［１０とが
接している。発熱部１２上端高さ付近のスベーサパツド
カ、３１にはそれぞれ、流路箱９ａまたは案内管１４を
も貫通する連通孔ア、３５が穿設さ路箱Ｖ同士は連會し
ないように配設されている。

ａ案内管１４内側の連通孔３５の開口部（；は案内根圏が
あって、連通孔３５から流入した冷却材が直接制御棒本
体１８に衝突しないようＣ：なっている。

上記構成をもつ原子炉において、原子炉の通常運転時に
冷却材は、高圧プレナム５から流路孔８ａを通り、流入
口１３および案内管流入口１６を経て、流路箱９ａおよ
び案内管１４へ流入する。流路箱９ａ内の冷却材は発熱
部１２で熱を受けて温度上昇する。

この昇温された冷却材の大部分はそのまま上昇して流路
箱９ａの上方へ抜けるが、昇温された冷却材の一部は連
通孔具、３５を通して制御棒装置１０の案内管１４内に
流入する。

案内管１４内には案内管流入口１６から流入する冷却材
によって上昇流が生じており、この上昇流によって制御
棒本体１８は押し上げられる。このとき、コイルバネ２
７の温度は前記の所定温度以下となっており、コイルバ
ネ２７は縮んだ状態にあり、このため弁２６は引き上げ
られて弁２６と弁孔２５の間の流路は閉じている。筒体
２１内を上昇した冷却材は冷却材導出管冴を通り、流出
口側から流出する。このとき、流出口あおよび把持部２
９は案内管１４の上端より上方゛へ突出している。制御
棒本体１８の浮上量は、把持部２９の上方に置かれる制
御ロッド（図示せず）で規制される。したがって制御ロ
ンドの規制位置を変えることζ：よって制御棒本体１８
の位置を制御することができる。

次に、何らかの原因で核燃料集合体、９の発熱部１２に
異常温度上昇があると、異常高温の冷却材が連通孔３４
．３５を通って案内管１４内に流入する。このためコイ
ルバネｎの温度が上記所定温度を越えることによって伸
長し、弁２６が下方へ押されて、弁２６と弁孔５の間に
流路ができる。このため筒体２１内を上昇した冷却材の
大部分はこの弁孔２５を通って流れ、板体２２の下面の
圧力が低下する。こうして制御棒本体１８にかかる浮上
刃が低下し、制御棒本体１８は下降して下部体２０が下
部支持体５０に接した状態（第１図の状態）で止まる。

このとき、中性子吸収棒１９は核燃料集合体９の発熱部
１２と同じ高さ位置にあり、これにより原子炉の反応度
を抑え、原子炉は停止する。

また、冷却材喪失事故等で、案内管流入口１６から案内
管１４に流入する冷却材流量が低下すると、案内管１４
内の上昇流量低下Ｃ：よって制御棒本体１８の浮上刃が
低下する。このとき、前記のような発熱部１２の異常温
度上昇も同時に起こるので、弁機構ｎの開作動と案内管
１４内上昇流量低下の効果が重なって確実Ｃ：制御棒本
体１８が下降する。

なお、本実施例では、筒体２１内を通った冷却材とその
外側を通った冷却材とは流出口四の付近で混合するが、
通常運転時にはこの部分が案内管１４の外にある。した
がってここで温度の異なる冷却材が混合しても、案内管
等の構造物に悪影響を及ぼすことがない。

次に、本発明の変形例ついて述べる。まず、案内板５３
は制御棒本体１８の熱衝撃を防止するためのものである
が、必らずしも必要とは限らない。また、弁機構おとし
ては連通孔３１開口部付近にサーモスタット式の弁機構
にしてもよい。また、上記実施例では、案内管１４には
周囲６か所の連通孔３１から冷却材が流入するが、これ
らの冷却材温度にバラツキがあると、コイルバネｎに周
方向温度分布ができ、それによる熱変形で弁機構詔がう
まく作動しないことも考えられる。これを防止するため
には連通孔３５から案内管１４に流入する流れを旋回さ
せればよいが、そのためには、案内羽根を取り付ける方
法、連通孔３５を案内管１４の斜め周方向に向ける方法
、あるいは連通孔３５の出口部に曲りノズルを取着する
方法等がある。

また上記実施例ではコイルバネが伸長したときに弁開と
なるが、コイルバネが縮んだときに弁開となる構造であ
っても同様の機能をもたせることができる。

原子炉としては高速増運屋原子炉に限定するものではな
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、核燃料集合体の異常温度上昇の場合に
、制御棒を炉心内に迅速かつ確実に挿入することができ
、これによって安全で信頼性のある原子炉を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明に係る制御棒装置の一実
施例を原子炉内に組み込んだ状態の原子炉内部の一部を
示すもので、第１図は第２図の人−入線縦断面図、第２
図は第１図のＢ−Ｂ線機断面図である。９・・・核燃料集合体　　　９ａ・・・流路箱１０・・
・制御検装置　　　　１２・・・発熱部１４・・・案内
管　　　　　　１６・・・案内管流入口１８・・・制御
棒本体　　　　１９・・・中性子吸収棒２１・・・筒体
　　　　　　　２２・・・板体ｎ・・・弁機構　　　　
　　冴・・・冷却材導出管２５・・・弁孔　　　　　　
　２６・・・弁２７８０．コイルバネ　　　　四・・・
流出口３０．３１・・・スペーサパッドあ、３５・・・連通孔代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（ほか１名）〜４第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炉心内に植設され外筒に覆われた核燃料集合体と
平行するように設けられ、内部に冷却材が上昇流となつ
て通流する案内管と、この案内管内に昇降自在に収容さ
れた制御棒本体とを具備する原子炉の制御棒装置におい
て、上記案内管の側壁には上記外筒と案内管とを連絡す
る連通孔が穿設されており、また、上記制御棒本体には
周囲の温度が所定温度以上になつたときにのみ開く弁機
構が固定され、この弁機構が閉じているときにのみ上記
制御棒本体が上記上昇流による浮力を受けて浮き上がる
ことを特徴とする原子炉の制御棒装置。
（２）上記弁機構には上記所定温度で形状変化する形状
記憶合金製バネを用い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。
（３）上記連通孔は上記外筒と案内管の側面に設けられ
たスペーサパッドと、外筒および案内管を貫通すること
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。