JPH0588797B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、異常発生時に原子炉を緊急停止させ
るため制御棒を炉心へ自動的に挿入する自己作動
型制御棒駆動機構に関し、更に詳しくは、制御棒
を吊り下げ保持する電磁石の磁気回路の一部にア
モルフアス磁性合金を使用し、温度の異常上昇に
よりその飽和磁束密度が低下することを利用して
制御棒を解放し落下させる制御棒駆動機構に関す
るものである。

［従来の技術］ 一般に高速炉等では炉停止の信頼性を高めるた
め、出力制御用の制御棒とは別に異常時等に炉心
に挿入する制御棒を備えている。これらを駆動す
る制御棒駆動機構は、外部からのスクラム信号に
より動作を開始する。そのため非常時の信頼性が
外部のスクラム信号発生機構に依存しており、炉
内異常発生からスクラムまでの信号伝達経路が複
雑になるため炉停止の応答性並びに信頼性の点で
問題があつた。

これらの問題を解決するため炉内に温度スイツ
チを設け、その信号により直接制御棒を駆動する
構成が提案されている（例えば特開昭60−127493
号公報参照）。ここでは炉内の異常を検出する温
度スイツチとして、複数の異種金属による熱膨張
量の差を利用して接点をオン−オフ制御する方式
が採られており、その信号を制御棒保持機構に伝
達するように構成されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の従来技術では、温度スイツチは冷却材中
に浸漬されるステンレス管内にタングステン棒を
挿入した異種金属の組み合わせからなり、ステン
レス管とタングステン棒の下端部が接合されタン
グステン棒の上端が可動接点に当接する構成であ
る。ステンレス管とタングステン棒の熱膨張量の
差によりタングステン棒の上端が上下方向に移動
して可動接点を固定接点に接触させたり離間させ
る。

しかし温度スイツチは炉心近傍に設置されてい
るため照射の影響を受け信頼性の点で問題があ
る。また冷却材中に浸漬されているから、ステン
レス管内には漏洩検出器を取り付け液体冷却材の
侵入の有無を検知しなければならず、機構的にも
複雑になる。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点
を解消し、外部からの操作力や信号に依存せずに
原子炉を安全に停止することができ、構造が単純
で、自己作動により制御棒を落下させるメカニズ
ムが複数備わつており、それらによつて信頼性を
高めることができる自己作動型の制御棒駆動機構
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、制御棒と、該制御棒を昇降駆動する
制御棒駆動機構を有し、該制御棒駆動機構中に制
御棒を吸着保持するための電磁石が組み込まれて
いる構成を前提としている。

そして前記のような目的を達成するため本発明
では、前記電磁石は、中央磁性体と、該中央磁性
体に巻装したコイルと、該コイルの外側に位置す
る外側磁性体と、外側磁性体の上端を中央磁性体
に連結する磁性フランジ部とを具備し、且つ中央
磁性体と外側磁性体の下端がほぼ同じ水平面内に
位置する形状であつて、冷却材温度が異常に高く
なつた時に飽和磁束密度が低下する磁気特性を有
するアモルフアス磁性合金を、前記中央磁性体又
は外側磁性体のいずれか一方に用いる構成となつ
ている。

［作用］ 通常運転時においては、強磁性体で且つ一般の
強磁性材に比べてシヤープな磁気特性を有するア
モルフアス磁性合金を磁気回路中に組み込んだ電
磁石によつて制御棒が吸着保持される。原子炉に
異常が生じて冷却材温度が異常上昇した場合には
アモルフアス磁性合金の飽和磁束密度が急激に低
下し、電磁石により形成されていた磁界が遮断さ
れ保持力が低下するため制御棒が解放されて落下
する。このように本発明では原子炉の炉内異常を
物理現象として感知し、外部の各種制御器を介す
ることなる自己作動で制御棒を直接駆動すること
ができる。

アモルフアス磁性合金の場合、そのキユリー点
は結晶化温度よりも低く、飽和磁束密度の減少に
より自己作動するように材料を選定し動作温度を
決めることによつて、結晶化することなく繰り返
し制御棒の切り離し動作を実施することができ
る。

またこの種の材料では結晶化する時に急激に膨
張したり電気抵抗が急激に低下するから、このよ
うな物性変化を利用して制御棒を切り離せるよう
に構成することで、結晶化に伴う動作をバツクア
ツプとして位置ずけ、より効果的な信頼性の高い
制御棒駆動機構を実現できる。即ち、電磁石の中
央磁性体又は外側磁性体のいずれか一方にアモル
フアス磁性合金を組み込んだことにより、結晶化
時に一方のみが急激に膨張して、制御棒上端の磁
性ハンドリングヘツドを押し下げ、それによつて
磁気回路にギヤツプが生じて制御棒が切り離され
る。

実施例 第１図は本発明に係る自己作動型制御棒駆動機
構の一実施例を示す説明図であり、同図Ａは制御
棒を吸着保持している状態、同図Ｂは制御棒を解
放した状態をそれぞれ示している。

上部に磁性体製のハンドリングヘツド１０を有
し内部に中性子吸収体１２を有する制御棒１４
が、炉心内の下部案内管１６の上方に位置し、制
御棒保持機構により保持される。制御棒保持機構
は、上部案内管１８内を挿通するように設けられ
た駆動軸２０と、その下端に取り付けられた電磁
石２２等からなり、ケーブル（図示せず）によつ
て電源から電流が供給され、励磁された電磁石２
２が磁性体製ハンドリングヘツド１０を吸着して
制御棒１４を保持する。

駆動軸２０の上部はボールナツト２４が取り付
けられ、該ボールナツト２４はボールネジ２６と
噛み合い、ボールネジ２６の上端は駆動モータ２
８に連結されている。原子炉の通常運転時には駆
動モータ２８を作動させることにより、制御棒１
４を上下させ出力調整を行う。炉内に何らかの異
常が生じた場合、制御棒保持機構が自己作動し、
それによつて同図Ｂに示すように制御棒１４が切
り離されて重力で落下し原子炉を停止する。

本発明の特徴は、制御棒保持機構の電磁石２２
として、その磁気回路の少なくとも一部分に、冷
却材温度が異常に高くなつた時に飽和磁束密度が
低下する特性を有するアモルフアス磁性合金を組
み込んだ点である。

この電磁石２２は、例えば第２図に示すよう
に、中央に位置する鉄心３０と、それに巻装した
コイル３２と、コイル３２の外側を覆い上端が鉄
心フランジ部３０ａに結合されたアモルフアス磁
性合金製の円筒体３４とからなり、該円筒体３４
の下端面と鉄心３０の下端面とがほぼ同じ水平面
内に位置する構造である。コイル３２には電源３
６から電力が供給される。

アモルフアス磁性合金は一定の温度（キユリー
点）以上に達した時に、その飽和磁束密度が急激
に低下する。ここでは飽和磁束が低下する温度が
原子炉の炉内異常温度に対応するような材料を選
定する。

通常運転時の状態は第２図に示す通りであり、
電源３６からコイル３２に通電され、鉄心３０，
アモルフアス磁性合金製の円筒体３４，磁性体製
ハンドリングヘツド１０によつて磁気回路が構成
され、制御棒が吸着保持される。ここで原子炉運
転中、冷却材の流量喪失等の異常が発生した場
合、原子炉内の冷却材温度が上昇する。それに伴
つて電磁石２２の近傍の温度も上昇する。この温
度上昇が異常値に達すると、円筒体３４を構成し
ているアモルフアス磁性合金の飽和磁束密度が急
激に低下し、強磁性体から常磁性体に変化して行
く。このため磁気回路が開き、吸着力が失われて
ハンドリングヘツド１０が切り離され制御棒が第
３図に示すように落下し原子炉が停止する。

基本的にはこのようにして異常発生時に原子炉
が停止する。万一何らかの原因によりアモルフア
ス磁性合金の飽和磁束密度が低下しただけでは制
御棒が切り離されなかつた場合でも、本装置は次
のようなバツクアツプ機構が動作して確実に制御
棒を落下させることができる。

原子炉の温度上昇が更に進んでアモルフアス磁
性合金の結晶化温度に達すると、アモルフアス磁
性合金は結晶化し、それに伴い急激な膨張が生じ
る。つまり第４図に示すように、円筒体３４が急
激に熱膨張してハンドリングヘツド１０を下方に
押し出す。これによつて鉄心３０とハンドリング
ヘツド１０との間にギヤツプＧが形成され、制御
棒は確実に落される。

第５図は更に別のバツクアツプ機構の例を示し
たもので、アモルフアス磁性合金の結晶化に伴う
電気抵抗の減少を利用して制御棒を解放する例で
ある。アモルフアス磁性合金内に電極３８を埋め
込み、コイル３２と並列に接続する。通常の運転
時には制御棒を吸着保持できるようにコイル３２
に通電しておき、その時同時にアモルフアス磁性
合金製の円筒体３４にも通電する。コイル３２に
通電する電圧，電流値は制御棒を吸着保持できる
値に対してあまり大きくならないように設定す
る。炉内の温度が異常に上昇しアモルフアス磁性
合金が結晶化すると、その電気抵抗は急激に減少
する。その結果アモルフアス磁性合金側により多
くの電流が流れ、逆にコイル側の電流は減少す
る。この変化により電磁石の保持力が減少し制御
棒を吸着保持できなくなり、制御棒が落下して原
子炉を停止させる。

本発明は上記のように電磁石の構成部品の一部
にアモルフアス磁性合金を用いたことによつて、
従来の自己作動型の制御棒駆動機構と大きく異な
り、 飽和磁束密度の減少で動作させる。

結晶化に伴う急激な膨張で動作させる。

結晶化に伴う急激な電気抵抗の減少で動作さ
せる。

という複数の動作方式を備えさせることができ
る。これによりの動作が行われず制御棒が落下
しなかつたとしても、および／またはの動作
により、確実に制御棒を落下させ原子炉を停止さ
せることができる。なおアモルフアス磁性合金は
結晶化してしまうと再度同じ条件で使用すること
は不可能であるが、一般にアモルフアス磁性合金
においては結晶化温度よりキユリー点の方がかな
り（材料によつても異なるが、通常100℃もしく
はそれ以上）低いので飽和磁束密度の減少により
動作するように材料を選定し動作温度を決めれば
結晶化させることなく繰り返し電磁石を使用する
ことができる。つまり結晶化に伴う動作をバツク
アツプとして位置づければ、より効果的な使い方
となる。

以上本発明の好ましい一実施例について詳述し
たが、本発明はこのような構成のみに限定される
ものでないこと無論である。アモルフアス磁性合
金は、中心側の磁気回路中に組み込んでもよく、
種々の変形が可能である。

［発明の効果］ 本発明は上記のように制御棒を吸着保持するた
めの電磁石の磁気回路の一部分にアモルフアス磁
性合金を組み込み、冷却材温度が異常に高くなつ
た時にその物性変化により制御棒を解放するよう
に構成したから、制御棒駆動機構自身に炉内異常
（温度の異常上昇）を検知する機能が備わつてお
り、外部からの操作力や信号に依存せずに直接的
に原子炉を停止することができ、そのためシステ
ム構成が簡素化され、外部機構の故障等による信
頼性の低下や信号伝達経路の複雑化のために応答
性が悪くなることを回避でき、極めて安全性が高
くなる効果がある。

また異常を検出し自己作動させ制御棒を落下さ
せるメカニズムが複数備わつているため、従来の
自己作動型の制御棒駆動機構に比べてより信頼性
が高くなる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明に係る自己作動型制御棒
駆動機構の一実施例を示す説明図、第２図はその
電磁石の構造を示す説明図、第３図はアモルフア
ス磁性合金の飽和磁束密度の低下により制御棒を
解放した状態を示す説明図、第４図は結晶化に伴
う熱膨張により制御棒を解放した状態を示す説明
図、第５図は結晶化に伴う電気抵抗の低下を利用
して制御棒を切り離せるようにした説明図であ
る。 １０…磁性体製のハンドリングヘツド、１４…
制御棒、２２…電磁石、３０…鉄心、３２…コイ
ル、３４…アモルフアス磁性合金製の円筒体、３
６…電源、３８…電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 制御棒と、該制御棒を昇降駆動する制御棒駆
   動機構を有し、該制御棒駆動機構中に制御棒を、
   その上端の磁性ハンドリングヘツドで吸着保持す
   るための電磁石が組み込まれているものにおい
   て、前記電磁石は、中央磁性体と、該中央磁性体
   に巻装したコイルと、該コイルの外側に位置する
   外側磁性体と、外側磁性体の上端を中央磁性体に
   連結する磁性フランジ部とを具備し、且つ中央磁
   性体と外側磁性体の下端がほぼ同じ水平面内に位
   置し、前記中央磁性体又は外側磁性体のいずれか
   一方に、冷却材温度が異常に高くなつた時に飽和
   磁束密度が低下するアモルフアス磁性合金を用い
   ることを特徴とする自己作動型制御棒駆動機構。