(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、試験容器内の燃料には、水平方向に接続された複数の加振機によって水平面内の振動を発生させることである。【解決手段】  本発明は、原子炉内の燃料を模擬した模擬燃料、前記模擬燃料の間隙に挿入される制御棒、各々の前記模擬燃料に接続治具を介して接続された複数の加振機、前記加振機に固定された反力壁を備えることを特徴とする。【効果】本発明によれば、試験容器内の燃料には、水平方向に接続された複数の加振機によって水平面内の振動を発生させることができる。【選択図】  図２
2016008892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内の燃料を模擬した模擬燃料、前記模擬燃料の間隙に挿入される制御棒、各々の前記模擬燃料に接続治具を介して接続された複数の加振機、前記加振機に固定された反力壁を備えることを特徴とする制御棒挿入性耐震試験装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御棒挿入性耐震試験装置であって、
前記接続治具の先端にガイド構造の可動部を備えることを特徴とする制御棒挿入性耐震試験装置。
【請求項３】
請求項１記載の制御棒挿入性耐震試験装置であって、
前記接続治具の前記模擬燃料に接続される側の構造が鉛直方向に二股構造であることを特徴とする制御棒挿入性耐震試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒挿入性耐震試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所は、運転によって放射性物質を生じさせることから、周囲環境へ影響を及ぼさないように、各種の安全対策が講じられている施設である。世界でも有数の地震国である日本では、原子炉建屋に地震感知器が設置されており、原子炉は設定値を上回る大きな揺れを感知すると制御棒を炉心に挿入して自動停止するように設計されている。
【０００３】
日本電気協会が発行した「原子力発電所耐震設計技術規程JEAC4601-2008」においては、「制御棒は、基準地震動Ssが起きている状態であっても緊急に挿入されなければならない」および「BWRにおいてはシースが、PWRにおいては制御棒被覆管が、中性子吸収材を保持する機能を喪失していない」と記載されており、制御棒に求められる機能として、地震時の挿入機能と中性子吸収材を保持する機能が挙げられている。さらに、これらの機能については、解析あるいは試験によって、許容基準の適合性について確認しなければならないと規定されている。
【０００４】
地震時の制御棒挿入機能の耐震性を試験によって確認する装置の一例が、特開2012-8085号公報に開示されている。本背景技術では、液体で満たされた容器内部に原子炉内の燃料を模擬した複数の模擬燃料および制御棒が収納され、該制御棒を前記模擬燃料間に
挿入する制御棒駆動装置が取り付けられた試験容器と、該試験容器の周囲に設置された反力壁と、該反力壁に固定され、前記試験容器を一方向に振動させる加振機と、前記試験容器が前記一方向に沿って往復動可能に前記試験容器を支持する支持手段とを備えている。本技術により、試験容器を一方向に加振するときに加振機が負担する試験容器の鉛直荷重を低減させ、実際の地震に近い状態で試験容器を好適に加振することを試みている。
【０００５】
制御棒挿入性耐震試験装置の別の例が、非特許文献1に開示されている。本背景技術では、液体で満たされた容器内部に複数の模擬燃料が収納され、試験容器の外側に設置された加振器と試験容器内の模擬燃料を治具で接続した加振機構を備えている。本技術により、加振機によって試験容器内の模擬燃料を直接加振し、燃料に所望の振動を発生させることを試みている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2012-8085号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Watanabe, Y., and Motora, Y., “Analysis of CR scrammability characteristics on the condition of the forced vibration of fuel assemblies”, Trans. Int. Conf. Struct. Mech. React. Technol., Vol.7th, No.F, (1983), pp.357-364.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献1の制御棒挿入性耐震試験装置では、複数の加振機が試験容器に接続されているものの、加振方向は一方向に限られている。非特許文献1の制御棒挿入性耐震試験装置では、複数の模擬燃料が一組の加振機と治具により加振される。この場合も、各燃料の加振方向は一方向に限られる。
【０００９】
原子炉は型式によって燃料の形状・炉内への配置・設置間隔が異なる。これにより、原子炉の型式によっては地震時に燃料同士の接触が生じ、各々の燃料には異なる方向・振幅の振動が発生する可能性がある。この影響が顕著な場合は、各々の燃料を異なる方向・振幅で振動させた状態での制御棒の挿入試験により、評価の信頼性が向上する。
【００１０】
本発明の目的は、試験容器内の燃料には、水平方向に接続された複数の加振機によって水平面内の振動を発生させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、原子炉内の燃料を模擬した模擬燃料、前記模擬燃料の間隙に挿入される制御棒、各々の前記模擬燃料に接続治具を介して接続された複数の加振機、前記加振機に固定された反力壁を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試験容器内の燃料には、水平方向に接続された複数の加振機によって水平面内の振動を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る制御棒挿入性耐震試験装置の全体概略図である。
【図２】図１中のA-A断面における断面図である。
【図３】図２中の加振機８０の制御装置の概略図である。
【図４】図２中の模擬燃料２０と接続治具９０の結合部周辺の概略図である。
【図５】実施例２に係る模擬燃料２０、接続治具９０、および加振器８０の概略図である。
【図６】実施例３に係る模擬燃料２０、接続治具９０、および加振器８０の概略図である。
【図７】実施例４に係る制御棒挿入性耐震試験装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、原子力発電施設の原子炉で利用される制御棒の炉心への挿入機能の耐震性を試験する装置に関する。以下、各実施例について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】
本実施例を図1〜図4により説明する。図1は本実施例による制御棒挿入性耐震試験装置の全体概略図を示す図で、図2は図1中のA-A断面による断面図、図3は図２中の加振機８０の制御装置の概略図、図4は図２中の模擬燃料２０と接続治具９０の結合部周辺の概略図である。本実施例は、沸騰水型原子炉を対象としている。
【００１６】
試験容器１０の内部には、原子炉内の燃料を模擬した模擬燃料２０、模擬燃料２０間の十字断面の間隙に挿入される制御棒３０、模擬燃料２０を設置する燃料支持金具４０、燃料支持金具４０を設置し、原子炉内の炉心支持板の一部を模擬した模擬炉心支持板５０、模擬燃料２０の上部を支持し、原子炉内の上部格子板の一部を模擬した模擬上部格子板６０、および非挿入時の制御棒３０が収められている案内管７０が設置されている。試験の対象は沸騰水型原子炉の炉心構造の１セル分のため、試験体は、模擬燃料２０は４体、制御棒３０・燃料支持金具４０・案内管７０は各１体で構成される。各模擬燃料２０には、接続治具９０を介して加振機８０が接続され、加振機８０は反力壁１００に固定されている。案内管７０の下端には制御棒駆動機構ハウジング７１が接続され、制御棒駆動機構が内包されている。さらに制御棒駆動機構にはスクラム配管７２を介して制御棒の駆動エネルギーを供給する水圧制御ユニット（図示せず）が接続されている。実機の環境を模擬するため、試験容器１０は水で満たされており、試験容器１０に接続されたポンプ１１０とヒータ１２０によって内部水は実機と同様の高温・高圧状態に保たれる。
【００１７】
図２は、図１中のＡ-Ａ断面における断面図である。この図に示すように、模擬燃料２０には接続治具９０を介して加振機８０が接続される。模擬燃料２０に地震時の振動挙動により近い水平面内の振動を発生させるため、１体の模擬燃料２０に対して複数の加振機８０が水平方向に接続される。さらに、各々の燃料を異なる方向・振幅で振動させた状態での制御棒の挿入試験が可能なように、各々の模擬燃料２０に対して、複数の加振機８０が接続治具９０を介して水平方向に接続される。
【００１８】
図３は、図２中の加振機の制御装置の概要図である。制御装置１３０は、処理装置（例えばＣＰＵ）と記憶装置を備えたコンピュータであり、各加振機８０の変位を制御する。制御棒挿入性の耐震試験の際は、例えば数値シミュレーションによって、対象としている原子炉内炉心構造の振動解析をあらかじめ実施し、燃料群の振動応答変位を計算しておく。振動応答変位の計算結果の中から、評価対象に設定されたセルを構成する４体の燃料の振動応答変位を抽出する。この振動応答変位を試験体である４体の模擬燃料２０に発生させる変位、すなわち試験での目標変位として設定する。制御装置１３０は４体の模擬燃料が目標変位となるように各加振機８０をそれぞれ制御する。
【００１９】
図４は、図２中の模擬燃料２０と接続治具９０の結合部周辺の概略図を示したものである。本実施例に係る接続治具９０は、ガイド構造の可動部１４０を備え、この可動部１４０を介して模擬燃料２０に接続されている。ガイド構造の可動部１４０は、別に接続された加振機の加振方向に案内し、加振直角方向に可動し、回転動を拘束することにより達成される。例えば、図４中のＸ軸方向に接続された加振機の場合、可動部１４０はＹ軸方向に可動できるため、Ｙ軸方向に接続された加振機によって与えられた模擬燃料２０の振動変位を吸収しながら、加振機の振動を模擬燃料２０に伝達する。本実施例によれば、試験容器内の燃料には、水平方向に接続された複数の加振機によって水平面内の振動を発生させることができる。さらに、各々の燃料に別々の加振機が接続されているため、各燃料に異なる方向・振幅の振動を発生させることができる。
【実施例２】
【００２０】
図５は、本実施例に係る模擬燃料２０、接続治具９０、および加振器８０の鉛直方向概略図である。本実施例に係る接続治具９０は、模擬燃料２０に接続される側の構造が鉛直方向に二股構造となっており、これにより模擬燃料２０の鉛直方向の２ヵ所を加力できる。模擬燃料２０は、その上下端を模擬上部格子板６０と燃料支持金具４０により支持されているため、鉛直方向の２ヵ所を加力されると、４点曲げ状態となる。実施例１に係る接続治具９０は、鉛直方向において模擬燃料２０の１ヶ所を加力する構造であるため、模擬燃料２０は３点曲げ状態となる。地震時の燃料には慣性力が作用し、質量分布がほぼ均一な燃料には等分布荷重が作用する。この場合、燃料に発生する曲げモーメントの分布は放物線状となる。一方、模擬燃料２０に作用する曲げモーメント分布は、３点曲げの場合は三角形状、４点曲げの場合は台形状となる。一般に、放物線状の曲げモーメント分布については、三角形状の曲げモーメント分布によるよりも、台形状の曲げモーメント分布による方がよく近似できることから、地震時に作用する曲げモーメント分布をより精度よく模擬するためには、模擬燃料２０を４点曲げ状態にできる実施例２が有利となる。
【実施例３】
【００２１】
図６は、本実施例に係る模擬燃料２０、接続治具９０、および加振器８０の鉛直方向概略図である。本実施例に係る模擬燃料２０には、鉛直方向に配置された複数の加振機８０が接続治具９０を介して接続されている。模擬燃料２０は鉛直方向に配置された複数の加振機８０によって加力されるため、模擬燃料２０は他点加力による曲げ状態となり、地震時に作用する曲げモーメント分布をより精度よく模擬できる。また、加力点１か所あたりに必要な荷重を小さくできるため、接続治具９０を剛性の小さい軽量構造とできることや、加振機の容量を小さくできるという利点がある。
【実施例４】
【００２２】
図７は、本実施例に係る制御棒挿入性耐震試験装置の断面図である。本実施例は、次世代型沸騰水型原子炉を対象としている。この原子炉の実施例１との違いは、模擬燃料２０の断面形状が六角形であること、制御棒３０の断面形状がＹ字型であること、および１セルを構成する燃料の数が３体であることである。この図に示すように、実施例１と同様に、模擬燃料２０には接続治具９０を介して加振機８０が接続される。模擬燃料２０に地震時の振動挙動により近い水平面内の振動を発生させるため、１体の模擬燃料２０に対して複数の加振機８０が水平方向に接続される。さらに、各々の燃料を異なる方向・振幅で振動させた状態での制御棒の挿入試験が可能なように、各々の模擬燃料２０に対して、複数の加振機８０が接続治具９０を介して水平方向に接続される。なお、実施例２〜３は、本実施例にも適用することができる。一般に、原子炉の燃料の構造は長尺構造物であり、制御棒は、1セルを構成する複数の燃料に囲まれた間隙に挿入されるか、あるいは加圧水型原子炉のように各燃料構造の内部に挿入されるという共通点をもつ。このため、試験対象とする原子炉型式が異なると、加振機８０や接続治具９０の必要数が異なるものの、模擬燃料２０の加振方法、接続治具の９０の構造、各加振機８０の制御方法については同様とできるため、本実施例の制御棒挿入性耐震試験装置は各種の原子炉に適用できる。
【符号の説明】
【００２３】
１０  試験容器
２０  模擬燃料
３０  制御棒
４０  燃料支持金具
５０  模擬炉心支持板
６０  模擬上部格子板
７０  案内管
７１  制御棒駆動機構ハウジング
７２  スクラム配管
８０  加振機
９０  接続治具
１００  反力壁
１１０  ポンプ
１２０  ヒータ
１３０  制御装置
１４０  可動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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