(57)【要約】  単独に冷温停止を実現することができる原子炉側反射層テレスコープ型制御棒である。当該制御棒は、鉛直かつ同軸に設置される内棒（1）と、外棒（2）と、案内筒アセンブリ（3）とを含み、外棒（2）及び案内筒アセンブリ（3）は中空の柱状体であり、内棒（1）の上端が外棒（2）の内部に上下移動することができ、それに伴って、他端が案内筒アセンブリ（3）の下方に位置しかつ案内筒アセンブリ（3）と同軸に設置される制御棒通路（6）の内部に上下移動し、外棒（2）の上端が案内筒アセンブリ（3）の内部に上下移動することができ、それに伴って、他端が制御棒通路（6）の内部に上下移動する。本制御棒は、圧力容器の高さ及びその他の従来のモジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉の総体設計パラメーターを変更しない前提で、制御棒の有效長さを最大限に増加し、制御棒システムの反応性価値を向上すると共に、モジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉の起動及び運転制御操作を簡単化させ、高温炉発電所の安全で経済的な運転のために、技術基礎を築く。 【選択図】図1
2016529521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直かつ同軸に設置される内棒（1）、外棒（2）及び案内筒アセンブリ（3）を含み、前記外棒（2）及び案内筒アセンブリが中空の柱状体であり、前記内棒の上端が前記外棒（2）の内部にて上下移動することができ、それに伴って、前記内棒の他端は、前記案内筒アセンブリ（3）の下方に位置しかつ案内筒アセンブリ（3）と同軸に設置される制御棒通路の内部にて上下移動し、前記外棒（2）の上端が前記案内筒アセンブリ（3）の内部にて上下移動することができ、それに伴って、前記外棒（2）の他端は前記制御棒通路の内部にて上下移動することを特徴とするペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒。
【請求項２】
前記内棒（1）は多段構造であり、結合ヘッドアセンブリ（11）と、抗衝撃ヘッドアセンブリ（14）と、球面ヒンジジョイント（12）により直列接続される複数の内節棒（13）とを含み、前記結合ヘッドアセンブリ（11）の一端が開始段の内節棒（13）に接続し、前記結合ヘッドアセンブリ（11）の他端が制御棒の駆動機構のループチェーンに接続し、前記抗衝撃ヘッドアセンブリ（14）の一端が最終段の内節棒（13）に接続していることを特徴とする請求項1に記載のペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒。
【請求項３】
前記結合ヘッドアセンブリ（11）は、結合ヘッド（112）と、フラットピン（110）と、ロック・ビード・リングと、緩衝押え板と、円筒バネと、軸受押え板と、セラミックボールと、軸受底板と、球面ヒンジとを含み、前記結合ヘッド（112）は、フラットピン（110）により制御棒の駆動機構のループチェーンに接続し、ロック・ビード・リング（111）はフラットピン（110）を取り囲んで締め付けるために使用され、緩衝押え板（113）は円筒バネ（114）の上に設置され緩衝構造を形成し、当該緩衝構造は結合ヘッド（112）の側壁に外付けされ、球面ヒンジ（118）は軸受押え板（115）とネジ接続し、内節棒の上端板（130）と球面嵌合し、セラミックボール（116）、軸受押え板（115）及び軸受底板（117）は共同してスラスト軸受構造を構成し、当該スラスト軸受構造が結合ヘッド（112）によってカバーされることを特徴とする請求項2に記載のペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒。
【請求項４】
前記内節棒（13）は、外套管（133）と、それぞれ前記外套管の両端に位置する上端板（130）及び下端板（131）と、前記外套管（133）の内部に位置するB4Cペレット（134）とを含み、前記B4Cペレット（134）は、 溶接され、前記上端板（130）と下端板（131）との間に封入（パッケージ）され、前記B4Cペレット（134）と外套管（133）との間、及び、前記B4Cペレット（134）と上端板（130）との間にいずれも隙間があり、前記B4Cペレット（134）と上端板（130）との間に圧縮バネ（132）が設けられていることを特徴とする請求項3に記載のペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒。
【請求項５】
前記抗衝撃ヘッドアセンブリ（14）は、緩衝押え板（140）と、皿バネ（141）と、側壁には突出部が設けられる抗衝撃ヘッド（142）とを含み、前記皿バネ（141）は前記突出部と緩衝押え板（140）との間に設けられていることを特徴とする請求項4に記載のペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒。
【請求項６】
前記外棒（2）の頂部には、頂部内収縮口及び頂部外軸ショルダーが設けられ、前記外棒（2）は、多段構造であり、摺動スリーブ型ショックアブソーバー（21）と、吊りアセンブリ（22）と、複数本の外節棒（23）とを含み、吊りアセンブリ（22）が対応の各段外節棒（23）と接続し、摺動スリーブ型ショックアブソーバー（21）が開始段にて外節棒（23）と接続していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒。
【請求項７】
前記外節棒（23）は、内套管（233）と、外套管（232）と、上端板（230）と、下端板（231）と、圧縮バネ（235）と、B4Cペレット（234）とを含み、その中、B4Cペレット（234）は、内套管（233）、外套管（232）及び上端板（230）と下端板（231）とによって画定された環形空間に設けられ、かつB4Cペレット（234）と内外套管及び上端板との間に空隙があり、B4Cペレット（234）と上端板（230）との間に圧縮バネ（235）が設けられ、外套管（232）には排気孔が開設されていることを特徴とする請求項6に記載のペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒。
【請求項８】
それぞれの前記吊りアセンブリは、同じ数の吊りリング構造を有し、各吊りリング構造は、2つの球面ペンダント（220）と、2つの円筒状ピン（222）と、1つの長い吊りリング（221）と、2つの止めリング（223）とを含み、上端板（230）及び下端板（231）の内側溝に球面ペンダント（220）が装入され、球面ペンダント（220）と長い吊りリング（221）とは円筒状ピン（222）によって接続され、かつ止めリング（223）により円筒状ピン（222）が固定され、球面ペンダント（220）と、円筒状ピン（222）と、長い吊りリング（221）との間にはいずれも隙間があることを特徴とする請求項7に記載のペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒。
【請求項９】
前記案内筒アセンブリ（3）は、原子炉の内部の金属部材の上支持板に固定的に取り付けられ、上部段と、中間段と、下部段とを含み、前記上部段と中間段が共に原子炉の内部の金属部材の上支持板に固定的に取り付けられ、上部段が上支持板の上方に位置し、上部段と原子炉の圧力容器の封止ヘッドとの間に隙間があり、前記中間段が上支持板の下方に位置し、複数層の炉心押え板を貫通して、中間段の底部が下部段に挿入され、前記下部段は、前記上支持板及び原子炉内部の金属部材の位置決め板に固定され、かつ設計長さで頂部カーボンブリックと頂部反射層グラファイトブリックに一定の深さまで挿入されることができ、下部段の下端には位置決めリング（34）が溶接されていることを特徴とする請求項1乃至5又は7乃至8のいずれか1項に記載のペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒。
【請求項１０】
請求項1乃至9のいずれか1項に記載のペブルベッド高温ガス冷却炉の反応性制御方法であって、
棒挿入プロセス及び棒持上げプロセスを含み、
棒挿入プロセスにおいて、制御棒のストロークの上半分に、前記外棒と前記内棒が駆動機構のドラッグにより共に移動し、前記外棒の上端が原子炉の活性領域の上縁まで降下する時に、前記外棒の外軸ショルダーが前記案内筒アセンブリの底端の位置決めリングに重なり、その時に、前記外棒が前記案内筒アセンブリの位置決めリングに支持されて、さらに下へ移動しなく、すなわち、ストローク下限に達し、
前記内棒は、駆動機構の駆動により、前記外棒の内套管に沿って、前記外棒から離れてストロークの下限までさらに下へ挿入することができ、この時に、前記外棒と前記内棒が炉心の活性領域全体を覆い、
棒持上げプロセスにおいて、制御棒のストロークの下半分にて、前記内棒のみが駆動機構のドラッグにより上へ移動し、前記内棒は前記外棒の内収縮口に接触するまで前記外棒内に次第に挿入され、前記内棒と前記外棒とが完全に重ね合わされ、
さらに棒を持上げる間に、前記内棒と前記外棒は共に上へ移動し、前記案内筒アセンブリに次第に入り込み、前記内棒と前記外棒が全部、原子炉の活性領域の上縁の上方に位置する時、棒持上げが終了することを特徴とするペブルベッド高温ガス冷却炉の反応性制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉の原子力発電所の反応性制御及び制御棒の設計に関し、特にペブルベッド高温ガス冷却炉の反応性制御方法及びテレスコープ型制御棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペブルベッド高温ガス冷却炉は、ドイツのAVR試験炉に始まり、AVR炉の実験に成功した上で、ドイツは20世紀70年代、すなわち、世界原子力発電の高速発展期に、電力出力が300MWになるトリウム高温ガス冷却炉の実証発電所（THTR-300）を建て運転させていた。アメリカのスリーマイル島とソビエト連邦のチェルノブイリ原子力発電所の事故が発生してから、各国の公衆及び監督機構は日増しに原子力発電所の安全性を重視するため、高温ガス冷却炉の商用発電所も従来の大型化へ発展することから、非能動的固有安全性を有するモジュール型高温ガス冷却炉を開発するように転換している。中国にて建て始めた華能山東石島湾原子力発電所高温ガス冷却炉原子力発電所の実証工程（HTR-PM）は、典型的なモジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉である。
【０００３】
トリウム高温ガス冷却炉（THTR300）は、単原子炉の出力が比較的高いので、2セットの制御棒システムを設置し、一方のセットが側反射層に配置された36本の調整棒であり、快速な反応性変化を調整すること、及び事故状況での温態停止に用いられ、他方のセットが42本の制御棒を有して、炉心ペブルベッドに挿入し、長期の冷温停止、及び一定の冷温停止の深さを保持することに用いられる。トリウム高温ガス冷却炉の運転経験により、炉心ペブルベッドに挿入された制御棒は、積み重ねた球形燃料要素の抵抗を克服するために、巨大な駆動力が必要になり、燃料要素の損害を与えてしまう。そのため、それからのモジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉HTR-MODULの設計において、側反射層の制御棒のみが保留される。
【０００４】
HTR-MODUL単原子炉の熱出力は200MWであり、炉心の直径は3メートルであり、炉心の平均高さは9.4メートルである。その反応性制御及び停止システムは、制御棒システムと吸収球停止システムとを含み、制御棒システムは合計で6本の制御棒を有し、これらの制御棒が側反射層に配置され、制御棒それぞれが1セットの駆動機構に対応して、それを上下移動させる。制御棒それぞれの吸収体の長さが4800mmであり、全長が5280mmであり、合計で10段に分けられ、制御棒の外径が105mmであり、制御棒の孔通路の直径が130mmであり、制御棒の被覆材料がX8CrNiMoNb 1616であり、総重量が104kgであり、最高設計温度が約900℃である。HTR-MODUL制御棒システムの主な機能は原子炉の出力調整と温態停止である。
【０００５】
上記制御棒の設計パラメータから分かるように、制御棒の構造形態は多段の単棒構造であり、原子炉が全出力運転する場合、制御棒が全部活性領域から持ち上げられる必要があり、原子炉圧力容器の高さに制限されることで、制御棒の吸収体の長さが炉心の活性領域の高さの約半分である。
【０００６】
制御棒システム以外に、HTR-MODULの他方のセットの反応性制御と停止システムは吸収球停止システムであり、該システムは18列の吸収小球を有し、同様に原子炉の側反射層に位置し、吸収小球は重力で側反射層の孔通路に落ち込み、空気輸送方式で側反射層の孔通路から球貯蔵タンクに戻る。当該システムの主な機能は、(i)原子炉起動及び低出力運転の場合、制御棒システムと協力して反応性制御を行うこと、(ii)単独に冷温停止を実現し、かつ一定の冷温停止の深さを保証することである。
【０００７】
上記HTR-MODULの反応性制御は以下の問題がある。(i)吸収球停止システムの機能要求が多く、システム設計が複雑であり、運転の信頼性に対する要求が高い。(ii)原子炉の起動及び低出力運転の場合、原子炉の操作者は制御棒システムを操作する必要があるだけでなく、均一に各吸収球の孔通路から空気輸送方式で吸収小球を吹き上げ、かつ毎回の輸送する吸収球の数量を正確に制御できる必要があり、原子炉の操作者に対して操作難易度が高く、事故が発生し易い。
【０００８】
そのため、HTR-PM反応性制御と停止システムの設計は、以下の技術革新を採用する。依然として制御棒と吸収球との2セットの互いに独立するシステムを保留し、2セットのシステムの機能に対して調整を行う。制御棒システムは、安全棒組、調整棒組及び補償棒組に分けられる。安全棒組は、原子炉の起動及び出力運転の際に、全部原子炉の活性領域から持ち上げられ、その価値が、任意の原子炉作動条件での停止を保証することに十分である。調整棒組は、原子炉の出力調整を行い、炉心の出力分布を平坦化し、正常運転の際の炉心の反応性変化を補償する。補償棒組は、原子炉の長期運転後の反応性変化を補償することに使用される。安全棒組と調整棒組は、原子炉の保護システムの実行機構として、反応性価値が最大である1本の制御棒が失効すると仮定する場合、快速に温態停止を実現することができる。原子炉の起動及び低出力運転の際に、調整棒組と補償棒組は協力して反応性制御を行う。すべての制御棒は全部投入することで、単独に冷温停止を実現することができ、かつ一定の冷温停止の深さを保証することができる。吸収球停止システムは、予備停止システムとして、原子炉の起動及びすべての出力レベルの運転に参与せず、必要な時に、手動で投入することができる。制御棒システムと吸収球停止システムは一緒に投入することにより、長期冷温停止又はメンテナンス停止を実現することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、現在のモジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉の圧力容器、原子炉内の部材などの構成の設計パラメーターが基本的に変更されない条件で、制御棒システムのみを利用することにより、冷温停止を実現し、かつ一定の停止深さを保証することができることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下の技術手段を採用する。
【００１１】
ペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒であって、鉛直かつ同軸に設置される内棒と、外棒と、案内筒アセンブリとを含み、前記外棒及び案内筒アセンブリは中空の柱状体であり、前記内棒の上端が前記外棒の内部に上下移動することができ、それに伴って、他端が前記案内筒アセンブリの下方に位置しかつ案内筒アセンブリと同軸に設置される制御棒通路の内部に上下移動し、前記外棒の上端は前記案内筒アセンブリの内部に上下移動することができ、それに伴って、他端が前記制御棒通路の内部に上下移動する。
【００１２】
好ましくは、前記内棒は、多段構造であり、結合ヘッドアセンブリと、抗衝撃ヘッドアセンブリと、球面ヒンジジョイントにより直列接続される複数の内節棒とを含み、前記結合ヘッドアセンブリの一端が開始段の内節棒に接続し、他端が制御棒の駆動機構のループチェーンに接続し、前記抗衝撃ヘッドアセンブリの一端が最終段の内節棒に接続している。
【００１３】
好ましくは、前記結合ヘッドアセンブリは、結合ヘッドと、フラットピンと、ロック・ビード・リングと、緩衝押え板と、円筒バネと、軸受押え板と、セラミックボールと、軸受底板と、球面ヒンジとを含み、前記結合ヘッドは、フラットピンにより制御棒の駆動機構のループチェーンに接続し、ロック・ビード・リングはフラットピンを取り囲んで締め付けるために使用され、緩衝押え板は円筒バネの上に設置され緩衝構造を形成し、当該緩衝構造が結合ヘッドの側壁に外付けされ、球面ヒンジは軸受押え板とネジ接続し、内節棒の上端板と球面嵌合し、セラミックボール、軸受押え板及び軸受底板は共同してスラスト軸受を構成し、当該スラスト軸受構造が結合ヘッドにカバーされる。
【００１４】
好ましくは、前記内節棒は、外套管と、それぞれ前記外套管の両端に位置する上端板及び下端板と、溶接され、かつ、前記上端板と下端板との間に封止され、かつ前記外套管の内部に位置するB4Cペレットとを含み、前記B4Cペレットと外套管及び上端板との間にいずれも隙間があり、前記B4Cペレットと上端板との間に圧縮バネが設けられている。
【００１５】
好ましくは、前記抗衝撃ヘッドアセンブリは、緩衝押え板と、皿バネと、側壁に突出部が設けられた抗衝撃ヘッドとを含み、前記皿バネは前記突出部と緩衝押え板との間に設けられている。
【００１６】
好ましくは、前記外棒の頂部には、頂部内収縮口及び頂部の外軸ショルダーが設けられ、前記外棒は、多段構造であり、摺動スリーブ型ショックアブソーバーと、吊りアセンブリと、複数本の外節棒とを含み、吊りアセンブリが各段の外節棒を接続し、摺動スリーブ型ショックアブソーバーが開始端の外節棒と接続している。
【００１７】
好ましくは、前記外節棒は、内套管と、外套管と、上端板と、下端板と、圧縮バネと、B4Cペレットとを含み、その中、B4Cペレットは、内套管、外套管、及び上端板と下端板の間の環形空間内に取り付けられ、かつ内外套管及び上端板との間に空隙があり、B4Cペレットと上端板との間に圧縮バネが設けられ、外套管には排気孔が開設されている。
【００１８】
好ましくは、それぞれの前記吊りアセンブリは、同じ数の吊りリング構造を有し、それぞれの吊りリング構造は、2つの球面ペンダントと、2つの円筒状ピンと、1つの長い吊りリングと、2つの止めリングとを含み、上端板及び下端板の内側溝に球面ペンダントを装入し、球面ペンダントと長い吊りリングとは円筒状ピンにより接続され、かつ止めリングにより円筒状ピンを固定し、球面ペンダントと、円筒状ピンと、長い吊りリングとの間にはいずれも隙間がある。
【００１９】
上部段、中間段及び下部段を含み、前記上部段と中間段は共に原子炉内部の金属部材の上支持板に固定・取り付けられ、上部段が該支持板の上方に位置し、原子炉の圧力容器の封止ヘッドとの間に隙間があり、前記中間段が該支持板の下方に位置し、複数層の炉心の押え板を貫通して、底部が下部段に挿入され、前記下部段は、前記上支持板及び原子炉の内部の金属部材の位置決め板に固定され、かつ設計長さで頂部カーボンブリックと頂部反射層グラファイトブリックに一定の深さまで挿入されることができ、その下端には位置決めリングが溶接されている。
【００２０】
本発明は、さらにペブルベッド高温ガス冷却炉の反応性制御方法を提供する。
【００２１】
ペブルベッド高温ガス冷却炉の反応性制御方法であって、棒挿入プロセス及び棒持上げプロセスを含み、
棒挿入プロセスにおいて、制御棒のストロークの上半分に、前記外棒と前記内棒は駆動機構のドラッグにより共に移動し、前記外棒の上端が原子炉の活性領域の上縁まで降下する時に、前記外棒の外軸ショルダーが前記案内筒アセンブリの底端の位置決めリングに重ねかかり、この時に、前記外棒は前記案内筒アセンブリの位置決めリングに支持されて、さらに下へ移動しなく、すなわち、ストロークの下限に達し、
前記内棒は、駆動機構の駆動により、前記外棒の内套管に沿って、前記外棒から離れてストロークの下限までさらに下へ挿入することができ、この時、前記外棒と前記内棒は炉心の活性領域全体を覆い、
棒持上げプロセスにおいて、制御棒のストロークの下半分に、前記内棒のみが駆動機構のドラッグにより上へ移動し、前記内棒が前記外棒の内収縮口に接触するまで次第に前記外棒に挿入し、前記内棒と前記外棒とは完全に重ね合わせ、
さらに棒を持上げ、前記内棒と前記外棒は共に上へ移動し、次第に前記案内筒アセンブリに入り込み、前記内棒と前記外棒が全部原子炉の活性領域の上縁の上部に位置する時、棒持上げの限界に達する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施例に提供されるペブルベッド高温ガス冷却炉用のテレスコープ型制御棒は、以下のような有益な效果を有する。
【００２３】
(1)モジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉が制御棒システムのみを利用して反応性制御と停止を行うために技術条件を作り、モジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉の起動及び運転制御操作を簡単化させ、吸収球停止システムの機能要求を減少して、その設計の複雑性を低下させる。
【００２４】
(2)圧力容器の高さなどに制限されて、従来のモジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉の制御棒の長さは炉心の活性領域の高さの約半分のみであるが、圧力容器の高さ及びその他の従来のモジュール型ペブルベッド高温ガス冷却炉の全体設計パラメーターを変更しない前提で、本発明のテレスコープ型制御棒の展開のされた長さは炉心の活性領域全体の高さをカバーし、最大限に制御棒システムの反応性価値を向上させることができる。
【００２５】
(3)本発明の実施例に提供されるテレスコープ型制御棒には、複数箇所にバネショックアブソーバーが設けられて、各種類の衝撃荷重を効果的に低下させ、制御棒の運転の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
(4)本発明の実施例に提供されるテレスコープ型制御棒は、取り外し可能な構造であり、加工、製造、包装、運送及び原子力発電所の現場での装着に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図1は本発明の実施例に係るテレスコープ型制御棒がストロークの上限に位置する運転原理図である。
【図２】図2は本発明の実施例に係るテレスコープ型制御棒がストロークの下限に位置する運転原理図である。
【図３】図3は本発明の実施例に係る多段内棒の接続構造の概略図である。
【図４】図4は本発明の実施例に係る多段内棒の接続構造における結合ヘッドアセンブリの構造概略図である。
【図５】図5は本発明の実施例に係る多段内棒の接続構造における球面ヒンジジョイントアセンブリの構造概略図である。
【図６】図6は本発明の実施例に係る多段内棒の接続構造における単一内棒アセンブリの構造概略図である。
【図７】図7は本発明の実施例に係る多段内棒の接続構造における抗衝撃ヘッドアセンブリの構造概略図である。
【図８】図8は本発明の実施例に係る多段外棒の構造概略図である。
【図９】図9は本発明の実施例に係る多段外棒の接続構造における摺動スリーブ型ショックアブソーバーの構造概略図である。
【図１０】図10は本発明の実施例に係る多段外棒の接続構造における吊りアセンブリの構造概略図である。
【図１１】図11は本発明の実施例に係る多段外棒の接続構造における単一外節棒アセンブリの構造概略図である。
【図１２】図12は本発明の実施例に係る案内筒アセンブリの構造概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
1：内棒、2：外棒、3：案内筒アセンブリ、4：ループチェーン、5、炉心の活性領域、6、制御棒グラファイト通路、11：結合ヘッドアセンブリ、12：球面ヒンジジョイント、13：内節棒、14：抗衝撃ヘッドアセンブリ、21：摺動スリーブ型ショックアブソーバー、22：吊りアセンブリ、23：外節棒、31：案内筒アセンブリの上部段、32：案内筒アセンブリの中間段、33：案内筒アセンブリの下部段、34：位置決めリング、35：原子炉の内部部材
の上支持板、36：押え板、37：原子炉の内部部材の位置決め板、38：頂部カーボンブリック、51：活性領域の上縁、52：活性領域の下縁、53：圧力容器の封止ヘッド、61：円筒シェル型ショックアブソーバー、110：フラットピン、111：ロック・ビード・リング、112：結合ヘッド、113：緩衝押え板、114：円筒バネ、115：軸受押え板、116：セラミックボール、117：軸受底板、118：球面ヒンジ、120：上球面ヒンジ、121：下球面ヒンジ、122：フラットピン、123：ロック・ビード・リング、124：補助孔、125：補助溝、130：上端板、131：下端板、132：圧縮バネ、133：外套管、134：B4Cペレット、135：内節棒排気孔、140：緩衝押え板、141：皿バネ、142：抗衝撃ヘッド、210：内収縮口、211：外軸ショルダー、212：前締め付け押え板、213：皿バネ、220：球面ペンダント、221：長吊りリング、222：円筒状ピン、223：止めリング、230：上端板、231：下端板、232：外套管、233：内套管、234：B4Cペレット、235：圧縮バネ、236：外節棒排気孔。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面及び実施例を参照して、本発明の具体的な実施形態をさらに説明する。以下の実施例は本発明を説明するためのものであるが、本発明の範囲を制限するものではない。
【００３０】
図1及び図2に示すように、本発明の実施例に係るテレスコープ型制御棒の運転原理図であり、当該テレスコープ型制御棒は、内棒1、外棒2及び案内筒アセンブリ3を含む。内棒1は結合ヘッドアセンブリにより制御棒の駆動機構のループチェーン4に接続し、駆動機構のドラッグにより案内筒アセンブリ3と制御棒グラファイト通路6の内部に上下移動し、その移動の下限がループチェーン4の最大長さによって制限され、原子炉の活性領域の下縁52に達し、その移動の上限は原子炉の圧力容器の高さによって制限され、原子炉の活性領域の上縁51より高く、かつ駆動機構により能動的な方式で活性領域の上方に保持することができ、事故で停止する時に、駆動機構の電源が切断され、内棒1が自身の重力により活性領域側の反射層に落ち込み、「フェールセーフ」の設計原則を満たす。
【００３１】
外棒2の頂部に内収縮口25と外軸ショルダー24があり、内棒1が外棒2の底部から挿入され、内収縮口25を利用して、外棒2を内棒1に重ねることができる。制御棒のストロークの上半分に、外棒2と内棒1は駆動機構のドラッグで共に移動し、外棒2全体が全部原子炉の活性領域の上縁51の下方に位置する時に、外棒2の外軸ショルダー24が案内筒アセンブリ3の底端の位置決めリング34に重なり、この時に、外棒2は案内筒アセンブリ3の位置決めリング34に支持されて、さらに下へ移動しなく、すなわち、ストロークの下限に達する。内棒1は、駆動機構の駆動により、外棒2の内套管に沿って、外棒2から離れてストロークの下限に達するまでさらに下へ挿入することができる。この時、外棒2と内棒1は炉心の活性領域5全体を覆い、制御棒の反応性価値を極めて向上させる。その逆に、棒持上げのプロセスにおいて、制御棒のストロークの下半分にて、内棒1のみが駆動機構のドラッグにより上へ移動し、内棒1が外棒2の内収縮口25に接触するまで次第に外棒2に挿入し、内棒1と外棒2とが完全に重ね合わされ、さらに棒を持上げ、内棒1と外棒2が共に上へ移動し、次第に案内筒アセンブリ3に進入し、内棒1と外棒2が全部原子炉の活性領域の上縁51の上方に位置する時に、棒持上げの限界に達し、この時、原子炉は全出力運転することができる。以上のように、本発明のテレスコープ型制御棒は棒挿入プロセスにおいて、その展開長さが炉心の活性領域5全体に達するまで次第に大きくなり、逆に、棒持上げプロセスにおいて、その展開長さが次第に小さくなり、最終的に炉心の活性領域5の高さの半分だけになる。
【００３２】
案内筒アセンブリ3と制御棒グラファイト通路6は共同して外棒2と内棒1の運転通路を構成し、外棒2と内棒1の運転に対して案内作用を発揮するとともに、地震の場合に外棒2及び内棒1が原子炉の内部のその他の部材と衝撃することを防止する。案内筒アセンブリ3の最下端には位置決めリング34が溶接され、外棒2の最大下向き挿入ストロークを制限する。
【００３３】
また、多段構造をよく説明するために、ここで、10段構造を例として説明する。多段の内棒1の構造タイプは図3に示すように、結合ヘッドアセンブリ11と、9つの球面ヒンジジョイント12と、10本の内節棒13と、抗衝撃ヘッドアセンブリ14とを含む。
【００３４】
また、結合ヘッドアセンブリ11は、図4に示すように、フラットピン110、ロック・ビード・リング111、結合ヘッド112、緩衝押え板113、円筒バネ114、軸受押え板115、セラミックボール116、軸受底板117及び球面ヒンジ118からなる。結合ヘッド112はフラットピン110により制御棒の駆動機構のループチェーン4に接続し、ロック・ビード・リング111はフラットピン110の脱落を防止することに用いられる。内棒1が制御棒グラファイト通路6の底部から上へ持ち上げられる時、運動する内棒1が静止する外棒2と衝突し、緩衝押え板113と円筒バネ114は当該衝突を緩衝することができる。セラミックボール116、軸受押え板115及び軸受底板117は共同してスラスト軸受構造を構成し、その主な作用は、内棒1が重量の分布の不均一により、駆動機構のループチェーン4がねじ曲げられ、駆動機構の運転に影響することを避けることである。球面ヒンジ118は、軸受押え板115にネジ接続されスポット溶接され、内節棒の上端板130の球面と嵌合し、結合ヘッドアセンブリ11と内節棒13との間は互いに自在に回動することを保証する。
【００３５】
また、内節棒13については、図6に示すように、各本の内節棒13がいずれも外套管133、上端板130、下端板131、圧縮バネ132及びB4Cペレット134からなる。B4Cペレット134は中性子吸収体である。B4Cペレット（複数）134は溶接されており、B4Cペレット134は外套管133の内部に封入（パッケージ）されている。B4Cペレット134と外套管133及び上端板130との間にいずれも隙間があり、それにより、B4Cペレット134の照射膨張を補償する。B4Cペレット134の移動を防止するために、B4Cペレット134の頂部には圧縮バネ132が設けられている。B4Cペレット134は中性子に照射された時ヘリウムガスを生じ、B4Cペレット134の中間において内節棒排気孔135がヘリウムガスの排出に有利である。10本の内節棒13に装着されるB4Cペレット134の全長は炉心の活性領域5の高さの約半分である。
【００３６】
また、球面ヒンジジョイント12については、図5に示すように、各球面ヒンジジョイント12は、上球面ヒンジ120、下球面ヒンジ121、フラットピン122及びロック・ビード・リング123を含む。球面ヒンジジョイント12は隣接する内節棒13の確実な接続を保証するとともに、互いに自在に回動することを保証することもできる。球面ヒンジには補助孔124と補助溝125を設置することにより、内節棒13の組立てと取り外しに便利である。
【００３７】
また、抗衝撃ヘッドアセンブリ14は、図7に示すように、最底端の内節棒13と一体に溶接され、緩衝押え板140と、皿バネ141と、抗衝撃ヘッド142とを含む。抗衝撃ヘッド142に対応して、制御棒グラファイト通路6の底部には円筒シェル式ショックアブソーバー61が設けられ、図1に示すように、極端な事故情況で内棒1の破断による原子炉の内部のグラファイト部材への衝撃を軽減し、グラファイト部材の構造の完全性を保証する。緩衝押え板140及び皿バネ141は、極端な事故情況で外棒2の破断による内棒1への衝撃を軽減すると共に、外棒2が制御棒の駆動機構から離れないように保証して、外棒2の取り出し及び交換に便利である。
【００３８】
また、多段構造をよく説明するために、ここで、10段構造を例として説明する。外棒2の詳しい構造は図8に示すように、摺動スリーブ型ショックアブソーバー21と、9つの吊りアセンブリ22と、10本の外節棒23とを含む。
【００３９】
また、摺動スリーブ型ショックアブソーバー21は、図9に示すように、内収縮口210と、外軸ショルダー211と、前締め付け押え板212と、皿バネ213とを含む。内収縮口210は外節棒23の上端板230と一体になっており、外節棒23の内套管233と溶接される。前締め付け押え板212と内収縮口210とはネジ接続を採用し、かつ皿バネ213に対して一定の前締め付け力を加える。外軸ショルダー211と外節棒23の外套管232との間に一定の隙間があり、外棒2が駆動機構の駆動により下へ挿入されたり、駆動機構の電源が切れることで外棒2が落下したりする時に、外軸ショルダー211と制御棒の案内管の下端の位置決めリング34とが衝突しかつ上へ摺動し、皿バネ213が圧力を受けて変形し、それにより、振動を低減する作用を発揮し、皿バネ213が最大の変形を発生する場合でも、外節棒23が外軸ショルダー211から離れないように保証することができる。
【００４０】
また、外節棒23については、図11に示すように、各本の外節棒23がいずれも内套管233、外套管232、上端板230、下端板231、圧縮バネ235及びB4Cペレット234からなる。B4Cペレット（複数）234は同様に、溶接され、内外套管と端板との間の環形空間内に封入されて、B4Cペレット234と内外套管と上端板との間に空隙があって、それによりB4Cペレット234の照射膨張を補償する。B4Cペレット234の移動を防止するために、その頂部と上端板230との間に圧縮バネ235が設けられている。外套管232には外節棒排気孔236が開設され、B4Cペレット234が中性子に照射されて発生するヘリウムガスを排出させ、内外套管と上下端板により構成される外節棒23のケースが内圧又は外圧を受けることを避けることができる。B4Cペレット234は焼結体であり、その密度要求が2.0g/cm3であり、その理論密度より低く、密度が高すぎるB4Cペレット234は中性子に照射され亀裂しやすい。10本の外節棒23の内部吸収体の全長は炉心の活性領域5の高さの約半分である。
【００４１】
また、吊りアセンブリ22については、図10に示すように、それぞれの吊りアセンブリは合計で6つの同じ吊りリング構造を有し、それぞれの吊りリング構造は、2つの球面ペンダント220と、2つの円筒状ピン222と、1つの長い吊りリング221と、2つの止めリング223とを含む。外節棒23の上下端板の内側には溝が設置され、側方から球面ペンダント220を装入することができる。球面ペンダント220と長い吊りリング221とは円筒状ピン222により接続され、かつ止めリング223により円筒状ピン222を固定する。球面ペンダント220は外節棒の端板に対して揺動することができ、球面ペンダント220、円筒状ピン222及び長い吊りリング221の間にいずれも隙間があり、外節棒23の間が互いに回動したり、ずれたりすることができる。吊りアセンブリ22の止めリング223、長い吊りリング221及び円筒状ピン222はいずれも取り外し可能であるので、外棒2に対して全体的な包装輸送を行う必要がなく、単一の外節棒23の形式で包装・輸送し、難易度を低下するだけでなく、信頼性を増加し、また、原子力発電所の現場での制御棒の装着に対しても有利である。
【００４２】
また、案内筒アセンブリ3は、図12に示すように、上部段、中間段、下部段の3段に分けられ、各段の長さが比較的短く、加工製造と装着に便利である。上部段31と中間段32は共に原子炉内部の金属部材の原子炉の内部部材の上支持板35に固定的に取り付けられ、上部段31は支持板の上方に位置し、原子炉の圧力容器の封止ヘッド53との間に比較的広い隙間があり、それにより、原子炉内部の金属部材と圧力容器との間の熱膨張差を補償する。中間段32は支持板の下方に位置し、数層の炉心の押え板36を貫通し、底部が案内筒の下部段33内に挿入される。案内筒の下部段33は原子炉内部の金属部材の原子炉内部部材の位置決め板37に固定され、かつ頂部カーボンブリック38と頂部反射層グラファイトブリックに挿入され、その下端には位置決めリング34が溶接されている。
【００４３】
テレスコープ型制御棒の内棒1と外棒2はいずれも多段の吊り構造タイプに設計され、それは、制御棒グラファイト通路6がグラファイト積み重なり構造であり、高さが20メートル以上であり、装着プロセスにおいて、その直線度を完全に保証することができず、また、原子炉が運転するプロセスにおいて、中性子の照射により制御棒グラファイト通路6が変形する可能性があるが、多段の吊り構造は、制御棒グラファイト通路6の内部における外棒2の運行、または外棒2の内部における内棒1の運行が阻害されたり、詰まったりすることを効果的に予防することができるからである。また、外棒2と制御棒グラファイト通路6との間に、内棒1と外棒2との間に、いずれも十分に広い隙間があり、外棒2と内棒1の移動に有利である。
【００４４】
原子炉は正常に運転する場合、制御棒の環境温度が560℃に達し、事故が発生する場合、1000℃に近く、そのため、本発明の制御棒の金属構造材料は、全部高温保持能力が比較的よい耐高温ニッケル基合金を利用する。高温環境で金属接触面材料の互いの噛み合わせ接着することを防止するために、金属接触面材料の型番が異なり、かつ全部固体潤滑処理を行い、球面ヒンジジョイントと吊りアセンブリの柔軟性を保持し、さらに良好な工業実用性を有する。
【００４５】
以上の実施形態は、本発明を説明するためのものであるが、本発明を制限するものではない。当業者にとって、本発明の構想と範囲を逸脱しない場合、様々な変更や変形をすることができ、そのため、すべての同等な技術案も本発明の保護範囲に属する。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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