JP2742291B2 - 原子炉炉停止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は原子炉が異常な温度上昇をした際に、制御棒
を自重により落下させて原子炉を停止する自己作動型原
子炉炉停止装置の改良に関する。

［従来の技術］ 第２図に原子炉が異常な温度上昇をした際に、制御棒
を自重により落下させて原子炉を停止する自己作動型原
子炉炉停止装置の一例を示す。同図において、炉心を構
成する下部案内管１内には、中性子吸収体２を内蔵する
制御棒３が挿入されるようになっている。制御棒３は炉
心上部案内管６内を上下動する連結管５に自己作動型着
脱装置によって結合されている。常時は制御棒は炉心上
方に引き上げられているが、炉の出力を調整する必要が
ある場合には制御棒駆動機構により連結管を介して炉心
内において上下動される。

自己作動型着脱装置は連結管５の下端に取り付けられ
た電磁石８とこれに磁気によって吸着されるチャック機
構７からなる。チャック機構７は温度範囲が600℃〜800
℃のキユーリ点を有する感温材４からなり、同感温材４
がキユーリ点になった場合に磁気が減少する。このよう
な構成により、原子炉の燃料９が異常に温度を上昇した
場合、炉心冷却材の温度が上昇し、それが感温材の温度
を上昇させてそれがキユーリ点に達すれば磁気が減少
し、吸着力が減少して電磁石８との吸着が解除され、制
御棒３は自重により落下して炉心内に入り、原子炉を停
止する。

前記の様な電磁石型自己作動型炉停止装置において、
誤動作防止の観点から、性能を上げるためにいくつかの
改良が提案されている。第３図に示す例は、感温材４へ
のナトリウム10からの熱伝達効果を向上させ、通常時の
感温材温度と異常時のナトリウム温度上昇による感応材
温度上昇による感応材上昇との差を大きくすることをは
かったものである。この例では、感温材４と電磁石８の
両者に溝11を設けることによって、その目的を果たして
いる。すなわち異常事象が発生し、出力ナトリウム10の
温度が上昇すると、感温材４の温度が上昇し、感温材４
中の磁力線12が減少し、このため電磁石８の保持力が小
さくなり、感温材４以下の部分が落下することになる。
第３図の例は、感温材４と電磁石８の両者に溝11が設け
てあることが特徴であり、仮に感温材４側にのみ溝11を
用けてあることが特徴であり、仮に感温材４側にのみ溝
11を用けた場合には、出口ナトリウム10が感温材４の途
中で外にそれてしまうため、電磁石８付近の感温材４の
温度上昇が不充分となり、定格運転時の温度と異常時の
感温材温度上昇による温度との差が小さくなる。第３図
は溝11が感温材だけでなく電磁石の外周にも設けてある
ため、上記のような不具合が改善され、異常時の作動を
より的確にすることが出来る。しかし、感温材４と電磁
石８の両者に溝11を用ける構造は、感温材４と電磁石８
が吸着する場合のことを考えると、溝11同志を常に完全
に一致させることは容易ではない。この点を改善するた
めに、第４図に示すような溝11同志が強制的に一致する
ような構造が必要であった。第４図は、電磁石８と感温
材４に溝11を設けるとともに、溝11同志が常に一致する
ように電磁石８側にボッチ14を設け、感温材４側に切込
み13を設けた構造を示したものである。この場合更に感
温材４側には、電磁石８側の状態に即して対応できるよ
うな回転構造15を設けることにより、常に電磁石８側の
溝11に一致できるようにしてある。

また、通常時の保持力を増すための例としては、第５
図に示すものがある。第５図の例では、電磁石８と感温
材４との接触面にアーマチュア18を挿入してあることに
特徴がある。第５図に示す方式を採用すると電磁石８と
アーマチュア18との接触面が全面鉄心材17となり、通常
時の保持力が増すことになる。

［発明が解決しようとする問題点］ 高速増殖炉の合理化を行う上で、仮想炉心崩壊事故
（HCDA）を設計基準外事象とすることは国際的なよう勢
となって来ている。HCDAに至る事故シーケンスはいくつ
か存在するが、その中で最も重視されているシーケンス
として異常な過度変化時におけるスクラム失敗（ATWS）
が存在する。このためATWSの発生を防止する方法とし
て、原子炉停止系の信頼性を向上させ、ATWSの発生確認
を無視しうるほど小さくすることが望まれている。

しかし、過去において複数のケースの、多重性を持た
せた機器が同様の原因で同時に故障する、共通原因故障
が生じている。

このような共通原因故障を防止し炉停止系の信頼性を
向上させる方法として、従来の方法とは異なり、炉心に
生じた物理現象を原子炉スクラム信号を介さず直接とら
え、制御棒を挿入する方法として自己作動型炉停止機構
（SASS）が考えられている。SASSのタイプとしては、異
常が発生した時に炉心部の出口ナトリウム温度が上昇す
ることをとらえる磁性体のキュリー点を利用したもの、
流体の圧力を利用したもの、溶融金属を利用したもの等
がある。

しかし、原子炉プラントにSASS構造を導入した場合に
は、誤動作等により通常運転中制御棒が落下しプラント
運転に影響を与える可能性があることも考慮しなければ
ならない。これらの誤動作を防止するためには、通常運
転中での保持力と異常時の作動温度での保持力との差を
大きく取ることが重要となってくる。そこで、感応材へ
のナトリウムからの熱伝達効果を向上させ、通常時の感
応材温度と異常時のナトリウム温度上昇による感応材上
昇温度との差を大きくすることが必要となる。このため
に、前述した第３図に示すようにSASSに溝を設けること
が考えられるが、この場合には、電磁石側の溝アーマチ
ャの溝の位置が一致する必要が生じ、そのための機構を
設けなければならない問題がある。

また、電磁石は、案内管内に挿入されるものであるた
め外径が制限され、また、コイルの寸法による制約から
も吸着面の面積が限られて来る。この場合、温度感知合
金（感温材）の飽和磁束密度が低いために、電磁石で生
じる磁束密度が低くなり、充分な保持力が出せないとい
う問題がある。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、制御棒を上下動させる駆動機構に制御棒を
連結保持する連結部の下部に筒状の電磁石を設け、前記
連結部に連結保持される制御棒側の上部に前記電磁石と
接触した状態で磁路を形成し、キューリ点において磁力
が減少する性質を有しかつ外部に露出した筒状部を形成
してなる感温材を備えたチャック機構を設けてなるもの
において、前記チャック機構の前記感温材の前記電磁石
と接する側に前記感温材の筒状部とほぼ近似の外径をも
つ環状のアーマチュアを設け、前記アーマチュアの環状
部をその軸心に垂直な断面積が下方に向けて漸増する形
状とすることにより、アーマチュアと感温材との接触面
積が増大するようにしたことを骨子とする。

また上記発明において、前記チャック機構の外周面に
前記感温材部分とアーマチュア部分にかけて縦溝を形成
したことを骨子とする。

［作用］ 本発明によれば、キューリ点において磁力が減少する
感温材を有するチャック機構のうち感温材が外部に露出
する構成のものにおいて、チャック機構の外径を増大さ
せることができない制約下にありながら、磁気回路を形
成する感温材の断面積を実質的に増大させ、その結果磁
気飽和となる可能性を小さくすることにより、通常運転
時の保持力を増すと共に誤動作を回避する可能性を高め
ることができる。

また前記チャック機構の外周面に前記感温材部分とア
ーマチュア部分にかけて縦溝を形成したことにより、感
温材の縦溝内を十分に冷却材が流通することができ、冷
却材からの伝熱効果がよくなり、異常時における動作の
確実性が向上する。

［実施例］ 本発明の実施例を、高速増殖炉に適用した場合につい
て以下に示す。

高速増殖炉における制御棒３の一例を第６図に示す。
制御棒３は、吸収材ペレット20を内包した制御棒要素21
とこれらを集めて構成される制御棒３及び制御棒３が炉
心部に挿入される通路となる下部案内管１等からなって
いる。制御棒３集合体は、プラント通常運転時において
は制御棒３が連結管５によって炉心上部に引き上げられ
ている。プラントを停止する場合には、制御棒３が炉心
部に落下し、原子炉を停止させる。なお制御棒３が落下
する衝撃を緩和するために下部に緩衝器22が設けられて
いる。

本発明は、第１図に示すようにキュリー点を持つ感温
材４で構成された電磁石８を連結管５に設け、異常時に
おいては、燃料集合体９出口ナトリウム10の温度が上昇
することにより感温材４の温度がキュリー点に達するこ
とにより電磁石８が磁力を失なうため、連結管５が切り
離され自重により制御棒３が炉心部に挿入されるもので
ある。

ここで、第７図に示すように出口ナトリウム10の温度
上昇が早急に感温材４に伝達されるように感温材４に溝
11を設けることを考える。電磁石８による磁力線12は図
に示されるように形成される。ここで異常事象が発生し
出口ナトリウム10の温度が上昇すると感温材４の温度が
上昇し感温材４中の磁力線12が減少しこのため電磁石８
の保持力が小さくなり感温材４以下の部分が落下するこ
とになる。しかし、第７図に示されるように下部感温材
４のみに溝11を設けた場合には、出口ナトリウム10が途
中で外にそれるため電磁石８付近の感温材の温度上昇が
小さくなる。このため、異常時に対応し適切に落下させ
るためには、定格運転時の温度からそれほど温度上昇が
ない状態で作動して落下させなければならず、定格運転
時の保持力と落下させるべき保持力の差が小さくなり、
定格運転時の誤動作の可能性を残すことになる。この問
題を解決するために、第３図に示すように、感温材４と
電磁石８の両者に溝11を入れる。そしてこの方式を採用
し、ナトリウムが溝11内を効果的に通るようにするため
には、感温材４と電磁石８の溝11を合致させる必要があ
り、第４図に示すような切込み13とこれに嵌合するボッ
チ14,回転構造15といった位置決め装置が必要である。

そこで、本発明により、第８図に示すように通常運転
時に充分な保持力を維持できるように電磁石８との接触
部に鉄心材17を取付けたアーマチュアを設け、溝11をア
ーマチュアの感温材４から鉄心材17にわたって形成す
る。この構造によれば、感温材４の途中で出口ナトリウ
ム10が外へもれることがなく、効果的に出口ナトリウム
10の温度を感温材４に伝えることができる。又この構造
においては溝11はアーマチュア側のみに用けるだけでよ
くなり、アーマチュアと電磁石８の溝を合致させるため
の位置決め装置が不要となる。

通常運転時には、充分な保持力を維持すると共に、通
常運転時と異常時の保持力の差を大きくするためには通
常運転時と異常時との間の感温材４を横切る磁気回路の
密度差を大きくする必要があり、その為に本発明におい
ては感温材４における磁気飽和の状態になることを防ぐ
ことがなされる。この場合の実施例を第９図に示すが、
図に見られるように電磁石８とのアーマチュア接触部に
取り付けた鉄心材17は、鉄心材17と感温材４との接合部
の面積が鉄心材17と電磁石８との接触部の面積よりも大
きくなるように形成されている。このようにすること
で、磁気回路を横切る感温材４の断面積は大きくなり、
感温材４が磁気飽和となる可能性を小さくすることによ
り、通常運転時の保持力が増すと共に誤動作を小さくす
ることが出来る。

さらに、第８図に示した溝11構造と第９図に示した鉄
心材17構造を組合わせた実施例を第10図に示す。本実施
例においては、ナトリウムから感温材４への伝熱効果が
良くなる特徴と感温材４が磁気飽和となる可能性を小さ
くすることができる特徴を併せもったものが得られる。

第11図に、第10図に示した実施例の通常運転時の磁場
解析結果を示す。図から明らかなように、鉄心材17と電
磁石８との接触部においては磁力線12が密集しているの
に対し、鉄心材17と感温材４との接合部はそれほど密集
しておらず、このことから、鉄心材17と感温材４との接
合部の面積を、鉄心材17と電磁石８との接触部の面積よ
りも大きくすることが感温材４が磁気飽和とならないよ
うにする対策として有効であることが確かめられる。ま
た、第12図に、第10図に示した実施例の異常時の磁場解
析結果を示す。図から明らかなように、異常時に感温材
４を通る磁力線12は、通常運転時よりも小さくなってい
る。このことから、アーマチュア側にのみ溝11を入れる
ことにより、ナトリウムからの伝熱効果が良くなり、異
常時における動作の確実性が増大していることが確かめ
られる。

［発明の効果］ 本発明によれば、キューリ点を利用した電磁石型自己
作動型原子炉炉停止装置において、制御棒と連結管の位
置関係について特別な配慮を行なうことなく、異常時に
おける炉心出口ナトリュームの温度上昇を的確に感温材
に伝達することが可能となり、また通常運転時と異常運
転時との間の差異を大きくする設計が可能となり、それ
らによってより信頼性の高い自己作動型原子炉炉停止装
置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するための要部の概略断面図、第
２図は本発明を説明するための全体の概略図、第３図は
従来の構造を示す要部の断面図、第４図は、従来の他の
構造を示す要部の断面図、第５図は、本発明を説明する
ための要部の構造を示す断面図、第６図の（イ）及び
（ロ）は本発明が適用される一例である高速増殖炉の制
御棒集合体の構造を示す一部断面斜視図及び一部断面側
面図、第７図は従来の更に他の構造を示す要部の断面
図、第８図は、本発明の実施例の構造を示す要部の断面
図、第９図は本発明の他の実施例の構造を示す要部の断
面図、第10図は本発明の更に他の実施例の構造を示す要
部の断面図、第11図及び第12図は本発明の実施例になる
装置における定格運転時及び異常運転時における磁場解
析図である。 ［符号の説明］ １……下部案内管、２……中性子吸収体、３……制御
棒、４……感温材、５……連結管、６……炉心上部案内
管、７……チャック構造、８……電磁石、９……燃料集
合体、10……出口ナトリウム、11……溝、12……磁力
線、13……切込み、14……ボッチ、15……回転構造、16
……コイル、17……鉄心材、18……アーマチュア、19…
…導入管、20……吸収材ペレット、21……制御棒要素、
22……緩衝器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御棒を上下動させる駆動機構に制御棒を
   連結保持する連結部の下部に筒状の電磁石を設け、前記
   連結部に連結保持される制御棒側の上部に前記電磁石と
   接触した状態で磁路を形成し、キューリ点において磁力
   が減少する性質を有しかつ外部に露出した筒状部を形成
   してなる感温材を備えたチャック機構を設けてなるもの
   において、前記チャック機構の前記感温材の前記電磁石
   と接する側に前記感温材の筒状部と近似の外径をもつ環
   状のアーマチュアを設け、前記アーマチュアの環状部を
   その軸心に垂直な断面積が下方に向けて漸増する形状と
   することにより、アーマチュアと感温材との接触面積が
   増大するようにしたことを特徴とする原子炉炉停止装
   置。
2. 【請求項２】前記チャック機構の筒状外周面に前記感温
   材部分とアーマチュア部分にかけて複数の縦溝を形成し
   たことを特徴とする請求項１記載の原子炉炉停止装置。