JP2848648B2 - 高温ガス炉用制御素子回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はガス冷却型高温ガス炉における後備原子炉停
止装置によって原子炉が停止される際に炉心内に設置さ
れた制御素子挿入孔内に充填された制御素子を回収する
高温ガス炉用制御素子回収装置に関する。

（従来の技術） 一般に原子炉の核反応の制御は制御棒駆動装置で制御
棒を炉心に対し挿抜することによってなされ、原子炉停
止時には制御棒は全挿入される。この原子炉停止機能は
極めて重要であり、例えば原子炉異常時においても確実
に動作させなければならない。このため、通常の原子炉
にあっては制御棒駆動装置による主原子炉停止系のほか
に別系統の原子炉停止系を併設して２重、３重の安全対
策を施している。

第５図は従来の高温ガス炉の概略構成を示す模式的断
面図である。この図において、原子炉容器１内には炉心
２が収容され、この炉心２内には減速材として作用する
黒鉛ブロックが積み重ねられ、これ等の黒鉛ブロック内
には燃料棒３が装荷されている。さらに、原子炉容器１
内には冷却材として比熱の大きなガス、例えばヘリウム
ガスが循環されている。このヘリウムガスは原子炉容器
１の底部に連通した入口管４から原子炉容器１内に流入
し、炉心２を通過して加熱されて高温となり、入口管４
の内部に同心的に配置され炉心２の底部に連通する出口
管５を通って流出する。出口管５からの高温のヘリウム
ガスな熱交換器６において外部の冷却材と熱交換した
後、循環装置７で原子炉容器１内に再び戻される。而し
て、熱交換器６において熱を伝達された外部の冷却材は
図示しない循環系により所要の場所に送られ、発電また
はプロセスヒートとして使用される。

図中、８は制御棒駆動装置を示し、この制御棒駆動装
置８は制御棒９を吊り下げるワイヤロープ10と、このワ
イヤロープの巻き込み、繰り出しを行うドラム11と、こ
のドラム11を駆動するモータ12とを具えており、このモ
ータ12によるドラム11の正転、逆転によって制御棒９が
炉心２に対して挿入、抜去され、炉心２の出力の制御が
なされる。

また、制御棒駆動装置８が作動不能となった場合に備
えて、後備原子炉停止装置13が設置されている。この後
備原子炉停止装置13は中性子吸収材を含む制御素子14を
収容し、底面に所定の圧力で破損するラプチャーディス
ク16を有するホッパ15と、原子炉を停止させる必要があ
る異常時には図示しないセンサにより発せられる緊急信
号により開放され、高圧ガス源18からの高圧ガスをホッ
パ15内に送り込む弁17とを具えている。なお、炉心２内
のホッパ15直下の位置には制御素子挿入孔19が設置さ
れ、高圧ガスの導入によりラプチャーディスク16が破壊
されると、ホッパ15内の制御素子14は制御素子挿入孔19
内に落下して充填され、炉心の核反応を停止させる。図
中20はスタンドパイプを示し、原子炉容器１から複数本
突き出している。制御棒駆動装置８及び後備原子炉停止
装置13は、このスタンドパイプ20内に設置される。制御
素子14は例えばボロンカーバイド（B₄C）等の中性子吸
収体を直径10mm、軸長10mmの円柱状のペレットとしたも
のが使用される。

なお、制御棒駆動装置８、後備原子炉停止装置13は実
際にはそれぞれ複数箇設置されているが、第５図におい
ては図示の簡単化のため１箇のみとして示してある。

上記構成の高温ガス炉において、後備原子炉停止装置
13を作動させた場合には、制御素子14が制御素子挿入孔
内に投下収容されているので、原子炉を再起動するため
にはこれを回収することが必要である。第６図は制御素
子回収装置21の構成、作動を説明するための模式的断面
図である。第６図において第５図し同一部分には同一符
号を付しており、制御素子回収装置21は原子炉容器１の
スタンドパイプ20に取り付けられ、ブロワ等によって負
圧を形成して炉心２内のヘリウムガスを吸引し、その流
れに乗せて制御素子挿入孔19内の制御素子14を吸引、回
収する回収部22と、この回収部22の下端から垂下され下
端に先端外周部から回収管24内に向けて上方向に円錐状
の傾斜が形成されるノズル23を備えた回収管24と、回収
部22上方に設置された巻揚機25とを具えている。

上記構成の制御素子回収装置において、制御素子14の
回収が進行すると制御素子挿入孔19内の制御素子14の量
が減少し、ノズル23と制御素子14の充填層の上面との距
離が大きくなり吸い込みが悪くなるので、巻揚機25を作
動させて前記充填層の上面の低下に応じて回収管24を下
降させ、吸い込み効率の低下を防ぐようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ブロワによって制御素子挿入孔19内のヘリウムガスが
回収管24を介して吸引され、その流れに乗せて吸引され
た制御素子14は回収部22内の回収管24の上端出口から吐
き出され回収部22内に回収される。この時の制御素子14
の吸引は次式（１）で示される抗力Ｄが制御素子14の自
重を上回った時になされる。

Ｄ＝C_D・Ｓ・ρ・u²/2 ……（１） ここで、Ｄは制御素子回収素子21のブロワによって吸
い込まれるヘリウムガスが回収管24内を流速ｕで流れて
いる時に回収管24内で制御素子14がヘリウムガスによっ
て受ける抗力であり、C_Dは抗力係数、Ｓは流路直角断面
への制御素子14の投影面積、ρはヘリウムガスの密度を
示している。この式（１）は制御素子14の形状及びヘリ
ウムガスの密度が一定の場合、流速ｕを大きくすれば抗
力Ｄが大きくなり制御素子14の吸引が容易になることを
示している。また、単一の制御素子14を浮上させ回収す
るのに必要なヘリウムガス流速ｕは次式（２）で示され
る。

ここで、Ｖは制御素子の体積、ｇは重力加速度、ρ_１
は制御素子の密度を示している。実際には、効率良く回
収作業を行なうには、１個づつではなく同時に多量の制
御素子を安定した状態で吸引する必要が有るので、式
（２）によって示される流速よりも大きな流速を必要と
する。一方、回収管24は上方の回収部22で支持されてい
るので僅かな傾きでも先端のノズル23は大きく振れる。
したがって、第７図に示す様にノズル23の外周部の一部
が制御素子挿入孔19内壁に接触してヘリウムガス流路が
部分的に閉塞された状態になる。するとその部分の制御
素子が吸い上げられなくなり、ノズル23の先端と制御素
子挿入孔19内充填層の制御素子上面が接触して回収不能
となる課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、
制御素子回収が確実に、安定した状態でなされる信頼性
の高い高温ガス炉用制御素子回収装置を提供することに
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は炉心に設けられた制御素子挿入孔と、この制
御素子挿入孔内に充填された制御素子を回収する回収部
と、この回収部に連通する回収管と、この回収管の下端
に接続されたノズルとを具備した高温ガス炉用制御素子
回収装置において、前記ノズルの先端部外周囲にブロッ
ク状振れ止め部を一体的に設け、この振れ止め部は外周
面が前記制御素子挿入孔の内面に接する球面状に形成さ
れ、かつ前記制御素子挿入孔の内壁面に接する部分を境
界として前記振れ止め部の上部から下方へ向け傾斜した
ヘリウムガス流炉孔としての複数の貫通孔がほぼ等間隔
に形成されていることを特徴とする。

（作 用） ノズルに設けた振れ止め部が挿入孔の内壁面に接する
と回収管の上端が傾いてもノズルは振れなくなり、常に
ノズルの吸込み口は挿入孔の軸心に位置する。そのた
め、挿入孔内のガス流路の隙間が均一になり、均一なガ
ス流路が形成される。振れ止め部は間隙をもたせ複数個
設けるか、または貫通孔を設けることによってブロワで
吸引されるガス通路ができるのでガスの流れを妨げるこ
とはない。一方、振れ止め部には挿入孔の内壁面に接す
る面が球面に形成されてるのでノズルが傾いても、面間
距離は常に一定となり、その反力を受けないのでノズル
の下降動作の抵抗が少くなる。

（実施例） 第１図および第２図を参照しながら本発明に係る高温
ガス炉用制御素子回収装置の第１の実施例を示してい
る。なお、第２図は第１図のII−II矢視方向の横断面図
であり、各図中第６図と同一部分には同一符号を付して
いる。

すなわち、第１図において、炉心２内に設けられた制
御素子挿入孔19内には回収管24が挿入されている。この
回収管24の下端には制御素子挿入孔19の内壁面に接する
外面が球面状に形成された振れ止め部26を有するノズル
27が設けられている。振れ止め部26にはヘリウムガス流
路孔としての複数の貫通孔28が形成されている。これら
の貫通孔28は制御素子挿入孔19の内壁面に接する部分を
境界として、振れ止め部26の上部から下方に向け傾斜し
てほぼ等間隔に形成されている。一方、回収管24の上部
は第６図に示した回収部22に接続されている。

しかして、上記実施例によれば振れ止め部26が制御素
子挿入孔19の内壁面に接することによってノズル27は常
に前記挿入孔19の軸芯からずれることがなく、前記挿入
孔19の内壁面とノズル27の吸い込み口の外周とのヘリウ
ムガス流路すき間が均一になり、しかも貫通孔28によっ
てヘリウムガスの流路が確保され、一定のガスの流れが
できる。また、振れ止め部26の外面が球状に形成されて
いるので、ノズル27が傾くことによって生じる反力がな
い。したがって、制御素子挿入孔19内の制御素子の減少
に合わせてノズル27を下降させながら回収する作業の抵
抗が少くなり、容易に行うことができる。

つぎに第３図および第４図を参照しながら本発明の第
２の実施例を説明する。

第３図および第４図において、回収管24の先端には吸
い込み口の先端が徐々に拡大したノズル29が設けられて
いる。ノズル29の外周面には制御素子挿入孔19の内壁面
に接し、接する面が球状に形成された複数個の振れ止め
部30がほぼ等間隙に設けられている。

この第２の実施例は第１の実施例と同様にノズル29は
常に制御素子挿入孔19の軸芯からずれることがなく、吸
い込み口の外周部と制御素子挿入孔19の内壁面とのすき
間は常に一定であるので一定したガスの吸い込みを行う
ことができる。

また、振れ止め部30はほぼ等間隔に設けられているの
でガスの流れを妨害することはない。

〔発明の効果〕

本発明によれば制御素子挿入孔内のガス流路、すき間
を一定に保つことによって全周にわたり均一なガス流速
が得られ、しかもノズルの下降動作の抵抗が小さくな
る。したがって、効率よく安定に制御素子の回収を行う
ことができるので、原子炉の再起動を円滑かつ安全に行
うことができ、その稼動率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御素子回収装置の第１の実施例
の要部を示す縦断面図、第２図は第１図のII−II矢視方
向を切断して示す横断面図、第３図は本発明の第２の実
施例の要部を示す縦断面図、第４図は第３図のIV−IV矢
視方向を示す横断面図、第５図から第７図は従来例を説
明するためのもので、第５図は高温ガス炉を模式的に示
す断面図、第６図は制御素子回収装置を組込んだ高温ガ
ス炉の模式的断面図、第７図は第６図の要部を拡大し
て、一部側面図で示す縦断面図である。 １……原子炉容器、２……炉心 ３……燃料棒、４……入口管 ５……出口管、６……熱交換器 ７……循環装置、８……制御棒駆動装置 ９……制御棒、10……ワイヤロープ 11……ドラム、12……モータ 13……後備原子炉停止装置、14……制御素子 15……ホッパ、16……ラプチャーディスク 17……弁、18……高圧ガス源 19……制御素子挿入孔、20……スタンドパイプ 21……制御素子回収装置、22……回収部 23……ノズル（従来）、24……回収管 25……巻揚機、26,30……振れ止め部 27……ノズル（本発明）、28……貫通孔（ヘリウムガス
流路孔）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉心に設けられた制御素子挿入孔と、この
   制御素子挿入孔内に充填された制御素子を回収する回収
   部と、この回収部に連通する回収管と、この回収管の下
   端に接続されたノズルとを具備した高温ガス炉用制御素
   子回収装置において、前記ノズルの先端部外周囲にブロ
   ック状振れ止め部を一体的に設け、この振れ止め部は外
   周面が前記制御素子挿入孔の内面に接する球面状に形成
   され、かつ前記制御素子挿入孔の内壁面に接する部分を
   境界として前記振れ止め部の上部から下方へ向け傾斜し
   たヘリウムガス流炉孔としての複数の貫通孔がほぼ等間
   隔に形成されていることを特徴とする高温ガス炉用制御
   素子回収装置。