JPH01176987A - 原子炉停止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は原子炉停止装置に係り、特に液体金属冷却型の
高速増殖炉において、原子炉の事故時に確実に炉を停止
するのに適した原子炉停止装置に関する。

（従来の技術） 一般に原子炉特にナトリウムなどの液体金属を冷却材と
する高速中性子炉の出力制御および炉停止は、ホウ素や
タンタルなどの中性子吸収物質を含む制御棒を、炉心支
持板に植設された複数本の核燃料集合体の間に挿入する
ことによって行なわれる。すなわち、燃料集合体の長尺
方向に平行に炉心支持板に固定させた案内管内で制御棒
を上下動させることによって原子炉の反応度を制御する
ものである。上記目的のために制御棒を駆動する装置は
動作が安定でしかも信頼性が高いことが要求される。従
来から用いられている駆動装置は燃料集合体を収納して
いる炉容器の頂部に設けられ。

炉容器内界囲気を隔離するじゃへいプラグの一部に設け
られた回転プラグを貫通して炉心領域上方に進達して制
御棒と結合するように設けられた延長管とからなる制御
棒駆動機構と、中央制御室に設けられ、自動的に又は人
為的操作により、前記駆動部へ駆動の為の電気的信号を
発生するための制御盤とからなり１通常駆動部の出力制
御および、炉停止のための動作は電気−機械的手段によ
って行なわれている。

第２図は上記説明した従来の制御棒駆動装置の一例を示
すものである。駆動部ハウジング１は回転プラグ２の上
に固定された上部案内管３と結合されている。駆動部ハ
ウジング１の頂部にはモータ４が設けられ、モータ４は
ケーブル５によって制御盤６と電気的に結合されている
。モータ４の回転軸にはスクリュー７が同心的に結合さ
れ、スクリュー７にはポールナツト８が合している。ポ
ールナツト８は板９を介して１対のロードセル１０は中
空円板状の板１１と結合されている。

板１１の下面には電磁石１２と筒１２ａが結合され。

ロードセル１３の下部は外側延長管１４と結合されてい
る。外側延長管１４は回転プラグ２内を貫通して炉心１
５中に設けられた下部案内管１６の上方進達しており、
その先端は内側延長管１７の下端のフィンガーロッド１
８と共にラッチメカニズムを構成すべく、板バネ状の複
数本のラッチフィンガー１９となっている・ 一方電気的に制御盤６と結合されている電磁石１２の下
側には磁気的に着脱自在にアーマチュア２０が設けられ
、外側延長管１４の内側にあって適当なすき間を持って
設けられた内側延長管１７の頂部に固定されている。

内側延長管１７は外側延長管１４とともに二重管状をな
して、回転プラグ２の相当位置を貫通してその先端はラ
ッチフィンガー１９と係合するフィンガーロッド１８と
なっている。上部案内管３と外側延長管１４のすき間部
には回転プラグ２の相当位置に生体遮へい２１が上部案
内管３頂部に固定されて設けられており、生体遮へい２
１の下端とベローズ２２の上端は気密に結合され、ベロ
ーズ２２の下端は外側延長管１４の適切な位置に気密に
結合されている。

又、内側延長管１７と外側延長管１４のそれぞれ適切な
箇所にその両端を気密に接合されたベローズ２３が設け
られている。外側延長管１４の段付部２４には加速スプ
リング２５が結合され、加速スプリング２５は外側延長
管１４の外側をコイルバネ状をなして下方へ延長され、
加速管２６の頭部にその下端を接触している。加速管２
６は外側延長管１４の外側に設けられ、その下端は制御
棒２７のハンドリングヘッド２８に接触しており、又そ
の上端の下面はダンピングスプリング２９によって支持
される。ダンピングスプリング２９の下端は上部案内管
３の下端近くに固定されたストッパ３０によって支持さ
れる。

制御棒２７は中性子吸収材を収納した複数本の吸収ピン
を束ね、保護管内に納めた構造となっている。制御棒２
７と下部案内管１６との間には適切なすきまを設けであ
る。

以上説明した従来型の制御棒駆動装置の動作を以下に説
明する。

通常運転時には第２図に示したようにラッチフィンガー
１９の肩部に制御棒２７のハンドリングヘッド２８が係
合しており、外側延長管１４と制御棒２７は連結されて
いる。ラッチフィンガー１９の内面はフィンガーロッド
１８によって拘束されている。この時アーマチュア２０
は磁力によって電磁石１２に吸引されて接触している。

また、加速スプリング２５は上端を外側延長管１４の段
付部２４に、下端を制御棒２７のハンドリングヘッド２
８に拘束された加速管頭部に拘束されて圧縮された状態
にある。この状態で炉心の出力を調整するには制御盤６
を人為的に操作、または盤内の自動運転回路により、モ
ータ４に正転又は逆転の信号を伝送してモータ４を回転
させる。スクリュー７とポールナツト８によってこの回
転運転が上下運動に変換されることにより、制御棒２７
の引抜又は挿入が行なわれて、出力調整が達成される。

さて、何らかの原因によりプラントに異常状態、例えば
冷却材料量低下、冷却材温度上昇あるいは炉心中性子束
増大などの故障が起きた場合は原子炉内に設置したセン
サー３１により故障を検出しその信号が制御盤６に伝送
される。制御盤６は予めセットされた論理回路によって
スクラム指令信号を自動的に又は運転員の操作に従って
発生し、電磁石１２への通電を停止する。電磁石１２が
消勢されるとアーマチュア２０は切離されて筒１２ａの
下端の板状部３２とのすきま分だけ落下する。これに伴
って内側延長管１７が全体的に落下するのでフィンガー
ロッド１８が落下してラッチフィンガー１９の拘束を解
除する。するとラッチフィンガー１９は板バネの復原力
によって内側につぼまって制御棒２７のハンドリングヘ
ッド２８との係合を解く。制御棒２７は重力と加速管２
６に伝達される加速スプリング２５のバネ力を受けて急
速に下部案内管１６の中を落下する。

以上により制御棒のスクラム動作が達成される。

ベローズ２２およびベローズ２３は外側延長管１４と内
側延長管１７の軸方向の移動を可能にし、かつ炉容器内
界囲気を隔離する目的で使用される。又、ロードセル１
３は、制御棒駆動機構の健全な動作を確認する目的で使
用される。

以上説明した如き制御棒駆動装置に代表される電気−機
械的駆動機構とセンサー及び電気的論理回路を備えた制
御盤とから構成される制御棒駆動装置は一般的には十分
な信頼性を備え、確実な動作が期待できるもので原子炉
の安全性を確保する上で十分有効なものと言える。しか
し、原子炉の大形化および高出力化に伴なって非常に高
度の安全性が要求される場合には従来用いられてきた装
置の他のに全く別の手段で動作する原子炉停止装置を導
入することが有利であると考えられている。

この理由は、ｙＫ子炉保護系が故障を発生して有効に原
子炉停止を行なえなくなるような仮想的な事態が発生す
る確率は、従来形式の装置を多重化して安全上の裕度を
増す方法によるものよりも、別形式の原子炉停止装置を
併用した場合の方がより有効に低減させる事ができるか
らである。この為には、従来形式の装置との共通原因故
障を可能な限り排除したような原子炉停止装置が望まれ
るのは当然のことである。

この様な目的のために電磁石によって制御棒を直接に保
持するシステムが近時研究されている。

これは例えば第３図に示すようなものである。制御要素
３３は炉心に植設された核燃料集合体と平行に設けられ
て内部に冷却材が通流する案内管３４内に昇降自在に収
納されておりその頂部に延長棒３５を介してアーマチュ
ア３６が結合されている。制御要素３３の保持は炉心を
収納した原子炉容器の上蓋となっているしやへいプラグ
３９から垂下された延長管３７の下端に設けられた電磁
石３８によってアーマチュア３６を吸着することによっ
て行なわれる。

延長管３７の上部は回転プラグ３９に固定された上下動
駆動装置４０に連結されていて、制御要素３３の引抜動
作や、切離後のリセットのための下降動作が行なえるよ
うに外っている。このようなシステムを用いる事は次の
ような利点がある。従来形式で用いられるラッチ機構と
異なり制御要素のスクラム時の切離動作において延長管
又はそれに相当する長尺物体が機械的動作を必要とせず
、同時にラッチ機構のような比較的複雑な機構がなく、
電磁石を消勢するだけで良いので構成が非常に単純であ
る。従って従来形式との共通原因故障の可能性を著るし
く低減し得る。又、電磁石は冷却材中におかれているた
め冷却材の異常な温度上昇によって電磁石およびアーマ
チュアの磁気回路に用いられる磁性材の温度がそのキュ
リー点近傍に達すれば、自動的に著るしい磁力の低下が
実現し、自動的なスクラムが達成される。このようにス
クラム動作原理の大きく異なる原子炉停止装置を従来形
式のシステムと併用して２種の形式の装置のうちいずれ
かのスクラム動作のみで原子炉の停止が達成されるよう
にする事により原子炉の安全性を著しく向上せしめる事
が可能となる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような装置にもいくつかの欠点が存
在する。その一つは電磁石とアーマチュアを結合する場
合にそれぞれの吸着面に異物が付着していると、異物が
はさみ込まれた状態となって面相互の間隙が大きくなっ
てしまう事である。

特に冷却材中に磁性粒子が含まわると長期間のうちには
電磁石に吸引され、上記のように間隙値の増大がある゛
と必要な保持力が得られない可能性が大きい事である。

電磁石による保持力は少くも制御要素に加わる重力など
の力に匹敵する力が必要であり、上下動時の摩擦力や流
力振動に起因する力を考慮すると、設計上の保持力に更
に裕度を増す必要が生じ、これが不十分な場合には運転
中の誤スクラム等の好ましくない故障を発生する恐れが
ある。しかし保持力の裕度を増す事には一定の困難が付
随する。すなわち制御要素、案内管、および延長管はい
ずれも周囲燃料や炉心上部機構との関連によりその大き
さが限定されており、従って電磁石とアーマチュアの係
合面の形状も強い制限を受ける事になるからである。特
に電磁石とアーマチュアの結合動作を案内管内で行なわ
せようとする場合は形状の制限が強いため、吸着面の間
隙値に関する不確定要因は極めて重大な問題である。

本発明は以上のような技術的問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は信頼性の高い電磁石による直
接的な制御要素の保持を行なう原子炉停止装置を提供す
る事にある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明において上記目的を達成するために用いられる手
段は以下のようである。

延長管の軸心部の任意の点に位置し、この延長管の軸心
部を下方向へ伸び先端が前記電磁石と接合しうる振動伝
達子と接合された超音波振動子を設ける。

（作　用） 超音波振動子より出された音波は振動伝達子を伝播して
Ｎａ中を通過、制御棒上端に設けられたアーマチュアの
上面で反射した後、電磁石下面の磁性異物を直接照射す
ることにより除去し吸着面結合時における間隙値の増大
を防止できる。

（実施例） 第１図は本発明における原子炉停止装置の主要部分を示
す断面図である。図示した以外の全体構成は第３図に示
すものと同一であり重複した説明は省略する。

第１図に示すアーマチュア３６及び電磁石３８の相対位
・置は制御要素３３が電磁石３８から切離されて、その
下端が下部案内管ダッシュポットに着地した状態である
。また電磁石３８は、アーマチュア３６との結合のため
アーマチュア３６直上まで上下動駆動機構によって挿入
された状態を示す。吊上型の電磁石３８は延長管３７の
下端に固定されている。−力木発明によるところの超音
波振動子４１は、上記延長管３７の軸心部の任意の位置
に設けられ、この超音波振動子４２の出力面は超音波を
伝播するために設けられた振動伝達子４３の頂部と結合
されている。

さらに、この振動伝達子４３は、電磁石３８の中心部を
通り、この電磁石３８の下面と同位置まで伸び、さらに
下端面は超音波が拡散しやすいよう半球面となっている
。

原子炉の運転中、電磁石３８とアーマチュア３６を接合
した状態では特に図示しないが電磁石側吸着面３８ａと
アーマチュア側吸着面３６ａがほぼ密着した状態にあり
、コイル４】には図示されない制御装置により通電され
、吸着面の間に磁気的吸引力が作用し、アーマチュア３
６を介して制御要素３３を保持することができる。原子
炉を停止する場合はコイル４１の通電を断つ事により電
磁石３８とアーマチュア３６の接合が外れ、制御要素３
３は重力によって炉心に急速挿入゛される。冷却材中に
混入している磁性粒子４４は、原子炉運転中におけるコ
イル４１への通電や、原子炉停止時に電磁石３８とアー
マチュア３６の表面にその一部が付着される。この種の
磁性粒子４４が、電磁石側吸着面３８ａやアーマチュア
側吸着面３６ａに付着すると電磁石３８とアーマチュア
３６を再び接合する場合に吸着面の間にはさまれてしま
い保持力を著しく低減させる恐れがある。本実施例にお
いては、電磁石３８とアーマチュア３６の切離後におけ
る残留磁気による外部磁界によって吸着面に付着された
磁性粒子４４は、電磁石３８とアーマチュア３Ｇが再び
接合する状態において、超音波振動子４２を外部より操
作することにより超音波を発生させ、この超音波をアー
マチュア吸着面３６ａに当てるとともに、さらにこのア
ーマチュア吸着面３６ａで反射された超音波を電磁石吸
着面３８ａで受けることにより、双方の吸着面に付着し
た磁性粒子４４は、振動により生ずるキャビテーション
による効果で吸引剥離する。

また、超音波を伝播するために設けられた振動伝達子４
３の上端部形状を半球面形状としたので超音波が拡大さ
れ吸着面をまなべなく洗浄できる。

〔発明の効果〕

本発明を実施した場合の効果は１次のようである。

制御棒を直接電磁石で保持する方式の原子炉停止装置に
おいて、電磁石および制御棒のアーマチュアへの磁性粒
子の付着による保持力の低下を防止する事ができる為、
制御棒を保持する機能の信頼性が向上し、誤スクラムな
どの故障を回避できる。また、本発明を実施しなかった
場合と較べて耐久性が向上する。

従って制御棒を直接電磁石で保持する方式の原子炉停止
装置の実用性が著しく向上し、従来の機械的に制御棒を
保持する方式の原子炉停止装置に炉べてより単純な動作
原理を利用できるのでスクラム動作の信頼性が向上する
。また、従来方式の原子炉停止装置と併用することによ
り、異った動作原理を複数用いるため共通原因故障が減
少し、炉停止の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すもので原子炉停止装置の
電磁石及びアーマチュア部分を示す縦面図、第２図は高
速増殖炉で用いられる従来型の制ｆＨ棒駆動装置の縦断
面図、第３図は本発明を用いる原子炉停止装置の全体構
成を示す縦断面図。 ６・・・制御盤　　　　　　１５・・・炉心１６・・・
下部案内管　　　　２７・・・制御棒３１・・・センサ
ー　　　　　３３・・・制御要素３６・・・アーマチュ
ア　　　３７・・・延長管３８・・・電磁石　　　　　
　４１・・・コイル４２・・・超音波振動子　　　４３
・・・振動伝達子４４・・・磁性粒子 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　第子丸　　　健 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉心に植設された核燃料集合体と平行に設けられ内部に
   冷却材が通流する案内管と、この案内管内に昇降自在に
   設けられた制御要素と、この制御要素の上部に固着され
   たアーマチュアと、このアーマチュアと着脱可能に設け
   られ前記炉心を収納する容器の蓋から垂下された延長管
   の下端に固定された電磁石と、この電磁石を昇降せしめ
   る駆動装置とを具備してなる原子炉停止装置において、
   前記延長管の軸心部の任意の点に超音波振動子を設け、
   この超音波振動子と上端面が結合し、下部が前記電磁石
   の中心部を通りかつ先端が半球状型になった振動伝達子
   を設けたことを特徴とする原子炉停止装置。