JPH01196597A - 原子炉の緊急停止装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発電用原子炉の緊急停止装置もしくは設備に
関するものである。

［従来の技術］ 例えば炉心出力の異常上昇時や、計測系の機能喪失時の
ように重大な事故に至る可能性の大きい場合には、安全
保護系からのスクラム信号即ち緊急停止信号により、急
速に大きな負の反応度を加えて原子炉の運転を緊急停止
する必要があることは良く知られている。かかる緊急停
止を行うための原子炉緊急停止設備として、従来、第７
図（ａ）に示すように、原子炉容器１の蓋体に多数の制
御棒駆動装置４を設け、該制御棒駆動装置４の各々から
銀−インジウム−カドミウム合金や、炭化ほう素等の中
性子吸収材を含む制御棒２を垂下せしめたものが最も代
表的である。そして、緊急停止時には、制御棒駆動装置
４を作動して全ての制御棒２を炉心３内に全挿入するよ
うになっている。

また、上述の制御棒挿入式とは異なる方式として、１９
８５年に米国で頒布された“原子力科学及び工学（Ｎｕ
ｃｌｅａｒ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅ
ｒｉｎｇ）”の第４００〜４１０頁にデイ−・バーバラ
（Ｄ、　　Ｂａｂａｌａ）及びケー・ハナーツ（Ｋ、　
１ｌａｎｎｅｒｚ）により発表された論文「一次系熱力
学による加圧水膨原子炉炉心固有保護装置」に記載され
ているように、中性子吸収材であるほう酸を溶解したほ
う酸タンクを原子炉容器内に設置しておき、緊急停止時
に、炉心における冷却材の圧損とほう酸タンク内のほう
散水の水頭差との間のバランスの変化を利用して、ほう
散水を炉心内に注入する方式のものがある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、原子炉を緊急停止するには、短時間に大量の中
性子吸収材を炉心内に投入する必要があるので、制御棒
を挿入する前者の方式では、高温高圧の原子炉容器内に
可動物である多数の制御棒を設置しなければならず、該
制御棒を保持するための炉内構造が複雑となるばかりか
、該制御棒を駆動するために多数の駆動装でも必要であ
り、また、ほう散水を注入する後者の方式では、所要の
ほう散水の水頭差を得るために大量のほう散水を収容す
る大容量のほう酸タンク、従って、大型の原子炉容器が
必要であり、かかる必要性が、原子炉建造コストを上昇
させる大きな要因となっていた。

従って、本発明の目的は、簡単且つコンパクトな構造で
ありながら原子炉を確実に緊急停止することができる原
子炉の緊急停止装置を提供することである。また、本発
明の別の目的は、上記に加えて、緊急停止時に原子炉容
器内に注入されるほう散水の分布を可及的に一様にする
と共に、ほう散水注入時の熱衝撃を可及的に軽減するこ
とができる原子炉の緊急停止装置を提供することである
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の緊急停止装置は、炉心を内部に含む原子炉容器
と、該原子炉容器の前記炉心に冷却材を循環させるべく
前記原子炉容器の前記内部に流体連通するように接続さ
れた閉ルーズの一次冷却系とを有する原子炉に用いられ
る。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明で
は、緊急停止装置は、高濃度ほう散水を収容する領域を
画成して前記一次冷却系に配設された高濃度ほう酸タン
クと、前記領域を前記一次冷却系に選択的に流体連通さ
せる弁装置と、該弁装置の駆動装置とを備える。

また、請求項２に記載の発明では、高濃度ほう酸タンク
は原子炉容器内において炉心の下部に配設され、弁装置
は複数個設けられている。

［作用コ 原子炉の通常運転時には、高濃度ほう酸タンクの前記領
域に設けられた弁装置は閉弁しており、該領域内のほう
散水は一次冷却系の冷却材から遮断されている。従って
、一次冷却系の冷却材は通常の態様で原子炉容器内の炉
心を循環する。緊急停止時には、安全保護系からの緊急
停止信号が駆動装置に入力される。その結果、駆動装置
が作動して弁装置を開弁するので、前記領域内のほう散
水は一気に一次冷却系の冷却材中に混入し、原子炉を緊
急停止することができる。

ほう散水を高濃度で収容するので、高濃度ほう酸タンク
は、その容量が必要最小限ですみ、小型となり、また、
弁装置の閉操作によってほう散水を冷却材に注入するの
で、構造も簡単である。

高濃度ほう酸タンクを原子炉容器内に設置した場合には
、通常運転中、高温高圧の冷却材によって高濃度ほう酸
タンク内のほう散水が加熱される。

そのため、緊急停止時にほう散水が冷却材中に注入され
ても、熱衝撃が起こることはない。しかも、弁装置が複
数個設けられていれば、冷却材中にほう散水が一様に分
布する。

［実施例コ 次に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照し
て詳細に説明するが、図中、同一符号は同−又は対応部
分を示すものとする。、図面、特に第１図を参照すると
、本発明が実施された加圧水彩原子炉の概要が略示され
ている。

この原子炉は、図示しない多数の燃料集合体から構成さ
れる炉心３を含む原子炉容器１を備えており、該原子炉
容器１に設けられた冷却材の入口ノズル１ａ及び出口ノ
ズル１ｂに、一次冷却系の低温側配管５及び高温側配管
６が接続されている。また、これ等の配管５．６の間に
は、周知のように蒸気発生器７と冷却材循環ポンプ８と
が配管４０で接続され設けられていて、該冷却材循環ポ
ンプ８を駆動することにより、原子炉容器１内で加熱さ
れた高温高圧の冷却材は、矢印で示すように、出口ノズ
ル１ｂから蒸気発生器のＵ字形熱交換管７ａ内に流れ、
該熱交換管７ａを通る間に、蒸気発生器の胴７ｂ側に周
知のように二次冷却系（図示せず）から供給されている
給水と熱交換して冷却された後、低温側配管５を経由し
て入口ノズル１ａから原子炉容器１内に戻されるように
なっている。

従って、原子炉容器１は、上述した一次冷却系の高温側
配管６、蒸気発生器７、配管４０、冷却材循環ポンプ８
、低温側配管５と共に閉ループを形成している。尚、第
１図には１つの閉ループが示されているだけであるが、
閉ループの数は原子炉の容量に応じて様々であり、後述
する本発明の緊急停止装置は、原子炉容器外部に設置さ
れる場合、各閉ループ毎に設けることができる。

本発明の実施例によると、上述した一次冷却系には、高
濃度ほう酸タンク１０を有するバイパス流路９が冷却材
循環ポンプ８をバイパスするように接続され、また、こ
の高濃度ほう酸タンク１０にはほう酸濃度調節装置１１
が注入管１２及び排出管１３を介して接続されている。

高濃度ほう酸タンク１０の詳細断面図は第２図に示され
ている。第２図において、ほう酸タンク１０は、半球状
の底部１４ａ及び頭部１４ｂを有する円筒形の本体部１
４を含み、該本体部１４内に、上部仕切板１５及び下部
仕切板１６が垂直方向に離間してほぼ水平に溶接等によ
り固設されている。これ等の仕切板１５．１６にはそれ
ぞれ開口１５ａ、１６ａが垂直方向に整合するように穿
設されていて、弁棒１７が開口１５ａ、１６ａに垂直方
向に移動自在に挿通されている。この弁棒１７は、開口
１５ａを閉塞しろる上部弁部材１５ｂと、開口１６ａを
閉塞しうる下部弁部材１６ｂとを有する。弁棒１７、開
口１５ａ、１６ａ及び弁部材１５ｂ、１６ｂは弁装置を
構成する。

本体部１４の頂部１４ｂに設けられているのは、上述し
た弁装置の駆動装置１８である。駆動装置１８のハウジ
ング１９内には１対の歯車２０が離間して配設されてお
り、ラック１７ａが形成された弁棒１７の上端部は、頂
部１４ｂを貫いて本体部１４外に延び、前記ハウジング
１９内に延入して、１対の歯車２０と噛み合っている。

また、本体部１４内に入るハウジング１９の延長部１９
ａと、弁棒１７に固設された受は板１７ｂとの間にはコ
イルばね２１のような付勢手段が配設されていて、弁棒
１７は、該コイルばね２１により、弁部材１５ｂ、１６
ｂが開口１５ａ、１６ａを開放する下方向に付勢されて
いる。しかし、図示しないが、上述の歯車２０の回転軸
には駆動装置１８のモータ（図示せず）の出力軸が結合
されており、該モータの電源がオンなら、弁棒１７のラ
ック１７ａと噛み合う歯車２０がコイルばね２１に抗し
て弁棒１７を上方に持ち上げる方向に回転し、弁部材１
５ｂ、１６ｂを開口１５ａ、１６ａの閉塞位置に保持す
るようになっている。

仕切板１５．１６によって本体部１４内は下から順に３
つの領域２２ａ　、２２ｂ　、２２ｃに区画される。下
部領域２２ａにはバイパス流路９の出口管９ｂが接続さ
れ、上部領域２２ｃにはバイパス流路９の入口管９ａが
接続され、中間領域２２ｂにはほう酸濃度調節装置１１
に連通ずる注入管１２及び排出管１３が接続されている
。従って、中間領域２２ｂが高濃度ほう酸室であり、こ
こに高濃度ほう酸水が収容される。原子炉を緊急停止す
るためには、一次冷却系内の冷却材のほう酸濃度を約６
００ｐｐｍ上昇させる必要があることが知られている。

そのためには、−例として一次冷却系の冷却材量を２０
０ｍ３、高濃度ほう酸タンク内のほう酸濃度を２０００
０ｐｐｍとすると、中間領域２２ｃは６Ｉ１１３程度の
小さい容量のものでよいことが分かる。

次に、第１図及び第２図に示した本発明の実施例を含む
原子炉の運転について説明する。

通常運転時、歯車２０を駆動する前記モータの電源はオ
ンになっており、弁棒１７は第２図に示す閉塞位置に持
ち上げられ、弁部材１５ｂ、１６ｂによって開口１５ａ
、１６ａは閉塞され、高濃度ほう酸室である中間領域２
２ｂは隔離されている。そして、この中間領域２２ｂ内
のほう酸水は、注入管１２及び排出管１３を介して高濃
度ほう酸タンク１０に接続されているほう酸濃度調節装
置１１により、原子炉を停止するのに必要な濃度に保た
れている。このように開口１５ａ、１６ａが閉じている
ために、通常運転中に冷却材循環ポンプ８が駆動され冷
却材が一次冷却系を循環しても、冷却材は循環ポンプ８
を迂回するようにバイパス流路９を貫流することはない
。

図示しない安全保護系からスクラム信号即ち緊急停止信
号が発信されると、その信号により駆動装置１８の前記
モータがオフとなり、弁棒１７を持ち上げる力が喪失す
るので、弁棒１７は、その自重とコイルばね２１のばね
力とにより、下部弁部材１６ｂが適宜のストッパ２３に
当接するまで下方に移動する。その結果、開口１５ａ、
１６ａは開放する。従って、循環ポンプ８により加圧さ
れた一次冷却系の冷却材は、入口管９ａ側からバイパス
流路９に入って、同バイパス流路９に設け−られな高濃
度ほう酸タンク１０の上部領域２２ｃに流入し、中間領
域２２ｂ内の高濃度ほう散水を押し出し、出口管９ｂを
介して循環ポンプの吸込側で一次冷却系の冷却材に注入
する。このように注入されたほう散水は循環ポンプで冷
却材と混合され、原子炉容器１内に注入される。通常、
一次冷却系の低温側配管５の長さは数ｍであり、冷却材
の流速は毎秒１０数ｍであるから、冷却材に混入してほ
う散水は１秒以内に原子炉容器内に入る。従って、原子
炉容器内を流れる時間や、バイパス流路の時間を考慮し
ても、ほう散水は数秒で炉心３に達することとなる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の精
神及び範囲から逸脱することなく以下に説明する様々な
改変が可能である。

例えば、第３図の変形実施例においては、一次冷却系の
蒸気発生器７及び循環ポンプ８（第１図参照）間の配管
４０内にオリフィス４１のような絞り装置を設け、上述
した高濃度ほう酸タンク１０を有するバイパス流路９を
、その入口管９ａが該オリフィス４１の上流側に連通し
、出口管９ｂが該オリフィス４１の下流側に連通ずるよ
うに、前記配管４０に接続している。この変形実施例で
は、バイパス流路の流量はオリフィス４１における圧損
分に見合う量となるから、第１図及び第２図の実施例の
ように、高濃度ほう酸タンク１０の弁部材１５ｂ、１６
ｂが開いた時に原子炉容器１内に入る流量が低下するこ
とはない。

第４図に示す高濃度ほう酸タンク１ｏの変形実施例にお
いては、中間領域２２ｂを貫通バイパスして上部領域２
２ｃ及び下部領域２２ａに連通ずるバイパス管５１が付
加されている。このようにバイパス管５１を設けること
により、通常運転時でも微少量のバイパス流があるので
、中間領域内の高濃度ほう散水は高温に保持され、ほう
酸の析出を防止することができるだけでなく、高濃度ほ
う散水が一次冷却系に流入しても熱衝撃を起こす恐れが
なくなる。

第５図に示す変形実施例においては、高濃度ほう酸タン
ク１０′は原子炉容器１内において炉心３の下側に配設
されている。注入管１２及び排出管１３は原子炉容器１
の壁体を貫いて図示しない濃度調節装置まで延びている
。■示しないが、横置型のこの高濃度ほう酸タンク１０
”も高濃度ほう酸室を含んでおり、この高濃度ほう酸室
に連通ずるように、図示しない弁部材と弁棒１７とを有
する弁装置が配設されている。弁棒１７の下端は、原子
炉容器１の底部を貫いて外方に延び、同底部に設けられ
た駆動装置１８に接続されている。炉心内に可及的に一
様にほう散水を注入しうるように、複数個の弁装置を設
けることが好ましい。

第６図は、原子炉容器１内において炉心の下側に配設さ
れた高濃度ほう酸タンク１０″の別の変形実施例を示し
ている。タンク１０″には、一次冷却材の貫流を許容す
るための複数の流路穴３０がタンク１０″を貫通するよ
うに形成されており、通常運転時、一次冷却材はこれ等
の流路穴３０を介して炉心に入る。ほう酸タンク自体の
その他の構造は第２図のものと実質的に同様であり、弁
棒１７に設けられた弁部材１５ｂ、１６ｂが開口１５ａ
、１６ａをコイルばね２１と第５図の実施例のように底
部１４ａに設けることができる駆動装置（図示せず）と
の作用下に開閉する。この実施例の場合も第４図の実施
例と同様に、通常運転中、高濃度ほう酸タンク内のほう
散水は冷却材によって加熱されている。

第３図〜第６図の変形実施例においても、異常時は、第
１図及び第２図の実施例と同様に緊急停止信号によって
駆動装置が作動し、弁装置を開放して、高濃度ほう酸タ
ンク内のほう散水を冷却材中に流入させる。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、緊急停止時に弁装置の
開弁により高濃度ほう酸タンク内のほう散水を一次冷却
系に注入するので、多数の制御棒及びその駆動装置や、
大容量のほう酸タンクを用いることなく、簡単且つコン
パクトな構造で原子炉の緊急停止を行うことができ、大
幅なコストダウンが可能になる。

また、高濃度ほう酸タンクを原子炉容器内で炉心の下側
に設置した場合には、通常運転中、同高濃度ほう酸タン
ク内のほう散水が加熱されるので、緊急停止時にほう散
水を冷却材に注入した際の熱衝撃が低減し、炉内構造の
損傷を防止することができる。また、この場合、高濃度
ほう酸タンクに複数の弁装置を設けておけば、炉心内の
ほう散水の濃度分布が一様になり、装置の信頼性が向上
する。

また、熱Ｗｉ撃の低減は、高濃度ほう酸タンクを原子炉
容器外部に設置した場合でも、通常運転中、ほう散水を
収容した高濃度ほう酸タンクの領域を冷却材の一部が貫
流するように構成すれば、達成することができる。

更に、炉心内のほう散水の濃度分布を一様にするには、
冷却材循環ポンプをバイパスするようにバイパス流路を
設け、このバイパス流路に、高濃度、（ｌう酸タンクを
、緊急停止時に冷却材が循環ポンプの吐出側から高濃度
ほう酸タンクに流入することにより、内部のほう散水を
循環ポンプの吸込側に供給しても可能である。

また、高濃度ほう酸タンクにほう酸濃度調節装置を接続
した場合には、弁装置からほう散水の多少のリークがあ
ったとしても、原子炉を緊急停止するのに十分なほう酸
濃度が常に確保することができる。

また、弁装置の駆動装置が、電源がオンの時に弁装置を
閉弁状態に保持する型式のものである場合、弁装置を開
弁状態に通常付勢する付勢手段を設けておけば、電源が
オフの時に弁装置を確実に開弁させることができる。

更に、一次冷却系の配管中にオリフィスのような絞り装
置を設け、該絞り装置をバイパスするように高濃度ほう
酸タンクを設置しておけば、緊急停止時に原子炉容器内
に入る流量が低下することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の緊急停止装置を備えた一次冷却系と
共に加圧水膨原子炉を示す概要図、第２図は、第１図の
一次冷却系に接続された緊急停止装置の詳細断面図、第
３図は、緊急停止装置の変形実施例を示す概要図、第４
図は、緊急停止装置の別の変形実施例を示す、第２図に
相当する詳細断面図、第５図は、緊急停止装置の更に別
の変形実施例を示す概要図、第６図は、緊急停止装置の
他の変形実施例の詳細部分断面図、第７図＜ａ）及び（
ｂ）は、従来の緊急停止装置の作動・説明図である。 １　・・・原子炉容器　　　３　・・炉心１０．１０’
、１０″・・・高濃度ほう酸タンク１５ａ、１６ａ・・
・弁装置（開口） １５ｂ、１６ｂ・・・弁装置（弁部材）１７・・・弁装
置（弁棒）１８・・・駆動装置２２ｂ・・・ほう散水を
収容する領域（中間領域）通常運転時 ７図 （ｂ） 緊急停Ｌｌ：暇

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）炉心を内部に含む原子炉容器と、該原子炉容器の前
   記炉心に冷却材を循環させるべく前記原子炉容器の前記
   内部に流体連通するように接続された閉ループの一次冷
   却系とを有する原子炉の緊急停止装置であって、高濃度
   ほう酸水を収容する領域を画成して前記一次冷却系に配
   設された高濃度ほう酸タンクと、前記領域を前記一次冷
   却系に選択的に流体連通させる弁装置と、該弁装置の駆
   動装置とを備える、原子炉の緊急停止装置。 ２）前記高濃度ほう酸タンクは前記原子炉容器内におい
   て前記炉心の下部に配設され、前記弁装置は複数個設け
   られている、請求項１に記載の原子炉の緊急停止装置。