JPH01206289A - 原子炉の停止装置 - 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） 本発明は原子炉の炉停止装置に係り、特に液体金属冷却
型の高速増殖炉において、　）ｈｔ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〃ｘ子炉特にナトリウ１１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、炉容器的雰囲気を隔離す
るしやへいプラグの一部に設けられた回転プラグ上に固
定された駆動部と。

該駆動部と制御棒を結合するため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、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５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が螺合している。

ポールナツト８は板９を介して１対のロードセル１０と
結合され、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
結合されている。筒１２ａの下部は一対のロードセル１
３と結合され、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１５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１８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２１
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２
４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２６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２
９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０通常運転時には第５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２８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製するには
制御盤６を人為的に操作し、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
ってこの回転運動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
冷却材流量低下、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３２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
って発生しすレー３３を消勢して、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は切離すれ
て筒１２ａの下端の板状部３２とのすき聞分だけ落下す
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１
９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２６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往来用いられてきた装置
に全く別の手段で動作を導入することが有利であると考
えられている。この理由は原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、別の〃；（理に
よる動作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、リレー３３や論理回路３２が故
障しても原子炉を停止できる装置が望まれており、第６
図はそのための概念の一つである。

本図の原子炉停止装置では電磁石１２を励磁する回路に
直列に温度ヒユーズ３４を設け、炉心１５から流出する
冷却材の温度が異常に上昇するとハウジング３５を介し
て温度ヒユーズ３４の温度が上昇し、溶断して励磁回路
が開となり、制御棒のスクラムが達成できる。電磁石は
通常直流を用いるので直流電源３５ａを設けている。

（発明が解決しようとする課題） この様な装置は単純で信頼性も高いと考えられるが、温
度ヒユーズが溶断した場合には交換が必要である。原子
炉の炉心近傍まで挿入される装置は非常に長尺であり、
放射化されていることもあって交換が容易でない欠点が
ある。また炉内環境下に長期間置かれた事による動作温
度特性の変化を検査するという要求に対して動作試験後
の再使用ができないという欠点もあり、信頼性に対して
の一つの問題となっている。

本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされ
たものであり、炉内温度が異常に上昇した場合に自動的
に炉を停止する事ができ、かつ信頼性の高い原子炉停止
装置を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明においては、制御棒
駆動機構の電磁石を消勢することによって制御棒を炉心
内に急速に挿入して原子炉を停止せしむる原子炉の停止
装置において、電磁石の電気回路中に温度感知コイルと
電気ヒユーズを設け、感温コイルは原子炉容器内の炉心
冷却材出口近傍に設け、温度感知コイルの磁気回路に用
いる鉄心は冷却材の異常な温度上昇に伴う温度上昇で磁
性材料としてのキュリー点に達するような材料で構成し
、このキュリー点効果による感温コイルのインダクタン
ス低下によって電気ヒユーズが溶断する事により、電磁
石の消勢が行なわれるようにした事を特徴とする原子炉
停止装置を提供する。

（作用） このように構成されたものにおいては、炉心の出口の冷
却材温度が異常に上昇すると鉄心の温度も直ちに上昇し
、キュリー点近傍で急激に透磁率が低下するため温度感
知コイルのインダクタンスも急激に低下する。このため
交流回路の電流は急激に増大して電気ヒユーズが溶断し
、励磁電流が遮断される。これにより制御棒がスクラム
して原子炉停止が達成される。

（実施例） 以下本発明を図面により説明する。

第１図は本発明の実施例の一つである。

温度感知コイル３６は第６図の温度ヒユーズ３４と同様
の位置に設けられ、炉心１５の湿度上昇を速やかに感知
するようになっている。第２図は、温度感知コイル３６
の断面を示すもので、鉄心３７は例えば６００℃程度の
適当な温度にキュリー点を持つ磁性材料よりなり、その
外側は直接冷却材に接触するようになっている。磁気回
路の一部は組立て上の理由で磁性板３８になっており材
質は鉄心３７と同材料を用いる。鉄心３７内にはコイル
３９が巻枠４０とともに納められている１図中矢印は磁
束の方向を示す。

第３図は本発明の実施例の電気回路を示すものである。

励磁回路の電源は交流電源を使用し、電磁石１２を直流
で励磁するために整流器４１とトランス４２が設けられ
ている。トランス４２の一次側の回路には温度感知コイ
ル３６と電気ヒユーズ４３が直列に設けられている。電
気ヒユーズ４３としては動作応答の速い速断式のものが
好適である。また望ましくはリレー３３には過電流保護
装置付のものを用いる。

本発明の作用は次のようである。

原子炉の通常運転状態では、電磁石１２に適切な励磁電
流が流れており、そのために必要な交流電流が電気ヒユ
ーズ４３を流れている。炉心１５の出口の冷却材温度が
異常に上昇すると鉄心３７の温度も直ちに上昇し、キュ
リー点近傍で急激に透ａ率が低下するため温度感知コイ
ル３６のインダクタンスも急激に低下する。このため交
流回路の電流は急激に増大して電気ヒユーズ４３が溶断
し、励磁電流が遮断される。これにより、制御棒がスク
ラムして原子炉停止が達成される。

本発明によると、全体の構成が単純であり信頼性が高く
、又、本実施例の回路では回路の一部が断線した時には
励磁電流が遮断され安全である。

動作した場合には電気ヒユーズを交換するのみで良いた
めメンテナンスは非常に容易である。

特に電気ヒユーズは炉外に設けられているため経時的な
劣化や特性変化の恐れも殆どなく、信頼性が高い。なお
第３図の回路は変形が可能であり、電気ヒユーズ４３と
温度感知コイル３６をトランス４２の２次側に設けたり
、適当な抵抗を組合わせて特性を調整する事も可能であ
る。

第４図は本発明の変形例である０本実施例の温　。

度感知コイル部では磁性板３８に密接して電熱ヒータ４
４がスパイラルコイル状に絶縁物４５に埋め込ま九で設
けられている。断熱板４６は電熱ヒータ４４の上部への
放熱を防止するために設けられている。

磁性板３８の内部には熱電対４７が取付けられている。

電気回路は第１の実施例と同様であるが、これと独立に
電熱ヒータ４４へ通電する通電回路が設けられる。

本実施例の作用は以下のようである。原子炉の通常運転
時には電熱ヒータ４４へは通電せず、原子炉の温度が異
常に上昇した場合の作用も第１の実施例と同様である。

本実施例では原子炉の起動前や、通常運転中に動作チエ
ツクを行う事が可能である。すなわち、原子炉の起動前
には周囲の冷却材温度は例えば２００℃程度通常運転中
は５５０℃程度である。この状態で電気ヒータ４４に図
示されない通電装置により通電加熱することにより温度
感知コイル３６の温度が上昇し、例えば６００℃程度の
動作温度に達すると第１の実施例と同様にして励磁電流
が遮断し、原子炉停止機能の確認ができる。

この時、熱電対４７の出力と励磁電流とを適当な方法で
記録する事により、動作温度が規定値にあるか否かの確
認ができる。更にもしも何らかの理由で動作温度が規定
値から外れた場合には、電気ヒユーズを電流容量の適当
なものに変えたり、あるいは回路の一部に適当な抵抗を
設けるなどの方法で容易に動作温度を調整する事がある
程度可能である。

上記のようなチエツク機能を持つ事は原子炉の停止装置
の信頼性を確保する上で極めて大きい意義がある。また
この様な動作チエツクを行なったのち電気ヒユーズを容
易に交換し得る事は１例えば炉内に装荷した温度ヒユー
ズを交換する事に較べると経済的な効果が非常に大きい
。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明による原子炉の停止装置は従
来の原子炉停止装置で用いられる論理回路や、リレー接
点を介した停止手段とは別の原理の動作を付加する事が
できるため信頼性を高める事ができる。

又、装置が単純で信頼性が高い上、動作後の復帰も電気
ヒユーズを制御盤内で交換すれば良いので容易であり、
経済効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す全体構成図、第２図は第
１図の温度感知コイル部分を示す断面図、第３図は本発
明の実施例の電気回路図、第４図は本発明の変形例の温
度感知コイル部分を示す断面図、第５図は従来技術の原
子炉停止装置の全体図、第６図は一般に考えられている
温度ヒユーズ方式の原子炉停止装置の全体図。 １・・・駆動部ハウジング　３・・・上部案内管６・・
・制御盤　　　　　１２・・・電磁石１５・・・炉心　
　　　　　２７・・・制ｍ棒３２・・・論理回路　　　
　３５・・・ハウジング３６・・・温度感知コイル　３
７・・・鉄心３８・・・磁性板　　　　　３９・・・コ
イル４０・・・巻枠　　　　　　４３・・・電気ヒユー
ズ代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第１図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御棒駆動機構の電磁石を消勢することによって
   制御棒を炉心内に急速に挿入して原子炉を停止せしむる
   原子炉の停止装置において、電磁石の電気回路中に温度
   感知コイルと電気ヒューズを設け、感温コイルは原子炉
   容器内の炉心冷却材出口近傍に設け、温度感知コイルの
   磁気回路に用いる鉄心は冷却材の異常な温度上昇に伴う
   温度上昇で磁性材料としてのキュリー点に達するような
   材料で構成し、このキュリー点効果による感温コイルの
   インダクタンス低下によって電気ヒューズが溶断する事
   により、電磁石の消勢が行なわれるようにした事を特徴
   とする原子炉停止装置。