JPH03269396A

JPH03269396A - 原子炉停止装置

Info

Publication number: JPH03269396A
Application number: JP2070743A
Authority: JP
Inventors: Mineo Sekiguchi; 関口　峰生
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1991-11-29

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、制御棒を分離して落下させる方式の原子炉停
止装置に関する。

（従来の技術）一般に、高速増殖炉に使用される原子炉停止装置は、緊
急時に原子炉トリップ信号によりスクラム動作を行なう
構造になっている。また、原子炉停止系のより一層の信
頼性向上を図るため、原子炉トリップ信号を発する計測
器、リレー、遮断器等の電子系設備を介することなく、
原子炉内の物理現象により自発的にスクラムさせる機構
が考えられており、その一つにキュリー点電磁石を利用
した原子炉停止装置がある。

第９図および第１０図は、キュリー点電磁石方式の従来
の原子炉停止装置を示すもので、図中、符号１は案内管
であり、この案内管１は、図示しない原子炉容器の上端
開口部を閉塞する遮蔽体２を貫通し炉心の上方位置に垂
下されている。

この案内管１内には、第９図に示すように、下端に電磁
石３を有する延長管４が配置されており、この延長管４
の上端部は、荷重検出器５を介してケース６の下端に連
結され、ケース６とともに案内管１内を上下動するよう
になっている。

案内管１の最上端内部には、第９図に示すように、駆動
モータ７が設置されており、この駆動モータ７には、ボ
ールねじ８が連結されている。そして、このボールねじ
８は、ケース６の上端に固設したナツト９に螺入され、
ケース６は、ボールねじ８の正逆回転により上下動する
ようになっている。

電磁石３の下部には、第９図および第１０図に示すよう
に、電磁石３に磁着されるアーマチュア１０が配置され
ており、このアーマチュア１０の下部には、制御棒１１
が連結棒１２を介して連結されている。また、延長管４
の外周部には、第９図に示すように、案内管１と延長管
４とを接続するベローズ１３が配置され、ベローズ１３
内外の雰囲気を仕切っている。制御棒１１は、下方から
冷却材を導入する流路１４を有する下部案内管１５内に
上下できるようなスペースを有して収納されている。

電磁石３は、第１０図に示すように、コイル１６を備え
ており、このコイル１６の内外には、鉄心１７が配され
ている。この鉄心１７のコイル１６内側部分の下端には
、突起状のピン１７ａが一体に設けられ、アーマチュア
１０を構成する内側鉄心１８に挿入されるようになって
いる。

アーマチュア１０は、第１０図に示すように、温度に依
存する透磁率をもつキュリー点材料からなるリング状の
温度感知合金１９と、この温度感知合金１９の内側に配
された内側鉄心１８とから構成され、連結軸゛１２の上
端に固設されている。

そして電磁石３は、ケーブル２０を介して電磁石用の電
源装置２１に接続されている。

以上の構成において、延長管４の上下動は駆動モータ７
によりなされる。すなわち、駆動モータ７を駆動してボ
ールねじ８を回転させると、ナツト９がボールねじ８の
回転に応じて上下動し、それに伴ないケース６および延
長管４が案内管１内を上下動する。

制御棒１１のつかみ時には、前記動作により延長管４を
下降させ、延長管４下端の電磁石３を、連結軸１２の上
端のアーマチュア１０の上端面に接触させる。

この状態で、電磁石３に電源装置２１から通電してコイ
ル１６の周りの鉄心に磁場を与えると、磁力線は、電磁
石３のコイル１６外側の鉄心１７、アーマチュア１０の
温度感知合金１９、内′側鉄心１８、電磁石３のコイル
１６内側の鉄心１７を通って磁気回路を構威し、電磁石
３の下面とアーマチュア１０の上面との間に磁着力が発
生する。このため、この状態で延長管４を上動させるこ
とにより、制御鉤棒１１も下部案内管１５の中で上動す
ることになる。

原子炉をスクラムさせる場合には、スクラム信号が出さ
れ、その信号により電磁石３が消磁され、アーマチュア
１０が電磁石３から離脱する。これにより、制御棒１１
が炉心内に挿入される。

一方、炉心温度が設定値を上回ると、これが直接引き金
となって制御棒１２が落下し、自動的にスクラムがなさ
れる。すなわち、燃料集合体出口から流出する高温化し
た冷却材がアーマチュア１０の周りに到達すると、磁気
回路を構成する温度感知合金１９がキュリー点以上に昇
温し、温度感知合金１９の磁気特性が変化して電磁石３
とアーマチュア１０との磁着力が減少する。このため、
制御棒１１が自動的に落下し、スクラムがなされる。

（発明が解決しようとする課題）従来のキュリー点電磁石式原子炉停止装置においては、
電磁石を小形化した場合、電磁石の保持力は、保持対象
との吸着面積が小さくなることにより減少する。そのた
め制御棒の必要保持力に対する余裕が小さくなる。また
、電磁石３と、これに相対するアーマチュア１０とは冷
却材中に設置されているため、万一冷却材中に磁性材の
微粒粉末が何らかの原因で存在すると、これが電磁石３
とアーマチュア１０との吸着面に付着する可能性がある
。この状態でアーマチュア１０およびこれに連結する制
御棒１１を保持しようとした場合、電磁石３とアーマチ
ュア１０との相対する面間のギャップ寸法は大きくなる
。付着物の量が積重ねられてゆくと、電磁石３とアーマ
チュア１０との間はより広がり、吸着力が減少してゆく
。

一方、炉心温度上昇によってスクラム動作する場合にお
いて、炉心の温度が径方向、周方向−様に上昇すれば、
複数設置されている原子炉停止装置は、全てほぼ同時に
スクラム動作するが、温度分布が一様でない場合は、最
も温度上昇の速い、温度の高い領域に設置されている原
子炉停止装置が先ず作動する。作動した領域の炉心出力
は、制御棒が挿入されたことにより低下し、これにとも
なって温度も低下する。次に別の領域の温度が更に上昇
し、その領域に設置される原子炉停止装置が作動して制
御棒を炉心に挿入する。これらの動作が繰返されて炉心
出力は停止する。以上のように、温度分布が存在する炉
心温度上昇事象が発生した場合、複数の原子炉停止装置
は同時に作動しない可能性があり、この時炉内の構造物
に温度分布が生じるため、熱膨張差により構造物に発生
する応力、変位等により、原子炉内に影響が生じること
が考えられる。

本発明はこのような点を考慮してなされたもので、電磁
石の保持力に余裕を持たせた原子炉停止装置を提供する
ことを目的とする。また万一電磁石の吸着面に磁性微粉
末が付着したとしても、これを取除き、電磁石の保持力
を維持できる原子炉停止装置を提供することを目的とす
る。さらに−様でない分布の温度上昇事象に対しても複
数の制御棒が同時に挿入できる原子炉停止装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、前記目的を達成する手段として、原子炉容器
の上端開口部を閉塞する遮蔽体を貫通して炉心の上方位
置に垂下される案内管と、この案内管内に配置され下端
に電磁石を有する延長管と、この延長管を上下に駆動す
る駆動源と、電磁石に上端部が磁着されるアーマチュア
と、このアーマチュアの下部に連結棒を介して連結され
た制御棒と、この制御棒を収納し、下方から冷却材が導
入される下部案内管と、電磁石に電気を供給する電源装
置とからなり、アーマチュアはその外周部がキュリー点
材料からなる温度感知合金で、内側が鉄心により構成さ
れている原子炉停止装置であって、制御棒の上部外周位
置には上方に向けて円筒状の伸縮可能なベローズが設け
られ、下部案内管の上方開口部付近には、ベローズの上
端部と密着するストッパが形成されているとともに、制
御棒には軸方向に貫通して小径の流路孔が形成されてい
ることを特徴としている。

また、電磁石と電磁石の電源装置とを結ぶ電気回路中に
は電流・電圧変化検出処理回路が設けられ、電源装置に
は電流・電圧変化検出処理回路からの信号により作動す
る電源遮断回路が接続されていることを特徴としている
。

（作　用）本発明による原子炉停止装置においては、電磁石により
制御棒が磁着把持されている間は、ベローズの上端がス
トッパに当接し、下部案内管内に流入する冷却材の流れ
は、制御棒の外側の流れを遮断され制御棒内の小径流路
孔を流れる流れのみになる。このため、制御棒に作用す
る上向きの流体力（浮上刃）が増大し、その分だけ電磁
石に負荷される下向きの力は小さくなる。これにより電
磁石の保持力の余裕が大きくなる。また、温度上昇によ
りアーマチュアが電磁石から離れると、電磁石に印加さ
れている電圧が変化し、この変化が電流・電圧変化検出
処理回路により検出される。

そして、この電流・電圧変化検出処理回路からの信号に
より、電源遮断回路が作動し、電源装置から電磁石への
通電が停止される。この場合、１つの電流・電圧変化検
出処理回路からの信号により、原子炉中に配設された他
の原子炉停止装置の電源遮断回路も作動するようにして
おけば、−様でない分布の温度上昇を生じても、複数の
制御棒を同時に挿入でき、原子炉内の構造物の温度歪を
防止することができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。

第１Ａ図は、本発明に係る原子炉停止装置の一例を示す
もので、図中、符号１は案内管であり、この案内管１は
、図示しない原子炉容器の上端開口部を閉塞する遮蔽体
２を貫通し炉心の上方位置に垂下されている。

この案内管１内は、第１Ａ図に示すように、下端に電磁
石３を有する延長管４が配置されており、この延長管４
の上端部は、荷重検出器５を介してケース６の下端に連
結され、ケース６とともに案内管１内を上下動するよう
になっている。

１２案内管１の最上端内部には、第１Ａ図に示すように、駆
動モータ７が設置されており、この駆動モータ７には、
ボールねじ８が連結されている。

そして、このボールねじ８は、ケース６の上端に固設し
たナツト９に螺入され、ケース６は、ボールねじ８の正
逆回転により上下動するようになっている。

電磁石３の下部には、電磁石３に磁着されるアーマチュ
ア１０が配置されており、このアーマチュア１０の下部
には、制御棒１１が連結軸１２を介して連結されている
。また、前記延長管４の外周部には、案内管１と延長管
４とを接続するベローズ１３が配置され、ベローズ１３
内外の雰囲気を仕切っている。案内管１の下方には前記
制御棒１１を収納し、下方から冷却材を導入する流路１
４を有する下部案内管１５が配設され、この下部案内管
１５は、第１Ｃ図に示すように制御棒１１が内部を上下
動できるような内部スペースを有している。

制御棒１１の上端には伸縮可能なベローズ２２が固設さ
れ、下部案内管１５の内側上部には、延長管１２とは接
触しない大きさの内径を有するストッパ２３が設けられ
、制御棒１１が上昇した時に、ベローズ２２の上端とス
トッパ２３下端とが密着するようにされている。

電磁石３は、従来例と同様の構造をしており、第１０図
に示すように、コイル１６を備えており、このコイル１
６の内外には、鉄心１７が配されている。この鉄心１７
のコイル１６の内側部分の下端には、突起状のピン１７
ａが一体に設けられ、前記アーマチュア１０を構成する
鉄心１８に挿入されるようになっている。

また、アーマチュア１０も従来例と同様の構造をしてお
り、第１０図に示すように、温度に依存する透磁率をも
つキュリー点材料からなるリング状の温度感知合金１９
と、この温度感知合金１９の内側に配された鉄心１８と
から構成され、連結軸１２の上端に固設されている。

電磁石３からは、第１Ａ図に示すように前記電磁石３を
励磁するためのケーブル２０が引き出され、電源供給装
置２１に接続される。このケーブル２０の途中には、図
中Ｙ、　Ｙ’点において、電圧・電流変化検出処理装置
２４が分岐接続され、さらに電圧・電流変化検出処理装
置２４から発せられる検出信号により電源供給装置２１
の電源を遮断する電源遮断回路２５に接続されている。

またケーブル２０の途中の図中ｘ、　ｘ’点には、励磁
極性切換装置２６が接続できるようになっている。

また、第１Ｂ図および第１Ｃ図に示すように、制御棒１
１には軸方向に貫通して小径の流路孔２７が形成されて
いる。

次に本実施例の作用について説明する。

本実施例に係る原子炉停止装置において延長管４の上下
動は駆動モータ７によりなされる。すなわち、駆動モー
タ７を駆動してボールねじ８を回転させると、ナツト９
がボールねじ８の回転に応じて上下動し、それに伴ない
ケース６および延長管４が案内管１内を上下動する。

制御棒１１のつかみ時には、前記動作により延長管４を
下降させ、延長管４下端の電磁石３を、連結軸１２の上
端のアーマチュア１０上端面に接触させる。

この状態で、電磁石３に電源装置２１から通電してコイ
ル１６の周りの鉄心に磁場を与えると、磁力線は、電磁
石３のコイル１６外側の鉄心１７、アーマチュア１０の
温度感知合金１９、内側鉄心１８、電磁石３のコイル１
６の内側の鉄心１７を通って磁気回路が構成され、電磁
石３の下面とアーマチュア１０の上面との間に磁着力が
発生する。

このため、この状態で延長管４を上動させることにより
、制御棒１１も下部案内管１５の中で上動することにな
る。

原子炉運転中、すなわち制御棒引抜時には、第２図に示
すように、ベローズ２２の上端はストッパ２３の下端面
に密着しており、下部案内管１４内の冷却材の流れは制
御棒１１の中のみである。

すなわち、下部案内管１５の下部より流入した冷却材は
、流路１４を通り、制御棒１１の冷却材流路孔２７から
制御棒１１内を通過して上昇し、下５６部室内管１５の上部開口から流出する。これにより、下
部案内管１５の下部より流入する冷却材による上向きの
力が制御棒１１に作用する。この作用力は、ベローズ２
２の無い場合、すなわち従来のようにバイパス等れが有
る場合に比べて大きい。

すなわち、電磁石３に働く下向きの力は、この冷却材に
よる浮上刃の分だけ小さくなる。

第４図は、キュリー点材を用いた電磁石の温度−保持力
特性を一般に表わすパターン図であり、この図を用いて
本発明による電磁石の保持力の余裕について説明する。

温度ＴＡは通常原子炉運転時の冷却材または電磁石３の
温度である。この時の温度ＴＡにおける保持力はＷＵで
ある。図に示すように、温度ＴＢに温度が上昇した時の
保持力は小さくなる。ＷＣＲは、電磁石３に加わる下向
きの力であり、制御棒１１の重量から浮力およびベロー
ズ２２の無い場合の冷却材の上向きの流れによる流体力
を差引いた値である。従って、この時の保持力の余裕分
は（ＷＵ−ＷＣＲ）となる。本実施例ではベローズ２２
が設けられており、冷却材の上向きの流れによる比較的
大きな流体力が制御棒１１に作用する。

したがって、電磁石３に加わる下向きの力は、この流体
力（浮上刃）分だ、け小さくなり、これをＷＣＲ’　と
すると、下向きの力ＷＣＲとＷＣＲ’　にはＷＣＲ’　
＞ＷＣＨの関係がある。よって本実施例によれば、電磁
石の保持力の余裕は（ＷＵ−ＷＣＲ）から（ＷＵ　−Ｗ
ＣＲ’　）に増加する。これにより電磁石の小形化を図
ることが可能となるとともに制御棒保持の信頼性の向上
を図ることができる。

スクラム時には、スクラム信号が出されて電磁石３が消
磁され、制御棒１１が下部案内管１５内に落下する。ま
た炉心温度が設定値を上田ると、これが直接引き金とな
って制御棒１２が落下し、自動的にスクラムがなされる
。すなわち、燃料集合体出口から流出する高温化した冷
却材がアーマチュア１０の周りに到゛達すると、磁気回
路を構成する温度感知合金１９がキュリー点以上に昇温
し、温度感知合金１９の磁気特性が変化して電磁石３と
アーマチュア１０との磁着力が減少する。このため、制
御棒１１が自動的に落下し、スクラムがなされる。

温度上昇によってスクラムする場合、第４図に示すよう
に、電磁石３に加わる下向きの力が大きい程低い温度で
スクラムする。ベローズ２２を設けた本実施例の装置に
おいては、下向きの力が小さく、作動する温度は高めに
なり、その分作動するまでの時間は長くなる。しかしな
がら応答性を要求される事象である冷却材喪失事象にお
いては、本装置が作動する時期に下部案内管１５内を流
れる冷却材の流量は半減されており、制御棒１１に対す
る上向きの力は１／４以下となっている。したがって電
磁石３に負荷される下向きの力は、従来の原子炉停止装
置と同等となる。−度制御棒１１が切離された以降の制
御棒１１の落下特性についても従来と同様である。これ
は、第３図に示すように、ストッパ２３とベローズ２２
とは離れており、下部案内管１５と制御棒１１との間に
、従来の装置と同様冷却材の流れが生じているからであ
る。

温度上昇によってアーマチュア１０の温度感知合金部１
つが設定温度以上となり、アーマチュア１０が電磁石３
から離れると、電磁石３から引出されているケーブル２
０の間には第５図に示すように逆起電力が生じる。この
逆起電力を電圧・電流変化検出処理装置２４によって検
出し、電源遮断回路２５に信号を送る。これにより電磁
石３への通電は遮断される。以上のスクラム動作により
、延長管４は下降するようインクロックを組込まれてお
り、電磁石３は無励磁状態ですでに落下した制御棒１１
の頂部に到達し停止する。従って電磁石３とアーマチュ
ア１０切離れ状態の間、磁性粉末が電磁石３に引寄せら
れることはない。

電圧・電流変化検出処理装置２４から電源遮断回路２５
に送られる信号は、第１図中のＰのように原子炉内に設
けられている他の原子炉停止装置の電源供給装置の電源
遮断回路にも送られる。これにより、１つの原子炉停止
装置が作動すると、他の原子炉停止装置も同時に作動し
、電磁石が消磁され各制御棒が落下する。

１つ０以上、本実施例による装置における制御棒の上下動、ス
クラム動作について説明したが、次に原子炉停止中の磁
性微粉末の除去方法について説明する。駆動モータ７に
より延長管４を下降させ、制御棒１１を下部案内管１５
内下端まで挿入し、原子炉停止状態にした後、第６図に
示すように、励磁極性切換装置２６を電磁石３と電源供
給装置の間に接続する。そして、電磁石３への励磁電流
を、励磁極性切換装置２６あるいは電源供給装置２１等
のスイッチによってＯＦＦ状態にし、駆動モータ７によ
り、延長管４を上昇させ電磁石３とアーマチュア１０と
を切離した状態にする。

次に、励磁極性切換装置２６を用いて、電磁石３に正方
向の電流を流し、続いて上記装置を用いて電磁石３に逆
方向の電流を流す。正方向電流を流すと、電磁石３下面
の一部を表わす第７図に示すように、電磁石３側をＮ極
とすると電磁石３下面に付着した磁性微粉末の磁極は電
磁石３に接する部分がＳ極、その他方向の部分がＮ極と
なる。

この状態から、励磁極性切換装置２６により電磁石３に
逆電流を流すと、その瞬間、第８図に示すように、電磁
石３側はＳ極となり、それまで電磁石３下面に付着して
いた磁性微粉末２８は電磁石３による吸着力を失う。あ
るいは上記微粉末２８の磁極と電磁石３の磁極が同一と
なり、互いに反発しあう。−置型磁石３下面には冷却利
が矢印２９の如く流れており、上記微粉末２８に外力と
して流力が加えられている。これにより、吸着力を失っ
た微粉末２８は、冷却材中に押し流される。

あるいは電磁石３の下面の元の場所から別の場所へ矢印
３０のように移動する。よって、正逆電流の切換操作を
複数回繰返すことにより、下面に付着した磁性微粉末２
８は、電磁石３より容易に除去される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、制御棒に加わる上
向きの流体圧を大きくする構造としているので電磁石が
必要とする保持力に対する余裕を増大させることができ
る。また、炉心から流れ出る冷却材の温度上昇によって
制御棒が落下すると、他の原子炉停止装置も含めて全て
の電磁石を消磁し、制御棒が落下するようにしているの
で、冷却材中の磁性微粉末が電磁石表面に付着すること
を防止することができる。また−様でない分布の温度上
昇に対して一箇所の制御棒が落下すると、同時に他の複
数の制御棒も落下するようになっているので、炉内の構
造物の温度分布に歪みが生ずることが無い。

さらに原子炉停止中に電磁石への励磁電流を正逆繰返す
運転を行うことにより、電磁石下面に付着した磁性微粉
末を取除いて電磁石とアーマチュアとの間のギャップ寸
法をおさえることができ、電磁石の保持力を良好に維持
することができる。

このように、本発明によれば、制御棒を原子炉運転中十
分な保持力で保持し、信頼性の高いコンパクトなキュリ
ー点電磁石式自己作動型原子炉停止装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の一実施例を説明するための原子炉停
止装置の部分断面図、第１Ｂ図は第１Ａ図のＢ−Ｂ線断
面図、第１Ｃ図は第１Ａ図のＣ−Ｃ線断面図、第２図お
よび第３図は各々制御棒保持と切離時を説明するための
部分拡大断面図、第４図はキュリー点電磁石の温度と保
持力の関係を示す図、第５図は制御棒が落下する時の電
磁石電圧変化を示す図、第６図は本発明の他の運転方法
を説明するための部分回路図、第７図および第８図は電
磁石の励磁極性を切換えた時の磁性微粉末の挙動を説明
した説明図、第９図は従来の原子炉停止装置を示す部分
断面図、第１０図は電磁石とアーマチュアの接続構造を
示す部分拡大断面図である。１・・・案内管、２・・・遮蔽体、３・・・電磁石、４
・・・延長管、７・・・駆動モータ、１０・・・アーマ
チュア、１１・・・制御棒、１５・・・下部案内管、１
６・・・コイル、１７・・・鉄心、１８・・・内側鉄心
、１つ・・・温度感知合金、２１・・・電源供給装置、
２２・・・ベローズ、２３・・・ストッパ、２４・・・
電圧・電流変化検出処理装置、２５・・・電源遮断回路
、２７・・・励磁極性切換装置。３４孝和′ｉ：１′　呈Ｖ嶋　ミ

Claims

【特許請求の範囲】１、原子炉容器の上端開口部を閉塞する遮蔽体を貫通し
て炉心の上方位置に垂下される案内管と、この案内管内
に配置され下端に電磁石を有する延長管と、この延長管
を上下に駆動する駆動源と、前記電磁石に上端部が磁着
されるアーマチュアと、このアーマチュアの下部に連結
棒を介して連結された制御棒と、この制御棒を収納し、
下方から冷却材が導入される下部案内管と、前記電磁石
に電気を供給する電源装置とからなり、前記アーマチュ
アはその外周部がキュリー点材料からなる温度感知合金
で、内側が鉄心により構成されている原子炉停止装置に
おいて、前記制御棒の上部外周位置には上方に向けて円
筒状の伸縮可能なベローズが設けられ、前記下部案内管
の上方開口部付近には、前記ベローズの上端部と密着す
るストッパが形成されているとともに、制御棒には軸方
向に貫通して小径の流路孔が形成されていることを特徴
とする原子炉停止装置。２、原子炉容器の上端開口部を閉塞する遮蔽体を貫通し
て炉心の上方位置に垂下される案内管と、この案内管内
に配置され下端に電磁石を有する延長管と、この延長管
を上下に駆動する駆動源と、前記電磁石に上端部が磁着
されるアーマチュアと、このアーマチュアの下部に連結
棒を介して連結された制御棒と、前記電磁石に電気を供
給する電源装置とからなり、前記アーマチュアはその外
周部がキュリー点材料からなる温度感知合金で、内側が
鉄心により構成されている原子炉停止装置において、前
記電磁石と電磁石の電源装置とを結ぶ電気回路中には電
流・電圧変化検出処理回路が設けられ、前記電源装置に
は前記電流・電圧変化検出処理回路からの信号により作
動する電源遮断回路が接続されていることを特徴とする
原子炉停止装置。３、電源遮断回路は、原子炉中に配設された他の原子炉
停止装置の電源装置にも接続されていることを特徴とす
る請求項２に記載の原子炉停止装置。