JPH0422231B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は高速増殖の事故時に、通常の炉停止系
がスクラムしなかつた場合に、冷却材の温度を検
出して自動的にスクラムする原子炉自動停止装置
に関する。

［発明の技術的背景］ 一般に原子炉は中性子吸収材を内蔵した制御棒
を炉心内に挿脱して出力制御を行なうが、事故等
の緊急時には、この制御棒を炉心に全挿入して炉
の出力を停止させるように構成されている。

しかして原子炉自動停止装置は緊急時に炉の運
転を確実に停止させる必要があるため、構造が簡
単で確実に作動し得るものであることが要求され
る。従つて、この種装置は原子炉異常時に出力さ
れるスクラム信号に基づいてロジツク回路やリレ
ー等の電気回路および制御棒駆動機構等の外部機
器を用いて作動する原子炉停止系と、このような
外部機器を用いることなく、独立かつ自動的に動
作する原子炉自動停止系とを並用して２重、３重
の安全対策を構じることが望まれている。

第１図は液体金属冷却形高速増殖炉の概略例を
示す。同図において、原子炉容器１内には炉心２
が収容されており、この炉心２は炉心支持構造物
３によつて支持されている。原子炉容器１はその
上端を遮蔽プラグ４によつて閉塞されており、原
子炉容器１内には液体ナトリウム等の冷却材が収
容されている。

低温の冷却材は冷却材入口管５から原子炉容器
１内下部に流入し、下方より炉心２を通過して加
熱され、高温となつた冷却材は冷却材出口管６よ
り原子炉容器１外に流出し、中間熱交換器（図示
せず）に送られ二次冷却材と熱交換される。二次
冷却材との熱交換によつて低温となつた冷却材は
冷却材入口管５を通つてふたたび原子炉容器１内
下部に送られ、以下この径路を循環する。

炉心２内には燃料集合体とともに制御棒集合体
７が装荷されている。なお、この制御棒集合体７
は実際には複数本設けられているが、図には１体
のみ示す。前記遮蔽プラグ４には、これを貫通し
て炉心上部機構８が設けられている。遮蔽プラグ
４を貫通して設けられる継胴９内には多数本の計
測フインガ１０が収容されている。これらの計測
フインガ１０の先端は炉心２の上面に対向してお
り、かつ先端部には温度検出器（図示せず）等が
設けられ、炉心２から流出する冷却材の温度を測
定するように構成されている。なお、計測フイン
ガ１０は保護管１１、ペネトレーシヨン１２を通
つて原子炉容器１外に導出されている。

炉心上部機構８の上部には制御棒駆動機構１３
が設けられている。これらの制御棒駆動機構１３
の下端からは上部案内管１４が突設しており、こ
れらの上部案内管１４は継胴９内を通つて、炉心
２内に装荷された制御棒集合体７の上端に対向し
ている。

制御棒集合体７は第２図に示すように、下部案
内管１５と、この下部案内管１５内に上下動自在
に収容される制御棒１６とから構成されている。

下部案内管１５の下端に突設したエントランス
ノズル１７は炉心支持板１８，１９を貫通してこ
れらの間に形成される高圧プレナム室２０内に挿
入されており、高圧プレナム室２０内の冷却材の
圧力により抜け止めがなされるハイドロリツクホ
ールドダウン構造となつている。高圧プレナム室
２０の冷却材の一部はエントランスノズル１７か
ら下部案内管１内に導入され、制御棒１６内に収
容される中性子吸収材２１を冷却した後、上部案
内管１４へ流入する。

また、制御棒１６の下端にはダツシユラム２２
が突設されており、制御棒１６が下降した場合に
はダツシユラム２２がダツシユポツト２３内に進
入して緩衝をなすよう構成されている。上部案内
管１４内には外側延長管２４が挿通されており、
この外側延長管２４は連結棒２５を介して制御棒
駆動機構（第１図の１３）によつて上下に駆動さ
れるように構成されている。外側延長管２４の下
端には複数個のラツチフインガ２６が設けられて
いる。これらのラツチフインガ２６は拡径、縮径
自在に構成され、拡径した場合には制御棒１６の
ハンドリングヘツド２７に係合して制御棒１６を
保持し、また縮径した場合にはハンドリングヘツ
ド２７との係合が外れるように構成されている。

外側延長管２４内には感熱膨脹体２８を介して
内側延長管２９が設けられ、この内側延長管２９
は感熱膨脹体２８の伸縮に応じて上下動するよう
に構成されている。内側延長管２９の下端にはラ
ツチ操作部３０が設けられ、このラツチ操作部３
０がラツチフインガ２６内に進入すると、これら
のラツチフインガは拡径されてハンドリングヘツ
ド２７と係合し、またラツチ操作部３０がラツチ
フインガ２６内から抜け出ると、ラツチフインガ
２６は自身の弾性力によつて縮径し、ハンドリン
グヘツド２７との係合が外れるように構成されて
いる。

なお、外側延長管２４の側壁と上端には透孔２
４ａ，２４ｂが設けられ、上部案内管１４内を流
れる冷却材の一部を感熱膨脹体２８の表面に沿つ
て流すようにしてある。

このような構成の従来の原子炉自動停止装置に
おいて、通常運転時にはラツチフインガ２６がハ
ンドリングヘツド２７に係合した状態で、制御棒
駆動機構（第１図の１３）により外側延長管２４
が上下に移動されることにより制御棒１６の炉心
２内への挿入あるいは引抜きがなされ、原子炉の
出力が制御される。

一方、事故等により燃料出口温度が異常に高く
なつた場合には、第２図中に矢印で示すように流
れる冷却材によつて感熱膨脹体２８の温度が上昇
して膨脹し、ラツチフインガ２６とラツチ操作部
３０との間に相対変位を生じラツチ操作部３０が
下降してラツチフインガ２６内から抜け出して、
ラツチフインガ２６とハンドリングヘツド２７と
の係合が解放される。これにより制御棒１６は重
力により炉心２内へ落下し、原子炉をスクラムさ
せる。

第３図および第４図はそれぞれ別の従来技術例
を示す。これらの例は、制御棒１６をキユーリ点
電磁石３１で直接連結棒２５に吊下げるようにし
たもので、このキユーリ点電磁石３１が周囲温度
の異常上昇によつてキユーリ点を越えると、磁力
を失い、制御棒１６が落下する原理を利用してい
る。

すなわち第３図の例では燃料出口温度の異常上
昇によりキユーリ点電磁石３１を働かせるため、
数本の燃料３２の出口上部から、冷却材導入用の
配管３３を電磁石３１近傍まで引きまわしてい
る。また、第４図の例では、制御棒全引抜状態で
もキユーリ点電磁石３１が制御棒１６の上端近傍
に位置するよう配置し、燃料３２から流出する冷
却材が電磁石３１に当たりやすいようにしてい
る。

［背景技術の問題点］ しかしながら、上述のように構成した従来装置
には次のような欠点がある。すなわち第２図およ
び第４図の例においては、上部案内管１４の内径
が第５図中のハツチングで示すように、周囲燃料
の出口部に比べ最大でも約25％しか包含されてお
らず、冷却材の流れ込み流量が少ない。また、制
御棒７から流出する冷たい冷却材が中心部を上昇
してゆくので、感熱膨脹体２８やキユーリ点電磁
石３１が燃料３２の出口冷却材の温度上昇を感知
しにくい欠点がある。

さらに第３図の例においては、適当な数本の燃
料３２の上部に配管３３を引廻すが、第１図で説
明した後にこの配管部は炉心上部機構の計装機器
等が種々装荷されている部分に設置されるので、
配管３３の引廻しが困難である。また、この部分
は制御棒やブランケツト燃料あるいは炉心燃料間
のサーマルストライピングに直結されているだけ
でなく原子炉トリツプ等の厳しい熱過渡的条件下
にさらされるので、配管引廻しによつて構造が複
雑化すると、それだけ構造的信頼性が低下する。
更にはパイプ構造のため、流路圧損が大きくなり
冷却材流量が減り十分な温度上昇が得られないだ
けでなくキユーリ点電磁石３１までの到達時間が
遅れることになる。

次に、これを1000MWe級原子炉での例を上げ
て、定量的に説明する。

炉心燃料の通常運転時１体あたりの冷却材流量
は約30Kg／ｓであり、異常時に抑えたい燃料出口
温度は650℃、一方制御棒は10Kg／ｓで420℃程度
である。これを上記25％包含ケース（これは実験
炉ベースであり、大型炉ではほぼ０％）につき計
算する。冷却材が面積に比例して流入すると仮定
すると、燃料出口温度は、 （30Kg／ｓ×0.25×６本×650℃＋420℃
×10Kg／ｓ） ÷（30Kg／ｓ×0.25×６本＋10Kg／ｓ
）＝608℃ となる。ところで原子炉は通常運転時でも過出力
状態であり、その場合の温度は600℃〜620℃程度
である。従つて、燃料出口冷却材が感温部に直接
あたる場合もあるので、本ケースでは通常運転過
出力状態にも感温検知器が働きスクラムしてしま
う恐れがある。

［発明の目的］ 本発明は背景技術における上述の如き欠点を除
去し、信頼性の高い原子炉自動停止装置を得るこ
とを目的とする。

［発明の概要］ すなわち本発明の原子炉自動停止装置は、燃料
出口温度の異常を直接検知し制御棒を炉心内に自
動的に落下させる原子炉自動停止装置において、
制御棒駆動機構の上部案内管の下端部近傍内径
が、前記制御棒に隣接する燃料棒の出口面積の半
分以上を含有する内径とされていることを特徴と
している。

［発明の実施例］ 以下、第６図ないし第１２図を参照して本発明
の実施例を説明する。なお、これらの図では第１
図ないし第５図におけると同一部材には同一の符
号が付されている。

第６図において、制御棒１６の上端に設けたハ
ンドリングヘツドは、感温検知部であるキユーリ
点電磁石３１に吸着されて連結棒２５に吊り下げ
られている。制御棒集合体７および燃料３２の上
端に開口する上部案内管１４の下端近傍は大径部
１４ａとされている。この大径部１４ａの内径di
は、第７図中にハツチングで示すように隣接する
燃料３２の出口部面積の50％以上を含有する寸法
とされている。

この場合、感温検知部（キユーリ点電磁石３
１）に到達する冷却材の平均温度は、前述と同様
の計算により （30Kg／ｓ×0.5×６本×650℃＋10Kg／
ｓ×420℃） ÷（30Kg／ｓ×0.5×６本＋10Kg／ｓ
）＝627℃ となる。従つて、感温検知部の動作点を627℃に
セツトしておけば、通常の運転過出力状態の温度
620℃を越えているので、誤スクラムのおそれは
全くないし、異常時に抑えたい650℃以下でもあ
るので確実にスクラムさせることができる。

第８図および第９図に示す実施例では、上部案
内管１４の大径部１４ａ内にキユーリ点電磁石３
１や制御棒１６が大径部１４ａ内面に接触するの
を防止する板状のガイド３４が複数枚適当な間隔
をおいてスペーサ３５を介して取付けられてい
る。これらのガイド３４と大径部１４ａの間には
計測フインガ１０が貫通されている。

ガイド３４の機能は次の通りである。

すなわち第１図につき説明したように、炉心上
部機構８内には多数本の計測フインガ１０が配置
され、それらの下端は燃料の頂部に接続されてい
るが、この実施例では上部案内管１４の下端近傍
を拡径して大径部１４ａとしてるので、この大径
部１４ａと計測フインガ１０が干渉するおそれが
ある。そこでこの実施例では大径部１４ａ内に計
測フインガ１０を貫挿させて大径部外面との干渉
問題を解消させている。この場合ガイド３４は細
くて弱い計測フインガ１０が第９図中の鎖線で示
すようにキユーリ点電磁石３１が偏心しても、こ
れに接触して損傷を受けることがないように保護
する機能を果たす。またガイド３４は大径部１４
ａを補強し、耐震性向上に利用することもでき
る。

第１０図および第１１図に示す実施例において
は、外側延長管２４に加速落下用の加速管３６が
被嵌されており、またガイド３４は第１１図に示
されているように、横断面が内方凸にゆるやかに
湾曲する形状とされている。これらのガイド３４
の曲面形状はハンドリングヘツド２７がガイド３
４に内接されたとき加速管３６の下端近傍がどう
いう位置にあつても必ず両者が重なり合う部分が
あるような幾何学的形状とされている。

この実施例においては制御棒１６が単体で落下
し、かつ加速管３６により加速される場合に、制
御棒１６の径と加速管３６の下端部の径をガイド
３６の形状を考慮して上述の条件を満足するよう
にしてあるので、制御棒１６の落下時に加速管３
６が制御棒１６を追い越すことがなく、制御棒１
６を確実に加速落下させることができる。

なお、ガイド３４は第１２図に示すように断続
螺旋状の流動翼３７に置換えしてもよい。すなわ
ち上述のように上部案内管１４の大径部１４ａ内
には制御棒１６からの420℃位の低温冷却材と、
燃料からの580℃位の高温冷却材が流れ込むが、
この場合制御棒１６からの低温度冷却材のみが感
温検知部に当たつていると燃料の出口温度異常上
昇をキヤツチできないことになる。このため燃料
出口流れと制御棒出口流れをできるだけミキシン
グする必要があり、ガイドとして第１２図に示す
流動翼３７を使用する場合には、燃料と制御棒の
出口冷却材がミキシングされ温度の安定した流れ
が得られ、信頼性の高い原子炉自動停止装置が得
られる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の原子炉自動停止装
置によれば、構造が単純で燃料出口冷却材を十分
に感温検知部に導入でき、またミキシングされ温
度が平均化された冷却材が得られるので、誤動作
がなく信頼性が高いだけでなく構造強度上も安定
した原子炉自動停止装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高速増殖炉の概略構成を示す縦断面
図、第２図ないし第４図はそれぞれ従来の原子炉
自動停止装置を例示する縦断面図、第５図はそれ
らの作動を説明するための横断面図、第６図、第
８図および第１０図はそれぞれ本発明の実施例を
示す要部の縦断面図、第７図、第９図および第１
１図はそれぞれ第６図、第８図および第１０図中
の−線、−線およびXI−XI線に沿う横断
面図、第１２図は本発明の他の実施例の横断面図
である。 ７……制御棒集合体、８……炉心上部機構、１
０……計測フインガ、１１……保護管、１３……
制御棒駆動機構、１４……上部案内管、１５……
下部案内管、１６……制御棒、１７……エントラ
ンスノズル、２４……外側延長管、２５……連結
棒、２８……感熱膨脹体、２９……内側延長管、
３１……キユーリ点電磁石、３２……燃料、３４
……ガイド、３５……スペーサ、３６……加速
管、３７……流動翼。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料出口温度の異常を直接検知し制御棒を炉
   心内に自動的に落下させる原子炉自動停止装置に
   おいて、制御棒駆動機構の上部案内管の下端部近
   傍内径が、前記制御棒に隣接する燃料棒の出口面
   積の半分以上を含有する内径とされていることを
   特徴とする原子炉自動停止装置。 ２ 上部案内管の下端部近傍には、制御棒駆動機
   構の計測フインガと制御棒との接触を防止するガ
   イドが配設されている特許請求の範囲第１項記載
   の原子炉自動停止装置。 ３ 下部案内管の下端部近傍には、制御棒から流
   出する冷却材と燃料から流出する冷却材とを混合
   する流動翼が配設されている特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の原子炉自動停止装置。