JPH05302989A

JPH05302989A - 原子炉停止装置

Info

Publication number: JPH05302989A
Application number: JP4109791A
Authority: JP
Inventors: Hisato Matsumiya; 壽人松宮; Hiroshi Endo; 寛遠藤; Yasushi Tsuboi; 靖坪井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】通常運転時の温度変化に対する炉心挿入量の変
化を抑えることができ、熱膨張による伸長量が大きく、
機械的強度を高くする。【構成】炉心に設置された案内管４１内に昇降自在に収
納される制御棒本体４３と、この制御棒本体４３の上端
から上方へ延び制御棒本体４３を吊下する延長部材４４
と、この延長部材４４の途中に介在し伸縮自在な伸縮部
材５２と、この伸縮部材５２を包囲し内部に冷却材５７
を収容した感温部材５５とを備え、外部の冷却材の急激
な温度上昇時、感温部材５５内における冷却材５７の熱
膨張にて伸縮部材５２を伸長させるように構成したもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速増殖炉に設置される
原子炉停止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高速増殖炉の炉心は、図３に示
すように多数の燃料集合体１と、この燃料集合体１の間
に挿入される複数の制御棒集合体２と、燃料集合体１の
最外部を包囲するようにして設けられる多数の遮蔽体
（図示せず）により大略構成されている。

【０００３】燃料集合体１は内部に多数の燃料ピン３を
装着しており、下端に設けたエントランスノズル４を炉
心支持板５の開孔部に挿入することにより定位置に設置
される。そして、炉心支持板５内の高圧プレナム６から
冷却材がエントランスノズル４の冷却材流入口７を通し
て流入し、続いて燃料ピン３の間を上昇し、燃料集合体
１を除熱する。

【０００４】制御棒集合体２は下部案内管８と、上部案
内管９と、制御棒本体１０と、この制御棒本体１０を吊
下する延長管１１とから構成されている。下部案内管８
は下端に形成されているエントランスノズル１２を炉心
支持板５の開孔部に挿入することにより定位置に設置さ
れる。このエントランスノズル１２には高圧プレナム６
に連通する冷却材流入口１３と、制御棒本体１０の内在
する内側に連通する連通孔１４とが設けられている。

【０００５】また、制御棒本体１０は内部に中性子吸収
体を内蔵し、再挿入時には下端の係合部１５を下部案内
管８のダッシュポット１６内に挿入して定位される。制
御棒本体１０は上端から上方へ延出させた延長棒１７の
上端部に形成した掴み部１８により延長管１１の下端部
を掴むことによってその延長管１１に吊下される。この
延長管１１を制御棒駆動機構（図示せず）にて上下動さ
せることにより、制御棒本体１０を炉心内に挿入した
り、引き抜いたりする。

【０００６】この制御棒本体１０の除熱は、高圧プレナ
ム６からエントランスノズル１２の冷却材流入口１３、
連通孔１４を通って下部案内管８を上昇する冷却材によ
り行われる。また、延長管１１の途中にはばね１９を介
在させ、このばね１９の外側にベローズ２０を設け、こ
のベローズ２０およびばね１９の外側を二重円筒状感温
部材２１で包囲し、この感温部材２１内およびベローズ
２０内に冷却材である液体金属２２を封入している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】通常の運転時には延長
管１１の上下動作により制御棒本体１０の炉心内への挿
入度を調整して炉出力を調整する。また、炉出力が異常
に上昇したり、冷却材が減少するなどの異常が生じる
と、制御棒本体１０を炉心内に緊急挿入させて炉を停止
させるスクラム動作が行われる。

【０００８】一方、高速増殖炉においては緊急時に何等
かの原因で延長管１１が下降できなくなって制御棒本体
１０を炉心内に挿入できないというスクラム失敗の場合
を想定し、このスクラム失敗時にも炉心の反応度を臨界
よりも低く抑える必要がある。これはスクラム失敗が起
きると、原子炉出力が過剰に増大して冷却材温度が上昇
し、ひいては炉心損傷事故が生ずる可能性があるからで
ある。

【０００９】図４に示すようにスクラム失敗時には、炉
心内においてドップラ効果および冷却材密度効果により
制御棒反応度が０の臨界よりも高い同図中線ａの正の反
応度が発生する。しかし、従来の熱膨張式原子炉停止装
置においては、延長管１１および延長棒１７が事故によ
る冷却材温度上昇に伴って軸方向に熱膨張し、制御棒本
体１０を炉心内に挿入し、同図中線ｂの負の反応度が発
生する。そして、従来はこれらの正・負の反応度を重ね
合せた全反応度を同図線ｃのように臨界より低い負の反
応度領域に保持して、原子炉の安全性を確保している。

【００１０】また、従来の熱膨張式原子炉停止装置にお
いては、原子炉の起動、停止時に軸方向に膨張・収縮す
るため、原子炉の制御を複雑にしている。そして、事故
事象によっては事故発生時の伸長量が不足し、安全の確
保が不十分な場合がある。

【００１１】さらに、従来の原子炉停止装置において
は、通常運転中の軸方向の膨張によりばね１９の復元力
を生じさせ、その復元力はベローズ２０内圧とバランス
する。このような圧力はベローズ２０の健全性を確保す
る上で非常な困難を招く問題点がある。そして、ベロー
ズ２０を使用しているため、設計の自由度が低下すると
ともに、機械的強度が低いという問題点がある。

【００１２】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、通常運転時の温度変化に対する炉心挿入量の変
化を抑えることができ、熱膨張による伸長量が大きく、
機械的強度の高い原子炉停止装置を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る原子炉停止
装置は、上述した課題を解決するために、炉心に設置さ
れた案内管内に昇降自在に収納される制御棒本体と、こ
の制御棒本体の上端から上方へ延び上記制御棒本体を吊
下する延長部材と、この延長部材の途中に介在し伸縮自
在な伸縮部材と、この伸縮部材を包囲し内部に冷却材を
収容した感温部材とを備え、外部の冷却材の急激な温度
上昇時、上記感温部材内における冷却材の熱膨張にて上
記伸縮部材を伸長させるように構成したものである。

【００１４】

【作用】上記の構成を有する本発明においては、原子炉
の通常起動時、低温停止温度から定格運転温度までの温
度上昇に伴い、感温部材内の冷却材はさほど熱膨張せず
に伸縮部材が元の状態を保持し、制御棒本体は炉心に挿
入されない。一方、急激な温度上昇時には、感温部材内
の冷却材が大きく熱膨張して伸縮部材を伸長させ、制御
棒本体を炉心に挿入する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る原子炉停止装置の一実施例を
示す。

【００１６】図１に示すように、高速増殖炉の炉心は、
多数の燃料集合体３０と、この燃料集合体３０の間に挿
入される複数の制御棒集合体４０と、燃料集合体３０の
最外部を包囲するようにして設けられる多数の遮蔽体
（図示せず）により大略構成されている。

【００１７】燃料集合体３０は内部に多数の燃料ピン３
３を装着しており、下端に設けたエントランスノズル３
４を炉心支持板３５の開孔部に挿入することにより定位
置に設置される。そして、炉心支持板３５内の高圧プレ
ナム３６から冷却材がエントランスノズル３４の冷却材
流入口３７を通して流入し、続いて燃料ピン３３の間を
上昇し、燃料集合体３０を除熱する。

【００１８】制御棒集合体４０は下部案内管４１と、上
部案内管４２と、制御棒本体４３と、この制御棒本体４
３を吊下する延長部材としての延長管４４とから構成さ
れている。下部案内管４１は下端に形成されているエン
トランスノズル４５を炉心支持板３５の開孔部に挿入す
ることにより定位置に設置される。このエントランスノ
ズル４５には高圧プレナム３６に連通する冷却材流入口
４６と、制御棒本体４３の内在する内側に連通する連通
孔４７とが設けられている。

【００１９】また、制御棒本体４３は内部に中性子吸収
体を内蔵し、再挿入時には下端の係合部４８を下部案内
管４１のダッシュポット４９内に挿入して定位される。
制御棒本体４３は上端から上方へ延出させた延長棒５０
の上端部に形成した掴み部５１により延長管４４の下端
部を掴むことによってその延長管４４に吊下される。こ
の延長管４４を制御棒駆動機構（図示せず）にて上下動
させることにより、制御棒本体４３を炉心内に挿入した
り、引き抜いたりする。

【００２０】ところで、図１に示す原子炉停止装置は、
延長管４４の途中に伸縮自在な伸縮手段としてのばね５
２が介在され、このばね５２の下端には下側の延長管４
４と接続したピストン５３が設けられている。そして、
ばね５２およびピストン５３の外側には円筒状のシリン
ダ５４が包囲して設けられ、このシリンダ５４と一体に
連続して円筒状の感温部材５５がばね５２および上側の
延長管４４の一部を包囲して設置されている。

【００２１】また、図２に示すように、感温部材５５と
上側の延長管４４との間には感温部５６が形成され、こ
の感温部５６には冷却材としての液体金属５７が封入さ
れている。この感温部５６内の液体金属５７はピストン
５３とシリンダ５４との間を通って外側の液体金属とも
連通している。そして、ピストン５３には複数のピスト
ンリング５８が設けられている。なお、ばね５２は通常
運転時には制御棒の自重分の伸びが発生している。次
に、本実施例の作用について説明する。

【００２２】原子炉異常時に冷却材温度が上昇した場
合、感温部材５５の周囲の液体金属の温度も上昇する。
この場合、感温部材５５は薄い円筒状に形成されている
ため、その内側の液体金属５７の温度もほとんど時間遅
れなく上昇する。感温部５６内の液体金属５７は温度が
上昇しながら膨張し、ばね５２を伸長させピストン５３
を下方に押し下げる。これにより、制御棒を炉心に挿入
する。このとき、ピストン５３とシリンダ５４との間を
通って漏洩する液体金属５７はわずかである。

【００２３】すなわち、通常運転温度から異常時には、
例えば２５０℃／分というような急激な温度変化が感温
部５６外の液体金属に生ずる。すると、感温部５６内の
液体金属５７が温度上昇しながら熱膨張し、ピストン５
３とシリンダ５４との間の隙間からの液体金属の漏洩は
わずかなため、ピストン５３は下向きの力を受けピスト
ン５３は下がり、制御棒は炉心に挿入される。

【００２４】また、通常起動時や通常停止時などのよう
に、低温停止温度から定格運転時温度までの緩やかな温
度上昇を伴う過渡挙動では、感温部材５５外側の液体金
属の温度上昇により、感温部材５５内側の液体金属５７
は温度が上昇しながら膨張する。このとき、膨張速度が
緩やかであるため、膨張する液体金属５７はピストン５
３とシリンダ５４との間を通って外側の液体金属へ漏洩
する。その結果、ピストン５３は下向きの力を受けず、
ばね５２は伸長しないため、制御棒は炉心に挿入されな
い。

【００２５】このように本実施例によれば、感温部材５
５を薄い材料で形成したので、周囲の液体金属の温度に
即座に応答することができる。また、ベローズを使用し
ていないため、設計に裕度が生じ、感温部５６とシリン
ダ５４内部のナトリウムインベントリ比を小さくできる
ので、事故時の伸長量を大きくすることができ、ベロー
ズを使用した熱膨張式炉停止装置に比べ機械的強度が高
くなる。さらに、原子炉異常時に制御棒を挿入できるた
め、原子炉の安全性を高めることができる。そして、通
常運転時の操作に悪影響を及ぼすことがない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る原子
炉停止装置によれば、外部の冷却材の急激な温度上昇
時、感温部材内における冷却材の熱膨張にて伸縮部材を
伸長させるように構成したので、制御棒本体を炉心内へ
従来より確実に挿入させることができ、これにより大き
な負の制御棒反応度を炉心に与えることができる。よっ
て、スクラム失敗事故が万一生じても炉出力を自動的に
減衰させ、原子炉の固有の安全性を高くすることができ
る。また、従来の熱膨張式炉停止装置のようにベローズ
を使用しないので、機械的強度が高くなるとともに、設
計の自由度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉停止装置の一実施例を示す
縦断面図。

【図２】図１におけるＡ部を拡大して示す部分断面図。

【図３】従来の原子炉停止装置を示す縦断面図。

【図４】図３における反応と事故時間との関係を示す特
性図。

【符号の説明】

３０燃料集合体４０制御棒集合体４１下部案内管４３制御棒本体４４延長管（延長部材）５２ばね（伸縮手段）５３ピストン５４シリンダ５５感温部材５７液体金属（冷却材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉心に設置された案内管内に昇降自在に
収納される制御棒本体と、この制御棒本体の上端から上
方へ延び上記制御棒本体を吊下する延長部材と、この延
長部材の途中に介在し伸縮自在な伸縮部材と、この伸縮
部材を包囲し内部に冷却材を収容した感温部材とを備
え、外部の冷却材の急激な温度上昇時、上記感温部材内
における冷却材の熱膨張にて上記伸縮部材を伸長させる
ように構成したことを特徴とする原子炉停止装置。