JPH0651081A - 原子炉停止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】温度上昇に対する応答性が速やかでかつ制御棒
を炉心内に確実に挿入できる。 【構成】上下部の延長棒17間にコイルばね36を設け、こ
のばね36の外側を長尺ベローズ34で包囲し、このベロー
ズ34の外側に二重円筒状感温部材35を設け、上部の延長
棒17に連通孔31を形成し、べローズ34内と感温部材35内
に液体金属32を封入した熱膨張式原子炉停止装置におい
て、感温部29の感温部材35に平板状のフィン38を放射状
に取り付ける。原子炉異常時に冷却材の温度が上昇した
場合、フィン38により感温部材35内の液体金属32が温度
上昇し、連通孔31を通って長尺ベローズ34を変位させ、
制御棒を炉心に挿入する。

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
る熱膨張式の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11および
図12に示すように多数の燃料集合体１，１と、これら燃
料集合体１，１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）によって形成されてい
る。

【０００３】燃料集合体１はラッパ管１ａ内に多数の燃
料ピン３を組み込んでおり、ラッパ管１ａの下端に設け
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。

【０００４】炉心内では炉心支持板５内の高圧プレナム
６から液体金属ナトリウムの冷却材がエントランスノズ
ル４の冷却材流入口７を通してラッパ管１ａ内に流入
し、続いて燃料ピン３の間を上昇し、ラッパ管１ａの上
部のハンドリングヘッドから流出して、燃料集合体１を
除熱する。

【０００５】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、これを吊下する延長管11とによ
り形成されている。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
して定位置に設置される。

【０００６】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内に連
通する連通孔14とが設けられている。また、制御棒本体
10内には中性子吸収体ピンが組み込まれている。

【０００７】制御棒本体10の再挿入時には、制御棒本体
10の下部に設けた係合部15を下部案内管８底部のダッシ
ュポット16内に挿入して定位置に設置される。制御棒本
体10の上端には上方へ延出させた延長棒17を有し、この
延長棒17の上端部に掴み部18が形成されている。この掴
み部18により延長管11の下端部を掴むことによって制御
棒本体10は延長管11に吊下される。

【０００８】延長管11を制御棒駆動機構（図示せず）に
よって上下動させることによって制御棒本体10を炉心内
に挿入したり、引抜いたりする。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とを通って下部案内管８内を上昇す
る冷却材によって行われる。

【０００９】図12に図11のＧ部を拡大して示したように
延長棒17を切断したその間に図11で示したばね部30にコ
イルばね36を介在し、このコイルばね36の外側にベロー
ズ34を設け、このベローズ34およびコイルばね36の外側
を包囲して図11で示した感温部29に二重円筒状感温部材
35を設けている。この感温部材35内およびベローズ34内
に液体金属32として液体金属ナトリウムを封入してい
る。

【００１０】ベローズ34は延長棒17，17間に支持板33で
両端部が固定されている。二重円筒状感温部材35の両端
部は環状端栓37で封止されている。ベローズ34内と感温
部材35との間は上部の延長棒17に形成した連通孔31によ
り連通している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】通常の原子炉運転時に
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、冷却材が減少する等の異常が生じる
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。

【００１２】一方、高速増殖炉においては緊急時に何ら
かの原因で延長管11が下降不能となって制御棒本体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。

【００１３】その理由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の温度が上昇し、ひいて
は炉心損傷事故につながる可能性があることによる。

【００１４】図13は反応度と事故時間との関係を示した
もので、図13に示すようにスクラム失敗時には炉心内に
おいてはドップラ効果および冷却材の密度効果によって
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。

【００１５】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
の温度上昇に伴って軸方向に膨張し、制御棒本体10を炉
心内に挿入し、同図中線ｂの反応度が発生する。

【００１６】従来はこれらの正，負の反応度が重ね合わ
せた全反応度を同図中線ｃのように臨界より低い負の正
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。

【００１７】従来の熱膨張式原子炉停止装置において
は、原子炉異常時のスクラム失敗に伴う冷却材の温度上
昇に感応し、感温部材内の液体金属が熱膨張する。しか
しながら、感温部材内の液体金属が昇温されるまでに時
間がかかり、制御棒の膨張による負の反応度効果が十分
即効的に得られない課題がある。

【００１８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、冷却材の温度上昇に対する応答性が優れ、か
つ制御棒を炉心内に確実に挿入できる原子炉停止装置を
提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は炉心に設置され
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出された延長棒と、この
延長棒の上部に設けた掴み部と係合して前記制御棒本体
を吊下する延長管と、前記延長棒の一部に介在したばね
と、このばねの伸縮と連動するベローズと、このベロー
ズおよび前記ばねの外側を包囲して設けられた二重円筒
状感温部材と、この感温部材内および前記ベローズ内に
封入された液体金属と、前記べローズ内および前記感温
部材内を連通している連通孔とを具備した原子炉停止装
置において、前記感温部材にフィンを取り付けるか、ま
たは感温部材を波形に形成して、熱伝達面積を大きくす
ることを特徴とする。また、液体金属に液体リチウムを
使用するか、または制御棒本体の周囲に燃料ピンを環状
に設けたことを特徴とする。

【００２０】

【作用】感温部材にフィンを取り付けた場合、このフィ
ンにより冷却材の温度上昇をべローズ内の液体金属によ
り速やかに熱を伝達する。このため、感温部材内の液体
金属の昇温時間が短くなり、感温部材内の液体金属の熱
膨張が速まる。したがって、制御棒の膨張による負の反
応度効果が即効的に得られる。

【００２１】また、感温部材を波状の形状とし、熱伝達
面の面積を大きくすることにより、冷却材の温度上昇を
ベローズ内の液体金属により速く熱を伝達する。このた
め、感温部材内の液体金属の昇温時間が短くなり、感温
部の液体金属の熱膨張が速まり、制御棒の膨張による負
の反応度効果が即効的に得られる。

【００２２】さらに、べローズ内の液体金属に液体リチ
ウムを使用することにより、原子炉出力が過剰に増大し
た時の中性子束レベルの上昇に伴い、ベローズ内のリチ
ウムのＬｉ（ｎ，α）反応による発熱が増える。このた
め、感温部材内の液体金属の昇温時間が短くなり、感温
部の液体金属の熱膨張が速まる。したがって、制御棒の
膨張による負の反応度効果が即効的に得られる。

【００２３】また、制御棒本体のまわりに燃料ピンを環
状に設けることにより、原子炉異常時には燃料ピンの出
力が上昇する。それに伴い燃料ピンのまわりの冷却材の
温度が上昇し、この昇温した冷却材が直接感温部材に達
する。このため、感温部材内の液体金属の昇温時間が短
くなり、感温部の液体金属の熱膨張が速まる。したがっ
て、制御棒膨張による負の反応度効果が即効的に得られ
る。

【００２４】

【実施例】

（第１の実施例）図１から図３を参照して本発明に係る
原子炉停止装置の第１の実施例を説明する。なお、図２
は図１のＡ部を拡大した縦断面図で、図３は図２のＢ−
Ｂ矢視方向断面図である。図中、図11および図12と同一
部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略す
る。

【００２５】本第１の実施例が従来例と異なる点は図１
に示す感温部29に平板状のフィン38を放射状に取り付け
たことにある。その他の構成は従来例と同様である。

【００２６】すなわち、図１に示す感温部29は図２に拡
大して示したように二重円筒状感温部材35からなってお
り、この感温部材35の外側に図３に示したように平板状
のフィン38を放射状に取り付けて熱伝達面積を大きくし
ている。

【００２７】次に上記構成の第１の実施例の作用効果を
説明する。原子炉異常時に冷却材の温度が上昇した場
合、冷却材中に突出しているフィン38により冷却材の温
度上昇を感温部材35内の液体金属32により速やかに熱を
伝達する。このため、感温部材35内の液体金属32は温度
が上昇しながら膨張し、連通孔31を通って、べローズ部
28の長尺べローズ34を変位させ、制御棒を炉心に挿入す
る。

【００２８】これにより制御棒本体10は従来より速やか
に炉心内に挿入されるため、原子炉に異常時が生じた場
合、制御棒膨張による負の反応度効果が即効的に得られ
る。 （第２の実施例）次に図４から図６を参照して本発明の
第２の実施例を説明する。図５は図４のＣ部を拡大して
示す縦断面図で、図６は図５のＤ−Ｄ矢視方向断面図で
ある。図中、図11および図12と同一部分には同一符号を
付して重複する部分の説明は省略する。

【００２９】本第２の実施例が従来例と異なる点は感温
部29の感温部材35の外側管を図６に拡大して示したよう
に波状形状に形成して熱伝達面の面積を大きくしたこと
にある。また、感温部29の強度を補強するために補強棒
39を延長棒17と感温部29とに取り付け、補強棒39を束ね
るように補強環40を設置している。

【００３０】次に第２の実施例の作用効果を説明する。
原子炉異常時に冷却材温度が上昇した場合、感温部29の
熱伝達面の面積が大きいため、冷却材の温度上昇を感温
部材35内の液体金属32により速やかに熱を伝達する。こ
のため、感温部材35内の液体金属32は温度が上昇しなが
ら膨張し連通孔31を通って、ベローズ34を変位させ、制
御棒を炉心に挿入する。

【００３１】これにより制御棒本体10は従来より速やか
に炉心内に挿入されるため、原子炉に異常時が生じた場
合、制御棒の膨張による負の反応度効果が即効的に得ら
れる。

【００３２】（第３の実施例）次に図７から図８を参照
して本発明の第３の実施例を説明する。図８は図７のＥ
部を拡大して示す縦断面図である。図中、図11および図
12と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明
は省略する。

【００３３】本第３の実施例が従来例と異なる点は感温
部材35内およびベローズ34内の液体金属を従来の液体ナ
トリウムから液体リチウム41に置き換えたことにある。
なお、その他の構成は図11の従来例と同様である。

【００３４】次に第３の実施例の作用効果を説明する。
原子炉異常時、原子炉出力が過剰に増大した時の中性子
束レベルの上昇に伴い、感温部材35およびべローズ34内
の液体リチウム41によるＬｉ（ｎ，α）反応が増大す
る。Ｌｉ（ｎ，α）反応による発熱の増大は瞬時に生じ
る。このため、感温部材35の液体リチウム41が昇温され
る時間が短くなり、感温部材35内の液体金属の熱膨張が
速やかになる。したがって、べローズ34の変位も速やか
になり、制御棒を炉心に挿入する時間が短くなる。

【００３５】これにより制御棒本体10は従来より速やか
に炉心内の挿入されるため、原子炉に異常時が生じた場
合、制御棒膨張による負の反応度効果が即効的に得られ
る。 （第４の実施例）次に図９および図10を参照して本発明
の第４の実施例を説明する。図10は図９のＦ−Ｆ矢視方
向の横断面図、とりわけ燃料集合体１，１間の下部案内
管８内の横断面図を示している。なお、図中、図11およ
び図12と同一部分には同一符号を付して重複する部分の
説明は省略する。

【００３６】本実施例は燃料集合体１，１間の下部案内
管８内部に燃料ピン42を、制御棒本体10のまわりに環状
に設けている。この燃料ピン42の冷却材流量を確保する
ため連通孔14の開口面積を広げている。さらに、従来設
置されていた導入管を削除している。

【００３７】次に第４の実施例の作用効果を説明する。
原子炉異常時には下部案内管８の内部の燃料ピン42の出
力が上昇し、それに伴いこの燃料ピンのまわりの冷却材
温度が上昇する。この昇温した冷却材が直接感温部材35
に達する。このため、感温部29の液体金属32が昇温され
る時間が短くなる。感温部29の液体金属32は温度が上昇
しながら膨張し連通孔31を通って、ベローズ34を変位さ
せ、制御棒を炉心に挿入する。

【００３８】これにより制御棒本体10は従来より速やか
に炉心内の挿入されるため、原子炉に異常時が生じた場
合、制御棒膨張による負の反応度効果が即効的に得られ
る。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、原子炉異常時の冷却材
の温度上昇を利用しているため、周囲の温度上昇に対す
る応答性が速やかで、かつ従来より確実に制御棒を炉心
内へ挿入させることができ、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉停止装置の第１の実施例を
示す縦断面図。

【図２】図１におけるＡ部を拡大して示す縦断面図。

【図３】図２におけるＢ−Ｂ矢視方向を切断して示す横
断面図。

【図４】本発明に係る原子炉停止装置の第２の実施例を
示す縦断面図。

【図５】図４におけるＣ部を拡大して示す縦断面図。

【図６】図５におけるＤ−Ｄ矢視方向を切断して示す横
断面図。

【図７】本発明に係る原子炉停止装置の第３の実施例を
示す縦断面図。

【図８】図７におけるＥ部を拡大して示す縦断面図。

【図９】本発明に係る原子炉停止装置の第４の実施例を
示す縦断面図。

【図１０】図９におけるＦ−Ｆ矢視方向を切断して示す
横断面図。

【図１１】従来の原子炉停止装置を示す縦断面図。

【図１２】図11におけるＧ部を拡大して示す縦断面図。

【図１３】図11における反応度と事故時間との関係を示
す特性図。

【符号の説明】

１…燃料集合体、２…制御棒集合体、３…燃料ピン、４
…エントランスノズル、５…炉心支持板、６…高圧プレ
ナム、７…冷却材流入口、８…下部案内管、９…上部案
内管、10…制御棒本体、11…延長管、12…エントランス
ノズル、13…冷却材流入口、14…連通孔、15…係合部、
16…ダッシュポット、17…延長棒、18…掴み部、28…ベ
ローズ部、29…感温部、30…ばね部、31…連通孔、32…
液体金属、33…支持板、34…長尺ベローズ、35…感温部
材、36…コイルばね、37…端栓、38…フィン、39…補強
棒、40…補強環、41…液体リチウム、42…燃料ピン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   方へ延出された延長棒と、この延長棒の上部に設けた掴
   み部と係合して前記制御棒本体を吊下する延長管と、前
   記延長棒の一部に介在したばねと、このばねの伸縮と連
   動するベローズと、このベローズおよび前記ばねの外側
   を包囲して設けられた二重円筒状感温部材と、この感温
   部材内および前記ベローズ内に封入された液体金属と、
   前記べローズ内および前記感温部材内を連通している連
   通孔とを具備し、前記感温部材にフィンを取り付ける
   か、または前記感温部材を波形に形成して熱伝達面積を
   大きくしてなることを特徴とする原子炉停止装置。
2. 【請求項２】 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
   方へ延出された延長棒と、この延長棒の上部に設けた掴
   み部と係合して前記制御棒本体を吊下する延長管と、前
   記延長棒の一部に介在したばねと、このばねの伸縮と連
   動するベローズと、このベローズおよび前記ばねの外側
   を包囲して二重円筒状感温部材と、この感温部材内およ
   び前記ベローズ内に封入された液体金属と、前記べロー
   ズ内および前記感温部材内を連通している連通孔とを具
   備し、前記液体金属に液体リチウムを使用するか、また
   は前記制御棒本体の周囲に環状に燃料ピンを設けてなる
   ことを特徴とする原子炉停止装置。