JPH08146174A

JPH08146174A - 高速炉の反応度制御型炉心保護装置

Info

Publication number: JPH08146174A
Application number: JP6292783A
Authority: JP
Inventors: Yukito Suzuki; 之人鈴木; Masayoshi Ishida; 政義石田; Shuji Suzuki; 修二鈴木; Satoshi Itooka; 聡糸岡
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】炉心保護装置本体の内部に冷却材が流入し難
く、かつ炉心保護機構本体の内部から冷却材が流出し易
い装置を設けて炉心保護装置による反応度減少速度を損
なわずに反応度添加速度を緩和させ、かつ一定出力運転
時には炉心保護装置による反応度外乱を抑制することが
でき、炉心過渡特性良好にして炉心運転条件の自由度を
増すことが可能な炉心保護装置を提供する。【構成】上端部が閉塞され、かつ下端部に外部の冷却材
に通ずるエントランスノズル６を有し、かつ内部にガス
７が封入された炉心保護機構本体１を備え、この炉心保
護機構本体内部へ冷却材８が流出入することにより炉心
反応度投入制御が行なわれる高速炉の反応度制御型炉心
保護装置において、前記炉心保護機構本体内のエントラ
ンスノズル６の近傍に、冷却材８の流入時には冷却材の
流動に対して高抵抗となり、かつ冷却材の流出時には低
抵抗となる異方向流動制御装置１８を設けるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速炉の反応度制御型
炉心保護装置の改良に係り、特にナトリウム冷却高速炉
における一次主ポンプ停止をともなう異常時，または事
故時の炉心の安全性を向上するために採用されている反
応度制御型炉心保護装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に、高速炉ではなんらかの原因
で異常が生じた場合には、その異常を検知して原子炉を
安全に停止するために、制御棒を用いた原子炉停止系が
備えられている。このような原子炉停止系は、多重性・
多様性を持たせて設計され、高い信頼性を持たせた設計
となっている。

【０００３】このような高速炉に、さらに、受動的な安
全特性を持たせるために考えられている高速炉の反応度
制御型炉心保護装置は、高速炉になんらかの原因で異常
が生じた場合でも、かつ、制御棒を用いた原子炉停止系
が仮想的に作動に失敗したと想定した場合でも、炉心を
保護するために、原子炉固有の安全特性の助長と受動的
な安全機能の拡充の方策となっている。

【０００４】特に、米国エネルギー省が開発した原子炉
（小型モジュー炉：ＰＲＩＳＭ）においては、受動的安
全機能を有するガス膨張方式の反応度制御型炉心保護装
置（Gas Expansion Module:GEM)を炉心の周辺に設置す
るようにしている。なお、その公知例としては、「SLOVI
K,G.C.,VAN TUYLE,G.J.,and SANDS,S.: "Assesment of
PRISM Response to Loss of Flow Events" ,Proc. Int.
Conf. Design and Safety of Advanced Nuclear Power
Plants(ANP'92),Tokyo,October 25-29,1992,Atomic En
ergy Society of Japan, Vol. 」が挙げられる。

【０００５】ナトリウム冷却高速炉に使用される炉心保
護装置の構造およびその原理が図１８〜図２１に示され
ている。高速炉の炉心保護機構本体１は、炉心の径方向
ブランケット３の部分に配置され、そして炉心保護機構
本体１自身の形状は、ラッパ管と同様の六角形の外形を
有し、かつ図２０および図２１に示されているように軸
方向上部が遮蔽体５により遮蔽され、すなわち不活性ガ
ス７を溜めておくために上部および周囲が閉じられた構
造をなしている。

【０００６】特に、軸方向下部には入口部の流路を絞っ
たエントランスノズル６が設けられ、このエントランス
ノズル６を介して冷却材であるナトリウム８が軸方向下
部から流出入するように形成されている。

【０００７】この炉心保護装置では、原子炉零出力時
（ポンプ停止時）において、不活性ガス充填領域底面で
あるナトリウム液位９は、エントランスノズル６の入口
圧力（約３ａｔａ）と不活性ガス圧力との平衡作用で炉
心保護装置の下部側位置に設定される。また、原子炉運
転時（ポンプ定格運転時）におけるナトリウム液位９
は、原子炉零出力時よりエントランスノズル６の入口圧
力（約８ａｔａ）が高いため炉心保護装置の上部側位置
で平衡となる。

【０００８】冷却材であるナトリウム８は中性子に対し
て減速効果と漏れを抑制する反射体効果の機能をもつ
が、径方向ブランケット部３及び軸方向ブランケット部
４では中性子漏れ抑制の反射体効果が支配的となり、特
に径方向ブランケット３にある炉心保護装置ではナトリ
ウム８の装置内部への流入は中性子の漏れを減少させる
ため反応度投入となる。

【０００９】なお、炉心部２ではナトリウム８が多くな
ると減速効果が支配的となり反応度減少となるため、炉
心部２に配置するときは、炉心保護装置の外径を軸方向
炉心部の高さ領域部分で流路断面積を細くし、軸方向ブ
ランケット部の高さ領域部分で流路断面積を径方向ブラ
ンケット部と同等の流路断面積にして利用している
（「日本原子力学会９３年秋の大会Ｈ４９」）。

【００１０】従って、炉心保護装置作動による不活性ガ
ス充填領域底面（ナトリウム液位９）の変化は、図２０
および図２１に示すように中性子の漏れ抑制の反射体効
果の変化としてナトリウム８の液位の上昇または降下
で、炉心に反応度が添加されたり、減少したりする。

【００１１】以上のことから、この炉心保護装置は、例
えば原子炉運転時の異常な冷却材流量低下現象に対し、
ポンプ停止によるエントランスノズル部の圧力低下に呼
応して炉心保護装置の不活性ガス７の体積増加の受動的
自己制御性により不活性ガス充填領域底面の液位（ナト
リウム液位９）を低下させ炉心反応度が減少することに
なる。つまり、図１１に示すように原子炉運転時に異常
が起きた場合に備えて反応度が減少するような反応度制
御型の炉心保護装置となっている。

【００１２】しかし、この炉心保護装置での原子炉出力
上昇時および降下時の時間とナトリウム液位９および炉
心反応度添加速度の関係の特性図である図１２〜図１５
に示すように、この炉心保護装置を採用した場合の原子
炉起動時において、一次主ポンプが何らかの原因で急速
回転を起こした場合には、エントランスノズル部に圧力
上昇が起き、反応度添加となり得る可能性がある。

【００１３】なお、これに類似した炉心保護装置の構造
をもつ公知例としては特開昭６４−６８９２号公報が挙
げられるが、このものは軽水を減速材とする原子炉にお
ける反応度制御装置で原子炉運転時（高圧時約７０ａｔ
ａ）と原子炉零出力時（低圧時約１ａｔａ）の反応度差
を少なくする効果を有しているのに対し、高速炉の炉心
保護装置は原子炉運転時（高圧時約８ａｔａ）と原子炉
零出力時（低圧時約３ａｔａ）の反応度差を大きくする
効果を有している。

【００１４】この種の炉心保護装置において、ナトリウ
ム液位の上昇はエントランスノズルの入口圧力に大きく
依存するわけであり、保護機構本体の入り口部にこのエ
ントランスノズルが設けられていることから、急速ポン
プ回転はナトリウム液位の変化となり易い。また、入り
口部の流路を絞った構造のみなのでノズル入り口圧力の
変化時に設定した値よりもナトリウム液位がオーバーシ
ュート・アンダーシュートし易くなっている。

【００１５】このため、原子炉起動の出力上昇時におけ
る異常なポンプ急速回転が起きたときには炉心保護装置
により反応度が添加され易い。また出力運転時のナトリ
ウム液位を充分に高くしておかないと（図１１参照）ノ
ズル入り口圧力変動で反応度外乱が生じ易い。

【００１６】この対策として、炉心保護機構本体の内部
にナトリウムの流動を抑制するオリフィスあるいはフィ
ンを設け、反応度添加速度を緩和するようにしているも
のもある。なお、以下では本保護機構のエントランスノ
ズル入り口圧力を「炉心入り口圧力」とよぶ。これは、
本機構と炉心燃料集合体の入り口ノズルが圧力条件下に
おかれるからである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように保護機構本
体の入り口部にこのエントランスノズルまたオリフィス
などが設けられた炉心保護装置であると、反応度添加速
度は緩和され、この点では炉心を安全に保護することが
でき有効なのであるが、しかしながらこの構成では、反
応度添加速度の緩和とともに反応度減少速度も緩和され
てしまうことになり、異常なポンプ停止時における当該
炉心保護機構による炉心の安全性向上効果が損なわれる
嫌いがあった。

【００１８】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、炉心保護装置本体の内部に冷却材
が流入し難く、かつ炉心保護機構本体の内部から冷却材
が流出し易い装置を設けて炉心保護装置による反応度減
少速度を損なわずに反応度添加速度を緩和させ、かつ一
定出力運転時には炉心保護装置による反応度外乱を抑制
することができ、炉心過渡特性良好にして炉心運転条件
の自由度を増すことが可能なこの種の炉心保護装置を提
供するにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、上端
部が閉塞され、かつ下端部に外部の冷却材に通ずるエン
トランスノズルを有し、かつ内部にガスが封入された炉
心保護機構本体を備え、この炉心保護機構本体内部へ冷
却材が流出入することにより炉心反応度投入制御が行な
われる高速炉の反応度制御型炉心保護装置において、前
記炉心保護機構本体内のエントランスノズル近傍に、冷
却材の流入時には冷却材の流動に対して高抵抗となり、
かつ冷却材の流出時には低抵抗となる異方向流動制御装
置を設けるようになし所期の目的を達成するようにした
ものである。

【００２０】また、前記炉心保護機構本体内のエントラ
ンスノズル近傍に、前記冷却材の流入速度より流出速度
の方が大きくなるように形成された異方向流動制御装置
を設けるようにしたものである。

【００２１】また、炉心保護機構本体内部への冷却材の
流入が炉心反応度投入となる位置に、炉心保護機構本体
内部へ冷却材の流入する時の速度を流出する時の速度よ
り抑える機能を有する制御装置を設けるようにしたもの
である。

【００２２】また、特にこの異方向流動制御装置を、ガ
スと冷却材を分離する可動型仕切板と、該可動型仕切板
の移動範囲を抑制する上下限支持板と、前記炉心保護機
構本体内部の上端部と前記可動型仕切板とを接続するば
ねとにより形成するようにしたものであり、さらにはこ
のガスの圧力を、前記仕切板下限支持板がないと原子炉
零出力時前記炉心保護機構本体内部からガスが流出する
以上に加圧するようにしたものである。

【００２３】またさらには、前記ガスを、アルゴンとヘ
リウムとの混合体とするとともに、このアルゴンとヘリ
ウムの混合割合を、原子炉零出力時及び原子炉定格出力
時の温度、圧力、炉心保護機構内部の横断面積、炉心保
護機構内部上端からガス上限設定位置までの長さ、炉心
保護機構内部上端からガス下限設定位置までの長さ、ア
ルゴン及びヘリウムのガス定数から設定するようにした
ものである。

【００２４】

【作用】このように形成された炉心保護装置の作用につ
いて図１６に基づき説明すると、炉心保護装置の任意時
点でのガス充填領域の底面高さ（ナトリウム液位９）Ｚ
₁から高さＺ₂に変化する時間ｔは，Ｚ₁のヘッドＨ₁、Ｚ
₂のヘッドＨ₂をそれぞれ圧力ヘッド（Ｚ₁のナトリウム
液位時の圧力ｐ₁、Ｚ₂のナトリウム液位時の圧力ｐ₂）
と位置ヘッド（Ｚ₁、Ｚ₂）の和とし、ナトリウム密度
ρ、重力加速度ｇとすると、

【００２５】

【数１】

【００２６】

【数２】

【００２７】炉心保護装置内部断面積ａ，炉心保護装置
内部オリフィス断面積Ａ，流量係数Ｃとすると連続の式
より、

【００２８】

【数３】

【００２９】と導出され，ガス充填領域底面高さ（ナト
リウム液位９）がＺ₁からＺ₂に変化する時間ｔはａ／Ａ
の値に比例することがわかる。

【００３０】保護装置はガス充填領域底面高さ（ナトリ
ウム液位９）の上昇により中性子の漏れの効果が減少す
るため反応度を添加する。逆に，ガス充填領域底面高さ
（ナトリウム液位９）の低下により中性子の漏れの効果
が増加するため反応度が減少する。

【００３１】そこで、冷却材流入にはａ／Ａを大きくす
るために炉心保護装置内部オリフィス断面積Ａを小さく
し、冷却材流出にはａ／Ａが大きくならないように炉心
保護装置内部オリフィス断面積Ａを流入時より大きくす
る。これにより反応度減少速度をあまり損なわずに反応
度の添加速度を緩和させることができ、オリフィスを設
けることによりわずかな反応度変化は，圧力損失により
打ち消され易くなる。

【００３２】また、ガスと冷却材を分離する可動型仕切
板を備え、この可動型仕切板と炉心保護機構本体内部の
上端部とをばねにより接続するようにしたものについて
は、ばねによる反力を用いてヘッドＨの圧力ヘッドと拮
抗させガス充填領域底面高さ（ナトリウム液位９）の上
昇速度を抑制し，ガス充填領域底面高さ（ナトリウム液
位９）の低下速度を加速させている分炉心保護装置の入
口部に冷却材の流出量の速度を抑える扉型板を設け反応
度減少速度をあまり損なわずに反応度添加速度を緩和さ
せることができる。

【００３３】また、このガスの圧力を、前記仕切板下限
支持板がないと原子炉零出力時前記炉心保護機構本体内
部からガスが流出する以上に加圧するようにしたものに
ついては、ガス圧を高めることでヘッドＨの圧力ヘッド
と拮抗させるのでばねによる反力と同様にできる。

【００３４】なお、特に前記ガスを、アルゴンとヘリウ
ムとの混合体とし、このアルゴンとヘリウムの混合割合
を、原子炉零出力時及び原子炉定格出力時の温度、圧
力、炉心保護機構内部の横断面積、炉心保護機構内部上
端からガス上限設定位置までの長さ、炉心保護機構内部
上端からガス下限設定位置までの長さ、アルゴン及びヘ
リウムのガス定数から設定するようにしたものは、炉心
圧力Ｐ、比容積ｖ、圧縮係数ξ、ガス定数Ｒ，温度Ｔと
した実在ガスの状態方程式、

【００３５】

【数４】Ｐｖ＝ξＲＴ …（４）より、図１７に示すガスのアルゴンおよびヘリウムの２
元素を用いて最適な混合割合として、ナトリウム液位９
の変化幅を設定できる。

【００３６】

【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図１および図２にはその炉心保護装置が断
面で示されている。炉心保護装置は、六角形の容器を逆
さに配置した炉心保護機構本体１およびこの炉心保護機
構本体１の内部下方に設けられた方向性流量制御装置１
８を備えている。

【００３７】炉心保護機構本体１は、ラッパ管と同一の
六角形の内外形を有する筒状に形成され、軸方向上部が
遮蔽体５により遮蔽されて上部および周囲が閉じられた
構造をなしている。

【００３８】炉心保護機構本体１の内部にはガス７およ
び冷却材であるナトリウム８が溜められるようになって
おり、またその軸方向下部には入口部の流路を絞ったエ
ントランスノズル６が設けられている。このエントラン
スノズル６を介して前記炉心保護機構本体１の内部のナ
トリウム８が、軸方向下部から流出入するように形成さ
れている。

【００３９】炉心保護機構本体１の内部に配置されてい
る方向性流量制御装置１８は、炉心保護機構本体１内へ
のナトリウム８の流出入を制御するもので、炉心保護機
構本体１の中央部に固定配置された支持板１８ａおよび
弁の役目をする扉型板１６を備えている。

【００４０】支持板１８ａには蝶番の作用をする支持部
１７および支持ピン２１が設けられている。扉型板１６
は、六角形を半分にした形状をなし、前記支持部１７お
よび支持ピン２１を介して開閉するように形成されてい
る。なお、この場合特に、支持部１７の支持部分を垂直
角とし下端部側の支持部１７の支持部分を扉型板１６が
開き易いように鋭角に形成されている。

【００４１】この場合、炉心保護機構本体１の内部に配
置されている支持板１８ａの下端部を鋭角となるように
形成すると、ナトリウム流入時に扉型板１６が開き易く
なり良好である。

【００４２】このように形成された炉心保護装置で、原
子炉起動時に炉心圧力が増加してナトリウム８が保護機
構内部に流入し、ナトリウム液位９が上昇する場合、扉
型板１６は上端側へ開き、支持部１７により流路面積が
かなり小さくなる位置となる。一方、ポンプ停止時では
炉心入り口圧力が減少しナトリウム８が保護機構内部か
ら流出し、ナトリウム液位９が降下するが、このとき
（ナトリウム流出時）には、扉型板１６は下端側へ開き
支持部１７により流路面積がかなり大きくなる位置とな
る。

【００４３】これにより、炉心保護機構本体内部へのナ
トリウム８の流入時の流路面積を、流出時の流路面積よ
りかなり小さくでき、ナトリウム液位９の上昇時の速度
をナトリウム液位９の降下時の速度より抑えることがで
きる。その結果、炉心保護機構本体内部へのナトリウム
８の流入による反応度添加速度をナトリウム８の流出に
よる反応度添加速度より小さくすることができる。

【００４４】さらに、出力運転時は炉心入り口圧力に対
応したナトリウム液位９となり、重力により支持部１７
付き扉型板１６は下端側へ開いた位置となる。このと
き、支持部１７付き扉型板１６を設けたことにより、出
力運転時の炉心入り口圧力の微少変動でのナトリウム液
位９の微少変動は圧力損失により打ち消され易くなるの
で、ナトリウム液位９の変動による反応度外乱を抑制さ
せることができる。また、炉心状態変化に対応した変化
後のナトリウム液位９は推移中オーバーシュート・アン
ダーシュートを生じにくくできる（図１２、１３、１
４、１５）。

【００４５】なお、ここでのナトリウム液位９を、図１
７に示すように原子炉零出力時において炉心下部側の軸
方向ブランケット部４よりも下側でナトリウム液位９の
アンダーシュートで炉心保護機構外にガス７が流出しな
い位置に設定し、原子炉定格出力時において炉心上部の
軸方向ブランケット部４よりも上側でナトリウム液位９
の反応度外乱が生じにくくガス７の体積増加により受動
的自己制御性の反応度添加の機能しやすい位置に設定す
るための自由度を広げるために、原子炉零出力時と原子
炉定格出力時のナトリウム液位９の変化幅を炉心入り口
圧力Ｐ、比容積ｖ、圧縮係数ξ、ガス定数Ｒ，温度Ｔと
した実在ガスの状態方程式、

【００４６】

【数５】Ｐｙ＝ξＲＴ …（５）より、ガスのアルゴン及びヘリウムの２元素を用いて、
ナトリウム液位９の変化幅を設定することができる。

【００４７】以上より、本実施例では、原子炉運転時に
異常が起きた場合に備えて反応度が減少するような受動
的自己制御性を有する高速炉の反応度制御型の炉心保護
機構において、炉心保護機構内部への流入出速度を抑制
し、流入速度を流出速度より小さくできる装置を設けた
構造となっているので、炉心状態が変化し炉心保護機構
よる反応度減少速度を余り抑制せずに反応度添加速度を
緩和することができ、炉心入り口微変動では炉心保護機
構が作動しにくくすることができる。

【００４８】従って、炉心保護機構の炉心状態変化に対
する反応度の添加と減少の速度を好適なものとすること
により、炉心状態が変化した場合の反応度添加速度は緩
やかとなり、炉心過渡特性が改善され、ひいては炉心運
転条件の自由度が増す。

【００４９】図３および図４は、第２実施例を示したも
のであり、炉心保護機構本体１の下端部に、炉心保護機
構本体内部への流入量の速度制御用のオリフィス付き弁
１０を設け、かつ原子炉運転時の圧力変動の影響を抑え
るためのオリフィス付き板１１を設けたものである。

【００５０】原子炉起動時では、保護機構内部の上部側
へ流入する箇所はばね１４でオリフィス付き板１１に押
しつけられたオリフィス付き弁１０のオリフィス１２の
みとなる。一方、ポンプ停止時では、保護機構内部の下
部側へ流出する箇所はばね１４がガス圧に押され収縮し
たことによりオリフィス付き弁１０のオリフィスの流路
面積よりかなり大きいオリフィスをもつオリフィス付き
板１１からとなる。オリフィス付き板１１は流入時及び
流出時共通で使用する。

【００５１】これにより、炉心保護機構内部へのナトリ
ウム８の流入時流路面積を流出時流路面積よりかなり小
さくでき、ナトリウム液位９の上昇時の速度をナトリウ
ム液位９の降下時の速度より抑えることができる。その
結果、炉心保護機構内部へのナトリウム８の流入による
反応度添加速度をナトリウム８の流出による反応度添加
速度より小さくすることができる。

【００５２】なお、冷却材としてナトリウムの代わりに
例えば液体鉛などの重金属を用いた場合にはオリフィス
付き板１１を極めて軽い素材で製作することによりばね
１４を省略することも可能である。

【００５３】さらに、出力運転時は炉心入り口圧力に対
応したナトリウム液位９となり、ばね１４によりオリフ
ィス付き弁１０は上端側へ閉じた位置となる。このと
き、オリフィス付き弁１０を設けたことにより、出力運
転時の炉心入り口圧力の微少変動でのナトリウム液位９
の変動は圧力損失により打ち消され易くなるので、ナト
リウム液位９の変動による反応度外乱を抑制させること
ができる。また、炉心状態変化に対応した変化後のナト
リウム液位９は推移中オーバーシュート・アンダーシュ
ートを生じにくくできる（図１２、１３、１４、１
５）。

【００５４】図５および図６は、本発明の制御装置を備
えた炉心保護機構の第３の実施例を示したものであり、
炉心保護機構下端部に保護機構内部への流入量の速度制
御用オリフィス１２及び流入を阻止する逆止弁１３を備
えた支持板１８ａを設け、さらに、原子炉運転時のわず
かな圧力変動の影響を抑えるために逆止弁１３の近傍に
ばね１４及びフィン１５を設けてある。

【００５５】原子炉起動時では、保護機構内部の上部側
へ流入する箇所は流入量の速度制御用オリフィス１２の
みとなる。一方、ポンプ停止時では保護機構内部の下部
側へ流出する主な箇所は開口した逆止弁１３からとな
る。これにより、炉心保護機構内部へのナトリウム８の
流入時流路面積を流出時流路面積よりかなり小さくで
き、ナトリウム液位９の上昇時の速度をナトリウム液位
９の降下時の速度より抑えることができる。その結果、
炉心保護機構内部へのナトリウム８の流入による反応度
添加速度をナトリウム８の流出による反応度添加速度よ
り小さくすることができる。

【００５６】さらに、出力運転時は炉心入り口圧力に対
応したナトリウム液位９となり、重力及びばね１４によ
り逆止弁１３は閉じた位置となる。このとき、逆止弁１
３等を設けたことにより、出力運転時の炉心入り口圧力
の微少変動でのナトリウム液位９の変動は圧力損失によ
り打ち消され易くなるので、ナトリウム液位９の変動に
よる反応度外乱を抑制させることができる。また、炉心
状態変化に対応した変化後のナトリウム液位９は推移中
オーバーシュート・アンダーシュートを生じにくくでき
る。

【００５７】図７および図８は、本発明の制御装置を備
えた炉心保護機構の第４の実施例を示したものであり、
前記炉心保護機構内部の下端部に上端側より下端側の開
閉量が大きくなるような扉型板１６とするために開閉量
制約用の支持板１８ａを設けたときの実施例を示す。

【００５８】原子炉起動時では、保護機構内部の上部側
へナトリウム８が流入する際、扉型板１６は開閉量制約
用の支持板１８ａに押さえつけられ、流入する箇所は流
入量の速度制御用扉型板１６のオリフィス１２のみとな
る。一方、ポンプ停止時では、炉心入り口圧力が減少し
冷却材が保護機構内部から流出する。このとき保護機構
内部の下部側へ流出する主な箇所は扉型板１６の開口部
となる。

【００５９】これにより、炉心保護機構内部へのナトリ
ウム８の流入時流路面積を流出時流路面積よりかなり小
さくでき、ナトリウム液位９の上昇時の速度をナトリウ
ム液位９の降下時の速度より抑えることができる。その
結果、炉心保護機構内部へのナトリウム８の流入による
反応度添加速度をナトリウム８の流出による反応度添加
速度より小さくすることができる。

【００６０】さらに、支持板１８ａ等を設けたことによ
り、微少なナトリウム８の流入出による反応度添加は圧
力損失により打ち消され易くなるので、ナトリウム液位
９の変動による反応度外乱を抑制させることができる。
また、炉心状態変化に対応した変化後のナトリウム液位
９は推移中オーバーシュート・アンダーシュートを生じ
にくくできる。

【００６１】なお、孔２０を設けた支持板１８を用いた
のは、扉型板１６が孔２０を設けた支持板１８と固着し
ないようにしたものあり、支持部１８下部にばねを設け
ること等により孔２０を省略する他の実施例も可能であ
る。

【００６２】図９は、本発明の制御装置を備えた炉心保
護機構の第５の実施例を示したものであり、仕切板下限
用の支持板１８がないと零出力時前記炉心保護機構内部
からガス７が流出する以上に加圧させたガス７と、冷却
材を分離する可動型仕切板１９と、仕切板下限用の支持
板１８と、ばね１４を設けたときの実施例を示す。

【００６３】原子炉起動時では、炉心入り口圧力が増加
しナトリウムが保護機構内部に流入する。この際、加圧
させたガス７の圧力及びばね１４の反力が流入を阻止す
るようしながら、炉心入り口圧力が拮抗して仕切板上限
用の支持板１８の有る位置以下の範囲内に可動型仕切板
１９を上昇させる。一方、ポンプ停止時では、炉心入り
口圧力が減少しナトリウムが保護機構内部から流出す
る。

【００６４】この際、加圧させたガス７の圧力及びばね
１４の反力が流出を助長するようにしながら、炉心入り
口圧力が拮抗して仕切板下限用の支持板１８の有る位置
以上の範囲内に可動型仕切板１９を降下させる。これに
より、ナトリウム液位９の上昇時の速度をナトリウム液
位９の降下時の速度より抑えることができる。その結
果、炉心保護機構内部へのナトリウム８の流入による反
応度添加速度をナトリウム８の流出による反応度添加速
度より小さくすることができる。

【００６５】なお、エントランスノズル出口近傍に扉型
板１６を設けて、加圧させたガス７による出力微変動し
た場合でのナトリウム液位９の下端方向の外乱をしにく
くしている。また、炉心保護機構内部の下端部にばね１
４を設けているのは可動型仕切板１９による仕切板下限
用の支持板１８への衝撃を緩和させるためである。ま
た、炉心保護機構上端部にある仕切板上限用の支持板１
８は上端部のばね１４の破損を防止するために設けてい
る。逆にばね１４は支持板１８の破損を防止する働きを
もっている。

【００６６】本発明を適用することにより、ポンプ急速
回転時炉心保護機構内部へナトリウム流入の速度を抑制
し、また、ポンプ停止時のナトリウム流入の速度への影
響を小さくでき、かつ、炉心入り口圧力変動の外乱では
炉心保護機構が作動しにくくする装置を提供できる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、炉心保護機構本体内のエントランスノズル近傍に、
冷却材の流入時には冷却材の流動に対して高抵抗とな
り、かつ冷却材の流出時には低抵抗となる異方向流動制
御装置を設けるようになしたから、ポンプの停止および
起動時に炉心保護機構よる反応度減少速度を余り抑制せ
ずに反応度添加速度を緩和することができ、また炉心入
り口圧力の微変動では炉心保護機構が作動しにくくする
ことができ、したがって反応度の添加と減少の速度を好
適なものとすることにより、炉心過渡特性が改善され延
いては炉心運転条件の自由度を増すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反応度制御型炉心保護装置の一実施例
（原子炉起動時における状態）を示す縦断側面図であ
る。

【図２】本発明の反応度制御型炉心保護装置の一実施例
（ポンプ停止時における状態）を示す縦断側面図であ
る。

【図３】本発明の反応度制御型炉心保護装置の他の実施
例（原子炉起動時における状態）を示す縦断側面図であ
る。

【図４】本発明の反応度制御型炉心保護装置の他の実施
例（ポンプ停止時における状態）を示す縦断側面図であ
る。

【図５】本発明の反応度制御型炉心保護装置の他の実施
例（原子炉起動時における状態）を示す縦断側面図であ
る。

【図６】本発明の反応度制御型炉心保護装置の他の実施
例（ポンプ停止時における状態）を示す縦断側面図であ
る。

【図７】本発明の反応度制御型炉心保護装置の他の実施
例（原子炉起動時における状態）を示す縦断側面図であ
る。

【図８】本発明の反応度制御型炉心保護装置の他の実施
例（ポンプ停止時における状態）を示す縦断側面図であ
る。

【図９】本発明の反応度制御型炉心保護装置の他の実施
例（原子炉起動時における状態）を示す縦断側面図であ
る。

【図１０】本発明の反応度制御型炉心保護装置の他の実
施例（ポンプ停止時における状態）を示す縦断側面図で
ある。

【図１１】運転時における反応度制御型炉心保護装置の
作動特性図である。

【図１２】出力変化時における反応度制御型炉心保護装
置の作動特性図である。

【図１３】出力変化時における反応度制御型炉心保護装
置の作動特性図である。

【図１４】出力変化時における反応度制御型炉心保護装
置の作動特性図である。

【図１５】出力変化時における反応度制御型炉心保護装
置の作動特性図である。

【図１６】反応度制御型炉心保護装置のナトリウム液位
とヘッドの関係図である。

【図１７】反応度制御型炉心保護装置のナトリウム液位
変化幅とガスの関係図である。

【図１８】従来の反応度制御型炉心保護装置の原子炉容
器内での配置を示す横断面図である。

【図１９】従来の反応度制御型炉心保護装置の原子炉容
器内での配置を示す縦断側面図である。

【図２０】従来の反応度制御型炉心保護装置の作動原理
（低圧時）概念図である。

【図２１】従来の反応度制御型炉心保護装置の作動原理
（高圧時）概念図である。

【符号の説明】

１…炉心保護機構本体、２…炉心部、３…径方向ブラン
ケット部、４…軸方向ブランケット部、５…遮蔽体、６
…エントランスノズル、７…ガス、８…ナトリウム、９
…ナトリウ液位、１０…オリフィス付き弁、１１…オリ
フィス付き板、１２…オリフィス、１３…逆止弁、１４
…ばね、１５…フィン、１６…扉型板、１７…支持部、
１８…異方向性流量制御装置、１８…支持板、１９…可
動型仕切板、２０…孔、２１…支持ピン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木修二茨城県日立市幸町三丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内 (72)発明者糸岡聡茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端部が閉塞され、かつ下端部に外部の
冷却材に通ずるエントランスノズルを有し、かつ内部に
ガスが封入された炉心保護機構本体を備え、該炉心保護
機構本体内部へ冷却材が流出入することにより炉心反応
度投入制御が行なわれる高速炉の反応度制御型炉心保護
装置において、前記炉心保護機構本体内のエントランスノズル近傍に、
冷却材の流入時には冷却材の流動に対して高抵抗とな
り、かつ冷却材の流出時には低抵抗となる異方向流動制
御装置を設けたことを特徴とする高速炉の反応度制御型
炉心保護装置。
【請求項２】上端部が閉塞され、かつ下端部に外部の
冷却材に通ずるエントランスノズルを有し、かつ内部に
ガスが封入された炉心保護機構本体を備え、該炉心保護
機構本体内部へ冷却材が流出入することにより炉心反応
度投入制御が行なわれる高速炉の反応度制御型炉心保護
装置において、前記炉心保護機構本体内のエントランスノズル近傍に、
前記冷却材の流入速度より流出速度の方が大きくなるよ
うに形成された異方向流動制御装置を設けたことを特徴
とする高速炉の反応度制御型炉心保護装置。
【請求項３】上端部が閉塞され、かつ下端部に冷却材
の流入路を有し、かつ内部にガスが封入された炉心保護
機構本体を備え、該炉心保護機構本体内部へ冷却材が流
出入することにより炉心反応度投入制御が行なわれる高
速炉の反応度制御型炉心保護装置において、前記炉心保護機構本体内部への冷却材の流入が炉心反応
度投入となる位置に、炉心保護機構本体内部へ冷却材の
流入する時の速度を流出する時の速度より抑える機能を
有する制御装置を設けるようにしたことを特徴とする高
速炉の反応度制御型炉心保護装置。
【請求項４】前記異方向流動制御装置を、前記冷却材
の流入を抑える方向に作用する逆止弁にて形成してなる
請求項１若しくは２記載の高速炉の反応度制御型炉心保
護装置。
【請求項５】前記異方向流動制御装置を、前記炉心保
護機構本体内に配置されたオリフィス板と、該オリフィ
ス板の冷却材流入側に配置され、かつ冷却材の流入力に
より前記オリフィス板の流路面積を小さくするように作
用する移動板とより形成してなる請求項１若しくは２記
載の高速炉の反応度制御型炉心保護装置。
【請求項６】前記異方向流動制御装置を、前記炉心保
護機構本体の中央部に固定配置された支持板と、該支持
板に蝶番を介して支持された扉型板と、該扉型板が冷却
材の流入時に流入路を閉じる位置にその開き量を抑制す
る支持部とより形成してなる請求項１若しくは２記載の
高速炉の反応度制御型炉心保護装置。
【請求項７】前記異方向流動制御装置を、上端側と下
端側の開閉量が異なる板と、この板を支持する支持部と
より形成してなる請求項１若しくは２記載の高速炉の反
応度制御型炉心保護装置。
【請求項８】前記異方向流動制御装置を、冷却材の流
入量の速度を抑えるオリフィス付き弁と、該オリフィス
付き弁の重力による落下程度の力をおさえるばねと、前
記オリフィス付き弁の上端側駆動を制限し、かつオリフ
ィス付き弁の上下動駆動を案内する孔およびオリフィス
を有する上板と、前記オリフィス付き弁の下端側駆動を
制限し、かつオリフィス付き弁の上下動駆動を案内する
孔およびオリフィスを有する下板と、前記上下板を接続
するオリフィス付き板とより形成してなる請求項１若し
くは２記載の高速炉の反応度制御型炉心保護装置。
【請求項９】前記異方向流動制御装置を、ガスと冷却
材を分離する可動型仕切板と、該可動型仕切板の移動範
囲を抑制する上下限支持板と、前記炉心保護機構本体内
部の上端部と前記可動型仕切板とを接続するばねとによ
り形成してなる請求項１若しくは２記載の高速炉の反応
度制御型炉心保護装置。
【請求項１０】前記ガスの圧力を、前記仕切板下限支
持板がないと原子炉零出力時前記炉心保護機構本体内部
からガスが流出する以上に加圧させてなる請求項９記載
の高速炉の反応度制御型炉心保護装置。
【請求項１１】前記ガスを、アルゴンとヘリウムとの
混合体とするとともに、このアルゴンとヘリウムの混合
割合を、原子炉零出力時及び原子炉定格出力時の温度、
圧力、炉心保護機構内部の横断面積、炉心保護機構内部
上端からガス上限設定位置までの長さ、炉心保護機構内
部上端からガス下限設定位置までの長さ、アルゴン及び
ヘリウムのガス定数から設定してなる請求項１若しくは
２記載の高速炉の反応度制御型炉心保護装置。