JPH08248167A - 原子炉非常用炉停止系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ポンプトリップ時に原子炉を安全に停止できる
ようにする。 【構成】炉心２および冷却材３を内蔵した原子炉容器１
の下部側面に一次系配管４を接続し、この一次系配管４
に一次系主ポンプ５を接続する。この一次系主ポンプ５
に駆動モータ６および発電機７を接続する。発電機に交
直変換器８を接続する。炉心２は制御棒11が挿脱して制
御される。原子炉容器１の上端開口にしゃヘいプラグ９
を設け、このしゃへいプラグ９上に制御棒駆動機構10を
立設し、制御棒駆動機構10のスクラムマグネット13に延
長管12を取着する。延遅管12は制御棒11を接続してい
る。スクラムマグネット13と直交変換器８とを電気的に
接続する。スクラムマグネット13はボールねじ14の回転
により上下動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速炉プラントの原子炉
非常用停止系に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速炉の反応度制御は、一般に炭化ホウ
素やタンタルを中性子吸収体とする制御棒を上部から挿
入する原子炉停止系で行われている。原子炉の大型化に
備えて、制御棒の挿入性、（とくに地震時）を改善する
ため、原子炉停止系において、分節構造の制御棒や、温
度や流動異常時に自動作動する自己作動型制御棒駆動機
構の開発が進められている。

【０００３】原子炉停止系の電源は外部の発電所で発電
された電気である。また、一次系主ポンプがなんらかの
原因でトリップした場合、ポンプ回転数減少を回転計数
器で計測し、これを外部から得た電気により電気的信号
に変換し、この信号を受信すると原子炉停止系の駆動部
が作動し制御棒が炉心に挿入される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の原子炉停止系は
前述したように、ポンプトリップ時ではポンプ回転数減
少を回転計数器で計測し、これを外部から得た電気によ
り電気的信号に変換し、この信号を利用し、外部電源を
用いた原子炉停止系を作動させるものである。この場合
は、ポンプトリップと原子炉停止系作動とは間接的また
は能動的に結合されていることになる。

【０００５】そのため、原子力プラントの設置時におい
て、一次系主ポンプのトリップ時での全制御棒未挿入に
おける炉心安全性の評価では、原子炉の受動的停止能力
を高めることが必要とされている。即ち、一次系主ポン
プのトリップと負の反応度炉心挿入とを直接的に結合さ
せ、適切な量の負の反応度を炉心に受動的に挿入させ、
炉心を安全に停止させることが必要とされている。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、原子炉の受動的停止能力を向上させてポンプ
トリップ時に原子炉を安全に停止できる原子炉非常用停
止系を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は炉心および液体
金属冷却材を内蔵した原子炉容器と、この原子炉容器の
一次系配管に接続した一次系主循環ポンプと、この一次
系主循環ポンプを駆動する駆動モータと、この駆動モー
タに接続した発電機と、この発電機に接続した交直変換
器と、前記原子炉容器に設けた制御棒駆動機構と、この
制御棒駆動機構のスクラムマグネットと前記交直変換器
とを接続するケーブルラインと、前記スクラムマグネッ
トに接続され延長管を介して前記炉心内に挿入する制御
棒とを具備したことを特徴とする。

【０００８】また、本発明は前記一次系配管内に羽根車
を挿入し、この羽根車を前記発電機の回転軸に接続し、
前記一次系主循環ポンプに電磁ポンプを使用してなるこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１の発明は高速炉プラントにおいて、一
次系主ポンプの軸の回転を直接利用し、この軸を回転子
としポンプに直接結合した発電機、またはギヤやチェー
ン等で間接に結合して一体型発電機とする。この発電機
は非常用停止系のスクラムマグネットの電源装置と電気
的に接続しており、これの電源はこれ以外にない。この
ポンプ一体型発電機により原子炉定格運転中の一次系主
ポンプトリップ時での非常用停止系の制御棒を炉心へ自
動的に急速に挿入させ、原子炉を安全に停止させるもの
である。

【００１０】本発明は、高速炉プラントにおいて、一次
系主ポンプの軸の回転または一次系冷却材の流れを利用
した発電機により発電された電気を用いて、ポンプの高
速回転または冷却材のポンプによる高速の流れがある場
合は炉心から引き抜かれ、ポンプの高速回転または冷却
材のポンプによる高速の流れがない場合は、炉心に自動
的に急速に挿入される。一次系主ポンプの高速回転が定
格の 100〜50％程度の出力になると発電が可能となり、
定格出力運転中の一次系主ポンプのトリップ後、10秒程
度以内で発電能力が喪失する。

【００１１】請求項２の発明は高速炉プラントにおい
て、一次系冷却材の駆動として請求項１の様な機械式ポ
ンプでなく、電磁ポンプを用いた場合には、一次系冷却
材の高速の流れを利用した発電機により発電した電気を
非常用停止系の電源とする。原子炉定格運転時で一次系
主ポンプがトリップすると、冷却材の高速の流れがなく
なり、その結果、その発電機は発電ができなく、非常用
停止系の制御棒は炉心に自動的に急速に挿入され、原子
炉停止が可能となる。

【００１２】一次系主ポンプによる冷却材の流量が定格
の 100〜50％程度の出力になると発電が可能となり、定
格出力運転中の一次系主ポンプのトリップ後、10秒程度
以内で発電能力が喪失する。

【００１３】

【実施例】図１を参照しながら本発明に係る原子炉非常
用炉停止系の第１の実施例を説明する。図１において符
号１は高速炉の原子炉容器で、この原子炉容器１内には
炉心２が配置されるとともに液体金属冷却材３が収納さ
れている。冷却材３は原子炉容器１の下部側面に接続し
た一次系配管４を通して流入される。一次系配管４には
一次系主ポンプ５が接続されている。一次系主ポンプ５
は駆動モータ６に接続し、駆動モータ６は発電機７に接
続している。発電機７は交直（ＡＤ）変換器８に接続し
ている。

【００１４】原子炉容器１の上端開口部はしゃへいプラ
グ９により閉塞されており、このしゃへいプラグ９上に
は制御棒駆動機構10が立設されており、この制御棒駆動
機構10は炉心２内に挿入する制御棒11を接続した延長管
12と、この延長管12の上端部に接続するスクラムマグネ
ット13と、このスクラムマグネット13を上下動させるボ
ールねじ14、ギヤ15およびＣＲＤ駆動モータ16とからな
っている。

【００１５】延長管12はしゃへいプラグ９との間でシー
ル17により気密性が保持されている。交直変換器８とス
クラムマグネット13とは電気的に接続しており、スクラ
ムマグネット13はコイルを内蔵している。

【００１６】上記第１の実施例において、原子炉起動時
の非常用停止系の制御棒の炉心からの引き抜き、及び定
格運転中の一次系主ポンプトリップ時でのその制御棒の
炉心挿入は次のようになる。

【００１７】原子炉起動開始時での非常用停止系の制御
棒11は炉心２へ全挿入されてい。この状態において、一
次系主ポンプ５の軸の高速回転が十分速くなると、ポン
プ一体型発電機７の出力が十分大きくなる。そうする
と、非常用停止系のスクラムマグネット13の励磁が可能
となり、制御棒駆動軸をラッチ状態にすることができ
る。そして、制御棒駆動モータ16（この場合は外部の別
電源を使用する）を作動させることにより制御棒を炉心
から引き抜くことが可能となる。

【００１８】一方、原子炉定格運転中に一次系主ポンプ
５がトリップし、そのポンプ軸の高速回転が低下し、こ
の発電機７の出力が図２に示したように下がると、非常
用停止系のスクラムマグネット13は非励磁状態になり制
御棒駆動軸をデラッチされて、非常用停止系の制御棒11
は炉心２に自動的に急速に挿入され、原子炉は出力が下
がり原子炉は安全に停止する。図２は一次系主ポンプ５
のトリップ時のポンプ出力変化と原子炉非常用停止系へ
の電気供給停止ポンプ出力の例を示している。

【００１９】つぎに図３により本発明に係る原子炉非常
用炉停止系の第２の実施例を説明する。なお、図３中図
１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。

【００２０】この第２の実施例が第１の実施例と異なる
点は制御棒11を複数設け、一次系配管４内に羽根車18を
挿入し、この羽根車18を発電機軸19に取り付けるととも
に羽根車18の上流側一次系配管４の外周面に一次系主電
磁ポンプ20を設けたことにある。

【００２１】上記第２の実施例において、原子炉起動時
の非常用停止系の制御棒11を炉心２から引き抜く場合、
及び定格運動中の一次系主ポンプトリップ時でのその制
御棒11の炉心２への挿入は次のようになる。

【００２２】原子炉起動開始時での非常用停止系の制御
棒11は炉心２へ全挿入されている。この状態において、
一次系主ポンプの駆動により、一次系冷却材の流れが高
速になると、ポンプ一体型発電機の出力が十分増大す
る。そうすると、非常用停止系のスクラムマグネットの
励磁が可能となり、制御棒駆動軸をラッチ状態にするこ
とができる。そして、制御棒駆動モータ（この場合は外
部の別電源を使用する）を作動することにより制御棒を
炉心から引き抜くことが可能となる。

【００２３】一方、原子炉定格運転中に一次系主ポンプ
がトリップし冷却材の高速の流れが下がり、この発電機
の出力が低下（図３参照）すると、非常用原子炉停止系
の制御棒は炉心に自動的に急速に挿入され、原子炉は出
力が下がり原子炉は安全に停止する。

【００２４】つぎに、上記各実施例を適用する高速炉プ
ラントにおいて、電気出力 100万kWe のＭＯＸ燃料炉心
の例について作用を詳しく説明する。非常用停止系の制
御棒は一体で 0.5ドル程の反応度を有している。一方、
原子炉定格運転中に一次系主ポンプがトリップし、制御
棒が挿入されない場合において、冷却材の沸騰を抑制し
炉心の健全性を保つための必要とする負の炉心挿入反応
度は１ドル程度とされている。従って、万一その様な状
態が発生した場合に対応するための非常用停止系の制御
棒は２本程度必要となる。そうすると、その制御棒の炉
心への反応度挿入量は約１ドルとなり、原子炉を安全に
停止させることが可能となる。

【００２５】一次系主ポンプの軸の回転を利用した発電
機であるポンプ一体型発電機（出力は 200Ｖ、 200Ｗ程
度）と非常用原子炉停止系の電源装置との電気的接続の
関係を概念的に図示したものが図１である。この図１を
用いて、原子炉起動時の非常用原子炉停止系の制御棒の
炉心からの引き抜きの様子を説明すると次のようにな
る。

【００２６】非常用停止系の制御棒１の炉心への全挿入
状態において、一次系主ポンプ５の軸の高速回転が定格
の70％程に達すると、この発電機の出力が十分大きくな
る。そうすると、非常用停止系のスクラムマグネット13
の励磁が可能となり別電源と接続された制御棒駆動モー
タ16及びボールねじ14によりその制御棒11を炉心２から
引き抜くことが可能となる。

【００２７】非常用停止系の制御棒11の引き抜き速度は
他の制御棒の場合と同じとすることができるので、その
制御棒11の引き抜く場合の炉心への反応度挿入率は他の
制御棒の場合とほぼ同じである。非常用停止系の制御棒
は原子炉定格運転時では全引き抜き状態になる。

【００２８】一方、定格運転中の一次系主ポンプトリッ
プ時での非常用停止系の制御棒の炉心挿入は次のように
なる。図２（一次系主ポンプトリップ時のポンプ出力変
化と原子炉非常用停止系への電気供給停止ポンプ出力
値）を用いて説明する。

【００２９】原子炉定格運転中に一次系主ポンプがトリ
ップしその軸を高速回転がポンプトリップ後数秒以内に
定格の70％程以下になり、この発電機の出力が小さくな
ると、非常用原子炉停止系の制御棒は炉心に自動的に急
速に落下し原子炉は出力が下がり原子炉停止となる。

【００３０】定格運転中の一次系主ポンプのトリップ時
において、全ての制御棒が炉心に挿入されない場合に
は、冷却材（液体金属ナトリウム）の温度はポンプトリ
ップ後数十秒で約 950℃の沸点を超え沸騰し、炉心燃料
の被覆管が破損する危険が大きい。

【００３１】しかし、一次系主ポンプのトリップとほと
んど同時にポンプ一体型発電機の発電が停止すると非常
用停止系の制御棒の少なくとも２体（１ドル程の反応度
価値を有する）が炉心に挿入され、冷却材の温度は 800
℃程度となり冷却材の沸点以下となる。また、炉心燃料
の被覆管は破損せず炉心燃料は健全のままである。

【００３２】これらの評価結果は、定格運転中の一次系
主ポンプのトリップ後10秒間程度以内に非常用停止系が
作動開始すれば原子炉は安全に停止することを示してい
る。また、この10秒間程度は一次系主ポンプの定格運転
の50％程度に相当（ポンプのフローコーストダウン性能
に依存するが）する。

【００３３】非常用停止系の制御棒は後備炉停止制御棒
の一部を用いることとする。後備炉停止系制御棒はスク
ラム用制御棒であり、原子炉定格運転中は全引き抜き状
態になっているからである。

【００３４】後備炉停止系制御棒が例えば12体あり、一
次系主ポンプが３台ある場合には、非常用原子炉停止系
の制御棒は、一次系主ポンプ５を１台当りそれぞれ２体
で構成（図４参照）しているので、全部で６体となり、
従って、後備炉停止系制御棒の半数が非常用停止系の制
御棒となる。図４は一次系主ポンプと非常用炉停止系制
御棒との接続関係図で、制御棒がポンプに共用されない
場合である。

【００３５】この場合、１台の一次系主ポンプがトリッ
プすると他の一次系主ポンプをトリップさせることがで
きるので、非常用原子炉停止系の制御棒は最大６体が炉
心に自動的に急速に挿入されることになり、炉心は確実
に停止する。

【００３６】更に、この場合では、後備炉停止系制御棒
の半数が別電源により駆動が可能であるので、原子炉起
動の際は、一次系主ポンプの高速回転の有無に拘らず、
後備炉停止系制御棒の半数が炉心から引き抜くことが可
能であり、その結果、後備炉停止系制御棒全部を非常用
停止系とするよりも原子炉運転の自由度がある。

【００３７】また、後備炉停止系制御棒12体のうち、非
常用停止系の制御棒は２体とし、この２体の制御棒にポ
ンプ一体型発電機３台からの電気を同時に供給（図５参
照）することもある。

【００３８】図５は一次系主ポンプと非常用炉停止系制
御棒との接続関係図で、制御棒が各主ポンプに共用され
る場合である。この場合はポンプ一体型発電機１台から
の電気出力は上記のものに比べて１／３（但し、非常用
炉停止系への電気供給停止設定値は、主ポンプ毎に同じ
定格の 100−50％程度の出力とする。）で済むことにな
る。

【００３９】また、後備炉停止系制御棒の10体が別電源
により駆動が可能であるので、原子炉起動の際は、既に
述べた場合よりも原子炉運転の自由度が増大する。しか
し、非常用停止系の制御棒はこの場合は最大２体（上記
の場合の制御棒は最大６体）であるので、より確実に原
子炉を停止させるためには、非常用停止系の制御棒を３
体等に増大させることもある。

【００４０】ポンプ一体型発電機において、一次系主ポ
ンプと発電機との結合の方法には図６及び図７に示した
ように、直列に結合した場合と並列に結合した場合があ
る。図６の直列結合の場合では、主ポンプ軸21と発電機
軸19を同じ軸とし、発電機軸19には磁石22が取り付けら
れており、これが回転子となる。発電機７内にはコイル
23で巻かれており、これらにより発電機７が構成されて
いる。

【００４１】図７の並列結合では、一次系主ポンプ５と
発電機７は第１のギヤ15もしくはチェーン等を介して結
合されている。発電機７の発電機軸19には第２のギヤ24
が取り付けられ、第２のギヤ24と第１のギヤ15とは噛合
している。また、どの場合も、この発電機から発生した
電気的雑音が主ポンプに悪影響を及ぼさないために、こ
の発電機の軸等にはアースが施されている。

【００４２】高速炉プラントにおいて、一次系冷却材の
駆動として機械式ポンプでなく電磁ポンプを用いた場合
には、一次系冷却材の高速の流れを利用した発電機によ
り発電し、この電気を非常用原子炉停止系の電源とする
システムの例については以下の通りである。

【００４３】本発明に用いる発電機と非常用原子炉停止
系の電源装置との電気的接続の概念は図３に示した通り
のものである。本発明での発電機７は、原子炉定格運転
中に一次系電磁ポンプ20がトリップし、冷却材の流れが
止まると、その発電がほとんど同時に停止し、非常用原
子炉停止系の制御棒は炉心に自動的に急速に挿入され、
原子炉が停止する。

【００４４】従って、本発明での発電機は、一次系電磁
ポンプのトリップと冷却材の流れの停止とは同じ現象で
あるので、上記実施例のポンプ一体型発電機とは同じ受
動型発電機となる。それ故に、本発明で使用する発電機
を用いた場合の諸現象は上記実施例のポンプ一体型発電
機を用いた場合と同じものとなる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、ポンプ一体型発電機に
よる電気の発生は一次系主ポンプの軸が回転することと
同じことであるので、定格運転中の一次系主ポンプがト
リップすると発電機による発電は停止される。それ故
に、発電機による電気を電源とする非常用停止系の制御
棒は、一次系主ポンプがトリップすると同時に炉心に自
動的に急速に挿入され、原子炉が安全に停止する。

【００４６】即ち、一次系主ポンプのトリップと炉心へ
の負の反応度の自動的挿入とは受動的に結合することに
なるので、発電機による電気を電源とする非常用停止系
は原子炉の受動的停止能力を向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉非常用炉停止系の第１の実
施例を示す構成図。

【図２】図１における一次系主ポンプトリップ時のポン
プ出力変化と原子炉非常用炉停止系への電気供給停止ポ
ンプ出力値を示す特性図。

【図３】本発明に係る原子炉非常用炉停止系の第２の実
施例を示す構成図。

【図４】本発明の実施例における一次系主ポンプと非常
用炉停止系制御棒との接続関係の例を示す概略図。

【図５】同様に、一次系主ポンプと非常用炉停止系制御
棒との接続関係の他の例を示す概略図。

【図６】同様に、一次系主ポンプと直列に結合した発電
機の例を示す概念図。

【図７】同様に、一次系主ポンプと直列に結合した発電
機の例を示す概念図。

【符号の説明】

１…原子炉容器、２…炉心、３…冷却材、４…一次系配
管、５…一次系主ポンプ、６…駆動モータ、７…発電
機、８…交直変換器、９…しゃへいプラグ、10…制御棒
駆動機構、11…制御棒、12…延長管、13…スクラムマグ
ネット、14…ボールねじ、15…ギヤ、16…制御棒駆動モ
ータ、17…シール、18…羽根車、19…発電機軸、20…一
次系主電磁ポンプ、21…主ポンプ軸、22…磁石、23…コ
イル、24…第２のギヤ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉心および液体金属冷却材を内蔵した原
   子炉容器と、この原子炉容器の一次系配管に接続した一
   次系主循環ポンプと、この一次系主循環ポンプを駆動す
   る駆動モータと、この駆動モータに接続した発電機と、
   この発電機に接続した交直変換器と、前記原子炉容器に
   設けた制御棒駆動機構と、この制御棒駆動機構のスクラ
   ムマグネットと前記交直変換器とを接続するケーブルラ
   インと、前記スクラムマグネットに接続され延長管を介
   して前記炉心内に挿入する制御棒とを具備したことを特
   徴とする原子炉非常用炉停止系。
2. 【請求項２】 前記一次系配管内に羽根車を挿入し、こ
   の羽根車を前記発電機の回転軸に接続し、前記一次系主
   循環ポンプに電磁ポンプを使用してなることを特徴とす
   る請求項１記載の原子炉非常用炉停止系。