JPH0830757B2 - 高速炉用冷却材循環ポンプの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は高速増殖炉（以下、高速炉と記す）用冷却材
循環ポンプの駆動装置に関する。

（従来の技術） タンク型およびループ型高速炉においては主として燃
料集合体，遮蔽集合体およびこれら集合体を支持し、炉
心特性を監視及び制御する他の部材から構成される炉心
を収納する炉容器が使用されている。

ループ型１次冷却材ポンプは炉容器からの冷却材（ナ
トリウム）を熱交換器を介して循環させる。

冷却材は一例として、炉心上方に流れ、熱エネルギー
を吸収し、炉容器から１次冷却材ポンプによって排出さ
れ、熱交換器を経て流れる。熱交換器で交換された熱エ
ネルギーは、２次冷却材ポンプによって循環され、最終
的な発電の目的のための熱エネルギーは放出される。

熱交換された１次冷却材は１次冷却材ポンプによって
炉容器へ送り返される。

液体金属冷却材を使用する高速炉の場合、炉容器の入
口と出口との温度差は、軽水冷却型原子炉に比べて比較
的大きく、122〜148℃程度であり、出口温度は約355℃
程度になる。この大きな温度差と高温のため、他の条件
の中でも原子炉の運転停止に基づく熱的過渡状態を受容
しなければならない。よって、原子炉の諸系統及び各要
素に厳格な制限が課せられることになる。

正常な運転中又は１次冷却材ポンプ用主駆動モータへ
の給電停止などのような異常時に原子炉の運転を停止さ
せるにはたとえば中性子吸収材を含んだ制御棒を炉心内
に挿入し、電気的に駆動されている１次冷却材ポンプ用
主駆動モータへの給電を停止する。１次冷却材ポンプは
低速まで惰走し、この場合、１次冷却材ポンプと組合さ
れたポニーモータが、オーバーランニングクラッチを介
して１次冷却材ポンプに係合し、低定速で運転を継続す
る。

ポニーモータは原子炉の運転中は停止しているが、主
駆動モータの給電停止や電源喪失時に自動起動し、低定
速回転で待機している。そして１次冷却材ポンプの回転
降下時に規定回転数で係合し、以後ポニーモータにより
１次冷却材ポンプは運転継続される。

この運転によって冷却材は強制循環され、炉心各要素
からの崩壊熱を適切に除去することが出来る。ポニーモ
ータは１次冷却材主駆動モータにも給電されて、またプ
ラントの交流電源によって駆動され、この他にジーゼル
発電機による予備電源も備えている。主電源と予備電源
が使用出来なくなった場合は冷却材の自然循環冷却によ
って崩壊熱が除かれる。

通常、１次冷却材ポンプは原子炉炉心の運転停止によ
り生じた炉心出力−冷却材流量比の急激な減少に基づく
熱的な過渡状態を緩和するようにトリップされる。冷却
材流量の惰走減少率は、トリップ前の１次冷却材ポンプ
系の回転慣性力による運動エネルギーの関数である。

１次冷却材ポンプ系の回転慣性が大きいと、惰走時間
は比較的長くなる。この比較的長い惰走期間において
は、原子炉プラントへの交流電力の供給停止と交流予備
電源系統の同時故障というありそうもない事態が発生す
るが、この場合でも、燃料集合体，ブランケット集合体
等からの適切な崩壊熱の除去は確保されなければならな
い。すなわち、１次冷却材ポンプが停止する時点は、炉
容器内の冷却材の自然循環がただ一つの循環力となった
場合で、除去されるべき炉心内の崩壊熱の量によって決
定される。

惰走時間が長いと自然循環により除去されるべき崩壊
熱が減少する。従って、特に１次冷却材ポンプ用主駆動
モータおよびポニーモータに電力が供給されないことが
想定される場合、惰走期間を長引かせるように１次冷却
材ポンプ系全体の回転慣性を大きな値に定めることが有
利であると考えられる。

別の観点からは、大きな１次冷却材ポンプ系の慣性と
原子炉の運転停止に続く長い惰走とによって炉容器内の
いろいろな部材について、最初は急激で、苛酷な過渡温
度状態が生じる。そこで、当然のことながら出力−流量
比はすみやかに減少する。

温度勾配は炉心上方の炉容器内の冷却材の混合により
緩和されるが、炉容器の下流側すなわち２次冷却材ポン
プ系統の諸部材にも作用する。

従って、１次冷却材ポンプの回転慣性を小さい値に定
めてポンプの初期惰走減速を早くし、苛酷な過渡温度状
態が生じない、妥当な出力−流量比を保つのが有利なよ
うに考えられる。

これら相反する条件の結果として１次冷却材ポンプ系
の回転慣性の選定は、熱の初期過渡現象を最小にするこ
とと、適切な熱の除去後に初めて、１次冷却材ポンプに
よる強制循環流から自然循環流にスムーズに切替えられ
るようにする事である。このため、１次冷却材ポンプの
設計により比較的小さな回転慣性値に選定される。

これによりプラントの正常な運転停止による最初の過
渡的な熱を最小にし、ポニーモータへの給電の完全停止
時の自然循環による崩壊熱除去要件を余裕を持って満足
するようにしている。

従って、正常な交流電力並びに予備交流電力がポニー
モータへ供給されなくなるというありそうもない事態に
おいては、何らかの形態で、１次冷却材ポンプの回転軸
系と連結し自然循環による崩壊熱除去要件を満足するま
で、運転を継続する補助駆動装置を備えたポンプ駆動装
置が必要となる。

第２図は液体金属冷却型高速炉の配管系統図で、図
中、符号１は炉容器で、この炉容器１内にフランジ1aが
設けられ下部格子1bが取付いている、下部格子1b上には
核分裂反応を行う燃料集合体の他で構成された炉心２が
配設されている。炉容器１の上部には、燃料集合体の交
換を行う固定プラグ1cと回転プラグ1dが取付けられ炉心
上部機構1eを支持している。

高速炉においては、通常冷却材として液体ナトリウム
が使用される。冷却材は１次冷却材ポンプ７により入口
管３から炉容器１の下部に入り、炉心２で加熱されて温
度が高められ出口管４から流量調節弁５を経て熱交換器
６へ送られ、そこで２次冷却材ポンプ系により熱エネル
ギーは順次下流側に送られ、最終的な発電のために放出
される。

熱交換器６で熱エネルギーを放出した冷却材1fは、再
び１次冷却材ポンプ７を経て炉容器１内へ送られる。こ
の様に、冷却材は熱エネルギーの蓄積と放出を順次繰返
しながら一つの閉ループを構成している。図示していな
いが、１次冷却材ポンプ系統の下流側に配設されている
２次冷却材ポンプ系統も、上記１次冷却材ポンプ系統と
同様に熱エネルギーの蓄積と放出を順次繰返しながら、
一つの閉ループを構成し、更に下流側のタービンへ熱エ
ネルギーを供給している。

符号８は１次冷却材ポンプ７の主駆動モータで、正常
な原子炉運転中に交流電力が供給されて安定した運転が
なされている。

しかしながら、原子炉の運転を自主的に停止させるた
め、中性子吸収ロッドのような制御で、炉出力を低下さ
せる場合、あるいは主駆動モータ８の交流電力の給電が
停電等の外部的要因で停止せざるを得なくなった場合
等、何れの場合においても、電源を喪失した場合は炉心
２の残留崩壊熱を適切に除去すること、且つまた、冷却
材1fの苛酷な過渡温度状態が生じない、すなわち、冷却
材1fの還流する系統に接続されている機器並びに部材等
の熱的衝撃を緩和させるために、ポンプ駆動装置９が設
けられている。

このポンプ駆動装置９は正常運転中の１次冷却材ポン
プ８流量の約10％程度流量になる回転数で運転が引続が
れ、冷却材1fの熱エネルギーの蓄積と放出を繰返し、自
然循環流れになる条件まで運転する必要がある。

この様な場合、１次冷却材ポンプ７の駆動は主駆動モ
ータ８の回転軸と直列に係合されるポンプ駆動装置９で
行い、上記の流量を確保する手段が採用されている。

従来公知のポンプ駆動装置としてはたとえば特公昭63
−18037号公報に、ポニーモータ駆動装置としてはたと
えば特開昭58−39238号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 従来のポンプ駆動装置では、交流電力で駆動されるポ
ニーモータが予備電源も含め喪失するといったありそう
もない事態における状況下で、原子炉の運転停止を行う
場合、崩壊熱除去がスムーズに行われず、炉容器内並び
に１次,2次冷却材ポンプ系の諸部材に与える苛酷な過渡
温度状態が継続する潜在的な課題を有している。

又、ポンプ駆動装置を高速炉の正常運転中にも、使用
しないにも拘わらず、連続運転継続するシステムは、省
エネルギー上、又注意深い保守を必要とする機器構成上
からも、有効とは考え難い課題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもの
で、どの様な不適合の状況下にあっても、何らかの形態
で１次冷却材ポンプの回転軸系と連結し、自然循環によ
る崩壊熱除去要件を満足するまでの運転継続と、原子炉
の運転停止を最適な状態すなわち苛酷な過渡温度状態が
生じないようにすること、および１次冷却材ポンプの停
止中における保守を考慮し、原子炉内及び１次,2次冷却
材ポンプ系統全体の諸部材の損傷並びに破損を未然に防
止し、信頼性を高めることができる高速炉用冷却材循環
ポンプの駆動装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は高速炉の冷却材循環ポンプを駆動する主駆動
モータと、この主駆動モータの回転軸に第１のオーバー
ランニングクラッチを介して接続された減速歯車装置
と、この減速歯車装置に接続された第１のポニーモータ
と、この第１のポニーモータに第２のオーバーランニン
グクラッチを介して接続された第２のポニーモータと、
この第２のポニーモータに電磁クラッチを介して接続さ
れたフライホイールと、前記減速歯車装置に第３のオー
バーランニングクラッチを介して接続されたターニング
装置とからなることを特徴とする。

（作用） 補助駆動装置は、第２のオーバーランニングクラッチ
を介して連結し得る、直流電力を駆動源とする第２のポ
ニーモータであり、第２のオーバーランニングクラッチ
は、交流電力を駆動源とする第１のポニーモータの回転
数より高い領域で脱出来るように選定されている。

第１のポニーモータは、前記各冷却材ポンプ用主駆動
モータへの給電停止を条件に起動させ、各冷却材ポンプ
が第１のポニーモータの回転数にまで低下した場合、連
結させる。

一方、第２のポニーモータは第１のポニーモータへの
給電停止を条件に速やかに起動させ第１のポニーモータ
に替り、各冷却材ポンプの運転を継続させる。また、第
２のポニーモータの上位には、主駆動モータの回転軸に
取付けられているフライホイールとは別に電磁クラッチ
を介してフライホイールが配設されている。更にポニー
モータの伝達トルクを増大させるために設けてある減速
機には、各冷却ポンプ系の保守のためターニング装置が
配設され、全ての構成機器が前記各冷却材ポンプに連結
させる。

各冷却材ポンプの設計に当り惰走を長くすることおよ
び早くするという２つの相反する要件の妥協の必要が少
なくなる。炉心出力が非常に速やかに減少する運転停止
直後の初期惰走減速度は早く、急激な出力低下による過
渡的な熱現象は緩和する。その後にある選定された流
量、すなわち約10％流量となる様な回転速度で第１のポ
ニーモータに引継がれ、各冷却材ポンプの回転速度を維
持する。また、第１のポニーモータへの給電に支障が生
じても更に第２のポニーモータが起動し、前記各冷却材
ポンプの回転速度の維持継続は可能ならしめると共に、
更にフライホイールを付加することにより、第２のポニ
ーモータへの給電に支障が生じても前記フライホイール
の慣性力によって、完成惰性を長引かせ、自然循環にス
ムーズにかつ徐々に移行させることが出来る。

第１と第２のポニーモータは常時は停止されており、
定期的なサーベランステストを行うのみで良く、この場
合各ポニーモータを同時運転しても第２のオーバーラン
ニングクラッチ脱の状態にあり、支障はない。減速歯車
に設けられたターニング装置は、原子炉の運転停止時の
保守上、特に各冷却材ポンプの液体金属による蒸気等に
対する固着等を防止するため、各冷却材ポンプを低速で
回転させる。

（実施例） 第１図を参照しながら本発明に係る高速炉用冷却材循
環ポンプの駆動装置の一実施例を説明する。

第１図中符号1cは固定プラグを示しており、この固定
プラグ1cは第２図に例示したものと同様である。

固定プラグ1c上には主駆動モータ８が載置固定されて
おり、この主駆動モータ８の回転軸18の下部は固定プラ
グ1cを貫通して一次冷却材ポンプ７に接続されている。
一方、主駆動モータ８の回転軸18の上部には主フライホ
イール23が挿着され、さらにその上方には第１のオーバ
ーランニングクラッチ14が接続されている。第１のオー
バーランニングクラッチ14の上方には減速歯車装置13、
第１のポニーモータ12、第２のオーバーランニングクラ
ッチ17、第２のポニーモータ16、電磁クラッチ21および
フライホイール22が順次接続されている。主駆動モータ
８および第１のポニーモータ12には交流電源11が接続さ
れて回転駆動される。また、第１のポニーモータ12には
予備交流電源15が接続されている。第２のポニーモータ
16には直流電源20が接続されて回転駆動する。減速歯車
装置13には第３のオーバーランニングクラッチ25が設け
られ、この第３のオーバーランニングクラッチ24にはタ
ーニング装置24が接続される。

以上のようにしてポンプ駆動装置19が構成されてい
る。

しかして、第１図において、高速炉プラントの交流電
源11により主駆動モータ８で運転されていた１次冷却材
ポンプ７は、給電停止を行うことで、惰走を開始し、こ
の間に減少する流量を強制的に流通させる。

主駆動モータ８への給電停止の条件で起動させた第１
のポニーモータ２はある選択された流量、即ち、全流量
の約10％の回転数で待機している。第１のポニーモータ
12から１次冷却材ポンプの連結手段は減速歯車装置13か
ら第１のオーバーランニングクラッチ14を介して主駆動
モータ８の回転軸を経て連結される。

第１のポニーモータ11はプラントの交流電源11からも
動力を受けると共に、プラントの交流電源11が喪失した
時にはジーゼル発電機等の予備交流電源15も備えてい
る。

全流量の約10％の回転数で待機していた第１のポニー
モータ12は、１次冷却材ポンプが惰走を開始してから回
転降下を始め全流量の約10％の回転数に到達した時に、
第１のオーバーランニングクラッチ14と連結（自動的に
噛合）され、移行第１のポニーモータ12に引継がれ運転
が行われる。この運転は、崩壊熱除去要件が満足するま
で継続し、それ以降自然循環による運転になるまで行
う。

ポンプ駆動装置には第１のポニーモータ12の他に第２
のポニーモータ16が第２のオーバーランニングクラッチ
17を介して第１のポニーモータ12と直列に連結されてい
る。第２のポニーモータ16は直流電源20により駆動する
もので、交流電源11及び予備交流電源15が喪失した時に
第１のポニーモータ12に変り運転を行うものである。

第２のポニーモータ16の他端軸には電磁クラッチ21を
介してフライホイール22が設けられ冷却材ポンプの回転
軸系の慣性を増大させ、惰性特性を変化させる。

１次冷却材ポンプ７用主駆動モータ８及び第１のポニ
ーモータ12両者への電力が全く喪失した場合の原子炉停
止過渡状態においては、全流量の約10％回転数まで惰走
し、約10％附近で、前記第２のポニーモータ16に運転が
引継がれる。

この場合、前記フライホイール22は電磁クラッチ21で
任意の着脱が可能となり、崩壊熱除去要件を完全に満足
又は満足させるまでの惰走速度を改善させる要素を有す
るものである。

１次冷却材ポンプ回転軸系全体の回転慣性力は、前記
惰走時間を長引かせると自然循環による崩壊熱除去量が
少なくて済むことから望ましいが、一方で苛酷な過渡温
度状態が生じる。したがって、その設計上の妥協点から
必要とする慣性力を得るため、主駆動モータ８軸主フラ
イホイール23が取付けられており、前記フライホイール
22はその補助として、全べてのポニーモータ12,16の電
力源11,15,20が喪失した時、惰性減速度低減率向上に作
用する。

次に第２のポニーモータ16と第１のポニーモータ12の
相互関係については次の通りである。すなわち、第２の
ポニーモータ16は、第１のポニーモータ12の運転継続が
電源喪失等で出来なくなった場合を想定した直流電源
（電池）によるバックアップ用であるが、第１のポニー
モータ12が運転中にも運転可能な様に各ポニーモータ間
はオーバーランニングクラッチ14で連結されており、第
１のポニーモータの回転速度が僅かに低下した場合に噛
合する構造になっている。従って、第１のポニーモータ
12の回転数が低下した場合、自動的に１次冷却材ポンプ
の運転は第２のポニーモータ16に置換され、運転を継続
する。

減速歯車装置13に設けられ第３のオーバーランニング
クラッチ25を介して取付てあるターニング装置24は、原
子炉停止時に１次冷却材ポンプ７のターニング運転を行
うもので、原子炉内の冷却材であるナトリウム蒸気が冷
却材ポンプの各回転摺動部固着防止をするため低速（１
〜5rpm）で１次冷却材ポンプ７軸系全体を回転させる。

第３のオーバーランニングクラッチ25は第１及び第２
のポニーモータ12,16の運転時に連結が解除される構造
になっている。

従ってプラント全体の交流電源が喪失し、供給されな
くなるというありそうもない事態においても、第２のポ
ニーモータ16並びにフライホイール22の作用により崩壊
熱除去を適切に行うことが出来ると共に過渡温度状態に
おける各部材への熱的影響緩和に対し有効で、原子炉内
の構成機器並びに炉外各系統機器の損傷，破損等未然に
防止出来る信頼性の高い、補助駆動装置を備えたポンプ
駆動装置が得られる。

なお、本実施例のほかに主駆動モータ８と減速歯車装
置13間、第１と第２のポニーモータ12,16間及び減速歯
車装置13とターニング装置24間に配設したオーバーラン
ニングクラッチ14は各軸に回転検知信号を設けることに
より電磁クラッチ等でも同様な効果を有する。

また、減速歯車13と第１のポニーモータ12を１体化構
造としても同様な効果が得られるし、第１及び第２のポ
ニーモータ12,16を交直両用のモータを配設することで
も同様の効果が得られる。

さらに、本発明は１次冷却材ポンプ系統に限ることな
く、下流側の２次冷却材ポンプ系統を含め、崩壊熱除去
を必要とする系統に適用できるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば複数のポニーモータおよび冷却材ポン
プの回転慣性を可変にすることにより原子炉の緊急運転
停止または、プラント全体の交流電源故障等における崩
壊熱除去および過渡温度状態を適切に緩和することがで
きる。よって、原子炉内の炉心を含む構成部材を安全状
態にして、自然循環による運転までスムーズに移行出来
る信頼性，安全性の高い補助駆動装置を備えたポンプ駆
動装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高速炉用冷却材循環ポンプの駆動
装置の一実施例を示す構成図、第２図はループ型高速炉
を概略的に示す配管系統図である。 １……炉容器、1c……固定プラグ ２……炉心、６……熱交換器 ７……１次冷却材ポンプ、８……主駆動モータ 11……交流電源、12……第１のポニーモータ 13……減速歯車装置 14……第１のオーバーランニングクラッチ 15……予備交流電源、16……第２のポニーモータ 17……第２のオーバーランニングクラッチ 18……回転軸、19……ポンプ駆動装置 20……直流電源、21……電磁クラッチ 22……フライホイール、23……主フライホイール 24……ターニング装置 25……第３のオーバーランニングクラッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高速炉の冷却材循環ポンプを駆動する主駆
   動モータと、この主駆動モータの回転軸に第１のオーバ
   ーランニングクラッチを介して接続された減速歯車装置
   と、この減速歯車装置に接続された第１のポニーモータ
   と、この第１のポニーモータに第２のオーバーランニン
   グクラッチを介して接続された第２のポニーモータと、
   この第２のポニーモータに電磁クラッチを介して接続さ
   れたフライホイールと、前記減速歯車装置に第２のオー
   バーランニングクラッチを介して接続されたターニング
   装置とからなることを特徴とする高速炉用冷却材循環ポ
   ンプの駆動装置。