JPS6124676B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば黒鉛を減速材及び原子燃料封
入容器材とするガス冷却原子炉の後備停止装置に
関するものである。通常原子炉制御系としての制
御棒装置の他に、これとは独立した原子炉後備停
止装置が設けられ、地震或いは１次冷却系統の破
損等異常事態の発生に於いても制御棒装置に頼る
ことなく、この後備停止装置に依り原子炉を全負
荷より急速に停止保持することが原子炉の安全を
確保するために不可欠である。このため、後述す
るような装置が従来設けられていた。すなわち、
第１図はガス冷却原子炉の炉心及び周辺機器の配
置の１例を示したもので、図において１はプリス
トレストコンクリート製の原子炉圧力容器、２は
核燃料と減速材との集合体よりなる炉心、３は制
御棒、４は制御棒安内筒、５は蒸気発生器、６は
１次冷却材循環機、７は１次冷却材循環機駆動装
置、８は炉心補助冷却機、９は補助循環機、１０
は同駆動装置、１１は１次冷却材循環機６（及び
補助循環機９）の出口と炉心２の入口を連通する
連絡ダクト、１２は炉心２の出口と蒸気発生器５
の入口を連通する連絡ダクトである。第１図のＡ
―Ａ線に沿う断面すなわち炉心２の横断面を第２
図に示す。第２図において、１３は制御棒挿入燃
料要素、１４は並型燃料要素、１５は黒鉛反射
体、１６は永久反射体、１７は拘束金具、１８は
ボロン入反射体、１９は炉心格納孔部ライナであ
る。第３図イ，ロは、制御棒挿入燃料要素１３の
概略構造を示す。第３図イ及びロにおいて２０は
黒鉛製の多角柱（構造的には６角柱が好ましい）
で構成された燃料封入筒、２１は、封入筒２０の
上端に設けられた３本の整列用ピン、２２は、封
入筒２０の下端に設けらた３本の整列用ピン孔
（上下に隣接した制御棒挿入燃料要素１３のそれ
ぞれのピン２１とピン孔２２がかん合して上下の
整列を可能とする）、２３は制御棒挿入孔、２４
は後備停止用中性子吸収材球挿入孔、２５は前記
封入筒２０の全面にわたつて分布された複数の一
次冷却材通過孔、２６は一次冷却材通過孔２５に
隣接して封入筒２０内に埋込まれた複数の燃料棒
である。

並型燃料要素１４は、前記した制御棒挿入燃料
要素１３と同一の外形寸法を有し、前記制御挿入
孔２３、および中性子吸収材球挿入孔２４がな
く、一次冷却材通過孔２５および燃料棒２６の数
および配置が異なる以外同制御棒挿入燃料要素１
３と同じである。即ち前記炉心２は横断面で見た
場合中央部に制御棒挿入燃料要素１３及びそのま
わりに配列された６個の並型燃料要素１４を一つ
の燃料要素群２７とする多数の燃料要素群及びそ
のまわりを囲む黒鉛反射体１５より構成される。
炉心２を縦断面で見た場合、制御棒挿入燃料要素
１３及び並型燃料要素１４がそれぞれ同種同形状
のものが垂直方向に複数個整列して、それぞれコ
ラムを形成する、任意のコラムは、各燃料要素１
３，１４の上下端に設けられたピン２１とピン孔
２２のかん合に依り整列され、静止状態では上下
に隣接し、各燃料要素１３，１４のズレを拘束す
る。各コラムの燃料要素部の上下は黒鉛反射体の
層で構成される。この上部及び下部の黒鉛反射体
には、同一コラム内の各燃料要素１３，１４に対
応して一次冷却材通過孔及ピンとピン孔が設けら
れ、更に上部黒鉛反射体に制御棒挿入孔及び後備
停止用中性子吸収材球挿入孔が設けられる。前述
の炉心２に於いて、制御棒案内筒４は、制御御棒
挿入孔２３と連通してあるので、制御棒３は図示
せざる駆動装置に依り、制御棒挿入燃料要素１３
内の制御棒挿入孔２３に出し入れされ、核分裂反
応を調整する。該制御棒３は、炉心の中性子分布
を出来るだけ均等にする様に炉心２の全域にわた
つて配設される。第４図に、従来の後備停止装置
と燃料要素群２７の組立ての一例を示す。制御棒
挿入燃料要素１３のコラムの上部には黒鉛反射体
２８、下部には黒鉛反射体２９が設けられ、並型
燃料要素１４のコラムの上下部にそれぞれ黒鉛反
射体３０，３１が設けられている。

互いに連通した黒鉛反射体２８の中性子吸収材
球挿入孔３２及び制御棒挿入燃料要素１３の中性
子吸収材球挿入孔２４と中性子吸収材球貯蔵容器
３３の底部ホツパ３４を連絡管３５で連通する。
連絡管３５の上部は、中性子吸収材球貯蔵容器３
３を上方に貫通する。該連絡管３５がホツパ３４
内に位置する部分に於いて連絡管３５に開口部３
６を設けている。該開口部３６には通常、ゲート
３７がゲート駆動レバー３８に依り吊下げられ、
開口部３６を密閉し、中性子吸収材球が連絡管３
５を経て後備停止用中性子吸収材球挿入孔２４に
侵入するのを防止している。異常時は図示せざる
ゲート駆動装置の作動に依りゲートレバー３８が
ゲート３７を上に引き上げ、開口部３６を開き、
中性子吸収材球を連絡管３５を経て後備停止用中
性子吸収材球挿入孔２４に投入する。その結果炉
心２の中性子は、完全に中性子吸収材に吸収さ
れ、炉内核反応は停止する。かかる炉に於いて、
地震が発生し、積重された各燃料要素１３，１４
が左右上下に揺動し、且つ異常運転緊急停止指示
に依り後備停止装置が作動すると貯蔵ホツパ３４
より放出せられた中性子材吸収球は縦孔を落下す
るが、その際第５図に示す如く制御棒挿入燃料要
素１３の整列の乱れ（各燃料要素１３，１４のコ
ラム間には各燃料要素１３，１４の据付及び取換
のための間隙が設けられているため、例えば炉心
２が片寄つた場合、その反対側には約100mm、中
央部で約50mmの集合間隙が発生する。そのため該
部の燃料要素は隣接コラムに依る拘速がなくなり
地震に依り第５図の如く乱れる）に依つて中性子
吸収材球挿入孔２４の曲り及び、中性子吸収材球
挿入孔２４から横方向に進展する空隙３９（上下
に隣接する燃料要素１３の境界部）が出来るた
め、中性子吸収材球の一部は、横方向の空隙３９
にはいり込み、地震が終つた後、中性子吸収材球
の回収後もそのまま残り、燃料要素１３の整列を
乱すことになる。前述の炉心構造では、燃料要素
１３，１４及び黒鉛反射体１５がギツシリ詰つて
いるため、燃料要素１３の乱れを検知することは
事実上不可能であり、燃料要素１３が乱れたま
ま、通常運転にはいることになる。かかる場合次
の不具合が発生する。即ち、原子燃料の核分裂で
発生する熱量を取去る１次冷却材（He，CO₂ガ
ス等）の流れが、各コラム間で不均一となり、１
次冷却材の流れが減少したコラムの燃料要素の黒
鉛壁、燃料粒子及び燃料棒の皮膜の温度が過昇
し、その強度を著しく低下させ、燃料要素の寿命
を短縮する。又制御棒挿入孔２３の整列も乱れる
ので、制御棒３のスムースな上下動を阻害する。

本発明は、前述した従来装置の不具合に鑑みな
されたものであつて、所定の大きさの塊に形成さ
れた中性子吸収材を可撓継手を介して互いに連結
して数珠状としたガス冷却原子炉の後備停止装置
に係り、本発明によれば積重されてコラムを形成
する燃料の整列が地震等により乱されて、燃料要
素の各中性子吸収材挿入孔の結合部にすきまが生
じても、中性子吸収材の塊は互いに連結している
ので、該すきまに入つて地震終了後の整列復帰の
障害となることもなく、しかも可撓継手で連結さ
れているので、該挿入孔の整列が乱されても、支
障なく挿入され、炉心の核反応を効果的に停止す
ることができる。

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。前述の部分と同一の部分は同一番号を附す
る。第６図に於いて４０は数珠状の後備停止部材
で中性子吸収材（例えばＢ４Ｃ）の塊即ち球４
１、同球４１を内包する球殻（金属又はセラミツ
ク）４２、同球殻４２の両端（同一中心線上）お
よび重錘４４の上端に付着し、且つ内孔４６を有
する球面フランジ４３、および隣接する球殻４２
の球面フランジ４３の内孔４６を貫通して自在カ
ツプリングを構成する接合環４７よりなる。４８
は球殻４２に中性子吸収材の球４１を閉ぢ込めた
後、半球同志を固着して球殻４２を完成する接合
部であり、４９は、後備停止部材４０の上端に取
付けられた鋼球で後述の螺旋状収納管５０の上端
５１にあけられたワイヤ５２の貫通孔５３よりも
径は大きい。鋼球４９の下端には、球面フランジ
５４が付着し、接合環４７に依り隣接の球殻４２
の球面フランジ４８と連結せられる。

鋼球４９の上端部フランジ５５は吊下げワイヤ
５２の下端５６に接合ピン５７に依り連結せられ
る。

以上の如くして後備停止部材４０及びその重錘
４４及び吊下げワイヤ５２が構成される。２個の
球面フランジ４３と接合環４７で構成される自在
カツプリングは、隣接した球殻４２同志或いは重
錘４４との屈曲を自由にする。

第７図に於いて、１３は制御棒挿入燃料要素、
２４，３２は中性子吸収材球挿入孔、２５は一次
冷却材通過孔、２６は燃料棒、１４は並型燃料要
素、５８は制御棒挿入燃料要素１３上部の黒鉛反
射体、３０は並型燃料要素１４上部の黒鉛反射
体、５９螺旋状収納管５０を収納する密閉型ハウ
ジング、６０はハウジング５９の底部に設けられ
た放射線遮蔽壁、５０はその下端から上端にかけ
て常に上向きの傾きを有する螺旋状収納管で、通
常は後備停止部材４０を収納する。螺旋状収納管
５０の内径は、球鎖４２の球状重錘４４の外径よ
りも小さく、球殻４２の外径より大きい。６１
は、第８図の拡大図に示す如く螺旋状収納管５０
の下端の開口部で、重錘４４の外径よりも大きい
内径を有する半球状又はラパ状の形状を有する。
第９図の５１は螺旋状収納管５０の上端で、中心
に吊下げワイヤ５２が貫通する小孔５３を有す
る。６３は螺旋状収納管５０の下端開口部６１の
外側に装備された電磁石、６４は複数の電源（図
示しない）と電磁石６３を結ぶ導線、作動時以外
は常に複数の電源と電磁石６３の間に閉回路を構
成し、重錘４４を開口部６１の内部にに吸引把持
する。６５は、開口部６１と黒鉛反射体５８の後
備停止用中性子吸収材球挿入孔３２の上端６６と
を連通する連絡管、６７はシール用ベローズで上
端６６と連絡管６５の下部をつなぎ、上端６６と
連絡管６５の相対運動は許すが、ガスタイト性を
与える。６２は、黒鉛反射体５８の上部に設けら
れた一次冷却材入口、５２は、後備停止部材４０
を吊下げるワイヤ、６８は、吊下げワイヤ５２の
案内管、６９は吊下げワイヤ巻き取部、７０は駆
動部、７１，７２は巻き取部６９と駆動部７０と
を連結する軸で７１は巻き取部側、７２は駆動部
７３は軸７１及び７２を連結するカツプリング
で、吊下げワイヤ５２を巻き取る方向に駆動部側
軸７２が回転する場合は、カツプリング７３は軸
７１及び７２を連絡し、回転を巻取部６９に与
え、吊下げワイヤ５２を巻き取り後備停止部材４
０を螺旋状収納管５０内に収納する。後備停止棒
４０の重錘４４が、収納管５０の下端開口部６１
の内面に接し、後述の如くハウジング５９の空間
７４のシールガス圧力と連絡管６５内の一次冷却
材圧力の差が一定値に達すると、後述の回路自動
起動装置に依り、電磁石６３と複数電源の回路を
閉とし、その後インタロツクに依りカツプリング
７３が作動して（例えばカツプリングが電磁石式
では電源遮断に依り解列）連結軸７１と連結軸７
２を切離す。なお駆動部７０は、オーバトルク防
止装置を備え後備停止部材４０の一部が通路２
４，６６，６５等のいずれかに引つかかつた場合
の過熱防止を行う。巻取部６９は連結軸７１，７
２が分離した場合は、スムースに空転出来る構造
で、重錘４４を把持する磁力が消失した場合、後
備停止部材４０の自然落下をさまたげない。４は
制御棒案内管（本実施例では制御棒挿入孔２３と
中性子吸収材挿入孔２４が同一燃料要素コラムに
あるため該案内管４はハウジング５９の内部を貫
通するが、制御棒挿入孔２４が別のコラムに設け
られ、ハウジング５９の内部を貫通しない場合も
可能である）。７５は、制御棒吊下ワイヤ７６の
巻取部、７７は駆動部、７８は巻取部７５と駆動
部７７の連結部、７９はハウジング５９を取り巻
く放射線遮蔽、８０は巻取装置支持床、８１は、
連絡管６５内の１次冷却材圧力の検出装置、８２
はハウジング５９内シールガス圧検出装置であ
り、回示せざる発信器、信号管及び制御器及び開
閉器自動駆動器より構成される、回路自動起動装
置に依り、両者の差圧が一定以上になると、電磁
石６３と電源の回路が閉路とせられる。８３は、
ハウジング５９の頂部で、中央部に吊下げワイヤ
５２用の貫通孔８４を有する（第９図参照）８５
は、ハウジング５９の内に１次冷却材と同種の純
粋ガス（シールガス）を供給する管であり、該シ
ールガスは一次冷却材より高圧であるため収納管
上端５１の貫通孔５３より収納管５０内にはいり
重錘４４と開口部６１内面の隙間より連絡管６５
内に噴出し。、、放射性物質を含有する一次冷却材
が、収納管５０内に浸入するのを防止する。又緊
急時後備停止装置が作動する際、電磁石６３の電
源が解列され、電磁石６３の把持力がなくなる
と、重錘４４及び各球殻４２の背面に加つている
背圧に依り（背圧が炉内圧よりも高いため）後備
停止部材４０は下方に押される。この下向きの押
す力は、重錘４４の自重と相俟つて後備停止部材
４０を中性子吸収材球挿入孔２４に落下せしめる
に極めて有効である。

前記した構成を有する本実施例において、通常
運転時は後備停止部材４０は、螺旋状収納管５０
内に収納され、該収納管５０下端の開口部６１の
外側に装備された電磁石６３によつて該開口部６
１内に形成される磁力に依り、後備停止部材４０
の先端の重錘４４が開口部６１の内面に接して保
持せられ、後備停止部材４０の自然落下を防止し
ている。螺旋状収納管５０を内包しているハウジ
ング５９内には、供給管８５を介して純粋な１次
冷却材と同種のガス（以下シールガスと〓す）が
炉内圧よりも若干の高圧で供給せられ、該シール
ガスは、収納管５０の頂部５１の小孔５３より収
納管５０内にはいり、下端開口部６１の内面と重
錘４４の接触面の隙間より連絡管６５にはいり、
中性子吸収材球挿入孔３２，２４及上下相接する
燃料要素間の隙間を経て、炉心一次冷却材に合流
する。重錘４４が開口部６１内に保持されている
間は、ハウジング５９の内部７４のガス圧力と連
絡管６５の圧力の差はほぼ一定値（約1000〜5000
mmWC）に維持され放射線物質を含んだ炉心一次
冷却材が収納管５０内にはいるのを防止する。前
述の如く巻取部６９の軸７１は、常時は駆動部側
軸７２より切離されている。かかる状態にて、例
えば、地震が発生し異常運転状態になると、 電
磁石６３に接続している複数電源は、運転員の遠
隔操作又は自動操作（地震計からの一定値を越え
た信号、炉内圧異常上弁又は異常低下信号、炉心
出口一次冷却材温度異常高の信号等の組合せ又は
単独信号）に依り、電磁石回路より遮断せられ
る。その結果開口部６１の磁場は消失し、後備停
止部材４０は、自重、重錘４４の背面に加るガス
圧に依り落下を開始する。開始後は重錘４４及び
後備停止部材４０の自重に依り中性子吸収子材球
挿入孔３２，２４に落下し該挿入孔２４の底部よ
り充填する。一方巻取部６９は、駆動部７０より
切離されているので、巻取部６９は、吊下げワイ
ヤ５２が解かれる側に吊下げワイヤ５２に引きず
られて逆転する。先端の重錘４４が底部に到達す
ると、吊下げワイヤ５２はほぼ完全に解かれ、巻
取部６９の回転は停止し、巻取部６９に連結され
た吊下げワイヤ５２の上端を介して吊下げワイヤ
５２及び後備停止部材４０を吊下げた状態とな
る。

即ち後備停止部材４０は炉心２の中に挿入され
たこととなつて、中性子吸収材の球４１は、中性
子を吸収し、炉心２内部の核反応を停止する。異
常条件が消失し、正常運転に戻る前に制御棒３を
炉心２に挿入した状態で、運転員の遠隔操作に依
り、カツプリング７３に依り軸７１と７２を連結
し、駆動部７０のモータを回転する。回転は軸７
１と７２を介して巻取部６９に伝達され、吊下げ
ワイヤ５２を巻取ることに依り後備停止部材４０
を螺旋状収納管５０内に収納する。収納が完了す
ると、重錘４４は、開口部６１内面に接触し、シ
ールガスが開口部６１より連絡管６５内に流入す
るのを阻止する。その結果ハウジング５９内のガ
ス圧は上昇し、ガス圧検出器８１と８２で検出さ
れた圧力差が一定値（約500mmWC〜1000mmWC）
を越えると、図示せざる回路自動起動装置に依
り、電磁石６３と電源の回路を閉じられる。その
結果電磁石６３に依り、開口部６１に磁場が生
じ、重錘４４を吸引把持する。その後インタロツ
クに依り（例えば電磁石型カツプリングでは電源
の回路が閉じるとカツプリングの電源を遮断する
と）カツプリング７３が解列して軸７１と７２を
切離し、後備停止装置を正常の状態に維持する。

前記した構成及び作用を有する本実施例におい
て、地震が発生して種重した制御棒挿入燃料要素
１３が例えば第５図のようにその整列が乱れ、隣
接する挿入孔２４が折れ線状になり、しかも各制
御棒挿入燃料要素１３の間に隙間が生じても、後
備停止部材４０は適宜屈曲して挿入されるので炉
心２の核反応を迅速確実に停止し得るのみなら
ず、中性子吸収材の球４１は互いに連結されてい
るから前記隙間に入りこまず、地震後の制御棒挿
入燃料要素１３の整列復帰を何ら妨げないし、地
震後の運転における冷却材の流れ分布の偏りを生
ずることもない。

なお前記した実施例においては、中性子吸収部
材の球４１を内包する球殻４２を接合環４７を介
して連結して後備停止部材４０を構成したが、第
１１図に示すように、中性子吸収部材の球４１′
を内包する球殻４２′にその中心を通る貫通孔８
５を穿設し、前記ワイヤ５２の長さを延長したり
ワイヤ５２′を前記貫通孔８５を通して数珠状に
してもよいことは、当業者にとつて明らかであろ
う。勿論中性子吸収部材の球４１′の大きさ及び
数は炉心２の大きさ等によつて適宜選択される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガス冷却型原子炉の概略断面図、第
２図は、第１図のＡ―Ａ線に沿う断面図、第３図
イ，ロは、制御棒挿入燃料要素の平面及びその断
面図、第４図は、従来の後備停止装置を示す断面
図、第５図は、地震によつて乱れた炉心を示す概
略説明図、第６図は、本発明の実施例を示す拡大
断面図、第７図は、本発明の実施例の全体を示す
断面図、第８図は、第７図のｂ部を示す拡大断面
図、第９図は、第７図のａ部を示す拡大断面図、
第１０図は、第７図のＣ―Ｃ線に沿う断面図、第
１１図は、本発明の他の実施例を示す断面図であ
る。 １…原子炉圧力容器、２…炉心、３…制御棒、
４…制御棒案内筒、１３…制御棒挿入燃料要素、
１４…並型燃料要素、１５…黒鉛反射体、２０…
封入筒、２１…ピン、２２…ピン穴、２３…制御
棒挿入孔、２４…中性子吸収材球挿入孔、２５…
一次冷却材通過孔、２６…燃料棒、２８，２９，
３０，３１…黒鉛反射体、３２…中性子吸収材球
挿入孔、４０…後備停止部材、４１…球、４２…
球殻、４３…球面フランジ、４４…重錘、４６…
内孔、４７…接合環、４９…鋼球、５０…収納
管、５２…ワイヤ、５４…球面フランジ、５５…
フランジ、５７…接合ピン、５８…黒鉛反射体、
５９…ハウジング、６０…遮蔽壁、６１…開口
部、６３…電磁石、６５…連絡管、６６…上端、
６７…ベローズ、６８…案内管、６９…巻取り
部、７０…駆動部、７１，７２…軸、７３…カツ
プリング、７４…空間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 同一断面を有する複数の燃料要素が積重され
   てコラムを形成し、該コラムが複数並設されて炉
   心を形成するガス冷却原子炉において、該コラム
   のうち上下方向に貫通する中性子吸収材挿入孔を
   もつコラムの上方にら旋状収納管が配設され、該
   中性子吸収材挿入孔の上部開口に向つて延出した
   ら旋状収納管の連絡管が該ら旋状収納管よりも大
   径に形成され、該ら旋状収納管内に通常時収納さ
   れる数珠状後備停止部材の下端に該ら旋状収納管
   よりも大径の磁性球体重錘が連結され、該連絡管
   の周囲に電磁石を設けてなることを特徴とするガ
   ス冷却原子炉の後備停止装置。