JPS6318037B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は液体金属冷却増殖炉の１次ポンプ系
統に関し、特に、１次ポンプの惰走特性を選択的
に制御する装置に関する。 高速増殖炉においては、核燃料集合体、遮蔽集
合体、及びこれらの集合体を支持し、炉心特性を
監視及び制御する他の部材から成る炉心を収納す
る炉容器を通つて、冷却材を循環させる。冷却材
は、一例として、炉心を上方に流れ、熱エネルギ
ーを吸収し、炉容器から排出され、熱交換器を経
て流れ、通常は最終的な発電の目的のために熱エ
ネルギーを放出し、１次系統のポンプによつて炉
容器を送り返される。 液体金属冷却高速炉の場合、炉容器の入口と出
口との温度差は液体冷却型原子炉に比べて比較的
大きく、122゜乃至148℃程度である。この大きな
温度差のため、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
い原子炉の諸系統及び要素に厳格な設計上の制限
が課せられる。正常な作動中又は１次ポンプへの
給電停止などのような異常な作動中に原子炉を運
転停止させるには、中性子吸収ロツドのような制
御装置を炉心中に挿入し、電気的に駆動される１
次冷却材のポンプを消勢する。ポンプは低速まで
惰走し、この時に各々の１次ポンプに組合された
ポニーモーターがオーバーランニングクラツチを
介してポンプに係合する。ポニーモーターは原子
炉の運転中連続作動しており、これが係合すると
全強制流期間を長引かせ、炉心の各要素から崩壊
熱を適切に除去する。ポニーモーターは、１次ポ
ンプにも給電するプラントの交流電源によつて駆
動され、この他にデイーゼル発電機又は電池のよ
うな多数の予備電源を具えている。主電源と予備
電源が共に使用できなくなつた時は自然循環冷却
によつて崩壊熱が除かれる。 １次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消勢即ちトリツ
プされる。冷却材流量の惰走時減少率は消勢前の
１次ポンプの運動エネルギーの関数である。従来
は１次ポンプの運動エネルギー要件の選定は、２
つの競合する要求間の困難な妥協の結果であつ
た。 第１に、ポンプの回転慣性が大きいこと、惰走
期間は比較的長くなる。この長い惰走期間のた
め、原子炉プラントへの交流電力の供給停止と能
動的な予備の電池又はジーゼル系統の同時故障と
いうありそうにない事態においても、燃料組立
体、プランケツト組立体及び制御組立体からの適
切な崩壊熱の除去が確保される。１次ポンプが停
止する時点は、原子炉装置内の自然循環がただ１
つの循環力となつた場合に除去されるべき炉心内
の崩壊熱の量に影響する。惰走期間が長いと自然
循環により除去されるべき崩壊熱が減少する。従
つて、特に１次ポンプ及びポニーモーターに電力
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次ポンプの慣性を大きな値
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、大きなポンプの慣性と炉心の
運転休止に続く長い惰走とによつて、炉容器内の
いろいろの部材について最初は急激で潜在的には
苛酷な過渡温度が生ずる。出力―流量比はすみや
かに減少する。温度勾配は又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
流側の諸部材にも掛かる。従つて１次ポンプの慣
性を小さい値に定めてポンプの初期惰走減速を早
くし、運転休止の開始時において妥当な出力―流
量比を保つのが有利なように考えらえる。 これらの相反する要件の結果として、１次ポン
プの慣性の選定は、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始めて強制循環流
れから自然循環流れにスムースに切替えられるよ
うにすることとの妥協である。この妥協のため、
ポンプの設計に実質的な融通性を与えることがで
きない。従来技術においてはポンプの慣性は比較
的小さい値に選定され、これによりプラントの正
常な運転休止による最初の過渡的な熱を最小に
し、ポニーモーターへの給電の完全な停止時の自
然循環による崩壊熱除去要件を余裕を持つて満た
すようにしていた。従つて、正常な交流電力が供
給されなくなるというありそうにない事態におい
て作動を確保するため定常的に注意深い保守を必
要とする電池又はジーゼル発電機のようなポニー
モーターの予備電源を更に大きくしなければなら
ない。予備系統は何らかの形態で作動状態にして
ポニーモーターに連結しなければならないという
意味で能動要素である。 従つて本発明の主な目的は、ポンプの設計上の
融通性を大きくして相反するポンプ惰走要件を充
分に満たす主冷却材のポンプ装置を原子炉に具え
ることにある。 この目的に鑑み、本発明は、液体金属冷却増殖
炉の冷却材ポンプ用のポンプ駆動装置であつて、
或る所定の作動速度において前記冷却材ポンプを
作動させるためにこの冷却材ポンプに連結された
主駆動モーターと、この主駆動モーターが故障し
たときに前記冷却材ポンプを作動させるようにこ
の冷却材ポンプに組合された補助駆動装置とを備
えたポンプ駆動装置に於て、前記補助駆動装置
が、オーバーランニングクラツチを介して前記冷
却材ポンプに連結し得るポニーモーターであり、
前記オーバーランニングクラツチは、前記作動速
度より実質的に低い予め選定された第２の速度に
おいて前記ポニーモーターにより作動されて、前
記冷却材ポンプが前記第２の速度に到達したとき
に前記ポニーモーターを前記冷却材ポンプに連結
させるものであることを特徴とするポンプ駆動装
置に在る。 本発明によれば、主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ことという２つの相
反する要件の妥協の必要が少くなる。炉心出力が
非常にすみやかに減少する運転休止直後の初期惰
走減速度は早く、急激な出力低下による過渡的な
熱現象を緩和する。その後にある選定された流
量、好ましくは正常な全出力作動流量の約10％と
なるよう、ポニーモーターによりポンプ速度を維
持する。ポニーモーターへの給電に支障が生じて
も、本発明の好ましい実施態様に従つてポンプに
設けられるはずみ車の慣性によつて、惰性を長引
かせ、自然循環にスムースに且つ徐々に移行させ
る。 主ポンプとポニーモーターへの正常な交流電力
が供給されなくなる場合において操業上の利点が
算も顕著に発揮される。この場合には、予備系統
が使用できなくなつても、ポニーモーターのはず
み車によつて惰走を長引かせる。 次に図示した好ましい実施例について更に詳述
する。 ループ式の液体金属冷却される高速増殖炉にお
いては、アルカリ金属例えばナトリウムが炉心を
収容する炉容器を経て複数の１次回転ポンプ、典
型的には遠心ポンプにより循環される。典型的に
は冷却材は炉容器の底部分に入り、炉心の熱発生
要素を経て上方に流れ、炉容器及び上方の内部構
造の内部の炉心上方で混合され、炉容器から熱交
換装置へと排出され、再び炉容器内にポンプ送り
される。炉心は核分裂性燃料集合体、制御集合
体、燃料親物質のラジアルブランケツト集合体及
び取外し自在なラジアル遮蔽集合体を含む複数の
種類の集合体を具えている。燃料集合体は束状ア
レイの複数の燃料ピンを有し、この周りに原子炉
冷却材が流れる。典型的な原子炉は各々１次ポン
プ及び熱交換器を具えた複数の循環ループを有す
る。いわゆるプール型の高速炉も大体同様に作動
するので、本発明はもちろんこの種の原子炉にも
適用される。 原子炉の運転停止後に炉心内に制御要素を挿入
して炉心出力をすみやかに減少させる。プラント
の交流電源１２により動かされる１次ポンプ１０
は消勢され、惰走を開始し、この間に一般に減少
する流量の冷却材を原子炉炉心に強制的に流通さ
せる。原子炉炉心の運転停止は１次ポンプへの給
電停止の場合にも生ずる。 ある選択される流量、即ち全動力流量の５％乃
至15％好ましくは約10％の範囲において、各々の
ポンプに関連させたポニーモーター１４が連結手
段例えばオーバーランニングクラツチ１６を介し
て１次ポンプ１０に連結される。ポニーモーター
１４の連結組立体は減速歯車装置２４も含む。動
力作動の間絶えず作動されるポニーモーター１４
は、プラントの交流電源１２からも動力を受け、
その他に例えば電池及び（又は）ジーゼル発電機
等の予備的な動力源１８も具えている。 本発明の好ましい実施例によればポニーモータ
ー１４は、好ましくは大きなはずみ車２０の形態
の、ポニーモーター装置の回転慣性増大装置を具
えている。ポニーモーター１４への交流電力及び
予備電力の給電が停止されると、はずみ車２０に
より提供される慣性により惰走が長引かされる。
ポニーモーターとはずみ車との集合体は、１次ポ
ンプ１０との連結が生ずるまで、回転速度及び運
動エネルギーを実質的に保つている。別の方法と
して、ポニーモーター１４に大き目の、即ち増強
されたローター又は軸２３を具えてもよい。はず
み車、軸又は他の慣性増大装置はある選択された
１次ポンプ速度例えば全動力運転速度の10％の範
囲である選択された回転運動エネルギーをもつよ
うに設計されている。 このようにして２つの別々の惰走流量が、第１
に１次ポンプ１０と主モーター２５の運動エネル
ギーによつて、第２に増強されたポニーモーター
集合体及び連結された１次ポンプ１０及び主モー
ター２５の運動エネルギーによつて定められる。 １次ポンプおよびポニーモーターの両者への電
力が全く喪失した場合の原子炉停止時過渡状態に
基づいて解析を行なつた。１次ポンプ１０の最初
の運動エネルギー及びポニーモーター装置の運動
エネルギーの異なる組合せに対応する４つの過渡
状態例を分析した。基準例は、運転停止後の過渡
的な熱衝撃を最小にし且つ自然循環への過渡期間
中の冷却を適切にするという相反する要件を満た
すように選定された、従来技術による典型的な１
次ポンプ例えばクリンチ・リバーの増殖炉プラン
トに使用が予定されている１次ポンプである。こ
れらの各例の運動エネルギー又は慣性を表に示
す。 表 例 Ａ欄 Ｂ欄 基準例 100％ 100％ 例 50％ 200％ 例 75％ 300％ 例 100％ 400％ この表でＡ欄は基準例を100％としたときの全
出力流量における１次ポンプの運動エネルギーを
表わしている。Ｂ欄は全出力流量の10％において
の１次ポンプと増強されたポニーモーターの集合
体の運動エネルギーの百分比を表わし、基準例は
１次ポンプの運動エネルギーのみを含む。表は
主ポンプ軸とポニーモーターはずみ車の対応する
代表的なパラメーターを表わしている。

【表】 全部の解析は１次ポンプ全出力回転速度
1116RPM及びポニーモーター―はずみ車の回転
速度1725RPMに基づいている。分析値はポニー
モーターの慣性力とポニーモーター―歯車箱の摩
擦とが無視される程度まで理想化した。特定の設
計では、はずみ車の寸法をわずかだけ調整するこ
とによつてこれらの要因を勘案する。 ４つのケースについての炉心を通る流量の比較
を第２Ａ図、第２Ｂ図に示す。第２Ａ図におい
て、グラフを明瞭にするため、流量が全流量の10
％に近付いた時の流量の尺度を10倍に変えてあ
る。基準例と例との比較により、全流量の約10
％までの初期の惰走時間は、ポンプの初期運動エ
ネルギーにほぼ比例し、基準例では例の約２倍
の時間を要する。全部の例について、全流量の10
％において運動エネルギーを増大させると惰走流
れの最終相が長引かされる。例と基準例とを比
較するとわかるように、ポニーモーターの過剰運
動エネルギーがポンプの停止時間を長引かせ、ポ
ンプの運動エネルギーが最終的に消尽されてポン
プの作動が停止する時間は65秒から102秒になつ
ている。この時点で自然循環が冷却流れ機構にな
る。第２Ｂ図には第２Ａ図と同じデータが半対数
目盛によりプロツトされている。 ２つの相異なる惰性減速度を用意することの有
益な効果は、運転停止に続いて最高温度のナトリ
ウムを与える炉心中央の燃料集合体の始端部（ホ
ツト・チヤンネル）を去るナトリウム冷却材の温
度応答を示す第３図を吟味することによつて明ら
かになる。特に例、例では明らかに基準例に
比べてホツトチヤンネルのピーク温度が減少して
いる。更にポンプの初期運動エネルギーが減少し
ている例、例では、初期温度減少速度が低下
し、最低温度が低くなり、短周期温度振動の大き
さが減少する。これは炉心の各要素及び他の原子
炉の構造に対する運転停止後の熱衝撃が相当減少
することを意味する。例えば例では最高温度は
約850℃から790℃に減少している。 第４図は第３図と同様に、ラジアルブランケツ
ト集合体内で中心部のホツトチヤンネルの温度応
答を示している。各別のラジアルブランケツトピ
ンが代表的なクリンチ・リバー増殖炉の設計にお
いて核分裂性燃料ピンより質量が大きく、表面積
の関数として冷却材の流量が低く、どちらもピー
ク温度を増大させる傾向を有し、また減少した出
力がピーク温度を低下させる傾向をもつので、遷
移温度は燃料集合体のものと明白に異なつてい
る。質量が比較的大きく流量が少いことから、ラ
ジアルブランケツト組立体は、蓄積されたエネル
ギーを消散させるためにより長い惰走時間を必要
とする。しかし遷移期間の後に、より大きなピン
のより高い熱容量が燃料ピンの流量擾乱に対する
感度を低くする。 第４図に示すように、１次ポンプの初期運動エ
ネルギーを50％減少させると、非常に早い初期惰
走を生じるため、ラジアルブランケツトピンに著
積されたエネルギーは適切に除去できず、基準例
に比べて相当高い965℃以上のピーク温度を生ず
る。従つて例は是認されない。しかし例、例
ではピーク温度は相当低くなり、例は基準例
よりも約28℃低くなる。 従つて給電停止の場合にも、少くとも２つの
別々の運動エネルギーが提供されるように惰走特
性を調整することが有利なことは明らかである。
ポニーモーターにはずみ車を直結した好ましい実
施態様の他に、付加ポンプ装置を設けた形態も可
能である。ポニーモーターの電機子を増強するこ
とによつても同様の結果が得られる。 この他に、ある種の原子炉においては、オーバ
ーランニングクラツチにより設定されるポニーモ
ーターのピツクアツプ速度以外において惰走を長
引かせることも有用であり得る。例えば全流量速
度の10％においてポニーモーターを連結すべきで
あり、全流量速度の100％と10％との間の例えば
15％の点で運動エネルギーを付加する場合、正常
作動時に15％速度で作動しているはずみ車を、ポ
ニーモーターに常時連結する代りに主ポンプモー
ター装置に連結してもよい。これにより正常な運
転休止は、100％と15％速度の間に最初の異なる
惰走減速度を有し、次に15％と10％の間に第２の
減速度を有し、次に所望時間10％でポニーモータ
ーにより駆動される。ポニーモーターへの給電停
止の場合、最初の惰走は流量速度の15％までとな
り、長引かされた惰走は10％速度ではなく15％速
度において開始される。ポニーモーターの連結速
度以下において運動エネルギーを付加することが
望ましい場合もあり、このときは全動力回転速度
の例えば５％で連結されるようにはずみ車をポニ
ーモーター減速歯車装置に連結する。ポニーモー
ターへの全給電が停止された場合、５％速度への
最初の惰走は比較的早く行われ、これに続いて、
５％速度において、長引かされた惰走が行われ
る。10％速度においての、動力を受けていないポ
ニーモーターの連結は、10％回転速度と５％回転
速度との間の惰走減速度にごくわずか影響するだ
けである。 更に、ポニーモーター軸への直接連結によら
ず、例えばポニーモーターの減速歯車装置２４を
介してはずみ車を駆動することにより、ポニーモ
ーターの連結速度に運動エネルギーを付加するこ
とができる。全流量速度の10％において全運動エ
ネルギーを２倍にするはずみ車の直径は約5.5フ
イート（約1.65ｍ）、厚さは約0.5フイート（約15
cm）、回転速度は112RPMとなる。これは加圧水
型原子炉の主冷却材ポンプに用いるはずみ車と同
様の寸法である。 本発明には種々の変形が可能であり、上述した
特定の構成は単なる例であつて、本発明を限定す
るものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるポンプ駆動組立体の概略
的な説明図、第２Ａ図は炉心の流量（％）を縦軸
に、時間（秒）を横軸にそれぞれプロツトして示
す線図、第２Ｂ図は４つの代表的な例について第
２Ａ図と同じデータを半対数目盛により示した線
図、第３図は最高温の炉心ラジアルブランケツト
チヤンネルを去る温度（〓）を縦軸に、時間
（秒）を横軸にそれぞれプロツトして示した線図、
第４図は４つの代表的なケースについて最高温の
炉心ラジアルブランケツトチヤンネルを去る温度
（〓）を縦軸に、時間（秒）を横軸にそれぞれプ
ロツトして示した線図である。 １０…１次ポンプ、１４…ポニーモーター、１
６…オーバーランニングクラツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体金属冷却増殖炉の冷却材ポンプ用のポン
   プ駆動装置であつて、或る所定の作動速度におい
   て前記冷却材ポンプを作動させるためにこの冷却
   材ポンプに連結された主駆動モーターと、この主
   駆動モーターが故障したときに前記冷却材ポンプ
   を作動させるようにこの冷却材ポンプに組合わさ
   れた補助駆動装置とを備えたポンプ駆動装置に於
   て、前記補助駆動装置が、オーバーランニングク
   ラツチを介して前記冷却材ポンプに連結し得る液
   体金属冷却増殖炉の運転中には連続作動するポニ
   ーモーターであり、前記オーバーランニングクラ
   ツチは、前記作動速度より実質的に低い予め選定
   された第２の速度において前記ポニーモーターに
   より作動されて、前記冷却材ポンプが前記第２の
   速度に到達したときに前記ポニーモーターを前記
   冷却材ポンプに連結させるものであることを特徴
   とするポンプ駆動装置。 ２ 前記ポニーモーターがはずみ車を有し、前記
   第２の速度から静止までの前記冷却材ポンプの惰
   走時間を延長させるようにした特許請求の範囲第
   １項記載のポンプ駆動装置。 ３ 前記ポニーモーターと前記オーバーランニン
   グクラツチとの間に減速歯車装置が配設してあ
   り、前記ポニーモーターとこれに組合された前記
   はずみ車とは比較的大きな速度で作動し、前記減
   速歯車装置の伝動比を前記ポニーモーターから前
   記オーバーランニングクラツチへの入力が前記第
   ２の速度で生ずるように定めた特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載のポンプ駆動装置。 ４ 前記ポニーモーターが予備電源を有する特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか記載の
   ポンプ駆動装置。 ５ 前記第２の速度は、前記冷却材ポンプの流量
   がポンプの前記作動速度での流量の約10％となる
   ように定めた特許請求の範囲第１項ないし第４項
   のいずれか記載のポンプ駆動装置。