JPS63184094A - 再循環ポンプ内蔵型原子炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的） （産業上の利用分野） 本発明は再循環ポンプ内蔵型原子炉に係り、特に炉心流
量の急激な変化があった場合に原子炉をスクラムさせる
炉心流量監視装置を備えた再循環ポンプ内蔵型原子炉に
関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉においてはその炉心内で発生した熱を除
去するために、原子炉圧力容器の冷却材をポンプにより
強制的に循環させる方式が用いられている。

かかる冷却方式としては外部配管系に再循環ポンプを備
えた方式と原子炉内に再循環ポンプを備えた方式とがあ
るが、最近では原子炉圧力容器に大型の外部配管を設け
ることを避け、またポンプを小型化して運転性や経済性
を向上させるため後者の再循環ポンプ内蔵型原子炉が採
用されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、この再循環ポンプ内蔵型原子炉ではポンプの
小型化により回転慣性も小さくなっているので、ポンプ
の駆動力が消滅した場合の回転。

数の低下速度が速くなり、したがって炉心を循環する流
量の低下速度が従来の原子炉の場合“の約′１　′０倍
となった。このため、ポンプモータの電源遮断から炉心
流ｍが自然循環になるまで約２秒程度になり、炉心で発
生した熱を除去する能力が極めて短時間のうちに劣化し
、冷却材は充分な熱除去能力を有する核沸騰の状態から
熱除去能力の少ない膜沸騰状態に移行する。したがって
、炉心内で発生した熱は冷却材へ伝熱されず燃料および
被覆管内部に蓄積して温度が上昇することが分ってきた
。

第３図は原子炉内再循環ポンプ停止時の原子炉パラメー
タの変化を示す。炉心流量は約２秒で１００％から３０
％くらいまで減少する。炉心流量の低下により炉内のボ
イド体積率が増加して中性子束は一旦低下するが再び回
復して７０％程度になる。この過程を通して約２秒後に
、冷却材の熱伝達が核沸騰から膜沸騰に至るためこの時
を境に燃料内部および燃料被覆管の温度が急上昇し始め
る。　　・ 第３図に示すように１０秒後以降の出力は約７０％、炉
心流量は約３０％で整定するため発生する熱は蓄積され
るだけで除去されず、第４図に示すように燃料中心温度
および被覆管温度は上昇するのみで低下することはない
。

一方、燃料健全性の観点から燃料被覆管の温度はできる
だけ上昇させない方が望ましい。従来の原子炉では再循
環ポンプの回転慣性が大きく炉心流ｍの低下がゆるやか
であったためこのような問題は生じなかったが、新型原
子炉では原子炉内再循環ポンプの採用により炉心流量の
急激な低下が問題となった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、原子炉内再循環ポンプの停止により炉心流量が急減す
る事態に至った場合に、炉心流量の減少に起因する冷却
能力の低下による燃料および燃料被覆管の温度上野を防
止するために、直らにスクラム信号を発して原子炉出力
を低下させるようにした再循環ポンプ内蔵型原子炉を提
供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、原子炉内の冷却材を循環させ、その流量をυ
１１１１する原子炉内再循環ポンプと、炉心へ制御棒を
挿入・用法して原子炉出力を制御する制御棒駆動機構と
、原子炉内の圧力、中性子束、水位等の検出値が規定値
を超えると上記＆ｌｌｌ１ｌ棒駆８Ｒ構へスクラム信号
を出力するスクラム論理回路とを有する再循環ポンプ内
蔵型原子炉において、原子炉の炉心流量を検出して、一
定時間に規定量を超える炉心流量の変化があった場合に
、炉心流量変位信号を前記スクラム論理回路に与えてス
クラム信号を出力させる炉心流量監視装置を備えたもの
である。

（作用） 原子炉内再循環ポンプのトリップ発生等の原因により、
炉心流分が急激に減少すると、炉心流ｆｆｉ監視装置が
その炉心流量の急激な減少を検出して、炉心流量変位信
号を原子炉スクラム論理回路に与える。この炉心流量変
化信号を受けた原子炉スクラム論理回路は制御棒駆動機
構へスクラム信号を出力する。制御棒駆動機構は、スク
ラム信号により全制御棒を炉心へ急速挿入して原子炉を
スクラムさせる。

原子炉出力は、この原子炉スクラムにより急速に低下し
、炉心内の燃料および燃料被覆管の温度上昇が抑制され
る。したがって、燃料および燃料被覆管の健全性が維持
される。

（実施例） 本発明に係る再循環ポンプ内蔵型原子炉の一実施例を図
面を用いて説明する。

第１図において、原子炉圧力容器１内に炉心２が備えら
れ、この原子炉圧力容器１内は冷却材３で満たされる。

炉心２上部には炉心２から上昇する水と蒸気を分離させ
る気水分離器４が設けられ、さらにその上部には気水分
離器４からの蒸気を乾燥させる蒸気乾燥器５が備えられ
る。

また、原子炉圧力容器１内には、冷却材３を強υ１循環
させる複数の原子炉内再循環ポンプ６が周方向に間隔を
おいて備えられる。各原子炉内再循環ポンプ６は図示し
ないポンプインペラとポンプシャフト７とモータ８とを
有し、このモータ８はケーブル９を介してインバータ電
源装置１０に接続される。原子炉内再循環ポンプ６は、
インペラを回転させて、下部ブレナム１１から炉心２へ
冷却材３を強制的に送り込むようになっている。

一方、原子炉圧力容器１下方に制御捧駆肋薗構１３が設
けられ、この制御棒駆動機構１３から原子炉圧力容器１
へ制御棒案内管１４が延び、この制御棒案内管１４内に
図示しない制御棒が備えられる。制御棒駆動機構１３は
この制御棒を制御棒案内管１４に沿って原子炉圧力容器
１内の炉心４へ挿入・引抜して原子炉出力を制御するよ
うになっている。

さらに、原子炉内の圧力、中性子束、水位等を常時監視
し、予め定められた設定値を超えると、上記制御棒駆動
機構１３へスクラム信号１５を出力するスクラム論理回
路１６が設けられる。

また、上記スクラム論理回路１６には炉心流量監視装置
１７が接続される。この炉心流ｍ監視回路１７は、炉心
流量を検出する炉心流ωセンサ１８と、この炉心流量セ
ンサ１８からの炉心流量信号１９を入力してスクラム論
理回路１６へ炉心流量変位信号２０を出力する炉心流ｍ
監視回路２１とを有する。

炉心流量は、炉心支持板２２前後の差圧を旅回に換算し
たものとして与えられる。スクラム論理回路１６は炉心
流量の現在値と、予め規定された時間だけ前の炉心流量
を常時比較しており、減少量が規定値を超えたと判定し
たときは、直ちにスクラム論理回路１６へ炉心流出変位
信号２０を出力するようになっている。

第２図は、例えば２秒間で４０％以上炉心流皐が低下し
たときにスクラム信号１５を発生するようにした炉心流
ｍ監視回路２１の構成図である。

すなわち、炉心流量の現在値をＸ、２秒前の炉心流量を
Ｙ、ＸをＹで除した値を７とすれば、Ｚ〈０．６のとき
に炉心流量変位信号２０を出力するようになっている。

この炉心流ｍ監視回路２１は一例であって、さらに様々
の態様が可能である。

次に、本発明に係る再循環ポンプ内蔵型原子炉の作用に
ついて説明する。

まず、原子炉圧力容器１内の冷却材３の流れについて説
明すると、給水配管２３から供給された冷却材３は、原
子炉内再循環ポンプ６のインペラの回転によって下部ブ
レナム１１を通って炉心２へ送り込まれる。

炉心２で加熱された気液二相流の冷却材３は気水分離器
４で水と蒸気に分離された後、蒸気乾燥器５を通して主
蒸気管２４に至り、また水分は気水分離器４から下降し
、給水と混じって再び原子炉内再循環ポンプ６に至る。

ここで、原子炉内再循環ポンプ６のトリップ発生等の原
因により、炉心流量が急激に減少すると、炉心流量セン
サ１８からの流量信号１９を入力した炉心流ｍ監視回路
１７がその炉心流量の減少を判断して、炉心流出変位信
号２０を出力する。この炉心流出変位信号２０を入力し
たスクラム論理回路１６は、制御棒駆動機構１３へスク
ラム信号１５を出力し、制御棒駆動機構１３は全制御棒
を炉心２へ急速挿入して、原子炉をスクラムさせる。

原子炉出力は、この原子炉スクラムにより急速に低下し
、炉心２内の燃料および燃料被覆管の温度上昇が抑制さ
れる。この効果について、さらに具体的に説明すると、
従来は炉心流量が急激に減少した場合には燃料および燃
料被覆管の温度は第４図に示すように上昇していた。す
なわち、通常運転中の燃料中心４辰は約２０００℃、燃
料被覆管の温度は約３００℃であるが、炉心流ωの急激
な減少から５０８１後には、燃料被晋管の温度は約８０
０℃にも達しており、さらに時間とともに上昇していく
。

一方、上記実施例のように炉心流量監視装置１７を設け
ていると、炉心流量の急激な減少から数秒侵には原子炉
スクラム回路１６からスクラム信号１５が出力され、さ
らに３秒後には制御棒の全挿入が完了するため、その後
温度は上昇せず、燃料被覆管の温度はほぼ５ｏ○℃程度
と比較的低い値に抑制させる。したがって、燃料および
燃料被覆管の健全性を維持することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る再循環ポンプ内蔵型
原子炉は、原子炉の炉心流量を検出して、一定時間に規
定岱を超える炉心流量の変化があった場合に、炉心流量
変位信号を前記スクラム論理回路に与えてスクラム信号
を出力させる炉心流量監視装置を備えたので、炉心流８
が急激に減少した場合に原子炉をスクラムして、原子炉
出力を速やかに低下させ、燃料および燃料被覆管の温度
上昇を防止することができる。したがって、燃料および
燃料被覆管の健全性が維持されるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る再循環ポンプ内蔵型原子炉の一実
施例の全体構成図、第２図は上記実施例に備えられた炉
心流ｍ監視回路の一例を示す論理回路図、第３図は原子
炉内再循環ポンプ停止後の原子炉パラメータの変化を示
すグラフ、第４図は原子炉内再循環ポンプ停止後の燃料
および燃料被覆管の温瓜変化を示すグラフである。 １・・・原子炉圧力容器、２・・・炉心、３・・・冷却
材、４・・・気水分離器、５・・・蒸気乾燥器、６・・
・原子炉内再循環ポンプ、７・・・ポンプシャフト、８
・・・モータ、９・・・ケーブル、１０・・・インバー
タ電源装置、１１・・・下部ブレナム、１３・・・制御
棒駆動機構、１４・・・制御棒、案内管、１５・・・ス
クラム信号、１６・・・スクラム論理回路、１７・・・
炉心流量監視装置、１８・・・・・・炉心流量センサ、
１９・・・炉心流Ｂ信号、２０・・・炉心流量変位信号
、２１・・・炉心流量監視回路、２２・・・炉心支持板
。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図 時間（秒） 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉内の冷却材を循環させ、その流量を制御する原子
   炉内再循環ポンプと、炉心へ制御棒を挿入・引抜して原
   子炉出力を制御する制御棒駆動機構と、原子炉内の圧力
   、中性子束、水位等の検出値が規定値を超えると上記制
   御棒駆動機構へスクラム信号を出力するスクラム論理回
   路とを有する再循環ポンプ内蔵型原子炉において、原子
   炉の炉心流量を検出して、一定時間に規定量を超える炉
   心流量の変化があった場合に、炉心流量変位信号を前記
   スクラム論理回路に与えてスクラム信号を出力させる炉
   心流量監視装置を備えたことを特徴とする再循環ポンプ
   内蔵型原子炉。