JPS63290991A - 原子炉停止装置 - 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） 本発明は原子炉停止装置に係り、特に液体金属冷却型高
速増殖炉において原子炉事故時に原子炉を確実に停止さ
せ得るものに関する。

（従来の技術） 一般に原子炉特にす１〜リウム等の液体金属を冷却材と
する高速中性子炉の出力１１ｉ１Ｊ御及び炉停止は、ホ
ウ素あるいはタンタル等の中性子吸収物質を含む制御棒
を炉心支持板に植設された複数本の核燃料集合体の間に
挿入することによって行われる。すなわち案内管を燃料
集合体の長尺方向に燃料集合体と平行に配置し、この案
内管内で制御棒を上下動させることによって原子炉の反
応度を制御する。上記制御棒を駆動する装置には動作が
安定でしかも信頼性が高いことが要求される。従来から
使用されている駆動装置は燃料集合体を収納している原
子炉容器の上部にＭＩＷｊｌされている。この駆動装置
は上記原子炉容器の上部開口を閉塞する遮蔽プラグの回
転プラグ上に固定された駆動部、及びこの駆動部と制皿
棒を結合する為回転プラグを挿通して炉心領域上方まで
配設された延長管とからなる制御棒駆動機構を備え、こ
の駆動機構を中央制御室から制御するものである。また
駆動装置は自動的あるいは人為的操作により前記駆動部
へ駆動信号を出力するための制御盤を備えている。

通常駆動部の出力制御及び炉停止の為の動作は電気・機
械的手段により行われる。

そこで第５図を参照して従来の制御棒駆動装置の構成に
ついて説明する。図中符号１は駆動部ハウジング１であ
り、この駆動部ハウジング１は回転プラグ２の下方に延
長された上部案内管３と結合されている。駆動部ハウジ
ング１の頂部には駆動モータ４が設けられ、該駆動モー
タ４はケーブル５を介して制御ｆＡ６と電気的に結合さ
れている。

駆動モータ４の回転軸にはボールスクリュー７が同心的
に連結され、このボールスクリュー７にはポールナツト
８が螺合している。このポールナツト８は板９を介して
１対のロードセル１０と結合され、このロードセル１０
は中空円盤状の板１１と結合されている。板１１の中空
部には電磁石１２が収容配置されこの電磁石１２には筒
１２ａが結合されている。上記筒１２ａの下方にはロー
ドセル１３が結合されており、このロードセル１３の下
部は外側延長＠１４と結合されている。

上記外側延長管１４は回転プラグ２内を貫通して炉心１
５中に設けられた下部案内管１６の上方まで到達してお
り、その先端は内側延長管１７のフィンガーロンド１８
と共にラッチメカニズムを構成するべく板バネ状の複数
本のラッチフィンガー１つとなっている。

上記電磁石１２の下側には磁気的に着脱自在にアーマチ
ュア２０が設けられ、外側延長管１４の内側にあって適
当な隙間をもって設けられた内側延長管１７の頂部に固
定されている。内側延長管１７は外側延長管１４とによ
って二重管構造を形成しており、回転プラグ２の相当位
置を貫通してその先端はラッチフィンガ１９と係合する
フィンガーロンド１８となっている。上部案内管３と外
側延長管１４の隙間部には回転プラグ２の相当位置に生
し！遮蔽２１が上部案内管３の頂部に固定されて設けら
れている。生態遮蔽２１の下端とベローズ２２の上端は
気密に結合され、ベローズ２２の下端は外側延長管１４
の適切な位置に気密に結合されている。又、内側延長管
１７と外側延長管１４の夫々適切な箇所にその両端を気
密に接合されたベローズ２３が設けられている。外側延
長管１４の段付部２４には加速スプリング２５が結合さ
れ、加速スプリング２５は外側延長管１４の外側にあっ
てコイルハネ状をなして下方へ延長され、加速管２６の
頭部にその下端を接触している。加速管２６は外側延長
管１４の外側に設けられ、その下端は制御棒２７のハン
ドリングヘッド２８に接触しており、又その上端の下面
はダンピングスプリング２つによって支持される。ダン
ピングスプリング２９の下端は上部案内管３の下端近く
に固定されたストッパ３０によって支持される。

制御棒２７は中性子吸収材を収納した複数本の吸収ビン
を束ねて保護管内に納めた構造となっている。制御棒２
７と下部案内管１６との間には適切な隙間を設けである
。

上記構成によると、通常運転時にはラッチフィンガ１９
の肩部に制御棒２７のハンドリングヘッド２８が係合し
ており、外側延長管１４と制御棒２７は連結されている
。ラッチフィンガ１９の内面はフィンガロンド１８によ
って拘束されている。

この時アーマデユア２０は磁力によって電磁石１２に吸
引されて接触している。又、加速スプリング２５は上端
を外側延長管１４の段付部２４に拘束されているととも
もに、下端を制御棒２７のハンドリングヘッド２８に拘
束された加速管２６の頭部に拘束されて圧縮された状態
にある。かがる状態で炉心出力を制御する場合には、制
御盤６を人為的に操作して（または盤内の自動運転回路
により）、駆動モータ４に正転又は逆転の信号を出力し
て駆動モータ４を回転させる。この駆動モータ４の回転
はポールスクリュ７及びボールナツト８によって上下運
動に変換され、それによって制御棒２７の引抜・挿入が
行われて出力調整が達成される。尚図中符号３１はセン
サである。

ところで何等かの原因によりプラントに異常状態、例え
ば冷却材流用低下、冷却材温度上昇あるいは炉心中性子
束増大等の故障が起きた場合は上記センサ３１により故
障を検出し、該検出信号が制御盤６に伝送される。♂す
部器６はかがる検出信号に基づいて予めセットされた論
理回路によってスクラム指令信号を自動的に又は運転員
の操作に従って出力して電磁石１２への通電を停止する
。

電磁石１２が消勢されるとアーマチュア２ｏは切離され
て筒１２ａの下端の板状部３２との隙間分だけ落下する
。これに伴って内側延長管１７が全体的に落下するので
フィンガーロンド１８が落下してラッチフィンガ１９の
拘束を解除する。ラッチフィンガ１９は板バネの復帰力
によって内側に縮径し、その結果制御棒２７は重力と加
速管２６に伝達される加速スプリング２５のバネ力を受
けて急速に下部案内管１６中を落下する。かかる動作に
よって制御棒のスクラム動作が達成される。

ベローズ２２及びベローズ２３は外側延長管１４と内側
延長管１７の軸方向の移動を可能とし、かつ原子炉容器
内雰囲気を隔離する目的で使用される。又ロードセル１
３は制御捧駆動間溝の健全な動作を確認する目的で使用
される。

このような構成をなす制御棒駆動装置は十分な信頼性を
備え、確実な動作を期待することができるものであるが
、原子炉の大型化及び高出力化に伴って非常に高度の安
全性が要求されており、従来の装置に全く別の手段で動
作する原子炉停止装置を導入することが考えられている
。それは原子炉保護装置に故障が発生して有効に原子炉
停止を行なえなくなるような仮想的な事態が発生する確
立は、従来形式の装置を多重化して安全上の裕度を増大
させる方法よりも、切形式の装置を併用した方がより有
効的であると考えられるからである。

またその際従来形式の装置と共通な故障原因を可能な限
り排除した装置が要求されている。

そこで考えられているのが電磁石によって制御棒を直接
保持するものである。これを第６図を参照して説明する
。図中符号３３は制御要素であり、この制御要素３３は
炉心に核燃料集合体と平行に植設され内部に冷却材が流
通する案内管３４内に昇降自在に収納されている。制御
要素３３の頂部には延長棒３５が連結され、この延長棒
３５の上端にはアーマチュア３６が結合されている。制
御要素３３の保持は炉心を収納した原子炉容器の上蓋と
なっている遮蔽プラグ３９から垂下された延長管３７の
下端に設けられた電磁石３８により上記アーマチュア３
６を吸着することによってなされる。上記電磁石３８は
鉄心４２とこの鉄心４２中に埋設されたコイル４１とか
ら構成され、このコイル４１に通電することにより磁力
を発生させこの磁力によりアーマチュア３６を吸着する
。上記延長管３７の上部は回転プラグ３９に固定された
上下動駆動装置４０に連結されており、この上下動駆動
装置４０により制御要素３３の引抜動作あるいは切離し
後のりセラ１への為の下降動作がなされる。尚上記上下
動駆動装置４０は制御装置４３に接続されている。又図
中符号４４はダッシュポットであり、又符号４５は支持
板である。

上記構成の制御棒駆動装置を採用した場合には次の様な
利点がある。すなわち従来のラッチ機構と異なり、制御
ｎ要素のスクラム時の切離し動作において延長管又はそ
れに相当する長尺物体が機械的動作を必要とせず、同時
にラッチ機構のような比較的複雑な機構がなく、電磁石
３８を選択的に励磁するだけでよいので構成が非常に単
純である。

よって従来形式の装置との共通故障原因を大幅に減少さ
せ得る。又、電磁石３８は冷却材中におかれているため
冷却材の異常な調度上昇によって電磁石３８及びアーマ
チュア３６の磁気回路に使用−１０＝ されているキュリー点磁性部材の温度がそのキュリー点
近傍に達すれば自動的に大幅な磁力低下が実現されて自
動的なスクラムが達成される。このようにスクラム動作
原理の大きく異なる原子炉停止装置を従来形式のシステ
ムと併用して２種類の形式の装置のうちいずれかのスク
ラム動作のみで原子炉の停止が達成されるようにするこ
とにより原子炉の安全性を著しく向上せしめることが可
能となる。

しかしながらかかる構成にあっても次のような問題があ
る。すなわちキュリー点による自動スクラム機能を発揮
させる場合には、周囲の冷却材の温度上昇に対する高い
応答性が要求される。例えば図示しない冷却材循環ポン
プが故障して冷却材流量が低下するような場合を想定す
ると、炉心燃料の健全性を十分に維持するためには冷却
材の温度上昇に対する磁性材の温度上界の遅延は、僅か
数秒ｆｉ！度であることが必要であるという問題があっ
た。これは電磁石３８が大きな熱容量をもっていること
を考慮すればさらに大きな問題となる。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の構成にあってはキュリー点磁性部材に
高い応答性が要求され、安全性の向上を考えた場合必ず
しも良好な状況ではないという問題があり、本発明はこ
のような点に基づいてなされたものでその目的とすると
ころは、冷却材の温度上昇を高い応答性で検知し、それ
によって早期にスクラム動作を行なわせることを可能に
する原子炉停止装置を提供することにある。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明による原子炉停止装置は、原子炉容器内
の炉心に配回され内部を冷却材が流通するとともに制御
要素が挿脱される案内管と、上記制御要素の上端に固着
されたアーマチュアと、上記原子炉容器の上部開口を閉
塞する遮蔽プラグから垂下され上記遮蔽プラグの上面側
に配置された昇降機構により昇降される延長管と、この
延長管の下端に固着され上記アーマチュアを選択的に吸
着する電磁石と、この電磁石を励磁する励磁機構と、上
記アーマチュア及び電磁石の少なくとも一方に設けられ
炉内温度が予め設定された所定温度以上になったとき上
記電磁石による保持力を喪失させ炉内の冷却材に直接接
触するように設置されたキュリー点磁性部材とを具備し
たことを特徴とするものである。

（作用） すなわち電磁石及びアーマチュアの吸着面の少なくとも
一方に設けられたキュリー点磁性部材を直接炉内の冷却
材に接触するように構成し、それによって冷却材の温度
上昇を高感度で検知して確実にスクラム動作させるもの
である。

（実施例） 以下第１図及び第２図を参照して本発明の第１実施例を
説明する。第１図に示すアーマチュア３６、案内管３４
、及び電磁石３８の相対位置は制御要素３３が電磁石３
８から離脱して案内管ダッシュポット（第６図中符号４
４で示す）に着座した状態を示している。電磁石３８は
アーマチュア３６との結合の為アーマチュア３６の直上
位置＝１３− まで上下動駆動機構４０により延長管３７を介して降下
せられている。電磁石３８は鉄心４２とこの鉄心４２中
に埋設されたコイル４１とからなり、コイル４１の下端
には非磁性材金属のカバー１０１が設置されている。ま
たアーマチュア３６は延長棒３５に座１０２を介して取
付けられており、上記電磁石３８に吸着された場合には
磁路ａ（図中破線で示す）の一部を形成する。

上記コイル４１の外周側であって鉄心４２中にはキュリ
ー点磁性部材１０３が環状に設置されている。このキュ
リー点磁性部材１０３の外周は冷却材に直接接触するよ
うになっている。またこのキュリー点磁性部材１０３に
は第２図にも示すように周方向に複数の冷ｆｉｔ’］材
導入口１０４が形成されている。この冷却材導入口１０
４は第１図に示すように半径方向内側に向って縮径され
ている。

かかる冷却材導入口１０４の形成によりキュリー点磁性
部材１０３には薄肉部が形成された構成となる。

ところで上記キュリー点磁性部材１０３のキュリー点は
鉄心４２のそれよりも低いものであるとともに、原子炉
の通常運転温度（５００〜５５０℃）よりも高く、具体
的には例えば６００℃前後である。

以上の構成を基にその作用を説明する。電磁石３８に通
電してアーマチュア３６を介して制御要素３３を保持し
ている場合に、原子炉の異常な温度上昇があった場合に
は自動的にスクラム動作がなされる。すなわち冷却材の
温度が異常に上昇してキュリー点まで達すると、キュリ
ー点磁性部材１０３の作用により透磁率が低くなり、電
磁石３８の磁路ａが遮断されて電磁石３８による吸着力
が低下する。その結果アーマチュア３６が電磁石３８か
ら離月凭して制御要素３３は重力により炉心内に落下す
る。このようなスクラム動作にあって本実施例のキュリ
ー点磁性部材１０３は冷却材に直接接触しているととも
に、複数の冷却材導入口１０４を設けることにより薄肉
部が形成され、よって冷却材は上記冷却材導入口１０４
を介してキュリー点磁性部材１０３の内部にまで到達し
、かつ薄肉部を介してその熱が良好に伝達されるので、
冷却材の温度上昇が高い感度で検知される。

したがって迅速にスクラム動作がなされる。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

■まずキュリー点磁性部材１０３は直接冷却材に接触し
ているので、冷却材の温度上昇を迅速に検知しその温度
が上昇して透磁率が低下し、電磁石３８の磁路を遮断す
ることができ、したがって迅速にスクラム動作を行なわ
せることができる。

■また本実施例によるキュリー点磁性部材１０３は複数
の冷却材導入口貫通穴１０４を有しその結果薄肉部が形
成されているので、熱伝達が極めて良好で迅速に温度上
昇を検知することができる。

よってスクラム動作はさらに迅速なものとなり、信頼性
を大幅に向上させることができる。

■このように電磁石３８を使用した停止装置の信頼性は
大幅に向上し、かかる装置を従来の機械式装置と併用す
ることにより、異なる故障原因を有する装置を併用した
構成を高い信頼性で実理することがき、原子炉停止に対
する信頼性を大幅に向上させることができる。

次に第３図及び第４図を参照して第２の実施例を説明す
る。本実施例のアーマチュア３６は内側部３６ａと外側
部３６ｂとからなり、これら内側部３６ａ及び外側部３
６ｂとの間にはキュリー点磁性部材１０３が環状に配置
されている。上記キュリー点磁性部材１０３はコイル４
１の直下に環状に配置されており、コイル４１とその中
心直径を略等しくしている。またその軸方向長さは側面
の表面積が磁路ａの断面積より十分大きくなるように構
成されている。これは側面の表面積を大きくしてキュリ
ー点磁性部材１０３の磁束密度を下げて飽和に達するの
を防止する為である。また本実施例のキュリー点磁性部
材１０３は磁路ａの水平部分を垂直に横断するように配
置されている。

これはキュリー点磁性部材１０３の材料として飽和磁束
密度が比較的低いものを使用する場合、前記第１実施例
のような位訪に設置し飽和を防止するべく磁路ａの断面
積を拡大しようとすると、電磁石３８の外径が大きくな
ってしまうからである。

これは十分なスリン］へを形成する場合には特にである
。本実施例では前述したようにキュリー点磁性部材１０
３の軸方向寸法を適当な値にする手段を採用し、それに
よって電磁石３８の外径を大きくすることなく飽和を防
止するとともに、キュリー点磁性部材の特性に起因する
設計上の制約を解消するものである。

キュリー点磁性部材１０３及びアーマチュア３６の外周
部３６ｂには周方向等間隔に複数のスリット１０５が形
成されている。このスリット１０５は第４図にも示すよ
うにアーマチュア３６の外周部３６ｂから内周部３６ａ
に向って形成されており、冷却材はこのスリット１０５
を介してキュリー点磁性部材１０３に直接接触する。ま
た上記スリット１０５の形成によりキュリー点磁性部材
１０３には薄肉部が形成されたことになる。

又アーマチュア３６の上端であって内側部３６ａ及び外
側部３６ｂとの間には環状のリング１０６が装着され、
このリング１０６により内側部３６ａ及び外側部３６ｂ
とを締結している。またこのリング１０６とキュリー点
磁性部材１０３との間には環状空間１０７が形成されて
おり、この環状空間１０７内にも上記スリット１０５を
介して冷却材が流入する。

以上この第２の実施例によると前記第１の実施例と同様
の効果を秦することができるのはもとより、電磁石３の
外径を太き（することなく和を防止して設計上の制約を
解消することができる。さらにキュリー点磁性部材１０
３の上方に環状空間１０７を形成し、この環状空間１０
７内にも冷却材が流入するようにしているので、冷却材
からの熱伝達はさらに促進される。

尚本発明は前記第１及び第２の実施例に限定されるもの
ではなく、例えば第２実施例によるキュリー点磁性部材
を第３図中符号すで示す位置（二点鎖線で示す）に設置
プでもよい。その他キュリー点磁性部材の位置、形状等
についても種々の構成が考えられる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明による原子炉停止装置による
と、冷却材の温度上昇を高い感度で検知して、スクラム
動作を迅速に行なわせることができ、停止装置としての
信頼性を大幅に向上させることができる等その効果は犬
である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例を示す図で、
第１図は電磁石及びアーマチュアの断面図、第２図は第
１図の■−■断面図、第３図及び第４図は第２の実施例
を示す図で、第３図は電磁石及びアーマデユアの断面図
、第４図は第３図のＶｌ　−ＩＶ断面図、第５図及び第
６図は従来例を示六 ず図で、第５図は機械物制御棒駆動装置の断面図第６図
は電磁石式制御棒駆動装置の断面図である３６・・・ア
ーマチュア、３７・・・延長管、３８・・・電磁石、４
０・・・上下動駆動装置、１０３・・・キュリー点磁性
部材。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉容器内の炉心に配置され内部を冷却材が流
   通するとともに制御要素が挿脱される案内管と、上記制
   御要素の上端に固着されたアーマチュアと、上記原子炉
   容器の上部開口を閉塞する遮蔽プラグから垂下され上記
   遮蔽プラグの上面側に配置された昇降機構により昇降さ
   れる延長管と、この延長管の下端に固着され上記アーマ
   チュアを選択的に吸着する電磁石と、この電磁石を励磁
   する励磁機構と、上記アーマチュア及び電磁石の少なく
   とも一方に設けられ炉内温度が予め設定された所定温度
   以上になったとき上記電磁石による保持力を喪失させ炉
   内の冷却材に直接接触するように設置されたキュリー点
   磁性部材とを具備したことを特徴とする原子炉停止装置
   。
2. （２）上記キュリー点磁性部材は環状をなしその一部が
   薄肉構造となつていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の原子炉停止装置。
3. （３）前記キュリー点磁性部材は側面の表面積が前記電
   磁石の鉄心の磁路断面積より十分大きくなるように形成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の原子炉停止装置。
4. （４）前記キュリー点磁性部材は前記電磁石の鉄心の磁
   路の水平部分を垂直に横断するように設置されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の原子炉停止
   装置。