JPS63302394A - 高速増殖炉の運転制御装置 - 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、固有安全性の向上を図ったナトリウム冷却型
高速増殖炉の運転制御装置に関する。

（従来の技術） ナトリウム冷却型高速増殖炉を含む原子炉の設計には、
炉心の核特性、熱水力特性、動特性、構造設計、計測制
御設計など、広範な事項が含まれる。これは原子炉が放
射能を有する為、事故による一般公衆への影％７を可能
な限り、防護し、十分な安全性を持つように設計する必
要がある為である。

原子炉の設計にあたっては、炉型にかかわらず、安全上
留意すべき事項として、設計指鉗及び設計基準が設置さ
れる。その設計基準に於いては、大きく、四つに分類し
て、それぞれ（１）熱、水力設計基準、（２）固有の安
全性、（３）安定性、（４）反応度制御系に分けられる
。

熱水力設計基準とは、燃料破損に対する基準でおり、固
有の安全性とは、反応度の急激な増加に対し、その効果
を急速に打ち消す自己制御性に関するものである。また
、安定性の基準とは、燃料破損の誘因となる不安定性を
抑制するものであり、反応度制御系の設旧基準とは、想
定反応度事故に対しても原子炉の安全性を維持可能とな
る様、余裕をもって制御できる保、設計することでおる
。

前記した様に、原子炉の設計基準に於いては、熱水力投
ｉｔでは燃料の被覆材設計に関わるもので、炉型毎に燃
料に対する温度条件により決まる。また、安定性及び反
応度制御系設削では、その基準は炉型に拘らず、同じで
ある。

一方、固有の安全性に対する基準は、冷却材及び減速材
の種類により、異なってくるもので、即ち、炉型によっ
てその基準は変化する。一般に、固有の安全性とは、通
常運転と異常状態に対するものがあり、前者は、炉型に
拘らず出力反応険係。

数を負とする事によって補償される。即ち、何らかの原
因によって出力上昇しても、負の反応度によって出力上
昇を抑制し、例え、制御系がなくても、固有の自己制御
性によって安全性を確保できる事を要求するものである
。後者は、冷却材喪失時の反応度が制御可能な範囲を越
えて、正にならない事を要求するものである。

ナトリウム冷却型高速増殖炉においては、その自己制御
性は、以下の事項により設計されて維持される。即ち、
第一は、燃料の温度の変化に起因する燃料物質の熱振動
による反応度へのドツプラー効果でおり、第二は、冷却
材温度の変化に起因するナトリウムの温度効果であり、
第三は構造材、或いは前記の燃料の温度変化に起因した
反応度に対する温度効果でおる。上記の反応度に対する
温度係数は、如何なる異常状態に於ても全体として、負
の反応度を持つ様設計している。

（発明が解決しようとする問題点） 前記したように、ナトリウム冷却型高速増殖炉に於ける
その炉心の固有の安全性は、ドツプラー効果、ナトリウ
ム温度係数、そして構造材の温度効果を勘案し、如何な
る事象に対しても原子炉の安全性を維持するように全体
として負の反応度を有するよう設計されている。

原子炉の異常時に制御棒か急速に挿入される。

いわゆる原子炉スクラム時に於いては、制御棒が挿入さ
れた炉心出入口での冷２Ｊ］材の過渡的な温度差による
構造材に対する熱過渡を補償し、構造材の健全性を維持
するために冷却材循環ポンプのトリップ後の冷却材フロ
ーコーストダウン特性は、比較的速やかに減少する特性
が必要である。そしてその後、ポニーモータによる一定
低流■の冷却材循環による工学的安全施設からの１倒壊
熱除去によって原子炉は安全に停止する。

例えば、１００万に一級の原子炉では流量半減時間は約
５秒間が望ましい。しかしながら原子炉スクラム時の制
御棒挿入失敗（ＡＴＷＳ＞を想定する場合に於ては、通
常の冷却材フローコーストダウン特性では、冷却材が急
速に温度」二昇して、先の例では１５秒間くらいで沸点
に到り、ナトリウムの沸騰に起因するボイド反応度か１
００万ｋｗ＠の大型炉心では、正となる可能性がある。

本発明の目的は、原子炉スクラム時と、制御棒挿入失敗
時とで、冷却材循環ポンプによるフローコーストダウン
特性を切り替え、ナトリウム冷却型高速増殖炉の安全性
を維持する高速増９泊炉の運転制御装置を提供すること
にある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の高速増殖炉の運転制御装置は、高速増殖炉の冷
却材流通系において、原子炉スクラム時の冷却材温度、
流量などの過渡的変化を補償する第１の冷却材流量フロ
ーコーストダウン特性と原子炉スクラム必要時の制御棒
挿入失敗時の冷却材温度を緩慢に補償する第２の冷却材
流量フローコーストダウン特性とを有する冷却材循環ポ
ンプ系を備え、さらに原子炉スクラム時に第１の冷却材
流量フローコーストダウン特性を選定し、制御棒挿入失
敗時に第２の冷却材流量フローコーストダウン特性を選
定するスクラム検出系を設けたことを特徴とするもので
ある。

（作　用） 本発明においては、冷却材循環ポンプ系の軸に慣性力の
大きなフライホイールを直結し、正常に原子炉スクラム
した場合はフライホイールを切り離してポンプの慣性力
だけによる第１の冷却材流量フローコーストダウン特性
で補償し、制御棒挿入失敗時の場合はフライホイールを
直結したままのフライホイール効果による第２の冷却材
流量フローコーストダウン特性で補償する。したがって
制御棒挿入失敗時にはフライホイール効果による回転エ
ネルギーの蓄積を利用してフローコーストダウン特性が
緩慢になる。これによって冷却材が沸点に到る前に炉心
の熱膨張による構造材の温度効果による反応度変化を負
とし、自己制御性を維持し、原子炉の固有の安全性を維
持する。

（実施例） 以下本発明を第１図および第３図に示す実施例を参照し
て説明する。第１図に示す実施例においては、本発明の
ナトリウム冷却型高速増殖炉の冷却材循環ポンプ系３１
に縦型の機械式循環ポンプ１を使用し、そのポンプ軸に
慣性力の大きなフライホイール９を結合し、原子炉スク
ラム時と、ＡＴＷＳ　（制御棒挿入失敗）時とで、異な
る２つの第１および第２の冷却材フローコーストダウン
特性２１および２２を持たせている。

通常運転時、原子炉の冷却材循環ポンプ１は、そのポン
プ軸２とこれに直交するフライホイール軸６とが結合ギ
ア４により結合され、ポンプ駆動用電動［３により駆動
された冷却材であるナトリウムを循環させている。又、
ポンプ駆動用電動機３により、フライホイール軸６に連
結した電磁カップリング装置７及びフレキシブルカップ
リング装置８によって結合しているフライホイール９が
同時に回転している。

フライホイール９は冷却材循環ポンプ１よりも非常に大
さ・な・慣性力（αＧＤ２　）を有する為、ポンプ駆動
用電動＠３と同軸直結とする。なお、結合方式は、Ｎ磁
カップリング装置７及びフレキシブルカップリング装置
８により行ない、前者は、電磁的に嵌脱を容易にする為
の装置であり、後者は運転中の温度差の影響により、フ
ライホイール９とポンプ駆動用電動機３との軸の高さに
多少の差を生じてもポンプ軸駆動市電！！７１機３の回
転上、機械的な影響を極力抑えるための装置である。

又、ポンプ軸２とポンプ駆動用電動機３とは、直交する
為、結合はギア方式としてつ４−ムギア４及び結合ギア
５により、結合させる。即ち、ギア方式とする事により
、すべりＳを極力抑え、ポンプ駆動用電動機軸動力を損
失なくポンプ軸に伝達することを考慮したものである。

スクラム検出系３０は、原子炉トリップ信＠１９により
、加速管１４とともに制御棒１２が加速スプリング１６
により加速されて落下し、外側延長管１０に巻いたスク
ラム検出コイル１１を、加速管マグネット１３が通過す
る事により誘起される誘起電圧をスクラム検出器１７に
設置した比較器によりスクラム検出を行なう。スクラム
検出器１７によって検出されたスクラム検出信号１８は
、原子炉トリップ指令信号１９と共に、条件判別回路２
０に入力され、その論理積をとる事によって電磁カップ
リング装置７を嵌脱する信号を発生する。

即ち、この条件判別回路２０は、原子炉トリップ要求時
に制御挿入を検知した時のみに作動する回路であって、
制御棒落下事故等の場合には作動しない。又、原子炉ト
リップ指令信号１９が入力されていても、スクラム検出
信号１８が入力されなければ作動しない。即ち、原子炉
トリップ要求時の制御棒挿入失敗（ＡＴＷＳ＞時には、
電磁カップリング装置７のｔｉＮ脱信号は発生せず、フ
ライホイール９は、ポンプ駆動用電動機に直結したまま
となる。

次にこのように構成された本発明の高速増殖炉の運転制
御装置の作動を説明する。正常な原子炉スクラム時には
、フライホイール９が電磁カップリング装置７によって
嵌脱している。またポンプのフローコストダ「クン特性
は、ポンプ固有の慣性力だけに依存し、第２図に示すよ
うに、スクラム時フローコーストダウン特性２１を得る
。

制御棒挿入失敗（ＡＴＷＳ＞時には、条件判別回路２０
から嵌脱信号が発せられずにフライホイール９は、電磁
カップリング装置７によって結合したままとなる。ポン
プのフローコーストダウン特性は、第２図のようにフラ
イホイール９に蓄積された、回転エネルギーの効果によ
り、スクラム時フローコース１−ダウン特性２１よりも
緩慢な特性２２である。このように制御棒挿入失敗（Ａ
ＴＷＳ＞時の７０−コーストダウン特性２２を１ワる。

なお、本発明の実施例は、縦型の機械式ポンプを一例と
した場合の実施例であり、ナトリウム冷却型高速増殖炉
の冷却材循環ポンプとして適用される電磁ポンプを適用
した場合も、勿論、同等の効果が得られる。

即ち、第３図に示すように、電磁ポンプ２３は、母線２
７により給電されて冷却材で必るす１−リウムを循環す
る。同時に、母線２７より電力を得てフライホイール駆
動電動機２４が回転し、軸に直結したフライホイール９
及び発電Ｉａ２５が回転する。発電機２５の出力側に股
間したフライホイール発電搬用遮断器２６は通常、開放
状態となっている。又、原子炉トリップ指令信号１９及
びスクラム検出信号１８のスクラム検出系３０が条件判
定回路２０に入力された場合に於ても、フライホイール
発電機用遮断器２６は開放のままである。

しかしながら、原子炉トリップ要求時に制御棒挿入失敗
が起ると、スクラム検出系３０の条件判定回路２０から
、フライホイール発電機用遮断器２６に投入指令が出力
され、フライホイール９の回転エネルギーにより、発電
機２５から電磁ポンプ２３に電力が供給される。その結
果、第２図に示すと同様のに７０−コーストダウン特性
２２が得られる。

なお、スクラム検出系３０に於ける制御棒の炉心への挿
入を確認する検出信号は、別の方法として、制御棒が炉
心下部のダッシュポットに落下した時のＭ’／Ｊを音響
検出器によって検出することも可能である。いずれにし
ろ、原子炉トリップ信号が出てから約１秒でこの検出信
号が出力されるので、検出に要する時間がフローコース
トダウンに影響することはない。

［発明の効果］ 以上の様に本発明によれば、制御棒挿入失敗（ＡＴＷＳ
）時には、ポンプ軸と直角方向に慣性力の大きなフライ
ホイールに蓄積された回転エネルギーにより、そのフロ
ーコーストダウン特性は緩慢となり、原子炉炉心の熱膨
張によって炉心は未臨界となる。

又、原子炉スクラム時にはスクラム検出コイルからのス
クラム信号によって電磁的なカップリング装置を切離し
、ポンプの慣性力だけによるフローコーストダウン特性
が得られ、構造材に対する過渡的変化を補償し、ＭＰＪ
造物の健全性を維持するだけのフローコーストダウン特
性が１ｑられる。

以上により、起きるとは考えられない制御棒挿入失敗（
ＡＴＷＳ）時にも、冷却材が沸騰することなく、全出力
状態から反応停止に到り、通常の原子炉スクラム時には
、構造物に急激な熱衝撃を与えることのない安全性の高
いナトリウム冷却型高速増殖炉が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高速増殖炉の運転制御装置の一実
施例を示す構成図、第２図は原子炉スクラム時と制御棒
挿入失敗（ＡＴＷＳ＞時とで、異なる冷却材フローコー
ストダウン特性を示す特性図、第３図は本発明の他の実
施例として冷ｉｒＩ材循環ポンプに電磁ポンプを適用し
た場合を示す構成図である。 １・・・冷却材循環ポンプ ２・・・ポンプ軸 ３・・・ポンプ駆動用電動機 ４・・・ウオームギア ５・・・結合ギア ６・・・フライホイール軸 ７・・・電磁カップリング装置 ８・・・フレキシブルカップリング装置９・・・フライ
ホイール １１・・・スクラム検出コイル １２・・・制御棒 １３・・・加速管マグネット １７・・・スクラム検出器 １８・・・、スクラム検出信号 １９・・・原子炉トリップ指令信号 ２０・・・条件判別回路 ２１・・・スクラム時フローコーストダウン特性２２・
・・ＡＴＷＳ時フローコース１へダウン特性２３・・・
電磁ポンプ ２４・・・フライホイール駆動用電動機２５・・・発電
機 ２６・・・フライホイール発電機用遮断器２７・・・母
線 ２８・・・電磁ポンプ用遮断器 ３０・・・スクラム検出系 ３１・・・冷却材循環ポンプ系 鴫　？、’ｌ　　　　（ｓｅｃ） 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高速増殖炉の冷却材流通系において、原子炉スク
   ラム時の冷却材温度、流量などの過渡的変化を補償する
   第１の冷却材流量フローコーストダウン特性と原子炉ス
   クラム必要時の制御棒挿入失敗時の冷却材温度を緩慢に
   補償する第２の冷却材流量フローコーストダウン特性と
   を有する冷却材循環ポンプ系を備え、さらに原子炉スク
   ラム時に第１の冷却材流量フローコーストダウン特性を
   選定し、制御棒挿入失敗時に第２の冷却材流量フローコ
   ーストダウン特性を選定するスクラム検出系を設けたこ
   とを特徴とする高速増殖炉の運転制御装置。
2. （２）冷却材循環ポンプ系に機械式の冷却材循環ポンプ
   を使用しそのポンプ軸に大きな慣性力を持つフライホイ
   ールを有し、このフライホイールを原子炉スクラム時に
   結合を解き、制御棒挿入失敗時に結合へ切り替えるよう
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   高速増殖炉の運転制御装置。
3. （３）冷却材循環ポンプ系に電磁ポンプを使用し、この
   電磁ポンプに電力を供給する発電機駆動軸に大きな慣性
   力を持つフライホイールを直結し、この発電機出力回路
   に制御棒挿入失敗時に閉路し原子炉スクラム時に開路す
   るフライホイール発電機用遮断器を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の高速増殖炉の運転制御
   装置。