JPH02129587A - 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、ガス冷却形原子炉の後備原子炉停止装置等に
用いられる原子炉停止装置に関する。

（従来の技術） 一般にガス冷却形原子炉は第７図に示す如く構成されて
いる。すなわち、図中、符号１は原子炉容器であって、
この原子炉容器１内には炉心２が収容されている。この
炉心２は減速材として黒鉛ブロックが積み重ねられ、こ
の黒鉛ブロック内には燃料棒３が装荷されている。そし
て、ヘリウムガス等の冷却材は入口管４から原子炉容器
１内に流入し、上部から炉心２を通過して加熱され、出
口管５から流出するように構成されている。そして、こ
の出口管５から流出した高温の冷却材は、熱交換器６を
介して図示しない外部の冷却材と熱交換されたのち循環
ポンプ７によって入口管５からふたたび原子炉容器１内
に戻されるように構成されている。また、上記炉心３内
には、上方から制御棒案内管８が挿入されており、この
制御棒案内管８内には、制御棒９が昇降自在に収容され
、この制御棒９を炉心２内に挿入、あるいは引抜して炉
心２の出力制御を行なうように構成されている。そして
、この制御棒９は、制御棒駆動機構１０によって駆動さ
れている。この制御棒駆動機構１０は、制御棒９に接続
されたワイヤローブ１１と、このワイヤローブ１１の巻
込、繰出しをおこなうドラム１２と、このドラム１２を
回転駆動するモータ１３とから構成されている。そして
、このモータ１３によってドラム１２を駆動し、ワイヤ
ローブ１１の巻込、繰出しをおこない、制御棒９を昇降
させるように構成されている。また、このように原子炉
には、上記制御棒９が挿入不能となった場合を想定して
後備原子炉停止装置１４が設けられている。なお、上記
燃料棒３、制御棒９、制御棒駆動機構１０および後備原
子炉停止装置１４は、実際にはそれぞれ複数のものが設
けられているが、第７図ではそれぞれ１個のみを示しで
ある。

そして、上記後備原子炉停止装置１４は制御棒駆動機構
１０とは異なる構造、作動原理のものが用いられており
、制御棒駆動機構１０と共通の原因によって重複して故
障することがないように構成されている。すなわち、図
中、符号１５は案内管であって、炉心２内に上方から挿
入され、その上端は開口している。そして、この案内管
１５の上方には中性子吸収材貯蔵ホッパ１６が設けられ
ている。そして、この中性子吸収材貯蔵ホッパ１６内に
は、たとえば炭化はう素（Ｂ４Ｃ）等の中性子吸収物質
を粒状たとえば小円柱状に形成した中性子吸収材１７が
貯蔵されている。そして、この中性子吸収材貯蔵ホッパ
１６の下端部には、中性子吸収材落下口が形成されてお
り、この中性子吸収材落下口は、上記案内管１５の上端
開口に対向し、ラブチャーディスク１９によって閉塞さ
れている。また、上記中性子吸収材貯蔵ホッパ１６内に
は、高圧ガス供給管２０の一端が接続され、この高圧ガ
ス供給管２０の他端は開閉弁２１を介して高圧ガス供給
源２２に接続されている。

そして、この後備原子炉停止装置１４を作動させる場合
には、開閉弁２１を開弁して高圧ガス供給源２２から中
性子吸収材貯蔵ホッパ１６内に高圧ガスを供給し、この
ガス圧によってラブチャーディスク１９を破断し、中性
子吸収材落下口から案内管１５内に粒状の中性子吸収材
１７を落下させ、原子炉を停止させる。この場合、中性
子吸収材１７は小円柱状のものであるから、地震等によ
って炉心２の黒鉛ブロックがずれ、案内管１５が多少変
形してもこの案内管１５内に確実に落下する。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の後備原子炉停止装置１４は原子炉圧力の
変動によってラブチャーディスク１９に繰返し荷重が作
用し、このラブチャーディスク１９が疲労破壊する可能
性があり、また腐食、中性子照射による材質の劣化によ
って破損する可能性があり、このような場合には中性子
吸収材１７が案内管１５内に落下し、原子炉が不所望に
停止する可能性がある。また、ラブチャーディスク１９
にクラック等が生じた場合には高圧ガスを供給した場合
に漏洩が生じ、このラブチャーディスク１９を破断でき
なくなる可能性もある。さらに、ラブチャーディスク１
９を破断した場合、その破片が炉心２内に落下し、炉心
２内の冷却材通路を閉塞する可能性もある。さらに、こ
のようなラブチャーディスク１９を用いたものの最大の
不具谷は、原子炉運転中に作動試験を実施できないこと
にある。すなわち、このような後備原子炉停止装置１４
は通常時には作動せず、かつ作動の必要な場合には確実
に作動しなければならない。したがって、このようなも
のは頻繁に作動試験をおこない、その信頼性を確保して
おくことが望ましい。

しかし、このようなものは作動試験をおこなえばラブチ
ャーディスク１９が破断し、中性子吸収材１７が案内管
１５内に落下し、原子炉が停止してしまうので原子炉運
転中には作動試験を実施することができない。また、作
動試験を実施したのちにはラブチャーディスク１９を新
品と交換しなければならず、作業が面倒であり、また取
外したラブチャーディスク１９は固体放射性廃棄物とし
て処理しなければならないのでその処理が面倒であった
。また、原子炉停止時に作動試験をおこなった場合でも
、試験後に上記ラブチャーディスクの交換、案内管内に
落下した中性子吸収材の回収等が面倒であり、作業が非
能率的であった。

本発明は、以上の事情を考慮してなされたもので、誤作
動がなく、また原子炉の運転中および停止中を問わず任
意に作動試験を実施することができるとともに、中性子
吸収材の落下口での滞留を防止し落下を促進させること
ができる原子炉停止装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成する手段として、炉心内に上
方から挿入された案内管と、この案内管の上方に設けら
れ、内部に収容する中性子吸収材を、下端に設けた筒状
の中性子落下口から前記案内管内に落下させる吸収材貯
蔵ホッパと、吸収材貯蔵ホッパの軸心部に配置され、そ
の下端と前記中性子落下口との間に、中性子吸収材を中
性子落下口に導くための上下間隔が形成された弁体保護
管と、この弁体保護管内に上下動可能に配置され、下端
部が前記中性子落下口に嵌入されて前記上下間隔を閉止
する弁体と、この弁体を上下動させて前記上下間隔を開
閉する弁体駆動機構と、前記弁体の上下方向位置を検出
する位置検出機構と、前記弁体内に組込まれ、弁体が全
開位置まで上昇した状態で、弁体駆動機構をさらに駆動
させることにより、先端が前記上下間隔内に突出して中
性子吸収材に衝撃を与える中性子吸収材落下促進機構と
、をそれぞれ設けるようにしたことを特徴とする。

（作　用） 本発明に係る原子炉停止装置において、中性子吸収材は
、吸収材貯蔵ホッパ内に収容されており、この中性子吸
収材は、弁体保護管下端と中性子落下口との間の上下間
隔から中性子落下口に導かれ、この中性子落下口から案
内管内に落下する。

ところで、通常、中性子落下口には弁体の下端部が嵌入
され、弁体の周面により前記上下間隔が閉止されている
。このため、中性子吸収材が案内管内に落下することは
ない。また、弁体の下端部が中性子落下口に嵌入されて
いる範囲内で弁体を上下動させ、弁体および弁体駆動機
構の動作試験を行なうようにすれば、中性子吸収材の落
下を伴うことなく、これらの動作試験が可能となり、原
子炉停止中はもとより、運転中にも試験を行なうことが
できる。

一方、弁体を上昇させてその下端を中性子落下口から抜
き出し、前記上下間隔を開放すると、吸収材貯蔵ホッパ
内の中性子吸収材は、上下間隔および中性子落下口を介
して案内管内に落下する。

ところで、前記上下間隔および中性子落下口が全開とな
っても、中性子吸収材相互間の干渉や摩擦抵抗等により
、前記上下間隔部分で中性子吸収材が詰まってしまうこ
とが考えられる。

そこで本発明は、このような場合、弁体が全開位置まで
上昇した状態で、弁体駆動機構をさらに駆動させる。す
ると、中性子吸収材落下促進機構の先端が前記上下間隔
内に突出し、上下間隔部分で詰まっている中性子吸収材
に衝突を与える。これにより、中性子吸収材はスムース
に案内管内に落下することになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第６図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明に係る原子炉停止装置の一例として、
ガス冷却形原子炉の後備原子炉停止装置を示すもので、
図中、符号１１５は第７図に示す従来の案内管１５と同
一構成の案内管であり、この案内管１１５の上方位置に
は、後備原子炉停止装置１１４が設けられている。

この後備原子炉停止装置１１４は、第１図に示すように
前記案内管１１５の上方に接続される中性子吸収材貯蔵
ホッパ１１６を備えており、この中性子吸収材貯蔵ホッ
パ１１６内には、例えば炭化はう素（Ｂ４Ｃ）等の中性
子吸収物質を粒状、例えば小円柱状に形成してなる中性
子吸収材１１７が収容されている。

この中性子吸収材貯蔵ホッパ１１６の下端部には、第１
図に示すように他の部分よりも小径の筒状をなす中性子
吸収材落下口１１８が一体に形成されており、この中性
子吸収材落下口１１８は、前記案内管１１５の上端部に
嵌入され、中性子吸収材貯蔵ホッパ１１６内の中性子吸
収材１１７を、案内管１１５内に落下させるようになっ
ている。

前記中性子吸収材落下口１１８には、第１図に示すよう
に上端閉塞の円筒状をなす弁体１１９が嵌合しており、
この弁体１１９は、連結棒１２０を介して上方に設けた
駆動機構１２１に連結されている。また、前記弁体１１
９および連結棒１２０の外周部には、これらを収容しこ
れらと中性子吸収材１１７とが接触して動作の妨げとな
らないようにするための弁体保護管１２２が設けられて
おり、この弁体保護管１２２の下端と前記中性子吸収材
落下口１１８との間には、中性子吸収材１１７を中性子
吸収材落下口１１８に導くための上下間隔Ｇが形成され
ている。そしてこの上下間隔Ｇは、前記弁体１１９で開
閉されるようになっている。

前記駆動機構１２１は、第１図ないし第３図に示すよう
に、上部に駆動モータ１２４が固定される枠体１２３を
備えており、前記駆動モータ１２４の下端から突出する
軸１２４Ａには、歯車１２５が装着され、この歯車１２
５には、歯車１２６が嵌合している。この歯車１２６に
は、ボールねじ軸１２７が装着されており、このボール
ねじ軸１２７には、ボールナツト１２８が嵌込まれてい
る。

前記ボールねじ軸１２７は、第２図および第３図に示す
ようにその上下部が玉軸受１２９゜°１３０でそれぞれ
支持されており、また前記ポールナツト１２８には、接
続板１３１が取付けられ、この接続板１３１には、前記
連結棒１２０がナツト１３２により連結されている。そ
して、前記両歯車１２５，１２６により伝達される駆動
モータ１２４の回転運動は、ボールねじ軸１２７および
ポールナツト１２８により上下方向の直線連動に変換さ
れ、これにより、接続板１３１を介し連結された連結棒
１２０を上下動させるようになっている。

また、連結棒１２０は、第１図および第２図に示すよう
に、枠体１２３下部に固定したガイド軸受１３３により
支持されており、このガイド軸受１３３により、連結棒
１２０の振れおよびポールナツト１２８の回転が防止さ
れるようになっている。

前記枠体１２３には、第３図に示すように弁体１１９の
下限位置を検出するリミットスイッチ１３４、弁体１１
９の全開時の位置を検出するりミツトスイッチ１３５、
後述する中性子吸収材落下促進機構２００作動時の弁体
１１９の上限位置を検出するリミットスイッチ１４０１
および駆動機構１２１の動作試験時に弁体１１９の位置
を検出するリミットスイッチ１４１がそれぞれ設けられ
ている。また前記接続板１３１には、第２図および第３
図に示すように、前記各リミットスイッチ１３４，１３
５，１４０，１４１に接触する接触子１３６，１３７，
１４２がそれぞれ設けられている。

また、前記歯車１２５の下部には、第３図に示すように
エンコーダまたはポテンショメータ等の連続位置検出器
１３８が取付けられており、弁体１１９の上下方向位置
を連続的に検出できるようになっている。また、前記歯
車１２６の上方に突出するボールねじ軸１２７の上端に
は、第２図および第３図に示すように電磁ブレーキ１３
９が取付けられており、この電磁ブレーキ１３９の制動
力により、例えば弁体１１９を停止させる際の停止位置
精度を高め、確実に停止位置に保持することができるよ
うになっている。

一方、この弁体１１９を収容する弁体保護管１２２の内
部には、第１図に示すように中性子吸収材落下促進機構
２００が組付けられている。

この中性子吸収材落下促進機構２００は、第４図ないし
第６図に示すように、弁体１１９の内部で弁体１１９と
同軸に配置されかつ上端が弁体１１９に固定される芯枠
２０１を備えており、この芯枠２０１の外周部には、軸
方向に摺動自在に摺動体２０２が装着されている。

この摺動体２０２の上端部には、第４図および第５図に
示すように弁体１１９の上端を摺動自在に貫通するガイ
ド軸２０３の下端が固定されており、このガイド軸２０
３の上端には、リング板状をなす水平板２０４が取付け
られている。

前記摺動体２０２の下端には、第４図および第５図に示
すように、アーム２０５の上端部がビン２０６を介し径
方向に揺動可能に取付けられており、また前記芯枠２０
１の下端には、補助アーム２０７の一端がビン２０８を
介し枢着され、この補助アーム２０７の他端は、前記ア
ーム２０５の中間部にビン２０９を介し枢着されている
。また、前記弁体１１９と水平板２０４との間には、第
４図ないし第６図に示すように両者を引離す方向に押圧
付勢する圧縮ばね２１０が介装され、通常状態では、前
記アーム２０５を閉じた状態（第４図参照）に保持する
ようになっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

原子炉が通常運転を行なっている際には、第４図に示す
ように、弁体１１９は下死点位置まで下降しており、こ
れにより、中性子吸収材落下口１１８および上下間隔Ｇ
は、弁体１１９により閉止されている。

この際、弁体１１９は、中性子吸収材落下口１１８の軸
方向長さＬｌに亘って中性子吸収材落下口１１８と嵌合
された状態となっている。

次に、非常事態が発生して原子炉を停止させる場合には
、駆動モータ１２４を起動して後備原子炉停止装置１１
４を作動させる。すると、駆動モータ１２４の正転力が
歯車１２５，１２６を介してボールねじ軸１２７に伝達
され、ポールナツト１２８およびこれに接続されている
連結環１２０、弁体１］９が上昇する。そして、第４図
および第５図に示すように、弁体１１９の上昇距離がＬ
３になると、連続位置検出器１３８またはリミットスイ
ッチ１３５が作動して駆動モータ１２４が停止し、電磁
ブレーキ１３９が作動してこの位置で弁体１１９が保持
される。この位置が、弁体１１９の全開位置であり、中
性子吸収材１１７は、上下間隔Ｇおよび中性子吸収材落
下口１１８を介し自然落下により案内管１１５内に落下
し、最終的には炉心内に落下する。

ところで、この弁体１１９の全開状態でも、中性子吸収
材１１７相互間の干渉や摩擦抵抗等により、自然落下だ
けでは、中性子吸収材１１７が上下間隔Ｇ部分に詰まっ
てしまって落下しないおそれがある。

そこで、このような場合には、弁体１，１９を距離Ｌ４
だけさらに上昇させる。水平板２０４は、第５図に示す
ように弁体１１９の全開位置で弁体保護管１２２内面の
咽部に当った状態となっているので、弁体１１９をそれ
以上上昇させると、弁体１１９とこれに固定された芯枠
２０１だけが上昇し、圧縮ばね２１０が圧縮される。こ
の圧縮ばね２１０は、弁体１１９が距離Ｌ３だけ上昇し
た位置、すなわち弁体１１９が全開となった位置で、弁
体保護管１２２内面の咽部に水平板２０４の上面が当た
る位置関係に、復元または維持する作用がある。

ところで、弁体１１９が、距離Ｌ４だけさらに上昇する
と、摺動体２０２の位置はそのままで、芯枠２０１だけ
が上昇するので、摺動体２０２の下端と芯枠の下端とが
接近し、アーム２０５は、第５図に二点鎖線で示すよう
に、補助アーム２０７に押されて径方向に拡がり、上下
間隔Ｇ内に突出することになる。これにより、上下間隔
Ｇ部分に詰まっている中性子吸収材１１７に衝撃が与え
られ、中性子吸収材１１７はスムースに落下することに
なる。

なお、弁体１１９を下げれば、アーム２０７は元の閉じ
た状態に戻る。このとき、弁体１１９が距離Ｌ４移動し
て停止する弁体１１９の位置は、連続位置検出器１３８
またはリミットスイッチ１４０で検出され、これにより
駆動モータ１２４が停止する。

一方、弁体１１９および駆動機構１２１の動作試験を行
なう場合には、第６図に示すように、駆動モータ１２４
を正転させて弁体１１９を距離Ｌ２だけ上昇させる。そ
して連続位置検出器１３８またはリミットスイッチ１４
１により弁体１１９の位置を検知して停止させる。駆動
モータ１２４を逆転させれば弁体１１９は下降し、連続
板検出器１３８またはリミットスイッチ１３４で下限位
置を検知して通常位置で停止する。

ところで、前記距離Ｌ２は、第６図に示すように、原子
炉通常運転時に弁体１１９が中性子吸収材落下口１１８
に嵌合されている長さＬｌよりも短かいので、弁体１１
９を距離Ｌ２だけ上昇させても、弁体１１９の一部は未
だ中性子吸収材落下口１１８を閉塞している。このため
、中性子吸収材１１７の落下を伴なうことなく、弁体１
１９および駆動機構１２１の動作試験を行なうことがで
きる。

なお、動作試験時の上昇距離Ｌ２を検知する連続位置検
出器１３８およびリミットスイッチ１４１の停止信号は
、動作試験時にのみ作用し、緊急動作時には作用しない
よう電気的にインターロックされている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、原子炉の通常運転
時には、弁体により中性子吸収材落下口を閉止して中性
子吸収材を炉心内に落下させることがなく、一方非常事
態が発生して原子炉を停止させる場合には、弁体の上昇
により、中性子吸収材を炉心内に確実に落下させること
ができる。しかも中性子吸収材が詰まった場合でも、中
性子吸収材落下促進機構の作動により、中性子吸収材が
スムースに落下するようにしているので、装置の信頼性
を大幅に向上させることができる。

また、作動試験時には、位置検出器により弁体の上下方
向位置を検出しながら、弁体を中性子吸収材落下口から
完全に離脱しない範囲内で上下動させることにより、中
性子吸収材を原子炉内に落下させることなく作動試験を
行なうことができ、原子炉停止時はもとより、運転時に
も作動試験を行なって正常機能を維持することができる
。また、一定の圧力で破断させることにより中性子吸収
材を落下させる従来のラブチャーディスクと異なり、弁
体周りの部材強度を充分強くすることができ、原子炉圧
力の変動、中性子照射等による破損を防止することがで
き、誤動作もない。また、作動試験を行なっても、ラブ
チャーディスクと異なり、破片の発生、ラブチャーディ
スクの交換等が不要となるので、試験後の修復が容易で
、固体放射性廃棄物の処理作業を要しない。

５図は中性子吸収材落下促進機構の構成および動作をそ
れぞれ示す断面図、第６図は試験動作時の弁体の動作を
示す説明図、第７図は従来の原子炉停止装置を示す説明
図である。

１１４・・・後備原子炉停止装置、１１５・・・案内管
、１１６・・・中性子吸収材貯蔵ホッパ、１１７・・・
中性子吸収材、１１８・・・中性子吸収材落下口、１１
９・・・弁体、１２１・・・駆動機構、１３４，１３５
゜１４０．１４１・・・リミットスイッチ、１３８・・
・連続位置検出器、２００・・・中性子吸収材落下促進
機構、２０５・・・アーム、Ｇ・・・上下間隔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 炉心内に上方から挿入された案内管と、 この案内管の上方に設けられ、内部に収容する中性子吸
   収材を、下端に設けた筒状の中性子落下口から前記案内
   管内に落下させる吸収材貯蔵ホッパと、 吸収材貯蔵ホッパの軸心部に配置され、その下端と前記
   中性子落下口との間に、中性子吸収材を中性子落下口に
   導くための上下間隔が形成された弁体保護管と、 この弁体保護管内に上下動可能に配置され、下端部が前
   記中性子落下口に嵌入されて前記上下間隔を閉止する弁
   体と、 この弁体を上下動させて前記上下間隔を開閉する弁体駆
   動機構と、 前記弁体の上下方向位置を検出する位置検出機構と、 前記弁体内に組込まれ、弁体が全開位置まで上昇した状
   態で、弁体駆動機構をさらに駆動させることにより、先
   端が前記上下間隔に突出して中性子吸収材に衝撃を与え
   る中性子吸収材落下促進機構と、 を具備することを特徴とする原子炉停止装置。