JPH0273196A - 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、制御要素を炉心に挿入することによって原子
炉を停止させる原子炉停止装置に係り、特に液体金属冷
却型の高速増殖炉において原子炉の事故時に確実に原子
炉を停止することのできる原子炉停止装置に関するもの
である。

（従来の技術） 一般に、原子炉特にナトリウム等の液体金属を冷却材と
する高速中性子炉における出力制御および炉停止は、ホ
ウ素や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
することにより行なわれる。

この原子炉制御装置としては、従来、長尺物体の下端の
ラッチフィンガとフィンガロッドとの係合により吊上げ
られている制御棒を、事故時にその係合を解いて制御棒
を炉心内に自重により落下させるものが用いられている
。そして、この従来の原子炉制御装置は、電気−機械的
駆動機構と、センサーおよび電気的論理回路を備えた制
御盤とを備え、制御棒の適切な駆動により運転制御を行
なっている。

この従来装置は、一般的には十分な信頼性を備えており
、かつ確実な動作が期待できる。しだがって、原子炉の
安全性を確保する上で、十分有効なものといえる。しか
し、原子炉の大形化および高出力化に伴って非常に高度
の安全性が要求される場合には、従来用いられてきた装
置の他に全く別の手段で動作する原子炉停止装置を導入
することが有利であると考えられている。

この理由は、原子炉保護系に故障が発生して有効に原子
炉停止を行えなくなるような仮想的な事態が発生する確
率は、従来方式の装置を多重化して安全上の裕度を増す
方法によるものよりも、別形式の原子炉停止装置を併用
した場合の方がより有効に低減させることができるから
である。このためには、従来方式の装置との共通原因故
障を可能な限り排除したような原子炉停止装置が望まれ
る。

そこで、電磁石によって制御棒を直接に保持するシステ
ムが提案されている。

このシステムは、例えば、第５図に示すようなものであ
る。即ち、炉心１の運転を制御する制御要素２は炉心１
に植設された核燃料集合体と平行に設けられ、内部に冷
却材が流通する案内管３内に昇降自在に収納されている
。そして制御要素２の頂部には、延長棒４を介してアー
マチュア５が結合されている。一方、炉心１を収納した
原子炉容器　（図示せず）の上蓋となっている回転プラ
グ６には、延長管７が垂下されて設けられ、この延長管
７の末端には、電磁石８が設けられている。

そして、この電磁石８によってアーマチュア５を吸着す
ることによって前述の制御要素２を保持するようになっ
ている。また、延長管７の上部は回転プラグ６に固定さ
れた上下動駆動装置９に連結されており、制御要素２の
引抜動作や、切離し後のリセットのための下降動作が行
えるようになっている。また、制御回路９ａは上下動駆
動装置９や、電磁石８を電気的に制御できるようになっ
ている。

このようなシステムを用いる事は次のような利点がある
。すなわち、従来方式で用いられているラッチ機構と異
なり、制御要素２のスクラム時の切離動作において延長
管７またはそれに相当する長尺物体が機械的動作を必要
としない。また同時にラッチ機構のような比較的複雑な
機構がなく、電磁石を消勢するだけで良いので構成が非
常に単純である。従って、従来方式との共通原因故障の
可能性を著しく低減し得る。また、電磁石は冷却材中に
おかれているため冷却材の異常な温度上昇によって磁性
材の温度がそのキュリー点近傍に達すれば、自動的に著
しい磁力の低下が実現し、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制御
装置を従来形式のシステムと併用し、２種の形式の装置
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
く向上せしめる事が可能となる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の装置にも以下のような欠点があっ
た。すなわち、電磁石に用いられる磁性部材は、高透磁
率で、軟磁性かつ飽和磁束密度の高いものが要求される
とともに、制御棒の重量を支えるために十分な高温機械
強度も要求される。

ところが、このような要求を満足しうる適当な材料が得
にくいという問題点があった。例えば磁気特性の良好な
純鉄の場合、５００℃以上の温度では高温機械強度が低
下する。このため、これを強度部材として用いる事は設
計をかなり困難なものとし、電磁石の変形をもたらす恐
れもある。一方、高温機械強度の良好な各種合金鋼は、
磁気特性の点で難点があり鉄心材料として用いる事が困
難である。例えば低合金鋼は、飽和磁束密度は純鉄とほ
ぼ同等であるが、透磁率が低い。このため必要な磁束密
度を得るためにはコイルの起磁力を大きくする必要が生
じ、その結果、限られた電磁石の形状の中では電流によ
るコイルの温度上昇を招く事になって好ましくない。ま
た、軟磁性の点でも残留磁気が大きいため、アーマチュ
アの切離しに対して悪影響を与えるのである。

本発明は上記の点に鑑みてなさえたものであり、電磁石
により制御要素を直接吊り上げる方式の原子炉停止装置
において、電磁石およびアーマチュアの磁気的な特性を
十分なものとし、かつ高温における機械的特性を良好に
する事により信頼性が高く長期間補修しなくても使用で
きる原子炉停止装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するためになされたものであ
って、制御要素の上端に設けられたアーマチュアを電磁
石によって吸着することによって前記制御要素を吊り上
げるようになされた原子炉停止装置において、前記電磁
石と前記アーマチュアのうちいずれか一方又は双方は、
高透磁率を有する第１の磁性部材と、高温高強度の第２
の磁性部材とを備えた構成とされている。

（作　用） 本発明にあっては、電磁石とアーマチュアのうちのいず
れか一方又は双方は、高透磁率を有する第１の磁性部材
を備えているから、適当な電流で十分な磁束密度を得る
ことができるとともに、電流を断った後の残留磁力を少
なくすることができる。また、高温高強度の第２の磁性
部材を有しているから、この第２の磁性部材によって荷
重を伝達することができ、高温機械強度が十分でない第
１の磁性部材に加わる力を減少させることができる。

したがって、十分な吸着力が得られ、制御要素の切り離
しを確実に行なうことができるとともに、十分な機械的
強度および耐久性を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第１図ないし第４図を
参照して説明する。なお、従来例と同一構成の部分には
同一符号を付してその説明を省略する。

第１図は第５図における制御要素２に設けられたアーマ
チュア５と、電磁石８の部分のみを示す部分断面図であ
る。

電磁石８は、その外周部分に、円筒状の外管１０を備え
ている。この外管１０はその上端を延長管７と一体に結
合され、その下端には縮径部１０ａが設けられ、この縮
径部１０ａの下面１０ｂは吸着面の一部を形成している
。外管１０の材料としては低合金鋼例えばクローム鋼、
クロームモリブデン鋼などの高温機械強度にすぐれ、か
つ飽和磁束密度の大なるものが用いられる。クロームモ
リブデン鋼としてはクローム約２．２５％、モリブデン
約１％を含有するものが用いられる。外管１０の内部に
は円筒状の励磁コイル１１が設けられており、この励磁
コイル１１はその下部の外周を外管１０の縮径部１０ａ
の内周に嵌合させ、その下面１１ａを縮径部１０ａの下
面１０ｂと一致させて配設されている。また、外管１０
の内部で励磁コイル１１以外の部分には、鉄心１２が励
磁コイル１１の上面、内周面、外周面をとり囲むように
配設されている。

この鉄心１２は、その外周面が外管１０の内周面とほと
んど隙間のないように形成されている。

また、鉄心１２の下面１２ａは、外管１０の下面１０ｂ
、励磁コイル１１の下面１１ａと一致するように形成さ
れ、吸着面の一部を形成している。

鉄心１２の材料としては純鉄などの透磁率および飽和磁
束密度の大きな材料が用いられる。例えば、純鉄として
は９９％以上の純度のものが用いられる。なお、外管１
０と鉄心１２とはボルト１７で固定されている。

アーマチュア５は、その外周部および上端部に有底円筒
状の外管１３を備えており、その上面１３ａは吸着面を
形成するため円板状になっている。またその下端は制御
要素２と連結するための連結管４と一体に結合されてい
る。外管１３の内部には、鉄心１４が設けられており、
鉄心１４の上面および外周面は外管１３とほぼ隙間なく
密着している。外管１３および鉄心１４の材料は、それ
ぞれ外管１０および鉄心１２と同様のものが用いられる
。また、外管１３と鉄心１４はボルト１５で結合され、
また、鉄心１４は皿バネ１６で支えられ、スクラム時の
衝撃を緩和するようになっている。

次に本実施例による作用、効果を第２図を参照して説明
する。

電磁石８およびアーマチュア５を外管と鉄心から構成せ
ず全て同一の材料で形成する場合について考える。まず
、電磁石８およびアーマチュア５を純鉄のような高透磁
率材料で形成すると、励磁電流と吸着面での磁束の関係
は第２図（ａ）のようになる。実線で示したものは最初
にコイルに電流を印加してゆくときの状態であり、破線
は飽和に達したのち電流を低下させる時の特性である。

吸着力は磁束の自乗に比例し、第２図（ａ）の場合は磁
気的には最も良い特性が得られ、適切な電流で十分な吸
着力が得られる。また、電流を断ったのちの残留磁力も
少なくて制御要素の切離しにも支障がない。しかしなが
ら、先に説明したように高透磁率材料の高温機械強度が
十分でないため、機械的な疲労や、クリープによって変
形し、長期間の使用が困難である。

第２図（ｂ）は第２図（ａ）の材料に置き換えて低合金
鋼を用いた場合であり、図の例はクローム２．２５％、
モリブデン１％を含有せるクロームモリブデン鋼の例で
ある。実線、破線の意味は第２図（ａ）と同様である。

この場合は透磁率が低いので、例えばＡなる同一電流で
比較すると吸着力が過少となる。従って電流を増大する
必要が生じ、実現の点で困難となる。また、電流を増大
して吸着力が得られた場合でも、残留保持力が大きいた
めに制御要素の切離しに対する信頼性が低下する。

第２図（ｃ）は本実施例の場合であり、鉄心の材料を第
２図（ａ）と同一にし、外管の材料を第２図（ｂ）と同
しにしたものである。この場合は第２図（ａ）と第２図
（ｂ）の中間的な特性となるが、磁気回路の大部分が第
２図（ａンの場合と同質の材料で形成されているため、
第２図（ａ）に近い特性となり、Ａなる電流でも十分な
吸着力が得られ、残留磁力も比較的小さくする事ができ
る。

このように、上記実施例にあっては、電磁石およびアー
マチュアをそれぞれ、透磁率および飽和磁束密度の大き
な純鉄と、高温機械強度にすぐれかつ飽和磁束密度の大
なるクローム鋼又はクロームモリブデン鋼とて構成して
いるから、適切な電流で十分な磁束密度が得られ、従っ
て十分な吸着力が得られるとともに、残留磁力を比較的
小さくすることができ、従って制御要素の切離しの信頼
性を向上させることができる。

また、電磁石８の鉄心１２を、外管１０の縮径部１０ａ
に係合して保持するとともに、アーマチュア５の鉄心１
４を有底円筒状の外管１３によってとり囲んで保持して
いるから、制御要素２の重量は外管１３および外管１０
によって延長管７に伝達され高温機械強度が十分でない
鉄心１２゜１４に加わることがない。従って、鉄心１２
．１４に生じるクリープ変形や高温疲労による変形や劣
化を抑えることができ、電磁石およびアーマチュアを長
期間使用する事ができる。

次に第３図は本発明の他の実施例を示す。本実施例は第
１図に示したものの磁気回路の一部に磁気的な空隙を付
加し、残留吸着力を低下せしめるものである。鉄心１２
の励磁コイル１１の内側部分の下面１２ｂを外管１０の
下面１０ｂよりも高い位置にし、電磁石８とアーマチュ
ア５が密着した場合にも吸着面に空隙１８が存在するよ
うにしている。第４図は第３図の実施例の効果を説明す
るものである。第４図の破線は第２図（Ｃ）と同じもの
、実線は第３図の実施例のものである。

矢印は電流を増加する場合と低減させる場合を区別して
示すものである。空隙が無い場合の残留磁束がＢである
のに対し、第３図の実施例の場合は空隙が存在すること
によってこの磁気的抵抗により残留磁束はＣへ低下する
。従って電流を断った時の残留吸着力は減少し、これに
よって低合金鋼を磁気回路の一部に用いる事による悪影
響を無くし、制御要素切離しに対する信頼性を確保する
事が可能となる。

なお、上記実施例においては、磁気回路の一部に設ける
磁気的な空隙として、鉄心１２と鉄心１４との間の空隙
１８を採用しているが、これに限る必要はなく、磁気回
路の一部であれば電磁石８、アーマチュア５の他の部分
に空隙を設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明にあっては、十分な吸行力
が得られ、制御要素の切り離しを確実に行なうことがで
きるとともに、十分な機械的強度および耐久性を得るこ
とができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図はその縦断面図、第２図はその作用を示す電
流と磁束の関係を示す図、第３図は本発明の他の実施例
を示す図、第４図は第３図の作用を示す電流と磁束の関
係を示す図、第５図は従来の原子炉停止装置を示す図で
ある。 ２・・・制御要素、５・・・アーマチュア、８・・・電
磁石、１０・・・外管、１２・・・鉄心、１３・・・外
管、１４・・・鉄心。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第 図 第 図 ９；丸 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　制御要素の上端に設けられたアーマチュアを電磁石に
   よって吸着することによって前記制御要素を吊り上げる
   ようになされた原子炉停止装置において、前記電磁石と
   前記アーマチュアのうちいずれか一方又は双方は、高透
   磁率を有する第１の磁性部材と、高温高強度の第２の磁
   性部材とを備えていることを特徴とする原子炉停止装置
   。