JPH0499995A - 高速炉用冷却材循環ポンプの駆動装置 - 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） 本発明は高速増殖炉（以下、高速炉と記す）用冷却材循
環ポンプの駆動装置に関する。

（従来の技術） タンク型およびループ型高速炉においては主として燃料
集合体、遮蔽集合体およびこれら集合体を支持し、炉心
特性を監視及び制御する他の部材から構成される炉心を
収納する炉容器が使用されている。

ループ型１次冷却材ポンプは炉容器からの冷却材（ナト
リウム）を熱交換器を介して循環させる。

冷却材は一例として、炉心上方に流れ、熱エネルギーを
吸収し、炉容器から１次冷却材ポンプによって排出され
、熱交換器を経て流れる。熱交換器で交換された熱エネ
ルギーは、２次冷却材ポンプによって循環され、最終的
な発電の目的のための熱エネルギーは放出される。

熱交換された１次冷却材は１次冷却材ポンプによって炉
容器へ送り返される。

液体金属冷却材を使用する高速炉の場合、炉容器の入口
と出口との温度差は、軽水冷却型原子炉に比べて比較的
大きく、１２２〜１４８℃程度であり、出口温度は約３
５５℃程度になる。　この大きな温度差と高温のため、
他の条件の中でも原子炉の運転停止に基づく熱的過渡状
態を受容しなければならない。よって、原子炉の諸系統
及び各要素に厳格な制限が課せられることになる。

正常な運転中又は１次冷却材ポンプ用主駆動モータへの
給電停止などのような異常時に原子炉の運転を停止させ
るにはたとえば中性子吸収材を含んだ制御棒を炉心内に
挿入し、電気的に駆動されている１次冷却材ポンプ用主
駆動モータへの給電を停止する。１次冷却材ポンプは低
速まで惰走し、この場合、１次冷却材ポンプと組合され
たポニーモータが、オーバーランニングクラッチを介し
て１次冷却材ポンプに係合し、低定速で運転を継続する
。

ポニーモータは原子炉の運転中は停止しているが、主駆
動モータの給電停止や電源喪失時に自動起動し、低定速
回転で待機している。そして１次冷却材ポンプの回転降
下時に規定回転数で係合し、以後ポニーモータにより１
次冷却材ポンプは運転継続される。

この運転によって冷却材は強制循環され、炉心各要素か
らの崩壊熱を適切に除去することが出来る。ポニーモー
タは１次冷却材主駆動モータにも給電されて、またプラ
ントの交流電源によって駆動され、この他にジーゼル発
電機による予備電源も備えている。主電源と予備電源が
使用出来なくなった場合は冷却材の自然循環冷却によっ
て崩壊熱が除かれる。

通常、１次冷却材ポンプは原子炉炉心の運転停止により
生じた炉心出力−冷却材流量比の急激な減少に基づく熱
的な過渡状態を緩和するようにトリップされる。冷却材
流量の惰走減少率は、トリップ前の１次冷却材ポンプ系
の回転慣性力による運動エネルギーの関数である。

１次冷却材ポンプ系の回転慣性が大きいと、惰走時間は
比較的長くなる。この比較的長い惰走期間においては、
原子炉プラントへの交流電力の供給停止と交流予備電源
系統の同時故障というありそうもない事態が発生するが
、この場合でも、燃料集合体、ブランケット集合体等か
らの適切な崩壊熱の除去は確保されなければならない。

すなわち、１次冷却材ポンプが停止する時点は、炉容器
内の冷却材の自然循環がただ一つの循環力となった場合
で、除去されるべき炉心内の崩壊熱の量によって決定さ
れる。

惰走時間が長いと自然循環により除去されるべき崩壊熱
が減少する。従って、特に１次冷却材ポンプ用主駆動モ
ータおよびポニーモータに電力が供給されないことが想
定される場合、惰走期間を長引かせるように１次冷却材
ポンプ系全体の回転慣性を大きな値に定めることが有利
であると考えられる。

別の観点からは、大きな１次冷却材ポンプ系の慣性と原
子炉の運転停止に続く長い惰走とによって炉容器内のい
ろいろな部材について、最初は急激で、苛酷な過渡温度
状態が生じる。そこで、当然のことながら出力−流量比
はすみ゛やかに減少する。

温度勾配は炉心上方の炉容器内の冷却材の混合により緩
和されるが、炉容器の下流側すなわち２次冷却材ポンプ
系統の諸部材にも作用する。

従って、１次冷却材ポンプの回転慣性を小さい値に定め
てポンプの初期惰走減速を早くし、苛酷な過渡温度状態
が生じない、妥当な出力−流量比を保つのが有利なよう
に考えられる。

これら相反する条件の結果として１次冷却材ポンプ系の
回転慣性の選定は、熱の初期過渡現象を最小にすること
と、適切な熱の除去後に初めて、１次冷却材ポンプによ
る強制循環流から自然循環流にスムーズに切替えられる
ようにする事である。

このため、１次冷却材ポンプの設計により比較的小さな
回転慣性値に選定される。

これによりプラントの正常な運転停止による最初の過渡
的な熱を最小にし、ポニーモータへの給電の完全停止時
の自然循環による崩壊熱除去要件を余裕を持って満足す
るようにしている。

従って、正常な交流電力並びに予備交流電力がポニーモ
ータへ供給されなくなるというありそうもない事態にお
いては、何らかの形態で、１次冷部材ポンプの回転軸系
と連結し自然循環による崩壊熱除去要件を満足するまで
、運転を継続する補助駆動装置を備えたポンプ駆動装置
が必要となる。

第２図は液体金属冷却型高速炉の配管系統図で、図中、
符号１は炉容器で、この炉容器１内しこフランジ１ａが
設けられ下部格子１ｂが取付いている、下部格子ｌｂ上
には核分裂反応を行う燃料集合体の他で構成された炉心
２が配設されている。炉容器１の上部には、燃料集合体
の交換を行う固定プラグ１ｃと回転プラグ１ｄが取付け
られ炉心上部機構１ｅを支持している。

高速炉においては、通常冷却材として液体ナトリウムが
使用される。冷却材は１次冷却材ポンプ７により入口管
３から炉容器１の下部に入り、炉心２で加熱されて温度
が高められ出口管４から流量調節弁５を経て熱交換器６
へ送られ、そこで２次冷却材ポンプ系により熱エネルギ
ーは順次下流側に送られ、最終的な発電のために放出さ
れる。

熱交換器６で熱エネルギーを放出した冷却材１ｆは、再
び１次冷却材ポンプ７を経て炉容器１内へ送られる。こ
の様に、冷却材は熱エネルギーの蓄積と放出を順次繰返
しながら一つの閉ループを構成している。図示していな
いが、１次冷却材ポンプ系統の下流側に配設されている
２次冷却材ポンプ系統も、上記１次冷却材ポンプ系統と
同様に熱エネルギーの蓄積と放出を順次繰返しながら、
つの閉ループを構成し、更に下流側のタービンへ熱エネ
ルギーを供給している。

符号８は１次冷却材ポンプ７の主駆動モータで、正常な
原子炉運転中に交流電力が供給されて安定した運転がな
されている。

しかしながら、原子炉の運転を自主的に停止させるため
、中性子吸収ロッドのような制御で、炉出力を低下させ
る場合、あるいは主駆動モータ８の交流電力の給電が停
電等の外部的要因で停止せざるを得なくなった場合等、
何れの場合においても、電源を喪失した場合は炉心２の
残留崩壊熱を適切に除去すること、且つまた、冷却材１
ｆの苛酷な過渡温度状態が生じない、すなわち、冷却材
１ｆの還流する系統に接続されている機器並びに部材等
の熱的衝撃を緩和させるために、ポンプ駆動装置９が設
けられている。

このポンプ駆動装置９は正常運転中の１次冷却材ポンプ
８流量の約１０％程度流量になる回転数で運転が引続か
れ、冷却材１ｆの熱エネルギーの蓄積と放出を繰返し、
自然循環流れになる条件まで運転する必要がある。

この様な場合、１次冷却材ポンプ７の駆動は主駆動モー
タ８の回転軸と直列に係合されるポンプ駆動装置９で行
い、上記の流量を確保する手段が採用されている。

従来公知のポンプ駆動装置としてはたとえば特公昭６３
−１８０３７号公報に、ポニーモータ駆動装置としては
たとえば特開昭５８−３９２３８号公報に開示されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 従来のポンプ駆動装置では、交流電力で駆動されるポニ
ーモータが予備電源も含め喪失するといったありそうも
ない事態における状況下で、原子炉の運転停止を行う場
合、崩壊熱除去がスムーズに行われず、炉容器内並びに
１次、２次冷却材ポンプ系の諸部材に与える苛酷な過渡
温度状態が継続する潜在的な課題を有している。

又、ポンプ駆動装置を高速炉の正常運転中にも、使用し
ないにも拘わらず、連続運転継続するシステムは、省エ
ネルギー上、又注意深い保守を必要とする機器構成上か
らも、有効とは考え難い課題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
どの様な不適合の状況下にあっても、何らかの形態で１
次冷却材ポンプの回転軸系と連結し、自然循環による崩
壊熱除去要件を満足するまでの運転継続と、原子炉の運
転停止を最適な状態すなわち苛酷な過渡温度状態が生じ
ないようにすること、および１次冷却材ポンプの停止中
における保守を考慮し、原子炉内及び１次、２次冷部材
ポンプ系統全体の諸部材の損傷並びに破損を未然に防止
し、信頼性を高めることができる高速炉用冷却材循環ポ
ンプの駆動装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は高速炉の冷却材循環ポンプを駆動する主駆動モ
ータと、この主駆動モータの回転軸に第１のオーバーラ
ンニングクラッチを介して接続された減速歯車装置と、
この減速歯車装置に接続された第１のポニーモータと、
この第１のポニーモータに第２のオーバーランニングク
ラッチを介して接続された第２のポニーモータと、この
第２のポニーモータに電磁クラッチを介して接続された
フライホイールと、前記減速歯車装置に第３のオーバー
ランニングクラッチを介して接続されたターニング装置
とからなることを特徴とする。

（作用） 補助駆動装置は、第２のオーバーランニングクラッチを
介して連結し得る、直流電力を駆動源とする第２のポニ
ーモータであり、第２のオーバーランニングクラッチは
、交流電力を駆動源とする第１のポニーモータの回転数
より高い領域で脱出来るように選定されている。

第１のポニーモータは、前記各冷却材ポンプ用主駆動モ
ータへの給電停止を条件に起動させ、各冷却材ポンプが
第１のポニーモータの回転数にまで低下した場合、連結
させる。

一方、第２のポニーモータは第１のポニーモータへの給
電停止を条件に速やかに起動させ第１のポニーモータに
替り、各冷却材ポンプの運転を継続させる。また、第２
のポニーモータの上位には、主駆動モータの回転軸に取
付けられているフライホイールとは別に電磁クラッチを
介してフライホイールが配設されている。更にポニーモ
ータの伝達トルクを増大させるために設けである減速機
には、各冷却ポンプ系の保守のためターニング装置が配
設され、全ての構成機器が前記各冷却材ポンプに連結さ
せる。

各冷却材ポンプの設計に当り惰走を長くすることおよび
早くするという２つの相反する要件の妥協の必要が少な
くなる。炉心出力が非常に速やかに減少する運転停止直
後の初期惰走減速度は早く、急激な出力低下による過渡
的な熱現象は緩和する。

その後にある選定された流量、すなわち約１０％流量と
なる様な回転速度で第１のポニーモータにづ継がれ、各
冷却材ポンプの回転速度を維持する。

また、第１のポニーモータへの給電に支障が生じても更
に第２のポニーモータが起動し、前記各冷却材ポンプの
回転速度の維持継続は可能ならしめると共に、更にフラ
イホイールを付加することにより、第２のポニーモータ
への給電に支障が生じても前記フライホイールの慣性力
によって、惰性を長引かせ、自然循環にスムーズにかつ
徐々に移行させることが出来る。

第１と第２のポニーモータは常時は停止されており、定
期的なサーベランステストを行うのみで良く、この場合
各ポニーモータを同時運転しても第２のオーバーランニ
ングクラッチ脱の状態にあり、支障はない。減速歯車に
設けられたターニング装置は、原子炉の運転停止時の保
守上、特に各冷却材ポンプの液体金属による蒸気等に対
する固着等を防止するため、各冷却材ポンプを低速で回
転させる。

（実施例） 第１図を参照しながら本発明に係る高速炉用冷却材循環
ポンプの駆動装置の一実施例を説明する。

第１図中性号１ｃは固定プラグを示しており、この固定
プラグ１ｃは第２図に例示したものと同様である。

固定プラグ１ｃ上には主駆動モータ８が載置固定されて
おり、この主駆動モータ８の回転軸１８の下部は固定プ
ラグＩＣを貫通して一次冷却材ポンプ７に接続されてい
る。一方、主駆動モータ８の回転軸１８の上部には主フ
ライホイール２３が挿着され、さらにその上方には第１
のオーバーランニングクラッチ１４が接続されている。

第１のオーバーランニングクラッチ１４の上方には減速
歯車装置１３、第１のポニーモータ１２、第２のオーバ
ーランニングクラッチ１７、第２のポニーモータ１６、
電磁クラッチ２１およびフライホイール２２が順次接続
されている。主駆動モータ８および第１のポニーモータ
１２には交流電源１１が接続されて回転駆動される。ま
た、第１のポニーモータ１２には予備交流電源１５が接
続されている。第２のポニーモータ１６には直流電源２
０が接続されて回転駆動する。減速歯車装置１３には第
３のオーバーランニングクラッチ２５が設けられ、この
第３のオーバーランニングクラッチ２４にはターニング
装置２４が接続される。

以上のようにしてポンプ駆動装置１９が構成されている
。

しかして、第１図において、高速炉プラントの交流電源
１１により主駆動モータ８で運転されていた１次冷却材
ポンプ７は、給電停止を行うことで、惰走を開始し、こ
の間に減少する流量を強制的に流通させる。

主駆動モータ８への給電停止の条件で起動させた第１の
ポニーモータ２はある選択された流量、即ち、全流量の
約１０％の回転数で待機している。

第１のポニーモータ１２から１次冷却材ポンプの連結手
段は減速歯車装置１３から第１のオーバーランニングク
ラッチ１４を介して主駆動モータ８の回転軸を経て連結
される。

第１のポニーモータ１１はプラントの交流電源１１から
も動力を受けると共に、プラントの交流電源１１が喪失
した時にはジーゼル発電機等の予備交流電源１５も備え
ている。

全流量の約１０％の回転数で待機していた第１のポニー
モータ１２は、１次冷却材ポンプが惰走を開始してから
回転降下を始め全流量の約１０％の回転数に到達した時
に、第１のオーバーランニングクラッチ１４と連結（自
動的に噛合）され、移行節１のポニーモータ１２に引継
がれ運転が行われる。この運転は、崩壊熱除去要件が満
足するまで継続し、それ以降自然循環による運転になる
まで行う。

ポンプ駆動装置には第１のポニーモータ１２の他に第２
のポニーモータ１６が第２のオーバーランニングクラッ
チ１７を介して第１のポニーモータ１２と直列に連結さ
れている。第２のポニーモータ１６は直流電源２０によ
り駆動するもので、交流電源１１及び予備交流電源１５
が喪失した時に第１のポニーモータ１２に変り運転を行
うものである。

第２のポニーモータ１６の他端軸には電磁クララチ２１
を介してフライホイール２２が設けられ冷却材ポンプの
回転軸系の慣性を増大させ、惰性特性を変化させる。

１次冷却材ポンプ７用主駆動モータ８及び第１のポニー
モータ１２両者への電力が全く喪失した場合の原子炉停
止過渡状態においては、全流量の約１０％回転数まで惰
走し、約１０％附近で、前記第２のポニーモータ１６に
運転が引継がれる。

この場合、前記フライホイール２２は電磁クラッチ２１
で任意の着脱が可能となり、崩壊熱除去要件を完全に満
足又は満足させるまでの惰走速度を改善させる要素を有
するものである。

１次冷却材ポンプ回転軸系全体の回転慣性力は、前記惰
走時間を長引かせると自然循環による崩壊熱除去量が少
なくて済むことから望ましいが、方で苛酷な過渡温度状
態が生じる。したがって、その設計上の妥協点から必要
とする慣性力を得るため、主駆動モータ８軸主フライホ
イール２３が取付けられており、前記フライホイール２
２はその補助として、全べてのポニーモータ１２．１６
の電力源１１、１５．２０が喪失した時、惰性減速度低
減率向上に作用する。

次に第２のポニーモータ１６と第１のポニーモータ１２
の相互関係については次の通りである。すなわち、第２
のポニーモータ１６は、第１のポニーモータ１２の運転
継続が電源喪失等で出来なくなった場合を想定した直流
電源（電池）によるバックアップ用であるが、第１のポ
ニーモータ１２が運転中にも運転可能な様に各ポニーモ
ータ間はオーバーランニングクラッチ１４で連結されて
おり、第１のポニーモータの回転速度が僅かに低下した
場合に噛合する構造になっている。従って、第１のポニ
ーモータ１２の回転数が低下した場合、自動的に１次冷
却材ポンプの運転は第２のポニーモータ１６に置換され
、運転を継続する。

減速歯車装置１３に設けられ第３のオーバーランニング
クラッチ２５を介して取付であるターニング装置２４は
、原子炉停止時に１次冷却材ポンプ７のターニング運転
に行うもので、原子炉内の冷却材であるナトリウム蒸気
が冷却材ポンプの各回転摺動部固着防止をするため低速
（１〜５　ｒｐｍ）で１次冷却材ポンプ７軸系全体を回
転させる。

第３のオーバーランニングクラッチ２５は第１及び第２
のポニーモータ１２．１６の運転時に連結が解除される
構造になっている。

従ってプラント全体の交流電源が喪失し、供給されなく
なるというありそうもない事態においても、第２のポニ
ーモータ１６並びにフライホイール２２の作用により崩
壊熱除去を適切に行うことが出来ると共に過渡温度状態
における各部材への熱的影響緩和に対し有効で、原子炉
内の構成機器並びに炉外各系統機器の損傷、破損等未然
に防止出来る信頼性の高い、補助駆動装置を備えたポン
プ駆動装置が得られる。

なお、本実施例のほかに主駆動モータ８と減速歯車装置
１３間、第１と第２のポニーモータ１２．１６間及び減
速歯車装置１３とターニング装置２４間に配設したオー
バーランニングクラッチ１４は各軸に回転検知信号を設
けることにより電磁クラッチ等でも同様な効果を有する
。

また、減速歯車１３と第１のポニーモータ１２を１体化
構造としても同様な効果が得られるし、第１及び第２の
ポニーモータ１２．１６を交直両用のモータを配設する
ことでも同様の効果が得られる。

さらに、本発明は１次冷却材ポンプ系統に限ることなく
、下流側の２次冷却材ポンプ系統を含め、崩壊熱除去を
必要とする系統に適用できるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば複数のポニーモータおよび冷却材ポンプ
の回転慣性を可変にすることにより原子炉の緊急運転停
止または、プラント全体の交流電源故障等における崩壊
熱除去および過渡温度状態を適切に緩和するこができる
。よって、原子炉内の炉心を含む構成部材を安全状態に
して、自然循環による運転までスムーズに移行出来る信
頼性。

安全性の高い補助駆動装置を備えたポンプ駆動装置を提
供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高速炉用冷却材循環ポンプの駆動
装置の一実施例を示す構成図、第２図はループ型高速炉
を概略的に示す配管系統図である。 １・・・炉容器　　　　　ＩＣ・・・固定プラグ２・・
・炉心　　　　　　６・・・熱交換器７・・・１次冷却
材ポンプ　８・・・主駆動モータ１１・・交流電源　　
　１２・・・第１のポニーモータ１３・・・減速歯車装
置 １４・・・第１のオーバーランニングクラッチ１５・・
・予備交流電源　１６・・・第２のポニーモータ１７・
・・第２のオーバーランニングクラッチ１８・・・回転
軸　　　　　１９・・・ポンプ駆動装置２０・・・直流
電源　　　　２１・・・電磁クラッチ２２・・フライホ
イール　２３・・主フライホイール２４・・・ターニン
グ装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　高速炉の冷却材循環ポンプを駆動する主駆動モータと
   、この主駆動モータの回転軸に第１のオーバーランニン
   グクラッチを介して接続された減速歯車装置と、この減
   速歯車装置に接続された第１のポニーモータと、この第
   １のポニーモータに第２のオーバーランニングクラッチ
   を介して接続された第２のポニーモータと、この第２の
   ポニーモータに電磁クラッチを介して接続されたフライ
   ホィールと、前記減速歯車装置に第２のオーバーランニ
   ングクラッチを介して接続されたターニング装置とから
   なることを特徴とする高速炉用冷却材循環ポンプの駆動
   装置。