JPH0556836B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉の停止系に係り特に異常過度
変化時に制御棒が入らなかつた時の事象とその後
の事象推移（以下ATWSと云う。）の発生を防止
するに好適な、制御棒の挿入設定温度を変更する
ことが可能な、原子炉停止機構に関する。

〔従来の技術〕

従来技術として特開昭56−137271号の例を第９
図に示す。

原子炉の炉心を構成する下部案内管５内には、
中性子吸収体２を内蔵する制御棒４が挿入される
ようになつている。制御棒４の上端部には温度範
囲が600℃ないしは800℃のキユーリ点を有する磁
性体７が設けられ、この磁性体部７はキユーリ点
において磁力が減少するようになつている。下部
案内管５の直上位置には内部に連結管６が配置さ
れている炉心上部案内管３３が支持されている。
連結管６の下端部には磁性体部７を吸着するチヤ
ツク構造を構成する電磁石８が固着されている。
通常通転時には制御棒４は上方へ引抜かれた状態
にあるが、異常により炉心燃料３５の温度が上昇
した場合、磁性体部７は高温冷却材の温度により
磁力が減少し制御棒４は自重で落下し原子炉は停
止する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

高速増殖型原子炉の合理化を行う上で、仮想炉
心崩壊事故（以下、HCDAと云う。）を設計基準
外事象とすることは、国際的なすう勢となつて来
ている。HCDAに至る事故シーケンスは、いく
つか存在するがその中で最つとも重要視されてい
るシーケンスとしてATWSが存在する。このた
め、ATWSの発生を防止する方法として原子炉
停止系の信頼性を向上させATWSの発生確率を
無視しうるほど小さくすることが考えられてい
る。

しかし、定検中におけるほとんど全てのスクラ
ムリレー故障の発見や半数の制御棒の挿入失敗や
トリツプ時のトリツプしや断器の不動作などが発
生しており、これらは、多重性を持たせた機器が
同様の原因で同時に故障する、共通原因故障の一
種である。

このような、共通原因故障を防止し炉停止系の
信頼性を向上させる方法として、従来の方法とは
異なり、原子炉スクラム信号を介さず直接炉心に
生じた物理現象をとらえ、制御棒を挿入する方法
として自己作動型炉停止機構（以下、SASSと云
う。）が考えられている。SASSのタイプとして
は、異常が発生した時に炉心部の出口ナトリウム
温度が上昇することをとらえ磁性体のキユーリ点
を利用したもの、流体の圧力を利用したもの、溶
融金属を利用したもの等があるが、これらは、プ
ラントに装荷中に制御棒を挿入する設定温度の変
更が困難である。

しかし、原子炉プラントは、定格運転のみなら
ず部分負荷運転等さまざまな運転モードが存在し
また、これらの運転モードも異つているため、
HCDAを防止するために制御棒を挿入しなけれ
ばならない炉心出口温度等も異つたものとなつて
いる。従来技術では、この設定温度の変更が困難
であるため運転モードに合せて適切にセツトする
ことが出来ない。

本発明の目的は、この問題を解決するために設
定温度の変更が用意にできる原子炉停止機構を提
供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、第５図に示すように磁性体の持つキ
ユーリ点が、磁性体の成分によつて異なること及
びコイルの抵抗値が温度に依存する点に着目し、
キユーリ点が異なる各磁性体ないしは温度依存度
合が異なる材質の各コイルを組み合せることによ
り制御棒を挿入するための設定温度の変更を容易
にできる方法が提示出来る。

磁性体のキユーリ点に着目すれば、第５図に示
されるように、鉄−ニツケルの合金においてはそ
の成分割合により約400℃〜約750℃の巾を持つて
キユーリ点を変えることができる。高速増殖炉の
制御棒は、炉心上部から挿入されるのが一般的と
なつており、制御棒を支持する力がなくなると自
重により制御棒は炉心に挿入され原子炉を停止さ
せることができる。したがつて、制御棒を前述の
磁性体で構成された電磁石で支持すると、キユー
リ点以上の温度では、通電状態であつても電磁石
は磁力を失うため、制御棒は落下し原子炉は停止
することになる。本発明は、磁性体として、異な
るキユーリ点を持つものを組み合せるか、温度に
よる電気抵抗値が互いに異なる材質の各コイルの
組み合せ手段によつて、制御棒が落下する温度を
変更することが出来る。

この為、本発明は問題点を解決するための手段
として、磁性体部に電磁石コイルを巻き付けた電
磁石部にて制御棒を吸着支持した原子炉におい
て、前記電磁石部は磁力を失う温度が互いに異な
る複数の電磁石の集合体であり、前記複数の電磁
石の各電磁石コイルは各々通電開閉器を備えるこ
とを特徴とした原子炉停止装置を備えている。

〔作用〕

本発明にあつては、各電磁石コイルごとの通電
開閉器のON、OFFの組み合せにより、電磁石部
が磁力を失う温度を任意に設定する作用が得ら
れ、制御棒の吸着支持力を失つて制御棒が落下す
る温度を任意に且つ容易に選択できる作用が得ら
れる。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例での基本的作用は、次の
通りである。制御棒を挿入しなければならない温
度について、いくつかの温度領域に分ける。これ
に対して、以下のような磁性体を準備する。

磁性体１……温度領域１にキユーリ点を持つ 磁性体２……温度領域２にキユーリ点を持つ 磁性体３……温度領域３にキユーリ点を持つ 磁性体４……温度領域４にキユーリ点を持つ 以上のような４組の磁性体により、それぞれ電
磁石を構成し、制御棒を支える。全ての電磁石を
通電状態にすると温度領域４以上の温度で、全て
の電磁石が磁力を失ない制御棒が挿入される。ま
た、磁性体１〜３までの磁性体で構成された電磁
石のみに通電した場合においては、温度領域３以
上の温度では電磁石が磁力を失ない制御棒が挿入
される。

このようにして、電磁石に対する通電状態を切
り換えることにより制御棒を挿入する温度を変更
することができる。この磁性体は４組に限る必要
はなく、すくなくとも２組存在すれば良いが本実
施例では４組としている。

第１の実施例を高速増殖型原子炉に適用した場
合の実施例としてより具体的に説明する。

高速増殖型原子炉における制御棒集合体１の一
例を第２図ａ，ｂに示す。制御棒集合体１は、中
性子吸収材ペレツト２を内包した複数本の制御棒
要素３を収納している保護管４及び保護管４が炉
心部に挿入される通路となる案内管５等からなつ
ている。制御棒集合体１は、プラント運転時にお
いては、第１図の如く保護管４が連結管６によつ
て炉心上部に引き上げられている。プラントを停
止する場合には、保護管４が炉心部に落下するこ
とになる。

第１図に示すようにキユーリ点の異なつた磁性
体部７で構成された電磁石８を連結管６部に設
け、異常時においては、炉心出口のナトリウム温
度が上昇することにより磁性体部７が昇温されキ
ユーリ点に達することにより電磁石８が磁力を失
なうため、連結管６が切り離され自重により保護
管４が炉心部に挿入されるものである。

ここでは、特に磁性体部７の温度上昇を容易に
するため、隣接燃料集合体出口ナトリウムを炉心
上部機構整流筒９により導びいている。

連結管６途中に設けられている電磁石部８の構
成の詳細を第３図に示す。本実施例では、連結管
６端部に設けた吸引板１０は、電磁石部８に対向
している。電磁石部８のコイル１１ａ，１１ｂ，
１１ｃ，１１ｄ部ははしご状に磁性体部７を構成
し、コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの巻
かれた水平部については、異なるキユーリ点を持
つ磁性体１６，１７，１８，１９とする。電磁石
部８によつて発生する磁束１２は、第３図の点線
で示したようになり、連結管６端部の吸引板１０
を支持することになる。

実際に高速増殖型原子炉において第４図の如く
炉心部の流量曲線１５が減少する事象（例：電源
喪失、ポンプ軸固着等）が発生すると炉心出口ナ
トリウム温度曲線１３は、第４図に示すように上
昇することになる。この場合、炉心部の冷却材で
あるナトリウムがさらに上昇し沸騰を開始する
と、炉心に正の反応度が投入され、炉心出力がさ
らに上昇しHCDAに至ると考えられている。し
かし、本実施例によれば、この炉心部出口ナトリ
ウム温度曲線１３に比例して、上昇する磁性体の
温度１４により制御棒保護管４を落下させること
により原子炉が停止し、安全に事象が終息するこ
とになる。また、炉心部に反応度が投入される事
象（例制御棒誤引抜き等）が発生すると、燃料温
度が上昇し、燃料溶融破損が生じさらに炉心の出
力が上昇するとHCDAに至る恐れがある。しか
し、この場合においても、炉心出口の温度上昇を
とらえることにより制御棒４を落下させ事象を終
息させることができる。

次に、運転モードに合せて制御棒４を落下させ
る温度を制御する方法とその制御系の概略につい
て示す。

運転モードを考慮し制御棒４を落下させる温度
として、500℃（モード１）、600℃（モード２）、
700℃（モード３）、800℃（モード４）が設定さ
れている列について述べる。

この場合、磁性体の成分として第５図に示され
る鉄、ニツケルの成分を調整した磁性体部７を以
下の計４段構成で構成する。

上から第４段目の磁性体１６は、成分調整によ
り500℃をキユーリ点とするもの。

３段目の磁性体１７は、成分調整により600℃
をキユーリ点とするもの。

２段目の磁性体１８は、成分調整により700℃
をキユーリ点とするもの。

１段目の磁性体１９は成分調整により800℃を
キユーリ点とするもの。

ここで、各運転モードに合せて次に示すよう
に、電磁石部８を通電状態とする。

モード１……磁性体１６の電磁石コイル１１ａ
のみ通電 モード２……磁性体１６，１７の電磁石コイル
１１ａ，１１ｂのみ通電 モード３……磁性体１６，１７，１８の電磁石
コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃのみ通電 モード４……全ての磁性体１６，１７，１８，
１９の電磁石コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１
１ｄを通電とする。

以上のように、各運転モードに合せ電磁石８の
通電状態を確保しておく。

モード１の状態にしておくと、磁性体７の温度
が500℃になると、磁性体１６は磁力を失ない吸
引板１０より下部は支持力を失ない落下する。

モード２の状態では、磁性体７の温度が500℃
では磁性体１７による磁力が確保されているた
め、第３図中の連結管６は支持されたままになつ
ている。磁性体部７の温度が600℃に上昇すると
磁性体１７による磁力も失なうため連結管６が落
下し保護管４が炉心へ挿入されることになる。

モード３の状態では、磁性体７の温度が700℃
になると磁性体１６，１７，１８による磁力を失
うため、連結管６は支持力を失い保護管４が炉心
へ落下する。

モード４の状態では、磁性体部７の温度が800
℃になると全磁性体１６，１７，１８，１９で構
成された電磁石部８が磁力を失ない連結管６は支
持力を失い保護管４が炉心へ落下することにな
る。

以上のように、運転モードに合せて、電磁石部
８の通電状態をコントロールするシステムを第６
図に示す。システム全体は、運転モード信号を発
生する制御装置２０及びしや断器等からなつてい
る。

運転モード１の状態では、制御装置２０から運
転モード１の信号ライン２２ａに信号が出され
る。この信号が出されると、ワアイプ アウト
（Wipe out）回路２３により他の運転モードの信
号がしや断され電磁石通電信号２４ａのしや断器
２１ａのみが通電状態となり、電磁石コイル１１
ａの電源しや断器２６ａのみが通電状態となる。

運転モード２の状態では、制御装置２０から運
転モード２の信号ライン２２ｂに信号が出され
る。この信号が出されると、ワアイプ アウト
（Wipe out）回路２３により他の運転モード信号
がしや断され電磁石通電信号２４ｂのしや断器２
１ｂのみが通電状態となり、電磁石コイル１１ａ
及び電磁石コイル１１ｂの電源しや断器２６ａ，
２６ｂのみが通電状態となる。

運転モード３においては、同様にして信号ライ
ン２２ｃに出された信号でライン２４ｃ上のしや
断器２１ｃのみが通電状態となつて、しや断器２
６ａ，２６ｂ，２６ｃが通電状態となる。よつ
て、コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃのみに通電さ
れる。

運転モード４においては信号ライン２２ｄに出
された信号でライン２４ｄ上のしや断器２１ｄの
みが通電状態となつて、すべてのしや断器２６
ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが通電状態となり、
全コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに通電
される。

このようにして運転モードに合せて電磁石コイ
ルへの通電状態をコントロールすることができ
る。

次に、電磁石部８と磁性体部７についての変形
例について第７図ａ，ｂを用いて説明する。本変
形例は、電磁石部８を水平方向に述べることを特
徴としたものである。連結管６端部の吸引板１０
については、同様なものを用いるが、電磁石部８
については異つたキユーリ点を持つ磁性体１６，
１７，１８，１９を吸引板１０に対し水平方向に
述べ電磁石コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１
ｄの通電状態によつて、連結管６を切り離す温度
をコントロールするものである。下部連結管６に
設けられた吸引板１０と接触する吸引部３２につ
いては、キユーリ点の最も高い部類の強磁性体で
構成するものとする。本例によれば、水平方向に
並べられた磁性体部７が炉心上部機構整流筒９に
より導びかれた炉心出口ナトリウムの温度異常上
昇により、保護管４を適切に炉心部を挿入するこ
とができる。

なお、運転モードに合せて保護管４を挿入する
温度を変更するためには、先に示した第６図の制
御系を用いることにより同様にできる。

次に、電磁石部８と磁性体部７について他の変
形例を第８図ａ，ｂに示す。本変形例の特徴は、
電磁石部８を独立して構成されていることにあ
る。第８図に示されるように、異なるキユーリ点
を持つ磁性体１６，１７，１８，１９に各々コイ
ル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを巻いた電磁
石が軸方向に約45℃の角度ずつずらして設けられ
ており、電磁石部８は下部連結管６の吸引板１０
に対する吸引部３２を独立端として確保してい
る。本変形例によれば、炉心上部機構整流筒によ
つて導びかれた炉心出口ナトリウムにより磁性体
の温度が上昇することにより、磁性体がキユーリ
点に達し電磁石が磁力を失なうことにより、制御
棒４が炉心部に挿入されることになる。運転モー
ドに対応して、制御棒挿入温度をコントロールす
る制御手段としては、第６図に示した制御系を用
いることにより可能である。

次に、電磁石部８についてさらに他の変形例を
述べる。本変形例の特徴は、ここまで示した装置
が全て磁性体のキユーリ点を利用したものである
のに対し、本装置は、磁性体としては、全て高い
キユーリ点を持つ強磁性体を用い、電磁石コイル
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの材質として温
度上昇にともない各コイルごとに抵抗値の増大値
がそれぞれ異なるものを用いることにある。本装
置は、第３図に示されるように構成は、先に述べ
たキユーリ点を利用したものと同じものとなつて
おり、炉心部に異常が発生した場合には、炉心上
部機構整流筒により導びかれた炉心出口ナトリウ
ムの温度異常上昇により、コイル１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，１１ｄの温度が上昇し、その上昇温
度に応じてコイルの抵抗値が増すため、電磁石部
８が磁力を失ない保護管が炉心部に挿入されるこ
とになる。

なお、本装置を運転モードに合せて保護管を切
り離す温度をコントロールするシステムとして
は、第６図に示される制御系を用いることによつ
て可能である。なお、本装置は、電磁石８部を第
７図ａ，ｂあるいは第８図ａ，ｂに示される構成
に置き換えた場合においても可能である。

以上に示した、各例の装置のいずれかを用いる
ことにより、炉心部に流量減少事象及び反応度挿
入事象等が発生した場合においても、プラントの
運転モードに合せて適切に制御棒を炉心部に入れ
ることができHCDAの発生を抑制することがで
きる。

また、磁性体部７の製作時の誤差が存在した場
合においても、電磁石部８への電流を調整するこ
とにより切り離し温度を調整することが可能であ
り、製作性の面においても有利である。

さらには、炉心部において異常が発生した場
合、炉心の出口ナトリウム温度の上昇により磁性
体の温度が上昇し、電磁石が磁力を失う。このた
め、制御棒の支持力を失うことにより、制御棒は
自重により炉心に挿入される。この時、運転モー
ドにより挿入設定温度を変更することが出来るた
め、プラントの運転モード全般に渡りATWSの
発生を防止することができる。

また、挿入設定温度を自由に変更できることか
ら、制御棒の挿入タイミングについても同一装置
のみで、任意に用いることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電磁石部が磁力を失うタイミ
ングを原子炉冷却材の温度の変化に応じて複数段
階に設定できるので、原子炉運転モードに応じて
容易にタイミングの良い炉心への制御棒挿入が自
動的に実施できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による原子炉停
止機構の全体縦断面図、第２図ａは原子炉の制御
棒集合体の部分断面表示による斜視図、第２図ｂ
は第２図ａに示した保護管内に収納される制御棒
の部分断面表示による斜視図、第３図は第１図の
要部拡大図、第４図は原子炉の冷却材流量変位と
各部温度との時間経過に対する変化曲線を示した
グラフ図、第５図は磁性体の成分割合ごとの飽和
磁化温度特性を示すグラフ図、第６図は第３図に
示した各電磁石コイルへの通電制御シーケンス
図、第７図ａは本発明の一実施例の変形例を示す
磁石部の第７図ｂのＡ−Ａ矢視図、第７図ｂは第
７図ａの立面図、第８図ａは本発明の一実施例の
他の変形例であつて、磁石部の第８図ｂのＡ−Ａ
矢視図、第８図ｂは第８図ａの立面図、第９図は
従来の原子炉停止機構の縦断面図である。 ４……保護管、５……案内管、６……連結管、
７……磁性体部、８……電磁石部、１０……吸引
板、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ……電磁石
コイル、１６，１７，１８，１９……磁性体、２
６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ……しや断器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁性体部に電磁石コイルを巻き付けた電磁石
   部にて制御棒を吸着支持した原子炉において、前
   記電磁石部は磁力を失う温度が互いに異なる複数
   の電磁石の集合体であり、前記複数の電磁石の各
   電磁石コイルは各々通電開閉器を備えることを特
   徴とした原子炉停止装置。 ２ 特許請求の範囲の第１項において、前記集合
   体を成す各電磁石の各磁性体は互いにキユーリ点
   が異なることを特徴とした原子炉停止装置。 ３ 特許請求の範囲の第１項において、前記集合
   体を成す各電磁石の各電磁石コイルの材質は各電
   磁石コイルごとに温度による電気的抵抗値が互い
   に異なる材質であることを特徴とした原子炉停止
   装置。