JPH0718943B2 - 自己作動型原子炉停止機構 - Google Patents
自己作動型原子炉停止機構Info
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- JPH0718943B2 JPH0718943B2 JP1065072A JP6507289A JPH0718943B2 JP H0718943 B2 JPH0718943 B2 JP H0718943B2 JP 1065072 A JP1065072 A JP 1065072A JP 6507289 A JP6507289 A JP 6507289A JP H0718943 B2 JPH0718943 B2 JP H0718943B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
- G21C9/02—Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、冷却材温度が異常上昇した時に、キュリー点
電磁石によって吊り下げている制御棒を自動的に切り離
して炉心に挿入し原子炉を緊急停止させる自己作動型原
子炉停止機構に関するものである。本発明では制御棒案
内管に隣接したラッパ管の管壁上部もしくはラッパ管の
上端に設けた延長管が温度感知磁性材料からなり、それ
がキュリー点電磁石の磁気回路の一部になっている。こ
れによって電磁石による制御棒切り離しの熱過渡応答性
並びに安定性が改善される。
電磁石によって吊り下げている制御棒を自動的に切り離
して炉心に挿入し原子炉を緊急停止させる自己作動型原
子炉停止機構に関するものである。本発明では制御棒案
内管に隣接したラッパ管の管壁上部もしくはラッパ管の
上端に設けた延長管が温度感知磁性材料からなり、それ
がキュリー点電磁石の磁気回路の一部になっている。こ
れによって電磁石による制御棒切り離しの熱過渡応答性
並びに安定性が改善される。
この原子炉停止機構は高速増殖炉や軽水炉などに利用で
きる。
きる。
〔従来の技術］ 各種原子炉では炉停止の信頼性を高めるため出力制御用
の制御棒とは別に異常発生時に炉心に挿入する制御棒を
備えている。原子炉停止機構として、磁気回路の一部に
温度感知磁性材料を組み込んだキュリー点電磁石を炉心
の内部に設置し、それによって制御棒の保持−切り離し
を行わせることが提案されている。ここで温度感知磁性
材料としては冷却材温度の異常上昇時に飽和磁束密度が
低下し磁気回路を遮断する特性をもつ材料が選ばれる。
の制御棒とは別に異常発生時に炉心に挿入する制御棒を
備えている。原子炉停止機構として、磁気回路の一部に
温度感知磁性材料を組み込んだキュリー点電磁石を炉心
の内部に設置し、それによって制御棒の保持−切り離し
を行わせることが提案されている。ここで温度感知磁性
材料としては冷却材温度の異常上昇時に飽和磁束密度が
低下し磁気回路を遮断する特性をもつ材料が選ばれる。
通常運転時には制御棒はキュリー点電磁石によって制御
棒案内管の上部にて吊り下げられている。万一燃料集合
体や冷却用再循環ポンプ等で異常が発生した場合、燃料
集合体内を流れる冷却材温度は急激に上昇する。この炉
内温度の異常上昇は温度感知磁性材料の磁気特性を変化
させる。つまり強磁性体から非磁性体に変化する。その
ため電磁石の磁気回路が温度感知磁性材料の部分で遮断
され磁気的吸引力が失われる。これによって制御棒は自
動的に切り離され炉心に挿入されて原子炉が停止する。
棒案内管の上部にて吊り下げられている。万一燃料集合
体や冷却用再循環ポンプ等で異常が発生した場合、燃料
集合体内を流れる冷却材温度は急激に上昇する。この炉
内温度の異常上昇は温度感知磁性材料の磁気特性を変化
させる。つまり強磁性体から非磁性体に変化する。その
ため電磁石の磁気回路が温度感知磁性材料の部分で遮断
され磁気的吸引力が失われる。これによって制御棒は自
動的に切り離され炉心に挿入されて原子炉が停止する。
従来技術では燃料集合体から出た冷却材を電磁石の温度
感知磁性材料に導くために、制御棒上部案内管の下端に
末広りの構造をなす冷却材導入管等を設けることが検討
されている。
感知磁性材料に導くために、制御棒上部案内管の下端に
末広りの構造をなす冷却材導入管等を設けることが検討
されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしこのような構造では、隣接する燃料集合体を流れ
る冷却材を制御棒案内管に導入する機構が複雑になるた
め信頼性に乏しい欠点がある。
る冷却材を制御棒案内管に導入する機構が複雑になるた
め信頼性に乏しい欠点がある。
また温度感知磁性材料の質量に対して制御棒案内管内に
導入できる高温冷却材の流量を多くできないため、全体
の流量が低下すると応答時間が長くなることが予想され
る。更に制御棒案内管を磁気回路の一部としている場合
には、電磁石と制御棒案内管の上下相対位置を常に高い
精度で制御しなければならず、外部制御を必要としない
という自己作動型本来の特徴を損なうことにもなる。
導入できる高温冷却材の流量を多くできないため、全体
の流量が低下すると応答時間が長くなることが予想され
る。更に制御棒案内管を磁気回路の一部としている場合
には、電磁石と制御棒案内管の上下相対位置を常に高い
精度で制御しなければならず、外部制御を必要としない
という自己作動型本来の特徴を損なうことにもなる。
本発明の目的は、熱過渡応答性能を改善し冷却材流動の
影響を小さくして作動特性に対する信頼性を高め、また
制御棒案内管との相対位置の制御を不要とし、誤動作お
よび不動作が生じないように自己作動型原子炉停止機構
を提供することにある。
影響を小さくして作動特性に対する信頼性を高め、また
制御棒案内管との相対位置の制御を不要とし、誤動作お
よび不動作が生じないように自己作動型原子炉停止機構
を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、制御棒と、上方にて制御棒の保持−切り離し
を行うキュリー点電磁石とを備え、燃料集合体を収容す
るラッパ管が制御棒挿入部の周りに配列された構造の原
子炉を自動停止させる機構である。
を行うキュリー点電磁石とを備え、燃料集合体を収容す
るラッパ管が制御棒挿入部の周りに配列された構造の原
子炉を自動停止させる機構である。
上記の目的を達成するため本発明では、前記制御棒挿入
部に隣接するラッパ管の管壁上部が、冷却材温度の異常
上昇時に飽和磁束密度が低下する温度感知磁性材料から
なり、それが電磁石の磁気回路の一部になるように構成
されている。ラッパ管自体ではなく、ラッパ管の上端
に、冷却材温度の異常上昇時に飽和磁束密度が低下する
温度感知磁性材料からなる延長管を設け、それが電磁石
の磁気回路の一部になるようにしてもよい。
部に隣接するラッパ管の管壁上部が、冷却材温度の異常
上昇時に飽和磁束密度が低下する温度感知磁性材料から
なり、それが電磁石の磁気回路の一部になるように構成
されている。ラッパ管自体ではなく、ラッパ管の上端
に、冷却材温度の異常上昇時に飽和磁束密度が低下する
温度感知磁性材料からなる延長管を設け、それが電磁石
の磁気回路の一部になるようにしてもよい。
ここでラッパ管の管壁上部や延長管が電磁石の上下移動
範囲にわたって温度感知磁性材料から構成されていても
よいし、温度感知磁性材料は通常動作時における電磁石
位置に設けられ、その下方のラッパ管管壁部分が電磁石
の上下移動範囲にわたって強磁性材料で構成してもよ
い。
範囲にわたって温度感知磁性材料から構成されていても
よいし、温度感知磁性材料は通常動作時における電磁石
位置に設けられ、その下方のラッパ管管壁部分が電磁石
の上下移動範囲にわたって強磁性材料で構成してもよ
い。
電磁石は、例えば上下で合体・分離可能な鉄芯とアーマ
チュア、及び鉄芯に巻装されたコイルを具備し、温度感
知磁性材料に近接する個所に非磁性材が組み込まれてい
るような構造とする。
チュア、及び鉄芯に巻装されたコイルを具備し、温度感
知磁性材料に近接する個所に非磁性材が組み込まれてい
るような構造とする。
［作用］ 本発明では制御棒案内管の周囲のラッパ管の上部もしく
は延長管が温度感知磁性材料で構成されているから、燃
料集合体から出た高温の冷却材はそのまま上昇して温度
感知磁性材料に到達する。そのため冷却材流動不安定等
の不確定事象を考慮する必要がなくなり、温度異常上昇
を速やかに感知しうる。
は延長管が温度感知磁性材料で構成されているから、燃
料集合体から出た高温の冷却材はそのまま上昇して温度
感知磁性材料に到達する。そのため冷却材流動不安定等
の不確定事象を考慮する必要がなくなり、温度異常上昇
を速やかに感知しうる。
制御棒を保持する電磁石の動作は、基本的には従来技術
と同様である。正常時には温度感知磁性材料は強磁性を
呈し、コイル電流によって発生する磁力線が磁気回路を
通りアーマチュアを磁気的に吸引し制御棒を保持する。
原子炉に異常が生じて冷却材温度が異常上昇した場合に
は、燃料集合体から出た高温の冷却材によって温度感知
磁性材料の温度が上昇し、その飽和磁束密度が急激に低
下するため、形成されていた磁気回路が遮断されアーマ
チュアを吸引保持する力が失われる。そのため制御棒が
解放されて自由落下し炉心に挿入されて原子炉は停止す
る。
と同様である。正常時には温度感知磁性材料は強磁性を
呈し、コイル電流によって発生する磁力線が磁気回路を
通りアーマチュアを磁気的に吸引し制御棒を保持する。
原子炉に異常が生じて冷却材温度が異常上昇した場合に
は、燃料集合体から出た高温の冷却材によって温度感知
磁性材料の温度が上昇し、その飽和磁束密度が急激に低
下するため、形成されていた磁気回路が遮断されアーマ
チュアを吸引保持する力が失われる。そのため制御棒が
解放されて自由落下し炉心に挿入されて原子炉は停止す
る。
［実施例］ 第１図A,Bは本発明に係る自己作動型原子炉停止機構の
一実施例を示す説明図であり、第２図はそのII−II断面
図、第３図はキュリー点電磁石の拡大説明図である。
一実施例を示す説明図であり、第２図はそのII−II断面
図、第３図はキュリー点電磁石の拡大説明図である。
第１図Ａに示すように内部に中性子吸収体を有する制御
棒10が制御棒案内管12の上方で電磁石14によって吊り下
げられている。制御棒案内管12の周囲には燃料集合体16
を収容しているラッパ管18が配置されている（第２図参
照）。
棒10が制御棒案内管12の上方で電磁石14によって吊り下
げられている。制御棒案内管12の周囲には燃料集合体16
を収容しているラッパ管18が配置されている（第２図参
照）。
電磁石14の主要部は、第３図に示すように、上下で合体
・分離可能な構造の鉄芯20とアーマチュア22との組み合
わせ、及び鉄芯20の中央脚部20aに巻装されるコイル24
を有する。鉄芯20の外側強磁性部材は間の非磁性材26で
磁気的に遮断されている。鉄芯20は上面で駆動軸28に結
合され、アーマチュア22は下面で前記制御棒10に結合さ
れている。
・分離可能な構造の鉄芯20とアーマチュア22との組み合
わせ、及び鉄芯20の中央脚部20aに巻装されるコイル24
を有する。鉄芯20の外側強磁性部材は間の非磁性材26で
磁気的に遮断されている。鉄芯20は上面で駆動軸28に結
合され、アーマチュア22は下面で前記制御棒10に結合さ
れている。
さて本発明の特徴は、隣接燃料集合体のラッパ管18の上
部（少なくとも前記非磁性材26に面する部分）が温度感
知磁性材料30で構成され、それが電磁石の磁気回路の一
部になっている点である。この温度感知磁性材料30は、
冷却材温度の異常上昇時に飽和磁束密度が低下するよう
な磁気特性をもつ材料である。
部（少なくとも前記非磁性材26に面する部分）が温度感
知磁性材料30で構成され、それが電磁石の磁気回路の一
部になっている点である。この温度感知磁性材料30は、
冷却材温度の異常上昇時に飽和磁束密度が低下するよう
な磁気特性をもつ材料である。
通常の運転温度では隣接燃料集合体16の上部の温度感知
磁性材料30はそのキュリー点以下であり、第３図の破線
ａで示すような磁気回路が形成される。このようにして
電磁石14で制御棒10を保持している。
磁性材料30はそのキュリー点以下であり、第３図の破線
ａで示すような磁気回路が形成される。このようにして
電磁石14で制御棒10を保持している。
燃料集合体16での異常発生などにより冷却材温度が上昇
すると、燃料集合体16より上の部分のラッパ管18の温度
が急激に上昇し、ラッパ管18の一部を構成する温度感知
磁性材料30のキュリー点を越えた時点で磁気回路が遮断
される。すると鉄芯20とアーマチュア22との磁気的吸引
力が失われ、制御棒10は落下し、第１図Ａの仮想線で示
すように炉内に挿入される。これによって原子炉は停止
する。
すると、燃料集合体16より上の部分のラッパ管18の温度
が急激に上昇し、ラッパ管18の一部を構成する温度感知
磁性材料30のキュリー点を越えた時点で磁気回路が遮断
される。すると鉄芯20とアーマチュア22との磁気的吸引
力が失われ、制御棒10は落下し、第１図Ａの仮想線で示
すように炉内に挿入される。これによって原子炉は停止
する。
リセットまたは初期設置は次のようにして行う。第１図
Ｂに示すように、電磁石の主要部を落下位置にある制御
棒10の上端まで下げ、その位置でアーマチュア22を磁気
的に吸引し制御棒10を保持する。それを可能にするため
本実施例では隣接するラッパ管18の温度感知磁性材料30
が上記の電磁石14の上下移動範囲にわたって設けられて
いる。この長さは制御棒10の落下距離（燃料装荷部分の
長さ）とすればよい。そして電磁石と制御棒10が一体に
なったものを駆動軸28により引き上げ、所定の位置に設
置する。
Ｂに示すように、電磁石の主要部を落下位置にある制御
棒10の上端まで下げ、その位置でアーマチュア22を磁気
的に吸引し制御棒10を保持する。それを可能にするため
本実施例では隣接するラッパ管18の温度感知磁性材料30
が上記の電磁石14の上下移動範囲にわたって設けられて
いる。この長さは制御棒10の落下距離（燃料装荷部分の
長さ）とすればよい。そして電磁石と制御棒10が一体に
なったものを駆動軸28により引き上げ、所定の位置に設
置する。
なお制御棒案内管12は、電磁石14の上下移動範囲内には
設置できないが、必要ならばそれ以外の部分については
第１図に示すように設置が可能である。即ち、従来の従
来棒案内管よりも短くなるが、交換などのためのハンド
リング装置に多少の工夫を施すことで容易に対処でき
る。
設置できないが、必要ならばそれ以外の部分については
第１図に示すように設置が可能である。即ち、従来の従
来棒案内管よりも短くなるが、交換などのためのハンド
リング装置に多少の工夫を施すことで容易に対処でき
る。
温度感知磁性材料の形状、設置位置は種々変更可能であ
る。その変形例を第４図及び第５図に示す。基本的な考
え方は前記実施例と同様であってよいから、説明を簡略
化するため対応する部分に同一符号を付し、それらにつ
いての詳しい記載は省略する。
る。その変形例を第４図及び第５図に示す。基本的な考
え方は前記実施例と同様であってよいから、説明を簡略
化するため対応する部分に同一符号を付し、それらにつ
いての詳しい記載は省略する。
第４図に示す例は電磁石の上下移動距離分の長さの温度
感知磁性材料からなる延長管40をラッパ管42の上端に取
り付けたものである。このようにするとラッパ管42及び
制御棒案内管44は従来と同じ形状でよく、実用上は容易
である。しかしながら、延長管40の長さ分だけ高温冷却
材の到達時間が長くかかる。
感知磁性材料からなる延長管40をラッパ管42の上端に取
り付けたものである。このようにするとラッパ管42及び
制御棒案内管44は従来と同じ形状でよく、実用上は容易
である。しかしながら、延長管40の長さ分だけ高温冷却
材の到達時間が長くかかる。
第５図に示す例は、通常動作時における電磁石の設置位
置付近のみを温度感知磁性材料からなる延長管46として
ラッパ管48の上端に取り付け、ラッパ管48上部の電磁石
の上下移動範囲は例えばCr−Mo鋼やフェライトステンレ
ス鋼等の安価で加工の容易な強磁性材料50で製作したも
のである。
置付近のみを温度感知磁性材料からなる延長管46として
ラッパ管48の上端に取り付け、ラッパ管48上部の電磁石
の上下移動範囲は例えばCr−Mo鋼やフェライトステンレ
ス鋼等の安価で加工の容易な強磁性材料50で製作したも
のである。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本
発明はこのような構成のみに限定されるものではない。
例えばラッパ管自体の管壁上部を温度感知磁性材料と強
磁性材料とから構成してもよい。いずれにしても温度感
知磁性材料は隣接ラッパ管の一部（少なくとも電磁石
側）で適当な面積を有していればよい。
発明はこのような構成のみに限定されるものではない。
例えばラッパ管自体の管壁上部を温度感知磁性材料と強
磁性材料とから構成してもよい。いずれにしても温度感
知磁性材料は隣接ラッパ管の一部（少なくとも電磁石
側）で適当な面積を有していればよい。
［発明の効果］ 本発明は燃料集合体を収容しているラッパ管自体もしく
はその延長管を温度感知磁性材料で構成しているため、
冷却材の異常温度上昇を極めて迅速に検知できる。また
ラッパ管内は冷却材の流動が安定しているため、従来技
術のような冷却材を制御棒案内管内に導入する構成に伴
う諸問題、即ち導入量の不安定性、温度検知磁性材料の
質量に対して導入量が少ない欠点などを回避できる。こ
れらの結果、異常発生に対する応答性能が向上し、作動
特性に対する信頼性が改善される。
はその延長管を温度感知磁性材料で構成しているため、
冷却材の異常温度上昇を極めて迅速に検知できる。また
ラッパ管内は冷却材の流動が安定しているため、従来技
術のような冷却材を制御棒案内管内に導入する構成に伴
う諸問題、即ち導入量の不安定性、温度検知磁性材料の
質量に対して導入量が少ない欠点などを回避できる。こ
れらの結果、異常発生に対する応答性能が向上し、作動
特性に対する信頼性が改善される。
更にラッパ管の温度感知磁性材料の範囲を大きくできる
ため電磁石との相対位置を制御する必要はなくなる。こ
のため位置ずれによる誤動作や不動作が生じず、この点
でも信頼性は大きく改善される。
ため電磁石との相対位置を制御する必要はなくなる。こ
のため位置ずれによる誤動作や不動作が生じず、この点
でも信頼性は大きく改善される。
第１図A,Bは本発明に係る自己作動型原子炉停止機構の
一実施例を示す概略構成図、第２図はそのII−II断面
図、第３図はそのキュリー点電磁石の拡大説明図であ
る。第４図は本発明の他の実施例を示す説明図、第５図
は本発明の更に他の実施例を示す説明図である。 10……制御棒、12……制御棒案内管、14……電磁石、16
……燃料集合体、18……ラッパ管、20……鉄芯、22……
アーマチュア、24……コイル、26……非磁性材、30……
温度感知磁性材料、40,46……延長管。
一実施例を示す概略構成図、第２図はそのII−II断面
図、第３図はそのキュリー点電磁石の拡大説明図であ
る。第４図は本発明の他の実施例を示す説明図、第５図
は本発明の更に他の実施例を示す説明図である。 10……制御棒、12……制御棒案内管、14……電磁石、16
……燃料集合体、18……ラッパ管、20……鉄芯、22……
アーマチュア、24……コイル、26……非磁性材、30……
温度感知磁性材料、40,46……延長管。
Claims (4)
- 【請求項１】制御棒と、上方にて制御棒の保持−切り離
しを行うキュリー点電磁石とを備え、燃料集合体を収容
するラッパ管が制御棒挿入部の周りに配列された構造の
原子炉を自動停止させる機構において、前記制御棒挿入
部に隣接するラッパ管の管壁上部が、冷却材温度の異常
上昇時に飽和磁束密度が低下する温度感知磁性材料から
なり、それが電磁石の磁気回路の一部を構成しているこ
とを特徴とする自己作動型原子炉停止機構。 - 【請求項２】制御棒と、上方にて制御棒の保持−切り離
しを行うキュリー点電磁石とを備え、燃料集合体を収容
するラッパ管が制御棒挿入部の周りに配列された構造の
原子炉を自動停止させる機構において、前記制御棒案内
管に隣接するラッパ管の上端に、冷却材温度の異常上昇
時に飽和磁束密度が低下する温度感知磁性材料からなる
延長管を連結し、それが電磁石の磁気回路の一部になる
ことを特徴とする自己作動型原子炉停止機構。 - 【請求項３】温度感知磁性材料が電磁石の上下移動範囲
にわたって設けられている請求項１又は２記載の自己作
動型原子炉停止機構。 - 【請求項４】温度感知磁性材料が通常動作時における電
磁石位置に設けられ、その下方のラッパ管の管壁部分は
電磁石の上下移動範囲にわたって強磁性材料からなる請
求項１又は２記載の自己作動型原子炉停止機構。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1065072A JPH0718943B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 自己作動型原子炉停止機構 |
| US07/493,151 US5073334A (en) | 1989-03-17 | 1990-03-14 | Self-actuated nuclear reactor shutdown system |
| FR9003390A FR2644617B1 (fr) | 1989-03-17 | 1990-03-16 | Systeme d'arret automatique d'un reacteur nucleaire |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1065072A JPH0718943B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 自己作動型原子炉停止機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02243995A JPH02243995A (ja) | 1990-09-28 |
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