(57)【要約】【課題】反射体およびその駆動機構を小型化して取扱いを容易にし、かつ据付組立性およびメンテナンス性を向上させた高速炉を提供する。【解決手段】核燃料が装荷される炉心２の周囲に環状の反射体４を配置し、この反射体４を移動させて核反応出力を制御する高速炉であって、反射体４は、周方向に複数分割形成され、これら複数に分割された反射体４のそれぞれに、これらの反射体４を軸方向に移動させる反射体駆動機構６を設けた。【選択図】図２
2011117907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核燃料が装荷される炉心の周囲に環状の反射体を配置し、この反射体を移動させて核反応出力を制御する高速炉であって、
前記反射体は、周方向に複数分割形成され、これら複数に分割された反射体のそれぞれに、これらの反射体を軸方向に移動させる反射体駆動機構を設けたことを特徴とする高速炉。
【請求項２】
前記反射体駆動機構は、起動停止時に前記反射体を高速で移動させる高速駆動機構と、出力制御時に前記反射体を中速で移動させる中速駆動機構と、燃焼補償用に前記反射体を超微速で移動させる超微速駆動機構とを有すること、
を特徴とする請求項１に記載の高速炉。
【請求項３】
前記高速駆動機構および前記中速駆動機構は、それぞれ電動シリンダを用いたこと、
を特徴とする請求項２に記載の高速炉。
【請求項４】
前記高速駆動機構および前記中速駆動機構による前記反射体の所定以上の移動操作を制限するストッパを設けたこと、
を特徴とする請求項２または３に記載の高速炉。
【請求項５】
前記高速駆動機構、前記中速駆動機構および前記超微速駆動機構のそれぞれに、前記反射体の位置を検出する位置検出器を設けたこと、
を特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載の高速炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉心外周に反射体を配置した高速炉に係り、特に炉心燃料の燃焼を制御棒に代えて上記反射体により制御する高速炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の高速炉には、例えば特許文献１に記載されたものがある。この高速炉１０１は、図４に示すように有底円筒状の原子炉容器１０２内に、複数の核燃料を装荷した炉心１０３と、この炉心１０３の外周に同心状に配設した環状の反射体１０４と、上部に設置された中間熱交換器１０５などを冷却材とともに内蔵している。
【０００３】
原子炉容器１０２の上端上方に打設された上部スラブ１０６には、反射体駆動機構１０７が設置され、この反射体駆動機構１０７は油圧装置１０８により駆動される。また、反射体１０４と反射体駆動機構１０７との間には、長尺かつ大径の反射体駆動軸１０９が設けられている。この反射体駆動機構１０７を駆動することにより、反射体駆動軸１０９を介して反射体１０４を上下動（昇降）させて炉心燃料の燃焼を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−５９０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された従来の反射体１０４は、環状に形成され、また反射体１０４および反射体駆動軸１０９は、一体で径が大きく、かつ長尺な構造であることから、工場からの輸送と現地での組立が難しいものとなっていた。また、核反応を制御するために反射体１０４を移動する反射体駆動機構１０７は一系統であり、極めて高い安全性が要求される原子炉制御システムとしての要求を十分満たしているとは言えなかった。
【０００６】
さらに、反射体駆動機構１０７の駆動源としては、高速に上下動可能に出力する油圧装置１０８を用いており、反射体駆動機構１０７は、定常運転中は長期間一定位置を保持する必要があるものの、バルブを含む油圧系に微小なリークを回避することができず、そのため複雑な油圧系制御システムの構成となり、そのメンテナンス頻度および点検項目が多いものとなっていた。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、反射体およびその駆動機構を小型化して取扱いを容易にし、かつ据付組立性およびメンテナンス性を向上させた高速炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る高速炉は、核燃料が装荷される炉心の周囲に環状の反射体を配置し、この反射体を移動させて核反応出力を制御する高速炉であって、前記反射体は、周方向に複数分割形成され、これら複数に分割された反射体のそれぞれに、これらの反射体を軸方向に移動させる反射体駆動機構を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反射体およびその駆動機構を小型化して取扱いを容易にし、かつ据付組立性およびメンテナンス性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る高速炉の一実施形態を示す縦断面構成図である。
【図２】緊急停止時の反射体駆動機構を示す縦断面構成図である。
【図３】原子炉通常運転時の反射体駆動機構を示す縦断面構成図である。
【図４】従来の高速炉を示す縦断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る高速原子炉の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る高速炉の一実施形態を示す縦断面構成図である。図２は緊急停止時の反射体駆動機構を示す縦断面構成図である。図３は原子炉通常運転時の反射体駆動機構を示す縦断面構成図である。
【００１３】
図１に示すように、高速炉１は、核燃料を装荷する炉心２と、この炉心２の外周にアニュラス状に配置された炉心槽３と、炉心２の外周に同心状に配設した反射体４と、この反射体４に接続された反射体駆動軸５と、この反射体駆動軸５に接続され、反射体４を軸方向に炉心槽３の中を上下動させる反射体駆動機構６と、冷却材ナトリウムを保持する原子炉容器７と、この原子炉容器７の上方に設置された上部プラグ１１などを備えている。
【００１４】
反射体４は、周方向に複数個（例えば６個で、特に個数は限定するものではない）に分割構成されており、これらの分割された反射体４のそれぞれが単独の反射体駆動機構６に単独の反射体駆動軸５を介して結合されている。
【００１５】
反射体駆動軸５の下端の反射体４頂部との結合部は、図２に示すように断面Ｔ字状の結合機構であるＴバー部１２に形成されており、このＴバー部１２は、反射体駆動軸５の軸回転方位により反射体４と結合状態となり、９０°回転すると反射体４に対して容易に着脱可能な構造となっている。なお、結合機構としては、Ｔバー部１２に限らず、爪を開閉して着脱を行うグリッパ方式でもよい。
【００１６】
反射体４は、炉心２から放射される中性子を反射させるための中性子反射部４ａの領域と、この中性子反射部４ａの領域の上部に配置され、内部にガス（例えば、窒素ガス）を封入した薄肉円筒状に形成され、炉心２から放射された中性子を透過させるためのキャビティ部４ｂの領域とを有する。
【００１７】
また、反射体４は、上下動させることにより核反応出力の調整を行うとともに、原子炉スクラム時は下降させて炉心２の側部にキャビティ部４ｂが位置するように構成されている。したがって、炉心２の側部に中性子を透過させるためのキャビティ部４ｂが位置することにより、核反応が抑制されて炉心２の燃焼を抑えることができる。
【００１８】
図１に示すように、反射体４および反射体駆動機構６が炉心２の周辺に配置されることにより、炉心設計により定められた価値反応と、炉停止機能における重複性と、系統分離の要求とを満たすために設けられた炉停止棒３０および炉停止棒駆動機構３１から構成される炉停止系の機器を炉中心部に容易に配置することができるようになっている。
【００１９】
図２は反射体４の全挿入状態（スクラム状態）を示している。
【００２０】
図２に示すように、原子炉容器７の上方には、上部プラグ１１が設置され、この上部プラグ１１上には、反射体駆動機構６が設けられている。
【００２１】
反射体駆動機構６は、高速駆動機構１３と、中速駆動機構１４と、超微速駆動機構１５との３系統による駆動機構で構成されている。高速駆動機構１３は、電動シリンダ１６と、反射体駆動軸５に連結された高速動可動板１７と、電動シリンダ１６と並列に装着され、反射体４の緊急下降時の速度制限を行う緩衝装置１８とから構成されている。中速駆動機構１４は、電動シリンダ１９と、反射体駆動軸５に連結された中速動可動板２０とから構成され、高速駆動機構１３と直列に接続されている。
【００２２】
また、超微速駆動機構１５は、高速駆動機構１３および中速駆動機構１４により上下動（昇降）自在に支持されている。超微速駆動機構１５は、駆動モータ２１と、この駆動モータ２１の出力軸に取り付けられ、駆動モータ２１の回転速度を減速させるための減速機２２と、駆動モータ２１の回転運動を直線運動に変換するボールネジ２４ａとを有し、反射体４を超微速で上下動させる。
【００２３】
高速駆動機構１３および中速駆動機構１４の系統には、中速動可動板２０にボールネジ２４ｂを介して位置検出器２３ａが取り付けられており、超微速駆動機構１５の系統には、位置検出器２３ｂが取り付けられている。
【００２４】
さらに、上部プラグ１１上には、外側ハウジング２５が設置され、この外側ハウジング２５には、電動シリンダ１６，１９による必要以上の持ち上げ動作（引抜き操作）を防止するためのストッパ２６が取り付けられている。
【００２５】
次に、反射体駆動機構６の基本的な運転手順および動作について説明する。その主な動作は、起動操作、臨界近接・出力補償動作、燃焼補償動作、停止操作、および緊急時急速下降である。
【００２６】
起動操作は、前述した高速駆動機構１３と、中速駆動機構１４と、超微速駆動機構１５との３系統のうちの高速駆動機構１３を用いて中速駆動機構１４の中速動可動板２０および超微速駆動機構１５を介して、反射体駆動軸５を持ち上げることにより、反射体４を最下限停止位置から起動開始位置（最下限停止位置から約５００ｍｍ程度）まで上昇移動させる。この時の反射体４の移動速度は、約４ｍｍ／ｓｅｃ程度である。
【００２７】
臨界近接・出力補償動作では、前述した３系統のうちの中速駆動機構１４を用いて、中速動可動板２０および超微速駆動機構１５を介して反射体駆動軸５を持ち上げることにより、反射体４を起動開始位置から臨界近接・出力補償位置まで（起動開始位置から約５０ｍｍ程度）上昇移動させる。この時、原子炉を臨界寸前の状態に上昇させていくため、中性子モニターを監視しながら徐々に上昇させることになる。この時の反射体４の移動速度は、約０．２ｍｍ／ｓｅｃ程度である。
【００２８】
燃焼補償動作は、前述した３系統のうちの超微速駆動機構１５を構成する駆動モータ２１を駆動してボールネジ２４を回転させ、反射体４を超微速で動作させることで、原子炉を臨界状態にした後、通常運転モードに入る。この時の反射体４の移動速度は、約１ｍｍ／日程度である。
【００２９】
ここで、反射体４を超微速で徐々に動作させることにより、原子炉運転中の燃料は、反射体４の移動速度に伴った反応となり、約３０年の寿命期間中、燃料交換を行うことなく、出力を一定に保持することができるようになっている。
【００３０】
停止操作は、前述した３系統のうちの中速駆動機構１４と高速駆動機構１３を用いて、反射体駆動軸５に連結した中速動可動板２０および高速動可動板１７を起動開始位置まで降下させることにより、反射体４を起動開始位置まで下降させ、高速炉１を停止させる。
【００３１】
緊急時急速下降は、原子炉トリップ信号により反射体４と反射体駆動軸５が結合されたまま一体となって自重で降下させるもので、高速駆動機構１３に設けられた電磁クラッチ（図示せず）が、上記原子炉トリップ信号および電源喪失時などにおいて自動解除されて反射体４の重力により自然下降するように構成されており、フェイルセーフとなっている。
【００３２】
高速駆動機構１３の緩衝装置１８は、緊急下降時における反射体４の自然下降の速度制限を行い、過大な速度による機器の損傷を防止している。この時の反射体４の落下速度は、約１２０ｍｍ／ｓｅｃ以下で、約１ｍのストロークを８ｓｅｃ以内に落下することができるようにしている。
【００３３】
なお、上記電動シリンダ１６、１９は、原子炉の起動停止に必要なストローク（約１２００ｍｍ程度）を有しているが、必要以上の持ち上げ動作（引抜き操作）をさせないために、ストッパ２６を外側ハウジング２５に設け、原子炉の暴走を防止するとともに、安全性を向上させている。
【００３４】
また、高速駆動機構１３および中速駆動機構１４の系統には、中速動可動板２０にボールネジ２４ｂを介して位置検出器２３ａが取り付けられ、超微速駆動機構１５の系統には、位置検出器２３ｂが取り付けられ、それぞれの上下動位置を検出し、炉心２の安全性を向上させている。
【００３５】
図３は反射体４を引き上げ、原子炉が運転状態であることを示している。
【００３６】
図２に示す全挿入位置では、高速駆動機構１３の電動シリンダ１６のロッドが縮んだ状態で高速動可動板１７が起動開始位置にあり、この状態では反射体４の中性子反射部４ａは、炉心２から下方に外れており、炉心２部の中性子が散逸希薄になって核反応が抑制され原子炉停止状態となる。
【００３７】
図３では、高速駆動機構１３の電動シリンダ１６は起動開始位置にあり、中速駆動機構１４の電動シリンダ１９は臨界・出力補償位置で、微速駆動機構１５は燃焼補償位置にある状態を示している。反射体４を引き上げていくと、炉心２部に中性子反射部４ａが対向するようになり、炉心２の中性子量が増加して核反応が促進され、さらに引き上げることで臨界から運転状態に至る。
【００３８】
このように本実施形態では、反射体４とその反射体駆動機構６を周方向に分割した構造とすることで、一体当たりの荷重を軽減することができることから、各部の構造が小型となり、各部の構造と機構の選択の幅が広くなる。
【００３９】
また、反射体４および反射体駆動機構６を複数個独立に構成することで、万一単一機器の不具合が生じるようなことがあっても炉心２の安全性を十分確保することができる。さらに、反射体４の分割軽量化により駆動機構の高速駆動機構１３において、大荷重用の油圧シリンダから簡素な構成からなる電動シリンダ方式に交換することが可能となった。
【００４０】
すなわち、本実施形態によれば、周方向に分割した反射体４とすることで、小型化されて取扱いが容易になるとともに、現地での据付作業も極めて容易になり、メンテナンス性を大幅に向上させることができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、反射体駆動機構６は、起動停止時に反射体４を高速で移動させる高速駆動機構１３と、出力制御時に反射体４を中速で移動させる中速駆動機構１４と、燃焼補償用に反射体４を超微速で移動させる超微速駆動機構１５とを有することにより、極めて広範囲の速度条件に対して最適な速度で移動することができるため、信頼性および炉心安全性を向上させることが可能となる。
【００４２】
さらに、本実施形態によれば、高速駆動機構１３および中速駆動機構１４は、それぞれ位置保持に優れる電動シリンダ１６，１９を用いたことにより、位置保持が簡単となり、油圧の場合に必要とした複雑なシステムを必要とせず、その結果、メンテナンス項目を大幅に少なくすることができ、運転稼働率を大きく向上させることができる。
【００４３】
本実施形態によれば、高速駆動機構１３および中速駆動機構１４の電動シリンダ１６，１９による反射体４の所定以上の移動操作を制限するストッパ２６を設けたことにより、制御異常時の反射体４の移動し過ぎが防止されるため、構造健全性および安全性を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、高速駆動機構１３および中速駆動機構１４の系統に反射体４の位置を検出する位置検出器２３ａを設けるとともに、超微速駆動機構１５の系統に反射体４の位置を検出する位置検出器２３ｂを設けたことにより、位置検出器２３ａ，２３ｂから得られた位置信号に基づいてインターロックを組み、反射体４の誤作動を早期に検出して高速炉１を停止させることで、炉心２の安全性を大きく向上させることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態によれば、反射体駆動軸５の下端の反射体４に対する結合部は、結合機構であるＴバー部１２に形成したことから、反射体駆動軸５の上端からの操作で容易に着脱可能であるため、反射体４と反射体駆動機構６とが容易に結合可能および分離可能となる。その結果、運搬などの取扱い、据付工事および駆動部のメンテナンスなどで切り離して作業が行えるようになったことで、作業性を格段に向上させることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…高速炉
２…炉心
３…炉心槽
４…反射体
４ａ…中性子反射部
４ｂ…キャビティ部
５…反射体駆動軸
６…反射体駆動機構
７…原子炉容器
１１…上部プラグ
１２…Ｔバー部（結合機構）
１３…高速駆動機構
１４…中速駆動機構
１５…超微速駆動機構
１６…電動シリンダ
１７…高速動可動板
１８…緩衝装置
１９…電動シリンダ
２０…中速動可動板
２１…駆動モータ
２２…減速機
２３…位置検出器
２４ａ，２４ｂ…ボールネジ
２５…外側ハウジング
２６…ストッパ
３０…炉停止棒
３１…炉停止棒駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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