(57)【要約】【課題】ガス冷却直接タービン発電原子力プラントの炉心冷却材流量低下時の炉停止に対する即応性に優れ、また繰り返し使用でき、不作動、誤作動が無く、しかもメンテナンスが殆んど不要な受動的炉停止手段を提供する。【解決手段】炉心冷却材流量低下事故時、それに直結して炉心出入口圧力差が小さくなることを利用して、炉心に装荷した炉停止機構集合体内の中性子吸収材である液体Ｌｉ6を炉心領域が位置する部位まで受動的に流動位置せしめて、燃料集合体からの中性子を吸収し、炉心の核反応を抑制し、炉停止を行う。【選択図】  図１
2005249637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心冷却材流量低下事故時、それに直結して炉心出入口圧力差が小さくなることを利用して、炉心に装荷した炉停止機構集合体内の中性子吸収材である液体Ｌｉ6を炉心領域が位置する部位まで受動的に流動位置せしめて、燃料集合体からの中性子を吸収し、炉心の核反応を抑制し、炉停止を行うことを特徴とする受動的炉停止方法。
【請求項２】
ラッパ管内に配したガード筒と、該ガード筒内の上部にて定格運転時炉心領域に位置する部位の上方に支持板にて保持され炉心出口圧力が作用する液体Ｌｉ6の充填されたベローズ筒又は金属風船と、このベローズ筒又は金属風船の底から炉心領域に位置する部位の下方まで垂設された液体Ｌｉ6填入管と、ガード筒体の下部にて液体Ｌｉ6填入管の下端に連設され炉心入口圧力が作用する金属風船とより成り、炉心装荷後の定格運転の炉心出入口圧力差の大きいことを利用して液体Ｌｉ6を液体Ｌｉ6填入管内の炉心領域が位置する部位外の上方に保持し、炉心冷却材流量低下事故時これに直結して炉心出入口圧力差が小さくなることを利用して液体Ｌｉ6を液体Ｌｉ6填入管内の炉心領域が位置する部位まで受動的に流動位置させるようにしたことを特徴とする炉停止機構集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス冷却直接タービン発電原子力プラントにおける受動的炉停止方法及びこれに用いる炉停止機構集合体。
【背景技術】
【０００２】
従来より冷却材をガスとする原子炉においては、冷却材流量低下に伴う炉心出口温度の高温化により制御棒を受動的に炉心に挿入するためのＳＡＳＳ（受動的炉停止機構）が提案されている。このＳＡＳＳは、ナトリウム冷却の原子炉と同様に、炉心温度の上昇によりキューリー点を超える温度上昇を利用して、電磁石の保持機能を喪失させ、制御棒を重力によって炉心に挿入したり、低融点金属の支持部の溶融により、制御棒を重力によって炉心に挿入したりするものである。
【０００３】
ところで、ガス冷却の原子炉では、熱伝達係数の低いことから電磁石の温度応答が比較的緩やかであり作動までの応答時間が長く、炉心が過熱され、炉心損傷事故となる恐れがある。従って、炉心の健全性を確保するための時間的余裕度が少なく、信頼性に乏しい。
【０００４】
一方、ナトリウム冷却の原子炉において、炉上部に液体Ｌｉ6タンクを設置し、事故時等の炉出口温度の上昇により液体Ｌｉ6の膨張によって、液体Ｌｉ6を炉心に挿入して炉心出力を低減するＲＡＰＩＤという炉停止システムが提案されている。
【０００５】
しかし、この炉停止システムは、炉上部に液体Ｌｉ6タンクを設置するので、燃料交換が必要な大型の原子炉には適さない。また、事故時等の炉出口温度の上昇により液体Ｌｉ6の膨張による作動原理のため、ガス冷却の原子炉に適用するには応答が遅く、採用できない。
【０００６】
また、上記とは別に近時、冷却材の異常流量低下に対して機能するだけでなく、冷却材の異常温度に対しても自動的かつ確実に機能する原子炉用制御フロート装置が提案（特開平７−２０９４６８）されている。この原子炉用制御フロート装置は、図２０に示すように炉心３０に垂直方向に配設した案内管３１の内部に、案内管３１内を流れる冷却材の流動状態によって案内管３１内を上昇もしくは降下可能な密閉被覆管からなる制御フロート３２を挿入している。制御フロート３２の内部には冷却材の異常温度上昇時に溶融する仕切り板３３を介して下方に中性子吸収体充填部３４及び上方にＬｉ6３５の溜部３６を設けると共に中性子吸収体充填部３４の下方に下部空洞３８及びＬｉ6３５の溜部３６の上方に上部空洞３９を設けている。そして、中性子吸収体充填部３４の位置は原子炉定格運転時には炉心３０の領域外に上昇し、冷却材の異常流量低下時には炉心３０の領域内に降下するようにしてある。
【０００７】
上記構成の原子炉用制御フロート装置は、図２０に示すように案内管３１内の制御フロート３２が最上方位置に置かれている状態で過出力が生じて冷却材温度が異常に上昇すると、制御フロート３２内の仕切り板３３が溶融し、その結果、図２１に示すようにＬｉ6
３５の溜部３６に溜められていたＬｉ6３５が中性子吸収体充填部３４の貫通孔４０を通って制御フロート３２の下部空洞３８へ落下する。このとき下部空洞３８は炉心３０の領域内に位置しているためＬｉ6３５の作用により炉心３０の核反応が抑制され、炉の停止に至るものである。
【０００８】
しかしながら、この原子炉用制御フロート装置においては、案内管３１の内部を制御フロート３２が摺動しながら上下することから、照射変形、熱変形等の影響により、両者の囓りが生じて、流量の変化に応答せず、所定の機能を果たすことができなくなる可能性が大きい。また、冷却材温度が上昇して仕切板３３が溶融すると、再び温度が低下しても初期の状態に回復することはないため、原子炉の運転中に仕切り板３３が融点に達したと疑われる事象が１回でも発生した場合には、制御フロート装置を炉心から引き抜いて新たな制御フロート装置と取替えねばならないので、甚だメンテナンスが厄介であるなどの問題がある。
【特許文献１】特開平７−２０９４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、ガス冷却直接タービン発電原子力プラントの炉心冷却材流量低下時の炉停止に対する即応性に欠ける点と、制御フロート装置を繰り返し使用できない点と、不作動、誤作動が生じる恐れがあり、しかもメンテナンスが厄介な点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の受動的炉停止方法は、炉心冷却材流量低下事故時、それに直結して炉心出入口圧力差が小さくなることを利用して、炉心に装荷した炉停止機構集合体内の中性子吸収材である液体Ｌｉ6を炉心領域が位置する部位まで受動的に流動位置せしめて、燃料集合体からの中性子を吸収し、炉心の核反応を抑制し、炉停止を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
上記の受動的炉停止方法に用いる本発明の炉停止機構集合体は、ラッパ管内に配したガード筒と、該ガード筒内の上部にて定格運転時炉心領域に位置する部位の上方に支持板にて保持され炉心出口圧力が作用する液体Ｌｉ6の充填されたベローズ筒又は金属風船と、このベローズ筒又は金属風船の底から炉心領域に位置する部位の下方まで垂設された液体Ｌｉ6填入管と、ガード筒体の下部にて液体Ｌｉ6填入管の下端に連設され炉心入口圧力が作用する金属風船とより成り、炉心装荷後の定格運転の炉心出入口圧力差の大きいことを利用して液体Ｌｉ6を液体Ｌｉ6填入管内の炉心領域が位置する部位外の上方に保持し、炉心冷却材流量低下事故時これに直結して炉心出入口圧力差が小さくなることを利用して液体Ｌｉ6を液体Ｌｉ6填入管内の炉心領域が位置する部位まで受動的に流動位置させるようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上の説明で判るように本発明の受動的炉停止方法は、炉心冷却材流量低下事故時、それに直結して炉心出入口圧力差が小さくなることを利用して炉心に装荷した炉停止機構集合体内の中性子吸収材である液体Ｌｉ6を炉心領域が位置する部位まで受動的に流動位置せしめて、燃料集合体からの中性子を吸収し、炉心の核反応を抑制し、炉停止を行うのであるから、従来のような炉心の温度によって作動する炉停止方法と異なり、炉心冷却材流量低下から炉停止に至るまで確実に短時間に応答し、即応性に優れ、炉心冷却性確保が容易となり、炉心損傷回避の信頼性が向上する。
【００１３】
また、本発明の炉停止機構集合体は、炉心装荷後、定格運転時の炉心出入口圧力差の大きいことを利用して内部の液体Ｌｉ6を液体Ｌｉ6填入管内の炉心領域が位置する部位外の上方に保持させ、炉心冷却材流量低下事故時、それに直結して炉心出入口圧力差が小さくなることを利用して液体Ｌｉ6を液体Ｌｉ6填入管内の炉心領域が位置する部位まで受動的に流動位置させ、燃料集合体からの中性子を吸収するようにしたものであるから、上記の受動的炉停止方法を確実、容易に実施でき、原子炉の安全性確保に寄与できる。また、本発明の炉停止機構集合体は、内部の液体Ｌｉ6が炉心出入口圧力差の大小により、炉心領域が位置する部位外の上方と、炉心領域が位置する部位に、受動的に移動する液体作動型であり、制御棒の炉心への挿入の場合のような構造物の移動が無いため、不作動、誤作動が無く、より高い信頼性のある受動的炉停止方法を実現できる。さらに、本発明の炉停止機構集合体は、炉心装荷後、設定調整無しに炉心出入口圧力差の大小による液体Ｌｉ6の受動的な上下流動の繰り返し作動により制御棒として、また炉停止機構として繰り返し使用できるので、甚だ効率よく、メンテナンス性にも優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ガス冷却原子炉の炉心に、定格運転時の炉心出入口圧力差が大きいことを利用して内部の液体Ｌｉ6を液体Ｌｉ6填入管内の炉心領域が位置する部位外の上方に保持させ、炉心冷却材流量低下事故時炉心出入口圧力差が小さくなることを利用して液体Ｌｉ6を液体Ｌｉ6填入管内の炉心領域が位置する部位まで受動的に流動位置させるようにした炉停止機構集合体を、装荷した。
【実施例１】
【００１５】
本発明の受動的炉停止方法及びこれに用いる炉停止機構集合体の実施例について説明する。先ず、炉停止機構集合体の一例を図によって説明する。図１は炉停止機構集合体１の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線拡大横断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線拡大横断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線拡大横断面図、図５は図１のＤ−Ｄ線拡大横断面図、図６は図１のＥ−Ｅ線拡大横断面図である。炉停止機構集合体１は、図１に示すように上端にハンドリングヘッド２を備え、下端にエントランスノズル３を備え、図２〜図６に示すように６角形のラッパ管４を外套とし、このラッパ管４内の上部に図１に示すように冷却用ガス抜き穴５を備えた遮蔽体６が充填され、ラッパ管４内の下部に図６に示すように円筒形の遮蔽体７が７本配列され、下部内周壁にガード筒支持構造物８が設けられている。ラッパ管４内の前記遮蔽体６とガード筒支持構造物８との間には図３，図４，図５に示すように円形のガード筒９が内接して設けられ、このガード筒９内の上部に図１に示すように支持板１０が固設されてその上に上面封塞のベローズ筒１１が取り付けられ、このベローズ筒１１の底には支持板１０を貫通して炉心領域１２が位置する部位の下方まで液体Ｌｉ6填入管１３が垂設され、この液体Ｌｉ6填入管１３の下端はガード筒９内の下部に配設した金属風船１４に連通されている。前記ベローズ筒１１内には固体Ｌｉ6が充填され、炉心装荷後の運転開始による炉心冷却材温度の上昇により溶融し、液体Ｌｉ6填入管１３内に流下するが原子炉の定格運転の炉心入口圧力の高い時、炉心領域１２が位置する部位よりも高い位置まで押し上げられ、炉心冷却材流量低下事故により炉心入口圧力が低くなると、炉心領域１２が位置する部位よりも若干低い位置まで流下填入されるようになっている。
【００１６】
上記のように構成された炉停止機構集合体１を用いる本発明の受動的炉停止方法について説明する。図７は原子炉の炉心１６の横断面図で、炉停止機構集合体１は内側炉心燃料集合体１９群の領域内で離散的に炉心１６に挿入される。外側炉心燃料集合体１７とこれに囲まれて炉心１６に挿入されている多数の内側炉心燃料集合体１９群の中には多数の制御棒集合体２０と数本の安全棒集合体２１が炉心１６に挿入されている。尚、１８は外側炉心燃料集合体１７群を囲んでいる径方向ブランケット集合体であり、２２は径方向ブランケット燃料集合体１８の外側方のＳＵＳ遮蔽体であり、２３はＢ4Ｃ遮蔽体である。図８は炉停止機構集合体１の炉心挿入部の要部縦断面図で、炉停止機構集合体１内のベローズ筒１１は炉心領域１２の上側の軸方向ブランケット領域２４が位置する部位よりも上方に位置しており、炉停止機構集合体１内の金属風船１４は炉心領域１２の下側の軸方向ブランケット領域２５の途中からその下側のガスプレナム領域２６の途中まで位置している。２７はガスプレナム領域２６よりも下側の下部反射体である。
【００１７】
図７に示す原子炉の炉心１６に、図８に示すように装荷された炉停止機構集合体１におけるベローズ筒１１内に図９に示すように充填されたＬｉ6１５は、当初固体で、ベローズ筒１１と金属風船１４には大気圧がかかっている。原子炉の運転開始によりプラントが加圧されると、炉心冷却材温度が上昇し、Ｌｉ6は溶融して液体Ｌｉ6１５′となる。この時点でベローズ筒１１と金属風船１４にかかる炉心入口圧力と炉心出口圧力は高くなるがほぼ等しいので、Ｌｉ6液柱分が負圧として作用し、図１０に示すようにベローズ筒１１が収縮し、金属風船１４が塑性変形し、液体Ｌｉ6１５′は液体Ｌｉ6填入管１３内の炉心領域１２が位置する部位よりも若干低い位置まで流下填入される。プラント起動前になると、炉心冷却ガス温度がさらに上昇し、炉心入口圧力と炉心出口圧力はさらに高くなると共に炉心入口圧力が炉心出口圧力よりも若干高くなり、図１１に示すように金属風船１４は塑性変形し、液体Ｌｉ6１５′にはＬｉ6液柱分＋内外圧差が炉心差圧として作用する。プラントが定格運転に入ると、炉心入口の冷却材温度よりも炉心出口の冷却材温度が著しく高くなり、炉心入口圧力と炉心出口圧力との差が大きくなり、液体Ｌｉ6１５′にはＬｉ6液柱分＋内外圧差が炉心差圧として作用し、図１２に示すように液体Ｌｉ6填入管１３内の炉心領域１２が位置する部位にあった液体Ｌｉ6１５′は炉心領域１２が位置する部位外の上方に押し上げられる。その結果、炉停止機構集合体１はその機能を果たさなくなり、原子炉は臨界に導かれる。タービン圧縮比の低下事故により原子炉の炉心１６への冷却材流量が低下し、それに直結して炉心入口圧力と炉心出口圧力との差が小さくなると、ベローズ筒１１内の液体Ｌｉ6１５′にはＬｉ6液柱分が内外差圧の負圧として作用し、液体Ｌｉ6１５′は図１３に示すように液体Ｌｉ6填入管１３内の炉心領域１２が位置する部位よりも若干低い位置まで流下填入される。その結果、炉停止機構集合体１における液体Ｌｉ6１５′は、外側炉心燃料集合体１７（図７参照）から放射される中性子を吸収することになり、炉心１６には負の反応度が投入され、核分裂の連鎖反応が停止されて、原子炉が未臨界となって冷却されていき、炉が停止されることとなる。
【００１８】
プラント再起動時には、炉心冷却材温度が上昇し、炉心入口圧力と炉心出口圧力が共に高くなると共に炉心入口圧力が炉心出口圧力よりも若干高くなり、液体Ｌｉ6にはＬｉ6液柱分＋内外圧差が炉心差圧として作用し、やがてプラントが定格運転に入ると、前述の如く炉心入口圧力と炉心出口圧力との差が大きくなり、液体Ｌｉ6１５′にはＬｉ6液柱分＋内外差圧が炉心差圧として作用し、図１２に示すように液体Ｌｉ6填入管１３内の炉心領域１２が位置する部位にあった液体Ｌｉ6１５′は炉心領域１２が位置する部位外の上方に押し上げられ、ベローズ筒１１が伸長する。その結果、炉停止機構集合体１は、その機能を果さなくなり、原子炉は臨界に導かれる。
【００１９】
前述の図１に示す炉停止機構集合体１ではベローズ筒１１にＬｉ6１５を充填しているが、ベローズ筒１１の代りに図１４に示すように金属風船２８に充填してもよいものである。この図１４に示す炉停止機構集合体１′も原子炉の炉心に装荷され、図１５に示すように金属風船２８内に充填されたＬｉ6１５は、当初固体で、金属風船２８と下部の金属風船１４には大気圧がかかっている。運転開始によりプラントが加圧されると、炉心冷却材温度が上昇し、Ｌｉ6１５は溶融して液体Ｌｉ6１５′となる。この時点で金属風船２８と金属風船１４にかかる炉心入口圧力と炉心出口圧力は高くなるがほぼ等しいので、Ｌｉ6液柱分が負圧として作用し、図１６に示すように金属風船２８と金属風船１４は塑性変形し、液体Ｌｉ6１５′は液体Ｌｉ6填入管１３内の炉心領域が位置する部位よりも若干低い位置まで流下填入される。プラント起動前になると、炉心冷却材温度がさらに上昇し、炉心入口圧力と炉心出口圧力はさらに高くなると共に炉心入口圧力が炉心出口圧力よりも若干高くなり、図１７に示すように金属風船１４は塑性変形し、液体Ｌｉ6１５′にはＬｉ6液柱分と風船内圧が炉心差圧として作用する。プラントが定格運転に入ると、炉心入口の冷却材温度よりも炉心出口の冷却材温度が著しく高くなると共に炉心入口圧力と炉心出口圧力との差が大きくなり、液体Ｌｉ6１５にはＬｉ6液柱分と風船内圧が炉心差圧として作用し、図１８に示すように金属風船１４がさらに塑性変形し、液体Ｌｉ6填入管１３内の炉心領域１２が位置する部位にあった液体Ｌｉ6１５′は、炉心領域１２が位置する部位外の上方に押し上げられ金属風船２８が膨らむ。その結果、炉停止機構集合体１はその機能を果さなくなり、原子炉は臨界に導かれる。タービン圧縮比の低下事故により原子炉の炉心１６への冷却材流量が低下し、それに直結して炉心入口圧力と炉心出口圧力との差が小さくなると、金属風船２８内の液体Ｌｉ6１５′にはＬｉ6液柱分が内外差圧の負圧として作用し、液体Ｌｉ6１５′は図１９に示すように液体Ｌｉ6填入管１３内の炉心領域１２が位置する部位より若干低い位置まで流下填入される。その結果、炉停止機構集合体１における液体Ｌｉ6は、外側炉心燃料集合体１７（図７参照）から放射される中性子を吸収することになり、炉心１６には負の反応度が投入され、核分裂の連鎖反応が停止されて、原子炉が未臨界となって冷却されていき、炉が停止されることとなる。
【００２０】
プラント再起動時には、炉心冷却材温度が上昇し、炉心入口圧力と炉心出口圧力が共に高くなると共に炉心入口圧力が炉心出口圧力よりも若干高くなり、液体Ｌｉ6１５′にはＬｉ6液柱分と風船内圧が炉心差圧として作用し、やがてプラントが定格運転に入ると、前述の如く炉心入口圧力と炉心出口圧力との差が大きくなり、液体Ｌｉ6１５′にはＬｉ6
液柱分と風船内圧が炉心差圧として作用し、図１８に示すように金属風船１４がさらに変形し、液体Ｌｉ6填入管１３内の炉心領域１２が位置する部位にあった液体Ｌｉ6１５′は炉心領域１２が位置する部位外の上方に押し上げられ、金属風船２８が膨らむ。その結果、炉停止機構集合体１は、その機能を果さなくなり、原子炉は臨界に導かれる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
種々のガス冷却原子炉の出力制御装置及び炉心冷却安定化装置として、さらには緊急時の炉停止装置として長期間使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の炉停止機構集合体の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線拡大横断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線拡大横断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線拡大横断面図である。
【図５】図１のＤ−Ｄ線拡大横断面図である。
【図６】図１のＥ−Ｅ線拡大横断面図である。
【図７】図１の炉停止機構集合体を装荷した炉心の横断面図である。
【図８】図１の炉停止機構集合体の炉心挿入部の要部縦断面図である。
【図９】図１の炉停止機構集合体を炉心に装荷した際のＬｉ6の状態を示す概念図である。
【図１０】原子炉の運転開始によるプラント加圧時の炉停止機構集合体のＬｉ6の状態を示す作動概念図である。
【図１１】プラント起動前の炉停止機構集合体のＬｉ6の状態を示す作動概念図である。
【図１２】プラントの定格運転中の炉停止機構集合体のＬｉ6の状態を示す作動概念図である。
【図１３】炉心冷却材流量低下事故時のＬｉ6の状態を示す作動概念図である。
【図１４】本発明の炉停止機構集合体の他の一例を示す縦断面図である。
【図１５】図１４の炉停止機構集合体を炉心に装荷した際のＬｉ6の状態を示す概念図である。
【図１６】原子炉の運転開始によるプラント加圧時の炉停止機構集合体のＬｉ6の状態を示す作動概念図である。
【図１７】プラント起動前の炉停止機構集合体のＬｉ6の状態を示す作動概念図である。
【図１８】プラントの定格運転中の炉停止機構集合体のＬｉ6の状態を示す作動概念図である。
【図１９】炉心冷却材流量低下事故時の炉停止機構集合体のＬｉ6の状態を示す作動概念図である。
【図２０】従来の原子炉用制御フロート装置を原子炉に装着した時の定格運転時の状態を示す部分拡大断面図である。
【図２１】図２０の原子炉用制御フロート装置の、異常温度上昇時の状態を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１，１′    炉停止機構集合体
４    ラッパ管
９    ガード筒
１０    支持板
１１    ベローズ筒
１２    炉心領域
１３    液体Ｌｉ6填入管
１４    金属風船
１５    Ｌｉ6
１５′    液体Ｌｉ6
１６    炉心
２８    金属風船
【図１】
2005249637.tif 000003
【図２】
2005249637.tif 000004
【図３】
2005249637.tif 000005
【図４】
2005249637.tif 000006
【図５】
2005249637.tif 000007
【図６】
2005249637.tif 000008
【図７】
2005249637.tif 000009
【図８】
2005249637.tif 000010
【図９】
2005249637.tif 000011
【図１０】
2005249637.tif 000012
【図１１】
2005249637.tif 000013
【図１２】
2005249637.tif 000014
【図１３】
2005249637.tif 000015
【図１４】
2005249637.tif 000016
【図１５】
2005249637.tif 000017
【図１６】
2005249637.tif 000018
【図１７】
2005249637.tif 000019
【図１８】
2005249637.tif 000020
【図１９】
2005249637.tif 000021
【図２０】
2005249637.tif 000022
【図２１】
2005249637.tif 000023