(57)【要約】【課題】ガス冷却直接タービン発電原子力プラントにおいて、冷却材流量低下時の炉停止に対する即応性に優れ、また、通常のタービントリップなどによる冷却材流量の低下と同時に生じる系統圧力の低下時のみならず、原子炉停止失敗事故（制御棒が炉心に挿入不可能となる事故）との重ね合わせ事故にも有効で、さらに繰り返し使用でき、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を実現する。【解決手段】ガス冷却直接タービン発電原子力プラントの定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇により炉心に装荷された鉛反射体内の炉心高さに位置する部位に受動的に充填位置せしめられた液体鉛を、冷却材流量の低下と同時に生じる系統圧力の低下により鉛反射体内の炉心高さ位置の下方に受動的に排出し、中性子反射体としての機能を無くして炉停止を行う。【選択図】  図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス冷却直接タービン発電原子力プラントの定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇により炉心に装荷された鉛反射体内の炉心高さに位置する部位に受動的に充填位置せしめられた液体鉛を、冷却材流量の低下と同時に生じる系統圧力の低下により鉛反射体内の炉心高さ位置の下方に受動的に排出し、中性子反射体としての機能を無くして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配され定格運転時炉心高さに位置する部位に液体鉛が充填される上部鉛容器と、該上部鉛容器と離隔して前記ガード筒内の下部で炉心高さ位置の下方に配され鉛を保持した下部鉛貯留筒と、前記上部鉛容器の底から下部鉛貯留筒内の底部近くまで垂設された鉛連通管とより成り、定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇により下部鉛貯留筒内の炉心装荷後に溶融した液体鉛が鉛連通管を通して上部鉛容器内に充填され、事故等の系統圧力の低下により上部鉛容器内の液体鉛が鉛連通管を通して下部鉛貯留筒内に移動排出されるようになされていることを特徴とする受動的炉停止方法に用いる鉛反射体。
【請求項３】
請求項２記載の受動的炉停止方法に用いる鉛反射体において、定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇により下部鉛貯留筒内の液体鉛が鉛連通管を通して上部鉛容器内に充填され、下部鉛貯留筒内の鉛液位が鉛連通管下端に達した後、鉛連通管下端から鉛連通管内へガスが流入し上部鉛容器内へガスが供給されることにより上部鉛容器内のガス圧力が高められ、事故等による系統圧力の低下時には上部鉛容器内の液体鉛が上部鉛容器内ガスの膨張により鉛連通管を通して下部鉛貯留筒内に移動排出されるようにすることで、系統圧力の上昇と下降に伴う上部鉛容器内ガス圧力及び上部鉛容器内液体鉛の液位の上昇と下降挙動にヒステリシス特性を持たせたことを特徴とする受動的炉停止方法に用いる鉛反射体。
【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鉛反射体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より高速増殖炉には、１次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落下させる（キューリー点による磁性喪失、低溶融金属による接合部溶融等を利用する）機構が考えられてきたが、ガスを冷却材とする高速増殖炉においては、温度応答が遅く、炉心の健全性を確保するための時間的余裕度が少なく、信頼性が乏しい。
【０００３】
一方、１次冷却材のガスで直接ガスタービン発電（クローズドタイプ）する原子力プラントにおいて、冷却材流量が低下する事故では、タービンの膨張比が低下する。このため、クローズドタイプのガスタービン発電では全体系統圧力の一様化、即ち、タービン上流高圧側の炉心部の圧力低下、タービン下流低圧側のコンプレッサ側の圧力上昇が生じる。冷却材流量低下事故時に、炉心に制御棒が挿入されれば、炉心出力は低下し、冷却材流量低下があっても炉心は冷却されるが、万一制御棒が挿入されない場合は、何らかの手段により炉心出力を低下させる必要がある。
【０００４】
また、液体金属冷却高速増殖炉においては、冷却材流量の低下により炉心の１次冷却材の温度が上昇する異常時に、受動的に炉を停止するために、炉心出口側構造物の温度上昇によってストッパーとしてのアルミ合金等低融点金属を溶融して炉心領域に位置していた可動式中性子反射体を落下させ、その反射体の不活性ガス充填部を炉心領域に位置させ、中性子の径方向への漏れを大きくし、炉心に負の反応度を投入し、核分裂の連鎖反応を停止し、炉停止を実現することが考えられている。
【０００５】
ところで、上記の受動的炉停止手段は、冷却材流量の低下によって炉心温度が上昇し、炉心出口側構造物の温度が上昇してから低融点金属が溶融し、可動式中性子反射体が落下するので、流量低下後の応答までに時間的遅れがあって、即応性に欠ける。また、可動式中性子反射体は、１次冷却材の温度が上昇する異常時のみに炉停止が期待され、圧力低下型の事故には有効ではない。さらに、可動式中性子反射体を落下させた後そのままの状態に置かれるので、１回限りの使用となるため炉の再起動時に作動した可動式中性子反射体を新しい未作動のものと交換することが必要で、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５−１８８１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、通常のタービントリップなどによる冷却材流量の低下と同時に生じる系統圧力の低下時の異常時等に有効でない点と、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】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明による受動的炉停止方法は、ガス冷却直接タービン発電原子力プラントの定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇により炉心に装荷された鉛反射体内の炉心高さに位置する部位に受動的に充填位置せしめられた液体鉛を、冷却材流量の低下と同時に生じる系統圧力の低下により鉛反射体内の炉心高さ位置の下方に受動的に排出し、中性子反射体としての機能を無くして炉停止を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
上記の受動的炉停止方法に用いる鉛反射体は、ラッパ管内に配したガード筒と、該ガード筒内の上部に配され定格運転時炉心高さに位置する部位に液体鉛が充填される上部鉛容器と、該上部鉛容器と離隔して前記ガード筒内の下部で炉心高さ位置の下方に配され鉛を保持した下部鉛貯留筒と、前記上部鉛容器の底から下部鉛貯留筒内の底部近くまで垂設された鉛連通管とより成り、定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇により下部鉛貯留筒内の炉心装荷後に溶融した液体鉛が鉛連通管を通して上部鉛容器内に充填され、事故等による系統圧力の低下により上部鉛容器内の液体鉛が鉛連通管を通して下部鉛貯留筒内に移動排出されるようになされていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記の受動的炉停止方法に用いる鉛反射体においては、定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇により下部鉛貯留筒内の液体鉛が鉛連通管を通して上部鉛容器内に充填され、下部鉛貯留筒内の鉛液位が鉛連通管下端に達した後、鉛連通管下端から鉛連通管内へガスが流入し上部鉛容器内へガスが供給されることにより上部鉛容器内のガス圧力が高められ、事故等による系統圧力の低下時には上部鉛容器内の液体鉛が上部鉛容器内ガスの膨張により鉛連通管を通して下部鉛貯留筒内に移動排出されるようにすることで、系統圧力の上昇と下降に伴う上部鉛容器内ガス圧力及び上部鉛容器内液体鉛の液位の上昇と下降挙動にヒステリシス特性を持たせることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
以上の説明で判るように本発明の受動的炉停止方法は、ガス冷却直接タービン発電原子力プラントの定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇により炉心に装荷された鉛反射体内の炉心高さに位置する部位に受動的に充填位置せしめられた液体鉛を、冷却材流量の低下と同時に生じる系統圧力の低下により鉛反射体内の炉心高さ位置の下方に受動的に排出し、中性子反射体としての機能を無くして炉停止を行うのであるから、冷却材流量低下時に炉停止に至るまで確実に短時間に応答するので、即応性に優れ、炉心冷却性確保が容易となる。また、通常のタービントリップなどによる冷却材流量の低下と同時に生じる系統圧力の低下時のみならず、原子炉停止失敗事故（制御棒が炉心に挿入不可能となる事故）との重ね合わせ事故にも有効である。
【００１１】
また、本発明の鉛反射体は、炉心装荷後、定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇より炉心領域外に位置する部位の下部鉛貯留筒内の鉛が溶融し、この液体鉛が鉛連通管を通して炉心領域に位置する部位の上部鉛容器内に充填されて中性反射体として機能し、事故等による系統圧力の低下により上部鉛容器内の液体鉛が鉛連通管を通して下部鉛貯留筒内に移動排出されて中性子反射体の機能が無くなるようにしてあるので、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、本発明の鉛反射体は、内部の液体鉛が系統圧力の上下により炉心高さに位置する部位とその部位外の下方に受動的に流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等が無いため、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。さらに本発明の鉛反射体は、炉心装荷後設定調整無しに系統圧力の上下による液体鉛の受動的な流動の繰り返し作動により、中性子反射体として、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】
【００１２】
ガス冷却原子炉の炉心に、鉛反射体を装荷し、定格運転に至る出力上昇時の系統圧力の上昇により炉心高さに位置する部位に液体鉛を受動的に充填位置せしめ、冷却材流量の低下と同時に生じる系統圧力の低下により鉛反射体内の炉心高さ位置の下方に液体鉛を受動的に排出した。
【実施例】
【００１３】
本発明の受動的炉停止方法に用いる鉛反射体の実施形態例を図によって説明する。図１は鉛反射体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線拡大横断面図である。鉛反射体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５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５に示すように円筒形の遮蔽体７が７本配列され、下部内周壁に鉛容器支持構造物８が設けられている。ラッパ管４内の前記遮蔽体６と鉛容器支持構造物８との間には図３，図４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内の炉心領域１０が位置する部位を含む上方にはその内壁面との間に間隔をあけて円形の上部鉛容器１１が同心に吊設され、ガード筒９内の炉心領域１０が位置する部位の下方にはその内壁面との間に僅かな間隔をあけて円形の下部鉛貯留筒１２が同心に配されて鉛容器支持構造物８に支持されている。前記上部鉛容器１１の底には下部鉛貯留筒１２の底部近くまで鉛連通管１３が垂設されている。下部鉛貯留筒１２内には鉛１４が保持され、この鉛１４は鉛反射体１の炉心装荷後に溶融し、ガス冷却直接タービン発電原子力プラントの定格運転の系統圧力の上昇により鉛連通管１３を通して上部鉛容器１１内の炉心領域１０に受動的に充填位置せしめられ、事故等の系統圧力の低下により鉛連通管１３を通して下部鉛貯留筒１２内に移動排出されるようになっている。
【００１４】
上記のように構成された鉛反射体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６は炉心１５の横断面図で、鉛反射体１は多数の外側炉心燃料集合体１６を囲むように炉心１５に挿入される。鉛反射体１の外側方では該鉛反射体１を囲むように多数の径方向ブランケット燃料集合体１７が炉心１５に挿入されている。外側炉心燃料集合体１６に囲まれて炉心１５に挿入されている多数の内側炉心集合体１８の群の中に等間隔に多数の主系制御棒１９と数本の後備系制御棒１９′が炉心１５に挿入されている。尚、２０は径方向ブランケット燃料集合体１７の外側方のＳＵＳ遮蔽体であり、２１はＢ4Ｃ遮蔽体である。図７は鉛反射体１の炉心挿入部の要部縦断面図で、鉛反射体１内の上部鉛容器１１は炉心領域１０及びその上側の軸方向ブランケット領域２２が位置する部位に位置しており、反射体１内の下部鉛貯留筒１２は炉心領域１０の下側の軸方向ブランケット領域２３、ガスプレナム領域２４、下部反射体２５が位置する部位に位置している。
【００１５】
上記のように炉心１５に鉛反射体１が挿入された原子炉を有するクローズドタイプのガス冷却直接タービン発電原子力プラントを図８に示す。この図８において、２６は原子炉、２７はタービン、２８は発電機、２９は低圧圧縮機、３０は高圧圧縮機、３１は低圧圧縮機２９から出て高圧圧縮機３０に向う冷却材を冷却する中間冷却器、３２は高圧圧縮機３０から出た冷却材とタービン２７から出た冷却材とを熱交換する再生熱交換器、３３はタービン２７から出た冷却材が再生熱交換器３２に入って熱交換により温度降下した後さらにその冷却材を低圧圧縮機２９に入る前に冷却する前置冷却器である。図８中の数値は発電系の系統値を示す。この図８における原子炉２６の炉心に図７に示すように挿入された図１に示す鉛反射体１の下部鉛貯留筒１２内に保持された鉛は、炉心１５に挿入後運転開始により溶融され、系統圧力が上昇し、冷却材であるガスの炉心圧力が上昇することにより、図９に示すように下部鉛貯留筒１２内の液体鉛１４′が加圧されて鉛連通管１３を通って上部鉛容器１１内に押し上げ填入されていき、定格運転に至る炉心出力の上昇により系統圧力が所定の圧力まで上昇すると、図１０に示すように液体鉛１４′は上部鉛容器１１内の炉心領域１０に位置する部位に充填される。その結果、鉛反射体１は中性子反射体としての機能を果たし、図８に示される原子炉２６を臨界に導くことができる。図８に示されるタービン系統において、事故等によるタービン膨張比の低下により、原子炉２６への冷却材流量が低下し始めると同時に系統圧力が低下し始め、冷却材であるガスの炉心圧力が低下し始めると、上部鉛容器１１内の炉心領域１０に位置する部位にある液体鉛１４′は図１１に示すように鉛連通管１３を通って炉心領域１０外の下方に位置する下部鉛貯留筒１２内に移動排出されていき、最終的には上部鉛容器１１内の液体鉛１４′は全て図１２に示すように下部鉛貯留筒１２内に移動充填され、鉛反射体１の炉心領域１０が位置する部位には液体鉛１４′が無くなり、中性子反射体としての機能が無くなって、中性子の径方向への漏れが大きくなって、炉心１５に負の反応度を投入され、核分裂の連鎖反応が停止されて、図８の原子炉２６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。
【００１６】
原子炉２６の再起動時には、系統圧力が上昇し、冷却材であるガスの炉心圧力が上昇し、図９に示すように下部鉛貯留筒１２内の液体鉛１４′が加圧されて鉛連通管１３を通って上部鉛容器１１内に押し上げ填入されていき、定格運転に至る炉心出力の上昇により系統圧力が所定の圧力まで上昇すると、図１０に示すように液体鉛１４′は上部鉛容器１１内の炉心領域１０に位置する部位に充填される。その結果、鉛反射体１は中性子反射体としての機能を果たし、図８に示される原子炉２６を臨界に導くことができる。
【００１７】
図６の炉心１５に挿入された本発明の鉛反射体１における液体鉛１４′の系統圧力の変化に伴う液位等の想定される動的な挙動を図１３のグラフに示す。このグラフで判るように系統圧力の上昇により直ちに上部鉛容器の液位が実線に示すように炉心領域の上端レベルを超え、上部鉛容器内ガス圧力は点線に示すように上昇していく。この過程において、系統圧力が約０．５ＭＰａの時点で上部鉛液位は上限に至ると同時に下部鉛液位は鉛連通管下端位置に達し、その後の系統圧力上昇に伴いガスが鉛連通管に入り浮力により上昇して上部鉛容器内ガス空間に至ることで上部鉛容器内ガス圧力が上昇する。ガス冷却直接発電原子力プラントにおいては、原子炉の出力上昇と共にタービンおよび圧縮機の回転数が増し系統圧力が上昇するので、例えば系統内昇圧が３ＭＰａに達した後に原子炉とガスタービンの起動・出力上昇を行えば、反射体である上部鉛液位が一定であるから、反応度の変動が生じることはない。そして系統圧力６ＰＭａで炉心は定格出力に達する。この時の上部鉛液位を炉心上端レベルよりも若干高い位置に設定しておけば、微小な圧力降下による液位降下に対する反応度の感度は小さくなるので、炉心出力の降下と変動を抑制することが可能である。原子炉への冷却材流量の低下と同時に系統圧力が低下し始めると、上部鉛は上部鉛容器内ガスに押し出されて液位は実線に示すように炉心の上端レベルから下降し、上部鉛容器内ガス圧力は膨張により点線に示すように下降していく。そして系統圧力３ＭＰａに達すると、上部鉛液位は炉心領域の下端レベル以下となり、さらに系統圧力が低下すると液体鉛は下部鉛貯留筒に移動充填され、上部鉛容器の液位は零となる。このように系統圧力の上昇／下降に対して、上部鉛容器内液体鉛の液位変化にヒステリシス特性を持たせることにより、系統圧力下降時の速やかな負の反応度投入と共に、出力上昇運転時の反応度の安定化を両立させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
種々のガス冷却原子炉において、出力上昇時の反応度安定化装置として、さらには系統圧力低下時の緊急炉停止装置として長期間使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の鉛反射体の縦断面図である。
【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の鉛反射体が挿入された炉心の横断面図である。
【図７】図１の鉛反射体の炉心挿入部の要部縦断面図である。
【図８】クローズドタイプのガス冷却直接タービン発電原子力プラントの系統図である。
【図９】本発明の鉛反射体の炉心へ装荷後の系統圧力上昇時の液体鉛の挙動状態を示す縦断面図である。
【図１０】図９の鉛反射体の液体鉛が、定格運転時系統圧力が所定の圧力まで上昇することにより炉心高さが位置する部位に充填された状態を示す縦断面図である。
【図１１】図１０の鉛反射体の液体鉛が、タービン圧縮比の低下事故により系統圧力が低下した際、炉心高さが位置する部位の下方に流動する状態を示す縦断面図である。
【図１２】図１１の鉛反射体の液体鉛が、炉心高さが位置する部位から下方に流動して完全に無くなり、中性子反射体としての機能が喪失し、炉停止に至る状態を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の鉛反射体における液体鉛の系統圧力の変化に伴う液位等の想定される動的な挙動を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１    鉛反射体
４    ラッパ管
９    ガード筒
１０    炉心領域
１１    上部鉛容器
１２    下部鉛貯留筒
１３    鉛連通管
１４    鉛
１４′    液体鉛
【図１】
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【図２】
2005249638.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005249638.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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