JPH06230164A - 液体金属冷却原子炉 - Google Patents

液体金属冷却原子炉

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JPH06230164A
JPH06230164A JP50A JP3951193A JPH06230164A JP H06230164 A JPH06230164 A JP H06230164A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 3951193 A JP3951193 A JP 3951193A JP H06230164 A JPH06230164 A JP H06230164A
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Kazuo Haga
一男 羽賀
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Original Assignee
Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体金属冷却原子炉に固有の安全性を付加
し、安全性を高めて運転員の心理的負担を軽減できるよ
うにする。 【構成】 原子炉容器10内で炉心14が炉内構造物1
3により支持され、液体金属冷却材が入口配管16から
流入し、炉心を通り加熱されて出口配管18から流出
し、内部に自由液面を有する構造である。原子炉容器の
上部に冷却材液面を狭める液表面積制限機構30を設
け、液面40に浮かぶフロート42と、その上昇に伴な
って炉心に挿入する原子炉出力調整棒44を設ける。液
表面積制限機構は内筒部32と外筒部34と円環状底部
36の一体構造とし、冷却材を内筒部の内側に案内す
る。円環状のフロートから複数本の調整棒サポート46
を吊設し、それに調整棒受け48を取り付け、原子炉出
力調整棒を支持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷却材の異常な温度上
昇に対して固有の安全性を持たせた液体金属冷却原子炉
に関し、更に詳しく述べると、冷却材温度の上昇に伴う
液位上昇を利用して、フロートの作用で原子炉出力調整
棒が直接炉心に深く挿入される形式の原子炉に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】原子炉プラントには、温度計、流量計、
中性子検出計などの各種の計器が組み込まれ、プラント
の運転状況が常に監視されている。そして、万一異常が
発生して、これら計器の信号が、ある設定レベル以上に
なれば、制御回路が作動し、制御棒や安全棒が炉心に挿
入されて、原子炉は停止する。例えば停電などの事故に
より主循環ポンプが停止すると、直ちにディーゼル駆動
のポニーモータに切り換わるが、流量は減少する。それ
を検知して制御棒や安全棒が挿入される。例えば安全棒
の場合、電磁石で吊った状態で保持されており、前記の
信号によって電磁石への通電が切られ、自重で、あるい
は圧縮ガスの圧力を併用して、炉心に挿入する構成が採
用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術で
は、電気回路を媒介としたプロセスが必ず存在してい
る。そのため、もし品質不良や老朽化等に起因するケー
ブルの断線、ショート、コネクタ類の緩みなどによっ
て、信号検出から制御棒、安全棒の挿入までのプロセス
に欠陥が生じていたり、制御用ガスのリークによるバル
ブの不動作等があれば、異常が検出されても炉停止が行
われない恐れも皆無ではない。そのため、十分な定期検
査を実施することのみならず、炉停止機構を多重化する
などの措置を講じており、システムは複雑化している。
【0004】本発明の目的は、原子炉に固有の安全性を
付加し、安全性を高めて運転員の心理的負担を軽減でき
る液体金属冷却原子炉を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、原子炉容器の
内部で炉心が炉内構造物により支持され、低温の液体金
属冷却材が入口配管から流入して、炉心を通って加熱さ
れて出口配管から流出し、内部に自由液面を有する構造
の液体金属冷却原子炉を前提としている。そして上記目
的を達成するために本発明では、原子炉容器の上部に冷
却材液面を狭める液表面積制限機構を設けると共に、そ
の液面に浮かぶフロートと、該フロートの上下動に伴な
って前記炉心に対して挿入・引抜き動作をする原子炉出
力調整棒を設けており、この点に特徴がある。
【0006】上記の液表面積制限機構は、例えば、内筒
部と外筒部、及びそれらの下端縁間を塞ぐ円環状底部と
が一体となった構造とし、その一体構造物が炉容器上部
から挿入されていて、冷却材が内筒部の内側に案内され
るように構成する。また円環状のフロートから炉内構造
物を貫通するように複数本の調整棒サポートを吊設し
て、該調整棒サポートに調整棒受けを取り付け、該調整
棒受けで原子炉出力調整棒を支持し、炉心下部から前記
原子炉出力調整棒の挿入・引抜きを行うようにするのが
よい。
【0007】
【作用】液体金属は大気下でも飽和温度が高く(例えば
ナトリウムでは約881℃)、それを冷却材とする原子
炉では冷却系統や出力系統に何らかの異常が生じ冷却材
温度が上昇する事態になっても沸騰し難い。しかし、液
体金属の高温化に伴う冷却材の体積膨張で、原子炉の自
由液面は上昇する。液表面積制限機構は、液体金属の体
積膨張による液位変化を拡大して感度を良くする機能を
果たす。この冷却材の液位上昇に伴って、それに浮いて
いるフロートも上昇する。フロートの上昇は、それに連
結している調整棒を駆動し、該調整棒を炉心内に挿入す
る。これによって原子炉の反応が抑えられる。つまり、
電子回路などの中間系が介在することなく、物理現象を
利用した固有の核反応抑制機構を備えたことになる。
【0008】
【実施例】図1は本発明に係る液体金属冷却原子炉の一
実施例を示す構造図であり、図2はそのA−A′矢視図
である。原子炉容器10の内部下方に炉内構造物12が
設けられ、その上方で炉心支持板13によって炉心14
が支持されている。原子炉容器10の下方側部には冷却
材の入口配管16が接続され、上方側部には出口配管1
8が接続されていて、低温の液体金属冷却材は入口配管
16から流入し、炉心14を通って加熱され、高温とな
って出口配管18から流出する。炉心14の上方には炉
心上部機構20が位置し、原子炉容器10の上部開口を
塞ぐ遮蔽プラグ22を貫通している。炉心上部機構20
には、制御棒駆動機構24などが組み込まれている。
【0009】さて本発明では原子炉容器10の内部上方
に冷却材液面を狭める液表面積制限機構30を設ける。
この実施例では、液表面積制限機構30は、内筒部32
と外筒部34、及びそれらの下端縁間を塞ぐ円環状底部
36とが一体になった構造体であり、それが原子炉容器
10の上部開口から挿入され、正常時に液面40が内筒
部32の中間部分に位置するような状態で支持されてい
る。内筒部32は、前記の炉心上部機構20よりも遙に
大きく、従って両者の間は一定幅の円環状のクリアラン
スを有する。
【0010】更に本発明では、液体金属冷却材の液面4
0に浮かぶフロート42と、該フロート42の上下動に
伴って前記炉心14に対して挿入・引抜き動作する原子
炉出力調整棒44を有する。本実施例では、フロート4
2は、前記液表面積制限機構30の内筒部32と炉心上
部機構20の間に位置する円環状をなし、2本の調整棒
サポート46が中心に対して対称の位置から吊設されて
いる。両調整棒サポート46は、炉心支持板13の溝1
3aに嵌まるようにして案内されて、上下方向にのみ自
由に移動できるようになっている。また炉内構造物12
の上方位置に調整棒受け48があり、該調整棒受け48
は、前記調整棒サポート46に一体に固定されている。
そして、該調整棒受け48の上で原子炉出力調整棒44
が支持されている。
【0011】原子炉出力調整棒44は、炉心上部機構2
0を貫く調整棒出入案内26から挿入れさる。この原子
炉出力調整棒44の材質は、他の制御棒と同様、B4
等の中性子吸収材であり、一定期間使用に供した後は、
調整棒出入案内26から引き抜き、新品と交換する。
【0012】このような原子炉容器内部機構の設置は、
次のようにして行える。原子炉容器10内に、まず炉内
構造物12を据える。次に、炉内構造物12の貫通孔に
フロート42を含む調整棒サポート46を挿入し、それ
を挾んで分割型の炉心支持板13を炉内構造物12の上
に載せる。更に、炉心支持板13の上に炉心14を設置
する。液表面積制限機構30は、前述のように原子炉容
器10の上部に挿入し固定する。最後に炉心上部機構2
0、遮蔽プラグ22等を取り付ける。
【0013】液表面積制限機構30の内筒部32をどの
ような形状にするかは、原子炉容器10全体の大きさ
と、どれだけ液位変化の感度を与えるかによって決めら
れる。液体ナトリウムは、温度が100℃上昇すると約
3%体積が膨張する。他方、その間のステンレス鋼の体
積変化は約0.2%である。そこで、試算として、内径
4mの原子炉容器下部を、深さ15mナトリウムが満た
しているとする。もし、このナトリウム全体が500℃
から550℃まで上昇したとすると、ナトリウム体積は
約2.6m3 増加する。液表面積制限機構30によって
原子炉容器内の空間断面積の70%を覆うとすると、前
記のナトリウムの体積膨張によりフロート42は約42
cm上昇する。それによって原子炉出力調整棒44は炉心
14内に約42cm挿入されることになる。
【0014】原子炉システムの異常により液体金属冷却
材の温度上昇が生じると、液体金属の体積膨張により液
位が上昇し、それに伴ってフロート42が上方へ移動す
る。このフロート42の動きが、電気信号を介さず、そ
のまま原子炉出力調整棒44の炉心14への挿入を引き
起こし、原子炉の核反応が抑えられる。冷却材温度が低
下すれば、フロート40の位置も下がり、原子炉出力調
整棒44が炉心14から引き抜かれ、原子炉の核反応は
定格に近づく。液面が、ある設定位置以下である時に
は、調整棒受け48が炉内構造物12上に接するため、
原子炉出力調整棒44は一定位置で保持される。
【0015】以上、本発明の好ましい一実施例について
詳述したが、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。液表面積制限機構として、二重筒状の部
材を組み込んでいるが、内筒部と円環状底部のみを有す
る構造として該円環状底部の外周を原子炉容器の内壁に
漏れがないように固定する構成でもよいし、原子炉容器
自体の上部を狭める構造でもよい。フロートから支点を
介したワイヤで原子炉出力調整棒を吊り下げるような構
成も可能である。
【0016】
【発明の効果】本発明は上記のように、冷却材として使
用する液体金属の体積膨張が大きいことを利用し、原子
炉システムの異常による温度上昇を液位の異常上昇とし
て捉えて、フロートの動きにより直接原子炉出力調整棒
を炉心に挿入するものであるから、電気信号を介さず原
子炉の核反応を抑えることができる。つまり中間系を排
除した物理現象を利用した固有の核反応抑制機構を備え
た液体金属冷却原子炉が得られる。これによって原子炉
の固有の安全性が向上し、運転員の心理的負担を軽減す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液体金属冷却原子炉の一実施例を
示す概略構成図。
【図2】図1のA−A′矢視図。
【符号の説明】
10 原子炉容器 12 炉内構造物 14 炉心 16 入口配管 18 出口配管 30 液表面積制限機構 40 液面 42 フロート 44 原子炉出力調整棒 46 調整棒サポート 48 調整棒受け

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子炉容器の内部で炉心が炉内構造物に
    より支持され、低温の液体金属冷却材が入口配管から流
    入して、炉心を通って加熱されて出口配管から流出し、
    内部に自由液面を有する形式の原子炉において、原子炉
    容器の上部に冷却材液面を狭める液表面積制限機構を設
    けると共に、その液面に浮かぶフロートと、該フロート
    の上下動に伴なって前記炉心に対して挿入・引抜き動作
    する原子炉出力調整棒を設けたことを特徴とする液体金
    属冷却原子炉。
  2. 【請求項2】 液表面積制限機構が、内筒部と外筒部、
    及びそれらの下端縁間を塞ぐ円環状底部とが一体となっ
    た構造であり、冷却材が内筒部の内側に案内される請求
    項1記載の原子炉。
  3. 【請求項3】 円環状のフロートから炉内構造物を貫通
    するように複数本の調整棒サポートを吊設し、該調整棒
    サポートに調整棒受けを取り付け、該調整棒受けで原子
    炉出力調整棒を支持し、炉心下部から前記原子炉出力調
    整棒の挿入・引抜きを行う請求項1又は2記載の原子
    炉。
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