特許 6998887 炉心外の制御棒及び停止棒を備えた原子炉及びその支持構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-23

(45)【発行日】2022-01-18

(54)【発明の名称】炉心外の制御棒及び停止棒を備えた原子炉及びその支持構造体

(51)【国際特許分類】

   G21C 7/00 20060101AFI20220111BHJP

   G21C 7/10 20060101ALI20220111BHJP

【ＦＩ】

G21C7/00 200

G21C7/10

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018557824

(86)(22)【出願日】2017-05-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-06-20

(86)【国際出願番号】 IB2017052612

(87)【国際公開番号】W WO2017191598

(87)【国際公開日】2017-11-09

【審査請求日】2020-04-15

(31)【優先権主張番号】102016000045629

(32)【優先日】2016-05-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】516312660

【氏名又は名称】ハイドロミン ニュクレアル エネルジー ソシエテ ア レスポンサビリテ リミティー

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100211177

【弁理士】

【氏名又は名称】赤木 啓二

(72)【発明者】

【氏名】ルチャーノ チノッティ

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０４６０８２２４（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００１－２６４４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５０９１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１９６４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２５６９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６４１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２３０１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０８４０８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ ７／００

Ｇ２１Ｃ ７／１０

Ｇ２１Ｃ ７／１２

Ｇ２１Ｃ ７／１４

Ｇ２１Ｃ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半径方向外側の固定閉鎖構造体（３）及び半径方向内側の移動閉鎖構造体（４）によって頂部にて閉鎖される容器（２）を具備する原子炉（１）であって、
前記容器（２）は、炉心（５）であって、前記炉心（５）の一次冷却流体（Ｆ）に浸漬され、複数の燃料要素（１１）ならびに制御棒及び停止棒（１８）を具備する炉心（５）と、ホットマニホールド（７）と前記炉心（５）の前記一次冷却流体（Ｆ）が循環するコールドマニホールド（８）とを区切る液圧分離構造体（６）であって、前記ホットマニホールド（７）の第１の自由表面（Ｈ１）が、前記原子炉（１）の通常運転中に、前記コールドマニホールド（８）の第２の自由表面（Ｈ２）と異なる状態である液圧分離構造体（６）と、を包含し、
前記原子炉（１）は、前記一次冷却流体（Ｆ）を循環する循環ポンプ（９）と熱交換器（１０）とを具備し、
前記原子炉（１）は、前記制御棒（１８ａ）及び前記停止棒（１８ｂ、１８ｃ）が、前記固定閉鎖構造体（３）のそれぞれの貫通部（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）に挿入され、このため、前記移動閉鎖構造体（４）の半径方向外側及び前記燃料要素（１１）のそれぞれの頭部（１５）を包含する前記液圧分離構造体（６）の上部（１７）の外側に配置され、前記コールドマニホールド（８）の前記一次冷却流体（Ｆ）の前記第２の自由表面（Ｈ２）の上方の前記液圧分離構造体（６）の壁から延びるそれぞれのダクト（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）を介して前記液圧分離構造体（６）の半径方向に幅広な下部（２１）に挿入されることを特徴とする、原子炉（１）。

【請求項2】

前記制御棒（１８ａ）及び停止棒（１８ｂ、１８ｃ）は、前記炉心（５）との機械的接続を有していない、請求項１に記載の原子炉（１）。

【請求項3】

前記制御棒（１８ａ）は、反転された旗の形状を有し、制御機構（３０ａ）の軸Ａ回りの回転によって、前記炉心（５）の活性部分（１２）からのそれぞれの中性子吸収体（２３ａ）の距離を変更することができる、請求項１に記載の原子炉（１）。

【請求項4】

前記停止棒（１８ｃ）は、前記一次冷却流体（Ｆ）の前記循環ポンプ（９）が減速するときに、前記炉心の活性部分（１２）の近傍にそれぞれの中性子吸収体（２３ｃ）を、上下運動を介して位置決めするフロート（２８）によって作動する、請求項１に記載の原子炉（１）。

【請求項5】

逆流防止装置（３１）が、前記停止棒（１８ｃ）の上方への移動を可能にし、下方への移動を阻止して、前記循環ポンプ（９）の時期外れの加速の場合に落下することを防止する、請求項４に記載の原子炉（１）。

【請求項6】

先ず前記停止棒（１８ｃ）の頭部（４１）に係合し、次に前記逆流防止装置（３１）に係合する制御機構（３０ｃ）が、プログラムされた介入によって、前記停止棒（１８ｃ）を安全に再起動させ、特に、前記それぞれの中性子吸収体（２３ｃ）を前記炉心（５）から最も離れた位置に再配置することを可能にする、請求項５に記載の原子炉（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は原子炉に関する。

【背景技術】

【0002】

現行の実践では、原子炉は、原子炉の主容器の下部に位置決めされ、一次流体に浸漬され、支持格子によって支持されるか、上部から懸垂された燃料要素から形成される炉心を備える。燃料要素の間には、原子炉制御棒がさらに介在する。例外的に、小中規模の高速炉では、制御棒は、反射／遮蔽要素の最も内側の冠状部内の炉心の周囲に位置決めされる。一般に、制御棒は、燃料棒の交換のために使用されるのと同一の交換手段を用いて交換され、燃料補給の前にモータ駆動要素から切り離す必要がある手段との干渉を回避する。

【0003】

アンフォラ形状の液圧分離構造体を有する特許文献１（イタリア国特許出願公開第ＧＥ２０１５Ａ００００３６号公報）では、遮蔽要素の冠状部は排除されるが、燃料補給作業中の制御棒の位置決め及びその管理については何も言及されておらず、このため現行技術の方法が適用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】イタリア国特許出願公開第ＧＥ２０１５Ａ００００３６号公報

【発明の概要】

【0005】

本発明の目的は、既知の解決策の浮き彫りになった欠点を克服し、さらに構造上及び安全上の利点を有する原子炉を提供することである。

【0006】

このため、本発明は、添付の請求項１に定義されるような原子炉であって、付随的特性及びプラント構成が従属請求項に定義される原子炉に関する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

本発明は、添付の図面を参照して、以下の非限定的な実施形態の例にて説明される。

【図1】本発明による原子炉の縦断面での全体概略図。

【図2】図１の原子炉の軸線に対する主要構成要素の位置決めを示す概略平面図。

【図3】第１の停止棒を備える図１の原子炉の一部の縦断面での概略図。

【図4】それぞれの操作位置にて示される第２の停止棒を備える図１の原子炉の別の部分の縦断面での概略図。

【図5】それぞれの操作位置にて示される第２の停止棒を備える図１の原子炉の別の部分の縦断面での概略図。

【図6a】図４及び図５の拡大詳細図。

【図6b】図４及び図５の拡大詳細図。

【図6c】図４及び図５の拡大詳細図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

特に液体金属または溶融塩によって冷却される原子炉１を示す図１を参照すると、原子炉１は、実質的にカップ形状またはプール形状の容器２と、容器２の上方に配置される半径方向外側の固定閉鎖構造体３及び半径方向内側の移動閉鎖構造体４と、を備え、固定閉鎖構造体３は移動閉鎖構造体４周りの半径方向外側に配置される。移動閉鎖構造体４は、複数の回転栓のようなさまざまな要素から構成されると同時に、当技術分野で知られているため詳細には記載されない燃料移動手段及び一次格納構造体の一部を形成する構成要素である。

【0009】

容器２は、炉心５と、ホットマニホールド７と炉心５を冷却するために一次冷却流体Ｆが循環するコールドマニホールド８とを区切る液圧分離構造体６と、を備える。一次流体Ｆは、原子炉１の通常運転ではマニホールド７、８内の異なる高さＨ１、Ｈ２にある自由表面を有する。容器２の内部には、一次流体Ｆを流通させて炉心５で発生した動力を二次流体に伝達する熱交換器１０のほか、既知であるため図示されない他の構成要素に加えて、一次流体Ｆを循環させるために循環ポンプ９が収容される。一次流体Ｆの循環ポンプ９及び熱交換器１０は、容器２の外側に位置決めすることもできることが理解される。

【0010】

液圧分離構造体６は、好ましくは、イタリア国特許出願公開第ＧＥ２０１５Ａ００００３３０号公報から知られる解決策に従ってアンフォラ形状であり、容器２の外側固定閉鎖構造体３から吊り下げられる。

【0011】

移動閉鎖構造体４は、原子炉１の中心軸に沿って炉心５の上方に位置決めされ、固定閉鎖構造体３は、原子炉１の中心軸を基準として、移動閉鎖構造体４の半径方向外側にて、移動閉鎖構造体４周りに位置決めされ、このため移動閉鎖構造体は、半径方向外側の固定閉鎖構造体３の半径方向内側にある。言い換えれば、移動閉鎖構造体４及び固定閉鎖構造体３はそれぞれ、原子炉１の中心軸及び炉心５に対して半径方向内側及び半径方向外側にある。

【0012】

また図２～図５を参照すると、炉心５は、それぞれの活性部分（active parts）１２及びそれぞれのサービス部分（service parts）１３を有する複数の燃料要素１１を備え、特に、各燃料要素１１のサービス部分１３は、燃料要素１１の底部及び頂部にそれぞれ位置決めされた脚部１４及び頭部１５と、活性部分１２と頭部１５とを接続する接続シャフト１６とを備える。

【0013】

燃料要素１１の頭部１５は、分離構造体６の上部１７内に円周方向に包含される。この分離構造体は、外側固定閉鎖構造体３との機械的接続を構成する。分離構造体６の上部１７は、頂部にてこのほか、内側の移動閉鎖構造体４を包含する。

【0014】

原子炉は、外側固定閉鎖構造体３のそれぞれの貫通部１９ａ、１９ｂ、１９ｃに挿入されるため、内側の移動閉鎖構造体４の外側及び分離構造体６の上部１７の外側に位置づけられ、分離構造体６の半径方向に幅広の下部２１に係合するそれぞれのダクト２０ａ、２０ｂ、２０ｃを通って分離構造体６の下部に再び下降し、コールドマニホールド８の自由高さＨ２より上に延在する３つの異なるタイプの制御棒１８ａ及び停止棒１８ｂ、１８ｃによって特徴付けられる。制御棒１８ａ及び停止棒１８ｂ、１８ｃは、それぞれの端部２２ａ、２２ｂ、２２ｃがそれぞれの吸収体２３ａ、２３ｂ、２３ｃを備えた状態で、炉心５の近傍にて下方に延びる。

【0015】

ロッド１８ａは、制御機構３０ａの軸線Ａを中心とする電動回転によって原子炉を制御する機能を果たし、それぞれの吸収体２３ａを、炉心５の活性部分１２から遠い位置２４から、中間位置２６を介して、最も近接した位置２５に移動させる。

【0016】

ロッド１８ｂは、それぞれの軸線Ｂに沿って並進移動することによって原子炉を停止させる機能を果たして、吸収体２３ｂを、炉心５の活性部分１２から最も距離の離れた上方位置から、最も近接して活性部分に面する位置に移動させる。このそれぞれの軸線Ｂに沿う並進移動は、公知の技術による電動移動又は解放及び重力落下を伴う制御機構３０ｂによって実施することができる。

【0017】

ロッド１８ｃは、それぞれの軸線Ｃに沿う並進移動によって原子炉を停止させる機能を果たして、それぞれの吸収体２３ｃを、炉心５の活性部分１２から最も距離の離れた、脚部１４に面する下方位置２６から、炉心５の活性部分１２に面して最も近接した上方位置２７に移動させる。

【0018】

高密度の一次冷却材を有する原子炉に適用するように設計された停止棒１８ｃは、その内部にガスを収容する円筒形ケーシング２９からなるフロート２８を備える。このフロートは、ホットマニホールド７の高さＨ１が変化するのに伴い、制御機構３０ｃとの接続が解除された状態で、炉心５の活性部分１２に対する吸収体２３ｃの位置を決定する。

【0019】

また、図６ａ、図６ｂ及び図６ｃを参照すると、停止棒１８ｃは、複数のレバー３２からなる逆流防止装置３１を備える。この複数のレバーは、弾性要素３３によって付勢されて、停止棒１８ｃが設けられる円筒形ダクト３５の鋸歯形状の内側輪郭３４に係合する。

【0020】

当技術分野で既知の把持部３６であって、こちらも当技術分野で既知の制御装置３０ｃに属する把持部が、停止棒１８ｃの軸Ｃに沿って並進移動することができ、外側バー３７の内側バー３８に対するストロークを長くすることと、制御装置３０ｃのカム３９とラッチ４０との相互作用とによって、停止棒１８ｃの頭部４１に係合し、停止棒１８ｃの頂部に向かって移動する可能性がある。

【0021】

また、図６ｃを参照すると、外側バー３７のその内側のバー３８に対するストロークを継続することにより、把持部３６の成形端部４２をレバー３２の上部内側輪郭４３に係合させることができる。成形端部を円筒形ダクト３５の鋸歯形状の内側輪郭３４から外すことにより、停止棒１８ｃの垂直方向の摺動を制御することも可能になる。

【0022】

上記から、本発明の利点は明白である。
‐移動内側閉鎖構造体４の外側及び炉心５の外側にて制御棒１８ａ及び遮断棒１８ｂ及び１８ｃを支持することにより、原子炉の炉心５と制御棒１８ａ及び停止棒１８ｂ及び１８ｃとの間の完全な機械的分離が保証され、特に、中性子照射を受けた燃料要素の熱膨張または膨張が棒の動きを妨げない。
‐制御棒１８ａ及び停止棒１８ｂ及び１８ｃの制御機構３０ａ、３０ｂ、３０ｃを切断する必要なく、燃料補給を実施することが可能であり、その結果、従来の解決策では制御棒の支持を構成する移動閉鎖構造体４を移動させることができる。
‐制御棒１８ａ及び停止棒１８ｂ及び１８ｃは、炉心５の内部の位置を占めないため、結果的に直径を小さくすることができる。
‐炉心５の内部に制御棒及び停止棒の構造体材料が存在しないことにより、炉心内の核分裂性物質の量を減少させることができる。
‐炉心５の内部に制御棒及び停止棒のための位置が存在しないことにより、炉心の不均一性及び関連する電力及び温度勾配が減少する。
‐制御棒１８ａ及び停止棒１８ｂ及び１８ｃの３つのシステムは、互いに区別される。
‐フロートによって制御される停止システム１８ｃは、原因が何であれ、循環ポンプ９の減速に続く一次冷却剤の高さＨ１の増大による炉心の停止を可能にし、このため、一次冷却剤流量の減少が認められる場合に、特に原子炉の信頼性が高く多様化した能動停止ステムを構成する。
‐フロートによって制御される停止システム１８ｃは、停止棒１８ｃとその制御機構３０ｃとの間の機械的接続を回復することによってのみ作動不能にされ得る逆流防止装置３１に起因する一次ポンプ９のその後の制御されない加速によって停止させることができない。

【0023】

最後に、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載され図示された原子炉に多くの修正及び変形がなされ得ることが理解される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図6c】