JP2000214288A - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御棒駆動機構本体を単独で制御棒駆動機構
ハウジングの上部開口から装着できる制御棒駆動機構を
提供する。 【解決手段】 制御棒駆動機構本体９０は原子炉圧力容
器１の底部１ａに貫通して取り付けられた制御棒駆動機
構ハウジング９の上部開口部から挿入可能な形状を備え
る。制御棒駆動機構ハウジング上端にバヨネットカップ
リング５３を設ける。制御棒駆動機構本体９０の上端
に、バヨネットカップリング５３との間でバヨネット結
合する上部ガイド５１を設ける。制御棒駆動機構ハウジ
ング９の下部フランジ９ａにスプールピース６０を固定
する。制御棒駆動機構ハウジング９内に装着された制御
棒駆動機構本体９０の回転を拘束するために回転拘束手
段５４、５５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽水炉としての沸
騰水型原子炉（以下、「ＢＷＲ」と記す。）に使用され
る制御棒駆動機構（以下、「ＣＲＤ」と記す。）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来のＢＷＲの概略構成を示す
縦断面図である。図３に示すように、原子炉圧力容器１
内には減速材を兼ねる冷却材２が収容される一方、中央
下部には炉心３が配置され、炉心シュラウド４により囲
まれている。炉心３には多数の燃料集合体（図示せず）
が装荷され、４体一組の燃料集合体間に制御棒５が出し
入れ自在に収容されている。

【０００３】このＢＷＲにおいて、冷却材２は炉心３内
を上方に向かって流れ、その間に炉心３から核分裂連鎖
反応により発生する熱を冷却材２に伝達し、冷却材２を
加熱している。加熱された冷却材２は水と蒸気の気液二
相流となって炉心３上方へ移動し、炉心３から気水分離
器６に案内される。

【０００４】気液二相の冷却材は気水分離器６で水と蒸
気に分離された後、蒸気は図示しない蒸気乾燥器を経て
主蒸気配管から蒸気タービン系に送られて蒸気夕一ビン
を駆動させる。蒸気タービン系で仕事をした蒸気は、復
水器で凝縮されて復水となった後、原子炉復水系および
給水系を経て原子炉圧力容器１に給水として再び戻され
る。

【０００５】一方、気水分離器６で分離された水は、ダ
ウンカマ部７を流下し、原子炉複水系および給水系を通
って送られてくる給水と混合した状態で炉心下部に案内
され、再び炉心３に導かれる。

【０００６】また、原子炉圧力容器１の炉心３には原子
炉の起動・停止や炉出力調整のため制御棒５がＣＲＤ８
により出し入れされる。ＣＲＤ８は原子炉圧力容器１の
底部１ａを貫通して延びるＣＲＤハウジング９内に収容
される一体構造物（アッセンブリ）であり、ＣＲＤハウ
ジング９の下部フランジ９ａにボルト接合により固定さ
れる。

【０００７】図４は電動駆動型式のＣＲＤ８を示してお
り、下部に電動機１０が取り付けられる。電動機１０か
らの回転軸１１は、ギヤカップリング機構１２を介して
ＣＲＤ８の駆動軸１３に連結される。駆動軸１３はボー
ルねじ軸１４に回転一体に連結され、このボールねじ軸
１４にはボールナット１５が螺合している。

【０００８】ボールナット１５には、対をなすローラ１
６がガイドチューブ１７の内周面に形成された軸方向の
取付板１８を挟持するように設置される。ボールナット
１５の上方には中空状のピストン１９が設置され、この
ピストン１９はピストンチューブ１９ａ上端に設置され
たカップリング２０を介して制御棒５に連結される。そ
して、電動機１０の駆動により回転軸１１および駆動軸
１３を介してボールねじ軸１４が回転し、このボールね
じ軸１４の回転によりボールナット１５が上下動するよ
うになっている。その際、ボールナット１５は取付板１
８により回転が規制されて上下動し、このボールナット
１５の上下動によりピストン１９を介して制御棒５が上
下動する。

【０００９】この制御棒５の上下動により炉心３への挿
入・引き抜き量が調整され、炉出力がコントロールされ
る。なお、符号２１は電磁ブレーキであり、符号２２は
シンクロ位置検出器、符号２３はモータブラケット、符
号２４はスプールピースである。

【００１０】次に、ＢＷＲに緊急事態が発生して原子炉
をスクラムさせる場合を説明する。原子炉のスクラム時
には、ＣＲＤハウジング９の下部フランジ９ａに接続さ
れたスクラム挿入配管２５からスクラム水入口ポート
（注水口）２６を介してピストン１９の下面側に高圧駆
動水が供給される。この高圧駆動水の供給によりボール
ナット１５上に設置されているピストン１９が上方に押
し上げられ、制御棒５を炉心３内に高速で挿入させるよ
うになっており、原子炉はスクラムされる。

【００１１】このようなＣＲＤ８の構成において、炉心
３に挿入される制御棒５の挿入位置の検出は、通常移動
時は電動機１０の回転から検出するシンクロ位置検出器
２２により行なう。

【００１２】また、スクラム時は制御棒５及びピストン
１９がボールナット１５の上から分離して駆動されるた
め、上記のシンクロ位置検出器２２では制御棒５の位置
を検出できず、この場合はピストン１９の下端に取り付
けたマグネット２７と、磁力により作動するリードスイ
ッチ２８を内蔵した位置検出器２９とにより制御棒５の
位置を検出する。

【００１３】但し、ＣＲＤ８の上部が原子炉圧力容器１
の内部にある事と、位置検出器２９がＣＲＤ８の外部に
設置されていて上端が原子炉圧力容器１の底部１ａによ
り制約を受ける為、制御棒５の全ストロークを検出でき
ない。

【００１４】従来の位置検出器２９は、スクラム時の挿
入時間の仕様値が決められている０％，１０％，４０
％，及び６０％の制御棒５の位置を検出できるようにし
ている。更にスクラム時の挿入時間の仕様値が決められ
ている１００％についても検出する必要があり、これは
別の機構により検出している。

【００１５】つまり、図４に示すようにスクラム時に制
御棒５及びピストン１９を制動する為の皿バネ機構３０
の下部のシリンダー３１内にコイルバネ３２とストップ
ピストン３３を設け、ストップピストン３３には長尺の
ガイドリボンを介してマグネット３４を取り付けてあ
る。

【００１６】このような機構により、制御棒５及びピス
トン１９が全挿入されるとピストン１９によりストップ
ピストン３３とマグネット３４が少し押し上げられ、位
置検出器２９に内蔵されたリードスイッチ２８により１
００％の位置を検出する。

【００１７】ＣＲＤ８にはこれ以外に、制御棒５の落下
事故を未然に防止する為に制御棒５及びピストン１９が
ボールナット１５の上から分離した事を検出する分離検
出機構を設けている。

【００１８】すなわち、スプールピース２１内には、マ
グネット３５を内蔵したマグネットホルダー３６を駆動
軸１３に摺動自在に勘合し、マグネットホルダー３６の
下部にコイルバネ３７を設けている。また、リードスイ
ッチを内蔵した分離検出器３８をＣＲＤ８の外部に設置
している。

【００１９】この様な構造により、制御棒５の引抜き駆
動中に制御棒５と燃料集合体との間の摩擦抵抗などによ
り制御棒５及びピストン１９がぶら下がった状態とな
り、制御棒５及びピストン１９がボールナット１５の上
から分離した場合は、マグネットホルダー３６に作用し
ていた制御棒５及びピストン１９の荷重が解除されるた
め、コイルスプリング３７が伸びてマグネット３５が押
し上げられて分離検出器３８のリードスイッチが作動
し、制御棒５及びピストン１９がボールナット１５の上
から分離した事が検出される。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のＣＲＤ８
は、構造上、ＣＲＤハウジング９内に下方から収容され
下部フランジ９ａにボルト接合されるＣＲＤ本体８０、
スプールピース２４内に駆動軸１３等を収納したスプー
ルピース組立８１、モータブラケット２３及び電動機１
０・電磁ブレーキ２１・シンクロ位置検出器２２等から
構成されるモータユニット８２のサブアッセンブリー単
位で取扱われる。

【００２１】ＣＲＤ８の据付け・取外しは、例えば特願
平１０−６８３３号等に示された制御棒駆動機構取扱い
装置によって行われるが、ＣＲＤハウジング下部フラン
ジ９ａの下方に、長尺のＣＲＤ本体８０をＣＲＤハウジ
ング９の下方から挿入・取外しを行うための空間が必要
となっている。このために原子炉建屋の高さが高くな
り、物量の増加ならびに耐震性が低下するなどの問題が
あった。

【００２２】この課題を解決するために、ＣＲＤハウジ
ングの上部開口から装着可能な制御棒駆動機構が、例え
ば特開平７−２０２７６号公報等に示されている。しか
しながら、信頼性が高くノーメンテナンスのウェット式
電動機の開発ならびに原子炉圧力容器の上部からの遠隔
取扱い装置の開発等、新たに開発すべき技術的課題が多
く残されている。

【００２３】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たものであって、制御棒駆動機構本体を単独で制御棒駆
動機構ハウジングの上部開口から装着できる制御棒駆動
機構を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、電動機の回転
をドライブシャフト機構を介してピストン昇降機構に伝
達してピストンを昇降させ、制御棒を炉心内に挿入又は
引抜きさせると共に、スクラム時には高圧水を注入して
ピストンを押し上げることにより制御棒を炉心内に急速
に挿入する様に構成した制御棒駆動機構において、原子
炉圧力容器の底部に貫通して取り付けられた制御棒駆動
機構ハウジングの上部開口部から挿入可能な形状を備え
た制御棒駆動機構本体と、前記制御棒駆動機構ハウジン
グ上端に取付けられたバヨネットカップリングと、前記
制御棒駆動機構本体の上端に取付けられ、前記バヨネッ
トカップリングとの間でバヨネット結合する上部ガイド
と、前記制御棒駆動機構ハウジングの下部フランジに固
定されるスプールピースと、前記制御棒駆動機構ハウジ
ング内に装着された前記制御棒駆動機構本体の回転を拘
束するための回転拘束手段と、を備えたことを特徴とす
る。

【００２５】また、前記回転拘束手段は、前記制御棒駆
動機構本体の下端部に形成された軸方向のキー溝と、ス
プールピース内面に突設され、前記キー溝に係合して前
記制御棒駆動機構本体の回転を拘束するキー部材と、を
備えることが望ましい。

【００２６】また、前記制御棒駆動機構本体を前記制御
棒駆動機構ハウジング内に挿入可能とするために前記制
御棒駆動機構ハウジングの上部開口部の内径を下方部の
直管部の内径と共通又はより大きな径とし、前記制御棒
駆動機構ハウジングの上端部外径側に前記バヨネットカ
ップリングを設けることが望ましい。

【００２７】また、前記スプールピースのフランジ部に
スクラム水入口ポートを形成し、前記スクラム水入口ポ
ートの出口端に対向する前記制御棒駆動機構本体のアウ
ターチューブの側面部にスクラム水が流入する開口部を
形成することが望ましい。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
制御棒駆動機構（ＣＲＤ）について図１及び図２
（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。なお、図４に示し
た従来のＣＲＤと同一構成要素には同一符号を付して説
明する。

【００２９】本実施形態によるＣＲＤは、図１に示すよ
うに構成された電動駆動型ＣＲＤ（ＦＭＣＲＤ）であ
る。そして、本実施形態によるＣＲＤにおいては、ＣＲ
Ｄ本体９０の上端には上部ガイド５１が設けられ、一
方、ＣＲＤハウジング９の上端外径側には花びら状のバ
イヨネットカップリング（オス）５３が設けられてい
る。そして、ＣＲＤ本体９０を装着する際には、図２
（ａ）、（ｂ）に示したように、原子炉圧力容器１の底
部（下部鏡）１ａに貫通して取り付けられたＣＲＤハウ
ジング９の上部開口部からＣＲＤ本体９０が挿入され、
ＣＲＤハウジング９側のバヨネットカップリング（オ
ス）５３とＣＲＤ本体９０側の上部ガイド５１とでバヨ
ネット結合がなされて固定される。

【００３０】図１に示したように、ＣＲＤハウジング下
部フランジ９ａにはＣＲＤのスプールピース６０がボル
ト締め等で下方から固定され、スプールピース内面には
キー５５又はピンが突設されている。このキー５５又は
ピンは、ＣＲＤ本体９０の下端部外側面に形成された軸
方向のキー溝５４に係合され、これによってＣＲＤ本体
９０の回転が拘束される。

【００３１】このように、キー溝５４及びキー５５で構
成される回転拘束手段によってＣＲＤ本体９０の回転を
拘束することによって、ＣＲＤ本体９０とＣＲＤハウジ
ング９とのバヨネット結合、ＣＲＤ本体９０と制御棒５
とのバヨネット結合、及びＣＲＤ本体９０と制御棒案内
管６１とのバヨネット結合が外れるのを防止することが
できる。

【００３２】ＣＲＤはその下部に電動機１０が取り付け
られ、この電動機１０からの回転駆動力はドライブシャ
フト機構を介してピストン昇降機構に伝達される。ドラ
イブシャフト機構は電動機１０の回転軸１１と、この回
転軸１１にギアカップリング機構１２を介して連結され
る駆動軸１３とを有し、この駆動軸１３にピストン昇降
機構のボールねじ軸１４が連結される。

【００３３】ピストン昇降機構はボールねじ軸１４とこ
のボールねじ軸１４に螺装されるボールナット１５とを
有し、ボールナット１５は、ガイドチューブ１７内に軸
方向に内設された凸面にローラ１６が挟持されて回り止
めされる。

【００３４】ボールナット１５上にはピストン１９が載
置され、ボールナット１５の昇降に伴ってピストン１９
が一体的に昇降せしめられるようになっている。ピスト
ン１９からピストンチューブ１９ａがガイドチューブ１
７内を上方に一体に延びており、このピストンチューブ
１９ａの上端に制御棒５に係合可能なカップリング２０
が設けられる。

【００３５】本実施形態によるＣＲＤは上述したように
構成されており、電動機１０の回転駆動によりドライブ
シャフト機構を介してピストン昇降機構のボールねじ軸
１４を回転させ、ボールルナット１５を昇降させる。

【００３６】このボールナット１５の昇降に伴ってピス
トン１９が昇降し、ピストンチューブ１９ａを介して制
御棒５を昇降させる。この制御棒５の昇降により、制御
棒５は炉心に挿入あるいは引き抜かれ、炉出力の調整が
行なわれる。

【００３７】制御棒５の挿入位置への保持は、電動機１
０自身の保持トルクによってボールねじ軸１４の回転を
規制することにより行なわれる。

【００３８】また、スプールピース６０のフランジ部６
０ａにはスクラム水入口ポート（注入口）２６が形成さ
れており、このスクラム水入口ポート２６は、ＣＲＤハ
ウジング９の下部フランジ９ａに接続されたスクラム挿
入配管２５に連通している。スクラム水入口ポート２６
の出口端に対向するＣＲＤ本体９のアウターチューブ５
３の側面部には、スクラム水が流入する開口部７０が形
成されている。

【００３９】そして、原子炉をスクラムさせる場合に
は、スクラム挿入配管２５及びスクラム水入口ポート２
６を介して高圧駆動水をピストン１９の下側に供給す
る。この供給によりボールナット１５上に載置されてい
るピストン１９は上方に押し上げられて、制御棒５を炉
心に急速に挿入して原子炉をスクラムさせる。

【００４０】従来例では、図４に示したようにＣＲＤ本
体８０の下端部にＣＲＤハウジング９の下部フランジ９
ａと結合するためにフランジ８ａが設けられていたが、
本実施形態では図１に示したようにＣＲＤ本体９０の下
端部をＣＲＤハウジング上部開口部を通過可能な直径と
するために、ＣＲＤ本体９０のアウターチューブ５２の
外径とほぼ同一となるよう構成する。

【００４１】また、それに伴い、従来例では図４に示し
たようにＣＲＤ本体８０のフランジ部８ａに形成されて
いたスクラム水入口ポート２６を、本実施形態では前記
の如くスプールピース６０のフランジ部６０ａに形成
し、スクラム水入口ポート２６の出口端に対向するＣＲ
Ｄ本体９０のアウターチューブ５２の側面にスクラム水
が流入する開口部７０を形成している。

【００４２】なお、本実施形態ではＣＲＤハウジング９
の上部開口部の内径を下方部の直管部の内径と共通にし
ているが、上部開口部の内径を直管部の内径よりも大き
な径とすることもできる。

【００４３】また、上記実施形態では、ＣＲＤのスプー
ルピース６０部の構成をマグネットカップリング式の構
成としたが、本発明は、従来のグラントパッキンを使用
したＣＲＤにも適用可能である。

【００４４】以上述べたように本実施形態によるＣＲＤ
によれば、実績のあるＣＲＤの構成を、ＣＲＤ本体９０
部分のみをＣＲＤハウジング９の上部から据付け可能な
構造とすることが可能となり、その他のスプールピース
６０及び電動機ユニット１０は、従来通りＣＲＤハウジ
ング９の下部フランジ９ａに取り付ける方式であるため
に、従来設計からの変更による設計検証内容が軽微で、
かつ従来のＣＲＤ取扱機の技術の延長で対応可能である
ため、開発費用が少なく信頼性の高い、上部挿入方式の
ＣＲＤを提供することが可能である。

【００４５】これにより、長尺のＣＲＤ本体９０をＣＲ
Ｄハウジング９上方から挿入・取外しを行うことが可能
となり、原子炉容器下方のＣＲＤ本体挿入・引抜きのた
めの空間が大幅に削減され、原子炉建屋の高さ低減が図
かれ、物量の低減ならびに耐震性を向上させことができ
る。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、制御
棒駆動機構本体を単独で制御棒駆動機構ハウジングの上
部開口から装着し、一方、スプールピースを従来通り制
御棒駆動機構ハウジングの下部フランジに固定するよう
にしたので、従来設計からの変更による設計検証内容が
軽微で、かつ従来の制御棒駆動機構取扱機の技術の延長
で対応可能であるため、開発費用が少なく信頼性の高
い、上部挿入方式の制御棒駆動機構を提供することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による制御棒駆動機構を示
す縦断面図。

【図２】（ａ）は図１に示した実施形態の制御棒駆動機
構本体の取付方法を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−
Ｂ矢視図。

【図３】沸騰水型原子炉の一般的な概略構成を示す縦断
面図。

【図４】従来の制御棒駆動機構を示す縦断面図。

【符号の説明】

１ 原子炉圧力容器 １ａ 原子炉圧力容器の底部 ５ 制御棒 ９ ＣＲＤハウジング ９ａ ＣＲＤハウジングの下部フランジ １０ 電動機 １９ 中空ピストン ２６ スクラム水入口ポート ５１ 上部ガイド ５２ ＣＲＤ本体のアウターチューブ ５３ バヨネットカップリング ５４ キー溝 ５５ キー ６０ スプールピース ６０ａ スプールピースのフランジ部 ７０ 開口部 ９０ ＣＲＤ本体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機の回転をドライブシャフト機構を介
   してピストン昇降機構に伝達してピストンを昇降させ、
   制御棒を炉心内に挿入又は引抜きさせると共に、スクラ
   ム時には高圧水を注入してピストンを押し上げることに
   より制御棒を炉心内に急速に挿入する様に構成した制御
   棒駆動機構において、 原子炉圧力容器の底部に貫通して取り付けられた制御棒
   駆動機構ハウジングの上部開口部から挿入可能な形状を
   備えた制御棒駆動機構本体と、前記制御棒駆動機構ハウ
   ジング上端に取付けられたバヨネットカップリングと、
   前記制御棒駆動機構本体の上端に取付けられ、前記バヨ
   ネットカップリングとの間でバヨネット結合する上部ガ
   イドと、前記制御棒駆動機構ハウジングの下部フランジ
   に固定されるスプールピースと、前記制御棒駆動機構ハ
   ウジング内に装着された前記制御棒駆動機構本体の回転
   を拘束するための回転拘束手段と、を備えたことを特徴
   とする制御棒駆動機構。
2. 【請求項２】前記回転拘束手段は、前記制御棒駆動機構
   本体の下端部に形成された軸方向のキー溝と、スプール
   ピース内面に突設され、前記キー溝に係合して前記制御
   棒駆動機構本体の回転を拘束するキー部材と、を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動機構。
3. 【請求項３】前記制御棒駆動機構本体を前記制御棒駆動
   機構ハウジング内に挿入可能とするために前記制御棒駆
   動機構ハウジングの上部開口部の内径を下方部の直管部
   の内径と共通又はより大きな径とし、前記制御棒駆動機
   構ハウジングの上端部外径側に前記バヨネットカップリ
   ングを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に
   記載の制御棒駆動機構。
4. 【請求項４】前記スプールピースのフランジ部にスクラ
   ム水入口ポートを形成し、前記スクラム水入口ポートの
   出口端に対向する前記制御棒駆動機構本体のアウターチ
   ューブの側面部にスクラム水が流入する開口部を形成し
   たことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一
   項に記載の制御棒駆動機構。