JP2000258577A - 制御棒駆動制御装置 - Google Patents
制御棒駆動制御装置Info
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- JP2000258577A JP2000258577A JP11059734A JP5973499A JP2000258577A JP 2000258577 A JP2000258577 A JP 2000258577A JP 11059734 A JP11059734 A JP 11059734A JP 5973499 A JP5973499 A JP 5973499A JP 2000258577 A JP2000258577 A JP 2000258577A
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- Japan
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- control rod
- drive shaft
- magnet
- drive
- rod drive
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】沸騰水型原子力発電所の制御棒駆動制御装置に
おいて、１次冷却水の漏洩を防止し、かつ電動機駆動に
相当した制御性を有する。シ−ル部分がなくなるためメ
ンテナンス頻度を少なくする。 【解決手段】制御棒の駆動軸１３に取り付けられた内部
磁石２０と圧力隔壁１４の外側に設置された電磁石であ
る外部磁石２１とを備え、外部磁石２１に交流電圧を印
加することで回転磁界を発生させ、内部磁石２０に回転
力を与える。この回転力で駆動軸が回転し制御棒が駆動
する。圧力隔壁１４にて完全に原子炉１次冷却系と隔離
されている。
おいて、１次冷却水の漏洩を防止し、かつ電動機駆動に
相当した制御性を有する。シ−ル部分がなくなるためメ
ンテナンス頻度を少なくする。 【解決手段】制御棒の駆動軸１３に取り付けられた内部
磁石２０と圧力隔壁１４の外側に設置された電磁石であ
る外部磁石２１とを備え、外部磁石２１に交流電圧を印
加することで回転磁界を発生させ、内部磁石２０に回転
力を与える。この回転力で駆動軸が回転し制御棒が駆動
する。圧力隔壁１４にて完全に原子炉１次冷却系と隔離
されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子力発電
所に使用される制御棒駆動制御装置に関する。
所に使用される制御棒駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】制御棒駆動制御装置の動力源として電動
機を使用した方法は改良型沸騰水型原子力発電所（以
下、ＡＢＷＲと略す）において改良型制御棒駆動機構
（以下、ＦＭＣＲＤと略す）として採用され発電実績を
積んできている。このことは日立評論第８０巻 第２０
号（平成１０年２月）の「ＡＢＷＲプラントの完成」に
述べられている。またこのＦＭＣＲＤの構造は日立評論
第７２巻 第１０号（平成２年１０月）の「ＡＢＷＲ主
要設備の設計と技術確証」にて紹介されている。
機を使用した方法は改良型沸騰水型原子力発電所（以
下、ＡＢＷＲと略す）において改良型制御棒駆動機構
（以下、ＦＭＣＲＤと略す）として採用され発電実績を
積んできている。このことは日立評論第８０巻 第２０
号（平成１０年２月）の「ＡＢＷＲプラントの完成」に
述べられている。またこのＦＭＣＲＤの構造は日立評論
第７２巻 第１０号（平成２年１０月）の「ＡＢＷＲ主
要設備の設計と技術確証」にて紹介されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般の沸騰水型原子力
炉の概略構造を図２に示す。制御棒２が炉心内部に挿入
されることにより核分裂反応を制御して原子炉出力を調
整する。この制御棒を駆動するためにＣＲＤハウジング
３が原子炉圧力容器１を貫通している。この貫通部分で
の気密性を確保することが制御棒駆動装置の構造上の重
要な課題である。特にＡＢＷＲでは日立評論第７２巻第
１０号（平成２年１０月）の「ＡＢＷＲ主要設備の設計
と技術確証」の図３（ａ)，(ｂ）にて明らかなように、
原子炉１次冷却系との隔離は制御棒駆動軸に設定したパ
ッキンによって保たれている。制御棒駆動軸は制御棒の
駆動に伴い回転するため軸封部のパッキンは駆動軸との
摩擦により磨耗していくとととなり、定期的な点検とメ
ンテナンスが必要になる。また、この駆動軸とパッキン
との摩擦により電動機に要求される駆動トルクは増大す
ることとなる。原子炉の１次冷却系との隔離を完全に実
施することが要求されている。
炉の概略構造を図２に示す。制御棒２が炉心内部に挿入
されることにより核分裂反応を制御して原子炉出力を調
整する。この制御棒を駆動するためにＣＲＤハウジング
３が原子炉圧力容器１を貫通している。この貫通部分で
の気密性を確保することが制御棒駆動装置の構造上の重
要な課題である。特にＡＢＷＲでは日立評論第７２巻第
１０号（平成２年１０月）の「ＡＢＷＲ主要設備の設計
と技術確証」の図３（ａ)，(ｂ）にて明らかなように、
原子炉１次冷却系との隔離は制御棒駆動軸に設定したパ
ッキンによって保たれている。制御棒駆動軸は制御棒の
駆動に伴い回転するため軸封部のパッキンは駆動軸との
摩擦により磨耗していくとととなり、定期的な点検とメ
ンテナンスが必要になる。また、この駆動軸とパッキン
との摩擦により電動機に要求される駆動トルクは増大す
ることとなる。原子炉の１次冷却系との隔離を完全に実
施することが要求されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】原子炉の１次冷却系を完
全に隔離するために隔離壁を設ける。しかしながら、隔
離壁を設けた場合には制御棒の駆動軸がこの隔離壁を貫
通しないような構造としなければならない。そのため、
隔離壁の外部に設置した磁石と隔離壁の内部の制御棒駆
動軸に取り付けた磁石との磁気的な結合力を使用し、隔
離壁外部の磁石に回転磁界を発生させることで制御棒駆
動軸の磁石に回転力を発生させ、制御棒を駆動する。こ
の構造は隔壁の外部磁石が電動機の固定子に内部磁石が
回転子に相当するため、全くの電動機の構造と原理的に
は同一である。
全に隔離するために隔離壁を設ける。しかしながら、隔
離壁を設けた場合には制御棒の駆動軸がこの隔離壁を貫
通しないような構造としなければならない。そのため、
隔離壁の外部に設置した磁石と隔離壁の内部の制御棒駆
動軸に取り付けた磁石との磁気的な結合力を使用し、隔
離壁外部の磁石に回転磁界を発生させることで制御棒駆
動軸の磁石に回転力を発生させ、制御棒を駆動する。こ
の構造は隔壁の外部磁石が電動機の固定子に内部磁石が
回転子に相当するため、全くの電動機の構造と原理的に
は同一である。
【０００５】即ち、本発明により、隔壁の内部と外部間
には物理的な貫通部分がなく完全に隔離されているた
め、原子炉の１次冷却水の漏洩を完全に遮断でき、かつ
機器の磨耗等の経年変化に対するメンテナンスを不要と
することができる。
には物理的な貫通部分がなく完全に隔離されているた
め、原子炉の１次冷却水の漏洩を完全に遮断でき、かつ
機器の磨耗等の経年変化に対するメンテナンスを不要と
することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明す
る。
る。
【０００７】図１は本発明の全体構成を示した実施例で
ある。原子炉圧力容器１には２００本程度の制御棒２が
設置されており、この制御棒を挿入・引抜することで原
子炉出力を制御することができる。制御棒２は駆動軸１
３が回転することで、回転運動を上下運動に変換し駆動
する。圧力隔壁１４の外側にある制御棒駆動用外部磁石
２１に３相交流を印加するとこの磁石により回転磁界が
発生し、圧力隔壁１４の内側にある永久磁石である制御
棒駆動用内部磁石２０との相互作用により駆動軸１３が
回転する。つまり、この構造は一種の電動機であり、内
部磁石は電動機の回転子に外部磁石は固定子に相当し、
さらにこの両者を隔離する隔壁をもつ構造と考えること
ができる。
ある。原子炉圧力容器１には２００本程度の制御棒２が
設置されており、この制御棒を挿入・引抜することで原
子炉出力を制御することができる。制御棒２は駆動軸１
３が回転することで、回転運動を上下運動に変換し駆動
する。圧力隔壁１４の外側にある制御棒駆動用外部磁石
２１に３相交流を印加するとこの磁石により回転磁界が
発生し、圧力隔壁１４の内側にある永久磁石である制御
棒駆動用内部磁石２０との相互作用により駆動軸１３が
回転する。つまり、この構造は一種の電動機であり、内
部磁石は電動機の回転子に外部磁石は固定子に相当し、
さらにこの両者を隔離する隔壁をもつ構造と考えること
ができる。
【０００８】一方、制御棒の位置は駆動軸の回転数をレ
ゾルバ２２，２３を使用して制御装置３０に入力する。
このレゾルバは変圧器とほぼ同じ原理を用いた回転角検
出装置であり、駆動軸に設置されたレゾルバロータ２２
が回転するのに応じて、外部にあるレゾルバステータ２
３にＳＩＮ波とＣＯＳＩＮ波の交流出力電圧を誘起させ
る。その出力電圧は回転角によって変化するため、その
電圧を読み取ることにより角度を検出することができ
る。駆動軸の回転角は制御棒の垂直方向の位置に換算す
ることができるため、こうして制御装置は制御棒位置を
検出することができる。
ゾルバ２２，２３を使用して制御装置３０に入力する。
このレゾルバは変圧器とほぼ同じ原理を用いた回転角検
出装置であり、駆動軸に設置されたレゾルバロータ２２
が回転するのに応じて、外部にあるレゾルバステータ２
３にＳＩＮ波とＣＯＳＩＮ波の交流出力電圧を誘起させ
る。その出力電圧は回転角によって変化するため、その
電圧を読み取ることにより角度を検出することができ
る。駆動軸の回転角は制御棒の垂直方向の位置に換算す
ることができるため、こうして制御装置は制御棒位置を
検出することができる。
【０００９】以上より、制御棒の駆動力と位置検出が可
能となったので、制御棒駆動制御をするためのパラメー
タを得られたことになる。制御棒を駆動するときは３相
電源を制御棒駆動用外部磁石に印加し、位置を検出して
目的の位置に到達時に切替スイッチ３１にて３相交流電
源から直流電源に切り替える。こうすることで、駆動軸
１３にかかる回転力がなくなり、かつ制御棒駆動用外部
磁石２１の磁極が固定されるので制動力としても作用し
制御棒の駆動を停止することができる。停止後には駆動
軸には外部からの回転力がなくなるため、このままであ
ると制御棒の自重で駆動軸が回転してしまい制御棒が引
き抜けてしまう。
能となったので、制御棒駆動制御をするためのパラメー
タを得られたことになる。制御棒を駆動するときは３相
電源を制御棒駆動用外部磁石に印加し、位置を検出して
目的の位置に到達時に切替スイッチ３１にて３相交流電
源から直流電源に切り替える。こうすることで、駆動軸
１３にかかる回転力がなくなり、かつ制御棒駆動用外部
磁石２１の磁極が固定されるので制動力としても作用し
制御棒の駆動を停止することができる。停止後には駆動
軸には外部からの回転力がなくなるため、このままであ
ると制御棒の自重で駆動軸が回転してしまい制御棒が引
き抜けてしまう。
【００１０】これを防止するために、停止時にも一定の
直流電圧を印加し時間的な極性変化を起こさないように
する。こうすることで、内部磁石と外部磁石とが磁気的
に釣り合った回転角度で安定となり、制御棒の駆動を確
実に停止させることができる。
直流電圧を印加し時間的な極性変化を起こさないように
する。こうすることで、内部磁石と外部磁石とが磁気的
に釣り合った回転角度で安定となり、制御棒の駆動を確
実に停止させることができる。
【００１１】図４はこの時の３相交流電源と直流電源の
印加状態と制御棒の駆動速度との関連を示している。
「駆動開始」で直流電源から３相交流電源に切り替える
とその３相交流電源周波数に同期する速度（定格速度）
まで速度は上昇する。その状態で制御棒位置を監視し目
的の位置に到達したところで「制動開始」となる。この
「制動開始」で３相交流電源から直流電源へ切り替え、
制御棒駆動に制動がかかり速度が減少して停止する。停
止後も直流電源を印加し続けることで制御棒を保持す
る。
印加状態と制御棒の駆動速度との関連を示している。
「駆動開始」で直流電源から３相交流電源に切り替える
とその３相交流電源周波数に同期する速度（定格速度）
まで速度は上昇する。その状態で制御棒位置を監視し目
的の位置に到達したところで「制動開始」となる。この
「制動開始」で３相交流電源から直流電源へ切り替え、
制御棒駆動に制動がかかり速度が減少して停止する。停
止後も直流電源を印加し続けることで制御棒を保持す
る。
【００１２】図２，図３は制御棒駆動機構を詳しく図示
したものである。上記にて記述してきた内容と同じであ
るが、特徴は駆動軸１３に制御棒駆動用磁石２０，２１
と位置検出用のレゾルバ２２，２３が付いていて、それ
ぞれが圧力隔壁１４によって物理的に内部と外部に分け
られていることである。また、原子炉スクラム時には安
全系設備の水圧機構により中空ピストン１０から上部が
強制的に押し上げられ原子炉を停止することができる。
つまり、駆動軸１３の回転とは無関係にスクラム機能を
有することができる。
したものである。上記にて記述してきた内容と同じであ
るが、特徴は駆動軸１３に制御棒駆動用磁石２０，２１
と位置検出用のレゾルバ２２，２３が付いていて、それ
ぞれが圧力隔壁１４によって物理的に内部と外部に分け
られていることである。また、原子炉スクラム時には安
全系設備の水圧機構により中空ピストン１０から上部が
強制的に押し上げられ原子炉を停止することができる。
つまり、駆動軸１３の回転とは無関係にスクラム機能を
有することができる。
【００１３】図１の実施例では３相交流電源と直流電源
を切り替えて実施したが、インバータ技術を使用するこ
とで任意の電源電圧と周波数を得ることができる。従っ
て、インバータを使用すれば駆動軸の回転速度を任意に
設定できるので、制御棒を任意の速度で駆動することも
可能である。また、制御棒停止時の直流電圧もこのイン
バータでつくることが可能なため、直流電源を準備する
必要はない。
を切り替えて実施したが、インバータ技術を使用するこ
とで任意の電源電圧と周波数を得ることができる。従っ
て、インバータを使用すれば駆動軸の回転速度を任意に
設定できるので、制御棒を任意の速度で駆動することも
可能である。また、制御棒停止時の直流電圧もこのイン
バータでつくることが可能なため、直流電源を準備する
必要はない。
【００１４】この構造での問題点は隔壁が外部磁石と内
部磁石間の磁気的な結合力を弱めてしまう可能性がある
ことである。隔壁が磁性体の場合、内・外部磁石の発生
する磁力により磁性体である隔壁が磁化されてしまうた
め、内・外部磁石の磁力を妨げてしまうこととなる。従
って、磁気的に影響が少なく、かつ原子炉の高温・高圧
・高放射線環境下に耐えうる材質を選ぶことが必要であ
る。
部磁石間の磁気的な結合力を弱めてしまう可能性がある
ことである。隔壁が磁性体の場合、内・外部磁石の発生
する磁力により磁性体である隔壁が磁化されてしまうた
め、内・外部磁石の磁力を妨げてしまうこととなる。従
って、磁気的に影響が少なく、かつ原子炉の高温・高圧
・高放射線環境下に耐えうる材質を選ぶことが必要であ
る。
【００１５】
【発明の効果】本発明により、圧力隔壁の内部と外部間
を完全に隔離し原子炉の１次冷却水の漏洩を完全に遮断
でき、かつ制御棒駆動機構の構造を簡単化したえ上で制
御棒駆動を制御することができる。
を完全に隔離し原子炉の１次冷却水の漏洩を完全に遮断
でき、かつ制御棒駆動機構の構造を簡単化したえ上で制
御棒駆動を制御することができる。
【図１】本発明の一実施例を表す構成例を示す図であ
る。
る。
【図２】原子炉と制御棒駆動装置の関係を説明した断面
図である。
図である。
【図３】（ａ)及び(ｂ）は本発明の一実施例の制御棒駆
動装置の断面図及び同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示し
たものであ。
動装置の断面図及び同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示し
たものであ。
【図４】本発明の実施例の駆動速度パターンを示した特
性図である。
性図である。
１…原子炉圧力容器、２…制御棒、１０…中空ピスト
ン、１１…ボールネジ軸、１２…ボールナット、１３…
駆動軸、１４…圧力隔壁、２０…制御棒駆動用内部磁
石、２１…制御棒駆動用外部磁石、２２…レゾルバロー
タ、２３…レゾルバステータ、３０…制御装置、３１…
切替スイッチ。
ン、１１…ボールネジ軸、１２…ボールナット、１３…
駆動軸、１４…圧力隔壁、２０…制御棒駆動用内部磁
石、２１…制御棒駆動用外部磁石、２２…レゾルバロー
タ、２３…レゾルバステータ、３０…制御装置、３１…
切替スイッチ。
Claims (3)
- 【請求項１】原子力発電所の制御棒駆動機構において、
制御棒駆動軸に取り付けられた永久磁石と、この軸を含
む原子炉１次冷却系を隔離する圧力隔壁と、この圧力隔
壁の外部に設置した電磁石とを有し、外部の電磁石に交
流電圧を印加し駆動軸に取り付けられた永久磁石に回転
磁界を作用による発生トルクで回転力を生じさせ、その
ことによって制御棒駆動軸を回転し制御棒を駆動するこ
とを特徴とする制御棒駆動制御装置。 - 【請求項２】上記請求項１において、駆動軸に設置した
ロータが回転することで圧力隔壁の外に設置したステー
タに誘起される出力電圧から駆動軸の回転角を検出する
レゾルバを使用して制御棒位置を検出し、制御棒の位置
制御を行うことを特徴とする制御棒駆動制御装置。 - 【請求項３】上記請求項１又は２において、可変電圧可
変周波数装置を隔壁外部の電磁石に接続し任意の周波数
を印加することで、駆動軸を任意の速度で回転させ制御
棒を任意の速度で駆動することができることを特徴とす
る制御棒駆動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11059734A JP2000258577A (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | 制御棒駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11059734A JP2000258577A (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | 制御棒駆動制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000258577A true JP2000258577A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=13121749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11059734A Pending JP2000258577A (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | 制御棒駆動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000258577A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105289450A (zh) * | 2014-06-25 | 2016-02-03 | 安徽扬子化工有限公司 | 一种化学工业试剂生产反应釜 |
| JP2017502308A (ja) * | 2013-10-31 | 2017-01-19 | ジョイント ストック カンパニー“アクメ−エンジニアリング” | 非常用安全ロッドの駆動装置 |
| JP2017063204A (ja) * | 2011-09-16 | 2017-03-30 | パーシモン テクノロジーズ コーポレイションＰｅｒｓｉｍｍｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｃｏｒｐ． | パッシブローターによるロボットの駆動 |
-
1999
- 1999-03-08 JP JP11059734A patent/JP2000258577A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017063204A (ja) * | 2011-09-16 | 2017-03-30 | パーシモン テクノロジーズ コーポレイションＰｅｒｓｉｍｍｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｃｏｒｐ． | パッシブローターによるロボットの駆動 |
| JP2017502308A (ja) * | 2013-10-31 | 2017-01-19 | ジョイント ストック カンパニー“アクメ−エンジニアリング” | 非常用安全ロッドの駆動装置 |
| US10204711B2 (en) * | 2013-10-31 | 2019-02-12 | Joint Stock Company “Akme-Engineering” | Control rod drive includes an electric drive and a toothed rack |
| CN105289450A (zh) * | 2014-06-25 | 2016-02-03 | 安徽扬子化工有限公司 | 一种化学工业试剂生产反应釜 |
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