JP2006308385A - 制御棒位置検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、原子力圧力容器内に挿入された制御棒の位置を検出できなくなる事態を防止及び予防できる制御棒位置検出装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の制御棒位置検出装置は、原子力圧力容器１内に挿入された制御棒４に取り付けられ、制御棒４と共に可動する永久磁石１０と、原子力圧力容器１内に設けられ、該永久磁石１０の磁束により動作すると共に制御棒の挿入方向に沿って一定間隔で設けられた多数のリードスイッチ機構３１とを備えている。各リードスイッチ機構３１は制御棒４の挿入方向に沿って互いに重なるよう設置された一対のリードスイッチ１３，１４を有し、一対のリードスイッチ１３，１４は共通の配線１１に接続されている。また、共通の配線１１はリードスイッチ１３，１４からの信号に基づいて制御棒４の位置を検出する検出部４１に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉圧力容器内に配置される制御棒位置検出装置に関する。
軽水炉としての沸騰水型原子炉の概略構成を図５により説明する。原子炉圧力容器１内に多数の燃料集合体２が装荷されて炉心３が構成され、炉心３に対して制御棒４を制御棒駆動機構５により下方から個々に挿入又は引き抜き操作することにより炉心３の出力制御が行われる。制御棒駆動機構５は原子炉圧力容器１の下部鏡板に複数配設された制御棒駆動機構ハウジング６内に下方から挿入されて固定される。
従来の制御棒位置検出装置は、図６に示すように、制御棒駆動機構内のインディケータチューブ７の中に設けられており、内部には一定間隔で磁力により開閉するリードスイッチ８が固定されている。制御棒駆動機構のドライブピストン９内にはリングマグネット１０が設けられ、ドライブピストン９の上下に伴いリングマグネット１０が移動し、リングマグネット１０と対応位置にあるリードスイッチ８がこのリングマグネット１０により励磁されて導通し、この導通信号により、制御棒の位置を検出する。
しかしながら、制御棒位置検出装置に使用されるリードスイッチの内部には、製造時に異物が入る可能性があり、この異物が接点間に挟まり導通不能となることがある。また、リードスイッチは磁性体製のリード２枚を一定間隔離してガラス管内に封入したものであるため、制御棒位置検出装置の取り扱い時に衝撃を与えると、リード間の距離が変化することにより感度が変化することがある。また、ガラス管にひびが入り内部の不活性ガスが漏れることによりリードの接点部分が酸化し、このことにより、接触抵抗が増加して導通不能となることがある。このような場合、制御棒の位置を検出することができなくなる。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、上述したような原因で生じる制御棒の位置を検出できなくなる事態を防止及び予防できる制御棒位置検索装置を提供することを目的とする。
本発明は、原子力圧力容器内に挿入された制御棒に取り付けられ、制御棒と共に可動する永久磁石と、原子力圧力容器内に設けられ、該永久磁石の磁束により動作すると共に制御棒の挿入方向に沿って一定間隔で設けられた多数のリードスイッチ機構とを備え、各リードスイッチ機構は制御棒の挿入方向に沿って互いに重なるよう設置された一対のリードスイッチを有し、一対のリードスイッチは配線を介して検出部に接続され、リードスイッチからの信号に基づいて、検出部により制御棒の位置を検出することを特徴とする制御棒位置検出装置である。
本発明は、さらに、各リードスイッチは、各々動作距離を有し、各リードスイッチの動作距離は互いに重複する重複部と、重複しない非重複部と、を有することを特徴とする制御棒位置検出装置である。
本発明は、さらに、前記検出部は、前記リードスイッチ機構を構成する何れか一方のリードスイッチが故障した場合に、動作距離の変化により当該リードスイッチの故障を検出することを特徴とする制御棒位置検出装置である。
本発明は、さらに、前記リードスイッチ機構の各リードスイッチに抵抗部が直列に接続されていることを特徴とする制御棒位置検出装置である。
本発明は、さらに、前記検出部は、前記リードスイッチ機構を構成する何れか一方のリードスイッチが故障した場合に、抵抗値の変化により当該リードスイッチの故障を検出することを特徴とする制御棒位置検出装置である。
本発明は、さらに、前記リードスイッチ機構の各リードスイッチは、各々独立の配線に接続されていることを特徴とする制御棒位置検出装置である。
本発明は、さらに、前記リードスイッチ機構の各リードスイッチは共通の配線を介して検出部に接続されていることを特徴とする制御棒位置検出装置である。
本発明の制御棒位置検出装置によれば、２個あるリードスイッチの何れか一方が故障しても制御棒位置が不明となる事は無い。また、当該故障したリードスイッチを特定できるため、原子炉定検時に当該故障したリードスイッチを修理することにより、制御棒の位置が不明になることを未然に防止できる。
第１の実施形態
以下、本発明に係る制御棒位置検出装置の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１及び図２は本発明の第１の実施形態を示す図である。
本発明による制御棒位置検出装置は、図１に示すように、原子力圧力容器１（図５参照）内に挿入された制御棒４の位置を検出するものである。この制御棒検出装置は、制御棒４に取り付けられたドライブピストン９に設けられ、制御棒４と共に可動するリングマグネット（永久磁石）１０と、原子力圧力容器１内に設けられ、リングマグネット（永久磁石）１０の磁束により動作すると共に制御棒４の挿入方向に沿って一定間隔で設けられた多数のリードスイッチ機構３１とを備えている。
このうち、多数のリードスイッチ機構３１は原子炉圧力容器１内に配置されたインディケータチューブ７内に収納配置されている。
また、各リードスイッチ機構３１は制御棒４の挿入方向に沿って互いに重なるよう設置された一対のリードスイッチ１３，１４を有し、一対のリードスイッチ１３、１４は共通の配線１１を介してコネクタ１２に接続されている。さらに、コネクタ１２には、リードスイッチ１３、１４からの信号に基づいて制御棒４の位置を検出する検出部４１が接続されている。
なお、図１に示すように、リードスイッチ１３及びリードスイッチ１４の中間位置が従来型制御棒位置検出装置のリードスイッチ取り付け中心位置となる。
図１に示すように、各リードスイッチ機構３１の一対のリードスイッチ１３、１４に対して配線１１と外部配線とを接続するためのコネクタ１２が１セット設けられ、各々のリードスイッチ機構３１は１系統の検出部４１に接続されている。
次に、このような構成からなる本実施形態の作用について述べる。
図１において、原子炉圧力容器１内に制御棒４が挿入され、制御棒４の位置が調整されて原子炉内のエネルギーが調整される。
この間、リードスイッチ機構３１の制御棒４の挿入位置に応じて、リングマグネット１０に対応する一対のリードスイッチ１３、１４が作動する。
リードスイッチ１３、１４からの信号が配線１１を経て検出部４１に送られ、この検出部４１により制御部４の挿入位置が検出される。
この場合、各々のリードスイッチ機構３１のうち、リードスイッチ１３、１４の何れか一方のリードスイッチに故障が発生した場合でも、図１に示すように、リードスイッチ機構３１を構成するリードスイッチ１３とリードスイッチ１４とが並列に設けられているため、制御棒の位置が不明になることは無い。
また、後に詳述する方法により、故障したリードスイッチ１３、１４を特定することができるので、原子炉定検時に当該故障したリードスイッチ１３、１４を修理することができ、制御棒の位置が不明になることを未然に防止できる。
次に図２により、リードスイッチ機構３１のリードスイッチ１３、１４の何れか一方のリードスイッチが故障した場合における故障したリードスイッチの特定方法について述べる。
図２において、リードスイッチ１３及びリードスイッチ１４に故障が発生していない正常状態でのリードスイッチ機構３１の動作距離は正常動作距離１５となる。また、リードスイッチ１３に故障が発生した状態でのリードスイッチ機構３１の動作距離は動作距離１７となり、リードスイッチ１４に故障が発生した状態でのリードスイッチ機構３１の動作距離は動作距離１６となる。ここで、リードスイッチ１３に故障が発生した状態でのリードスイッチ機構３１の動作距離はリードスイッチ１４単独での動作距離となり、リードスイッチ１４に故障が発生した状態でのリードスイッチ機構３１の動作距離はリードスイッチ１３単独での動作距離となる。
ここで、各リードスイッチ１３、１４の動作距離にはばらつきがあるので、図２に示すように、リードスイッチ１３とリードスイッチ１４の各リードスイッチの制御棒挿入方向の動作距離が、互いに重複する重複部５１と重複しない非重複部５２とを有するようにリードスイッチ１３とリードスイッチ１４が設けられている。この場合、リードスイッチ機構３１の正常動作距離１５が、リードスイッチ１３単体の最大動作距離及びリードスイッチ１４単体の最大動作距離よりも大きくなるようにリードスイッチ１３とリードスイッチ１４とがずらして設けられている。
図２に示すように、リードスイッチ機構３１の正常動作距離１５は、リードスイッチ１３の動作距離１６とリードスイッチ１４の動作距離１７の両動作距離によりカバーされる範囲にまで及び、リードスイッチ１３、１４の何れか一方のリードスイッチに故障が発生した場合のリードスイッチ機構３１の動作距離は、動作距離１６又は動作距離１７となり、短くなる。そのため、例えば、リードスイッチ１３が故障した場合、検出部４１がリードスイッチ機構３１の正常動作距離１５が動作距離１７に変化したことを検出することができる。このことより、検出部４１は制御部４の位置を検出するだけでなく、リードスイッチ機構３１の一方のリードスイッチ１３の故障をも検知することができる。そのため、原子炉定検時に故障したリードスイッチ１３を修理でき、制御棒４の位置が不明になることを未然に防止できる。
ここで、リードスイッチ１３，１４の動作距離は、制御棒駆動機構を動作させたときのリードスイッチ１３，１４の動作時間（閉動作している時間）に基づいて求めることができる。つまり、制御棒駆動機構の駆動速度をＳmm/sec、リードスイッチ１３，１４の動作距離をＤmmとすると、動作時間ｔ＝Ｄ／Ｓsecとなり、この動作時間を測定することにより動作距離を求めることができる。例えば、リードスイッチ１３とリードスイッチ１４が正常動作しているときの正常動作時間はｔｓ＝Ｄｓ／Ｓsecとなり、リードスイッチ１３が故障を起こした場合の動作時間はｔｂ＝Ｄｂ／Ｓsecとなる。
従って、正常時に各リードスイッチ１３，１４の動作時間を測定、記録しておいて、各々のリードスイッチ１３，１４についての動作距離を求め、求めておいた正常時のリードスイッチ１３，１４の動作距離と、制御棒駆動機構動作時でのリードスイッチ１３，１４動作時間から求めたリードスイッチ１３，１４の動作距離とを比較することにより、リードスイッチ１３，１４の故障発生の有無を確認することが出来る。
第２の実施形態
次に図３により本発明の第２の実施形態について説明する。図３に示す第２の実施形態は、抵抗部２０（抵抗値Ｒ１）をリードスイッチ１３に直列に接続させ、抵抗部２１（抵抗値Ｒ２）をリードスイッチ１４に直列に接続させたものであり、他は図１及び図２に示す第１の実施形態と略同一である。
ただし、第１の実施形態と異なり、リードスイッチ１３、１４の制御棒挿入方向への各動作距離が、互いに重複する重複部５１と、重複しない非重複部５２とを有するようにリードスイッチ１３、１４を設ける必要はない（図２参照）。
図３に示す第２の実施形態において、図１及び２に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図３に示すように、リードスイッチ機構３１を構成するリードスイッチ１３とリードスイッチ１４が並列に設けられているため、リードスイッチ１３、１４の何れか一方のリードスイッチに故障が発生した場合でも、制御棒４の位置が不明になることは無い。
図３において、リードスイッチ１３、１４に故障が発生していない状態でのリードスイッチ機構３１の抵抗値は１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）Ωとなり、例えば、リードスイッチ１３が故障した場合にはリードスイッチ機構３１の抵抗値はＲ２Ωとなるので、検出部４１においてリードスイッチ機構３１の抵抗値が１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）ΩからＲ２Ωへと変化したことを検出することができ、リードスイッチ機構３１の一方のリードスイッチ１３の故障を検知することができる。このため、故障したリードスイッチ１３を原子炉定検時に修理でき、制御棒の位置が不明になることを未然に防止できる。
第３の実施形態
次に図４により第３の実施形態について説明する。図４に示す第３の実施形態は、リードスイッチ機構３１のリードスイッチ１３が配線１１を介してコネクタ１２と接続され、リードスイッチ１４が配線２３を介してコネクタ２４に接続されるものであり、他は図１及び図２に示す第１の実施形態と略同一である。ただし、第１の実施形態と異なり、リードスイッチ１３、１４の制御棒挿入方向への各動作距離が、互いに重複する重複部５１と、重複しない非重複部５２とを有するようにリードスイッチ１３、１４を設ける必要はない（図２参照）。
図４に示す第３の実施形態において、図１及び２に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図４に示すように、制御棒位置検出装置に接続される検出部は２系統となっているため、リードスイッチ１３、１４の何れか一方のリードスイッチに故障が発生した場合でも、制御棒４の位置が不明になることは無い。
図４において、リードスイッチ１３による信号は検出部４１で検出され、リードスイッチ１４による信号は検出部４２で検出される。そのため、例えば、リードスイッチ１３が故障した場合には、リードスイッチ１３による信号を検出部４１で検出することができなくなるので、リードスイッチ１３の故障を検知できる。このため、原子炉定検時に故障したリードスイッチ１３を修理でき、制御棒４の位置が不明になることを未然に防止できる。
本発明の第１の実施形態に係る制御棒位置検出装置の形態を示す縦断面図。 各リードスイッチの動作距離を示す模式図。 本発明の第２の実施形態に係る制御棒位置検出装置を示す縦断面図。 本発明の第３の実施形態に係る制御棒位置検出装置を示す縦断面図。 沸騰水型原子炉を概略的に示す構成図。 制御棒駆動機構の全体を示す縦断面図。
符号の説明
１ 原子炉圧力容器
２ 燃料集合体
３ 炉心部
４ 制御棒
５ 制御棒駆動機構
６ 駆動機構ハウジング
７ インディケータチューブ
８ リードスイッチ
９ ドライブピストン
１０ リングマグネット
１１ 配線
１２ コネクタ
１３、１４ リードスイッチ
１５ リードスイッチ機構の動作距離
１６、１７ リードスイッチの動作距離
２０、２１ 抵抗部
２３ 配線
２４ コネクタ
３１ リードスイッチ機構
４１、４２ 検出部
５１ 重複部
５２ 非重複部

Claims (7)

  1. 原子力圧力容器内に挿入された制御棒に取り付けられ、制御棒と共に可動する永久磁石と、
    原子力圧力容器内に設けられ、該永久磁石の磁束により動作すると共に制御棒の挿入方向に沿って一定間隔で設けられた多数のリードスイッチ機構とを備え、
    各リードスイッチ機構は制御棒の挿入方向に沿って互いに重なるよう設置された一対のリードスイッチを有し、
    一対のリードスイッチは配線を介して検出部に接続され、
    リードスイッチからの信号に基づいて、検出部により制御棒の位置を検出することを特徴とする制御棒位置検出装置。
  2. 各リードスイッチは、各々動作距離を有し、
    各リードスイッチの動作距離は互いに重複する重複部と、重複しない非重複部と、
    を有することを特徴とする請求項１記載の制御棒位置検出装置。
  3. 前記検出部は、前記リードスイッチ機構を構成する何れか一方のリードスイッチが故障した場合に、動作距離の変化により当該リードスイッチの故障を検出することを特徴とする請求項２記載の制御棒位置検出装置。
  4. 前記リードスイッチ機構の各リードスイッチに抵抗部が直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の制御棒位置検出装置。
  5. 前記検出部は、前記リードスイッチ機構を構成する何れか一方のリードスイッチが故障した場合に、抵抗値の変化により当該リードスイッチの故障を検出することを特徴とする請求項４記載の制御棒位置検出装置。
  6. 前記リードスイッチ機構の各リードスイッチは、各々独立の配線に接続されていることを特徴とする請求項１記載の制御棒位置検出装置。
  7. 前記リードスイッチ機構の各リードスイッチは共通の配線を介して検出部に接続されていることを特徴とする請求項１記載の制御棒位置検出装置。
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