JP2009097909A - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】スクラム配管の破断時における制御棒の炉心からの引き抜きを阻止できる制御棒駆動機構を提供する。
【解決手段】ＣＲＤ１は、アウターチューブ５の下端部に設けられるフランジ１３内にボールチェック弁１４を設置している。ボールチェック弁１４は、フランジ１３内に形成された弁流路１８を有し、ボール１５、円筒状のリテーナ１６及び棒状のボール支持部材１７を弁流路１８内に配置する。フランジ１３に取り付けられるスクラム配管２２が弁流路１８の上端部に連絡される。弁流路１８の下端部に連絡される下部開口部２７は下部流路２０によりアウターチューブ５内に連絡される。下部開口部２７の中心に棒状のボール支持部材１７が配置される。リテーナ１６内に配置されるボール１５は、ボール支持部材１７の上端で支持されるので、下部開口部２７の上部角部に着座せず、その上部角部に固着することはない。
【選択図】図２

Description

本発明は、制御棒駆動機構に係り、特に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に適用するのに好適な制御棒駆動機構に関する。

ＢＷＲは、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）の底部に設けられる制御棒駆動機構ハウジング（以下、ＣＲＤハウジングという）内に、制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤという）を設置している。ＣＲＤは、制御棒をＲＰＶ内に配置された炉心内に出し入れする操作を行う。

ＣＲＤは、特開２００７−４０７２８号公報の図２１に記載されているように、アウターチューブを有し、このアウターチューブ内にガイドチューブを設置している。ボールナット及びボールナットに取り付けられて上方に延びる中空ピストンが、ガイドチューブ内に配置される。中空ピストンの上端部が制御棒に連結される。中空ピストン内に配置されるボールスピンドルがボールナットと噛み合っている。ボールスピンドルは電動機によって回転される。ボールナットは、ボールスピンドルの回転によって上下動し、中空ピストンを上下動させる。これにより、制御棒が炉心に出し入れされ、原子炉出力が制御される。

アウターチューブの下端部に設けられるフランジがＣＲＤハウジングに取り付けられ、ＣＲＤがＲＰＶに保持される。ボールチェック弁がこのフランジ内に設けられている。スクラム配管が、フランジに取り付けられ、ボールチェック弁内の流路（弁流路という）に接続される。この弁流路は、中央流路及び下部流路によりアウターチューブ内に連絡される。

通常時には、スクラム配管から供給されるパージ水が、ボールチェック弁を介し中央流路を通ってアウターチューブ内に導かれる。このとき、ボールチェック弁のボールが下部流路の開口部の角部（以下、下部着座面という）の全周に亘って押し付けられ、パージ水は下部流路内に流入しない。制御棒の緊急挿入時には、アキュムレータからの高圧駆動水が、スクラム配管を通ってフランジ内流路に流入し、中央流路からアウターチューブ内に供給される。アウターチューブ内に供給された高圧駆動水は、中空ピストンを上方に向かって急速に移動させる。制御棒が炉心に急速挿入され、原子炉がスクラムされる。このときも、ボールは下部着座面に押し付けられる。

スクラム配管が破断した場合には、アウターチューブ内の水が中央流路を介してスクラム配管の破断口から流出する。このため、アウターチューブ内で中空ピストンに下方より作用する圧力が中空ピストンに上方より作用する圧力も低くなり、中空ピストンが下方に押し下げられ、制御棒が炉心から引き抜かれる可能性がある。しかしながら、ボールチェック弁のボールは、ボールの上方の圧力がボールの下方の圧力よりも低下するため、上方に向かって押し上げられる。ボールは、スクラム配管に連絡される、弁流路の上部開口部の角部（以下、上部着座面という）に下方より押し付けられ、スクラム配管の破断口からの水の流出が防止される。この結果、制御棒の炉心からの引き抜きが阻止される。

特開２００７−４０７２８号公報

通常時及び制御棒の緊急挿入時に下部着座面に押し付けられているボールが、万が一、その着座面に固着した場合を想定する。この状態で、スクラム配管の破断が生じたとき、ボールが上部着座面に押し付けられないので、スクラム配管の破断口からの水の流出を阻止することができない。

本発明の目的は、スクラム配管の破断時における制御棒の炉心からの引き抜きを阻止できる制御棒駆動機構を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、下端部にフランジを有するハウジングと、前記ハウジング内に配置されて水圧により制御棒を上昇させるピストン装置と、前記ハウジング内に形成され、前記ピストン装置に前記水圧を加える駆動水を導く第１通路と、前記ハウジング内に設けられて前記第１通路の第１開口部に連絡され、前記ハウジング内の水が前記第１通路に向かって逆流するときに前記第１開口部を塞ぐボールを有するボールチェック弁と、前記ボールチェック弁に開口する第２開口部を有し、前記駆動水を前記ハウジング内に導く第２通路と、前記第２開口部よりも下方で前記ボールチェック弁に開口する第３開口部を有し、前記逆流時に前記ボールを押し上げる前記ハウジング内の前記水が流れる第３通路と、前記フランジ内に設けられ、前記ボールと前記第３開口部を形成する構造部材との間に隙間を形成するように前記ボールを支持するボール支持部材とを備えたことにある。

ボール支持部材がボールチェック弁のボールを第３開口部を形成する構造部材との間に隙間を形成するように支持しているので、原子炉の運転時においてボールが第３開口部を封鎖することを避けることができる。このため、ボールが、第３開口部を形成する構造部材（例えばフランジの構造部材）に固着することを回避できる。第１通路に連絡される駆動水供給管が破断してハウジング内の水が第１開口部に向って逆流するとき、ボールによって第１開口部を確実に封鎖することができるので、制御棒の炉心からの引き抜きを阻止することができる。

ボール支持部材を設ける替りにボールチェック弁のボールを中空にすることによっても、ボールが、第３開口部を形成するフランジ構造部材に固着することを回避できる。このため、駆動水供給管の破断時において、制御棒の炉心からの引き抜きを阻止することができる。

本発明によれば、スクラム配管の破断時において制御棒が炉心から引き抜きかれることを阻止することができる。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の制御棒駆動機構（ＣＲＤ）を、図１〜図３を用いて説明する。本実施例のＣＲＤ４は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に適用され、アウターチューブ（ハウジング）５、ガイドチューブ６、ボールナット７、ボールスピンドル（回転軸）８、中空ピストン（ピストン手段）９、電動機ユニット１０、フランジ１３及びボールチェック弁１４を備えている。

ＣＲＤ４は、ＢＷＲのＲＰＶ１の底部に設けられるＣＲＤハウジング２に取り付けられる。ＣＲＤハウジング２は、ＲＰＶ１の底部を貫通しており、その底部よりも下方に伸びている。アウターチューブ５はＣＲＤハウジング２内に配置される。アウターチューブ５の下端に設けられるフランジ１３が、スプールピース１２のフランジとＣＲＤハウジング２の下端部に設けられるフランジ２３の間に配置される。これら３つのフランジはボルト３０によって結合される。これによって、アウターチューブ５はＣＲＤハウジング２に取り付けられる。ガイドチューブ６がアウターチューブ５内に配置されている。ボールナット７、ボールスピンドル８及び中空ピストン９は、ガイドチューブ６内に配置される。ボールナット７は、アウターチューブ５の軸方向に伸びるボールスピンドル８と噛み合っている。中空ピストン９がボールナット７の上面に置かれている。ボールスピンドル８は中空ピストン９内に形成される細長い孔部内に挿入されている。中空ピストン９の上端部は、ＲＰＶ１内に達しており、制御棒３に着脱自在に連結されている。

電動機ユニット１０がスプールピース１２に取り付けられ、電動機ユニット１０に回転軸２６によって連結されるアウター電磁カップリング２４はスプールピース１２の外側に配置されている。インナー電磁カップリング２５が、スプールピース１２内に配置され、スプールピース１２を間に挟んでアウター電磁カップリング２４に向き合っている。回転軸１１はインナー電磁カップリング２５に連結される。

ボールチェック弁１４がフランジ１３内に設けられる。ボールチェック弁１４の詳細構成を図２及び図３を用いて説明する。ボールチェック弁１４は、金属製である中実のボール１５、側壁に複数の貫通孔を有する円筒状のリテーナ（筒状体）１６及び棒状のボール支持部材１７を有する。ボールチェック弁１４は、フランジ１３をケーシングとして利用し、フランジ１３内に形成された弁流路１８を有する。弁流路１８は、フランジ１３内に形成された水導入通路（第１通路）２１を介してスクラム配管２２に連絡され、中央流路（第２通路）１９を介してアウターチューブ５内に連絡される。水導入通路２１の開口部（第１開口部）は弁流路１８に開口し、中央流路１９の開口部（第２開口部）も弁流路１８に開口している。アウターチューブ５内に連絡される下部流路（第３通路）２０は、下部開口部２７を介して弁流路１８に連絡される。ボール１５を支持するボール支持部材１７は、下部開口部２７の中心線上に配置され、その下端が下部流路２０の内面のうち下側に位置する部分に設置されている。ボール支持部材１７の上端は、弁流路１８の、リテーナ１６の下端が接触する下端面よりも上方に位置している。ボール１５はリテーナ１６内に配置されている。

原子炉の起動時等における原子炉出力の上昇は、ＲＰＶ１内の炉心から制御棒３を引き抜くことによって行われる。制御棒の引き抜きは、電動機ユニット１０を回転させることによって行われる。電動機ユニット１０の回転力は、回転軸２６及びアウター電磁カップリング２４に伝えられる。アウター電磁カップリング２４の回転によって、インナー電磁カップリング２５が回転し、回転軸１１及びボールスピンドル８が例えば正回転する。ボールナット７は、ボールスピンドル８の正回転によって、下方に移動する。ボールナット７は、ガイドチューブ６の内面に形成されて軸方向に伸びるガイドレールによって、回転運動が拘束され、ガイドチューブ６の軸方向への移動が許容される。ボールナット７の下降に伴って制御棒３が炉心から引き抜かれ、原子炉出力が上昇する。原子炉出力を低下させる場合は、電動機ユニット１０の逆回転によってボールスピンドル８を逆回転させ、ボールナット７を上昇させる。

ＢＷＲの通常運転時では、復水貯蔵タンク（図示せず）からのパージ水が、スクラム配管２２から水導入通路２１を介して弁流路１８内に流入する。このパージ水は、中央流路１９を通ってアウターチューブ５内に供給される。弁流路１８内を下降するパージ水の流れによって、ボール１５はボール支持部材の上端に押し付けられる。しかしながら、ボール支持部材の上端は前述したように弁流路１８の下端面よりも上方に位置しているので、下部開口部２７はボール１５によって封鎖されることはない。弁流路１８内に流入したパージ水の一部は、下部開口部２７を通って下部流路２０内に流入し、アウターチューブ５内に導かれる。

地震等により原子炉を緊急停止する必要が生じたとき、アキュムレータ（図示せず）内の高圧水（駆動水）がスクラム配管２２を通って弁流路１８内に供給される。この高圧水は、中央流路１９を通ってアウターチューブ５内に供給され、その高圧水の一部が下部流路２０を通ってアウターチューブ５内に導かれる。これらの高圧水の作用により、ボールナット７の上面に置かれている中空ピストン９がボールナット７から離れて急速に上昇し、制御棒３が炉心内に緊急挿入される。原子炉はスクラムされる。高圧水が弁流路１８内に供給されても、ボール支持部材１７の作用によりボール１５が下部開口部２７を封鎖することはない。その高圧水が弁流路１８内に供給されると同時に、電動機ユニット２０が駆動され、ボールナット７の上面が中空ピストン９の下端面に接触するまで、ボールナット７を上昇させる。その後、中空ピストン９はボールナット７によって支持される。制御棒３の自重が中空ピストン９を介してボールナット７に加わりボールスピンドル８が回転して制御棒３が下降する現象は、制御棒３が炉心軸方向の所定位置に保持されている状態では電磁ブレーキ（図示せず）によりボールスピンドル８の回転が阻止されるので、起こりえない。

万が一、スクラム配管２２が破断した場合、弁流路１８内の圧力、すなわち、ボール１５より上方の圧力が急激に減少する。このため、アウターチューブ５内の高圧の水が、中央流路１９を通って弁流路１８内に逆流し、スクラム配管２２の破断箇所からスクラム配管２２の外部に流出する。弁流路１８内ではボール１５より上方の圧力がボール１５より下方の圧力よりも低下するので、ボール１５は上方に向って移動する。下部流路２０から弁流路１８内にアウターチューブ５内の高圧の水が流入するので、ボール１５は急速に上昇して水導入通路２１の開口部を封鎖する。この結果、アウターチューブ５内の水がスクラム配管２２の破断口から流出することを防止することができる。したがって、スクラム配管２２の破断時に電磁ブレーキが故障した場合においても、制御棒３が炉心から引き抜かれることを阻止することができる。

本実施例は、ＢＷＲの通常運転時における弁流路１８内へのパージ水の供給によっても、ボール１５がボール支持部材１７の上端と接触するので、ボール１５が下部開口部２７の周囲に存在する構造部材（フランジ１３の構造部材）の上部角部（以下、下部開口部２７の上部角部という）に着座することを防止することができる。すなわち、ボール１５は接触面積が小さいボール支持部材１７の上端面と接するので、ボール１５とその構造部材の上部角部との間に隙間が形成され、ボール１５とその上部角部との固着の可能性を解消することができる。また、ボール１５とボール支持部材１７の固着も、ボール１５とボール支持部材１７が点接触であるため、防止することができる。すなわち、本実施例ではボール支持部材１７の上端面は平面であるため、ボール１５とボール支持部材１７の上端面の接触は点接触になる。したがって、スクラム配管２２が破断した場合に水導入通路２１の開口部をボール１５によって確実に封鎖することができる。ボール支持部材１７は、少なくともボール１５と接触する先端部が下部開口部２７の中心線上に位置していればよい。

ボール支持部材１７の上端部は上に凸になっている球面にしてもよい。ボール支持部材１７の上端部が球面になっている場合には、ボール支持部材１７によるボール１５の支持がより不安定になる。このため、ボール１５の固着がさらに起きづらくなる。

ボール支持部材１７の上端は、ボール１５がボール支持部材１７に接触している状態でボール１５と下部開口部２７の上部角部の間に隙間が形成されるという条件の下で、弁流路１８の下端面よりも下方に位置させることも可能である。このようにボール支持部材１７の上端を位置させることによっても、ボール１５の下部開口部２７の上部角部への固着が発生しない。本実施例は、スクラム配管２２の判断時において、スクラム配管２２へのアウターチューブ５内の水の流出をボール１５により確実に阻止することができる。

ボール支持部材１７は、下部開口部２７の中心から偏心した位置に配置することも可能である。このようにボール支持部材１７が偏心して配置された場合には、ボール１５はボール支持部材１７上の一点とリテーナ１６の内面上の一点で支持される。ボール支持部材１７が偏心して配置されることによって、ボール支持部材１７によるボール１５の支持が不安定になる。このため、ＢＷＲの通常運転時に弁流路１８内に供給されるパージ水の流れにより、ボール１５がボール支持部材１７の周囲を回転しやすくなり、ボール１５の固着が生じない。少なくともボール支持部材１７のボール１５と接触する先端部が、下部開口部２７の中心から偏心した位置に配置されていればよい。

ボール支持部材１７を設けないで、下部開口部２７の上部角部に複数の傾斜した切り欠きを形成し、これらの切り欠き間にそれぞれ突起部を形成し、これらの突起部にボール１５を着座させることも可能である。しかしながら、下部開口部２７の上部角部に上記のように複数の突起部を形成した場合には、ボール１５は、最少で２つの突起部とリテーナ１６の内面の３点に接触して支持される。また、ボール１５がそれらの突起部上に着座した場合、ボール１５が移動する自由度が小さくなり、ボール支持部材１７を偏心させて配置した場合に比べてボール１５がそれらの突起部と固着しやすくなる。

上記した実施例のＣＲＤ４は、スプールピース１２を設けて電動ユニット１０の回転力をボールスピンドル８に伝える回転軸を分割し、アウターチューブ５ナイト外部との気密性を高める構造を有している。しかしながら、ＣＲＤ４に適用されているボールチェック弁１４及びボール支持部材１７の構成は、電動ユニット１０の回転力をボールスピンドル８に伝える１本の回転軸を有し、この回転軸の周囲に軸封構造でシールを施した構造を有するＣＲＤに適用することもできる。

本発明の他の実施例である実施例２のＣＲＤを、図４を用いて以下に説明する。本実施例のＣＲＤ１Ａは、実施例１のＣＲＤ１において、ボール支持部材１７の替りにボール支持部材１７Ａを用いた構成を有する。ＣＲＤ１ＡもＢＷＲに適用される。ボール支持部材１７Ａは、実施例１のように下部流路２０の内面ではなく、リテーナ１６の下端部でその内面に取り付けられている。ボール支持部材１７Ａは、リテーナ１６の内面から水平方向で下部開口部２７の中心線まで延びる水平部３１及び下部開口部２７の中心線に沿って上方に伸びる垂直部３２を有するＬ字上の棒部材である。ＢＷＲの通常運転時において、ボール１５はボール支持部材１７Ａの垂直部３２の上端に接触している。このため、実施例１と同様に、ボール１５と下部開口部２７の上部角部の間に隙間が形成されるので、ボール１５はその上部角部に固着しない。

したがって、本実施例も、スクラム配管２２の破断時において、制御棒３が炉心から引抜かれることを阻止することができる。

本発明の他の実施例である実施例３のＣＲＤを、図５を用いて以下に説明する。本実施例のＣＲＤ１Ｂは、実施例１のＣＲＤ１において、ボール支持部材１７を削除し、ボール１５を金属製である中空のボール１５Ａに替えた構成を有する。ボール１５Ａは、弁流路１８内でリテーナ１６内に配置され、内部に密封された空間２８を有する。

ＢＷＲの通常運転時では、前述したように、パージ水が、スクラム配管２２から弁流路１８内に供給され、中央流路１９及び下部流路２０を通ってアウターチューブ５内に導入される。ボール１５Ａは、内部が中空になっている関係上、パージ水が弁流路１８内に供給されても、浮遊し、弁流路１８の下端面と上端面との間に位置している。このため、パージ水が供給されている状態でボール１５Ａは下部開口部２７の上部角部に着座しない。したがって、ボール１５Ａは、下部開口部２７の上部角部に固着することはない。原子炉をスクラムさせる事象が発生したとき、実施例１と同様に、アキュムレータから高圧水が、スクラム配管２２を介して弁流路１８内に導かれ、中央流路１９を通ってアウターチューブ５内に供給される。これにより、中空ピストン９が急速に上昇し、制御棒３が炉心に急速に挿入される。ボール１５Ａは、下部開口部２７の上部角部に押し付けられる。この場合には、実施例１で述べたように、電動機ユニット１０が駆動されてボールナット７が上昇し、中空ピストン９の下端面がボールナット７の上端面と接触して中空ピストン９はボールナット７により支持される。その後、スクラム配管２２を通しての高圧水の供給が停止されるので、ボール１５Ａは上記の上部角部から離れて浮上する。

本実施例において、万が一、スクラム配管２２が破断した場合、弁流路１８内の圧力、すなわち、ボール１５Ａより上方の圧力が急激に減少する。このため、ボール１５Ａは、上方に向って移動し、水導入通路２１の開口部を封鎖する。この結果、アウターチューブ５内の水がスクラム配管２２の破断口から流出することを防止することができる。したがって、スクラム配管２２の破断時において制御棒３が炉心から引き抜かれることを阻止することができる。

本実施例は、ＢＷＲの通常運転時において、ボール１５Ａが、弁流路１８内で浮遊した状態にあり、下部開口２７の上部角部に着座しない。したがって、ボール１５Ａのその上部角部への固着が発生することはない。本実施例も、スクラム配管２２の判断時において、スクラム配管２２へのアウターチューブ５内の水の流出をボール１５により確実に阻止することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の制御棒駆動機構の縦断面図である。 図１に示すボールチェック弁の拡大図である。 図２のIII−III断面図である。 本発明の他の実施例である実施例２の制御棒駆動機構のボールチェック弁の拡大図である。 本発明の他の実施例である実施例３の制御棒駆動機構のボールチェック弁の拡大図である。

符号の説明

２…制御棒駆動機構ハウジング、３…制御棒、４，４Ａ，４Ｂ…制御棒駆動機構、５…アウターチューブ、６…ガイドチューブ、７…ボールナット、８…ボールスピンドル、９…中空ピストン、１０…電動機ユニット、１３…ハウジング、１４，１４Ａ…ボールチェック弁、１５，１５Ａ…ボール、１７，１７Ａ…ボール支持部材、１８…弁流路、１９…中央流路、２０…下部流路、２２…スクラム配管、２７…下部開口部。

Claims (7)

1. 下端部にフランジを有するハウジングと、前記ハウジング内に配置されて水圧により制御棒を上昇させるピストン装置と、前記ハウジング内に形成され、前記ピストン装置に前記水圧を加える駆動水を導く第１通路と、前記ハウジング内に設けられて前記第１通路の第１開口部に連絡され、前記ハウジング内の水が前記第１通路に向かって逆流するときに前記第１開口部を塞ぐボールを有するボールチェック弁と、前記ボールチェック弁に開口する第２開口部を有し、前記駆動水を前記ハウジング内に導く第２通路と、前記第２開口部よりも下方で前記ボールチェック弁に開口する第３開口部を有し、前記逆流時に前記ボールを押し上げる前記ハウジング内の前記水が流れる第３通路と、前記フランジ内に設けられ、前記ボールと前記第３開口部を形成する構造部材との間に隙間を形成するように前記ボールを支持するボール支持部材とを備えたことを特徴とする制御棒駆動機構。
2. 前記ボール支持部材が前記第３通路の内面に設置されている請求項１に記載の制御棒駆動機構。
3. 前記ボールと接触する、前記ボール支持部材の先端部が、前記第３開口部の中心線上に位置している請求項２に記載の制御棒駆動機構。
4. 前記ボールと接触する、前記ボール支持部材の先端部が、前記第３開口部の中心線から偏心した位置に配置されている請求項２に記載の制御棒駆動機構。
5. 前記ボールチェック弁は、複数の貫通穴を有する筒状体を内部に配置し、前記ボールを前記筒状体内に配置している請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の制御棒駆動機構。
6. 前記ハウジング内に配置され、前記ピストン装置が載置されるナット装置と、前記ハウジング内に配置されて前記ナット装置に噛み合い、回転によって前記ナット装置を上下動させる回転軸と、前記ハウジングに取り付けられて前記回転軸を回転させる駆動装置とを備えた請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の制御棒駆動機構。
7. 下端部にフランジを有するハウジングと、前記ハウジング内に配置されて水圧により制御棒を上昇させるピストン装置と、前記ハウジング内に形成され、前記ピストン装置に前記水圧を加える駆動水を導く第１通路と、前記ハウジング内に設けられて前記第１通路の第１開口部に連絡され、前記ハウジング内の水が前記第１通路に向かって逆流するときに前記第１通路の前記第１開口部を塞ぐ中空のボールを有するボールチェック弁と、前記ボールチェック弁に連絡され、前記駆動水を前記ハウジング内に導く第２通路と、前記ボールチェック弁における前記第２通路の第２開口部よりも下方で前記ボールチェック弁に開口する第３開口部を有し、前記逆流時に前記ボールを押し上げる前記ハウジング内の前記水が流れる第３通路とを備えたことを特徴とする制御棒駆動機構。

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