JP2014025891A - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】保護カバー内側に入った炉水を速やかに排出し、内部部品の故障を防止可能な制御棒駆動機構を提供する。
【解決手段】制御棒５を駆動する制御棒駆動機構本体８ａの少なくとも一部が収納された制御棒駆動機構ハウジング９と、制御棒駆動機構ハウジングに対して締結されたスプールピース６０と、スプールピースにブラケット２３を介して取り付けられ、制御棒を駆動する動力を提供する電動機ユニット１０とを備え、ブラケットに取り付けられスプールピースの外周を覆うように設けられた保護カバー１６９をさらに備え、保護カバー又はブラケットに、保護カバーとスプールピースとの隙間と外部とを連結する開口部が形成され、この隙間に入った水が排出される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、制御棒駆動機構に関する。

従来の沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲと記す）について、その縦断面構造を示した図５を用いて説明する。

原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶと記す）１内には、減速材を兼ねる冷却水２が収容される一方で、中央下部には炉心３が配置されており、炉心シュラウド４によって囲まれている。

炉心３には、図示されていない多数の燃料集合体が装荷されており、４体１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。

このようなＢＷＲにおいて、冷却水２が炉心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が冷却水２に伝達し、冷却水２が加熱される。加熱された冷却水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。

気液二相流となった冷却水２は、気水分離器６で水と蒸気に分離された後、蒸気は図示されてい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タービンを駆動する。

蒸気タービン系で仕事をした蒸気は、図示されていない復水器で凝縮され復水となった後、原子炉復水系および給水系を経てＲＰＶ１に給水として再び戻される。

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、原子炉復水系および給水系を経て送られてきた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。

また、ＲＰＶ１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が制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤと記す）８により出し入れされる。

ＣＲＤ８は、ＲＰＶ１の底部１ａを貫通して延在しＣＲＤハウジング９内に収容される構造物であり、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。

従来の電動駆動式ＣＲＤが以下の特許文献１に開示されており、図６に示されるような構造を備えている。

特開平１０−１３２９７７号公報

図６に示された電動駆動式ＣＲＤは、下部にスプールピース６０および電動機ユニット１０が取り付けられている。電動機ユニット１０の延長軸１１が、ギアカップリング機構１２を介してアウタマグネットカップリング６７に連結されている。

インナマグネットカップリング６８が、図示されていないキーにより駆動軸１３と一体に回転する。駆動軸１３がボールねじ軸１４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。

ボールナット１５には、対をなすローラ１６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ている。ボールナット１５の上方には、ドライブピストン１９ａが設置されており、このドライブピストン１９ａは中空ピストン１９上端に設置されたカップリング２０を介して制御棒５に連結されている。

そして、電動機ユニット１０の駆動により、延長軸１１および駆動軸１３を介してボールねじ軸１４が回転する。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。

その際に、ボールナット１５は取付板１８により回転が規制されて上下動する。このボールナット１５の上下動により、中空ピストン１９を介して制御棒５が上下動する。この制御棒５の上下動により、炉心３への挿入・引抜量が調整されて、炉出力が制御される。

ここで、ＢＷＲに緊急事態が発生して原子炉を緊急停止、いわゆるスクラムさせる場合、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、注水口としてのスクラム水入口サポート２６を介して、ドライブピストン１９ａ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中空ピストン１９が上方に押上げられ、制御棒５を炉心３内に高速で挿入させることで当該機能を達成する。

スクラム動作時の制御棒５の挿入量を検出するために、ドライブピストン１９ａにマグネット６２が取り付けられると共に、ＣＲＤハウジング９の外側に、図示されていない近接センサが配設されたスクラム位置検出プローブ（以下、ＰＩＰと記す）６５が設けられている。中空ピストン１９の移動に伴うマグネット６２の移動が、ＰＩＰ６５に配設された近接センサ内の図示されていないリードスイッチの開閉状況により検出される。これにより、マグネット６２の移動速度、即ち制御棒５の移動速度が検出される。

また、ＣＲＤ８には制御棒５が炉心３にスティックし、中空ピストン１９がボールナット１５から分離した場合に、この分離状態を検出する分離検出プローブ（以下、ＳＩＰと記す）６６が設けられている。

中空ピストン１９がボールナット１５から分離すると、制御棒５の重量が駆動部より除荷される。このため、分離マグネット６３がスプリング６４の力により持ち上がる。この時の分離マグネット６３の動きが、ＳＩＰ６６内のリードスイッチの開閉状況により検知される。

スプールピース６０の外周には、ＰＩＰ６５およびＳＩＰ６６を近接機器のケーブル等との接触から保護するため、図７に示されたように、保護カバー６９が設けられている。この保護カバー６９は、図７における点線Ｘで囲まれた部分を拡大する図８に示されたように、モータブラケット２３の外周面にねじ７０によって固定されている。

ＣＲＤ８をＲＰＶ１から取り外す際は、ＰＩＰ６５およびＳＩＰ６６を取り外した後、電動機ユニット１０、スプールピース６０、ＣＲＤ本体８ａ、ＣＲＤハウジング９の順に取り外す。なお、ＣＲＤ本体８ａは、その少なくとも一部がＣＲＤハウジング９に収納されている。さらにメンテナンス性の向上のため、ＣＲＤ本体８ａにおける消耗部品が集合した部位がスプールピース６０に収納されている。ＣＲＤハウジング９とスプールピース６０とは、ＣＲＤ本体８ａの一部分を間に介在させて相互にボルトにより連結されている。

しかし、上述したような従来の制御棒駆動機構では、スプールピースおよびＣＲＤ本体を取り外す際に、炉水流出を低減させる構造となってはいるものの、飛散した炉水が近接するＣＲＤの保護カバー内側に入る場合がある。この炉水が長時間滞留した場合には、スプールピース下部、電動機ユニット等に水が浸入する。これにより、電動機や回転制御系等の内部の電気部品、電子部品が発錆等により故障するおそれがあった。

本発明は上記事情に鑑み、保護カバー内側に入った炉水を速やかに排出することで、電動機等の内部部品の発錆等による故障を防止することが可能な制御棒駆動機構を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態による制御棒駆動機構によれば、
制御棒を駆動する制御棒駆動機構本体の少なくとも一部が収納された制御棒駆動機構ハウジングと、
前記制御棒駆動機構ハウジングに対して締結されたスプールピースと、
前記スプールピースにブラケットを介して取り付けられ、前記制御棒を駆動する動力を提供する電動機ユニットと、
を備える制御棒駆動機構であって、
前記ブラケットに取り付けられ、前記スプールピースの外周を覆うように設けられた保護カバーをさらに備え、
前記保護カバー又は前記ブラケットに、前記保護カバーと前記スプールピースとの隙間と外部とを連結する開口部が形成されていることを特徴とする。

本発明の実施の形態１による制御棒駆動機構の構成を示す左側面図、縦断面図及び下面図である。 本発明の実施の形態２による制御棒駆動機構の構成を示す平面図、左側面図及び縦断面図である。 本発明の実施の形態３による制御棒駆動機構の構成を示す左側面図、縦断面図及び下面図である。 本発明の実施の形態４による制御棒駆動機構の構成を示す平面図、左側面図及び縦断面図である。 従来の沸騰水型原子炉の概略構成を示す縦断面図である。 従来の沸騰水型原子炉における制御棒駆動機構の構成を示す縦断面図である。 従来の沸騰水型原子炉における制御棒駆動機構で用いられていた保護カバーを示す縦断面図である。 図７の部分Ｘを拡大して示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態による制御棒駆動機構の構成について、図面を用いて説明する。

（１）実施の形態１
本発明の実施の形態１による制御棒駆動機構について、保護カバーがモータブラケットに取り付けられた状態における保護カバー、モータブラケット周辺の構成を示した図１を用いて説明する。なお、図１に示された電動ユニット１０、スプールピース６０、並びに図示されていないＣＲＤ本体８ａ、ＣＲＤハウジング９等に関する構成は、図６を用いて説明した制御棒駆動機構と同様のものであり、説明を省略する。ここで用いられている保護カバー１６９ａ、モータブラケット１２３ａが、図７〜図８における保護カバー６９、モータブラケット２３と相違する構成を備える。

図１（ａ）に保護カバー１６９ａおよびモータブラケット１２３ａの左側面、図１（ｂ）に保護カバー１６９ａおよびモータブラケット１２３ａの縦断面構造、図１（ｃ）に保護カバー１６９ａの下面をそれぞれ示す。図１（ｂ）は、図１（ｃ）におけるＡ−Ａ線に沿う縦断面図に相当する。

本実施の形態１における保護カバー１６９ａには、図１（ｃ）に示されたように、中心に対して９０度ずつの角度間隔で点対称に４つの開口部７１が、モータブラケット１２３ａの上面と接触する下面においてスリット状に形成されている。

また、保護カバー１６９ａの下面と接触するモータブラケット１２３ａの上面における円環状の領域には、中心から外縁に向かって下降する傾斜面７２が形成されている。

このような構成を備えたことにより、保護カバー１６９ａの内部、即ち保護カバー１６９ａとスプールピース６０との隙間に炉水が入った場合、モータブラケット１２３ａの傾斜面７２を伝わって保護カバー１６９ａの開口部７１へ導水され、開口部７１から外部へ排水される。

これにより、本実施の形態１によれば保護カバー１６９ａ内に入った炉水を速やかに排出することで、モータブラケット１２３の下部に配置された電動機ユニット１０等の内部部品の発錆等による故障を防止することができる。

なお、本実施の形態１では、保護カバー１６９ａにスリット状の開口部７１が中心に対して９０度の角度間隔で４箇所形成されている。しかし、開口部７１の数や相対的な位置関係、その形状等は限定されず、様々に変形することができる。

（２）実施の形態２
本発明の実施の形態２による制御棒駆動機構について、その構成を示した図２を用いて説明する。なお、上記実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図２（ａ）にモータブラケット１２３ｂの平面、図２（ｂ）に保護カバー１６９ｂおよびモータブラケット１２３ｂの左側面、図２（ｃ）に保護カバー１６９ｂおよびモータブラケット１２３ｂの縦断面構造をそれぞれ示す。図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う縦断面図に相当する。

上記実施の形態１では、保護カバー１６９ａに開口部７１が形成されている。これに対し本実施の形態２では、スリット状の開口部７１がモータブラケット１２３ｂの上面における端部に、中心に対して９０度の角度間隔で点対称に４箇所形成されている。また、保護カバー１６９ｂの下面と接触するモータブラケット１２３ｂの上面における円環状の領域には、中心から外縁に向かって下降する傾斜面７２が形成されている。

さらに、スプールピース６０の下面とモータブラケット１２３ｂの上面との間に、ガスケット７５が設置されている。このガスケット７５は円環状の形状を有し、例えばエチレンプロピレンゴム等から成っている。

このような構成を備えたことにより、本実施の形態２によれば、保護カバー１６９ｂの内部、即ち保護カバー１６９ｂとスプールピース６０との隙間に炉水が入った場合、モータブラケット１２３ｂの傾斜面７２を伝わってモータブラケット１２３ｂの開口部７１へ導水され、開口部７１から外部へ排水される。また、ガスケット７５が設置されたことにより、スプールピース６０内部への水の浸入が防止される。

これにより、本実施の形態２によれば保護カバー１６９ｂ内に入った炉水を速やかに排出することで、モータブラケット１２３の下部に配置された電動機ユニット１０等の内部部品の発錆等による故障を防止することができる。

本実施の形態２では、モータブラケット１２３ｂにスリット状の開口部７１が中心に対して９０度の角度間隔で４箇所形成されている。しかし、開口部７１の数や相対的な位置関係、その形状等は限定されず、様々に変形することができる。

また、本実施の形態２においてスプールピース６０の下面とモータブラケット１２３ｂの上面との間に設置されたガスケット７５を、上記実施の形態１において同様に設置してもよい。

（３）実施の形態３
本発明の実施の形態３による制御棒駆動機構について、その構成を示した図３を用いて説明する。なお、上記実施の形態１、２と同一の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図３（ａ）に保護カバー１６９ｃおよびモータブラケット１２３ｃの左側面、図３（ｂ）に保護カバー１６９ｃおよびモータブラケット１２３ｃの縦断面構造、図３（ｃ）に保護カバー１６９ｃの下面をそれぞれ示す。図３（ｂ）は、図３（ｃ）におけるＣ−Ｃ線に沿う縦断面図に相当する。

本実施の形態３では、上記実施の形態１と同様に保護カバー１６９ｃにおけるモータブラケット１２３ｃの上面と接触する下面において、中心に対して９０度ずつの角度で対称に４つのスリット状の開口部７１が点対称に形成されている。

また、上記実施の形態１ではモータブラケット１２３ａの上面に傾斜面７２が形成されているが、本実施の形態３では保護カバー１６９ｃの下面とモータブラケット１２３ｃとの間にリング７３が設けられている。このリング７３は、保護カバー１６９ｃの下面における円環状の領域に、中心から外縁に向かって下降する傾斜面を有する。リング７３の材質は限定されないが、例えばモータブラケット１２３ｃがステンレスから成る場合、リング７３も同様にステンレスで形成してもよい。

このような構成を備えた本実施の形態３によれば、保護カバー１６９ｃの内部、即ち保護カバー１６９ｃとスプールピース６０との隙間に炉水が入った場合に、リング７３の傾斜面７２を伝わって保護カバー１６９ｃの開口部７１へ導水され、開口部７１から外部へ排水される。

これにより、保護カバー１６９ｃ内に入った炉水を速やかに排出することで、モータブラケット１２３の下部に配置された電動機ユニット１０の内部部品の発錆等による故障を防止することができる。

本実施の形態３では、保護カバー１６９ｃにスリット状の開口部７１が中心に対して９０度の角度間隔で４箇所形成されているが、開口部７１の数や相対的な位置関係、その形状等は限定されず、様々に変形することができる。

また、上記実施の形態２においてスプールピース６０の下面とモータブラケット１２３ｂの上面との間に設置されたガスケット７５を、本実施の形態３においても同様に設置することができる。

（４）実施の形態４
本発明の実施の形態４による制御棒駆動機構について、その構成を示した図４を用いて説明する。なお、上記実施の形態１〜３と同一の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図４（ａ）にモータブラケット１２３ｄの平面、図４（ｂ）に保護カバー１６９ｄおよびモータブラケット１２３ｄの左側面、図４（ｃ）に保護カバー１６９ｄおよびモータブラケット１２３ｄの縦断面構造をそれぞれ示す。図４（ｃ）は、図４（ａ）におけるＤ−Ｄ線に沿う縦断面図に相当する。

本実施の形態４では、図４（ｂ）、（ｃ）に示されたように、モータブラケット１２３ｄの外周部において中心から９０度間隔で４つのスリット状の開口部７１が点対称に形成されている。さらに、図４（ａ）に示されたように、モータブラケット１２３ｄの上面において、中心に対して同心円状に円環状の溝７４が形成され、この溝７４と４つの開口部７１とが連結されている。

本実施の形態４によれば、保護カバー１６９ｄの内部、即ち保護カバー１６９ｄとスプールピース６０との隙間に炉水が入った場合に、モータブラケット１２３ｄの上面における溝７４から開口部７１へ導水され、開口部７１から外部へ排水される。

これにより、保護カバー１６９ｄ内に入った炉水を速やかに排出することで、モータブラケット１２３ｄの下部に配置された電動機ユニット１０の内部部品の発錆等による故障を防止することができる。

なお、本実施の形態４ではモータブラケット１２３ｄの上面にスリット状の開口部７１が中心に対して９０度の角度間隔で４箇所形成されているが、開口部７１の数や相対的な位置関係、その形状等は限定されず、様々に変形することができる。また、モータブラケット１２３ｄの上面に円環状に１つの溝７４が形成されているが、同心円状の溝が複数形成され、それぞれが連結された構成でもよく、その形状や数は任意に設定することができる。

また、上記実施の形態２においてスプールピース６０の下面とモータブラケット１２３ｂの上面との間に設置されたガスケット７５を、本実施の形態４においても同様に設置してよい。

本発明の幾つかの実施の形態について説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の技術的範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の技術的範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 原子炉圧力容器
８ ＣＲＤ
８ａ ＣＲＤ本体
９ ＣＲＤハウジング
１０ 電動機ユニット
６０ スプールピース
７１ 開口部
７２ 傾斜面
７３ リング
７４ 溝
７５ ガスケット
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ モータブラケット
１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ、１６９ｄ 保護カバー

Claims (6)

1. 制御棒を駆動する制御棒駆動機構本体の少なくとも一部が収納された制御棒駆動機構ハウジングと、
   前記制御棒駆動機構ハウジングに対して締結されたスプールピースと、
   前記スプールピースにブラケットを介して取り付けられ、前記制御棒を駆動する動力を提供する電動機ユニットと、
   を備える制御棒駆動機構であって、
   前記ブラケットに取り付けられ、前記スプールピースの外周を覆うように設けられた保護カバーをさらに備え、
   前記保護カバー又は前記ブラケットに、前記保護カバーと前記スプールピースとの隙間と外部とを連結する開口部が形成されていることを特徴とする制御棒駆動機構。
2. 前記スプールピースと前記ブラケットとの間に設置されたガスケットをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動機構。
3. 前記保護カバーにおける前記ブラケットと接触する端面、又は前記ブラケットにおける前記保護カバーと接触する端面に、中心から前記開口部に向かって下降する傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御棒駆動機構。
4. 前記保護カバーと前記ブラケットとの間に嵌め込まれ、中心から前記開口部に向かって下降する傾斜面を有するリングをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御棒駆動機構。
5. 前記ブラケットにおける前記保護カバーと接触する端面に、前記開口部と連結する溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制御棒駆動機構。
6. 前記溝は、前記ブラケットの中心に対して同心円状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の制御棒駆動機構。

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