JP2018066594A

JP2018066594A - 制御棒駆動機構位置指示装置

Info

Publication number: JP2018066594A
Application number: JP2016203983A
Authority: JP
Inventors: 光晴中村; Mitsuharu Nakamura
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: JP6684689B2

Abstract

【課題】リードスイッチの動作位置および動作幅を容易に調整することができる制御棒駆動機構位置指示装置を得ることにある。【解決手段】原子炉の出力を制御する制御棒駆動機構８の位置または状態を前記制御棒駆動機構に配置されたマグネット３２，３３による磁力により開閉動作をするリードスイッチのＯＮ点およびＯＦＦ点から検知する制御棒駆動機構位置指示装置であって、前記リードスイッチ４０は動作位置のＯＮ点を検知するリードスイッチ４１とＯＦＦ点を検知するリードスイッチ４２を個別に設置することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、沸騰水型原子炉に使用される制御棒駆動機構の位置指示装置に関する。

図５に従来の沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲと記す）の縦断面図を示す。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、中央下部には炉心３が配置され、この炉心３は炉心シュラウド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ＢＷＲにおいて冷却水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水２に伝達し、冷却水２は加熱される。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上方へ流れ、炉心３から気水分離器６に案内される。

気液二相の冷却水２は気水分離器６で水と蒸気に分離された後、蒸気は蒸気乾燥器（図示せず）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介し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。

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を貫通して延びる制御棒駆動機構ハウジング（以下ＣＲＤハウジングと記す）９内に収容される構造物（アセンブリ）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。

図６は電動駆動式のＣＲＤ８を示しており、下部に電動機１０が取り付けられている。電動機１０からの回転軸１１はギアカップリング機構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。

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、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１８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、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３０はスプールピースである。

ＢＷＲに緊急事態が発生して原子炉をスクラム（緊急停止）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からスクラム水入口（注水口）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の挿入量を知るために、ドライブピストン１９ａにマグネット３２を取付けると共に、ＣＲＤハウジング９の外側に図７に示す近接センサ３７が一定間隔で配設されたスクラム位置検出プローブ（以下ＰＩＰと記す）３５を設け、中空ピストン１９の移動に伴うマグネット３２の移動を近接センサ３７内のリードスイッチ３９の開閉状況により検出してマグネットの移動速度、ひいては制御棒５の移動速度を検知する構成となっている。

またＣＲＤ８には制御棒５が炉心３内にスティック（固定）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分離状態を検出する分離検出プローブ（以下ＳＩＰと記す）３６を設けている。ＳＩＰ３６は中空ピストン１９が分離することにより制御棒５の重量が駆動部より除荷されるため分離マグネット３３がスプリング３４の力により持ち上がり、この時の分離マグネット３３の動きを図８に示す近接センサ３８内のリードスイッチ３９の開閉状況により検知している。

特開平７−１５９５７７号公報特開平２−１８８４３号公報

従来の制御棒駆動機構位置指示装置であるＰＩＰ及びＳＩＰは、位置検出用にリードスイッチを決まった形状のフレームに取り付けた後に樹脂でモールド（固定）した近接センサを用いていた。この場合、近接センサの動作範囲は取り付けたリードスイッチの動作特性のみで決まってしまい調節することができない。また、リードスイッチ単体の動作特性から近接センサに要求される動作特性を満足するリードスイッチの歩留まりが悪いものもあった。

例えばＳＩＰではＯＮ点からセンサ中心までの距離とセンサ中心からＯＦＦ点までの距離が規定されているが、リードスイッチのＯＮ点距離とＯＦＦ点距離の関係がほぼ決まっており、上記の規定を満足するリードスイッチが少ないためである。そのため、近接センサ完成後の検査で要求する動作範囲を満足しないものは廃棄されていた。

また、ＰＩＰでは要求される動作幅の規定よりもリードスイッチの動作幅が短いか又は長すぎる場合もあった。

本発明では、リードスイッチを複数組み合わせることにより完成後の状態においてもリードスイッチの動作位置および動作幅が調整可能であり、これらの調整により近接センサの動作範囲を調整可能な構造を持った歩留りの高い近接センサを有する制御棒駆動機構位置指示装置を得ることを目的とする。

本発明は、原子炉の出力を制御する制御棒駆動機構の位置または状態を前記制御棒駆動機構に配置されたマグネットによる磁力により開閉動作をするリードスイッチのＯＮ点およびＯＦＦ点から検知する制御棒駆動機構位置指示装置であって、前記リードスイッチは動作位置のＯＮ点を検知するリードスイッチとＯＦＦ点を検知するリードスイッチを個別に設置することを特徴とする。

本発明の実施形態は、リードスイッチを複数組み合わせることによりリードスイッチの動作位置および動作幅を容易に調整することができる。

本発明の実施例１を示す分離検出プローブ（ＳＩＰ）用近接センサの構成を示した説明図。本発明の実施例２を示すスクラム位置検出プローブ（ＰＩＰ）用近接センサの構成を示した説明図。本発明の実施例３を示すスクラム位置検出プローブ（ＰＩＰ）用近接センサの構成を示した説明図。本発明の実施例３を示すスクラム位置検出プローブ（ＰＩＰ）用近接センサの構成を示した説明図。沸騰水型原子炉の従来例を示す縦断面図。図５に示した制御棒駆動機構の縦断面図。スクラム位置検出プローブの据付状態を示し、（ａ）はその一部切欠き側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。分離検出プローブの据付状態を示し、（ａ）はその一部切欠き側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。

以下、本発明に係る制御棒駆動機構位置指示装置の実施形態について、図を用いて説明する。

（実施例１）
以下、図１を参照して実施例１を説明する。なお、実施例１において図５から図８と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。

図１は分離検出プローブ（ＳＩＰ）用近接センサ４０の構成を示した説明図である。ＳＩＰ用近接センサ４０に要求される仕様は図１中左側から分離マグネット３３が移動する場合のＯＮ点位置と図１中右側から分離マグネット３３が移動する場合のＯＦＦ点位置である。基盤には動作領域の異なるリードスイッチＡ４１、リードスイッチＢ４２が、平行にずらして配置されており（リードスイッチＡ４１の動作領域＜リードスイッチＢ４２の動作領域）、並列に接続されている。

図１の左側からマグネット移動方向Ｃのように分離マグネット３３が移動する場合、リードスイッチＡ４１の動作領域は動作領域５１となり、またリードスイッチＢ４２の動作領域は動作領域５２となり、動作領域５１のＯＮ点がＳＩＰ用近接センサ４０のＯＮ点５３となる。

また図１の右側からマグネット移動方向Ｄのように分離マグネット３３が移動する場合、リードスイッチＡ４１の動作領域は動作領域５４となり、またリードスイッチＢ４２の動作領域は動作領域５５となり、リードスイッチＢ４２のＯＦＦ点がＳＩＰ用近接センサ４０のＯＦＦ点５６となる。

それぞれのリードスイッチＡ４１、リードスイッチＢ４２は位置の調節が可能である。本構成ではＯＮ点とＯＦＦ点をそれぞれ独立したリードスイッチＡ４１、リードスイッチＢ４２に受け持たせており調整が容易である。

なお、リードスイッチＡ４１とリードスイッチＢ４２のずらし量はリードスイッチ中心からＯＮ点およびＯＦＦ点の距離の違いを考慮して設定することができる。

よって、ＳＩＰ用近接センサ４０で要求される動作幅の規定値に応じてリードスイッチＡ４１とリードスイッチＢ４２を設定できるので、分離マグネット３３の動きを確実に検出することができ、かつ歩留りの高い近接センサを有する制御棒駆動機構位置指示装置を得ることができる。

（実施例２）
以下、図２を参照して実施例２を説明する。なお、実施例２において図１、図５から図８と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。

図２はスクラム位置検出プローブ（ＰＩＰ）用近接センサ４３の構成を示したものである。基盤には２つのリードスイッチＡ４４、リードスイッチＢ４５が、平行にずらして配置されており、並列に接続されている。

ＰＩＰ用近接センサ４３は合成動作領域５７の動作幅を有する。図２の左側からマグネット移動方向Ｃのように分離マグネット３３が移動する場合、リードスイッチＡ４４およびリードスイッチＢ４５のＯＮ動作範囲５１，５２を合わせたものがＰＩＰ用近接センサ４３としてのＯＮ動作範囲となる。

それぞれのリードスイッチＡ４４、リードスイッチＢ４５は位置を調節可能であり、ＯＮ点、ＯＦＦ点の位置を容易に調整可能である。また、リードスイッチＡ４４、リードスイッチＢ４５のずらし量を変えることにより動作幅の調整も可能であり、リードスイッチ単体の動作幅よりも広い動作幅が必要な場合に対応が出来る。

よって、ＰＩＰ用近接センサ４３で要求される動作幅の規定値に応じてリードスイッチＡ４４とリードスイッチＢ４５を設定できるので、マグネット３２の移動を確実に検出することができ、かつ歩留りの高い近接センサを有する制御棒駆動機構位置指示装置を得ることができる。

（実施例３）
図３を用いて実施例３を説明する。なお、実施例３において図２、図５から図８と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。

図３はスクラム位置検出プローブ（ＰＩＰ）用近接センサ４６の構成を示したものである。基盤には２つのリードスイッチＡ４４、リードスイッチＢ４５が、平行にずらして配置されており、直列に接続されている。ＰＩＰ用近接センサ４６は合成動作領域５８の動作幅を有す。リードスイッチＡ４４がＯＮ動作し、かつリードスイッチＢ４５がＯＮ動作している範囲、すなわち図３の左側からマグネット移動方向Ｃのようにマグネット３２が移動する場合、リードスイッチＢ４５のＯＮ点からリードスイッチＡ４４のＯＦＦ点までがＰＩＰ用近接センサとしての動作範囲となる。

それぞれのリードスイッチＡ４４、リードスイッチＢ４５は位置を調節可能であり、ＯＮ点、ＯＦＦ点の位置を容易に調整可能である。また、リードスイッチＡ４４、リードスイッチＢ４５のずらし量を変えることにより動作幅の調整も可能であり、リードスイッチ単体の動作幅よりも狭い動作幅が必要な場合に対応が出来る。

よって、ＰＩＰ用近接センサ４６で要求される動作幅の規定値に応じてリードスイッチＡ４４とリードスイッチＢ４５を設定できるので、マグネット３２の移動を確実に検出することができ、かつ歩留りの高い近接センサを有する制御棒駆動機構位置指示装置を得ることができる。

（実施例４）
図４を用いて実施例４を説明する。なお、実施例４において図３、図５から図８と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。

図４はスクラム位置検出プローブ（ＰＩＰ）用近接センサ４７の構成を示したものである。基盤には２つのリードスイッチＡ４４、リードスイッチＢ４８が、平行にずらして配置されており、直列に接続されている。リードスイッチＡ４４はマグネットの磁力によりＯＮする動作領域５１で示すリードスイッチ（ノーマルオープン型）であり、リードスイッチＢ４８はマグネット磁力によりＯＦＦする動作領域５９で示すリードスイッチ（ノーマルクローズ型）である。図４の左側からマグネット移動方向Ｃのように分離マグネット３３が移動する場合、このリードスイッチＡ４４の動作領域５１とリードスイッチＢ４８の動作領域５９の合成動作領域６０がＰＩＰ用近接センサ４７の動作幅となる。リードスイッチＡ４４のＯＮ点６１からリードスイッチＢ４８のＯＦＦ点６２までの範囲がＰＩＰ用近接センサとしての動作範囲となる。

それぞれのリードスイッチＡ４４、リードスイッチＢ４８は位置を調節可能であり、ＯＮ点、ＯＦＦ点の位置を容易に調整可能である。また、リードスイッチＡ４４、リードスイッチＢ４８のずらし量を変えることにより動作幅の調整も可能であり、リードスイッチ単体の動作幅より狭い動作幅で実施例３のようにリードスイッチ同士のずらし量が大きく取れない場合に対応が出来る。

よって、ＰＩＰ用近接センサ４７で要求される動作幅の規定値に応じてリードスイッチＡ４４とリードスイッチＢ４８を設定できるので、マグネット３２の移動を確実に検出することができ、かつ歩留りの高い近接センサを有する制御棒駆動機構位置指示装置を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

これら実施形態は、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、組み合わせを行うことができる。

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１…原子炉圧力容器（ＲＰＶ）
８…制御棒駆動機構（ＣＲＤ）
９…制御棒駆動機構（ＣＲＤ）ハウジング
３２…マグネット
３３…分離マグネット
３５…スクラム位置検出プローブ（ＰＩＰ）
３６…分離検出プローブ（ＳＩＰ）
３７…近接センサ
３８…近接センサ
３９…リードスイッチ
４０…分離検出プローブ（ＳＩＰ）用近接センサ
４１、４４…リードスイッチＡ
４２、４５、４８…リードスイッチＢ
４３、４６、４７…スクラム位置検出プローブ（ＰＩＰ）用近接センサ
５１、５２、５４、５５、５９…動作領域
５３、６１…ＯＮ点
５６、６２…ＯＦＦ点
５７、５８、６０…合成動作領域

Claims

原子炉の出力を制御する制御棒駆動機構の位置または状態を前記制御棒駆動機構に配置されたマグネットによる磁力により開閉動作をするリードスイッチのＯＮ点およびＯＦＦ点から検知する制御棒駆動機構位置指示装置であって、前記リードスイッチは動作位置のＯＮ点を検知するリードスイッチとＯＦＦ点を検知するリードスイッチを個別に設置することを特徴とする制御棒駆動機構位置指示装置。
前記動作位置のＯＮ点を検知するリードスイッチとＯＦＦ点を検知するリードスイッチは、並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動機構位置指示装置。
前記動作位置のＯＮ点を検知するリードスイッチとＯＦＦ点を検知するリードスイッチは、直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動機構位置指示装置。
前記動作位置のＯＮ点を検知するリードスイッチとＯＦＦ点を検知するリードスイッチは、平行にずらして動作領域を異なるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の制御棒駆動機構位置指示装置。
前記リードスイッチは、前記マグネットによる磁力により開動作をするリードスイッチと前記マグネットによる磁力により開動作をするリードスイッチを直列配置することを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項記載の制御棒駆動機構位置指示装置。