JP2507683B2 - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速増殖炉実証炉の原子炉制御棒駆動機構
に係り、とくにガスユニットなどの設備合理化に好適な
制御棒駆動機構に関する。

〔従来の技術〕

従来の原子炉制御棒駆動機構はたとえば1983年６月発
行の動力炉技報No.46,第63頁乃至第71頁「高速増殖原型
炉「もんじゅ」用制御棒駆動機構第２次試作のナトリウ
ム中試験結果概要」に記載されて、その構成の要部を第
５図に示すものが紹介されている。

第５図に示す制御棒駆動機構の主要な動作はつぎのと
おりである。

（１）駆動軸14の上下動 駆動モータ20が回転すると、ボールスクリュ21,ボー
ルナット22を介してロードセル23が直線運動に変換し、
ホールドマグネット24がアーマチュア25を吸着する。そ
のため、マグネットリンク26が駆動軸14を保持して、該
駆動軸14と１体になったラッチ軸15が上下動する。な
お、上記マグネットリンク26が定位置にて、また定電時
の駆動軸14の保持は電磁ブレーキ27により行う。

（２）スクラム スクラムはホールドマブネット24が消磁すると、アー
マチュア25が切離れて連結するマグネットリンク26が解
放する。一方、内筒39の下方部にシール40によって閉塞
し、駆動軸14のピストン19をシール13を介して遮断する
シリンダ18内には、スクラム加速ガスがスクラム加速ガ
スユニット10からスクラム加速ガス用アキュムレータ８
内を介して供給されている。そのため、制御棒28および
駆動軸15は一体となって上記ガス圧および重量による加
速により落下する。（３）燃料交換 制御棒26が原子炉（図示せす）内に完全に導入された
位置において、ラッチモータ29が駆動すると、ラッチ軸
15が下降してフィンガ30がデラッチ状態になる。この状
態で駆動モータ20が駆動し、駆動軸14が下限位置から燃
料交換下限位置まで上昇して制御棒28を切離す。引続き
ラッチモータ29が駆動すると、ロック機構37により機械
的にロックされる。なお、制御棒28のラッチ、デラッチ
それぞれの状態の保持は、ラッチモータ29に直結するOF
Fブレーキ（図示せず）により行う。

（４）制御棒駆動機構の駆動部１と上部案内管部６との
切離し 本動作は、制御棒駆動機構のメンテナンスのため、駆
動部１と上部案内管部６とを切離す必要がある場合のみ
行う。

上部案内管部６の切離しは、制御棒28が挿入状態で駆
動モータ20の駆動により駆動軸14をさらに下方に移動さ
せると、、ラッチ軸32とのボールラッチ（図示せず）を
外すことによって上部案内管部６の駆動軸31が駆動軸14
から切り離され駆動部１と上部案内管部６とが切離され
る。

つぎに駆動部１と上部案内管部６との再結合をする場
合には、駆動モータ20が駆動し、前記駆動軸14の上下動
で述べた方法により駆動軸14がストローク下限まで下降
する、ついでラッチモータ29が駆動してラッチ軸15が挿
入する駆動軸14を上部案内管部６とが再結合し、しかる
のち、ラッチモータ29が駆動してラッチ軸15が元の位置
に引抜かれると、再結合動作が完了する。

（５）シール機能 ラッチ軸32とダッシュラム34との間およびダッシュラ
ム34とダッシュポット35との間には溶接ベローズ33,38
が設けられているので、駆動軸14と上部案内管部６の相
対運動およびラッチ軸15と駆動軸14の相対運動を吸収し
つつ炉内の雰囲気と外気とを遮断する。

なお、図示の11はハウジング背圧ガスユニットにし
て、Arガスを案内筒２内を介して内筒39のハウジング背
圧ガス用アキュムレータ９に供給して制御棒駆動機構の
駆動部１をArガス雰囲気に保持している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術が、高速増殖炉実証炉に適用した場合に
は、スクラム加速力を得るためのスクラム加速ガス用ア
キュムレータ８をハウジング背圧ガス用アキュムレータ
９の他に駆動部１に設置するとハウジング背圧ガスユニ
ット11とガスエリア８内のガス圧を制御するためのスク
ラム加速ユニット10とを２重に設置する必要があった。

また、スクラム加速ガス用アキュムレータ８により、
加速力がスクラム時落下最終スロークまで作用するた
め、ダッシュポット等、他の方法で衝撃荷重を軽減する
対策が必要である。

また案内筒２内に両アキュムレータ8,9を設置する
と、その分全長を長くする必要があり、制御棒駆動機構
の上部駆動部１の小形化をはかる上で制約があった。

本発明の第１の目的は、ガス系設備を中心とした設備
合理化を可能とする制御棒駆動機構を提供することにあ
る。

本発明の第２の目的は、制御棒などの構造物に与える
スクラム時の衝撃力を緩和する原子炉制御棒駆動機構提
供することにある。

本発明の第３の目的は、制御棒駆動部分全長の短尺化
を可能とする原子炉制御棒駆動機構を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するために、本発明は、取付台
に固定された案内筒と、該案内筒内に支持され、外部の
背圧ガスユニットに案内筒を介して接続し、背圧ガス雰
囲気に保持された内筒と、該内筒内に設置され制御棒に
連結する駆動軸を上下動および着脱する上記駆動部と、
上記内筒の下端面に支持され、上記駆動軸を貫通するす
るとともに上端部の上記駆動軸との間にシールを介挿
し、下端部のシリンダ内と上記駆動軸に有するピストン
との間にシールを介挿し、内部を密封状態に形成したス
クラム加速ガス用アキュムレータと、該スクラム加速ガ
ス用アキュムレータ内にスクラム加速ガスを供給するス
クラム加圧ユニットを備えた制御棒駆動機構において、
上記内筒の下面に上下両端部を上記内筒および上記案内
筒内に開口し、内部に上記ピストンとの間にシールを介
挿するシリンダと、上記案内壁の内壁面に固定され、上
記シリンダの外周面との間にシールを介挿し、上記案内
筒内に上記ピストンを境にして上方のスクラム加速ガス
用アキュムレータと下方のハウジング背圧ガス用アキュ
ムレータを形成する仕切壁と、該仕切壁によって仕切ら
れた上記両アキュムレータ内に、上方のスクラム加圧用
アキュムレータを下方のハウジング背圧ガス用アキュム
レータ内より相対的に高圧になるようにガスを供給する
１個のガスユニットとを備えたものである。

また上記第２の目的を達成するために、上記シリンダ
の終端部の径を拡開してピストンと離間するように構成
したものである。

また上記第２の目的を達成するために、上記シリンダ
の終端部に開口する軸方向に長穴を設けたものである。

また上記第３の目的を達成するために、本発明は、取
付台に固定された案内筒と、該案内筒内に支持され、外
部の背圧ガスユニットに案内筒を介して接続し、背圧ガ
ス雰囲気に保持された内筒と、該内筒内に設置され、接
続棒に連結する駆動軸を上下動および着脱する上部駆動
部と、上記内筒の下端面に支持され、上記駆動軸を貫通
するとともに上端部の上記駆動軸との間にシールを介挿
し、内部に固定されたシリンダと上記駆動軸に形成され
たピストンとの間にシールを介挿し、両シールによって
内部を密封状態に形成されたスクラム加速ガス用アキュ
ムレータと、該スクラム加速ガス用アキュムレータ内に
スクラム加速ガスを供給するスクラム加速ガスユニット
と、上記取付台に支持され、貫通する上記駆動軸との間
にシールおよびベローズにより内部を密封されたベロー
ズ背圧ガスエリアとを備えた制御棒駆動機構において、
上記案内筒内全体に同一圧力のスクラム加速ガスを供給
する上記スクラム加速ガスユニットと、上記内筒の下面
に直接上記ベーズ背圧ガスエリアを備えたものである。

〔作用〕

請求項１の発明は、仕切壁とシリンダとの間のシール
と、上記シリンダとピストンとの間のシールにより案内
筒内に、上記ピストンを境にして上方のスクラム加速ガ
スアキュムレータと、下方のハウジング背圧ガス用アキ
ュムレータとに仕切り、かつ上記上方のスクラム加速ガ
ス用アキュムレータ内の圧力をハウジング背圧ガス用ア
キュムレータ内の圧力に対して相対的に高く保持してい
るので、駆動軸が上部制御棒駆動機構から解放されると
上記ピストンが下向きに加圧されるガス圧力により上記
シリンダ内にそうて加速されながら降下する。ついで、
上記ピストンの降下にともなって両アキュムレータ内の
容積は多少変化する傾向になる。しかるに両アキュムレ
ータの容積に対するピストンの下降による容積の変化の
割合は小さく両アキュムレータの容積に吸収される。

したがって、上記ピストンによるスクラムストローク
は略一定のガス加速力によって行うことができ、かつス
クラム加速ガスユニットを削除することができるので、
設備の合理化をはかることができる。

また請求項２の発明はシリンダの終端部の径を拡開し
てピストンと離間するように構成したので、上記ピスト
ンが下降するのに伴って上記ピストンとシリンダとの間
が離間して両アキュムレータ内が連通し、上記ピストン
のガス加速力が失われてスクラムストロークの終端部に
おける駆動軸の衝撃を緩和することができ、これによっ
て駆動軸および制御棒の長寿命化をはかることができ
る。

また請求項３の発明は、上記ピストンが下降するのに
伴って上記シリンダに設けた穴が上記ピストンの上下面
に連通し、上記ピストンのガス加速力が失われるのでス
クラムストロークの終端における駆動軸の衝撃を緩和す
ることができ、これによって長寿命化をはかることがで
きる。

また請求項４の発明は、上記ピストンと上記シリンダ
を削除し、かつ上記仕切壁を削除して案内筒内全体をス
クラム加速ガス雰囲気にするとともに上記内筒の下端面
にシールおよびベローズによって上記案内筒と遮断され
たベロース背圧ガス用エリアを直接備えたものであるか
ら、駆動部が短尺となり、原子炉構造体全体の構成を小
形化するとができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を示す第１図について説明す
る。第１図に示すように、取付台７上にシール５を介し
て気密を保持するように支持された案内筒２はシール３
を介して外部との気密を保持するように内筒39を支持し
ている。該内筒39は複数の穴を介して上記案内筒２を連
通するともに内部には制御棒駆動機構１を内蔵してい
る。上部駆動機構１は既に第５図で述べた従来のもの
と、上方の電磁ブレーキ27から下方のマグネットリンク
26までは同一構成をしている。また上部内筒39の下端面
にはシリンダ18を支持している。該シリンダ18はその内
面に駆動軸14に形成されたピストン19との間に気密を保
持するためのシール13を介挿している、またシリンダ18
はその外周面と、上記案内筒３の内壁面に固定された仕
切壁41の内面との間に気密を保持するためのシール４を
介挿している。したがて案内筒２内は両シル4,13によっ
て上記ピストン19を境にて上方のスクラム加速ガス用ア
キュムレータ８と、下方のハウジング背圧ガス用アキュ
ムレータ９とを構成している。上記両アキュムレータ8,
9は１個のハウジング背圧ガスユニット11に制御すると
ともに調整弁36によって上方の加圧ガス用アキュムレー
タ８が下方のハウジング背圧ガス用アキュムレータ９よ
りも相対的に高圧に保持され、圧力差によって上記ピス
トン19を常に下方に押圧している。

上記取付台７はベローズ背圧ガスエリア17の上方部を
構成する上記案内部６と上記駆動軸14との間に気密を保
持するためのシール16を介挿している。

つぎに動作について説明する。

（１）駆動軸14の上下動、燃料交換およびシール機能は
従来と同一であるから説明を省略する。

（２）スクラム ホールドマグネット24を消磁し、アーマチュア25を切
離して連結するマグネットリンク26を解放すると、駆動
軸14に形成れたピストン19の上面に下方のハウジング背
圧ガス用アキュムレータ９より高圧の加速ガス用アキュ
ムレータ８のガス圧が加わっているため、駆動軸14およ
び制御棒28は一体となって重力加速およびガス圧加速に
より下降する。

（３）上部制御棒駆動機構１と上部案内管部６との切離
し 上部案内管部６の切離しは、駆動軸14がストローク下
限に達成したとき、駆動モータ20をオーバランさせて上
部案内管部６の駆動軸31およびラッチ軸32とのボールラ
ッチをはずすことによって行う。

上部案内管部６の再結合は、駆動モータ20で駆動軸14
がストローク下限まで挿入して嵌合部を挿入する。そこ
でラッチモータ29を回転させることにより、ラッチ軸15
を挿入したのち、ラッチモード29を回転させることによ
り、ラッチ軸15を元の位置に引抜くと再結合は完了す
る。

本実施例では上記の動作を行うとともにつぎに説明す
る動作を行う。

外部とシール3,5によって気密を保持された案内筒２
内は両シール4,13によって互いに気密を保持された加速
ガス用アキュームレータ８と下方のハウジング背圧ガス
用アキュムレータ９とを構成している。また両アキュム
レータ8,9は、加速ガスユニット11からのガスによって
上方の加速ガス用アキュムレータ８が下方のハウジング
背圧ガス用アキュムレータ９よりも相対的に高圧になる
ように保持され、常にピストン19が下降するように押圧
されている。

さらに両アキュムレータ8,9の容積は大きく、ピスト
ン19が下降してもそれによって容積の変動を吸収する。

そのため１個の加速ガスユニット11のみを設置すれば
よいので、設備の合理化をはかることができる。またス
クラム時、出力運転時のスクラム加速エリアを形成する
スクラム加速ガス等アキュムレータ８内の圧力変動を従
来に比較して小さく抑えることができる。

つぎに本発明の他の一実施例であるピストンとシリン
ダの部分を拡大して示す第２図により説明する。

第２図においては、シリンダ18の終端部の径を他の部
分より拡大し、ピストン19と離間するようにしたもので
ある。

つぎに動作について説明する。

本発明例によれば、スクラム時ピストン19が下降して
シリンダ18の拡大部に達すると、ピストン19とシリンダ
18との気密が断たれて両者18,19の離間部分より高圧の
スクラム加速ガスが低圧側に流れる。

したがって、スクラム時の制御棒28および駆動軸14へ
の落下衝撃力を低減することができ、かつダッシュラム
とダッシュポット35への負荷を低減することができる。

なお、スクラム終了後、ピストン19を上昇してシリン
ダ18とシール13によって気密を保持したとき調整弁36を
解放してスクラム加速用アキュムレータ８内を元の所定
の圧力に上昇させる。

つぎに上記第２図の実施例の変形例を示す第３図につ
いて説明する。

第３図においては、シリンダ18の直径を終端部まで同
一径にする代りにシリンダ18の終端部に開口する軸方向
に細長い長穴18aを円周方向に複数個形成した場合であ
る。

そのため、シリンダ18内を摺動するピストン19がスリ
ット開始位置から駆動軸14がストローク下限位置に達す
る間スクラム加速ガス用アキュムレータ８内が背圧ガス
用アキュムレータ９内と連通するので、制御棒28および
駆動軸14への落下衝撃力を低減することができ、かつダ
ッシュラム34とダッシュポット35への負荷を低減するこ
とができる。

なおスクラム終了後は上記第２図に示す実施例と同様
ピストン19を上昇してシリンダ18とシール13によって気
密を保持したとき、調整弁36を開放してスクラム加速用
アキュムレータ８内を元の所定圧力に上昇させる。

つぎに本発明のさらに他の一実施例である上部制御棒
駆動機構の駆動部分を示す第４図について説明する。

第４図においては、シリンダとピストン部分を削除
し、案内筒３内全体をスクラム加速ガスユニット10から
調整弁36を介して供給されるスクラム加速ガスにて、加
速ガス雰囲気に保持している。上記調整弁36は案内筒２
内が所定のガス圧力に達成したとき閉止する。

また、上部制御棒駆動部１を内蔵する内筒39の下端面
に、取付台７に支持されたベローズ背圧ガスエリア17を
支持するとともに、内筒39内と、上記ベローズ背圧ガス
エリア17とを遮断するため、駆動軸14との間にシール16
を介して介挿する。

したがって、本実施例によれば、案内筒３および原子
炉炉心上部機構を小形化することができる。

〔発明の効果〕

請求項１の発明によれば、スクラム加速用アキュムレ
ータの大容量化にともない、ピストンの移動による圧力
変動を吸収することができる。またスクラム加速ガスユ
ニットを制御することができるので設備の合理化をはか
ることができる。

請求項２および３の発明によれば、スクラム時におけ
る駆動軸および制御棒の加速力をストローク終端部を解
放することができるので、上記駆動軸および制御棒の落
下衝撃力を低減して長寿命化をはかることができる。

請求項４の発明によれば、ピストンとシリンダを削除
することができるので、駆動部の短尺化をはるとともに
原子炉炉心上部機構の小形化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す制御棒駆動機構の縦断
面図、第２図は本発明の他の一実施例を示すピストンと
シリンダ部分の縦断面図、第３図は本発明の他の一実施
例を示すピストンとシリンダ部分の縦断面図、第４図は
本発明のさらに他の一実施例を示す上部制御棒駆動機構
の縦断面図、第５図は従来の制御棒駆動機構を示す縦断
面図である。 １……駆動部、２……案内筒、３……シール、４……シ
ール、５……シール、６……上部案内管部、７……取付
台、８……スクラム加速ガス用アキュムレータ、９……
ハウジング背圧ガス用アキュムレータ、10……スクラム
加速ガスユニット、11……ハウジング背圧ガスユニッ
ト、12……シール、13……シール、14……駆動軸、15…
…ラッチ軸、16……シール、17……ベロース背圧ガスエ
リア、18……シリンダ、19……ピストン、20……駆動モ
ータ、21……ボールスクリュ、22……ボールナット、23
……ロードセル、24……ホールドマグネット、25……ア
ーマチュア、26……マグネットリンク、27……電磁ブレ
ーキ、28……制御棒、29……ラッチモータ、30……フィ
ンガ、31……駆動軸、32……ラッチ軸、33……溶接ベロ
ーズ、34……ダッシュラム、35……ダッシュポット、36
……バルブ、38……溶接ベローズ、39……内筒、40……
シール、41……シール。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】取付台に固定された案内筒と、該案内筒内
   に支持され、外部の背圧ガスユニットに上記案内筒を介
   して接続し、背圧ガス雰囲気に保持された内筒と、該内
   筒内に設置され、制御棒に連結する駆動軸を上下動およ
   び着脱する上部駆動部と、上記内筒の下端面に支持さ
   れ、上記駆動軸を貫通するとともに上端部の上記駆動軸
   との間にシールを介挿し、下端部のシリンダ内と上記駆
   動軸に有するピストンとの間にシールを介挿し、内部を
   密封状態に形成したスクラム加速ガス用アキュムレータ
   と、該スクラム加速ガス用アキュムレータ内にスクラム
   加速ガスを供給するスクラム加速ガスユニットを備えた
   制御棒駆動機構において、上記内筒の下面に設置され上
   下両端部を上記内筒および上記案内筒内に開口し、内部
   に上記ピストンの外周面との間にシールを介挿するシリ
   ンダと、上記案内筒の内壁面に固定され、上記シリンダ
   の外周面との間にシールを介挿し、上記案内筒内に上記
   ピストンを境にして上方のスクラム加速ガス用アキュム
   レータと下方の背圧ガス用アキュムレータを形成する仕
   切壁と、上記両アキュムレータ内に、上方のスクラム加
   速ガス用アキュムレータを下方の背圧ガス用アキュムレ
   ータより相対的に高圧になるようにガスを供給する１個
   のガスユニットとを備えたことを特徴とする制御棒駆動
   機構。
2. 【請求項２】上記シリンダはその終端部の径を拡開して
   上記ピストンと離間するように構成されたことを特徴と
   する請求項１記載の制御棒駆動機構。
3. 【請求項３】上記シリンダはその終端部に開口する軸方
   向に細長い穴を設けたことを特徴とする請求項１記載の
   制御棒駆動機構。
4. 【請求項４】取付台に固定された案内筒と、該案内筒内
   に支持され、外部の背圧ガスユニットに上記案内筒を介
   して接続し、背圧ガス雰囲気に保持された内筒と、該内
   筒内に設置され、制御棒に連結する駆動軸を上下動およ
   び着脱する上部駆動部と、上記内筒の下端面に支持さ
   れ、上記駆動軸を貫通するとともに上端部の上記駆動軸
   との間にシールを介挿し、下端部のシリンダ内と上記駆
   動軸に有するピストンとの間にシールを介挿し、内部を
   密封状態に形成したスクラム加速ガス用アキュムレータ
   と、該スクラム加速ガス用アキュムレータ内にスクラム
   加速ガスを供給するスクラム加速ガスユニットと、上記
   取付台に支持され上記貫通する駆動軸との間のシールお
   よびベローズにより内部を密封されたベローズ背圧ガス
   エリアとを備えた制御棒駆動機構において、上記案内筒
   内全体を同一圧力のスクラム加速ガス雰囲気に保持する
   ため、スクラム加速ガスを供給する上記スクラム加速ガ
   スユニットと上記内筒の下面に直接上記ベローズ背圧ガ
   スエリアを備えたことを特徴とする制御棒駆動機構。