JP2942591B2

JP2942591B2 - 制御棒駆動機構の駆動方法

Info

Publication number: JP2942591B2
Application number: JP2151681A
Authority: JP
Inventors: 吉繼児山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1999-08-30
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JPH0450694A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、沸騰水型原子炉（以下、BWRと称する）と
水圧式制御棒駆動機構（同じく、CRD）の駆動方法に関
する。

（従来の技術）一般にBWRは、第４図に示すように、原子炉圧力容器
（同じく、RPV）１内に多数の燃料集合体２を装荷して
炉心３を構成している。これらの燃料集合体２は、第５
図に示す如く角筒状の燃料チャンネルボックス４内に多
数の燃料棒５がマトリックス状に配列して収容された構
成のもので、各燃料集合体２は、上部を上部格子板６に
よって保持され、下端を炉心支持板７を貫通して配置さ
れた燃料支持金具８によって支持されている。燃料支持
金具８の下端には、制御棒案内管９が連結され、各制御
棒案内管９の下端は、RPV1の底部を貫通して取付けられ
た制御棒駆動ハウジング（同じく、CRDハウジング）10
の上端に連結されている。各CRDハウジング10内には、C
RD11が収容され、各CRD11は、その下端フランジ12をCRD
ハウジング10の下端フランジ13にボルト締めによって取
付けられている。

CRD11の上端には制御棒14が連結されている。この制
御棒14は、第５図に示す如く断面十字形をなすもので、
制御棒案内管９内に挿通され、燃料支持金具８を貫通し
て、４体の燃料集合体２の間に形成される十字形空間内
に挿入されるようになっている。

なお、図中15は炉心の燃料集合体２間に配置された中
性子束計装管である。

第６図は、従来の一般的なCRD11の構造を示すもの
で、CRDハウジング10の内部には、サーマルチューブ1
6、アウターチューブ17が順次配置され、アウターチュ
ーブ17の下端は閉塞して前記下端フランジ12が形成され
ている。

また、アウターチューブ17の上部には、環状空間が形
成され、ここにコレットピストン18が昇降自在に収容さ
れている。コレットピストン18の上面には、コレットフ
ィンガ19が一体に連接され、これらコレットピストン18
及びコレットフィンガ19は、コレットスプリング20によ
り下方向に付勢されている。

アウターチューブ17内にはインデックスチューブ21が
昇降自在に収容されている。このインデックスチューブ
21は、外周面に高さ位置の異なる複数のノッチ22を有
し、下端に駆動ピストン23を備えている。また、インデ
ックスチューブ21の上端には、カップリングスパッド24
が取付けてあり、このカップリングスパッド24の上部に
は、制御棒14の下端に着脱自在なスプリングフィンガ25
が連結されている。

インデックスチューブ21は、いずれのノッチ22にコレ
ットフィンガ19を係合させて下降動作を禁止している。
また、アウターチューブ17の上端には、ガイドキャップ
26が形成されている。このガイドキャップ26は、コレッ
トピストン18が上昇した時、コレットフィンガ19と係合
してコレットフィンガ19とインデックスチューブ21のノ
ッチ22との係合を解除するためのものである。またイン
デックスチューブ21内には、ピストンチューブ27が下方
より挿入され、このピストンチューブ27の周壁上部に
は、バッファオリフィス28が複数個設けられている。

前記CRDハウジング10の下端フランジ13からアウター
チューブ17の下端フランジ12に亙って、挿入用加圧水供
給孔29及び引抜用加圧水供給孔30が形成されている。挿
入用加圧水供給孔29は、前記駆動ピストン23の下面側に
連通し、引抜用加圧水供給孔30は、ピストンチューブ27
内、バッファオリフィス28、及びピストンチューブ27と
インデックスチューブ21との間を通して駆動ピストン23
の上面側に連通している。また、アウターチューブ17内
には、引抜用加圧水供給孔30と前記コレットピストン18
の下面側とを結ぶ細径のコレットフィンガ解除用流路31
が形成されている。

第７図は、前記挿入用及び引抜用加圧水供給孔29,30
内に加圧水を供給する制御棒水圧駆動装置32を示すもの
で、図中33は復水貯蔵タンク、34はポンプであり、35は
アキュムレータである。また、36は流量調整弁、37は開
閉弁であり、38a,38b,38c,38dは加圧水の流れ方向を制
御する方向選択弁である。

前記復水貯蔵タンク33内の水は、ポンプ34により加圧
され、流量調整弁36を通って送出されるが、この流量調
整弁36と挿入用加圧水供給孔29とは、方向選択弁38aを
介挿した挿入用加圧水供給ライン48で接続され、流量調
整弁36と引抜用加圧水供給孔30とは、方向選択弁38bを
介挿した引抜用加圧水供給ライン49で接続されている。

なお、第７図中、39はポンプ34の吸込側圧力を検出す
る圧力検出器、40はポンプ34の吐出側流量を検出する流
量検出器であり、流量検出器40からの検出信号は、制御
部41へ出力され前記流量調整弁36の開度を制御する。ま
た同図中、42,43はスクラム弁、44,45,46は逆止弁で、
逆止弁44,45の出口側は、排出ヘッダ47に接続されてい
る。

次に動作を説明する。

制御棒14の挿入動作は次のようにして行われる。

挿入信号が発生すると、先ず方向選択弁38a.38dの開
弁し、ポンプ34により送出された加圧水が挿入用加圧水
供給ライン48を通って挿入用加圧水供給孔29により駆動
ピストン23の下面側に供給され、インデックスチューブ
21が上昇する。これと同時に駆動ピストン23の上面側の
水は、引抜用加圧水供給孔30より引抜用加圧水供給ライ
ン49を通り、方向選択弁38d及び逆止弁44を経て排水ヘ
ッダ47に放出される。このインデックスチューブ21の上
昇により、その上端にカップリングスパッド24を介して
連結された制御棒14も一体に上昇して炉心３に挿入され
る。

ここで、インデックスチューブ21とコレットフィンガ
19との関係は、第８図（Ａ）〜（Ｃ）に示す通りであ
る。

即ち、インデックスチューブ21に設けられたノッチ22
を上から下に向かって、仮に22a,22b,22c,22dとし、コ
レットフィンガ19がノッチ22aに係合している状態（第
８図（Ａ））から次のノッチ22bに係合するところまで
インデックスチューブ21を挿入するものとすると、先ず
インデックスチューブ21を第８図（Ｂ）に示すように、
ノッチ22bがコレットフィンガ19を通過するところまで
過剰に上昇させる。その後、方向選択弁38a,38dを閉弁
させ、駆動ピストン23の下面側への加圧水の供給を停止
して制御弁14とインデックスチューブ21とを自らの自重
により落下させる。すると第８図（Ｃ）に示すように、
所定のノッチ22bがコレットフィンガ19に係合したとこ
ろで、インデックスチューブ21及び制御棒14が停止する
ことになる。

なお、このように過剰な上昇位置から所定の位置まで
インデックスチューブ21及び過剰棒14を落下させる動作
をセトル動作と称している。

第９図（Ａ）〜（Ｆ）は、制御棒14の引抜動作時にお
けるインデックスチューブ21とコレットフィンガ19との
関係を示すものである。

今、第９図（Ａ）に示す如くコレットフィンガ19がノ
ッチ22cに係合している状態から、１つ上位のノッチ22b
に係合する（第９図（Ｆ））ところまでインデックスチ
ューブ21を引抜くものとすると、先ず引抜信号により方
向選択弁38a,38dが短時間（約１秒間）だけ開弁して駆
動ピストン23の下面側に加圧水が供給される。するとイ
ンデックスチューブ21は、第９図（Ａ）の位置から同図
（Ｂ）の位置まで僅かに上昇し、コレットフィンガ19を
ノッチ22cより離脱させる。続いて、方向選択弁38a,38d
が閉弁すると同時に、他の２つの方向選択弁38b,38cが
開弁する。これによって、ポンプ34より送出された加圧
水が引抜用加圧水供給ライン49を通って駆動ピストン23
の上面側に供給され、同時にコレットフィンガ解除用流
路31を通してコレットピストン18の下流側にも供給され
る。

従って、第６図および第９図（Ｃ）に示す如くコレッ
トピストン18とともにコレットフィンガ19がコレットス
プリング20を圧縮しながら上昇し、コレットフィンガ19
の上端がガイドキャップ26に摺接してインデックスチュ
ーブ21の外周面より離間する。このためコレットフィン
ガ19は、いずれのノッチ22に対しても係合不能な状態と
なる。

この状態は約２秒間保持されるが、その間にインデッ
クスチューブ21は、駆動ピストン23の上面に作用する加
圧水により、第９図（Ｄ）に示す如く引抜保持されるべ
き位置の近くまで引抜かれる。この時、駆動ピストン23
の下面側の水は、挿入用加圧水ライン48を通り、方向選
択弁38c及び逆止弁44を経て排水ヘッダ47に放出され
る。

その後、方向選択弁38b,38cを閉弁させ、コレットピ
ストン18の下面側及び駆動ピストン23の上面側への加圧
水の供給を停止すると、第９図（Ｅ）に示す如くコレッ
トフィンガ19がコレットスプリング20の弾性力により下
方に復帰して、ノッチ22に対して係合可能な状態とな
る。続いて、制御棒14及びインデックスチューブ21は、
自らの自重により落下する。そして、最初のノッチ22b
が第９図（Ｆ）で示す如くコレットフィンガ19に係合し
たところで、インデックスチューブ21及び制御弁14が停
止し、引抜動作が完了する。

この引抜動作の場合、第９図（Ｅ）から（Ｆ）に至る
変化をセトル動作と称している。

ここに、上記原子炉の運転に際しては、燃料の熱的制
限が大きいこともあり、制御棒14による出力制限を最少
として、冷却材流量の調整により出力調整を行う調整方
法を採られている。また、原子炉運転サイクルの中で
は、炉心の出力変化を含む炉心の反応度変化が生じる。
これらの反応度変化を制御するには、多数の制御棒14の
位置を変化させる必要がある。

しかしながら、前述したように燃料の熱的制限が大き
いため、反応度変化のために多数の制御棒14を駆動する
場合には、制御棒14の駆動幅が大きいこともあり、冷却
材流量を減じて原子炉の出力を一度下げて上で制御棒14
を駆動する方法が採られている。

このように、反応度調整のために、原子炉の出力を下
げることは、原子炉発電所の利用度の低下を招くことに
より好ましくない。

このため、常時起動時のステップ幅が小さくできるよ
うにして微動駆動性能を向上させ、これによって原子炉
の運転制御性を向上させるようにしたものとして、例え
ば特開昭61−213688号公報等により電動機駆動式CRDが
採用される傾向にある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、電動機駆動式CRDは、機能の付加によ
るCRD本体構造の複雑化及び微動駆動のための電動機の
制御装置の設置等、コストの増大に繋がってしまう。し
かも、既存のプラントへの適用を考えた場合、CRD本体
の構造が大巾に異なるためと電動機の制御装置の追設等
が必要となる等の理由で、既存のプラントへの適用は非
常に困難であると考えられる。

一方、従来の一般的な水圧式CRDにおいては、制御棒
の引抜操作に際し、引抜駆動圧力を駆動ピストンの上面
に作用させる前に、インデックスチューブ21を一度上昇
（アンラッチ）させる必要があるため、インデックスチ
ューブ21に設けたノッチ22のピッチが必然的に長くなっ
て微動駆動を行うことができないのが現状であった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、原
子炉運転制御上の効果が高く、しかも既存の水圧式CRD
との交換が可能で微動駆動可能なCRDの駆動方法を提供
することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明に係る制御棒駆動機
構（CRD）の駆動方法は、外周面に長さ方向に沿って複
数のノッチを設け上端で制御棒を保持するとともに下端
に駆動ピストンを連接したインデックスチューブと、こ
のインデックスチューブの側方に配置され前記ノッチに
係合するコレットフィンガを一体に連接したコレットピ
ストンと、このコレットピストンの上方に位置し前記ノ
ッチを開かせて前記ノッチとコレットフィンガとの係合
を解くガイドキャップとを備えたCRDを駆動する駆動方
法において、コレットフィンガがインデックスチューブ
のノッチに係合した状態でコレットピストン下面に加圧
水をコレットフィンガがガイドキャップのテーパ面に沿
って開くまで供給し、次に加圧式を、コレットピストン
の下面に供給した状態で方向選択弁を介してインデック
スチューブを自由落下させ、しかる後、コレットピスト
ン下面への加圧水の供給を停止することにより自由落下
しているインデックスチューブをコレットフィンガによ
り所定位置に保持するようにしたものである。

（作用）上記のように構成した本発明によれば、引抜操作の際
に、コレットフィンガとインデックスチューブの両者を
係合させたまま上昇させ、この上昇に伴ってコレットフ
ィンガとインデックスチューブとの係合を解くことがで
き、従って引抜操作時の挿入操作（アンラッチ操作）を
コレットピストンで行うことができるため、機械的にア
ンラッチストロークを決定することができ、しかもイン
デックスチューブの自由落下と相俟って再びインデック
スチューブをコレットフィンガにより所定位置に保持す
ることができるので、インデックスチューブに設けたノ
ッチ間のピッチを短くして微動駆動を行うようにするこ
とができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第３図は本発明による駆動方法に適したCRD10Aの概略
構成を示すもので、上記第６図に示す従来のCRD10と同
一部分には同一符号が付して説明を省略する。

このCRD10Aは特に第３図に示すように、駆動ピストン
23の上面に引抜用加圧水が供給されないようにした点
と、インデックスチューブ21の下端部に貫通孔50が設け
られ、この貫通孔50を駆動ピストン23の挿入及び引抜時
にピストンチューブ27の外周面とインデックスチューブ
21の内周面で囲まれる部分の排水流路としている点を従
来のCRD10と基本的に異にする。次に、CRD10Aの駆動方
法を第１図及び第２図を用い、更に第８図を参照して説
明する。なお、これらの図においても、上記従来例と同
一部材は同一符号を付して説明を省略する。

先ず、制御棒14の挿入動作は次のようにして行われ
る。

挿入信号が発生すると、先ず方向制御弁38aが開弁す
る。これによって、ポンプ34により送出された加圧水が
挿入用加圧水供給ライン48を通って駆動ピストン23の下
面側へ供給され、インデックスチューブ21が上昇する。

今、インデックスチューブ21に設けられたノッチ22を
上から下に向かって22a,22b,22c,22dとし、コレットフ
ィンガ19がノッチ22aに係合している第８図（Ａ）に示
す状態から、コレットフィンガ19が１つ下位のノッチ22
bに係合するところまでインデックスチューブ21を挿入
するものとすると、先ずインデックスチューブ21を第８
図（Ｂ）に示すように、ノッチ22bがコレットフィンガ1
9を僅かに通過するところまで過剰に上昇させる。この
時、駆動ピストン23の上面側の水は、第３図に示すよう
にインデックスチューブ21の下端の貫通孔50を通り炉心
３へ排水される。

次に、方向選択弁38aを閉弁させると同時に方向選択
弁38cを開弁させて、インデックスチューブ21及び制御
棒14の自重によりセトル動作を行なわせる。即ち、イン
デックスチューブ21及び制御棒14は、第８図（Ｃ）に示
す如く、ノッチ22bがコレットフィンガ19に係合したと
ことで停止して挿入動作が完了する。

また、制御棒14の引抜動作は第１図（Ａ）〜（Ｆ）に
示されるようにして行われる。

この引抜時にインデックスチューブ21は第１図（Ａ）
に示す位置でコレットフィンガ19に係合している。この
状態で引抜信号が入力すると、方向制御弁38bが開弁し
てコレットピストン18の下面側に加圧水が供給される。
すると、インデックスチューブ21がコレットフィンガ19
に係合したまま第１図（Ｂ）の位置から（Ｃ）の位置ま
で上昇する。このコレットピストン18の上昇に伴いコレ
ットフィンガ19は、ガイドキャップ26のテーパ面26aに
沿って開き始め、第１図（Ｄ）に示すようにノッチ22b
より離脱する。

方向選択弁38bを開いたままにして、加圧水をコレッ
トピストン18の下面側に供給したままの状態で、方向選
択弁38cを短時間だけ開弁することにより、第１図
（Ｅ）で示すように、駆動ピストン23を自由落下させ
る。この時、駆動ピストン23の下面側の水は、挿入用加
圧水供給ライン48を通り、方向選択弁38c及び逆止弁44
を経て排水ヘッダ47に放出される。

駆動ピストン23の自由落下の途中で、方向選択弁38b
を閉弁とすると、コレットピストン18はコレットスプリ
ング20の弾性力により初期位置に戻され、コレットフィ
ンガ19はインデックスチューブ21のノッチ22aと係合し
て、第１図（Ｆ）で示す状態となり、引抜動作が完了す
る。

従って、本実施例によれば、従来のCRDに比べ、引抜
動作時の挿入操作（アンラッチ操作）をコレットピスト
ン18で行ことができるため、機械的にアンラッチストロ
ークを決めることができ、ノッチ22間ピッチを短くする
ことができて、微動駆動が可能となる。

なお、本実施例では、上記説明の通り、CRDを従来の
ものと交換することと方向制御弁の作動シーケンスを交
換するだけで微動駆動可能なCRDの駆動方法とすること
ができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る制御棒駆動機構の駆
動方法によれば、水圧駆動により微動駆動可能なCRDの
駆動方法を得ることができ、従って既存の水圧式CRDと
の交換が可能で、しかも燃料への熱的インパクトの低減
や高出力運転での出力パターンの変更を可能となし、原
子力発電所の利用率を向上させることができるといった
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、第１図
（Ａ）〜（Ｆ）は制御棒の引抜動作を説明するための説
明図、第２図はCRDの制御棒水圧駆動装置の概略構成
図、第３図はCRDの内部構造を示す縦断面図、第４図はB
WRの一部を示す概略縦断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ
線に沿う断面図、第６図乃至第９図は従来例を示し、第
６図はCRDの内部構造を示す縦断面図、第７図は制御棒
水圧駆動装置の概略構成図、第８図（Ａ）〜（Ｃ）は制
御棒の挿入動作を説明するための説明図、第９図（Ａ）
〜（Ｆ）は制御棒の引抜動作を説明するための説明図で
ある。１……RPV（原子炉圧力容器）、２……燃料集合体、３
……炉心、10……CRVハウジング（制御棒駆動ハウジン
グ）、11……CRV（制御棒駆動機構）、14……制御棒、1
8……コレットピストン、19……コレットフィンガ、20
……コレットスプリング、21……インデックスチュー
ブ、22,22a,22b,22c,22d……ノッチ、23……駆動ピスト
ン、32……制御棒水圧駆動装置、38a,38b,38c,38d……
方向選択弁、48……版入用加圧水供給ライン、49……引
抜用加圧水供給ライン、50……貫通孔。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外周面に長さ方向に沿って複数のノッチを
設け上端で制御棒を保持するとともに下端に駆動ピスト
ンを連接したインデックスチューブと、このインデック
スチューブの側方に配置され前記ノッチに係合するコレ
ットフィンガを一体に連接したコレットピストンと、こ
のコレットピストンの上方に位置し前記ノッチを開かせ
て前記ノッチとコレットフィンガとの係合を解くガイド
キャップとを備えた制御棒駆動機構を駆動する駆動方法
において、コレットフィンガがインデックスチューブの
ノッチに係合した状態でコレットピストン下面に加圧水
を、コレットフィンガがガイドキャップのテーパ面に沿
って開くまで供給し、次に加圧水をコレットピストンの
下面に供給した状態で方向選択弁を介してインデックス
チューブを自由落下させ、しかる後、コレットピストン
下面への加圧水の供給を停止することにより自由落下し
ているインデックスチューブをコレットフィンガにより
所定位置に保持することを特徴とする制御棒駆動機構の
駆動方法。