JP2942592B2 - 制御棒駆動水圧装置 - Google Patents

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、沸騰水型原子力発電プラントに備えられる
制御棒駆動水圧装置に係わり、特に運転中に制御棒パタ
ーンの変更を行う際、燃料への影響をできるだけ少なく
するため、制御棒の移動ステップ距離を小さくできるよ
うにした制御棒駆動機構制御用の制御棒駆動水圧装置に
関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉の出力は、制御棒駆動機構により、炉
心に制御棒を挿入或いは引抜き動作させることによって
制御される。この制御棒駆動機構の駆動は、各制御棒駆
動機構に対応して設けられた水圧制御ユニットによって
行われる。そして、何等かの原因で原子炉を緊急停止さ
せねばならない場合には、全制御棒を一斉に炉心に急速
に挿入させる、いわゆるスクラム動作が行われる。

第４図に従来の一般的な制御棒駆動機構の構成を、第
５図に同じく制御棒駆動水圧装置の概略系統を夫々示
す。

第４図において、符号１は、制御棒駆動機構ハウジン
グで、このハウジング１内にハウジング下方より制御棒
駆動機構２が挿入され、収容されている。

この制御棒駆動機構２のシリンダーチューブ３内に
は、インデックスチューブ４及びピストンチューブ５が
夫々収容されており、インデックスチューブ４の上端に
は制御棒（図示せず）が接続され、下端にはドライブピ
ストン4aが連接されている。

また、シリンダチューブ３の上部には、コレットピス
トン６に連接されたコレットフィンガ７が配置されてい
るとともに、このコレットピストン６及びコレットフィ
ンガ７は、コレットスプリング7aによって下方に付勢さ
れている。このコレットフィンガ７は、通常時にインデ
ックスチューブ４の外周面にその長さ方向に沿って設け
られた位置決めノッチ８に係合して、制御棒の位置決め
を行い、コレットフィンガ７が相対的に上昇することに
より、これがガイドキャップ９に当接して開いて、ノッ
チ８と係合を解くような構成となっている。

更に、制御棒駆動機構ハウジング１には、制御棒駆動
機構２を駆動させるための水圧を供給及び排出するため
の挿入ライン10及び引抜ライン11が設けられている。ま
た、シリンダチューブ３内には、引抜ライン11と前記コ
レットピストン６の下面とを結ぶコレットフィンガ解除
用流路12が、ピストンチューブ５の上部には、ピストン
チューブ５内をインデックスチューブ４内の空間と連通
するドライブピストン押圧用流路13が夫々形成されてい
る。

この挿入ライン10及び引抜ライン11は、第５図に示す
制御棒駆動水圧装置に接続されている。

この制御棒駆動水圧装置は、水源（図示せず）に接続
されたポンプ15と、このポンプ15の吐出側に設けられた
マスタコントロール16と、このマスターコントロール16
とで配管で接続され駆動水流路の切換及び駆動水の制御
を行う水圧制御ユニット18とから主に構成されている。

マスタコントロール16には、流量調整弁16aと圧力調
整弁16bが直列に接続され、また圧力制御弁16bをバイパ
スするようにして安定化弁16cが夫々備えられるととも
に、流量調整弁16aの上流側は充填水ヘッダ20に、圧力
調整弁16bの上流側は駆動水ヘッダ21に、圧力調整弁16b
の下流側は冷却水ヘッダ22に夫々接続され、更に圧力調
整弁16bの下流側は開閉遍16dを介して排水ヘッダ23に接
続されている。

水圧制御ユニット18は、上記制御棒駆動機構２に対応
して複数個接設置され、制御棒駆動機構２とは挿入ライ
ン10及び引抜ライン11により接続されている。

更に、水圧制御ユニット18には、アキュムレータ25が
組込まれているとともに、駆動水の流れ方向を制御する
計４個の方向制弁18a,18b,18c,18dが備えられている。

なお、26a,26b,26c,26dは逆止弁で、また27はスクラ
ム入口弁、28はスクラム出口弁、29はスクラム排出ヘッ
ダである。

上記のような制御棒駆動機構２の挿入及び引抜動作に
ついて説明する。

制御棒（図示せず）を挿入する時は、図示しない中央
制御室からの挿入信号に応答して水圧制御ユニット18内
の方向制御弁18a,18dが開き、マスタコントロール16内
の駆動水圧力調整弁16bで圧力調整された駆動水が駆動
水ヘッダ21を通って圧力制御ユニット18内に入り、更に
方向制御弁18aから挿入ライン10を通って制御駆動機構
２内のインデックスチューブ４を押し上げる。一方、イ
ンデックスチューブ４とピストンチューブ５間の水は、
引抜ライン11を介して方向制御弁18dから排出ヘッダ23
を通ってマスターコントロール16に戻り挿入動作が行わ
れる。

また、制御棒（図示せず）を引抜く時は、先ず圧力制
御ユニット18内の方向制御片18a,18bが短時間開き、そ
の間にコレットフィンガ７にノッチ８を介して掛かって
いる制御棒（図示せず）とインデックスチューブ４の荷
重を除荷し、続いて方向制御弁18b,18cが開かれる。す
ると駆動水は、方向制御弁18cから引抜ライン11を通っ
て制御棒駆動装置２に作用し、この制御棒駆動装置２内
で二方向へ分かれ、一方はコレットフィンガ解除用流路
12を通ってコレットピストン６に作用しコレットフィン
ガ７をガイドキャップ９を介して押し広げてインデック
スチューブ４のノッチ８との係合を解除する。他方はピ
ストンチューブ５内の流路13を通ってその上部のドライ
ブピストン押圧用流路13aからインデックスチューブ４
内に入り、このインデックスチューブ４のドライブピス
トン4aを下方べ押し下げるように働く。これにより、ド
ライブピストン4aの下面の水は、挿入ライン10を介して
方向制御弁18bから排出ヘッダ23を通ってマスタコント
ロール16に戻り引抜動作が行われる。

次に、緊急停止（スクラム）時の動作について説明す
る。

スクラム用のエネルギ源として、常時ポンプ15の吐出
側と逆止弁26cを介して接続された水圧制御ユニット18
内のアキュムレータ25に畜積された水圧を利用し、非常
時のスクラム信号に応答して、スクラム入口弁27及びス
クラム出口弁28を急速に開弁することによって、アキュ
ムレータ25内の水圧がスクラム入口弁27を介して挿入ラ
イン10から制御棒駆動装置２に作用し、ドライブピスト
ン4aを急速に押し上げ、かつインデックスチューブ４と
ピストンチューブ５間の水を引抜ライン11及びスクラム
出口弁28を介してスクラム排出ヘッダ29に急速に排出す
ることによってスクラム動作が行われる。

また、以上のような挿入、引抜及びスクラム動作をし
ない通常運転時には、常時マスタコントロール16から冷
却水ヘッダ22、水圧制御ユニット18及び挿入ライン10を
介して制御棒駆動機構２に冷却水が供給されている。

なお、充填水ヘッダ20、駆動水ヘッダ21、冷却水ヘッ
ダ22及び排出ヘッダ23の各ヘッダは、図示しない他の復
水の水圧制御ユニットに接続されている。

一方、原子力発電プラントでは、燃料の熱的制限さら
運転中に制御棒パターンを変更しようとする時、原子炉
の出力を下げて制御棒の挿入又は引抜操作をしていたの
で、この間の設備利用率の低下は避けられなかった。

しかし、最近では燃料の改良がなされ、熱的制限も緩
和されつつあり、原子炉運転中に出力を下げずに制御棒
パターンを変更する運転方法とするニーズが高まってき
ている。この場合には、１回の操作で制御棒が挿入又は
引抜される移動距離をできるだけ小さくすることによ
り、燃料に対する影響を少なくすることができ、運転中
の安全性に対する余裕を向上させることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の制御棒駆動機構では、引抜動作
時にコレットフィンガから制御棒及びインデックスチュ
ーブの荷重を除荷するために引抜前に挿入前が必要とな
ることから、制御棒の１回の操作での移動距離、即ちイ
ンデックスチューブの位置決めのノッチ間の間隔には一
定の制限があるといった問題点があった。

本発明は上記に鑑み、制御棒の１回の操作による移動
距離、即ちインデックスチューブの位置決めノッチ間の
間隔を小さくしても、確実に制御棒駆動機構を制御する
ことができるようにした制御棒駆動水圧装置を提供する
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、本発明の係る制御棒駆動水
圧装置は、下端にドライブピストンを連接し上端で制御
棒を保持するとともに長さ方向に沿って複数のノッチを
設けたインデックスチューブと、このインデックスチュ
ーブのノッチに係合して制御棒の位置決めを行うコレッ
トフィンガを連接したコレットピストンと、このコレッ
トフィンガの上方に位置して前記ノッチとの係合を解く
ガイドキャッチとを内部に収容し、原子炉圧力容器内の
炉心に制御棒を挿入及び引抜する複数の制御棒駆動機構
に対応して設けられ、この制御棒駆動機構のドライブピ
ストンの下面に水圧を供給するための挿入ラインとコレ
ットピストンの下面に水圧を供給するための引抜ライン
とで前記制御棒駆動機構に接続された制御棒駆動水圧装
置において、水源に接続され駆動水を供給するポンプ
と、このポンプの吐出側に設けられたマスタコントロー
ルと、このマスタコントロールと配管を介して接続され
駆動水を制御する複数の水圧制御ユニットとを有し、こ
の水圧制御ユニットには、制御棒を急速挿入するアキュ
ムレータ及びクスラム弁と、制御棒を挿入する挿入電磁
弁と、制御棒を引抜する時に位置決めノッチを外すアン
ラッチ電磁弁と、引抜動作と挿入後の制御棒を位置決め
ラッチする引抜電磁弁とが備えられ、前記引抜電磁弁の
下流側を冷却水ラインの逆止弁の上流側に接続したもの
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、アンラッチ電磁弁と引抜電磁弁とを同時に開弁する
ことにより、コレットピストンで制御棒とインデックス
チューブを押し上げながらガイドキャップを介してコレ
ットフィンガとインデックスチューブのノッチとの係合
を解くことができるので、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
の自由落下との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。フンガインデックスチューブに設けたノッチの間の
ピッチを短くしても確実に制御駆動機構を制御すること
ができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明す
る。

第２図は本発明に係る制御棒駆動水圧装置によって駆
動される制御棒駆動機構2Aの概略構成を示すもので、上
記第４図に示す従来の制御棒駆動機構２の同一部分には
同一符号を付して説明を省略する。

この制御棒駆動機構2Aはインデックスチューブ４の、
ドライブピストン4aの上面に引抜用加圧水が供給されな
いようになされている点と、インデックスチューブ４の
下端部に貫通穴30が設けられ、この貫通穴30をドライブ
ピストン4a挿入及び引抜時にピストンチューブ５の外周
面とインデックスチューブ４の内周面で囲まれる部分の
排水流路としている点が従来CRD2と基本的に相違する。

第１図は、制御棒駆動水圧装置の概略を示す系統図で
ある。なお、この第１図においても、第５図に示される
従来例の制御棒駆動水圧装置と同一部材には同一符号を
付して説明を省略する。

この制御棒駆動水圧装置は、水源（図示せず）に接続
されたポンプ15と、このポンプ15の吐出側に設けられた
マスタコントロール16と、このマスタコントロール16と
配管を介して接続された駆動水流路の切換及び駆動水の
制御を行う水圧制御ユニット18とから主に構成されてい
る。この水圧制御ユニット18は、制御棒駆動機構2Aに対
応して複数個設置され、制御棒駆動機構2Aとは、挿入ラ
イン10及び引抜ライン11により接続されている。

マスタコントロール16には、流量制御弁16aと圧力調
整弁16bが直列に接続されて備えられ、圧力調整弁16bを
バイパスするようにして安定化弁16cが設けられてい
る。そして、流量調整弁16aの上流側は充填ヘッダ20
に、圧力調整弁16bの上流側は駆動水ヘッダ21に、圧力
調整弁16bの下流側は冷却水ヘッダ22に夫々接続されて
いる。

前記水圧制御ユニット18には、スクラム時のエネルギ
源としての水圧を蓄えスクラム弁27を介して挿入ライン
10と接続されたアキュムレータ25が備えられているとと
もに、制御棒駆動時の挿入及び引抜動作に応じて流路を
切換えるため、挿入電磁弁31とアンラッチ電磁弁32とが
並列に、上記挿入電磁弁31と引抜電磁弁33とが直列に配
置されて備えられている。

前記挿入電磁弁31とアンラッチ電磁弁32の入口側は逆
止弁26aを介して駆動水ヘッダ21に、アンラッチ電磁弁3
2の出口側は引抜ライン11に、挿入電磁弁31の出口側と
引抜電磁弁33の入口側からの分岐は挿入ライン10に、引
抜電磁弁33の出口側は冷却水ラインの逆止弁26bの上流
側に夫々接続されている。

一方、水圧制御ユニット18に組込まれたアキュムレー
タ25は、逆止弁26cを介して充填水ヘッダ20に接続さ
れ、また前記冷却水ヘッダ22は、逆止弁26bぽ介してス
クラム弁27の下流側の挿入ライン10に接続されている。

次に、上記実施例の作用について説明する。

マスタコントロール16で調整される圧力水は、充填水
圧が最も高いためスクラム用に使用され、駆動水ヘッダ
21への駆動水圧力は、２番目に高いため制御棒の挿入及
び引抜作動時に使用される。更に、冷却水ヘッダ22への
冷却水圧力は、最も低いため制御棒駆動機構2Aを動作さ
せることができないが、原子炉圧力よりも僅かに高いた
め、挿入ライン10を通して常時制御棒駆動機構2Aに冷却
水を流している。

制御棒（図示せず）を挿入する時は、図示しない中央
制御室からの挿入信号に応答して水圧制御ユニット18内
の挿入電磁弁31が開き、駆動水が駆動水ヘッダ21を介し
て挿入電磁弁31から挿入ライン10を通ってドライブピス
トン4aの下面に作用し、インデックスチューブ４を押し
上げ、インデックスチューブ４とピストンチューブ５と
の間の水は、インデックスチューブ４に設けられた貫通
穴30から原子炉に排出されて挿入動作が行われる。

一方、制御棒（図示せず）を引抜く時は、アンラッチ
電磁弁32と引抜電磁弁33が開き、駆動水はアンラッチ電
磁弁32及び引抜ライン11を介してコレットピストン６に
作用し、コレットフィンガ７がインデックスチューブ４
のノッチ８に噛合ったままで、インデックスチューブ４
とともに押し上げられる。この上昇によりコレットフィ
ンガ７がガイドギャップ９と当接するコレットフィンガ
７はガイドギャップ９に案内されて開き、インデックス
チューブ４のラッチ（ロック）が外れ、制御棒（図示せ
ず）とインデックスチューブ４の自重で引抜方向にイン
デックスチューブ４が動く。

この時、インデックスチューブ４とピストンチューブ
５との間は、インデックスチューブ４に設けられた貫通
穴30を通して原子炉水が供給され、ドライブピストン4a
を下面の水は、総入ライン及び引抜電磁弁33を介して冷
却水ラインに排出されて引抜動作が行われる。そして、
冷却水ラインに排出された水は、冷却水ヘッダ22を介し
て他の水圧制御ユニットを通って冷却水の一部として他
の制御棒駆動機構2Aから原子炉に排出される。

次に、緊急停止（スクラム）時の動作について説明す
る。

スクラム用のエネルギ源として、常時充填水ヘッダ20
を通してアキュムレータ25内に畜積された水圧が利用さ
れ、この水圧は、非常時のスクラム信号に対応してスク
ラム弁27が急速に開弁することによって、スクラム弁27
を介して挿入ライン10からドライブピストン4aの下面に
作用させ、インデックスチューブ４を急速に押し上げ
る。

一方、インデックスチューブ４とピストンチューブ５
との間は水は、インデックスチューブ４に設けられた貫
通穴30から原子炉に排出することによってスクラム動作
が行われる。

また、以上のようなスクラム動作をしない通常運転時
には、常時マスタコントロール16から冷却水ヘッダ22を
介して水圧制御ユニット18及び挿入ライン10から冷却水
が制御棒駆動機構2Aに供給され原子炉に排出される。

このように、制御棒を引抜く時に、インデックスチュ
ーブ４をコレットフィンガ７のストローク（コレットフ
ィンガ７がガイドギャップ９に接するまでのストロー
ク）分だけ挿入すれば良いので、制御棒の位置決め、即
ちインデックスチューブ４の位置決めノッチ８のピッチ
を小さくすることができ、１回の制御棒の挿入及び引抜
操作時のストロークを小さくすることができる。

第３図は制御棒駆動水圧装置の他の実施例を示す概略
系統図である。

この実施例は、機器の単一故障で制御棒が誤引抜され
るのを防止するようにしたもので、２個のアンラッチ制
御弁35a,35bを直列に配置することにより、一方のアン
ラッチ制御弁35a,35bの単一故障が発生しても、制御棒
の誤引抜が発生しないようにして、信頼性の向上を図っ
たものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明に係る制御棒駆動水圧装置
は、１回の制御棒駆動操作時の移動ストロークを小さく
した制御棒駆動機構を高い信頼性をもって駆動及び制御
することができるので、原子炉の出力を下げることな
く、制御棒のパターンを変更しても、燃料に与える影響
を少なくすることができ、燃料の安全性に対する余裕を
増すとともに、原子炉の発電プラントの利用率の向上に
大きく寄与す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図は本発明に係る制御棒駆動水圧装置の一実施例を
示す概略系統図、第２図は本発明の制御棒駆動水圧装置
によって駆動される制御棒駆動機構の縦断面図、第３図
は本発明の制御棒駆動水圧装置の他の実施例を示す概略
系統図、第４図は従来の制御棒駆動機構の縦断面図、第
５図は従来の制御棒駆動水圧装置の概略系統図である。 １……制御棒駆動機構ハウジング、2A……制御棒駆動機
構、３……シリンダチューブ、４……インデックスチュ
ーブ、4a……ドライブピストン、５……ピストンチュー
ブ、６……コレットピストン、７……コレットフィン
ガ、８……位置決めノッチ、９……ガイドキャップ、10
……挿入ライン、11……引抜ライン、15……ポンプ、16
……マスタコントロール、18……水圧制御ユニット、31
……挿入電磁弁、32,35a,35b……アンラッチ電磁弁、33
……引抜電磁弁。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドライブピストンを下端部に連接し上端で
   制御棒を保持するとともに長さ方向に沿って複数のノッ
   チを設けたインデックスチューブと、このインデックス
   チューブのノッチに係合して制御棒の位置決めを行うコ
   レットフィンガを連接したコレットピストンと、このコ
   レットフィンガの上方に位置して前記ノッチとの係合を
   解くガイドキャップとを内部に収容し、制御棒の挿入及
   び引抜を行なう複数の制御棒駆動機構を設け、上記制御
   棒駆動機構のドライブピストンの下面に水圧を供給する
   ための挿入ラインとコレットピストンの下面に水圧を供
   給するための引抜ラインとを備えた制御棒駆動水圧装置
   において、水源に接続され駆動水を供給するポンプと、
   このポンプの吐出側に設けられたマスタコントロール
   と、このマスタコントロールと配管を介して接続され駆
   動水を制御する複数の水圧制御ユニットとを有し、この
   水圧制御ユニットには、制御棒を急速挿入するアキュム
   レータ及びスクラム弁と、制御棒を挿入する挿入電磁弁
   と、制御棒の引抜時に位置決めノッチを外すアンラッチ
   電磁弁と、引抜動作と挿入後の制御棒を位置決めラッチ
   を行なう引抜電磁弁とを設けたことを特徴とする制御棒
   駆動水圧装置。