JP2963788B2 - 制御棒駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉の制御棒
駆動装置、特に制御棒駆動機構に駆動水を供給する制御
棒駆動水圧系に改良を加えた制御棒駆動装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来の一般的な沸騰水型原子力発電所の
制御棒駆動装置の制御棒駆動系について、図５および図
６を参照して説明する。制御棒駆動系は、主に制御棒毎
に設けられている制御棒駆動機構と水圧制御ユニット、
および全制御棒に共通な制御棒駆動水圧系から構成され
ている。図５に制御棒駆動機構と水圧制御ユニットの構
成を示し、図６に制御棒駆動水圧系の概略系統図を示
す。

【０００４】図５において、制御棒駆動機構１は、水圧
ピストン駆動方式を採用したものであり、駆動ピストン
１ａ、インデックスチューブ１ｂおよびロッキング機構
１ｃから主に構成されている。そして、駆動ピストン１
ａは、インデックスチューブ１ｂの下部に取り付けられ
ており、上下に受圧面を有し、上面と下面の圧力差によ
り制御棒の挿入および引抜を行なう。また、インデック
スチューブ１ｂの外周面には、ロッキング用の溝が設け
てあり、ラチェットタイプのコレットフィンガ等のロッ
キング機構１ｃにより、ある一定のストロークだけ動い
て保持され、制御棒を所定位置に固定保持できるような
されている。

【０００５】この制御棒の操作に必要な水圧、流量を供
給し調整する系統は、制御棒１本ずつに付いている図５
に示す水圧制御ユニット２と、図６における全制御棒に
共通な制御棒駆動水圧系とからなっている。

【０００６】この制御棒駆動水圧系は、プラント運転中
に復水脱塩装置３から脱塩処理された復水を制御棒駆動
機構１に供給するための系統であり、駆動水ポンプ４、
サクションフィルタ５、駆動水フィルタ６、流量測定器
としてのフローノズル７、流量調整弁８，９、圧力調整
弁１０，１１、および安定弁１２等から主に構成されて
いる。

【０００７】そして、復水脱塩装置３から駆動水ポンプ
４により送り込まれた駆動水は、制御棒駆動機構１等の
誤作動その他の原因となる異物を取り除く２種類のフィ
ルタ、すなわちサクションフィルタ５と駆動水フィルタ
６を通り、一部はスクラム水圧系としての充填水ヘッダ
１３に流れる。また、一部は充填水圧力を保持するため
の流量調整弁８，９を経て、制御棒駆動機構１を作動さ
せる駆動水圧系である駆動水ヘッダ１４および制御棒駆
動機構ピストンシールの冷却水圧系である冷却水ヘッダ
１５へ流れる。ここで図６における充填水ヘッダ１３、
駆動水ヘッダ１４および冷却水ヘッダ１５はそれぞれ図
５におけるヘッダ部と接続されている。

【０００８】安定弁１２は、並列に設けられた２個の電
磁弁で構成され、通常時における一方の安定弁流量は制
御棒駆動機構１の制御棒の挿入動作に必要な流量と等し
く、他方の安定弁流量は引抜に必要な流量と等しくなる
よう調整されている。そして、安定弁１２を出た水は、
冷却水配管へ循環せしめられる。すなわち、駆動作動時
に、一方の安定弁１２を閉じると所定の流量が制御棒駆
動機構１の方に流れ、圧力調整弁１０での水圧を一定に
保ったまま動作を行なうことができるようになされてい
る。

【０００９】さらに、安定弁１２の下流側には、排水ヘ
ッダ１６からの配管が接続されており、駆動時、駆動水
ヘッダ１４から制御棒駆動機構１を通り排水ヘッダ１６
へ流れる排水は冷却水ヘッダ１５へ送られ、他の水圧制
御ユニット２を通して原子炉圧力容器内へ放出される。
この排水ヘッダ１６は図５における排水ヘッダ１６と接
続されている。

【００１０】通常運転時は、冷却水のみが流れており、
全ての制御棒駆動機構１を冷却する分だけの定常流量が
流れ、それぞれのヘッダ１３〜１６からはさらに制御棒
と同数の配管が各水圧制御ユニット２へ通じている。

【００１１】また、制御棒駆動水圧系には復水貯蔵槽
（タンク）１８が備えられ、駆動水の水源を復水脱塩装
置３から復水貯蔵槽（タンク）１８に切り換えられるよ
うになされている。

【００１２】水圧制御ユニット２は、制御棒駆動水圧系
からの充填水、冷却水および駆動水を制御棒駆動機構１
に供給するもので、１本の制御棒に対して１個設けられ
ている。

【００１３】水圧制御ユニット２は、図５に示すよう
に、４個の電磁選択弁２１，２２，２３，２４と２個の
スクラム弁２５，２６をまとめてユニット化したもので
ある。

【００１４】この水圧制御ユニット２は、次のように動
作する。

【００１５】制御棒挿入動作の際は、挿入用の電磁選択
弁２１，２２を開き、駆動水ヘッダ１４にかかる水圧を
駆動ピストン１ａの下面に与えてこの上面の水を排水ヘ
ッダ１６へ放出する。逆に引抜動作の際は、挿入用の電
磁選択弁２１，２２を短時間開き、インデックスチュー
ブ１ｂを僅かに上昇させてコレットフィンガのロックを
外し易くした後、引抜用の電磁選択弁２３，２４を開い
て駆動水圧を駆動ピストン１ａの上面にかけ、この下面
の水を排水ヘッダ１６へ放出させる。同時に、コレット
フィンガをガイドに沿って押し広げ、インデックスチュ
ーブ１ｂから離して、自由に引抜が行なえるような状態
にして制御棒の引抜を行なう。そして、スクラム動作時
には、スクラム弁２５，２６を開くことによって、充填
水ヘッダ１３から駆動ピストン１ａの下面に高圧水を流
し込むとともに、駆動ピストン１ａの上面の水を大気圧
のスクラム排水ヘッダ２７へ放出させ、これによって急
速なスクラム動作が行なえるようなされている。

【００１６】以上のような構成で、制御棒駆動系は、手
動制御信号に応じて、炉心内の制御棒の位置を変えるこ
とにより、低出力時における出力の増減、長期的な反応
度の調整および炉内出力分布の調節を行なうようなされ
ている。

【００１７】また、制御棒駆動水圧系の各フィルタにて
浄化した復水は、原子炉冷却材再循環ポンプ３０のメカ
ニカルシールのパージ水としても使用している。メカニ
カルシールは定期検査毎に消耗品として交換するが、原
子炉水に接触しており、強い放射能を滞びる可能性があ
る。このため、原子炉圧よりも高圧の浄化された復水を
メカニカルシールのパージ水として供給し、作業員の被
曝を防止している。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の制
御棒駆動系には、制御棒を駆動する制御棒駆動機構１の
駆動水を浄化し、クラッド等の異物を除去することを目
的とした２種類のフィルタ、すなわち駆動水を加圧する
駆動水ポンプ４の入口側に絶対濾過性能２５μｍ程度の
サクションフィルタ５が、出口側に絶対濾過性能５０μ
ｍ程度の駆動水フィルタ６がそれぞれ設置され、これに
よって制御棒駆動機構１の駆動水の濾過を行なうような
されている。また、浄化した復水は原子炉冷却材ポンプ
のメカニカルシールのパージ水としても供給されてい
る。

【００１９】しかしながら、この濾過性能では、微小な
クラッド等の異物を完全に除去することが困難で、制御
棒駆動機構１や水圧制御ユニット２に異物が混入した
り、制御棒駆動水圧系からパージ水を供給している原子
炉冷却材再循環ポンプのメカニカルシールへの異物噛込
みによる漏洩等が発生する可能性がある。また、各機器
の分解点検や水源切換等の操作時等に、制御棒駆動水圧
系内に空気が混入してしまうことがあり、このように空
気が混入すると制御棒駆動機構１の駆動性能に影響が出
てしまうため、空気を抜くためのベント作業を充分に行
なう必要がある。

【００２０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、制御棒駆動水圧系に混入した異物をほぼ完全に除
去できる程度までフィルタの濾過性能を上げるととも
に、空気も捕集できるようにして、異物および空気の混
入のない駆動水を制御棒駆動機構に供給でき、しかもフ
ィルタの再生利用が可能で、フィルタ交換の頻度低減お
よび二次廃棄物の低減が図れる制御棒駆動装置を提供す
ることを目的とする。 〔発明の構成〕

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る制御棒駆動装置は、沸騰水型原子炉の
制御棒を駆動する制御棒駆動機構に制御棒駆動水圧系か
ら制御棒駆動機構駆動用の駆動水を供給するようにした
制御棒駆動装置において、前記制御棒駆動水圧系の配管
内に設置された駆動水を浄化するフィルタを、逆洗再生
設備を有する中空糸膜フィルタとしたことを特徴とす
る。

【００２２】

【作用】上記のように構成した本発明によれば、中空糸
膜フィルタは、このフィルタの中空糸の表面にある０．
１μｍ以下の濾過孔により、液体中の不溶解性固形分を
ほぼ完全に除去することができ、かつ空気を通さないた
め、制御棒駆動水圧系の内部で制御棒駆動機構用の駆動
水を中空糸膜フィルタを通過させることによって濾過
し、これによって、クラッド等の異物や空気が混入した
駆動水が制御棒駆動機構等に流入することを防止するこ
とができる。また、原子炉冷却材再循環ポンプのメカニ
カルシールパージ水の浄化もできるため、メカニカルシ
ールへの異物の流入を防止することができる。

【００２３】さらに、中空糸膜フィルタは逆洗再生設備
を有するため、再生運用が可能となり、フィルタ交換の
頻度の低減および二次廃棄物の低減が図れるようにな
る。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
を説明する。

【００２５】本発明の実施例に係る制御棒駆動水圧系の
概略系統を図１に示す。また、逆洗設備を有する中空糸
膜フィルタの概略系統を図２に示す。なお、図６と同一
部分には同一符号で示し、重複する部分の説明は省略す
る。

【００２６】本実施例は、図１に示すように、従来例に
おいて駆動水ポンプ４の出口側に設置されている２基の
駆動水フィルタ６のうち１基を中空糸膜フィルタ２８に
置き換え、水源を復水貯蔵タンク１８のみに限定したも
のである。なお、他の１基の駆動水フィルタ６は従来の
ノッチワイヤ型等を使用している。

【００２７】中空糸膜フィルタ２８は図２に示すよう
に、密閉ケーシング２８ａ内を多数の小孔付きの仕切板
２８ｂによって上下に区画し、その仕切板２８ｂの小孔
に多数の中空糸からなるフィルタエレメント２８ｃを装
着して垂下したものである。そして、密閉ケーシング２
８ａの下部の濾過室２８ｄに供給した駆動水をフィルタ
エレメント２８ｃで濾過した後、上部のヘッダ室２８ｅ
から、開閉弁２８ｆを有する吐出管２８ｇを介して出口
部２８ｈに吐出するようになっている。

【００２８】なお、中空糸膜フィルタ２８に出口部２９
から駆動水を供給するための入口管２９ａには流量計２
９ｂおよび開閉弁２９ｃが設けられている。また、入口
管２９ａと吐出管２８ｇとの間には差圧計２９ｄが設け
られている。

【００２９】この実施例においては、復水貯蔵タンク１
８からの水は、サクションフィルタ５を通り、駆動水ポ
ンプ４で加圧された後、の入口管２９ａから中空糸膜フ
ィルタ２８に導かれ、その後、吐出管２８ｇを通って、
一部は流量調整弁８および圧力調整弁１０を経て制御棒
駆動機構１に供給され、また一部は原子炉冷却材再循環
ポンプ３０のメカニカルシールのパージ水として供給さ
れる。

【００３０】ここに、駆動水に混入したクラッド等の異
物は、まずサクションフィルタ５を通過することによっ
て除去される。しかし、このサクションフィルタ５は２
５μｍ以下の微小不溶解性固形分は除去されずに駆動水
ポンプ４に入り、このポンプ４から中空糸膜フィルタ２
８に吐出される。この中空糸膜フィルタ２８では０．１
μｍ程度のクラッドも捕捉され、固形分はほぼ完全に除
去される。したがって、中空糸膜フィルタ２８を出た駆
動水には異物の混入がない清浄な水となる。このため、
駆動水中の異物の噛込み等による制御棒駆動機構１の動
作不良等の異常の発生を防止して駆動性能を安定に保つ
ことができる。

【００３１】また、原子炉冷却材再循環ポンプ３０のメ
カニカルシールのパージ水は制御棒駆動水圧系から分岐
していることにより、制御棒駆動水が浄化されると同時
に、原子炉冷却材再循環ポンプ３０のメカニカルシール
パージ水も浄化されることになるので、メカニカルシー
ルへの異物の噛込み等を防止でき、漏洩発生の可能性を
低減させることができる。

【００３２】また、図６に示す従来例においては、プラ
ント建設時、定期検査時の機器の分解作業時および水源
を復水脱塩装置３から復水貯蔵槽（タンク）１８へ切り
換える時には、空気を抜くベント作業を充分に実施する
必要があったが、本実施例では、制御棒駆動水圧供給系
の駆動水ポンプ４の出口（吐出）側に中空糸膜フィルタ
２８が設置されているため、空気はこの中空糸膜フィル
タ２８によって捕集される。これによってベント作業を
大幅に削減し、簡略化することができるとともに、建設
工程や定期検査工程の負荷を低減することができて、経
済的な運営が可能となる。

【００３３】次に、中空糸膜フィルタ２８の逆洗再生設
備について説明する。

【００３４】図２に示すように、逆洗再生設備３１は空
気入口３２から導かれた空気供給管３３を有する構成と
されている。この空気供給管３３は、途中で二手に分岐
し、その一方が空気パージ用配管３４として密閉ケーシ
ング２８のヘッダ室２８ｅ側に連通され、他方がバブル
用配管３５として濾過室２８ｄに連通されている。濾過
室２８ｄ内には、バブル用配管３５に接続される孔あき
管等からなるバブル発生部３６が設けられている。

【００３５】空気供給配管３３には開閉弁３７および空
気濾過器３８が設けられ、また空気パージ用配管３４お
よびバブル用配管３５にはそれぞれ開閉弁３９，４０が
設けられている。

【００３６】また、中空糸膜フィルタ２８の濾過室２８
ｄの高さが異なる位置から複数の排水管４１，４２，４
３が引き出され、これらの排水管４１，４２，４３は開
閉弁４４，４５，４６，４７を介して放射性廃棄物処理
設備４８に導かれている。

【００３７】以上の中空糸膜フィルタ２８においては、
復水貯蔵タンク１８からの通水運転によって、フィルタ
エレメント２８ｃに捕獲されるクラッド量が次第に増加
してゆく。このクラッド量の増加傾向は、流量計２９ｂ
による通水量の測定、および差圧計２９ｄによる入口管
２９ａと吐出管２８ｇとの間の差圧測定によって知るこ
とができる。

【００３８】これらの測定値が一定の基準値に達した場
合に中空糸膜フィルタ２８の逆洗が必要と判定される。

【００３９】逆洗時には、まず、駆動水ポンプ４を停止
するととに、入口管２９ａおよび吐出管２８ｇの開閉弁
２９ｃ，２８ｆが閉とされる。次いで、排水管のうち高
所で開口するもの４１，４３の開閉弁４４，４７が開と
なり、中空糸膜フィルタ２８内の水位が仕切板２８ｂ以
下まで低下するよう排水が行なわれる。

【００４０】この場合、空気供給配管３３および空気パ
ージ用配管３４の開閉弁３７，３９が開とされ、空気入
口３２から中空糸膜フィルタ２８の密閉ケーシング２８
ａの上部に加圧空気が供給され、排水が円滑に行なわれ
る。そして、この空気供給によって各フィルタエレメン
ト２８ｃは膨張状態になる。この状態下で、バブル用配
管３５の開閉弁４０が開となり、バブル発生部３６への
空気供給によって濾過室２８ｄ内でバブリング作用が行
なわれる。このバブリング作用によって、フィルタエレ
メント２８ｃの外面に付着しているクラッドの除去、す
なわち逆洗再生処理が行なわれる。

【００４１】バブリングによるクラッド除去が一定時間
行なわれた後は、排水管４２の開閉弁４５，４６が開と
され、濾過室２８ｄ内の水が放射性廃棄物処理設備４８
に送られる。

【００４２】この後、逆洗のために開となっている開閉
弁が閉とされる一方、逆洗中、閉となっていた給水管２
９ａの開閉弁２９ｃ等が開とされ、再度駆動水の濾過運
転が行なわれる。

【００４３】したがって、本実施例によれば、中空糸膜
フィルタ２８のフィルタエレメント２８ｃの逆洗再生に
よって交換頻度を低減することができると共に、交換に
伴う二次廃棄物の量も低減することができる。

【００４４】また、フィルタエレメント２８ｃの再生が
可能であるため、水源を、復水脱塩装置によって脱塩処
理された復水等に限定する必要がなくなる。

【００４５】なお、本実施例では制御棒駆動水フィルタ
２基について、従来のノッチワイヤ型フィルタ等の駆動
水フィルタ６と中空糸膜フィルタ２８を１基ずつ並列に
設置している。中空糸膜フィルタ２８は、定期的に交換
する必要があるため、中空糸膜フィルタ交換時にはノッ
チワイヤ型フィルタ等の駆動水フィルタ６を使用し、交
換時以外は中空糸膜フィルタ２８を使用する。２基のフ
ィルタを中空糸膜フィルタとすることも考えられるが、
中空糸膜フィルタの場合、駆動水の濾過を実施せずに設
置しているだけでもクラッド等が付着するため、実際に
は使用していない中空糸膜フィルタも定期的に交換しな
ければならない。つまり、通常使用していないフィルタ
部に中空糸膜フィルタを設置することは交換作業が増加
し、経済的にも不利となり、また廃棄物も増えることに
なる。一方、ノッチワイヤ型フィルタの場合は、半永久
的に使用が可能であり、また中空糸膜フィルタの交換に
費す時間は短時間である。本実施例では、中空糸膜フィ
ルタ交換時のみにノッチワイヤ型フィルタを使用するの
で、交換作業の削減および廃棄物の半減ができ、経済的
にも有益である。また、異なる種類のフィルタを設置す
ることによりフィルタ機能の冗長性を向上し、単一トラ
ブルによる機能喪失を防止できる。

【００４６】次に、本発明の第２実施例に係る制御棒駆
動水圧系の概略系統を図３に示す。なお、図中、図６お
よび図１と同一部分には、同一符号で示し、重複する部
分の説明は省略する。

【００４７】本実施例は、図６に示す従来例において駆
動水ポンプ４の入口側に設置されている２基のサクショ
ンフィルタ５のうち１基を中空糸膜フィルタ２８に置き
換えたものである。

【００４８】復水脱塩装置３からの駆動水は駆動水ポン
プ４に入る前に中空糸膜フィルタ２８を通過し、ここで
異物が除去されるようになされている。

【００４９】以上の構成によって、第２実施例において
も第１実施例と同様な作用・効果を得ることができる。

【００５０】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、中空糸
膜フィルタを介して制御棒駆動水圧供給系から制御棒駆
動機構へ供給される駆動水にクラッド等の異物が混入す
るのを防止することができ、これによって制御棒駆動機
構の動作不良等を防止して安定した駆動性能を保持する
ことができる。また、制御棒駆動水圧系から分岐する原
子炉冷却材再循環ポンプのメカニカルシールのパージ水
も浄化されるので、メカニカルシールへの異物の混入を
防止でき、漏洩発生の可能性を低減できる。

【００５１】しかも、プラント建設時や定期検査時の分
解作業、さらには水源の切換時に駆動水中に空気が混入
しても、この空気は中空糸膜フィルタで捕集され、通過
することがないので、ベント作業を大幅に削減すること
ができ、ベント作業時間の短縮を図ってより経済的な運
営を行なうことができるといった効果がある。

【００５２】また、異なる種類のフィルタを設置するこ
とにより、フィルタ機能の冗長性を向上し、単一トラブ
ルによる機能喪失を防止することができる。

【００５３】さらに、中空糸膜フィルタは逆洗設備を有
するため、入口水質に限定を受けることがなく、また交
換頻度および二次廃棄物の量が低減でき、経済的な運営
も可能となる等の効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る制御棒駆動装置の制
御棒駆動水圧系を示す概略系統図。

【図２】前記実施例における逆洗設備を有する中空糸膜
フィルタの概略系統図。

【図３】本発明の第２実施例に係る制御棒駆動装置の制
御棒駆動水圧系を示す概略系統図。

【図４】本発明の第３実施例に係る制御棒駆動装置の制
御棒駆動水圧系を示す概略系統図。

【図５】沸騰水型原子炉の制御棒駆動機構と水圧制御ユ
ニットの関連を示す構成図。

【図６】従来の制御棒駆動装置の制御棒駆動水圧系を示
す概略系統図。

【符号の説明】

１ 制御棒駆動機構 ２ 水圧制御ユニット ３ 復水脱塩装置 ４ 駆動水ポンプ ５ サクションフィルタ ６ 駆動水フィルタ ７ フローノズル ８，９ 流量調整弁 １０，１１ 圧力調整弁 １２ 安定弁 １３ 充填水ヘッダ １４ 駆動水ヘッダ １５ 冷却水ヘッダ １６ 排水ヘッダ １８ 復水貯蔵槽 ２１，２２，２３，２４ 電磁選択弁 ２５，２６ スクラム弁 ２７ スクラム排水ヘッダ ２８ 中空糸膜フィルタ ３１ 逆洗設備

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G21C 7/16 G21C 19/307 G21F 9/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 沸騰水型原子炉の制御棒を駆動する制御
   棒駆動機構に制御棒駆動水圧系から制御棒駆動機構駆動
   用の駆動水を供給するようにした制御棒駆動装置におい
   て、前記制御棒駆動水圧系の配管内に設置された駆動水
   を浄化するフィルタを、逆洗再生設備を有する中空糸膜
   フィルタとしたことを特徴とする制御棒駆動装置。