JP5615569B2 - 制御棒駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉の出力制御を行う制御棒を駆動する制御棒駆動装置に関するものである。

原子力発電所等で使用される沸騰水型原子炉（Boiling Water Reactor、以下ＢＷＲという）は、原子炉容器内で水を沸騰させて蒸気を発生させ、該発生させた蒸気でタービンを回転させて発電するものである。ＢＷＲは、燃料であるウランの核分裂を制御するために、中性子を吸収する制御棒が使用される。この制御棒には制御棒駆動機構（Control Rod Drive、以下ＣＲＤという）が接続され、ＣＲＤは、制御棒を上下方向に駆動してＢＷＲの出力を制御する。

ＣＲＤは、一般に、ＣＲＤ本体部と、このＣＲＤ本体部を覆ってＣＲＤ本体部を固定するＣＲＤハウジング部とを備える。ＣＲＤ本体部及びＣＲＤハウジング部にはボルト孔がそれぞれ設けられ、このボルト孔にボルトを挿入して締結することでＣＲＤ本体部とＣＲＤハウジング部とが固定される。ＣＲＤ本体部は、定期検査等でボルトを外してＣＲＤハウジング部から引き抜かれ、定期検査等の終了時にＣＲＤハウジング部に取り付けられてボルトで締結される。このとき、制御棒とＣＲＤハウジング部との接地面からの漏えい水が、ＣＲＤ本体部のボルト孔及びＣＲＤハウジング部のボルト孔に入り込んでしまうことがある。

例えば、特許文献１には、制御棒駆動機構のシール構造が開示されている。このシール構造によれば、ボルトとＣＲＤハウジング部との間にワッシャが設けられ、このワッシャを介してボルトを挿入してＣＲＤ本体部とＣＲＤハウジング部とが固定される。このワッシャには溝が設けられ、このワッシャの溝からボルト孔に溜まる水を流動させて排除する。

また、特許文献２には、制御棒駆動機構腐食防止装置が開示されている。この腐食防止装置によれば、ＣＲＤ本体部とＣＲＤハウジング部とを締結するボルトに溝が設けられ、このボルトの溝からボルト孔に溜まる水を流動させて排除する。

特開平６−５９０６８号公報 特開平３−５１７９７号公報

ところで、特許文献１に係るシール構造及び特許文献２に係る腐食防止装置によれば、ＣＲＤ本体部のボルト孔及びＣＲＤハウジング部のボルト孔に溜まる水を排除するために、溝が設けられたワッシャやボルトを使用しているが、この溝だけでは完全に水を排除することは困難であり、わずかに残留した水によりボルトやボルト孔が腐食してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、このような課題を解決したものであって、ボルト、ＣＲＤ本体部のボルト孔及びＣＲＤハウジング部のボルト孔に滞留する水を完全に排除して腐食を防止できる制御棒駆動制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る制御棒駆動装置は、液体の流動によって原子炉の出力制御を行う制御棒を駆動する制御棒駆動機構を有し、かつ、第１のボルト孔が穿設された第１のフランジを有する本体部と、第１のボルト孔に対応した位置に第２のボルト孔が穿設された第２のフランジを有し、本体部の上部を覆って原子炉に取り付けられるハウジング部と、ネジ部及び頭部を有し、第１及び第２のフランジを重ね合わせて第１のボルト孔から第２のボルト孔に向かってネジ部が挿入され、該挿入されたネジ部を締結して本体部及びハウジング部を頭部で固定するボルトとを備え、ボルトは、頭部のネジ部の内側に切欠部を有すると共に当該切欠部側から頭部の外周方向に向かって傾斜し、かつ、広がった溝を有することを特徴とするものである。

本発明に係る制御棒駆動装置では、本体部が、液体の流動によって原子炉の出力制御を行う制御棒を駆動する制御棒駆動機構を有し、かつ、第１のボルト孔が穿設された第１のフランジを有する。ハウジング部が、第１のボルト孔に対応した位置に第２のボルト孔が穿設された第２のフランジを有し、本体部の上部を覆って原子炉に取り付けられる。ボルトが、ネジ部及び頭部を有し、第１及び第２のフランジを重ね合わせて第１のボルト孔から第２のボルト孔に向かってネジ部が挿入され、該挿入されたネジ部を締結して本体部及びハウジング部を頭部で固定する。これを前提にして、ボルトは、頭部のネジ部の内側に切欠部を有すると共に当該切欠部側から頭部の外周方向に向かって傾斜し、かつ、広がった溝を有する。これにより、第１及び第２のボルト孔に滞留した液体が、当該液体の自重によってボルトの傾斜した溝に沿って流動する。

本発明に係る制御棒駆動装置によれば、本体部とハウジング部との隙間や第１及び第２のボルト孔に滞留した液体がボルトの傾斜した溝に沿って流動するので、滞留した液体を当該制御棒駆動装置外に勢い良く排出できるようになる。

この結果、本体部、ハウジング部及びボルトが液体によって腐食することを防止でき、従来の制御棒駆動装置に比べて信頼性及び寿命が向上した制御棒駆動装置を提供することができる。

第１の実施の形態に係る制御棒駆動装置１００の構成例を示す正面断面図である。 マウンティングボルト３の取付例を示す拡大正面断面図である。 マウンティングボルト３の構成例を示す平面図である。 マウンティングボルト３の構成例を示す右側面図である。 第２の実施の形態に係るマウンティングボルト３Ａの構成例を示す正面断面図である。 第３の実施の形態に係る制御棒駆動装置１００Ａの構成例を示す正面断面図である。

以下、図面を参照して、第１の実施の形態に係る制御棒駆動装置１００及びマウンティングボルト３、第２の実施の形態に係るマウンティングボルト３Ａ及び第３の実施の形態に係る制御棒駆動装置１００Ａについて説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る制御棒駆動装置１００の構成例を示す正面断面図である。図１に示すように、制御棒駆動装置１００は、ＣＲＤ本体部（以下、本体部１という）、ＣＲＤハウジング部（以下、ハウジング部２という）及びマウンティングボルト３（ボルト３ともいう）で構成される。

本体部１は、第１のボルト孔（以下、ボルト孔１ｂという）が穿設された第１のフランジ（以下、フランジ１ａという）を有する。また、本体部１は、原子炉の出力制御を行う図示しない制御棒を液体の流動によって駆動するために、制御棒挿入用流路（以下、流路８という）及び制御棒引抜用流路（以下、流路９という）が設けられ、当該本体部１の内部には制御棒を連結して駆動する制御棒駆動部７が設けられる。流路８，９には図示しない水圧制御装置が後述する流路用孔２ｃ，２ｄを介して接続される。

水圧制御装置によって流路８に水が流動すると制御棒駆動部７が上方向に駆動して、制御棒が原子炉容器６内に挿入される。また、水圧制御装置によって流路９に水が流動すると制御棒駆動部７が下方向に駆動して、制御棒が原子炉容器６内から引き抜かれる。このように、流路８，９に水が流動することで、制御棒が上下方向に駆動されて原子炉の出力制御ができるようになる。

ハウジング部２は、ボルト孔１ｂに対応した位置に第２のボルト孔（以下、ボルト孔２ｂという）が穿設された第２のフランジ（以下、フランジ２ａという）を有し、本体部１の上部を覆って原子炉容器６に取り付けられる。また、ハウジング部２には、流路８，９に対応した位置に流路用孔２ｃ，２ｄがそれぞれ穿設される。流路用孔２ｃ，２ｄは、水圧制御装置に接続され、当該水圧制御装置が制御する水を流路８，９に案内する。

本体部１のフランジ１ａとハウジング部２のフランジ２ａとの間であって、ボルト孔１ｂとボルト孔２ｂとの間にＯリングスペーサ４が設けられる。そして、ボルト孔１ｂ，２ｂには傾斜した溝３２ａを有するボルト３がワッシャ５を介して挿入される。

図２は、マウンティングボルト３の取付例を示す拡大正面断面図である。図２に示すように、ボルト３は、ネジ部３１及び頭部３２を有する。フランジ１ａとフランジ２ａとがＯリングスペーサ４を挟んで重なり合ってボルト孔１ｂに対応した位置にボルト孔２ｂがあることを前提にして、ボルト３は、ボルト孔１ｂからボルト孔２ｂに向かってワッシャ５を介してネジ部３１が挿入され（頭部３２が下側にある）、該挿入されたネジ部３１を締結することで、Ｏリングスペーサ４を挟み込んだ本体部１及びハウジング部２を頭部３２で固定する。

図３は、マウンティングボルト３の構成例を示す平面図であり、図４は、マウンティングボルト３の構成例を示す右側面図である。図２乃至図４に示すように、ボルト３は、頭部３２のネジ部３１側（ネジ部３１と頭部３２との接合部３３）から頭部３２の外周方向に向かって傾斜したＶ字形状の溝３２ａを有する。この溝３２ａの幅は、接合部３３から頭部３２の外周方向に向かって広がっている（図３参照）。また、ボルト３の頭部３２の外周は円形でボルト３を締める穴は図示しないが六角形であり、六角レンチ等によってボルトを締める。

ボルト３は、ステンレス材料等の腐食しにくい金属材料を金型で押し付けてネジ部３１及び頭部３２を圧造成形し、ローリング加工等によってネジ部３１にネジ山が成形される。その後、ボルト３は、旋盤等による切削加工によって溝３２ａが成形されて、腐食防止のためにメッキ処理等が施されて完成する。なお、ボルト３の溝３２ａは、切削加工ではなく、圧造成形時にネジ部３１及び頭部３２と同時に成形されても良い。

定期検査等の時にボルト３を外して本体部１がハウジング部２から引き抜かれ、定期検査等の終了時にハウジング部２が取り付けられてボルト３で締結される。このとき、制御棒とハウジング部２との接地部からの漏えい水が、本体部１及びハウジング部２の空隙２０からボルト孔１ｂ，２ｂに入り込み、ボルト３で完全に締結してしまうことにより滞留してしまうことがある。しかしながら、本発明に係る制御棒駆動装置１００は、ボルト３に溝３２ａを有しているので、ボルト孔１ｂ，２ｂに滞留した水が、当該水の自重によってボルト３の傾斜した溝３２ａに沿って流動する。

このように、第１の実施の形態に係る制御棒駆動装置１００によれば、ボルト孔１ｂ，２ｂに滞留した水が溝３ａに沿って流動するので、滞留した水を完全に当該制御棒駆動装置１００外に排出できる。この結果、本体部１（ボルト孔１ｂ）及びボルト３が水によって腐食することを防止でき、従来の制御棒駆動装置に比べて信頼性及び寿命が向上した制御棒駆動装置を提供することができる。

因みに、ボルト３は、溝３２ａを１つだけ設ければ良い。これにより、ボルト３を簡単に製造でき、従来の複数の溝が設けられたボルトに比べて、溝が１つだけであるので強度が向上し、ボルト３を製造する時間が低減してボルト３の製造コストを低減できる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、前述のボルト３に切欠部を設けたマウンティングボルト３Ａについて説明する。図５は、第２の実施の形態に係るマウンティングボルト３Ａの構成例を示す正面断面図である。図５に示すように、マウンティングボルト（以下、ボルト３Ａという）は、ネジ部３１及び頭部３４で構成される。

ネジ部３１は、前述の第１の実施の形態に係るボルト３と同じである。頭部３４は、切欠部３４ｂが設けられたＶ字形状の溝３４ａを有する。切欠部３４ｂは、ネジ部３１の内側が切削されており、切削装置等で作製可能である。また、切欠部３４ｂは、ネジ部３１及び頭部３２を圧造成形するときに、溝３４ａと共に成形しても良い。溝３４ａは、切欠部３４ｂから頭部３４の外周方向に向かって傾斜するようにＶ字に形成されている。切欠部３４ｂがあると、溝３２ａに比べて溝３４ａから水が勢い良く流動するようになる。

ボルト３Ａは、前述の第１の実施の形態で説明したボルト３に代えて制御棒駆動装置１００に組み込み可能である。

このように、第２の実施の形態に係るボルト３Ａによれば、ネジ部３１の内側に切欠部３４ｂを有するので、前述の第１の実施の形態で説明したボルト３よりも、空隙やボルト孔に滞留した水が溝３４ａに沿って勢い良く流動する。これにより、空隙やボルト孔に滞留した水を完全に制御棒駆動装置外に排出できる。この結果、本体部、ハウジング部及びボルト３Ａの腐食をより防止でき、制御棒駆動装置の信頼性及び寿命を向上できる。

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態では、前述の第１の実施の形態で説明した制御棒駆動装置１００にモータ４８を備えた制御棒駆動装置１００Ａについて説明する。制御棒駆動装置１００Ａは、一般に改良型沸騰水型原子炉（Advanced Boiling Water Reactor、以下ＡＢＷＲという）と称されるものに適用可能である。ＡＢＷＲは、ＢＷＲに比べて水圧系統が単純化・最適化されたり、鉄筋コンクリート製の原子炉容器が使用されたりする等、信頼性に優れた原子炉である。

図６は、第３の実施の形態に係る制御棒駆動装置１００Ａの構成例を示す正面断面図である。図６に示すように、制御棒駆動装置１００Ａは、本体部４１、ハウジング部４２及びボルト３で構成される。

本体部４１は、ボルト孔４１ｂが穿設されたフランジ４１ａを有する。また、本体部４１は、下部に図示しない制御棒を駆動するモータ４８を有する。ハウジング部４２は、ボルト孔４１ｂに対応した位置にボルト孔４２ｂが穿設されたフランジ４２ａを有し、本体部４１の上部を覆う。

本体部４１のフランジ４１ａとハウジング部４２のフランジ４２ａとの間であって、ボルト孔４１ｂとボルト孔４２ｂとの間にＯリングスペーサ４４が設けられる。そして、ボルト孔４１ｂ，４２ｂには傾斜した溝３２ａを有するボルト３が設けられる（なお、溝３４ａを有するボルト３Ａであっても良い。）。溝３２ａを設けることで、本体部４１とハウジング部４２との間の隙間やボルト孔４１ｂ，４２ｂに滞留する水が当該溝３２ａに沿って流動するので、滞留した水を制御棒駆動装置１００Ａ外に排出できる。

ハウジング部４２には、原子炉の出力制御を行う図示しない制御棒を液体の流動によって駆動するために、制御棒駆動用流路（以下、流路４５という）が設けられ、流路４５には図示しない水圧制御装置が接続される。本体部４１及びハウジング部４２の内部には制御棒を連結して駆動する制御棒駆動部４７が設けられる。

水圧制御装置によって流路４５に水が流動すると制御棒駆動部４７が上下方向に駆動して、制御棒が原子炉容器６内に挿入され、又は原子炉容器６内から引き抜かれる。このように、流路４５に水が流動することで、制御棒が上下方向に駆動されて原子炉の出力制御ができるようになる。

また、制御棒駆動装置１００Ａは、水圧制御装置による制御棒の水圧駆動のみならず、モータ４８による電動駆動が可能である。モータ４８には図示しないモータ駆動装置が接続され、モータ駆動装置がモータを回転制御して制御棒駆動部４７を上下方向に駆動する。このモータ駆動装置による制御棒駆動部４７の駆動は、前述の水圧制御装置による制御棒駆動部４７の駆動に比べて微調整が可能であるために、制御棒駆動装置１００に比べて原子炉の出力を微調整できる。

このように、第３の実施の形態に係る制御棒駆動装置１００Ａによれば、第１及び第２の実施の形態で説明したボルト３，３Ａが当該制御棒駆動装置１００Ａに取り付け可能であるために、本体部４１とハウジング部４２との間の隙間やボルト孔４１ｂ，４２ｂに滞留する水を完全に制御棒駆動装置１００Ａ外に排出できる。この結果、本体部４１、ハウジング部４２及びボルト３が水によって腐食することを防止でき、制御棒駆動装置１００Ａの信頼性及び寿命を向上できる。

１，４１ ＣＲＤ本体部
１ａ，４１ａ 第１のフランジ
１ｂ，４１ｂ 第１のボルト孔
２，４２ ＣＲＤハウジング部
２ａ，４２ａ 第２のフランジ
２ｂ，４２ｂ 第２のボルト孔
２ｃ，２ｄ 流路用孔
３，３Ａ マウンティングボルト
４，４４ Ｏリングスペーサ
５ ワッシャ
６，４６ 原子炉容器
７，４７ 制御棒駆動部
８ 制御棒挿入用流路
９ 制御棒引抜用流路
２０ 空隙
３１ ネジ部
３２，３４ 頭部
３２ａ，３４ａ 溝
３３ 接合部
３４ｂ 切欠部
４８ モータ
１００，１００Ａ 制御棒駆動装置

Claims (2)

1. 液体の流動によって原子炉の出力制御を行う制御棒を駆動する制御棒駆動機構を有し、かつ、第１のボルト孔が穿設された第１のフランジを有する本体部と、
   前記第１のボルト孔に対応した位置に第２のボルト孔が穿設された第２のフランジを有し、前記本体部の上部を覆って前記原子炉に取り付けられるハウジング部と、
   ネジ部及び頭部を有し、前記第１及び第２のフランジを重ね合わせて前記第１のボルト孔から前記第２のボルト孔に向かって前記ネジ部が挿入され、該挿入された前記ネジ部を締結して前記本体部及び前記ハウジング部を前記頭部で固定するボルトとを備え、
   前記ボルトは、
   前記頭部のネジ部の内側に切欠部を有すると共に当該切欠部側から前記頭部の外周方向に向かって傾斜し、かつ、広がった溝を有する
   ことを特徴とする制御棒駆動装置。
2. 前記制御棒は、
   モータによって駆動されることを特徴とする請求項１に記載の制御棒駆動装置。

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