JP6498958B2

JP6498958B2 - 制御棒駆動機構

Info

Publication number: JP6498958B2
Application number: JP2015029960A
Authority: JP
Inventors: 耕一郎久野; 一生長谷川; 光晴中村; 裕司青木; 正輝武村
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-02-18
Also published as: JP2016151525A

Description

本発明は沸騰水型原子炉に適用される制御棒駆動機構に係り、特に電動式の制御棒駆動機構に関する。

特許文献１には、電動機の駆動によりボールねじ軸を回転させ、このボールねじ軸に螺合されたボールナットを昇降させることで、このボールナットにラッチガイドを介して載置された中空ピストンを昇降させ、この中空ピストンに連結された制御棒を炉心に挿入し、または引き抜く電動式の制御棒駆動機構が開示されている。

ところが、特許文献１に記載の制御棒駆動機構では、図８に示すように、ボールねじ軸１０１に螺合するボールナット１０２の上部にラッチガイド１０３が設置されているが、このラッチガイド１０３とボールねじ軸１０１との間には比較的大きな隙間１０４が設けられている。このため、原子炉圧力容器内から制御棒駆動機構のガイドチューブ１０５内に異物１００を含む冷却水が流入すると、この異物１００が上記隙間１０４を通って、ボールねじ軸１０１とボールナット１０２との間に侵入する恐れがある。

また、特許文献２には、制御棒駆動機構において、制御棒駆動機構ハウジングの上端部内に、原子炉圧力容器内からの異物の侵入を防止するフィルタが配設されたものが開示されている。

特開平１０−１３２９７７号公報特開平１１−８４０４７号公報

ところが、特許文献２に記載のフィルタでは、ボールねじ軸及びボールナット近傍の異物を除去することができないため、異物がボールねじ軸とボールナットとの間に侵入して、万一の場合にはボールねじ軸の回転に支障をきたす恐れがある。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、原子炉圧力容器内の炉心に制御棒を挿入しまたは引き抜くために前記制御棒を昇降するねじ軸とナット部材との間に、異物が侵入することを防止できる制御棒駆動機構を提供することにある。

第１の発明に係る制御棒駆動機構は、原子炉圧力容器内に冷却水が収容されると共に炉心が配置され、この炉心の下方で制御棒を昇降させることにより、前記制御棒を前記炉心に挿入させまたは引き抜いて、前記炉心の出力を制御する制御棒駆動機構において、前記原子炉圧力容器の底部に設けられたハウジング内に鉛直方向に配設され、電動機により回転駆動されるねじ軸と、前記制御棒に連結された連結部材を解除部材を介して載置すると共に、前記ねじ軸に螺合され、このねじ軸の回転により前記制御棒を昇降させるナット部材とを有し、前記解除部材は、前記連結部材が前記ナット部材及び前記解除部材から離反して上昇することで前記制御棒が全て前記炉心に挿入されるスクラム動作時の全挿入状態を解除するものであり、前記ナット部材の上部に設置されると共に、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を備え、更に、上端面の前記貫通孔周囲に、上方へ向かって突出し且つ径方向外方へ向かって突出高さが漸次減少する突起部が設けられて構成されたことを特徴とするものである。

また、第２の発明に係る制御棒駆動機構は、原子炉圧力容器内に冷却水が収容されると共に炉心が配置され、この炉心の下方で制御棒を昇降させることにより、前記制御棒を前記炉心に挿入させまたは引き抜いて、前記炉心の出力を制御する制御棒駆動機構において、前記原子炉圧力容器の底部に設けられたハウジング内に鉛直方向に配設され、電動機により回転駆動されるねじ軸と、前記制御棒に連結された連結部材を解除部材を介して載置すると共に、前記ねじ軸に螺合され、このねじ軸の回転により前記制御棒を昇降させるナット部材とを有し、前記解除部材は、前記連結部材が前記ナット部材及び前記解除部材から離反して上昇することで前記制御棒が全て前記炉心に挿入されるスクラム動作時の全挿入状態を解除するものであり、前記ナット部材の上部に設置されると共に、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を備え、更に、前記貫通孔の内周面には、前記貫通孔の軸方向に複数の凸部が設けられ、これらの凸部のそれぞれの径方向寸法が互いに異なって構成されたことを特徴とするものである。

更に、第３の発明に係る制御棒駆動機構は、原子炉圧力容器内に冷却水が収容されると共に炉心が配置され、この炉心の下方で制御棒を昇降させることにより、前記制御棒を前記炉心に挿入させまたは引き抜いて、前記炉心の出力を制御する制御棒駆動機構において、前記原子炉圧力容器の底部に設けられたハウジング内に鉛直方向に配設され、電動機により回転駆動されるねじ軸と、前記制御棒に連結された連結部材を解除部材を介して載置すると共に、前記ねじ軸に螺合され、このねじ軸の回転により前記制御棒を昇降させるナット部材とを有し、前記解除部材は、前記連結部材が前記ナット部材及び前記解除部材から離反して上昇することで前記制御棒が全て前記炉心に挿入されるスクラム動作時の全挿入状態を解除するものであり、前記ナット部材の上部に設置されると共に、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を備え、更に、上端面における前記貫通孔の周囲に、前記解除部材に対し回転自在な内側旋回翼が設けられると共に、この内側旋回翼から径方向外方へ向かって下端面または外側面に連通する空隙を備えて構成されたことを特徴とするものである。

また、第４の発明に係る制御棒駆動機構は、原子炉圧力容器内に冷却水が収容されると共に炉心が配置され、この炉心の下方で制御棒を昇降させることにより、前記制御棒を前記炉心に挿入させまたは引き抜いて、前記炉心の出力を制御する制御棒駆動機構において、前記原子炉圧力容器の底部に設けられたハウジング内に鉛直方向に配設され、電動機により回転駆動されるねじ軸と、前記制御棒に連結された連結部材を解除部材を介して載置すると共に、前記ねじ軸に螺合され、このねじ軸の回転により前記制御棒を昇降させるナット部材とを有し、前記解除部材は、前記連結部材が前記ナット部材及び前記解除部材から離反して上昇することで前記制御棒が全て前記炉心に挿入されるスクラム動作時の全挿入状態を解除するものであり、前記ナット部材の上部に設置されると共に、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を備え、更に、外側面に、前記解除部材に対し回転自在な外側旋回翼が設けられて構成されたことを特徴とするものである。

第１の発明によれば、ナット部材の上部に設置された解除部材の上端面の貫通孔周囲には、上方へ向かって突出し且つ径方向外方へ向かって突出高さが減少する突起部が設けられている。このため、ナット部材及び解除部材の上昇時に、解除部材の上方に存在する異物を含む冷却水が突起部に案内されて、解除部材及びナット部材の径方向外方へ導かれる。これにより、ねじ軸とナット部材との間に冷却水中の異物が侵入することを防止できる。

第２の発明によれば、ナット部材の上部に設置された解除部材の貫通孔の内周面には、貫通孔の軸方向に複数の凸部が設けられ、これらの凸部のそれぞれの径方向寸法が互いに異なって構成されたので、ナット部材及び解除部材の上昇時に、解除部材とねじ軸との間に大きな流体抵抗が発生する。このため、冷却水は、この解除部材とねじ軸間に流れにくくなり、解除部材の径方向外方へ流れるので、ねじ軸とナット部材との間に冷却水中の異物が侵入することを防止できる。

第３の発明によれば、ナット部材の上部に設置された解除部材には、上端面における貫通孔の周囲に沿って内側旋回翼が設けられ、この内側旋回翼から径方向外方へ向かって下端面または外側面に連通する空隙がもうけられている。このため、ナット部材及び解除部材の上昇時に、解除部材の内側旋回翼が回転して冷却水を巻き込み、この冷却水を遠心力の作用で空隙内に導いて、解除部材の径方向外方へ流出させる。この結果、ナット部材へ向かう流れの大部分がナット部材の外側へ流れるので、ねじ軸とナット部材との間に冷却水中の異物が侵入することを防止できる。

第４の発明によれば、ナット部材の上部に設置された解除部材には、外側面に外側旋回翼が設けられている。このため、ナット部材及び解除部材の上昇時に、解除部材の外側旋回翼が回転して冷却水を巻き込み、この冷却水を遠心力の作用で解除部材の更に径方向外方へ導く。この結果、ナット部材へ向かう流れの大部分がナット部材の外側へ流れるので、ねじ軸とナット部材との間に冷却水中の異物が侵入することを防止できる。

本発明に係る制御棒駆動機構の第１実施形態が適用された沸騰水型原子炉の一部を示す部分縦断面図。図１の電動式の制御棒駆動機構を示す縦断面図。図２のボールねじ軸、ボールナット及びラッチガイドを示し、（Ａ）がその縦断面図、（Ｂ）がその平面図。図２及び図３のラッチガイドによる解除動作を説明する説明図。本発明に係る制御棒駆動機構の第２実施形態におけるボールねじ軸、ボールナット及びラッチガイドを示し、（Ａ）がその縦断面図、（Ｂ）がその平面図。本発明に係る制御棒駆動機構の第３実施形態におけるボールねじ軸、ボールナット及びラッチガイド示し、（Ａ）がその縦断面図、（Ｂ）がその平面図、（Ｃ）がその底面図。本発明に係る制御棒駆動機構の第４実施形態におけるボールねじ軸、ボールナット及びラッチガイド示し、（Ａ）がその縦断面図、（Ｂ）がその平面図、（Ｃ）がその底面図。従来の制御棒駆動機構におけるボールねじ軸、ボールナット及びラッチガイド示し、（Ａ）がその縦断面図、（Ｂ）がその平面図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図４）
図１は、本発明に係る制御棒駆動機構の第１実施形態が適用された沸騰水型原子炉の一部を示す部分縦断面図である。この沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１内には、減速材を兼ねる冷却水２が収容される一方、中央下部に炉心３が配置される。この炉心３は、炉心シュラウド４により囲まれている。炉心３は、図示しない多数の燃料集合体が装荷されて構成され、４体１組の燃料集合体間に制御棒５が挿入または引抜き可能に収容される。

この沸騰水型原子炉において冷却水２は炉心３内を上方に向かって流れ、その間に炉心３から、核分裂連鎖反応により発生する熱を冷却水２に伝達し、冷却水２を加熱する。加熱された冷却水２は水と蒸気の気液二相流となって炉心３の上方へ移動し、炉心３から気水分離器６に案内される。

気液二相の冷却水２は気水分離器６で水と蒸気に分離された後、蒸気は、図示しない蒸気乾燥器を経て主蒸気配管から蒸気タービン系に送られて蒸気タービンを駆動させる。蒸気タービン系で仕事をした蒸気は、図示しない復水器で凝縮されて復水となった後、原子炉復水系および給水系を経て原子炉圧力容器１に給水として再び戻される。

一方、気水分離器で分離された水は、ダウンカマ部７を流下し、原子炉復水系および給水系を通って送られてくる給水と混合した状態で炉心３の下部に案内され、再び炉心３に導かれる。

また、原子炉圧力容器１の炉心３には、原子炉の起動・停止や炉心３の出力調整のために、前述の制御棒５が制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤと記す場合がある）８により挿入され、または引き抜かれる。制御棒駆動機構８は、原子炉圧力容器１の底部１Ａを貫通して延びるＣＲＤハウジング９内に収容される構造物（アセンブリ）であり、ＣＲＤハウジング９の下部フランジ９Ａにボルト接合により固定される。

図２に電動式の制御棒駆動機構８を示す。この制御棒駆動機構８では、ＣＲＤハウジング９の内側にアウタチューブ１１、ガイドチューブ１２が順次固着される。アウタチューブ１１の下端にスプールピース１３が設置され、このスプールピース１３の内側にインナマグネットカップリング１４と駆動軸１６が同軸に回転一体に配置される。

スプールピース１３の外側にアウタマグネットカップリング１５が配置され、このアウタマグネットカップリング１５は、ギアカップリング機構１７を介して電動機１８の回転軸１９に回転一体に連結される。電動軸１８の駆動により回転軸１９及びギアカップリング機構１７を介してアウタマグネットカップリング１５が回転すると、磁力の作用でインナマグネットカップリング１４にトルクが伝達され、駆動軸１６が回転する。

駆動軸１６には、ねじ軸としてのボールねじ軸２０が回転一体に連結される。このボールねじ軸２０は、ガイドチューブ１２の内側に鉛直方向に延在して配置される。このボールねじ軸２０は、その全長がＣＲＤハウジング９の下端から上端に至る長さに略設定され、このボールねじ軸２０にナット部材としてのボールナット２１が螺合される。

ボールナット２１は外周に、対をなすローラ２２を備える。一方、ガイドチューブ１２の内周面には、軸方向に延びるガイドプレート２３が、ガイドチューブ１２の周方向に複数枚固着されている。ボールナット２１のローラ２２は、複数枚のガイドチューブ２３間に係合されることで廻り止めがなされる。従って、ボールねじ軸２０が電動機１８の駆動力により正転または逆転することで、ボールナット２１は上昇または下降する。

また、ボールナット２１の上部には、図３を用いて後に詳説する解除部材としてのラッチガイド２４が設置される。ボールナット２１には、ラッチガイド２４を介して、連結部材としての中空ピストン２５のドライブピストン部２５Ａが接離自在に載置される。この中空ピストン２５の上端に、カップリング２６を介して制御棒５の下端部が連結される。また、ドライブピストン部２５Ａの外周には、対をなすローラ２７が設けられ、このローラ２７が複数枚のガイドプレート２３間に係合されることで廻り止めがなされる。従って、ボールナット２１の昇降により中空ピストン２５を介して制御棒５が昇降することで、この制御棒５が炉心３に挿入され、または引き抜かれる。

更に、中空ピストン２５のドライブピストン部２５Ａには、図４にも示すように、ラッチ２８がピン結合される。このラッチ２８は、圧縮ばねなどのばね力によりドライブピストン２５Ａの径方向外方へ付勢されており、後述の原子炉スクラム時に、ラッチ２８がガイドチューブ１２の切欠き２９に係止されることで、中空ピストン２５の落下が防止され、制御棒５の炉心３への全挿入状態が保持される。

図２に示すように、ＣＲＤハウジング９の下部フランジ９Ａには、スクラム水挿入配管３０が接続されている。また、アウタチューブ１１のフランジ部１１Ａ及びガイドチューブ１２に、スクラム水挿入配管３０に連通するスクラム水通路３１が形成され、このスクラム水通路３１が、ガイドチューブ１２内のドライブピストン部２５Ａの下方の領域に開口する。原子炉スクラム（緊急停止）時には、スクラム水挿入配管３０からスクラム水通路３１を経てガイドチューブ１２内のドライブピストン部２５Ａ下方領域に高圧駆動水が供給される。

上述のように構成された制御棒駆動機構８による通常の制御棒５の挿入、引抜きは次のようにして行われる。つまり、電動機１８を正転または逆転させることにより駆動軸１６を介してボールねじ軸２０が正転または逆転し、これによりボールナット２１が昇降する。このボールナット２１の昇降動作によって、ボールナット２１にラッチガイド２４を介して自重により載置されている中空ピストン２５が、ボールナット２１と共に昇降し、中空ピストン２５にカップリング２６を介して連結された制御棒５が昇降して、この制御棒５が炉心３に挿入され、または引き抜かれて炉心３の出力が調整される。

この場合、中空ピストン２５のドライブピストン部２５Ａに設けられたラッチ２８は、ラッチガイド２４の爪２４Ａ（図４）に係合されることで、ラッチガイド２４の径方向外方へ突出せず収納状態にあるので、ガイドチューブ１２の切欠き２９に係止されることがない。このため、中空ピストン２５は、ボールナット２１及びラッチガイド２４と共に、拘束されることなく昇降する。

沸騰水型原子炉に緊急事態が発生して原子炉をスクラム（緊急停止）させる場合には、図２に示すスクラム水挿入配管３０からの高圧駆動水が、スクラム水通路３１を経て、制御棒駆動機構８のガイドチューブ１２内におけるドライブピストン部２５Ａ下方領域に供給される。すると、ボールナット２１及びラッチガイド２４上に載置された中空ピストン２５が、高圧駆動水の圧力によりラッチガイド２４から離反して上昇し、制御棒５の全てが炉心３内に高速で挿入されて、原子炉（炉心３）がスクラムされる。

制御棒５の全てが炉心３内に挿入される全挿入状態は、図４に示すように、ドライブピストン部２５Ａのラッチ２８が、圧縮ばねのばね力でドライブピストン２５Ａの径方向外方へ突出し、ガイドチューブ１２の切欠き２９に係止して、制御棒５及び中空ピストン２５の荷重がガイドチューブ１２に支持されることで保持される。

その後、電動機１８により中空ピストン２５を再び下降させる場合には、ボールねじ軸２０を制御棒５の挿入方向に回転させて、ボールナット２１及びラッチガイド２４を中空ピストン２５のドライブピストン部２５Ａに接触させる。すると、ラッチガイド２４の爪２４Ａがドライブピストン部２５Ａのラッチ２８を、図４の矢印Ｐに示すようにドライブピストン部２５Ａの径方向内方へ収納させるので、このラッチガイド２４によって、ラッチ２８とガイドチューブ１２の切欠き２９との係止が外れ、制御棒５の炉心３への全挿入状態が解除される。これにより、中空ピストン２５がラッチガイド２４を介してボールナット２１に再び載置されるので、次に電動機１８によりボールナット２０を制御棒５の引抜き方向に回転させることで、中空ピストン２５がボールナット２１及びラッチガイド２４と共に下降する。

ところで、ラッチガイド２４は、図３に示すように、ラッチガイド上部３２Ａとラッチガイド下部３２Ｂとが空隙３３を介し複数本のピン３４を用いて結合されて構成される。空隙３３は、ラッチガイド２４の上端面３５からラッチガイド２４の径方向外方へ向かって斜め下向きに延び、ラッチガイド２４の外側面３６に連通して、ラッチガイド２４の全周に亘り設けられる。ピン３４は、空隙３３を保持すべく、ラッチガイド上部３２Ａ及びラッチガイド下部３２Ｂ間にラッチガイド２４の周方向等配位置、本実施形態では周方向９０度間隔の４等配位置に配置されている。

ラッチガイド２４のラッチガイド上部３２Ａ及びラッチガイド下部３２Ｂは、取付ボルト３８を用いてボールナット２１の上部に締結されて設置される。また、ラッチガイド２４のラッチガイド下部３２Ｂには、ボールねじ軸２０が貫通する貫通孔３９が形成される。ここで、ラッチガイド２４の上端面３５を形成するラッチガイド上部３２Ａの上端面に、前記爪２４Ａが形成されている。

また、ラッチガイド２４の上端面３５を形成するラッチガイド下部３２Ｂの上端面には、貫通孔３９の周囲に沿って、突起部としての返し部４０が設けられる。この返し部４０は、ラッチガイド２４の上方へ向かって突出し、且つラッチガイド２４の径方向外方へ向かって突出高さが漸次減少して構成される。この返し部４０は、ボールねじ軸２０の回転によるボールナット２１及びラッチガイド２４の上昇時に、ラッチガイド２４の上方の冷却水２を空隙３３内に案内して、ラッチガイド２４及びボールナット２１とガイドチューブ１２との間へ冷却水２を流出させる機能を果たす。

以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）図３に示すように、ボールナット２１の上部に設置されたラッチガイド２４の上端面３５の貫通孔３９周囲には、ラッチガイド２４の上方へ向かって突出し且つ径方向外方へ向かって突出高さが漸次減少する返し部４０が設けられている。このため、ボールナット２１及びラッチガイド２４の上昇時に、ラッチガイド２４の上方に存在する異物を含む冷却水２が返し部４０に案内されて空隙３３内を流れ、ラッチガイド２４及びボールナット２１とガイドチューブ１２との間へ導かれる。これにより、ボールねじ軸２０とボールナット２１との間に冷却水２中の異物が侵入することを防止できる。この結果、ボールねじ軸２０の回転不良による制御棒５の炉心３への挿入、引抜き不良（スティック事象）を未然に回避できる。

なお、上述の空隙３３は、例えば図７（Ａ）に示すように、ラッチガイド２４の上端面３５から径方向外方へ向かって斜め下方へ延び、ラッチガイド２４の外側面３６ではなく下端面３７に連通して、ラッチガイド２４の全周囲に亘って設けられてもよい。

［Ｂ］第２実施形態（図５）
図５は、本発明に係る制御棒駆動機構の第２実施形態におけるボールねじ軸、ボールナット及びラッチガイドを示し、（Ａ）がその縦断面図、（Ｂ）がその平面図である。この第２実施形態が第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

第２実施形態の制御棒駆動機構４５が第１実施形態と異なる点は、ラッチガイド４６におけるラッチガイド下部３２Ｂの貫通孔３９の内周面に、ラビリンス構造の凸部４７が複数設けられた点である。

つまり、この凸部４７は、ラッチガイド下部３２Ｂの貫通孔３９の軸方向に複数設けられ、それぞれの径方向寸法が互いに異なって構成されている。従って、これら複数の凸部４７は、ボールねじ軸２０の回転によるボールナット２１及びラッチガイド２４の上昇時に、ボールねじ軸２０とラッチガイド４６のラッチガイド下部３２Ｂとの間の流体抵抗を増大させて、これらの部材間への冷却水２の流入をし難くし、冷却水２の空隙３３内への流入を促す。

以上のように構成されたことから、第２実施形態によれば、次の効果（２）を奏する。
（２）ボールナット２１の上部に設置されたラッチガイド４６には、貫通孔３９の内周面に、径方向寸法の異なる凸部４７が貫通孔３９の軸方向に複数設けられたので、ボールナット２１及びラッチガイド４６の上昇時に、ラッチガイド４６のラッチガイド下部３２Ｂとボールねじ軸２０との間に大きな流体抵抗が発生する。このため、冷却水２は、このラッチガイド４６のラッチガイド下部３２とボールねじ軸２０との間に流れ難くなり、ラッチガイド４６の空隙３３を通ってラッチガイド４６の径方向外方へ流れ、従って、ボールねじ軸２０とボールナット２１との間に冷却水２中の異物が侵入することを防止できる。この結果、ボールナット２０の回転不良による制御棒５の炉心３への挿入、引抜き不良（スティック事象）を未然に回避できる。

なお、第２実施形態のラッチガイド４６においては、ラッチガイド下部３２Ｂの上端面における貫通孔３９周囲に返し部４０が形成されなくてもよい。

［Ｃ］第３実施形態（図６）
図６は、本発明に係る制御棒駆動機構の第３実施形態におけるボールねじ軸、ボールナット及びラッチガイド示し、（Ａ）がその縦断面図、（Ｂ）がその平面図、（Ｃ）がその底面図である。この第３実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

第３実施形態の制御棒駆動機構５０が第１実施形態と異なる点は、ラッチガイド５１に空隙３３及び返し部４０が設けられず、ボールナット２１の下部にブロック部材としてのブロック５２が設置され、ラッチガイド５１の貫通孔３９とブロック５２の貫通孔５３とのそれぞれの内周面に、ラビリンス構造の凸部５４が複数設けられた点である。

つまり、ボールナット２１の下部には、円盤形状のブロック５２が、取付ボルト３８を用いて締結されて設置される。このブロック５２の貫通孔５３は、ラッチガイド５１の貫通孔３９と同様に、ボールねじ軸２０が貫通するものである。これらラッチガイド５１の貫通孔３９とブロック５２の貫通孔５３とのそれぞれの内周面に、径方向寸法の異なる凸部５４が、貫通孔３９、５３の軸方向に複数設けられる。

従って、ラッチガイド５１の貫通孔３９の複数の凸部５４は、ボールねじ軸２０の回転によるボールナット２１、ラッチガイド５１及びブロック５２の上昇時に、ボールねじ軸２０とラッチガイド５１との間の流体抵抗を増大させて、これらの部材間への冷却水２の流入をし難くし、冷却水２をラッチガイド５１の径方向外方へ導く。

また、ブロック５２の貫通孔５３の複数の凸部５４は、ボールねじ軸２０の回転によるボールナット２１、ラッチガイド５１及びブロック５２の下降時に、ボールねじ軸２０とブロック５２との間の流体抵抗を増大させて、これらの部材間への冷却水２の流入をし難くし、冷却水２をブロック５２の径方向外方へ導く。

以上のように構成されたことから、第３実施形態によれば、次の効果（３）を奏する。
（３）ラッチガイド５１には、貫通孔３９の内周面に、径方向寸法の異なる凸部５４が貫通孔３９の軸方向に複数設けられている。このため、ボールナット２１、ラッチガイド５１及びブロック５２の上昇時に、ラッチガイド５１とボールねじ軸２０との間に大きな流体抵抗が発生し、冷却水２は、ボールねじ軸２０とラッチガイド５１との間に流れ難くなって、ラッチガイド５１の径方向外方へ流れる。

また、ブロック５２には、貫通孔５３の内周面に、径方向寸法の異なる凸部５４が貫通孔５３の軸方向に複数設けられている。このため、ボールナット２１、ラッチガイド５１及びブロック５２の下降時に、ブロック５２とボールねじ軸２０との間に大きな流体抵抗が発生し、冷却水２は、ボールねじ軸２０とブロック５２との間を流れ難くなって、ブロック５２の径方向外方へ流れる。

これらの結果、ボールナット２１、ラッチガイド５１及びブロック５２の上昇時においても下降時においても、冷却水２の大部分は、ボールナット２１とガイドチューブ１２との間を流れるので、ボールねじ軸２０とボールナット２１との間に冷却水２中の異物が侵入することを防止できる。この結果、ボールねじ軸２０の回転不良による制御棒５の炉心３への挿入、引抜き不良（スティック事象）を未然に回避することができる。

なお、第３実施形態においては、ラッチガイド５１には、第１実施形態の空隙３３や返し部４０が設けられてもよく、返し部４０が設けられた場合には、ラッチガイド５１の貫通孔３９に凸部５４が設けられてなくてもよい。

［Ｄ］第４実施形態（図７）
図７は、本発明に係る制御棒駆動機構の第４実施形態におけるボールねじ軸、ボールナット及びラッチガイド示し、（Ａ）がその縦断面図、（Ｂ）がその平面図、（Ｃ）がその底面図である。この第４実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

第４実施形態の制御棒駆動機構６０が第１実施形態と異なる点は、ラッチガイド６１は、空隙６３を隔てて結合されたラッチガイド上部６２Ａ及びラッチガイド下部６２Ｂを備えて構成され、このラッチガイド上部６２Ａの内側に内側旋回翼６４が、外側に外側旋回翼６５がそれぞれ設けられ、更に、ボールナット２１の下部にブロック部材としてのブロック６６が設置され、このブロック６６が空隙７０を隔てて結合されたブロック上部６７及びブロック下部６７Ｂを備えて構成され、ブロック下部６７Ｂの内側に内側旋回翼６８が、外側に外側旋回翼６９がそれぞれ設けられた点である。

つまり、ラッチガイド６１のラッチガイド上部６２Ａ及びラッチガイド下部６２Ｂには、ボールねじ軸２０が貫通する貫通孔７１が形成されると共に、ラッチガイド６１（つまりラッチガイド上部６２Ａ）の上端面７２に爪２４Ａが形成される。また、ラッチガイド上部６２Ａの上端面７２における貫通孔７１の周囲に内側旋回翼６４が、ラッチガイド６１（つまりラッチガイド上部６２Ａ）の外側面７３に外側旋回翼６５が、それぞれラッチガイド上部６２Ａに対して回転自在に設けられる。

また、ラッチガイド上部６２Ａとラッチガイド下部６２Ｂとの間の空隙６３は、内側旋回翼６４からラッチガイド６１の径方向外方へ向かって斜め下向きに延び、ラッチガイド６１の下端面７４に連通して、ラッチガイド６１の全周に亘って設けられる。この空隙６３を保持するために、ラッチガイド上部６２Ａとラッチガイド下部６２Ｂとの間には、ラッチガイド６１の周方向等配位置、本実施形態では周方向６０度間隔の６等配位置にピン７５が配置され、このピン７５によりラッチガイド上部６２Ａとラッチガイド下部６２Ｂとが結合される。そして、これらのラッチガイド上部６２Ａ及びラッチガイド下部６２Ｂが、取付ボルト３８を用いてボールナット２１の上部に締結されて設置される。

ブロック６６のブロック上部６７Ａ及びブロック下部６７Ｂには、ボールねじ軸２０が貫通する貫通孔７６が形成される。また、ブロック下部６７Ｂ（つまりブロック６６）の下端面７８における貫通孔７６の周囲に内側旋回翼６８が、ブロック６６（つまりブロック下部６７Ｂ）の外側面７９に外側旋回翼６９が、それぞれブロック下部６７Ｂに対して回転自在に設けられる。

また、ブロック上部６７Ａとブロック下部６７Ｂとの間の空隙７０は、内側旋回翼６８からブロック６６の径方向外方へ向かって斜め上向きに延び、ブロック６６の上端面７７に連通して、ブロック６６の全周に亘って設けられる。

この空隙７０を保持するために、ブロック上部６７Ａとブロック下部６７Ｂとの間には、ブロック６６の周方向等配位置、本実施形態では周方向６０度間隔の６等配位置にピン８０が配置され、このピン８０によりブロック上部６７Ａとブロック下部６７Ｂとが結合される。そして、これらのブロック上部６７Ａ及びブロック下部６７Ｂが、取付ボルト３８を用いてボールナット２１の下部に締結されて設置される。

従って、ボールねじ軸２０の回転によるボールナット２１、ラッチガイド６１及びブロック６６の上昇時には、ラッチガイド６１に対向する冷却水２の水流により内側旋回翼６４及び外側旋回翼６５がラッチガイド６１に対して回転し、これらの内側旋回翼６４及び外側旋回翼６５が冷却水２を巻き込む流れを形成する。

内側旋回翼６４に巻き込まれた冷却水２は、遠心力の作用でラッチガイド６１の径方向外方へ押され、空隙６３を通って、ボールナット２１とガイドチューブ１２との間に渦を巻いて流出する。また、外側旋回翼６５に巻き込まれた冷却水２は、遠心力の作用でラッチガイド６１の更に径方向外方へ導かれて、ボールナット２１とガイドチューブ１２との間に流出する。これにより、ボールナット２１、ラッチガイド６１及びブロック６６の上昇時において、冷却水２は、ボールナット２１へ向かう流れの大部分がガイドチューブ１２側へ導かれて、ボールナット２１の外側への流れが増加する。

また、ボールねじ軸２０の回転によるボールナット２１、ラッチガイド６１及びブロック６６の下降時には、ブロック６６に対応する冷却水２の水流により内側旋回翼６８及び外側旋回翼６９がブロック６６に対して回転し、これらの内側旋回翼６８及び外側旋回翼６９が冷却水２を巻き込む流れを形成する。

内側旋回翼６８に巻き込まれた冷却水２は、遠心力の作用でブロック６６の径方向外方へ押され、空隙７０を通って、ボールナット２１とガイドチューブ１２との間に渦を巻いて流出する。また、外側旋回翼６９に巻き込まれた冷却水２は、遠心力の作用でブロック６６の更に径方向外方へ導かれて、ボールナット２１とガイドチューブ１２との間に流出する。これにより、ボールナット２１、ラッチガイド６１及びブロック６６の下降時にはおいて、冷却水２は、ボールナット２１へ向かう流れの大部分がガイドチューブ１２側へ導かれて、ボールナット２１の外側への流れが増加する。

以上のように構成されたことから、第４実施形態によれば、次の効果（４）〜（７）を奏する。
（４）ボールナット２１の上部に設置されたラッチガイド６１には、上端面７２における貫通孔７１の周囲に沿って内側旋回翼６４が設けられ、この内側旋回翼６４からラッチガイド６１の径方向外方へ向かって下端面７４に連通する空隙６３が設けられている。このため、ボールナット２１、ラッチガイド６１及びブロック６６の上昇時に、ラッチガイド６１の内側旋回翼６４が回転して冷却水２を巻き込み、この冷却水２を遠心力の作用で空隙６３内に導いて、ラッチガイド６１の径方向外方へ流出させる。

この結果、ボールナット２１へ向かう冷却水２の流れの大部分がボールナット２１の外側のガイドチューブ１２との間に流れるので、ボールねじ軸２０とボールナット２１との間に冷却水２中の異物が侵入することを防止できる。これにより、ボールねじ軸２０の回転不良による制御棒５の炉心３への挿入、引抜き不良（スティック事象）を未然に回避できる。

（５）ボールナット２１の上部に設置されたラッチガイド６１には、外側面７３に外側旋回翼６５が設けられている。このため、ボールナット２１、ラッチガイド６１及びブロック６６の上昇時に、ラッチガイド６１の外側旋回翼６５が回転して冷却水２を巻き込み、この冷却水２を遠心力の作用でラッチガイド６１の更に径方向外方へ導く。

この結果、ボールナット２１へ向かう冷却水２の流れの大部分がボールナット２１の外側のガイドチューブ１２との間に流れるので、ボールねじ軸２０とボールナット２１との間に冷却水２中の異物が侵入することを防止できる。この結果、ボールねじ軸２０の回転不良による制御棒５の炉心３への挿入、引抜き不良（スティック事象）を未然に回避できる。

（６）ボールナット２１の下部に設置されたブロック６６には、下端面７８における貫通孔７６の周囲に沿って内側旋回翼６８が設けられ、この内側旋回翼６８からブロック６６の径方向外方へ向かって上端面７７に連通する空隙７０が設けられている。このため、ボールナット２１、ラッチガイド６１及びブロック６６の下降時に、ブロック６６の内側旋回翼６８が回転して冷却水２を巻き込み、この冷却水２を遠心力の作用で空隙７０内に導いて、ブロック６６の径方向外方へ流出させる。

この結果、ボールナット２１へ向かう冷却水２の流れの大部分が、ボールナット２１の外側のガイドチューブ１２との間に流れるので、ボールねじ軸２０とボールナット２１との間に冷却水２中の異物が侵入することを防止できる。これにより、ボールねじ軸２０の回転不良による制御棒５の炉心３への挿入、引抜き不良（スティック事象）を未然に回避できる。

（７）ボールナット２１の下部に設置されたブロック６６には、外側面７９に外側旋回翼６９が設けられている。このため、ボールナット２１、ラッチガイド６１及びブロック６６の下降時に、ブロック６６の外側旋回翼６９が回転して冷却水２を巻き込み、この冷却水２を遠心力の作用でブロック６６の更に径方向外方へ導く。

尚、第４実施形態においては、ラッチガイド６１には、内側旋回翼６４及び空隙６３と外側旋回翼６５とが選択して設けられてもよく、更にブロック６６には、内側旋回翼６８及び空隙７０と外側旋回翼６９とが選択して設けられてもよい。更に、ラッチガイド６１に外側旋回翼６５が設けられていない場合には、空隙６３は、内側旋回翼６４からラッチガイド６１の径方向外方へ向かって斜め下方へ延び、下端面７４ではなく外側面７３に連通して設けられてもよい。同様に、ブロック６６に外側旋回翼６９が設けられていない場合には、空隙７０は、内側旋回翼６８からブロック６６の径方向外方へ向かって斜め上方へ延び、上端面７７ではなく外側面７９に連通して設けられてもよい。また、第４実施形態においては、ブロック６６を省略してもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１原子炉圧力容器
２冷却水
３炉心
５制御棒
８制御棒駆動機構
９ＣＲＤハウジング
１２ガイドチューブ
１８電動機
２０ボールねじ軸（ねじ軸）
２１ボールナット（ナット部材）
２４ラッチガイド（解除部材）
２５中空ピストン（連結部材）
２８ラッチ
３２Ａラッチガイド上部
３２Ｂラッチガイド下部
３３空隙
３５上端面
３６外側面
３７下端面
３９貫通孔
４０返し部（突起部）
４５制御棒駆動機構
４６ラッチガイド（解除部材）
４７凸部
５０制御棒駆動機構
５１ラッチガイド（解除部材）
５２ブロック（ブロック部材）
５４凸部
６０制御棒駆動機構
６１ラッチガイド（解除部材）
６２Ａラッチガイド上部
６２Ｂラッチガイド下部
６３空隙
６４内側旋回翼
６５外側旋回翼
６６ブロック（ブロック部材）
６７Ａブロック上部
６７Ｂブロック下部
６８内側旋回翼
６９外側旋回翼
７０空隙
７１貫通孔
７２上端面
７３外側面
７４下端面
７６貫通孔
７７上端面
７８下端面
７９外側面

Claims

原子炉圧力容器内に冷却水が収容されると共に炉心が配置され、この炉心の下方で制御棒を昇降させることにより、前記制御棒を前記炉心に挿入させまたは引き抜いて、前記炉心の出力を制御する制御棒駆動機構において、
前記原子炉圧力容器の底部に設けられたハウジング内に鉛直方向に配設され、電動機により回転駆動されるねじ軸と、
前記制御棒に連結された連結部材を解除部材を介して載置すると共に、前記ねじ軸に螺合され、このねじ軸の回転により前記制御棒を昇降させるナット部材とを有し、
前記解除部材は、前記連結部材が前記ナット部材及び前記解除部材から離反して上昇することで前記制御棒が全て前記炉心に挿入されるスクラム動作時の全挿入状態を解除するものであり、前記ナット部材の上部に設置されると共に、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を備え、更に、上端面の前記貫通孔周囲に、上方へ向かって突出し且つ径方向外方へ向かって突出高さが漸次減少する突起部が設けられて構成されたことを特徴とする制御棒駆動機構。
前記解除部材には、上端面から径方向外方へ向かい下端面または外側面に連通する空隙が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の制御棒駆動機構。
前記解除部材の貫通孔の内周面には、前記貫通孔の軸方向に複数の凸部が設けられ、これらの凸部のそれぞれの径方向寸法が互いに異なって構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の制御棒駆動機構。
原子炉圧力容器内に冷却水が収容されると共に炉心が配置され、この炉心の下方で制御棒を昇降させることにより、前記制御棒を前記炉心に挿入させまたは引き抜いて、前記炉心の出力を制御する制御棒駆動機構において、
前記原子炉圧力容器の底部に設けられたハウジング内に鉛直方向に配設され、電動機により回転駆動されるねじ軸と、
前記制御棒に連結された連結部材を解除部材を介して載置すると共に、前記ねじ軸に螺合され、このねじ軸の回転により前記制御棒を昇降させるナット部材とを有し、
前記解除部材は、前記連結部材が前記ナット部材及び前記解除部材から離反して上昇することで前記制御棒が全て前記炉心に挿入されるスクラム動作時の全挿入状態を解除するものであり、前記ナット部材の上部に設置されると共に、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を備え、更に、前記貫通孔の内周面には、前記貫通孔の軸方向に複数の凸部が設けられ、これらの凸部のそれぞれの径方向寸法が互いに異なって構成されたことを特徴とする制御棒駆動機構。
前記ナット部材の下部には、ねじ軸が貫通する貫通孔を備えたブロック部材が設置され、このブロック部材の前記貫通孔の内周面には、前記貫通孔の軸方向に複数の凸部が設けられ、これらの凸部のそれぞれの径方向寸法が互いに異なって構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御棒駆動機構。
原子炉圧力容器内に冷却水が収容されると共に炉心が配置され、この炉心の下方で制御棒を昇降させることにより、前記制御棒を前記炉心に挿入させまたは引き抜いて、前記炉心の出力を制御する制御棒駆動機構において、
前記原子炉圧力容器の底部に設けられたハウジング内に鉛直方向に配設され、電動機により回転駆動されるねじ軸と、
前記制御棒に連結された連結部材を解除部材を介して載置すると共に、前記ねじ軸に螺合され、このねじ軸の回転により前記制御棒を昇降させるナット部材とを有し、
前記解除部材は、前記連結部材が前記ナット部材及び前記解除部材から離反して上昇することで前記制御棒が全て前記炉心に挿入されるスクラム動作時の全挿入状態を解除するものであり、前記ナット部材の上部に設置されると共に、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を備え、更に、上端面における前記貫通孔の周囲に、前記解除部材に対し回転自在な内側旋回翼が設けられると共に、この内側旋回翼から径方向外方へ向かって下端面または外側面に連通する空隙を備えて構成されたことを特徴とする制御棒駆動機構。
前記解除部材の外側面に、前記解除部材に対し回転自在な外側旋回翼が設けられたことを特徴とする請求項６に記載の制御棒駆動機構。
原子炉圧力容器内に冷却水が収容されると共に炉心が配置され、この炉心の下方で制御棒を昇降させることにより、前記制御棒を前記炉心に挿入させまたは引き抜いて、前記炉心の出力を制御する制御棒駆動機構において、
前記原子炉圧力容器の底部に設けられたハウジング内に鉛直方向に配設され、電動機により回転駆動されるねじ軸と、
前記制御棒に連結された連結部材を解除部材を介して載置すると共に、前記ねじ軸に螺合され、このねじ軸の回転により前記制御棒を昇降させるナット部材とを有し、
前記解除部材は、前記連結部材が前記ナット部材及び前記解除部材から離反して上昇することで前記制御棒が全て前記炉心に挿入されるスクラム動作時の全挿入状態を解除するものであり、前記ナット部材の上部に設置されると共に、前記ねじ軸が貫通する貫通孔を備え、更に、外側面に、前記解除部材に対し回転自在な外側旋回翼が設けられて構成されたことを特徴とする制御棒駆動機構。
前記ナット部材の下部には、ねじ軸が貫通する貫通孔を備えたブロック部材が設置され、このブロック部材の下端面における前記貫通孔の周囲に、前記ブロック部材に対し回転自在な内側旋回翼が設けられると共に、前記ブロック部材には、前記内側旋回翼から径方向外方へ向かって上端面または外側面に連通する空隙が設けられたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の制御棒駆動機構。
前記ナット部材の下部には、ねじ軸が貫通する貫通孔を備えたブロック部材が設置され、このブロック部材の外側面に、前記ブロック部材に対し回転自在な外側旋回翼が設けられたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の制御棒駆動機構。
前記ナット部材の下部には、ねじ軸が貫通する貫通孔を備えたブロック部材が設置され、このブロック部材の下端面における前記貫通孔の周囲に、前記ブロック部材に対し回転自在な内側旋回翼が設けられると共に、前記ブロック部材には、前記内側旋回翼から径方向外方へ向かって上端面または外側面に連通する空隙が設けられ、更に、前記ブロック部材の外側面に、前記ブロック部材に対し回転自在な外側旋回翼が設けられたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の制御棒駆動機構。