JPH0450694A

JPH0450694A - 制御棒駆動機構の駆動方法

Info

Publication number: JPH0450694A
Application number: JP2151681A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Koyama; 児山　吉繼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1992-02-19
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JP2942591B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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）の
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か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、ＲＰＶＩ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、ＣＨＤ
ハウジング）１０の上端に連結されている。各ＣＨＤハ
ウジング１０内には、ＣＲＤＩＩが収容され、各ＣＲＤ
１１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。

ＣＲＤＩＩ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（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ＣＲＤＩＩ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１６、アウターチューブ１７か順次配置され、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ツチ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か取付けてあり、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、いずれかのノツチ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のノツチ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の周壁土部には、バッファオリフィス２８
が複数個設けられている。

前記ＣＨＤ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、弓抜用加圧水供
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２９．３
０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４
９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の吐出側流量を検圧
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６カ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。

３８ｂが開弁し、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３８
ｄ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に設けられたノツチ２
２を上から下に向かって、仮に２２ａ。

２２　ｂ、　　２２　ｃ、　　２２　ｄとし、コレット
フィンガ１９がノツチ２２ａに係合している状態（第８
図（Ａ））から次のノツチ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、ノツチ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、所定のノツチ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及び制御棒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
ツチ２２ｃに係合している状態から、１つ上位のノツチ
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）
だけ開弁じて駆動ピストン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をノツチ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９図（Ｃ）に示す如（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２
０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、いずれのノツチ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ａされる。

その後、方向選択弁３８ｂ、３８ｃを開弁させ、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
（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、ノツチ２２に対し係合可能
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、最初のノツチ２２
ｂ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
法が採られている。また、原子炉運転サイクルの中では
、炉心の８カ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の駆動幅か大きいこともあり、冷
却材流量を減じて原子炉のａ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（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
ＣＨＤ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ＣＨＤ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、ＣＨＤ
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に設けたノツチ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
（ＣＨＤ）の駆動方法は、外周面に長さ方向に沿って複
数のノツ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ツチに
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
ツチを開かせて前記ノツ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ＣＨＤ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
ブのノツ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こより自由落
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ツ
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ＣＲＤｌｏＡの
概略構成を示すもので、上記第６図に示す従来０ＣＲＤ
ＩＯと同一部分には同一符号が付して説明を省略する。

このＣＲＤＩＯＡ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５
０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ＣＲＤＩＯと基本的に異にする。

次に、ＣＲＤＩＯＡ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に設けられたノツチ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がノツチ２
２ａ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つ下位のノツチ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、ノツチ２２ｂがコレットフィンガ１９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の自重により七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、ノツチ２２ｂがコレットフィンガ１
９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
弁じ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
のテーバ面２６ａに沿って開き始め、第１図（Ｄ）に示
すようにノツチ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３８
′ｂを閉弁すると、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のノツチ２
２ａ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
トロークを決めることができ、ノツチ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、ＣＨＤ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かでき、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カバ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ＢＷＲ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ＣＨＤ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・・・ＣＲＹ　（制御棒駆
動機構）、１４・・・制御棒、１８・・・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、２２ｃｌ・・ノツチ、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。出願人代理人　　　波　多　野　　　久佑　２　督慕已苓図（Ａ）（Ｃ）某 ε 図２３−口“ ＣＢ）（Ｃ’）ＣＤ’）（Ｅ）（Ｆ）羊図

Claims

【特許請求の範囲】

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。