JPH0521195B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉（以下BWRと称す
る）の制御棒駆動機構の駆動方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

BWRは、第１図に示すように、原子炉圧力容
器（以下RPVと称する）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２図に示す如く角筒状の燃料
チヤンネル４内に多数の燃料棒５がマトリツクス
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によつて支持され、
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によつて支持されている。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、RPV１の底部を貫通し
て取付けられた制御棒駆動ハウジング（以下
CRDハウジングと称する）１０の上端に連結さ
れている。各CRDハウジング１０内には制御棒
駆動機構（以下CRDと称する）１１が収容され、
各CRD１１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
つて取付けられている。CRD１１の上端には制
御棒（以下CRと称する）１４が連結されている。
このCR１４は第２図に示す如く断面十字形をな
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、また下方へ
引抜かれる。なお図中１５は炉心３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３図はCRD１１を示すもので、CRDハウジ
ング１０の内側にはサーマルチユーブ１６、アウ
ターチユーブ１７が順次配置され、アウターチユ
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。またアウターチユーブ１７の
上部には環状空間が形成され、コレツトピストン
１８が昇降自在に収容されている。コレツトピス
トン１８の上面にはコレツトフインガ１９が連設
され、かつこれらのピストン１８およびコレツト
フインガ１９はコレツトスプリング２０により下
方向へ付勢されている。

アウターチユーブ１７内にはインデツクスチユ
ーブ２１が昇降自在に収容されている。このイン
デツクスチユーブ２１は外周に高さ位置の異なる
複数のノツチ２２を有し、下端には駆動ピストン
２３を備えている。またインデツクスチユーブ２
１の上端にはカツプリングスパツド２４が取付け
てあり、このカツプリングスバツド２４上部のス
プリングフインガ２５が前記CR１４の下端に着
脱自在に連結されている。

インデツクスチユーブ２１はいずれかのノツチ
２２に前記コレツトフインガ１９を係合させて下
降動作が禁止されている。また前記アウターチユ
ーブ１７の上端にはガイドキヤツプ２６が形成さ
れている。このガイドキヤツプ２６は、コレツト
ピストン１８が上昇したときコレツトフインガ１
９と係合してこのコレツトフインガ１９をインデ
ツクスチユーブ２１のノツチ２２に対して係合不
能状態とする。

また、インデツクスチユーブ２１内にはピスト
ンチユーブ２７が下方より挿入され、このピスト
ンチユーブ２７の周壁上部にはバツフアオリフイ
ス２８が複数個設けられている。

前記CRDハウジング１０の下端フランジ１３
からアウターチユーブ１７の下端フランジ１２に
わたつて、挿入用加圧水供給孔２９および引抜用
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はピストンチユ
ーブ２７、バツフアオリフイス２８およびピスト
ンチユーブ２７・インデツクスチユーブ２１間を
通して駆動ピストン２３の上面側に連通してい
る。またアウターチユーブ１７内には引抜用加圧
水供給孔３０と前記コレツトピストン１８の下面
側とを結ぶ細径のコレツトフインガ解除用流路３
１が形成されている。

第４図は前記挿入用または引抜用加圧水供給孔
２９，３０内に加圧水を供給する制御棒駆動水圧
装置（以下HCUと称する）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はアキユムレータである。また図中３６
は流量調整弁、３７は開閉弁であり、３８ａ，３
８ｂ，３８ｃ，３８ｄは方向選択弁である。

復水貯蔵タンク３３内の水はポンプ３４により
加圧され、流路調整弁３６を通して送出される
が、この流量調整弁３６と挿入用加圧水供給孔２
９との間には方向選択弁３８ａが介挿され、流量
調整弁３６と引抜用加圧水供給孔３０との間には
方向選択弁３０が介挿されている。また他の２つ
の方向選択弁３８ｃ，３８ｄは排水用の流路を開
閉するものである。なお、第４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の吐出側の流量を検出する流量検出器
であり、流量検出器４０からの検出信号は制御部
４１へ出力され、前記流量調整弁３６の開度を制
御する。また図中４２，４３は逃し弁であり、４
４，４５，４６は逆止弁である。逆止弁４４，４
５の出口側は排出ヘツダー４７に接続されてい
る。

次に動作を説明する。

CR１４の挿入動作は次のように行なわれる。
挿入信号が発生すると、まず方向選択弁３８ａ，
３８ｄが開弁し、ポンプ３４より送出された加圧
水が挿入用加圧水供給孔２９を通して駆動ピスト
ン２３の下面側へ供給され、インデツクスチユー
ブ２１が上昇する。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を通過し、方
向選択弁３８ｄおよび逆止弁４４を経て排水ヘツ
ダー４７に放出される。インデツクスチユーブ２
１の上昇により、その上端にカツプリングスパツ
ド２４を介して連結されたCR１４も一体に上昇
し、炉心３に挿入される。ここで、インデツクス
チユーブ２１とコレツトフインガ１９との関係は
第５図の通りである。インデツクスチユーブ２１
に設けられたノツチ２２を上から下に向つて、仮
に２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとし、コレツ
トフインガ１９がノツチ２２ａに係合している状
態（第５図ａ）から次のノツチ２２ｂに係合する
ところまでインデツクスチユーブ２１を挿入する
ものとすると、まずインデツクスチユーブ２１を
同図ｂのように、ノツチ２２ｂがコレツトフイン
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CR１４とインデツクスチユーブ２１とを
自らの自重により落下させると、同図ｃに示すよ
うに所定のノツチ２２ｂがコレツトフインガ１９
に係合したところで、インデツクスチユーブ２１
およびCR１４が停止する。このように、過剰な
上昇位置から所定の位置までインデツクスチユー
ブ２１およびCR１４を落下させる動作をセトル
動作と称している。

第６図はCR１４の引抜動作時におけるインデ
ツクスチユーブ２１とコレツトフインガ１９との
関係を示すものである。今、同図ａの如くコレツ
トフインガ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（同図
ｆ）ところまでインデツクスチユーブ２１を引抜
くものとすると、まず引抜信号により方向選択弁
３８ａ，３８ｄが短時間（約１秒間）だけ開弁し
て駆動ピストン２３の下面側に加圧水が供給され
る。そこでインデツクスチユーブ２１は同図ａの
位置からｂの位置までわずかに上昇し、コレツト
フインガ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。これによつてポンプ３４より送出された加圧
水が引抜用加圧水供給孔３０を通して駆動ピスト
ン２３の上面側へ供給され、同時にコレツトフイ
ンガ解除用流路３１を通してコレツトピストン１
８の下面側へも供給される。したがつて同図ｃの
如くコレツトピストン１８と共にコレツトフイン
ガ１９がコレツトスプリング２０を圧縮しながら
上昇し、コレツトフインガ１８の上端がガイドキ
ヤツプ２６に摺接してインデツクスチユーブ２１
の外周面より離間する。このためコレツトフイン
ガ１８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、その間にインデツクスチユーブ２１は駆動ピ
ストン２３の上面に作用する加圧水により同図ｄ
の如く引抜保持されるべき位置の近くまで引抜か
れる。このとき駆動ピストン２３の下面側の水は
挿入用加圧水供給孔２９を通過し、方向選択弁３
８ｃおよび逆止弁４４を経て排水ヘツダー４７に
放出される。その後、方向選択弁３８ｂ，３８ｃ
を閉弁させ、コレツトフインガ１９の下面側およ
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、同図ｅの如くコレツトフインガ１９
がコレツトスプリング２０により下方へ復帰して
ノツチ２２に対し係合可能な状態となる。続いて
CR１４およびインデツクスチユーブ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が同図ｆの如くコレツトフインガ１９に係合し
たところでインデツクスチユーブ２１およびCR
１４が停止し、引抜動作が完了する。この引抜動
作の場合、同図ｅからｆに至る変化をセトル動作
と称している。

〔背景技術の問題点〕

CR１４の挿入または引抜操作時のセトル動作
を円滑に行なわせるために、炉心３内では第２図
の如くCR１４と燃料集合体２との間にCR１４の
自由落下を妨げない程度の隙間ｃが設けられてい
る。

一方、燃料集合体２は核燃料の燃焼が進行する
につれて高温クリープ等により変形が生じる。そ
してこの変形があまり大きくなると、CR１４と
燃料集合体２との間の隙間ｃが小さくなり、CR
１４が燃料集合体２に接触してその自由落下が妨
げられるようになるので、燃料集合体２の変形量
が、CR１４の自由落下を妨げる程度に至る期間
を燃料集合体２の寿命と定め、燃料集合体２の変
形量が予測された一定の量に達するとその燃料集
合体２を新しいものと交換するようにしている。

ところで、経済性の向上および放射性廃棄物の
低減をはかる上で、燃料集合体２の寿命すなわち
使用期間を延長することが望まれる。しかしなが
ら、燃料集合体２の使用期間を長くするとその変
形量も大きくなり、CR１４のセトル動作が不確
実になり、BWRの安全性を低下させるおそれが
あつた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情にもとづいてなされた
もので、その目的は、燃料集合体の変形により
CRと燃料集合体との接触が生じてもCRのセトル
動作が確実に行なわれ、燃料集合体の使用期間を
延長して経済性の向上および放射性廃棄物の低減
をはかり、かつBWRの安全性を向上することが
できるBWRの制御棒駆動機構の駆動方法を提供
することにある。

〔発明の概要〕

以上の目的達成のため、本発明は、制御棒の挿
入時に挿入用加圧水供給孔より駆動ピストンの下
面側に加圧水を供給し、この加圧水により駆動ピ
ストンを押し上げてインデツクスチユーブをコレ
ツトフインガとノツチとの係合位置を僅かに越え
る位置まで上昇させる挿入工程と、制御棒の引抜
時に挿入用加圧水供給孔より駆動ピストンの下面
側に加圧水を供給し、この加圧水により駆動ピス
トンを押し上げてコレツトフインガとノツチとの
係合を解除した後、引抜用加圧水供給孔よりコレ
ツトピストンの下面側および駆動ピストンの上面
側に加圧水を供給し、この加圧水によりコレツト
ピストンを押し上げてコレツトフインガをノツチ
に対し係合不能状態とするとともに、駆動ピスト
ンを押し下げてインデツクスチユーブをコレツト
フインガとノツチとの係合位置の手前まで下降さ
せる引抜工程と、前記挿入工程後および前記引抜
工程後に引抜用加圧水供給孔より駆動ピストンの
上面側およびコレツトピストンの下面側にコレツ
トスプリングの付勢力よりも圧力の小さい加圧水
を供給し、この加圧水によりインデツクスチユー
ブをセトル動作させるセトル動作工程とを具備し
たことを特徴としている。

これによつて、燃料集合体の変形によりCRと
燃料集合体との接触が生じてもCRのセトル動作
は確実に行なわれることになる。

したがつて燃料集合体の使用期間を延長するこ
ともでき、その結果、経済性が向上し、放射性廃
棄物も低減する。

また、CRのセトル動作が確実になるため、
BWRの安全性が向上する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を示す。なお第１図ない
し第４図に示す部分については従来と同様であ
り、HCU３２を制御する制御装置に特徴がある
ので、第７図および第８図により動作を説明する
ことによつて、上記制御装置の構成を明らかにす
る。

まずCR１４の挿入動作は次のように行なわれ
る。

挿入信号が発生すると、まず方向選択弁３８
ａ，３８ｄが開弁する。これによつてポンプ３４
より送出された加圧水が挿入用加圧水供給孔２９
を通して駆動ピストン２３の下面側へ供給され、
インデツクスチユーブ２１が上昇する。今、イン
デツクスチユーブ２１に設けられたノツチ２２を
上から下に向つて２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄとし、コレツトフインガ１９がノツチ２２ａに
係合している第７図ａの状態から、コレツトフイ
ンガ１９が１つ下位のノツチ２２ｂに係合すると
ころまでインデツクスチユーブ２１を挿入するも
のとすると、まずインデツクスチユーブ２１を同
図ｂのように、ノツチ２２ｂがコレツトフインガ
１９をわずかに通過するところまで過剰に上昇さ
せる。このとき駆動ピストン２３の上面側の水は
引抜用加圧水供給孔３０を通過し、方向選択弁３
８ｄおよび逆止弁４４を経て排水ヘツダー４７に
放出される。

次に方向選択弁３８ａ，３８ｄを閉弁させると
同時に他の２つの方向選択弁３８ｂ，３８ｃと開
弁させて、コレツトピストン１８を作動させない
程度の低圧の加圧水を引抜用加圧水供給孔３０よ
り供給する。このとき、加圧水の一部はコレツト
フインガ解除用流路３１を通してコレツトピスト
ン１８の下面側へ供給されるが、低圧であるため
コレツトピストン１８は作動しない。そして加圧
水はピストンチユーブ２７内、バツフアオリフイ
ス２８およびピストンチユーブ２７とインデツク
スチユーブ２１との間を通して駆動ピストン２３
の上面側へ供給されるので、インデツクスチユー
ブ２１およびCR１４は自らの自重に加圧水の圧
力が加えられてセトル動作する。すなわち、イン
デツクスチユーブ２１およびCR１４は、同図ｃ
の如くノツチ２２ｂがコレツトフインガ１９に係
合したところで停止し、挿入動作が完了する。

また、CR１４の引抜動作は次のように行なわ
れる。なお、第８図ａの如くコレツトフインガ１
９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に係合する同図ｆのところまで
インデツクスチユーブ２１を引抜くものとする。

まず引抜信号により方向選択弁３８ａ，３８ｄ
が短時間（約１秒間）だけ開弁して駆動ピストン
２３の下面側に加圧水が供給される。そこでイン
デツクスチユーブ２１が同図ａの位置からｂの位
置までわずかに上昇し、コレツトフインガ１９を
ノツチ２２ｃより離脱させる。

続いて方向選択弁３８ａ，３８ｄが閉弁し、同
時に他の２つの方向選択弁３８ｂ，３８ｃが開弁
する。これによつてポンプ３４より送出された加
圧水が引抜用加圧水供給孔３０を通して駆動ピス
トン２３の上面側へ供給され、同時にコレツトフ
インガ解除用流路３１を通してコレツトピストン
１８の下面側へも供給される。したがつて同図ｃ
の如くコレツトピストン１８と共にコレツトフイ
ンガ１９がコレツトスプリング２０を圧縮しなが
ら上昇し、コレツトフインガ１８の上端がガイド
キヤツプ２６に摺接してインデツクスチユーブ２
１の外周面より離間する。このためコレツトフイ
ンガ１８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、その間にインデツクスチユーブ２１は駆動ピ
ストン２３の上面に作用する加圧水により同図ｄ
の如く引抜保持位置近くまで引抜かれる。このと
き、駆動ピストン２３の下面側の水は挿入用加圧
水供給孔２９を通過し、方向選択弁３８ｃおよび
逆止弁４４を経て排水ヘツダー４７に放出され
る。

その後、方向選択弁３８ｂ，３８ｃを閉弁さ
せ、コレツトフインガ１９の下面側および駆動ピ
ストン２３の上面側への加圧水の供給を停止する
と、同図ｅの如くコレツトフインガ１９がコレツ
トスプリング２０により下方へ復帰してノツチ２
２に対し係合可能な状態となる。

続いて、再び方向選択弁３８ｂ，３８ｃを開弁
させ、コレツトピストン１８を作動させない程度
の低圧の加圧水を引抜用加圧水供給孔３０より供
給する。このとき加圧水の一部はコレツトフイン
ガ解除用流路３１を通してコレツトピストン１８
の下面側へ供給されるが、低圧であるためコレツ
トピストン１８は作動しない。そして加圧水はピ
ストンチユーブ２７内を通過して駆動ピストン２
３の上面に作用するので、インデツクスチユーブ
２１およびCR１４は自らの自重に加圧水の圧力
が加えられてセトル動作する。すなわちインデツ
クスチユーブ２１およびCR１４は、同図ｆの如
くノツチ２２ｂがコレツトフインガ１９に係合し
たところで停止し、引抜動作が完了する。

以上の構成では、燃料集合体２の変形により
CR１４と燃料集合体２との接触が生じてもCR１
４のセトル動作はHCU３２より供給される加圧
水によつて強制的に行なわれるので、燃料集合体
２の使用期間を延長することができる。

したがつて、燃料集合体２の使用期間延長によ
り経済性が向上し、放射性廃棄物も減少する。

また、CR１４のセトル動作が確実になるため
BWRの安全性が向上する。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、燃料集
合体の変形によりCRと燃料集合体との接触が生
じてもCRのセトル動作が確実に行なわれ、燃料
集合体の使用期間を延長して経済性の向上および
放射性廃棄物の低減をはかることができ、かつ
BWRの安全性を向上することができるBWRの
制御棒駆動機構の駆動方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はBWRの一部を示す概略断面図、第２
図は第１図の−断面図、第３図はCRDの縦
断面図、第４図はHCUの概略系統図、第５図お
よび第６図は従来例を示すもので、第５図はCR
の挿入動作時におけるインデツクスチユーブとコ
レツトフインガとの関係を動作順に示す模式図、
第６図は同じくCRの引抜動作時における模式図、
第７図および第８図は本発明の一実施例を示すも
ので、第７図はCRの挿入時におけるインデツク
スチユーブとコレツトフインガとの関係を動作順
に示す模式図、第８図は同じくCRの引抜動作に
おける模式図である。 １……RPV（原子炉圧力容器）、２……燃料集
合体、３……炉心、１０……CRDハウジング
（制御棒駆動機構ハウジング）、１１……CRD（制
御棒駆動機構）、１４……CR（制御棒）、１８……
コレツトピストン、１９……コレツトフインガ、
２０……コレツトスプリング、２１……インデツ
クスチユーブ、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，
２２ｄ……ノツチ、２３……駆動ピストン、２９
……挿入用加圧水供給孔、３０……引抜用加圧水
供給孔、３２……HCU（制御棒駆動水圧装置）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御棒駆動機構ハウジングと、この制御棒駆
   動機構ハウジング内に収容され上端にガイドキヤ
   ツプを有するアウタチユーブと、このアウタチユ
   ーブ内に昇降自在に設けられ下端に駆動ピストン
   を有するインデツクスチユーブと、このインデツ
   クスチユーブの上端を制御棒の下端に連結するカ
   ツプリングパツドと、前記インデツクスチユーブ
   の外周面に前記インデツクスチユーブの軸方向に
   間隔を存して設けられた複数のノツチと、前記ガ
   イドキヤツプの下方に昇降自在に設けられ前記ノ
   ツチに係合して前記インデツクスチユーブを保持
   するコレツトフインガと、このコレツトフインガ
   の下端に設けられ前記コレツトフインガの上端を
   前記ガイドキヤツプに当接させて前記コレツトフ
   インガを前記ノツチとの係合が外れる方向に変形
   させるコレツトピストンと、このコレツトピスト
   ンを下方へ付勢するコレツトスプリングと、前記
   制御棒駆動機構ハウジングに設けられ前記駆動ピ
   ストンの下面側に加圧水を供給する挿入用加圧水
   供給孔と、前記制御棒駆動機構ハウジングに設け
   られ前記駆動ピストンの上面側および前記コレツ
   トピストンの下面側に加圧水を供給する引抜用加
   圧水供給孔とを具備してなる制御棒駆動機構の駆
   動方法において、 前記制御棒の挿入時に前記挿入用加圧水供給孔
   より前記駆動ピストンの下面側に加圧水を供給
   し、この加圧水により前記駆動ピストンを押し上
   げて前記インデツクスチユーブを前記コレツトフ
   インガと前記ノツチとの係合位置を僅かに越える
   位置まで上昇させる挿入工程と、 前記制御棒の引抜時に前記挿入用加圧水供給孔
   より前記駆動ピストンの下面側に加圧水を供給
   し、この加圧水により前記駆動ピストンを押し上
   げて前記コレツトフインガと前記ノツチとの係合
   を解除した後、前記引抜用加圧水供給孔より前記
   コレツトピストンの下面側および前記駆動ピスト
   ンの上面側に加圧水を供給し、この加圧水により
   前記コレツトピストンを押し上げて前記コレツト
   フインガを前記ノツチに対し係合不能状態とする
   とともに、前記駆動ピストンを押し下げて前記イ
   ンデツクスチユーブを前記コレツトフインガと前
   記ノツチとの係合位置の手前まで下降させる引抜
   工程と、 前記挿入工程後および前記引抜工程後に前記引
   抜用加圧水供給孔より前記駆動ピストンの上面側
   および前記コレツトピストンの下面側に前記コレ
   ツトスプリングの付勢力よりも圧力の小さい加圧
   水を供給し、この加圧水により前記インデツクス
   チユーブをセトル動作させるセトル動作工程とを
   具備したことを特徴とする制御棒駆動機構の駆動
   方法。