JPH0587966A - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】制御棒と制御棒駆動機構の全長を短縮して耐震
性をもたせるとともに原子炉圧力容器を小型化し、かつ
原子炉圧力容器の下部を単純化し、製造コストを低減化
すること。 【構成】制御棒40の軸心（センターポスト）となる吸収
体取り付けパイプ２に４枚の羽根状中性子吸収体５を取
着して制御棒40を構成する。吸収体取り付けパイプ２の
中空部２ａ内に制御棒駆動機構39を組み込む。制御棒駆
動機構39はピストン９と、連結管１，アウターチューブ
３およびインナーチューブ４とが組み合わされたピスト
ン−シリンダ機構からなっている。ピストン９はインナ
ーチューブ４にねじ込まれて連結しており、吸収体取り
付けパイプ２内には制御棒40の落下防止用コレットフィ
ンガ６が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉（以下、
ＢＷＲと記す）の出力調整を行うための制御棒を駆動す
る制御棒駆動機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲは、低濃縮ウランを燃料とし、減
速材および冷却材に水（軽水）を用いて、これを原子炉
圧力容器内で直接沸騰させ、蒸気を発生させる方式の原
子炉である。原子炉圧力容器内には炉心，気水分離器，
蒸気乾燥器，制御棒，制御棒駆動機構などの機器が収め
られている。炉心で沸騰し、蒸気となった冷却水は気水
分離器，蒸気乾燥器により湿分が取り除かれ、主蒸気配
管により蒸気タービンに導かれ、発電を行う。

【０００３】原子炉を制御する基本的な操作は反応度の
調整で、この量を適切に制御することによりプラント全
体の制御が可能となる。このような反応度の制御は多く
の原子炉では、中性子吸収材から構成される制御棒を炉
心内外に移動することによりなされている。

【０００４】ＢＷＲにおいては、十字型の制御棒の周り
に４体の燃料集合体が配置されたものが１つのユニット
となって炉心を構成している。炉心から制御棒を引き抜
き、または挿入することによって反応度の調整を行う
が、この引き抜き、または挿入は制御棒に連結している
連結管を制御棒駆動機構により上下動することによって
行われる。加圧水型原子炉（ＰＷＲ）においては、制御
棒駆動機構は炉心の上部に設置され、制御棒は炉心の上
部から挿入される。ＢＷＲにおいては、制御棒駆動機構
は炉心の下部に設置され、制御棒は炉心の下部から挿入
される。

【０００５】図９は従来のＢＷＲ用水圧駆動型制御棒駆
動機構の断面図を概略的に示している。この図におい
て、連結管33はカップリング35を介して制御棒36（一部
のみを示す）と連結されている。連結管33の下端には駆
動ピストン25が取り付けられており、ピストンチューブ
23，シリンダチューブ24と共にピストン−シリンダ機構
を構成している。挿入配管26に水圧をかけると、このピ
ストン−シリンダ機構により連結管33は上昇し、制御棒
36は炉心に挿入される。挿入された制御棒は連結管33の
表面に刻まれた溝31にコレットフィンガ30をかけること
により落下することなく上部に固定できる。制御棒36を
炉心から引き抜く時は引き抜き配管27に水圧をかける。
この水圧は連結管33のピストンを下方に押すと共に、コ
レットピストン32に作用して前述の溝31とコレットフィ
ンガ30の結合を外す。

【０００６】制御棒36の長さは炉心の高さとほぼ等しく
４ｍ程度であり、制御棒36の炉心中での移動のストロー
クを確保するため制御棒駆動機構ハウジング34および連
結管33の長さもそれぞれ４ｍ程度である。制御棒駆動機
構は原子炉圧力容器12の底部を貫通して容器の外部へ突
き出した構造となっている。

【０００７】ＢＷＲ用制御棒駆動機構の着脱は原子炉圧
力容器12の下方から行うようになっている。原子炉圧力
容器12を貫通した制御棒駆動機構ハウジング34は原子炉
圧力容器12と溶接構造により固定されている。この制御
棒駆動機構ハウジング34のフランジ28と駆動機構フラン
ジ29をボルト締めすることにより制御棒駆動機構を固定
している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の制御棒および制
御棒駆動機構の全長は前述のように伸長時で約12ｍ、縮
小時でも約８ｍと非常に長いものである。これらを原子
炉圧力容器内部に完全に収めることは、炉心の位置が高
くなって耐震設計上不利であり、原子炉圧力容器のサイ
ズが大きなものになり、製造コストが増加する、などの
課題がある。

【０００９】従って、従来例では制御棒駆動機構の一部
を原子炉圧力容器の底部から外側へ突き出す構造となっ
ている。また、原子炉圧力容器の下側は制御棒駆動機構
の取り出しのために大きなスペースが必要となってい
る。

【００１０】本発明は上記課題点を解決するためになさ
れたもので、制御棒，制御棒駆動機構の全長を短縮する
ことができる制御棒駆動機構を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は沸騰水型原子炉
の炉心内に制御棒を挿入または引き抜いて該炉心を制御
する制御棒駆動機構において、前記制御棒の軸心に長手
方向の中空部を設け、この中空部内に前記制御棒を駆動
するためのピストン−シリンダ機構を収納してなること
を特徴とする。

【００１２】

【作用】制御棒の中性子吸収体羽根を十字状に取り付け
る中空の吸収体取り付けパイプ内に、前記制御棒を水圧
で駆動するためのピストン−シリンダ機構および落下防
止のための機構を収納する。なお、制御棒駆動機構は原
子炉圧力容器の上部から着脱できる構造となっている。

【００１３】制御棒を上昇させるためには挿入配管に水
圧をかける。水は連結管の内部を通り、この上端を上方
に押し、制御棒を上昇させる。上昇した制御棒はコレッ
トフィンガにより上部に固定できる。吸収体取り付けパ
イプの内側には、軸方向にある間隔を持って複数の溝が
切ってあり、これにコレットフィンガが引っ掛かること
で制御棒は固定される。

【００１４】制御棒を下降させるためには引き抜き配管
およびコレットフィンガ外し配管に水圧をかける。この
コレットフィンガ外し配管の水圧はピストンを上方に押
し、それと結合しているインナーチューブは上昇してコ
レットフィンガを内側に傾け、コレットフィンガと吸収
体取り付けパイプとの連結が外れる。引き抜き配管の水
圧はインナーチューブとアウターチューブの間を通り、
インナーチューブに開けた穴を抜けてインナーチューブ
と連結管の間に入り、連結管を下方に押して制御棒を下
降させる。

【００１５】制御棒の位置指示は電磁式とする。吸収体
取り付けパイプの内側に、適当な間隔で軸方向に小型の
永久磁石を取り付け、また、連結管の先端部にリードス
イッチを取り付け、位置の検出を行う。

【００１６】しかして、連結管を制御棒内に収納したた
め全長を４ｍ程度短縮できる。これにより原子炉圧力容
器下部からの突き出しを大幅に少なくできる。この場
合、制御棒駆動機構と原子炉圧力容器との接合部をフラ
ンジ構造にすることができ、溶接構造をなくすことが可
能である。従って原子炉圧力容器下鏡に貫通孔は開くも
のの、信頼性を大きく向上させることができる。また、
この制御棒駆動機構は原子炉圧力容器の上部から着脱で
きる構造になっているので、下鏡からの突き出しが少な
いこととあいまって、原子炉圧力容器の下部に余分なス
ペースを設けずにすみ、また原子炉圧力容器下部での作
業をなくすことができる。

【００１７】

【実施例】図１から図３を参照しながら本発明に係る制
御棒駆動機構の第１の実施例を説明する。図１は原子炉
圧力容器12内に配置された炉心38，制御棒駆動機構39お
よび制御棒40の配置状態を概略的に示している。左側の
制御棒40は炉心38内に挿入され、右側の制御棒40は炉心
38から引き抜かれた状態を示している。図２は制御棒40
の要部を拡大して部分図で示している。制御棒40は中空
部２ａを有する吸収体取り付けパイプ２に十字状に４枚
羽根の中性子吸収体５が取着されている。吸収体取り付
けパイプ２は制御棒40の軸心となるセンターポストとな
るものである。図３には図２で示した制御棒40と、これ
を駆動する制御棒駆動機構39との関係を縦断面で示して
いる。

【００１８】すなわち、本実施例では図１に示したよう
に炉心38の下側で制御棒駆動機構39を支持し、炉心38の
下側から制御棒40を挿入し、また引き抜きを行う。制御
棒40は図２に示したように４枚の中性子吸収体５を取り
付けるセンターポストとして中空円筒状の吸収体取り付
けパイプ２を使用する。

【００１９】制御棒駆動機構39は図３に示すように吸収
体取り付けパイプ２の内部に制御棒40を水圧で駆動する
ためのピストン−シリンダ機構（ピストン９，アウター
チューブ３，インナーチューブ４，連結管１）および制
御棒40の落下防止用機構（コレットフィンガ６）が収納
されている。アウターチューブ３はフランジ構造により
原子炉圧力容器12の下部に取り外し可能な状態にユニッ
ト取り付けナット14およびボルトで固定されている。下
部ふた７は下部ふた取り付けボルト13により原子炉圧力
容器12に固定されている。アウターチューブ３のフラン
ジと原子炉圧力容器12が接する面，および下部ふた７が
原子炉圧力容器12に接する面は図示しないシールリング
等でシールされており、原子炉圧力容器12の内外の圧力
差に耐え、気密を保っている。中ぶた８はスプリング押
え板10を介してアウターチューブ３に中ぶた取り付けボ
ルト15によって固定されている。

【００２０】インナーチューブ４はアウターチューブ３
をガイドとして上下に数cm移動することができるように
なっている。インナーチューブ３にはピストン９がねじ
込まれている。ピストン９はスプリング11により下方に
押さえつけられている。制御棒40は前記ピストン−シリ
ンダ機構により上下に駆動される連結管１と、連結管取
り付けナット37によって結合しており、これと共におよ
そ４ｍのストロークを持って炉心38の内外に移動でき
る。

【００２１】摺動面はアウターチューブ３とインナーチ
ューブ４の間に一面，インナーチューブ４と連結管１の
間に二面，ピストン９と中ぶた８との間に一面ある。こ
れらの面はシールリングによりシールされており、気密
を保つことができる。なお、吸収体取り付けパイプ２と
アウターチューブ３との間はシール面はシール面ではな
い。

【００２２】制御棒を上昇（挿入）させるためには挿入
配管17に水圧をかける。水は連結管１の内部を通り、連
結管１の上端を押圧して上方に押し上げ、制御棒を上昇
させる。この操作は反応度調整のための挿入の場合も、
緊急停止のための挿入（スクラム）の場合も同じであ
る。上昇した制御棒40はコレットフィンガ６により上部
に固定することができる。コレットフィンガ６はアウタ
ーチューブ３に固定されており、それ自身の持つ弾性力
により吸収体取り付けパイプ２の内側に押しつけられて
いる。吸収体取り付けパイプ２には軸方向にある間隔を
持って複数の溝41が切ってあるが、これにコレットフィ
ンガ６が引っ掛かることで制御棒40はその位置を固定さ
れる。

【００２３】制御棒40を下降させるためには引き抜き配
管16，コレットフィンガ外し配管18に水圧をかける。コ
レットフィンガ外し配管18の水圧はピストン９を上方に
押圧し、ピストン９と結合しているインナーチューブ４
を押し上げて上昇してコレットフィンガ６を内側に傾け
る。これにより、吸収体取り付けパイプ２とコレットフ
ィンガ６との結合が外れる。引き抜き配管16の水圧はア
ウターチューブ３とインナーチューブ４の間を通り、イ
ンナーチューブ４に開けた穴42を通ってインナーチュー
ブ４と連結管１の間に入り、連結管１を下方に押して制
御棒を下降させる。

【００２４】制御棒40が適当な位置に来たところでコレ
ットフィンガ外し配管18の水圧を緩めると、ピストン９
はスプリング11の力で下がり、コレットフィンガ６は再
び元の位置に戻る。そして、吸収体取り付けパイプ２の
溝41がコレットフィンガ６を通過しようとするときに引
っ掛かり、制御棒40は止まる。

【００２５】制御棒および制御棒駆動機構の原子炉圧力
容器12からの取り外しは次のようにして行う。ユニット
取り付けナット14を外すと、中ぶた８から上の部分を原
子炉圧力容器12の上方から取り外せる。なお、この時、
下部ふた７は残されるので原子炉圧力容器12の気密は保
たれる。連結管取り付けナット37を外すことにより連結
管１と吸収体取り付けパイプ２との結合は外れ、制御棒
を取り外せる。

【００２６】中ぶた取り付けボルト15を外すことによ
り、中ぶた８が分離され、インナーチューブ４を連結管
１と共にアウターチューブ３の内部から下方へ取り出せ
る。ピストン９はインナーチューブ４にねじ込まれてい
るが、これを外すことで、連結管１をインナーチューブ
４から取り出せる。原子炉圧力容器12への取り付けは基
本的にこの逆の手順で行えば良い。

【００２７】このように、制御棒，制御棒駆動機構は原
子炉圧力容器12の上側から着脱することが可能である。

【００２８】次に、図４から図６を参照しながら本発明
に係る制御棒駆動機構の第２の実施例を説明する。図４
は炉内配置図で、図５は制御棒駆動機構を、図６はラッ
チ機構の作動状態をそれぞれ示している。

【００２９】本実施例は図１で示したような、制御棒40
を炉心の下側から挿入し、制御棒駆動機構39を炉心下側
で支持する方式の他に、図４に示すように制御棒40を炉
心38上側から挿入し、制御棒駆動機構39を炉心38の下側
にある方式にも応用が可能としたものである。

【００３０】この実施例についての制御棒駆動機構を図
５により説明する。図３と同一部分には同一符号を記し
てある。制御棒駆動機構39および制御棒40の原子炉圧力
容器12内での配置は図４のようになっている。制御棒駆
動機構39は炉心38を貫いており、制御棒40は最も伸びた
時には同図左側に示したように炉心38の上部に位置し、
最も縮んだ時には右側に示したように炉心38に挿入され
る。すなわち、制御棒40は上部挿入方式となっている。

【００３１】本実施例は、構造上の面で図３に示した制
御棒駆動機構と基本的に同様であるが、若干の変更が必
要である。上部挿入方式の利点の一つは、炉心38への制
御棒40の緊急挿入（スクラム）に、自然力である重力を
利用できることである。図３に示した制御棒駆動機構の
ように、制御棒40と連結管１が連結して移動する方式で
は、連結管１のシール面の摩擦により、重力のみでは十
分速い挿入速度を得られない可能性がある。この問題を
解消するために、本実施例ではスクラムの際に連結管１
と制御棒40の結合を外して、制御棒40のみを落下させる
構造を用いている。

【００３２】構造の面で図３に示した第１の実施例の制
御棒駆動機構と異なるのは、連結管１と吸収体取り付け
パイプ２との結合部と、連結管１の上端に取り付けられ
たシリンダ状ラッチボックス21である。ラッチボックス
21は連結管１にねじ込まれている。ラッチボックス21内
にはラッチ19，ラッチピストン20およびスプリング22が
取り付けられている。連結管１と吸収体取り付けパイプ
２は固定されていない。ラッチボックス21は上端が広が
った平坦部21ａを有し、この平坦部21ａが吸収体取り付
けパイプ２の上端に着座し、ラッチ19が引っ掛かるラッ
チ機構を有しており、連結管１の下方への動きには吸収
体取り付けパイプ２は追従するが、ラッチ19の通常時に
は上方への動きには追従しない。

【００３３】ラッチ19は通常時は、図には示していない
スプリング等の作用により図６（ａ）のように内側に引
っ込んでいる。ラッチピストン20は通常はスプリング22
の作用により下方に押し付けられている。ここで挿入配
管17に水圧をかけるとラッチピストン20が上方に移動
し、ラッチ19は図６（ｂ）のように外側へ張り出し、吸
収体取り付けパイプ２を引っ掛け上方に移動する。

【００３４】制御棒40を上昇（引き抜き）させるために
は挿入配管17に水圧をかける。前述のようにラッチ19は
外側に張り出しているので連結管１と共に制御棒40は上
昇する。制御棒40を上部に固定する方法は図３の場合と
同じでコレットフィンガ６のみにより固定する。

【００３５】制御棒を緊急に炉心に挿入するときは、コ
レットフィンガ外し配管18に水圧をかけコレットフィン
ガ６を解除する。挿入配管17に水圧をかけないのでラッ
チ19は内側に引っ込んだ状態のままであり、吸収体取り
付けパイプ２の落下を妨げるものはなく、連結管１を上
部に残したまま重力により制御棒は炉心に挿入される。

【００３６】制御棒40を、通常運転時の反応度調整のた
め下降（炉心挿入）させるためには、まず挿入配管17に
水圧をかけ、ラッチ19を外側に張り出させる。次に、挿
入配管17に水圧をかけたままコレットフィンガ外し配管
18に水圧をかけるとコレットフィンガ６が解除される。
制御棒と連結管１はラッチ19により結合しながら重力に
より落下するが、挿入配管17に水圧がかかっていて連結
管１を上に押しているのでスクラムの時のような急速な
落下はしない。

【００３７】上部挿入方式はスクラムに自然力である重
力を利用できること、原子炉圧力容器12の下鏡に貫通孔
がなくなる等の長所があるが、ＢＷＲにこの方式を採用
しようとした場合、炉心上部に気水分離器，蒸気乾燥器
が配置されているため、制御棒駆動機構がそれらと干渉
するという問題があった。しかし本発明を適用すること
で、制御棒駆動機構を炉心内部および下部におけばこの
問題は解消され、ＢＷＲにおける上部挿入方式を実現す
ることができる。

【００３８】なお、本発明は上記各実施例に限ることな
く図７のように、炉心38と原子炉圧力容器12との間に制
御棒駆動機構支持板43を設置し、そこで制御棒駆動機構
を支持する方式に応用が可能である。この場合、原子炉
圧力容器12の下部には貫通孔が全くなくなる。また、図
８のように炉心38の上部で制御棒駆動機構を支持し、炉
心の上側から下に向かって制御棒を挿入する方式にも応
用が可能である。

【００３９】本発明の実施態様を要約すれば次のとおり
である。 (1) 沸騰水型原子炉における制御棒駆動機構で、制御棒
の軸心に長手方向の中空部を有し、かつこの中空部内に
水圧で制御棒を駆動するためのピストン−シリンダ機構
を収納して制御棒を駆動すること。 (2) 前記制御棒は軸心となる中空部を有する長尺円筒パ
イプの外側に十字状羽根の中性子吸収体を取り付けたも
のであること。 (3) 前記ピストン−シリンダ機構は原子炉圧力容器内で
炉心の下側において支持することと、前記制御棒を炉心
の下側より上に向かって挿入すること。 (4) 前記ピストン−シリンダ機構は原子炉圧力容器内で
炉心の下側において支持することと、前記制御棒を炉心
の上側より下に向かって挿入すること。 (5) 前記ピストン−シリンダ機構は原子炉圧力容器内で
炉心の上側において支持することと、前記制御棒を炉心
の上側より下に向かって挿入すること。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば制御棒，制御棒駆動機構
の全長は、従来のものと比べおよそ４ｍ程度短縮可能と
なる。原子炉圧力容器内の炉心位置を従来と同じとする
ならば、原子炉圧力容器の下鏡からの制御棒駆動機構の
突き出しはほとんどなくなる。その結果、 (1) 原子炉圧力容器と制御棒駆動機構との結合部を従来
のような溶接構造でなくフランジ構造とすることが可能
で、原子炉圧力容器の下部が単純化される。 (2) 原子炉圧力容器下部への突き出しが短くなり、ま
た、従来のように制御棒駆動機構を原子炉圧力容器の下
へ取り外す必要がないため、原子炉圧力容器の設置位置
を下げることが可能となり、原子炉建屋を低く施工でき
る。よって、耐震設計上有利であり、建設費低減にもな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御棒駆動機構に第１の実施例を
説明するための炉内配置図。

【図２】図１における制御棒の要部を拡大して示す斜視
図。

【図３】図１における制御棒駆動機構を拡大して一部側
面で示す縦断面図。

【図４】本発明に係る制御棒駆動機構の第２の実施例を
説明するための炉内配置図。

【図５】図１における制御棒駆動機構を拡大して一部側
面で示す縦断面図。

【図６】（ａ）は図５におけるラッチ機構の通常時の状
態を示す縦断面図、（ｂ）は同じく配管に水圧をかけた
時の状態を示す縦断面図。

【図７】本発明に係る制御棒駆動機構の原子炉圧力容器
内への取り付け状態の他の例を示す炉内配置図。

【図８】図７におけるさらに他の例を示す炉内配置図。

【図９】従来の制御棒駆動機構を一部側面で示す縦断面
図。

【符号の説明】

１…連結管、２…吸収体取り付けパイプ、２ａ…中空
部、３…アウターチューブ、４…インナイチューブ、５
…中性子吸収体、６…コレットフィンガ、７…下部ふ
た、８…中ぶた、９…ピストン、10…スプリング押え
板、11…スプリング、12…原子炉圧力容器、13…下部ふ
た取り付けボルト、14…ユニット取り付けナット、15…
中ぶた取り付けボルト、16…引き抜き配管、17…挿入配
管、18…コレットフィンガ外し配管、19…ラッチ、20…
ラッチピストン、21…ラッチボックス、21ａ…平坦部、
22…スプリング、23…ピストンチューブ、24…シリンダ
チューブ、25…駆動ピストン、26…挿入配管、27…引き
抜き配管、28…ハウジングフランジ、29…駆動機構フラ
ンジ、30…コレットフィンガ、31…溝、32…コレットピ
ストン、33…連結管、34…制御棒駆動機構ハウジング、
35…カップリング、36…制御棒、37…連結管取り付けナ
ット、38…炉心、39…制御棒駆動機構、40…制御棒、41
…溝、42…穴、43…制御棒駆動機構支持板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 沸騰水型原子炉の炉心内に制御棒を挿入
   または引き抜いて該炉心を制御する制御棒駆動機構にお
   いて、前記制御棒の軸心に長手方向の中空部を設け、こ
   の中空部内に前記制御棒を駆動するためのピストン−シ
   リンダ機構を収納してなることを特徴とする制御棒駆動
   機構。