JPH11153687A - 原子炉の制御棒制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】制御棒を駆動する電動機あるいは電動機と制動
用ブレーキを保守のために制御棒駆動機構より取外した
状態でも制御棒の自重落下を簡単に防止することの可能
な原子炉の制御棒制御装置を提供する。 【解決手段】制御棒駆動機構９には制御棒４の現在位置
を保持するための保持用ブレーキ５Ａと誘導電動機７及
びこれを停止させるための制動用ブレーキ５Ｂとが配置
されている。保持用ブレーキ５Ａと誘導電動機７間はカ
ップリング６で機械的に連結されている。誘導電動機７
あるいは電動機７と制動用ブレーキ５Ｂを保守のために
取外しても、保持用ブレーキ５Ａにより制御棒位置は保
持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉の出力を制御
する制御棒を電動駆動するようにした原子炉の制御棒制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉においては、制御棒をス
テップモータ（同期電動機）で駆動することが行われて
いる。ステップモータは電力変換器から供給するパルス
電流の周波数を変化させることに速度制御できる。パル
ス電流の周波数を高くすると高速になり、周波数を低く
すると低速になる。

【０００３】一方、近年はステップモータの代りに誘導
電動機で制御棒を駆動することが考えられている。誘導
電動機はステップモータに比べ設備を安価に構成でき
る。誘導電動機は電源開閉器によりオンオフ制御するよ
うにしているので、通常制動用ブレーキを設けるように
している。制微棒を誘導電動機で駆動することは、例え
ば特開平8−136683 号公報に記載されている。

【０００４】このように、ステップモータや誘導電動機
などの電動機で制御棒を駆動する場合には電動機の回転
運動を直線運動に変換する機械的駆動機構を用いてい
る。機械的駆動機構としてはボールネジを廻動させると
上下移動するボールナットを用いたものが知られてい
る。

【０００５】ところで、原子力発電所は定期検査が義務
づけられており、各種装置の健全性を点検し、不具合が
あると交換するようにしている。定期検査は例えば１年
ごとに行われる。制御棒制御装置も健全性の点検を行う
必要がある。制御棒を電動機駆動する場合には電動機や
制動用ブレーキも点検しなければならない。電動機や制
動用ブレーキは回転運動を直線運動に変換する機械的駆
動機構から取外し、回転軸（例えばベアリング）の摩耗
検査，ブレーキパッドの消耗検査，電気的な絶縁性能検
査などが行われる。このような検査のために、電動機や
制動用ブレーキを機械的駆動機構から取外ずした場合
に、制御棒が自重により制御棒が落下するのを防止しな
ければならない。定期検査中は原子炉は出力を停止して
いるけれども、制御棒の落下は炉心内に装荷されている
燃料にとっては安全上問題となる。制御棒制御装置の保
守を行う際に制御棒の位置保持を図るために、例えば、
特開昭57−104891号公報に記載されているようにウォー
ム歯車を含む歯車機構を巻取りドラムの反駆動側に設け
ることにより、無停電状態になっても制御棒の位置を保
持するということが知られている。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】制御棒の自重による落
下を防止するために、ウォーム歯車を含む歯車機構を具
備させるためには、ギヤ比を大きくしてウォーム歯車が
制御棒の自重で動作しないようにする必要がある。この
歯車機構は電動機にとり大きな負荷となり、電動機は制
御棒のみが負荷である場合と比べ大容量のものにする必
要がある。つまり電動機が大型のものになる。特に、制
御棒駆動機構を設置する原子炉下部のスペース上の制約
から、２００本程度ある制御棒毎に大型の電動機を設置
することは実用上困難である。そのため、定期検査時に
制微棒の位置を簡単に保持する装置の開発が強く要望さ
れている。

【０００７】本発明は上記点に対処してなされたもの
で、その目的とするところは定期検査時に制御棒の自重
落下を簡単かつ小型のもので確実に防止できる原子炉の
制御棒制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は電動機と機械的
駆動機構の間にカップリングを設けると共に機械的駆動
機構にブレーキ力を作用させて制御棒を所定位置に保持
する保持用ブレーキを設けるようにしたものである。

【０００９】本発明によれば、カップリングを外すこと
により電動機（誘導電動機の場合は制動用ブレーキを含
め）の保守点検を行え、そして制御棒の落下は保持用ブ
レーキの作用によって確実に防止できる。保持用ブレー
キは制御棒の自重落下を防止するブレーキ力さえあれば
よいので小型なものとなり、電動機も制御棒を駆動する
のに必要なトルクを発生するものであればよく小型なも
のにできる。したがって、定期検査時に制御棒の自重落
下を簡単かつ小型のもので防止することが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例を示す。

【００１１】図１において、原子炉（圧力容器）１内に
は冷却水２に浸された状態で複数本の燃料棒３が間隔を
とり設置されている。燃料棒３の間の空間には挿抜自在
に複数本の制御棒４が配置されている。各制御棒４はそ
れぞれ誘導電動機７によって制御棒駆動機構９を介して
上下方向に昇降される。制御棒駆動機構９の長手方向、
すなわち、制御棒４の昇降方向に沿って、制御棒４の位
置を検出する制御棒位置検出器８，制御棒の現在位置を
保持するための保持用ブレーキ５Ａ，誘導電動機７及び
これを停止させるための制動用ブレーキ５Ｂとが配置さ
れている。保持ブレーキ５Ａと誘導電動機７間はカップ
リング６で機械的に連結されている。カップリング６と
しては歯車や電磁カップリングなどが用いられる。制御
棒制御装置１０は上位の制御棒操作監視装置（図示せ
ず）からの制御棒操作指令と位置検出器８からの制御棒
位置信号を入力し駆動指令と停止指令を出力する。電動
機制御装置１１は制御棒制御装置１０の駆動指令と停止
指令を入力して電源開閉器１３Ｂをオンあるいはオフす
ると共に回転方向切換装置１３Ａを切換える。誘導電動
機７は電源開閉器１３Ｂによりオンオフ駆動される。ブ
レーキ制御装置１２は制御棒制御装置１０から停止指令
を与えられると保持用ブレーキ５Ａと制動用ブレーキ５
Ｂを励磁（直流励磁）して作動させる。

【００１２】図２にブレーキ制御装置１２の一例を示
す。

【００１３】交流電源２５の交流電圧は整流装置２６で
直流電圧に変換され、スイッチ回路２７または２８を介
して保持用ブレーキ５Ａあるいは制動用ブレーキ５Ｂに
印加される。ブレーキ指令発生装置２２は制御棒停止指
令を与えられるとブレーキ作動信号を出力する。タイマ
２３はブレーキ作動信号を一定時間だけ遅延させてスイ
ッチ２７をオンにする。フリップフロップ回路２４はブ
レーキ作動信号によりセットされてスイッチ２８をオン
させ、タイマ２２の出力信号でリセットされる。

【００１４】図３に制御棒駆動機構９の機器配置構成を
示す。

【００１５】図３において、制御棒駆動機構９は原子炉
圧力容器５の下部に取付けられている。制御棒駆動機構
９のハウジング１６の下方に誘導電動機７が配置され、
誘導電動機７の下側に制動用ブレーキ５Ｂが設けられて
いる。電動機７の上部にカップリング６を介してボール
ネジ１７が連結され、ボールネジ１７は電動機７の回転
に連動して廻動する。ボールナット１８はボールネジ１
７と螺合しており、ボールネジ１７の廻動に従い上下方
向に移動する。ボールナット１８の上面に中空ピストン
１９が取付けられており、ボールナット１８の移動によ
って制御棒４を移動させる。ボールナット１８の下部に
は２重化された２個のシンクロ発信機（位置検出器）８
Ａ，８Ｂが設けられている。そして、カップリング６の
制御棒４側には機械的駆動機構（ボールナット１８，中
空ピストン１９などで構成される）を停止位置に保持す
る保持用ブレーキ５Ａが設けられている。ハウジング１
６はほぼカップリング６の位置で２分割されており、固
定ネジ２０Ａ，２０Ｂで一体化されている。

【００１６】次に動作を説明する。

【００１７】まず、原子炉１の通常運転時における制御
棒４の操作について説明する。

【００１８】制御棒４がある位置に停止している場合に
はスイッチ２７がオンして保持用ブレーキ５Ａが励磁さ
れている。保持用ブレーキ５Ａのブレーキ力により制御
棒４は自重で落下することなく所定位置に保持されてい
る。

【００１９】この状態にあるときに、制御棒制御装置１
０に制御棒操作指令が与えられると、制御棒制御装置１
０は駆動指令を出力する。制御棒操作指令としては操作
する制御棒を示す操作制御棒座標，挿入／引抜，操作目
標位置，操作モード（連続，ノッチ，ステップなど）を
含んでいる。制御棒制御装置１０が駆動指令を発生する
と、ブレーキ指令発生装置２３はブレーキ作動信号を零
にする。ブレーキ指令発生装置２３のブレーキ作動信号
が零になるとスイッチ２７がオフし保持用ブレーキ５Ａ
が解除される。

【００２０】電動機制御装置１１は制御棒制御装置１０
から駆動指令を入力すると、挿入指令あるいは引抜指令
によって回転方向切換装置１３Ａを切換えると同時に電
源開閉器１３Ｂをオンにする。回転方向切換装置１３Ａ
は挿入指令であれば正転，引抜指令であれば逆転となる
ように相回転を切換える。

【００２１】電源開閉器１３Ｂのオンによって誘導電動
機５は駆動される。電動機５の駆動によりボールネジ１
７が廻動し、ボールナット１８が上昇あるいは下降す
る。電動機５の正転によりボールナット１８は上昇して
制御棒４を挿入し、逆転すると制御棒４は引抜かれる。
制御棒４の位置は２重化された位置検出器８Ａ，８Ｂで
検出され、制御棒制御装置１０に加えられる。

【００２２】制御棒制御装置１０は制御棒操作指令とし
て与えられる操作目標位置と位置検出器８の位置検出信
号を比較し、一致すると停止指令を出力する。電動機制
御装置１１は制御棒制御装置１０から停止指令を与えら
れると電源開閉器１３Ｂをオフにする。

【００２３】一方、ブレーキ制御装置１２のブレーキ指
令発生装置２２は停止指令を入力するとブレーキ作動信
号を出力しタイマ２３とフリップフロップ回路２４に与
える。フリップフロップ回路２４はブレーキ作動信号に
よりセットされスイッチ２８をオンにする。スイッチ２
８がオンすると制動用ブレーキ５Ｂが作動して誘導電動
機７にブレーキを掛け停止させる。誘導電動機７の停止
によりボールネジ１７の廻動が停止するのでボールナッ
ト１８の移動は停止する。したがって、制御棒４の移動
も停止する。

【００２４】また、タイマ２３はブレーキ作動信号を加
えられてから遅延時間後に出力信号を発生しスイッチ２
７をオンすると共にフリップフロップ回路２４をリセッ
トする。フリップフロップ回路２４がリセットされると
スイッチ２８をオフにする。したがって、保持用ブレー
キ５Ａが作動して保持ブレーキ力を作用し、制動用ブレ
ーキ５Ｂは解除される。この結果、制御棒４は保持用ブ
レーキ５Ａによって所定位置に停止保持される。

【００２５】次に、原子炉１の定期検査時の保守作業に
ついて説明する。

【００２６】原子炉１の定期検査は総ての制御棒４を全
挿入位置に挿入し原子炉の運転停止状態で行われる。こ
の状態では上述の原子炉通常運転時の動作から明らかな
ように保持用ブレーキ５Ａが励磁されており、制御棒４
は保持用ブレーキ５Ａのブレーキ力によって全挿入位置
に保持されている。このとき、制動用ブレーキ５Ｂはス
イッチ２８がオフしているのでブレーキ解除状態になっ
ている。

【００２７】この状態にあるときに誘導電動機７と制動
用ブレーキ５Ｂを検査するにはハウジング１６の２分割
している個所で固定している固定ネジ２０Ａ，２０Ｂを
外し、次いでカップリング６の下側を取外す。誘導電動
機７と制動用ブレーキ５Ｂを取外しても制御棒４は保持
用ブレーキ５Ａの保持トルクによって全挿入位置に保持
される。制御棒駆動機構９から取外した誘導電動機７と
制動用ブレーキ５Ｂは検査室に持運び検査される。保守
点検された電動機７とブレーキ５Ｂは制御棒駆動機構９
に取付けられる。なお、検査の結果、消耗が激しい電動
機７あるいはブレーキ５Ｂは新品と交換される。

【００２８】以上のようにして制御棒駆動機構９を構成
する誘導電動機７と制動用ブレーキ５Ｂの保守点検を行
うのであるが、制御棒を上下移動させる機械的駆動機構
に保持用ブレーキ５Ａを設け、機械的駆動機構の下部に
カップリング６を介して誘導電動機７と制動用ブレーキ
５Ｂを取付けているので制御棒４の自重落下を確実に防
止して電動機７と制動用ブレーキ５の保守点検を容易に
行うことができる。

【００２９】なお、保持用ブレーキ５Ａは、誘導電動機
の停止後に制御棒を保持するだけであり、ブレーキ部材
の摩耗がないので保守点検を必要としないようになって
いる。また、保持用ブレーキ５Ａは制動用ブレーキ５Ｂ
のように大きなブレーキ力を要しないので、制動用ブレ
ーキ５Ｂに比べて小型なものとすることができる。

【００３０】図４に本発明の他の実施例を示す。

【００３１】図４に示す実施例が図１の実施例と異なる
ところは電動機としてステップモータ３０を用いて電動
変換器３１で駆動するようにしたことである。そして、
ステップモータ３０は電力変換器３１で直流励磁すると
制動トルクを発生するので制動用ブレーキを不要にでき
る。電力変換器３１は変換器制御装置３２により制御さ
れる。

【００３２】なお、この実施例におけるブレーキ制御装
置３３は変換器制御装置３２から停止指令を与えられ保
持用ブレーキ５Ａのみを制御するものとなっている。ブ
レーキ制御装置３３は図２に示すブレーキ制御装置１２
からフリップフロップ回路２４とスイッチ２８を除いた
構成になる。

【００３３】図５に図４の実施例における制御棒駆動機
構３４の機器配置構成を示す。

【００３４】図５において図３と異なるところは電動機
としてステップモータ３０を用い、制動用ブレーキを設
けてないところである。

【００３５】図４の実施例においても図１の実施例と同
様に制御棒の自重落下を防止できると共にステップモー
タ３０の保守点検を容易に行うことができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば制御棒を電動機で駆動す
る際に、定期検査時に制御棒の自重落下を簡単かつ小型
のもので防止して電動機あるいは電動機と制動用ブレー
キの保守点検を容易に行うことができる。

【００３７】特に、本発明は制御棒を誘導電動機によっ
てオンオフ駆動するものに用いるとその効果が顕著とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】図１におけるブレーキ制御装置の詳細構成図。

【図３】図１における制御棒駆動機構の機器配置図。

【図４】本発明の他の実施例を示す構成図。

【図５】図４における制御棒駆動機構の機器配置図。

【符号の説明】

１…原子炉、４…制御棒、５Ａ…保持用ブレーキ、５Ｂ
…制動用ブレーキ、６…カップリング、７…誘導電動
機、１０…制御棒制御装置、１１…電動機制御装置、１
２…ブレーキ制御装置、３０…ステップモータ、３１…
電力変換器。

フロントページの続き (72)発明者 東川 裕一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の制御棒が配置されている原子炉と、
   前記各制御棒毎に設けられその位置を制御する電動機
   と、前記電動機にカップリングを介して機械的に連結さ
   れ、前記制御棒を上下移動させる機械的駆動機構と、前
   記機械的駆動機構にブレーキ力を作用させ前記制御棒を
   所定位置に保持する保持用ブレーキと、前記原子炉を運
   転停止させた保守時に前記保持用ブレーキを作動させる
   ブレーキ制御手段とを具備することを特徴とする原子炉
   の制御棒制御装置。
2. 【請求項２】多数の制御棒が配置されている原子炉と、
   前記各制御棒毎に設けられその位置を制御する誘導電動
   機と、前記誘導電動機にカップリングを介して機械的に
   連結され、前記誘導電動機の回転運動を直線運動に変換
   して前記制御棒を上下移動させる機械的駆動機構と、前
   記機械的駆動機構にブレーキ力を作用させ前記制御棒を
   所定位置に保持する保持用ブレーキと、前記誘導電動機
   の回転運動にブレーキをかける制動用ブレーキと、前記
   原子炉を運転停止させた保守時に前記保持用ブレーキを
   作動させるブレーキ制御手段とを具備することを特徴と
   する原子炉の制御棒制御装置。
3. 【請求項３】多数の制御棒が配置されている原子炉と、
   前記各制御棒毎に設けられその位置を制御する誘導電動
   機と、前記誘導電動機をオンオフ制御する電動機制御手
   段と、前記電動機にカップリングを介して機械的に連結
   され、前記制御棒を上下移動させる機械的駆動機構と、
   前記機械的駆動機構にブレーキ力を作用させ前記制御棒
   を所定位置に保持する保持用ブレーキと、前記誘導電動
   機の回転運動にブレーキをかける制動用ブレーキと、前
   記多数の制御棒の総てを全挿入位置にした前記原子炉の
   運転停止時に前記保持用ブレーキを作動させるブレーキ
   制御手段とを具備することを特徴とする原子炉の制御棒
   制御装置。
4. 【請求項４】多数の制御棒が配置されている原子炉と、
   前記各制御棒毎に設けられその位置を制御する誘導電動
   機と、前記誘導電動機に電磁カップリングを介して機械
   的に連結され、前記誘導電動機の回転運動を直線運動に
   変換して前記制御棒を上下移動させる機械的駆動機構
   と、前記機械的駆動機構にブレーキ力を作用させ前記制
   御棒を所定位置に保持する保持用ブレーキと、前記誘導
   電動機の回転運動にブレーキをかける制動用ブレーキ
   と、前記制動用ブレーキによって前記制御棒の移動を停
   止した後に前記保持用ブレーキを作動させ、前記原子炉
   の運転停止時に前記保持用ブレーキを作動させるブレー
   キ制御手段とを具備することを特徴とする原子炉の制御
   棒制御装置。
5. 【請求項５】多数の制御棒が配置されている原子炉と、
   前記各制御棒毎に設けられその位置を制御するステップ
   モータと、前記ステップモータを駆動する電力変換器
   と、前記ステップモータにカップリングを介して機械的
   に連結され、前記制御棒を上下移動させる機械的駆動機
   構と、前記機械的駆動機構にブレーキ力を作用させ前記
   制御棒を所定位置に保持する保持用ブレーキと、前記原
   子炉を運転停止させた保守時に前記保持用ブレーキを作
   動させるブレーキ制御手段とを具備することを特徴とす
   る原子炉の制御棒制御装置。