JPH1130682A - 制御棒駆動機構及び制御棒駆動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電動駆動と水圧駆動の２つの駆動手段を備え、
かつ、燃料集合体間のギャップが狭い炉心に用いた場合
でも制御棒動作の信頼性を維持できる制御棒駆動機構及
びこれを用いた制御棒駆動システムを提供する。 【解決手段】制御棒駆動機構１２は、駆動電動機２３
と、この駆動電動機２３の回転力をボールナット２４の
上下動に変換するボールねじ機構２５と、このボールナ
ット２４の上部に載置されるとともに、上部がバイオネ
ットカップリング１８を介し制御棒１５の下端と連結さ
れた中空ピストン１６と、スクラム時に中空ピストン１
６を上昇させるための高圧水を導入する導入手段として
の挿入配管２６と、ボールナット２４及び中空ピストン
１６内にそれぞれ埋め込まれ、これらボールナット２４
とピストン１６とを所定の磁力で結合可能な磁力結合手
段としての永久磁石２８，２９とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉に
係わり、特に、炉心に挿入される制御棒を駆動する制御
棒駆動機構及びこれを備えた制御棒駆動システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉の制御棒は、炉心の反応
度制御と緊急時における原子炉停止（＝スクラム）の２
つの役割を果たす。前者の炉心の反応度制御において
は、炉心内における制御棒の位置が微調整可能である必
要がある。後者のスクラムにおいては、できるだけ速や
かに制御棒を炉心に挿入することが要求される。そこで
一般に、このような要求を可能にするための制御棒駆動
方式として、制御棒の位置の微調整には電動機の回転力
で制御棒を駆動する電動駆動方式が用いられ、スクラム
には水圧制御駆動ユニットのアキュムレータ内に蓄えら
れた高圧水の流体力で制御棒を駆動する水圧駆動方式が
用いられる。

【０００３】電動駆動による微調整時には、電動機の回
転運動が、ボールねじ機構を介し、ねじと噛み合ったボ
ールナットの上下方向直線運動に変換される。このと
き、このボールナットの上にはピストンが自重で乗って
おり（すなわち着座しているのみで結合はしていな
い）、さらにピストンの上端には制御棒が結合されてお
り、これによって制御棒はボールナットの直線運動に追
従して上下動するようになっている。一方、スクラム時
には、高圧水の流体力によりピストンがボールナットか
ら離れ、制御棒がピストンとともに急激に押し上げられ
るようになっている。以上において、電動駆動時におけ
る機械的な力の伝達の観点からは、ボールねじ機構に連
結されたボールナットと制御棒に連結されたピストンと
はリジットに結合されていることが望ましいが、上記し
たスクラム時に高圧水による制御棒の急速挿入を可能に
するためには、ボールナットとピストンとの結合が解放
されなければならない。そのため、ボールナットの上に
ピストンが自重で着座している構造となっている。

【０００４】ところで、近年、高速中性子を利用してプ
ルトニウムへの転換を促進するタイプの沸騰水型原子炉
（以下、高転換炉という）が提唱されている。そして、
転換比を向上させるためには、水対燃料体積比を小さく
することが有効である。この水対燃料体積比を小さくし
転換比の向上を図った公知技術例としては、例えば、特
開平１−２２７９９３号公報記載の沸騰水型原子炉があ
る。この原子炉では、炉心に装荷される多数の燃料集合
体において、複数の燃料棒を稠密に配列して従来の沸騰
水型原子炉で約２．０であった水対燃料体積比を０．４
以下とすることにより、転換比を約１．０に高めてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】沸騰水型原子炉におい
ては、制御棒は隣接する燃料集合体間（すなわちチャン
ネルボックス間）にある狭い空間を上下するようになっ
ているが、このチャンネルボックスは、燃料集合体の内
外差圧による弾性変形や中性子照射によるクリープ変形
などによって変形する場合がある。高転換炉でない通常
の沸騰水型原子炉においては、燃料集合体間のギャップ
にある程度の余裕があるため、チャンネルボックスが制
御棒側に変形したとしても、制御棒と擦れないようにな
っている。しかしながら、上記公知技術を含む高転換炉
の炉心においては、一般に、燃料棒の配列が稠密となる
ばかりでなく燃料集合体間のギャップも狭くなる。その
ため、チャンネルボックスが制御棒側に変形した場合に
制御棒とチャンネルボックスとが擦れる可能性がある。
その場合、例えば制御棒引き抜きの途中でボールナット
とピストンとが一時的に分離するのを確実に防止するの
は困難であり、制御棒動作の信頼性維持の面で改善の余
地がある。

【０００６】ここで、このような課題に配慮された公知
技術として、例えば特開昭５４−１０３９８８号公報記
載の制御棒駆動装置が知られている。この制御棒駆動装
置は、ボールナット及びピストンに位置検出のための小
型の永久磁石をそれぞれ設けるとともに、これらに対向
する位置にリードスイッチをそれぞれ設けている。そし
て、ボールナット及びピストンが連結状態のまま上下動
する場合には、リードスイッチの前を通過するとき２つ
のリードスイッチが同時に作動することにより正常であ
ることを検出する。一方、ボールナット及びピストンが
分離状態となっている場合には、リードスイッチの前を
通過するときに互いの間隔が正常時よりも大きくなるた
め、２つのリードスイッチが同時には作動せず、これに
よって異常であることを検出するようになっている。

【０００７】しかしながら、この特開昭５４−１０３９
８８号公報においては、ボールナットとピストンとが分
離した状態を正確に検出することに主眼をおいており、
制御棒引き抜き時にボールナットとピストンとが分離す
るのを未然に防止して、制御棒動作の信頼性を維持する
ことについては配慮されていない。本発明の目的は、電
動駆動と水圧駆動の２つの駆動手段を備え、かつ、燃料
集合体間のギャップが狭い炉心に用いた場合でも制御棒
動作の信頼性を維持できる制御棒駆動機構及びこれを用
いた制御棒駆動システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１）上記目的を達成するために、本発明は、電動機
と、この電動機の回転力をボールナットの上下動に変換
するボールねじ機構と、このボールナットの上部に載置
されるとともに上部が沸騰水型原子炉の制御棒と連結さ
れたピストンと、スクラム時に前記ピストンを上昇させ
るための高圧水を導入する導入手段とを備え、前記制御
棒を駆動し炉心への挿入・引き抜きを行う制御棒駆動機
構において、前記ボールねじ機構のボールナット及び前
記ピストンの少なくとも一方に、これらボールナットと
ピストンとを所定の磁力で結合可能な磁力結合手段を設
ける。沸騰水型原子炉炉心の反応度制御のために制御棒
の位置を微調整する場合には、電動機を駆動し、その回
転力をボールねじ機構でボールナットの上下運動に変換
し、ボールナットに載置したピストンを上下動させるこ
とで制御棒の挿入・引き抜きを行う。このとき、ボール
ナット及びピストンの少なくとも一方に磁力結合手段を
設けてこれら２つを磁力で結合することにより、燃料集
合体間のギャップが狭い炉心へ適用した場合において引
き抜きの途中で制御棒と燃料集合体のチャンネルボック
スとの間に摩擦が生じ、これによってピストンをボール
ナットから上方に引き剥そうとする力が作用したとして
も、その力に打ち勝つように磁力結合手段の吸引方向の
磁力の大きさを設定することで、これらボールナットと
ピストンとの結合を維持することができる。すなわち、
制御棒引き抜き時においてボールナットとピストンとが
分離するのを確実に防止することができる。一方、緊急
停止のためのスクラム時には、ピストンを上昇させるた
めの高圧水を導入手段から導入する。このとき、この水
圧によってピストンを上方に持ち上げようとする力が作
用する一方、ボールナットとピストンとの間には磁力結
合手段による磁力も作用する。そこで、この磁力結合手
段の吸引方向の磁力の大きさを適宜小さく設定するか、
磁力の大きさを０とするか、若しくは磁力を反発方向に
作用させることで、ボールナットとピストンとを分離す
ることができ、水圧による通常のスクラム動作を確保す
ることができる。以上のようにして、燃料集合体間のギ
ャップが狭い炉心に適用した場合であっても、スクラム
時の通常の動作を確保しつつ制御棒引き抜き時のボール
ナットとピストンの分離を防止し、制御棒動作の信頼性
を維持できる。

【０００９】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記磁力結合手段は前記ピストンと前記ボールナットの
両方に設けられており、かつ、これらピストン及びボー
ルナットに設けられた２つの磁力結合手段は、ともに永
久磁石である。これにより、制御棒の動作状態にかかわ
らず磁力を常時作用させることができるので、電磁石を
用いる場合に比べ信頼性をさらに確実に維持できる。ま
た電気的な設備を必要としないため、電磁石を用いる場
合よりも経済的に有利である。

【００１０】（３）上記（１）において、また好ましく
は、前記磁力結合手段は少なくとも前記ボールナットに
設けられており、かつ、該ボールナットに設けられた磁
力結合手段は、電磁石である。

【００１１】（４）上記（３）において、さらに好まし
くは、前記磁力結合手段は前記ピストンと前記ボールナ
ットの両方に設けられており、かつ、該ピストンに設け
られた磁力結合手段は、永久磁石である。

【００１２】（５）上記目的を達成するために、本発明
はまた、電動機、この電動機の回転力をボールナットの
上下動に変換するボールねじ機構、及びこのボールナッ
トの上部に載置されるとともに上部が沸騰水型原子炉の
制御棒と連結されたピストンをそれぞれ備えた複数の制
御棒駆動機構と、スクラム用の高圧水を前記複数の制御
棒駆動機構に供給する高圧水供給手段と、この高圧水供
給手段及び前記電動機を制御する原子炉制御手段とを有
する制御棒駆動システムにおいて、各制御棒駆動機構
は、前記ボールねじ機構のボールナットに、このボール
ナットと前記ピストンとを所定の電磁力で結合可能な電
磁石が設けられており、かつ、前記原子炉制御手段から
の制御信号に応じて、対応する電磁石への電流供給をそ
れぞれ別個独立して導通・遮断する複数の第１のスイッ
チ手段を設ける。これにより、例えば原子炉制御手段が
電動機を制御して制御棒を引き抜く場合には、電磁石に
電流を供給して所定の電磁力を励起しボールナットとピ
ストンとを結合させる一方、これ以外の場合には電流を
遮断して電磁力を０にすることができる。

【００１３】（６）上記（５）において、好ましくは、
前記複数の制御棒駆動機構の電磁石に対し共通に設けら
れた電源と、前記原子炉制御手段からの制御信号に応じ
て該電源から前記複数の第１のスイッチ手段へ導かれる
電流を同時に制御可能な電流制御手段とをさらに有す
る。

【００１４】（７）上記（６）において、さらに好まし
くは、前記電流制御手段は、前記電源から前記複数の第
１のスイッチ手段へ導かれる電流を導通・遮断可能な第
２のスイッチ手段である。これにより、例えば原子炉制
御手段が高圧水供給手段を動作させるスクラム時に第２
のスイッチ手段で電流を遮断すれば、第１のスイッチ手
段の動作状態のいかんにかかわらず、すべての電磁石へ
の電流供給を中止でき、電磁石の磁力が高圧水と逆向き
に作用して制御棒の急速挿入を阻害するのを確実に防止
できる。

【００１５】（８）上記（６）において、また好ましく
は、前記電流制御手段は、前記電源から前記複数の第１
のスイッチ手段へ導かれる電流供給の向きを、前記電磁
石の極性を反転させるように切り替え可能な極性制御手
段である。これにより、例えば原子炉制御手段が高圧水
供給手段を動作させるスクラム時には極性制御手段で電
磁石がピストンを反発する向きに電流を切り替えれば、
第１のスイッチ手段を導通状態としたときにピストンに
反発磁力を作用させ制御棒の急速挿入を促進することが
できる。また例えばスクラム時以外には極性制御手段で
電磁石がピストンを吸引する向きに電流を切り替えれ
ば、第１のスイッチ手段を導通状態としたときにピスト
ンに吸引磁力を作用させボールナットとピストンとの結
合を確保することができる。）

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態を図１〜
図１０により説明する。まず、本実施形態による制御棒
駆動機構の適用対象となる沸騰水型原子炉の全体構成の
一例を表す断面図を図２に示す。図２において、沸騰水
型原子炉は、原子炉圧力容器１と、この原子炉圧力容器
１内に多数配置された燃料集合体２と、これら燃料集合
体２を囲うように配置されるシュラウド３と、上部格子
板４及び下部格子５とを備えている。このときシュラウ
ド３で周囲を囲まれ、かつ上部格子板４と下部格子５と
の間に挟まれた領域は、炉心６を構成している。上記構
成において、原子炉圧力容器１の内壁面とシュラウド２
との間の環状流路８を流下してきた冷却材は、インター
ナルポンプ９によって下部格子５より下の領域である下
部プレナム１０に圧送される。この下部プレナム１０に
は、制御棒駆動機構ハウジング１１が原子炉圧力容器１
の底板を貫通して設けられており、燃料集合体２に挿入
される制御棒（図示せず）を駆動する制御棒駆動機構
（同）の下端部以外の部分を収納している。なお制御棒
駆動機構の下端部は後述するスプールピース７に収納さ
れている。また、制御棒駆動機構ハウジング１１の上部
には制御棒の挿入・引抜き時においてガイドとなる制御
棒案内管１３が取り付けられている。

【００１７】制御棒及び制御棒案内管１３の詳細構造を
図３に示す。なお、この図３は、十字型制御棒ブレード
と４５゜方向における（後述の図４におけるIII−III断
面による）縦断面図である。この図３において、制御棒
案内管１３は、原子炉圧力容器１の底板に溶接された制
御棒駆動機構ハウジング１１の上に直立して嵌め込まれ
ている。そしてさらに、制御棒案内管１３の頂部には、
燃料集合体２が４体載置される燃料支持金具１４が嵌め
込まれている。すなわち燃料集合体２の重量は、燃料支
持金具１４、制御棒案内管１３、制御棒駆動ハウジング
１１を介して最終的には原子炉圧力容器１の底板に支持
される構造となっている。またこのとき下部格子５は制
御棒案内管１３の頂部の横振れを防止するようになって
いる。また、制御棒案内管１３には制御棒１５が内蔵さ
れており、この制御棒１５の下端部１５Ｂは、制御棒駆
動機構ハウジング１１内に収納されている中空ピストン
１６の先端に設けられたバイオネットカップリング１８
と連結されている。このバイオネットカップリング１８
は滑節支持となっており、制御棒１５と中空ピストン１
６との回転方向のずれを必要量許容可能となっている。

【００１８】制御棒１５は、ブレード１５Ａの下部に制
御棒案内管１３との摺動抵抗を低減させるための制御棒
ガイドローラ１９が設けられており、これが制御棒案内
管１３の内面に接触することにより円滑に挿入・引き抜
きができるよう図られている（図３では引き抜き状態に
ある）。すなわち、中空ピストン１６が上方へ移動する
と、制御棒１５は制御棒案内管１３にガイドされつつ上
昇し、燃料支持金具１４の切欠き部１４Ａを貫通して炉
心６内に配置された燃料集合体２の間に挿入される。な
おこのとき、冷却水は、制御棒案内管１３の外側を上昇
し、制御棒案内管１３の上端近くの側壁に設けたオリフ
ィス２０から燃料支持金具１４内に入り、燃料支持金具
１４内の流路２１から燃料集合体２に導かれて加熱され
るようになっている。

【００１９】制御棒１５、制御棒案内管１３、及び燃料
集合体２の水平断面形状を表す図３中IV−IV断面による
横断面図を図４に示す。この図４のうち、左半面は燃料
支持金具１４における断面を示し、右半面は燃料集合体
２下部における断面を示している。図３の左半面におい
て、十字型の制御棒１５は、円形の制御棒案内管１３に
１本づつ収納されており、燃料集合体２に冷却材を導く
燃料支持金具１４の４つの流路２１に囲われて形成され
る略十字型のスリット１４Ｂを貫通し、さらに図３の右
半面において４体の燃料集合体２のチャンネルボックス
２２間の間隙を介して炉心６へ挿入されるようになって
いる。このチャンネルボックス２２は、燃料集合体２に
おける保護カバーの役割を果たすとともに燃料集合体２
内を流れる冷却材流路を確保する機能も果たす。

【００２０】上記のように燃料集合体２間に制御棒１５
が挿入される炉心６の平面図を図５に示す。この図５に
おいて、前述したように、制御棒１５は、４体の燃料集
合体２で形成される十字型間隙に挿入されるようになっ
ており、言い換えれば１つの制御棒１５を中心に４体の
燃料集合体２が配置され、燃料集合体２の正方形断面の
２辺が制御棒１５に接するようになっている。また、制
御棒１５のブレード１５Ａと燃料集合体２との間には所
定の間隙が設けられており、この間隙中を前述したガイ
ドローラ１９によって制御棒１５は滑らかに上下動する
ようになっている。

【００２１】なお、この図５では、下部構造との対比を
明確化するために、制御棒案内管１３の外径を点線で併
せて示している。

【００２２】本実施形態は、以上説明した構造のうち、
制御棒駆動機構の詳細構造に係わるものである。本実施
形態による制御棒駆動機構の全体構造を表す縦断面図を
図１に示す。この図１において、制御棒駆動機構１２
は、駆動電動機２３と、この駆動電動機２３の回転力を
ボールナット２４の上下動に変換するボールねじ機構２
５と、このボールナット２４の上部に載置されるととも
に、上部が上記バイオネットカップリング１８を介し上
記制御棒１５の下端と連結された上記中空ピストン１６
と、スクラム時に中空ピストン１６を上昇させるための
高圧水を導入する導入手段としての挿入配管２６と、ボ
ールナット２４及び中空ピストン１６内にそれぞれ埋め
込まれ、これらボールナット２４とピストン１６とを所
定の磁力で結合可能な磁力結合手段としての永久磁石２
８，２９とを備えている。

【００２３】駆動電動機２３は、制御棒駆動機構ハウジ
ング１１の下部に配置されたスプールピース７の下端に
取り付けられており、その駆動軸２３Ａは非金属の軸封
ハウジング３０によってスプールピース７との間をシー
ルされている。この駆動軸２３Ａには、コイルスプリン
グ３１を支持するスプリング支持部材３２が固定されて
おり、さらにコイルスプリング３１の上端には、ボール
ナット２４と中空ピストン１６の分離検出用（詳細は後
述）の永久磁石３３が内蔵された摺動部材３４が固定さ
れている。この摺動部材３４は駆動軸２３Ａには固定さ
れておらず、上部から加わる荷重に応じて軸方向に摺動
可能であり、かつコイルスプリング３１から伝達される
回転力で回転するようになっている。

【００２４】ボールねじ機構２５は、摺動部材３４の上
端に固定された円盤状部材３７と、制御棒駆動機構１２
全体の径方向略中心部に配置され、円盤状部材３７の上
部に固定されたボールねじ３５と、このボールねじ３５
に螺合する上記ボールナット２４とを備えている。この
ボールナット２４には金属ローラ３６が設けられてお
り、この金属ローラ３６は、制御棒駆動機構ハウジング
１１内のアウターチューブ３８の内側に設けられたガイ
ドチューブ３９の内面を上下方向に走行する。これによ
り、ボールナット２４は、金属ローラ３６を介し回転が
拘束されつつ姿勢を保持され、かつ上下方向に移動可能
となっている。なお、アウターチューブ３８は、制御棒
駆動機構１２の各機器を収納する役割を果たすととも
に、上端が制御棒案内管１３と連結されており、万一制
御棒駆動機構ハウジング１１が破損したとしても制御棒
駆動機構１２全体が落下するのを防止するようになって
いる。

【００２５】中空ピストン１６内の中空部には、ボール
ナット機構２５のボールねじ３５が回転自在に配置され
ている。また、中空ピストン１６の下端部１６Ａには、
ボールナット２４の金属ローラ３６と同様の機能を備え
た金属ローラ４０が設けられており、これによって中空
ピストン１６は、回転が拘束されつつ上下方向に移動可
能となっている。なお、この中空ピストン１６とガイド
チューブ３９上端部とのシール手段として非接触式であ
るラビリンスシール４１が設けられている。

【００２６】挿入配管２６には、スクラム時に開かれる
スクラム弁４２を介し、水圧制御駆動ユニット４３のア
キュムレータ４４内に蓄えられた高圧水が流入するよう
になっている。またこの挿入配管２６は、制御棒駆動機
構ハウジング１１とスプールピース７との間に設けられ
たフランジ４５から制御棒駆動機構ハウジング１１の下
端部を貫通するように設けられており、フランジ４５内
部のこの挿入配管２６の出口が開口する近傍には逆流防
止用のボール逆止弁４６が配置されている。なお、この
水圧制御駆動ユニット４３は、２つの制御棒駆動機構１
２につき１つずつ設けられている。

【００２７】永久磁石２８は、ボールナット２４の上端
近傍に埋め込まれている。また、永久磁石２９は、中空
ピストン１６の下端近傍に埋め込まれている。そして、
これら２つの永久磁石２８，２９の極性は、互いに引き
合う方向となっている。

【００２８】なお、上記構成において、水圧制御駆動ユ
ニット４３が高圧水供給手段を構成する。

【００２９】以上において、制御棒１５は中性子吸収能
力を有しており、制御棒駆動機構１２がこの制御棒１５
の炉心６への挿入割合を調整することにより、炉心６の
反応度を制御する。沸騰水型原子炉の通常の運転操作時
における反応度制御は、図６（ａ）に示すように、駆動
電動機２３の回転力をボールねじ機構２５で中空ピスト
ン１６の上下運動に変換することにより行い、出力を上
昇させるときは制御棒１５を炉心６から引き抜き、出力
を低下させるときは制御棒１５を炉心６に挿入する。ま
た緊急時においては、図６（ｂ）に示すように、水圧制
御駆動ユニット４３から高圧水で制御棒１５を炉心６内
に急速挿入（＝スクラム）することにより原子炉を停止
する。以下、この動作の詳細及びその作用を順次説明す
る。

【００３０】（１）通常時の反応度制御 原子炉の通常運転中において、オペレータが炉心６の反
応度の制御を意図し、操作手段（図示せず）を操作して
原子炉制御手段（同）へ操作信号を入力すると、原子炉
制御手段が駆動電動機２３に電動機駆動信号を出力す
る。駆動電動機２３はこの駆動信号に応じて駆動軸２３
Ａに回転力を発生し、この回転力は、駆動軸２３Ａに固
定されたスプリング支持部材３２を介し、コイルスプリ
ング３１、摺動部材３４、円盤状部材３７、さらにボー
ルねじ３５に伝達される。これにより、回転を拘束され
つつボールねじ３５に螺合したボールナット２４が上下
動し、このボールナット２４上に自重で着座した中空ピ
ストン１６がこれに追従して上下動し、制御棒１５が炉
心６への挿入方向又は引き抜き方向に動く。

【００３１】以上のようにして制御棒１５を上下動さ
せ、通常時における反応度制御が行われるが、この場
合、本実施形態においては、ボールナット２４及び中空
ピストン１６の両方に永久磁石２８，２９を設けてこれ
ら２つを磁力で結合することにより、以下のような作用
がある。すなわち、制御棒駆動機構１２を、例えば高転
換炉のような隣接する燃料集合体間のギャップが狭い炉
心への適用を考えた場合には、引き抜きの途中で制御棒
１５と燃料集合体２のチャンネルボックス２２との間に
摩擦が生じ、これによって中空ピストン１６をボールナ
ット２４から上方に引き剥そうとする力が作用する可能
性がある。この場合、この引き剥そうとする力により、
万一、制御棒１５が炉心６内に固着され中空ピストン１
６がボールナット２４から分離した場合には、その後何
らかの原因で制御棒１５の固着が解除され自重で落下し
たとき、炉心６に大きな反応度が投入され原子炉の出力
が上昇する可能性があり、好ましくない。

【００３２】これに対し、本実施形態においては、永久
磁石２８，２９の吸引方向の磁力を、制御棒１５と中空
ピストン１６の自重と合わせてその引き剥そうとする力
に打ち勝つような大きさに予め設定しておくことで、こ
のような場合にもこれらボールナット２４と中空ピスト
ン１６との結合を維持することができる。

【００３３】（２）スクラム時 原子炉の通常運転中において、オペレータが原子炉の緊
急停止を意図し、操作手段を操作して原子炉制御手段へ
スクラム操作信号を入力すると、原子炉制御手段がまず
スクラム弁４２を制御して開き状態に駆動する。これに
より、アキュムレータ４４内に蓄えられた高圧水が挿入
配管２６を介して制御棒駆動機構１２内に流入する。そ
して、このとき中空ピストン１６の上下に生ずる差圧に
より中空ピストン１６はボールナット２４と分離して急
速に押し上げられ、これによって制御棒１５が炉心６に
挿入される。

【００３４】押し上げられた中空ピストン１６は、最大
限押し上げられたフルストローク状態になると、一旦そ
の位置でロックされて保持されるようになっている。こ
の機構について図７及び図８（ａ）（ｂ）により説明す
る。図７は、図１中のボールナット２４近傍を他の周方
向位置から見た場合の部分拡大図である。すなわちボー
ルナット２４及び中空ピストン１６の内部には、ある周
方向位置の鉛直断面でみた場合には図１に示すように永
久磁石２８，２９が埋め込まれているが、他の周方向位
置でみた場合にはこれら永久磁石２８，２９はなく、中
空ピストン１６の下端近傍の外周にスプリング４８によ
って径方向外側に付勢されているラッチ金具４９（詳細
形状は図８参照）が設けられている。このラッチ金具４
９にはガイドチューブ３９の内周面を走行するガイドロ
ーラ５０（同）が設けられている。またボールナット２
４の上端近傍には、ラッチ金具４９の下端にある爪部４
９Ａ（同）を径方向内側に押圧可能な爪部２４Ａ（同）
が設けられている。なお、ガイドチューブ３９の上部に
は、スクラム時にラッチ金具４９の爪部４９Ａが嵌入す
るラッチ穴３９Ａ（同）が形成されている。

【００３５】図８（ａ）は、通常時（すなわち非スクラ
ム時）におけるボールナット２４の爪部２４Ａとラッチ
金具４９の爪部４９Ａとの関係を表した拡大断面図であ
り、図８（ｂ）は、スクラム時における様子を表した拡
大断面図である。図８（ａ）に示すように、非スクラム
時には、中空ピストン１６はボールナット２４上に載置
され互いに分離していないため、ラッチ金具４９の爪部
４９Ａは常にボールナット２４の爪部２４Ａによって径
方向内側に押圧されている。そのため、スクラム時と同
位置のフルストローク位置（図８（ａ）の位置）まで来
たとしても、ラッチ金具４９及びガイドローラ５０はラ
ッチ穴３９Ａに嵌入しない。一方、スクラム時には、前
述したように水圧によって中空ピストン１６がボールナ
ット２４と分離して単独で浮上するため、ラッチ金具４
９のガイドローラ５０は、スプリング４８でガイドチュ
ーブ３９の内周面に押しつけられた状態で上昇してく
る。そしてスクラム位置（＝フルストローク位置）に来
ると、図８（ｂ）に示すように、ガイドチューブ３９の
ラッチ穴３９Ａにラッチ金具４９Ａ及びガイドローラ５
０が嵌入する。これによって、中空ピストン１６の上下
方向位置がロックされて落下が防止され、制御棒１５が
炉心６内でスクラム位置に保持される。なお、スクラム
の終端近傍で上記スクラム位置に達する直前では、図１
において中空ピストン１６の下端部１６Ａの上部がバッ
ファ支持部材４７を介してバッファ（皿ばね）５１を圧
縮し、これによって減速されるようになっている。ま
た、このようにして中空ピストン１６を押し上げた高圧
水（スクラム水）は、ラビリンスシール４１を通過し
て、炉心６内に流入する。

【００３６】一方、操作手段からスクラム操作信号が入
力された原子炉制御手段は、同時に、駆動電動機２３に
もボールナット２４を上昇させるような駆動信号を出力
する。これにより、上記のようにして中空ピストン１６
が水圧によって押し上げられ一旦ロックされた状態にあ
るとき、駆動電動機２３から発生した回転力がボールね
じ３５に伝達され、ボールナット２４がこの中空ピスト
ン１６から遅れて後追いするように上方へ動く。そして
ついにはボールナット２４もフルストローク位置に達
し、ボールナット２４の上端と中空ピストン１６の下端
とが接触した状態に戻る。これにより、ラッチ金具４９
の爪部４９Ａは再びボールナット２４の爪部２４Ａによ
り径方向内側に押圧され、ラッチ金具４９及びガイドロ
ーラ５０はガイドチューブ３９のラッチ穴３９Ａから脱
出し、ラッチが解除されて再起動可能な状態に復元す
る。図８（ａ）はまさにその状態を示している。

【００３７】なお、以上のようなスクラム動作を確実に
把握するために、本実施形態の制御棒駆動機構１２にお
いては、スクラム動作が開始されたことを検出する機構
と、スクラム位置（＝フルストローク位置）に達したこ
とを検出する機構とが設けられている。以下これらにつ
いて図１、図７、及び図９により説明する。 スクラム開始検出 図７において、中空ピストン１６の下端近傍にはまた、
位置検出用の永久磁石５２が埋め込まれている。そして
図１において、制御棒駆動機構ハウジング１１の下部外
周近傍には、この永久磁石５２の上下方向位置を検出可
能なリードスイッチを内蔵した検出プローブ５３が配置
されている。スクラム時には、この検出プローブ５３内
のリードスイッチで永久磁石５２の移動開始を検出する
ことにより、スクラム開始を検出し確認できるようにな
っている。

【００３８】スクラム位置検出 図１において、バッファ支持部材４７の下部にはスプリ
ング５４を介してスプリング支持部材５５が配置されて
おり、スクラムの終端近傍で中空ピストン１６の下端部
１６Ａの上部がバッファ支持部材４７に接するとき、こ
のスプリング支持部材５５にも接する。ここでスプリン
グ支持部材５５の下部には、ガイドチューブ３９の外側
を上下方向に細長く延びる棒状部材５６が設けられてお
り、この棒状部材５６の下端部近傍には、スクラム位置
検出用の永久磁石５８が埋め込まれている。そして、ス
プールピース７、フランジ４５、及び制御棒駆動機構ハ
ウジング１１下部の外周近傍には、この永久磁石５８の
上下方向位置を検出可能なリードスイッチ５９Ａ（後述
する図９参照）を内蔵した検出プローブ５９が配置され
ている。このような構造において、中空ピストン１６の
下端部１６Ａの上部がスプリング支持部材５５にまだ接
していない状態では、図９（ａ）に示すように、棒状部
材５６が下方に下がった状態にあるため、永久磁石５８
の位置が低く、リードスイッチ５９Ａが永久磁石５８の
存在を検出しない。そして、中空ピストン１６が上昇し
てスクラム位置（フルストローク位置）に達し、中空ピ
ストン１６の下端部１６Ａの上部がスプリング支持部材
５５に接すると、図９（ｂ）に示すように、棒状部材５
６が上がって永久磁石５８の位置が高くなり、リードス
イッチ５９Ａが永久磁石５８の存在を検出する。これに
よって、中空ピストン１６のスクラム完了を検出するこ
とができる。

【００３９】以上のようにして中空ピストン１６を介し
て制御棒１５を急上昇させ、緊急時におけるスクラムが
行われる。ここで、上記したように本実施形態において
は、ボールナット２４及び中空ピストン１６の両方に永
久磁石２８，２９を設けてこれらの間に吸引方向の磁力
を作用させており、この磁力は、上記スクラム時の水圧
によって中空ピストン１６に作用する流体力（中空ピス
トン１６をボールナット２４から分離させる力）を低減
する方向に作用することになる。そこで、永久磁石２
８，２９の吸引方向の磁力を、制御棒１５と中空ピスト
ン１６の自重と合わせてもその流体力より小さくなるよ
うな大きさに予め設定しておく。これにより、スクラム
時にボールナット２４と中空ピストン１６とを分離する
ことができる。つまり、結局、永久磁石２８，２９の吸
引方向の磁力は、制御棒１５と中空ピストン１６の自重
と合わせ、通常時の制御棒１５・チャンネルボックス２
２の摩擦による既述した引き剥し力に打ち勝つ程度に大
きく、スクラム時に制御棒１５と中空ピストン１６の自
重と合わせてもスクラム水による流体力より小さくなる
ように、その大きさが設定されることになる。

【００４０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、燃料集合体２間のギャップが狭い炉心６に適用した
場合であっても、スクラム時の通常の動作を確保しつ
つ、制御棒１５の引き抜き時にボールナット２４と中空
ピストン１６とが分離するのを確実に防止することがで
きる。なお、本実施形態には、この分離防止効果を確認
するため分離検出機構が設けられている。この機構につ
いて図１及び図１０により説明する。図１において、ス
プールピース７の外周近傍には、摺動部材３４内の分離
検出用永久磁石３３の上下方向位置を検出可能なリード
スイッチ６０Ａ（後述する図１０参照）を内蔵した検出
プローブ６０が配置されている。上述したように本実施
形態によれば、制御棒１５の引き抜き時にボールナット
２４と中空ピストン１６とが分離するのが防止されるた
め、中空ピストン１６の下端部１６Ｂはボールナット２
４に着座している。したがって、図１０（ａ）に示すよ
うに、ボールねじ機構２５最下端の円盤状部材３７に
は、制御棒１５、中空ピストン１６、及びボールねじ機
構２５自体のすべての自重が加わるため、摺動部材３４
の下部のコイルスプリング３１は収縮する。これによ
り、摺動部材３４が下がって永久磁石３３の位置が低く
なるため、リードスイッチ６０Ａが永久磁石３３の存在
を検出する。一方、もしボールナット２４と中空ピスト
ン１６とが分離した場合には、円盤状部材３７には、ボ
ールねじ機構２５の自重のみしか加わらないため、摺動
部材３４の下部のコイルスプリング３１はあまり収縮せ
ず図１０（ａ）の状態よりは伸長する。これにより、永
久磁石３３の位置が上がるため、リードスイッチ６０Ａ
が永久磁石３３の存在を検出しなくなる。以上のよう
に、リードスイッチ６０Ａに永久磁石３３の存在を検出
させることにより、ボールナット２４と中空ピストン１
６との分離が防止されていることを確認することができ
る。

【００４１】また、上記以外の効果として、本実施形態
によれば、制御棒１５の動作状態によらず常時磁力を作
用させることができるので、電磁石を用いる第２実施形
態（後述）以降よりもさらに信頼性を確実に維持でき
る。また、電磁石給電のための電気設備を必要としない
ので、第２実施形態以降よりも経済的に有利という効果
もある。

【００４２】なお、上記第１の実施形態においては、中
空ピストン１６とボールナット２４との両方に永久磁石
２８，２９を設けたが、これに限られず、いずれか一方
でも良い。この場合も、同様の効果を得る。

【００４３】本発明の第２の実施形態を図１１〜図１３
により説明する。図中、第１の実施形態と共通する部分
には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。本実施形
態による制御棒駆動機構の要部構造を表す縦断面図を図
１１に示す。この図１１において、本実施形態の制御棒
駆動機構２００が第１の実施形態の制御棒駆動機構１０
０と異なる第１の点は、中空ピストン１６の下端部１６
Ａに埋め込まれていた永久磁石２９を除去し、またボー
ルナット２４において永久磁石２８の代わりに磁力結合
手段として電磁石２６１を設けた点である。この電磁石
２６１には、配線２６２を介し、所定の場合に電源から
電流が供給されて励磁されるようになっている。また励
磁時には、電磁石２６１と中空ピストン下部１６Ａとが
吸引する向きに磁力がはたらくようなっている。この図
１１に示された以外の構造は、水圧制御駆動ユニット４
３を含み、図１に示した構造とほぼ同様であるので説明
を省略する。

【００４４】また、第１の制御棒駆動機構１００と異な
る第２の点は、電磁石２６１への電流供給を行うための
電源や、それを制御するための回路等が設けられている
ことである。すなわち、複数の制御棒駆動機構２００
と、各制御棒駆動機構２００の電磁石２６１に関連する
上記電源・回路等と、制御棒駆動機構２００の２台につ
き１つずつ設けられた水圧制御駆動ユニット４３と、オ
ペレータが操作する操作手段（前述）と、駆動電動機２
３及び水圧制御駆動ユニット４３に信号を出力する原子
炉制御手段（同）とで、制御棒駆動システムを構成して
いる。この制御棒駆動システムにおける信号の流れを表
す機能ブロック図を図１２に示す。図１２において、電
磁石２６１へ直流電流又は交流電流を供給する電源２６
３が、各制御棒駆動機構の電磁石２６１に対し共通に設
けられている。そして、この電源２６３からの電流を、
各制御棒駆動機構ごとに別個独立して導通・遮断するス
イッチ２６４と、これらスイッチ２６４の動作をそれぞ
れ制御する制御回路２６５と、それら複数のスイッチ２
６４と電源２６３とを接続する回路を導通・遮断する共
通のスイッチ２６６と、このスイッチ２６６の動作を制
御するＯＮ／ＯＦＦ回路２６８とが設けられている。オ
ペレータが操作手段２６９を操作すると、その操作信号
が原子炉制御手段２７０に入力される。原子炉制御手段
２７０はその信号に応じて駆動電動機２３（図１参照）
への電動駆動信号又はスクラム弁４２（同）への水圧ス
クラム信号を出力するが、このときこれら電動駆動信号
及び水圧スクラム信号は各制御棒駆動機構の制御回路２
６５にも入力されており、さらに水圧スクラム信号はＯ
Ｎ／ＯＦＦ回路２６８にも入力されている。これら制御
回路２６５及びＯＮ／ＯＦＦ回路２６８の機能を表すブ
ロック図を図１３に示す。

【００４５】図１３に示されるように、制御回路２６５
は、ＡＮＤ部２６５ａとＮＯＴ部２６５ｂとを備えてお
り、ＡＮＤ部２６５ａには、原子炉制御手段２７０から
の電動駆動信号が直接入力されるとともに、原子炉制御
手段２７０からの水圧スクラム信号はＮＯＴ部２６５ｂ
で反転された後に入力される。そしてこのＡＮＤ部２６
５ａで論理積をとった後、スイッチ２６４に出力するよ
うになっている。また、ＯＮ／ＯＦＦ回路２６８は、Ｎ
ＯＴ部２６８ａのみを備えており、原子炉制御手段２７
０から入力された水圧スクラム信号を、単純に反転して
スイッチ２６６へ出力するようになっている。なお、電
動駆動信号は引き抜き時にはＯＮ信号、挿入時にはＯＦ
Ｆ信号としてＡＮＤ部２６５ａへ出力されるようになっ
ており、水圧スクラム信号はスクラム時にはＯＮ信号、
通常時（非スクラム時）にはＯＦＦ信号としてＮＯＴ部
２６５ｂ，２６８ａへ出力されるようになっている。こ
れらの構成により、電動駆動信号の引き抜き・挿入及び
水圧スクラム信号のスクラム・非スクラムに応じ、表に
示したような動作をスイッチ２６４，２６６に行わせる
ようになっている。

【００４６】なお、上記構成において、制御回路２６５
及びスイッチ２６４が、原子炉制御手段２７０からの制
御信号に応じて対応する電磁石２６１への電流供給をそ
れぞれ別個独立して導通・遮断する第１のスイッチ手段
を構成し、ＯＮ／ＯＦＦ回路２６８及びスイッチ２６６
が、原子炉制御手段２７０からの制御信号に応じて電源
２６３から第１のスイッチ手段へ導かれる電流を同時に
制御可能な電流制御手段、詳細にはその電流を導通・遮
断可能な第２のスイッチ手段を構成する。

【００４７】以上のように構成した本実施形態の動作及
び作用効果を以下に説明する。 （１）通常状態（非スクラム状態）において制御棒を引
き抜くとき この場合、図１３において電動駆動信号がＯＮであり水
圧スクラム信号がＯＦＦであるため、制御回路２６５か
らはＯＮ信号が出力されてスイッチ２６４が導通する。
またＯＮ／ＯＦＦ回路２６８からもＯＮ信号が出力され
てスイッチ２６６が導通する。これにより、電磁石２６
１が通電されて中空ピストン１６の下端部１６Ａに対し
て吸引方向の磁力を作用させることができる。したがっ
て、この吸引方向の磁力を、制御棒１５と中空ピストン
１６の自重と合わせて制御棒１５・チャンネルボックス
２２の摩擦による既述した引き剥し力に打ち勝つような
大きさに予め設定しておくことで、第１の実施形態と同
様、隣接する燃料集合体間のギャップが狭い炉心へ適用
する場合にもこれらボールナット２４及び中空ピストン
１６の結合を維持することができる。

【００４８】（２）通常状態（非スクラム状態）におい
て制御棒を挿入するとき この場合、電動駆動信号がＯＦＦ、水圧スクラム信号も
ＯＦＦであり、ＯＮ／ＯＦＦ回路２６８からはＯＮ信号
が出力されてスイッチ２６６は導通するが、制御回路２
６５からはＯＦＦ信号が出力されてスイッチ２６４は遮
断する。したがって、電磁石２６１には通電されない。
すなわち、従来通り中空ピストン１６がボールナット２
４に自重で着座した状態で上昇し、制御棒１５を炉心６
に挿入することができる。

【００４９】（３）制御棒引き抜き中にスクラムすると
き この場合、電動駆動信号がＯＮ、水圧スクラム信号もＯ
Ｎとなり、制御回路２６５及びＯＮ／ＯＦＦ回路２６８
ともにＯＦＦ信号を出力し、スイッチ２６４，２６６と
もに遮断される。これにより、電磁石２６１には通電さ
れないので、電磁石２６１の磁力が、スクラム水圧によ
って中空ピストン１６に作用する流体力を低減する方向
に作用するのを防止し、中空ピストン１６をボールナッ
ト２４から確実に分離させて従来通りの制御棒１５の炉
心６への急速挿入を確実に行うことができる。

【００５０】（４）制御棒挿入中にスクラムするとき この場合、電動駆動信号がＯＦＦ、水圧スクラム信号が
ＯＮとなり、制御回路２６５及びＯＮ／ＯＦＦ回路２６
８ともにＯＦＦ信号を出力するので、上記（３）同様、
従来通りの制御棒１５の炉心６への急速挿入を確実に行
うことができる。

【００５１】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、上記第１の実施形態と同様、燃料集合体２間のギャ
ップが狭い炉心６に適用した場合であっても、スクラム
時の通常の動作を確保しつつ、制御棒１５の引き抜き時
にボールナット２４と中空ピストン１６とが分離するの
を確実に防止することができる。

【００５２】なお、上記第２の実施形態においては、中
空ピストン１６の下部１６Ａ内に磁石を設けなかった
が、これに限られず、第１の実施形態と同様に下部１６
Ａ内に永久磁石２９を設けてもよい。この変形例を図１
４に示す。この場合、電源２６３から供給する電流は直
流電流とし、電磁石２６１と永久磁石２９の極性を互い
に引き合うようにする。またこの永久磁石２９による吸
引方向の磁力はスクラム時にも作用するため、その磁力
を、制御棒１５と中空ピストン１６の自重と合わせても
スクラム時の流体力より小さくなるような大きさに予め
設定しておく必要がある。本変形例によれば、電磁石２
６１と永久磁石２９が引き合うため、制御棒１５引き抜
き時における中空ピストン１６とボールナット２４との
結合を上記第２の実施形態よりもさらに強くすることが
できる。

【００５３】本発明の第３の実施形態を図１５及び図１
６により説明する。本実施形態は、電磁石への電流供給
制御の方法が異なる場合の実施形態である。図中、第１
及び第２の実施形態と共通する部分には同一の符号を付
し、適宜説明を省略する。図１５は、本実施形態の制御
棒駆動システムにおける信号の流れを表す機能ブロック
図であり、第２の実施形態の図１２に相当する図であ
る。この図１５において、本実施形態の制御棒駆動シス
テムは、第２の実施形態における電源２６３、スイッチ
２６６、ＯＮ／ＯＦＦ回路２６８、及び制御回路２６５
のの代わりに、直流電源３７１、極性反転回路３７２、
反転制御回路３７３、及び制御回路３７４を設けたもの
である。極性反転回路３７２は、この種の回路として公
知のものであり、直流電源３７１からの電流の正負の特
性を反転可能な機能を備えている。また、反転制御回路
３７３は、原子炉制御手段２７０からの水圧スクラム信
号に応じ、極性反転回路３７２の反転動作を制御するよ
うになっている。また、制御回路３７４は、第２の実施
形態と同様の機能を果たすものであるが、内蔵する論理
回路が若干異なっている。この制御回路３７４及び反転
制御回路３７３の機能を表すブロック図を図１６に示
す。

【００５４】図１６に示されるように、制御回路３７４
はＯＲ部３７４ａを備えており、このＯＲ部３７４ａに
は、原子炉制御手段２７０からの電動駆動信号及び水圧
スクラム信号が直接入力され、そしてこのＯＲ部３７４
ａで論理和をとった後、スイッチ２６４に出力するよう
になっている。また、反転制御回路３７３は、ＮＯＴ部
３７３ａを備えており、原子炉制御手段２７０から入力
された水圧スクラム信号を、単純に反転して極性反転回
路３７２へ出力するようになっている。なお、極性反転
回路３７２は、ＯＮ信号が入力すると電磁石２６１を吸
引方向に励磁するような向きの電流を供給し、ＯＦＦ信
号が入力すると電磁石２６１を反発方向に励磁するよう
な向きの電流を供給するようになっている。これらの構
成により、電動駆動信号の引き抜き・挿入及び水圧スク
ラム信号のスクラム・非スクラムに応じ、表に示したよ
うな動作をスイッチ２６４及び極性反転回路３７２に行
わせるようになっている。

【００５５】なお、上記以外の構成は、第２の実施形態
の制御棒駆動システムとほぼ同様であるため、説明を省
略する。また、上記構成において、制御回路３７４及び
スイッチ２６４が、原子炉制御手段２７０からの制御信
号に応じて対応する電磁石２６１への電流供給をそれぞ
れ別個独立して導通・遮断する第１のスイッチ手段を構
成し、反転制御回路３７３及び極性反転回路３７２が、
原子炉制御手段２７０からの制御信号に応じて直流電源
３７１から第１のスイッチ手段へ導かれる電流を同時に
制御可能な電流制御手段、詳細にはその電流供給の向き
を、電磁石２６１の極性を反転させるように切り替え可
能な極性制御手段を構成する。

【００５６】以上のように構成した本実施形態の動作及
び作用効果を以下に説明する。 （１）通常状態（非スクラム状態）において制御棒を引
き抜くとき この場合、図１６において電動駆動信号がＯＮであり水
圧スクラム信号がＯＦＦであるため、制御回路３７４か
らはＯＮ信号が出力されてスイッチ２６４が導通する。
また反転制御回路３７３からもＯＮ信号が出力されるた
め極性反転回路３７２は直流電源３７１からの電流の向
きを、電磁石２６１の吸引方向とする。これにより、電
磁石２６１に所定の電流が通電され電磁石２６１が中空
ピストン１６の下端部１６Ａに対して吸引方向の磁力を
作用させることができる。したがって、この吸引方向の
磁力を、制御棒１５と中空ピストン１６の自重と合わ
せ、制御棒１５・チャンネルボックス２２の摩擦による
既述した引き剥し力に打ち勝つような大きさに予め設定
しておくことで、第１及び第２の実施形態と同様、隣接
する燃料集合体間のギャップが狭い炉心へ適用する場合
にもこれらボールナット２４及び中空ピストン１６の結
合を維持することができる。

【００５７】（２）通常状態（非スクラム状態）におい
て制御棒を挿入するとき この場合、電動駆動信号がＯＦＦ、水圧スクラム信号も
ＯＦＦであり、反転制御回路３７３からＯＮ信号が出力
されて極性反転回路３７２は電磁石２６１の吸引方向の
電流を供給するが、制御回路３７４からはＯＦＦ信号が
出力されてスイッチ２６４が遮断される。したがって、
電磁石２６１には通電されない。すなわち、従来通り中
空ピストン１６がボールナット２４に自重で着座した状
態で上昇し、制御棒１５を炉心６に挿入することができ
る。

【００５８】（３）制御棒引き抜き中にスクラムすると
き この場合、電動駆動信号がＯＮ、水圧スクラム信号もＯ
Ｎとなり、制御回路３７４はＯＮ信号を出力してスイッ
チ２６４が導通し、反転制御回路３７３はＯＦＦ信号を
出力して極性反転回路３７２は電磁石２６１の反発方向
の電流を供給する。これにより、電磁石２６１に所定の
電流が通電され、電磁石２６１の磁力が、スクラム水圧
によって中空ピストン１６に作用する流体力をと同じ向
きに作用する。したがって、中空ピストン１６とボール
ナット２４との分離を促進させ、制御棒１５の炉心６へ
の急速挿入を促進することができる。

【００５９】（４）制御棒挿入中にスクラムするとき この場合、電動駆動信号がＯＦＦ、水圧スクラム信号が
ＯＮとなり、制御回路３７４はＯＮ信号を出力してスイ
ッチ２６４が導通し、反転制御回路３７３はＯＦＦ信号
を出力して極性反転回路３７２は電磁石２６１の反発方
向の電流を供給する。したがって、上記（３）同様、制
御棒１５の炉心６への急速挿入を促進することができ
る。

【００６０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、上記第２の実施形態と同様の効果が得られるのに加
え、スクラム時の制御棒１５の急速挿入を促進できる効
果がある。

【００６１】なお、上記第１〜第３の実施形態において
は、図３に示したように、１つの制御棒案内管１３の上
部に４体の燃料集合体２が設けられる構造に対して適用
される場合を例にとって説明したが、これに限られな
い。すなわち例えば、特開平６−３０８２７０号公報に
開示されているような、各燃料集合体を１つの冷却材案
内管で支持するとともに、その冷却剤案内管の下端を制
御棒駆動機構ハウジングの上端に固定された隔離板で支
持する構造に適用してもよい。この場合も、同様の効果
を得る。また、上記第１〜第３の実施形態は、図２に示
す沸騰水型原子炉に適用した場合を例にとって説明した
が、これに限られず、制御棒を炉心に挿入して出力制御
を行うあらゆるタイプの沸騰水型原子炉に対して適用可
能である。これらの場合も、同様の効果を得る。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、燃料集合体間のギャッ
プが狭い炉心に適用した場合であっても、スクラム時の
通常の動作を確保しつつ制御棒引き抜き時のボールナッ
トとピストンの分離を防止し、制御棒動作の信頼性を維
持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による制御棒駆動機構
の全体構造を表す縦断面図である。

【図２】制御棒駆動機構の適用対象となる沸騰水型原子
炉の全体構成の一例を表す断面図である。

【図３】制御棒及び制御棒案内管の詳細構造を表す縦断
面図である。

【図４】図３中IV−IV断面による横断面図である。

【図５】炉心の平面図である。

【図６】制御棒駆動機構による一般的動作を示す図であ
る。

【図７】図１中のボールナット近傍を他の周方向位置か
ら見た場合の部分拡大図である。

【図８】通常時におけるボールナットの爪部とラッチ金
具の爪部との関係を表した拡大断面図である。

【図９】スクラム位置検出の様子を表す縦断面図であ
る。

【図１０】分離防止効果検出の様子を表す縦断面図であ
る。

【図１１】本発明の第２の実施形態による制御棒駆動機
構の要部構造を表す縦断面図である。

【図１２】制御棒駆動システムにおける信号の流れを表
す機能ブロック図である。

【図１３】制御回路及びＯＮ／ＯＦＦ回路の機能を表す
ブロック図である。

【図１４】第２の実施形態の変形例を表す縦断面図であ
る。

【図１５】本発明の第３の実施形態の制御棒駆動システ
ムにおける信号の流れを表す機能ブロック図である。

【図１６】制御回路及び反転制御回路の機能を表すブロ
ック図である。

【符号の説明】

６ 炉心 １２ 制御棒駆動機構 １５ 制御棒 １６ 中空ピストン（ピストン） ２３ 駆動電動機（電動機） ２４ ボールナット ２５ ボールねじ機構 ２６ 挿入配管（導入手段） ２８，２９ 永久磁石（磁力結合手段） ４３ 水圧駆動制御ユニット（高圧水供給
手段） ２００ 制御棒駆動機構 ２６１ 電磁石（磁力結合手段） ２６３ 電源 ２６４ スイッチ（第１のスイッチ手段） ２６５ 制御回路（第１のスイッチ手段） ２６６ スイッチ（第２のスイッチ手段、
電流制御手段） ２６８ ＯＮ／ＯＦＦ回路（第２のスイッ
チ手段、電流制御手段） ２７０ 原子炉制御手段 ３７２ 極性反転回路（極性制御手段、電
流制御手段） ３７３ 反転制御回路（極性制御手段、電
流制御手段） ３７４ 制御回路（第１のスイッチ手段）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機と、この電動機の回転力をボールナ
   ットの上下動に変換するボールねじ機構と、このボール
   ナットの上部に載置されるとともに上部が沸騰水型原子
   炉の制御棒と連結されたピストンと、スクラム時に前記
   ピストンを上昇させるための高圧水を導入する導入手段
   とを備え、前記制御棒を駆動し炉心への挿入・引き抜き
   を行う制御棒駆動機構において、 前記ボールねじ機構のボールナット及び前記ピストンの
   少なくとも一方に、これらボールナットとピストンとを
   所定の磁力で結合可能な磁力結合手段を設けたことを特
   徴とする制御棒駆動機構。
2. 【請求項２】請求項１記載の制御棒駆動機構において、
   前記磁力結合手段は前記ピストンと前記ボールナットの
   両方に設けられており、かつ、これらピストン及びボー
   ルナットに設けられた２つの磁力結合手段は、ともに永
   久磁石であることを特徴とする制御棒駆動機構。
3. 【請求項３】請求項１記載の制御棒駆動機構において、
   前記磁力結合手段は少なくとも前記ボールナットに設け
   られており、かつ、該ボールナットに設けられた磁力結
   合手段は、電磁石であることを特徴とする制御棒駆動機
   構。
4. 【請求項４】請求項３記載の制御棒駆動機構において、
   前記磁力結合手段は前記ピストンと前記ボールナットの
   両方に設けられており、かつ、該ピストンに設けられた
   磁力結合手段は、永久磁石であることを特徴とする制御
   棒駆動機構。
5. 【請求項５】電動機、この電動機の回転力をボールナッ
   トの上下動に変換するボールねじ機構、及びこのボール
   ナットの上部に載置されるとともに上部が沸騰水型原子
   炉の制御棒と連結されたピストンをそれぞれ備えた複数
   の制御棒駆動機構と、スクラム用の高圧水を前記複数の
   制御棒駆動機構に供給する高圧水供給手段と、この高圧
   水供給手段及び前記電動機を制御する原子炉制御手段と
   を有する制御棒駆動システムにおいて、 各制御棒駆動機構は、前記ボールねじ機構のボールナッ
   トに、このボールナットと前記ピストンとを所定の電磁
   力で結合可能な電磁石が設けられており、かつ、 前記原子炉制御手段からの制御信号に応じて、対応する
   電磁石への電流供給をそれぞれ別個独立して導通・遮断
   する複数の第１のスイッチ手段を設けたことを特徴とす
   る制御棒駆動システム。
6. 【請求項６】請求項５記載の制御棒駆動システムにおい
   て、前記複数の制御棒駆動機構の電磁石に対し共通に設
   けられた電源と、前記原子炉制御手段からの制御信号に
   応じて該電源から前記複数の第１のスイッチ手段へ導か
   れる電流を同時に制御可能な電流制御手段とをさらに有
   することを特徴とする制御棒駆動システム。
7. 【請求項７】請求項６記載の制御棒駆動システムにおい
   て、前記電流制御手段は、前記電源から前記複数の第１
   のスイッチ手段へ導かれる電流を導通・遮断可能な第２
   のスイッチ手段であることを特徴とする制御棒駆動シス
   テム。これにより、例えば原子炉制御手段が高圧水供給
   手段を動作させるスクラム時に第２のスイッチ手段で電
   流を遮断すれば、第１のスイッチ手段の動作状態のいか
   んにかかわらず、すべての電磁石への電流供給を中止で
   き、電磁石の磁力が高圧水と逆向きに作用して制御棒の
   急速挿入を阻害するのを確実に防止できる。
8. 【請求項８】請求項６記載の制御棒駆動システムにおい
   て、前記電流制御手段は、前記電源から前記複数の第１
   のスイッチ手段へ導かれる電流供給の向きを、前記電磁
   石の極性を反転させるように切り替え可能な極性制御手
   段であることを特徴とする制御棒駆動システム。