JPH11326574A - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子炉の全圧力変化を通じてオリフィスを通
る流体量をほぼ一定に保つことで、駆動流量調整を容易
に実施すること。 【解決手段】 制御棒駆動機構はフランジ１５のねじ孔
２８に螺合させたオリフィス４１を備える。このオリフ
ィス４１の透孔は軸方向に本体中心部を貫いて形成され
るねじ孔４２からなる。ねじ孔４２のねじは透孔全長の
半分を超える長さにわたって刻まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉内の核燃料の
核反応度を調整する制御棒駆動機構に係り、特に制御棒
駆動機構のオリフィス部の流量変動を最小に抑えるのに
好適な制御棒駆動機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉内で進行する核反応の制御は炉心
内に挿入する制御棒の挿入深さを調節する制御棒駆動機
構により行われる。この制御棒駆動機構は沸騰水型原子
力プラントにおいては原子炉圧力容器の下方に設けられ
ている。制御棒に直線運動を与えるこの駆動機構には、
通常、シリンダおよびピストンの組み合わせからなる水
圧式ピストン駆動方式が用いられている。シリンダおよ
びピストンは原子炉圧力容器の下方にあって、ピストン
が連結棒と、この連結棒の上端に設けられたカップリン
グにより制御棒と着脱自在に連結されるようになってい
る。

【０００３】たとえば、ピストンのストロークは約４ｍ
に及ぶことから、シリンダの長さは極めて長大であっ
て、ピストン、シリンダおよびこれらの摺動面を水密に
保つシール部材の変形ならびに劣化等は制御棒駆動機構
の動作特性に多大な影響が生じることになる。このた
め、制御棒駆動機構はシリンダと、このシリンダを収容
するハウジングとの間にピストン駆動流体の一部を冷却
用流体として流して冷却し、シリンダ等の熱膨張による
変形あるいはシール部材の劣化を防ぐようにしている。
この冷却用流体はシリンダに向かう制御棒挿入用駆動流
体経路からオリフィスに穿った透孔を通して冷却用経路
に取り込むようにしている。

【０００４】図６に制御棒駆動機構の一例を示してい
る。制御棒駆動機構１０は図に示すように、原子炉圧力
容器１１の下方に突出して配置される。これは主要な要
素として、原子炉圧力容器１１の下方に突出している円
筒状のハウジング１２、このハウジング１２内に同心を
保って設けられるシリンダ１３、このシリンダ１３内を
上下方向に移動するピストン１４、ハウジング１２およ
びシリンダ１３の下面を密閉しているフランジ１５を備
えている。

【０００５】このシリンダ１３には上方の側面に駆動流
体を導く制御棒引き抜き用配管１６が接続されている。
さらに、シリンダ１３の下端の開口と通じるように駆動
流体を導く制御棒挿入用配管１７が設けられている。こ
の制御棒挿入用配管１７はフランジ１５内の通路１８を
介してシリンダ１３の下端開口と連絡している。

【０００６】また、ピストン１４はその上面において連
結棒１９と結ばれている。この連結棒１９はカップリン
グ１０を介して原子炉圧力容器１１内の制御棒２１と着
脱自在に連結されている。制御棒２１は燃料集合体２２
との間の隙間を上下方向に移動しつつ、核反応を制御す
る。燃料集合体２２は原子炉圧力容器１１内に固定され
る炉心板２３によって支持されている。制御棒２１の直
線運動は連結棒１９を案内するシリンダ１２内のガイド
リング２４によって狂いがないように保たれる。ガイド
リング２４およびピストン１４は環状のシールリング２
５、２６を備え、流体漏洩を抑制するようになってい
る。

【０００７】一方、制御棒駆動機構１０はハウジグ１２
内面とシリンダ１３の外面とに囲われる環状の冷却通路
２７を有する。図７に示すように、この冷却通路２７は
フランジ１５に形成されたねじ孔２８に螺合するオリフ
ィス２９の透孔３０を通して通路１８と結ばれている。
なお、図中、符号３１は締め付け工具を掛けるための六
角穴を示している。

【０００８】上記構成において、たとえば制御棒２１の
挿入時には制御棒挿入用配管１７から駆動用流体が通路
１８を通って下端の開口からシリンダ１３内に流入す
る。この流体はピストン１４の下部からピストン１４を
押して制御棒２１を上方に移動させる。これにより制御
棒２１の挿入深さが変わり、核反応を制御することが可
能になる。これと逆に、制御棒２１の引き抜き時には制
御棒引き抜き用配管１６から駆動用流体がシリンダ１３
内に入り、ピストン１４の上部からピストン１４を押
し、制御棒２１を下方に移動させる。また、通路１８に
駆動用流体があるとき、その一部がオリフィス２９の透
孔３０を通って冷却通路２７に流れ、シリンダ１３およ
びシールリング２５等が低温の冷却用流体によって冷却
される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た制御棒駆動機構１０においては制御棒２１の挿入およ
び引き抜き動作の駆動時間にはある変動幅が生じること
が避けられない。すなわち、制御棒２１の挿入時には流
体の大部分が通路１８からシリンダ１３内に流入する
が、このとき一定量の流体はシリンダ１３には流れず、
オリフィス２９の透孔３０から冷却通路２７に流れる。
オリフィス２９から流入する流体量の変化を調べると、
この流量は図８（ａ）に破線で示すように、原子炉圧力
が低いときは少なく、原子炉圧力が高いときほど、増加
する。このため、ピストン１４の下部に圧力を及ぼす流
体量は原子炉圧力が低いときには多いものの、原子炉圧
力が高くなるに従い、冷却通路２７側に流れる流体量の
増加によりピストン１４の下部に作用する流体量が減少
し、結果としてピストン１４の上昇速度が幾分抑えられ
て駆動時間が長くなる傾向がある。

【００１０】一方、引き抜き時には流体が制御棒引き抜
き配管１６からシリンダ１３内に流入し、ピストン１４
が下方に押される。ピストン１４の下部にある流体は通
路１８を通って制御棒挿入用配管１７まで流れ、このう
ちの一部がオリフィス２９の透孔３０から冷却通路２７
に流れる。オリフィス２９から流入する流体量の変化を
みると、この流体は図８（ｂ）に破線で示すように原子
炉圧力が低いときは少なく、原子炉圧力が高いときほ
ど、多量になる。このため、制御棒挿入用配管１７およ
び冷却通路２７に流れる流体量は原子炉圧力が高いほど
多くなり、流体が素早く逃がされることから、ピストン
１４の降下速度が早くなり、結果として駆動時間が短く
なる傾向がある。

【００１１】挿入および引き抜き動作における駆動時間
の変動幅を調べると、大気圧および定格圧力での測定に
おいて制御棒全挿入時には５秒程度、制御棒全引き抜き
時には９秒程度の変動幅がある。このため、制御棒駆動
機構１０の駆動速度を正常な範囲に維持するための駆動
流量調整が難しく、調整に手間取ることがある。

【００１２】そこで、本発明の目的は原子炉の全圧力変
化を通じてオリフィスを通る流体量をほぼ一定に保つこ
とで、駆動流量調整を容易に実施できるようにした制御
棒駆動機構を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明はハウジングの下端にハウジング内のシリンダ
に供給する作動流体の一部をシリンダのまわりの冷却通
路に冷却用流体として導くオリフィスを設けてなる制御
棒駆動機構において、オリフィスの透孔は原子炉圧力の
変化に対する流量の変動幅をより小さくする流量調節部
を備えるものである。

【００１４】上記構成からなる制御棒駆動機構において
は透孔の流量調節部で冷却通路に流れる流体量がより制
限されるので、流量の変動幅をより小さくすることがで
き、制御棒挿入時、原子炉圧力が変化するときも、ピス
トン動作時間に大きな差は生じないで、駆動時間の変動
幅をより小さくすることができる。

【００１５】また、制御棒引き抜き時、原子炉圧力が変
化するときも、ピストン動作時間に大きな差は生じない
で、駆動時間の変動幅をより小さくすることが可能にな
る。

【００１６】これにより、定期検査中、駆動流量調整に
手間取ることがなくなり、制御棒駆動機構の点検、調整
時間を大幅に短縮することができる。

【００１７】本発明において、透孔の流量調節部は、望
ましくは、透孔の内面に凹凸面を備える。

【００１８】また、本発明に係る透孔の流量調節部は、
望ましくは、透孔の口径をより小さく構成した複数個の
小孔からなる。

【００１９】さらに、本発明の透孔の流量調節部は、望
ましくは、透孔の出口口径をより小さく構成したテーパ
孔からなる。

【００２０】また、本発明の透孔の流量調節部は、望ま
しくは、透孔の口径をより小さく構成した入口側小孔お
よび複数個の出口側小孔からなる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１において、制御棒駆動機構は
フランジ１５のねじ孔２８に螺合させたオリフィス４１
を備えている。このオリフィス４１の透孔は軸方向に本
体中心部を貫いて形成される、内面に凹凸を刻む、たと
えばねじ孔４２からなる。ねじ孔４２のねじは透孔全長
の半分を超える長さにわたって刻まれている。また、オ
リフィス４１の上端近くには締め付け工具を掛けるため
の六角穴４３が備えられる。

【００２２】本実施の形態は上記構成からなり、制御棒
２１の挿入時には駆動用流体が制御棒挿入用配管１７か
ら通路１８を通り、下端の開口からシリンダ１３内に流
入する。このとき、一定量の流体は冷却用流体としてオ
リフィス４１のねじを刻んだねじ孔４２を通って冷却通
路２７に流入する。この流体が流入するオリフィス４１
のねじ孔４２は滑らかな面ではなく、凹凸のあるねじ孔
４２で構成されており、流体がそこを通るとき、摩擦に
よりヘッド損失が大きくなる。

【００２３】このヘッド損失の増大により流体が流れに
くくなり、ねじ孔４２を通って冷却通路２７に流れる流
体量が減少する一方、特に、原子炉圧力が低いとき、従
来と比べて静圧が高まることによりねじ孔４２を通る流
体量が増加する。

【００２４】上記特性を有するオリフィス４１において
原子炉圧力を変化させた場合、流体量の推移は図２
（ａ）の実線で示すようになる。図には比較のために従
来の流体量の推移（破線）も示している。冷却通路２７
の流体量は原子炉の全圧力変化を通じてほぼ一定であ
り、変動幅がより小さくなることが判る。

【００２５】これによりピストン１４の下部に常に一定
量の駆動用流体を作用させることが可能になり、ピスト
ン１４の上昇速度を原子炉全圧力を通じて一定させるこ
とができる。したがって、制御棒２１の挿入時、原子炉
圧力が変化するときもピストン動作時間に大きな差は生
じないで、駆動時間の変動幅をより小さくすることがで
きる。

【００２６】一方、制御棒２１の引き抜き時には駆動用
流体が引き抜き用配管１６からシリンダ１３内に流入
し、ピストン１４が下方に押される。ピストン１４の下
部にある流体は通路１８を通って制御棒挿入用配管１７
まで流れ、このうちの一部が冷却用流体としてオリフィ
ス４１のねじ孔４２から冷却通路２７に流れる。先に述
べた特性を有するオリフィス４１において原子炉圧力を
変化させた場合の流体量の推移は図２（ｂ）の実線で示
すにようになる。冷却通路２７の流体量は原子炉の全圧
力変化を通じてほぼ一定である。すなわち、原子炉圧力
が変化しても、制御棒挿入用配管１７および冷却通路２
７への流体量はほぼ一定した量に保つことが可能で、変
動幅がより小さくなる。

【００２７】これにより、ピストン１４の下部にある流
体が喪失してピストン１４の降下速度が早まるときも、
その降下速度を原子炉全圧力を通じてほぼ一定させるこ
とができる。したがって、制御棒２１の引き抜き時、原
子炉圧力が変化するときも、ピストン動作時間に大きな
差は生じないで、駆動時間の変動幅をより小さくするこ
とが可能になる。

【００２８】通常、定期点検中に行われる駆動流量調
整、すなわち制御棒駆動時間の調整は大気圧条件のもと
で実施しなければならないが、ある決められた値に対し
て原子炉定格運転時における望ましい駆動時間となるよ
うに補正量を見込んで調整することになる。補正量が適
正であれば、再調整は不要であるが、原子炉定格圧力条
件で規定値から駆動時間が外れてしまうと、再調整を強
いられることになり、無駄な時間を費やす可能性があっ
たが、本実施の形態においては大気圧時のものと、原子
炉定格圧力時のものとで駆動時間に大きな差は発生せ
ず、こうした再調整を実施しなければならない状況に陥
るのを確実に防ぐことが可能になる。

【００２９】このように本実施の形態によれば、駆動時
間の変動幅を小さくすることが可能で、駆動流量調整に
手間取ることがなく、制御棒駆動機構の点検、調整時間
を大幅に短縮することができる。

【００３０】さらに、本発明の望ましい実施の形態を説
明する。図３において、制御棒駆動機構はフランジ１５
のねじ孔２８に螺合させたオリフィス４４を備えてい
る。このオリフィス４４の透孔は軸方向にそれぞれ本体
部を置いて形成される口径の小さい４個の小孔４５から
なる。図には４個の小孔４５のうち、２個が示されてい
る。この小孔４５の口径は４個が同一寸法からなる。

【００３１】本実施の形態は上記構成からなり、制御棒
２１の挿入時には駆動用流体の一部がオリフィス４４の
各小孔４５を通って冷却通路２７に流入する。オリフィ
ス４４の小孔４５は口径が小さく形成されており、流体
がそこを通るとき、ヘッド損失が大きくなる。流体はヘ
ッド損失の増大で流れにくくなり、各小孔４５を通って
冷却通路２７に流れる流体量が減少する一方、特に、原
子炉圧力が低いとき、従来と比べて静圧が高まることに
より小孔４５を通る流体量が増加する。したがって流量
の変動幅が小さくなることにより、上記実施の形態と同
様に、制御棒２１の挿入時、原子炉圧力が変化するとき
も、ピストン動作時間に過大な差は発生せず、駆動時間
の変動幅をより小さくすることが可能になる。

【００３２】一方、制御棒２１の引き抜き時にはピスト
ン１４の下部にある駆動用流体が制御棒挿入用配管１７
まで流れ、このうちの一部が冷却用流体としてオリフィ
ス４４の各小孔４５を通って冷却通路２７に挿入する。
ヘッド損失の大きい特性を有するオリフィス４４により
流体は流れにくくなり、各小孔４５を通って冷却通路２
７に流れる流体量が減少する。したがって、流量の変動
幅が小さくなることで、上記実施の形態と同様に、制御
棒２１の引き抜き時、原子炉圧力が変動するときも、ピ
ストン動作時間に過大な差は発生せず、駆動時間の変動
幅をより小さくすることが可能になる。

【００３３】このように本実施の形態によれば、駆動時
間の変動幅を小さくすることができ、駆動流量調整に手
間取ることがなく、制御棒駆動機構の点検、調整時間を
大幅に短縮することが可能になる。

【００３４】さらに、本発明の望ましい実施の形態を説
明する。図４において、制御棒駆動機構はフランジ１５
のねじ孔２８に螺合させたオリフィス４６を備えてい
る。このオリフィス４６の透孔は軸方向に本体中心部を
貫いて形成される、テーパ孔４７からなる。このテーパ
孔４７は出口口径が入口口径よりも小さく形成されてい
る。

【００３５】本実施の形態は上記構成からなり、上記の
各実施の形態と同様に、制御棒２１の挿入時にはテーパ
孔４７を通って流れる冷却用流体がヘッド損失の増大に
より流れにくくなり、テーパ孔４７を通って冷却通路２
７に流れる流体量が減少する一方、特に、原子炉圧力が
低いとき、従来と比べて静圧が高まることによりテーパ
孔４７を通る流体量が増加する。したがって、流量の変
動幅が小さくなることにより上記各実施の形態と同様
に、制御棒２１の挿入時、原子炉圧力が変化するとき
も、ピストン動作時間に過大な差は生じないで、駆動時
間の変動幅をより小さくすることができる。

【００３６】一方、制御棒２１の引き抜き時にはヘッド
損失の大きい特性を有するオリフィス４６により冷却用
流体は流れにくくなり、テーパ孔４７を通って冷却通路
２７に流れる流体量が減少する。したがって、流量の変
動幅が小さくなることで、上記各実施の形態と同様に、
制御棒２１の引き抜き時、原子炉圧力が変化するとき
も、ピストン動作時間に過大な差は生じないで駆動時間
の変動幅をより小さくすることが可能になる。

【００３７】このように本実施の形態によれば、駆動時
間の変動幅を小さくすることが可能で、駆動流量調整に
手間取ることがなく、制御棒駆動機構の点検調整時間を
大幅に短縮することができる。

【００３８】さらに、本発明の望ましい実施の形態を説
明する。図５において、制御棒駆動機構はフランジ１５
のねじ孔２８に螺合させたオリフィス４８を備えてい
る。このオリフィス４８の透孔は軸方向に本体中心部を
貫いて穿たれる、入口側小孔４９、中間連絡孔５０およ
び下流側小孔５１からなる。上流側小孔４９は１個から
なり、下流側小孔５１は２個からなる。

【００３９】本実施の形態は上記構成からなり、上記の
実施の形態と同様に、制御棒２１の挿入時には小孔４
９、中間連絡孔５０および２個の小孔５１を通って流れ
る冷却用流体がヘッド損失の増大により流れにくくな
り、上流側小孔４９および下流側小孔５１を通って冷却
通路２７に流れる流体量が減少する一方、特に、原子炉
圧力が低いとき、従来と比べて静圧が高まることにより
上流側小孔４９および下流側小孔５１を通る流体量が増
加する。したがって、流量の変動幅が小さくなることに
より上記各実施の形態と同様に、制御棒２１の挿入時、
原子炉圧力が変化するときも、ピストン動作時間に過大
な差は生じないで、駆動時間の変動幅をより小さくする
ことが可能になる。

【００４０】一方、制御棒２１の引き抜き時にはヘッド
損失の大きい特性を有するオリフィス４８により冷却用
流体は流れにくくなり、上流側小孔４９および下流側小
孔５１を通って冷却通路２７に流れる流体量が減少す
る。したがって、流量の変動幅が小さくなることによ
り、上記各実施の形態と同様に、制御棒２１の引き抜き
時、原子炉圧力が変化するときも、ピストン動作時間に
過大な差は生じないで駆動時間の変動幅をより小さくす
ることができる。

【００４１】このように本実施の形態によれば、駆動時
間の変動幅を小さくすることができ、駆動流量調整に手
間取ることがなく、制御棒駆動機構の点検、調整時間を
大幅に短縮することが可能になる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては透
孔の流量調節部で冷却通路に流れる流体量がより制限さ
れるので、流量の変動幅をより小さくすることができ、
制御棒挿入時、原子炉圧力が変化するときも、ピストン
動作時間に大きな差は生じないで、駆動時間の変動幅を
より小さくすることができる。また、制御棒引き抜き
時、原子炉圧力が変化するときも、ピストン動作時間に
過大な差は生じないで、駆動時間の変動幅をより小さく
することが可能になる。

【００４３】したがって、本発明によれば、定期検査
中、駆動流量調整に手間取ることがなくなり、制御棒駆
動機構の点検、調整時間を大幅に短縮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御棒駆動機構の要部を示す断面
図。

【図２】（ａ）は本発明に係る制御棒挿入時の原子炉圧
力と冷却通路流体流量との関係を示すグラフ、（ｂ）は
本発明に係る制御棒引き抜き時の原子炉圧力と冷却通路
流体流量との関係を示すグラフ。

【図３】本発明の他の実施の形態を示す断面図。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す断面図。

【図５】本発明の他の実施の形態を示す断面図。

【図６】従来の制御棒駆動機構の一例を示す断面図。

【図７】図６に示すオリフィスの詳細を示す断面図。

【図８】（ａ）は従来の制御棒挿入時の原子炉圧力と冷
却通路流体流量との関係を示すグラフ、（ｂ）は従来の
制御棒引き抜き時の原子炉圧力と冷却通路流体流量との
関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１２ ハウジング １３ シリンダ １４ ピストン １６ 制御棒引き抜き配管 １７ 制御棒挿入配管 ２１ 制御棒 ４１、４４、４６、４８ オリフィス ４２ ねじ孔 ４５ 小孔 ４７ テーパ孔 ４９ 入口側小孔 ５１ 出口側小孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 多喜男 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングの下端に該ハウジング内のシ
   リンダに供給する作動流体の一部を前記シリンダのまわ
   りの冷却通路に冷却用流体として導くオリフィスを設け
   てなる制御棒駆動機構において、前記オリフィスの透孔
   は原子炉圧力の変化に対する流量の変動幅をより小さく
   する流量調節部を備えることを特徴とする制御棒駆動機
   構。
2. 【請求項２】 前記透孔の流量調節部が該透孔の内面に
   凹凸面を備えることを特徴とする請求項１記載の制御棒
   駆動機構。
3. 【請求項３】 前記透孔の流量調節部が該透孔の口径を
   より小さく構成した複数個の小孔からなることを特徴と
   する請求項１記載の制御棒駆動機構。
4. 【請求項４】 前記透孔の流量調節部が該透孔の出口口
   径をより小さく構成したテーパ孔からなることを特徴と
   する請求項１記載の制御棒駆動機構。
5. 【請求項５】 前記透孔の流量調節部が該透孔の口径を
   より小さく構成した入口側小孔および複数個の出口側小
   孔からなることを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動
   機構。