JPS5929839B2 - 原子炉の制御棒駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は原子炉、特に水冷動形原子炉の圧力容器の内部
に設けられる液圧式制御棒駆動装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

原子炉の制御棒駆動装置は種々の形式のものが知られて
おり、これは一方では原子炉出力を調節し燃焼度を制御
する機能を有している。

このためには制御棒の細かく段階づげられた調節が必要
である。

他方では制御棒は非常時（スクラム時）に原子炉を停止
する目的を有し、このために制御棒は炉心の中に非常に
早い速度で挿入されなげればならない。

スクラム時において制御棒を中空ピストンによって駆動
される液圧式あるいは空気圧式手段で炉心の中に挿入す
ることは既に知られている（西ドイツ特許第１１６９５
９６号明細書参照）。

しかしこの場合制御棒の挿入および引抜きのために比較
的複雑で高価な機械的駆動装置が必要である。

更にこの周知の駆動装置は完全に圧力容器底部分の下に
配置されており、圧力容器底部分は大きな構築深さおよ
び組み立て深さを必要とする。

駆動装置がフランジ結合される圧力容器に設けられる接
続短管の直径は更に非常に大きい。

しかし制御棒接続短管の太さと精度は原子炉圧力容器の
製作時間に大きく影響し、更に出力が大きくなるにつれ
て、すなわち制御棒の数およびそれに相応した接続短管
の数が増えるにつれて、圧力容器の製造はますます困難
になる。

制御棒駆動装置を少なくとも部分的に圧力容器の内部に
配置することによって、上記の難点を回避することは既
に試みられている（西ドイツ特許出願公開第１９６４１
１９号公報および、第２００７７７１号公報参照）。

しかしこの場合挿入および引抜きの際に制御棒を駆動す
る機械的な駆動装置には非常に多数の構成要素と部品が
用いられており、このことは一方では圧力容器における
所要空間に関し、他方では部品の必要な点検および整備
に関して不利である。

原子炉の垂直方向に配置された制御棒案内管と、該管の
中に軸方向に可動的に支持され液圧で駆動サレるピスト
ンロッドと、該ピストンロッドの上端に制御棒を取付け
るだめの連結機構と、原子炉の非常停止時には作用しな
いようにされた前記ピストンロッドの軸方向移動に対す
る可制御ロック機構とから成る原子炉の液圧式制御棒駆
動装置は米国特許第３２１７３０７号明細書から公知で
ある。

この場合ロック機構はピストンロッドの外周面にある係
止用凹所に係合する弾性爪レバーから構成されている。

制御棒の挿入方向ではピストンロッドは液圧によりその
係止用凹所の斜面で爪レバーを通過し、引抜き方向では
爪レバーの鉤部分との係合によりロックされ、その解除
には爪レバーの液圧による持上げが必要とされる。

このような方向性を持つ係止用ロック機構はその方向転
換の頻度が増大するにつれ各部材の摩耗が甚しくなる。

更に液圧制御のため導入される流体用の環状通路を多数
内壁部分に設けなげればならないので、駆動装置のケー
シング直径をかなり大きなものとしなげればならず、更
には制御棒の引抜き時には爪レバーのロック状態を解除
するので、早すぎる引抜きや必要以上の引抜きを防止す
るにはピストン部の液圧差を適当に調節する必要がある
。

又ここでは背圧の低下時の安全策についても不十分であ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述の如き従来装置の欠点を除去し、
制御棒駆動装置の可動部分の数を少なく□ し、その構造を頑状にして摩耗部分を少なくし、また構
築容積を小さくするとともに意図しない制御棒の引抜き
を確実に防止することにある。

〔発明の要旨〕

本発明によればこの目的は、 ａ）原子炉の垂直方向に配置された制御棒案内管と、 ｂ）該管の中に軸方向に可動的に支持され液圧で駆動さ
れるピストンロッドと、 ｃ）該ピストンロッドの上端に制御棒を取付けるための
連結機構と、 ｄ）原子炉の非常停止（スクラム）時には作用しないよ
うにされた前記ピストンロッドの軸方向移動に対する可
制御ロック機構と から成る原子炉の液圧式制御棒駆動装置において、ｅ）
前記ロック機構は、前記ピストンロッドの下側に回動自
在に支持されかつ外周面にねじ山を備えたねじピストン
と、軸方向に摺動可能な少なくとも２つの液圧で制御さ
れる切換ロッドとから成り、その際ねじピストンのねじ
山は前記制御棒案内管の内側に設けられたねじ溝に係合
するようにされ、 ｆ）前記切換ロッドは該ねじ溝と交差する軸方向案内溝
内に摺動可能に支持され、 ｇ）前記切換ロッドはその釈放位置においては前記ねじ
ピストンの回動を妨げないが、阻止位置においてはねじ
溝内にねじピストンのねじ山に対するストッパを形成し
、 ｈ）前記切換ロッドは原子炉の通常運転時には前記ピス
トンロッドを段階的に移動させる ように構成することにより達成される。

〔発明の利点〕

本発明によって得られる利点は、特にピストンロッドの
下側に送られる圧力衝撃によって制御棒を挿入する場合
も引抜きの場合も、制御棒は切換ロッドが更に別の一区
間を釈放するまではその都度一段階のみ進められること
にある。

それによって意図しない引抜きに対して大きな安全性が
与えられる。

本発明による制御棒駆動装置は、汚れに対して強く頑丈
で部品数が少なく、燃料交換機と共に上から分解できる
ように構造的に作ることができるので、点検および監視
を非常に簡単にする。

また切換ロッドの採用により複雑な圧力媒体通路を制御
棒案内管の管壁に設けなくても済むので、駆動装置全体
の直径を小さくすることができる。

〔発明の実施態様〕

本発明の優れた実施態様によれば、ねじピストンをその
外周面に設けられたねじ山で制御棒案内管の内側に取付
けられたねじブツシュに形成されたねじ溝に支持し、そ
の場合ねじ山およびねじ溝のピッチを、ねじピストンが
ピストンロッドに作用する流体の圧力差によってねじ溝
内を上昇方向に回動し圧力軽減時にはねじピストンの自
重およびそれに接続された部材の自重によって下降方向
に回動するようなピッチとし、ねじブツシュの内周面に
前記ねじ溝を中断する軸方向案内溝を設け、この案内溝
の中に切換ロッドを軸方向に摺動可能に支持し、切換ロ
ッドにねじピッチに相応した間隔で横方向に切り取られ
た凹部を設げ、この凹部の軸方向長さは、切換ロッドが
凹部とねじ溝とが一致する釈放位置においてはねじピス
トンのねじ溝内におげろ回動を可能にし、これに対して
凹部とねじ溝とが一致していない阻止位置においてはね
じピストンの回動を阻止するような長さとし、原子炉の
通常運転時に少なくとも２個の切換ロッドを、ねじ溝が
時間的および空間的に順次その都度１区間だけ釈放され
、それに応じてねじピストンが所定の回転角および揚程
だけ段階的に制御棒の挿入方向ないし引抜き方向に動か
されるように、交互に釈放位置および阻止位置におくよ
うにされる。

本発明の別の優れた実施態様によれば、２本の切換ロッ
トを設け、各切換ロッドなそれぞれねじブツシュの内周
面にその直径方向に相対向する位置にある軸方向溝の中
にそれぞれ支持し、切換ロッドの凹部をねじ溝の形状に
相応して互にずらして配置される。

この、実施態様はほぼ対称的な負荷が生ずるので、構造
的および機能的に特に効果的である。

本発明によれば、非常停止（スクラム）の場合に切換ロ
ットが同時に釈放位置におかれ、ねじピストンは従って
完全に釈放されたねじ溝上を中断なしに全揚程をとるど
とができるようにされる。

スクラム時に対する制御棒の早い挿入速度は、通常の挿
入の際の圧力に比べて大きな流体圧力を使用することに
よって達成される。

ねじピストンおよびスクラムピストンの駆動のための流
体として原子炉冷却水を用いる場合、その冷却水圧力が
７０気圧である場合、制御棒挿入の際ピストンロットを
駆動するための圧力は冷却水圧力より約１２〜１５気圧
程高く、スクラム圧力は原子炉冷却水圧力より約２０気
圧程高い、すなわち絶対圧で９０気圧である。

ピストンロットおよび制御棒の精密な上昇および下呻遵
動のためには、ピストンロットゝの上に案内ピストンを
ピストンロットすなわち制御棒に対して回動不能に取り
付け、この案内ピストンをねじブツシュの内周側に設け
られた軸方向溝の中に突起を介して軸方向に摺動可能に
案内するとよい。

本発明の別の実施態様によれば、切換ロットは液圧式パ
ワーピストンによって駆動され、その場合挿入あるいは
引抜き制御のために二つのパワーピストンが一方が上端
位置にある場合に他方が下端位置にあるように相対的に
制御される。

この実施態様では明瞭に区別できる次の三つの運転状態
が得られ、制御の簡略化にも拘らず高い安全性が生ずる
。

１）液圧シリンダが空にされかつピストスロットに制御
棒の挿入あるいはスクラム用の圧力がかかつていない場
合、両方の切換ロットは自動的に阻止位置をとる。

従って引抜きに対して二重の安全性が与えられる。

２）スクラム圧力の場合だけ面切換ロットは釈放位置に
達する。

３）通常の挿入あるいは引抜きの際はそれぞれ一方の切
換ロッドだげがロックを外される。

ねじピストンにあるねじ山の形状、特に端面についても
注意を要する。

即ち本発明によれば、ねじピストンのねじ山はほぼ水平
な上側端面を有し、これはロックされたねじ溝において
切換ロットの凹部のほぼ水平な上側ロック面に対向する
。

このように形成された端面（衝突面）は、非常停止の場
合およびパワーピストン内の流体が空にされた場合、す
なわち高いスクラム圧力がピストンロットに与えられる
場合、作用面として面切換ロットを釈放位置に持ち上げ
る利点がある。

更にねじピストンのねじ山がほぼ垂直に走る下側走行面
を有し、この下側走行面がねじピストンの段階的な下降
運動の際阻止位置にある切換ロッドの側面に対向するよ
うにすると特に有利である。

これによって引抜きの際のセルフロックが可能となり、
これは導管の破損が生じた場合にも有効である。

非常停止時の制御棒駆動装置の安全性は、スクラムピス
トンをピストンロットの上端に長手方向に摺動可能に支
持し、その継手爪で切換ロッドの上端にある凹部に係合
し、スクラム圧力で付勢された場合スクラムピストンが
上に向ってストッパまで走り、切換ロットが釈放位置に
おかれるようにすることによって改善される。

従ってスクラム時におイテハネシヒストンの上側走行面
およびスクラムピストンによる釈放が行われ、二重の安
全性が生ずる。

本発明は制御棒駆動装置の主要部分が圧力容器の外部に
配置されたものに対しても適用でき、その場合にも上述
の多数の利点を得ることができる。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１１図には沸騰水形原子炉の圧力容器１の下側半部が
概略的に示されており、２は上側炉心格子、３は下側炉
心格子、４は両炉心格子２，３間にはめ込まれかつ炉心
容器５で取囲まれた燃料要素である。

個々の燃料要素４から成る燃料要素配置構造体４．１の
下には制御棒配置構造体６．１があり、６は個々の制御
棒である。

制御棒配置構造体６．１は下側底板７の上に支持されて
いる。

この下側底板７は圧力容器底部分１．１の内側にフラン
ジ７．１によって支持されている。

制御棒配置構造体６．１は円筒容器６．２で取囲まれ、
その場合圧力容器１．２と円筒容器６．２並びに炉心容
器５と円筒容器６．２とでリング状室１０が形成され、
このリング状室１０は液状の原子炉冷却材（この場合は
水）の降水室として作用する。

室１０の下側領域には圧力容器１０円周に亘って規則的
に分布された内置形冷却材ポンプ８が設げられている。

その軸８．１に取付けられた動翼列８．２は静翼列８．
３の後に接続されている。

静翼列８．３は吸込流路８．４の内周に設けられている
。

この軸流ポンプ８の軸８．１は圧力容器底部分１．１の
接続短管１．３を気密に貫通している。

８．５はランタン歯車や継手などをもったポンプの駆動
装置であるが、これは本発明の説明にとって重要ではな
いので説明を省略する。

静翼をもった吸込流路８．４のケーシングは、圧力容器
壁１．２と円筒容器６．２との間に取付けられているリ
ング状壁９に固定されている。

軸流ポンプ８は冷却材を降水室１０において矢印１１方
向に軸方向に下方に搬送し、冷却材はそこから側面流入
口６，３を通って制御棒配置構造体６．１の案内格子の
中に圧送され、ここから下側炉心格子３にある開口（第
１２図に符号３．１で示されている）を通して軸方向上
方に向って燃料要素配置構造体４．１の冷却流路の中に
送られる。

燃料要素配置構造体の中で発生した蒸気−水混合体は燃
料要素の上にある集合室に送られ、ここからサイクロン
およびその後に接続された蒸気乾燥器の中に送られ、そ
こから圧力容器の蒸気室に送られる。

蒸気はここから動力に変換するために普通の方法で蒸気
タービン（図示せず）に導かれる。

個々の制御棒６毎にそれぞれ１台の制御棒駆動装置１２
（第１１図には１台だけ示されている）が設げられてい
る。

１３１はこの制御棒駆動装置１２を駆動するための流体
案内管である。

比較的小さな直径を持つこの流体案内管１３１は底板７
の下に配置され、それによってここにある室は有効に利
用される。

流体案内管１３１は図示されていない箇所で圧力容器底
部分１．１を貫通して外に導出されている。

制御棒６ａは引抜かれている状態で、制御棒６ｂはほぼ
完全に挿入されている状態で示されている。

他の場所の制御棒は理解し易くするために第１１図では
省略され、輪郭線と中心線だけが示されている。

第１２図に示すように、燃料要素配置構造体４０間にあ
る十字状中間室４．２の中に、１本の制御棒の十字状の
４枚の制御棒ブレード６．４が挿入および引抜きされ、
それによって原子炉の所望の出力に応じて中性子流束分
布が制御される。

以下第１図乃至第１０図を参照して詳細に説明される制
御棒駆動装置１２は制御棒６の微調整挿入および引抜き
のため、急速挿入（スクラム）のため、並びにそれぞれ
の設定位置へのロックのために設けられている。

図面から分るように制御棒の挿入は重力方向と逆方向に
行われ、制御棒の引抜きは重力方向に行われる。

この方式は特に沸騰水形原子炉の運動機構に用いられる
ものであるが、本発明に基づく制御棒駆動装置は原理的
には加圧人形原子炉や他の形式の原子炉にも適用するこ
とができる。

第１１図において非常に小さいけれど制御棒６ａにおけ
る制御棒案内管１２．１が示されているが、この制御棒
案内管１２．１は第１図あるいは第２図に詳しく示され
ているように被覆管１２．１０とこの中にはめ込められ
たねじブツシュ１２．１１とによって形成されている。

第１図乃至第３図には１台の制御棒駆動装置だけしか示
されていないが、実際にはこの種の多数の駆動装置が底
板７の上に分布して設けられ、その場合各々の駆動装置
はフランジ１３．１をもった脚部分１３で底板７の上に
おかれ、この底板７に固定されている。

フランジ１３．１は脚部分１３に溶接され、脚部分１３
は制御系ケーシング１４０基板１４．１に溶接されてい
る。

軸方向に可動的に支持されたピストンロッド１５（第１
図、第３図）は、各制御棒６（第１１図、第１２図）を
駆動するためにその制御棒と連結されている。

その連結の特殊な態様は本発明の対象ではないが、特に
西ドイツ特許出願公開第１５１４８５１号公報および第
２１５５８３２号公報に記載されている原子炉制御棒の
安全連結装置を参考に挙げることができる。

ピストンロッド１５の下側にはねじピストン１６が回動
自在に支接すれている。

ねじピストン１６は下端に鍔１７．１をもった連結ロッ
ド１７に回動自在に取り付けられ、その上側端面１６．
１で案内ピストン１８の対向端面に当接している。

案内ピストン１８は中空円筒状に形成され、二重に段の
つげられた中央孔１８．１を有している。

その場合大径の孔部分１８．１０はピストンロッド１５
の小径の端部１５．１と相対的に回動不能に連結され、
小径の孔部分１８．１１は連結コンド１フ０大径の端部
１７．１１を囲んでいる。

組立てる場合連結ロッド１７は従って上から孔１８．１
の中に挿入される。

続いて中央孔１６．２を備えたねじピストン１６が連結
ロッド１７の上に挿入され、案内ピストン１８の上端部
と同じようにピンで留められた鍔１７．１によってその
位置に保持される。

ねじピストン１６はねじ溝１９の中に液圧により上下方
向に移動可能に支持されている。

ねじ溝１９には制御可能なロック機構が設けられ、この
ロック機構は段階的に上方および下方方向の運動を釈放
できるので、ねじピストン１６は制御棒６の微調整のた
めに段階的に挿入および引抜くことができる。

更にねじ溝１９はスクラム時には完全に釈放されるので
、ピストンロッド１５は制御棒６を通常の挿入時に比べ
て早いスクラム速度で移動させることができる。

このためにねじピストン１６はその外周面に設けられた
ねじ山１６．５ （第４ａ図）で固定配置されたねじブ
ツシュ１２．１１の対応するねじ溝１９に支持されてい
る。

この場合ねじ山１６．５およびねじ溝１９は、ねじピス
トン１６がピストンロッド１５に作用する流体の圧力差
によってねじ溝１９内を上昇方向に回動するか又は圧力
軽減の際ピストン１６の自重とそれに接続された部分１
５，１Ｂ、６の自重によって下降方向に回動するような
ピッチを有している。

このためのねじ山１６．５の良好なピッチは、ねじピス
トン１６がねじ山１６．５の弧度（ピストンの円周の約
％）だけねじ溝１９内で回動すると、ねじピストン１６
が約４〜８αの揚程を生ずるようにしたものである。

ねじブツシュ１２．１１はその内周面にねじ溝１９を中
断する軸方向案内溝２１を有しく特に第１図、第２図参
照）、この案内溝２１の中には切換ロッド２２ ａ 、
２２ ｂが軸方向に移動可能に支持されている。

切換ロッド２２ａ。２２ｂにはねじピンチに相応した間
隔を隔てて横方向に切り取られた凹部２２．１が互いに
ずらして設げられており、この凹部２２．１の軸方向長
さｌ（第２図）は、切換ロッド２２ ａ 、２２ ｂが
凹部２２．１とねじ溝１９とが一致する釈放位置におい
てねじ溝１９内におけるねじピストン１６の回転を可能
にする大きさを有する。

この釈放位置は第１図において左側の切換ロッド２２ａ
がとっている。

これに対し切換ロッドの凹部２２．１がねじ溝１９と一
致しない阻止位置ではねじピストン１６０回動を阻止す
るように切換ロッドは形成配置されている。

かかる阻止位置は第１図において右側の切換ロッド２２
ｂがとっている。

更に切換ロッドを駆動および制御するための装置が設け
られており、少なくとも２本の切換ロッド２２ａ、２２
ｂはこの装置によって、ねじ溝１９が時間的および空間
的に順次に１区間だけ釈放され、それに応じてねじピス
トン１６が所定の回転角および揚程だけ挿入方向ないし
引抜き方向に動かされるように、釈放位置および阻止位
置に交互にもたらされる。

図示のように一つの制御棒駆動装置毎に２本の切換ロッ
ド２２ ａ ｙ ２２ ｂを設け、これらの切換ロッド
２２ａ、２２ｂがねじブツシュ１２．１１の互いに直径
方向に対向する二つの円周箇所で相応した軸方向案内溝
２１の中に支持され、第１図および第２図に示されてい
るように、その凹部２２．１をねじ溝１９のピッチに相
応して互いにずらせることが、特に有利である。

しかし原理的には３本以上の切換ロッド、たとえば円周
上に均等に分布された４本の切換ロッドな設け、それに
よってピストンロッド１５の揚程幅を小さくし、制御棒
の調節をなお一層細かくすることもできる。

非常停止（スクラム）の場合、全切換ロッドは同時に釈
放位置におかれるので、完全に釈放されたねじ溝１９上
のねじピストン１６は中断なしに全揚程を踏破し、各制
御棒６は一挙にその挿入位置にもたらされる。

この場合第１図における切換ロッド２２ｂもそれに対向
する切換ロッド２２ａの位置におかれる。

ピストンロッド１５に回動不能に取付けられた上述の案
内ピストン１８には、ねじブツシュ１２．１１の内周面
に設けられた軸方向溝２４内を軸方向に摺動可能に案内
される突起１８．２（第４ｃ図参照）が設けられている
。

それによってピストンロッド１５の正確な案内とそれに
伴う制御棒６の正確な案内が達成できる。

切換ロッドの匍擁は液圧式パワーピストンによって行な
われる。

すなわち各切換ロッド２２ａ。２２ｂの挿入および引抜
きのためにそれぞれ液圧式パワーピストン２５ａ＞２５
ｂが設けられており、これらのピストンは一方がその上
端位置にある場合（第１図のピストン２５ａ）に他方が
下端位置をとる（第１図ピストン２５ｂ）ように相対的
に制御される。

ピストンの相互間の液圧によるロックはバイパス導管を
介して行うと有利であり、その場合一方のピストンの下
側への圧力供給およびそのピストンの上昇運動の際他方
のピストンがその上側への付勢によって強制的に下方に
動かされるように、ピストン下側のシリンダ室２７．１
は他方のピストンのピストン上側のシリンダ室２７．２
とその都度連通するようにされている。

第１図においてピストン２５ａの下側が圧油によって付
勢されるので、このピストンはその上端位置に動かされ
、同時にバイパス導管を通してピストン２５ｂの上側が
付勢され、このピストンは図示された下限位置に動かさ
れる。

圧油は、底板１４．１に設けられかつ適当な流体圧力ホ
ース（図示せず）の接続のために用いられる接続孔２６
．１を通してシリンダ室２７．１に供給される。

底板１４．１はケーシング体１４．２ （これにシリン
ダ孔が設けられる）に、更にケーシング体１４．２は蓋
板１４．３にそれぞれパツキンリング２８．１を介して
気密に緊締ないしピン留めされている（ボルト２９、ピ
ン３０）。

バイパス導管は、下側の水平導管２６．２ （第１図）
、上側水平導管２６．３ （第６図）および垂直導管２
６．４ （第６図乃至第８図）とから構成されている。

第６図および第７図における線Ｚは垂直バイパス導管２
６．４の同一性を示している。

ヒストン２５ａ、２５ｂは突き棒３１を介して切換ロッ
ド２２ ａ ｐ ２２ ｂと連結されている。

この突き棒３１は一方ではハンマヘッド状の下端部３１
．１で各ピストンに係合し、他方では各切換ロッドの下
端とフォーク状の上端部３１．２でヒンジ結合されてい
る（連結ピン３１．３、第９図も参照）。

突き棒３１は円形断面を有し、蓋板１４，３の相応した
孔１４．４に軸方向に摺動可能に案内されている。

蓋板１４．３はその上側に室１４．５を形成し、その中
には気密のためにねじ込みプラグ１４．７がねじ込まれ
ている横孔１４．６を通して近づけるので、組立、分解
並びに点検のために突き棒３１の連結個所３１．２ 、
３１．３に近づくことができる。

蓋板１４．３の上には中間板３２が、更に中間板３２の
上には制御棒案内管１２．１のフランジ１２．１２がそ
れぞれ気密に取付けられている（第２図の締結ボルト３
３、ピン３４、パツキン３５、溶接継目３６）。

ケーシング１４すなわち底板１４，１、ケーシング１４
．２および蓋板１４．３を貫通してスクラム導管３７が
室１４．５に導かれている（特に第２図参照）。

スクラム導管３７はねじ孔３７．１を有し、この中には
圧力液体に対する圧力導管（図示せず）の継手部がねじ
込まれる。

この場合圧力液体として原子炉冷却水を用いると良い。

すなわちこの場合圧力液体は、分離された２つの回路に
対して気密装置を設ける必要なしに、原子炉の冷却回路
に流入できる。

その場合圧力液体は制御棒案内管１２．１の内部に設け
られた下側圧力室３８の中に室１４．５を介して流入す
る。

下側圧力室３８は各ピストン１６，１８の上側にある上
側圧力室３９と、ねじ溝１９だげでなくねじピストン１
６の軸方向孔１６．３を介しておよび案内ピストン１８
の軸方向溝１８．３を通して連通している。

従ってこれらの孔および溝は制御棒６の挿入および引抜
きの際圧力液体の流入開口および逆流開口として作用す
る。

第５図には切換ロッド２２ａ、２２ｂ、軸方向溝１８．
３並びに案内突起１８．２が明瞭に示されている。

特に第４ａ図に示されているように、ねじピストン１６
のねじ山１６．５はほぼ水平な上側端面１６．４を有し
ており、これはねじ溝がロックされたとき各切換ロッド
の凹部２２．１のほぼ水平な上側ロック面２２．２ （
第２図）に対向している。

他方ねじピストン１６のねじ山１６．５はほぼ垂直に走
る下側走行面１６．６を有し、この走行面はねじピスト
ン１６の段階的下降運動の際阻止位置にある切換ロッド
の端面２２．３に対向している。

ねじピストン１６は、非常停止の場合およびパワーピス
トンの圧油が空にされた場合、すなわち非常に大きなス
クラム圧力が導管３７を通して導入された場合、その上
側水平端面１６．４で面切換ロッド２２ ａ 、２２
ｂを釈放位置にもたらす働きをする。

これに対して通常の運転圧力の場合ねじピストン１６は
圧力がかかつている限り段階的にのみ操作される。

非常停止の場合に二重の安全性を図るために、更に別の
スクラムピストン４０がピストンロッド１５の上端に長
手方向に摺動自在に支持されており（第３図）、これは
継手爪４０．１で切換ロッド２２ａ 、２２ｂの上端に
ある凹部２２．４に係合し、スクラム圧力供給の際にス
クラムピストン４０が上方にストッパまで移動して面切
換ロッド２２ａ。

２２ｂをその釈放位置にもたらす働きをする。

図の実施例ではストッパはラビリンスパツキンケーシン
グ４１の端面４１．１により形成され、このストッパに
は切換ロッド２２ａ＞２２ｂがその上端位置において当
接する（第３図の切換ロッド２２ａ参照）。

スクラムピストン４０とピストンロッド１５との間には
、圧力液体を上側圧力室３９から流体循環路の背圧側４
３に導くリング状空隙４２（第１０図も参照）が設けら
れており、この場合リング状空隙４２の漏れ率は引抜き
の場合のピストンロッド１５、ねじピストン１６および
制御棒６の下降速度を決める。

スクラムピストン４０およびそれに伴って間接的にピス
トンロッド１５もその外周でラビリンスパツキンリング
体４４に同心的に支持されている。

このパツキンリング体４４は、ピストンロッド１５のセ
ンターリングを図るとともにピストンロッド１５の多少
の横方向変位を可能にする働きをし、更には勿論空隙４
２を介して一定量の漏れ量が生じる必要があるためスク
ラムピストン４０の外周のシールを行う目的を有してい
る。

パツキンリング体４４はスクラムピストン４０を同心的
同軸的に取り囲み、その上側端面ば保持リング４４．１
および弾性止めリング４４．２によって固定される。

その場合弾性止めリング４４．２はパツキンケーシング
４１の内周にあるリング状溝の中におかれている。

パツキンケーシング４１は案内管１２．１の上側フラン
ジ１２．２と気密に締結され（ボルト１２．３、ピン１
２．４ ）、その場合支持面として対向リング１２．５
が設けられている。

この対向リング１２．５は適当な方法で下側炉心格子３
（第１１図）と堅く接続され（図示せず）、第３図の例
の場合対向リング１２．５はシール室１２．７のケーシ
ングに対する基板として作用し、このシール室１２．７
は制御棒駆動装置がまだ原子炉圧力容器の中に組み込ま
れていない場合、組立試験において駆動試験のために用
い、その場合圧力液体は原子炉には導かれず、ケーシン
グ円筒体１２．８に接続されている排出導管４５を介し
て流体循環路に導かれる。

それに応じて蓋板１２．６にはピストンロッド１５の外
部に対するシールのためのパツキン４６も設けられてい
る。

上述した制御棒駆動装置の材料としては公知のクロムニ
ッケル鋼が好適であり、この場合ピストン２５ａ、２５
ｂや突き棒３１のように前進後退運動によって大きな負
荷がかげられる部分はたとえば０．３ｍｍのモリブデン
被膜を設けると良い。

モリブデンは５ｔ４５５０鋼とともに優れた滑り特性を
示し、実質上摩耗しない特長を示す。

スクラムピストン４０に対しては、十分な硬度をもつ５
ｔ４５７１鋼が用いられる。

ラビリンスパツキン体の一部Ｘを第１０図に詳細に示す
。

スクラムピストン４０を取囲むパツキンリング４４．３
はケーシング４１のリング状溝の中に固定して設けられ
たスペーサリング４４．４に対して半径方向空隙Ｓを有
しているので、矢印ｖで示すように両方向に横方向に偏
位できる。

一組のパツキンリング４４．３ 、４４．４の上には、
それぞれレンガ積の形式で一個のパツキンリング４４．
５があり、これはシール空隙Ｓを覆っているが、一方で
はスクラムピストン４０に対し、他方ではケーシング４
１に対して十分な半径方向空隙を有している。

パツキンリング４４．３には更にシール空隙Ｓの中に、
若干の復帰力を生ずるような弾性ばね要素たとえば板ば
ねを設けることができ、それによってパツキンリングは
それぞれ所定の位置に保持できる。

重要なことはラビリンスパツキン体がパツキンリングと
共に横方向に弾性的に変位することができ、それによっ
てスクラムピストン４０およびピストンロッド１５に対
して弾性的な案内を形成し、スクラムピストン４０の軸
方向運動の際大きな面圧による固着が生ずることがなく
、しかしてパツキンリング体は勿論スクラムピストン４
０の外周における必要なパツキン作用をすることである
。

上述の制御棒駆動装置の動作は次のように行われる。

第１図において、ねじピストン１６および制御棒６と連
結されているピストンロッド１５は下端位置にある切換
ロッド２２ｂによってロックされている。

ねじピストン１６を上側に向って更に進めなげればなら
ない場合、ピストン２５ｂの下側に圧力が与えられ、こ
のピストン２５ｂはその切換ロッド２２ｂと共に上方に
向って上端位置に動かされ、同時に別のピストン２５ａ
はその下端位置に動かされる。

制御棒の挿入のために必要な圧力液体、たとえば室４３
内の圧力に比べて１２〜１５気圧高い圧力液体がスクラ
ム導管３７を介して導入されると、その作用面で圧力差
を上昇力に変換するピストンロッド１５は、ねじピスト
ン１６をねじ溝１９内において一段階だけ上方に向って
回転させ、ねじピストン１６の上端走行面１６．４がロ
ック位置にある左側切換ロッド２２ａの上側ロック面２
２．２まで動かされる。

パワーピストン２５ ａ 、２５ ｂの交互の制御によ
って、この運動は、ピストンロッドおよび制御棒が上端
位置に動かされるまで繰り返される。

制御棒の引抜きの際は勿論運転圧力はスクラム導管３７
からは与えられないので、ラビリンスパツキン４４の下
側の室には室４３より高い圧力は生じない。

ピストンロッド１５およびねじピストン１６は従って自
重によって下降し、その場合リング状空隙４２の漏れ率
が下降速度を決定するが、これは切換ロッド２２ ａ
＞ ２２ ｂがそれぞれ段階的に下降する範囲に留まる
。

それによってパワーピストン２５ａ。２５ｂの交互の制
御によって制御棒は段階的に下端位置に動かされる。

引抜きの際ねじピストン１６のねじ山１６．５はその下
側端面１６．６でロック位置にある切換ロッドの側面２
２．３に向って走行する。

従ってねじピストン１６、ピストンロッド１５および制
御棒６は挿入の際も引抜きの際も任意の位置で段階的に
ロックされ、圧力がスクラム導管３７を介して与えられ
る（勿論高いスクラム圧力の場合は除く）場合にも保持
される。

何らかの理由、たとえば導管の破損によってパワーピス
トンの油圧が喪失した場合、これらのピストン２５ａ。

２５ｂおよびその切換ロッド２２ ａ 、２２ ｂは下
端位置に動くので、両切換ロッド２２ａ、２２ｂは阻止
位置をとり、それによって制御棒は引抜きに対して二重
にロックされる。

非常（スクラム）の場合、スクラム導管３７を介してス
クラム圧力が与えられる。

この圧力は背圧より約２０気圧程高いかないしは原子炉
圧力容器の内圧が７０気圧である場合には９０気圧であ
る。

この非常に高い圧力においてピストンロッド１５におけ
る圧力は高く従って衝突面として作用するねじピストン
１６の上側端面１６．４が丁度阻止位置にある切換ロッ
ドを釈放位置に連行する。

スクラムの際勿論パワーピストンは圧油が空にされ、そ
れによってスクラム機構が作動できるようになる。

しかし既に述べたスクラムピストン４０によっても両切
換ロッド２２ａ ｔ ２２ｂが釈放位置に動かされるの
で、スクラム時において二重の安全性が与えられ、どん
な場合でもねじ溝１９はその全長にわたって釈放され、
ピストンロッド１５は少なくとも毎秒約１ｍ、普通はそ
れ以上すなわち毎秒２ｍのスクラム速度で上方に向って
移動し、それによって制御棒６は燃料要素配置構造体の
中に迅速に挿入される。

制御棒が完全に挿入されると、ねじピストン１６の上端
位置を規定する切換ロッドが圧力の付勢により阻止位置
におかれる。

特別な利点としては、本発明に基づく制御棒駆動装置が
、原子炉圧力容器から燃料交換機と共に上方に取り外せ
るのに適していることが挙げられる。

制御棒駆動装置の機構は非常に頑丈であり、作動が確実
なので、本発明による制御棒駆動装置は圧力容器の内部
ばかりでなく、制御棒駆動装置の主要部分が外部に配置
されているような原子炉に対しても適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉の圧力容器内部に設けられる制御棒駆動
装置の要部断面図、第２図は第１図の■−ｎ線に沿う断
面図、第３図は第１図の制御棒駆動装置の上側部分の断
面図（第６図のＩ−１断面図）、第４ａ図、第４ｂ図お
よび第４Ｃ図はねじピストンと案内ピストンの側面図、
下面図および上面図、第５図、第６図および第７図はそ
れぞれ第１図におけるｖ−Ｖ線、ＶＩ−ＶＩ線、■−■
線に沿う断面図、第８図は第６図における■−■線に沿
う断面図、第９図は第１図におけるＩＸ−ＩＸ線に沿う
断面図、第１０図は第３図におけるＸ部分の拡大詳細図
、第１１図は本発明に基づく制御棒駆動装置をもった沸
騰水形原子炉の圧力容器の下側半部の断面図、第１２図
は４個の燃料要素をもつ炉心部分の斜視図である。 １・・・・・・圧力容器、４・・・・・・燃料要素、６
・・・・・・制御棒、１２・・・・・・制御棒案内管、
１２．１１・・・・・・ねじブツシュ、１５・・・・・
・ピストンロッド、１６・・・・・・ねじピストン、１
６．５・・・・・・ねじ山、１８・・・・・・案内ピス
トン、１９・・・・・・ねじ溝、２１・・・・・・軸方
向案内溝、２２ ａ 、２２ ｂ・”””切換ロッド、
２５ａ、２５ｂ・・・・・・パワーピストン、４０・・
・・・・スクラムピストン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ）原子炉の垂直方向に配置された制御棒案内管
   １２．１と、 ｂ）該管の中に軸方向に可動的に支持され液圧で駆動さ
   れるピストンロッド１５と、 Ｃ）該ピストンロッドの上端に制御棒６を取付けるため
   の連結機構と、 ｄ）原子炉の非常停止（スクラム）時には作用しないよ
   うにされた前記ピストンロッドの軸方向移動に対する可
   制御ロック機構とから成る原子炉の液圧式制御棒駆動装
   置において、 ｅ）前記ロック機構は、前記ピストンロッド１５の下側
   に回動自在に支持されかつ外周面にねじ山１６．５を備
   えたねじピストン１６と、軸方向に摺動可能な少なくと
   も２つの液圧で制御される切換ロッド２２ａ、２２ｂと
   から成り、その際ねじピストン１６のねじ山１６．５は
   前記制御棒案内管１２．１の内側に設げられたねじ溝１
   ９に係合するようにされ、 ｆ）前記切換ロッド２２ ａ 、２２ ｂは該ねじ溝１
   ９と交差する軸方向案内溝２１内に摺動可能に支持され
   、 ｇ）前記切換ロッド２２ａ、２２ｂはその釈放位置にお
   いては前記ねじピストン１６０回動を妨げないが、阻止
   位置においてはねじ溝１９内にねじピストン１６のねじ
   山１６．５に対するストッパを形成し、 ｈ）前記切換ロッド２２ ａ ｔ ２２ ｂは原子炉の
   通常運転時には前記ピストンロッド１５を段階的に移動
   させる ように構成したことを特徴とする原子炉の液圧式％式％ ２ ねじピストン１６をその外周面に設けられたねじ山
   １６．５で制御棒案内管１２．１の内側に取付けられた
   ねじブツシュ１２．１１に形成されたねじ溝１９に支持
   し１、その場合ねじ山１６．５およびねじ溝１９のピッ
   チを、ねじピストン１６がピストンロッド１５に作用す
   る流体の圧力差によってねじ溝１９内を上昇方向に回動
   し圧力軽減時にはねじピストン１６の自重およびこれに
   接続された部材の自重によって下降方向に回動するよう
   なピッチとし、前記ねじブツシュ１２．１１の内周面に
   ねじ溝１９を中断する軸方向案内溝２１を設け、この案
   内溝２１の中に切換ロッド２２ ａ 、２２ ｂを軸方
   向に摺動可能に支持し、切換ロッド２２ａ。 ２２ｂにねじピッチに相応した間隔で横方向に切り取ら
   れた凹部２２．１を設け、この四部２２．１の軸方向長
   さでは、切換ロッド２２ ａ ｔ ２２ ｂが凹部２２
   ．１とねじ溝１９とが一致する釈放位置においてはねじ
   ピストン１６のねじ溝１９における回動を可能にし、こ
   れに対して凹部２２．１とねじ溝１９とが一致していな
   い阻止位置においてはねじピストン１６０回動を阻止す
   るような長さとし、原子炉の通常運転時に少なくとも２
   本の切換ロッド２２ａ、２２ｂを、ねじ溝１９が時間的
   および空間的に順次その都度１区間だけ釈放され、それ
   に応じてねじピストン１６が所定の回転角および揚程だ
   け段階的に制御棒の挿入方向ないし引抜き方向に動かさ
   れるように、交互に釈放位置および阻止位置におくこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３２本の切換ロッド２２ａ４２ｂを設け、これらの切換
   ロッド２２ ａ 、２２ ｂをねじブツシュ１２．１１
   の内周面にその直径方向に相対向する位置にある軸方向
   案内溝２１の中にそれぞれ支持し、切換ロッドの凹部２
   ２．１をねじ溝１９の形状に応じて互いにずらして配置
   することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置
   。 ４ ピストンロッド１５の下端に回動不能に案内ピスト
   ン１８を取り付け、該案内ピストン１８をその突起部１
   ８．２でねじブツシュ１２．１１の内周面にある軸方向
   溝２４の中に軸方向に摺動可能に案内することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載
   の装置。 ５ 切換ロッド２２ ａ 、２２ ｂを液圧式パワービ
   ストス２５ａ、２５ｂによって駆動できるようにし、そ
   の場合制御棒の挿入あるいは引抜き制御のためにこれら
   のパワーピストン２５ ａ ｔ ２５ ｂを一方が上端
   位置にある場合他方が下端位置にあるように相対的に制
   御することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の装
   置。 ６ ねじピストン１６のねじ山１６，５に、ロックされ
   たねじ溝１９において切換ロッド２２ａ。 ２２ｂの凹部２２．１のほぼ水平な上側ロック面２２．
   ２に対向するような、はぼ水平の上側端面１６．４を設
   けることを特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第５項
   のいずれかに記載の装置。 ７ ねじピストン１６のねじ山１６．５に、ねじピスト
   ン１６の段階的な下降運動の際阻止位置にある切換ロッ
   ド２２ａｔ２２ｂの側面２２．３に対向するような、は
   ぼ垂直に走る下側走行面１６．６を設けることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項乃至第５項のいずれかに記載
   の装置。 ８ スクラムピストン４０をピストンロッド１５の上端
   に長手方向に摺動可能に支持し、その継手爪４０．１に
   よって切換ロッド２２の上端にある凹部２２．４に係合
   させ、スクラム圧力で付勢された場合にスクラムピスト
   ン４０が上方に向ってストッパ４１．１まで走行して面
   切換ロッド２２ａ。 ２２ｂが釈放位置におかれるようにすることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。