JPS6057556B2

JPS6057556B2 - 制御棒駆動装置

Info

Publication number: JPS6057556B2
Application number: JP53088048A
Authority: JP
Inventors: 正則内藤; 久道井上; 進一柏井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1985-12-16
Also published as: JPS5515051A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は制御棒駆動装置、特に原子炉冷却材喪失事故
時に炉心の冷却を維持するのに好適な制御棒駆動装置に
関するものである。

沸騰水型原子炉は第１図に概略を示すように、原子炉
容器１内に燃料集合体２と制御棒駆動装置３によつて駆
動される制御棒３０と無水分離器７が配設され、再循環
系配管８１１、８１２が設けられている。

原子炉容器１内で核分裂によつて発熱する多数の燃料
集合体２には、再循環系配管８１１、８１２に設けられ
ている再循環ポンプ８３によつて駆動ざれるジェットポ
ンプ８４により下方から冷却水が供給される。

この冷却水は燃料集合体２の中を上昇する過程で吸熱し
沸騰する。沸騰により発生した蒸気は無水分離器７によ
つて水と分離され、主蒸気管１１を通つてタービンに導
かれ発電に使用される。このような系統を持つ沸騰水型
原子炉の出力制御は、燃料集合体２の間隔に配列されて
いる制御棒３０を上下に移動させることによつて行われ
、制御棒の駆動は原子炉容器１の下部に位置し水圧ある
いは電動モータによつて動作する制御棒駆動装置３によ
つて行われる。原子炉の定常運転中は、制御棒３０が燃
料集合体２の間隔に完全に挿入されることはないが、事
故発生などの異常時に原子炉を急停止する必要が生じた
楊合には、制御棒３０は急速挿入されて核分裂を停止さ
せる。このような急速挿入の操作はスクラムと称される
。沸騰水型原子炉で想定される最大の事故は、２系統あ
る再循環系配管８１１，８１２のうち何れか１系統の配
管、例えば再循環系配管８１１の完全破断による冷却材
喪失事故である。

このような事故が起きるとスクラムによつて原子炉は直
ちに停止するが、燃料集合体２内では核分裂生成物の崩
壊などによる熱発生が続くため、これを放置すると冷却
水材喪失によつて燃料集合体２は空焼き状態となる。こ
のような事態に対処し、事故時の燃料の冷却を維持する
ために設置されているのが緊急炉心冷却系で、緊急炉心
冷却系には再循環系配管８１１，８１２からジェットポ
ンプ８４を通して下部プレナム１２に緊急冷却水を注入
する低圧注水系８２１，８２２と、燃料集合体２の上部
から緊急冷却水を散布する炉心スプレー系９がある。こ
れらの系統の動作によつて、燃料の崩壊熱の除去が行わ
れるのであるが、最終的な燃料の冷却は原子炉容器１の
下部プレナム１２に蓄積された緊急冷却水が、燃料集合
体２を水漬け状態にするにの状態が再冠水と称されてい
る）ことによつて達成される。したがつて、蓄積する緊
急冷却水が燃料集合体２の下部に到達するまでの時間、
すなわち緊急冷却水が下部プレナム１２を満たすのに要
する時間．の間は、燃料集合体２の冷却が不十分となる
ため、その温度は上昇することになる。

ところで、緊急炉心冷却系が作動を開始する時点では、
下部プレナム１２に残留した原子炉一次冷却水から減圧
沸騰などによつて多量の蒸気が発；生しており、一部は
燃料集合体２内を上昇し、残りの蒸気はジェットポンプ
８４を逆流して環状部１３へと流れる。

また、炉心スプレー系９が作動して緊急冷却水が燃料集
合体２に散布されると、崩壊熱を奪つて蒸発し、この発
生蒸気も一部が上Ｚ昇するとともに残りは燃料集合体２
内を下降してジェットポンプ８４から逆流する。これら
の蒸気の流れは、ジェットポンプ８４あるいは燃料集合
体２から下部プレナム１２に到達する緊急冷却水の流れ
に対向するため、緊急冷却水の下部プレナム１２への流
入を阻害することになる。このときの阻害物効果によつ
て、下部プレナム１２に流入できなかつた緊急冷却水は
環状部１３に滞留し、再循環系配管８１１の破断部から
流出してしまう。このような流入阻害効果は緊急冷却水
が下部プレナム１２を満たすのに要する時間を長くする
方向に作用し、その結果、燃料棒表面温度がより高ノく
なることになる。

このときの燃料棒表面の最高温度は場合によつては１０
００℃を越すため、一部の燃料被覆管の破損をまぬがれ
ることができない。燃料被覆管が破損すると内部に蓄積
した放射性物質が放散されることになり、安全上好まし
くな．い。本発明は、このような従来技術の欠点を除去
し、冷却材喪失事故時に、燃料をより有効に冷却し、燃
料破損を防止し得る制御棒駆動装置を提供することを目
的とするもので、制御棒を移動させ”るためのインデッ
クスチューブとその駆動装置とを有する原子炉の制御棒
駆動装置において、インデックスチューブが、スクラム
時においてのみ下部プレナムに開口する緊急注水口を有
することを第１の特徴とし、さらにインデックスチュー
ブの下部空間に接続するスクラムポンプ流路に逆止弁を
介して冷却材喪失事故時に冷却水を注入するための注水
ポンプが連結されていることを第２の特徴とするもので
ある。

すなわち、本発明は冷却材喪失事故によつて原子炉がス
クラムした場合にのみ緊急冷却水が下部プレナムに直接
注入されるような緊急冷却装置を設けることによつて目
的を達成するものである。

以下、実施例について説明する。第２図および第３図は
一実施例の構造を示すもので、第２図は定常運転中の状
態、第３図はスクラム時の状態を示している。

これらの図において、３１は制御棒３０をその上蓋３２
て支持するインデックスチューブで側壁には緊急注水口
３３が設けられており、制御棒駆動装置の第一の外筒３
４との間にはシール部３５を有し、制御棒駆動装置の第
二の外筒３６との間にはシール部３７１，３７２によつ
て空間３８が形成され、第二の外筒３６には貫通孔３９
が設けられ、インデックスチューブ３１に設けられてい
る爪４０が、第二の外筒３６の内側に設けられているラ
ッチ４１に係合するようになつている。インデックスチ
ューブ３１内には、一端に爪４０に係合し爪４０とラッ
チとの係合をはずすための楔４２が設けられねじ棒４３
に係合してインデックスチューブ３１内を移動するイン
ナチユーブ４４が設けられている。４５は制御棒挿入用
注水口であり、制御棒駆動装置の下部空間４６にはスク
ラムポンプ４７、弁４８、注水ポンプ４９、逆止弁５０
が接続されている。

この制御棒駆動装置において、緊急注水口３３、注水ポ
ンプ４９および逆止弁５０が緊急冷却装置を構成する。
なお、５１は制御棒位置の検出等に用いられる電磁手段
である。この制御棒駆動装置による制御棒の駆動方法は
、従来技術と特に異るところはないが、まず第２図を用
いて定常時において制御棒を上下動させる方法について
説明する。

制御棒３０を挿入する場合には、高圧力の水を挿入用注
水口４５から注入する。

この高圧水は中空のネジ棒４３の内部を上昇し、インナ
チユーブ４４の内空間４４１に至り、インナチユーブ４
４を上方に押し上げる。この動作によつて、インナチユ
ーブ４４の下部の楔４２に乗つているインデックス１ユ
ーブ３１が上方に押し上げられ、その上部に連結してい
る制御棒３０が入される。インデックスチューブ３１に
は爪４０があり、高圧水の注入がなくなつてインナチユ
ーブ４４が下方に移動するようなことがあつても、ラッ
チ４１とかみ合うことによつて落下が防止される。次に
引抜きの場合には、一旦、高圧水を内空間４４１に注入
してインナチユーブ４４を持ち上け、楔４２を爪４０に
かみ合わせてラッチ４１から外した後、弁４８を開いて
高圧水を徐々に抜く。

高圧水が抜けると自重によつて制御棒３０は引き抜かれ
る。このような操作で定常時の上下動が行われるが、こ
のとき、緊急注水口３３は常にシール部３５より下部に
位置するようにインデックスチューブ３１に開けておく
。こうしておけば、定常時にシール部３５上にある原子
炉一次冷却水が緊急注水口３３から逆流するようなこと
はない。次に、第２図および第３図を用いてスクラムの
状態を説明する。

スクラムの場合には、スクラムポンプ４７あるいは蓄圧
器（図示せず）からの高圧水を下部空間４６に注入する
。この高圧水を注入する系統には、緊急冷却水を注入す
るためのポンプ４９が接続されているが逆止弁５０の作
用により、高圧水が逆流することはない。下部空間４６
に入つた高圧水は、インデックスチューブ３１の上蓋３
２を下から上に向けて押す。一方、上蓋３２には原子炉
一次冷却水が接しており、原子炉の圧力が上蓋３２の上
から下に向けて作用している。スクラム時に注入される
高圧水の圧力は原子″炉圧力よりも高いため、インデッ
クスチューブ３１は原子炉圧力に逆つて上方に急速挿入
される。この動作により、制御棒３０が完全に挿入され
たときの状態が第３図である。爪４０がラッチ４１にか
み合つているため、スクラム用の高圧水が抜けてもイン
デックスチューブ３１は落下しない。この状態で、緊急
注水口３３はシール部３５の上方に位置し、下部空間４
６は原子炉一次冷却水の存在する下部プレナム１２と導
通状態になる。たがつてスクラム用の高圧水は緊急注水
口３３を通つて下部プレナム１２に供給される。しかし
、一般にはスクラム用ポンプ４７を緊急冷却水注入ポン
プと兼用するのは不利である。すなわち、スクラムのた
めには大流量は不必要であるが、揚程の高いポンプを必
要とし、一方、冷却材喪失事故時には原子炉圧力も急激
に低下するため、緊急冷却水を注入するのに、それほど
高揚程を必要としないが、事故後早期に冷却を達成する
には大流量を必要とする。この両者を満たすためには、
大流量かつ高揚程のポンプが必要である。従つて、スク
ラム用とは別に緊急冷却水の注水ポンプ４９を設置する
のが経済的に有利となる。注水ポンプ４９はこのような
理由で設けられており、冷却材喪失事故の検知信号によ
つて作動するが、実際に下部プレナム１２に緊急冷却水
が注水されるのは、原子炉圧力が注水ポンプ４９の吐出
圧力より低くなり、逆止弁５０が開いてからである。な
お、原子炉のスクラムは冷却材喪失事故時に限らず、例
えば地震などによつてもおこる。

この場合、注水ポンプ４９を冷却材喪失事故を検知して
作動するようにしておけば、緊急冷却水が原子炉内に注
入されることはない。またスクラム用の高圧水は一部が
緊急注入口３３から下部プレナム１２に流入するが、ス
クラムポンプ４７をスクラム完了後停止させるようにす
れば、特に問題はない。また、スクラムポンプ４７が停
止しても、インデックスチューブ３１は爪４０とラッチ
４１のかみ合せにより落下することはない。第４図およ
び第５図は他の実施例の構造を示すもので、第４図は定
常運転中の状態、第５図はスクラム時の状態を示してお
り、定常運転中およびスクラム時の制御棒の駆動はすべ
て水圧によつて行われる。

これらの図において、５２は制御棒３０を支持するイン
デックスチューブで、その内側にはシール部５３１，５
３２，５３３を介してピストンチューブ５４が挿入され
ており、ピストンチューブ５４の上部には貫通孔５５が
設けられている。インデックスチューブ５２の外側には
ラッチ５６が設けられ、緊急注水口５７が設けられてい
る。インデックスチューブ５２の外周には、同心円筒５
８，５９によつて形成された外側空間６０がありインデ
ックスチューブ５２と円筒５８との間にはシール部６１
が設けられている。外側空間６０の上部にはこの空間６
０内の水圧によつてラッチ５６との係合が行われる爪６
２が設けられている。ます、定常時の制御棒の移動の方
法を第４図を用いて説明する。

制御棒を挿入する場合には、高圧力の水を挿入用注水口
６３から空間６４に注入する。

これにより、インデックスチューブ５２が押し上げられ
て制御棒３０が炉内に挿入される。制御棒３０が所定の
位置まで挿入された後は高圧力の水の注入はなくなるが
爪６２とラッチ５６とのかみ合いにより落下は防止され
る。次に引抜きの場合には、一旦、高圧水を空間６４に
注入してインデックスチューブ５２をわずかに上昇させ
、爪６２に加わつている制御棒３０ならびに駆動装置の
自重による荷重を取り去つた後、引抜用ポンプ６５から
の高圧水を外側空間６０ならびにピストンチューブ５４
内に注入する。

外側空間６０に注入された高圧水は爪６２を押し上げ、
楔６６の作用によつて、爪６２がラッチ５６から解放さ
れる。同時に、ピストンチューブ５４内に注入された高
圧水は貫通孔５５を経て上部空間６７１に至り、シール
部５３２に下向きの力を及ほす。このときの自重を含め
た下向き荷重を、空間６４からインデックスチューブ５
２に作用する上向き力よりも大きくすると制御棒３０は
徐々に引抜かれる。このような操作で定常時の上下動が
なされるが、このとき、インデックスチューブ５２に開
けた緊急注水口５７は、シール部５３２より下部で、か
つ定常時に最大限挿入した場合でもシール部６８より下
に位置するようにしておく。次にスクラムの状態を第４
図および第５図によつて説明するスクラムの場合には、
スクラム用の高圧水を空間６４に注入し、制御棒３０を
炉心に″急速挿入する。

挿入後は、爪６２とラッチ５６とのかみ合いによつて落
下が防止される。このとき、ピストンチューブ５４内と
下部空間６７２とは貫通孔５５によつて連通する。また
、下部空間６７２と原子炉の下部プレナム１２とは、イ
ンデックスチューブ５２に開けた緊急注水口５７によつ
て連通する。従つて、注水ポンプ６８の作動により緊急
冷却水は、ピストンチューブ５４内空間、貫通孔５５、
下部空間６７２、緊急注水口５７の経路経て下部プレナ
ム１２に供給される。前述したように注水ポンプ６８は
、引抜用ポンプ６５や挿入用およびスクラム用ポンプな
どと比べて低揚程のもので良く、逆止弁６９の設置によ
つて逆流は防止される。なお、スクラム時にのみ空間６
４とピストンチューブ５４内とを連通させるようにピス
トンチューブ５４に貫通孔を設ければ、スクラム用ポン
プあるいは挿入用ポンプを緊急冷却水の注水ポンプと兼
用させることも可能である。さらに、引抜用ポンプ６５
もポンプ６８と兼用可能であることはいうまでもない。
これらの実施例の制御棒駆動装置によれば、冷却材喪失
事故時に、緊急冷却水を直接下部プレナムに注入できる
ので、冷却の過程で緊急冷却水が環状部を経由して破断
部から流出することがなくなり再冠水時間を短縮するこ
とができる。

これによつて、事故時の燃料の冷却効果が向上し、燃料
棒表面温度の過度な上昇を防止でき、燃料破損の大幅な
低下をはかることができる。以上、本発明の制御棒駆動
装置は、冷却材喪失事故時に、燃料をより有効に冷却し
、燃料破損を防止し得るもので、工業的効果の大なるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉の構成を示す概略断面図、第２
図および第３図は本発明制御棒駆動装置の一実施例のそ
れぞれ異なる状態における断面図、第４図および第５図
は同じく他の実施例のそれぞれ異なる状態における断面
図である。１２・・・下部プレナム、３０・・・制御棒、３１・・
・インデックスチューブ、３３・・・緊急注水口、４４
・・インナチユーブ、４６・・・下部空間、４９・・・
注水ポンプ、５０・・・逆止弁、５２・・・インデック
スチューブ、５４・・・ピストンチューブ、５７・・・
緊急注水口、６８・・・注水ポンプ、６９・・・逆止弁
。

Claims

【特許請求の範囲】１制御棒を移動させるためのインデックスチューブと
その駆動装置とを有する原子炉の制御棒駆動装置におい
て、前記インデックスチューブがスクラム時においての
み下部プレナムに開口する緊急注水口を有することを特
徴とする制御棒駆動装置。２制御棒を移動させるためのインデックスチューブと
その駆動装置とも有する原子炉の制御棒駆動装置におい
て、前記インデックスチューブがスクラム時においての
み下部プレナムに開口する緊急注水口を有し、かつ該イ
ンデックスチューブの下部空間に接続するスクラムポン
プ流路に逆止弁を介して冷却材喪失事故時に冷却水を注
入するための注水ポンプが連結されていることを特徴と
する制御棒駆動装置。３前記空間が、定常運転時に前記インデックスチュー
ブを動作させるためのインナチユーブと該インデックス
チューブによつて形成される空間である特許請求の範囲
第２項記載の制御棒駆動装置。４前記空間が、前記インデックスチューブ内にシール
部を介して設けられているピストンチューブ内の空間で
ある特許請求の範囲第２項記載の制御棒駆動装置。