JPS6066194A - 制御棒駆動装置の冷却水供給装置及び制御棒駆動装置の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は原子炉用制御棒駆動装置の冷却方法およびその
装置にかかり、特に制御棒駆動装置が原子炉圧力容器の
境部を貝通して設けられた場合に好適な制御棒駆動装置
の冷却方法および装置に関する。

〔発明の背景〕

沸騰水型原子炉用制御棒駆動水供給系統の主な構成は駆
動水ポンプ、系統流量調整弁、圧力調整弁、水圧制御ユ
ニットおよび制御棒駆動装置よシ成っている。

復水系統よシの復水を水源として駆動水ポンプで昇圧さ
れた高圧水は系統の流量を調節する系統流量調整弁およ
び圧力調整弁で原子炉圧力を基に一定差圧に調整された
後に、駆動水または冷却水として水圧制御ユニットを介
して制御棒駆動装置に供給される。

制純俸駆動水供給系の運転モードには制御棒の挿入モー
ドおよび引抜きモードの常駆動運転モードと原子カプラ
ントに何らかの異常が発生し原子炉緊急停止の場合には
原子炉保護系からの信号を受けて全制御棒を急速に原子
炉炉心内に挿入するスクラムモードと、更に、プラント
運転中に制御棒駆動装置内のシール部の保護のため冷却
水を供給する冷却モードの４モードに大薊される。

第１図は制御棒１駆動装置の挿入モード、第２図は制ｆ
ｉｌ−１Ｉ棒駆動装置の引抜きモードの常駆動運転にお
ける駆動水の供給状態を示す。

原子炉内の制御棒２を挿入（上方向に動作）する場合に
は駆動水ポンプ５で昇圧された高圧水は系統流量調整弁
６を通り、圧力調整弁７で駆動に必要な駆動水圧に調整
されるとともに流量平衡弁８の引抜き側が閉じ１本の制
御棒駆動装置の挿入駆動に必要な流量が駆動水供給ヘッ
ダ９を経て水圧制御ユニツ）１２内の常駆動切換弁１６
を介し制御棒駆動装置３の駆動ピストン２５の下部室に
供給され、駆動ピストン２５を押し上げる。駆動ピスト
ン２５上部室の水は制御棒駆動装置３に接続されている
引抜配管１９よシ水圧制仰ユニット１２内の常駆動切換
弁１４を経て排出水ヘッダ１１に流れ出る。

一方、制御棒２を炉心よシ引抜く（下方に動作）する場
合は駆動水ポンプ５でｎ圧された高圧水は前述の挿入モ
ード時と同様に系統流量調整弁６を通り、圧力調整弁７
で駆動に必要な駆動水圧に調整されるとともに流量平衡
弁８の挿入側が閉じ１本の制御棒駆動装置の引抜き駆動
に必要な流量が駆動水供給へツタ゛９を経て水圧制呻ユ
ニツ）１２内の常駆動切換弁１５を介し制御ｉｒｖ棒駆
動装Ｖｌｔ３の駆動ピストン２５の上部室に供給され駆
動ピストン２５を押し下げる。駆動ピストン下部室の水
は制御棒駆動装置３に接続されている挿入配管１８より
水圧制御ユニット１２内の常駆動切換弁１３を経て排出
水ヘッダ１１に流出する。

第３図は制御棒駆動装置のスクラムモード時における駆
動水の供給状態を示す。

原子カプラントに異常が発生し原子炉を緊急に停止する
場合が生じた時に原子炉保護系からの信号を受けて水圧
制御ユニット１２内のスクラム人口弁２０が自動的に開
弁じ、アキュムレータ１７に充填された高圧水が挿入配
管１８を経て制御棒駆動装置３内の駆動ピストン２５の
下部室に供給されて、全制御棒２を急速に炉心内に挿入
する。

問、この際水圧制御ユニット内のスクラム出口弁２１も
スクラム人口弁２０と同時に自動的に開弁されるため制
御棒駆動装置３内の駆動ピストン２５上部室の水は引抜
配管１９およびスクラム出口弁２１を経てスクラム排出
へツタ２２に流出し、スクラム動作を確実に達成できる
ようになっている。

第４図は制御棒駆動装置の従来技術の冷却水供給モード
状態を示す。

制御棒駆動装置内部には各種のシールバッキングおよび
シールブツシュが使用され、高温の炉心部からの熱影響
よシ保護するために原子炉運転中は常時冷却水を供給し
ている。

冷却水供給経路は駆動水ポンプ５で昇圧された高圧水は
系統流量調整弁６で全制御棒駆動装置に必要な冷却水供
給流量と炉圧に対し常に一定差圧を保持する冷却水圧に
調節され冷却水ヘッダ１０を通り、各水圧制御ユニツ）
１２および挿入配管１８を経て各々の制御棒駆動装置３
の駆動ピストン下部室に流入し、冷却水ボートおよび冷
却水オリフィスおよびシール部を通って原子炉内に流出
する。

尚、スクラム時以外で前記の常駆動操作される制御棒駆
動装置は１本ずつ選択操作され、操作されていない制御
棒駆動装置（所定の位置で静止状態）は全て冷却モード
状態となっている。

沸騰水型原子炉用制御棒駆動装置での従来技術において
の問題点はこの冷却水供給流量不足による制御棒駆動装
置の異常温度高の発生によるものが多い。

第５図は制御棒駆動機構・・ウジングと制御棒駆動装置
の取付状態図を示す。

ＩＩ御棒駆動装置３はインデックスチューブ２５を挿入
配管１８側または引抜配管１９側よシ駆動圧力水を流入
させることよシ昇降させ、制御棒を炉心（燃料集合体）
に対して挿入または引抜き、これによシ原子炉の出力を
制御される。

原子炉の一定出力運転を続ける場合は多くの制御棒駆動
装置３は運転出力に応じ所定の位置に駆動ピストン（イ
ンデックスチューブ２５）を静止されるため、原子炉炉
心部からの高温水による熱伝導等を受け、制御棒駆動装
置３が温度上昇する。

この温度が設定温度に対し異常に上昇した場合にアウタ
ー７−ル２８、インナーシール２９およびストップシー
ル３０が熱負荷を受け損傷を招くことになる。

このため、従来技術の制御棒駆動装置には制御棒駆動機
構ハウジング２６内の密閉された炉水部３２に挿入配管
１８側から冷却水を導入する冷却水オリフィス３１が設
けられておシ・、このオリフィス穴を通じて炉水部３２
内に冷却水を供給し各種のシール部の異常温上昇を防止
している。

尚、制御棒駆動装置内部の温度は駆動装置内位置検出器
上部に取付けられるザーモカツプル３３によって検出さ
れる。

沸騰水散原子炉においては第６図に示す如く、原子炉圧
力容器１の鋭部には制御棒駆動機構ハウジング２６の内
に制御棒駆動装置３が設けられている。

制御棒駆動機構ハウジング２６（以下ハウジングと称す
る）は原子炉圧力容器１の下部円弧部に取付くため、炉
心配置上、各々のハウジング２６の原子炉圧力容器ｌ内
に挿入（図中り寸法間）されているハウジング長さが一
定とならない。

したがって、原子炉炉心からの熱伝導による制御棒駆動
装置の温度上昇も炉心位置によって異なシ、特に原子炉
圧力容器１内におけるハウジング２６の挿入長さが長い
炉心中央部付近の制御棒駆動装置３が原子炉炉心部から
の高温水の輻射熱を多量に受けるため異常温度上昇が発
生している。

これはプラント出力が大きなプラントはど原力容器底部
とハウジング長さの関係が増すため温度高の現象が顕著
に発生する傾向にある。

第７図および第８図に水圧制御ユニットよシ制御棒駆動
装置までの挿入配管および引抜配管の配管ルートの概略
図を示す。

原子炉炉心位置の各制御棒駆動装置３へ接続する挿入配
管１８（冷却水供給配管を兼ねる）は水圧制御ユニット
１２よシ、各配管途中の圧力損失を極力均一化し、各制
御棒駆動装置３への同一冷却水圧力および冷却水流量を
供給する方法が取られているが狭い空間での多数の配管
施行よシ各制御棒駆動装置３に流入する冷却水流量に分
布が生ずることとなる。

以上の制御棒駆動装置内の異常温度上昇の要因があるに
対しミ従来技術における冷却水供給方法は、第４図に示
す如く、冷却水ヘッダ１ｏより各制御棒駆動装置３に一
様に同一冷却水流量を供給する系統構成および制御棒駆
動装置となっている。

このため、原子炉圧力容器内における原子炉炉心中央部
にアシ、原子炉圧力容器内へのハウジングの挿入長さが
長い制御棒駆動装置においては前述の炉心よりの輻射熱
による影響と冷却水供給流量不均等による相乗効果によ
って制御棒駆動装置の温度高となる要因を有し、また炉
心位置に対する適性なる温度管理が不可能であるという
欠点を有している。

〔発明の目的」 本発明の目的は、前記した問題点を解消するもので、制
御棒駆動装置の炉心位置による局部的な温度上昇発生を
防止し、平均した制御棒駆動装置の温度状態を管理する
。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉の鏡板の周辺部に配置した制御棒駆動
装置よりも中央部の制御棒１駆動装置への冷却流体の供
給量を多くして、その冷却流体の供給バランスをアンバ
ランスにする方法及び装置であって、制御棒駆動装置の
冷却管理を一様にして安全をはかったものである。

〔発明の実施例〕

第９図は本発明による実施例を示す。（本図は冷却水運
転モードを示す） 本図において、制御棒駆動水圧装置は原子炉圧力容器１
の底部に取付けられていて、原子炉炉心に対して挿入、
引抜き自在の制御棒２および制御棒に機械的に連結され
た駆動ピストン２５を含む制御棒駆動装置３と、駆動ピ
ストン２５に高圧な駆動水を供給するための挿入配管１
８および引抜配管１９が接続され、これらの挿入、引抜
配管のいずれかの流路を原子炉手動操作系の信号と接続
されて選択する電磁弁タイプの常駆動切換弁４は水圧制
御ユニツ）１２内に設けられている。

水圧制御ユニット１２は制御棒駆動装置３に対応して各
々の制御棒駆動装置を独立して駆動できるよう同数台が
設けられている。

また、制御棒駆動水圧装置は復水貯蔵タンク２４を取水
源として駆動水ポンプ５で系統の駆動源としての高圧水
を作り出し系統下流に供給する。

駆動水ポンプ５の吐出側から延びる系統主管圧は系統流
量調整弁６と圧力調整弁７および平衡弁８が設けられて
いる。

系統流量調整弁６は全制御棒駆動装置のシール部を保護
するに必要な水圧をもつ冷却水流量を供給できるように
定常設定流液に合亡自動的に制御され、冷却水供給ライ
ン３６および水圧制御ユニット１２および挿入配管１８
を経て制御棒駆動装置３に供給する。

圧力調整弁７は制御棒２の挿入または引抜きを行う制御
棒駆動装置３の常駆動操作に必要な水圧をもつ駆動水に
調整し、平衡弁８内のいずれかの弁を開閉して制御棒２
の挿入まだは引抜き時に必要で且つ安定した駆動水流量
を駆動水供給ライン３７、および水圧制御ユニット１２
および挿入配管１８−１：たは引抜配管１９を経て制御
棒駆動装置３に供給する。

制御棒駆動水圧装置の各運転モード毎の系統水の供給状
態の説明については前述の従来技術で説明したと同じた
めここでは省略する。

原子炉運転中、原子炉圧力容器１内は高圧で、且つ、高
温水状態となっている。この状態での原子炉炉心（燃料
集合体）内に挿入または引抜き移動し、炉心反応度を制
御する制御棒２と機械的に固着し挿入および引抜きの駆
動機構を持つ制御棒駆動装置３は原子炉圧力容器１の底
部に取付けられた制御棒駆動機構ハウジング内に組み込
まれ、原子炉内に配列構成される♂ 原子炉の出力制御操作時は制御棒駆動装置３の駆動に必
要な水圧と流量に調整された駆動水が駆動水ヘッダよシ
駆動水供給ラインを経て、挿入または引抜き操作に該当
する制御棒駆動装置３（挿入、引抜きの常駆動操作は一
台ずつ操作を完了する運用がなされ、二台同時の常駆動
操作はなされない。）と対応する水圧制御ユニット１２
内の常駆動切換弁４の原子炉手動操作系の信号により、
いずれかの弁が選択開弁されて流路が決定され駆動源と
なる駆動水を制御棒駆動装置３に供給する。

原子炉が一定出力状態での通常運転時、または出力制御
運転操作時での操作されない制御棒駆動装置３は所定の
位置にセットされ静止状態にある。

この状態での制御棒駆動装置３の上流系統である制御棒
駆動水圧装置の運転モードは冷却水供給モード状態で原
子炉炉心部の高温水（約２５０〜３００ｒ）の輻射熱に
よる熱影響よル制御棒駆動装置内の各種シールバッキン
グおよびシールブツシュの損傷を防止するためプラント
運転中は常時冷却水を制御棒駆動装置３内に送入してい
る。

本発明による制御棒駆動水圧装置においての冷却水供給
系統は駆動水ポンプ５で昇圧された水は系統流量調整弁
６で全制御棒駆動装置３の冷却に必要な冷却水流量と圧
力に調整され、冷却水ヘッダ１０を経て制御棒駆動装置
３と１対１で接続対応する水圧制御ユニット１２に入る
。各水圧制御ユニット１２の冷却水供給経路上には外部
よシ流量の増減調整を可能とする絞シ機構を持つ冷却水
流量調整装置４０を設け、原子炉炉心内の各制御棒駆動
装置の温度記録計に合せ、各々の対応する水圧制御ユニ
ット内の冷却水流量調整装置を調整し各制御棒駆動装置
に適性な冷却水流量を調整供給する事により制御棒駆動
装置内各種シール部の異常温度上昇を防ぎ常に安定した
温度管理を、しかも容易にできるものである。更に、こ
の冷却水調整装置４０の設置に伴い前述した制御棒駆動
装置内の冷却水用オリフィスの孔径を従来に対し３〜４
倍に拡げ、絞シ機能を解除し、オリフィスの目詰シによ
る原子炉の運転停止という事態を防止できる。

前述の調整供給による冷却水流量は、原子炉の炉心中央
側にある制御棒駆動装置に多く、周辺側にある制御棒駆
動装置に少なくする。

本実施例によシ、下記の効果が上げられる。

（１）炉心位置に対応した、Ｃ几りごとに冷却水流量を
調整することによシ、平均したＣＲＤ温度状態を設定出
来る。

（２）ＣＲＤ内のオリフィス等の目詰シによる温度高の
様な要因は無くなシ信頼性が向上する。

（３）　（１）の制御が出来ることによｐ、ＣＲＤへの
ノ・−ド上の熱による影響が無くなり、ＣＲＤ自身の信
頼性が高する。

（４）　（１１の制御が出来ることにより、ＣＲＤシス
テムの系統流量及び温度制御が大巾に改善される。

（５）Ｃ几り製作工数はオリフィスの削除により、低減
。ＣＲＤシステムの流量調整の絞りが一部追加になるが
、全体としての工数アップにならない。

以下に、本発明による他の実施例を説明する。

本発明による他の実施例の概要は、炉心中央部の制御棒
駆動機構に冷却水オリフィスの径を周辺部のものよシも
大きくして設置することにより、制御棒駆動機構の温度
高を防止し均一冷却しようとする効果をねらったもので
ある。この実施例はさらに、原子炉周辺部の冷却水オリ
フィスの径を小さくすることによシ、同じ効果を得よう
とするものも含まれている。

第１０図、第１１図は従来型の冷却水オリフィス３１を
示す。また第１２図、第１３図に本発明に係る径を大き
くした冷却水オリフィス３１ａを示す。この径を大きく
した冷却水オリフィス３１ａは、従来と同様、制御棒駆
動装置に設置さｎ、その設置範囲は第１４図に示す炉心
の中央エリア円ｌａ内だけとされ、周辺のエリアには従
来型の冷却水オリフィス３１が設置される。制御棒駆動
装置の構造は第５図に示した従来のものと同じであり、
冷却水の流路等も従来型と同じである。

次に実際に径を大きくした冷却水オリフィス３１ａを使
用した制御棒駆動装置を原子炉に組込んだ場合の効果を
説明する。

第１４図は原子炉に制御棒駆動装置を設置した場合の位
置を模式的に表わしたものである。図中、○印は制御棒
駆動装置の位置を示す。制御棒駆動装置のうち、温度が
高くなシやすいのは第４図で円ｌａ内の制御棒駆動装置
である。この温度の高くなりやすい制御棒駆動装置に、
径を大きくした冷却水オリフィス３１ａを設置した制御
棒駆動装置を使用することによシ、円ｌａ内の制御棒駆
動装置の温度を円ｌａ外の制御棒駆動装置とほぼ同じ温
度とすることができ、温度高となるのを防止することが
できる。冷却水流量と制御棒駆動機構の温度の関係は、
冷却水流量がわずかに増加し、ただけで制御棒駆動装置
の温度を下げることができるので、極端に冷却水オリフ
ィス３１ａの径を大きくする必要はない。

また、第１５図、第１６図に示すような径を小さくした
冷却水オリフィス３１ｂを設置した制御棒駆動装置を、
第９図の円ｌａ外の制御棒駆動装置に使用することによ
り、前述の場合と同様の効果を得ることができる。この
場合、円りａ内では従来型の冷却水オリフィス３１が制
御棒駆動装置に採用される。

制御棒駆動装置全体に供給される冷却水量は、通常一定
であり、原子炉中心部の制御棒駆動装置に冷却水を多く
流した場合、他の制御棒、駆動装置の冷却水流量が少な
くなってしまう。そこで、冷却水を多少域らしても影響
の少ない制御棒駆動装置の冷却水オリフィスの径を小さ
くすることによシ、全体の制御棒駆動機構の温度分布の
ばらつきを少なくしてもよい。冷却水量を減らしても影
響の少ない制御棒駆動装置は、制御棒駆動装置・・ウジ
ングの炉内露出部の短かい、第１４図の円２ａ外の制御
棒駆動装置である。実プラントへの応用例としては制御
棒駆動装置において、炉心中心部には冷却水オリフィス
の径の大きくした制御棒駆動装置を使用し、炉心中央よ
シ離れるに従って２段階以上に冷却水オリフィスの径を
変化させた制御棒駆動装置を配置することによシ、各制
御棒駆動装置の温度ばらつきを少なくすることができる
。

冷却水オリフィスの径は、そのプラントや出力によって
、それぞれ設定する必要がある。

本発明による他の実施例では次の効果が期待出来る。

（１）　炉心中央部に設けられる原子炉容器内に長く挿
入されていることによシ、制御棒駆動機構温度が高くな
る傾向のものを炉心周辺部と同等の温度状態に保つこと
が出来る。

（２１ｆｌ）の効果によＬ　ＣＲＤシステムの冷却水流
量の運転に柔軟性が出き、操作が容易となる。

（３１（］）の効果によシ制御棒駆動装置への熱による
影響が少なくなり、制御棒駆動装置の信頼性及び寿命が
のびる。

（４）中心部の冷却オリアイスの大径化によシ、温度高
上厳しい環境の、オリフィス目詰り等の可能性が大巾に
低減する。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、各制御棒駆動装置への冷
却水供給量をアンバランスにして、各制御棒駆動装置の
温度の不均一を低減できるから、各制御棒駆動装置の温
度を均一にして温度管理が行いやすいという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉の制御棒駆動装置の挿入モードにおける
系統状態図、第２図は原子炉の制御棒駆動装置の引抜モ
ードにおける系統状態図、第３図は原子炉の制御棒駆動
装置のスクラムモードでの系統状態図、第４図は従来技
術における原子炉制御棒駆動装置の冷却モードでの系統
状態図、ｍ５図は原子炉の制御棒駆動機構ハウジングと
制御棒駆動装置の取付状態図、第６図は原子炉圧力容器
と制御棒駆動機構ハウジング取付状態図、第７図は挿入
、引抜配管ルートの概略平面図、第８図は挿入、引抜配
管ルートの概略側面図、第９図は本発明による制御棒駆
動装置の冷却モード時の系統構成図、第１０図、第１１
図は原子炉の制御１１棒躯動装置に組み込゛まれでいた
従来の冷却水オリフィスの断面図、第１２図、第１３図
、第１５図、第１６図は原子炉の制御駆動装置に組み込
まれた本発明の実施例による冷却水オリフィスのＵｒ面
図、第１４図は原子炉の制御棒駆動装置の平面レイアウ
ト図である。 １・・・原子炉圧力容器、２・・・制御棒、３・・・制
御棒駆動装置、５・・・駆ｕ１ｂ水ポンプ、６・・・系
統流量調整弁、７・・・圧力調整弁、１２・・・水圧制
御ユニット、１８・・・挿入配管、１９・・・引抜配管
、２５・・・１駆動ピストン、２６・・・制御棒駆動機
構ハウジング、３１゜３１；１．３１ｂ・・・冷却水オ
リフィス、４０・・・冷却水流Ｊｆｉ：調整装置。 代理人　弁理士　高橋明夫 躬　１（２］ 躬　４の 括Ｓ口 括　６　ロ 石７０ 箔　８０ 翅′Ｏ口　躬１１．］ 籠１２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉圧力容器の鏡板に多数配設された制御棒駆動
   装置のそれぞれに冷却水を供給し、圧力容器内にある前
   記制御棒駆動装置を冷却する方法において、前記冷却水
   を前記鏡板の周辺部に配置された制御棒駆動装置から中
   央に配置された制御棒駆動装置に行くに従ってその流量
   が多くなるよう供給することを特徴とする制御棒駆動装
   置の冷却方法。 ２、原子炉圧力容器の境部に多数配設された制御棒駆動
   装置に冷却水を供給する冷却水冷却系統に、前記各制御
   棒駆動装置に供給する冷却水供給流量を調整する装置を
   、前記制御棒駆動装置に各々連結された制御棒駆動装置
   内に設けることを特徴とする制御棒駆動装置の冷却装置
   。 ３、原子炉圧力容器の境部に多数配設された制御棒駆動
   装置の冷却水流路に設けたオリフィスを具えるものにお
   いて、該オリフィスの絞シが、前記鏡板の周辺部に配置
   された制御棒駆動装置のオリフィスよシも、中央部に配
   置された制御棒駆動装置のオリフィスにおいて小さく構
   成されていることを特徴とする制御棒駆動装置の冷却装
   置。