JPS61126497A - 制御棒水圧駆動装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲと称する）の制
御棒水圧駆動装置に関する。

［発明の技術的背Ｉ！Ｉ］ 一般にＢＷＲは第２図に示すように、原子炉圧力容器（
以下ＲＰＶと称する）１内に多数の燃料集合体２を装荷
して炉心３を構成している。これらの燃料集合体２は、
第３図に示す如く角筒状の燃料チャンネル４内に多数の
燃料棒５がマトリックス状に配列して収容された構成の
もので、各燃料集合体２は上部を上部格子板６によって
支持され、下端を炉心支持板７を貫通して配置された燃
料支持金具８によって支持されている。燃料支持金具８
の下端には制御棒案内管９が連結され、各制御棒案内！
！９の下端は、ＲＰＶｌの底部を貫通して取付けられた
制御棒駆動ハウジング（以下ＣＲＤハウジングと称する
）１０の上端に連結されている。＠ＣＲＤハウジング１
０内には制御棒駆動機構（以下ＣＲＤと称する）１１が
収容され、各０ＲＤ１１はその下端７ランジ１２をＣＲ
Ｄハウジング１０の下端７ランジ１３にボルト締めによ
って取付けられている。

０ＲＤ１１の上端には制御棒１４が連結されている。こ
の制御棒１４は第３図に示す如く断面十字形をなすもの
で、制御棒案内管９内に挿通され、燃料支持金具８を貫
通して、４体の燃料集合体２の間に形成される十字形空
間内に挿入されるようになっている。なお図中１５は炉
心３の燃料集合体２間に配置された中性子束計装管であ
る。

第４図はＣＲＤｌｌの構造を示すもので、ＣＲＤハウジ
ング１０の内側にはサーマルチューブ１６、アウターチ
ューブ１７が順次配置され、アウターチューブ１７の下
端は閉塞して前記下端７ランジ１２が形成されている。

またアウターチューブ１７の上部には環状空間が形成さ
れ、コレットピストン１８が昇降自在に収容されている
。コレットピストン１８の上面にはコレットフィンガ１
９が連設され、これらコレットピストン１８およびコレ
ットフィンガ１９はコレットスプリング２０により下方
向へ付勢されている。

アウターチューブ１７内にはインデックスチューブ２１
が昇降自在に収容されている。このインデックスチュー
ブ２１は外周に高さ位置の異なる複数のノツチ２２を有
し゛、下端には駆動ピストン２３を備えている。またイ
ンデックスチューブ２１の上端にはカップリングスパッ
ド２４が取付けてあり、このカップリングスパッド２４
上部のスプリングフィンガ２５が制御棒１４の下端に着
脱自在に連結されている。

インデックスチューブ２１はいずれかのノツチ２２にコ
レットフィンガ１９を係合させて下降動作が禁止されて
いる。またアウターチューブ１７の上端にはガイドキャ
ップ２６が形成されている。

このガイドキャップ２６はコレットピストン１８が上昇
したとき、コレットフィンガ１９と係合してコレットフ
ィンガ１９をインデックスチューブ２１のノツチ２２に
対して係合不能状態とするものである。またインデック
スチューブ２１内にはピストンチューブ２７が下方より
挿入され、このピストンチューブ２７の周壁上部にはバ
ッファオリフィス２８が複数個設けられている。前記Ｃ
ＲＤハウジング１０の下端フランジ１３からアウターチ
ューブ１７の下端フランジ１２にわたって、挿入用加圧
水供給孔２９および引抜用加圧水供給孔３０が形成され
ている。挿入用加圧水供給孔２９は前記駆動ピストン２
３の下面側に連通し、引抜用加圧水供給孔３０はピスト
ンチューブ２７内、バッファオリフィス２８およびピス
トンチューブ２７、インデックスチューブ２１間を通し
て駆動ピストン２３の上面側に連通している。”またア
ウターチューブ１７内には引抜用加圧水供給孔３０と前
記コレットピストン１８の下面側とを結ぶ細径のコレッ
トフィンガ解除用流路３１が形成されている。

第７図は前記挿入用または引抜相加、圧水供給孔２９．
３０内に加圧水を供給する従来の制御棒水圧駆動装置３
２を示すもので、図中３３は復水貯蔵タンク、３４はポ
ンプであり、３５はアキュームレータである。また３６
は流量調整弁、３７は開閉弁であり、３８ａ、３８ｂ、
３８ｃ、３８ｄは加圧水の流れ方向を制御する方向選択
弁である。

前記復水貯蔵タング３３内の水はポンプ３４により加圧
され、流量調整弁３６を通って送出されるが、この流量
調整弁３６と挿入用加圧水供給孔２９とは方向選択弁３
８ａを介挿した挿入用加圧水供給ライン４８で接続され
、流量調整弁３６と引抜用加圧水供給孔３０とは方向選
択弁３８ｂを介挿した引抜用加圧水供給ライン４９で接
続されている。なお、第５図中３９はポンプ３４の吸込
側圧力を検出する圧力検出器、４０はポンプ３４の吐出
側の流量を検出する流量検出器であり、流量検出器４・
０からの検出信号は制御部４１へ出力され、前記流量調
整弁３６の開度を制御する。また図中４２．４３はスク
ラム弁、４４．４５．４６は逆止弁で、逆止弁４４．４
５の出口側は排出ヘッダー４７に接続されている。

次に動作を説明する。

制御棒１４め挿入動作は次のように行なわれる。

挿入信号が発生すると、まず方向選択弁３８ａ。

３８ｄが開弁じ、ポンプ３４より送出されて加圧水が挿
入用加圧水供給ライン４８を通って挿入用加圧水供給孔
２９より駆動ピストン２３の下面側へ供給され、インデ
ックスチューブ２１が上昇する。これと同時に駆動ピス
トン２３の上面側の水は引抜用加圧水供給孔３０より引
抜用加圧水供給ライン４９を通り、方向選択弁３８ｄお
よび逆止弁４４を経て排水ヘッダー４７に放出される。

インデックスチューブ２１の上昇により、その上端にカ
ップリングスパッド２４を介して連結されたＣＲ１４も
一体に上昇し、炉心３に挿入される。

ここで、インデックスチューブ２１とコレットフィンガ
１９との関係は第５図（ａ　）〜（Ｃ）に示す通りであ
る。インデックスチューブ２１に設けられたノツチ２２
を上から下に向って、仮に２２ａ。

２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとし、コレットフィンガ１９が
ノツチ２２ａに係合している状態（第５図（ａ））から
次のノツチ２２ｂに係合するところまでインデックスチ
ューブ２１を挿入するものとすると、まずインデックス
チューブ２１を同図（ｂ）のように、ノツチ２２ｂがコ
レットフィンガ１９を通過するところまで過剰に上昇さ
せる。その後、方向選択弁３８ａ、３８ｄを閉弁させ、
駆動ピストン２３の下面側への加圧水の供給を停止して
制御棒１４とインデックスチューブ２１とを自らの自重
により落下させると、同図（Ｃ）に示すように所定のノ
ツチ２２ｂが］レットフィンガ１９に係合したところで
、インデックスチューブ２１および制御棒１４が停止す
る。なお、このように過剰な上昇位置から所定の位置ま
でインデックスチューブ２１およびＣＲ１４を落下させ
る動作をセトル動作と称している。

第６図（ａ）〜（ｆ）は制御棒１４の引抜動作時におけ
るインデックスチューブ２１とコレットフィンガ１９と
の関係を示すものである。今、同図（ａ　）の如くコレ
ットフィンガ１９がノツチ２２ｃに係合している状態か
ら１つ上位のノツチ２２ｔｌに係合する（同図（ｆ））
ところまでインデックスチューブ２１を引抜くものとす
ると、まず引抜信号により方向選択弁３８ａ　、３８ｄ
が短時間（約１秒間）だけ開弁じて駆動ピストン２３の
下面側に加圧水が供給される。そこでインデックスチュ
ーブ２１は同図（ａ　）の位置から（ｂ）の位置までわ
ずかに上昇し、コレットフィンガ１９をノツチ２２ｃよ
り離脱させる。続いて方向選択弁３８ａ　、３８ｄが閉
弁すると同時に他の２つの方向選択弁３８ｂ　、３８ｃ
が開弁する。これによってポンプ３４より送出された加
圧水が引抜用加圧水供給ライン４９を通って駆動ピスト
ン２３の上面側へ供給され、同時にコレットフィンガ解
除用流路３１を通してコレットピストン１８の下面側へ
も供給される。したがって同図（０）の如くコレットピ
ストン１８と共にコレットフィンガ１９がコレットスプ
リング２０を圧縮しながら上昇し、コレットフィンガ１
８の上端がガイドキャップ２６に摺接してインデックス
チューブ２１の外周面より離間する。このためコレット
フィンガ１８はいずれのノツチ２２に対しても係合不能
な状態となる。この状態は約２秒間保持されるが、その
間にインデックスチューブ２１は駆動ピストン２３の上
面に作用する加圧水により同図（ｄ　）の如く引抜保持
されるべき位置の近くまで引抜かれる。このとき駆動ピ
ストン２３の下面側の水は挿入用加圧水ライン４８を通
り、方向選択弁３８ｃおよび逆止弁４４を経て排水ヘッ
ダー４７に放出される。その後、方向選択弁３８ｂ。

３８ｃを閉弁させ、コレットピストン１８の下面側およ
び駆動ピストン２３の上面側への加圧水の供給を停止す
ると、同図（ｅ）の如くコレットフィンガ１９がコレッ
トスプリング２０により下方へ復帰してノツチ２２に対
し係合可能な状態となる。続いて制御棒１４およびイン
デックスチューブ２１は自らの自重により落下する。そ
して最初のノツチ２２ｂが同図（ｆ）の如くコレットフ
ィンガ１９に係合したところで、インデックスチューブ
２１および制御棒１４が停止し、引抜動作が完了する。

この引抜動作の場合、同図（ｅ　）から（、ｆ、＞に至
る変化をセトル動作と称している。

［背−、技術の問題点］ このように制御棒１４の挿入または引抜操作時のセトル
動作を円滑に行なわせるために、炉心３内では第３図に
示す如く制御棒１４と燃料集合体２との間に、制御棒１
４の自由落下を妨げない程度の隙間Ｃが設けられている
。

一方、燃料集合体２は核燃料の燃焼が進行するにつれて
高温クリープ等により変形が生じる。そしてこの変形が
あまり太き（なると、制御棒１４と燃料集合体２との間
の隙間Ｃが小さくなり、制御棒１４が燃料集合体２に接
触してその自由落下が妨げられるようになるため、燃料
集合体２の変形量が制御棒１４の自由落下を妨げる程度
に至る期間を燃料集合体２の寿命と定め、燃料集合体２
の変形量が予測された一定の量に達すると、その燃料集
合体２を新しいものと交換するようにしている。このた
め、経済性の向上および放射性廃棄物の低減をはかる上
で１．燃料集合体２の寿命すなわち使用期間を延長する
ことが望まれる。

しかしながら、燃料集合体２の使用期間を長くするとそ
の変形量も大きくなり、制御棒１４のセトル動作が不確
実になり、ＢＷＲの安全性を低下させるおそれがあった
。

［発明の目的１ 本発明はこのような事情にもとづいてなされたもので、
その目的は、燃料集合体の変形により制御棒と燃料集合
体との接触が生じても制御棒のセトル動作が確実に行な
われ、燃料集合体の使用期間を延長して経済性の向上お
よび放射性廃棄物の低減をはかり、かつＢＷＲの安全性
を向上することができるＢＷＲの制御棒水圧駆動装置を
提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は上記の目的を達成するために、加圧水をＣＲＤ
の駆動ピストン上面側へ供給する引抜用加圧水供給ライ
ンに、制御棒のセトル動作時に開弁じ低圧の加圧水を前
記駆動ピストン上面側へ供給する低圧加圧水供給弁を前
記引抜用加圧水供給ラインの方向選択弁と並列に設けた
ことを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す制御棒水圧駆動装置の
概略構成を示すもので、図中第５図と同一部分には同一
符号が付しである。本実施例と従来との異なる点は、本
実施例では第１図に示すように引抜用加圧水供給ライン
４９には低圧加圧水供給弁としての方向選択弁３８ｅが
方向選択弁３８ｂと並列に設けられていることである。

この方向選択弁３８ｅは制御棒１４のセトル動作時に開
弁し、低圧の加圧水を引抜用加圧水供給ライン４９を通
じて駆動ピストン２３の上面側およびコレットピストン
１８の下面側へ供給するもの゛である。

次に上記実施例の作用について説明する。

まず制御棒１４の挿入動作は次のように行なわれる。挿
入信号が発生するど、まず方向選択弁３８ａ、３８ｄが
開弁する。これによってポンプ３４より送出された加圧
水が挿入用加圧水供給ライン４８を通って駆動ピストン
２３の下面側へ供給され、インデックスチューブ２１が
上屏する。

今、インデックスチューブ２１に設けられたノツチ２２
を上から下に向って２２ａ、２２ｂ、２２０　。

２２ｄとし、コレットフィンガ１９がノツチ２２ａに係
合している第５図（ａ　）の状態から、コレットフィン
ガ１９が１つ下位のノツチ２２ｂに係合するところまで
インデックスチューブ２１を挿入するものとすると、ま
ずインデックスチューブ２１を同図（ｂ）のように、ノ
ツチ２２ｂがコレットフィンガ１９をわずかに通過する
ところまで過剰に上昇させる。このとき駆動ピストン２
３の上面側の水は引抜用加圧水供給ライン４９を通り、
方向選択弁３８ｄおよび逆止弁４４を経て排水ヘッダー
４７に放出される。

次に方向選択弁３８ａ、３８ｄを閉弁させると同時に方
向選択弁３８８．３８０を開弁させて、コレットピスト
ン１８を作動させない程度の低圧の加圧水を引抜用加圧
水供給孔３０より駆動ピストン２３の上面側へ供給する
。このとき、加圧水の一部はコレットフィンガ解除用流
路３１を通ってコレットピストン１８の下面側へ供給さ
れるが、低圧であるためコレットピストン１８は作動し
ない。

このようなして供給された低圧加圧水はピストンチュー
ブ２フ内、バッファオリフィス２８およびピストンチュ
ーブ２７とインデックスチューブ２１との間を通して駆
動ピストン２３の上面側へ供給されるので、インデック
スチューブ２１および制御棒１４は自らの自重に加圧水
の低圧力が加えられてセトル動作を行う。すなわち、イ
ンデックスチューブ２１および制、御棒１４は、第５図
（Ｃ）の如くノツチ２２ｂがコレットフィンガ１９に係
合したところで停止し、挿入動作が完了する。

また、制御棒１４の引抜動作は次のように行なわれる。

まず引抜信号により方向選択弁３８ａ　、３８ｄが短時
間（約１秒間）だけ開弁して駆動ピストン２３の下面側
に加圧水が供給される。そこでインデックスチューブ２
１が第６図（ａ　）の位置から（ｂ）の位置までわずか
に上昇し、コレットフィンガ１９をノツチ２２０より離
脱させる。

続いて方向選択弁３８ａ　、３８ｄが閉弁し、同時に方
向選択弁３８ｂ　、３８０および３８ｅが開弁する。こ
れによってポンプ３４より送出された高圧の加圧水が引
抜加圧水供給ライン４９を通って駆動ピストン２３の上
面側へ供給され、同時に］レットフィンガ解除用流路３
１を通してコレットピストン１８の下面側へも供給され
る。したがって同図（Ｃ）の如くコレットピストン１８
と共にコレットフィンガ１９がコレットスプリング２０
を圧縮しながら上昇し、コレットフィンガ１８の上端が
ガイドキャップ２６に摺接してインデックスチューブ２
１の外周面より離間する。このためコレットフィンガ１
８はいずれのノツチ２２に対しても係合不能な状態とな
る。この状態は約２秒間保持されるが、その間にインデ
ックスチューブ２１は駆動ピストン２３の上面に作用す
る加圧水により同図（ｄ　）の如く引抜保持位置近くま
で引抜かれる。このとき、駆動ピストン２３の下面側の
水は挿入用加圧水供給ライン４８を通り、方向選択弁３
８ｃおよび逆止弁４４を経て排水ヘッダー４７に放出さ
れる。

その後、方向選択弁３８ｂのみを閉弁して駆動ピストン
２３の上面およびコレットピストン１８の下面に作用し
ている加圧水の圧力をコレットピストン１８が作動しな
い程度の圧力まで落し、低圧の加圧水として引抜用加圧
水供給孔３０より駆動ピストン２３の上面側へ供給する
。このとき低圧加圧水の一部はコレットフィンガ解除用
流路３１を通ってコレットピストン１８の下面側へ供給
されるが、低圧であるためコレットピストン１８は作動
しない。そして低圧加圧水はピストンチューブ２７内を
通過して駆動ピストン２３の上面に作用するので、イン
デックスチューブ２１および制御棒１４は自らの自重に
加圧水の低圧力が加えられてセトル動作を行う。すなわ
ちインデックスチューブ２１およびＣＲ１４は、第６図
（ｆ）の如くノツチ２２ｂがコレットフィンガ１９に係
合したところで停止し、引抜動作が完了する。

このように制御棒１４のセトル動作は制御棒水圧駆動装
置３２より供給される低圧加圧水とインデックスチュー
ブ２１および制御棒１４の自重とによって行なわれるの
で、燃料集合体２の変形により制御棒１４と燃料集合体
２との接触が生じても、セトル動作を確実に行うことが
できる。従っで、本実施例によれば燃料集合体の使用期
限を延長することができ、ＢＷＲの安全性も向上する。

なお、上記実施例ではセトル動作時に開弁し低圧の加圧
水を駆動ピストン２３上面側へ供給する低圧加１．．圧
水供給弁として開閉動作のみの方向選択弁３８ｅを使用
した例について説明したが、この方向選、′択弁３８ｅ
′□に流量制御手段を設け、コレットビス：トン１８の
下面への供給圧力を調整できる構成と□してもよい。

［発明の効果］ 以□上′詳述したように本発明によれば、燃料集合体の
変形により□制御棒ζ燃料集合体との接触が生じても制
御御棒のタトル動作が確実に行なわれ、燃料集合体：め
使用□期間を延長して経済性の向上および放射性−−物
１の低減をはることができ、かつＢＷＲの安全性を向上
することができるＢＷＲの制　　　　□御棒水圧駆動装
、シを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図１ｊ本発明の一実施例を示す制御棒水圧駆動装置
の概略構成図、第２図はＢＷＲの一部を示す概略縦断面
図、第３図は第２図の■−■線矢視断面図、第４図はＣ
ＲＤの内部構造を示す縦断面図、第５図（ａ　）〜（Ｃ
）は制御棒の挿入動作を説明するための説明図、第６図
（ａ　）〜（ｆ）は同じく制御棒の引抜動作を説明する
ための説明図、第７図は従来の制御棒水圧駆動装置の概
略構成図である。 １・・・ＲＰＶ（原子炉圧力容器）、２・・・燃料集合
体、３・・・炉心、１０・・・ＣＲＤハウジング（制御
棒駆動機構）、１４・・・制御棒、１８・・・コレット
ピストン、１９・・・コレットフィンガ、２０・・・コ
レットスプリング、２１・・・インデックスチューブ、
２２゜２２ａ　、２２ｂ　、２２ｃ　、２２ｄ　・・・
ノツチ、２３、・・・駆動ピストン、３２・・・制御棒
水圧駆動装置、３８ａ　、３８ｂ　、３８ｃ　、３８ｄ
　・・・方向選択弁、３８１１ｊ・・・方向選択弁（低
圧加圧水供給弁）、４８・・・挿入用加圧水供給ライン
、４９・・・引接用加圧水供給ライン。 第１図 第２図 ｊＩ３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉圧力容器底部に設けられた制御棒駆動機構
   に加圧水を供給して制御棒を炉心内へ挿入または引抜き
   動作させる制御棒水圧駆動装置において、前記加圧水を
   制御棒駆動機構の駆動ピストン上面側へ供給する引抜用
   加圧水供給ラインに、前記制御棒のセトル動作時に開弁
   し低圧の加圧水を前記駆動ピストン上面側へ供給する低
   圧加圧水供給弁を前記引抜用加圧水供給ラインの方向選
   択弁と並列に設けたことを特徴とする制御棒水圧駆動装
   置。
2. （２）前記低圧加圧水供給弁は流量制御手段を備えてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の制御棒
   水圧駆動装置。