JPS6264986A - 制御棒駆動装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉発電設備に係り、特に制御棒駆動機構
の駆動圧力を供給する高圧ガス供給装置の圧力制御装置
に関する。

〔発明の背景〕

従来の装置では、高圧ガスタンクのガス圧力は、常時一
定圧力範囲内にあることを圧力計により監視するととも
に、圧力が異常に低下した場合、警報により検出可能と
なっている。また、特開昭５８−２１９４９１号には、
ガス圧力が、一定圧力以下に低下し、制御棒を炉心へ所
定時間内に挿入ができなくなる前に圧力異常低下による
信号によって、制御棒駆動機構に高圧タンクの高圧水を
供給して制御棒を炉心へ急速挿入してしまう方法につい
て述べられている。

しかし、上記の方法によれば、原子炉の定格出力運転中
に制御棒を炉心に急速挿入してしまうことによって原子
炉出力の低下が生じることは回避できない。また、制御
棒挿入状態から通常運転状態まで復帰するまでに、高圧
ガスの再封入、制御棒の引抜操作等の作業の発生につい
ては配慮されていなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、非常時の制御棒の炉心への急速挿入機
能に対し、駆動力となる窒素ガス圧力を確保することに
よって、制御棒の急速挿入機能を確保するとともに、炉
心挿入時間の均−化及び炉圧変化に対する一定化を図っ
た制御棒駆動装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

従来の制御棒駆動装置の高圧ガス供給装置は、原子炉圧
力とは無関係に一定圧カが封入されるが、それぞれ単独
で機能する構成となっていた。

本発明の特徴は、原子炉圧力に対する高圧ガス圧力を一
定調整することによって （１）制御棒急速挿入用高圧ガス供給装置のガス圧力が
異常に低下した場合においても、急速挿入が不能となる
前にガス圧°力を自動調整し、急速挿入失敗事象の防止
、及びガスの再封入作業の省略が可能となる。

（２）全制御棒駆動機構の駆動圧力が均一に制御するこ
とによって、制御棒の炉心挿入時間が一定値に均一化さ
れ挿入時間のバラツキを少なくすることが可能となり、
炉心反応抑制上好影響を与える結果となる。

また、原子炉圧力が低い場合において制御棒駆動機構は
、駆動機構上部の背圧が低いことにょって通常運転時の
挿入速度より速く挿入されることになるが、この点につ
いて （３）挿入時間を通常運転時と同じに調整することによ
って制御棒駆動機構の過度の急速挿入による損傷を防止
することができる。

〔発明の実施例〕

原子炉圧力容器内の炉心の出力制御は各制御棒に対応し
て設けられた水圧ピストン方式の制御棒駆動機構により
制御棒を炉心に対して挿入、引抜動作させることによっ
て行われる。そして、制御棒駆動機構の駆動は、通常時
制御棒駆動機構に対応して設けられた水圧制御ユニット
によって行われる。

ところで、何らかの原因で原子炉を、緊急停止させねば
ならない場合には、全制御棒を一斉に炉心に挿入させる
いわゆるスクラム操作が行われる。

スクラム操作は水圧制御ユニット内に充てんされた高圧
水をスクラム配管を通して制御棒駆動機構へ供給するこ
とにより行われるが、スクラム配管途中にはスクラム弁
が設置され、原子炉定格運転中は全水圧制御ユニットの
スクラム弁を空気圧によって閉弁状態に保持しておき原
子炉保護系より、スクラム信号が発生した時全スクラム
弁に使用していた空気圧を一斉に大気中へ逃がしてスク
ラム弁を開弁するように構成されている。

本発明の一実施例として第１図を用いて発明の詳細な説
明する。

第１図において各制御棒に対応した制御棒駆動機構１５
は原子炉圧力容器８の下部より炉内へ挿入された形で設
置されている。制御棒駆動機構１５には、スクラム駆動
水を供給する挿入用スクラム配管１６及び制御棒駆動機
構がらの排出水を排出する引抜用スクラム配管１７を介
して水圧制御ユニットが設置されている。

水圧制御ユニット１０は、スクラム操作時制御棒駆動機
構を挿入するための高圧水を常時保持したアキュームレ
ータと称する高圧タンク１及びアキュムレータにつなが
り制御棒駆動機構のスクラム駆動時のエネルギー源とな
る。窒素ガスを封入した窒素ガス容器３とアキュームレ
ータを常時高圧保持するための挿入側スクラム配管途中
に設けられた入口スクラム弁５と通常時制御棒駆動機構
を介して炉水が流出しないように圧カバンダリとなる。

引抜配管側に設けられた出口スクラム弁６を有する。さ
らに、入口スクラム弁５及び出口スクラム弁６には弁の
開閉操作を行う空気圧力を制御するスクラムパイロット
弁７が設置される。

原子力発電プラントでは、プラント状態の異常が発生し
原子炉を緊急に停止させる必要が生じた場合原子炉保護
系からのスクラム信号によりスクラムパイロット弁７が
作動し、常時高圧空気により閉弁状態にあった入口及び
出口スクラム弁５．６がら空気を急速排気してスクラム
弁を開状ｊｌｌにする。入口及び出口スクラム弁が開く
ことによってアキュームレータ１に充てんされた高圧水
が７キユームレータ内の浮動ピストン２を介した窒素ガ
ス容器３の高圧力によって押出され制御棒駆動機構１５
に供給される。同時に、制御棒駆動機構１５の上昇によ
って制御棒駆動機構がら排出水が出口スクラム弁６を介
して系外へ排出される。以上の操作により制御棒駆動機
構上部に設置された制御棒が所定時間内に炉心へ急速挿
入される。

本発明の特徴は窒素ガス容器３の内部にガス圧力調整用
の調整ピストン４を計け、原子炉圧力と窒素ガス圧力を
それぞれ圧力検出器１３．１４にて検出し、その差圧が
常と一定になるように制御装置１２より制御モータ１１
に信号を与えて窒素ガス容器圧力を調整する装置を有す
ることである。

本実施例では調整ピストン４と制御モータ１１はラック
−ピニオン機構により連結されている。

窒素ガス容器３の充てんガス圧力は通常約１２〇−／−
に設定されるとともにアキュムレータ１には常時高圧ポ
ンプより高圧水供給配管１８を介して高圧水が充てんさ
れ、浮動ピストン２はアキュムレータ下面に押しつけら
れている。さらに、アキュムレータ１の充てん水の逆流
流出を防止するため高圧水供給配管１８の途中には逆止
弁９が設置されている。原子炉の通常運転すなわち炉圧
が７０ｋｇ／Ｊ程度昇圧された運転においては、上記の
状態においてスクラム操作を行うことにより正常な制御
棒の炉心挿入が可能である。この時の原子炉圧力と窒素
ガス充てん圧力の差圧は約５０ｋｇＺ−程度である。こ
の差圧を基準として、通常運転中の窒素ガス圧力の環境
温度変化による変動あるいは、窒素ガス漏洩による圧力
低下を補正するように窒素ガス容器３内の調整ピストン
４をラック−ピニオン機構を介した調整モータによって
上下操作させてガスボリュームを変化させ、ガス圧力を
調整するものである。

本実施例によれば次のような効果が得られる。

（イ）窒素ガス圧力の変動あるいは異常に対して従来は
窒素ガスの再封入を行うための制御棒の挿入操作及びこ
れに伴う原子炉出力の低下が避けられなかったが１本発
明によってこれらを回避することが可能であり原子炉出
力を確保することができる。　また、窒素ガス圧力の異
常に対応した圧力の補正を行うことによって、通常運転
中の窒素ガスの再封入作業が不要となり作業性が改善さ
れる。

また、従来の窒素ガス圧力の監視は圧力低下に対する警
報を発するのみであったのに加えて積極的な圧力調整装
置を設けることによって制御棒駆動機構の正常な動作性
能が確保され、制御棒駆動装置としての信頼性を向上さ
せることができる。

（２）原子力出力１１００Ｍｗｅクラスの原子カプラン
トには制御棒は１８５体設置されるがこれらの制御棒を
操作する制御棒駆動機構のスクラム特性には個々に若干
の挿入時間のバラツキが存在する−このバラツキが存在
する原因として、制御棒駆動機構の駆動エネルギー源と
なる窒素ガス圧力のバラツキが一要因となる。これに対
して、本発明によれば原子炉圧力に対する窒素ガス圧力
を一定差圧に制御することによってガス圧力の個々のバ
ラツキがなくなるため、制御棒駆動機構のスクラム特性
が改善され挿入時間のバラツキが少なくなる。

これによって非常時におけるスクラム操作でも安定した
制御棒の炉心への挿入が行えることにより。

安定した原子炉の反応度抑制を行うことができる。

（３）従来方式による制御棒駆動装置においては、通常
運転時の原子炉圧力が約７０ｋｇ／ｃＪある状態では窒
素ガス圧力゛（約１２０ｋｇ／ｃＪ）と原子炉圧力との
差圧は約５０−／−程であるが、原子炉圧力が低下し大
気圧状態となった場合その差圧は約１２０ｋｇ／、ｆｆ
ｌと増大しそれによってスクラム操作時の制御棒駆動機
構の挿入速度も同時に速くなる。

このような荷酷な使用により制御棒駆動機構には通常運
転中のスクラム操作時に比べて大きな応力が生じること
になる。これに対して、本発明によれば原子炉圧力が低
下した場合においても窒素ガス圧力は、原子炉圧力より
約５０ｋｇ／ａＪ程度高く調整されるため、制御棒駆動
機構のスクラム速度は適状運転状態でのスクラム速度と
同程度となり、荷酷な応力状態を回避することができる
。これによって制御棒駆動機構の荷酷な使用による損傷
を防止することができる。

（４）制御棒駆動装置のスクラム操作は、スクラム弁操
作用高圧空気をスクラムパイロット弁より急速排気して
入口及び出口スクラム弁を弁開することによって行われ
る。この時、出口スクラム弁は必ず入口スクラム弁より
先に開かなければならない。なぜならば、出口スクラム
弁はスクラム操作によって制御棒駆動機構からの排出水
を系外へ排出する役目を持つが、万一出口スクラム弁よ
り先に入口スクラム弁が開くとアキュムレータから高圧
力が制御棒駆動機構に供給されるにもかかわらず制御棒
駆動機構の上昇及びそれによる排水ができないので制御
駆動機構及び挿入用、引抜用スクラム配管内圧が上昇し
て機器の破損を生じる恐れがあるためである。

ここで、スクラム弁の動作特性は第２図に示すように原
子炉圧力により弁開時間特性が変化する特性をもつ、す
なわち入口スクラム弁に対しては、原子炉圧力が低い場
合には入口スクラム弁前後の差圧が約１２０ｋｇ／ａｄ
（窒素ガス充てん圧力）と高いため弁は開き易く、原子
炉圧力が上昇するに従って弁差圧が小さくなるため開弁
時間が遅くなる特性がある。また、出口スクラム弁に対
しては原子炉圧力が低い場合には出口スクラム弁前後の
差圧はＯｋｇ／ｃｄ　（出口スクラム弁出口側圧力は大
気圧）であるため開弁は遅く、原子炉圧力の上昇に従っ
て弁差圧が上昇するため開弁時間が速くなる傾向がある
。

以上の特徴より原子炉圧力が低い状態においては入口及
び出口スクラム弁の開弁時間差は、約１７１００秒程度
となり、弁開動作のタイミングは非常に微妙となってい
る。

これに対して本発明によれば、窒素ガス圧力は原子炉圧
力に対して約５０ｋｇ／ｄと一定圧だけ高く制御される
ため、入口スクラム弁の開弁特性は原子炉圧力とは無関
係に一定時間となるとともに。

確実に出口スクラム弁よりも遅く開くように改善される
。このためスクラム弁の開弁動作タイミングのズレによ
る制御棒駆動機構及び配管の内圧上昇を防止でき、これ
によって機器の破損を防止することができる。

（発明の効果〕 本発明によれば、 （１）通常運転中の窒素ガス圧力の変動、異常に対して
、窒素ガスの再封入を行う必要がなく、再封入に伴なう
原子炉出力の低下を回避することができる。また、通常
運転中の再封入作業自体を不要とすることができる。

（２）従来の窒素ガス圧力監視に加えて、積極的に窒素
ガス圧力を調整する調整装置を設けることによって、制
御棒駆動装置としての信頼性を向上させることができる
。

（３）窒素ガス容器圧力を原子炉圧力に対して全台数一
定差圧だけ高く設定できるため、スクラム操作時の制御
棒挿入時間を均一化することにより、非常時の原子炉停
止において安定した反応度抑制効果が得られる。

（４）低炉圧状態におけるスクラム操作でも、スクラム
速度を通常運転中のスクラム速度と同程度とすることに
より、制御棒駆動機構の荷酷な使用を避け、制御棒駆動
機構の損傷を防止することができる。

（５）入口スクラム弁に生じる弁差圧を原子炉圧力に無
関係に一律低差圧に抑えることにより、低炉圧状態にお
けるスクラム弁の開弁特性を改善し、スクラム弁の開弁
タイミングのズレによる制御棒駆動機構の破損を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す制御棒駆動装置の系
統図、第２図は、スクラム弁の原子炉圧力に対する開弁
特性図である。 １・・・アキュムレータ、２・・・浮動ピストン、３・
・・窒素ガス容器、４・・・ガスボリューム調整ピスト
ン、５・・・入口スクラム弁、６・・・出口スクラム弁
、７・・・スクラムパイロット弁、８・・・原子炉圧力
容器、９・・・逆止弁、１０・・・水圧制御ユニット、
１１・・・調整モータ、１２・・・制御装置、１３．１
４・・・圧力検出器、１５・・・制御棒駆動機構、１６
・・・挿入用スクラム配管、１７・・・引抜用スクラム
配管、１８・・・高圧水供給配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、原子力発電設備の制御棒の動作制御する制御棒駆動
   機構と制御棒駆動機構に駆動源となる高圧水を供給する
   高圧タンク及び高圧ガスタンクを有する水圧制御ユニッ
   トと高圧タンクと制御棒駆動機構を連結する配管及び弁
   から成る制御棒駆動装置において、高圧ガスタンクにガ
   ス圧力調整装置を設け、原子炉圧力によりガス圧力を一
   定調整する設備を設置したことを特徴とする制御棒駆動
   装置。