JPS643103Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、原子炉の制御棒駆動装置に関す
る。

従来の制御棒駆動方式は、ピストン・シリンダ
ー駆動式、磁気ジヤツク駆動式、可動コイル駆動
式及びボール・ナツト・ネジ駆動式が実用に供さ
れている。ピストン・シリンダー駆動式は、ピス
トンを作動させるために、液体又は、気体を加圧
−減圧し、階段状に原子炉の制御棒が駆動され
る。磁力による磁気ジヤツク駆動式は、複数個の
電磁コイルを順次、励磁−消磁させて階段状に原
子炉の制御棒を駆動する。ボール・ナツト・ネジ
駆動式は、電動機の回転がウオーム歯車、クラツ
チを介して、ボール・ナツト・ネジに伝達され原
子炉の制御棒を連続に駆動する。原子炉を緊急停
止させるために、原子炉の制御棒を自然落下させ
る場合は、クラツチに電磁石を用いて行うか又
は、連結部の切り離し機構に電磁石を用いて行
う。このため、これらの電磁石の残留磁気による
遅れ時間が生じるので、設計上この要求に応じ
て、十分考慮する必要がある。電磁力による可動
コイル駆動式は、原子炉の制御棒と連結されてい
る強磁性体が、圧力管内にあり、圧力管外の電磁
コイルが励磁されると、電磁コイルに対応した強
磁性体が保持される。この状態で電磁コイルを駆
動することにより、強磁性体に連結されている原
子炉の制御棒を連続に駆動せしめる。しかし、原
子炉を緊急停止させるために、原子炉の制御棒を
自然落下させる場合、圧力管内の強磁性体と圧力
管内面との摺動部摩擦力及び圧力管外電磁コイル
の消磁時残留磁気による遅れ時間が生じる。又、
この場合の圧力管は、可動コイル設計上薄肉管に
する必要がある。

この考案による制御棒駆動装置は、ステツプモ
ータの回転が減速機及び軸シールされたピニオン
歯車を介して、ラツク連結棒、スペーサ及びスペ
ーサに連結されている原子炉の制御棒を連続に駆
動する。又、電磁石を有さずステツプモータの電
源のみを開放することにより、自然落下を行なわ
せるので遅れ時間は、非常に小さくなる。又、圧
力管は可動コイル制御棒駆動装置の場合の様に薄
肉管にする必要がないので、強度上充分余裕があ
り、圧力管破損による一次水漏洩等に対し十分安
全に設計することができる。

この考案は、原子炉の炉心下部側より原子炉の
制御棒を連続駆動させることにより、原子炉の出
力の微調整制御及び粗調整制御を行う。又、原子
炉緊急停止のスクラム安全動作をも行なう従来装
置の欠点を排除した原子炉の制御棒駆動装置を得
ることを目的とする。

次に、この考案の実施例を示す図について説明
すると、原子炉底壁３を隔だてた上部側が炉心
１、原子炉一次冷却水２の領域である。図におい
てステンレス合金製の貫通孔５は、原子炉底壁３
の上部に先端が差し込まれたアルミニウム合金製
の角形ガイド管４と、原子炉底壁３の下部に固定
された圧力管１７を連通する構造である。圧力管
１７は、ボール弁１８、駆動伝達部１９、下端フ
ランジ部２８で構成され、駆動軸１３及び緩衝部
２４を内包する構造である。又、駆動伝達部１
９、下端フランジ部２４との分割が行なえ保守、
点検が容易な構造である。

原子炉の制御棒は、中性子を吸収する吸収体
６、炉心の中性子束密度を平均化するポイゾン燃
料体７及び角形ガイド管４内でこれらを案内する
複数個のガイドローラ８で構成されている。

上記制御棒を駆動する駆動軸１３は、スペーサ
１０、ガイドローラ１１、連結部１２、ラツク連
結棒１５で構成され、脱着可能な連結部９で前記
制御棒に連結されている。又、駆動伝達部１９
は、一方をステツプモータ２０に、他方を軸シー
ル部２２を有しピニオン歯車２３を固定している
軸に、歯車を用いて接続されている減速機２１及
びラツク部１４にカミ合うピニオン歯車２３によ
り構成されている。従つて、ステツプモータ２０
の回転による駆動力は、駆動伝達部１９を介して
駆動軸１３に伝達され、原子炉の制御棒が上・下
に連続駆動される。

減速機２１は、平歯車の組合せで構成されてい
るため摩擦抵抗が小さく精度の良い、ステツプモ
ータ２０の減速及びピニオン歯車２３への伝達が
行なえる。ピニオン歯車２３はステンレス合金、
樹脂等の耐腐食性のある材料を用いて軸シール部
２２を設けた軸に固定されている。このため軸受
けの寿命が長くなる。軸シール部２２は、合成ゴ
ム等のリング及びステンレス合金を用いたスプリ
ングで構成されているため、軸に特別な表面処理
を必要とせず、一次水の漏洩が生じない。

ラツク連結棒１５は、ステンレス合金製の丸形
ラツクを用いているので、ピニオン歯車２３との
カミ合いが確実で歯角部の破損・摩耗も無く円滑
な動作が得られる。

複数個の案内部１６は、圧力管１７に固定され
たステンレス合金又は、樹脂等の摩擦抵抗の小さ
い耐腐食性の材料で、円形テーパ状の分割ブツシ
ユ及びローラ又は、スライドベアリングを用い
る。このため、ラツク連結棒１５の逃げ力を吸収
し、確実な且つ円滑なカミ合いを得る構造であ
る。

連結部１２は、ピンを用いてラツク連結棒１５
が固定されているため、駆動時に駆動軸１３が曲
げ力を受けず、ピニオン歯車２３とラツク部１４
との確実なカミ合いを行なわせる製作、組立精度
に対して余裕を持てる。

スペーサ１０は制御棒の冷却路の確保を計るた
め角形の連結部９，１２及び４本の円柱で構成
し、炉心１に近いため中性子による放射化が少な
く、耐腐食性のあるアルミニウム合金、ジルコニ
ウム合金等を用いる。又ガイドローラ１１を有す
るため駆動時の過負荷及び一次水流動による外力
を吸収し、振動が生じない。スペーサ１０と貫通
孔５の断面形状が異なるため、原子炉の制御棒が
規定以上に、炉心１の下方向に突出することはな
い。

ラツク部１４は、先端を規定された長さに歯を
取り除くことにより原子炉の制御棒が炉心１の上
方向に突出しない構造である。

ステツプモータ２０は、駆動信号発生部３０の
制御信号により連続回転すると共に励磁電源３１
により原子炉の制御棒定位置を保持する。又、原
子炉緊急停止時は、励磁電源３１を開放にするこ
とにより、保持力をなくし、原子炉の制御棒及び
駆動軸１３が自重で落下する。

緩衝部２４は、上面が半月状又は、テーパ状の
ピストン２６並びに圧力管１７の内面に設けられ
た凸状のストツパー２５及びコイル状のスプリン
グ２７により構成されている。このためピストン
２６は、ストツパー２５の位置までスプリング２
７により押し上げられている。原子炉緊急停止時
は、ラツク部１４の先端がピストン２６の上面で
受けられ、圧力管１７内の一次水とピストン２６
外周面との摩擦による、落下の衝撃エネルギーを
吸収する構造である。このためラツク部１４の先
端に損傷を与えない。また落下速度に応じた緩衝
作用が行なえる。

下端フランジ部２８は、圧力管１７の下端にボ
ルト、パツキン等を用いて、一次水を密封すると
共に原子炉の制御棒下限位置で駆動軸１３を含む
荷重を受ける構造である。

一次水排出カプラー２９は、内部に弁を有し、
下端フランジ部２８に設けられ、排水系に接続さ
れている自在管を接続することにより圧力管１７
内の一次水を排水する構造である。又上記自在管
１本で複数装置の排水操作が容易に行える。

位置指示検出部３３は、ピニオン歯車２３が固
定されている軸の回転数をロータリー・エンコー
ダ等を用いて、原子炉の制御棒位置指示を行う信
号を発生する。

位置検出部３２は、ラツク部１４に設けた永久
磁石と圧力管１７の外周でこれを検出する磁気感
知機等を用いて、原子炉の制御棒下限位置及び規
定された上限位置を、検出し位置表示並びに駆動
制御信号発生部３０へ信号を発生する。

駆動信号発生部３０は、ステツプモータ２０へ
一定巾のパルスを送出すると共に実回転とのズレ
を検出する脱調回路を有し過負荷時にステツプモ
ータ２０を停止する信号を発生する。又位置検出
部３２の信号を受けてステツプモータ２０を停止
する信号を発生する。

この考案の駆動装置の保守、点検等を行う場
合、駆動軸１３は、炉心１の上方に取り出す。圧
力管は、貫通孔５の上部に放射線遮蔽付の栓を設
けるか又は、ボール弁１８を閉として、一次水排
出カプラー２９より一次水を排出して取り外す構
造である。連結部９の脱着操作は、ボール弁１８
を閉にして行えるので、誤操作時、駆動軸１３の
落下による、ピニオン歯車の損傷がない。

上述のように、この考案は、小形で極めて構造
が簡潔なため、取り扱い、保守、整備が容易であ
り、一次水圧力管内に複雑な機構及び摺動部を有
さないため、摩耗、腐食等のおそれがなく、原子
炉緊急停止のためのスクラム安全動作の応答が早
く、確実に行えると共に連続駆動されるため原子
炉出力の微調整、粗調整制御が行なえる。又駆動
部の配置設計が容易であり、高負荷駆動力を有す
るので負荷変動、大負荷の要求を満す。したがつ
て、原子炉の制御棒本数が少なく、１本当りの高
信頼度を要する及び燃出力密度の高く、一次冷却
水の炉心流動差圧の大きなかつ、その変動巾の広
い高中性子束炉に適用可能である。原子炉の炉心
下部側に設置される型の原子炉の安全運転に充分
寄与できる原子炉の制御棒駆動装置である。

【図面の簡単な説明】

図はこの考案の制御棒駆動装置の一態様を示す
縦断面図である。 １：炉心、２：原子炉一次冷却水、３：原子炉
底壁、４：角形ガイド管、５：貫通孔、６：吸収
体、７：ポイゾン燃料体、８：ガイドローラ、
９：連結部、１０：スペーサ、１１：ガイドロー
ラ、１２：連結部、１３：駆動軸、１４：ラツク
部、１５：ラツク連結棒、１６：案内部、１７：
圧力管、１８：ボール弁、１９：駆動伝達部、２
０：ステツプモータ、２１：減速機、２２：軸シ
ール部、２３：ピニオン歯車、２４：緩衝部、２
５：ストツパ、２６：ピストン、２７：スプリン
グ、２８：下端フランジ部、２９：一次水排出カ
プラー、３０：駆動信号発生部、３１：励磁電
源、３２：位置検出部、３３：位置指示検出部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 原子炉の炉心底壁に設けられた貫通孔に挿入
   されていて原子炉の炉心下部から制御棒を駆動
   する原子炉の制御棒駆動装置にして、 (イ) 駆動力を発するステツプモータ； (ロ) 制御棒に連結され且つラツク部を有するラ
   ツク連結棒を含み、軸方向に移動自在になさ
   れた駆動軸； (ハ) 前記ラツク部と噛合するピニオン歯車を含
   み、 前記ステツプモータからの駆動力を前記ピニ
   オン歯車を介して前記駆動軸に伝達する駆動
   伝達部； (ニ) 前記駆動軸、および前記駆動伝達部を内包
   し且つ前記炉心底壁に設けられた貫通孔に挿
   入されている圧力管；および (ホ) 前記制御棒の位置を制御するための制御信
   号を前記ステツプモータに供給する駆動制御
   信号発生部、からなり、 前記ステツプモータは前記駆動制御信号発生
   部の制御信号により連続回転すると共に励磁電
   源により原子炉の制御棒定位置を保持し、 前記ステツプモータの励磁電源を開放にする
   ことによつて前記原子炉の制御棒及び前記駆動
   軸が自重落下することを特徴とする制御棒駆動
   装置。 ２ 前記貫通孔がステンレス合金製であり、前記
   原子炉底壁の上部に先端が差し込まれたアルミ
   ニウム合金製のガイド管と圧力管を連通する実
   用新案登録請求の範囲第１項に記載の駆動装
   置。 ３ 前記制御棒が中性子吸収体、ポイゾン燃料体
   及び角形ガイド管内でこれらを案内する複数個
   のガイドローラから構成されている実用新案登
   録請求の範囲第１項に記載の駆動装置。 ４ 前記駆動軸がスペーサ、ガイドローラ、連結
   部および前記ラツク連結棒から構成されてい
   て、脱着可能な連結部で制御棒に連結されてい
   る実用新案登録請求の範囲第１項に記載の駆動
   装置。 ５ 前記駆動伝達部が、その一方を前記ステツプ
   モータに、他方を軸シール部を有し前記ピニオ
   ン歯車を固定している軸に歯車を用いて接続さ
   れている減速機及び前記ラツク部にカミ合う前
   記ピニオン歯車から構成されている実用新案登
   録請求の範囲第１項に記載の駆動装置。 ６ 前記圧力管が下端に前記圧力管から分割可能
   な下端フランジ部を内包する実用新案登録請求
   の範囲第１項に記載の駆動装置。 ７ 前記圧力管が内包する前記駆動伝達部が前記
   圧力管から分割出来ることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第１項に記載の駆動装置。 ８ 減速機が平歯車の組合せから成る実用新案登
   録請求の範囲第５項に記載の駆動装置。 ９ 前記ピニオン歯車が耐腐食性材料で前記軸シ
   ール部に固定されている実用新案登録請求の範
   囲第５項に記載の駆動装置。 10 前記圧力管の下端に緩衝部を設けた実用新案
   登録請求の範囲第１項に記載の駆動装置。 11 前記緩衝部が、ピストン及び前記圧力管の内
   面に設けられたストツパー及びスプリングから
   構成されている実用新案登録請求の範囲第10項
   に記載の駆動装置。 12 前記下端フランジ部に一次水排出カプラーを
   設けた実用新案登録請求の範囲第６項に記載の
   駆動装置。 13 前記駆動伝達部に原子炉の制御棒位置指示を
   行なう信号を発生する位置指示検出部を設けた
   実用新案登録請求の範囲第１項に記載の駆動装
   置。 14 前記駆動制御信号発生部が前記ステツプモー
   タへ一定のパルスを送出すると共に実回転との
   ズレを検出する脱調回路を有し、過負荷時に前
   記ステツプモータを停止する信号を発生する実
   用新案登録請求の範囲第１項に記載の駆動装
   置。 15 前記圧力管に前記原子炉の制御棒下限位置及
   び規定上限位置を検出し位置表示し前記駆動制
   御信号発生部へ信号を発生する位置検出部を設
   けた実用新案登録請求の範囲第１項に記載の駆
   動装置。