JPH0117560B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炉心上部に配置された制御棒を駆動す
る制御棒駆動機構に関する。

第１図は従来の沸騰水形原子炉を示すもので、
原子炉圧力容器１内には多数の燃料集合体２より
構成される炉心３、その上方に気水分離器４、さ
らにその上方に蒸気乾燥器５が設けられ、圧力容
器１の上端は蓋６にて閉塞されている。また圧力
容器１の内部には冷却材としての水７が所定のレ
ベルまで充たされており、炉心３における核反応
により沸騰した水は気水分離器４において気水分
離され、さらに上昇した蒸気は乾燥器５により乾
燥され、主蒸気配管８よりタービン駆動源として
排気される。そしてタービン駆動後の復水は冷却
材として再び原子炉圧力容器１内へ給水される。

また、圧力容器１の内部には、炉心３の下部に
中性子吸収機能を有する制御棒９が多数設けら
れ、圧力容器１の底部には、これらの制御棒９を
昇降駆動する制御棒駆動機構１０が設けられてい
る。

そこで上記制御棒駆動機構１０により制御棒９
を上昇させ、炉心３内へ挿入させると、炉心３に
おける核反応が抑制されて原子炉出力が低減し、
制御棒９を下降させて炉心３より引抜くと、核反
応が増進されて原子炉出力が増加する。

上記制御棒駆動機構１０としては、原子炉通常
運転時には核反応度を急激に変化させないように
比較的緩つくりと挿脱動作させることができ、ま
た、たとえば地震発生等の理由で核反応度を急速
に低減させて原子炉を緊急停止させる際にはきわ
めて迅速に制御棒３を挿入動作させることができ
るようにする必要がある。

ところで、沸騰水形原子炉はその構造上の特徴
により、制御棒９は圧力容器１の底部より炉心３
内へ挿入されるようになつており、制御棒駆動機
構１０の駆動源として一般には高圧水が使用され
る。そして制御棒９に連結されたピストンに下面
側より加圧することにより、制御棒９を挿入動作
させるようにしていた。しかしながらこの場合、
制御棒９の挿入は重力に抗して上昇させることに
より行なわねばならないので、緊急事態発生時に
万一、駆動源が喪失したりすると、制御棒の緊急
挿入動作が行なわれない事態も予測され、信頼性
の一層の向上が望まれていた。

また一般に、制御棒駆動機構は、制御棒に連結
されたピストンの自重による落下を防止するため
にコレツトフインガが設けられているが、従来の
制御棒駆動機構にあつては、上記コレツトフイン
ガがドライブピストンの外側に設けられており、
ドライブピストンの外周面に設けられたノツチに
上記コレツトフインガを係合させてドライブピス
トンを適宜の高さ位置に保持する構成であつたた
め、シリンダとピストンとの間にコレツトフイン
ガの収容スペースを確保しなくてはならず、その
結果シリンダが大径となる欠点があつた。

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、制御棒を炉心上部に配置す
ることを可能にし、これによつて原子炉緊急停止
必要時に万一、駆動源が喪失した場合でも制御棒
が重力により挿入されることとし、安全性の向上
を図るとともに、ドライブピストンを中空にし
て、そのピストンの落下を防止するためのコレツ
トフインガをドライブピストンの内側に設けるこ
とによりシリンダの小径化すなわち小形化を図り
うる制御棒駆動機構を提供することにある。

以下、本発明の一実施例を第２図ないし第３図
を参照して説明する。

第２図は沸騰水形原子炉の概略構成を示すもの
で、原子炉圧力容器１１内の炉心シユラウド１２
には多数の燃料集合体１３より構成される炉心１
４、その上方に気水分離器１５、さらにその上方
に蒸気乾燥器１６が設けられ、圧力容器１１の上
端は蓋１７にて閉塞されている。また圧力容器１
１の内部には冷却材としての水１８が所定のレベ
ルまで充たされており、炉心１４における核反応
により沸騰した水を気水分離器１５で気水分離
し、さらに上昇した蒸気を乾燥器１６で乾燥し、
主蒸気配管１９よりタービン駆動源として排出
し、タービン駆動後の復水は冷却材として再び原
子炉圧力容器１１内へ給水するように構成されて
いる。

また、圧力容器１１の内部には、炉心１４の上
部に中性子吸収機能を有する制御棒２０が多数設
けられ、圧力容器１１の底部には、これらの制御
棒２０を昇降駆動する制御棒駆動機構２１が設け
られている。

第３図は前記制御棒駆動機構２１の構成を示す
もので、図中２２は原子炉圧力容器１１の底壁下
面を取着した円筒状の制御棒駆動機構ハウジング
である。このハウジング２２の上端開口は圧力容
器１１の内部に連通し、下端開口には環状の給水
管接続体２３が取着してある。また、上記接続体
２３の上端内周縁部より上方へ向つて円筒状のシ
リンダ２４が設けられ、このシリンダ２４の内部
には中空状のドライブピストン２５が、シリンダ
２４の内周面に摺合して昇降動作するように収容
されている。上記ドライブピストン２５は下部を
環状とし、その上部に円筒体２６を有する構成の
ものである。そして上記円筒体２６の上端にはロ
ツド２７が連結され、このロツド２７は前記原子
炉圧力容器１１内の炉心部を下方より挿通して炉
心上部まで延びており、制御棒２０の下端にその
上端を連結している。また円筒体２６の外周面と
前記シリンダ２４の上端内周面との間は液密に保
持されている。また上記ドライブピストン２５の
内部には、その下端開口を通してガイドチユーブ
２８が導入されている。このガイドチユーブ２８
は、外周面にピストン２５の内周面を摺合させて
ピストン２５を上下方向にガイドするように構成
されている。なお、上記ガイドチユーブ２８の下
部外周面と前記給水管接続体２３の内周面との間
は液密に保持され、かつガイドチユーブ２８の下
端は固定板２９を介して上記接続体２３の下端に
固定されている。そして上記ガイドチユーブ２８
の内部には、固定板２９の中心部およびガイドチ
ユーブ２８の下端開口を貫通してインナーチユー
ブ３０が導入されている。

前記ガイドチユーブ２８の上端にはコレツト受
け３１が形成され、このコレツト受け３１のさら
に上方にはガイドキヤツプ３２が形成されてい
る。このガイドキヤツプ３２の外周端にはコレツ
トフインガ３５が形成されており、このコレツト
フインガ３５は常時は半径方向外側に拡径して前
記ドライブピストン２５の内周面に軸方向等間隔
に設けられた複数のノツチ３６（図中１箇所のみ
示す）の１つに係合してドライブピストン２５の
落下を防止する。又、上記コレツト受け３１内に
は解除爪３３が昇降可能に収容され、この解除爪
３３は圧縮ばね３４により常時は下方に付勢され
ている。そして後述する駆動水の圧力が下方から
作用することにより上記圧縮ばね３４の付勢力に
抗して上昇してコレツトフインガ３５を縮径さ
せ、それによつてコレツトフインガ３５とノツチ
３６との係合を解除する。

前記給水管接続体２３には挿入時給水ノズル３
７および引抜時給水ノズル３８が設けられてい
る。これらの給水ノズル３７，３８にはそれぞれ
図示しない給水管が接続され、駆動源としての高
圧水が供給されるようになつている。

上記挿入時給水ノズル３７は、前記ガイドチユ
ーブ２８の下端部に形成された通水路３９を通し
てこのガイドチユーブ２８の内部に連通し、また
ガイドチユーブ２８の上端部に設けられたオリフ
イス４０を通してシリンダ２４内におけるピスト
ン２５の上面側空間に連通するとともに、ガイド
チユーブ２８の内部より、同チユーブ２８の上端
部に設けられたオリフイス４１を通して前記コレ
ツト受け３１内の解除爪３３下面側空間に連通
し、これら給水ノズル３７、通水路３９、ガイド
チユーブ内空間、オリフイス４０およびシリンダ
２４内のピストン上面側空間によつて制御棒挿入
用加圧流路が構成されている。なお、前記円筒体
２６の下部位置には、この円筒体２６の内外面を
連通するオリフイス４２があけてある。また給水
管接続体２３には挿入時給水ノズル３７と前記制
御棒駆動機構ハウジング２２の内側空間とを連通
する細管４３が形成されている。

一方、引抜時給水ノズル３８は、小断面の複数
の衝撃吸収孔４４を通してシリンダ２４内におけ
るピストン２５の下面側空間に連通し、これら給
水ノズル３８およびシリンダ２４のピストン下面
側空間により制御棒引抜用加圧流路が構成されて
いるものである。

なお、図中４５はシリンダ２４の内底面上に配
置された衝撃吸収ばねである。

次に、この実施例の動作を説明する。

まず通常運転時における原子炉出力低下のため
の制御棒挿入動作は、挿入時給水ノズル３７より
高圧水を供給することにより行なわれる。すなわ
ち、挿入時給水ノズル３７より高圧水を供給する
と、その高圧水は第３図中に実線矢印で示す如く
通水路３９を通つてガイドチユーブ２８の内部に
流入し、その一部はオリフイス４１よりコレツト
受け３１内へ流入して解除爪３３を圧縮ばね３４
の付勢力に抗して上昇させる。これによつて解除
爪３３がコレツトフインガ３５を半径方向内側に
縮径させ、コレツトフインガ３５とノツチ３６と
の係合を解除し、ドライブピストン２５の落下動
作を可能とする。また、ガイドチユーブ２８の内
部に流入した高圧水はオリフイス４０を通してシ
リンダ２４内におけるドライブピストン２５の上
面側空間に流入し、ドライブピストン２５を上面
側より加圧するので、ドライブピストン２５は下
降し、このピストン２５にロツド２７を介して連
結されている制御棒２０も下降して炉心部へ挿入
されることになる。また、このようにドライブピ
ストン２５が下降動作するとき、ピストン２５の
下面側空間に存在する水は複数の衝撃吸収孔４４
を経て、引抜時給水ノズル３８より排出される。
そして制御棒２０が所望の位置まで挿入されたと
ころで高圧水の供給を停止すると、解除爪３３は
圧縮ばね３４により下方向へ復帰するので、コレ
ツトフインガ３５も外方向へ復帰して所定のノツ
チ３６に係合し、再びピストン２５の落下動作を
規制する。

次に、原子力出力増加のための制御棒引抜動作
は、引抜時給水ノズル３８より高圧水を供給する
ことにより行なわれる。すなわち、引抜時給水ノ
ズル３８より高圧水を供給すると、その高圧水は
第３図中に点線矢印で示す如く衝撃吸収孔４４を
通してシリンダ２４内におけるドライブピストン
２５の下面側空間に流入し、ドライブピストン２
５を下面側より加圧するので、ピストン２５は上
昇し、これと一体に制御棒２０も上昇して炉心３
に対して引抜動作する。また、この制御棒引抜動
作時においては、ドライブピストン２５の上面側
空間に存在する水はオリフイス４０よりガイドチ
ユーブ２８内を通過し、さらに通水路３９を通つ
て挿入時給水ノズル３７より排出される。そして
制御棒２０が所望の位置まで引抜かれたところで
高圧水の供給を停止すると、コレツトフインガ３
５が所定のノツチ３６に係合した状態で制御棒２
０は停止する。

また、原子炉緊急停止必要時には挿入時給水ノ
ズル３７へ、より高圧の水を供給すればよく、ド
ライブピストン２５の上面側より強力に加圧する
ことに加えて、ドライブピストン２５、ロツド２
７および制御棒２０の重力が挿入方向に作用する
ことにより、迅速な挿入動作がなされることにな
る。

また、原子炉緊急停止必要時に万一、駆動源
（たとえば高圧水）が喪失した場合には、引抜時
給水ノズル３８を大気に開放することにより、ド
ライブピストン２５の上面側と下面側との間の差
圧が急激に増大し、それに加えてドライブピスト
ン２５、ロツド２７および制御棒２０の重力が挿
入方向に作用するので、制御棒２０の全挿入が迅
速になされ、安全性を確保することができる。

以上のような構成であると、ロツド２７が炉心
部を下方より挿通して炉心上部まで延びているの
で、制御棒２０を炉心上部に配置することが可能
になり、これによつて原子炉緊急停止必要時に万
一、駆動源としての高圧水が喪失した場合でも制
御棒２０が重力により挿入動作することになり、
安全性の向上を図ることができる。またドライブ
ピストン２５は中空状をなし、その円筒体２６の
内側にコレツトフインガ３５が設けられるので、
シリンダ２４とピストン２５との間に大きなスペ
ースを確保する必要がなく、したがつてシリンダ
２４の小径化が図れ、よつて制御棒駆動機構全体
の小形化を図ることができる。

以上詳述したように、本発明に係る制御棒駆動
機構によれば、制御棒とドライブピストンとを連
結するロツドを炉心上部まで延長しているので、
制御棒を炉心上部に配置することが可能になり、
これによつて制御棒の炉心に対する挿入方向を重
力方向とし、原子炉緊急停止時に万一駆動源が喪
失した場合でも、制御棒を重力により挿入動作さ
せることができ、安全性および信頼性の向上が図
られる。またコレツトフインガをドライブピスト
ンの内側に設けたことにより、シリンダを小径に
することができ、全体の小形化が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉圧力容器部の従来例を示す概略
断面図、第２図および第３図は本発明の一実施例
を示すもので、第２図は原子炉圧力容器部の概略
断面図である。 １１…原子炉圧力容器、１４…炉心、２０…制
御棒、２１…制御棒駆動機構、２４…シリンダ、
２５…ドライブピストン、２７…ロツド、３３…
解除爪、３５…コレツトフインガ、３６…ノツ
チ、３７…挿入時給水ノズル、３８…引抜時給水
ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子炉圧力容器の底部に設けられ中空状をな
   し下端開口を閉塞された制御棒駆動機構ハウジン
   グと、この制御棒駆動機構ハウジング内の上方に
   あつて上記原子炉圧力容器内の炉心部を下方より
   挿通して炉心上部に配置された制御棒に上端を連
   結したロツドと、上記制御棒駆動機構ハウジング
   内に収容されたシリンダと、このシリンダ内に昇
   降自在に収容され上記ロツドの下端に連結された
   円筒体を有する中空状のドライブピストンと、こ
   のドライブピストン内に下方より挿入され上記シ
   リンダに固定されたガイドチユーブと、このガイ
   ドチユーブの上端に形成され常時は半径方向外側
   に拡径して上記ドライブピストンの内周面に軸方
   向に複数形成されたノツチの内任意のノツチに係
   合することによりドライブピストンの落下を防止
   してドライブピストンを適宜の高さ位置に保持す
   るコレツトフインガと、上記ガイドチユーブの上
   記コレツトフインガ下方位置に形成されたコレツ
   ト受け内に昇降自在に収容され常時はスプリング
   により下方に付勢されており下方から駆動水の圧
   力が作用した場合に上記スプリングの付勢力に抗
   して上昇して上記コレツトフインガを半径方向内
   側に縮径させてコレツトフインガとノツチとの係
   合を解除する解除爪と、上記制御棒駆動機構ハウ
   ジングの外部より上記ガイドチユーブ内を通して
   ガイドチユーブの外周に位置する上記ドライブピ
   ストンの上面側空間に連通する制御棒挿入用加圧
   流路と、上記制御棒駆動機構ハウジングの外部よ
   り上記ドライブピストンの下面側空間に連通する
   制御棒引抜用加圧流路と、上記コレツト受けの下
   端に形成され上記ガイドチユーブ内に供給される
   加圧水を上記解除爪の下端面に作用させる解除爪
   用流路とを具備したことを特徴とする制御棒駆動
   機構。