JPH02140696A - 制御棒駆動機構の水圧制御ユニット - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子炉における制御棒駆動機構の水圧
制御ユニットに係る。

（従来の技術） 第２図は沸騰水型原子炉の概略構成を概念的に示す縦断
面図である。この図において、原子炉圧力容器１内には
炉心２が収容され、炉心出力を調整する制御棒３は圧力
容器１の下部から炉心２に対して挿抜される。制御棒３
はその下方に位置する制御棒駆動機構４によって駆動さ
れ、案内管５に案内されて上下動される。なお、図中６
は制御棒駆動機構５を収納するハウジングで、圧力容器
１の底面に溶接固着されている。

第３図に電動機駆動方式の制御棒駆動機構４の一例を縦
断して示す、この図において、電動機１１の回転は軸１
２を回転させ、この回転は軸１２の先端のキーを介して
接続部材１３に伝達され、接続部材１３の回転はスプラ
イン結合により接続部材１４に伝達される。接続部材１
４上面中央には長尺のねじ軸１５の下端が固着されてい
る。このねじ軸の上端には軸受１６が設けられ、ねじ軸
１５下部に螺合したナット１７上面にその下端を当接さ
せ、この図には図示しない水圧制御ユニットと連繋作動
する中空のピストン１８内を摺動し得るようにしである
。前記ナツト１７およびピストン１８の局面には、後述
するチューブ２０内周面に接するそれぞれ４箇のローラ
１９が円周方向に等配して設けられ、前記ナツト１７お
よびピストン１８を同心的に包囲するチューブ２０内に
は、前記４箇のローラ１９の中の隣接する２箇にはさま
れる位置に、前記ナツト１７．ピストン１８の移動スト
ロークに相当する長さの横断面が扇の地紙、即ち同心の
大小２箇の円弧の両端をそれ等の円弧の径で結んだ円弧
帯状の軸方向のプレート２１が装着されている。このプ
レート２１によってナツト１７、ピストン１８のそれ等
の軸を中心とする回転は抑止されている。

この図において、２２はヘッドを示し、このヘッドとピ
ストン１８に可摺動に係合したスリーブ２３との間には
、ばね２４が介在されている。また、２８は制御捧緊急
挿入時作動用の配管、２９はこの配管に設けたボール逆
止弁をそれＺれ示している。

上記構成の制御棒駆動機構においては、前記のようにナ
ツト１７．ピストン１８のそれ等の軸を中心とする回動
は抑止されているので、電動機１１によってねじ軸１５
が回転された時、前記ナツト１７およびその上面に当接
しているピストン１８は軸方向の移動のみを許容され、
ピストン１８と結合している制御棒は上下動されること
となる。

原子炉の平常運転時には第２図に示した制御棒駆動機構
４は、上記の制御棒操作によって炉出力の調整を行うも
のである。

而して、制御棒の緊急挿入が必要となった場合に作動す
るものとして、第２図、第３＠と同一部分には同一符号
を付した第４図に模式的に示す制御棒緊急挿入機構が設
けられている。すなわち、第３図に２８で示されハウジ
ング６に開口し、ハウジング６への開口部近傍にボール
逆止弁２９を具えた配管は、水圧制御ユニット３０に接
続されている。水圧制御ユニット３０はアキュムレータ
３１、加圧用容器３２を具えこれ等両者間は配管３３で
連通されている。なお、加圧用容器３２内には高圧の窒
素ガスが充填されている。また、前記配管２８はスクラ
ム弁３４を介して前記アキュムレータ３１に接続され、
前記スクラム弁３４とアキュムレータ３１との間にはポ
ンプ３６の吐出口からの配管３５が接続されている。な
お、図中３１ａはアキュムレータ３１内のフローティン
グピストンを示している。

而して５通常は前記スクラム弁３４は閉状態にあり、ポ
ンプ３６から配管３５を介してアキュムレータ３１に印
加された高圧水は、フローティングピストン３１ａを圧
下して前記加圧用容器３２内の窒素ガス圧と平衡を保っ
ている。

上記構成の制御棒緊急挿入機構においては、原子炉の異
常によりスクラム信号が発せられるとスクラム弁３４が
開放され、配管２８内にはアキュムレータ３１の高圧水
が流入する。これにより、加圧用容器３２内の高圧窒素
ガスの圧力とアキュムレータ３１内の高圧水の圧力との
平衡が崩れ、フローティングピストン３１ａは一挙に前
記ガス圧によって押し上げられ、アキュムレータ３１内
の大量の高圧水が一挙に配管２８を通じてハウジング６
内に流入する。ボール逆止弁２９は開放されハウジング
６内に前記高圧水が流入し、第３図に示したピストン１
８を急速に押し上げる。制御棒駆動機構４においては、
第３図に示したようにピストン１８の上昇ストローク終
端部での減速を行うばね２４、前記ストローク終端近傍
でピストン１８と一体化して移動することとなりピスト
ン１８と協働してばね２４を圧縮するスリーブ２３、前
記ばね力に抗するヘッド２２が設けられているから、前
記ピストン１８の急上昇によって制御棒の炉心２への緊
急挿入がなされることとなる６上記構成の制御棒緊急挿
入機構において、上記緊急挿入の際の制御棒挿入位置と
加圧用容器３２内の窒素圧との関係は、第５図に模式的
に示されている。この図には、初期条件において加圧用
容器３２内の窒素圧は、定格運転時の原子炉圧力容器内
水圧約’ｌ０ｋｇ／ｄに打ち勝ってピストン１８を上昇
させるに足る圧力（約１３０　ｋｇ／ｃｄ）に保持され
、制御棒の挿入が進むに従い前記窒素圧は次第に低下す
ることが示されている。而して、制御棒が全挿入され、
前記窒素圧が最低値となった場合であっても、原子炉圧
力容器内の圧力よりも高い圧力を保持するように設定さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、原子炉スクラムが発生する状態はその定
格運転時にのみ限定されるものではなく、原子炉圧力容
器内水圧が低下した状態（例えば大気圧程度）で前記の
状態が発生した場合に対処することも考慮しなければな
らない。

第６図は、前記のように原子炉圧力容器内の水圧が約７
０ｋｇ／ａｄの状態で安全に作動するように設計された
水圧制御ユニットにおいて、原子炉圧力容器内圧力が変
化した際の制御棒全挿入に至までの時間の変化を模式的
に示している。この図においてｔｓは挿入時間の基準値
であり、制御棒は１、時間内に全挿入されなければなら
ない、定格運転時の原子炉圧力容器内圧力７０ｋｇ／ｃ
ｊにおいての全挿入時間がｔ２であり、上記水圧制御ユ
ニット３０の設定はこの時間ｔ２が時間ｔｓ以下で多少
の余裕を見た値としである。

上記のように設定された水圧制御ユニット３゜において
、原子炉圧力容器内の水圧が例えば大気圧程度に低下し
ている場合の制御棒全挿入時間は。

第６図に示すようにｔよよりかなり小さな時間ｔ４とな
る。これは、第５図に斜線を施して示したように水圧制
御ユニット３０のエネルギが過剰となり、制御棒挿入速
度が増加することによる。

前記のように制御棒全挿入位置すなわちピストン１８の
ストローク終端近傍においては、それ等に減速が加わり
全挿入とともにそれ等は停止されるが、原子炉圧力容器
内水圧が低く制御棒挿入速度が大である場合には、前記
の減速（換言すれば加速度）が大きく制御棒駆動機構そ
の他に悪影響をおよぼす。

本発明は上記の事情に基づきなされたもので、原子炉圧
力容器内水圧が低い場合の原子炉スクラム時であっても
、原子炉定格運転時における原子炉スクラム時とほぼ同
様の挿入速度で制御棒の挿入を行うことができる制御棒
駆動機構の水圧制御ユニット提供することを目的として
いる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の制御棒駆動機構の水圧制御ユニットは、フロー
ティングピストンを具えたアキュムレータと、このアキ
ュムレータの前記フローティングピストン下面にに高圧
のガス圧を印加する加圧用容器と、前記アキュムレータ
の前記フローティングピストン上方の空間と制御棒駆動
機構のハウジングとを接続する配管と、この配管に設け
られ原子炉スクラム状態発生時に開放されるスクラム弁
と、前記配管の前記アキュムレータとスクラム弁との間
に吐出口を連通させアキュムレータに高圧水を印加する
ポンプとを有するものにおいて、前記配管の前記スクラ
ム弁と前記制御棒駆動機構のハウジングとの間に、原子
炉圧力容器内の圧力が原子炉定格運転時の圧力である時
は配管の流路断面積を本来の大きさに保持し、定格運転
時のそれより低い場合には前記配管の流路断面積を制限
する流量制御ユニットを設けたことを特徴とする。

（作用） 上記構成の本発明制御棒駆動機構の水圧制御ユニットに
おいては、原子炉圧力容器内の圧力が高い定格運転時に
原子炉スクラム状態が発生すれば、アキュムレータから
の高圧水は設定流速で制御棒駆動機構のハウジング内に
流入し、設定した時間で制御棒の全挿入を行う、また、
原子炉圧力容器内の圧力が低い場合には流路断面積が配
管のそれよりも減少させられているため、アキュムレー
タ内水圧と原子炉圧力容器内の差圧による高速、大量の
高圧水の流入はなく、はぼ設定時間において制御棒の全
挿入を果すことができる。

（実施例） 第１図Ａは本発明一実施例の原子炉定格運転時の縦断面
図、第１図Ｂはその原子炉圧力容器内水圧低下時の縦断
面図、第１図Ｃは前記実施例の第１図Ｃ−Ｃ線における
横断面図である。本発明の流量制御ユニットは配管２８
のスクラム弁３４と制御棒駆動機構のハウジング６との
間に設置される。第１図Ａ、第１図ＢにおいてＡはスク
ラム弁側を、Ｂは制御棒駆動機構のハウジング側をそれ
ぞれ示している。配管２８は流量制御ユニット４０の設
置位置で二分され、分割された制御棒駆動機構のハウジ
ング６側の配管２８ａの管端は、スクラム弁３４側の配
管２８ｂに向けて次第に拡開する円錐状とされ、流量制
御ユニット４０のハウジング４０ａを形成している。こ
のハウジングと配管２８ｂとはフランジによって結合さ
れているが、これ等のフランジ間には皿ばね４１の周縁
部が気密に挟着されている。この皿ばね４１の上面すな
わち制御棒駆動機構のハウジング６側の面には、上端に
流量制御ユニット４０のハウジングｂえたリング４２が
同心的に取り付けられている。

なお、皿ばね４１には前記リングの中空部４２ｂに連通
し、中空部の径よりも径の大きな透孔４１ａが設けられ
ている。また、リング４２の直状部の外径は、流量制御
ユニット４０のハウジング４０ａの直状部の内径より十
分に小とし、中空部４２ｂの内径は配管２８ａ、２８ｂ
のそれより小としておく。さらに１皿ばね４１のリング
４２と流量制御ユニット４０のハウジング４０ａとの間
には、複数筒例えば円周方向に等配した４箇の透孔４１
ｂを設け、それ等の透孔の開口面積合計とリング４２の
中空部４２ｂの開口面積との和が配管２８　（２８ａ、
２８ｂ）の開口面積と等しくなるようにしておく。　上
記構成の流量制御ユニット４０は次のように作動する。

先ず、原子炉が定格運転状態にあり、原子炉圧力容器内
の水圧が規定値にある場合には、皿ばね４１は第１図Ａ
に示すように皿ばね４１上面には原子炉圧力容器内の高
圧が作用して、はぼ平坦に保持されている。この状態で
原子炉スクラムが発生して、スクラム弁３４が開放され
アキュムレータ３２から高圧水が配管２８ａ内に進入し
ても、圧力容器内の水圧に抗して配管内を流れなければ
ならないため、その流速は低くリング４２に作用する圧
損によるＢ側への力は皿ばね４１の弾性と均衡し１皿ば
ね４１は平坦な状態のままに保持され、リング４２はそ
のテーパ部４２ａをハウジング４０ａのテーパ部内面か
ら離間した状態に維持される。而して、リング４２の中
空部４２ｂの開口面積と、透孔４１ｂの開口面積の合計
との和が配管２８の開口面積と等しくしであるから、高
圧水の流路開口面積は配管２８　（２８ａ、２８ｂ）の
それと同一に保たれ、制御棒駆動機構のピストン１８は
予め設定した速度で上昇し、制御棒の全挿入は第６図に
示す時間ｔ７においてなされることとなる。

一方、圧力容器内の水圧が例えば大気圧程度である時に
原子炉スクラムが発生すると、スクラム弁３４の開放に
よって配管２８ａ内に進入した高圧水は、原子炉圧力容
器内が低圧であるため、配管内流速が大きくその圧損に
よりリング４２を皿ばね４１に抗して押し上げ、上方（
Ｂ側）に凸な形状に変形させリング４２上端のテーパ部
４２ａをハウジング４０ａに圧接させる。これにより、
配管２８ａへの高圧水の流入開口面積は中空部４２ｂの
開口面積に限定されることになり、これより増加した圧
損によって従来のような流量の増加は防止され、制御棒
の全挿入に至る時間をＬ２程度に制限することができる
。

上記のように本発明の水圧制御ユニットによれば、原子
炉圧力容器内の水圧の高低に無関係にスクラム発生時の
制御棒の全挿入をほぼ一定の速度、時間で行うことがで
きる。

なお、上記実施例においてはリング４２上端とハウジン
グ４０ａとのシール部を円錐状としであるため、組立の
際の位置決め、シールが容易であり、円錐部間の流速が
大きいのでリング上下端の差圧が大きく、リングの流速
に対する動きを敏感にすることができる。

また、本発明は上記実施例に限定されない。例えば水圧
駆動方式の制御棒駆動機構においても前記と同様にして
適用することができる。

［発明の効果コ 上記から明らかなように本発明の制御棒駆動機構の水圧
制御ユニットによれば、原子炉圧力容器内の圧力の高低
に無関係にほぼ一定速度で制御棒の全挿入が可能となる
ので、低炉圧時の原子炉スクラムに際しての制御棒停止
時の衝撃加速度が大幅に緩和され、ピストンまたは制御
棒に作用する荷重も低減されそれ等の構造上、強度上の
信頼性は著しく向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明一実施例の原子炉定格運転時の縦断面
図、第１図Ｂはその低炉圧のスクラム発生状態における
縦断面図、第１図Ｃは第１図ＢのＣ−Ｃ線における横断
面図、第２図は沸騰水型原子炉の概念図、第３図は電動
機駆動方式の制御棒駆動機構の縦断面図、第４図は制御
棒緊急挿入機構の概念図、第５図は前記制御棒緊急挿入
機構の加圧用容器内の圧力と制御棒挿入位置との関係を
示すグラフ、第６図は原子炉圧力容器内圧力と制御棒全
挿入に要する時間との関係を示すグラフである。 １・・・・・・原子炉圧力容器　２・・・・・・炉心　
３・・・・・・制御棒　４・・・・・・制御棒駆動機構
　５・・・・・・案内管　６．４０ａ・・・・・・ハウ
ジング　１７・・・・・・ナツト　１８・・・・・・ピ
ストン　２８．２８ａ、２８ｂ、３３．３５・・・・・
配管　２９・・・・・・ボール逆止弁　３ｏ・・・・・
・水圧制御ユニット　３１・旧・・アキュムレータ　３
１ａ・・・・・・フローティングピストン　３２・・目
・・加圧用容器　３４・・・・・・スクラム弁　３６・
旧・・ポンプ　４゜・・・・・・流量制御ユニット　４
１・・・・・・皿ばね　４１ａ、４１ｂ・・・・・・透
孔　４２・旧・・リング　４２ａ・・目・・テーパ部　
４２ｂ・・・・・・中空部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フローティングピストンを具えたアキュムレータと、こ
   のアキュムレータの前記フローティングピストン下面に
   に高圧のガス圧を印加する加圧用容器と、前記アキュム
   レータの前記フローティングピストン上方の空間と制御
   棒駆動機構のハウジングとを接続する配管と、この配管
   に設けられ原子炉スクラム状態発生時に開放されるスク
   ラム弁と、前記配管の前記アキュムレータとスクラム弁
   との間に吐出口を連通させアキュムレータに高圧水を印
   加するポンプとを有するものにおいて、前記配管の前部
   スクラム弁と前記制御棒駆動機構のハウジングとの間に
   、原子炉圧力容器内の圧力が原子炉定格運転時の圧力で
   ある時は配管の流路断面積を本来の大きさに保持し、定
   格運転時のそれより低い場合には前記配管の流路断面積
   を制限する流量制御ユニットを設けたことを特徴とする
   制御棒駆動機構の水圧制御ユニット。