JPH0328795A - 水圧式制御棒駆動装置 - 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】 ［産業−Ｌの利用分野］ 本発明は、原子炉において使用される水排除棒等の制御
棒を水圧により昇降させる駆動装置に関するものである
。

し従来の技術］ 例えば、加圧水形原子炉においては、その制御を行うた
めに種々の制御棒が使用されている。出力制御用制御棒
は、炉心を構成する燃料集合体内への挿入量を微調製す
る必要があるため、この制御棒の駆動装置は微調製可能
な連続可変式である。

しかし、水排除棒のようなその他の制御林の駆動装置は
連続可変式である必要はなく、制御棒を燃料集合体に対
して完全挿入か完全引き抜きかの状態に水圧により２段
駆動する型式のものが一般に使用されている。このよう
な制御棒の駆動装置の一例は特公昭６３−４５５６０号
公報に開示されている。

前記公報に開示された水圧式駆動装置は、他の連続可変
式駆動装置と同様に原子炉容器の蓋体に立設されるもの
であり、原子炉容器の外部にある圧力ハウジングと、こ
の圧力ハウジング内に収納されている駆動軸とを備え、
該駆動軸の下端には制御棒の上端が開閉可能なグリッパ
を介して接続される。圧力ハウジングは弁を含む水圧駆
動系に接続されており、また、駆動軸の上端部は、ラッ
チ機構部を備えたピストン部となっている。通常、弁を
開いて圧力ハウジング内の冷却材を原子炉容器外部のド
レンタンクに導くことにより、前記ピストン部にかかる
圧力差を増し、駆動軸を圧力ハウジング内の位置に保持
し、従って、制御棒を燃料集合体から完全に抜き出され
た位置に保持し、弁を閉じて前記ピストン部にかかる圧
力差を実質的になくすことによって、駆動軸及び制御棒
をそれ等の重力により燃料集合体内への完全挿入位置に
降下させるようになっている。

一方、周知のように、原子炉内の使用済み燃料集合体を
新しい燃料集合体と交換する場合、原子炉容器の蓋体を
取り外さなければならない。しかし、出力制御用の制御
棒だけでなく水排除棒も上述したように駆動軸に接続さ
れているので、作業性の観点から、原子炉容器の蓋体の
取り外し前に水排除棒及び出力制御用制御棒とそれ等の
駆動軸との接続を断つのが有利である。

出力制御用制御棒とその駆動軸との接続を断つ代表的な
継手は米国特許４，１４７．５８９第号明細書に開示さ
れている。この特許明細書に開示された継手では、前記
特公昭６３−４５５６０号公報でも言及しているように
、水圧により駆動軸を先ず降下させ次に上昇させること
によって、制御棒に対する駆動軸の係脱を行っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、第７図に略示するように、従来の水圧駆動式の
制御棒駆動装置では、原子炉容器Ｍ３に装着されたハウ
ジング１の内部にシリンタ゛２を設け、ピストンリング
４ａを有する駆動軸５のピス１・ン部４が、上部ハウジ
ング部分に連通したヘン１〜系６からのベン１・もしく
は排水によって生ずる差圧によりシリンダ２に沿って摺
動するよう駆動される。従って、仮に冷却材中の金属切
粉のような異物がピストンリング４ａとシリンダ２の内
面との間に挟まった場合には、両者の表面が損傷し、最
悪の場合にはピス１ヘン部で固着し動かなくなる可能性
がある。

従って、本発明の目的は、冷却材中に異物が混３ 入していても、ピストン部の固着を生じさせるような損
傷の発生を回避しうる水圧式制御棒駆動装置を提供する
ことである。

［課題を解決するための手段］ この目的から、本発明によると、ベント系に連通ずる流
体シリンダと、該流体シリンダ内に移動自在に配設され
たピストン部を有する駆動軸とを含む水圧式制御棒駆動
装置は、前記駆動軸のピストン部を、前記流体シリンダ
の内周面との間に所定の隙間を生じさせる直径を有する
駆動力発生部と、流体の流れ方向に関して前記駆動力発
生部の上流側に設けられ、内部に流体通路を有する異物
捕獲部と、該異物捕獲部の下流側に位置して、同異物捕
獲部を出た流体の一部を下流側の外周面に導くバイパス
流路を有する調心部とから構戒している。

［作用］ 冷却材は最・初に異物捕獲部を通る。この異物捕獲部に
おいて大きな異物↓ｊ捕獲され、駆動力発生部まで到達
しない。

４ 冷却材中に小さな異物が含まれていれば、同異物は異物
捕獲部を通過して駆動力発生部に到達する。しかし、駆
動力発生部とシリンダの内周面との間には隙間があるの
で、小さな異物は、駆動力発生部及びシリンダ間に噛む
ことなく駆動力発生部を通過し、ベント系から排出され
る。

異物捕獲部を出た流体の一部は駆動力発生部の外周面に
沿って流れるが、残りの一部は駆動軸の内部に形成され
たバイパス流路に入り、同バイパス流路から出て、調心
作用に利用される。

［実施例］ 次に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照し
て詳細に説明するが、図中、同一符号は同一又は対応部
分を示すものとする。

第２図は、本発明による水圧式制御棒駆動装置の好適な
実施例が装着された加圧水形原子炉１０の一部を断面で
概略的に示すもので、図中、円筒形の原子炉容器ｌ１の
頂部には、複数のボルト１２によりほぼ半球形の蓋体ｌ
３が着脱自在に取り付けられている。この蓋体１３の頂
部には、図示しない炉心の出力制御用制御棒（図示せず
〉を駆動するための複数の連続可変式駆動装置１４と、
周知の水排除棒１６のような２段階動作の制御林を前記
炉心を構成する燃料集合体（図示せず）に対して完全挿
入及び完全引き抜き位置に駆動するための本発明による
複数の水圧式制御棒駆動装置１５とが、該蓋体１３を貫
通ずる状態で取リイ」けられている。

各水圧式制御棒駆動装置１５は、実質的に円筒形の圧力
ハウシンクＩ．　５　ａと、この圧カハウジンク内に収
納される駆動軸１．　５　ｂとを含み、圧力ハウジング
１５ａの内部は、流量調節弁１７ａを有する水圧駆動系
もしくはｌ＼ント系１７の一端に連通しており、また、
駆動軸１．　５　ｂの下端は、図示しないグリッパによ
り水排除棒１６の上端に着脱自在に接続されている。尚
、水圧駆動系１７の他端は図示しないドレンタンクに連
通さぜることかてきる。

この水圧式制御棒駆動装置１５の圧力ハウジンク１５ａ
の上端内には、前述の特公昭６３−４５５６０号公報に
記載されたような周知のものでよいため詳細には図示し
ないか、ラッチ装置１８か設けられており、該ラッチ装
置１８は、−１二昇した駆動軸１５ｌ）の頭部２４（第
１図参照）に係合し、該駆動軸１５１〕を上昇位置に、
従って、水排除棒１６を燃１″−１集合体からの完今引
き抜き位置に保持することかできる。即ち、水排除棒１
６か完全挿入位置にあると仮定すると、弁］．７ａを開
くことにより圧力ハウジング］−５ａの上部内の圧力が
低下するため、駆動軸１５ｂは、原子炉容器内の冷却材
の力を受けて徐々に上昇し、その頭部２４がラッチ装Ｗ
１８を通り抜（つて、圧力ハウジング１．５ａの頂端に
あるキャップ１５ｃに当接し、停止する。この段階で弁
１　７　ａを閉しれば、圧力ハウシンク１５ａ内の圧力
が均等になるため、駆動軸１５ｌ１はその重量のため下
降する。その際、ラッチ装置１８の作用により頭部２４
か該ラッチ装置１８に係止され、駆動軸１５１〕は上昇
位置に保持される。また、駆動軸１．５ｂを下降させた
い場合には、再び弁１．７ａを開いてから閉しれは、駆
動軸１５ａの頭部２４はキャップ］．５ｃに当接してか
らラッチ装置｛８を下方に通過し，、かくしてラッチ装
置１８による係止から解除され、その結果、駆動軸１５
ｈは下降位置に、従って水１ｊ１７ 除棒１６は燃料集合体への完全挿入位置に移動する。

尚、このように作用するラッチ装置は、前述した特公昭
６　３　−　４　５　５　６　０号公報に開示されてい
るので、同公報を必要に応して参照することができる。

次に、第１図は、上，述した駆動軸１５ｂの要部である
ピストン部１．　５　ｃの詳細を示しており、駆動軸］
．　５　ｂの図示以外の部分は従来と同様の構造とする
ことができるので説明を省略する。第１図から諒解され
るように、駆動軸１５ｌ〕のピス↑・ン部１５ｃは、そ
の−ト端にラッチ＠構部１９クこれは従来と同様でよい
〉を備え、同ラッチ機構部１９の下方には、これから詳
細に説明する調心部２０、駆動力発生部２１．異物捕獲
部２２が設けられている。駆動力発生部２１の上方（図
では左方）に延ひるラッチ機構部１９の細長い棒２３の
先端に設けられた球根状の頭部２４は、例えは第２図に
関連して上に簡単に説明したラッチ装置１８により、士
述したように、また、前記公報に詳細に記載されたｇ様
て選択的に係止されるようになっている。

先ず、第３図を参照して駆動力発生部２１につい８ て説明すると、好適な実施例の駆動力発生部２１は軸方
向に離間した複数の円周方向の溝２　１．　ａを有する
と共に、該講２１ａを画戒する犬径部２１１〕の直径は
シリンダ２（第７図に関連して説明したシリンタに相当
する）の内径よりも２δだけ小さく、シリンダ内周面と
ピストン外周面との間に半径Ｊｆ向の大きさがδの隙間
を形成し、駆動力発生部２１がシリンダ内周面に接触し
ないように構成されている。

隙間の大きさδは、ベント系へ通過しても差し支えない
小さな異物を積極的に通過させるように選択されている
が、大きすぎると駆動力が発生しないので、設計条件に
応して適宜設定される。

このように複数の講２　］．　ａを駆動力発生部２１の
外周面に形成すると、駆動力発生部のピス１・ンリング
がシリンダ内周面に接触する従来のものでは、駆動軸か
駆動力発生部の上下面に働く差Ｉｆにより駆動されるの
に対して、各講２１ａての縮流、拡流及び管摩擦により
圧力損失が発生し、駆動力発生部２１の両端の間に作用
するこの圧損により駆動軸１５ｂか駆動される。

上述のように小さい異物は駆動力発生部２１を通過でき
るが、寸法δより大きい異物が駆動力発生部２１に達す
れば、シリンダ内周面及び駆動力発生部表面に損傷を生
じさせる。そこで本発明によれば、駆動力発生部２ｌの
下流側に前述の異物捕獲部２２を有する。この異物捕獲
部２２は、第４図及び第５図に拡大して示すように、異
物を含んだ冷却材を矢印２５で示すように流体通路２２
ａに通すための例えば炭素系のグラフオイルのような環
状のソフｌ・パッキン２２ｂと、同流体通路２２ａの出
口に設けられたワイヤーノッチフィルタのようなフィル
タもしくはストレーナ２２ｂとを含んでいる。流体通路
２２ａは円周方向に離間して複数個が軸方向に延びるよ
うに形成されているが、その入口及び出口は共通であっ
て、環状の入口凹部２６ａ及び出口凹部２６ｂにそれぞ
れ開口している。出口凹部２６ｂに前述したフィルタ２
２ｃが適宜の手段で装着されている。

かかる異物捕獲部２２が駆動力発生部２１の上流側に存
在するために、駆動力発生部２１に噛んでしまうような
大きな異物は異物捕獲部２２で捕獲される。

また、上述のように駆動力発生部２１の直径を選定して
も、駆動軸１５ｂがシリンダ２（第３図）に対してセン
タリングされていなければ駆動力発生部２１がシリンダ
２の内周面に接触する可能性かある。

そのため本発明によると、実施例では駆動力発生部２ｌ
をバイパスする流路を駆動軸内部に含む調心部２０が設
けられている。

即ち、この調心部２０はいわゆる静圧軸受と称する構造
を有するもので、第１図から諒解されるように、駆動軸
１５ｂのピストン部１５ｃの内部に形成された複数のバ
イパス流路２０ａ、２０ｂを有する。流路２０ａの入口
２０ａ−１は駆動力発生部２１の上流測に形成され、出
口２０ａ−２は駆動力発生部２１の下流側の図示の位置
に形或されている。また、流路２０ｂの入口２０ｂ−Ｌ
出口２０ｂ−２も駆動力発生部２１の下流にある図示の
位置に形戒されている。流路２０ａの出口２０ａ−２は
第６Ｂ図から諒解されるように四所となっている。

第１図の種々の位置の断面を示す第６八図〜第６ｐ図か
ら分かるように、流路２０ａは、流路２０ｂよりも１１ 半径方向の外側の位置において円周方向に等間隔で配設
されると共に、同様に等間隔で配設された流路２０ｂに
関して角度的に偏心した位置に配設されている。従って
、流路２０ｂの入口２０ｂ−１は、第６Ｃ図に示すよう
に、流路２０ａに干渉することなく流路２０ｂに連通す
ることができる。

第１図には、異物捕獲部２２を経てこれ等の流路２０ａ
、２０ｂを通流する冷却材の流れが矢印で示されている
。このように冷却材が流れる時に、特に流路２０ａの出
口２０ａ−２である複数の凹所の圧力は、駆動軸１５ｂ
のピストン部１５ｃがシリンダ中心にある場合には相等
しい状態で釣り合っているが、ピストン部１５ｃがシリ
ンダ中心を外れると、シリンダ内周面に接近した駆動軸
側の凹所における圧力が上昇し、反対側の凹所における
圧力が減少し、駆動軸をシリンダ中心方向に戻す帰心力
が作用する。

以上のような構造を有する水圧式駆動装置を備えた原子
炉においては、周知のように、その運転サイクルの初期
には、炉心内の水減速材を排除するため、第２図に示し
た弁１７ａを閉弁して駆動軸＝１２ １５ｂを水排除棒１６と共に降下させ、水排除棒１６を
炉心の燃料集合体（図示せず）に挿入した状態となって
いる。そして、運転サイクル後期に反応度が減少した時
点で、弁１７ａを開き駆動力発生部２１の両端間に差圧
を生じさせて駆動軸１５ｂ、従って水排除棒１６を引き
抜くようになっている。

そして、このように駆動軸１５ｂの運動をさせるために
冷却材即ち水減速材が第１図に矢印で示すように流れる
際に、駆動力発生部２１はシリンダ内周面に接触しない
。水減速材は、駆動力発生部２１の上流側に存在する異
物捕獲部２２を通り、駆動力発生部２１に噛んでしまう
ような大きな異物は異物捕獲部２２で捕獲される。しか
る後、水減速材は流ｌ￥８２０ａ、２０ｂに入り駆動軸
１５ｂをシリンダ２の中心に保持する。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明はこの実施例に限定されるものではなく、種々の改変
が可能である。例えば、駆動力発生部に溝を設けて、縮
流、拡流、管摩擦により圧損を生じさせたが、溝を設け
るのではなく、駆動力発生部０表面粗さを大さ＜　Ｌた
り、駆動力発生部表面に凹Ｗを形成して、圧損を生しさ
せてもよい。また、実施例では２種類のバイパス流路２
０ａ、２０ｂか設けられているが、ハイパス流路２０ａ
は−ｔずしも駆動力発生部の内部を通る必要はないし、
バイパス流路２０ｂは必ずしも必要でない。

「発明の効果］ 以七のように、本発明によれば、駆動軸のピスｌ・ン部
は、シリンタ内に隙間を有して配設される駆動力発生部
と、この隙間を通過しない異物を捕獲する昇物捕獲部と
、シリンタ軸心に対して駆動軸を調心する調心部とを有
するので、従来のように、ジリンダの内周面が損傷を受
けたり、異物噛みが生したり、最悪の場きには駆動軸が
固着したりするようなことを未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による水圧式駆動装置の一部を横或す
る駆動軸を縦方向の長さを短縮した形態で部分的に断面
で示す側而図、第２図は、本発明による水１７｝除棒用
水圧式駆動装訳を備えた原了炉の部分断面図、第３図は
、第１図の駆動軸ピスｌ・ン部におげる駆動力発生部の
一部を拡大してシリンタの−・部と共に示す断面国、第
４図（：Ｊ、第１図の駆動軸における異物捕獲部を一部
断面で示す側面図、第５図は、第１図の■一Ｖ線に沿っ
ｆＳ断面図、第６八図〜第６Ｄ図は、第１図の６＾−６
八線、６１３一６Ｂ線、６Ｃ−６Ｃ線及び６Ｄ−６Ｄ線
に沿った断面図、第６Ｅ図は、第６Ｂ図の６Ｅ−６Ｅ線
に沿った断面図、第７図は、従来の水圧式駆動装置の概
略断面図である。 ２　・・流体シリンタ １５・・・水圧式制御棒駆動装置 １．５ｂ　　駆動軸　　　　１．．　５　ｃ・　ピスＩ
・ン部１７・・・ヘン１〜系　　　２０・・調心部２０
ａ・バイパス流路　　２０１〕・・ハイバスａ　ｔｄＦ
ｔ２１・・駆動力発生部　２２・・・異物抽獲部２２ａ
・・・流体通路 特開平３ ２８７９５　（６）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベント系に連通する流体シリンダと、該流体シリンダ内
   に移動自在に配設されたピストン部を有する駆動軸とを
   含む水圧式制御棒駆動装置において、前記駆動軸の前記
   ピストン部は、前記流体シリンダの内周面との間に所定
   寸法の隙間を生じさせる直径を有する駆動力発生部と、
   流体の流れ方向に関して前記駆動力発生部の上流側に設
   けられ、内部に流体通路を有する異物捕獲部と、該異物
   捕獲部の下流側に位置して、同異物捕獲部を出た流体の
   一部を下流側の外周面に導くバイパス流路を内部に有す
   る調心部とを備えている、ことを特徴とする水圧式制御
   棒駆動装置。