JPH0470598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は原子炉炉心内に挿入される制御棒が、
100％挿入位置にあることを確実に確認出来るこ
とを特徴とする原子炉停止装置に関する。

（従来の技術） 原子力発電所には運転時の異常な過渡変化時、
事故時あるいは地震発生時等に備えて原子炉の核
反応を緊急に停止するための原子炉停止装置が設
けられている。この原子炉停止装置は一般にボロ
ン等の中性子吸収材を内蔵した制御棒を原子炉炉
心内に緊急に全挿入することにより（以後、制御
棒のこの動作をスクラムと呼ぶ）、炉心内の中性
子を吸収し、核反応の連鎖反応を停止する機能を
有している。沸騰水型原子炉の場合、この制御棒
を急速に挿入する駆動源として水圧系が一般に用
いられている。一方、原子炉の通常運転時におい
ては、原子炉の核反応の量を適宜制御することが
必要となるが、この目的のためには原子炉に急激
な変化を与えないように前記の制御棒を原子炉内
にゆつくりと出し入れすることが必要になる。こ
のように原子炉停止装置には異常時には急速に原
子炉炉心内に制御棒を挿入し、通常運転時には逆
にできるだけゆつくりと制御棒を出し入れすると
いう相異なる機能が要求されている。このことを
解決するため従来の沸騰水型原子炉においては、
制御棒駆動水圧系をできるだけうまく使い分ける
方法がとられているが、通常運転中の制御棒をゆ
つくりと微細な範囲で駆動することには、水圧系
のみを用いた方式には自ずと限界があつた。これ
は水圧系が本来、制御棒に急激に水圧をかけ、急
速挿入することに適した性質を有しているためで
ある。これに対し、近年では原子炉の通常運転中
に制御棒を微細にコントロールすることにも適し
た方式として電動−水圧併用型の原子炉停止装置
（Fine Motion Control Rod Driveの頭文字を取
つて以下FMCRDと略記する。）が提案されてい
る。ところがこのFMCRDは構造が複雑であり、
設置スペース上の問題から、従来の水圧系単独型
の原子炉停止装置に設置されていた制御棒の位置
検出器をFMCRDの内部に設置することが困難と
なる。この制御棒の位置検出機能は原子炉の異常
時において制御棒が緊急挿入に成功し、その後も
制御棒が原子炉内に留り、原子炉の核反応が停止
していることを保証するために安全上不可欠な重
要なものである。従つて、前記のFMCRDにおい
ても制御棒の位置検出器を該FMCRDの外側に設
置し、制御棒の急速挿入に一度は成功した事を確
認できるような設計となつている。

以下図面に基づいてFMCRDの従来例を説明す
る。

第１図に於いて原子炉が通常運転されている場
合には駆動モーター１によりボールねじ２が回転
し、中空ピストン３を押し上げたり、引き抜いた
りすることにより、該中空ピストン３の上部に接
続された制御棒４が間接的に原子炉圧力容器５の
中で最も重要な部分を占める炉心６の内部に出し
入れされる。一方、原子炉に通常運転を超えるよ
うな何らかの外乱が加わつた異常時には水圧系７
が作動し、水圧の力により前記中空ピストン３を
一気に押し上げ、制御棒４は炉心６の内部に急速
挿入される。この際、中空ピストン３はボールね
じ２の受部（図示せず）から外れて急上昇する
が、その後約２分間でボールねじ２の受部は駆動
モーター１の回転により上昇し、上部に移行した
中空ピストン３の位置まで追いつき、該中空ピス
トンを再び下方よりささえることになる。ボール
ねじ２及び中空ピストン３等の制御棒４を駆動す
るための主要な機器は制御棒駆動ハウジング８
（以下CRDハウジングと略記する。）の中に納め
られ、該CRDハウジング８と炉心６は制御棒案
内管９を介して接続されている。制御棒４はこの
制御棒案内管９の中を通り常時スムーズに炉心６
の内部に導かれる設計となつている。

第２図は第１図に示したFMCRDの従来例の主
要な部分を拡大してより詳細に示したものであ
る。第２図に於いて中空ピストン３は下方に位置
し、原子炉は通常運転状態にある。この場合、該
中空ピストン３はボールねじ２（図では省略）に
より下方より支持されておりこの位置を保つてい
る。中空ピストン３の左右の位置はガイドローラ
ー２１を介して接しているガイド２２及びガイド
ローラー２３を介して接しているスロツトル２４
によつて保持されている。該スロツトル２４と上
記ガイド２２とは皿ばね２５を介して接してお
り、さらに該スロツトル２４は下端をガイドチユ
ーブ２６の上端に乗せることによりその位置を保
つている。前記ガイド２２はその上端でCRDハ
ウジング８に固定されており、上記スロツトル２
４は皿ばね２５を押し上げる形で上方に移行する
ことが可能である。中空ピストン３の下端にはラ
ツチ２７が設けられており、該中空ピストン３が
上方に移行しラツチ２７がガイドチユーブ２６内
に設けられたラツチ受け２８の位置にまで到達し
た場合には、ばね２９の力によりラツチ２７がラ
ツチ受け２８にはまり込み、中空ピストン３を保
持し得るようになつている（第４図参照）。ラツ
チ２７の外側にはガイドローラー３０が設けら
れ、ガイドチユーブ２６との動きを円滑にしてい
る。さらに前記スロツトル２４の下端よりリボン
３１を介してマグネツト３２が接続されている。
該マグネツト３２の数センチメートル（距離Ａと
呼ぶ）上方でかつ、CRDハウジング８の外側に
リードスイツチ３３が設けられており、前記マグ
ネツト３２が該リードスイツチ３３の高さまで達
した場合に信号を発するようになつている。

第３図は第２図に示したFMCRDのスクラム時
において、制御棒が最上位置にある状態図を示し
たものである。中空ピストン３は水圧系７の駆動
圧により最高位置に到達している。この際、該中
空ピストン３はスロツトル２４を強制的に押し上
げ、皿ばね２５は最も圧縮された状態となつてい
る。一方、上記スロツトル２４の下端よりリボン
３１を介して接続されているマグネツト３２は該
スロツトル２４が強制的に押し上げられているの
に伴い、同じに上方に移行し、リード・スイツチ
３３の位置にまで到達している。このことによ
り、該リード・スイツチ３３は前記マグネツト３
２から発せられる磁気を検出して制御棒が確実に
スクラムされた旨の信号を発し、原子力発電所の
運転員に知らせる働きを行なう。しかしながら、
第３図に示す中空ピストン３の位置は原子炉がス
クラムされる際の過渡的な一瞬の状態を示したも
のであつて該中空ピストン３はスロツトル２４に
衝突した反動でその後ただちに下降を開始する。

第４図は第３図に示した中空ピストン３が下降
した後、スクラム継続状態位置に保持されてる状
態図を示したものである。スクラム位置に於ては
中空ピストン３は第３図に示した最高位置より数
センチメートル下方に位置し、ラツチ２７がラツ
チ受け２８にはまりこみ、前記中空ピストンを保
持している。これに伴い、皿ばね２５の力により
前記スロツトル２４も正確に前記距離Ａだけ下方
に降りて来ており、丁度ガイドチユーブ２６によ
り保持される状態になる。このことにより皿ばね
２５の圧縮荷重が間接的にラツチ２７に伝わらな
いような設計となつている。これにより、中空ピ
ストン３は不必要な荷重（皿ばね２５及びスロツ
トル２４よりの荷重）を受けることなく、スクラ
ム位置にラツチ２７によつて保持される構造とな
つている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上述した構成において、マグネツ
ト３２が再び正確に前記距離Ａだけ落下してしま
うため、リード・スイツチ３３は信号を発するこ
とが出来なくなる。このことにより、運転員は、
原子炉が確実にスクラムされているかどうかを確
認することができなくなるおそれが生じる。とこ
ろで原子炉の緊急時に於いては原子炉が確実にス
クラムされており、完全な状態に維持されている
ことを確認することが原子炉の運転員にとつては
最も重要な仕事の一つである。原子炉が安全な状
態に維持されているという確証が得ずらい場合の
運転員の精神的ストレスはきわめて大きなもので
あり、このことが、運転員の緊急時におけるその
他の重要な安全維持操作を行なう際に過誤を発生
させ得る要因となる恐れがあることは多くの専門
家の指摘するところである。この問題を解決しよ
うとして、スクラム後の制御棒の安座位置（第４
図における状態）において、リードスイツチ３３
を距離Ａだけ下方にずらし、スクラム安座位置に
おける制御棒位置を連続的に検出、監視しようと
した場合は従来のFMCRDにあつては新たに次の
問題が発生する。

すなわち、第４図における制御棒のスクラム安
座位置におけるマグネツト３２の位置は、第２図
における制御棒が通常運転位置である場合のマグ
ネツト３２の位置と全く同一であるため、リード
スイツチ３３を距離Ａだけ下方にずらすと、通常
運転中常にあたかも制御棒がスクラム安座位置に
あるがごときの誤信号が常時発生してしまう。

本発明の目的は従来のFMCRDの上記のような
不具合を改良し、原子炉がスクラムした際に制御
棒の位置を連続的に監視し得るFMCRDを得るこ
とにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明においては
制御棒駆動機構ハウジングと、この制御棒駆動機
構ハウジング内に設けられ上部にラツチ受けを有
するガイドチユーブと、このガイドチユーブの上
方に設けられ内側に第１のガイドローラを有する
スロツトルと、このスロツトルの上方に皿ばねを
介して接続され内側に第２のガイドローラを有す
るガイドと、このガイドの第２のガイドローラと
上記スロツトルの第１のガイドローラによりその
側方を支持され下端部に第３のガイドローラを有
するラツチを有しこの第３のガイドローラにより
下端部側方をガイドチユーブにより支持される中
空ピストンと、上記制御棒駆動機構ハウジングの
外側に位置するリード・スイツチと、前記スロツ
トルにリボンを介して支持されリード・スイツチ
に制御棒の位置信号を送るマグネツトを有する原
子炉停止装置において、前記中空ピストンは原子
炉スクラム継続状態時に前記スロツトルの下部を
押し上げて前記マグネツトをリードスイツチの作
動位置に移動させて成ることを特徴とする原子炉
停止装置を提供する。

（作用） このように構成された原子炉停止装置において
は、原子炉スクラム継続状態時のみリードスイツ
チを作動させるので原子炉がスクラムした際に制
御棒の位置を連続的に監視することができる。

（実施例） 以下図面に基づいて本発明の一実施例を説明す
る。本発明は第５図に示すように従来のFMCRD
よりも上端部分を短くしたガイドチユーブ５６
と、その分だけ相対的に下方に移行して設置され
たマグネツト５２及びリードスイツチ５３（もし
くはその分だけ短くしたリボン５１：要は、マグ
ネツトとリードスイツチを不感距離Ｃだけ離して
設置する）と、その分だけ長くかつ下方に移行し
たスロツトル５４及び従来より長い皿ばね５５と
その他の部分はすべて従来のFMCRDと同様の構
成部品とから構成される。

次に本発明の作用を第５図及び第６図に基づい
て説明する。原子炉が通常運転時には、本発明の
FMCRDの状態は第５図に示した状況にある。原
子炉に何らかの異常な外乱が発生し、緊急状態に
なると、ただちに水圧系が自動作動し中空ピスト
ン３を上方に押し上げる方向に水圧が加えられ
る。中空ピストン３はこれを受けて、急上昇し、
制御棒（図示せず）は炉心（図示せず）の内部に
急速に挿入される。中空ピストン３はこの上昇過
程の最高位置にいつたん達した後、（この状態は
図示していない）今度はただちにスロツトル５４
及び皿ばね５５より反発力を受けて下降に転じ
る。第６図は中空ピストン３が下降する過程でラ
ツチ２７がばね２９の力によりラツチ受け２８に
はまりこんだ後、スクラム位置に固定保持されて
いる状態を示している（この状態を原子炉スクラ
ム継続状態時と呼ぶ）。この状態ではスロツトル
５４は第５図に示されている通常位置よりもガイ
ドチユーブ５６が短くなつた分だけ相対的に逆に
高い位置に保持されることになる。この結果、リ
ボン５１によつてつり下げられているマグネツト
５２はリード・スイツチ５３と同一レベルに保持
され、該リード・スイツチ５３はマグネツト５２
からの磁気を連続的に検出し、制御棒がスクラム
位置に保持されている旨の信号を連続的に発する
ことになる。

上記のような作用を有する本発明のFMCRDに
より以下の効果が得られる。原子炉が通常運転さ
れている際に何らかの外乱が加えられた場合に
は、原子炉を安全な状態に導くために制御棒が炉
心内に緊急挿入（スクラム）され、原子炉の核反
応が停止される。原子炉がスクラムした場合には
運転員は制御棒が炉心内に確実に保持されている
ことを常に確認できることがその後の緊急操作を
確実に行ない得ることを保証するために必要不可
欠となる。従来型FMCRDは通常時の原子炉の反
応度制御にはすぐれた性能を有しているにもかか
わらず、原子炉がスクラムした際に制御棒の位置
を連続的に監視する機能を有していないため、運
転員に不当な精神的ストレスを与え、ひいては緊
急操作の過誤を誘発せしめる恐れがあつた。本発
明によるFMCRDは原子炉がスクラムされた際に
も制御棒の位置を連続的に監視し得るため、運転
員は原子炉の核反応が停止し、安全な状態に維持
されていることを常に確認ができる。従つて、運
転員はその後の原子炉の冷却・減圧操作を行なう
にあたつて、不当な精神的ストレスを受けること
なく、冷静な状態で臨むことが可能となり、原子
力発電所に於いて緊急事態が発生した際に運転員
が人的過誤を犯す可能性を著しく低減する効果が
得られる。

次に本発明の他の実施例を図面に基づいて説明
する。第７図は本発明によるFMCRDの他の実施
例を示す概略の構成図である。該実施例において
はパイロツト７１を新たに設け、これよりリボン
３１を介してマグネツト７２をつり下げる。パイ
ロツト７１はガイドチユーブ７６の先端の厚みを
ステツプ状に変えることにより、先端よりも多少
下方に常時保持されている。（先端の厚みをステ
ツプ状に変える以外にガイド保持用の突起を設置
する等の方法も可能である。）スロツトル２４は
逆に従来のFMCRDと同様、ガイドチユーブ７６
の先端に保持される。パイロツト７１及びスロツ
トル２４の間等にばね８１を設け、通常時にパイ
ロツト７１が常に強制的に押し下げられる状態に
しておいてもよい。第８図は該実施例のFMCRD
がスクラム状態にある状況を示したものである。
パイロツト７１は中空ピストン３により当初の状
態よりも上方位置に保持され、これによりリボン
３１を介してつり下げられたマグネツト７２もリ
ード・スイツチ７３と同一レベルに保持されるた
め、該リード・スイツチ７３はマグネツト７２の
磁気を検出し、制御棒がスクラム位置にある旨の
信号を連続的に発することになる。中空ピストン
３がこのようにスクラム位置にある場合でも該実
施例によればスロツトル２４はガイドチユーブ７
６の先端によつて保持されるため、該スロツトル
２４及び皿ばね２５による荷重は前記ガイドチユ
ーブ７６に加わり、中空ピストン３あるいはラツ
チ７２に加えられない。従つて、該実施例によれ
ば従来のFMCRDに比べて中空ピストン３及びラ
ツチ２７の機械的強度を増す必要がなくなる効果
が得られる。

〔発明の効果〕

斯して、本発明による原子炉停止装置は、原子
炉がスクラムした際に制御棒の位置を連続的に監
視出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動−水圧併用型の原子炉停止
装置（FMCRD）の全体の概略を示す系統図、第
２図は従来のFMCRDの通常時に於ける状態図、
第３図は従来のFMCRDのスクラム動作時に於け
る中空ピストンが最高位置に到達した際の状態
図、第４図は従来のFMCRDのスクラムの状態
図、第５図は本発明による原子炉停止系の通常時
に於ける状態図、第６図は本発明による原子炉停
止系のスクラム時の状態図、第７図は本発明によ
る他の実施例の通常時に於ける状態図、第８図は
本発明による原子炉停止系の他の実施例のスクラ
ム時の状態図である。 １……駆動モーター、２……ボールねじ、３…
…中空ピストン、４……制御棒、５……原子炉圧
力容器、６……炉心、７……水圧系、８……制御
棒駆動機構ハウジング、９……制御棒案内管、２
１，２３……ガイドローラー、２２……ガイド、
２４，５４……スロツトル、２５，５５…皿ば
ね、２６，７６……ガイドチユーブ、２７……ラ
ツチ、２８……ラツチ受け、２９……ばね、３０
……ガイドローラー、３１，５１……リボン、３
２，５２，７２……マグネツト、３３，５３，７
３……リード・スイツチ、７１……パイロツト、
８１……ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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に設けられ上部にラツチ受け
   を有するガイドチユーブと、このガイドチユーブ
   の上方に設けられ内側に第１のガイドローラを有
   するスロツトルと、このスロツトルの上方に皿ば
   ねを介して接続され内側に第２のガイドローラを
   有するガイドと、このガイドの第２のガイドロー
   ラと上記スロツトルの第１のガイドローラにより
   その側方を支持され下端部に第３のガイドローラ
   を有するラツチを有しこの第３のガイドローラに
   より下端部側方をガイドチユーブにより支持され
   る中空ピストンと、上記制御棒駆動機構ハウジン
   グの外側に位置するリード・スイツチと、前記ス
   ロツトルにリボンを介して支持されリード・スイ
   ツチに制御棒の位置信号を送るマグネツトを有す
   る原子炉停止装置において、前記中空ピストンは
   原子炉スクラム継続状態時に前記スロツトルの下
   部を押し上げて前記マグネツトをリードスイツチ
   の作動位置に移動させて成ることを特徴とする原
   子炉停止装置。