JPH06249988A - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】補修・点検時の作業負担を低減する。 【構成】原子炉圧力容器１内の炉心２に挿入または引き
抜きされる制御棒15がワイヤ10で吊り下げられ、このワ
イヤ10は電動式駆動装置９の動力伝達棒13に巻き取られ
る。電動式駆動装置９は原子炉圧力容器１の蓋11に設け
られ、動力伝達棒13はモータ12で回転駆動し、ワイヤ10
を巻き取ったり、送り出したりして制御棒15を上下動さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉の制御棒
駆動機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子炉には 200本近くの制御棒
（以下、ＣＲと略す）が炉心内に格子状に設置され、Ｃ
Ｒは炉心内への挿入長さを変更して原子炉の出力を制御
したり、３次元的な炉心内出力分布を調整するために使
用される。

【０００３】ＣＲを炉心に挿入、引き抜きするためのＣ
Ｒ駆動装置は水圧あるいは電動で動作し、１本のＣＲに
対して１つのＣＲ駆動装置を使用しているので、１基の
原子力プラントについてＣＲと同数のＣＲ駆動機構（以
下、ＣＲＤと略す）がある。

【０００４】ＣＲＤの保守・点検はプラントの定期検査
（以下、定検と略す）中に行われる。従来のＣＲＤは水
圧型であり、定検の作業内容はＣＲＤを原子炉ペデスタ
ル内で取り外し、ＣＲＤの点検・保守と、ＣＲＤ内部に
設けられているカーボンシールの寿命による交換の実施
およびＣＲＤの取り付けである。

【０００５】1100MWe級の沸騰水型原子力プラント（以
下、ＢＷＲプラントと略す）の標準作業工程では約37本
のＣＲＤ交換作業に18日間を要している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ＢＷＲプラン
トの定検工程は、その全体の長さを決定する要因となる
作業（以下、クリティカル作業と略す）とそれ以外の作
業があり、クリティカル作業の短縮によって定検全体期
間の短縮化を図ることが大きな課題の１つとなってい
る。

【０００７】そして、ＢＷＲプラントの定検の最も重要
なクリティカル作業の１つにＣＲＤ保守・点検作業があ
る。原子炉には 200近くもＣＲＤがあるため保守・点検
時の作業負担が大きく、定検期間の短縮化を妨げる課題
がある。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、従来行われていたＣＲＤ保守・点検作業にか
かる負担を低減し、定検期間の大幅な短縮化を図った制
御棒駆動機構を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は原子炉圧力容器
内の炉心に制御棒を挿入または引き抜き操作する制御棒
駆動機構において、前記制御棒はワイヤにより吊り下げ
られ、前記ワイヤは電動式駆動装置の動力伝達棒に巻回
され、前記動力伝達棒はモータにより回転駆動され、前
記電動式駆動装置は前記原子炉容器の蓋内に設けられて
いることを特徴とする。

【００１０】

【作用】制御棒はワイヤに接続し、ワイヤを巻回する動
力伝達棒の回転駆動により炉心内に挿脱して原子炉の反
応度を制御する。動力伝達棒は電磁石に接続したモータ
の駆動により回転駆動する。

【００１１】また、動力伝達棒、電磁石およびモータは
組合わされて一体化し電動式駆動装置を構成し、この電
動式駆動装置は圧力容器の蓋内に設けられる。したがっ
て、他の作業との干渉が小さくなる。

【００１２】さらに、電動式駆動装置を使用することに
より、微少位置決めができ、一度に多くの制御棒を操作
しても出力分布は安定する。また、複数本の制御棒を一
つの駆動装置に接続することにより制御棒駆動装置の数
を削減することができる。

【００１３】

【実施例】図面を参照しながら本発明に係る制御棒駆動
機構の一実施例を説明する。図１は本発明の一実施例に
係る微動形電動式モータ駆動装置をＣＲ駆動手段として
有するＣＲＤ（以下、ＦＭＣＲＤと略す）を採用したＢ
ＷＲプラントの原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶと略す）
である。

【００１４】原子炉の容器であり、第２の防壁となるＲ
ＰＶ１と、ＲＰＶ１内の下部に位置し燃料集合体とＣＲ
15からなる炉心２と、炉心支持構造物であり炉心２を包
んでいるシュラウド３、シュラウド３の上方に位置し炉
心２で発生した蒸気と水を分離させるガイドチューブ一
体型気水分離器４と、気水分離器４の上方に位置し蒸気
を乾燥させる薄型円筒蒸気乾燥器５が設けられている。

【００１５】ＲＰＶ１の上部に位置し薄型円筒蒸気乾燥
器５で乾燥させられた蒸気をタービン系に送り込む蒸気
出口ノズル６、ＲＰＶ１の中央部に位置しタービン系で
使われ復水器で蒸気から変換された水を原子炉に供給す
る給水入口ノズル７、ＲＰＶ１の下部に位置し供給され
た水を冷却材として強制循環させるインターナルポンプ
８、ＲＰＶ１の上部に位置しＣＲを炉心２に挿入、引き
抜きするための機構であるＦＭＣＲＤ９、ＦＭＣＲＤ９
と炉心２内のＣＲをガイドチューブ一体型気水分離器４
のガイドチューブを通してつなぐワイヤ10が設けられて
いる。

【００１６】本ＢＷＲプラントの特徴は、本発明に係る
ＦＭＣＲＤ９、上部からのＣＲ挿入を可能にするガイド
チューブ一体型気水分離器４と薄型円筒蒸気乾燥器５、
インターナルポンプ８等を採用することにより、従来型
のＢＷＲに比べて高経済性および高信頼性を確保したこ
とにある。

【００１７】本発明に係るＦＭＣＲＤ９は図１に示すよ
うにＲＰＶ１の上部に設置され、微動形電動式モータ装
置を使用してＣＲ15を炉心２に挿入、引き抜きする機構
であり、複数本のワイヤ10をＦＭＣＲＤ９に取り付ける
ことにより複数本のＣＲを同時に上下動することができ
る。図２に構造を示す。

【００１８】定検時に取り外すＲＰＶ１の蓋11に取り付
けられ回転運動を起こすモータ12、モータ12と連結して
一緒に回転しワイヤ10を巻いたり解いたりすることによ
りＣＲ15を上下動する動力伝達棒13と、モータ12と動力
伝達棒13を連結したり切り離したりする電磁石18、ガイ
ドチューブ一体型気水分離器４と一体になっている。

【００１９】ワイヤ10をＣＲ15にガイドするガイドチュ
ーブ14が設けられ、ＣＲ15はワイヤ10に接続して、一緒
に上下動する。また、ワイヤ10と動力伝達棒13あるいは
ＣＲ15、動力伝達棒13とモータ12、ＲＰＶの蓋11とモー
タ12は着脱可能な構造になっている。

【００２０】本実施例のＢＷＲプラントにおいては、Ｃ
Ｒ15を 205本使用する。本実施例では、該ＣＲをグルー
プ分けの一例としてＣＲ引き抜きシーケンスのＣＲのグ
ループ分けを採用した。図３は、図２に示す炉心２を輪
切りにして上から見た図（以下、コアマップと略す）で
あり、コアマップ上の要素である小さな四角は、単位セ
ルと呼ばれ、４個の燃料集合体16と１つのＣＲ15から構
成される。

【００２１】図４に単位セルを上方から見た図を示す。
中央に十字型のＣＲ15が１つあり、四方を燃料集合体16
が４体で囲んでいる。ＣＲ15引き抜きシーケンスでは、
ＣＲ15を図３に示すＡからＶの22のグループに分け、起
動時にはＡから順にＣＲ15が引き抜かれる。

【００２２】１つのＣＲＤにより、複数本のＣＲ15を駆
動する場合には、“１つのＣＲＤの故障があっても原子
炉を確実に未臨界にできること”という制約をやぶるの
ではないかという危惧もあるが、ここに示したように１
つのＣＲＤにつながれたＣＲの炉心内位置が大きく離れ
ているために全体のＣＲワースは小さく、１つのＣＲＤ
につながれたＣＲ15が全引き抜きで後のＣＲ15が全挿入
の状態でも0.01以上の未臨界度を確保できる。

【００２３】本実施例におけるＣＲをグループ分けを採
用したＦＭＣＲＤの構成を図５で説明する。各グループ
毎にグループに属するＣＲ15と接続するワイヤ10を動力
伝達棒13に取り付ける。図５はＡグループのＣＲ17を動
力伝達棒13に取り付けた例である。図１に示す炉心２内
に位置し、ワイヤ10と動力伝達棒13によって連結された
ＡグループのＣＲ17を炉心２の上方からモータ12を用い
て炉心２に挿入、引き抜きする操作を行う。

【００２４】このＡグループのＣＲ17の中で動力伝達棒
13に対してワイヤ10が真上に延びず上下動がスムーズで
ないＣＲは、ガイドチューブ一体型気水分離器４のガイ
ドチューブの上端部分にガイドローラ19を取り付けるこ
とによって上下動をスムーズにする。

【００２５】このワイヤ10で巻き取る方式では、動力伝
達棒からバラバラの位置にあるＣＲをワイヤの巻き取り
の長さだけで全てのＣＲを同時にしかも同じだけ動かす
ことができる。

【００２６】また、ＣＲの位置の制御、つまりワイヤの
巻き取り長さの制御は、回転量を制御することにより指
定した位置を検出する機構を備えたサーボモータをモー
タ12に採用することによって行う。同様に残りのグルー
プＢからＶのＣＲも別の動力伝達棒13とワイヤ10を用い
て連結する。

【００２７】この時、各グループのワイヤ10が絡まない
ように動力伝達棒13を定検時に取り外すＲＰＶの蓋11に
取り付ける必要がある。こうして本実施例では 205本の
ＣＲに対してＣＲＤは22個になる。

【００２８】前記22個のＣＲＤを使用して本ＢＷＲプラ
ントおける原子炉の起動、定格運転を行う。

【００２９】原子炉起動時に単位セルの中のＣＲはグル
ープＡ、グループＢ……の順に引き抜いていく。ＦＭＣ
ＲＤ９により各グループのＣＲは、微小可動していくた
めにギャング操作における反応度印加量が制御でき、臨
界超過による出力急昇、昇温率の制限超過を妨げる。

【００３０】こうして原子炉の出力が上昇すると、出力
分布に悪影響を与えないように、図３で示したグループ
ＯからグループＶのＣＲが引き抜かれる。図６に出力が
上昇した後に操作されるＣＲグループをコアマップ上に
示した。このＣＲを囲む燃料の反応度は低く、ＣＲを移
動させてもこれによる出力分布の変化が少なくなるよう
に考慮されている。

【００３１】次に、スクラム時のＣＲの動作であるが、
電磁石18の供給電源を喪失することによりモータ12と動
力伝達棒13を切り離し、自由落下でＣＲの全挿入を行
う。また、モータの異常時に備えてモータ12は２台設置
する。

【００３２】通常時に片方のモータは、電磁石18により
動力伝達棒13とは切り離されており、もう一方のモータ
に異常が発生すると電磁石18で動力伝達棒13に連結して
ＣＲを炉心２に挿入、引き抜きする操作を行う。

【００３３】このようにして、前記実施例によれば従来
のＣＲＤを採用した場合と比較して205個から22個に削
減されたために、クリティカル作業であるＣＲＤの保守
・点検の作業負担が約１／10に低減され、定検期間の大
幅な短縮化が可能となり有効である。

【００３４】しかも、本実施例に係るＦＭＣＲＤ９はＲ
ＰＶの蓋11に取り付けられているので、ワイヤ10を十分
撓ませＲＰＶの蓋11を取り外すだけでＣＲＤの保守・点
検作業が可能となり、ワイヤ10をＣＲ交換機に付け替え
るだけでＣＲ交換作業も可能となるので作業内容が簡略
化できる。さらにＣＲＤの保守・点検作業とＣＲ交換作
業が同時に行えるので定検期間の短縮にもなる。

【００３５】本発明は複数のＣＲを一体化し、ＣＲ駆動
装置の数を大幅に削減するとともに、複数本にグループ
分けされたＣＲを一体化し、該ＣＲを炉心に挿入、引き
抜きするための微小動作可能な駆動装置を備えている。

【００３６】一般にＣＲＤはＣＲを炉心内に挿入した
り、引き抜いたりして反応度を制御するのが目的である
が、最大の目的は原子炉起動のためにＣＲを抜いて反応
度を印加することである。ＣＲは、原子炉起動前は全挿
入の状態であるが、ＣＲを徐々に引き抜いて定格出力状
態になると、ＣＲはほとんど抜けた状態となる。

【００３７】原子炉起動をＣＲ操作を中心に考えると、
まず、ＣＲ全挿入の状態からＣＲを引き抜いて原子炉を
臨界にし、次にＣＲを徐々に引き抜いて一定の昇温率以
下で炉水温度を上昇させ、ある一定の圧力レベルに達し
た段階で発電機を併入し、その後、ＣＲ引き抜きにより
発電機出力を上昇させながら定格出力に至る。

【００３８】この間の運転で留意すべきことは、発電機
併入までの間はＣＲによる炉心全体での反応度制御が問
題である。これに対し、発電機併入以後の出力レベルが
高い段階では反応度制御に加えて出力分布制御に対して
考慮することである。

【００３９】反応度制御のみに注意を払う運転であれ
ば、反応度の印加スピードを細かく制御できる必要があ
る。これができないと、臨界を大幅に超過して原子炉出
力が急昇したり、昇温過程で昇温率が制限を超えてしま
う。ＣＲを一体化することの問題点は多数のＣＲを同時
に引き抜くのであるから、一度に大量の反応度が印加さ
れる可能性があることである。

【００４０】実際、日本で現在稼働しているＢＷＲで採
用されたＣＲＤでは最小の移動ステップが燃料長の１／
24なので、同時に多数本のＣＲを引き抜くことは不可能
である。つまり、ＣＲを同時に多数本引き抜くために
は、最小の移動量を極めて小さくできる微小動作可能な
駆動装置が必要となる。

【００４１】もし、全てのＣＲを一体化して同時に引き
抜くと、上からＣＲを挿入する構造のＢＷＲにおいて、
炉心下部ではＣＲは全て引き抜かれ、炉心上部ではＣＲ
は全て残っているので、出力分布は炉心下部に極端に片
寄ったものとなる。

【００４２】このため、出力レベルが高い場合には、局
所的に炉心の出力が極めて高くなり熱的制約条件に対す
る運転制限条件を満たさなくなる可能性がでてくる。こ
れを、防ぐためには、全ＣＲを一体として引き抜くので
はなく、ＣＲをいくつかのグループに分けて、各グルー
プを一体として操作できる構造にする必要がある。

【００４３】つまり、出力が上昇して分布が問題となる
レベルまでに、１つのグループに属するＣＲは全引き抜
きとなるように、グループ分割をすれば、極端な出力分
布によって運転制限条件が満足されないことが起こらな
い。１つの反応度制御用のＣＲを引き抜いた後で、少数
本のＣＲを操作しても、その出力分布の歪みは十分小さ
なものとなる。

【００４４】以上の説明はＣＲ引き抜き操作に関わるも
のであったが、ＣＲ挿入は出力が減少する側であるの
で、運転上の制約条件はなく急激な負の反応度印加は問
題にならない。

【００４５】これによりＣＲＤが大幅に削減され定検期
間の短縮化向上を図ることが可能になる。また、微小動
作可能なＣＲ駆動装置１つで複数本のＣＲを同時に炉心
に挿入、引き抜きする操作（以下、ギャング操作と略
す）を行うことが可能である。

【００４６】また、他の実施例として、図３に示すＡか
らＤまでの４グループのＣＲをそれぞれ13個ずつ２つの
ＣＲＤに接続させて同時に駆動し、残りのＣＲはそれぞ
れ１つのＣＲＤに接続させ、都合ＣＲＤの数を26個にす
ることが考えられる。これは、ＡからＤまでの４グルー
プのＣＲがそれぞれ26個と22グループの中で一番数が多
いためＣＲＤの負担を減らすことを考慮した実施例であ
る。

【００４７】残りのグループのＣＲの数は、Ｅ，Ｇ，
Ｈ，Ｊ，Ｋ，Ｍ，Ｏ，Ｒのグループがそれぞれ８個、
Ｆ，Ｉ，Ｌ，Ｎ，Ｐ，Ｑ，Ｓ，Ｔ，Ｕのグループがそれ
ぞれ４個、Ｖグループが１個と少ないので１つのＣＲで
十分である。この場合の作業負担もＣＲＤとＣＲの数の
比較を用いて考えると約１／10に低減されるので本実施
例の効果が薄れることはない。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、ＣＲＤがＲＰＶの蓋に
取り付けてあるので他の作業との干渉が少なくなり作業
効率が向上する。またＣＲＤの数の大幅な削減により、
定検のクリティカル作業の一つであるＣＲＤの保守・点
検作業の負担が大きく低減し、期間短縮と作業能率の向
上し、定検作業全体の効率向上により定検期間の大幅な
短縮化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御棒駆動機構を組み込んだＢＷ
Ｒの概略的断面図。

【図２】図１における制御棒駆動機構を部分的に欠除し
て示す立面図。

【図３】図２におけるＣＲ引き抜きシーケンスでグルー
プ分けされたコアマップ図。

【図４】図３における単位セルを示す構成図。

【図５】（ａ）は図１におけるグループ分けされたＣＲ
を本発明で採用するＣＲＤに取り付けた部分を示すコア
マップ図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部を拡大した部分
図。

【図６】原子炉出力が上昇した後に操作するＣＲを示す
コアマップ図。

【符号の説明】 １…ＲＰＶ、２…炉心、３…シュラウド、４…ガイドチ
ューブ一体型気水分離器、５…薄型円筒蒸気乾燥器、６
…蒸気出口ノズル、７…給水入口ノズル、８…インター
ナルポンプ、９…電動式駆動装置、10…ワイヤ、11…Ｒ
ＰＶの蓋、12…モータ、13…動力伝達棒、14…ガイドチ
ューブ、15…ＣＲ、16…燃料集合体、17…Ａグループの
ＣＲ、18…電磁石、19…ガイドローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉圧力容器内の炉心に制御棒を挿入
   または引き抜き操作する制御棒駆動機構において、前記
   制御棒はワイヤにより吊り下げられ、前記ワイヤは電動
   式駆動装置の動力伝達棒に巻回され、前記動力伝達棒は
   モータにより回転駆動され、前記電動式駆動装置は前記
   原子炉容器の蓋内に設けられていることを特徴とする制
   御棒駆動機構。