JPH07159576A - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガイドリボンおよびローラ等に作用する荷重を
緩和し、信頼性を向上させる。 【構成】アウターチューブ46内の中空ピストン19を包囲
してストップピストン33を設け、このストップピストン
33の下面に上端が接触するようにしてガイドリボン39を
設け、このガイドリボン39にストップピン33に追従する
ようにばね43を設ける。ガイドリボン39の下部にマグネ
ットを設けている。これによりガイドリボン39にスクラ
ム時の衝撃力を加えることなく、また、ストップピスト
ン33に偏心反力をかけずにスムーズに動作させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は軽水炉としての沸騰水型
原子炉（以下、ＢＷＲと記す）に使用される制御棒駆動
機構（以下、ＣＲＤと記す）に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来のＢＷＲの概略構成を示す
もので、原子炉圧力容器１内に減速材を兼ねる冷却材２
が収容される一方、中央下部には炉心３が配置され、炉
心シュラウド４により囲まれている。炉心３には多数の
燃料集合体（図示せず）が装荷され、４体一組の燃料集
合体間に制御棒５が出し入れ自在に収容される。

【０００３】このＢＷＲにおいて、冷却材２は炉心３内
を上方に向かって流れ、その間に炉心３から核分裂連鎖
反応により発生する熱を冷却材２に伝達し、冷却材２を
加熱している。加熱された冷却材２は水と蒸気の気液二
相流となって炉心３上方へ移動し、炉心３から気水分離
器６に案内される。

【０００４】気液二層の冷却材は気水分離器６で水と蒸
気に分離された後、蒸気は図示しない蒸気乾燥器を経て
主蒸気配管から蒸気タービン系に送られて蒸気タービン
を駆動させる。蒸気タービン系で仕事をした蒸気は、復
水器で凝縮されて復水となった後、原子炉復水系および
給水系を経て原子炉圧力容器１に給水として再び戻され
る。

【０００５】一方、気水分離器６で分離された水は、ダ
ウンカマ部７を流化し、原子炉復水系および給水系を通
って送られてくる給水と混合した状態で炉心下部に案内
され、再び炉心３に導かれる。

【０００６】また、原子炉圧力容器１の炉心３には原子
炉の起動・停止や炉出力調整のため制御棒５がＣＲＤ８
により出し入れされる。ＣＲＤ８は原子炉圧力容器１の
底部１ａから下方に延びるＣＲＤハウジング９内に収容
される一体構造物（アッセンブリ）であり、ＣＲＤハウ
ジング９の下部フランジ９ａにボルト接合により固定さ
れる。

【０００７】このＣＲＤ８は図４に示すように電動駆動
型式のＣＲＤであり、下部に電動機10が取り付けられる
電動機10からの回転軸11は、ギヤカップリング機構12を
介してＣＲＤ８の駆動軸13に連結される。駆動軸13はボ
ールねじ軸14に回転一体に連結され、このボールねじ軸
14にはボールナット15が螺合している。

【０００８】ボールナット15には、対をなすローラ16が
ガイドチューブ17の内周面に形成された軸方向の取付板
18を挟持するように設置される。ボールナット15の上方
には中空状のピストン19が設置され、このピストン19は
ピストンチューブ19ａ上端に設置されたカップリング20
を介して制御棒５に連結される。

【０００９】そして、電動機10の駆動により回転軸11お
よび駆動軸13を介してボールねじ軸14が回転し、このボ
ールねじ軸14の回転によりボールナット15が上下動する
ようになっている。その際、ボールナット15は取付板18
により回転が規制されて上下動し、このボールナット15
の上下動によりピストン19を介して制御棒５が上下動す
る。

【００１０】この制御棒５の上下動により炉心３への挿
入・引き抜き量が調整され、炉出力がコントロールされ
る。なお、符号21は電磁ブレーキであり、符号22はシン
クロ位置検出器、符号23はモータブラケット、符号24は
スピールピースである。

【００１１】次に、ＢＷＲに緊急事態が発生して原子炉
をスクラムさせる場合を説明する。

【００１２】原子炉のスクラム時には、ＣＲＤハウジン
グ９の下部フランジ９ａに接続されたスクラム挿入配管
25から注水口26を介してピストン19の下面側に高圧駆動
水が供給される。この高圧駆動水の供給によりボールナ
ット15上に設置されているピストン19が上方に押し上げ
られ、制御棒５を炉心３内に高速で挿入させるようにな
っており、原子炉はスクラムされる。

【００１３】このようなＣＲＤ８の構成において、炉心
３に挿入される制御棒５の挿入位置の検出は、通常駆動
時は電動機10の回転から検出するシンクロ位置検出器22
により行なう。

【００１４】また、スクラム時は制御棒５及びピストン
19がボールナット15の上から分離して駆動されるため、
上記のシンクロ位置検出器22では制御棒５の位置を検出
できず、この場合はピストン19の下端に取り付けたマグ
ネット27と、磁力により作動するリードスイッチ28を内
蔵した位置検出器29とにより制御棒５の位置を検出す
る。

【００１５】但し、ＣＲＤ８の上部が原子炉圧力容器１
の内部にある事と、位置検出器29がＣＲＤの外部に設置
されていて上端が原子炉圧力容器１の底部１ａにより制
約を受ける為、制御棒５の全ストロークを検出できな
い。

【００１６】従来の位置検出器29は、スクラム時の挿入
時間の仕様値が決められている０％，10％，40％，及び
60％の制御棒５の位置を検出出来るようにしている。更
にスクラム時の挿入時間の仕様値が決められている100
％に付いても検出する必要があり、これは別の機構によ
り検出している。

【００１７】つまり、図５に示すようにスクラム時に制
御棒５及びピストン19を制動する為の皿バネ機構30の下
部のシリンダー31内にコイルバネ32とストップスピン33
を設け、ストップスピン33には長尺のガイドリボン39を
介して図４に示すマグネット34を取り付けてある。

【００１８】このような機構により、制御棒５及びピス
トン19が全挿入されるとピストン19によりストップピス
トン33とマグネット34が少し押し上げられ、位置検出器
29に内蔵されたリードスイッチ28により100 ％の位置を
検出する。

【００１９】ＣＲＤ８にはこれ以外に、制御棒５の落下
事故を未然に防止する為に制御棒５及びピストン19がボ
ールナット15の上から分離した事を検出する分離検出機
構を設けている。

【００２０】すなわち、スプールピース24内には、マグ
ネット35を内蔵したマグネットホルダー36を駆動軸13に
しゅう動自在に勘合し、マグネットホルダー36の下部に
コイルバネ37を設けている。また、リードスイッチを内
蔵した分離検出器38をＣＲＤ８の外部に設置している。

【００２１】この様な構造により、制御棒５の引抜き駆
動中に制御棒５と燃料集合体との間の摩擦抵抗などによ
り制御棒５及びピストン19がぶら下がった状態となる。

【００２２】制御棒５及びピストン19がボールナット15
の上から分離した場合は、マグネットホルダー36に作用
していた制御棒５及びピストン19の荷重が解除されるた
め、コイルスプリング37が伸びてマグネット35が押し上
げられて分離検出器38のリードスイッチが作動し、制御
棒５及びピストン19がボールナット15の上から分離した
事が検出される。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のＣＲＤ８に
はスクラム時の位置検出器29，分離検出器38及びシンク
ロ位置検出器22の３つの検出器を設けているほか、検出
器を動作させるために複雑な構造をした全挿入位置検出
機構と分離検出機構をＣＲＤ８の内部に設けている。

【００２４】このうちの全挿入位置検出機構は、図５に
示すよう、スクラム時にはピストン19が高速で上方へ挿
入され、下部シリンダ31内に取付けられたストップピス
トン33に衝突し、ストップピストン33を通常時は押し下
げているコイルばね33及び皿ばね機構30により衝撃を吸
収された後に停止する。ストップピストン33にはストッ
プピストン33の移動を下方のマグネット34へ伝達するた
めにリボン39が嵌合されている。

【００２５】このガイドリボン39はガイドチューブ17の
外面に設けたキー溝状の空間を通して下方のマグネット
34と接合された長尺のうすい帯状の板であり、ピストン
19がストップピストン33に衝突する際および皿ばね機構
30が作動し停止する際に衝撃荷重が作用する。この衝撃
荷重に十分に耐えるためにはガイドリボン39の板厚を増
加することが望ましいが、空間的な制約で困難であっ
た。

【００２６】また、ストップピストン33にピストン19が
衝突した際に、ストップピストン33はストップピストン
に取付けたローラ40により下部シリンダ31内を上方へ移
動するが、前述のガイドリボン39による反力で傾きなが
ら下部シリンダ31内を移動することにより、一部のロー
ラ40に大きな荷重が作用しそのローラの摩耗が大きくな
る課題があった。なお、符号41はカバー42はバンドであ
る。

【００２７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、ストップピストンとそのストップピストンの
動きを下方のマグネットへ伝達するガイドリボンとの機
械的な結合を不要とすることにより、ガイドリボンおよ
びローラ等に作用する荷重を緩和し、信頼性が向上した
制御棒駆動機構を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る制御棒駆動
機構は、上述した課題を解決するために、電動機の回転
をドライブシャフト機構を介してピストン昇降機構に伝
達してピストンを昇降させ、制御棒を炉心内に挿入・引
抜きさせると共に、スクラム時には高圧水を注入してピ
ストンを押し上げることにより制御棒を炉心内に急速に
挿入する様に構成した制御棒駆動機構において、ストッ
プピストンの下端面にガイドリボン上端をばねで押しつ
けることによりストップピストンの動きに追従して作動
する全挿入位置機構を設置することにより、ストップピ
ストンとガイドリボンの結合を不要としたことを特徴と
する。

【００２９】

【作用】このＣＲＤは、ストップピストンの下端面にガ
イドリボン上端をばねの力で押し当てており、スクラム
時に中空ピストンがストップピストンに衝突して上方へ
移動する際には、まずストップピストンがピストンによ
り押し上げられた後、ガイドリボンはばねによりストッ
プピストン下端面まで上昇し、下方のマグネットが上昇
し全挿入されたことが検出される。ガイドリボンはスト
ップピストンに嵌合されていない。

【００３０】このため、ピストンがストップピストンに
衝突した際の衝撃力はガイドリボンへは伝達されない。
また、停止時もストップピストンが停止した後、ばねの
力で押し上げられるため、ガイドリボンにはばねの長さ
と力を適切に設定することにより停止時の衝撃力も十分
に低減できる。

【００３１】さらに、ガイドリボンとストップピストン
はばね力で押し当てられているのみでピストンがストッ
プピストンに衝突し上方へ急速移動中はガイドリボンと
ストップピストンは分離しているため、ストップピスト
ンへガイドリボンの反力が伝達されることはなくストッ
プピストンは傾くことなく、下部シリンダ内を移動する
ためローラへの荷重も均一なものとなる。

【００３２】

【実施例】つぎに、本発明に係る制御棒駆動機構の一実
施例について図１から図２を参照して説明する。

【００３３】この制御棒駆動機構（ＣＲＤ）は図１に示
すように構成された電動駆動型制御棒駆動機構（ＦＭＣ
ＲＤ）である。このＣＲＤは原子炉圧力容器１の底部
（下部鏡）１ａから下方に延びるように延設されたＣＲ
Ｄハウジング９の下部フランジ９ａにボルト締め等で固
定され、全体の構成は図４に示すＣＲＤと実質的に等し
いので、同じ符号を付して説明する。

【００３４】ＣＲＤは下部に電動機10が取り付けられ、
この電動機10からの回転駆動力はドライブシャフト機構
を介してピストン昇降機構に伝達される。ドライブシャ
フト機構は電動機10の回転軸11と、この回転軸11にギア
カップリング機構12を介して連結される駆動軸13とを有
し、この駆動軸13にピストン昇降機構のボールねじ軸14
が連結される。

【００３５】ピストン昇降機構はボールねじ軸14とこの
ボールねじ軸14に螺装されるボールナット15とを有し、
ボールナット15は、ガイドチューブ17内に軸方向に内設
された取付板18にローラ16が挟持されて回り止めされ
る。

【００３６】ボールナット15上にはピストン19が載置さ
れ、ボールナット15の昇降に伴ってピストン19が一体的
に昇降せしめられるようになっている。ピストン19から
ピストンチューブ19ａがガイドチューブ17内を上方に一
体に延びており、このピストンチューブ19ａの上端に図
示しない制御棒に係合可能なカップリングが設けられ
る。

【００３７】このＣＲＤ40は上述したように構成されて
おり、電動機10の回転駆動によりドライブシャフト機構
を介してピストン昇降機構のボールねじ軸14を回転さ
せ、ボールナット15を昇降させる。

【００３８】このボールナット15の昇降に伴ってピスト
ン19が昇降し、ピストンチューブ19ａを介して図示しな
い制御棒を昇降させる。この制御棒の昇降により、制御
棒は炉心に挿入あるいは引き抜かれ、炉出力の調整が行
なわれる。

【００３９】制御棒の挿入位置への保持は、電動機10自
身の保持トルクによってボールねじ軸14の回転を規制す
ることにより行なわれる。

【００４０】原子炉をスクラムさせる場合には、ＣＲＤ
ハウジング９の下部フランジ９ａに接続されたスクラム
挿入配管25および注入口26を介して高圧駆動水をピスト
ン19の下面側に供給する。この供給によりボールナット
15上に載置されているピストン19は上方に押し上げられ
て、制御棒を炉心に急速に挿入して原子炉をスクラムさ
せる。

【００４１】電動機10による駆動の場合も、スクラムの
駆動の場合も、ピストン19が全挿入位置まで上昇してく
ると、中空ピストン19がストップピストン33に接触し、
ストップピストン33の上方に設置されたコイルスプリン
グ32を圧縮する。

【００４２】ストップピストン33とコイルスプリングは
同心状に下部シリンダ31内に設置されており、下部シリ
ンダ31の上端部にはピストンチューブ19ａをガイドする
ためのローラを取付けた蓋状のリングが設置され、その
上方にスクラム時の衝撃を緩和する皿ばね機構30が複数
枚設置されている。

【００４３】さて、ストップピストン33が中空ピストン
19に接触しながら一体で下部シリンダ31内を上昇する
と、ストップピストン33下端にバネ43で押し付けられて
いたガイドリボン39がストップピストン33の移動に追従
し上方へ移動し、ガイドリボン39の下端に取付けたマグ
ネット34を移動させ位置検出器29内の全挿入検出リード
スイッチ45の動作により、制御棒５が全挿入されたこと
を検知する。

【００４４】引抜き時には、電動機10により中空ピスト
ン19が下方に引き抜かれ中空ピストン19に接触した状態
でストップピストン33も中空ピストン19と一体で下部シ
リンダ31内をコイルバネ32の復元力で移動するそれに追
従し、ストップピストン33の下端面にバネ43で押し当て
られているガイドリボン39も下方へ移動し、ガイドリボ
ン39の下端に取付けた、マグネット34が移動し全挿入状
態が解除されたことが検知される。

【００４５】従来例では帯状の板であったためガイドリ
ボンと呼称していた。本発明ではスペース的に棒状の方
が合理的でありガイドロッドと称する方が適切であるが
用語の混乱を避けるためにガイドリボンに統一する。な
お帯状の板を使用しても問題ない。

【００４６】なお、上記実施例では、ストップピストン
にガイドリボンを押し当てるバネの取付場所をガイドリ
ボン上端近傍として説明したが、当然ながら下端側のマ
グネット近傍に取付けてもよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、全挿入位置検出機構の
うちのストップピストンとガイドリボンを機械的に締結
することなく、ガイドリボンをストップピストン下端面
にばねを用いて押し当てた状態にし、ストップピストン
の上下動をガイドリボンを介してガイドリボン下端のマ
グネットに伝達し全挿入位置にあるか否かを検知可能と
する。

【００４８】これにより、スクラム時のピストンがスト
ップピストンに衝突する際の衝撃荷重がガイドリボンに
作用することを回避し、同時にストップピストンが傾い
た状態で下部シリンダ内を移動することが防止でき、構
造強度上余裕のある信頼性が向上した制御棒駆動機構を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御棒駆動機構の一実施例を示す
縦断面図。

【図２】図１におけるＢ部を拡大して示す縦断面図。

【図３】沸騰水型原子炉の一般的な概略を示す縦断面
図。

【図４】図３における従来の制御棒駆動機構を示す縦断
面図。

【図５】図４におけるＡ部を拡大して示す縦断面図。

【符号の説明】 １…原子炉圧力容器、１ａ…底部、２…冷却材、３…炉
心、４…炉心シュラウド、５…制御棒、６…気水分離
器、７…ダウンカマ部、８…ＣＲＤ、９…ＣＲＤハウジ
ング、９ａ…下部フランジ、10…電動機、11…回転軸、
12…ギアカップリング機構、13…駆動軸、14…ボールね
じ軸、15…ボールナット、16…ローラ、17…ガイドチュ
ーブ、18…取付板、19…ピストン、19ａ…ピストンチュ
ーブ、20…カップリング、21…電磁ブレーキ、22…シン
クロ位置検出器、23…モーターブラケット、24…スプー
ルピース、25…スクラム挿入配管、26…注入口、27…マ
グネット、28…リードスイッチ、29…位置検出器、30…
皿ばね機構、31…シリンダー、32…コイルばね、33…ス
トップピストン、34…マグネット、35…マグネット、36
…マグネットホルダー、37…コイルスプリング、38…分
離検出器、39…ガイドリボン、40…ローラー、41…カバ
ー、42…バンド、43…ばね、44…ストッパ、45…全挿入
検出リードスイッチ、46…アウタチューブ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機の回転をドライブシャフト機構を
   介してピストン昇降機構に伝達して中空ピストンを昇降
   させ、制御棒を炉心内に挿入・引抜きさせると共に、ス
   クラム時には高圧水を注入してピストンを押し上げるこ
   とにより制御棒を炉心内に急速に挿入する様に構成した
   制御棒駆動機構において、前記中空ピストンを包囲して
   ストップピストンを設け、このストップピストンの下面
   に上端が接触するようにしてガイドリボンを設け、この
   ガイドリボンに前記ストップピストンに追従するように
   ばねを設けるとともにその下部にマグネットを設けるこ
   とを特徴とする制御棒駆動機構。
2. 【請求項２】 前記ガイドリボンを前記ストップピスト
   ンに押し当てるための前記ばねを下方のマグネット側に
   設けたことを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動機
   構。
3. 【請求項３】 前記マグネットの位置検出は位置検出器
   内に設けた全挿入検出リードスイッチにより検出するこ
   とを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動機構。