JPH0789157B2 - 制御棒駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、制御棒駆動装置に係り、特に沸騰水型原子炉
に適用するのに好適な制御棒駆動装置に関する。

〔従来の技術〕 沸騰水型原子炉は、原子炉圧力容器の下部に設けられた
制御棒駆動装置ハウジング内に、制御棒駆動装置を設置
している。

制御棒駆動装置は、主シリンダと主シリンダ内に設けら
れたピストンチユーブとの間に形成される環状空間に、
その環状空間内を軸方向に移動する駆動ピストンが設け
られている。駆動ピストンに設けられたインデツクスチ
ユーブが、その上端部で制御棒に連結される。

このような制御棒駆動装置は、特開昭58−219492号公報
に示されている。この公開公報に示された制御棒駆動装
置は、主シリンダの内側であつて制御棒緊急挿入時の終
り頃に駆動ピストンの環状シールが位置する部分に、溝
を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

制御棒駆動装置は、制御棒緊急挿入時のバツフア機構に
よる制御棒の減速・制動後も水圧制御ユニツト内の急開
弁を人為的に閉じるまで、アキユムレータからの高圧駆
動水の圧力を受けることにより発生する高応力に耐え続
ける為、強度的余裕を多く必要としていた。

制御棒駆動装置において応力の軽減は信頼性向上の為の
課題であり、この解決策として例えば、前述の特開昭58
−219492号公報に示す制御棒駆動装置がある。これは、
主シリンダの内側に設けられた溝により不要な高圧駆動
水を逃がしている。

しかしこの技術では制御棒緊急挿入動作終了後の常駆動
引抜動作初期において駆動ピストンへ加える駆動水の漏
洩が多く、引抜動作に影響をあたえる点について配慮さ
れていなかつた。

本発明の目的は、常駆動の操作に影響することなく、制
御棒緊急挿入操作時における内部で発生する応力を軽減
できる制御棒駆動装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、原子炉容器に取付けられたハウジング内に
設置される外部シリンダ及びこの外部シリンダ内に設置
された中空の内部シリンダのいずれかに、シリンダと内
部シリンダとの間の間隙からその間隙の外部への流体の
放出を許してしかも外部から前記間隙内への流体の流入
を阻止する開閉手段を設けたことによつて達成できる。

〔作用〕

開閉手段が開くことにより駆動ピストンの駆動源である
高圧駆動流体を外部シリンダと内部シリンダとの間に形
成された間隙から外部に逃がすことができ、これにより
上記間隙内の圧力を低下させることができる。

〔実施例〕

沸騰水型原子炉に用いられる本発明の好適な一実施例で
ある制御棒駆動装置を第１図〜第３図に基づいて説明す
る。

本実施例の制御棒駆動装置は、原子炉圧力容器１の下部
に設けられた制御棒駆動機構ハウジング２内に設置され
た制御棒駆動装置本体３、制御棒駆動装置本体３に駆動
水を供給するポンプ４及びポンプ４の供給する駆動水の
制御並びに制御棒緊急挿入動作時に制御棒駆動装置本体
３へ供給する高圧駆動水を備えておく機能を合せ持つ水
圧制御ユニツト５から成る。制御棒駆動装置本体３は、
主シリンダ６（外部シリンダである。）の下部フランジ
部７が制御棒駆動機構ハウジング２のフランジ部2Aと液
密を保ちながら接続されることで、制御棒駆動機構ハウ
ジング２に取付けられる。主シリンダ６の下部に固定ピ
ストン８が取付けられ、主シリンダ６内で固定ピストン
８より上方へのびるピストンチユーブ９が内部シリンダ
を成している。主シリンダ６とピストンチユーブ９との
間に形成される環状間隙内に、上下動可能な駆動ピスト
ン10が収容されている。駆動ピストン10の内，外周面
で、それぞれピストンチユーブ９、主シリンダ６と接す
る部分に環状のシール材を設けてある。駆動ピストン10
より上方へのびるインデツクスチユーブ13は、その上端
部にあるカツプリング14を介して制御棒15と連結されて
いる。ピストンチユーブ９の上部にはバツフアシヤフト
16が設けられ、その上端に固定ピストン17がナツト18に
より固定されている。固定ピストン17の外周は、インデ
ツクスチユーブ13の内面と接し、固定ピストン17とイン
デツクスチユーブ13との間には環状シール材19が設けら
れ、固定ピストン17の内部は第３図で示すようにシリン
ダ形状になつており、バツフアシヤフト16の外周に上下
動可能なバツフアピストン20が設けられる。バツフアピ
ストン20は、固定ピストン17内を上下に移動する。バツ
フアピストン20は、固定ピストン17の下端17A及びバツ
フアシヤフト16の肩部16Aにより上下方向の移動範囲を
制限されている。バツフアピストン20は、バツフアシヤ
フト16の外面、固定ピストン17の内面及びバツフアピス
トン20にて囲れた空間に設置された圧縮バネ21により下
方に付勢され、バツフアシヤフト16の肩部16Aに圧接さ
れている。バツフアシヤフト16は、水平方向に設けられ
た複数個のオリフイス穴22を有している。それぞれのオ
リフイス穴22は、バツフアシヤフト16の中心部に設けら
れて長手方向に伸びる連絡穴23に連絡されている。各々
のオリフイス穴22は、バツフアピストン20の上昇により
順次下方より閉鎖される。バツフアシヤフト16,固定ピ
ストン17,バツフアピストン20,圧縮バネ21によりバツフ
ア機構を構成する。主シリンダ6,固定ピストン8,ピカト
ンチユーブ9,駆動ピストン10により形成される空間24
は、主シリンダ６の下部フランジ部７に設けられた第１
流路25及び挿入ポート26へと連絡されている。ピストン
チユーブ９の内部には軸方向に深穴流路27が設けられて
おり、固定ピストン８の水平方向に設けられた流路28を
介して主シリンダ６の下部フランジ部７に設けられた第
２流路29,引抜ポート30へと連絡される。また、この深
穴流路27は、バツフアシヤフト16に水平方向に設けられ
た複数個の連絡孔31により、ピストンチユーブ9,駆動ピ
ストン10,インデツクスチユーブ13,固定ピストン17によ
つて囲まれて形成される空間32に連絡されている。

制御棒緊急挿入動作時の終期及び終了時に高圧駆動水を
逃がす流路を開閉する開閉機構は、ピストンチユーブ９
の上端部に設けられており制御棒緊急挿入動作時に駆動
ピストン10がバツフア機構のバツフアピストン20に当接
して制御棒15の減速が開始される直前の当該駆動ピスト
ン10の下面のわずかな下方にピストンチユーブ９に水平
に設けられて深穴流路27と連絡される流路47を有し、そ
の深穴流路27側の開口部に設けられた弾性体の開閉板49
を有している。流路47の開，閉はこの弾性体の開閉板に
49より行い、開閉板49の反力は常駆動時に供給される駆
動水の圧力では動作せず、制御棒緊急挿入時の制御棒駆
動機構に供給される高圧駆動水の圧力で動作する様に設
定する。開閉板49は、制限板48によりその動作時の角度
を制限され破損が防がれる。

制御棒駆動装置本体３は、要求される駆動機能として大
きく２種類の機能を有している。

第１の機能は、原子炉炉心の燃料集合体間にあるピツチ
で段階的に制御棒を挿入あるいは、引抜を行う機能であ
る（以下、この機能を常駆動操作と称す）。これは、原
子炉の起動，停止を行う場合、定格出力運転時に燃料の
反応度劣化を補償する場合、炉心内の出力分布を調整す
る場合等に要求される機能である。

第２の機能は、全数の制御棒を同時に原子炉炉心の燃料
集合体間に急速に挿入する機能である（以下この機能を
制御棒緊急挿入操作と称す）。これは、何らかの異常に
より原子炉を緊急停止する際に要求される機能であり、
原子炉安全上の意味から異常に高い信頼性を要求されて
いる。

以下、本実施例に関係する常駆動及び制御棒緊急挿入操
作について、ポンプ４及び、水圧制御ユニツト５の動作
を説明する。

常駆動操作には、挿入操作及び引抜操作の２つがある。
挿入操作は、ポンプ４によつて加圧された駆動水を、配
管33、水圧制御ユニツト５内の切換弁34を介して配管35
へと導き、さらに挿入ポート26及び第１流路25を通り駆
動ピストン10の下部の空間24に供給することによつて行
われる。一方、駆動ピストン10の上方にある空間32内の
水は、連絡孔31より深穴流路27、流路28、第２流路29及
び引抜ポート30へと導かれ、さらに配管36を介して水圧
制御ユニツト５内の配管37内に達し、切換弁38より図示
しない他の水圧制御ユニツトと接続している配管39から
低圧側へと放出される。これにより駆動ピストン10の下
方の空間24と上方の空間32との間に差圧が生じ、駆動ピ
ストン10に上向きの力が加わる。従つて、駆動ピストン
10は上方に移動され、駆動ピストン10の上方にのびるイ
ンデツクスチユーブ13とカツプリング14によつて連結さ
れた制御棒15が図示しない原子炉炉心の燃料集合体間に
挿入される。そして、図示しない公知の手段で、制御棒
15が選定された位置に保持される。

引抜操作は、図示しない前述の公知の手段による位置保
持を解除する為に、前述の挿入操作にてインデツクスチ
ユーブ13を少し持ち上げた後に行う。すなわち、ポンプ
４によつて加圧された駆動水が配管33により水圧制御ユ
ニツト５内の切換弁40を介して配管37,36へと導かれ、
引抜ポート30から第２流路29,流路28,深穴流路27を通り
連絡孔31から駆動ピストン10より上方の空間32へと供給
される。駆動ピストン10より下方の空間24の水は、第１
流路25、挿入ポート26及び配管35を介して水圧制御ユニ
ツト５内の切換弁41より図示しない他の水圧制御ユニツ
トと接続している配管39から低圧側へと放出される。こ
れにより駆動ピストン10より下方の空間24と上方の空間
32との間に差圧が生じ、駆動ピストン10に下向きの力が
加わる。従つて、駆動ピストンが下方に移動し、インデ
ツクスチユーブ13とカツプリング14によつて連絡された
制御棒15が図示しない原子炉炉心内の燃料集合体より引
抜かれる。

尚、常駆動操作において、駆動ピストン10に圧力を加え
る駆動水の漏洩が多くなると、駆動ピストン10の動作を
阻害する。

制御棒緊急挿入は、水圧制御ユニツト５内の急開弁42,4
3を同時に急開することによつて行われる。それにより
アキユムレータ44に畜えてある高圧駆動水が急開弁42を
介して、常駆動操作の挿入操作と同様の経路を通り駆動
ピストン10より下方の空間24へと供給される。駆動ピス
トン10より上方の空間32の水は、常駆動操作の挿入操作
時と同様の経路を通つて、水圧制御ユニツト内の急開弁
43を介して配管45から大気側に放出される。これにより
空間24と空間32との間に差圧が生じて、駆動ピストン10
に上向きの力が加わり、駆動ピストン10が上方に急速に
移動して制御棒15が原子炉炉心内の燃料集合体間に急速
に挿入される。

この時、前述の開閉機構が動作する。すなわち、制御棒
緊急挿入動作の終期にピストンチユーブ９に設けられた
流路47の位置を駆動ピストン10の下面が通過した後（駆
動ピストン10の下面が流路47よりも上方に位置した時）
または通過しつつある時駆動ピストン10を駆動する高圧
駆動水の圧力が開閉板49に加わり、開閉板49はその圧力
により制限板48側に押されて流路47を開く。このため、
深穴流路27と空間24とが連絡され、駆動ピストン10を駆
動していた高圧駆動水は空間24より流路47を介し深穴流
路27へと流れ、制御棒緊急挿入操作時と同一の経路によ
り大気側に放出される。

上向きの慣性力を有している駆動ピストン10の減速・制
動は、後述するようにピストンチユーブ９の上端に設け
られたバツフアシヤフト16,固定ピストン17,バツフアピ
ストン20,圧縮バネ21より成るバツフア機構にて行う。
すなわち制御棒緊急挿入操作の終端で、駆動ピストン10
がバツフアピストン20の下端に衝突する。バツフアピス
トン20は、駆動ピストン10の上昇に伴いバツフアシヤフ
ト16に設けられたオリフイス穴22を下から順次ふさぐ。
このため、空間46内の水は、バツフアピストン20の上昇
によつて加圧され、オリフイス穴22より連絡孔23内に流
れる。駆動ピストン10は、このときの流体抵抗及びオリ
フイス穴22の減少による空間46の圧力上昇の液体ダンパ
ー効果により減速し、さらにバツフアピストン20を介し
ピストンチユーブ９の上部固定ピストン17の下端17Aに
当接し停止する。制御棒緊急挿入操作時の駆動ピストン
10の駆動源である高圧駆動水は、前述した開閉板49等を
有する開閉機構により自動的に圧力が降下し、制御棒15
の自重が前述の圧力に打ち勝つて制御棒15が落下するこ
とにより図示しない公知手段により最挿入位置に保持さ
れて制御棒緊急挿入操作が終了する。開閉板49は、圧力
の降下により、定位置へと戻り流路47を塞ぎ深穴流路27
と空間24、及び空間32との連絡を絶つ。

以上の操作により、制御棒緊急挿入操作時の高圧駆動水
を制御棒緊急挿入操作の終期に大気側に放出することが
でき、制御棒駆動装置内部の圧力を低下させることによ
り応力の発生を大幅に減少させる。更に高圧駆動水の流
速の変化を抑えることによつて、高圧駆動水がもつ慣性
力を制御棒駆動装置内部で消化する必要が無くなり、応
力の発生を大幅に減少させることができる。また制御棒
緊急挿入操作時の高圧駆動水が流路47,深穴流路27及び
配管45を介して大気側に放出されて高圧駆動水の圧力が
低下するので、開閉板49が流路47を塞ぐ。このように深
穴流路27と空間24との連絡を遮断することによつて、制
御棒緊急挿入操作後の引抜操作及び常駆動操作時の駆動
水の漏洩を防止し、駆動水の圧力を保ち、従来と同様の
良好な常駆動特性を保つことができる。

本実施例によれば、次のような効果が得られる。

（１）制御棒緊急挿入操作の終了時に高圧駆動水の圧力
が自動的に低下し、駆動水の圧力による制御棒駆動装置
内での応力の発生が減少する。

（２）高圧駆動水の流速の変化が抑えられ、高圧駆動水
がもつ慣性力による応力の発生が減少する。

（３）常駆動の駆動水の圧力を保ち、良好な常駆動特性
が得られる。

（４）応力発生が減少することにより、強度的余裕が高
まり、信頼性が向上する。

（５）強度的余裕が高まることにより、制御棒緊急挿入
の高圧駆動水の圧力を従来より高くすることができ、制
御棒緊急挿入の短縮が図れる。

第４図は本発明の他の実施例を示す。第４図に示すよう
に制御棒緊急挿入動作時の高圧駆動水を逃がす流路47を
主シリンダ６に貫通する様に設けて、その外側に弾性体
の開閉板49、制限板48を設けても良い。この場合、制御
棒緊急挿入操作時の高圧駆動水が制御棒駆動装置ハウジ
ング２と主シリンダ６との間を通つて原子炉圧力容器１
側に放出される以外、その動作は、第１図の実施例と同
様である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、制御棒緊急挿入時において制御棒駆動
装置内で発生する応力を著しく軽減でき、しかも常駆動
操作に悪影響が及ばない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である第２図に示す制
御棒駆動装置のピストンチユーブ上端部付近の詳細縦断
面図、第２図は本発明の好適な一実施例の制御棒駆動装
置の全体構造図、第３図は第２図の固定ピストン付近の
詳細縦断面図、第４図は本発明の他の実施例の縦断面図
である。 ４……ポンプ、５……水圧制御ユニツト、６……主シリ
ンダ、９……ピストンチユーブ、10……駆動ピストン、
13……インデツクスチユーブ、24,32……空間、27……
深穴流路、47……流路、49……開閉板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 助川 善基 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭61−139793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−157185（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−64298（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−219492（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−62290（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉容器に取付けられたハウジング内に
   設置された外部シリンダと、前記外部シリンダ内に設置
   されて内部に空間部を有する内部シリンダと、前記外部
   シリンダと前記内部シリンダとの間に形成された環状空
   間内を、上下方向に移動する駆動ピストンと、前記外部
   シリンダ及び前記内部シリンダのいずれかに設けられ
   た、前記環状空間からこの環状空間の外部への流体の放
   出を許してしかも外部から前記環状空間内への流体の流
   入を阻止する開閉手段とからなる制御棒駆動装置。