JPS623692A - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲという）の制御棒
駆動装置に係り、特に原子炉緊急停止時（以下スクラム
時という）の制御棒の原子炉への挿入速度（以下スクラ
ム速度という）を常に一定に維持することが可能な制御
棒駆動装置に関する。

［発明の技術的背景］ まず、従来からＢＷＲに使用されている高速スクラム型
の制御棒駆動装置を第４図を参照して説明する。第４図
中符号１は制御棒駆動装置を示し、この制御棒駆動装置
１は流体駆動方式を採用しており、原子炉圧力容器２の
下部に垂設されている円筒状の制御棒駆動装置ハウジン
グ３に取着されている。上記制御棒駆動装置１は上記ハ
ウジング３と同芯状のシリンダ４を備えており、該シリ
ンダ４内には駆動ピストン５が上下動可能に収容されて
いる。上記駆動ピストン５の上端には制御棒６か連結さ
れており、駆動ピストン５の上下動に伴ない、制御棒６
が図示しない炉心内に挿入・引抜され、それによって炉
心出力の制御がなされる。

上記制御棒駆動装置１には挿入ライン７と引抜ライン８
とが設置されている。上記挿入ライン７を介して駆動水
を駆動ピストン５の下面側に供給して駆動ピストン５を
上昇せしめるとともに、上記引抜ライン８を介して駆動
ピストン５の上面側に駆動水を供給して、駆動ピストン
５を下降させる。

上記挿入ライン７および引抜ライン８には、ポンプ９に
より約１３０／＜ｇ／ｄＧに昇圧された駆動水か流量お
よび圧力を調整された状態で供給され、前記駆動ピスト
ン５を上下動させる。以下詳細に説明する。

前記ポンプ９の下流側のアキュムレータ供給ライン１０
には、アキュムレータ１１が接続されており、このアキ
ュムレータ１１内にはアキュムレータピストン１２が摺
動自在に配設されている。

このアキュムレータピストン１２の上側受圧面にはポン
プ９からの駆動水が作用するとともに、その下側受圧面
には窒素容器１３内の高圧窒素ガスが作用する。前記ア
キュムレータ供給ライン１−０の下流側はスクラム入口
弁１４を介して前記挿入ライン７と接続されている。一
方、前記引抜ライン８にはスクラム出口弁１６を介して
スクラム排出ライン１５が接続されている。前記スクラ
ム入口弁１４およびスクラム出口弁１６はスクラムパイ
ロット弁１７にスクラム信号が入力されることにより開
弁する。なお図中符号４１は駆動用のエアー配管である
。

前記挿入ライン７および引抜ライン８間には、挿入用電
磁弁１８．１９および引抜用電磁弁２０．２１が介挿さ
れたライン２２．２３が接続されている。上記電磁弁１
８．２０および１９．２１間には、前記ポンプ９の下流
側と夫々弁２４および３９を介して接続された駆動水ラ
イン２５および排水ライン２６が接続されている。

上記構成によると、制御棒６を挿入する時には、挿入用
電磁弁１８．１９を同時に開弁させ、駆動水ライン２５
から駆動水を駆動ピストン５の下方のシリンダ４内に供
給し、同時にシンダ４の上部から余剰水を排水ライン２
６を介して排出する。

これに対して制御棒６を引抜く時には、引抜用電磁弁２
０．２１を同時に開弁する。なおこの時には上記電磁弁
１８および１９は閉弁される。これによって駆動水が上
記駆動ピストン５の上面側に供給されるとともに駆動ピ
ストン５の下面側の余剰水は上記排水ライン２６を介し
て排出される。

これによって駆動ピストン５は下降する。

次にスクラム時について説明する。この場合にはまずス
クラム信号がパイロット弁１７に出力される。それによ
ってパイロット弁１７が作動して、スクラム入口弁１４
およびスクラム出口弁１６を閉弁している空気圧が排出
される。その結果スクラム入口弁１４およびスクラム出
目弁１６が開弁する。これによって前記アキュムレータ
１１に蓄圧されている高圧水（約１２０に９／ｄＧ）が
窒素容器１３内の窒素圧力により上記ピストン５の下面
側に供給される。それと同時に大気圧に開放されたスク
ラム排出ライン１５に設けられたスクラム出口弁１６も
開弁されるために、上記駆動ピストン５の上下面側の圧
力差により制御棒６は炉心内に緊急挿入される。

［背景、技術の問題点］ 上記構成によると以下のような問題があった。

一般に高速スクラム適用プラントにおいては、スクラム
動作に要する時間は制御棒挿入ストローク７５％で１．
６２秒以内と規定されている。又その際原子炉圧力容器
内の圧力が高い程スクラム時間が延長される。これは前
記駆動ピストン５の上下面の圧力の差が小さくなること
による（上面側の圧力が高いことによる）。よって従来
の制御棒駆動装置１では、原子炉圧力容器２内の冷却材
の圧力か高い状態、すなわちスクラム動作に要する時間
が長くなる場合であっても、上記規定時間以内であるよ
うに余裕をもって設計される。その結果原子炉圧力容器
２内の冷却材圧力が低い状態でのスクラム時間が、必要
量」ニに早くなってしまう。

一般に制御棒駆動装置１ては高速で挿入した制御棒６を
ダンパ機構等により所定の位置で停止させなければなら
ず、そのため上述したように必要以上に早い速度でスク
ラムがなされると、上記ダンパ機構はもとより制御棒駆
動装置１全体が大きな機械的衝撃を受ることになる。そ
してこの衝撃力は制御棒駆動装置１のみならず、ハウジ
ング３および原子炉圧力容器２にも作用することとなり
、健全性維持の観点からその改善が要求されていた。

［発明の目的］ 本発明は以上の点に基づいてなされたものでその目的と
するところは、原子炉圧力容器内の冷却祠圧力か高い状
態でのスクラム時間に対する余裕を変更することなく、
冷却材圧力が低い状態でのスクラム時間を冷却材圧力が
高い状態でのスクラム時間と同じになるようにし、スク
ラム時間が必要以上に早くなることを防止し、それによ
ってスクラム終了時に発生ず衝撃力を軽減せしめ、制御
棒駆動機構はもとより原子炉圧力容器をはじめとする各
機器の健全性維持を図ることが可能な制御棒駆動装置を
提供することにある。

［発明の概要］ すなわち本発明による制御棒駆動装置は、原子炉圧力容
器の下部に接続されたシリンダ部と、−このシリンダ部
内に昇降自在に収容されその上端を制御棒に連結したピ
ストン部と、上記ピストン部下面側の上記シリンダ部に
接続されピストン部下面側に駆動流体を供給する挿入ラ
インと、上記ピストン部上面側の上記シリンダ部に接続
されピストン部上面側に駆動流体を供給する引抜ライン
と、上記挿入ラインにスクラム入口弁を介して接続され
たアキュムレータと、このアキュムレータに接続された
スクラム用駆動ガス容器と、このスクラム用駆動ガス容
器と前記原子炉圧力容器と６間に介在し原子炉圧力容器
内の冷却材圧力に応じて上記スクラム駆動ガス容器内の
ガス圧力を調節するガス圧力調整機構とを具備したこと
を特徴とするものである。

つまり原子炉圧力容器内の冷却材圧力の変動によりガス
圧調整機構を介してスクラム駆動ガス容器内のガス圧を
調整し、それによって原子炉圧力容器内の冷却材圧力の
変動にかかわらずスクラム時間を一定保持するものであ
る。

［発明の実施例］ 以下第１図乃至第３図を参照して本発明の一実施例を説
明する。第１図は本実施例による制御棒駆動装置の概略
構成図である。なお従来と同一部分には同一符号を付し
て示しその説明は省略する。

本実施例は、ガス圧力調整機構１０１により原子炉圧力
容器２内の圧力にかかわらずスクラム速度を一定に保持
するものである。以下このガス圧力調整機構１０１のＦ
Ｍ成について説明する。図中符号１０２は上部シリンダ
であり、又符号１０３は下部シリンダである。上記」二
部シリンダ１０２には排気口１０４が形成されており、
上記下部シリンダ１０３には排気口１０５が形成されて
いる。

これら上部シリンダ１０２および下部シリンダ１０３内
には、ピストン部１０６か摺動可能に収容されている。

このピストン部１０６は、上記上部シリンダ１０２内に
収容された受圧面積が大きい−」一部ピストン部１０７
と、上記下部シリンダ１０３内に収容され受圧面積の小
さい下部ピストン部１０８とから構成されている。上記
上部ピストン部１０７および下部ピストン部１０８には
、シールリング１０９および１１０が装着されている。

又図中符号１１１および１１２はガイドである。上記上
部シリンダ１０２の上部ピストン部１０７の上面側と原
子炉圧力容器２との間には、配管１１３が配設されてお
り、原子炉圧力容器２内の圧力が伝達される。一方前記
下部シリンダ１０３の下部ピストン部１０８の下面側は
、配管１１４を介して前記窒素容器１３と接続されてい
る。

上記構成をなすガス圧調整機構１０１の作用は以下の通
りである。まず上記窒素容器１３の圧力をＰＮとし、上
記下部ピストン１０８の受圧面をＡＮとし、上部ピスト
ン部１０７の受圧面積をＡＲとした場合、上記原子炉圧
力容器２内の冷却材圧力ＰＲが低い場合、すなわち ＰＲ≦ＰＮ　ＸＡＮ／ＡＲ の場合には、ピストン部１０６は第１図に示すような状
態から変化するとはない。そしてピストン部１０６によ
る窒素ガスの圧縮はなく、上記窒素容器１３内の圧力は
ＰＮのままである。これに対して原子炉圧力容器２内の
冷却材の圧力ＰＲが高い場合、すなわち Ｐ１ン；ｌｉ；ＰＮＸＡＮ／ＡＩ？ の場合には、上記ピストン部１０６は下降し、このピス
トン部１０６の下降により窒素容器１３内の窒素ガスは
圧縮されその圧力が高くなる。すなわち原子炉圧力容器
２内の圧力上昇に対応して窒素容器１３内の圧力を高め
ることができる。逆に原子炉圧力容器２内の圧力が上述
した場合よりさらに低下］７たときには、窒素容器１３
内の圧力を低くすることになる。このように原子炉圧力
容器２内の圧力に対応して窒素容器１３内の圧力を適正
に調整し、その結果スクラム時間を一定に保持せんとす
る。

以上の構成を基にその作用を説明する。まず原子炉圧力
容器２内の冷却材圧力が高い場合には、」二記窒索ガス
圧力調整機構１０１のピストン１０６は下降し、その結
果窒素ガス圧は圧縮され窒素容器１３内の圧力は−に昇
する。これを第２図を参照して説明する。第２図は横軸
に原子炉圧ツノ容器２内の冷却材圧力をとり、縦軸に窒
素容器１３内の圧力をとり、窒素容器内の圧力変化を示
した図である。図中線図Ａが従来の場合であり、線図Ｂ
が本実施例の場合である。この線図Ｂに示すように原子
炉圧力容器２内の圧力上昇に伴ない、窒素容器１３内の
圧力は上昇している。これに対１２て原子炉圧力容器２
内の冷却材の圧力が低下した場合には、それに伴ない窒
素容器１３内の圧力は低下していく。したがってスクラ
ム時間は原子炉圧力容器２内の圧力が変化しても略一定
に保持される。これを第３図を参照して説明する。第３
図は横軸に原子炉圧力容器２内の冷却材圧力をとり、縦
軸にスクラム時間をとり、スクラム時間の変化を示した
図である。図中線図Ａが従来の場合であり、線図Ｂが本
実施例の場合である。線図Ａに示すように従来の場合に
は、冷却材圧力の上昇に伴ないスクラム時間が延長する
傾向にあるが本実施例の場合には略一定である。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。すなわちガス圧力調整機構１０１を原子炉圧力
容器２と窒素容器１３との間に介在させ、原子炉圧力容
器２内の圧力の上昇によって窒素容器１３内の圧力を高
めるとともに、原子炉圧力容器２内の冷却材圧力の低下
により窒素容器１３内の圧力を低くする。その結果原子
炉圧力容器２内の圧力の変化にかかわらずスクラム時間
を略一定に保持することができる。これによって原子炉
圧力容器２内の圧力が低い場合にスクラム時間が必要以
上に早まって衝撃力が作用するといった事態を未然に防
止することができ、健全性維持を図ることができるとと
もに、信頼性および安全性を大幅に向上させることがで
きる。また原子炉圧力容器２内の冷却材圧力が高い場合
を基準にして裕度をもたせる従来の構成をそのまま採用
できることはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明による制御棒駆動装置による
と、原子炉圧力容器内の圧力の変動にかかわらずスクラ
ム時間を一定に保持するとか可能となり、信頼性の向上
を図ることができるとともに、原子炉圧力容器内の圧力
が低い場合に必要以上にスクラム時間が早まり衝撃力が
作用するといった事態を防止することができ、それによ
ってスクラム終了時の衝撃力の緩和ひいては健全性維持
および安全性の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示す図で、第１
図は制御棒駆動装置の概略構成を示す図、第２図は原子
炉圧力容器内の冷却材圧力の変化に伴なう窒素容器内の
圧力変化を示す図、第３図は原子炉圧力容器内の冷却材
圧力の変化に伴なうスクラム時間の変化を示す図、第４
図は従来の制御棒駆動装置の概略構成を示す図である。 １・・・制御棒駆動装置、２・・・原子炉圧力容器、４
・・・シリンダ、５・・・駆動ピストン、７・・・挿入
ライン、８・・・引抜ライン、１４・・・スクラム入口
弁、１０１・・・ガス圧力調整機構。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉圧力容器の下部に接続されたシリンダ部と
   、このシリンダ部内に昇降自在に収容されその上端を制
   御棒に連結したピストン部と、上記ピストン部下面側の
   上記シリンダ部に接続されピストン部下面側に駆動流体
   を供給する挿入ラインと、上記ピストン部上面側の上記
   シリンダ部に接続されピストン部上面側に駆動流体を供
   給する引抜ラインと、上記挿入ラインにスクラム入口弁
   を介して接続されたアキュムレータと、このアキュムレ
   ータに接続されたスクラム用駆動ガス容器と、このスク
   ラム用駆動ガス容器と前記原子炉圧力容器との間に介在
   し原子炉圧力容器内の冷却材圧力に応じて上記スクラム
   駆動ガス容器内のガス圧力を調節するガス圧力調整機構
   とを具備したことを特徴とする制御棒駆動装置。
2. （２）上記ガス圧力調整機構は原子炉圧力容器内の圧力
   変動をその面積比により増幅して上記スクラム駆動ガス
   容器内に伝達するするピストン機構であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の制御棒駆動装置。