JPS6370194A - 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】 〔発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子炉や加圧木型原子炉等の原子炉の
制御棒駆動装置に係り、特にスクラム時に制御棒の円滑
なスクラム操作を行ない得るようにした制御棒駆動装置
に関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉は制御棒駆動装置により炉心に制御棒を
挿入したりあるいは引抜き操作することにより、炉出力
が制御される。制御棒駆動装置は各制御棒に対応して設
置された電動式制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤという。

）を駆動させることにより、制御棒の挿入あるいは引抜
操作が行なわれる。何らかの原因で原子炉保護系が作動
し、原子炉を緊急停止させなければならない場合、ＣＲ
Ｄを駆動させ、全制御棒を炉心に急速挿入さヒ。

るスクラム操作が行なわれる。

従来の制御棒駆動装置は第５図に示すように構成されて
おり、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１の底部に複数
の電動式制御棒駆動機構（ＣＲＤ）２が取付けられてい
る。ＣＲＤ２は原子炉圧力容器１の底部に垂設された円
筒形のＣＲＤハウジングを備え、このハウジング３内に
アウタチューブ４およびガイトチコープ５が同心円状に
収容されている。ガイドチューブ５内にはドライブピス
トンとしての中空ピストン６が摺動自在に収容される。

中空ピストン６はボールねじ軸７に螺装されたボールナ
ツト８上に設置される。ボールねじ軸７はカップリング
を介して電動機９の出力側に連結され′、電動機９の駆
動によりボールねじ軸７が回動し、この回動によりボー
ルナツト８を介して中空ピストン６が胃降せしめられ、
制御棒１０を炉心に挿入したり、引き抜くようになって
いる。

−ｈ’、ＣＲＤ２にはスクラム時に高圧駆動水を中空ピ
ストン６の下面側に供給し、ドライブピストン６を上界
さＵる挿入配管１１が接続されでいる。

具体的には、挿入配管１１はスクラム入口弁１２を介し
て分岐され、一方はアキュームレータ１３に、他方は逆
止弁１４を備えたアキュムレータ供給うイン１５を介し
てポンプ１６に接続される。

上記アキュムレータ１３には窒素ガス容器１７が接続さ
れ、アキュムレータ１３内に収容されたピストン１３ａ
に高圧窒素ガスが作用するようになっている。

スクラム入口弁１２は原子炉運転中は閉じているが、何
らかの原因で原子炉保護系（図示せず）からのスクラム
信号がスクラムパイロット弁１８に入力されると、スク
ラム入口弁１２を閉弁している作動空気圧を大気中に排
出して、スクラム入口弁１２は開弁される。これにより
、アキュムレータ１３に蓄１Ｆされている高圧水がＣＲ
Ｄ２の下側に供給され、ドライブピストンとしての中空
ピストン６を押上げる。この高圧水の供給により中空ピ
ストン６上側に作用する炉圧との間に大きな差圧が生じ
、この差圧によって制御棒は急速に挿入される。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の制御棒駆動装置のスクラム動作により、制御棒に
発生する加速度および速度変化は第６図（Ａ）および（
Ｂ）に示すように表わされる。この第６図（Ｂ）からス
クラム動作が開始されろと、スクラム初期に制御棒の挿
入速度が急激に上界した後、ゆるやかになり、一定速度
で挿入される。

制御棒の挿入速度が急激に上昇するスクラム初期では、
１０Ｇ（重力速度）を超える加速度が制御棒に作用し、
制御棒に大きな圧縮荷・［が働く。その後、加速度は急
激に低下してほぼゼロとなる。

すなわち、スクラム初期にはドライブピストン６に大ぎ
な上向きの力が作用し、制御棒は大きな加速力で急激に
加速される。その際、制御棒の加速挿入作用により挿入
配管および川床配管の流速が増加し、配管の圧力損失も
コ激に増大するため、ＣＲＤ２のドライブピストン６に
作用する駆動力は低下し、かつ引ｊ友側シリンダ室の圧
ノコが上昇するので、ドライブピストン６に作用する上
向き力は急激に減少し、制御棒を加速する力がなくなっ
て制御棒はほぼ等速で挿入される。

制御棒のストローク終端ではバッファぼ構１９が働いて
制御棒は減速されて停止し、スクラム動作が終了する。

しかして、制御棒はスクラム初期に大きな加速力を受け
るため、制御棒に作用する圧縮荷重が大きい。このため
、制御棒は圧縮荷車による座屈を受は易く、中性子吸収
棒単独では加速作用による圧縮荷重に耐えられない恐れ
がある。したがって、従来の制御棒はＵ字状シース内に
多数の中性子吸収棒を十字状に配列して強度的に補強し
、大きな座屈強度に耐えられる構造に構成して制御棒を
保護している。

しかし、多数の中性子吸収棒を収容した横断面十字状の
制御棒では、炉心の燃料間に制御棒を案内するスペース
が必要となり、このスペースの存在により燃料の燃焼度
が制限されたり、燃焼度にバラツキが存在し、原子力発
電所の連続運転期間が制限を受け、その稼動率を向上さ
せたり、燃料の有効利用を図る上で問題があった。

また、将来の原子炉では、核反応の高効率化の目的から
、制御棒の軽ｒｈ化、小型化を図る傾向にあるが、この
ためにはスクラム時にも制御棒に大きな圧縮荷重が作用
しないことが条件となる。しかし、従来の制御棒駆動装
置においては、スクラム初期に作用する大きな加速度の
ために、大きな圧縮荷重が作用し、制御棒のｉＨＪ化、
小型化を図ることができないという問題があった。

本発明は上述した点を考慮してなされたもので、スクラ
ム初期に生ずる加速度をできるたけ円滑かつ小さくし、
制御棒をなめらかにスクラム動作させ得るようにしてそ
の小型化、軽量化が図れるようにした制御棒駆動装置を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本件の第１番目に記載の発明は、原子炉圧力容器の制御
棒の炉心への出し入れを行なう複数の制御棒駆動機構を
設け、上記制御棒駆動機構内に制御棒を駆動させるドラ
イブビス１〜ンを収容し、このドライブピストンの下面
に高圧を加えるために制御棒駆動機構を高圧駆動水貯蔵
用アキュムレータにスクラム入口弁を備えた挿入配管で
接続した制御棒駆動装置において、前記スクラム入口弁
にディレィ装置を設け、このディレィ装置はスクラム時
にクスラム水流聞が段階的に増量変化するように前記ス
クラム入口弁を弁制御したものである。

また本件第２番目に記載された発明は、原子炉圧ツノ容
器に制御棒の炉心への出し入れを行なう複数の制御棒駆
動機構を設け、上記制御棒駆動機構内に制御棒を駆動さ
せるドライブピストンを収容し、このドライブピストン
の下面に高圧を加えるために制御棒駆動機構を高圧駆動
水貯蔵用アキュムレータにスクラム入口弁を備えた挿入
配管で接続した制御棒駆動装置において、前記スクラム
入口弁はスクラム用？Ｍ　磁片により作動制御されると
ともに、上記スクラム入口弁はスクラム時にスクラム水
流量が段階的に増量変化するように開弁制御されたもの
である。

（作用） 本発明に係る制御棒駆動装置は、制御棒の挿入配管に設
けられたスクラム入口弁の弁間条件を制御し、スクラム
時にスクラム水流！ｄが段階的に増量変化させるように
して制御棒駆動機構のドライブピストン下面側に供給し
、スクラム初期に作用する大きな加速度を大幅に減少さ
せ、スクラム初期に制御棒に大きな圧縮荷重が働くのを
未然にかつ有効的に防止し、制御棒を円滑かつスムーズ
にスクラム動作できるようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明に係る制御棒駆動装置の一実施例についし
て添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る制御棒駆動装置を概略的に示す系
統図であり、図中符号２０は原子炉圧力容器２１の底部
に取付けられた複数（図示例では１つだけ代表的に示し
ている。）の電動式制御棒駆動機構（ＣＲＤ）である。

このＣＲＤ２０は原子炉圧力容器２１の底部に垂設され
たＣＲＤハウジング２２を有し、このＣＲＤハウジング
２１内にアウタチューブ２３およびガイドデユープ２４
が同心円状に収容されている。ガイドチューブ２４内に
は制御棒を駆動させるドライブピストンとしての中空ピ
ストン２５が摺動可能に収容され、この中空ピストン２
５は頂部に形成されたカップリング２５ａを介して制御
棒２６に着脱可能に連結されている。

一方、中空ピストン２５のピストンヘッド２５ｂはボー
ルねじ軸２７に螺装されたポールナツト２８上に設置さ
れる。ボールねじｆｉ２７はカップリング２つを介して
電動機３０の出力側に接続され、電動機３０の駆動によ
り軸線用りに回動するようになっている。この回動によ
りポールナツト２８を介して中空ピストン２５が”ＡＭ
され、制御棒２６を炉心に挿入したり、引き抜くことが
できるようになっている。

また、ＣＲＤ　２０の中空ピストン２５の下面側に連通
ずるように挿入配管３２が接続されている。

挿入配管３２の他端は並設された複数のスクラム入口弁
３３を介して分岐され、一方はアキュムレータ３４に、
他方はチェック弁３５を介してポンプ３６に接続されて
いる。アキュムレータ３４にはピストン３４ａが収容さ
れ、このピストン３４ａに窒素ガス容器３７から高圧ガ
スが作用するようになっている。

挿入配管３２に並設された各スクラム入口弁３３ａ、３
３ｂ、３３ｃはディレィ装置４０に接続され、このディ
レィ装置４０により各スクラム入口弁３３ａ〜３３ｃは
所定の時間遅れを持たせて開弁制御される。ディレィ装
置４０はＡ系およびＢ系の原子炉保護系からのスクラム
信号ＳＡ。

＄８が入力される制御 制御回路４１ａ，４１ｂからの出力信号により作動制御
されるスクラム用電磁弁としての複数対のスクラムパイ
ロット弁４２ａ，４２ｂ：４３ａ。

／Ｉ３ｂ；４４ａ．４／ｌｂとを有する。上記スクラム
バイ［１　ツｔー弁４２ａ，４２ｂ：４３ａ．４３ｂ；
４４ａ．４４ｂは各月ごとに時間遅れを持たせて作動せ
しめられ、このパイロッ弁の作動により複１　（７）　
７．　り−ｙ　ム入ｒＺｌ弁３３ａ．３３ｂ，３３ｃは
＋１；１間遅れを持たされて順次作動せしめられる。す
なわら、スクラムバイ号Ｓ　、ＳＢが制御回路４１ａ。

八 ４ｌｂに入力されると、制御回路４１ａ，４ｌｂは入力
と同時に第１段のスクラムパイロット弁４２ａ．　／Ｉ
２ｂが聞き、続いて△ｔ１ｓｅｃ後に第２段のスクラム
パイロツー・弁４３ａ，４３ｂが開弁し、ざらにΔｔ２
ｓｅｃ後に第３段のスクラムパイロット弁４４ａ．４４
ｂが開弁し、スクラム入口弁３３ａ，３３ｂ．３３ｃを
順次開弁さＵるようになっている。

次に、制御棒駆動装置の作用について説明する。

何らかの原因で２系統の原子炉保護系が作動し、各原子
炉保護系からスクラム信号Ｓ，Ｓ８がデへ ィレイ装首４０に入ノノされると、このスクラム信号は
制御回路４１ａ，４ｌｂを経てスクラムパイロット弁４
２ａ，４２ｂ：４３ａ．４３ｂ：４４ａ，４４ｂに順次
出力され、スクラムバイロン１〜弁４２ａ，４２ｂ：４
３ａ．　／Ｉ３ｂ：４４ａ，／１４ｂは順次開弁される
。各月をなすスクラムバイロン１〜弁が開弁されると、
スクラム入「１弁３　３　Ｅｌ　。

３３ｂ，３３Ｇを閉じていた空気圧が解放され、スクラ
ム入口弁３３ａ．３３ｂ．３３Ｃは開弁される。その際
、各スクラム人［］弁３３ａ．３３ｂ。

３３Ｃは同前に開弁されることがなく、順を追って開弁
されるので、スクラム入口弁３３の前（りの流路抵抗は
第２図（Δ）に実線Ａで示ずＪ：うに段階的に減少し、
スクラム水流（Ｊ）は第２図（［３）に実線Δで示すよ
うに段階的に変化する。第２図（Ａ＞（Ｂ）において破
線Ｂは従来例におけるスクラム入口弁前後の流路抵抗お
よびスクラム水流量変化を示す。スクラム入口弁３３ａ
〜３３Ｇが段階的に開弁されるとアキュムレータ３４か
らの高圧駆動水がドライブピストンンとしての中空ピス
トン２５の下面に供給され、中空ピストン２５はボール
ナツト２８から切り離されてスクラム動作せしめられる
。

このように、挿入配管３２に複数（３個）のスクラム入
口弁３３ａ、３３ｂ、３３Ｃを並設し、各スクラム入口
弁３３ａ〜３３ｃをスクラム時に順を追って開弁させる
ことにより、スクラム流量が段階的に滑かに増加するの
で、スクラム入口弁３３ａ〜３３０前後の流路抵抗を適
当な値に設定することにより、スクラム初期の加速度を
第３図（△）に示すように、例えば５Ｇ（ｆｆｌ力加速
度）以下に大幅に減少させることができる。第２図（Δ
）および（Ｂ）に示すようにスクラム開始後ｔ２ｓｅｃ
経過すると、流路抵抗は従来のスクラム入口弁の場合よ
り小さく、このためスクラム流量は従来の場合より増加
しているが、これはスクラム初期に滑かに加速さけるこ
とにより、遅れたスクラム時間を、スクラム後半でスク
ラム速度を上げて取り戻ずためである。その際、ｔｚｓ
ｅｃ後のスクラム入口弁３３ａ〜３３ｃによる流路抵抗
を従来例と同一にしても、アキュムレータ３４の蓄圧力
を高めれば、スクラム遅れ時間を取り戻ずこともできる
。

また、スクラム末期において、制御棒はバッファ機構４
５のバッフ？作用により減速して停止せしめられ、スク
ラム動作は終了せしめられる。

なお、本発明の一実施例ではスクラム入口弁に３つの開
閉弁を並設した例を示したが、開閉弁は２つ以上であれ
ばよい。また、スクラム入口弁を段階的に開度調整でき
るものであれば、１つでもよい。

次に、制御棒駆動装置の変形例について第４図を参照し
て説明する。

この変形例に示された制御棒駆動装置はディレィ装置を
用いたものではなく、複数のスクラム入口弁５０ａ、５
０ｂ、５０ｃに弁開時間の異なる開閉弁を用いたもので
ある。スクラム入口弁５０は共通のスクラム用電磁弁と
してのメクラ１４パイロツト弁４７ａ、４７ｂで作動制
御される。このスクラムパイロット弁４７ａ、４７ｂは
図示しないＡ系統Ｊ３よびＢ系統の原子炉保護系からス
クラム信丹が入力されて作１ツノされ、この作動により
スクラム入口弁５０を閉塞していた空気圧を排出する。

これにより、スクラム入口弁５０は開弁されるが、その
際、スクラム入口弁５０は弁開時間が異なり、順次ＩＪ
ｎ弁される。Ｊなわち、複数のスクラム入口弁５０　ａ
　、　５０　ｂ　、　５０　ｃ　ｉ、１順次段階的に開
弁され、スクラム流ωが段階的に増大せしめられる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る制御棒駆動装置におい
ては、制御棒駆ｉＦＪ＋機横の挿入配管に設けられたス
クラム入口弁の弁開条件を制御し、スクラム時１こ、ス
クラム水流量が段階的に増加するように流Ｉａ変化させ
たから、スクラム初期に作用づる大きイ１加速度を大幅
に減少させることができ、このためスクラム初期に制御
棒に大きな圧縮荷重が働くのを未然にかつ有効的に防止
できる。したがって、制御棒は圧縮力に対する強度に余
裕を持たせて、制御棒を円滑にスクラム動作させること
ができるとともに、その小形化、軽量化を図ることがで
きる。このため、制御棒は在来型のものばかりでなく、
クラスタタイプの制御棒とすることもでき、原子炉内の
各反応の効率化、燃焼度の平滑化を図ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御棒駆動装置の一実施例を示す
概略系統図、第２図（Ａ）および（１３＞は本発明に係
る制御棒駆動装置と従来の制御棒駆動装置のスクラム時
間に対する流量抵抗とスクラム水流量の関係をそれぞれ
示すグラフ、第３図（Ａ）および（Ｂ）は本発明に係る
制御棒駆動装置のスクラム特性である制御棒の加速度お
よび速度の関係示すグラフ、第４図は本発明に係る制御
棒駆動装置の変形例を概略的に示づ゛系統図、第５図は
従来の制御棒駆動装置の概略を示す系統図、第６図（Ａ
）Ｊ３よび（Ｂ）は従来の制御棒駆動装置のスクラム特
性である制御棒の加速度Ｊ３よび速度の関係を示すグラ
フである。 ２０・・・制御棒駆動機構、２１・・・原子炉圧力容器
、２２・・・ＣＨＤハウジング、２２・・・アウタチュ
ーブ、２４・・・ガイドチューブ、２５・・・ドライブ
ピストン（中空ピストン）、３２・・・挿入配管、３３
゜３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、５０．５０ａ、５０ｂ。 ５０ｃ、５１・・・スクラム入口弁、３４・・・アキュ
ムレータ、３７・・・窒素ガス容器、４０・・・ディレ
ィ装置、４１８．４１ｂ・・・制御回路、４２ａ、４２
ｂ。 ４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ−・・スクラムバイ１
コツト弁（電磁弁）。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久（Ａ）　　　　
　　　　　　　　　ＣＢ）第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉圧力容器の制御棒の炉心への出し入れを行な
   う複数の制御棒駆動機構を設け、上記制御棒駆動機構内
   に制御棒を駆動させるドライブピストンを収容し、この
   ドライブピストンの下面に高圧を加えるために制御棒駆
   動機構を高圧駆動水貯蔵用アキュムレータにスクラム入
   口弁を備えた挿入配管で接続した制御棒駆動装置におい
   て、前記スクラム入口弁にディレイ装置を設け、このデ
   ィレイ装置はスクラム時にクスラム水流量が段階的に増
   量変化するように前記スクラム入口弁を弁制御したこと
   を特徴とする制御棒駆動装置。 ２、ディレイ装置はスクラム信号を入力して作動される
   制御回路と、この制御回路からの出力信号により作動さ
   れる電磁弁とを有し、上記電磁弁はスクラム入口弁の開
   弁作動を制御した特許請求の範囲第１項に記載の制御棒
   駆動装置。 ３、ディレイ装置は複数の電磁弁を有し、上記各電磁弁
   は制御回路からの出力信号により所定の時間遅れをもつ
   て作動制御される特許請求の範囲第２項に記載の制御棒
   駆動装置。 ４、挿入配管には複数のスクラム入口弁が並列状に設置
   され、各スクラム入口弁はスクラム時ディレイ装置によ
   り所定の時間遅れを順次持たせて開弁せしめられる特許
   請求の範囲１項に記載の制御棒駆動装置。 ５、原子炉圧力容器に制御棒の炉心への出し入れを行な
   う複数の制御棒駆動機構を設け、上記制御棒駆動機構内
   に制御棒を駆動させるドライブピストンを収容し、この
   ドライブピストンの下面に高圧を加えるために制御棒駆
   動機構を高圧駆動水貯蔵用アキュムレータにスクラム入
   口弁を備えた挿入配管で接続した制御棒駆動装置におい
   て、前記スクラム入口弁はスクラム用電磁弁により作動
   制御されるとともに、上記スクラム入口弁はスクラム時
   にスクラム水流量が段階的に増量変化するように開弁制
   御されたことを特徴とする制御棒駆動装置。 ６、スクラム入口弁は複数個並設され、各スクラム入口
   弁は弁開時間がそれぞれ異なる開閉弁が用いられた特許
   請求の範囲第５項に記載の制御棒駆動装置。