JP2003084088A - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電動機を必要としないで、制御棒の駆動を行う
ことができ、制御棒駆動機構の部品点数を減らして原子
力発電所の建設費を低減する。 【解決手段】制御棒駆動機構ハウジング５内に挿入され
た中空ピストン１８の下部にドライブピストン３０、回
転ピース３１およびシールピストン３２を取り付ける。
シールピストン３２の外周面にガイドチューブ７の内面
と対向してラビリンスシール３２を設ける。制御棒駆動
機構ハウジング５の下端開口部をフランジ２９により閉
塞する。制御棒駆動機構ハウジング５の下端部に設けた
導入口２１からスクラム水圧を加えてシールピストン３
２を押し上げると中空ピストン１８の先端部にカップリ
ングした制御棒を炉心４内に挿入することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉等
に用いられる制御棒駆動機構に係り、特に炉心方向にの
み駆動水を供給することで炉心への制御棒の挿脱できる
ように構成した制御棒駆動機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉においては、原
子炉圧力容器の下部に設けた制御棒駆動機構によって制
御棒を炉心内に挿脱させて、原子炉出力を制御してい
る。すなわち、図４に示すように、従来は沸騰水型原子
炉の原子炉圧力容器１の下部に多数の制御棒駆動機構２
を設け、この制御棒駆動機構２の頂部に連結された制御
棒３を炉心４内へ挿入または引き抜きしている。

【０００３】図５から図７（ａ），（ｂ）により従来の
制御棒駆動機構２を説明する。図５において原子炉圧力
容器１の下端には長尺な制御棒駆動機構ハウジング５が
貫通して固着されている。この制御棒駆動機構ハウジン
グ５の内側にはアウターチューブ６とガイドチューブ７
とが順に固着されている。

【０００４】このアウターチューブ６の下端には下部円
筒部８、モータブラケット９および電動機１０が順次取
り付けられている。この電動機１０は中空ピストン２８
のカップリングスタッド２８ａに結合する図４に示した
制御棒３を挿脱駆動するものであり、その回転起動軸１
１の回転は歯車装置１２を介して回転伝達軸１３に伝達
される。この回転伝達軸１３の上端はキー付溝によって
駆動ねじ１４に結合されている。

【０００５】この駆動ねじ１４は制御棒駆動機構ハウジ
ング５の下端から上端まで達する長さに形成されてお
り、この駆動ねじ１４にはナット１５が螺合されてい
る。このナット１５はその外周部に取り付けたローラ１
６をガイドチューブ７の内面に刻設した溝１７に係合さ
せることにより回り止めされており、駆動ねじ１４の正
逆回転によって上昇または下降させられる。

【０００６】そして、ナット１５の上には駆動ねじ１４
の外側に被せられている長尺な中空ピストン１８が接離
自在に載置されている。この中空ピストン１８はナット
１５が最下位置にある時に図４に示した制御棒３を連結
する上端のカップリングスパッド１８ａが原子炉圧力容
器１内に頂度突出する長さに形成されている。

【０００７】また、中空ピストン１８はその下端部に取
り付けたローラ１９を溝１７に係合することにより回り
止めされており、更にガイドチューブ７に開設した窓２
４（図７）に係合して中空ピストン１８の落下を防止す
るラッチ２０が設けられている。

【０００８】制御棒駆動機構ハウジング５内にはその下
部フランジ、アウターチューブ６およびガイドチューブ
７の順に設けた導入口２１によって、 常に水が充填さ
れており、この水は中空ピストン１８とラビリンスシー
ル２２との隙間を通過して原子炉圧力容器１内に流入し
ている。

【０００９】このようにして形成された制御棒駆動機構
２による通常の制御棒３の挿入、引抜きは、次のように
して行なわれる。すなわち、電動機１０を正逆回転させ
ることにより駆動ねじ１４を正逆回転させ、ナット１５
を上昇または下降させる。すると、ナット１５上に自重
により載置されている中空ピストン１８が一緒に上下動
し、この中空ピストン１８の上端にカップリングスパッ
ド１８ａを介して連結されている制御棒３が炉心４内へ
挿入、引抜きされる。

【００１０】この場合、図６（ａ）および図７（ａ）に
示すように、ナット１５に設けたラッチガイド２３がラ
ッチ２０と係合して、ラッチ２０を内側に戻してガイド
チューブ７の窓２４と係合しない位置に保持しているの
で、中空ピストン１８は自由に上下動する。なお、ナッ
ト１５は駆動ねじ１４と多数のボール２５，２５を介し
てボールねじ状に連結されている。

【００１１】一方、制御棒３の急速挿入が要求される
と、導入口２１から高圧水が高圧水路４６を通り、吐出
口４７から制御棒駆動機構ハウジング５内の中空ピスト
ン１８の下方へ供給され、ナット１５上に自重によって
のみ載置しているだけの中空ピストン１８がナット１５
から分離し、上方へ急速に移動し、制御棒３を炉心４内
へ急速挿入する。

【００１２】この場合、ラッチ２０は内側に設けた圧縮
ばね２６によって半径外方向へ押圧されているため、そ
の外側に設けられたローラ２７を窓２４に軽く係脱され
つつ上昇する。 そして中空ピストン１８の上昇が十分
行なわれ、中空ピストン１８が下降しようとすると、図
６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、圧縮ばね２６
の弾力によってラッチ２０が枢軸２８を中心にして半径
外方向に突出させられ、ラッチ２０の下端部が窓２４の
下端に係合して、中空ピストン１８の下降を防止する。

【００１３】その後、電動機１０により中空ピストン１
８を再び下降させる場合には、 駆動ねじ１４を挿入方
向に回転させ、ナット１５と中空ピストン１８とを接触
させることによりラッチガイド２３によってラッチ２０
を内側に戻して窓２４との係合を解き、次に駆動ねじ１
４を引抜き方向に回転させて中空ピストン１８を下降さ
せる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うに従来の制御棒駆動機構２は特に技術的問題はないも
のの、電動機１０を有するなど構成部品が多いなどの構
成上の課題がある。特に炉心４内のいくつかの制御棒３
においては微小な位置制御を必要とせず、水圧による高
速挿入および、その後の全引抜きのみ要求される制御棒
においては、モータ駆動を必ずしも必要としないが、制
御棒の引抜きのためにモータを設けざるを得ない課題が
ある。

【００１５】また、水圧のみの駆動による制御棒駆動機
構は既に存在しているものの、挿入および引抜きのため
の、それぞれの配管を要し原子炉圧力容器１の下部の配
置が煩雑となり、かつ同時複数本の制御棒を引き抜けな
いなどの課題がある。

【００１６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、比較的水圧駆動構成が簡単な電動式制御棒駆
動機構を利用して電動駆動を不要とし、水圧のみでスク
ラムし、かつ制御棒を引き抜けるスクラム専用の制御棒
駆動機構を提供することにある。

【００１７】また、本発明は電動機を必要とせず、制御
棒を挿脱でき、かつ複数本の制御棒を同時に引抜きで
き、しかも構成部品点数を減らして、原子力発電所の建
設費を低減することができる制御棒駆動機構を提供す
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
制御棒駆動機構ハウジング内に挿入され先端部に制御棒
がカップリングする中空ピストンと、この中空ピストン
の下部に設けられたドライブピストンと、このドライブ
ピストンの下端部に取り付けられた前記中空ピストンに
対して回転自在の回転ピースと、この回転ピースの下方
で前記中空ピストンの下端部に取り付けられたシールピ
ストンと、このシールピストンの外側から上方を包囲し
て設けられたガイドチューブと、前記制御棒駆動機構ハ
ウジングの下端開口部を閉塞する閉塞板と、前記制御棒
駆動機構ハウジングの下端部から前記フランジを通して
前記制御棒駆動機構ハウジング内のドライブピストン内
に水圧を供給して前記中空ピストンを駆動する水圧供給
流路とを具備したことを特徴とする。

【００１９】この発明によれば、電動機を設けることな
く、水圧を制御棒の挿入方向に加えることにより、制御
棒を挿脱することができる。すなわち、水圧のみの駆動
により、その駆動水が原子炉圧力容器内に一方向だけの
流れとなり、この流れのみで制御棒を炉心に挿脱でき
る。

【００２０】請求項２に係る発明は、前記シールピスト
ンの外周面には前記ガイドチューブの内面に対向して前
記制御棒駆動機構の下端開口から流入する水流をシール
するためのラビリンスシールが形成されていることを特
徴とする。この発明によれば、制御棒を駆動するピスト
ン側にラビリンスシールを設けることにより、駆動水を
非接触でシールすることができる。

【００２１】請求項３に係る発明は、前記ガイドチュー
ブの内面にはたて溝が設けられ、このたて溝に挿入され
る係止部が前記回転ピースに設けられていることを特徴
とする。

【００２２】この発明によれば、回転ピースの係合部が
ガイドチューブのたて溝に挿入すると、回転ピースの回
転に伴い中空ピストンが回転して制御棒の保持と解除を
行うことができる。

【００２３】請求項４に係る発明は、前記シールピスト
ンには上部につめが設けられ、このつめに係合する一連
の斜面の山谷を有するガイドを前記回転ピースに設けて
なることを特徴とする。

【００２４】この発明によれば、シールピストンのつめ
により回転ピースを押し上げ、つめの押し上げにより回
転ピースを回転させようとするが、しかし、回転ピース
の係止部が外側のガイドチューブの溝と係合しているた
め、回転ピースは回転しないでドライブピストンを押し
上げることができる。これにより制御棒を炉心へ挿入す
ることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１から図３により本発明に係る
制御棒駆動機構の実施の形態を説明する。図１から図３
中、図４から図７と同一部分または同様の機能を有する
部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略す
る。図１および図３中、符号２ａは本実施の形態に係る
制御棒駆動機構を示している。

【００２６】本実施の形態が従来例と大きく異なる点
は、図１と図５を比較すれば明らかなように、本実施の
形態は図５に示した下部円筒部８から電動機１０までの
構成部品を削除して、図１に示したように制御棒駆動機
構ハウジング５の下端開口を閉塞板２９で密閉し、中空
ピストン１８の下部にドライブピストン３０、回転ピー
ス３１およびシールピストン３２を設けて、構造を簡単
にしてかつ構成部品点数を大幅に減少させたことにあ
る。

【００２７】回転ピース３１の外面には図２（ａ），
（ｂ）に示したように３等分に配置されて突出した係止
部３３と下端部に一連の傾斜した山谷を有するガイド３
４が形成されている。ガイドチューブ７の内面には図２
（ａ），（ｄ）に示したように３等分に配置したたて溝
３５が形成されており、たて溝３５内に係止部３３が挿
入される。また、ガイドチューブ７の上端部には一連の
傾斜した山谷を有するラッチ部３６が形成されている。

【００２８】シールピストン３２の上端部には３等分に
配置したつめ３７が設けられ、また下部にラビリンスシ
ール３８が設けられている。閉塞板２９には導入口２１
からの加圧水を流通する加圧水路４６と、加圧水を吐出
する吐出口４７が形成されている。加圧水はシールピス
トン３２の下面に突入してシールピストン３２を押し上
げる。

【００２９】図１（ａ）は制御棒を最引抜したところの
本実施の形態による制御棒駆動機構の断面概略図であ
る。実際は、シールピストン３２はフランジ２９に接触
しているが、理解のために浮かして記述してある。図２
（ａ）は図１（ａ）におけるドライブピストン３０とシ
ールピストン３２の近傍を拡大して詳細に示した拡大図
である。ここでも引抜き位置ではドライブピストン３０
と回転ピース３１は接触しているが、説明の容易さのた
め遊離させてある。

【００３０】図３に示した水圧システム構成で、制御棒
最引抜位置でスクラム信号が出ると、水圧制御ユニット
のスクラム弁３９が急開し、窒素容器４０に蓄圧されて
いた窒素が水圧制御ユニット４１のピストン４２を介し
てアキュムレータ４３の水を制御棒駆動機構２ａに送り
出す。制御棒駆動機構２ａに送り出された水は導入口２
１を通り、制御棒駆動機構２ａ内に送られる。なお、図
３中、符号４４はポンプである。

【００３１】ここで、シールピストン３２のラビリンス
シール３８部で圧力がこもり、シールピストン３２を押
し上げる。シールピストン３２は上部に設置されたつめ
３７により、回転ピース３１を押し上げる。回転ピース
３１には一連の斜面の山、谷を構成するガイド３４が設
けてあり、つめ３７の押し上力により回転ピース３１を
回転させようとする。ところが、回転ピース３１には係
止部３３が設けてあり、外側のガイドチューブ７のたて
溝３５と係合しているため回転せずにドライブピストン
３０を押し上げる。

【００３２】中空ピストン１８、回転ピース３１および
シールピストン３２が押し上げられ、ドライブピストン
３０がガイドチューブ７の上端部に設けたバッファ４５
に接触する位置に来ると、回転ピース３１の係止部３３
とのたて溝３５がなくなり、回転方向にラッチ部３６が
現れる。このため、回転ピース３１は回転自在となる
が、シールピストン３２のつめ３７が回転ピース３１の
ガイド３４の谷に来るため、ガイドチューブ７のたて溝
３５から回転方向位置的に１ラッチ分回るのみでそれ以
上の回転が許されない。

【００３３】スクラム終了後、水圧がなくなると、中空
ピストン１８が落下方向に落ちるが、回転ピース３１の
係止部３３とガイドチューブ７内面のラッチ部３６が係
合して落下が抑えられる。このとき、シールピストン３
２のつめ３７は回転ピース３１から外れ、次のガイド３
４の山の部分を越える。

【００３４】制御棒を引き抜くときは、再度短時間スク
ラム水圧を制御棒駆動機構に加えることによりシールピ
ストン３２が回転ピース３１を押し上げ、回転ピース３
１の係止部３３がラッチ部３６の谷部から外れるとつめ
３７とガイド３４の関係により１山分ラッチ部３６から
係止部３３が移動し、たて溝３５の部分に来る。ここで
水圧がなくなると中空ピストン１８はシールピストン３
２のラビリンスシール３８により、ダッシュポット効果
によりゆっくりと制御棒引抜方向に移動する。

【００３５】このようにして水圧を送るだけで、制御棒
の挿入および引抜きが可能となる。また、引抜きはダッ
シュポット効果による自由落下のため、引き抜きたい複
数本の制御棒駆動機構２ａのスクラム弁３９に信号を送
れば同時に複数本の制御棒を引き抜くことが可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、電動機を必要とするこ
となく、水圧を挿入方向に加えることによって、制御棒
を挿脱でき、かつ複数本の制御棒を同時に引抜きするこ
とができる制御棒駆動機構を提供できる。もって、制御
棒駆動機構の構成部品を減らして、原子力発電所の建設
費を低減することとができる等の効果を奏する。

【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の形態を
示す縦断面図。

【図２】（ａ）は図１におけるガイドチューブ内のドラ
イブピストンからシールピストン近傍を一部断面で示す
側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｄ）は（ａ）におけるガ
イドチューブ内面の展開図。

【図３】本発明に係る制御棒駆動機構に適用する水圧シ
ステムの系統図。

【図４】従来の制御棒駆動機構を説明するための一部切
欠して断面で示す立面図。

【図５】図４における制御棒駆動機構を拡大して一部側
面で示す縦断面図。

【図６】（ａ）は図５においてラッチガイドがラッチと
係合した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）においてラ
ッチが突出して中空ピストンの落下を防止した状態を示
す斜視図。

【図７】（ａ）は図６（ａ）における縦断面図、（ｂ）
は図６（ｂ）における縦断面図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…制御棒駆動機構（従来例）、
２ａ…制御棒駆動機構（本発明例）、３…制御棒、４…
炉心、５…制御棒駆動機構ハウジング、６…アウターチ
ューブ、７…ガイドチューブ、８…下部円筒部、９…モ
ータブラケット、１０…電動機、１１…回転起動軸、１
２…歯車装置、１３…回転伝達軸、１４…駆動ねじ、１
５…ナット、１６…ローラ、１７…溝、１８…中空ピス
トン、１８ａ…カップリングスパッド、１９…ローラ、
２０…ラッチ、２１…導入口、２２…ラビリンスシー
ル、２３…ラッチガイド、２４…窓、２５…ボール、２
６…圧縮ばね、２７…ローラ、２８…枢軸、２９…閉塞
板、３０…ドライブピストン、３１…回転ピース、３２
…シールピストン、３３…係止部、３４…ガイド、３５
…たて溝、３６…ラッチ部、３７…つめ、３８…ラビリ
ンスシール、３９…スクラム弁、４０…窒素容器、４１
…水圧制御ユニット、４２…ピストン、４３…アキュム
レータ、４４…ポンプ、４５…バッファ、４６…加圧水
路、４７…吐出口。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御棒駆動機構ハウジング内に挿入され
   先端部に制御棒がカップリングする中空ピストンと、こ
   の中空ピストンの下部に設けられたドライブピストン
   と、このドライブピストンの下端部に取り付けられた前
   記中空ピストンに対して回転自在の回転ピースと、この
   回転ピースの下方で前記中空ピストンの下端部に取り付
   けられたシールピストンと、このシールピストンの外側
   から上方を包囲して設けられたガイドチューブと、前記
   制御棒駆動機構ハウジングの下端開口部を閉塞する閉塞
   板と、前記制御棒駆動機構ハウジングの下端部から前記
   フランジを通して前記制御棒駆動機構ハウジング内のド
   ライブピストン内に水圧を供給して前記中空ピストンを
   駆動する水圧供給流路とを具備したことを特徴とする制
   御棒駆動機構。
2. 【請求項２】 前記シールピストンの外周面には前記ガ
   イドチューブの内面に対向して前記制御棒駆動機構の下
   端開口から流入する水流をシールするためのラビリンス
   シールが形成されている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】 前記ガイドチューブの内面にはたて溝が
   設けられ、このたて溝に挿入される係止部が前記回転ピ
   ースに設けられていることを特徴とする請求項１記載の
   制御棒駆動機構。
4. 【請求項４】 前記シールピストンには上部につめが設
   けられ、このつめに係合する一連の斜面の山谷を有する
   ガイドを前記回転ピースに設けてなることを特徴とする
   請求項１記載の制御棒駆動機構。