JP3426984B2 - 磁歪線式制御棒位置検出装置 - Google Patents

磁歪線式制御棒位置検出装置

Info

Publication number
JP3426984B2
JP3426984B2 JP29859998A JP29859998A JP3426984B2 JP 3426984 B2 JP3426984 B2 JP 3426984B2 JP 29859998 A JP29859998 A JP 29859998A JP 29859998 A JP29859998 A JP 29859998A JP 3426984 B2 JP3426984 B2 JP 3426984B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control rod
magnetostrictive wire
wire type
drive shaft
magnetostrictive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP29859998A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2000121781A (ja
Inventor
利郎 市川
義明 牧原
祥 今吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP29859998A priority Critical patent/JP3426984B2/ja
Priority to US09/302,778 priority patent/US6192096B1/en
Publication of JP2000121781A publication Critical patent/JP2000121781A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3426984B2 publication Critical patent/JP3426984B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/10—Structural combination of fuel element, control rod, reactor core, or moderator structure with sensitive instruments, e.g. for measuring radioactivity, strain
    • G21C17/12—Sensitive element forming part of control element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/48—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means
    • G01D5/485—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means using magnetostrictive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉における制
御棒の位置検出装置に関し、特に、炉心に対する制御棒
の軸方向位置を常時検知するために制御棒駆動装置と協
働する磁歪線を用いた制御棒位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図８に、加圧水型軽水炉の原子炉断面構
造を示す。この図に示すように、原子炉の出力を制御す
るには、原子炉容器６の上部に設けた制御棒駆動装置５
により、制御棒４を炉心から引き抜き又は炉心へ挿入す
ることで行っている。制御棒４の軸方向動は、制御棒４
に連接された駆動軸３を圧力ハウジング１内で軸方向動
させることにより行い、圧力ハウジング１の外周に配設
された検出コイル２からなる制御棒位置検出装置７によ
り、駆動軸３の位置、即ち制御棒４の炉心に対する位置
を検出するようになっている。
【０００３】図９は、制御棒駆動装置５と、従来の制御
棒位置検出装置７との関係を示す断面図である。この図
に示すように、従来の制御棒位置検出装置７は、制御棒
駆動装置５の圧力ハウジング１の外側に取り付けられた
検出コイル２を備えており、この検出コイル２は、炉心
から制御棒４を引抜く長さに相当する分だけ、通常４２
個、圧力ハウジング１の外側に同軸心状に配設されたコ
イル支持管８に一定の間隔で取り付けられている。ま
た、検出コイル２は、配線が断線するような場合を考慮
して２系統に分かれており、一つおきの検出コイル２ａ
の集合からなるＡ系統と、検出コイル２ｂの集合からな
るＢ系統とを備える。隣接する検出コイルの間隔は、約
９０ｍｍであり、各系統毎にすると、一つおきであるた
め約１８０ｍｍである。一方、位置を検出される制御棒
駆動装置５の駆動軸３は、通常ステンレス系の磁性材料
から形成されており、制御棒駆動装置５の磁場が強いた
め、駆動軸３自体が磁化される。
【０００４】また、圧力ハウジング１の内部は、約３０
０度の高温であるため、制御棒位置検出装置７の検出コ
イル２は、コイルの絶縁材の使用温度制限から強制的に
冷却する必要がある。そのため、図９に示すように、圧
力ハウジング１と検出コイル２を取り付けた検出器コイ
ル支持管８との隙間９に空気を供給して、内側から検出
コイル２を空気冷却している。
【０００５】次に、制御棒位置検出装置７の検出コイル
２による制御棒４の位置検出方法を説明する。検出コイ
ル２の中央を磁性材である駆動軸３が通過すると、誘起
電圧が発生し、検出コイル２のインピーダンスが変化す
る。従って、各検出コイル２のインピーダンスの変化を
検出すれば、制御棒駆動装置５の圧力ハウジング１の中
を移動する磁性材である駆動軸３の先端部の位置を検出
でき、これにより、制御棒４の原子炉内での位置を知る
ことができる。
【０００６】また、原子炉の信頼性を確保するために、
制御棒の落下時間（挿入時間）を計測する必要がある。
制御棒位置検出装置７による制御棒落下時間計測では、
検出コイル２の中に磁性材料の駆動軸３が通過する際の
駆動軸３の落下速度に依存して発生する電流の電圧変化
（速度変化）により、制御棒４の落下開始からダッシュ
ポット１０（図１０参照）に至るまで挿入される時間を
計測する方法としている。すなわち、制御棒４の落下速
度が速い時には、図１１に示すように、検出コイル２に
発生する電流の電圧が高くなる一方、制御棒４の速度が
急に減少した場合には、電圧が急激に減少する。このよ
うな検出コイル２に生じる電流の電圧変化を利用するた
め、ＰＷＲ燃料集合体には、流体の抵抗により制御棒４
を減速するダッシュポット１０が全挿入位置の約８５％
の位置に設けられており、図１１に示すような位置Ｔ１
で電圧が急激に減少するため、制御棒４の位置を明確に
判断できるようになっている。
【０００７】さらに、制御棒４が炉心内に完全に挿入さ
れたか否かの判定は、図１１に示すように、停止位置Ｔ
２に至るまでのリバウンド波形Ｒ、即ち制御棒４の駆動
軸３が最下端へ達した際に、制御棒クラスタに取り付け
られた衝撃吸収ばねによる駆動軸３のリバウンドの波形
を検出することにより行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、駆動軸３の先
端部の位置は、検出コイル２のインピーダンスの変化に
より検出されるため、検出コイル２の位置でのみしか、
制御棒４の位置を示す信号を得ることができない。すな
わち、制御棒４の位置を検出できる間隔は、検出コイル
２の取り付け間隔に依存し、約９０ｍｍ間隔となる。一
般に、制御棒駆動機構５は、駆動棒４をステップ状に駆
動するが、この駆動する１ステップの距離は、約１６ｍ
ｍである。従って、制御棒４を駆動する数ステップ分に
相当する間隔でしか機械的位置を確認できないという不
都合が生じていた。
【０００９】また、この検出コイル２は、Ａ系統及びＢ
系統の２系統から構成されていて、一方の系統が故障等
で使用不能になると、各系統毎の１８０ｍｍの間隔、す
なわち、制御棒４の駆動ステップの約１０倍程度の間隔
毎にしか位置を検出できなくなり、精度がさらに低いも
のとなる。従って、原子炉の保護系の観点からは、制御
棒の位置の不確定性を炉心設計に考慮する必要が生じて
いた。
【００１０】さらに、制御棒位置検出装置７による制御
棒落下時間計測では、前述したように、検出コイル２の
中を磁性材料の駆動軸３が通過する際の駆動軸３の落下
速度に依存する電流の電圧変化により、落下開始からダ
ッシュポットに至るまでの挿入時間を計測しているの
で、制御棒４の落下速度が遅い時には、電圧が低くな
り、落下開始、ダッシュポット位置及び全挿入位置が不
明確になり、落下時間計測が正確に行えないということ
が知られていた。
【００１１】また、万一、制御棒４が落下途中で停止す
るようなことがあった場合、制御棒４の停止位置（全挿
入位置又は途中）を確認することが不可能であり、制御
棒位置検出の精度及び信頼性が低かった。
【００１２】同様に、制御棒４が完全に挿入されたこと
を判定するリバウンド波形は、落下速度より小さい場合
に明確でない場合が多く、制御棒４が炉心内に完全に挿
入されたことを検知することが難しかった。
【００１３】さらに、制御棒位置検出装置７の検出コイ
ル２は、検出コイル２の絶縁材の使用温度制限から、検
出コイル２周辺の雰囲気温度を強制冷却して、設計条件
を超えないよう管理する必要があるため、約３００°Ｃ
と高温の加熱ハウジング１からの大量の放熱に対処でき
るように、制御棒駆動装置５の冷却設備の容量をかなり
大きくする必要が生じていた。
【００１４】従って、本発明は、上述した従来の技術の
問題を解決するためになされたもので、制御棒の炉心内
における位置を連続して正確に検出し、原子炉の出力増
加、制御性能の向上及び周辺設備の合理化を図ることの
できる磁歪線式制御棒位置検出装置を提供することを主
な目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明は、円筒部材の内部を軸方
向に移動自在であると共に少なくとも一部が非磁性材に
より形成されている可動部材の非磁性材部分に取り付け
られた磁石と、前記円筒部材の外周に軸方向に沿って取
り付けられると共に所定個所にねじり弾性波を検出する
受信機を備える磁歪線式検出器と、該磁歪線式検出器内
の前記受信機側から前記磁歪線式検出器の磁歪線にパル
ス電流を供給するパルス電流発生回路と、前記円筒部材
及び前記磁歪線式検出器の外周を一定の隙間を開けて密
閉するように配設された円筒状の支持部材とを備える前
記可動部材の前記円筒部材内における位置を検出するた
めの磁歪線式制御棒位置検出装置を提供する。
【００１６】前記磁石がリング状であると共に、前記磁
歪線式検出器が、前記円筒部材の外周に複数個配設され
るのが好ましい。また、前記磁歪線式検出器は、前記円
筒部材の外周に密着するように取り付けられていること
も望ましい。さらに、前記駆動軸の前記非磁性材部分と
同じ非磁性材により形成された保護部材を、前記先端部
との間に前記磁石を密封するように取り付けることもで
きる。
【００１７】本発明が適用される装置として、前記円筒
部材は制御棒駆動装置の圧力ハウジングであり、前記可
動部材は前記制御棒駆動装置の制御棒に連接する駆動軸
であり、そして、該駆動軸の位置を検出することにより
該駆動軸に連接する前記制御棒の炉心内における位置を
全挿入位置から全引き抜き位置までの駆動長さ全長に亘
り検出するようにするのが好適である。
【００１８】なお、前記制御棒を前記全引抜き位置から
落下させた時に、該全引抜き位置からの前記制御棒の移
動距離及び時間を計測し、検出された前記制御棒の位置
に対応する前記制御棒の落下開始からの制御棒挿入時間
を検出できるようにすることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る磁歪線式制御
棒位置検出装置の好適な実施の形態を、添付図面を参照
しながら説明するが、図中、同一符号は、同一又は対応
部分を示すものとする。
【００２０】図１は、磁歪線式制御棒位置検出装置２０
を制御棒駆動装置５の上部に取り付けた状態の全体構造
を示す斜視図、図２は、その要部を示す縦断面図、そし
て図３は、図２の一部省略拡大図である。これらの図に
おいて、磁歪線式制御棒位置検出装置２０は、制御棒駆
動装置５の圧力ハウジング１の内側に位置する駆動軸３
の上端部に取り付けられた永久磁石２１と、圧力ハウジ
ング１の外側において支持構造材２３により固定された
磁歪線式検出器２２とを備えている。また、磁歪線式検
出器２２は、支持部材２５より上方において、その上端
部に受信機２６を備えている。なお、支持構造材２３の
外側には、圧力ハウジング１と同軸心状に支持円筒２４
が配設されており、この支持円筒２４と磁歪線式検出器
２２との間に、隙間２７が画成されている。
【００２１】磁歪線式検出器２２は、制御棒４の駆動ス
トロークをカバーする長さを有し、圧力ハウジング１の
軸方向に沿って、且つ周方向に複数個設けられ、環状の
支持構造材２３により圧力ハウジング１の外側に密着す
るように固定されている。磁歪線式検出器２２は、耐熱
処理を施された高温仕様であるため、内部が約３００°
Ｃと高温である圧力ハウジング１に密着させることがで
きる。また、このように密着させたのは、制御棒４の位
置を検出する時の精度を良くするためである。さらに、
磁歪線式検出器２２は、計測上の観点からは１個取り付
ければ十分である。また、精度をさらに向上させるため
には、２個一組として取り付けるのが好ましい。なお、
保護系として使用する場合には、２個一組として周囲に
４個取り付けるのが良い。この実施形態においては、図
４（ａ）の横断面図に示すように、磁歪線式検出器２２
は、圧力ハウジング１の周囲方向に等間隔に４個設置さ
れており、駆動軸３が圧力ハウジング１の中で偏った場
合でも、高精度で的確に検知できるようになっている。
これは、原子炉の制御系だけでなく、原子炉の保護系に
関する点から好ましいものであるが、詳細は後述する。
【００２２】また、図３に示すように、磁歪線式検出器
２２は、磁歪線２８と、直径１０ｍｍ程度のステンレス
管からなる保護管２９とを備えており、磁歪線２８は、
後述するような方法により、外側の保護管２９に接触し
ないように構成されている。
【００２３】磁歪線式検出器２２は、図１及び図２に示
すように、その上端部に、磁歪線２８を伝播してくるね
じり弾性波（後述する）を検出するための受信機２６を
備えている。図５は、この受信機２６の要部を示す構成
図である。この図において、受信機２６は、磁歪線式検
出器２２の保護管２９に連接するケーシング３０を備え
ている。ケーシング３０の内部には、支持部材３１が設
けられ、この支持部材３１に固定された磁歪線保持具３
２の中央に磁歪線２８を保持することにより、保護管２
９の内部に配設された案内リング３３と協働して、磁歪
線２８が、保護管２９に接触しないようになっている。
ケーシング３０の中央やや下方には、磁歪線２８を取り
囲むようにして、検出コイル３４が支持部材３１に取り
付けられている。なお、検出コイル３４で検出された信
号は、ケーブル３５により、図示しない制御部に送られ
る。また、磁歪線２８の始端側、すなわち磁歪線保持具
３２側は、ケーブル３５を介してパルス電流発生回路３
７に接続されている。なお、磁歪線保持具３２は、磁歪
線上を伝播してくるねじり弾性波が反射しないようにす
るために、振動吸収材により形成されている。
【００２４】図３に戻り、駆動軸３の上端部に取り付け
られた永久磁石２１は、リング状に形成されており、従
来の制御棒駆動装置５に大きな変更を加えず、磁歪線に
よる位置検出の原理（後述する）を適用できるように、
駆動軸３の外周且つ軸方向に筒状に取り付けられてい
る。すなわち、図７に示す従来型の磁歪線式検出器５０
は、リング状の永久磁石５１の中に磁歪線５２を置く方
式をとっているが、本実施形態においては、駆動軸３と
圧力ハウジング１との間にある程度距離があり、また、
永久磁石２１が磁歪線２８の外側の偏った方向にあるこ
とから、永久磁石２１を筒状に配置して、圧力ハウジン
グ１の外側への磁力が強くなるような取付構造にしたも
のである。なお、図３においては、永久磁石２１は、３
個の磁石より構成されているが、一体的な１個の円筒状
の永久磁石を用いる方が、磁場がより強くなり性能が向
上する。
【００２５】また、制御棒駆動装置５として磁気ジャッ
ク式制御棒駆動装置を使用する場合には、作動時に駆動
軸３が振動し、圧力ハウジング１の内側で半径方向に移
動して接触し、永久磁石２１が破損する可能性がある。
従って、永久磁石２１を保護するため、駆動軸３にリン
グ状の永久磁石２１を取り付けた後、駆動軸３と同じ材
質の保護管３６で外周を保護している。また、永久磁石
２１を駆動軸３と保護管３６とで密閉することにより、
永久磁石２１の酸化を防止することもできる。なお、従
来の駆動軸３の材料は、磁性材を使用していたが、永久
磁石２１の位置検出信号を明確にするために、駆動軸３
の上端部及び保護管３６は、非磁性材の金属により形成
されている。
【００２６】次に、磁歪線式位置検出装置２０による制
御棒４の位置検出方法を、図６を用いて説明する。
【００２７】図６（ａ）に示すように、初期状態におい
ては、制御棒３に取り付けられた永久磁石２１による磁
場Ｍ内に、磁歪線式検出器２２の磁歪線２８が位置して
いる。しかし、永久磁石２１による磁場Ｍだけでは、磁
歪線２８が捩じれず、初期状態を維持する。
【００２８】まず、この状態において、磁場Ｍに対して
受信機２６側から、磁歪線１２の軸線方向にパルス電流
発生回路３７（図５参照）によりパルス電流４０を与え
る。そうすると、磁歪線２８の回りを右ねじの法則によ
り、捩じり磁場ＭＰが永久磁石２１による磁場Ｍに向か
って磁歪線２８上を伝播する。この伝播速度は非常に速
いため、計測上は「０」カウントとする。
【００２９】次に、図６（ｂ）に示すように、パルス電
流４０が駆動軸３に取り付けた永久磁石１０に近接した
時、すなわち、パルス電流４０による捩じり磁場ＭＰが
永久磁石２１による磁場２１と干渉する時、瞬間的に磁
歪線２８が捩じれる。その結果、両磁場が干渉して捩じ
れが生じた位置から両方向に、磁歪線２８上にねじり弾
性波４１が発生する。
【００３０】そして、図６（ｃ）に示すように、磁歪線
式検出器２２の上端部に設けた受信機２６により、パル
ス電流４０を与えてからねじり弾性波４１の伝播時間を
計測し、計測した伝播時間を磁歪線２８の軸線方向伝播
速度で校正することで、受信機２６から駆動軸３の上端
部に取り付けられた永久磁石２１までの距離の絶対値を
計測できる。これにより、制御棒４の機械的位置を、制
御棒駆動ステップの１ステップ（約１６ｍｍ）以内の距
離で、精度良く且つ正確に計測することができる。その
結果、制御棒の位置の不揃いの有無を確認することもで
きる。また、炉心設計で考慮している制御棒４の位置の
不確定性に対する設計余裕を低減し、出力増加などのメ
リットを引き出すことが可能となる。
【００３１】次に、制御棒落下時間（挿入時間）の計測
に関しては、図６に示した計測原理を用いて、磁歪線式
検出器２２により一定の時間間隔でパルス電流４０を発
信し、制御棒４の機械的位置を連続的に関連づけて計測
することで、駆動軸３の落下開始から停止までに対応す
る制御棒４の位置変化を正確に計測でき、落下時間（挿
入時間）を精度の高いデジタルデータとして収録でき
る。これらのデータを利用して、制御棒４の落下開始、
ダッシュポット位置及び全挿入位置、あるいは各位置へ
至るまでの時間を正確に算出することができ、制御棒４
の落下時間の計測精度を向上させることが可能でき、原
子炉の信頼性を確保することができる。
【００３２】また、万一、制御棒４が落下途中で停止し
た場合でも、制御棒４の落下速度変化及び制御棒４の位
置確認信号がデジタルデータとして収録されるため、制
御棒４の停止位置（全挿入位置又は途中）を正確に確認
することが可能となり、制御棒４の位置検知の精度及び
信頼性が向上すると共に、完全に挿入されたか否かを容
易に判断することも可能となる。このように、制御棒４
の軸方向位置を常時精度高く確認でき、制御棒４の挿入
下限位置（完全挿入位置）を正確に検知できることか
ら、制御系の設計メリットとして炉心設計における制御
棒位置の不確定性に対する設計余裕を削減でき、原子炉
運転における安全余裕の増大又は出力増加等が考えられ
る。
【００３３】この実施形態においては、上述したよう
に、磁歪線式検出器２２は、圧力ハウジング１の周囲方
向に等間隔に４個設置されている（図４（ａ）参照）。
ここで、１系統は、１８０°回転した相対する位置に設
置される一対の磁歪線式検出器２２から構成されてお
り、これを２系統配設してある。このように複数個の磁
歪線式検出器２２を取り付けたのは、図４（ｂ）に示す
ように、圧力ハウジング１内で駆動軸３が偏った場合に
も、高精度で的確に駆動軸３の位置を検出できるように
するためである。
【００３４】例えば、この図において、駆動軸３が圧力
ハウジング１内で中央（中心線３ａ参照）に位置すれ
ば、永久磁石２１による磁場Ｍ１は左右均等になるが、
駆動軸３が右側（中心線３ｂ参照）に偏ると、永久磁石
２１による磁場Ｍ２は右側ほど強くなり、逆に左側（中
心線３ｃ参照）に偏ると、磁場Ｍ３は左側ほど強くな
る。従って、仮に磁歪線式検出器２２が右側のみに取り
付けられており、駆動軸３が左側に偏った場合には、永
久磁石２１による磁場Ｍ３は、右側が弱くなるので、磁
歪線式検出器２２を伝播してくるパルス電流によるねじ
り磁場との干渉位置が異なる恐れがあり、精度が悪化す
る。しかし、１８０°回転した相対する位置に一対の磁
歪線式検出器２２を配置しておけば、検出機能を多重化
することができ、駆動軸３が圧力ハウジング１の中で偏
った場合でも、一対の磁歪線式検出器２２で検出した位
置データを平均することにより、駆動軸３の位置を検出
の精度が高くなる。なお、磁歪線式検出器２２を１個し
か取り付けないで、駆動軸３が最大に片寄った場合で
も、駆動ステップ（１６ｍｍ）以内の精度で、駆動軸３
の位置を検出することができる。
【００３５】また、一対の磁歪線式検出器２２を複数系
統設けることで、１個の検出器が故障しても他の検出器
で駆動軸３の位置を検出することができるので、原子炉
制御系だけでなく、原子炉保護系にも適用可能となる。
また、精度向上した制御棒４の位置信号を原子炉保護系
に取り込むことにより、運転性の改善、熱電対等の個数
削減及び更なる出力増加等を行うことができ、設備合理
化へ多大に寄与することができる。
【００３６】また、この実施形態においては、上述した
ように、磁歪線式検出器２２を圧力ハウジング１へ密着
固定させる支持構造材２３の外側に、圧力ハウジング１
と同軸心状に支持円筒２４が配設されており、これらの
磁歪線式検出器２２及び支持円筒２４と支持部材２５と
により密閉された隙間２７に存在する空気層により断熱
効果が生じる（図２及び３参照）。従って、圧力ハウジ
ング１の高温内部（約３００°）からの放熱を大幅に遮
断することができ、制御棒駆動装置の冷却設備の容量を
小さくすることができる。
【００３７】この実施形態においては、駆動軸３に取り
付ける永久磁石２１は、リング状であるが、この形態に
限られず、半リング状でも、板状のものでも取り付ける
ことができる。また、永久磁石２１の取り付け位置を駆
動軸３の上端部にしたが、制御棒４の全引抜き位置から
全挿入位置までの間の位置検出が行えれば、駆動軸３の
いずれの位置へも取り付けることができる。さらに、駆
動軸３の上端部のみ非磁性材により形成したが、全体を
非磁性材により形成することもできる。
【００３８】上述したように、この実施形態において
は、制御棒駆動装置５の圧力ハウジング１の外側に磁歪
線式検出器２２と受信機２６とを取り付けると共に、駆
動軸３の上部に永久磁石２１を取り付けるだけで、磁歪
線式制御棒位置検出装置２０を構成することができるの
で、既存の制御棒駆動装置をそのまま利用することがで
きる。
【００３９】
【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、磁歪
線式制御棒位置検出装置は、円筒部材の内部を軸方向に
移動自在であると共に少なくとも一部が非磁性材により
形成されている可動部材の非磁性材部分に取り付けられ
た磁石と、前記円筒部材の外周に軸方向に沿って取り付
けられると共に所定個所にねじり弾性波を検出する受信
機を備える磁歪線式検出器と、該磁歪線式検出器内の前
記受信機側から前記磁歪線式検出器の磁歪線にパルス電
流を供給するパルス電流発生回路と、前記円筒部材及び
前記磁歪線式検出器の外周を一定の隙間を開けて密閉す
るように配設された円筒状の支持部材とを備えるので、
パルス電流により磁歪線に回転方向磁場が生じ、この回
転方向磁場が可動部材に取り付けられた磁石による磁場
に近接した時に相互の磁場の干渉により磁歪線にねじり
弾性波が発生し、磁歪線の特定部位に設けた受信機によ
りねじり弾性波の伝播時間を計測すれば、可動部材の機
械的位置を正確に計測することができると共に、円筒部
材の外周を密閉するように配設された円筒状の支持部材
により、円筒部材の高温内部からの放熱を大幅に遮断す
ることができるため、付帯の冷却設備の容量を小さくす
ることができる。
【００４０】請求項２に記載の本発明によれば、前記磁
石がリング状であり、前記磁歪線式検出器が前記円筒部
材の外周に複数個配設されるので、磁歪線式位置検出装
置に多重機能を持たせることができ、可動部材が円筒部
材内部で片寄った場合でも、精度よくその位置を検出す
ることができると共に、磁歪線式検出器の１個が故障し
た時でも可動部材の位置検出機能を喪失しない。
【００４１】請求項３に記載の本発明によれば、前記磁
歪線式検出器は、前記円筒部材の外周に密着するように
取り付けてあるので、円筒部材内部で移動する可動部材
の検出精度をより良くすることができる。
【００４２】請求項４に記載の本発明によれば、前記駆
動軸の前記非磁性材部分と同じ非磁性材により形成され
た保護部材を、前記先端部との間に前記磁石を密封する
ように取り付けるので、磁石の酸化を防止することがで
き、磁石による磁場の強さが一定に保たれ、計測の精度
が安定すると共に、メンテナンス費用を削減することが
できる。
【００４３】請求項５に記載の本発明によれば、前記円
筒部材は制御棒駆動装置の圧力ハウジングであり、前記
可動部材は前記制御棒駆動装置の制御棒に連接する駆動
軸であるので、駆動軸の位置を検出することにより駆動
軸に連接する制御棒の炉心内における機械的位置を、全
挿入位置から全引き抜き位置までの駆動長さ全長に亘り
正確に計測することができる。
【００４４】請求項６に記載の本発明によれば、前記制
御棒を前記全引抜き位置から落下させた時に、該全引抜
き位置からの前記制御棒の移動距離及び時間を予め計測
し、検出された前記制御棒の位置に対応する前記制御棒
の落下開始からの制御棒挿入時間を検出できるので、磁
歪線式検出器により落下時間（挿入時間）を精度の高い
デジタルデータとして収録し、このデータから制御棒の
落下開始、ダッシュポット及び全挿入位置に至る時間を
正確に算出することにより、万一、制御棒が落下途中で
停止するようなことがあっても、制御棒の挿入時間より
制御棒の停止位置（全挿入位置又は途中）を確認するこ
とが可能となり、原子炉の信頼性を確保することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る磁歪線式制御棒位置検出装置の
概要を示す斜視図である。
【図２】 磁歪線式制御棒位置検出装置の要部を示す縦
断面構成図である。
【図３】 永久磁石の取り付け構造を示す、図２の一部
省略拡大図である。
【図４】 （ａ）は、磁歪線式検出器の配置を示す断面
図、（ｂ）は、永久磁石による磁場の説明図である。
【図５】 磁歪線式検出器の受信機の要部を示す縦断面
構成図である。
【図６】 磁歪線式検出器による位置検出の測定原理を
示す説明図である。
【図７】 従来の磁歪線式検出器の要部を示す概念図で
ある。
【図８】 一般の加圧水型軽水炉の要部を示す断面図で
ある。
【図９】 従来の制御棒位置検出装置の要部を示す縦断
面構成図である。
【図１０】 制御棒の落下速度を遅くするためのダッシ
ュポットを示す概念図である。
【図１１】 磁歪線式制御棒位置検出装置により測定さ
れた制御棒の挿入時間の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…圧力ハウジング、２…検出コイル、３…駆動軸、４
…制御棒、５…制御棒駆動装置、６…原子炉容器、７…
制御棒位置検出装置、８…コイル支持管、９…隙間、１
０…ダッシュポット、２０…磁歪線式制御棒位置検出装
置、２１…永久磁石、２２…磁歪線式検出器、２３…支
持構造材、２４…支持円筒、２５…支持部材、２６…受
信機、２７…隙間、２８…磁歪線、２９…保護管、３０
…ケーシング、３１…支持部材、３２…磁歪線保持具、
３３…案内リング、３４…検出コイル、３５…ケーブ
ル、３６…保護管、３７…パルス電流発生回路、４０…
パルス電流、４１…ねじり弾性波、５０…磁歪線式検出
器、５１…永久磁石、５２…磁歪線、Ｍ，ＭＰ…磁場、
Ｒ…リバウンド波形、Ｔ１，Ｔ２…位置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今吉 祥 茨城県那珂郡東海村舟石川622番地12 (56)参考文献 特開 昭59−35190（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−332433（ＪＰ，Ａ) 特開2000−9456（ＪＰ，Ａ) 特開2000−9490（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−83091（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−60204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−145313（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 17/10

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円筒部材の内部を軸方向に移動自在であ
    ると共に少なくとも一部分が非磁性材により形成されて
    いる可動部材の非磁性材部分に取り付けられた磁石と、 前記円筒部材の外周に軸方向に沿って取り付けられると
    共に所定個所にねじり弾性波を検出する受信機を備える
    磁歪線式検出器と、 該磁歪線式検出器内の前記受信機側から前記磁歪線式検
    出器の磁歪線にパルス電流を供給するパルス電流発生回
    路と、 前記円筒部材及び前記磁歪線式検出器の外周を一定の隙
    間を開けて密閉するように配設された円筒状の支持部材
    と を備える前記可動部材の前記円筒部材内における位置
    を検出するための磁歪線式制御棒位置検出装置。
  2. 【請求項２】 前記磁石がリング状であると共に、前記
    磁歪線式検出器が前記円筒部材の外周に複数個配設され
    る請求項１に記載の磁歪線式制御棒位置検出装置。
  3. 【請求項３】 前記磁歪線式検出器は、前記円筒部材の
    外周に密着するように取り付けられている請求項１また
    は２に記載の磁歪線式制御棒位置検出装置。
  4. 【請求項４】 前記駆動軸の前記非磁性材部分と同じ非
    磁性材により形成された保護部材を、前記先端部との間
    に前記磁石を密封するように取り付ける請求項１乃至３
    の内のいずれか１項に記載の磁歪線式制御棒位置検出装
    置。
  5. 【請求項５】 前記円筒部材は制御棒駆動装置の圧力ハ
    ウジングであり、前記可動部材は前記制御棒駆動装置の
    制御棒に連接する駆動軸であり、該駆動軸の位置を検出
    することにより該駆動軸に連接する前記制御棒の炉心内
    における位置を全挿入位置から全引き抜き位置までの駆
    動長さ全長に亘り検出する請求項１乃至４の内のいずれ
    か１項に記載の磁歪線式制御棒位置検出装置。
  6. 【請求項６】 前記制御棒を前記全引抜き位置から落下
    させた時に、該全引抜き位置からの前記制御棒の移動距
    離及び時間を予め計測し、検出された前記制御棒の位置
    に対応する前記制御棒の落下開始からの制御棒挿入時間
    を検出できるように構成した請求項５に記載の磁歪線式
    位置検出装置。
JP29859998A 1998-10-20 1998-10-20 磁歪線式制御棒位置検出装置 Expired - Lifetime JP3426984B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29859998A JP3426984B2 (ja) 1998-10-20 1998-10-20 磁歪線式制御棒位置検出装置
US09/302,778 US6192096B1 (en) 1998-10-20 1999-04-30 Magnetostrictive wire control rod position detector assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29859998A JP3426984B2 (ja) 1998-10-20 1998-10-20 磁歪線式制御棒位置検出装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000121781A JP2000121781A (ja) 2000-04-28
JP3426984B2 true JP3426984B2 (ja) 2003-07-14

Family

ID=17861829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29859998A Expired - Lifetime JP3426984B2 (ja) 1998-10-20 1998-10-20 磁歪線式制御棒位置検出装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6192096B1 (ja)
JP (1) JP3426984B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230082982A (ko) * 2021-12-02 2023-06-09 주식회사 우진 원자로 제어봉 위치 지시 장치 및 위치 지시 방법

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8903033B2 (en) * 2008-01-09 2014-12-02 Analysis and Measurement Service Corporation High resolution digital rod position indication system for nuclear power plants
US9250277B1 (en) 2011-03-21 2016-02-02 Northrop Grumman Systems Corporation Magnetically coupled, high resolution linear position sensor for use in high temperature, high pressure environment
CN102280150B (zh) * 2011-08-18 2014-04-02 国核自仪***工程有限公司 核电站棒位检测***及其自由落棒时间测试方法
CN103871523B (zh) * 2012-12-11 2016-08-31 中国核动力研究设计院 一种核电站控制棒棒位测量方法
US9074860B2 (en) * 2013-03-13 2015-07-07 Ametek Systems and methods for magnetostrictive sensing
KR101634707B1 (ko) 2015-02-13 2016-06-30 한국원자력연구원 자기변형 와이어형 제어봉 위치지시기
CN112352135B (zh) 2018-06-12 2023-07-07 株式会社三丰 数字千分尺
JP7360817B2 (ja) * 2019-05-25 2023-10-13 株式会社ミツトヨ デジタル式マイクロメータ
CN111993034B (zh) * 2020-08-27 2021-09-21 清华大学 内置式驱动机构装配方法
CN112599265B (zh) * 2020-12-05 2023-02-10 核电运行研究(上海)有限公司 一种与棒位测量设备集成的控制棒落棒时间测量方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3846771A (en) * 1973-01-03 1974-11-05 Westinghouse Electric Corp Position indication system
US3906469A (en) * 1973-06-12 1975-09-16 Combustion Eng Magnetic-electric position sensor
US4071818A (en) * 1975-11-03 1978-01-31 Combustion Engineering, Inc. Magnetostrictive position indicator
JPS6078317A (ja) * 1983-10-05 1985-05-04 Hitachi Ltd 可動物体の位置検出方法およびその装置
JPH02118496A (ja) * 1988-10-28 1990-05-02 Toshiba Corp スクラム時間測定用センサー
JPH05187854A (ja) 1992-01-10 1993-07-27 San Tesuto Kk 磁歪式変位検出装置
JPH08285563A (ja) 1995-04-18 1996-11-01 Santesuto Kk 変位検出装置
JPH0961143A (ja) 1995-08-21 1997-03-07 San Tesuto Kk 変位検出装置
DE69622808T2 (de) * 1995-09-29 2003-03-27 Toshiba Kawasaki Kk Regelstabsantriebsmechanismus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230082982A (ko) * 2021-12-02 2023-06-09 주식회사 우진 원자로 제어봉 위치 지시 장치 및 위치 지시 방법
KR102606519B1 (ko) * 2021-12-02 2023-11-29 주식회사 우진 원자로 제어봉 위치 지시 장치 및 위치 지시 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US6192096B1 (en) 2001-02-20
JP2000121781A (ja) 2000-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3426984B2 (ja) 磁歪線式制御棒位置検出装置
EP0176620B1 (en) Method and apparatus for detecting movable object
JP4104025B2 (ja) 原子炉制御棒の自由落下時間を測定する装置及び方法
EP2650882A2 (en) System for monitoring a state of a nuclear reactor core
KR101201088B1 (ko) 원자로 내 환형 스페이서 검출 및 위치 변경을 위한 방법 및 장치
US4714926A (en) Rod position indication system with temperature compensation
JPS62251606A (ja) 渦電流プロ−ブ
CN201166698Y (zh) 脉冲强磁场测量探测器
US5265138A (en) Spring/dimple instrument tube restraint
US5828213A (en) Method and apparatus for magnetically sampling the uniformity of an elongate object
US5333160A (en) Control rod position transmitter
US3919043A (en) Digital nuclear reactor control rod position indiction system
US9250277B1 (en) Magnetically coupled, high resolution linear position sensor for use in high temperature, high pressure environment
JP3462885B2 (ja) 原子炉の出力測定装置およびその製造方法
JP3274904B2 (ja) 原子炉出力測定装置
EP0446022B1 (en) A sensor for detecting a quench in a superconductor using an optical coupling
WO2019164654A2 (en) Nuclear fuel failure protection method
JP2007113973A (ja) 軸変位計測装置及び軸変位計測方法
CN115326321A (zh) 互感式液态金属泄漏监测装置及其应用
US10395786B2 (en) Magnetostrictive wire control rod position indicator
JPH09318307A (ja) 内径変位測定装置
CN112837835A (zh) 探头保护装置及具有其的高温裂变室
JP4869102B2 (ja) 制御棒駆動装置
JP2869294B2 (ja) 自己作動型炉停止機構の制御棒落下位置検出装置
RU2092916C1 (ru) Измерительный канал системы внутриреакторного контроля

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20030401

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080509

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090509

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090509

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100509

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110509

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120509

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130509

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140509

Year of fee payment: 11

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term