JP6023042B2 - 原子炉用制御棒駆動機構及び装置 - Google Patents
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Description
スルーで圧力容器内に制御棒に連結させることが知られている。フィードスルーの長さを抑制するためにCRDMを圧力容器内に一体化することも提案されてきた。例えば、日本原子力学会による1992年10月発行の、イシザキ他の“Development of a Built-in Type Control Rod Drive Mechanism (CRDM) For Advanced Marine Reactor X (MRX)”, Proceedings of the International Conference on Design and Safety of Advanced Nuclear Power Reactors (ANP '92), October 25-29, 1992 (Tokyo Japan)を参照されたい。
図11を尚参照しつつ図12及び図13を参照するに、スクラム後の機構を再係合させるために主ネジ160がボールナットモーター(図9参照)を介してその完全挿入位置に駆動される。主ネジの着底センサを用いて主ネジの完全挿通を確認する。特に図12を参照するに、主ネジ160が完全挿入位置に接近するに従い、リフト用/連結棒アセンブリ112の上端部111の、底部にスクラムされるところのアングルカム面182がラッチ170をその完全引き抜き位置付近にカム移動させる。特に図13を参照するに、電磁石177への給電を再開するとラッチ170がリフト用/連結棒アセンブリ112の合致部分と完全に再係合し、かくしてリフトロッド/連結棒アセンブリがサイド主ネジ160に連結される。これにより図10に示す通常運転が再開される。繰り返すと、図12には主ネジ160がリフト用/連結棒アセンブリ112を再係合させるための完全挿入位置に戻すべく駆動される状況が示される。電磁石177への給電は尚停止され、ラッチ160は尚切り離されている。リフト用/連結棒アセンブリ112の上端部111上のアングルカム面182はラッチ170にカム係合し、当該ラッチをリフト用/連結棒アセンブリ112の上端部111との部分係合状態に戻す。図13では主ネジ160は尚底部にあるが電磁石177への給電は再開されている。再開された磁界によりラッチ170がリフト用/連結棒アセンブリ112の合致部分に再係合する。
図14及び図15を参照するに、下方ボールナットアセンブリ185と共にブラシレスDC電子制御(BLDC)モーター184を採用する実施例が示される。モーター184を含む前記アセンブリ185はボールナット/モーターアセンブリ106の例示的実施例である。特に図14を参照するに、例示されるBLDCモーター184が、ステータアウターシェル187とステータインナーシェル188との間に配置した巻きステータコアアセンブリ186にして、ステータ上方ハウジング189及びステータ下方ハウジング190により固定した巻きステータコアアセンブリを含んでいる。永久磁石ローター191が永久磁石192を含む。BLDCモーター184が、ローターの永久磁石192の磁束と、ステータコアアセンブリ186の電流搬送用ステータコンダクタとの相互作用によるトルクを発生する。下方ボールナットアセンブリ185は図9の下方ボールナットアセンブリ150と類似するが、図14の例示アセンブリでは図9の上方ボールナットアセンブリ152に相当する上方ボールナットアセンブリは無い。図14のアセンブリは半径方向ベアリング193、スラストベアリングロックナット195により固定したスラストベアリング194、モーター上部キャップ196をも含む。導線グランド197により、絶縁され且つ耐環境性の対モーター電気接続部が提供される。例えば、ある好ましい絶縁型導線グランドを米国ニューヨーク州バッファローのConax(商標名)Technologies社から入手可能である。特に図15を参照するに、BLDCモーター184及び下方ボールナットアセンブリ185が図10〜図13の制御棒駆動機構(CRDM)のコンテキストにおいて例示される。図15に例示するCRDMもまた、先に説明した電磁石177の積層アセンブリ、リフトロッド−主ネジラッチアセンブリ110、主ネジ160、リフト用/連結棒アセンブリ112を含む。ボールナットアセンブリ185は主ネジ160と係合し、モーター184が永久磁石ローター191及び固定したボールナットアセンブリ185を廻転するに従い、主ネジ160を直線駆動する。
随意的には、例示実施例におけるように、流体圧リフトアセンブリ内あるいは当該アセンブリと共にスクラム支援バネ260を設け、流体圧ピストン252及びカムバー208の降下を支援させる。スクラム動作は、連結棒の重さがラッチバネの支援下に各ラッチを分離させる点においてもフェイルセーフ的であることが好ましい。カムバーリンク209によるカム作用によっても、カムバー208はその外方の分離状態へと押送される。
図22及び23を参照するに、原子炉が示され、典型的には、好適な支持フレーム274(例えば、図2に詳細を示す如き)により支持され、相当する制御棒駆動機構により作動されるアレイあるいはその他状態下の複数の制御棒束を含んでいる。ある実施例ではモーター184はCRDMにおいて最も嵩張る部品である。図22及び23に示すアレイ例ではこの嵩張るモーター184は、隣り合う2つのCRDMの各モーター184が同一の垂直レベルあるいは高さとならないよう、各モーター184を垂直方向にスタガー配置したコンパクトなアレイにおいて収受される。これにより、全てのモーターを同じ垂直方向レベルあるいは高さとする従来構成と比較してアレイを一層コンパクト化させ得る。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
12 炉心
14 蒸気発生機
20 制御棒
22 下部容器
24 上部炉内構造物
26 上部容器
28 上部容器ヘッド
29 中間フランジ
30 上部シュラウド
32 中央ライザ管領域
34 下降管領域
40 制御棒駆動機構
42 ドライブ
44 制御棒ガイドフレーム
46 上部炉内バスケット
48 CRDM支持構造
50 シリンダハウジング
52 シリンダキャップ
54 シリンダベースプレート
56 連結ロッド
60 通気孔
62 リフトピストン
64 ピストンリング
67 シャフトシール
66 スクラムバッファピストン
68 バッファコッキングバネ
70 ロッドガイドブッシュ
72 ロッドシールリング
74 入口ポート
80 グレイロッド
82 連結ロッド
84 カウンタウエイト
86 ヨーク
88 ヨーク
90 コア内機器ガイド
100 底部ストッパ/バッファアセンブリ
102 支持チューブ
104 上方支持チューブ
106 ボールナット/モーターアセンブリ
108 電磁コイルアセンブリ
110 リフトロッド−主ネジラッチアセンブリ
111 上端部
112 リフト用/連結ロッドアセンブリ
113 磁石
120 引張スプール
122 ケーブル
124 廻転センサ
130 ステータハウジング
132 ステータ
134 ローター
136 上部ステータ端部プレート
138 半径方向ベアリング
140 スペーサ
144 スラストベアリング
150 下方ボールナットアセンブリ
152 上方ボールナットアセンブリ
160 主ネジ
170 ラッチ
172 ラッチハウジング
174 ラッチバネ
177 電磁石
178 永久磁石
179 ラッチシステムベース
180 ピボット位置
181 位置
182 アングルカム面
184 BLDCモーター
185 ボールナットアセンブリ
186 ステータコアアセンブリ
187 ステータアウターシェル
188 ステータインナーシェル
189 ステータ上方ハウジング
190 ステータ下方ハウジング
191 永久磁石ローター
192 永久磁石
193 半径方向ベアリング
194 スラストベアリング
195 スラストベアリングロックナット
196 モーター上部キャップ
197 導線グランド
200 主ネジ
202 モーター
204 連結棒アセンブリ
204 200/連結棒
206 ラッチアセンブリ
208 カムバー
209 カムバーリンク
210 流体圧リフトアセンブリ
212 ラッチハウジング
214 ラッチ
215 上端部
216 ピボット位置
220 カムバー
222 カムバーハウジングカバー
224 ラッチフィンガ
226 底部
232 カムバー支持ハウジング
232a カムハウジングアセンブリ
234 ピボット位置
235 ピボット位置
240 ラッチバネ
250 流体圧シリンダ
252 流体圧ピストン
254 リンク機構
256 連結リンク
260 スクラム支援バネ
262 流体圧アセンブリキャップ
270 磁気式位置インジケータアセンブリ
274 支持フレーム
280 開口
282 開口
300 逆J字型溝
302 偏倚バネ
304 バネガイド/捕捉要素
306 棒束キャップ
310 棒束
312 合致用タブ
Claims (19)
- 原子炉で使用する制御棒機構であって、
中性子を吸収するべく炉心に装入する構成を有する少なくとも1本の制御棒、
中空の主ネジ、
該中空の主ネジに作動上連結したモーターにして、ローターを含み、ネジ溝連結を介して前記ローターを回転させることで、前記中空の主ネジを前記炉心に関して直線的に向かうあるいは離れるよう駆動する構成を有するモーター、
少なくとも1本の制御棒の重量を支持する構成を有し、前記中空の主ネジの内部に部分的に配置したリフトロッド、
前記中空の主ネジ上に載置され且つラッチを有するラッチアセンブリにして、前記ラッチが、付加されるリフトフォースにより閉鎖して前記リフトロッドを前記中空の主ネジにラッチ止めし、前記付加されるリフトフォースが除去されると前記リフトロッドを前記中空の主ネジからアンラッチさせる構成を有するラッチアセンブリ、
を含み、
アンラッチされた前記リフトロッドと、少なくとも1本の制御棒とが炉心方向に落下する構成を有し、
前記中空の主ネジは前記ラッチアセンブリの開放時は、前記ネジ溝連結によりモーターとの作動上連結状態に維持され且つ炉心方向に落下しない構成を有する制御棒機構。 - 前記制御棒機構が複数の制御棒を含み、前記リフトロッドが、少なくとも1つのスパイダー及びヨークを介して前記複数の制御棒の重量を支持する構成を有する請求項1に記載の制御棒機構。
- 前記付加されるリフトフォースが流体圧により付加される請求項1に記載の制御棒機構。
- 前記ラッチアセンブリが、
前記付加されるリフトフォースを受ける構成を有するリフトアセンブリ、
前記中空の主ネジと平行配置し、且つ前記リフトアセンブリに連結したカムバーにして、前記リフトアセンブリが、前記付加されるリフトフォースにより作動して前記カムバーをリフトさせる構成を有するカムバー、
前記カムバーが前記リフトアセンブリによりリフトされるのに応じて、前記カムバーを内側に移動させ、その間、前記カムバーを前記中空の主ネジと平行状態に維持し、かくして、前記カムバーをラッチアセンブリの各ラッチに係合させ且つ各ラッチを閉鎖させる4バーリンク機構、
を含む請求項1に記載の制御棒機構。 - 前記カムバーが、モーターを使用して前記中空の主ネジを駆動することにより入手可能な前記中空の主ネジの任意位置に対し、前記ラッチアセンブリの各ラッチと係合するに十分な、前記中空の主ネジと平行方向における長さを有する請求項4に記載の制御棒機構。
- 制御棒駆動機構(CRDM)であって、
内径を有する中空の主ネジ、
中性子を吸収する材料を含む制御棒の重量を支持する構成を有し、且つ、炉心内に装入される構成を有するリフトロッドにして、その一部が前記中空の主ネジの内部に配置されるリフトロッド、
前記中空の主ネジとネジ溝連結したモーターにして、前記主ネジをその装入あるいは逆の引き抜きの各方向に直線的に駆動するモーター、
前記中空の主ネジ上に載置したラッチアセンブリにして、(i)前記ラッチアセンブリに付加されるリフトフォースにより前記リフトロッドを前記中空の主ネジにラッチ止めし、(ii)前記付加されるリフトフォースが除去されると、前記リフトロッドを前記中空の主ネジからアンラッチし、その間、前記ラッチアセンブリが前記中空の主ネジ上に載置された状態に維持される構成を有し、前記アンラッチ時において前記リフトロッドがその装入方向に自由落下するラッチアセンブリ、
前記モーターが、前記ラッチアセンブリがラッチあるいはアンラッチの何れかの状態にある場合に前記中空の主ネジを落下させないよう、前記中空の主ネジとのネジ溝連結状態に維持される構成を有する制御棒駆動機構。 - 前記ラッチアセンブリが中空であり、且つ、ラッチアセンブリがアンラッチ状態の時、制御棒駆動機構を通して且つ前記ラッチアセンブリの中空部分を通してその引き抜き方向で前記リフトロッドを引き抜くことにより、前記制御棒駆動機構からリフトロッドを取り出し得る構成を有する請求項6に記載の制御棒駆動機構。
- 前記付加されるリフトフォースが流体圧であり、前記ラッチアセンブリが、その加圧時に前記ラッチアセンブリをラッチ止めさせる流体圧リフトアセンブリを含む請求項6に記載の制御棒駆動機構。
- 前記ラッチアセンブリが、
前記リフトロッドにラッチ止めする構成を有するラッチ、
前記中空の主ネジと平行配置した細長部材、
付加されるリフトフォースにより駆動されて前記細長部材をリフトさせる構成を有するリフトアセンブリ、
前記細長部材を、前記中空の主ネジとの平行配置状態に維持しつつ前記ラッチ方向に移動させてリフトさせるのに応じて、前記細長部材を前記ラッチアセンブリに係合させ且つ該ラッチアセンブリをラッチ止めさせる構成を有する4バーリンク機構、
を含む請求項6に記載の制御棒駆動機構。 - 前記リフトアセンブリが、(i)流体圧ピストン、(ii)電動ソレノイド、からなる群から選択される請求項9に記載の制御棒駆動機構。
- モーターと中空の主ネジとの間にネジ溝連結を提供する少なくとも1つのボールナットアセンブリを更に含む請求項6に記載の制御棒駆動機構。
- 中空の主ネジを含む制御棒駆動機構(CRDM)であって、
前記中空の主ネジの外側に連結した非分離型のボールナット含む駆動アセンブリにして、前記中空の主ネジの外側に連結した非分離型のボールナットを回転させることにより前記中空の主ネジをその装入あるいは逆の引き抜きの各方向に直線的に駆動する構成を有し、前記中空の主ネジと連結する非分離型のボールナットが、前記中空の主ネジの装入あるいは逆の引き抜きの各方向には移動しない構成を有する駆動アセンブリ、
少なくとも1本の制御棒の重量を支持する構成を有し、且つ、前記中空の主ネジの内部に部分的に配置したリフトロッド、
前記中空の主ネジ上に載置したラッチアセンブリにして、(i)該ラッチアセンブリが前記リフトロッドにラッチ止めされるラッチ止め状態、(ii)該ラッチアセンブリが前記リフトロッドにラッチ止めされないアンラッチ状態、を有するラッチアセンブリ、
前記ラッチアセンブリを前記リフトロッドにラッチ止めさせるラッチ閉鎖機構にして、、前記ラッチ閉鎖機構に付加されるリフトフォースが除去されるのに応じて前記ラッチアセンブリを前記リフトロッドからアンラッチさせる構成を有するラッチ閉鎖機構、
を含む制御棒駆動機構。 - 前記ラッチ閉鎖機構が、(i)流体圧ピストン、及び(ii)電動ソレノイドの何れかを含む請求項12に記載の制御棒駆動機構。
- 前記ラッチ閉鎖機構が、中空の主ネジと平行な長さにして、少なくとも駆動アセンブリのストローク程度の長さを有する4バーリンク機構を含む請求項12に記載の制御棒駆動機構。
- 装置であって、
制御棒駆動機構(CRDM)、
を含み、
前記制御棒駆動機構が、
少なくとも1本の制御棒、
中空の主ネジ、
前記中空の主ネジにネジ溝連結により作動上連結したモーターにして、ローターを含み、前記ネジ溝連結を介して前記ローターを回転させることで、前記中空の主ネジを炉心に関して直線的に向かうあるいは離れるよう駆動する構成を有するモーター、
少なくとも1本の制御棒の重量をその下端位置で支持する構成を有し、前記中空の主ネジの内部に部分的に配置したリフトロッド、
ラッチアセンブリにして、(i)前記リフトロッドの上端にラッチ止めされるラッチ状態、(ii)前記ラッチアセンブリがリフトロッドの上端にラッチ止めされないアンラッチ状態、を含み、ラッチを有し、前記ラッチの閉鎖時は前記リフトロッドと主ネジとを作動上連結して、前記主ネジのモーター被駆動時に前記リフトロッドと、少なくとも1本の制御棒とが主ネジと共に移動するラッチアセンブリ、
前記ラッチアセンブリを原子炉炉心に向かうあるいは離れる方向に駆動する構成を有する直線駆動機構、
釈放機構にして、スクラム状況に応じて、前記リフトロッドと、少なくとも1本の制御棒とはスクラム動作するが主ネジはモーターとの作動上連結状態に維持されてスクラム動作しないように、前記ラッチアセンブリの各ラッチを開放させてリフトロッドを主ネジから分離させる釈放機構、
を含む装置。 - 前記ラッチアセンブリがアンラッチ状態の時に前記リフトロッドを前記中空の主ネジを通して原子炉炉心から離れる方向に引き抜くことで取り出し可能とされる請求項15に記載の装置。
- 前記中空の主ネジを通して前記リフトロッドが自由に移動する請求項15に記載の装置。
- 前記ラッチアセンブリのアンラッチ状態において、直線駆動機構のモーターが前記中空の主ネジとのネジ溝連結状態に維持される請求項17に記載の装置。
- 前記リフトロッドが、アンラッチされた場合に原子炉炉心方向に落下する構成を有し、前記制御棒駆動機構が、前記ラッチアセンブリのラッチ状態あるいはアンラッチ状態の何れかにおいて原子炉炉心方向に落下する構成を有する部分を有さない請求項15に記載の装置。
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