(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が吊上げコイル、可動グリッパ及び静止グリッパを有し、各々が複数の制御棒集合体に付随する複数の駆動棒駆動システム群の移動を制御する原子制御棒制御システムであって、
複数の制御棒集合体の駆動棒駆動システム群の吊上げコイルへの多重化電力を制御する移動ユニットと、
各々が駆動棒駆動システム群に付随する複数の選択ユニットであって、（ｉ）それぞれ、移動ユニットから電力を受け、その電力を移動ユニットから対応の制御棒駆動システム群の対応の吊上げコイルに送り、（ｉｉ）それぞれ、電源から選択ユニット内の対応の第１電力制御モジュールを介して電力を受け、その電力を対応の第１電力制御モジュールから選択的に対応の制御棒駆動システム群の対応の可動グリッパへ送り、（ｉｉｉ）それぞれ、前記電源から前記選択ユニット内の対応の第２電力制御モジュールを介して電力を受け、その電力を対応の第２の電力制御モジュールから選択的に対応の制御棒駆動システム群の対応の静止グリッパへ送る複数の選択ユニットと、
複数の制御棒集合体の駆動棒駆動システム群の吊上げコイル、可動グリッパ及び静止グリッパへの電力の供給を協調させる論理ユニットとより成り、
選択ユニットは対応の吊上げコイルが付勢状態にない時対応の可動グリッパ及び静止グリッパを一緒に付勢する原子制御棒制御システム。
【請求項２】
各移動ユニットは少なくとも２つの選択ユニットの吊上げコイルを制御する請求項１の電子制御棒制御システム。
【請求項３】
移動ユニット及び論理ユニットは、選択ユニットとは別個に、それぞれ別個のモジューラーキャビネットに収納される請求項１の原子制御棒制御システム。
【請求項４】
選択ユニットを収容する少なくとも一部のモジューラーキャビネットは少なくとも２つの群の制御棒集合体を制御する請求項３の原子制御棒制御システム。
【請求項５】
２つの群の制御棒集合体は対応の選択ユニットにより別個に制御される請求項４の原子制御棒制御システム。
【請求項６】
通常の原子炉動作の下で各群の制御棒集合体は一緒に移動し、各群の制御棒集合体は最大４つの制御棒集合体より成る請求項４の原子制御棒制御システム。
【請求項７】
通常の原子炉動作の下で各群の制御棒集合体は一緒に移動し、所与の群内の各制御棒駆動システムの可動グリッパ、前記所与の群内の各制御棒駆動システムの静止グリッパ及び前記所与の群内の各制御棒駆動システムの吊上げコイルはそれぞれ並列的に制御される請求項４の原子制御棒制御システム。
【請求項８】
各制御棒集合体の可動グリッパ及び静止グリッパは対応の電磁コイルにより作動され、それぞれの電磁コイル、吊上げコイルの各々の電流をモニターし、モニターされた電流に基づきその電流を制御する電流調整コントローラを各選択ユニット内に含む請求項７の原子制御棒制御システム。
【請求項９】
電流調整コントローラは各コイルの電流プロフィールデータを捕捉し、その電流プロフィールデータを分析して制御棒集合体の駆動棒駆動システムが適正に動作しているか否かチェックする請求項８の原子制御棒制御システム。
【請求項１０】
電流調整コントローラは電流プロフィールデータの分析結果を用いて、対応の制御棒集合体の駆動棒駆動システムが正しく動作していない場合に駆動棒の移動を停止する請求項９の原子制御棒制御システム。
【請求項１１】
電流調整コントローラは捕捉した電流プロフィールデータを表示できる請求項９の原子制御棒制御システム。
【請求項１２】
電流調整コントローラは、個々のコイル電流、コイル電圧、モーター発電機セット電圧、複数の印刷回路カードのうちの少なくとも一部の挿入／取外し状態、対応の選択ユニット内の各印刷回路カード上の複数のコネクタのうちの少なくとも一部の状態より成る群から選択される２以上の数のパラメータをモニターする請求項８の原子制御棒制御システム。
【請求項１３】
各選択ユニットは仕切られた別個のモジューラーキャビネット内に収納され、各群の制御棒集合体は別個の仕切りから制御される請求項４の原子制御棒制御システム。
【請求項１４】
所与の群内の制御棒集合体は通常並列的に動作され、その所与の群内の各制御棒集合体を別の制御棒集合体とは独立に動作させる手段を含む請求項４の原子制御棒制御システム。
【請求項１５】
第２電力制御モジュールのうちの所与のモジュールから所与の駆動棒駆動システム群に付随する静止グリッパへの電力出力をモニターする故障検出システムと、第２電力制御モジュールと静止グリッパとの間に接続され、故障検出システムの制御下にあって故障検出システムが第２電力制御モジュールの所与の１つのモジュールの出力に故障が発生したのを検出すると第２電力制御モジュールのうちの別のモジュールに接続する保証バスとを含む請求項１の原子制御棒制御システム。
【請求項１６】
保証バスは、所与の第２電力制御モジュールに付随する選択ユニットが保守のために非稼動状態にされると別の選択ユニットの別の第２電力制御モジュールに接続する請求項１５の原子制御棒制御システム。
【請求項１７】
選択ユニットは各選択ユニット内の制御及びモニター機能を提供し、論理ユニット及び他の選択ユニット並びに移動ユニットとの通信を行なうマイクロプロセッサ式電子カードシャーシを含む請求項１の原子制御棒制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に原子炉制御システムに係り、さらに詳細には、原子炉の炉心内への核制御棒の移動及び炉心からの移動を制御するシステムに係る。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉のような発電用原子炉では、濃縮ウランのような原子燃料の核分裂により発生する熱が原子炉の炉心を流れる冷却材に伝達される。炉心は細長い原子燃料棒が互いに近接して取り付けられた燃料集合体を含み、冷却材が燃料集合体の中の原子燃料棒の上を流れる構造である。燃料棒は互いに離隔し同延平行アレイを形成する。中性子及び所与の燃料棒中の燃料原子の原子崩壊時に放出される他の原子粒子の一部は燃料棒間を通過して隣接する燃料棒の核分裂性物質に衝突し、核反応及び炉心からの熱の発生に寄与する。
【０００３】
原子炉の炉心内には、核分裂反応に寄与する、燃料棒間を通過する中性子の一部を吸収することによって核分裂の全体的速度の制御を可能にする移動自在の制御棒が散在している。制御棒は一般的に中性子吸収物質の細長い棒より成り、燃料棒間を平行に延びる燃料集合体中の細長い開口または案内シンブルに受容される。炉心に制御棒をさらに挿入すると、隣接する燃料棒内の核分裂に寄与せずに吸収される中性子の数が増加し、制御棒を引き抜くと、中性子が吸収される度合いが減少して、核反応速度及び炉心のエネルギー出力が増加する。
【０００４】
制御棒は移動可能なクラスタ集合体の形で支持され、一群の制御棒を炉心に対して前進または後退が可能である。典型的には、この目的のための制御棒駆動機構が、原子炉容器内の炉心の上方の上部炉内構造物の一部として設けられている。原子炉容器は通常、加圧されて内部圧力が高く、制御棒駆動機構は原子炉圧力容器の管状延長部である圧力ハウジング内に収容されている。図１は、原子炉１４が圧力容器１２の下半分内に支持された従来型原子格納容器１０の概略図である。図示の制御棒集合体１６は炉心１４内にあり、駆動棒２０により燃料集合体（図示せず）の内外へ移動される制御棒１８のクラスタを支持する。駆動棒２０は取り外し可能な原子炉の蓋ヘッド２２を貫通して上方に延び、駆動棒ハウジング２４により移動自在に支持される。原子炉の蓋ヘッド上方の制御棒駆動棒ハウジング２４の周りに位置する制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）は、駆動棒を垂直方向に移動させて制御棒１８を炉心１４内の燃料集合体へ挿入するかそれから引き抜く。棒位置を指示するコイル２６または他の指示機構は炉心１４に対する駆動棒２０の位置、従って制御棒１８の位置を追跡するためハウジング２４の周りに配置されている。棒位置指示コイル２６の出力は格納容器１０内の棒位置指示（ＲＰＩ）電子キャビネット２８のプロセッサに送られる。棒位置指示電子キャビネット２８の出力は格納容器の外の論理キャビネット３０及びＲＰＩ処理ユニット３２へ送られる。論理キャビネット３０は原子炉制御システム３４とインターフェイスするが、この原子炉制御システム３４はユーザーインターフェイス３６からの手動による指令と、発電所のセンサー（図示せず）からの情報に基づき原子炉制御システムが発生する自動的な指令を提供する。論理キャビネット３０はユーザーインターフェイス３６及び原子炉制御システム３４を介してオペレータから手動需要信号を受けるか、原子炉制御システム３４から自動的な需要信号を受け、所定のスケジュールに従って制御棒１８の作動に要する命令信号を提供する。電力キャビネット３８は全て周知の態様でＣＲＤＭを作動させるようにプログラムされた電流を供給する。
【０００５】
制御棒集合体１６を位置決めするための機構の１つは制御棒駆動棒を炉心内または炉心外へ離散ステップで増分距離だけ移動できる磁気ジャッキ式機構である。制御棒駆動機構
は、１つの実施例において、駆動棒シャフト２０と、該シャフト２０に結合された制御棒クラスタ集合体１６を上下させるために協調態様で作動される３つの電磁コイル及びアーマチャまたはプランジャを有する。これら３つのコイル（ＣＲＤＭ）は圧力ハウジング２４の外側でその周りに装着されている。３つのコイルのうちの２つは、コイルにより駆動されると駆動棒シャフトに係合するグリッパを作動するが、グリッパのうちの１つは軸方向で静止状態の静止グリッパ、それ以外は軸方向で移動可能な可動グリッパである。
【０００６】
駆動棒シャフトには軸方向に離隔した周溝があるが、これらの周溝はグリッパ上のラッチにより把持される。第３のコイルは可動グリッパと固定点との間に結合された吊上げプランジャを作動する。制御棒機構への電源が喪失した場合、その２つのグリッパは共に解放状態となり、制御棒は重力の作用によりそれらの原子束最大減衰位置へ落下する。制御電力がＯＮ状態にある限り、静止グリッパ及び可動グリッパのうちの少なくとも１つが駆動棒シャフトを常に保持する。
【０００７】
３つのコイルを調時協調態様で作動すると、駆動シャフトは交互に保持または移動される。把持作用と移動の順序はステップ状の移動が後退か前進かに応じて異なる。静止グリッパと可動グリッパは実質的に交互に動作するが、逐次的移動の際、両グリッパは保持のための静止状態から前進または後退のための移動状態へ変化する間、駆動シャフトを係合する。駆動シャフトと制御棒を下降（前進）するために、可動グリッパが新しい係合位置へ移動する間、静止グリッパは駆動シャフトを保持することができる。吊上げプランジャにより駆動シャフトを上下させる時、可動グリッパは駆動シャフトと係合状態にある。可動グリッパが駆動シャフトと係合した後、静止グリッパが解放状態となり、次いでプランジャが作動または非作動になって、１つの方向またはもう１つの方向への移動が起こる。典型的には、ジャッキによる移動の各ステップは駆動棒シャフトを８分の５インチ（１．６ｃｍ）移動させ、制御棒クラスタを燃料集合体の下部と上部の間のその位置全体にわたって移動させるには毎ステップ約０．８秒の速度でおおよそ２２８ステップが必要である。
【０００８】
詳説すると、制御棒を上昇させる（引き抜く）には、静止グリッパが駆動棒の溝と係合状態にあり、可動グリッパ及びプランジャが共に非作動である所から始まる以下のステップを次々に実行する。
１．可動グリッパを付勢して駆動棒の溝と係合させる。
２．静止グリッパを脱勢して駆動棒から離脱させる。
３．吊上げコイルを付勢して可動グリッパと駆動棒を吊上げプランジャのスパンに等しい高さだけ電磁力で吊上げる。
４．静止グリッパを付勢して駆動棒を再係合し保持する（即ち、両方のグリッパを係合状態にす）。
５．可動グリッパを脱勢して駆動棒から離脱させる。
６．吊上げコイルを脱勢して可動グリッパを落下させ、吊上げられた駆動棒よりも１ステップだけ低い開始位置へ戻す。
【０００９】
同様に、制御棒を下降（前進）させるには、再び静止グリッパだけが付勢状態である所から始めて以下のステップを順次実行する。
１．吊上げコイルを付勢して可動グリッパを駆動棒に沿って１ステップ上昇させる。
２．可動グリッパのコイルを付勢して可動グリッパに駆動棒を把持させる。
３．静止コイルを脱勢して駆動棒を解放させる。
４．吊上げコイルを脱勢して可動グリッパと駆動棒を１ステップだけ落下させる。
５．静止コイルを付勢して静止グリッパに駆動棒をその前の位置よりも１ステップだけ高い位置で係合させる。
６．可動コイルを脱勢して可動グリッパを駆動棒から離脱させる。
【００１０】
コイル機構及びグリッパ機構の多くの特定実施例が可能である。例えば、米国特許第５，３０７，３８４号；５，０６６，４５１号；５，００９，８３４号に記載されるように、静止グリッパ、可動グリッパ及び吊上げコイルを有するコイルジャッキ機構の例がある。加えて、米国特許第３，９５９，０７１号に記載されるように、同様な態様で動作する４及び５コイル式線形駆動機構が使用されている。
【００１１】
グリッパ及び吊上げコイル／アーマチャ機構に如何なる機械的構成を用いても、逐次的な各動作を完了するには離散的な時間インターバルが必要である。制御棒を迅速に、高信頼度で且つ効率よく移動させるには、それぞれのグリッパ及びコイルをそれらのタイミングにつき正確に作動させなければならない。これにはそれぞれのコイルを付勢させる電力信号のタイミングを正確にとる必要がある。
【００１２】
コイルを付勢する電力レベルは単にオンとオフにしてもよいが、逐次的な異なる動作の間コイルを異なるレベルに付勢することが可能である。コイル信号のレベル間の切換えは論理コントローラにより協調態様で行なう。米国特許第５，９９９，５８３号に詳説されるように、論理コントローラは電力調整回路をオンとオフ、または異なる電流レベル間で切換えるためのタイミング信号を発生する。
【００１３】
多数の原子力発電所用として設計された現在の棒制御システムは１９７０年代に開発されたものである。これらのシステムは多数の単一故障機構を内包するが、そのうち何れも棒落下につながる可能性がある。これらのシステムは現在のコンピュータによる計測及び制御装置の能力が利用できる前に設計されたものであるためそれらを活用できない。さらに、これらのシステムは製造及び保守コストが高く、上記及び他の制約を克服する改良型棒制御システムが求められている。好ましくは、かかる棒制御システムは有意なリエンジニアリングなしに磁気式ジャッキシステムの種々の設計に適合させるに十分な柔軟性を持つであろう。さらに、かかるシステムは既存の磁気ジャッキ機構を改造できる能力を持つ必要がある。
【発明の概要】
【００１４】
上記及び他の目的は、各々が制御棒集合体に付随し、その少なくとも一部が吊上げコイル、可動グリッパ及び静止グリッパを有する複数の駆動棒駆動システムの移動を制御する本発明の原子制御棒制御システムにより達成される。本発明の原子制御棒制御システムは、複数の制御棒集合体の駆動棒駆動システムの吊上げコイルへの多重化された供給電力を制御する移動ユニットを含む。加えて、本発明の原子制御棒制御システムはさらに、各々が移動ユニットから電力を受けて、対応の制御棒駆動システムの対応の吊上げコイルへ送る複数の選択ユニットを含む。これらの選択ユニットはそれぞれさらに電源から対応の第１電力制御モジュールを介して電力を受け、対応の第１電力制御モジュールからの電力を選択的に対応の制御棒駆動システムの対応の可動グリッパへ送る。それぞれの選択ユニットはさらに、電源からそれぞれ対応の第２電力制御モジュールを介して電力を受け、対応の第２電力制御モジュールからの電力を選択的に対応の制御棒駆動システムの対応の静止グリッパへ送る。本発明はさらに、複数の制御棒集合体の駆動棒駆動システムの吊上げコイル、可動グリッパ及び静止グリッパへの電力供給を協調させる論理ユニットを含む。
【００１５】
１つの実施例において、移動ユニットは少なくとも２つの選択ユニットの吊上げコイルを制御する。望ましくは、移動ユニット、各選択ユニット及び論理ユニットは１つの別個のモジュラーキャビネットにそれぞれ収納されている。従来より、制御棒集合体は各群が複数の制御棒集合体より成る複数の群に構成されているが、本発明の１つの実施例によると、各選択ユニットが少なくとも２つの群の制御棒集合体を制御する。好ましくは、２つの群の制御棒集合体が対応の選択ユニットにより別々に制御される。望ましくは、通常の
原子炉動作の下では、少なくとも４つの制御棒集合体より成る各群の制御棒集合体が一緒に移動する。さらに、それに従って、通常の動作下では、各群の制御棒集合体が一緒に移動し、所与の群内の各制御棒駆動システムの可動グリッパと、その所与の群内の各制御棒駆動システムの静止グリッパと、その所与の群の各制御棒案内システムの吊上げコイルとがそれぞれ並列的に制御される。後者のケースでは、各制御棒集合体の可動グリッパと静止グリッパとが対応の電磁コイルにより作動され、１つの実施例では、それぞれの電磁グリッパコイル及び吊上げコイルの各々の電流をモニターし、これらのコイルに供給される電流をモニターした電流に基づき制御する電流調整コントローラを含む。好ましくは、電流調整コントローラは各コイルの電流プロフィールデータを捕捉し、その電流プロフィールデータを分析して制御棒集合体の駆動棒駆動システムが適正に動作するようにする。望ましくは、電流調整コントローラは電流プロフィールデータの分析結果を用い、対応の制御棒集合体の駆動棒駆動システムが正しく動作していない場合は駆動棒の運動を停止させる。かかるシステムでは、電流調整コントローラは個々のコイル電流、コイル電圧、モーター発電機セット電圧、複数の印刷回路カードのうちの少なくとも一部の挿入／取外し状態、対応の選択ユニット内の各印刷回路カード上の複数のコネクタのうちの少なくとも一部の状態より成る群から選択される多数のパラメータをモニターする。
【００１６】
別の実施例において、各選択ユニットは仕切りを設けられた別個のモジューラーキャビネット内に収納され、各群の制御棒集合体は別個の仕切りから制御される。好ましくは、移動ユニットは制御棒集合体を個々に試験できるように、所与の群内の別の制御棒集合体とは無関係にその所与の群内の各制御棒集合体を移動させる手段を有する。望ましくは、選択ユニットは、第２電力制御モジュールの所与の１つのモジュールから所与の駆動棒駆動システムに付随する静止グリッパへの電力出力をモニターする故障保護システムと、故障保護システムが第２電力制御モジュールのその所与のモジュールの出力に故障があるのを指示すると別の第２電力制御モジュールを接続する故障保護システムの制御下にあり、第２電力制御モジュールと静止グリッパの間に接続された保証バスとを含む。１つの好ましい実施例において、その保証バスは、所与の第２電力制御モジュールに付随する選択ユニットが保守のために非稼動状態にされた時に別の選択ユニットの第２電力制御モジュールの別のモジュールに接続する。
【００１７】
さらに別の実施例において、選択ユニットは対応の吊上げコイルが付勢されない時、同じ制御棒集合体の対応の可動グリッパ及び静止グリッパを一緒に付勢する。好ましくは、選択ユニットはそれぞれ、各選択ユニット内の制御及びモニター機能及び論理ユニット及び他の選択ユニット並びに移動ユニットとの通信機能を提供するマイクロプロセッサ式電子カードシャーシを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明は添付図面を参照しながら好ましい実施例の以下の説明を読むとよく理解できるであろう。
【図１】図１は、原子炉容器の炉心に制御棒集合体を挿入したり引き抜いたりするための制御棒駆動システムを支持する原子炉容器の概略を示す原子炉格納容器の概略図である。
【図２】図２は、図１の制御棒駆動シャフト駆動システムの内部要素を示すために一部を破断して示す拡大概略図である。
【図３】図３は、図２に示す駆動棒駆動システムを制御するための本発明の制御システムの概略的ブロック図である。
【図４】図４は、移動キャビネット及び選択キャビネットの各々に使用される電力制御モジュールの概略的回路図である。
【図５】図５は、選択キャビネットの回路を示す概略的ブロック図である。
【図６】図６は、移動キャビネットの回路を示す概略的ブロック図である。
【図７】図７は、電流制御コントローラが如何にしてグリッパの適正な動作をモニターするかを示すプロセス流れ図及びグラフ表示である。
【図８】図８は、移動キャビネットと選択キャビネットの相互接続関係を示す３コイル式制御棒駆動棒駆動システムの概略的回路図である。
【図９】図９は、３コイル式電力キャビネットの回路の詳細を示す概略的回路図である。
【図１０】図１０は、４コイル式制御棒駆動棒磁気ジャッキ駆動システムの駆動棒制御システムの電力キャビネットのアーキテクチャーを示す概略的回路図である。
【図１１】図１１は、５コイル式制御棒駆動棒磁気ジャッキ駆動システムの電力キャビネットのアーキテクチャーを示す概略的回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示す制御棒１８は制御棒集合体と呼ぶクラスタ１６を形成するように連結されており、各クラスタは燃料棒集合体を含む炉心１４上方の垂直支持ハウジング２４内に配置された駆動棒２０により一緒に駆動され、制御棒１８は原子炉の炉心内の原子束の減衰を変化させるために燃料棒集合体内を前進あるいは後退される。制御棒駆動機構の可動部品は原子炉及び電磁コイル（ＣＲＤＭ）の圧力室内にあり、原子炉の上方を延びる各ハウジング２４を中心としてその周りに配置された可動部品を駆動する。
【００２０】
図２は、駆動棒駆動機構４０の関連のコイル４６、４８、５０が所定の順序で付勢されると駆動棒２０と係合し、それを吊上げるか下降させるように逐次的に作動可能なグリッパ４２、４４を示すためにハウジング２４の延長部の一部を切欠いた状態で示す駆動棒駆動機構４０である。この構成は米国特許第５，００９，８３４号に実質的に記載されたものである。
【００２１】
本発明のデジタル式棒制御システムは、図１に示す原子力発電所の計測及び制御システム３４と共に機能して原子炉の炉心に制御棒を挿入したり引き抜いたりするシステムである。原子力発電所は、典型的には１群につき４つの制御棒集合体を有する複数群に構成された多数の制御棒集合体を含むのが一般的である。これらの制御棒集合体群は通常は原子炉の温度及び出力を制御するために一緒に挿入され／引き抜かれる。計測及び制御システム３４は原子炉の温度及び出力をモニターし、信号を本発明のデジタル式棒制御システムへ与えて棒の運動を適宜要求する。これらの要求信号に応答して、デジタル式棒制御システムは制御棒を挿入し、引き抜く。制御棒の運動は、制御棒駆動機構４０の種々のコイル４６、４８、５０（図２に示す）への電力をオンとオフの間でサイクルすることにより達成される。
【００２２】
本発明に用いる制御棒駆動機構は、コイルへの電力をサイクルする度に制御棒集合体１６の駆動棒２０を固定増分で移動できる磁気ジャッキ機構である。制御棒１８のスパイダーは制御棒駆動棒２０（駆動シャフトと呼ぶこともある）の下部に固着されているため集合体内の全ての制御棒は一緒に移動する。図２に示す制御棒駆動機構は３つのコイル、即ち、静止グリッパのコイル４６、可動グリッパのコイル４８及び吊上げコイル５０を含む。前の段落で言及したように、これらのコイルへの電力を種々の順序でオンとオフにサイクルすると、制御棒駆動機構４０は制御棒駆動シャフト２０と制御棒１６を炉心に挿入するか引き抜くことができる。
【００２３】
デジタル式棒制御システムは図２に示すＣＲＤＭのコイル４６、４８、５０にパルス状電力を供給して発電所の計測及び制御システムにより要求される制御棒の運動を実現する。ＣＲＤＭのコイルへの電力はデジタル式棒制御システムの電力キャビネットへ三相電力を供給する並列セットのモーター発電機セットから取り出される。デジタル式棒制御システムの電力キャビネットはこの三相電力をＣＲＤＭをサイクルして要求された棒の運動を実現するのに必要なパルス状電力に変換する。
【００２４】
図３は本発明の一実施例によるデジタル式棒制御システムのアーキテクチャーを示す。詳説すると、図３は３コイル式制御棒駆動システム（ＣＲＤＭ）を用いるウエスチングハウス型原子力発電所のデジタル式棒制御システムの典型的なアーキテクチャーを示す。図３に示す実施例によると、本発明のデジタル式棒制御システムは１つの論理キャビネット５２、１つの移動キャビネット５４及び２つの選択キャビネット５６を含む。移動キャビネットと選択キャビネットはそれぞれ、あるいは集合的に電力キャビネットと呼ぶことができる。図３のデジタル式棒制御システムは特定数のキャビネットを持つものとして図示したが、必要に応じてさらにキャビネットの数を増やしても良いことが当業者に明らかであろう。例えば、限定の意図なく、選択及び移動キャビネットを増加させて発電所の構成を制御棒の量、制御棒の群、制御棒駆動機構毎のコイルの数にマッチさせることができる。
【００２５】
図３に示す実施例において、各選択キャビネット５６は４つの制御棒の集合体より成る２つの群（各群は４本の駆動棒を有する）に電力を供給する。しかしながら、後で理解されるように、選択キャビネットの特定の構成を本発明の範囲から逸脱することなく発電所の種々の構成に応じて変えることができる。
【００２６】
この実施例において、デジタル式棒制御システムは並列コイル制御器５８を用いて１つの４駆動棒群に付随する４つのＣＲＤＭコイルを制御する。この並列コイル制御器は図４にブロック図で示す半導体整流器（ＳＣＲ）ブリッジ電力回路により提供される。ＳＣＲブリッジ電力回路６０は半波ＳＣＲブリッジ整流器６２、電流モニターのためのシャント抵抗器６４及び電流調整コントローラ（ＣＲＣ）６６を含む。電流調整コントローラはコイルの電流をモニターし、ＳＣＲの点弧角を調整してＣＲＤＭコイルを流れる所望の電流を発生させる。１つのＳＣＲブリッジ整流器６２は、図４に示すように、４つコイル（即ち、１つの群の４つの制御棒駆動手段の対応コイル）全てに電力を供給する。しかしながら、各コイルに別個のシャント抵抗器６４を設けて電流調整コントローラ６６が全部で４つのコイルの電流をそれぞれ独立にモニターできるようにしてもよい。
【００２７】
図４に示す１つのＳＣＲブリッジ電力回路は各棒群のコイルタイプ毎に必要である。即ち、１つのＳＣＲブリッジ電力回路６０が１つの棒群の４つの静止グリッパに電流を供給し、１つのブリッジ電力回路６０が１つの棒群の４つの可動グリッパに電流を供給し、１つのＳＣＲブリッジ電力回路６０が１つの棒群の４つの吊上げコイルに電力を供給する。
【００２８】
図４に詳示する電力制御モジュール６０内の電流調整コントローラ６６のマイクロコントローラは、図７に示すような電流プロフィールデータを各コイルにつき捕捉する。ＣＲＣ６０はＣＲＤＭが適正に動作しているのか否かをチェックするために電流プロフィールデータを分析する。さらに詳細には、ＣＲＣは各コイルの電流をモニターしてグリッパの適正な動作を示す電流８２の落ち込みの有無をチェックする。ＣＲＣはこの分析結果を用い、ＣＲＤＭが正しく動作していなければ棒の運動を中断させる。これにより棒落下の可能性が阻止される。ＣＲＣは電流プロフィール情報を高速ネットワークによりアプリケーションサーバーに送信する。アプリケーションサーバーは分析できるように電流プロフィールトレース情報をオペレータに表示し、そのデータを将来検索できるように保存する。
【００２９】
図５は、３コイル式ＣＲＤＭを用いる本発明の一実施例による図１のデジタル式棒制御システムの選択キャビネット５６のブロック図である。さらに詳細には、図５はウエスチングハウス型原子力発電所の設計に適用可能な選択キャビネットの典型的なアーキテクチャーを示す。図５に示すように、選択キャビネットは静止グリッパ（ＳＧ）及び可動グリッパ（ＭＧ）のＣＲＤＭコイルのためのＳＣＲブリッジ電力制御モジュール６０及びコントローラ電子装置７２を含む。静止グリッパ４４及び可動グリッパ４２はそれぞれ、棒を移動させるため、また、棒が移動中でない時棒を定位置に保持するために使用される。各選択キャビネット５６は互いに仕切られた前部及び後部を有するため、２つの群の保持コイルを１つの選択キャビネットから制御できる（１つの群をキャビネットの前部から、１つの群をキャビネットの後部から）。図５はキャビネットの１半分のかかる仕切りを示すが、キャビネットの両半分が別個の群のための同一コンポーネントを含むことがわかるであろう。この実施例において、選択キャビネットの各半分は２つのＳＣＲブリッジ電力回路６０、マルチプレックスＳＣＲ６８、保証バス回路７０及びマイクロプロセッサ式電子カードシャーシ７２を含む。
【００３０】
ＳＣＲブリッジ電力回路６０はそれぞれＳＧコイル４６及びＭＧコイル４８にコイル電力を提供する。本発明のデジタル式棒制御システムは１つの棒群に関連するＳＧ及びＭＧの両方で棒を定位置に保持できる二重保持機能をサポートする。この二重保持機能により、棒が移動中でない時の多くのタイプの単一故障が棒落下につながらないようにすることができるが、その理由は通常、２つのグリッパが棒を定位置に保持するからである。この二重保持機能の適用はシステムのソフトウェアにより制御される。棒の移動中でない時、ＭＧコイルを付勢すると二重保持機能が得られる。
【００３１】
マルチプレックスＳＣＲ６８は棒の移動時オンにされて電力が移動キャビネット５４からＣＲＤＭの吊上げコイル５０へ流れるのを可能にする。このマルチプレックスＳＣＲにより１つの移動キャビネットからの吊上げコイルの電力を多数の選択キャビネット５６で使用することができる。
【００３２】
保証バス７０は、静止グリッパ４６に付随するＳＣＲブリッジ電力制御回路６０に故障が発生した場合ＳＧ４６へ保持電力を供給する。保証バス７０はキャビネットのもう一方の側のＳＣＲブリッジのような他の静止ＳＣＲブリッジからダイオード７４及びＳＣＲ７６を介して電力を受ける。単一の静止ブリッジ回路６０に故障が発生した場合、故障した静止電力ブリッジ回路６０に付随する保証バスＳＣＲ７０はこの保証バスからＳＧコイルに給電するためにオンにされ、これにより事実上別の静止ブリッジ回路から電力が供給される。この保証バス回路はまた、このキャビネットの保守が必要な場合に保証バスによりＳＧをラッチ状態に保持できるようにするための保守保持回路として働く。加えて、保証バスは４コイル式磁気ジャッキ制御棒駆動システムの単一の棒の移動時に使用して、移動すべきでない群中の棒の上方グリッパコイルを付勢状態に保持する。マイクロプロセッサ式電子カードシャーシ７２はキャビネット内の制御及びモニタリング機能を提供し、論理キャビネット５２及びそれ以外の電力キャビネット５４、５６との通信を行なう。その点につき、マイクロプロセッサ式電子カードシャーシは電力制御モジュール６０をモニターし、故障を識別すると保証バスＳＣＲ７６をオンにする。
【００３３】
図６は図３に示すデジタル式棒制御システムの移動キャビネット５４の一半分を示すブロック図である。移動キャビネット５４は棒の移動時にのみ使用されるＣＲＤＭ吊上げコイルに電力を供給する。移動キャビネットからの電力は多くの棒群の棒の移動をサポートするために使用可能である。しかしながら、移動キャビネットの各ＳＣＲブリッジ６０は一度に１つの群のＣＲＤＭ吊上げコイルにのみ電力を供給できる。発電所の全ての構成は２またはそれ以上の群より成る制御バンク及び棒バンクのオーバーラップした動きを含むため、多数の移動キャビネットが必要である。１つの棒群に付随する４つのＣＲＤＭ吊上げコイルを制御するために１つのＳＣＲブリッジ電流回路６０により並列のコイル制御が行なわれる。選択キャビネットの場合と同様に、各移動キャビネットは前部及び後部を具備するため、４つのＣＲＤＭ吊上げコイルの２つのコイルセットを１つの移動キャビネットから制御できる。図６に示すように、移動キャビネットは吊上げコイルのＳＣＲブリッジ及び制御電子回路を含む。その点につき、移動キャビネットの各半分はＳＣＲブリッジ制御回路６０、マイクロプロセッサ式電子カードシャーシ７８及び吊上げ切離しＳＣＲ８０を含む。ＳＣＲブリッジ制御回路６０は吊上げ回路のコイル電力を供給するように構成されている。各群の吊上げコイルに電力を供給するために、キャビネット前部に１つのブ
リッジが、また、キャビネット後部に１つのブリッジがそれぞれ位置する。
【００３４】
吊上げ切離しＳＣＲ８０はモーター発電機セットへの中性線戻り線と個々の吊上げコイルからの戻り線との間に介在して単一の棒移動をサポートする。並列コイル制御を用いるため、１つの群内の４つ全ての棒が並列に作動される。吊上げ切離しＳＣＲ８０は必要に応じて、移動させるべき棒を除くその群の全ての棒の吊上げコイルを切離すことにより必要に応じた単一の棒の作動を可能にする。マイクロプロセッサ式電子カードシャーシ７８はキャビネット５４内の制御及びモニタリング機能を提供し、論理キャビネット５２及びその他の電力キャビネット５４、５６との通信を行なう。
【００３５】
図８は３コイル式制御棒駆動機構磁気ジャッキシステムの電力キャビネットのアーキテクチャーを示す。１つの移動キャビネット５４（前部８４、後部８６）を示す。１つの選択キャビネット（前部８８、後部９０）を示す。移動及び選択キャビネットの前部及び後部は同一である。移動キャビネット５４の各部分（前部８４、後部８６）は一組で４つの吊上げコイル５０の制御電子手段を含む。加えて、選択キャビネット５６の各部分（前部８８、後部９０）は一組で４つの静止グリッパコイル４６及び一組で４つの可動グリッパコイル４８の制御電子手段を含む。４つの棒より成る１群の棒を移動させるには、移動キャビネット５４により吊上げコイルに吊上げコイルＳＣＲブリッジ９２を介して電力を供給し、また選択キャビネット５６により静止グリッパ及び可動グリッパのそれぞれに電力を静止グリッパＳＣＲブリッジ９４及び可動グリッパＳＣＲブリッジ９６を介して供給する。選択キャビネット５６のマルチプレックスＳＣＲ９８はオンに切換ると移動キャビネットからの電力を選択された棒群の吊上げコイル５０へ流すことができる。吊上げコイル制御電力は単一の棒移動時に他の棒群の吊上げコイルを望ましくない電流が流れるのを阻止するために必要なブロッキングダイオード１００を介して供給される。各電流パスには、その回路を保護する１またはそれ以上のヒューズ１０２が設けられ、吊上げコイル５０の戻り電力は単一の棒移動をサポートする吊上げ切離しＳＣＲ８０を介して流れる。保証バス７０が各選択キャビネットの前部と後部の間を延びる。好ましくは、保証バス回路が過負荷になるリスクを冒さずに多数の選択キャビネットの保証バスを同時に作動できるようにするため保証バス７０は選択キャビネット間を延びない。しかしながら、回路の適当な予防措置として保証バス７０が選択回路間を延びるようにしてもよい。
【００３６】
図９はウエスチングハウス型の３つの棒群より成る典型的なセットに付随する全ての電力キャビネットの電力回路図である。選択キャビネットと移動キャビネットの割り振りは図面を不必要に複雑にするため図示しない。棒群がそのセットの２以上の棒群が同時に移動しないように電力キャビネットのセットに割り当てられる。典型的なウエスチングハウス型の３ループ発電所の棒群を示す。図９から、ブロッキングダイオード１００が単一の棒移動時に他の棒群の吊上げコイルを望ましくない電流が流れるのを阻止することがよくわかる。
【００３７】
図１０は、４コイル式制御棒駆動棒駆動システムの本発明の別の実施例の電力キャビネットのアーキテクチャーを示す。１つの移動キャビネット５４（前部８４、後部８６）を示す。１つの選択キャビネット５６（前部８８、後部９０）も同様に示す。選択キャビネットの前部８８及び後部９０は同一である。選択キャビネットの後部９０はそのキャビネットの前部８８と同じ回路を含み、別の群の４つの棒を制御する。移動キャビネット５４は前部８４と後部８６に分割される。前部８４は４つの下方吊上げコイル１０６のセットの制御電子装置を含む。後部８６は４つの上方吊上げコイル１０４のセットの制御電子装置を含む。４つの棒より成る１群を移動させるには、可動キャビネットにより下方及び上方吊上げコイルに電力を供給し、選択キャビネットにより上方グリッパ及び下方グリッパへ電力を供給する。選択キャビネット５６のマルチプレックス９８はオンに切換わり、移動キャビネットから電力が選択された棒群の下方吊上げコイル１０６及び上方吊上げコイル１０４を介して流れるのを可能にする。上方吊上げコイル１０４及び下方吊上げコイル１０６の制御電力は前述したように単一の棒移動時に他の棒群の吊上げコイルを望ましくない電流が流れるのを阻止するためにブロックキングダイオード１０５を介して供給される。同様に、上方吊上げコイル１０４及び下方吊上げコイル１０６の戻り電力は単一の棒移動をサポートする吊上げ切離しＳＣＲ８０を介して流れる。保証バス７０は前述したように各選択キャビネット５６の前部と後部の間を延びる。４コイル式設計では、保証バス７０は３コイル式設計のような全ての上方グリッパコイルに１本のバスではなくて個々のコイル１１０に設けられる。これは単一の棒移動をサポートするために必要である。４コイル式設計では両方のグリッパが移動可能である。単一の棒移動を３コイル式設計と同様に実現する場合、最終的に２つのグリッパにその棒を保持させ、その際移動中でない棒の吊上げコイルには電力が供給されない。これにより、２つのグリッパが駆動シャフトのノッチと整列関係にあるため棒がゆっくりとラチェット式に挿入されることになる。棒を定位置に保持するには、保証バスを棒が移動しないように作動状態にする。これにより移動中でない群の棒の上方グリッパ１１０が連続付勢状態にされる。加えて、ブロッキングダイオード１１４が上方グリッパコイル１１０と直列に設けられている。これらのダイオードは保証バスの電流が単一の棒移動時にオンとオフに実際にサイクルされる上方グリッパコイルを介して流れるのを阻止する。
【００３８】
図１１は５コイル式磁気ジャッキ機構の電力キャビネットのアーキテクチャーを示す。図１１の上方左隅に、吊上げコイル１１６と荷重伝達コイル１１８の両方に電力を供給するための移動キャビネット５４（前部８４、後部８６）を示す。下方右隅には、プルダウンコイル１２０を給電するための第２の移動キャビネット５４（前部８４、後部８６）を示す。図１１の上方右側には１つの選択キャビネット５６（前部８８、後部９０）を示す。選択キャビネット５６の前部８８と後部９０とは同一である。選択キャビネットの後部はそのキャビネットの前部と同じ回路を有し、別の群の４つの棒を制御する。
【００３９】
５コイル式磁気ジャッキ装置の１つの棒群を制御するには２つの移動キャビネット５４が必要である。各移動キャビネット５４は前部８４と後部８６に分割される。図１１の上左方の第１の移動キャビネット５４は荷重伝達コイル１１８と吊上げコイル１１６とを制御する。この第１の移動キャビネット５４の前部は４つの荷重伝達コイル１１８のセットの制御電子装置を含む。後部８６は４つの吊上げコイル１１６のセットの制御電子装置を含む。この図の下右方の第２の移動キャビネット５４はプルダウンコイル１２０を制御する。各棒群につきこの後者の移動キャビネットの一半分（前部８４または後部８６）が必要とされる。従って、４つの棒の群を移動させるには、移動キャビネットにより荷重伝達コイルと吊上げコイルを給電し、別の移動キャビネットの一半分によりプルダウンコイルに給電し、選択キャビネットにより上方グリッパコイル及び下方グリッパコイルに給電する。選択キャビネットのマルチプレックスＳＣＲ９８を切換えて移動キャビネットから選択された棒群の荷重伝達コイル、プルダウンコイル及び吊上げコイルへ電力が流れるようにする。前述した磁気ジャッキ装置の場合と同様に、この場合も荷重伝達コイル、プルダウンコイル及び吊上げコイルへの制御電力は単一の棒移動時において他の棒群の吊上げコイル、プルダウンコイル及び負荷伝達コイルに望ましくない電流が流れるのを阻止するためブロッキングダイオード１００を介して供給される。荷重伝達コイル、プルダウンコイル及び吊上げコイルの戻り電力は単一の棒移動をサポートするために対応の切離しＳＣＲ８０を介して流れる。保証バス７０は各選択キャビネット５６の前部と後部の間を延びる。保証バスは３コイル式設計の場合と同様に選択キャビネットの全ての上方グリッパコイル１１０の一本のバス上に実現され、保証バス回路はＳＣＲブリッジ電力回路６０に故障が発生した場合上方グリッパコイルに保持用電力を供給する。保証バスは、好ましくは、ダイオード７４を介して選択キャビネットの上方グリッパＳＣＲブリッジの反対側から電力を受ける。単一の上方グリッパブリッジ回路に故障が発生した場合、保証バスＳＣＲは保証バスから上方グリッパコイルに給電を行うためオンにされ、これにより事実上、別の
上方グリッパブリッジ回路から電力が供給される。この保証バス回路は、このキャビネット内で保守を行なう必要がある場合保証バスから上方グリッパをラッチ状態に保持できるように保守保持回路として働く。単一の棒移動のために保証回路は作動されず、２つのグリッパは交互にその棒を保持し、その際移動中でない棒の荷重伝達コイル、プルダウンコイルまたは吊上げコイルには電力は供給されない。
【００４０】
図４に関連して上述した、対応の電力制御モジュール６０の一部である電流調整コントローラ６６は、電力キャビネットの動作をモニターし、高速ネットワークを介してデータリンクサーバーへ情報を利用できるようにする。モニターされる情報は限定の意図なく、個々のコイル電流、コイル電圧、モーター発電機セット電圧、システムの全ての印刷回路カードの挿入／取外し状態、及び各印刷回路カード上の各コネクタの挿入／取外し状態を含む。モニターされる電力キャビネット状態情報はオペレータの情報として遠隔利用可能な状態にされる。
【００４１】
本発明によると、それぞれ別個のグリッパに独立した電力制御モニター、即ち、電力モジュール６０を設けることにより、棒落下を回避するための二重グリッパ保持機能を実現することができる。１つのグリッパに電流を供給する回路が故障した場合、システムはコイル電流及び電流調整コントローラ６６の状態をモニタリングしてその故障を検出し、対応の駆動棒に付随するそれ以外のグリッパが自動的に係合状態となって回路要素の故障により棒が落下しないようさらなる保護が得られる。加えて、保証バスは静止グリッパのマイクロプロセッサ制御回路に故障が発生した場合、不具合を検知し措置を施す。図５に示すように、マイクロプロセッサシャーシ７２の不具合検知論理回路は電力制御モジュールの出力をモニターし、故障が検出されると保証バス７６を作動する。
【００４２】
本発明のデジタル式棒制御システムのアーキテクチャーは、小規模の変更で、デジタル式棒制御システムを種々の棒制御システム設計、例えば、限定の意図なく、ウエスチングハウスの３コイル式設計、コンバスチョンエンジニアリングの４コイル式設計、コンバスチョンエンジニアリングの５コイル式設計などに使用できるようにするモジューラー式である。例えば、図８は１つの実施例による３コイル式駆動機構のための全体的電力キャビネット構成を示す。例えば、図１０は別の実施例による４コイル式駆動機構を作動するための全体的電力キャビネット構成を示す。これら２つの例からわかるように、設計のモジュール性により多数の発電所構成に適用できる。
【００４３】
本発明を特定の実施例につき詳細に説明したが、本明細書の開示全体に照らしてそれらの詳細事項に対する種々の変形例及び設計変更を想到できることが当業者にわかるであろう。従って、図示説明した特定の実施例は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではなく、その範囲は添付の特許請求の範囲及びその任意且つ全ての均等物の全幅を与えられるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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