(57)【要約】【課題】原子炉圧力容器の上部スペースを利用して制御棒駆動機構を取り付け及び取り外す際に、内部に炉水が浸入することを防止する制御棒駆動機構の交換技術を提供する。【解決手段】制御棒駆動機構の交換装置を構成する吊り具４０は、上面が封止され下面に開口を有する筒形状を有し、この下面の開口が、制御棒駆動機構の上部留め具５１に着脱自在に連結するように構成される。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の出力を制御する制御棒の下端に接続して上下方向に変位するピストンと、
中心軸が前記ピストンに一致するとともに外周面が圧力容器の下部に設けられたハウジングに摺接するガイドと、
前記ガイドの上端部に設けられ前記ピストンを貫通させる貫通孔を有し前記ハウジングの上端縁に係合する上部留め具と、を有する制御棒駆動機構を、前記圧力容器の内側から吊り上げて交換する制御棒駆動機構の交換装置において、
前記上部留め具に着脱自在に連結するとともに前記貫通孔に通じる空間への前記圧力容器内の炉水の流入を防止する吊り具を備えることを特徴とする制御棒駆動機構の交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御棒駆動機構の交換装置において、
前記上部留め具と前記吊り具との連結部は、回転ネジ又は係止ピンにより構成されることを特徴とする制御棒駆動機構の交換装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の制御棒駆動機構の交換装置において、
前記吊り具には、前記炉水の流入が防止された内部空間に注水を行う注水配管が接続されることを特徴とする制御棒駆動機構の交換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の制御棒駆動機構の交換装置において、
前記吊り具には、前記内部空間から排水を行う排水配管が接続されることを特徴とする制御棒駆動機構の交換装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の制御棒駆動機構の交換装置において、
前記吊り具には、前記炉水の流入が防止された内部空間と前記圧力容器内の空間とを連通する配管にフィルタが設けられていることを特徴とする制御棒駆動機構の交換装置。
【請求項６】
原子炉の出力を制御する制御棒の下端に接続して上下方向に変位するピストンと、
中心軸が前記ピストンに一致するとともに外周面が圧力容器の下部に設けられたハウジングに摺接するガイドと、
前記ガイドの上端部に設けられ前記ピストンを貫通させる貫通孔を有し前記ハウジングの上端縁に係合する上部留め具と、を有する制御棒駆動機構を、前記圧力容器の内側から吊り上げて交換する制御棒駆動機構の交換方法において、
前記貫通孔に通じる空間への前記圧力容器内の炉水の流入を防止する吊り具と、前記上部留め具との連結を着脱する工程を含むことを特徴とする制御棒駆動機構の交換方法。
【請求項７】
請求項６に記載の制御棒駆動機構の交換方法において、
前記吊り具と前記上部留め具とを連結した状態で、少なくとも前記吊り具の内部の水を凝固させる工程をさらに含むことを特徴とする制御棒駆動機構の交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の出力を制御する制御棒駆動機構の交換技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の出力を制御する制御棒の駆動機構は、定期検査時に原子炉圧力容器から取り外し、分解点検等を実施する場合がある。
この制御棒駆動機構を原子炉圧力容器に取り付け及び取り外す方法として、この原子炉圧力容器の下部スペースで取り扱う方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
近年、沸騰水型原子炉の耐震裕度を一層向上させるために、原子炉圧力容器を、これまでよりもさらに原子炉建屋の下部に設置することが検討されている。
このように、原子炉建屋の下部に原子炉圧力容器が設置された場合、狭くなった下部スペースを利用して制御棒駆動機構を取り付け及び取り外す作業が困難になる。
【０００４】
そこで、原子炉圧力容器の上部スペースを利用しその内部を通過させる制御棒駆動機構の取り付け及び取り外し作業が検討されている（例えば、特許文献２）。
このように原子炉圧力容器の上部スペースを利用する交換方法では、下部スペースが不要となり、圧力容器の重心が下がり、耐震裕度がより一層向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０９０４７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この上部スペースを利用する交換方法においては、制御棒駆動機構が、原子炉圧力容器の内部を通過する際に、異物を含んだ炉水にさらされることになる。
この制御棒駆動機構の内部に異物が混入すると、機能が損なわれることが懸念される。
【０００７】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、原子炉圧力容器の上部スペースを利用して制御棒駆動機構を取り付け及び取り外す際に、内部に炉水が浸入することを防止する制御棒駆動機構の交換技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、原子炉の出力を制御する制御棒の下端に接続して上下方向に変位するピストンと、中心軸が前記ピストンに一致するとともに外周面が圧力容器の下部に設けられたハウジングに摺接するガイドと、前記ガイドの上端部に設けられ前記ピストンを貫通させる貫通孔を有し前記ハウジングの上端縁に係合する上部留め具と、を有する制御棒駆動機構を、前記圧力容器の内側から吊り上げて交換する制御棒駆動機構の交換装置において、前記上部留め具に着脱自在に連結するとともに前記貫通孔に通じる空間への前記圧力容器内の炉水の流入を防止する吊り具を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態により原子炉圧力容器の上部スペースを利用して制御棒駆動機構を取り付け及び取り外す際に、内部に炉水が浸入することを防止する制御棒駆動機構の交換技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る制御棒駆動機構の交換装置が適用される原子炉の縦断面図。
【図２】原子炉に取り付けられた制御棒駆動機構の縦断面図。
【図３】（Ａ）は取り付け及び取り外しされる制御棒駆動機構の説明図、（Ｂ）は圧力容器の下部に設けられたハウジングの上面図。
【図４】実施形態に係る制御棒駆動機構の交換を説明する説明図。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は制御棒駆動機構の交換装置の吊り具の第１実施形態を示す断面図。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は制御棒駆動機構の交換装置の吊り具の第２実施形態を示す断面図。
【図７】制御棒駆動機構の交換装置の吊り具の第３実施形態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて沸騰水型原子炉の説明を行う。
原子炉圧力容器１の内部は、減速材と冷却材の機能を兼ねる炉水２が収容されており、中央下部には炉心シュラウド４により囲まれる炉心３が配置されている。
【００１２】
炉心３には多数の燃料集合体５が装荷され、４体１組の燃料集合体間に制御棒６が出し入れ自在に配置している。
炉水２は、炉心３の内部を下から上方に流れる過程において、核分裂連鎖反応により発生する熱を吸収し、蒸気と液体が混合した気液二相流となって、炉心３の上方へ移動し気水分離器７に案内される。
【００１３】
気液二相の炉水２は、気水分離器７で水と蒸気に分離された後、蒸気は蒸気乾燥器を経て主蒸気配管から蒸気タービン系に送られて蒸気タービンを駆動させる。
蒸気タービン系で仕事をした蒸気は、復水器で凝縮され復水となった後、原子炉復水系および給水系を経て原子炉圧力容器１に給水として再び戻される。
【００１４】
一方、気水分離器７で分離された水は、ダウンカマ部８を流下し、戻された給水と混合して炉心下部に案内され、再び炉心３に導かれる。
制御棒駆動機構９は、制御棒６を炉心３に出し入れして原子炉の起動・停止や炉出力を調整する。
【００１５】
図２に示すように制御棒駆動機構９は、原子炉圧力容器１の下部を貫通して延びる中空のハウジング１０に収容される構造物（アセンブリ）である（適宜、図３参照）。
そして、図３に示すように制御棒駆動機構９は、原子炉の出力を制御する制御棒６（図２）の下端に接続して上下方向に変位するピストン２２と、中心軸がピストン２２に一致するとともに外周面２１ａが圧力容器１の下部に設けられたハウジング１０に摺接するガイド２１と、このガイド２１の上端部に設けられピストン２２を貫通させる貫通孔５１ａ（図３（Ａ））を有しハウジング１０の上端縁１０ａ（図３（Ｂ））に係合する上部留め具５１と、を有する。
【００１６】
図２に示すように、上部留め具５１の貫通孔５１ａ（図３参照）には、制御棒案内管２７の下端部２７ａが係合する。
そして、この下端部２７ａの中空部をピストン２２が挿通し、その先端のカップリング２３が、制御棒案内管２７の内部に配置される制御棒６の下端に接続する。
また、図３（Ｂ）に示すように、ハウジング１０の上端縁１０ａは、上面視において外周縁に突起を有し、収容された制御棒駆動機構９の上部留め具５１に係合するように構成されている。
【００１７】
また、ハウジング１０の下端フランジ１０ｂには、電動機１１、スクラム位置検出プローブ２８、マグネットカップリング（アウタ）１５及びマグネットカップリング（インナ）１６が設けられたスプールピース１２がネジ止めされている。
電動機１１の回転力は、マグネットカップリング（アウタ）１５及びマグネットカップリング（インナ）１６を介し、ボールねじ軸１８に伝達される。
【００１８】
このボールねじ軸１８には、ボールナット１９が螺合している。
このボールナット１９は、ガイド２１に対して回転方向の動きが規制され、上下方向の動きが自由であるために、電動機１１の駆動によりボールねじ軸１８が回転すると上下動するように構成されている。
【００１９】
ボールナット１９の上部には、ピストン２２が設置され、ボールナット１９の上下動に伴って、ピストン２２の先端のカップリング２３に連結する制御棒６が、上下動する。
そして、この制御棒６の上下動により、炉心３への挿入・引抜量が調整され、炉出力がコントロールされる。
【００２０】
一方において、緊急事態が発生して原子炉をスクラム（緊急停止）させる場合、ハウジング１０の下端フランジ１０ｂに接続されたスクラム挿入配管２５を通じて、ピストン２２の下面側に高圧駆動水が供給される。
この高圧駆動水の供給により、ボールナット１９の上部に設置されているピストン２２が上方に押上げられ、制御棒６を高速で炉心３内に挿入し、スクラムを達成する。
【００２１】
図４に示すように制御棒駆動機構９の交換は、原子炉圧力容器１の内側から吊り上げて実施される。
制御棒駆動機構９の取り外し時の手順は、原子炉圧力容器１の下部スペースにおける操作で、ハウジング１０から電動機１１、スクラム位置検出プローブ２８及びスプールピース１２（図２）を取り外す。
その後に、ハウジング１０の下端フランジ１０ｂに、閉止蓋３３を取付け、炉水２が外部へ漏れないようにする。
【００２２】
次に、原子炉圧力容器１の上部スペース３１における操作として、クレーン３２を用いて、制御棒６及び制御棒案内管２７を取出す（図示略）。
そして、図５に示すように、上部留め具５１に吊り具４０を取付け、クレーン３２（図４）にて、原子炉圧力容器１の上部へ引き上げる。
この吊り具４０は、上部留め具５１に着脱自在に連結するとともに貫通孔５１ａ（図３（Ａ））に通じる空間４１への圧力容器１の内部の炉水２の流入を防止する機能を有する。
このために、炉水２を通過して引き上げられる制御棒駆動機構９の内部に、異物が混入することが回避される。
【００２３】
制御棒駆動機構９の取り付け時の手順は、原子炉圧力容器１の上部スペース３１において吊り具４０を上部留め具５１に接続し、クレーン３２により原子炉圧力容器１の内部に吊下げる。
そして、吊り下げた制御棒駆動機構９を、上部格子板３０、炉心３、炉心支持板２９に通過させて、ハウジング１０に収容する。
その後、制御棒案内管２７及び制御棒６（図２）等を組込み、ハウジングの下端フランジ１０ｂから閉止蓋３３を取外し、スプールピース１２、電動機１１等を取付ける。
【００２４】
（第１実施形態）
図５に基づいて制御棒駆動機構の交換装置を構成する吊り具４０の第１実施形態を説明する。
吊り具４０は、上面が封止され下面に開口を有する筒形状を有し、この下面の開口が、上部留め具５１に着脱自在に連結するように構成される。
上部留め具５１と吊り具４０との連結部４３は、回転ネジにより構成されている。
【００２５】
吊り具４０の上面中心部に設けられる取手４６は、クレーン３２から繰り出されるチェーン先端のフック４２に支持される構造を有している。
吊り具４０を上部留め具５１に連結させる場合は、取手４６に操作ポール４７を取付け、この操作ポール４７を回転させることにより実行する。
【００２６】
そして、この吊り具４０が、上部留め具５１に連結した状態では、貫通孔５１ａに通じる内部空間４１は、圧力容器内の炉水２から密閉される。
これにより、ハウジング１０（図３）に、制御棒駆動機構を取り付けたり取り外したりする際に、原子炉圧力容器１の内部の炉水２を通過しても、異物が内部に侵入することがない。
【００２７】
吊り具４０の上面には、炉水の流入が防止された内部空間４１に注水を行う注水配管４４と、この内部空間４１から排水を行う排水配管４５とが接続されている。
注水配管４４から内部空間４１に水を供給すると、排水配管４５からエアが排出され、エアが無くなれば水が排出される。
注水配管４４から水を供給しながらクレーン３２を操作して炉水２を通過させれば、制御棒駆動機構９への異物の混入を効果的に防止できる。
【００２８】
制御棒駆動機構９をハウジング１０（図３）から取り外す場合は、注水配管４４及び排水配管４５を接続し、取手４６には操作ポール４７を取付けた状態で、吊り具４０をクレーン３２にて吊り下げる。
そして、吊り具４０を上部留め具５１の上に設置してから、操作ポール４７を回転させることにより、吊り具４０と上部留め具５１とをネジ結合させる。
そして、注水配管４４から通水しながら、吊り具４０とともに制御棒駆動機構９を、クレーン３２にて吊り上げる。
【００２９】
制御棒駆動機構９をハウジング１０（図３）に取り付ける場合は、上部スペース３１において制御棒駆動機構９に吊り具４０を結合し、注水配管４４及び排水配管４５を接続し、取手４６に操作ポール４７を取り付けた状態で、注水配管４４から通水しながらクレーン３２で吊り下げる。
そして、制御棒駆動機構９をハウジング１０に収容させてから、操作ポール４７を回転させることによりネジ結合を解除し、吊り具４０を上部留め具５１から分離する。
そして、分離した吊り具４０は、クレーン３２で吊り上げる。
【００３０】
なお、変形例として、排水配管４５の設置を省略して、吊り具４０に排水孔（図示略）を設け、注水配管４４から通水し、この排水孔から原子力圧力容器１の内部に直接排水する構成としてもよい。
この場合、吊り具４０の内部空間４１に水を供給しながら、炉水２を移動するので、この内部空間４１の圧力は、炉水２より高い状態が維持される。
このために、吊り具４０の内部空間４１に外部から炉水２が侵入することは無く、炉水２に含まれる異物も混入することはない。
【００３１】
（第２実施形態）
図６に基づいて制御棒駆動機構の交換装置を構成する吊り具の第２実施形態を説明する。なお、図６において図５と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第２実施形態において、上部留め具５１と吊り具４０との連結部４３は、係止ピン４３ａとスリット４３ｂにより構成されている。
係止ピン４３ａは、上部留め具５１の側面から突起するように複数の位置に設けられ、スリット４３ｂは吊り具４０の内側面の対応する位置に設けられている。
【００３２】
このように連結部４３が、係止ピン４３ａとスリット４３ｂで構成されることにより、操作ポール４７の少ない回転角度により、上部留め具５１と吊り具４０とを結合したり分離したりすることができる。
スリット４３ｂは、Ｌ字形状を有し末端に凹みを設けることにより、移送される制御棒駆動機構９が、ハウジング１０に着座したり上部スペース３１に到達したりするまで、連結状態が外れにくくなる。
また吊り具４０の内側面には、ゴム製のオーリング４８が設けられ、内部空間４１の機密性を向上させる。
【００３３】
なお、変形例として、注水配管４４を接続した状態で吊り具４０の内部に注水し、排水配管４５にてエアが抜けたことを確認し、注水を停止する。
次に、注水配管４４及び排水配管４５を吊り具４０から取り外し、制御棒駆動機構９の引き上げを行う。
吊り具４０の内部は水で満たされた状態を維持しているために、外部の炉水２が侵入しにくくなり、炉水２に含まれる異物の混入も防止される。
【００３４】
（第３実施形態）
図７に基づいて制御棒駆動機構の交換装置を構成する吊り具の第３実施形態を説明する。なお、図７において図５と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第３実施形態において、吊り具４０には、炉水の流入が防止された内部空間４１と圧力容器内の空間（炉水２）とを連通する配管にフィルタ４９が設けられている。
【００３５】
このように構成されることにより、吊り具４０内が負圧になった場合に炉水２が、吊り具４０の内部空間４１が流入するが、フィルタ４９にて異物が回収され、制御棒駆動機構に異物が混入しない。
【００３６】
（第４実施形態）
第４実施形態では、第１から第３実施形態における制御棒駆動機構の交換装置において、吊り具４０と上部留め具５１とを連結した状態で、少なくとも吊り具４０の内部空間４１の水を凝固させる。
注水配管４４から注水して吊り具４０の内部を水で充満し、凍らせて氷の状態にしてから、制御棒駆動機構９を炉水２に通過させ、異物の混入を防止する。
氷は、数時間経過すれば解け水に変わるので問題を派生させることは無く、異物の混入阻止を確実に行える。
なお、水を氷状態にするのは、吊り具４０の内部空間４１に限定されるものではなく、制御棒駆動機構９の内部に充満した水の全てを凍らせてもよい。
【００３７】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御棒駆動機構の交換装置によれば、制御棒駆動機構の上部の貫通孔に炉水の流入を防止する吊り具を備えることにより、内部に炉水が浸入して異物が混入することが防止される。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１…原子炉圧力容器、２…炉水、３…炉心、４…炉心シュラウド、５…燃料集合体、６…制御棒、７…気水分離器、８…ダウンカマ部、９…制御棒駆動機構、１０…ハウジング、１０ａ…上端縁、１０ｂ…下端フランジ、１１…電動機、１２…スプールピース、１５…マグネットカップリング（アウタ）１６…マグネットカップリング（インナ）１８…ボールねじ軸、１９…ボールナット、２１…ガイド、２１ａ…外周面、２２…ピストン、２３…カップリング、２５…スクラム挿入配管、２７…制御棒案内管、２７ａ…下端部、２８…スクラム位置検出プローブ、２９…炉心支持板、３０…上部格子板、３１…上部スペース、３２…クレーン、３３…閉止蓋、４０…吊り具、４１…内部空間、４２…フック、４３…連結部、４３ａ…係止ピン、４３ｂ…スリット、４４…注水配管、４５…排水配管、４６…取手、４７…操作ポール、４８…オーリング、４９…フィルタ、５１…上部留め具、５１ａ…貫通孔。
【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】
2014178191.tif 000007
【図６】
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【図７】
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