(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉用の制御棒駆動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水式原子炉（ＰＷＲ）またはその他タイプの原子炉では可動式制御棒を用いて原子炉を制御している。制御棒は中性子吸収剤を含み、炉心に挿入されるように構成される。一般に、制御棒を炉心に深く挿入する程、中性子の吸収量は増大し、核反応率は低下する。挿入量の精密な制御及び正確な測定は反応度を精密にコントロールする上で有益である。この制御を提供するのが制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）である。
【０００３】
緊急時には制御棒を完全挿入することで核反応を急停止させる。こうした“スクラム”時において制御棒を高速挿入させる代替機構を備えるのが有益である。更にまたはあるいは、完全挿入（従って、核反応を“オフ”にする）または完全引き抜き（従って、原子炉を運転状態にする）の何れかの状態とした専用制御棒を備えることが知られている。それらシステムでは“オン／オフ”用制御棒を“シャットダウンロッド”と称し、連続調節型の制御棒を“グレイロッド”と称することがある。
【０００４】
これらの点を考慮し、分離式ローラーナットアセンブリを係合させた主ネジをその構造に採り入れたＣＲＤＭが知られている。通常運転中はローラーナットアセンブリが、偏倚バネに抗して作用する積極的な磁力により主ネジ上にクランプされる。ローラーナットを回すと主ネジが、従って主ネジに装着した制御棒が炉心に関して精密制御自在下に前後移動する。スクラム時には電流が遮断され、従って磁力が遮断されるため偏倚バネが分離式ローラーナットを開き、主ネジを含むグレイロッドが原子炉を救急停止させる。当該構成の一例は、例えば、ここでの参照によりその内容全体を本明細書の一部とする、Domingo Ricardo Giorsetti, “Analysis of the Technological Differences Between Stationary & Maritime Nuclear Power Plants”, M.S.N.E. Thesis, Massachusetts Institute of Technology (MIT) Department of Nuclear Engineering (1977)に記載される。
【０００５】
一体型加圧水炉（一体型ＰＷＲ）の場合、ＣＲＤＭを外側に取り付け、好適なフィード
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。
【０００６】
既存のＣＲＤＭデザインには幾つか欠点がある。これらの欠点は、選択されたＣＲＤＭ設計構造が、複雑な電子機械的ＣＲＤＭが圧力容器内で高圧及び高温に晒されるものである場合に増長される。ＣＲＤＭを圧力容器内に配置することによっても構造上の困難な課題が生じる。
【０００７】
分離式ローラーナットは主ネジと共に複雑なリンク機構を構成し、当該リンク機構が通常運転中のグレイロッドの精密挿入に悪影響を及ぼし得る。分離式ローラーナットの再取付けは複雑化され得、再接合確立も即座には判別できず、従ってスクラム状況からの復帰後に位置オフセットが導入される。主ネジをスクラミングさせることも、当該主ネジのネジ山または構造的一体性を再生不能に損壊させる恐れがある。更には、複雑な分離式ローラーナットの場合はその経時損耗が問題となり得る。
【０００８】
他に考慮すべきはその信頼性である。ロッドスクラミングは安全上重要な特徴であって、冷却水喪失事故（ＬＯＣＡ）またはその他の、停電、大規模圧力変化等を含み得る障害モード時に信頼下に動作すべきである。
【０００９】
制御棒位置検出器もまた代表的には複雑な装置である。あるシステムでは圧力容器壁を横断するフィードスルーを要する外部位置検出器が採用される。大型船舶用原子炉（ＭＲＸ）の炉内ＣＲＤＭ用の複雑な位置検出器が設計され、当該検出器では、トランスデューサーが磁気抵抗性導波管に通すねじれ歪みパルスを発生し、棒位置を提示させる磁界相互作用が測定される。一般に、電気抵抗ベースで動作する炉内位置検出器は温度による物体の抵抗性変化によるエラーを生じやすい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Domingo Ricardo Giorsetti, “Analysis of the Technological Differences Between Stationary & Maritime Nuclear Power Plants”, M.S.N.E. Thesis, Massachusetts Institute of Technology (MIT) Department of Nuclear Engineering (1977)
【非特許文献２】日本原子力学会、１９９２年１０月発行、イシザキ他“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)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の問題を解決する原子炉用の制御棒駆動機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１様相によれば、原子炉で使用する制御棒機構であって、炉心に挿入されて中性子を吸収する形態を有する少なくとも１つの制御棒と、中空の主ネジと、該主ネジに作動上連結して該主ネジを炉心に関して接近または離間する各方向に直線駆動させるモーターと、少なくとも１つの前記制御棒に連結され且つ前記中空の主ネジのない部に部分的に配置された連結棒と、その閉鎖状態時において前記連結棒と主ネジとを作動上連結するラッチを含むラッチアセンブリにして、前記ラッチが閉じた状態で前記主ネジがモーターで駆動されると前記連結棒と前記少なくとも１つの制御棒とが前記主ネジと共に移動するラッチアセンブリと、スクラム状況に応じて該ラッチアセンブリのラッチを開放させて主ネジから連結棒を切り離し、かくして該連結棒と前記少なくとも１つの制御棒とはスクラム状態下となるが主ネジはモーターと作動上連結されてスクラム状態とはならない釈放機構と、を含む制御棒機構が提供される。
【００１３】
本発明の他の様相によれば、制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）であって、主ネジと、該主ネジにネジ連結したモーターにして、該主ネジをその挿入方向または反対の引き抜き方向に直線駆動させるモーターと、ラッチアセンブリにして、前記主ネジにより固定され、（ｉ）連結棒にラッチ止めされ且つ（ｉｉ）連結棒からアンラッチされる構成を有し、アンラッチ時にはその挿入方向に移動自由であるラッチアセンブリと、該ラッチアセンブリを連結棒から選択的にアンラッチさせる構成を有する釈放機構と、を含む制御棒駆動機構が提供される。
【００１４】
本発明の他の様相によれば、制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）であって、複数のＣＲＤＭユニットにして、各制御棒駆動機構が主ネジと、該主ネジを駆動する構成を有するモーターとを含む複数のＣＲＤＭユニットと、該複数のＣＲＤＭユニットを、隣り合う各ＣＲＤＭユニットのモーターが原子炉の炉心に関して異なる高さに配置される状態で原子炉内に取り付ける支持体と、を含み、各ＣＲＤＭユニットには１つ以上の制御棒が連結され、前記主ネジを駆動するモーターが、当該連結された１つ以上の制御棒を炉心に関して接近、離間、または炉心内部の各方向に移動させる制御棒駆動機構が提供される。
【００１５】
本発明の他の様相によれば、制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）であって、主ネジと、該主ネジをその挿入または引き抜きの各方向において直線駆動させる構成を有する駆動アセンブリにして、モーターと、前記主ネジと連結した非分離式の少なくとも１つのボールナットとを含む駆動アセンブリと、ラッチアセンブリにして、前記主ネジと連結され、（ｉ）連結棒にラッチ止めされるラッチ状態、（ｉｉ）連結棒にラッチ止めされないアンラッチされるアンラッチ状態とを有するラッチアセンブリと、該ラッチアセンブリを連結棒から選択的にアンラッチさせる構成を有する釈放機構と、を含む制御棒駆動機構が提供される。
【００１６】
本発明の他の様相によれば、原子炉で使用する制御棒機構であって、少なくとも１つの制御棒と、該少なくとも１つの制御棒にその下端位置で連結した連結棒と、ラッチアセンブリを有する制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）にして、（ｉ）連結棒の上端部にラッチ止めされるラッチ状態及び、（ｉｉ）連結棒の上端部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と、該ラッチアセンブリを原子炉炉心に関して接近または離間させる各方向に直線駆動させる直線駆動機構と、を含む制御棒駆動機構と、を含む制御棒機構が提供される。
【００１７】
本発明の他の様相によれば、前記制御棒機構において、制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）が、前記ラッチアセンブリを前記アンラッチ状態とし且つ連結棒を原子炉炉心から離間する方向に制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）を通して引き抜くことで、該連結棒を取り外し可能とする構成を有する制御棒構成が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
従来の問題を解決する原子炉用の制御棒駆動機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の原子炉容器のダイヤグラム図である。
【図２】図２は、図１の原子炉容器の上部炉内セクションのダイヤグラム図である。
【図３】図３は、流体圧リフトを採用する制御棒シャットダウンシステムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図４】図４は、流体圧リフトを採用する制御棒シャットダウンシステムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図５】図５は、流体圧リフトを採用する制御棒シャットダウンシステムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図６】図６は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図７】図７は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図８】図８は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図９】図９は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図１０】図１０は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図１１】図１１は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図１２】図１２は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図１３】図１３は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図１４】図１４は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図１５】図１５は、電磁式のグレイロッドの機能と、スクラム機能用の磁気ラッチシステムとを有する制御棒システムの１様相を示すダイヤグラム図である。
【図１６】図１６は、電磁式のグレイロッドの機能を備える制御棒システム及び、スクラム機能用の流体圧リフトにより駆動されるラッチシステムの各様相を示すダイヤグラム図である。
【図１７】図１７は、電磁式のグレイロッドの機能を備える制御棒システム及び、スクラム機能用の流体圧リフトにより駆動されるラッチシステムの各様相を示すダイヤグラム図である。
【図１８】図１８は、電磁式のグレイロッドの機能を備える制御棒システム及び、スクラム機能用の流体圧リフトにより駆動されるラッチシステムの各様相を示すダイヤグラム図である。
【図１９】図１９は、電磁式のグレイロッドの機能を備える制御棒システム及び、スクラム機能用の流体圧リフトにより駆動されるラッチシステムの各様相を示すダイヤグラム図である。
【図２０】図２０は、電磁式のグレイロッドの機能を備える制御棒システム及び、スクラム機能用の流体圧リフトにより駆動されるラッチシステムの各様相を示すダイヤグラム図である。
【図２１】図２１は、電磁式のグレイロッドの機能を備える制御棒システム及び、スクラム機能用の流体圧リフトにより駆動されるラッチシステムの各様相を示すダイヤグラム図である。
【図２２】図２２は、スタガー配列の垂直モーター配置を用いる好適なＣＲＤＭアレイの斜視図である。
【図２３】図２３は、スタガー配列の垂直モーター配置を用いる好適なＣＲＤＭアレイの部分断面斜視図である。
【図２４】図２４は、連結棒の下端とロッドクラスタアセンブリとを連結する“Ｊ”字溝の斜視図である。
【図２５】図２５は、連結棒の下端とロッドクラスタアセンブリとを連結する“Ｊ”字溝の拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参照するに、加圧水型原子炉（以下、ＰＷＲとも称する）の原子炉容器が略ダイヤグラム表示されている。例示される一次容器、即ち圧力容器１０は炉心１２と、炉内螺旋型蒸気発機１４と、炉内制御棒２０とを収納する。例示した原子炉容器は４つの主コンポーネント、即ち、１）下部容器２２、２）上部炉内構造物２４、３）上部容器２６、４）上部容器ヘッド２８、を含む。下部及び上部の各容器セクション２２及び２６間には中間フランジ２９が配置される。その他容器構成も意図されるものとする。図１はダイヤグラム的なものであり蒸気発生器に関する二次冷却材流入及び流出に関する圧力容器貫通部、電気的コンポーネント用の電気的貫通部及びその他等についての詳細は含まれない。
【００２１】
図１の圧力容器１０の下部容器２２は、実質的に任意の好適な形態を有し得る炉心１２を収納する。好適な形態の１つには、燃料アセンブリを収納し、原子炉に燃料補給するべく交換自在であり且つ下部容器で支持したステンレススチール製の炉心支持枠構造が含まれる。例示した上部容器２６は、本実施例のＰＷＲ用の、炉内蒸気発生器設計形状（しばしば炉内ＰＷＲデザインと称される）を有する蒸気発生器１４を格納する。図１では蒸気発生器１４はダイヤグラム図的に示される。円筒状の内側シェルまたは上部流れシュラウド３０が、螺旋状の蒸気発生器１４をその内部に位置付けるところの環状の下降管領域３４から中央ライザ管領域３２を分離する。例示した蒸気発生器１４は螺旋コイル設計形状を有するがその他設計形状も意図されるものとする。一次冷却材は蒸気発生器１４の管の外側を横断して流れ、二次冷却材は蒸気発生器１４の管の内側を流れる。代表的な再循環パターンでは一次冷却材は炉心１２により加熱され、中央ライザ管領域３２を通して上昇し、上部シュラウド３０の頂部を出た後、下降管領域３４を経て再下降し、蒸気発生器１４を横断する。この一次冷却材流れは自然対流、炉内または炉外の一次冷却材ポンプ（図示せず）、あるいはポンプ支援式自然対流、により駆動され得る。ＰＷＲは一体的設計形状において例示されるが、原子炉容器は炉外蒸気発生器（図示せず）を有するものをも意図し得るものであり、その場合、圧力容器貫通部により、当該炉外蒸気発生器内外に関する一次冷却材の移送が許容される。例示した上部容器ヘッド２８は分離式コンポーネントである。容器ヘッドを上部容器２６と一体化させ得、その場合は蒸気発生器１４及び上部シュラウド３０は容器ヘッドの内側の突起で随意的に支持される。
【００２２】
例示した実施例は炉内蒸気発生器１４を含む一体型ＰＷＲであって、一般にいろいろの幾何学形態、例えば、螺旋、垂直、傾斜あるいはその他等の形態を有し得る。冗長性の目的上、そのパイプまたは管を熱的一様化を容易化するべく、下降管領域３４内で代表的には交互配置させた１つ以上の蒸気発生器を有するのが一般に有益である。例示した蒸気発生器１４はシュラウド３０に接近して配置またはラッピング状態下に配置されるが、一般に蒸気発生器は下降管領域３４の実質容積を充填し得、ある実施例ではシュラウド３０の外面と圧力容器１０の内面との間の環状容積を実質的に充填し得る。炉内蒸気発生器またはその一部に関し、その全体または一部をライザ領域３２内でシュラウド３０の上部または圧力容器１０内のどこかに配置することも意図される。他方、ある実施例ではＰＷＲは一体型ＰＷＲではない、つまりある実施例では例示した一体型の蒸気発生器は１つ以上の炉外蒸気発生器を採用することで省略され得る。更には、例示したＰＷＲは一例であって、他の実施例では沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）あるいはその他原子炉設計形状を内外何れかの蒸気発生器と共に使用し得る。
【００２３】
図２を参照するに、上部炉内構造物２４の詳細が示される。例示設計形状では上部炉内構造物２４はドライブまたは駆動機構４０、４２と、制御棒ガイドフレーム４４とを支持すると共に、制御棒駆動電力及び制御機器信号がそこを通過する構造体でもある。従って、上部容器２６及び一体型の蒸気発生器１４はドライブ及び関連構造とは無関係に取り外し得る。しかしながら、更に別の一体デザイン、例えば、ＣＲＤＭ用支持体及び一体型蒸気発生器用支持体双方のための共通セクションを使用するデザインが意図され得る。
【００２４】
特に図２の実施例を参照するに、上部炉内構造物２４が、上部炉内バスケット４６と、ＣＲＤＭ支持構造４８と、制御棒ガイドフレーム４４と、制御棒駆動機構４０、４２とを含んでいる。上部炉内バスケット４６は中間フランジ２９と、制御棒ガイドフレーム４４用の支持体とを含む溶接構造物であることが好ましい。好ましい１実施例では制御棒ガイドフレーム４４は然るべくボルト止めした別個の３０４Ｌステンレススチール製の溶接構造物であり、中間フランジ２９は SA508 Gr 4N Cl 2 炭素鋼鍛造物であり、残余構造は３０４Ｌステンレススチール製である。ＣＲＤＭ支持構造４８はドライブ４０、４２用の支持ラティスと、炉心内機器用のガイド構造とを含む。これら構造の全ては３０４Ｌステンレススチール製であることが好ましい。ＣＲＤＭ支持構造４８は上部炉内バスケット４６にボルト止めされる。各材料及び構造は例示的なものであるに過ぎず、その他構成及びまたは原子炉適合性材料が意図され得るものとする。
【００２５】
図２の実施例では２つのタイプのドライブ４０、４２、即ち、炉心に関して完全引き抜きまたは完全挿入されるシャットダウンロッドを操作する流体駆動タイプのドライブ４２と、炉心寿命を通して種々長さで挿入されて原子炉の通常運転中の核反応率を制御するグレイロッドを操作する電気駆動タイプのドライブ４０とを使用する。グレイロッドは対スクラム構成、即ち、特定の緊急状態中に炉心１２に急速挿入される構成をも有する。他の実施例ではシャットダウンロッドを完全に省略することが意図され、その場合はグレイロッドがシャットダウン作動をも提供する。
【００２６】
図２を尚参照しつつ図３〜図５を参照するに、シャットダウンロッドの各様相が例示される。シャットダウンロッドはスパイダその他上に好適に集合設置され、前記スパイダはその全てがシングルバンクとして作動し且つ単独のドライブ４２により移動される。図３〜図５には単一のシャットダウンロッド用ドライブ４２のみが示され、スパイダ及び個別のシャットダウンロッドは示されない。当該構成は、シャットダウンロッドが“オン／オフ”の２値モード下に使用され且つその全部が炉心１２に挿入されて原子炉をシャットダウンするか、あるいはその全部が炉心１２から引き抜かれて通常の原子炉運転を許容するかの何れかであるという事実の認識に基づくものである。
【００２７】
特に図３を参照するに、ドライブ４２がシリンダハウジング５０、シリンダキャップ５２、シリンダベースプレート５４、シャットダウンロッドラティス（図示せず）への連結を提供する連結棒５６、を含んでいる。図３〜図５に示すドライブ４２は流体駆動式であり、高圧インジェクションポンプからの、約５００°Ｆ（２６０℃）及び１１０３０００００Ｐａ（１６００ｐｓｉ）の残留原子炉冷却材除去用戻り流れを使用してシャットダウンロッドのバンクを炉心１２外に保持する。
【００２８】
特に図４を参照するに、制御棒が引き抜き位置にある場合のピストン領域断面が示される。図４の部分拡大図にはシリンダキャップ５２の通気孔６０が、リフトピストン６２、ピストンリング６４（ある実施例では金属製である）、スクラムバッファピストン６６、バッファコッキングバネ６８、と共に示される。図４に示す引き抜き位置はドライブ４２のシリンダの加圧状態に相当する。
【００２９】
特に図５を参照するに、制御棒が挿入位置にある場合のピストン領域断面が示される。図５の部分拡大図にはリフトピストン６２、ピストンリング６４、スクラムバッファまたはスクラムバッファピストン６６、ロッドガイドブッシュ７０、ロッドシールリング７２（ある実施例では金属製である）、が示される。シリンダベースプレート５４は当該部分拡大図では圧力ポートまたは入口ポート７４を含むものとして示される。図５に示す挿入位置はドライブ４２のシリンダの非加圧状態に相当する。
【００３０】
ある実施例では冷却材はピストン６４及びシャフトシール７２から放出され得、原子炉容器１０に戻る残留物の一部となる。制御棒ドライブ４２は炉心１２の上方に取り付けられる。ドライブ４２を作動させる流体ライン（図示せず）は中間フランジ２９を経由され、機器ラインは気密導管を経て、グレイロッド用のドライブ４０用にやはり随意的に使用する共通コネクタに入る。前記スパイダをシャットダウンロッドラティスに連結する延長ロッドは随意的には、ある制御棒積層クラスタが他の制御棒セットの落下を妨害しないよう、シャットダウンロッドラティスを貫いて摺動するように設計される。また、前記延長ロッドは、上部炉内構造物２４を取り外した後、シャットダウンロッドが炉心内に残るよう、前記スパイダから脱係合する設計とされる。当該脱係合及び再係合は燃料交換中にリモートツールを使用して成される。
【００３１】
原子炉通常運転中はシャットダウンロッドはドライブ４２を加圧することで炉心の完全に外側（つまり、引き抜き位置）に懸架される。例えば、好ましい１実施例では高圧インジェクションポンプからの冷却材残留物除去用戻り流れが、シリンダベースプレート５４の入口ポート７４を介してリフトピストン６２の下方に５００°Ｆ（２６０℃）及び１１０３０００００Ｐａ（１６００ｐｓｉ）の状態下に供給される。当該実施例ではシリンダハウジング５０内でリフトピストン６２の上方の流体はシリンダキャップの通気孔６０を通して原子炉容器１０から供給され、従って、原子炉容器状況における６００°Ｆ（３１５℃）及び１０３４００００Ｐａ（１５００ｐｓｉ）を有し、かくしてリフトピストン６２を横断する正味の差圧は６８９５００Ｐａ（１００ｐｓｉ）となる。ピストンは、発生差圧がシャットダウンロッドの特定負荷及びスパイダ、及びその他関連コンポーネントを支持し且つシャットダウンロッドのバンクをシリンダストロークを介してリフトピストン６２の上部ストッパへとリフトさせるに十分となるサイズを選択する。
【００３２】
容器圧力上昇スクラムの場合、リフトピストン６２の底部側への加圧冷却材供給を止め、供給ラインを大気圧に通気させることでシャットダウンロッドのバンクが急速釈放される。前記各実施例において、リフトピストン６２の上面位置での容器圧力はリフトピストンを横断する１０３４００００Ｐａ（１５００ｐｓｉ）の初期差圧を創出すると予測され、この差圧に重力の影響が加わり、移送アセンブリ（リフトピストン６２、スクラムバッファピストン６６、コッキングバネ６８、連結棒５６、シャットダウンロッドラティス（図示せず）を含む）が下方の、図５に例示する完全挿入位置に移送される。移送アセンブリの降下中、バッファピストン６６はコッキングバネ６８の力でリフトピストン６２の穿孔外に保持され、かくして流体を充填したバッファキャビティがリフトピストン６２及びバッファピストン６６間に維持される。バッファピストン６６の底面がシリンダアセンブリの固定プレートであるシリンダベースプレート５４に接触すると、引き続き移動するリフトピストン６２が捕捉流体を制御拘束流れ下に排除し、かくして移送アセンブリの運動エネルギーを消散させる。更には、前記運動エネルギーは移送アセンブリの各コンポーネントの、特に、長く比較的細い連結棒５６の弾性偏倚を介して消散される。その他の運動エネルギー消散機構も意図されるものとする。キャビティから流体が排除されるとリフトピストン６２はバッファピストン６６に接触し、かくして移送アセンブリを静止させる。
【００３３】
図１及び図２を尚参照しつつ図６〜図１４を参照するに、グレイロッド及び関連するドライブ４０の１例が示される。図６にはグレイロッド形態（タイプ１及びタイプ２）の異なる２つの実施例が示される。グレイロッド８０はグレイロッドクラスタとして配置され、結局はヨークにより２または４群化され、図６に示す如く連結棒８２により支持される。タイプ１形態には、連結棒／クラスタよりなる１ユニットに代わるカウンタウエイト８４も含まれる。詳しくは、ヨーク８６が２本の連結棒８２を連結し、カウンタウエイト８４がタイプ１形態を構成する。ヨーク８８が３本の連結棒８４を連結してタイプ２形態を構成する。グレイロッド用のドライブ４０が炉心１２の上方に取り付けられる。図７にはＣＲＤＭに関する、グレイロッド用のドライブ４０と、シャットダウンロッド用のシリンダ支持構造４８との位置を示す平面図が示される。シリンダハウジング５０は中央に位置付けられる。外側の４つのドライブ４０の各々はタイプ１形態の２本のロッドを移動させ、同時に移動するヨーク８６を含む。内側の２つのドライブ４０の各々はヨーク８８を含むタイプ２形態の４本のロッドを移動させる。これらの異なるドライブ４０セットは随意的には相互にまたは個別に移動する。電力及び信号連結部は気密導管またはコア内機器ガイド９０を好適に経由されて中間フランジ２９（図７には示さず）上のコネクタに入る。
【００３４】
シャットダウンロッドにおける如く、制御棒用スパイダをロッドラティスに連結する延長ロッドは随意的には、ある制御棒積層クラスタが他の制御棒セットの落下を妨害しないよう、シャットダウンロッドラティスを貫いて摺動するように設計される。また、前記延長ロッドは、上部炉内構造物の取り外し時、または上部炉内構造物がその支持スタンド上にある間の取り外し時にグレイロッドが炉心内に残るよう、前記スパイダから脱係合する設計とされる。グレイロッド制御機構用の好適な設計スタイルには、“磁気ジャッキ”タイプ及び“パワーネジ”タイプの２つがある。これらの内、パワーネジタイプのものはグレイロッドクラスタのより精密な位置制御を提供すると期待されることから、例示実施例ではパワーネジタイプ制御機構が採用される。
【００３５】
図８を参照するに、１実施例ではグレイロッド制御機構であるドライブ４０はボールナット式リフトロッド形態を採用する。図８では完全挿入状態（図の左側）及び完全引き抜き状態（図で右側）の両方が示される。図８にはタイプ２形態のヨーク８８が示されるが、タイプ１形態の場合はヨーク８８をヨーク８６に代替させる。図８の実施例では底部ストッパ／バッファアセンブリ１００が原子炉支持体１０１上に、電磁コイルアセンブリ用に随意的に追加される横方向支持体と共に取り付けられる。底部ストッパ１００の上部に取り付けた下方及び上方の各支持チューブ１０２、１０４が主ネジ／トルク受けアセンブリをガイドする。上方支持チューブ１０４の上部にはボールナット／モーターアセンブリ１０６を、またモーター上部には電磁コイルアセンブリ１０８を取り付ける。電磁コイルアセンブリ１０８内にはリフトロッド−主ネジラッチアセンブリ１１０が載置され、当該アセンブリが、そのラッチ状態下にリフト用／連結棒アセンブリ１１２（挿入状態における伸張状態で図の左側に示す）を支持する。
【００３６】
支持チューブ１０２及び１０４の、ボールナット／モーターアセンブリ１０６と底部ストッパ／バッファアセンブリ１００との間にピストンインジケータアセンブリが搭載される。ある実施例では当該位置インジケータはリフトロッド−主ネジラッチアセンブリ１１０の下方に好適に搭載したストリングポテンショメータであるが、その他取付け位置が意図されるものとする。例示したストリングポテンショメータは、支持チューブ１０２上に取り付けた引張スプール１２０と、“ストリング”またはケーブルあるいはその他１２２にして、リフト用／連結棒アセンブリ１１２（及び、装着したグレイロッドクラスタ）が炉心１２（図８には示さず）に向けて移動するに際しての引張に抗して引張スプール１２０を抜き出すよう、その端部をリフト用／連結棒アセンブリ１１２に装着したストリングと、を含む。前記動作を逆転すると引張スプール１２０の引張によりストリングまたはケーブル１２２がスプール１２０上にロールバックする。廻転センサ１２４が、基準マーカーまたはその他の廻転測定基準の通過回数をカウントするエンコーダを用いて引張スプール１２０の廻転数を計測する。ストリングポテンショメータは、引張スプール１２０がグレイロッドと共移動せず且つストリングまたはケーブル１２２がグレイロッドと共移動するべく固定される限りにおいて、例示した以外の態様でも取付け得る。廻転センサ１２４を引張スプール１２０と共に一体化することも意図され得る。ストリングポテンショメータはグレイロッドと共移動するリフト用／連結棒アセンブリ１１２またはその他コンポーネント位置に一致する出力電気信号を提供し、かくして炉心１２内のグレイロッドの位置情報を提供する。位置を表示する前記出力電気信号は圧力容器１０の外側で、小型で及びまたは別の電気的フィードスルーと一体化し得る電気的フィードスルー（図示せず）を通して送られる。前記位置表示用装置は圧力容器温度及び放射線レベルでの動作用に構成及び較正される。
【００３７】
尚図８を参照しつつ図９〜図１４を参照するに、例示実施例ではグレイロッド用のＣＲＤＭであるドライブ４０が３つの要素、即ち、主ネジ／トルク受けアセンブリと、リフトロッド／連結棒アセンブリと、リフトロッドを主ネジと作動上連結するラッチシステムとを含んでいる。図９では主ネジ／トルク受けアセンブリの斜視図（図で左側）と断面図（図で右側）とが示される。モーターアセンブリが、ステータ１３２及びローター１３４を格納するステータハウジング１３０を含む。上部ステータ端部プレート１３６と、調節自在スぺーサ１４０を備える半径方向ベアリング１３８とがモーターアセンブリの上方部分を完成し、下方ハウジング１４２とスラストベアリング１４４とがモーターアセンブリの下方部分を完成する。下方ハウジング１４２内に配置した下方ボールナットアセンブリ１５０がローター１３４に螺装され、上方ボールナットアセンブリ１５２がローター１３４にやはり螺装される。２つのボールナットアセンブリ１５０及び１５２は螺装態様下に主ネジ１６０（図９には示さず）と連結される。図９にはリフト用／連結棒アセンブリ１１２の一部及び上方支持チューブ１０４も示される。
【００３８】
図１０を参照するに、ラッチシステムが例示され、リフトロッド−主ネジラッチアセンブリ１１０と、電磁コイルアセンブリ１０８の一部とを含んでいる。図１０にはリフト用／連結棒アセンブリ１１２の上端部１１１と、リフトロッド−主ネジラッチアセンブリ１１０の位置またはその内部で終端する主ネジ１６０の近位端も示される。ラッチ１７０が、通常運転時はリフト用／連結棒アセンブリ１１２の上端部１１１を主ネジ１６０に直結し、スクラム（図１１参照）中はリフト用／連結棒アセンブリ１１２を切り離す。リフト用／連結棒アセンブリ１１２の底部は連結棒８２の上部に螺装され（随意的には中間のヨーク８６またはヨーク８８により）、かくして連続するリフトロッド／連結棒アセンブリを創出する。連結棒８２の底部はスパイダに直結され、かくして制御棒を当該機構に装着する。随意的には、磁気ベースの位置インジケータ（図２１参照）用の磁気信号を提供する磁石１１３がリフト用／連結棒アセンブリ１１２の上端部１１１に接近配置される。図１０にはモーターハウジング１３０、ステータ１３２、図９に完全に示されるローター１３４の各部分を含むモーター部分も示される。
【００３９】
ラッチ１７０がラッチハウジング１７２に格納され、ラッチハウジング１７２がラッチバネ１７４用のバネガイドを含んでいる。例示したラッチシステムの追加コンポーネントには、電磁コイルスタックを形成する電磁石１７７を格納する電磁ハウジングと、ラッチ１７０上の永久磁石１７８とが含まれる。ラッチネジ１６０がラッチハウジング１７２のラッチシステムベース１７９内に螺装される。各ラッチ１７０は、ピボット位置１８０を中心にピボット廻転し、かくして下向きロッド負荷によるフェイルセーフスクラムを提供する。
【００４０】
本実施例では主ネジ１６０は、主ネジ位置の、そして結局は制御棒アセンブリの極めて微細な制御を可能とするボールナットモーターアセンブリ（図９に最もよく示される）により連続的に支持される。例示実施例ではモーター（例えばステータ１３２、ローター１３４）はローター１３４を永久磁石とするシンクロモーターである。このデザインはコンパクトさ及び簡素さ等の点で有益であるが、その他のモーター形態も意図されるものとする。
【００４１】
主ネジ１６０はスクラムを生じない。そうではなく、スクラム中、リフトロッド／連結棒アセンブリのリフト用／連結棒アセンブリ１１２の上端部が、磁気動作するラッチシステム（図１１参照）により主ネジ１６０から切り離される。電磁石１７７への電力を止めるとフェイルセーフラッチシステムがリフトロッド／連結棒アセンブリ（及びかくして制御棒アセンブリ）を主ネジ１６０から釈放してスクラムを開始させる。スクラムストロークの端部位置で運動エネルギーを消散させ、またロッド底部高さを設定するための、底部ストッパ及びバッファリングシステム（図示されないが好ましくは図４及び図５を参照してここで説明するシャットダウンロッド例の底部ストッパ及びバッファリングシステムに類似の）ベース／バッファアセンブリ内に組み込まれる。モータートルクに反応して主ネジ／制御棒アセンブリを移動させるトルク受け（図示せず）が主ネジ１６０に装着される。
【００４２】
通常状態、即ち、スクラム前の状況が図９及び図１０に示される。図９にはボールナットモーターアセンブリが、図１０には通常運転用に係合されたラッチシステムが夫々示される。図１０に示す如く、ラッチ１７０上の永久磁石１７８が、給電される電磁石１７７方向に引き寄せられ、かくしてラッチ１７０をピボット位置１８０を中心としてピボット廻動させ、ラッチ１７０がリフト用／連結棒アセンブリ１１２の合致部分と係合する。かくして、各ラッチ１７０は図１０に示す通常状態においてリフト用／連結棒アセンブリ１１２と共に固定される。また、ラッチシステムベース１７９が主ネジ１６０に螺装されあるいはそうでなければ固定される。従って、図１０に示す通常状態ではリフト用／連結棒アセンブリ１１２はラッチシステムを介して主ネジ１６０に固定されるため、図９に示すボールナットモーターアセンブリが主ネジ１６０を移送するとリフト用／連結棒アセンブリ１１２が主ネジ１６０と共に移送される。
【００４３】
スクラム中のリフト用／連結棒アセンブリ１１２を、従って結局は制御棒アセンブリを示す図１１を参照してスクラムを説明する。スクラムを開始させるために電磁石１７７への給電を止める、つまり遮断する。これによりラッチ１７０上の永久磁石１７８の引力が無くなり、ラッチバネ１７４が伸びてラッチ１７０をピボット位置１８０を中心としてピボット廻動させ、かくしてリフト用／連結棒アセンブリ１１２の合致部分から引き離す。これによりラッチ１７０がリフト用／連結棒アセンブリ１１２から切り離され、リフトロッド／連結棒アセンブリ（及びかくして制御棒アセンブリ）が炉心１２方向に落下する。図１１では主ネジ１６０は尚、それ以前の引き抜き高さ（つまり、主ネジ１６０がスクラムされない）位置で示されるが、電磁石１７７への給電が止められているため当該電磁コイルからの磁界は除去される。
【００４４】
図１１に更に示されるように、ピボット位置１８０を中心とするラッチ１７０のピボット廻動は位置１８１でラッチハウジング１７２のバネガイドと当接することで停止される。
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。
【００４５】
図９には、下方及び上方の各ボールナットアセンブリ１５０、１５２を含むボールナット／モーターアセンブリ１０６の好ましい実施例がダイヤグラム図で示される。一般に、実質的に任意形式のモーターを使用可能であり、圧力容器環境において動作する形態を有することが好ましい。
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。
【００４６】
図１及び図２を再度参照するに、例示した原子炉設計形状は、中間セクションが炉内構造物支持フランジまたは“中間フランジ”２９を有する点で有益性がある。当該中間セクションは比較的薄厚に作製し得、炉心内機器用の制御棒駆動機構及びガイドの支持を提供する。当該中間セクションは制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）に関する電気入力部及び流体入力部を提供する。当該中間セクションには随意的には原子炉冷却材ドレンライン差し込み部（図示せず）をも設け得る。ドレンラインを組み込む場合、当該ドレンラインは随意的には原子炉加圧時は常に内部弁により隔絶し、冷却材喪失（ＬＯＣＡ）の恐れを制限または排除する。
【００４７】
ＣＲＤＭを含む例示した上部炉内構造物２４は例示した断熱構造を含まない。しかしながら、少なくとも約６５０°Ｆ（３４３℃）の設計温度に耐え得る断熱システムを用いてこれらコンポーネントを絶縁することが意図される。断熱システムを用いることで、随意的にはやはり使用され得る外部冷却水が不要化される。冷却水は例えば、運転環境上付与される熱負荷の厳しさを低減させるべく電気的装置に供給され得る。断熱システムにより、圧力容器内の電気的ＣＲＤＭの位置付けを容易化し、かくして原子炉容器１０の全高を低減させ、原子炉容器内への針入数（ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）を著しく低下させ、原子炉の完全モジュールを単独ユニットとして輸送可能とする。その他利益には容器構造（図示せず）の全高が低下する点がある。断熱使用が有益と考えられるが、水冷却及びまたは断熱無しで高い運転温度に耐え得る材料の選択を含むその他解決策が意図される。
【００４８】
例示した原子炉実施例は一体型の加圧水型原子炉(ＰＷＲ）形態のものである。しかしながら、開示された技術、装置等はその他タイプの原子炉、例えば、炉内ＣＲＤＭ、有効な制御棒位置センサ等を有益に組み込み得る沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）においても好適使用されることが期待される。
【００４９】
図２〜図１５には別個の２つのスクラム機構、即ち、図３〜図５を参照して説明したシャットダウンロッドの提供する流体圧スクラム機構と、図６〜図１５、特には図１０〜図１５を参照して説明する磁気ラッチスクラム機構とを提供するＣＲＤＭ構成が示される。当該機構により冗長性の流体圧／磁気の各メカニズムが有益に提供され、かくして、冷却材損失（ＬＯＣＡ）あるいはその他の安全関連のイベント発生時のスクラム完全故障の恐れを低減させる。
【００５０】
図１６〜図２０を参照して、電磁グレイロッドスクラム機能と、スクラム機能を提供する流体圧ラッチシステムとを提供する他の制御棒システム実施例が説明される。図１６〜図２０の制御棒システムは、図６〜図１５の制御棒システムと同様に、主ネジのスクラミングを要することなく制御棒クラスタのフェイルセーフスクラムを可能とする。
【００５１】
特に図１６を参照するに、ボールナットアセンブリ１８５に主ネジ２００が恒久的に係合され、当該ボールナットアセンブリ１８５がモーター１８４により駆動されると主ネジ２００が軸方向に移動する状態において、図１５のモーター／ボールナットアセンブリが使用されている。制御棒クラスタ（図１６には示さず）が、連結棒または連結棒アセンブリ２０４及びラッチアセンブリ２０６を介して主ネジ２００に連結される。主ネジ２００は実質的に中空であり、連結棒アセンブリ２０４は主ネジ２００の内径内に同中心状態で勘合し且つ主ネジ２００内部を垂直方向に自由に移動する。２つの負荷ラッチを備えるラッチアセンブリ２０６が主ネジ２００の頂部に恒久的に装着される。各ラッチは、連結棒アセンブリ２０４と係合すると当該連結棒アセンブリ２０４を主ネジ２００に連結し、連結棒アセンブリ２０４と脱係合すると当該連結棒アセンブリ２０４を主ネジから外す。例示実施例では２本のカムバー２０８と、各カムバー２０８につき少なくとも２個（例示実施例では４個）のカムバーリンク２０９とを含む４バーリンクカムシステムを使用してラッチを係合及び脱係合させる。追加的なカムバーリンクがカムバーを追加的に支持する。カムバー２０８が上方に移動すると４バーリンクカムシステムのカムバーリンク２０９がカムバー２０８を内方にカム動作させ、かくして各ラッチを廻転させて連結棒２０４に係合させる。例示実施例例では、流体圧上昇アセンブリ２１０を用いてカムバーアセンブリ２０８を上昇させる。他の実施例（図示せず）では電動ソレノイドリフトシステムを使用してカムバーアセンブリを上昇させる。カムシステムにリフトフォースが加わると、カムバー２０８が上方及び内方にカム動作して各ラッチをその係合状態に廻転させ、かくして連結棒２０４が主ネジ２００に連結される。これにより、制御棒クラスタが主ネジ動作に追随する。リフトフォースを除去するとカムバー２０８は下方に揺動し、４バーリンクカムシステムのカムバーリンク２０９により外方にカム動作し、かくして各ラッチを廻転させて連結棒２０４から脱係合させる。これにより連結棒２０４は主ネジ２００から脱連結し、かくして制御棒クラスタがスクラム状態となる。スクラム中、主ネジ２００はその最新保持位置に維持される。スクラムイベント後、主ネジ２００はモーター２０２を介してそのストロークの底部に駆動される。流体圧上昇アセンブリ２１０を介してカムシステムにリフトフォースを再付加すると、各ラッチが再係合され、連結棒が主ネジ２００に再連結され、かくして通常運転が再開され得る。その他のラッチ駆動方法として、例えば、例示したリフトアセンブリ２１０における流体圧を空気圧で代替させる空気圧ラッチ駆動体等の使用が意図され得る。
【００５２】
図１６を尚参照するに、例示目的上、主ネジ２００が部分的に引き抜かれた位置で示されている。図１６ではラッチアセンブリ２０６は主ネジ２００の頂部に装着される。図１６では各ラッチは主ネジに連結した連結棒２０４に係合され、当該連結棒は主ネジ２００と同じく部分的に引き抜かれた位置で示される。ボールナットアセンブリ１８５及びモーター１８４は制御棒駆動機構(ＣＲＤＭ)の底部位置にあり、ラッチカムバー２０８はメカニズム上のストロークの全長さに渡り伸延され、流体圧上昇アセンブリ２１０が当該メカニズムの頂部に位置付けられる。ある実施例では、図１６〜図２０のＣＲＤＭは一体型ＣＲＤＭであり、当該一体型ＣＲＤＭにおいてモーター１８４、ボールナットアセンブリ１８５、ラッチシステム２０６、位置インジケータ（図１６には示さず）、を含む全機構は全運転温度及び圧力条件下に原子炉圧力容器１０内に位置付けられる。
【００５３】
図１７及び図１８を参照するに、制御棒駆動機構(ＣＲＤＭ)の、ラッチアセンブリ２０６を含む下端部の詳細が更に例示される。ラッチアセンブリ２０６はラッチハウジング２１２とラッチ２１４とを含む。ラッチハウジング２１２は、各ラッチ２１４がそこを中心としてピボット廻動するところのピボット位置２１６（例えば、ピボットピンまたはピボットロッド）のためのフレームあるいは支持体を提供する。図１６には連結棒２０４が引き抜かれた状態で、つまり、ラッチアセンブリ２０６の各ラッチ２１４が内方にピボット廻動して連結棒２０４の上端部２１５の合致部分と係合した状態で示される。例示実施例では連結棒２０４の頂部には、磁気ベースの位置インジケータ（図２１参照）用の磁気信号を提供する随意的な磁石１１３が含まれる。図１７には、連結棒２０４がスクラム状態、つまり、各ラッチ２１４が外方にピボット廻動して連結棒２０４の上端部２１５位置の合致部分から脱係合され、かくして連結棒２０４が主ネジ２００から機械的に分離されて主ネジ２００の内径内を自由移動する状態で示される。かくして、図１７に示す如く分離した連結棒２０４（及び、従って、連結棒２０４に固定した単数あるいは複数の制御棒束）は重力の影響下に炉心１２方向に降下する。図１６及び図１７の何れにおいても主ネジ２００はやはり任意位置に若干引き抜かれた状態で示され、主ネジ２００は図１７に示す如きスクラム状態にはない。
【００５４】
図１７を参照するに、２つのカムバー２０８がその最大内方（即ち、係合する）位置にリフトされた状態で示される。カムバーリンク２０９がカムバー２０８を内方に移動させると、ラッチ２１４が内方に廻転あるいはピボット廻動して連結棒２０４の上端部２１５の合致部分に完全係合する。カムバー２０８は、内方に移動して前記完全係合状態となるとカムバー２０８の内方移動に対する能動ストッパを提供するカムバーハウジングカバー２２２により、その全長さ部分に沿って支持される。カムバーハウジングカバー２２２には、その機械的な全ストローク長に渡りその中心部を下降する長孔が形成され、当該長孔により、ラッチフィンガ２２４あるいはその他のラッチ２１４の外側延長部は、主ネジ２００が任意の引き抜き位置にある状態下にカムバーハウジングカバー２２２を通過してカムバー２０８と接触可能となる。
【００５５】
例示実施例は２つのラッチ２１４と、各ラッチにつき１つのカムバー２０８とを有する。しかしながら、その他のラッチ及びカムバー数が意図され得、他の実施例では４つのラッチと、相当する４つのカムバーとが９０度間隔で主ネジ２００／連結棒２０４の中心軸周囲に配置され得る。例示した２つのカムバー２０８は、主ネジ２００／連結棒２０４の中心軸に関して二廻転対称構成下において相当する２つのラッチ２１４を駆動する。この場合もやはり、一般に、カムバー／ラッチ数を２つ以上とする構成が意図され、当該カムバー／ラッチ数は、連結棒２０４用に適したラッチ支持が提供されるように選択及び構成される。
【００５６】
図１７及び１８の下方部分にはモーター１８４の上方部分も示され、その詳細を図１４を参照して以下に説明する。例示したモーター１８４は例示目的上のものであるに過ぎず、巻きステータコア、磁束、電流担持ステータコンダクタ、の相互作用下にトルクを発生する永久磁石型ローターとを備える例示したブラシレスＤＣ電子制御型（ＢＬＤＣ）モーター、あるいは、巻きステータコア、リラクタンス変動、からローター位置の関数としてトルクを発生する積層スチールローターとを有する可変リラクタンスステップモーター（ＶＲＳ）、あるいは、ＢＬＤＣ及びＶＲＳの各タイプを組み合わせた上でローター及びリラクタンス部品内にトルク発生用の永久磁石を用いるハイブリッド型ステップモーター（ＨＢＳ）、等の種々タイプのモーターを使用できる。ある実施例では、分離型のボールナットアセンブリを省略し、それに代えて、あるいは追加的には、ローター内径面上に形成したネジ溝に主ネジを係合させる、ローターを介した主ネジ直結構成が意図される。更には、主ネジ２００がモーター１８４の作動に応じた廻転を防止するトルクテイカー（図示せず）が設けられる。好適な１実施例では、ラッチハウジング２１２が廻転してトルクテーカーとなって前記主ネジ２００の廻転防止作用を提供することが無いよう、カムバーハウジングカバー２２２がラッチハウジング２１２と係合するガイド特徴部（図示せず）を含む。当該構成では主ネジ２００はラッチハウジング２１２の底部２２６と好適に相互固定され、かくしてラッチハウジング２１２の廻転を防止し、また主ネジ２００の廻転をも防止する。
【００５７】
特に図１７を参照するに、カムバー２０８は、内方に廻転すると、移行アセンブリ（主ネジ２００、ラッチハウジング２１２、ラッチ２１４、ラッチ係合した連結棒２０４を含む）の引き抜き（即ち、上方移動）あるいは装入（即ち下方移動）時に、ラッチフィン２２４とカムバー２２０とのカム係合を介し、係合状態の各ラッチ２１４を案内する能動的な全ストロークトラックを提供する。カムバー２０８が流体圧でリフトするとカムバー２０８をカムバー支持ハウジング２３２に連結するカムバーリンク２０９を介する４バーリンク作用が誘起される。各カムバーリンク２０９は、ピボット位置２３５を介してカムバー支持ハウジング２３２に、またピボット位置２３５によりカムバー２０８に夫々ピボット廻動自在にピン止めされる。このように、２つのカムバーリンク２０９と、当該カムバーリンクの各ピボット位置２３４間の部分と、各カムバーリンクの各ピボット位置２３５との間の部分とが相互に４バーリンク機構を画定する。随意的には各カムバー２０８に２つ以上のカムバーリンク２０９を設け得るが、例示実施例では各カムバー２０８には４つのカムバーリンク２０９が設けられる（図１６参照）。カムバー２０８が流体圧でリフトするとカムバーリンク２０９がピボット位置２３４を中心として上方にピボット廻動し、かくして、リフトするカムバー２０８をピボット位置２３５を介して内方に付勢する。カムバー２０８がその最大内方位置に移動すると、カムバーリンク２０９が水平状態に、しかし当該水平状態より下方において最接近し、例えば、意図されるある実施例では水平から最小角度で２０°を成す位置に位置付けられ、かくして、４バーリンク機構がその水平中立位置で妨害される恐れが低下する。
【００５８】
特に図１８を参照するに、カムバー２０８がその最大外方位置に降下された状態で示される。流体圧によるカムバー２０８の降下（または重力、バネ偏倚、及びまたはその他の、流体圧リフト力の除去に応じてのカムバー２０８の降下）により、やはりカムバーリンク２０９はピボット位置２３４を中心として下方にピボット廻動し、かくして、リフトするカムバー２０８を４バーリンク作用により外方に付勢する。カムバー２０８が下方に移動するとラッチ２１４がピボット位置２１６を中心として自由廻転または外方にピボット廻動して連結棒２０４から脱係合し、かくして連結棒２０４の、従って、連結棒２０４に連結した制御棒のスクラム動作を開始させる。スクラム動作は、連結棒２０４の重量がラッチバネ２４０の支援下にラッチ２１４から分離される点でフェイルセーフ的である。詳しくは、ラッチバネ２４０はラッチハウジング２１２と、各ラッチ２１４の上方部分（ピボット位置２１６の上方）との間に押圧下に保持され、かくして、各ラッチ２１４の上方部分を内方に偏倚させ、結局、各ラッチ２１４の下方部分（ピボット位置２１６の下方、即ち、ラッチフィンガ２２４を含む部分）を外方に偏倚させる。
【００５９】
カムバー２０８はその最大外方位置に移動すると、当該外方移動に対する能動ストッパを提供するカムバー支持ハウジング２３２によりその全長さに沿って支持される。カムバー２０８がその最大外方位置に移動するとカムバーリンク２０９が垂直状態に、しかし丁度垂直ではない状態下に最接近し、例えば、ある実施例では垂直から最小角度で２０°を成す位置に位置付けられ、かくして、４バーリンク機構がその垂直中立位置で妨害される恐れが低下する。
【００６０】
図１９及び２０を参照するに、流体圧リフトアセンブリ２１０を含む制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）の上端部の詳細が示される。流体圧リフトアセンブリ２１０は流体圧シリンダ２５０及び流体圧ピストン２５２を含む。流体圧ピストン２５２の頂部にカムバーハンガー２５４が連結され、当該カムバーハンガー２５４から下方のカムバー２０８の上方部分に連結リンク２５６が伸延される。通常運転中（図１９）、流体圧シリンダ２５０は、流体圧ピストン２５２をリフトさせ、かくしてリンク機構２５４、２５６を介してカムバー２０８をリフトさせるべく加圧される。これにより、図１７を参照して説明される如く、各ラッチ２１４が連結棒２０４の上端部２１５と係合する。スクラム中（図２０）は流体圧シリンダ２５０は減圧され、かくして、流体圧ピストン２５２、リンク機構２５４、２５６、カムバー２０８は何れも重力の影響下に降下する。これにより、各ラッチ２１４は図１８を参照して説明される如く連結棒２０４から分離する。図１９及び２０に例示した流体圧リフトアセンブリではスクラム動作は、流体圧ピストン２５２と流体圧アセンブリキャップ２６２との間で圧縮されるスクラム支援バネ２６０が前記流体圧ピストン２５２を下方にバネ偏倚させる点でフェイルセーフ的である。
【００６１】
図１９及び２０では主ネジ２００は例示目的上完全引き抜き状態で示され、ラッチシステムも見えている。しかしながら、図１９及び２０を参照して説明される流体圧リフトアセンブリ２１０の動作を主ネジ２００の任意位置に対して適用可能である。
【００６２】
特に図１９を参照するに、先に図１７を参照して説明した如く、カムバー２０８はその通常状態（ラッチ状態）ではリフトされ、カムバーリンク２０９の作用下にその最大内方位置に位置付けられる。カムバー２０８が内方に移動すると各ラッチ２１４が廻転またはピボット廻動して連結棒２０４の上端部２１５と完全係合する。また、カムバー２０８は、内方に移動して前記連結棒２０４の上端部２１５と完全係合すると、当該カムバーの内方移動のための能動ストッパを提供するカムバーハウジングカバー２２２により、その全長さに沿って支持される。
【００６３】
引き続き図１９を参照するに、その係合状態では流体圧ピストン２５２は、流体圧シリンダ２５０による加圧下の最大リフト位置にある。流体圧ピストンがリフトするに従い、カムバーハンガー２５４が流体圧ピストン２５２によりリフトして一対の連結リンク２５６を上方に引き上げ、結局、カムバー２０８がリフトする。流体圧ピストン２５２はスクラム支援バネ２６０により生じる下方力に抗してもリフトする。ある実施例では、流体圧ピストンリフトアセンブリは僅か５．５ｐｓｉ（約３７９２１.６３５Ｐａ）の圧力差で作動するが、より大きな圧力差での作動も意図されるものとする。
【００６４】
特に図２０を参照するに、先に図１８を参照して説明した如く、カムバー２０８はそのスクラム動作（非ラッチ状態）時は降下し、カムバーリンク２０９の４バーリンク機構の作用によりその最大外方位置にある。カムバー２０８が外方に移動すると各ラッチ２１４は自由にピボット廻動して連結棒２０４から分離され得る。図２０では連結棒２０４は完全装入位置へと、非図示位置にスクラム動作中のため図２０には示されない。カムバー２０８は、外方に移動して最大分離状態となると、当該カムバーの外方移動のための能動ストッパを提供するカムバー支持ハウジング２３２により、その全長さに沿って支持される。
【００６５】
引き続き図２０を参照するに、流体圧シリンダ２５０内の圧力をスクラム動作させる上で、流体圧ピストン２５２の底部側位置における圧力が減圧され、かくして流体圧ピストン２５２が降下可能とされる。好適な方策では前記減圧は、流体圧ピストン２５２への圧力供給を停止すると同時にピストンキャビティを原子炉環境に開放させる二重動作弁（図示せず）により実施される。弁は、スクラムの信頼性上、故障時には減圧側には開放されない。ピストンキャビティ（代表的には小容積の）を素早く開放させるために流れ面積の大きい弁が随意的に使用される。減圧後、カムバー２０８、リンク機構２５４、２５６、流体圧ピストン２５２の合計重量によりカムバー２０８が重力の影響下に降下し、結局、各ラッチ２１４が分離される。
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。
【００６６】
スクラム動作の実施が可能になると、図６〜１５の実施例に関して特に図１２及び１３を参照して説明した再係合プロセスとの類似下に、ラッチアセンブリ２０６が連結棒２０４に再係合する。モーター１８４が駆動され、ラッチアセンブリ２０６と主ネジ２００（やはり相互に固定した）とが、下方の、スクラム作動する連結棒２０４の上端部２１５に向けて移動する。流体圧シリンダ２５０は減圧状態に維持され、各ラッチ２１４は図１８に示す如く、ラッチバネ２４０の偏倚力によりその分離状態に維持される。かくして、各ラッチ２１４はモーター１８４により下方に駆動され、連結棒２０４の上端部２１５位置の合致部分と整列する。例示実施例では、連結棒２０４の上端部２１５あるいはその付近に配置した磁石１１３が、各ラッチ２１４と、連結棒２０４の上端部２１５位置の合致部分との整列時点を検出するべくラッチアセンブリ２０６内の位置インジケータ（図示せず）により磁気的に検出される。各ラッチ２１４が連結棒２０４の上端部２１５位置の合致部分と整列すると流体圧シリンダ２５０が再加圧され、かくして流体圧ピストン２５２を、従ってカムバー２０８をリフトさせて各ラッチ２１４に再係合させる。次いで、モーター１８４を動作させ、主ネジ２００及び再係合された連結棒２０４を所望の動作位置にリフトさせ得る。
【００６７】
他の実施例では、図１９及び２０を参照して説明した流体圧リフトアセンブリ２１０を、例えば、例示した流体圧リフトアセンブリ２１０に代えて制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）の頂部に好適に位置付けた電動ソレノイドリフトアセンブリで代替させ得る。それら電動ソレノイドリフトアセンブリは例示した４バーリンク機構式のラッチカムシステムと好適に連結させ得、ラッチアセンブリ２０６はここで説明される如く機能する。当該実施例では、流体圧ピストン２５２に圧力を付加してカムバーアセンブリを係合させるリフト力を提供させるのに代えて、前記リフト力がソレノイドへの給電により提供される。この電力を遮断するとリフト力は即座に失われ、カムバーは各ラッチから分離し、制御棒束がここで説明する如くスクラム動作する。
【００６８】
図１７、更には図２１を参照するに、図１７に示す断面Ｓが図２１に示される。断面Ｓは、各カムバー２０８と、その連結用のカムバーリンク２０９の１つとの間のカップリングと、各ラッチ２１４のフィンガ２２４と、位置センサの磁石１１３とを通過する。図２１に示す断面Ｓには、位置センサの磁石１１３を通して切断した状態における、カムバー支持ハウジング２３２及び支持用のカムハウジングアセンブリ２３２ａ、ラッチハウジング２１２、連結棒２０４の上端部２１５、の各断面が含まれる。断面Ｓには更に、２つのカムバー２０８及びその各ラッチフィンガ２２４の断面が含まれ、カムバーリンク２０９及びそのカムバー支持ハウジング２３２と係合するピボット位置２３４が、ラッチハウジング２１２と連結するピボット位置２３５を通る断面で示される。図２１に示すように、ピボット位置２３４、２３５はピンにより好適に具体化される。図２１の断面Ｓには、インジケータアセンブリ２７０と磁石１１３との間の磁気カップリングに基づいて連結棒２０４の上端部２１５内の磁石１１３を検出する磁気式位置インジケータアセンブリ２７０も例示される。
【００６９】
先に説明した如く、連結棒２０４はその下端位置で制御棒束と連結する。随意的には、前記連結は１つ以上の中間リンク機構、例えば、図６に例示したヨーク８６、８８を介して実施される。
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。
【００７０】
図６〜２１を参照して説明したＣＲＤＭ実施例は、“グレイロッド”の増分的制御能力と、効率的なスクラム動作能力とを共に有益に提供し、かくして、通常はシャットダウン専用ロッド（例えば、ここで図３〜５を参照して説明した如き）に割り当てるタスクを実行し得る。従って、シャットダウン専用ロッドを省略し、それに代えて図６〜２１等の、例えば図２２及び２３に示す如く構成した制御棒実施例に完全依存することが意図される。他の実施例では、ＬＯＣＡあるいはその他緊急事態に際し、（ｉ）シャットダウン専用ロッド無し、（ｉｉ）緊急時に流体機構を介して各ロッドがシャットダウン機能を実施するよう、図１６〜２１を参照してここで説明した如き流体圧リフトを用いる制御棒の第１セット、（ｉｉｉ）電磁機構を介してシャットダウン機能を実施する形態を有する制御棒の第２セット、を含む構成の使用が意図される。後者、即ち、（ｉｉｉ）電磁機構を介してシャットダウン機能を実施する形態を有する制御棒の第２セットは、例えば、図６ないし１５を参照してここで説明した実施例に従う制御棒、あるいは、図１６〜２１を参照してここで説明した実施例であるが、流体圧リフトアセンブリ２１０をソレノイドリフトアセンブリで代替させた実施例に従う制御棒により具体化され得る。それら構成では、反応制御用の入手可能な全ての制御棒が有益に使用され（あるいは使用し得）、他方、２重の冗長性（流体圧及び電磁的な）を持つ安全システムも提供される。
【００７１】
図６〜２０の各ＣＲＤＭ実施例を参照するに、ラッチを使用して主ネジ２００から連結棒２０４を分離させる（従って、ＣＲＤＭから連結棒２０４を脱カップリングする）際の利益は、ＣＲＤＭを、先ず当該ＣＲＤＭを取り外すことなくＣＲＤＭを通して連結棒を取り外す構成とし得ることである。この能力を提供するべく、ＣＲＤＭはその構造上、主ネジ２００からアンラッチされた連結棒２０４が通過し得る通路を提供する中空の中央部分を備える。ラッチアセンブリを貫く円筒状の開口２８０（図１８及び２０参照）は、各ラッチ２１４の解放時に連結棒２０４が通過するに十分な大きさで形成する。図６〜１５の実施例では前記開口は、中央に位置決めしたラッチバネ１７４を、図１６〜２１の実施例のラッチバネ２４０に類似の側方位置決め型の偏倚機構で代替させることで提供させ得る。図１６〜２１の実施例では、流体圧リフトアセンブリ２１０を貫く円筒状の開口２８２も設けられる（図１９及び２０参照）。開口２８０、２８２は何れも、各ラッチ２１４の開放時に連結棒２０４が通過するに十分な大きさで形成する。後者、即ち、開口２８２に関しては、スクラム支援バネ２６０は、好適には開口２８２を提供する環状バネであり、ピストン２５２は、やはり好適には必要内径を有する中空状に形成される。ソレノイド式リフト等のその他リフト機構の場合、ソレノイドは好適には中空状である。
【００７２】
図２４及び２５を参照するに、ＣＲＤＭを通して取り除く連結棒２０４には、スパイダーあるいはその他の機械的な制御棒構造を着脱自在に連結し、その際、（ｉ）連結棒をＣＲＤＭの上方でスパイダーから取り外し得、且つ、（ｉｉ）連結棒の、前記着脱自在の連結位置における外径が、開口２８０、２８２を通してその下端の引き抜きを防止しないような状態下において、スパイダーあるいはその他の機械的な制御棒構造を着脱自在に連結すべきである。図２４及び図２５には好ましい脱着自在連結部が例示され、低プロファイルの“Ｊ字型溝”が連結棒２０４を制御棒束に連結している。本実施例の脱着自在連結部では、１つ以上の逆“Ｊ字”型の溝３００が連結棒２０４の下端に形成される。これらの溝は連結棒２０４内に凹入されているため、各Ｊ字型溝３００は連結棒２０４の下端位置における外径を増大しない。偏倚バネ３０２が、バネガイド／捕捉要素３０４により、連結棒２０４に近位するその端部位置で終端され、前記各要素３０２、３０４が、棒束３１０の頂部に固定した、ネジ溝付きの全体に円筒状の棒束キャップ３０６の内側に配置される。棒束キャップ３０６は、連結棒２０４の逆“Ｊ字”型の溝３００内に摺動して位置決めされる寸法を有する合致用タブ３１２を含む。連結を確立するために、前記逆“Ｊ字”型の溝３００の長手方向の垂直状部分は棒束キャップ３０６の前記合致用タブ３１２と整列され、次いで、連結棒２０４は偏倚バネ３０２の圧縮力に抗して、前記合致用タブ３１２が下方に押送されて前記溝３００の長手方向垂直上部分に入る。連結棒２０４をタブ３１２が逆Ｊ字型溝３００の水平部分に達するに十分押し下げると、連結棒は番号３１４で示す回転（図２４及び８２５では時計方向の）により、逆Ｊ字型溝３００の短い垂直部分と整列するまで回転する。この時点で、下向き力が除去されることで偏倚バネ３０２による上向きバネ力が連結棒２０４を押し上げ、合致用タブ３１２を逆Ｊ字型溝３００の短い垂直部分に錠止する。当該プロセスを逆順で実施することで連結棒２０４を棒束３１０から分離させる。分離後、偏倚バネ３０２と、バネガイド／捕捉要素３０４は棒束キャップ３０６により棒束３１０位置に保持される。
【００７３】
かくして、連結棒２０４と棒束３１０とが、ラッチ２１４を分離させた状態下に有益に連結／分離され得、従って、ＣＲＤＭを然るべく位置付けた状態下に連結棒２０４を装入または取り出し可能である。これは、主ネジ２００及び連結棒２０４が直結されるが、むしろラッチアセンブリ２０６により連結されることで可能となる。ラッチ２１４が分離していると連結棒２０４は実質的に中空の主ネジ２００内に自由移動可能となり、また、仮に流体圧ピストン２５２（あるいは電磁リフト機構である場合は中空のソレノイド）もまた実質的に中空に作製され、流体圧シリンダ２５０が内径が十分に大きい環状を有する場合は、連結棒２０４は流体圧リフトアセンブリ２１０をも通過する可能性がある。従って、連結棒２０４の装入とは、連結棒２０４をＣＲＤＭの開口内に装入し、装入した連結棒を偏倚バネ３０２に押し当たるまで押し込み（図２４及び２５参照）、次いで、連結棒２０４を例示した廻転３１４に従い廻転させた後に釈放し、かくして偏倚バネ３０２のバネ力が連結の錠止を完了させることであるに等しい。連結棒２０４を取り外すためには当該プロセスを逆順で実施する。
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。
【符号の説明】
【００７４】
１０  原子炉圧力容器
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
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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