(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部と、取り外し可能な上部蓋体（２２）とを有し、上部蓋体が前記下部を塞ぐように水平方向に拡がり、圧力容器を形成する原子炉容器（１２）と、
前記下部に格納され、複数の燃料集合体からなる炉心（１４）と、
前記複数の燃料集合体のうちの対応する１つに出し入れされる少なくとも１つの制御棒（１８）と、前記制御棒に連結されて前記制御棒を対応する前記燃料集合体に出し入れする駆動棒（２０）と、前記制御棒を対応する前記燃料集合体に出し入れするにあたり、前記駆動棒を線形経路に沿って移動するように作動させる駆動機構（ＣＲＤＭ）と、を含む制御棒集合体（１６）と、
を備えた原子炉を有する原子炉発電システム（１０）において、
前記駆動機構が、前記駆動棒を増分距離ずつステップ移動させる少なくとも１つの液圧ピストン（６４，６６，６８）と当該液圧ピストンを囲むシリンダを備えており、前記液圧ピストンを駆動する液圧流体は全部が前記原子炉容器内の原子炉冷却材から得られ、且つ前記シリンダに設けられたベント排出口（７６）から周囲の原子炉冷却材中に直接放出されるものであり、前記液圧ピストンを駆動する圧力差は前記原子炉容器内の前記炉心を隔てて離れた２箇所での圧力の差から得られるものであり、
前記駆動機構（ＣＲＤＭ）は磁気ジャッキ式ではないものの、固定つかみラッチ（４４）と可動つかみラッチ（４６）を含むジャッキ集合体の複数の可動要素を備え、前記固定つかみラッチには第１の液圧ピストン（６８）が機械的に結合されるとともに、前記可動つかみラッチには第２の液圧ピストン（６６）および第３の液圧ピストン（６４）が機械的に結合され、前記第１、第２、および第３の液圧ピストンが夫々磁気ジャッキ式駆動機構の固定つかみコイル、可動つかみコイルおよびリフトコイルの代わりに作動するように構成されており、前記固定つかみラッチおよび可動つかみラッチを所定の順序で動かすべく、前記第１、第２、および第３の液圧ピストンは結合されている対応する前記つかみラッチを作動させるよう制御されることを特徴とする原子炉発電システム。
【請求項２】
前記第１、第２及び第３の液圧ピストン（６４，６６，６８）は略同一の設計であることを特徴とする、請求項１に記載の原子炉発電システム（１０）。
【請求項３】
前記第１、第２及び第３の液圧ピストン（６４，６６，６８）はポペット弁と協働するピストン（７８）により制御されることを特徴とする、請求項２に記載の原子炉発電システム（１０）。
【請求項４】
液圧系の少なくとも一部を除き、前記駆動機構（ＣＲＤＭ）は全体が前記原子炉容器（１２）内に格納されていることを特徴とする、請求項１に記載の原子炉発電システム（１０）。
【請求項５】
前記圧力差は、前記炉心（１４）を囲み、前記炉心と前記原子炉容器（１２）との間にある炉心槽の外側と内側においてとられることを特徴とする、請求項１に記載の原子炉発電システム（１０）。
【請求項６】
前記駆動機構（ＣＲＤＭ）は前記液圧ピストン（６４，６６，６８）を駆動する液圧弁 （７８）を含み、前記液圧弁は冷却材を前記原子炉容器（１２）内に送り込む主充填ポンプ（１０６）からの注入口を含むことを特徴とする、請求項１に記載の原子炉発電システム（１０）。
【請求項７】
前記増分距離は１．６３ｃｍより大きく、５．０８ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の原子炉発電システム（１０）。
【請求項８】
前記増分距離は１．６３ｃｍより大きく、２．５４ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の原子炉発電システム（１０）。
【請求項９】
前記駆動機構（ＣＲＤＭ）は、１６３．２９ｋｇより大きく、４５３．５９ｋｇ以下のリフト能力を有することを特徴とする、請求項１に記載の原子炉発電システム（１０）。
【請求項１０】
下部と、取り外し可能な上部蓋体（２２）とを有し、上部蓋体が前記下部を塞ぐように水平方向に拡がり、圧力容器を形成する原子炉容器（１２）と、
前記下部に格納され、複数の燃料集合体からなる炉心（１４）と、
前記複数の燃料集合体のうちの対応する１つに出し入れされる少なくとも１つの制御棒（１８）と、前記制御棒に連結されて前記制御棒を対応する前記燃料集合体に出し入れする駆動棒（２０）と、前記制御棒を対応する前記燃料集合体に出し入れするにあたり、前記駆動棒を線形経路に沿って移動するように作動させる駆動機構（ＣＲＤＭ）と、を含む制御棒集合体（１６）と、
を備えた原子炉を有する原子炉発電システム（１０）において、
前記駆動機構が、前記駆動棒を移動させる少なくとも１つの液圧ピストン（６４，６６，６８）と当該液圧ピストンを囲むシリンダを備えており、前記液圧ピストンを駆動する液圧流体は全部が前記原子炉容器内の原子炉冷却材から得られ、且つ前記シリンダに設けられたベント排出口（７６）から周囲の原子炉冷却材中に直接放出されるものであり、前記液圧ピストンを駆動する圧力差は前記原子炉容器内の前記炉心を隔てて離れた２箇所での圧力の差から得られるものであり、
前記駆動機構（ＣＲＤＭ）は磁気ジャッキ式ではないものの、固定つかみラッチ（４４）と可動つかみラッチ（４６）を含むジャッキ集合体の複数の可動要素を備え、前記固定つかみラッチには第１の液圧ピストン（６８）が機械的に結合されるとともに、前記可動つかみラッチには第２の液圧ピストン（６６）および第３の液圧ピストン（６４）が機械的に結合され、前記第１、第２、および第３の液圧ピストンが夫々磁気ジャッキ式駆動機構の固定つかみコイル、可動つかみコイルおよびリフトコイルの代わりに作動するように構成されており、前記固定つかみラッチおよび可動つかみラッチを所定の順序で動かすべく、前記第１、第２、および第３の液圧ピストンは結合されている対応する前記つかみラッチを作動させるよう制御されることを特徴とする原子炉発電システム。
【請求項１１】
前記第１、第２及び第３の液圧ピストン（６４，６６，６８）は略同一の設計であることを特徴とする、請求項１０に記載の原子炉発電システム（１０）。
【請求項１２】
前記第１、第２及び第３の液圧ピストン（６４，６６，６８）はポペット弁と協働するピストン（７８）により制御されることを特徴とする、請求項１１に記載の原子炉発電システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１０年１２月９日に出願された、米国仮特許出願第６１／４２１，２４７号（INTERNAL HYDRAULIC CRDM ASSEMBLY）の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は概して原子炉制御システムに関し、具体的には、原子炉の炉心内への、また、炉心からの原子制御棒の移動を制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
加圧水型原子炉等の発電用原子炉においては、濃縮ウランなどの原子燃料の核分裂により熱が発生し、その熱が炉心を流れる冷却材に伝達される。炉心は、細長の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構造を含み、冷却材は、この燃料集合体の中及び上を流れる。燃料棒は同一の拡がりをもつ平行なアレイを形成するように互いに離隔している。所与の燃料棒の燃料原子の原子核崩壊時に放出される中性子及び他の原子粒子の一部は、燃料棒の間の空間を通過し、隣接する燃料棒の核分裂性物質に衝突して、原子核反応及び炉心による熱の発生に寄与する。
【０００４】
移動可能な制御棒は、燃料棒の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反応の全体的な速度の制御を可能にするように、炉心全体に亘って分散配置されている。これらの中性子は、吸収されなければ核分裂反応に寄与するものである。制御棒は一般的に、中性子吸収物質の細長の棒から成り、燃料集合体中において燃料棒の間をそれらに平行に延びる長手方向の穴又は案内シンブルに収まる。制御棒をさらに炉心に挿入すると、より多くの中性子が、隣接する燃料棒の核分裂に寄与することなく吸収される。また、制御棒を引き抜くと、中性子吸収の程度が減少して、原子核反応の速度及び炉心の出力が増大する。
【０００５】
制御棒は、一群の制御棒を炉心に対して前進又は後退させるように移動可能なクラスタ集合体の形で支持される。この目的のため、制御棒駆動機構が、典型的には、少なくとも一部が原子炉容器内の炉心の上方に位置する上部炉心構造の一部として設けられる。加圧水型原子炉の原子炉容器は典型的には高い内圧に加圧され、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に格納されている。図１は、従来技術による原子炉格納容器１０の概略図であって、格納容器１０は典型的な加圧水型原子炉の原子炉圧力容器１２を格納しており、圧力容器１２の下半分の内部に炉心１４が支持されている。制御棒集合体１６、すなわちクラスタ集合体の１つが炉心１４内に入った状態で図示されているが、この集合体は駆動棒２０により燃料集合体（図示せず）の内外に移動される制御棒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体２２を貫通して上方に延びる駆動棒ハウジング２４によって、移動可能に支持される。制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ：control rod drive mechanisms）は、原子炉蓋体の上方の、制御棒駆動ハウジング２４のまわりに位置し、駆動棒を垂直方向に移動させて、炉心１４内の燃料集合体に制御棒１８を挿入し、あるいは燃料集合体から制御棒１８を引き抜く。棒位置指示コイル２６又はその他の指示機構は、ハウジング２４のまわりに配置され、炉心１４に対する駆動棒２０、ひいては制御棒１８の位置を追跡する。位置指示コイル２６の出力は、格納容器１０内のプロセッサである棒位置指示（ＲＰＩ：rod position indicator）電子機器キャビネット２８に供給される。次いで、棒位置指示電子機器キャビネット２８の出力が格納容器の外部の論理キャビネット３０及びＲＰＩ処理ユニット３２に供給される。論理キャビネット３０は、ユーザインタフェース３６からの手動指令と、図示しないプラントセンサから得られた情報に基づいて生成される自動指令とを提供する制御システム３４とインタフェースする。論理キャビネット３０は、ユーザインタフェース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要求信号を受信するか、又は原子炉制御システム３４から自動要求信号を受信し、制御棒１８を所定のスケジュールに従って作動させるのに必要な命令信号を供給する。電力キャビネット３８は、ＣＲＤＭを作動させるためにプログラムされた電流をすべて周知の手法で供給する。
【０００６】
制御棒集合体１６を位置決めするための機構の一種は、制御棒駆動棒を約５／８インチ（１．６３ｃｍ）の増分距離だけ離散ステップで炉心の内外に移動させるように作動可能な磁気ジャッキ式機構である。一実施形態において、制御棒駆動機構は、３つの電磁コイルと、該電磁コイルにより作動される磁極又はプランジャとを有しており、これらは協調して、駆動棒軸２０と、この軸２０に結合された制御棒クラスタ集合体１６とを上下動させる。この３つのコイル（ＣＲＤＭ）は、圧力ハウジング２４の周囲外側に取り付けられる。３つのコイルのうち２つは、該コイルにより作動されると駆動棒軸と係合するつかみラッチを作動するもので、これらつかみラッチのうち一方は軸方向に固定されており、他方は第３のコイルの作用により軸方向に移動可能である。
【０００７】
駆動棒軸は軸方向に離隔した周溝を有し、駆動軸のまわりに周方向に離隔配置されたつかみラッチがこれらの周溝に係合する。第３のコイルは、可動つかみラッチと固定点との間に結合されたリフトプランジャを作動する。制御棒機構への電力が失われると、２つのつかみラッチはいずれも解放状態となり、制御棒は重力によって中性子束最大減衰位置へと落下する。制御棒電力が生きている限りは、固定つかみラッチと可動つかみラッチのうち少なくとも一方が、駆動棒軸を常に保持する。
【０００８】
３つのコイルは、調時的且つ協調的に作動されて、駆動軸を交互に保持又は移動する。つかみ動作と移動の順序は、ステップ移動が後退であるか前進であるかによって異なる。固定つかみラッチ及び可動つかみラッチは実質的に交互に作動するが、一連の移動が行われる際、固定保持状態から前進又は後退のための移動状態に変化する間、両方のつかみラッチは駆動軸と係合している。固定つかみラッチは、可動つかみラッチが駆動軸及び制御棒を下降させる（前進させる）ために新たな係合位置に移動される間、駆動軸を保持することができる。可動つかみラッチは、リフトプランジャの制御により駆動軸を上下動させる時、駆動軸と係合している。可動つかみラッチが駆動軸と係合した後、固定つかみラッチは解放状態となり、次いでプランジャが作動状態又は作動停止状態にされて、一つの方向又はもう一つの方向への移動が生じる。典型的には、ジャッキによる移動又はステップ移動の１つが、駆動棒軸を５／８インチ（１．６ｃｍ）移動させるが、制御棒クラスタを標準的な燃料集合体の下部と上部の間の位置の全体に亘って移動させるには、各ステップ約０．８秒で約２２８のステップが必要である。もっとも、ステップの数は燃料集合体の高さに応じて異なる。
【０００９】
多数の特定のコイル配列及びつかみラッチの設計が可能である。前述したような、固定つかみコイルと、可動つかみコイルと、リフトコイルとを備えたコイルジャッキ機構の例は、例えば米国特許第５，３０７，３８４号、第５，０６６，４５１号、及び第５，００９，８３４号に記載されている。また、米国特許第３，９５９，０７１号に記載されているような、同様に動作する４及び５コイル式線形駆動機構が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，３０７，３８４号
【特許文献２】米国特許第５，０６６，４５１号
【特許文献３】米国特許第５，００９，８３４号
【特許文献４】米国特許第３，９５９，０７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
つかみ及びリフトコイル／磁極の構成にどのような機械的構成が用いられるにしても、リフトコイルは原子炉容器の圧力バウンダリの外側に格納される。ここで、リフトコイルは通例は強制換気により冷却可能であり、駆動棒を取り囲む圧力ハウジングを介してラッチ集合体に磁気的に結合される。しかしながら、開発中の次世代原子炉のうち少なくとも１つは、炉心と、上部炉内構造物と、蒸気発生器と、加圧器と、一次ループ循環ポンプの注入口及び排出口とが同じ圧力容器内に格納されたモジュール式小型炉である。そのような構成においては、制御棒駆動機構全体が、従来構成のコイルが高い信頼度で作動できない原子炉冷却材中に浸かっている。コイルを格納して冷却材との直接接触から保護したとしても、従来のコイルは運転サイクルにおいて経験するであろう温度に耐えることができない。
【００１２】
図２及び３は、そのようなモジュール式小型炉を図示している。図２は、圧力容器及びその内部を示すために一部を破断した斜視図である。図３は、図２に示した圧力容器の拡大図である。加圧器５４は原子炉容器蓋体の上部に一体化されており、別個の構成要素を不要にしている。高温側ライザー５６は、炉心１４から高温側ライザー５６を取り囲む蒸気発生器５８に一次冷却材を導く。６つの原子炉冷却材ポンプ６０が、上部炉内構造物６２の上端付近の高さで、原子炉容器のまわりに周方向に離隔して配置されている。原子炉冷却材ポンプは、水平に設置された軸流キャンドモータポンプである。炉心１４及び上部炉内構造物６２は、寸法を除いて、ＡＰ１０００（登録商標）原子炉の対応する構成要素と実質的に同一である。上記より、従来の磁気ジャッキ式制御棒駆動装置は、図２及び３に図示する設計の原子炉では、コイルが完全に冷却材に浸かるため、高い信頼度で機能できないであろうことが明らかである。また、外部ハウジングによって冷却材から遮蔽されたとしても、磁気コイルの故障を防ぐのに十分な冷却は容易には得られないであろう。
【００１３】
したがって、原子炉冷却材に浸かっている間も実証された機能信頼性を有する新たな制御棒駆動機構が望まれている。
【００１４】
さらに、最小限の試験によって規制要件を満たすような設計が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記及び他の目的は、原子炉容器が下部と、取り外し可能な上部蓋体とを有し、上部蓋体が前記下部を塞ぐように水平方向に拡がって圧力容器を形成する原子炉発電システムにより達成される。炉心は下部に格納され、複数の燃料集合体からなる。複数の燃料集合体のうちの対応する１つに出し入れされる少なくとも１つの制御棒を含む制御棒集合体が設けられている。駆動棒は制御棒に連結されて、制御棒を対応する燃料集合体に出し入れする。駆動機構は、制御棒を対応する燃料集合体に出し入れするにあたり、駆動棒を線形経路に沿って移動するように作動させる。駆動機構は、少なくとも１つの液圧ピストンと当該液圧ピストンを囲むシリンダから成る。液圧ピストンを駆動する液圧流体は全部が原子炉容器内の原子炉冷却材から得られ、且つシリンダに設けられたベント排出口から周囲の原子炉冷却材中に直接放出されるものであり、液圧ピストンを駆動する圧力差は原子炉容器内の炉心を隔てて離れた２箇所での圧力の差から得られる。駆動機構（ＣＲＤＭ）は磁気ジャッキ式ではないものの、固定つかみラッチと可動つかみラッチを含むジャッキ集合体の複数の可動要素を備え、固定つかみラッチには第１の液圧ピストンが機械的に結合されるとともに、可動つかみラッチには第２の液圧ピストンおよび第３の液圧ピストンが機械的に結合されており、さらに、第１、第２、および第３の液圧ピストンが夫々磁気ジャッキ式駆動機構の固定つかみコイル、可動つかみコイルおよびリフトコイルの代わりに作動するように構成されており、固定つかみラッチおよび可動つかみラッチを所定の順序で動かすべく、第１、第２、および第３の液圧ピストンは結合されている対応するつかみラッチを作動させるよう制御される。好ましくは、第１、第２、及び第３の液圧ピストンは略同一の設計であり、第１、第２、及び第３の液圧ピストンは原子炉制御系の指揮下でポペット弁と協働するピストンにより順次制御されるのが望ましい。
【００１６】
好ましくは、液圧系の少なくとも一部を除き、駆動機構は全体が原子炉容器内に格納される。一実施形態において、駆動機構の液圧ピストンを駆動する圧力差は、好ましくは、炉心を囲み、炉心と原子炉容器との間にある炉心槽の外側と内側からとられる。
【００１７】
一実施形態において、駆動機構は液圧ピストンを駆動する液圧弁を含み、ここで、液圧弁は、冷却材を原子炉容器内に送り込む主充填ポンプからの注入口を含む。
【００１８】
別の実施形態において、増分距離は５／８インチ（１．６３ｃｍ）より大きく、２インチ以下（５．０８ｃｍ）である。好ましくは、増分距離は５／８インチ（１．６３ｃｍ）より大きく、１インチ（２．５４ｃｍ）以下である。
【００１９】
好ましくは、駆動機構は、３６０ポンド（１６３．２９ｋｇ）より大きく、１０００ポンド（４５３．５９ｋｇ）以下のリフト能力を有する。
【００２０】
本発明は、以下の好適な実施形態の説明を、添付の図面を参照しながら読むことにより、より良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】制御棒集合体を原子炉容器の炉心に挿入し、炉心から引き抜く制御棒駆動装置を支持する原子炉容器の大要を示す、従来の加圧水型原子炉の原子炉格納容器の概略図である。
【図２】モジュール式小型炉システムを示す一部破断斜視図である。
【図３】図２に示した原子炉の拡大図である。
【図４】駆動装置の内部要素を示すために一部を破断した、図１の制御棒駆動軸駆動装置の拡大概略図である。
【図５】以下に説明する実施形態に従ってつかみラッチの作動に用いられるベローズで封止されたピストンにより駆動されるポペット弁の場所を図示する制御棒駆動棒駆動系の概略図である。
【図６】液圧駆動機構が取り付けられた案内管の上部の概略図であり、制御棒駆動棒を離散ステップで移動させるための可動つかみラッチ及び固定つかみラッチの作動に使用される弁及びシリンダを示す。
【図７】制御棒駆動棒駆動系の可動要素を駆動するベローズで封止された弁への作動流体の制御に使用されるポペットピストン弁の断面図である。
【図８】炉心及び上部炉内構造物と、制御棒駆動棒を駆動するのに用いられる外部接続とを示す原子炉容器の概略断面図である。
【図９】本発明の別の実施形態に従って、案内管の上部に支持され、運転停止棒を２つの位置、すなわちすべて内部又はすべて外部の位置の間で液圧駆動するために、運転停止棒を案内する案内管の上部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に関して前述したように、制御棒は一般的にスパイダ集合体と称されるクラスタ１６の形に取り付けられており、各クラスタは通例、燃料集合体を含む炉心１４の上方の垂直支持ハウジング２４に配設された駆動棒２０により駆動される。制御棒１８を燃料集合体内に前進させ、あるいは燃料集合体から後退させることにより、炉心内の中性子束の減衰が調節される。制御棒駆動機構の可動部は原子炉の圧力エンベロープ内にあり、従来の設計では、この可動部を駆動する電磁コイル（ＣＲＤＭ）が、原子炉の上方に延びるハウジング２４の各々の周囲に配設されている。いくつかの図を参照すれば、同じ参照符号は対応する部分を指すことがわかるであろう。
【００２３】
図４は、駆動棒駆動機構４０を示しているが、この図では、駆動機構４０の関連するコイル４６、４８及び５０が所定の順序で付勢されると、駆動棒２０を係合し、上下動させるように順次作動可能なつかみラッチ４２及び４４を示すために、従来の原子炉のハウジング２４の延長部分が一部破断されている。この構成は、実質的に米国特許第５，００９，８３４号に開示されているものである。
【００２４】
棒制御系は、原子力発電所の図１に示すような計測及び制御系３４と連動して、制御棒を炉心に挿入又は引き抜く機能を果たすシステムである。原子力発電所は、通例、複数群の多数の制御棒集合体を有し、各群に４つの制御棒集合体が含まれるのが典型的である。複数群の制御棒集合体は、一般的には一斉に挿入又は引き抜かれて、原子炉温度及び原子炉出力を調整する。計測及び制御系３４は、原子炉温度及び原子炉出力を監視するとともに、棒制御系に必要に応じて棒の移動を要求する信号を供給する。これらの要求信号に応答して、棒制御系は制御棒を挿入又は引き抜く。制御棒の移動は、制御棒駆動機構４０の各種のコイル４６、４８及び５０（図４に図示）への電力を順次オン／オフすることによって達成される。
【００２５】
前述したように、現在運転中の商用加圧水型原子炉の多くに採用されている制御棒駆動機構は、コイルへ電力を順次印加するたびに制御棒集合体１６の駆動棒を固定増分で移動可能な磁気ジャッキ機構である。制御棒１８のスパイダは、１つの集合体内のすべての制御棒が一斉に移動するように、制御棒駆動棒２０の下部（駆動軸と呼ぶこともある）に取り付けられる。図４に示す制御棒駆動機構４０は、３つのコイル、すなわち固定つかみコイル４６と、可動つかみコイル４８と、リフトコイル５０とを含む。先の段落において述べたように、これらのコイルへの電力を様々な順序でオン及びオフすることによって、従来の制御棒機構４０は、制御棒駆動軸２０及び制御棒１６を炉心に挿入又は引き抜くことができる。より詳細には、制御棒を上昇（後退）させるには、固定つかみラッチ４４が駆動機構と係合し、可動つかみラッチ４２及びプランジャ４１が共に作動停止の状態（プランジャ４１がばね４５により付勢された方向に伸長している）から始めて、以下のステップを順次実行する。駆動棒２０を上昇させる順序は、
【００２６】
１）  可動つかみコイルを付勢して、可動つかみラッチ４２を隣接する駆動棒溝４３と係合させる。
【００２７】
２）  固定つかみラッチ４６を消磁して駆動棒２０との係合関係から離脱させる。
【００２８】
３）  リフトコイル５０を付勢して、可動つかみラッチ４４及び駆動棒２０をリフトプランジャ５２の移動範囲と等しい高さだけ磁気的に上昇させる。
【００２９】
４）  次いで、固定つかみコイル４６を付勢し、固定つかみラッチを隣接する駆動棒溝と接触する位置に移動させ、駆動棒を新たな高さに保持する。すなわち、両方のつかみラッチを係合状態にする。
【００３０】
５）  その後、可動つかみコイル４８を脱勢して、可動つかみラッチ４２を駆動棒の溝との係合関係から離脱させる。そして、
【００３１】
６）  リフトコイル５０を脱勢して、可動つかみラッチ４２を落下させ、上昇させた駆動棒２０よりも１ステップだけ低い開始位置に戻す。
【００３２】
同様に、制御棒を下降させる（前進させる）には、やはり固定つかみコイル４６のみの付勢状態から始めて、以下のステップを順次実行する。下降させる順序は、
【００３３】
１）  リフトコイル５０を付勢して、可動つかみラッチ４２を駆動棒２０に沿って１ステップ上に移動させる。
【００３４】
２）  可動つかみコイル４８を付勢して、可動つかみラッチ４２に駆動棒２０を係合させる。
【００３５】
３）  固定コイル４６を脱勢して、固定つかみラッチ４４を駆動棒から解放する。
【００３６】
４）  リフトコイル５０を脱勢して、可動つかみラッチ４２及び駆動棒を１ステップ落下させる。
【００３７】
５）  固定コイル４６を付勢して、固定つかみラッチ４４を駆動棒２０に前の位置よりも１ステップ高い位置で係合させる。そして、
【００３８】
６）  可動つかみコイル４８を脱勢して、可動つかみラッチ４２を駆動棒２０との係合関係から離脱させる。
【００３９】
前述したように、コイル及びつかみラッチ機構の多様な構成が可能であるが、これらは特許請求の範囲に規定される発明の範囲を減じるべきでない。つかみラッチ及びリフトコイル／磁極の構成にどのような機械的構造が用いられるにしても、コイルは、つかみラッチが、原子炉システムの高コストの運転停止を余儀なくさせるであろう炉心内への制御棒駆動棒の落下を防止するに必要な力を設計通り印加できるように十分な磁場を発生させるべく効果的に作動しなければならない。
【００４０】
また、同じく前述したように、つかみラッチ４２及び４４の作動に用いられる電気コイルは、図２及び３に図示したモジュール式原子炉のような環境では高い信頼度で機能しない蓋然性が高い。しかしながら、ジャッキ機構の可動部、すなわちつかみラッチ及びプランジャ集合体は、長年にわたる使用の結果、信頼性のあることが判明しており、従来のつかみラッチ及びプランジャ集合体の機能及び構造が維持され得るのであれば、これらの新たなモジュール式小型炉の認可に有利であろう。
【００４１】
図５は、本発明の一実施形態に従って変形された制御棒駆動機構４０の周辺における制御棒駆動ハウジング２４の概略図を提供する。従来の駆動機構の電磁コイルは、３つのベローズで封止された液圧ピストン、すなわちリフトピストン６４と、可動つかみラッチピストン６６と、固定つかみラッチピストン６８とに置換される。リフトピストン６４は、作動された時に可動つかみラッチを上方に移動させるリフトプランジャ５２に機械的に結合されている。同様に、可動つかみラッチピストン６６は可動つかみラッチ４２に取り付けられており、作動された時に、可動つかみラッチを駆動軸の隣接する溝に係合させる。同様に、固定つかみラッチピストン６８は固定つかみラッチ４４に機械的に接続されており、作動された時に、固定つかみラッチを駆動軸の隣接する溝に係合させる。シリンダを構成するベローズで封止されたピストン６４，６６及び６８の各々は、ピストンを作動させる原子炉冷却材注入口７０を有し、シリンダに設けられたベント排出口７６を介して上部炉内構造物を通過する周囲の原子炉冷却材の中へ放出を行う。ベローズで封止されたピストン６４，６６及び６８にかかる力は、図８に示す炉心槽７７と原子炉格納容器１０との間の環状部内を流れる冷却材の圧力Ｐ１と、上部炉内構造物６２を介して炉心１４から流出する冷却材の圧力Ｐ２との差から生じる。図６に示される３つのパイロット弁７８はそれぞれ、原子炉制御系からの命令によって、各ラッチ集合体に取り付けられた、ベローズで封止されたピストン６４，６６及び６８を作動する。これらのベローズで封止されたピストンを駆動するための弁は、炉心槽７７の冷温側から導管８２を介して流入する冷却材の多岐管を形成するラッチ集合体ブロック８０の外側に取り付けられる。ラッチ集合体ブロックは、内部を制御棒駆動軸が移動する案内管の上部に取り付けられる。
【００４２】
図７は、パイロット弁７８の１つの断面図である。パイロット弁７８は、この用途のほか炉心への冷却材の追加に用いられる原子炉充填ポンプからの入力８２を受ける。この入力８２は、セラミックを被覆したグラウンドパイロットピストン８８に対して約１００ｐｓｉの力を印加し、ピストンを戻しばね９８の方向に移動させてポペット９２弁を弁座９６から離脱させ、注入口８４を開放可能とする。開状態において、注入口８４は、炉心槽の外側から供給される高圧の原子炉冷却材を対応するラッチ集合体ピストン６４，６６及び６８に接続された排出口９０に通す。開位置では、注入口８４を介して入ってくる高圧の冷却材がピストンベント経路８６を介して漏れないように、ポペット９２弁は弁座９４に当接して封止する。充填ポンプからの入力が注入口８２から除去されると、戻しばね９８がピストン８８をシリンダの反対端に着座させ、注入口８２と弁座９６とを閉鎖する。閉位置では、ラッチピストン集合体は、排出口８６を介して駆動流体を周囲の冷却材に放出することができる。パイロット弁７８の作動は、図８に示す制御系１１６により制御される。制御系１１６は、充填ポンプ１０６の出液がいつパイロットソレノイド弁１００，１０２及び１０４を介して各パイロット弁に供給されるかを制御することによって、パイロット弁７８を開くタイミングを制御する。パイロットソレノイド弁１００，１０２及び１０４はそれぞれ、リフトシリンダ６４、可動つかみラッチシリンダ６６及び固定つかみラッチシリンダ６８用のパイロット弁の注入口８２への冷却材の流れを制御する。充填ポンプからの供給管は、原子炉容器１０の壁を貫通し、クイックロック（quicklok）型の蓋１１４を介して、対応するパイロット弁７８の各注入口８２に接続される。前述のように、リフトプランジャ６４と、可動つかみラッチ６６と、固定つかみラッチ６８とに関連するピストン／シリンダの組み合わせを作動するための供給流体は、導管１１８を介して炉心槽の冷温側から得られる。したがって、この構成は、信頼性が証明済みのつかみラッチ／プランジャ集合体を作動するのに効果的である。充填ポンプからの供給流体が失われると、制御棒はフェイルセイフの状態で炉心内に落下する。
【００４３】
図９は、運転停止棒が全部が炉心の内部、あるいは完全に炉心の外部のいずれかの位置に作動される別の液圧駆動構成を図示する。この実施形態においては、運転停止棒用の駆動棒２０の上部がピストン１２０として形成されている。ピストン１２０は、導管１２８及び注入口１２４を介して炉心槽の冷温側からの入力を受ける。この入力はポペット弁１２６により制御される。ポペット弁１２６は、導管１３０を介して充填ポンプから供給を受ける。この供給流体は、前述したように外部のソレノイド弁を介して制御系により制御される。ソレノイド弁により作動された時、充填ポンプからは導管１３０を介して圧力が印加され、これにより駆動棒２０がシリンダ１２２の上端まで上昇し、シリンダの上部からベント１３２を介して冷却材が排出される。外部のソレノイドが導管１３０を介する充填ポンプの入力を停止させると、導管１２８を介して炉心槽の冷温側から流れる冷却材により伝達される圧力が取り除かれ、ピストン１２０の下方の冷却材がポペット弁１２６を介して放出されるとともに運転停止棒が炉心内に落下する。各運転停止棒につき単一の外部ソレノイド及び単一のポペット弁が使用可能であるが、これはこれらが一斉に動作するためである。
【００４４】
このように、本発明の制御駆動系は、外部の供給源による原子炉冷却材の希釈化をもたらすものではなく、また、漏れは結果的に冷却材中への冷却材の漏れに過ぎないから、水駆動ピストンの封止は不要である。さらに、原子炉冷却材ポンプの喪失により、そのような条件下で望まれる動作である、すべての棒の落下が直接的に引き起こされる。そして、制御棒の増分移動のリフトストロークは、従来得られていた現在の５／８インチ（１．６３ｃｍ）よりも大きくすることができるが、これは、リフト力が磁束に依存せず、１インチ（２．５４ｃｍ）と２インチ（５．０８ｃｍ）との間のストロークを可能とするのに十分な力が印加されるためである。また、リフト能力は約３６０ポンド（１６３．２９ｋｇ）の磁束限界に依存せず、実質的には１，０００ポンド（４５３．５９ｋｇ）までのリフト能力が達成可能である。
【００４５】
本発明を特定の実施形態につき詳細に説明したが、当業者には、開示内容の全体的な教示に照らして、それらの詳細の種々の変形及び代替案を作成することができることがわかるであろう。したがって、開示されている特定の実施形態は、例示的であることを意図しているのみであって本発明の範囲を限定するものではなく、その範囲は添付の請求項ならびにそのあらゆる均等物の全幅を与えられるべきである。
【図１】
0005886312.tif 000002
【図２】
0005886312.tif 000003
【図３】
0005886312.tif 000004
【図４】
0005886312.tif 000005
【図５】
0005886312.tif 000006
【図６】
0005886312.tif 000007
【図７】
0005886312.tif 000008
【図８】
0005886312.tif 000009
【図９】
0005886312.tif 000010