(57)【要約】【課題】通常運転時、内胴、駆動軸、延長軸、および制御棒を保持するコイルに対する負担を小さくすることができる制御棒駆動機構を提供する。【解決手段】本発明による制御棒駆動機構２３は、原子炉圧力容器３７側に回転自在に配置された外胴８と、外胴８内に設けられ、外胴８と係合して回転する内胴９と、内胴９内に配置され内胴９の回転運動を駆動軸１６の上下移動に変換するローラナット１１とを備えている。また、外胴８には、内胴９と係合自在に設けられた揺動フィンガ２１と、揺動フィンガ２１の揺動運動を拘束するアーマチュア２２と、アーマチュア２２を通常運転位置に保持する外胴側ヨーク４およびコイル５とが設けられている。これにより、通常運転時には、アーマチュア２２を通常運転位置に保持し、このアーマチュア２２により揺動フィンガ２１を拘束して揺動フィンガ２１により、内胴１１、駆動軸１６、延長軸２５、および制御棒２７を一体に保持する。【選択図】図１
2011117902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸により制御棒を駆動して原子炉圧力容器の炉心内に制御棒を挿入または引き抜いて炉心を制御する制御棒駆動機構において、
原子炉圧力容器に回転自在に配置された外胴と、
外胴内に設けられ、外胴と係合して回転する内胴と、
内胴内に配置され内胴の回転運動を駆動軸の上下移動に変換するローラナットと、
原子炉圧力容器上部に、内胴と係合自在に設けられ、揺動ピンを介して揺動する揺動フィンガと、
揺動フィンガの揺動運動を拘束するアーマチュアと、
アーマチュアを通常運転位置に保持するヨークおよびコイルと、を備え、
通常運転時にコイルに通電することでアーマチュアが通常運転位置で保持され、揺動フィンガが係合位置に拘束されて内胴、ローラナット、駆動軸、駆動軸と制御棒との間に連結された延長軸、および制御棒を一体として保持し、
スクラム時にコイルへの通電を切ってアーマチュアが落下して揺動フィンガに対する拘束を解除し、内胴、ローラナット、駆動軸、延長軸、および制御棒が一体となって落下することを特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項２】
スクラム時に、コイルへの通電を切ってアーマチュアが落下して揺動フィンガに対する拘束が解除された際、揺動フィンガが解除位置まで回転して内胴との係合を解除することで、内胴、ローラナット、駆動軸、延長軸、および制御棒が一体となって落下することを特徴とする請求項１に記載の制御棒駆動機構。
【請求項３】
スクラム時に、コイルへの通電を切ってアーマチュアが落下して揺動フィンガ上部に接触し、これによって揺動フィンガを強制的に解除位置まで回転させて内胴との係合を解除することで、内胴、ローラナット、駆動軸、延長軸、および制御棒が一体となって落下することを特徴とする請求項１または２に記載の制御棒駆動機構。
【請求項４】
スクラム後、上昇する内胴がアーマチュアに接触してアーマチュアを上昇させ、アーマチュアを係合位置まで戻すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制御棒駆動機構。
【請求項５】
スクラム後、上昇する内胴が揺動フィンガに接触して揺動フィンガを回転させ、揺動フィンガを係合位置まで戻すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の制御棒駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動軸により制御棒を駆動して原子炉圧力容器の上部から炉心内に制御棒を挿入または引き抜いて炉心を制御する制御棒駆動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず図４により従来の制御棒駆動機構について説明する。制御棒駆動機構３２は、駆動軸１６により制御棒を駆動して原子炉圧力容器３７の上部から炉心内に制御棒を挿入または引き抜いて炉心を制御するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような制御棒駆動機構３２は、図４に示すように原子炉圧力容器３７の原子炉圧力容器上鏡１９に回転自在に配置された外胴２９と、外胴２９内に設けられ、外胴２９と係合して回転する内胴３１と、内胴３１内に配置され内胴３１の回転運動を駆動軸１６の上下移動に変換するローラナット１１とを備えている。
【０００４】
また原子炉圧力容器３７の原子炉圧力容器上鏡１９上部にバウンダリ上蓋１８が設けられており、このバウンダリ上蓋１８の上部にモータ１が設置されている。このモータ１の出力軸にはモータ側マグネットカップリング３が直結されている。他方、外胴２９上部に外胴側マグネットカップリング２が設置され、モータ１が回転した際、モータ１からの回転力がモータ側カップリング３および外胴側マグネットカップリング２により、外胴２９に伝達されるようになっている。そして、外胴２９の回転力はキー１０を介して、内胴３１側へ伝達される。内胴３１の内側に設置されたローラナット１１は、内胴３１の内側に設置された駆動軸１６の外面に加工されたネジ部と噛み合っている。
【０００５】
また外胴２９上部であってバウンダリ上蓋１８の内側には、外胴側ヨーク２８が設置され、バウンダリ上蓋１８を外側から囲うようにコイル５が設置されている。また内胴３１の上部にはアーマチュア３０が内胴３１と一体に設けられている。
【０００６】
図４において、コイル５に通電することにより、外胴側ヨーク２８に対してアーマチュア３０を吸着することができ、これにより制御棒、制御棒と駆動軸１６との間に連結された延長軸、駆動軸１６、ローラナット１１および内胴３１を一体で保持することができる。また、コイル５の通電を切ることにより、外胴側ヨーク２８に対するアーマチュア３０の吸着がなくなる。これにより、制御棒、延長軸、駆動軸１６、ローラナット１１および内胴３１を一体で落下させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２７０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図４に示す従来の制御棒駆動機構３２では、コイル５に通電することにより外胴側ヨーク２８に対してアーマチュア３０を吸着し、このことにより制御棒、延長軸、駆動軸１６、ローラナット１１、および内胴３１を外胴側ヨーク２８とアーマチュア３０とにより直接保持している。このためコイル５に対する負担が大きかった。そのためコイル５からの発熱量が大きく、原子炉格納容器内の温度上昇の要因となっている。
【０００９】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、通常運転時において内胴、制御棒、延長軸、および駆動軸を一体で保持する際のコイルに対する負担を小さくすることができる制御棒駆動機構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】
【００１０】
本発明は、駆動軸により制御棒を駆動して原子炉圧力容器の炉心内に制御棒を挿入または引き抜いて炉心を制御する制御棒駆動機構において、原子炉圧力容器に回転自在に配置された外胴と、外胴内に設けられ、外胴と係合して回転する内胴と、内胴内に配置され内胴の回転運動を駆動軸の上下移動に変換するローラナットと、原子炉圧力容器上部に、内胴と係合自在に設けられ、揺動ピンを介して揺動する揺動フィンガと、揺動フィンガの揺動運動を拘束するアーマチュアと、アーマチュアを通常運転位置に保持するヨークおよびコイルと、を備え、通常運転時にコイルに通電することでアーマチュアが通常運転位置で保持され、揺動フィンガが係合位置に拘束されて内胴、ローラナット、駆動軸、駆動軸と制御棒との間に連結された延長軸、および制御棒を一体として保持し、スクラム時にコイルへの通電を切ってアーマチュアが落下して揺動フィンガに対する拘束を解除し、内胴、ローラナット、駆動軸、延長軸、および制御棒が一体となって落下することを特徴とする制御棒駆動機構である。
【００１１】
本発明は、スクラム時に、コイルへの通電を切ってアーマチュアが落下して揺動フィンガに対する拘束が解除された際、揺動フィンガが解除位置まで回転して内胴との係合を解除することで、内胴、ローラナット、駆動軸、延長軸、および制御棒が一体となって落下することを特徴とする制御棒駆動機構である。
【００１２】
本発明は、スクラム時に、コイルへの通電を切ってアーマチュアが落下して揺動フィンガ上部に接触し、これによって揺動フィンガを強制的に解除位置まで回転させて内胴との係合を解除することで、内胴、ローラナット、駆動軸、延長軸、および制御棒が一体となって落下することを特徴とする制御棒駆動機構である。
【００１３】
本発明は、スクラム後、上昇する内胴がアーマチュアに接触してアーマチュアを上昇させ、アーマチュアを係合位置まで戻すことを特徴とする制御棒駆動機構である。
【００１４】
本発明は、スクラム後、上昇する内胴が揺動フィンガに接触して揺動フィンガを回転させ、揺動フィンガを係合位置まで戻すことを特徴とする制御棒駆動機構である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動軸、延長軸、制御棒および内胴を保持するために、コイルと揺動フィンガを併用することができ、コイルに対する負担を小さくすることができるため、コイルからの発熱量を削減することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、コイル発熱量の少ない実用的な上部設置型の制御棒駆動機構を提供できる。制御棒駆動機構を上部に設置できるため、原子炉圧力容器の下部構造を簡略化して、原子炉圧力容器の高さを低くすることができ、耐震設計上有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る制御棒駆動機構を説明するための縦断面図。
【図２】本発明に係る制御棒駆動機構を説明するための全体図。
【図３】本発明に係る制御棒駆動機構が組み込まれた原子炉施設の全体を説明するための配置図。
【図４】従来の制御棒駆動機構を説明するための縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１乃至図３により、本実施の形態による制御棒駆動機構について説明する。ここで、図１は、本発明に係る制御棒駆動機構を説明するための縦断面図であり、図２は、本発明に係る制御棒駆動機構を説明するための全体図であり、図３は、本発明に係る制御棒駆動機構が組み込まれた原子炉施設の全体を説明するための配置図である。
【００１９】
まず、図３により、本発明の制御棒駆動機構が組み込まれた原子炉施設の全体について説明する。
【００２０】
原子炉施設４４は、原子炉圧力容器３７と、この原子炉圧力容器３７内に配置されたバンドルインバスケット４１と、バンドルインバスケット４１内に設置された燃料集合体４２からなる炉心３４と、を備えている。
【００２１】
燃料集合体４２からなる炉心３４は、原子炉圧力容器３７内に取り付けられたシュラウド４０に設けられた炉心支持板４３により支持されている。また、バンドルインバスケット４１の上部はシュラウド４０に保持された上部格子板３９により支持されている。また、シュラウド４０の上部には、シュラウドヘッド３８が配置されており、シュラウドヘッド３８からは制御棒案内管３６が上方に伸びている。なお原子炉圧力容器３７は上方に原子炉圧力容器上鏡１９を有しており、制御棒案内管３６は原子炉圧力容器上鏡１９に設置された本発明による制御棒駆動機構２３に結合されている。
【００２２】
ところで図２に示すように、制御棒駆動機構２３は後述のようにローラナット１１とネジ部を介して結合している駆動軸１６に連結され、この駆動軸１６はグリッパ２４を介して延長軸２５に連結されており、駆動軸１６と延長軸２５は制御棒案内管３６内に沿って案内される。また延長軸２５はグリッパ２６を介して制御棒２７に連結されており、制御棒２７は、炉心３４においてはバンドルインバスケット４１の外周部によって案内される。これにより、駆動軸１６を後述のように制御棒駆動機構２３によって上下動させることで、制御棒２７の炉心３４への挿入または引き抜きを滑らかに行うことができる。
【００２３】
次に原子炉施設４４に組み込まれた本発明の対象となる制御棒駆動機構２３について図１により説明する。本発明による制御棒駆動機構２３は、駆動軸１６により制御棒２７を駆動して原子炉圧力容器３７の上部から炉心３４内に制御棒２７を挿入または引き抜いて炉心３４を制御するものである。
【００２４】
このような制御棒駆動機構２３は、図１に示すように原子炉圧力容器３７の原子炉圧力容器上鏡１９に回転自在に配置された外胴８と、外胴８内に設けられ、外胴８と係合して回転する内胴９と、内胴９内に配置され内胴９の回転運動を駆動軸１６の上下移動に変換するローラナット１１とを備えている。
【００２５】
また原子炉圧力容器３７の原子炉圧力容器上鏡１９上部にバウンダリ上蓋１８が設けられており、このバウンダリ上蓋１８の上部にモータ１が設置されている。このモータ１の出力軸にはモータ側マグネットカップリング３が直結されている。他方、外胴８上部に外胴側マグネットカップリング２が設置され、モータ１が回転した際、モータ１からの回転力がモータ側カップリング３および外胴側マグネットカップリング２により、外胴８に伝達されるようになっている。そして、外胴８の回転力はキー１０を介して、内胴９側へ伝達される。内胴９の内側に設置されたローラナット１１は、内胴９の内側に設置された駆動軸１６の外面に加工されたネジ部と噛み合っている。また、バウンダリ上蓋１８内にアーマチュア２２が上下方向に移動自在に設置されており、このアーマチュア２２内側には揺動フィンガ２１が外胴８に対して揺動自在に設けられている。すなわち揺動フィンガ２１は揺動ピン２０を介して外胴８に対して揺動するとともに、係合位置において内胴９の上端に係合し、スクラム時には解除位置まで回転して内胴９の上端との係合が解除される。
【００２６】
またアーマチュア２２外面にもキー溝が設けられ、外胴８、内胴９、およびアーマチュア２２は同一位相で回転する。さらに外胴８上部であってバウンダリ上蓋１８の内側には、外胴側ヨーク４が設置され、バウンダリ上蓋１８を外側から囲うようにコイル５が設置されている。そしてこのコイル５に通電することにより、外胴側ヨーク４に対してアーマチュア２２を吸着することができる。また、コイル５の通電を切ることにより、外胴側ヨーク４に対するアーマチュア２２の吸着がなくなり、アーマチュア２２を落下させることができる。
【００２７】
上述のように外胴８には揺動ピン２０を介して回転自在に揺動フィンガ２１が設置されており、通常運転時にコイル５へ通電することで外胴側ヨーク４に対してアーマチュア２２を吸着させ、アーマチュア２２により揺動フィンガ２１の外側への回転を拘束し、揺動フィンガ２１を係合位置に保持する。このとき、揺動フィンガ２１には内胴９の上端が係合しており揺動フィンガ２１によって内胴９を保持するとともに、ローラナット１１を介して制御棒２７、延長軸２５、および駆動軸１６を内胴９とともに一体として保持することができる。なお、図１において、原子炉圧力容器上鏡１９内側であって、外胴８の外側には外胴８を外側から囲むようにハウジング７が設けられている。このハウジング７と外胴８の間には、上方ベアリング６と下方ベアリング１４とが各々設けられ、外胴８はハウジング７に対して回転することができる。また、ローラナット１１上部にはバネ１２が設けられ、外胴８内側であって内胴９下側には当て板１３が設けられている。またハウジング７下部内側にはダンパー１５が設けられ、駆動軸１６内に、駆動軸１６の位置を検出する位置検出器１７が設けられている。
【００２８】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００２９】
まず制御棒駆動機構２３の通常運転時の作用について説明する。通常運転時においては反応度調整のために炉心３４内で制御棒２７を下降または上昇（挿入または引抜）させる。このとき、外胴側ヨーク４とアーマチュア２２が接触した状態でコイル５へ通電し、外胴側ヨーク４に対してアーマチュア２２を吸着させる。これにより、揺動フィンガ２１は、アーマチュア２２により外側への回転が拘束され、揺動フィンガ２１は係合位置に保持される。この際、内胴９の上端が揺動フィンガ２１に係合し、内胴９が揺動フィンガ２１により保持される。この状態でモータ１を回転させると、モータ側マグネットカップリング３と外胴側マグネットカップリング２により外胴８にモータ１からの回転力が伝わる。外胴８の回転はキー１０を介して内胴９に伝えられ、内胴９は外胴８と同一位相で回転する。なおモータ１の回転方向を変えることにより、外胴８、および内胴９の回転方向を変えることが可能である。内胴９が回転すると、内胴９の回転運動がローラナット１１により駆動軸１６の上下移動に変換される。駆動軸１６には延長軸２５を通して制御棒２７が結合されており、駆動軸１６の上下動にあわせて制御棒２７の上昇または下降が行われる。
【００３０】
次に、制御棒２７をスクラム（落下）させる際の制御棒駆動機構２３のスクラム時の作用について説明する。スクラム時にコイル５への通電を切る。このことにより、外胴側ヨーク４に対するアーマチュア２２の吸着がなくなり、アーマチュア２２が落下する。このとき揺動フィンガ２１はアーマチュア２２による外側への回転の拘束が解除され、揺動フィンガ２１に係合していた内胴９、制御棒２７、延長軸２５、駆動軸１６、およびローラナット１１の自重により揺動フィンガ２１は揺動ピン２０を中心にして外側へ解除位置まで回転し、揺動フィンガ２１と内胴９との係合が解除される。このとき内胴９はローラナット１１とともに外胴８内面のキー１０に沿って落下する。また内胴９に設置されたローラナット１１は駆動軸１６とネジ部を介して噛み合っているため、駆動軸１６、延長軸２５、および制御棒２７も内胴９およびローラナット１１と一体となって鉛直下方向へ自由落下する。そして自由落下した制御棒２７は、バンドルインバスケット４１の間を落下して、スクラムが完了する。このとき、駆動軸１６、延長軸２５、および制御棒２７は、ダンパー１５により支持されている状態となる。
【００３１】
さらに、制御棒２７のスクラム後、再び通常運転を行うためには、モータ１を駆動軸１６、延長軸２５、および制御棒２７が下方向に移動する向きに回転させる。上述のように駆動軸１６、延長軸２５、および制御棒２７は、ダンパー１５により支持されている状態であり、鉛直下方向への移動が拘束されているため、駆動軸１６、延長軸２５、および制御棒２７に対して相対的に内胴９がキー１０に沿って上昇する。内胴９の上昇中、内胴９上部は上昇途中でアーマチュア２２の当て板に接触し、アーマチュア２２を外胴側ヨーク４と接触する通常運転位置まで上昇させる。また揺動フィンガ２１も内胴９の上昇に合わせ、揺動フィンガ２１の突起部が内胴９の上端と接触し内側へ回転することにより係合位置に戻る。その後、コイル５へ通電し、外胴側ヨーク４に対してアーマチュア２２を吸着させる。これにより、揺動フィンガ２１は、アーマチュア２２により外側への回転を拘束され、係合位置に保持されて内胴９の上端を保持する。その後、モータ１を駆動軸１６、延長軸２５、および制御棒２７が上昇する向きに回転させる。このことにより、制御棒２７、延長軸２５、および駆動軸１６が上昇し、制御棒２７が炉心３４に対して引き抜かれ、通常運転が可能となる。
【００３２】
このように、本実施の形態によれば、コイル５と揺動フィンガ２１とを用いて、駆動軸１６、延長軸２５、制御棒２７および内胴９を保持することができる。このためコイルに対する負担を小さくすることができ、コイルからの発熱量を削減することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１      モータ
２      外胴側マグネットカップリング
３      モータ側マグネットカップリング
４      外胴側ヨーク
５      コイル
６      上方ベアリング
７      ハウジング
８      外胴
９      内胴
１０    キー
１１    ローラナット
１２    バネ
１３    当て板
１４    下方ベアリング
１５    ダンパー
１６    駆動軸
１７    位置検出器
１８    バウンダリ上蓋
１９    原子炉圧力容器上鏡
２０    揺動ピン
２１    揺動フィンガ
２２    アーマチュア
２３    制御棒駆動機構
２４    グリッパ
２５    延長軸
２６    グリッパ
２７    制御棒
２８    外胴側ヨーク
２９    外胴
３０    アーマチュア
３１    内胴
３２    制御棒駆動機構
３３    制御棒
３４    炉心
３６    制御棒案内管
３７    原子炉圧力容器
３８    シュラウドヘッド
３９    上部格子板
４０    シュラウド
４１    バンドルインバスケット
４２    燃料集合体
４３    炉心支持板
４４    原子炉施設
【図１】
2011117902.tif 000003
【図２】
2011117902.tif 000004
【図３】
2011117902.tif 000005
【図４】
2011117902.tif 000006