(57)【要約】【課題】原子炉の緊急停止時における制御棒の挿入の遅延を抑制することが可能な制御棒挿入装置および制御棒挿入方法を提供する。【解決手段】一の実施形態による制御棒挿入装置は、制御棒の上部に位置する駆動棒と前記駆動棒を昇降させる昇降部とを備え前記制御棒を炉心に挿入するための制御棒駆動機構と、前記駆動棒の内部に設けられて前記制御棒に接続される内部駆動棒と、所定の値を超える地震入力に応じて、前記内部駆動棒の上部に流体を供給して前記流体の圧力により前記制御棒を前記炉心に圧入する流体供給部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御棒の上部に位置する駆動棒と前記駆動棒を昇降させる昇降部とを備え前記制御棒を炉心に挿入するための制御棒駆動機構と、
前記駆動棒の内部に設けられて前記制御棒に接続される内部駆動棒と、
所定の値を超える地震入力に応じて、前記内部駆動棒の上部に流体を供給して前記流体の圧力により前記制御棒を前記炉心に圧入する流体供給部と、
を備えることを特徴とする制御棒挿入装置。
【請求項２】
前記流体供給部は、
前記流体を収容する収容部と、
遊動部を収容する揺動部と、
前記遊動部を前記揺動部内の所定の位置に保持する保持力印加部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御棒挿入装置。
【請求項３】
前記流体供給部は、
前記内部駆動棒の上部に供給される前記流体の流路を開閉する流路開閉部と、
前記流路開閉部を開閉させる開閉制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御棒挿入装置。
【請求項４】
前記内部駆動棒の上部に位置するピストンと、
前記ピストンを収容するシリンダとを備え、
前記シリンダは、前記ピストンの上部に、前記流体供給部からの前記流体である第１の流体を導入し、前記ピストンの下部に、前記第１の流体と異なる第２の流体を導入する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の制御棒挿入装置。
【請求項５】
前記制御棒は、カップリングを用いて前記駆動棒に着脱可能に連結されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御棒挿入装置。
【請求項６】
駆動棒と、前記駆動棒を昇降させる昇降部と、前記駆動棒の内部に設けられる内部駆動棒と、を備える装置における制御棒挿入方法であって、
所定の値を超える地震入力に応じて内部駆動棒の上部に流体を供給し、
前記流体の圧力により、前記駆動棒の下部に設けられ前記内部駆動棒に接続される制御棒を炉心に圧入する、
ことを特徴とする制御棒挿入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、制御棒挿入装置および制御棒挿入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉は、その緊急停止時に、原子炉圧力容器の上部に設置された制御棒駆動機構から制御棒を切り離して制御棒を自由落下させ、炉心の健全性を確保するための所定の時間内に制御棒を炉心に挿入する。
【０００３】
制御棒の挿入時間は、地震時のように、制御棒の挿入経路が揺動し制御棒の自由落下が阻害されるような状況でも、遅延しないようにする必要がある。そのため、加圧水型原子炉の緊急停止システムは、想定される地震入力をもとに、所定の時間内に制御棒が炉心に挿入されるように設計されている。しかしながら、地震入力が想定を超えた場合、所定の時間内に制御棒を炉心に挿入できないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７５５７７号公報
【特許文献２】特公平６−８２０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、原子炉の緊急停止時における制御棒の挿入の遅延を抑制することが可能な制御棒挿入装置および制御棒挿入方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一の実施形態による制御棒挿入装置は、制御棒の上部に位置する駆動棒と前記駆動棒を昇降させる昇降部とを備え前記制御棒を炉心に挿入するための制御棒駆動機構と、前記駆動棒の内部に設けられて前記制御棒に接続される内部駆動棒と、所定の値を超える地震入力に応じて、前記内部駆動棒の上部に流体を供給して前記流体の圧力により前記制御棒を前記炉心に圧入する流体供給部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、原子炉の緊急停止時における制御棒の挿入の遅延を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
【図２】第２実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
【図３】第３実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
【図４】第４実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
【図５】第５実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
【図６】第６実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
【図７】第７実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
本実施形態の制御棒挿入装置は、加圧水型原子炉の原子炉圧力容器の上部に設置されている。図１(ａ)は、制御棒挿入装置の構造を示す断面図である。図１(ｂ)と図１(ｃ)はそれぞれ、制御棒挿入装置を図１(ａ)のＡ方向、Ｂ方向に見た矢視図である。図１(ａ)〜図１(ｃ)は、重力方向に垂直で互いに平行なＸ方向およびＹ方向と、重力方向に平行なＺ方向とを示している。
【００１１】
本実施形態の制御棒挿入装置は、制御棒駆動機構１１と、駆動機構支持板１２と、スリーブ１３と、円管１４と、内部駆動棒１５と、ピストン１６と、弁１７と、揺動部の例である第１および第２の拡大管２１ａ、２１ｂと、遊動部の例である第１および第２の円板２２ａ、２２ｂと、保持力印加部の例である第１、第２、第３、および第４の永久磁石２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂと、複数の第１のボール２５ａと、複数の第２のボール２５ｂと、円管２６ａ、２６ｂと、収容部の例である第１および第２の蓄圧器２７ａ、２７ｂとを備えている。なお、符号２１ａ〜２７ｂの構成要素は、流体供給部の例である。
【００１２】
制御棒駆動機構１１は、原子炉圧力容器内の炉心に制御棒１を挿入するための機構である。制御棒駆動機構１１は、制御棒１の上部に位置する駆動棒１１ａと、駆動棒１１ａを昇降させる複数の昇降部１１ｂと、これらの昇降部１１ｂに取り付けられた複数のラッチ部１１ｃと、昇降部１１ｂを昇降させるための複数の電磁石１１ｄとを備えている。制御棒駆動機構１１は、駆動棒１１ａをラッチ部１１ｃにより把持している。制御棒駆動機構１１は、駆動棒１１ａをラッチ部１１ｃにより把持した状態で昇降部１１ｂを電磁石１１ｄにより昇降させることで、駆動棒１１ａを昇降させることができる。
【００１３】
駆動機構支持板１２は、制御棒駆動機構１１を支持している。スリーブ１３は、駆動棒１１ａの下端に取り付けられており、スリーブ１３の内壁面から外壁面へと貫通する小孔１３ａを有している。制御棒駆動機構１１、駆動機構支持板１２、スリーブ１３、および制御棒１の周りの空間には、流体２が存在している。流体２は、例えば液体である。
【００１４】
本実施形態の加圧水型原子炉の運転時において、制御棒１は、炉心の圧力により浮遊しており、スリーブ１３の下端に接している。制御棒駆動機構１１は、駆動棒１１ａの昇降により、制御棒１の位置を調整することができる。制御棒駆動機構１１は、本実施形態の加圧水型原子炉の緊急停止時において、ラッチ部１１ｃによる駆動棒１１ａの把持を開放することで、制御棒１を炉心に自由落下させることができる。
【００１５】
円管１４は、４本の円管１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに分岐している。これらの円管１４ａ〜１４ｄのうち、円管１４ｃは、駆動棒１１ａの内部に挿通されている。また、内部駆動棒１５は、円管１４ｃを介して駆動棒１１ａおよびスリーブ１３の内部に挿通されている。円管１４ｃと内部駆動棒１５は、制御棒１の上部に位置しており、内部駆動棒１５の下端は、制御棒１の上端に取り付けられている。
【００１６】
ピストン１６は、円管１４ｃ内において内部駆動棒１５の上部に位置しており、内部駆動棒１５の上端に取り付けられている。弁１７は、円管１４ｄ上に設置されている。
【００１７】
第１の拡大管２１ａは、Ｚ方向を軸方向とする円管である。第１の拡大管２１ａは、円管１４ａ、２６ａに連結されており、これらの円管１４ａ、２６ａよりも大きな直径を有している。第１の拡大管２１ａは、第１の円板２２ａを、第１の拡大管２１ａ内で遊動可能なように収容している。第１の円板２２ａは、Ｚ方向に垂直な方向に遊動する。
【００１８】
第２の拡大管２１ｂは、Ｘ方向を軸方向とする円管である。第２の拡大管２１ｂは、円管１４ｂ、２６ｂに連結されており、これらの円管１４ｂ、２６ｂよりも大きな直径を有している。第２の拡大管２１ｂは、第２の円板２２ｂを、第２の拡大管２１ｂ内で遊動可能なように収容している。第２の円板２２ｂは、Ｘ方向に垂直な方向に遊動する。
【００１９】
第１の永久磁石２３ａは、第１の拡大管２１ａの内周面に固定されている。第３の永久磁石２４ａは、第１の円板２２ａの外周面に固定されている。第１の永久磁石２３ａと第３の永久磁石２４ａとの間には、磁気力が作用している。これにより、第１および第３の永久磁石２３ａ、２４ａは、第１の円板２２ａを第１の拡大管２１ａ内の所定の位置に保持するための力を、第１の円板２２ａに印加している。この所定の位置は、円管１４ａと円管２６ａとの間の流体３ａの流路を閉塞する位置である。
【００２０】
第２の永久磁石２３ｂは、第２の拡大管２１ｂの内周面に固定されている。第４の永久磁石２４ｂは、第２の円板２２ｂの外周面に固定されている。第２の永久磁石２３ｂと第４の永久磁石２４ｂとの間には、磁気力が作用している。これにより、第２および第４の永久磁石２３ｂ、２４ｂは、第２の円板２２ｂを第２の拡大管２１ｂ内の所定の位置に保持するための力を、第２の円板２２ｂに印加している。この所定の位置は、円管１４ｂと円管２６ｂとの間の流体３ｂの流路を閉塞する位置である。
【００２１】
第１のボール２５ａは、第１の拡大管２１ａと第１の円板２２ａとの間に介在する球状部材である。第１のボール２５ａは、第１の円板２２ａの遊動を補助する機能と、第１の拡大管２１ａと第１の円板２２ａとの間の隙間を封止する機能とを有している。図１(ｂ)は、第１のボール２５ａの配置例を示している。
【００２２】
第２のボール２５ｂは、第２の拡大管２１ｂと第２の円板２２ｂとの間に介在する球状部材である。第２のボール２５ｂは、第２の円板２２ｂの遊動を補助する機能と、第２の拡大管２１ｂと第２の円板２２ｂとの間の隙間を封止する機能とを有している。図１(ｃ)は、第２のボール２５ｂの配置例を示している。
【００２３】
第１の蓄圧器２７ａは、流体３ａを収容しており、円管２６ａを介して第１の拡大管２１ａに連結されている。流体３ａは、例えば液体である。第１の蓄圧器２７ａ内の流体３ａは、円管２６ａ、第１の拡大管２１ａ、および円管１４ａを介して、円管１４ｃ内のピストン１６の上部に供給される。
【００２４】
第２の蓄圧器２７ｂは、流体３ｂを収容しており、円管２６ｂを介して第２の拡大管２１ｂに連結されている。流体３ｂは、例えば液体である。第２の蓄圧器２７ｂ内の流体３ｂは、円管２６ｂ、第２の拡大管２１ｂ、および円管１４ｂを介して、円管１４ｃ内のピストン１６の上部に供給される。
【００２５】
（第１実施形態の制御棒挿入装置の動作）
次に、引き続き図１を参照し、第１実施形態の制御棒挿入装置の動作を説明する。
第１の拡大管２１ａが、地震入力に応じて、Ｚ方向に垂直な方向に揺動すると、第１の円板２２ａは、第１の拡大管２１ａ内において所定の位置から変位する。しかしながら、第１の円板２２ａには、第１の円板２２ａを所定の位置に保持するための力が印加されている。そのため、地震入力の値が小さい場合には、第１の円板２２ａは所定の位置付近に保持される。その結果、円管１４ａと円管２６ａとの間の流路は、第１の円板２２ａにより閉塞され続け、第１の蓄圧器２７ａ内の流体３ａは、ピストン１６の上部には供給されない。
【００２６】
しかしながら、地震入力の値が大きい場合には、第１の円板２２ａは所定の位置から大きく変位する。よって、所定の値を超える地震入力に応じて、第１の円板２２ａが所定の位置から所定の距離だけ変位した場合には、円管１４ａと円管２６ａとの間の流路の閉塞が解消される。その結果、第１の蓄圧器２７ａ内の流体３ａが、ピストン１６の上部に供給される。なお、所定の距離は、円管１４ａと円管２６ａとの間の流路の閉塞が解消される距離であり、所定の値は、第１の円板２２ａが閉塞を解消する位置に変位するように、第１の拡大管２１ａを揺動させる値である。
【００２７】
また、第２の拡大管２１ｂが、地震入力に応じて、Ｘ方向に垂直な方向に揺動すると、第２の円板２２ｂは、第２の拡大管２１ｂ内において所定の位置から変位する。しかしながら、第２の円板２２ｂには、第２の円板２２ｂを所定の位置に保持するための力が印加されている。そのため、地震入力の値が小さい場合には、第２の円板２２ｂは所定の位置付近に保持される。その結果、円管１４ｂと円管２６ｂとの間の流路は、第２の円板２２ｂにより閉塞され続け、第２の蓄圧器２７ｂ内の流体３ｂは、ピストン１６の上部には供給されない。
【００２８】
しかしながら、地震入力の値が大きい場合には、第２の円板２２ｂは所定の位置から大きく変位する。よって、所定の値を超える地震入力に応じて、第２の円板２２ｂが所定の位置から所定の距離だけ変位した場合には、円管１４ｂと円管２６ｂとの間の流路の閉塞が解消される。その結果、第２の蓄圧器２７ｂ内の流体３ｂが、ピストン１６の上部に供給される。なお、所定の距離は、円管１４ｂと円管２６ｂとの間の流路の閉塞が解消される距離であり、所定の値は、第２の円板２２ｂが閉塞を解消する位置に変位するように、第２の拡大管２１ｂを揺動させる値である。
【００２９】
このように、本実施形態の制御棒挿入装置は、所定の値を超える地震入力に応じて、ピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂを供給するように動作する。流体３ａ、３ｂがピストン１６の上部に供給されると、流体３ａ、３ｂの圧力がピストン１６と内部駆動棒１５とを介して制御棒１に印加されることにより、制御棒１が炉心に圧入される。
【００３０】
本実施形態においては、大きな地震が発生した際に、制御棒１を炉心に自由落下させるために、ラッチ部１１ｃによる駆動棒１１ａの把持が開放される。また、本実施形態の制御棒挿入装置は、所定の値を超える地震入力に応じて、ピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂを供給するように動作する。よって、本実施形態によれば、大きな地震が発生した際に、制御棒１の重力と流体３ａ、３ｂの圧力の作用により、制御棒１を炉心に圧入することができる。本実施形態の制御棒１は、内部駆動棒１５およびピストン１６と連結された状態で炉心に落下する。
【００３１】
本実施形態において、制御棒１を元の位置に復帰させる場合には、弁１７を開いて円管１４内の流体３ａ、３ｂを排出する。その結果、小孔１３ａを介してピストン１６の下面に印加される流体２の圧力が、ピストン１６の上面に印加される圧力よりも大きくなり、内部駆動棒１５および制御棒１が上昇する。これにより、制御棒１を元の位置に復帰させることが可能となる。
【００３２】
以上のように、本実施形態の制御棒挿入装置は、所定の値を超える地震入力に応じて、ピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂを供給するように動作する。よって、本実施形態によれば、制御棒１の重力と流体３ａ、３ｂの圧力の作用により制御棒１を炉心に圧入することができ、その結果、原子炉の緊急停止時における制御棒１の挿入の遅延を抑制することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態の制御棒挿入装置は、所定の値を超える地震入力を、第１の円板２２ａを収容する第１の拡大管２１ａと、第２の円板２２ｂを収容する第２の拡大管２１ｂにより機械的に検出し、この検出結果に応じてピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂを供給する。ただし、本実施形態の制御棒挿入装置は、所定の値を超える地震入力をその他の手法（例えば電気的な手法）により検出し、この検出結果に応じてピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂを供給してもよい。しかしながら、電気的な手法を採用する場合には、一般に、地震入力の検出と流体３ａ、３ｂの供給との間に種々の演算を行う必要がある。そのため、本実施形態のような機械的な手法には、種々の演算による制御棒１の挿入の遅延を回避できるという利点や、種々の演算のための演算部を設置する必要がないという利点がある。
【００３４】
また、本実施形態の制御棒挿入装置は、第１および第２拡大管２１ａ、２１ｂを備えているが、第１および第２拡大管２１ａ、２１ｂのいずれか一方のみを備えていてもよい。ただし、制御棒挿入装置が第１および第２拡大管２１ａ、２１ｂの両方を備えている場合には、制御棒挿入装置が第１および第２拡大管２１ａ、２１ｂの一方のみを備えている場合に比べて、様々な方向への揺動を容易に検出することが可能である。また、本実施形態の制御棒挿入装置は、３つ以上の拡大管２１を備えていてもよい。
【００３５】
なお、本実施形態の制御棒挿入装置は、ピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂの少なくともいずれかが供給されれば、制御棒１を炉心に圧入することができる。
【００３６】
また、本実施形態の第１の円板２２ａが閉塞解消位置に変位すると、流体３ａが第１の拡大管２１ａを通って流れ始める。この場合、流体３ａから第１の円板２２ａには、第１の円板２２ａが所定の位置に復帰することを阻止する力が作用する。よって、本実施形態においては、流体３ａが第１の拡大管２１ａを通って流れ始めると、第１の拡大管２１ａに十分な流量の流体３ａが供給され続ける限り、第１の円板２２ａは所定の位置には復帰せず、ピストン１６の上部への流体３ａの供給が継続される。よって、本実施形態によれば、流体３ａによる制御棒１の圧入を継続することができる。これは、第２の円板２２ｂに関しても同様である。
【００３７】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。本実施形態において、第１実施形態と同一の構成には第１実施形態と同一の符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略する（第３から第７実施形態においても同様）。
【００３８】
本実施形態の制御棒挿入装置は、第１から第４の永久磁石２３ａ〜２４ｂの代わりに、保持力印加部の例である第１および第２の弾性体２８ａ、２８ｂを備えている。符号２１ａ〜２８ｂの構成要素は、流体供給部の例である。
【００３９】
第１の弾性体２８ａは、第１の拡大管２１ａの内周面と第１の円板２２ａの外周面との間に設置されている。これにより、第１の弾性体２８ａは、第１の円板２２ａを第１の拡大管２１ａ内の所定の位置に保持するための力を、弾性力により第１の円板２２ａに印加している。この所定の位置は、円管１４ａと円管２６ａとの間の流体３ａの流路を閉塞する位置である。
【００４０】
第２の弾性体２８ｂは、第２の拡大管２１ｂの内周面と第２の円板２２ｂの外周面との間に設置されている。これにより、第２の弾性体２８ｂは、第２の円板２２ｂを第２の拡大管２１ｂ内の所定の位置に保持するための力を、弾性力により第２の円板２２ｂに印加している。この所定の位置は、円管１４ｂと円管２６ｂとの間の流体３ｂの流路を閉塞する位置である。
【００４１】
本実施形態の制御棒挿入装置は、第１実施形態の制御棒挿入装置と同様に、所定の値を超える地震入力に応じて、ピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂを供給するように動作する。よって、本実施形態によれば、制御棒１の重力と流体３ａ、３ｂの圧力の作用により制御棒１を炉心に圧入することができ、その結果、原子炉の緊急停止時における制御棒１の挿入の遅延を抑制することが可能となる。
【００４２】
（第３実施形態）
図３は、第３実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
本実施形態の制御棒挿入装置は、第１および第２のボール２５ａ、２５ｂの代わりに、磁性流体４ａ、４ｂと、第５および第６の永久磁石２９ａ、２９ｂとを備えている。符号２１ａ〜２９ｂの構成要素は、流体供給部の例である。
【００４３】
磁性流体４ａは、磁性を有する流体であり、第１の拡大管２１ａと第１の円板２２ａとの間に介在している。磁性流体４ａは、例えば液体である。磁性流体４ａは、第５の永久磁石２９ａの磁気力により、第１の拡大管２１ａと第１の円板２２ａとの間に保持されている。磁性流体４ａは、第１の円板２２ａの遊動を補助する機能と、第１の拡大管２１ａと第１の円板２２ａとの間の隙間を封止する機能とを有している。
【００４４】
磁性流体４ｂは、磁性を有する流体であり、第２の拡大管２１ｂと第２の円板２２ｂとの間に介在している。磁性流体４ｂは、例えば液体である。磁性流体４ｂは、第６の永久磁石２９ｂの磁気力により、第２の拡大管２１ｂと第２の円板２２ｂとの間に保持されている。磁性流体４ｂは、第２の円板２２ｂの遊動を補助する機能と、第２の拡大管２１ｂと第２の円板２２ｂとの間の隙間を封止する機能とを有している。
【００４５】
本実施形態の制御棒挿入装置は、第１実施形態の制御棒挿入装置と同様に、所定の値を超える地震入力に応じて、ピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂを供給するように動作する。よって、本実施形態によれば、制御棒１の重力と流体３ａ、３ｂの圧力の作用により制御棒１を炉心に圧入することができ、その結果、原子炉の緊急停止時における制御棒１の挿入の遅延を抑制することが可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態の制御棒挿入装置は、第１および第２の弾性体２８ａ、２８ｂの代わりに、第１から第４の永久磁石２３ａ〜２４ｂを備えていてもよい。
【００４７】
（第４実施形態）
図４は、第４実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
本実施形態の制御棒挿入装置は、円管２６ａ、２６ｂと、第１および第２の蓄圧器２７ａ、２７ｂの代わりに、円管２６と、収容部の例である蓄圧器２７と、開閉制御部の例である第１、第２、第３、および第４のスイッチ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、第１および第２のケーブル３３ａ、３３ｂ、第１および第２の電源３４ａ、３４ｂ、および第３のケーブル３５と、流路開閉部の例である電磁弁３６とを備えている。符号２１ａ〜３６の構成要素は、流体供給部の例である。また、本実施形態の円管１４は、３本の円管１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに分岐している。
【００４８】
蓄圧器２７は、流体３を収容しており、円管２６に連結されている。流体３は、例えば液体である。蓄圧器２７内の流体３は、円管２６と円管１４ｅとを介して、円管１４ｃ内のピストン１６の上部に供給される。円管２６と円管１４ｅとの間には、電磁弁３６が設置されている。
【００４９】
第１のスイッチ３１ａは、第１の拡大管２１ａの内周面に、第１の永久磁石２３ａを介して固定されている。第３のスイッチ３２ａは、第１の円板２２ａの外周面に、第３の永久磁石２４ａを介して固定されている。第１および第３の永久磁石２３ａ、２４ａは、第１の円板２２ａを第１の拡大管２１ａ内の所定の位置に保持するための力を、磁気力により第１の円板２２ａに印加している。この所定の位置は、第１の拡大管２１ａの中心部であり、第１のスイッチ３１ａと第３のスイッチ３２ａとが接触しない位置である。
【００５０】
第２のスイッチ３１ｂは、第２の拡大管２１ｂの内周面に、第２の永久磁石２３ｂを介して固定されている。第４のスイッチ３２ｂは、第２の円板２２ｂの外周面に、第４の永久磁石２４ｂを介して固定されている。第２および第４の永久磁石２３ｂ、２４ｂは、第２の円板２２ｂを第２の拡大管２１ｂ内の所定の位置に保持するための力を、磁気力により第２の円板２２ｂに印加している。この所定の位置は、第２の拡大管２１ｂの中心部であり、第２のスイッチ３１ｂと第４のスイッチ３２ｂとが接触しない位置である。
【００５１】
第１のケーブル３３ａは、第１の円板２２ａ内に配置されており、第３のスイッチ３２ａと第１の円板２２ａの底面とを電気的に接続している。
【００５２】
第２のケーブル３３ｂは、第２の円板２２ｂ内に配置されており、第４のスイッチ３２ｂと第２の円板２２ｂの底面とを電気的に接続している。
【００５３】
第３のケーブル３５は、第１のスイッチ３１ａと第１の拡大管２１ａの底面とを電気的に接続している第１の部分と、第２のスイッチ３１ｂと第２の拡大管２１ｂの底面とを電気的に接続している第２の部分と、第１および第２の部分と電磁弁３６とを電気的に接続している第３の部分とを備えている。第１および第２の電源３４ａ、３４ｂはそれぞれ、第３のケーブル３５の第１および第２の部分上に設置されている。
【００５４】
第１のスイッチ３１ａと第３のスイッチ３２ａとが接触する位置まで第１の円板２２ａが変位すると、第１のケーブル３３ａと第３のケーブル３５の第１の部分とが回路を形成する。その結果、第１の電源３５ａからの電流が電磁弁３６に供給され、電磁弁３６が開く。これにより、蓄圧器２７内の流体３がピストン１６の上部に供給される。
【００５５】
また、第２のスイッチ３１ｂと第４のスイッチ３２ｂとが接触する位置まで第２の円板２２ｂが変位すると、第２のケーブル３３ｂと第３のケーブル３５の第２の部分とが回路を形成する。その結果、第２の電源３５ｂからの電流が電磁弁３６に供給され、電磁弁３６が開く。これにより、蓄圧器２７内の流体３がピストン１６の上部に供給される。
【００５６】
なお、本実施形態の電磁弁３６は、第１および第２の電源３５ａ、３５ｂの少なくともいずれかから電流が供給されれば開になる。
【００５７】
（第４実施形態の制御棒挿入装置の動作）
次に、引き続き図４を参照し、第４実施形態の制御棒挿入装置の動作を説明する。
第１の拡大管２１ａが、地震入力に応じて、Ｚ方向に垂直な方向に揺動すると、第１の円板２２ａは、第１の拡大管２１ａ内において所定の位置から変位する。しかしながら、第１の円板２２ａには、第１の円板２２ａを所定の位置に保持するための力が印加されている。そのため、地震入力の値が小さい場合には、第１の円板２２ａは所定の位置付近に保持される。その結果、円管２６と円管１４ｅとの間の流路は、電磁弁３６により閉じられたままとなり、蓄圧器２７内の流体３はピストン１６の上部には供給されない。
【００５８】
しかしながら、地震入力の値が大きい場合には、第１の円板２２ａは所定の位置から大きく変位する。よって、所定の値を超える地震入力に応じて、第１の円板２２ａが所定の位置から所定の距離だけ変位した場合には、第１のスイッチ３１ａと第３のスイッチ３２ａとが接触し、電磁弁３６が開く。その結果、蓄圧器２７内の流体３がピストン１６の上部に供給される。なお、所定の距離は、第１および第３のスイッチ３１ａ、３２ａが接触する距離であり、所定の値は、第１および第３のスイッチ３１ａ、３２ａが接触する位置に第１の円板２２ａが変位するように、第１の拡大管２１ａを揺動させる値である。
【００５９】
また、第２の拡大管２１ｂが、地震入力に応じて、Ｘ方向に垂直な方向に揺動すると、第２の円板２２ｂは、第２の拡大管２１ｂ内において所定の位置から変位する。しかしながら、第２の円板２２ｂには、第２の円板２２ｂを所定の位置に保持するための力が印加されている。そのため、地震入力の値が小さい場合には、第２の円板２２ｂは所定の位置付近に保持される。その結果、円管２６と円管１４ｅとの間の流路は、電磁弁３６により閉じられたままとなり、蓄圧器２７内の流体３はピストン１６の上部には供給されない。
【００６０】
しかしながら、地震入力の値が大きい場合には、第２の円板２２ｂは所定の位置から大きく変位する。よって、所定の値を超える地震入力に応じて、第２の円板２２ｂが所定の位置から所定の距離だけ変位した場合には、第２のスイッチ３１ｂと第４のスイッチ３２ｂとが接触し、電磁弁３６が開く。その結果、蓄圧器２７内の流体３がピストン１６の上部に供給される。なお、所定の距離は、第２および第４のスイッチ３１ｂ、３２ｂが接触する距離であり、所定の値は、第２および第４のスイッチ３１ｂ、３２ｂが接触する位置に第２の円板２２ｂが変位するように、第２の拡大管２１ｂを揺動させる値である。
【００６１】
以上のように、本実施形態の制御棒挿入装置は、所定の値を超える地震入力に応じて、ピストン１６の上部に流体３を供給するように動作する。よって、本実施形態によれば、制御棒１の重力と流体３の圧力の作用により制御棒１を炉心に圧入することができ、その結果、原子炉の緊急停止時における制御棒１の挿入の遅延を抑制することが可能となる。
【００６２】
また、本実施形態の第１および第２の拡大管２１ａ、２１ｂは、所定の値を超える地震入力を検出する機能を有しているが、流体３ａ、３ｂを供給するための流路を開閉する機能は有していない。代わりに、本実施形態の電磁弁３６が、流体３を供給するための流路を開閉する機能を有している。このように、本実施形態によれば、地震入力を検出する機能を有する構成要素と、流路を開閉する機能を有する構成要素とを分離することが可能となる。
【００６３】
（第５実施形態）
図５は、第５実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
本実施形態の制御棒挿入装置は、第４実施形態の制御棒挿入装置の開閉制御部から、第１から第４のスイッチ３１ａ〜３２ｂと、第１および第２の電源３４ａ、３４ｂとを削除した構造を有している。そして、本実施形態の制御棒挿入装置は、永久磁石間の電磁誘導により生じる誘導電流によって流路開閉部３６を開閉させる。
【００６４】
第１のケーブル３３ａは、第１の円板２２ａ内に配置されており、第３の永久磁石２４ａの外周面と第１の円板２２ａの底面とを電気的に接続している。第１および第３の永久磁石２３ａ、２４ａは、第１の円板２２ａを第１の拡大管２１ａ内の所定の位置に保持するための力を、磁気力により第１の円板２２ａに印加している。この所定の位置は、第１の拡大管２１ａの中心部であり、第１の永久磁石２３ａと第３の永久磁石２４ａとが接触しない位置である。
【００６５】
第２のケーブル３３ｂは、第２の円板２２ｂ内に配置されており、第４の永久磁石２４ｂの外周面と第２の円板２２ｂの底面とを電気的に接続している。第２および第４の永久磁石２３ｂ、２４ｂは、第２の円板２２ｂを第２の拡大管２１ｂ内の所定の位置に保持するための力を、磁気力により第２の円板２２ｂに印加している。この所定の位置は、第２の拡大管２１ｂの中心部であり、第２の永久磁石２３ｂと第４の永久磁石２４ｂとが接触しない位置である。
【００６６】
第３のケーブル３５は、第１の永久磁石２３ａの内周面と第１の拡大管２１ａの底面とを電気的に接続している第１の部分と、第２の永久磁石２３ｂの内周面と第２の拡大管２１ｂの底面とを電気的に接続している第２の部分と、第１および第２の部分と電磁弁３６とを電気的に接続している第３の部分とを備えている。
【００６７】
第１の円板２２ａが遊動すると、第１の永久磁石２３ａと第３の永久磁石２４ａとの間での電磁誘導により、第１のケーブル３３ａ内に誘導電流が発生する。さらに、第１および第３の永久磁石２３ａ、２４ａが接触する位置まで第１の円板２２ａが変位すると、第１のケーブル３３ａと第３のケーブル３５の第１の部分とが回路を形成する。その結果、第１のケーブル３３ａ内の誘導電流が電磁弁３６に供給され、電磁弁３６が開く。これにより、蓄圧器２７内の流体３がピストン１６の上部に供給される。
【００６８】
また、第２の円板２２ｂが遊動すると、第２の永久磁石２３ｂと第４の永久磁石２４ｂとの間での電磁誘導により、第２のケーブル３３ｂ内に誘導電流が発生する。さらに、第２および第４の永久磁石２３ｂ、２４ｂが接触する位置まで第２の円板２２ｂが変位すると、第２のケーブル３３ｂと第３のケーブル３５の第２の部分とが回路を形成する。その結果、第２のケーブル３３ｂ内の誘導電流が電磁弁３６に供給され、電磁弁３６が開く。これにより、蓄圧器２７内の流体３がピストン１６の上部に供給される。
【００６９】
なお、本実施形態の電磁弁３６は、第１および第２のケーブル３３ａ、３３ｂの少なくともいずれかから誘導電流が供給されれば開になる。
【００７０】
（第５実施形態の制御棒挿入装置の動作）
次に、引き続き図５を参照し、第５実施形態の制御棒挿入装置の動作を説明する。
【００７１】
地震入力の値が大きい場合には、第１の円板２２ａは所定の位置から大きく変位する。よって、所定の値を超える地震入力に応じて、第１の円板２２ａが所定の位置から所定の距離だけ変位した場合には、第１および第３の永久磁石２３ａ、２４ａが接触し、第１のケーブル３３ａからの誘導電流により電磁弁３６が開く。その結果、蓄圧器２７内の流体３がピストン１６の上部に供給される。なお、所定の距離は、第１および第３の永久磁石２３ａ、２４ａが接触する距離であり、所定の値は、第１および第３の永久磁石２３ａ、２４ａが接触する位置に第１の円板２２ａが変位するように、第１の拡大管２１ａを揺動させる値である。
【００７２】
また、地震入力の値が大きい場合には、第２の円板２２ｂは所定の位置から大きく変位する。よって、所定の値を超える地震入力に応じて、第２の円板２２ｂが所定の位置から所定の距離だけ変位した場合には、第２および第４の永久磁石２３ｂ、２４ｂが接触し、第２のケーブル３３ｂからの誘導電流により電磁弁３６が開く。その結果、蓄圧器２７内の流体３がピストン１６の上部に供給される。なお、所定の距離は、第２および第４の永久磁石２３ｂ、２４ｂが接触する距離であり、所定の値は、第２および第４の永久磁石２３ｂ、２４ｂが接触する位置に第２の円板２２ｂが変位するように、第２の拡大管２１ｂを揺動させる値である。
【００７３】
以上のように、本実施形態の制御棒挿入装置は、所定の値を超える地震入力に応じて、ピストン１６の上部に流体３を供給するように動作する。よって、本実施形態によれば、制御棒１の重力と流体３の圧力の作用により制御棒１を炉心に圧入することができ、その結果、原子炉の緊急停止時における制御棒１の挿入の遅延を抑制することが可能となる。
【００７４】
また、本実施形態の制御棒挿入装置は、第１および第２の電源３４ａ、３４ｂからの電流ではなく、第１および第２のケーブル３３ａ、３３ｂからの誘導電流により、電磁弁３６の開閉を制御する。よって、本実施形態によれば、第１から第４のスイッチ３１ａ〜３２ｂと第１および第２の電源３４ａ、３４ｂとを削除したシンプルな構造を採用することが可能となる。
【００７５】
（第６実施形態）
図６は、第６実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
本実施形態の制御棒挿入装置は、ピストン１６の代わりに、シリンダ４１と、ピストン４２と、円管４３、４４とを備えている。また、本実施形態のスリーブ１３は、小孔１３ａを有していない。
【００７６】
シリンダ４１は、ピストン４２を収容している。シリンダ４１は、ピストン４２の上部において円管１４ｃと連結され、ピストン４２の下部において円管４３、４４と連結されている。シリンダ４１は、ピストン４２の上部に、第１および第２の蓄圧器２７ａ、２７ｂからの流体３ａ、３ｂを導入し、ピストン４２の下部に、円管４４からの流体５を導入する。流体３ａ、３ｂは、第１の流体の例であり、流体５は、第１の流体と異なる第２の流体の例である。流体５は、例えば液体である。
【００７７】
円管４３は、駆動棒１１ａの内部に挿通されている。また、内部駆動棒１５は、円管４３を介して駆動棒１１ａおよびスリーブ１３の内部に挿通されている。円管４３と内部駆動棒１５は、制御棒１の上部に位置しており、内部駆動棒１５の下端は、制御棒１の上端に取り付けられている。また、ピストン４２は、シリンダ４１内において内部駆動棒１５の上部に位置しており、内部駆動棒１５の上端に取り付けられている。
【００７８】
ここで、第１実施形態と第６実施形態とを比較する。
【００７９】
第１実施形態においては、流体３ａ、３ｂの圧力が原子炉内の流体２の圧力よりも高い場合に、ピストン１６に下向きの全圧が印加される。一方、第６実施形態においては、流体３ａ、３ｂの圧力が流体５の圧力よりも高い場合に、ピストン４２に下向きの全圧が印加される。
【００８０】
よって、第６実施形態によれば、原子炉内の流体２の圧力が流体３ａ、３ｂの圧力よりも高い場合にも、流体５の圧力を流体３ａ、３ｂの圧力よりも低く設定することで、流体３ａ、３ｂの圧力により制御棒１を炉心に圧入することができる。すなわち、第６実施形態によれば、原子炉内の流体２が高圧であっても、制御棒１を炉心に圧入することが可能となる。本実施形態の制御棒１は、内部駆動棒１５およびピストン４２と連結された状態で炉心に落下する。
【００８１】
（第７実施形態）
図７は、第７実施形態の制御棒挿入装置の構造を示す断面図および矢視図である。
本実施形態の制御棒１は、上端に逃げ孔１ａを有している。また、本実施形態のスリーブ１３は、下端にカップリング１３ｂを有している。カップリング１３ｂは、小孔１３ａよりも下方に位置している。また、本実施形態の内部駆動棒１５は、下端に固定ピン１５ａを有している。
【００８２】
ここで、第１実施形態と第７実施形態とを比較する。
第１実施形態においては、流体２の圧力が、スリーブ１３の小孔１３ａを介してピストン１６に印加されている。これにより、制御棒１、内部駆動棒１５、およびピストン１６が、駆動棒１１ａおよびスリーブ１３に対して固定されている。
【００８３】
一方、第７実施形態においては、制御棒１をスリーブ１３のカップリング１３ｂと嵌合し、内部駆動棒１５の固定ピン１５ａをカップリング１３ｂの内部に挿入することで、制御棒１とカップリング１３ｂが緊合されている。これにより、制御棒１が、駆動棒１１ａおよびスリーブ１３に連結されるとともに、内部駆動棒１５およびピストン１６に連結されている。
【００８４】
本実施形態においては、大きな地震が発生した際に、制御棒１を炉心に自由落下させるために、ラッチ部１１ｃによる駆動棒１１ａの把持が開放される。また、本実施形態の制御棒挿入装置は、所定の値を超える地震入力に応じて、ピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂを供給するように動作する。よって、本実施形態によれば、大きな地震が発生した際に、制御棒１の重力と流体３ａ、３ｂの圧力の作用により、制御棒１を炉心に圧入することができる。
【００８５】
この際、内部駆動棒１５の固定ピン１５が、制御棒１の逃げ孔１ａに押し込まれることで、制御棒１とカップリング１３ｂの緊合が解消される。その結果、本実施形態の制御棒１は、内部駆動棒１５およびピストン１６と連結された状態で炉心に落下する。
【００８６】
本実施形態において、制御棒１を元の位置に復帰させる場合には、弁１７を開いて円管１４内の流体３ａ、３ｂを排出する。その結果、小孔１３ａを介してピストン１６の下面に印加される流体２の圧力が、ピストン１６の上面に印加される圧力よりも大きくなり、内部駆動棒１５および制御棒１が上昇する。これにより、制御棒１を元の位置に復帰させることが可能となる。
【００８７】
以上のように、本実施形態の制御棒挿入装置は、所定の値を超える地震入力に応じて、ピストン１６の上部に流体３ａ、３ｂを供給するように動作する。よって、本実施形態によれば、制御棒１の重力と流体３ａ、３ｂの圧力の作用により制御棒１を炉心に圧入することができ、その結果、原子炉の緊急停止時における制御棒１の挿入の遅延を抑制することが可能となる。
【００８８】
また、本実施形態によれば、逃げ孔１ａを有する制御棒１と、カップリング１３ｂを有するスリーブ１３と、固定ピン１５ａを有する内部駆動棒１５により、制御棒１を駆動棒１１ａに着脱可能に連結することが可能となる。
【００８９】
なお、第７実施形態の制御棒１、スリーブ１３、および内部駆動棒１５の構造は、第２から第６実施形態の制御棒挿入装置にも適用可能である。
【００９０】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００９１】
１：制御棒、１ａ：逃げ孔、２、３、３ａ、３ｂ：流体、
４ａ、４ｂ：磁性流体、５：流体、
１１：制御棒駆動機構、１１ａ：駆動棒、１１ｂ：昇降部、
１１ｃ：ラッチ部、１１ｄ：電磁石、１２：駆動機構支持板、
１３：スリーブ、１３ａ：小孔、１３ｂ：カップリング、
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ：円管、
１５：内部駆動棒、１５ａ：固定ピン、１６：ピストン、１７：弁、
２１ａ、２１ｂ：第１、第２の拡大管、２２ａ、２２ｂ：第１、第２の円板、
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ：第１、第２、第３、第４の永久磁石、
２５ａ、２５ｂ：第１、第２のボール、２６、２６ａ、２６ｂ：円管、
２７：蓄圧器、２７ａ、２７ｂ：第１、第２の蓄圧器、
２８ａ、２８ｂ：第１、第２の弾性体、２９ａ、２９ｂ：第５、第６の永久磁石、
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ：第１、第２、第３、第４のスイッチ、
３３ａ、３３ｂ：第１、第２のケーブル、３４ａ、３４ｂ：第１、第２の電源、
３５：第３のケーブル、３６：電磁弁、
４１：シリンダ、４２：ピストン、４３、４４：円管
【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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