(57)【要約】      （修正有）【課題】沸騰水型原子炉において制御棒を駆動させるための制御棒駆動装置に関する。原子炉１次系圧力バウンダリーである圧力容器底を貫通して更に下まで伸びているハウジングを削除して安全性を高めると共に発電コストを下げる。【解決手段】制御棒新駆動装置２２は、ハウジング４０を削除して圧力容器の中に内蔵させる。ピストンシリンダも兼ねる制御棒新ガイドチューブ２５の下部に水中モータ１０３とプロペラ１０２を設置し、駆動ピストンの役目も兼ねる大口径速度リミッタ傘１２４を介して十字型制御棒１０を動かす。駆動電源は外部電源を電線９１により供給するか、光ファイバにより供給する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
十字型制御棒（１０）を擁する沸騰水型原子炉において、圧力容器底（７０）を貫通するハウジング（４０）を排除し、制御棒新ガイドチューブ（２５）の下部に設置した水中モータ（１０３）によりプロペラ（１０２）を回転させ下部水出入口（３２）から連通管（９０）の中の水を吸い込み上昇流を作り整流格子（１０１）により垂直流にし大口径速度リミッタ傘（１２４）の下に圧力をかけ、大口径速度リミッタ傘（１２４）より上のチューブ内水（３０）は上部水出入口（３１）から連通管（９０）の中に吸い込み、制御棒位置の設定はラッチ（８１）とラッチバネ（８２）と吸引器（８３）からなる制御棒固定装置（８０）により行うことを特徴とする制御棒新駆動装置（２２）。
【請求項２】
沸騰水型原子炉の燃料集合体支持金具において、上面が正方形で金具バネ（１５１）を付帯した燃料集合体支持金具新上部（１２５）を持ったことを特徴とする燃料集合体新支持金具。
【請求項３】
請求項１における水中モータ（１０３）と吸引器（８３）の電源及び電気信号として、圧力容器外部から給水配管または非常用冷却系配管の中を通して圧力容器内部に導入した電線（９１）により供給したことを特徴とする。
【請求項４】
請求項１における水中モータ（１０３）と吸引器（８３）の電源及び電気信号として、圧力容器外部での電源及び電気信号を変換素子により電気からレーザーに変換し、レーザーを給水配管または非常用冷却系配管の中を通して圧力容器内部に導入した光ファイバーにより供給し、光から電気への変換素子を使って電気または電気信号に変換したことを特徴とする。
【請求項５】
請求項１における水中モータ（１０３）と吸引器（８３）の電源及び電気信号として、圧力容器外部または内面で変換素子により電気から超音波に変換し、超音波を圧電セラミックまたは圧電結晶または磁歪材料からなるトランスデューサを使って電気信号に変換したことを特徴とする。
【請求項６】
請求項１における制御棒駆動法として、圧力容器外部でのレーザーを給水配管または非常用冷却系配管の中を通して圧力容器内部に導入した光ファイバーにより供給し、整流格子（１０１）にレーザーを照射し発熱させ生じた気泡の膨張力を利用したことを特徴とする。
【請求項７】
請求項１における水中モータ（１０３）と吸引器（８３）の電源として、制御棒新ガイドチューブ（２５）の下に蓄電池または燃料電池を設置することを特徴とする。
【請求項８】
制御棒新ガイドチューブ（２５）は制御棒新ガイドチューブ支持板（７１）の上に正方格子状に林立させ、制御棒新ガイドチューブ支持板（７１）は圧力容器内面で支持することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉において制御棒を駆動させるための制御棒駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来の制御棒駆動装置（２１）の概略図である。中性子吸収材と構造材とからなる十字型制御棒（１０）の下に制御棒支持柱（１１）と円盤形の速度リミット傘（１２）がある。それ等はチューブ内水（３０）が充満した円筒形の制御棒ガイドチューブ（２４）の中を一体となって上下に動く。制御棒ガイドチューブ（２４）の下にはハウジング（４０）があって、ハウジング（４０）は圧力容器底（７０）を貫通して原子炉外に達している。ハウジング（４０）の中には水を充満させたピストンシリンダー（５２）があり、上部駆動水（６３）と下部駆動水（６４）の水圧差により駆動ピストン（５０）が動き駆動ピストン棒（５１）を介して十字型制御棒（１０）を上下に動かす。駆動ピストン（５０）を上に動かすには、制御棒挿入水配管（６１）から水を下部駆動水（６４）に送り、上部駆動水（６３）の水を制御棒駆動水出入口（６５）から制御棒引抜水配管（６２）を通して圧力容器外のタンクに抜くことにより駆動ピストン（５０）下の下部駆動水（６４）圧力を上の上部駆動水（６３）圧力よりも高くすることにより作動させる。
チューブ外水（３５）の中に制御棒ガイドチューブ（２４）は正方格子状に林立している。
図２は十字型制御棒（１０）の上部と、炉心を構成する燃料棒（１１０）とチャンネルボックス（１１１）の相対配置を示した縦断面図である。燃料棒（１１０）の間には燃料棒冷却水（１１３）が流れチャンネルボックス（１１１）の間には漏洩冷却水（１１４）が流れている。燃料棒（１１０）とチャンネルボックス（１１１）とを束ねている燃料下部タイプレート（１１２）を支持する燃料集合体支持金具は、燃料集合体支持金具上部（１２１）と燃料集合体支持金具胴部（１２２）とからなる。燃料集合体支持金具胴部（１２２）は制御棒ガイトチューブ（２４）の内側に入っていて下端が閉じている。燃料集合体支持金具は十字型制御棒（１０）が制御棒ガイトチューブ（２４）から炉心に入っていく時の導入路の役目もしている。図中の実線矢印は冷却水の流れ方向を示す。燃料集合体支持金具上部（１２１）は制御棒ガイトチューブ（２４）の上端に載っていて、燃料集合体支持金具胴部（１２２）を支持している。冷却水は制御棒ガイトチューブ（２４）に開けられたチューブ穴（２６）から燃料集合体支持金具胴部（１２２）に開けられた金具横穴（１２３）を通って燃料集合体支持金具胴部（１２２）内に入る。冷却水は破断面内の実線矢印方向に通過する。炉心格子板（１３０）は林立する制御棒ガイトチューブ（２４）の間を通って漏洩流が生じないようにするためである。図３は燃料集合体支持金具上部（１２１）平面図である。燃料棒冷却水通路（１１６）と漏洩水通路（１１７）を通って燃料棒冷却水（１１３）と漏洩冷却水（１１４）に分かれる。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】
大型沸騰水型原子炉では約１６０本の制御棒がある。したがって、圧力容器底（７０）は約１６０本のハウジング（４０）が貫通しているため、溶接等が複雑であり製造コストが高い。更に、水圧駆動のための約３２０本以上の配管や蓄圧タンク等の複雑な機器装置が必要であり、製造コストが高い。
ハウジング（４０）の長さは少なくとも十字型制御棒（１０）と同じ長さが必要であって本数が多いため原子炉一次系圧力境界が広くなり安全性上好ましくはない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
図４は本発明の制御棒新駆動装置（２２）の概略図である。圧力容器底（７０）を貫通するハウジング（４０）を排除した。燃料集合体支持金具新上部（１２５）の上面は図５に見るような正方形にした。燃料集合体支持金具新上部（１２５）にした場合の十字型制御棒（１０）の上部と、炉心を構成する燃料棒（１１０）とチャンネルボックス（１１１）の相対配置を示した縦断面図を図６に示した。
図４に示すように制御棒新ガイドチューブ（２５）の下部に設置した水中モータ（１０３）によりプロペラ（１０２）を回転させ上昇流を作り整流格子（１０１）により垂直流にして、大口径速度リミッタ傘（１２４）の下に圧力をかける。水が充満している連通管（９０）には図４に示す上部水出入口（３１）と図６に示す下部水出入口（３２）が付いている。図４と図６中の鎖線矢印は十字型制御棒（１０）を上に動かす時の連通管（９０）の上部水出入口（３１）と下部水出入口（３２）での水の流れ方向である。図６中の実線矢印は冷却水の流れ方向を示す。プロペラ（１０２）の回転により下部水出入口（３２）から連通管（９０）の中の水を吸い込み、大口径速度リミッタ傘（１２４）より上のチューブ内水（３０）は上部水出入口（３１）から連通管（９０）の中に吸い込まれる。
制御棒位置の設定はラッチ（８１）とラッチバネ（８２）と吸引器（８３）からなる制御棒固定装置（８０）により行う。
制御棒新ガイドチューブ（２５）は制御棒新ガイドチューブ支持板（７１）の上に正方格子状に林立させる。制御棒新ガイドチューブ支持板（７１）は圧力容器内面で支持する。
水中モータ（１０３）と吸引器（８３）の電源及び信号は電線（９１）により圧力容器外部からとる。電線（９１）は給水配管または非常用冷却系配管の中を通って圧力容器内に入る。電線（９１）が連通管（９０）の中を通る場合を想定して破断面の中に示した。
燃料集合体支持金具新上部（１２５）の上面は図５に見るような正方形にすることにより、従来の制御棒ガイトチューブ（２４）の間にあった炉心格子板（１３０）は取り除いた。燃料集合体支持金具新上部（１２５）に付帯された金具バネ（１５１）により隣接する制御棒新ガイトチューブ（２５）同士の平面方向での配列を固定すると共に、間を通って漏洩流が生じないようにした。燃料集合体新支持金具は燃料集合体支持金具新上部（１２５）と従来と同じ燃料集合体支持金具胴部（１２２）とからなる。図７は隣接する燃料集合体支持金具新上部（１２５）同士の平面方向の様子を示したものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
原子炉一次系圧力バウンダリーである圧力容器底（７０）を貫通する配管をなくし、圧力容器内の制御棒新ガイドチューブ（２５）の中に電動式の水中モータ（１０３）やプロペラ（１０２）といった制御棒駆動装置を納めた。
２００度Ｃ以上の水中で電動式の水中モータ（１０３）を働かせるのは過酷であるが十字型制御棒（１０）を動かすのは月に１度程度数秒間であるため、大部分の時間は通電がなく水中モータ（１０３）も止まっている状態であるから問題にならない。したがって、大電流を流したとしても水中モータ（１０３）部分の温度が急上昇することはないし、周囲の水温度２００度Ｃ以上にはならない。
水中モータ（１０３）によりプロペラ（１０２）を回転させ下部水出入口（３２）から連通管（９０）の中の水を吸い込み上昇流を作り、整流格子（１０１）により垂直流を作る。垂直流は大口径速度リミッタ傘（１２４）に伝わり十字型制御棒（１０）を上に動かす。大口径速度リミッタ傘（１２４）の上のチューブ内水（３０）は上部水出入口（３１）から連通管（９０）の中に吸い込まれる。大口径速度リミッタ傘（１２４）は駆動ピストンの役割をし、制御棒新ガイドチューブ（２５）はシリンダーの役割をする。
十字型制御棒（１０）の高さ位置を上に設定するには、プロペラ（１０２）による上昇流により大口径速度リミッタ傘（１２４）が上に動くときの力でラッチバネ（８２）が縮まり大口径速度リミッタ傘（１２４）が上に通過するとラッチバネ（８２）が戻りラッチ（８１）が大口径速度リミッタ傘（１２４）の下に差し込まれ大口径速度リミッタ傘（１２４）は下には落ちないようになる。
十字型制御棒（１０）の高さ位置を下に設定するには、吸引器（８３）に内蔵するモータを回転させることにより制御棒固定装置（８０）内を負圧にしてラッチバネ（８２）を縮めてラッチ（８１）を外すことにより、十字型制御棒（１０）は次のラッチ（８１）まで自重落下する。プロペラ（１０２）を逆に回転させることによっても達成できる。
制御棒新ガイドチューブ（２５）は制御棒新ガイドチューブ支持板（７１）の上に正方格子状に林立しているため、圧力容器底（７０）への加重負担はない。
なお、制御棒新ガイドチューブ支持板（７１）の一部に小さい穴を開けておけば圧力容器底（７０）の内面を内視鏡により検査することが可能である。
水の純度が高く保たれている沸騰水型原子炉では電気絶縁は十分保たれる。
【０００６】
【発明の効果】
本発明の制御棒新駆動装置（２２）を採用することにより、原子炉一次系圧力バウンダリーとしての圧力容器底（７０）を貫通して更に下に位置していたハウジング（４０）がなくなったため安全性が向上すると共に、圧力容器底（７０）の加工が単純化できるため圧力容器底（７０）の製造コストが下がり強いては発電コストが下がり経済性が向上する。
燃料集合体支持金具新上部（１２５）の採用は、炉心支持板（１３０）を削除することができるため炉内構造物の製造コストが低減できる。
従来は制御棒ガイドチューブ（２４）外面や圧力容器底（７０）内面は炉心支持板（１３０）の下にあったため検査するのが困難であったが、本発明では燃料集合体新支持金具を外すことにより制御棒新ガイドチューブ（２５）外面や圧力容器底（７０）内面を目視または内視鏡により容易に検査することができるため安全性が向上する。
制御棒新ガイドチューブ（２５）は交換可能であり、圧力容器底（７０）もハウジング（４０）がないため交換が容易になる。したがって、原子炉の大型構造物はほぼ全て交換可能となり当該原子力発電所は寿命の心配がない。更地にする費用が不要となり、代替新規立地も不要となり発電コストの低減をもたらす。
【０００７】
【その他実施例１】
本実施例では水中モータ（１０３）および吸引器（８３）の電源として、圧力容器外部電源を変換素子により電気から光へ変換し、光ファイバにより圧力容器外部からレーザーを水中モータ（１０３）および吸引器（８３）に導入し、光から電気への変換素子によりレーザーを電気に変換する。
光ファイバは電気絶縁を考慮する必要がなくかつ大きなエネルギーを輸送することができる。光から電気への変換素子効率は９０％程度ある。
レーザーを電気へ変換することなく整流格子（１０１）の鉄板へ照射し発熱させることにより大口径速度リミッタ傘（１２４）下の水を蒸気化しその膨張力により大口径速度リミッタ傘（１２４）を押し上げることにより制御棒（１０）を炉心に挿入することもできる。
【０００８】
【その他実施例２】
水中モータ（１０３）および吸引器（８３）の駆動電源として蓄電池や燃料電池とした。
これにより圧力容器を貫通する電線（９１）が不要となるため安全性が高まると共に、保守点検が容易になる。
【０００９】
【その他実施例３】
水中モータ（１０３）および吸引器（８３）の電源及び電気信号として、圧力容器外部または内面で変換素子により電気から超音波に変換し、超音波を圧電セラミックまたは圧電結晶または磁歪材料からなるトランスデューサを使って電気信号に変換する。
超音波は水中を減衰することなく伝播するため電線（９１）はたかだか圧力容器内面までであり長さを大幅に短縮できるる。
これにより圧力容器を貫通する電線（９１）が短縮できるため安全性が高まると共に、保守点検が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の制御棒駆動装置（２１）概観図。
【図２】十字型制御棒（１０）の上部と、炉心を構成する燃料棒（１１０）とチャンネルボックス（１１１）の相対配置を示した縦断面図。
【図３】従来の燃料集合体支持金具上部（１２１）平面図。
【図４】本発明の制御棒新駆動装置（２２）概観図。
【図５】本発明の燃料集合体支持金具新上部（１２５）平面図。
【図６】燃料集合体支持金具新上部（１２５）にした場合の十字型制御棒（１０）の上部と、炉心を構成する燃料棒（１１０）とチャンネルボックス（１１１）の相対配置を示した縦断面図。
【図７】隣接する燃料集合体支持金具新上部（１２５）同士の平面図。
【符号の説明】
１０は十字型制御棒
１１は制御棒支持柱
１２は速度リミッタ傘
２１は制御棒駆動装置
２２は制御棒新駆動装置
２４は制御棒ガイドチューブ
２５は制御棒新ガイドチューブ
２６はチューブ穴
３０はチューブ内水
３１は上部水出入口
３２は下部水出入口
３５はチューブ外水
４０はハウジング
５０は駆動ピストン
５１は駆動ピストン棒
５２はピストンシリンダー
６１は制御棒挿入水配管
６２は制御棒引抜水配管
６３は上部駆動水
６４は下部駆動水
６５は制御棒駆動水出入口
７０は圧力容器底
７１は制御棒新ガイドチューブ支持板
８０は制御棒固定装置
８１はラッチ
８２はラッチバネ
８３は吸引器
９０は連通管
９１は電線
１０１は整流格子
１０２はプロペラ
１０３は水中モータ
１１０は燃料棒
１１１はチャンネルボックス
１１２は燃料下部タイプレート
１１３は燃料棒冷却水
１１４は漏洩冷却水
１１６は燃料棒冷却水通路
１１７は漏洩水通路
１２１は燃料集合体支持金具上部
１２２は燃料集合体支持金具胴部
１２３は金具横穴
１２４は大口径速度リミッタ傘
１２５は燃料集合体支持金具新上部
１３０は炉心支持板
１５１は金具バネ
【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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