(57)【要約】【課題】制御棒駆動装置において非接触で駆動トルクを伝達する磁気継手の信頼性を向上させる。【解決手段】各々が複数の磁石を内蔵する第１の継手要素（３１）及び第２の継手要素（３２）からなる磁気継手において、各継手要素における各磁石を水密または気密に覆うスリーブすなわち外被（５７，５８）を設けるとともに、前記外被の内側で各磁石の少なくとも一部を水密または気密に覆うスリーブすなわち外被（５９）を更に設ける。【選択図】図２
2007163513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の試験装置であって、
前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加可能なトルク印加手段と、
印加されたトルクを測定するトルク測定手段と、
を備えたことを特徴とする制御棒駆動装置の試験装置。
【請求項２】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、前記電動機が発生した回転運動を直線運動に変換するボールナットおよびボールねじと、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手および前記ボールナットおよびボールねじを介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置を試験する方法であって、
前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記ボールナットの位置を機械的最下限状態または機械的最上限状態とし、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加して、前記磁気継手の異常の有無を判断することを特徴とする制御棒駆動装置の試験方法。
【請求項３】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の試験装置であって、
前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加可能なトルク印加手段と、
前記トルク印加手段により印加されるトルクを制限するトルク制限器と、
を備えたことを特徴とする制御棒駆動装置の試験装置。
【請求項４】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、前記電動機が発生した回転運動を直線運動に変換するボールナットおよびボールねじと、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手および前記ボールナットおよびボールねじを介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置を試験する方法であって、
前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記ボールナットの位置を機械的最下限状態または機械的最上限状態とし、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対して所定の制限値に設定されたトルク制限器を介してトルクを印加して、前記磁気継手の異常の有無を判断することを特徴とする制御棒駆動装置の試験方法。
【請求項５】
前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能な、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転角度を測定する回転角測定手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１または３に記載の制御棒駆動装置の試験装置。
【請求項６】
前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加する際に、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転角度をトルク値と関連づけて測定し、その測定結果に基づいて前記磁気継手の異常の有無を判断することを特徴とする、請求項２または４に記載の制御棒駆動装置の試験方法。
【請求項７】
電動機アセンブリを前記駆動機構から取り外した状態で、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加することを特徴とする、請求項２、４および６のいずれか一項に記載の制御棒駆動装置の試験方法。
【請求項８】
前記電動機アセンブリを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記電動機アセンブリの下部から前記電動機アセンブリの軸を回転させ、前記電動機アセンブリの軸を介して前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加することを特徴とする、請求項２、４および６のいずれか一項に記載の制御棒駆動装置の試験方法。
【請求項９】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の試験装置であって、前記スプールピースの試験を行う試験装置において、
前記スプールピースを前記駆動機構から取り外した状態で、前記磁気継手を構成する制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転を拘束する回転拘束手段と、
前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸にトルクを印加するトルク印加手段と、
を備えたことを特徴とする制御棒駆動装置の試験装置。
【請求項１０】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の試験装置であって、前記スプールピースの試験を行う試験装置において、
前記磁気継手を構成する制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸にトルクを印加するトルク印加手段と、
前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転を拘束する回転拘束手段と、
を備えたことを特徴とする制御棒駆動装置の試験装置。
【請求項１１】
前記制御棒側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸、または前記電動機アセンブリ側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸の一方に接続可能であって、前記トルク印加手段により印加されるトルクを制限するトルク制限器を更に備えたことを特徴とする、請求項９または１０に記載の制御棒駆動装置の試験装置。
【請求項１２】
前記制御棒側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸、または前記電動機アセンブリ側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸の一方に接続可能であって、前記制御棒側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸、または前記電動機アセンブリ側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸の回転角度を測定する回転角測定手段を更に備えたことを特徴とする、請求項９または１０に記載の制御棒駆動装置の試験装置。
【請求項１３】
スプールピースの内部を加圧する圧力供給手段と、スプールピースの内部の圧力を測定する圧力測定手段と、を更に備えたことを特徴とする、請求項９または１０に記載の制御棒駆動装置の試験装置。
【請求項１４】
電動機を含む電動機アセンブリと磁気継手を内蔵するスプールピースとを有するとともに前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管装置であって、前記スプールピースを保管する保管装置において、
前記スプールピースの一部または全部を覆う磁性体の外被を有することを特徴とする制御棒駆動装置の保管装置。
【請求項１５】
電動機を含む電動機アセンブリと磁気継手を内蔵するスプールピースとを有するとともに前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管装置であって、前記磁気継手を保管する保管装置において、
前記磁気継手の一部または全部を覆う磁性体の外被を有することを特徴とする制御棒駆動装置の保管装置。
【請求項１６】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の点検装置であって、
前記磁気継手を構成する一方の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の位置を径方向に関して固定する第１の径方向位置固定手段と、
前記磁気継手を構成する他方の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の位置を径方向に関して固定する第２の径方向位置固定手段と、を備え、
前記スプールピース及び前記各継手要素の軸線を固定した状態で、スプールピースの分解あるいは組立を実施することを特徴とする制御棒駆動装置の点検装置。
【請求項１７】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管方法であって、
前記磁気継手の一部または全部を非磁性体の外被により覆い保管することを特徴とする、制御棒駆動装置の保管方法。
【請求項１８】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管方法であって、
前記磁気継手の一部または全部を磁性体の外被により覆い保管することを特徴とする制御棒駆動装置の保管方法。
【請求項１９】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の点検装置であって、
前記スプールピースの分解組立を行う水槽と、
永久磁石または誘導磁石を用いた前記水槽内の磁性体を収集する手段と、を備えたことを特徴とする制御棒駆動装置の点検装置。
【請求項２０】
電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の点検方法であって、
点検前または点検後に、加圧流体を前記磁気継手に噴霧して前記継手要素の表面の異物を除去することを特徴とする制御棒駆動装置の点検方法。
【請求項２１】
複数の磁石を内蔵するとともに第１の軸に接続された第１の継手要素と、複数の磁石を内蔵するとともに第２の軸に接続された第２の継手要素と、を含む磁気継手を有するトルク伝達装置において、
前記第１の継手要素の全ての磁石を水密または気密に覆う第１の外被と、前記第２の継手要素の全ての磁石を水密または気密に覆う第２の外被と、を備え、
更に、前記第１の外被の内側において前記第１の継手要素に内蔵された磁石の一部若しくは全部を水密または気密に覆う第３の外被と、前記第２の外被の内側において前記第２の継手要素に内蔵された磁石の一部あるいは全部を水密または気密に覆う第４の外被と、のうち少なくともいずれか一方を備えたことを特徴とする、磁気継手を有するトルク伝達装置。
【請求項２２】
原子炉の制御棒を昇降駆動する制御棒駆動装置であって、
電動機と、請求項２１に記載のトルク伝達装置と、を有し、前記電動機が発生した駆動力を前記トルク伝達装置を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構と、
前記電動機に電力を供給する電源装置と、
を備えたことを特徴とする制御棒駆動装置。
【請求項２３】
原子炉の制御棒を昇降駆動する制御棒駆動装置であって、
電動機と、請求項２１に記載のトルク伝達装置とを有し、前記電動機が発生した駆動力を前記トルク伝達装置を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備え、
スプールピース隔壁内部に前記トルク伝達装置の第１の継手要素が設置され、スプールピース隔壁外部に前記トルク伝達装置の第２の継手要素が設置され、
前記第１の継手要素のうち第３の外被に覆われた磁石が機能し、前記第１の継手要素の第３の外被に覆われていない磁石が機能しない状態において、原子炉の通常運転時の制御棒位置保持に必要なトルク以上の最大伝達トルクを前記トルク伝達装置が有していることを特徴とする制御棒駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒駆動装置、その試験方法及びその試験装置、その点検装置、その保管方法及びその保管装置、並びにトルク伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御棒駆動機構は制御棒と一体となり、原子炉の反応度を制御するものであり、プラントの運転および安全上特に重要なものである。図７に従来の電動制御棒駆動機構を示す。
【０００３】
図７は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器下部に設けられて制御棒（ＣＲ）を昇降駆動する電動型の制御棒駆動機構（ＣＲＤ）を示す縦断面図である。この制御棒駆動機構は下端部に電動機アセンブリを備え、電動機アセンブリの垂直な回転軸１がギアカップリング２を介して、上方の垂直な駆動軸３に接続されている。駆動軸３にはボールねじ４が一体回転可能に連結され、このボールねじ４にボールナット５が螺合してボールねじ４の回転により昇降駆動されるようになっている。
【０００４】
ボールナット５の外周部には上下配置で対をなすローラ６が設けられ、これらのローラ６はガイドチューブ７の内周面に形成された軸方向の取付板８を狭持するように取り付けられている。ボールナット５の上部には、ボールねじ４を囲んで上方に伸びる中空ピストン９が設けられ、この中空ピストン９の上端に、カップリング１０を介して制御棒１１が連結されている。
【０００５】
ＣＲＤハウジング１２内にはアウターチューブ１３が設置され、ＣＲＤハウジング１２、アウターチューブ１３、スプールピース１４はボルト１５で締結されている。
【０００６】
ボールねじ４下部にはばね１６が設けられ、制御棒全引き抜き位置を超えてボールナット５を下方へ移動した場合、ボールナット５が前記ばね１６を圧縮する。このようにボールナット５が前記ばね１６を圧縮している状態を、本明細書においては「機械的最下限状態」と呼ぶ。
【０００７】
またアウターチューブ１３上部にはバッファ１７が設けられ、制御棒全挿入状態をこえてボールナット５を上方へ移動した場合、ボールナット５上部に設置された中空ピストン９により前記バッファ１７を圧縮する。このように中空ピストン９が前記バッファ１７を圧縮している状態を、本明細書においては「機械的最上限状態」と呼ぶ。
【０００８】
電動機アセンブリは電動機１８、電磁ブレーキ１９、位置検出装置２０より構成されており、電動機１８により制御棒駆動、電磁ブレーキ１９により制御棒位置保持、位置検出装置２０により制御棒位置を確認している。現在既設の改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）における電動型制御棒駆動機構では、電動機１８としてステップモータが採用されており、電動機電源２１としてはインバータ電源が用いられている。
【０００９】
電動機アセンブリは電動機ブラケット２２を介してスプールピース１４に連結されている。
【００１０】
スプールピース１４において、駆動軸３の貫通部にはグランドパッキン２３を使用している。スプールピース１４内には、コイルスプリング２４及びコイルスプリング２４に支持され、分離検出マグネット２５を内蔵したマグネットハウジング２６が設置されている。中空ピストン９がボールナット５から分離した場合等、コイルスプリング２４にかかる荷重が減少すると、コイルスプリング２４は伸び、これに伴い分離検出マグネット２５が上方へ移動する構造となっている。スプールピース１４外側には磁気により作動するリードスイッチを内蔵した分離検出プローブ２７が設置され、分離検出マグネット２５の移動を検知できるようになっている。
【００１１】
中空ピストン９内にはスクラム位置検出マグネット２８が内蔵されている。ガイドチューブ７内にはスクラム時のバッファ１７の圧縮に伴い移動するフルイン検出マグネット２９が設置されている。制御棒駆動機構ハウジング１２の外側には磁気により作動するリードスイッチを内蔵したスクラム位置検出プローブ３０が設けられ、スクラム位置検出マグネット２８及びフルイン検出マグネット２９の移動を検知できるようになっている。
【００１２】
このように構成された制御棒駆動機構において、電動機１８を回転駆動させることにより、回転軸１及び駆動軸３を介してボールねじ４が回転し、このボールねじ４の回転によりボールナット５が上下動する。その際、ボールナット５はローラ６を介して取付板７により回転が規制されて上下動する。ボールナット５の上下動に連動して、中空ピストン９及び制御棒１１が上下動し、この制御棒１１の上下動により炉心への挿入及び引抜き量が調整され、炉出力がコントロールされる。
【００１３】
スクラム時は制御棒１１とカップリング１０を介して結合した中空ピストン９が、水圧制御ユニットから供給される水圧により急速に押し上げられボールナット５から分離し、急速に制御棒１１を炉心に挿入する。このとき、中空ピストン９のボールナット５からの分離は分離検出プローブ２７により検出される。また、スクラム中、及びスクラム後の制御棒１１の位置はスクラム位置検出プローブ３０により検出される。
【００１４】
また、定検時に実施する制御棒摩擦測定試験の際は、水圧制御ユニットに制御棒摩擦測定試験装置を接続し、前記試験装置を介して制御棒駆動装置に水圧を供給することにより、制御棒を炉心に挿入する。この時の制御棒駆動機構の動作は挿入速度が遅いことを除き、スクラム時の動作と同様である。制御棒摩擦測定試験においては、前記挿入時の水圧の変動を測定することにより、制御棒と周囲機器との摩擦状態を確証する。
【００１５】
以上に示す制御棒駆動機構ではスプールピース１４の軸封部としてグランドパッキン２３を有し、また電動機１８としてインバータ電源を用いるステップモータを採用しているが、近年、制御棒駆動機構について、（１）磁気継手（マグネットカップリング）採用によるスプールピース軸封部の削除、および、（２）電動機型式の変更（誘導電動機化）等の改良が検討されており、これについては例えば特開平１０−１３２９９７号及び特開平１０−２７４６８８号に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１３２９９７号
【特許文献２】特開平１０−２７４６８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが前述の制御棒駆動機構においては、下記の点において技術の確立あるいは改良の余地があった。
【００１７】
図７に示すように従来の電動制御棒駆動機構は電動機としてステップモータを採用しており、電動機電源としてインバータ電源を採用していたが、システムが複雑であり、また電源物量も多かった。そこで現在検討が進められている、誘導電動機を採用した制御棒駆動機構においては、電源システムの簡素化が求められていた。そこで誘導電動機の適用については近年検討が進められてきたが、誘導電動機を適用した場合の電源装置、制御装置、駆動性能健全性を確認する手段等については確立されていない。
【００１８】
また、磁気継手を採用した制御棒駆動機構において、磁気継手自体の構造、仕様検討がなされてきてはいるが、保守、試験手段については確立されていない。また、磁気継手部が万一脱調した場合、制御棒の実際の位置が不明となる可能性がある。このため、この問題を解決するためのいくつかの手段が近年提案されているが、システムが複雑であり現実的でなく、合理的な検知手段の確立が求められている。
【００１９】
また、磁気継手部を水中で使用するにあたり、万一磁気継手を覆う外被が損傷した場合、内蔵する磁石と水が接触し、発錆等により磁気継手性能が劣化する可能性がある。このため、前記事象が発生した場合でも磁気継手の機能を確保する手段の確立が望まれている。
【００２０】
また、従来の制御棒摩擦測定試験においては、個々の水圧制御ユニットへ制御棒摩擦測定試験装置を現場で順次接続しながら実施する必要があり、工程へのインパクトが大きく、また前記接続作業は放射線管理区域内の作業であり、作業性向上、被ばく低減の観点から、より簡易な試験方法の確立が望まれている。
【００２１】
本発明は上述した事情を鑑みてなされたもので、制御棒駆動機構及び、電源装置及び制御装置といった関連系の確立、保守、試験手段の確立を行いつつ、信頼性の高い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】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明においては特許請求の範囲に記載した発明を提供する。
【００２３】
請求項１に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を有する制御棒駆動装置の試験装置において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加可能なトルク印加手段と、印加されたトルクを測定するトルク測定手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、前記電動機が発生した回転運動を直線運動に変換するボールナットおよびボールねじとを有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手、前記ボールナットおよび前記ボールねじを介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を有する制御棒駆動装置を試験する方法において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記ボールねじを構成するボールナットの位置を機械的最下限状態または機械的最上限状態とし、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加して、前記磁気継手の異常の有無を判断することを特徴としている。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の試験装置において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加可能なトルク印加手段と、前記トルク印加手段により印加されるトルクを制限するトルク制限器と、を備えたことを特徴としている。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、前記電動機が発生した回転運動を直線運動に変換するボールねじとを有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手および前記ボールねじを介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構と、を有する制御棒駆動装置を試験する方法において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記ボールナットの位置を機械的最下限状態または機械的最上限状態とし、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対して所定の制限値に設定されたトルク制限器を介してトルクを印加して、前記磁気継手の異常の有無を判断することを特徴としている。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、請求項１または３に記載の発明において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能な、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転角度を測定する回転角測定手段を更に備えたことを特徴としている。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項２または４に記載の発明において、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加する際に、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転角度をトルク値と関連づけて測定し、その測定結果に基づいて前記磁気継手の異常の有無を判断することを特徴としている。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、請求項２、４および６のいずれか一項に記載の発明において、電動機アセンブリを前記駆動機構から取り外した状態で、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加することを特徴としている。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、請求項２、４および６のいずれか一項に記載の発明において、前記電動機アセンブリを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記電動機アセンブリの下部から前記電動機アセンブリの軸を回転させ、前記電動機アセンブリの軸を介して前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加することを特徴としている。
【００３１】
請求項１乃至８の発明によれば、磁気継手を有するスプールピースを駆動機構に取り付けた状態のまま、伝達トルク、回転角等を測定し、磁気継手の健全性確認が可能である。またトルク制限器の設置により過度なトルク印加による磁気継手の脱調防止が可能である。またトルク制限器の設定値を磁気継手健全性確認のための判定値とし、トルク制限器設定値までトルクを印可し脱調有無を確認することにより、磁気継手の健全性確認が可能である。請求項１乃至８の発明によれば、スプールピースを駆動機構に取り付けた状態のまま、磁気継手の健全性の確認が可能となり、磁気継手の健全性確認を目的としてスプールピースを取外す必要がなくなり、プラント定検時の作業量、工程、被ばく量の低減が可能となる。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の試験装置であって、前記スプールピースの試験を行う試験装置において、前記磁気継手を構成する制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転を拘束する回転拘束手段と、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸にトルクを印加するトルク印加手段と、を備えたことを特徴としている。
【００３３】
請求項１０に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構と、を有する制御棒駆動装置の試験装置であって、前記スプールピースの試験を行う試験装置において、前記磁気継手を構成する制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸にトルクを印加するトルク印加手段と、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転を拘束する回転拘束手段と、を備えたことを特徴としている。
【００３４】
請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の発明において、前記制御棒側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸、または前記電動機アセンブリ側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸の一方に接続可能であって、前記トルク印加手段により印加されるトルクを制限するトルク制限器を更に備えたことを特徴としている。
【００３５】
請求項１２に記載の発明は、請求項９または１０に記載の発明において、前記制御棒側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸、または前記電動機アセンブリ側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸の一方に接続可能であって、前記制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸または前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転角度を測定する回転角測定手段を更に備えたことを特徴としている。
【００３６】
請求項９乃至１２の発明によれば、スプールピースを取外した場合において、磁気継手部の伝達トルクを測定することにより、磁気継手部の健全性確認が可能となる。スプールピースを取外す場合は、請求項９乃至１２の発明に基づいて磁気継手部の健全性確認を行うことにより、請求項１乃至８の発明に基づく手法と比較し、格納容器外の作業環境のよい場所で試験実施可能であり、作業性の改善、被ばく低減が可能となる。
【００３７】
請求項１３に記載の発明は、請求項９または１０に記載の発明において、スプールピースの内部を加圧する圧力供給手段と、スプールピースの内部の圧力を測定する圧力測定手段と、を更に備えたことを特徴としている。
【００３８】
請求項１３の発明によれば、スプールピースを取外した場合に、スプールピース隔壁内側部を加圧することにより、耐圧試験を実施することができる。
【００３９】
請求項１４に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと磁気継手を内蔵するスプールピースとを有するとともに前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管装置であって、前記スプールピースを保管する保管装置において、前記スプールピースの一部または全部を覆う磁性体の外被を有することを特徴としている。
【００４０】
請求項１５に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと磁気継手を内蔵するスプールピースとを有するとともに前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管装置であって、前記磁気継手を保管する保管装置において、前記磁気継手の一部または全部を覆う磁性体の外被を有することを特徴としている。
【００４１】
請求項１４及び１５の発明によれば、磁気継手を有するスプールピースの保管あるいは点検作業時、あるいは磁気継手の保管あるいは点検作業時に、磁気継手等から漏洩する磁場を磁性体の外被により閉じ込めることが可能であり、周囲機器への磁気影響を低減可能である。
【００４２】
請求項１６に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の点検装置において、前記磁気継手を構成する一方の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の位置を径方向に関して固定する第１の径方向位置固定手段と、前記磁気継手を構成する他方の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の位置を径方向に関して固定する第２の径方向位置固定手段と、を備え、前記スプールピース及び前記各継手要素の軸線を固定した状態で、スプールピースの分解あるいは組立を実施することを特徴としている。
【００４３】
この請求項１６に記載の発明においては、前記磁気継手の一部または全部を覆う磁性体の外被を更に備えることが好適である。
【００４４】
磁気継手は強力な磁石を内蔵しているため、軸線を固定していない状態で分解／組立を行うと、内側と外側磁気継手あるいは磁気継手と周囲の磁性体の引き合う力により、磁気継手がスプールピース隔壁部等にあたり、磁気継手破損等をひきおこす可能性がある。そこで請求項２４に記載の発明によれば、軸線を固定した状態で内側磁気継手と外側磁気継手の分解／組立を行うことにより、機器の損傷を防止し安全に分解／組立作業の実施が可能となる。
【００４５】
請求項１７に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管方法において、前記磁気継手継手の一部または全部を非磁性体の外被で覆い保管することを特徴としている。
【００４６】
スプールピースから磁気継手の取外し、取付けを行う際及び保管する際には、磁気継手の磁場により、周囲の磁性体等が磁気継手に付着する可能性がある。そこで請求項１７の発明によれば、磁気継手の周囲を非磁性体で覆うことにより、磁気継手表面への磁性体付着を防止することが可能である。
【００４７】
請求項１８に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管方法において、前記磁気継手の一部または全部を磁性体の外被により覆い保管することを特徴としている。
【００４８】
請求項１８の発明によれば、磁気継手を有するスプールピースの保管時に、磁気継手等から漏洩する磁場を磁性体の外被により閉じ込めることが可能であり、周囲機器への磁気影響を低減可能である。
【００４９】
請求項１９に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の点検装置において、前記スプールピースの分解組立を行う水槽と、永久磁石あるいは誘導磁石を用いた前記水槽内の磁性体を収集する手段と、を備えたことを特徴としている。
【００５０】
請求項１９の発明によれば、スプールピースから磁気継手の取外し、取付けを行う水槽内の磁性粉等を、永久磁石あるいは誘導磁石により収集することにより、磁気継手に付着する磁性体の量を低減することが可能となる。
【００５１】
請求項２０に記載の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の点検方法において、点検前または点検後に、加圧流体を前記磁気継手に噴霧して前記継手要素の表面の異物を除去することを特徴としている。
【００５２】
請求項２０の発明によれば、磁気継手表面に付着した磁性体等の異物を、加圧流体を噴出することにより取り除くことが可能となる。
【００５３】
請求項２１に記載の発明は、複数の磁石を内蔵するとともに第１の軸に接続された第１の継手要素と、複数の磁石を内蔵するとともに第２の軸に接続された第２の継手要素と、を含む磁気継手を有するトルク伝達装置において、前記第１の継手要素の全ての磁石を水密または気密に覆う第１の外被と、前記第２の継手要素の全ての磁石を水密または気密に覆う第２の外被と、を備え、更に、前記第１の外被の内側において前記第１の継手要素に内蔵された磁石の一部若しくは全部を水密または気密に覆う第３の外被と、前記第２の外被の内側において前記第２の継手要素に内蔵された磁石の一部あるいは全部を水密または気密に覆う第４の外被と、のうち少なくともいずれか一方を備えたことを特徴としている。
【００５４】
水中環境等では磁石と水が接触し、発生により磁気特性が変化することを防止するため、磁気継手表面を外被で覆う構成が用いられるが、請求項２１の発明によれば、内側／外側磁気継手表面を覆う外被の内側に、さらに外被で覆った磁石を設置することにより、万一内側／外側磁気継手表面を覆う外被が破損した場合でも、磁石と水の接触を防止し、磁石の健全性を確保することが可能である。これにより磁気継手の信頼性が向上する。
【００５５】
請求項２２に記載の発明は、原子炉の制御棒を昇降駆動する制御棒駆動装置でにおいて、電動機と、請求項２１に記載のトルク伝達装置と、を有し、前記電動機が発生した駆動力を前記トルク伝達装置を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構と、前記電動機に電力を供給する電源装置と、備えたことを特徴としている。
【００５６】
請求項２３に記載の発明は、原子炉の制御棒を昇降駆動する制御棒駆動装置において、電動機と、請求項２１に記載のトルク伝達装置とを有し、前記電動機が発生した駆動力を前記トルク伝達装置および前記ボールねじを介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備え、スプールピース隔壁内部に前記トルク伝達装置の第１の継手要素が設置され、スプールピース隔壁外部に前記トルク伝達装置の第２の継手要素が設置され、前記第１の継手要素のうち第３の外被に覆われた磁石が機能し、前記第１の継手要素の第３の外被に覆われていない磁石が機能しない状態において、原子炉の通常運転時の制御棒位置保持に必要なトルク以上の最大伝達トルクを前記トルク伝達装置が有していることを特徴としている。
【００５７】
請求項２２及び２３に記載の発明によれば、請求項２１に記載のトルク伝達装置が制御棒駆動機構に組み込まれているため、磁気継手を用いた信頼性の高い制御棒駆動機構を構築することが可能である。
【発明の効果】
【００５８】
以上で説明したように本発明によれば、制御棒駆動機構及び、電源装置及び制御装置といった関連系の確立、保守、試験手段の確立を行いつつ、信頼性の高い制御棒駆動機構を提供することが可能となる。
【発明の実施の形態】
【００５９】
以下に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００６０】
［第１の実施形態］
まず、図１及び図２を参照して第１の実施形態について説明する。図１には、第１の実施形態に係る制御棒駆動機構の下部構造、すなわちスプールピース部と電動機アセンブリ部の構造が模式的に表わされている。なお、スプールピース１４より上部の構造は、図７を参照して説明した従来技術のものと同一であり、当該部分を構成する部材については図７と同一の符号を付し、重複説明は省略する。また、下部構造についても、図７で説明した部材と同一または類似の部材については、図７と同一の符号を付し、重複説明は省略する。
【００６１】
まず、本実施形態に係る制御棒駆動機構の構成を以下に説明する。
【００６２】
図１に示す制御棒駆動機構は、スプールピース１４隔壁により隔てられた内側磁気継手要素３１と外側磁気継手要素３２とから構成される磁気継手、分離検出マグネット２５、駆動軸３等を有している。
【００６３】
また制御棒駆動機構の上部構造内には、ボールねじ４、ボールナット５、中空ピストン９、スクラム位置検出マグネット２８、フルイン検出マグネット２９等が設けられている。
【００６４】
スプールピース１４下部には電動機アセンブリが設けられており、スプールピース１４側の外側磁気継手３２と電動機アセンブリ側の回転軸１はカップリング２を介して結合されている。
【００６５】
電動機アセンブリは保持用ブレーキ１９と、位置検出装置（シンクロ位置レゾルバ）２０と、変速機３３と、制動用ブレーキ３４が付属した誘導電動機３５と、から構成されている。保持用ブレーキ１９及び制動用ブレーキ３４は原子炉の通常時における制御棒位置保持に必要なトルクとして、両者ともそれぞれ単独でボールねじ４軸に換算して０．３ｋｇｆｍ以上の静止時保持トルクを有している。
【００６６】
このように保持用ブレーキ１９及び制動用ブレーキ３４両者ともに、静止時保持トルクを通常運転時の制御棒位置保持に必要なトルクに設定していることにより、万一の一方のブレーキ機能喪失を考慮しても、確実に制御棒位置保持が可能であり、信頼性の高い制御棒駆動機構を構築できる。
【００６７】
また外側磁気継手要素３２とスプールピース１４の隔壁との間と、誘導電動機３５巻線部には、それぞれ温度計３６、３７が設置されている。なお、温度計３６は外側磁気継手要素３２の外周面近傍に配置してもよいし、また、温度計３７は、誘導電動機３５巻線部の近傍位置やケーシング内の適当な位置に配置してもよい。
【００６８】
スプールピース１４外部には、分離検出プローブ２７及びスクラム位置検出プローブ３０が設けられており、これらプローブ２７、３０は、それぞれ磁気で作動するリードスイッチを有している。
【００６９】
スクラム位置検出プローブ３０のリードスイッチ（図示せず）は上下方向に関して複数配設され、制御棒のフルストロークに対し、０，１０，４０，６０，１００％（０％が全引き抜き、１００％が全挿入状態を意味する）相当位置を検出することが可能である。また分離検出プローブ２７は、分離検出マグネット２５の位置を検知する分離検出リードスイッチ３８と、磁気継手近傍の磁場状態を検知する磁気継手脱調検知用リードスイッチ３９を有している。
【００７０】
誘導電動機３５は電動機電源装置４１が接続されている。電動機電源装置４１には例えば６０Ｈｚの固定周波数電源４４が接続されている。また、固定周波数電源４４とは別に可変周波数電源４５も設けられており、固定周波数電源４４および可変周波数電源４５は、いずれか一方を選択的に電動機電源装置４１に接続することができる。可変周波数電源４５は、ステップ式に周波数を変更できるものであってもよく、連続的に周波数を変更できるものであってもよい。
【００７１】
誘導電動機３５は、同期回転数が電源周波数に比例し、また負荷によっても回転数が変動する。本実施例では電動機電源として複数の周波数を選択可能としており、原子炉運転中において中速駆動、原子炉停止中においては駆動時間短縮のため高速駆動、原子炉停止時におけるプラント点検時に実施する制御棒摩擦測定試験時においては低速駆動といった、状況に応じてフレキシビリティの高い運用が可能となっている。
【００７２】
特に制御棒摩擦測定試験時においては、制御棒を全引き抜き状態から全挿入状態へ低速駆動し、駆動速度を測定することにより摩擦等の負荷変動を検出することができる。制御棒摩擦測定試験等においては、低速で駆動するほうが短期間の負荷変動等まで明確に検出することが可能であり、信頼性の高い試験となる。もちろん原子炉運転中と同様に中速駆動において問題なく短期間の負荷変動等を確認可能な場合は、中速駆動にて試験を制御棒摩擦測定試験を実施することも可能である。
【００７３】
また、誘導電動機３５の負荷が変動した場合には、誘導電動機３５への電気エネルギーの供給が変化するため、電源装置４１に電流計、電圧計または電力計等を設置し、これら電流計等の検出値を確認することによっても、制御棒摩擦測定試験を実施することが可能である。
【００７４】
また、本実施形態においては、６０Ｈｚの固定周波数電源４４と可変周波数電源４５を個別に設けているため、原子炉運転中は固定周波数電源４４に接続、原子炉停止中は必要に応じ可変周波数電源４５に接続するように運用することにより、原子炉運転中に誤った電源に接続する可能性を排除し、信頼性の高い運用が可能である。
【００７５】
なお、本実施形態では複数種の周波数を選択可能としているが、互いに異なる複数種の電圧を選択可能としても駆動速度をかえて駆動することが可能である。この場合には、固定周波数電源４４および可変周波数電源４５に代えて、固定電圧電源４４および可変電圧電源４５を設ければよい。
【００７６】
再度図１を参照すると、電動機電源装置４１は、直列に接続された２つのスイッチ４０を有している。各スイッチ４０は、制御装置４２から互いに別系統の指令信号伝達経路を介して送信される信号により、それぞれを独立して制御可能である。また電動機電源装置４１には保護継電器としてサーマルリレー４３が付設されている。誘導電動機３５の負荷トルクが増大した場合には、誘導電動機３５に供給される駆動電流値が増大し、サーマルリレー４３が作動するようになっている。なお、保護継電器はサーマルリレー４３に限定されるものではなく、他の保護継電器を用いてもよい。
【００７７】
また、保持用ブレーキ１９にも、保持用ブレーキ電源装置４６が接続されている。電源装置４６には、図示しない固定周波数電源が接続されている。保持用ブレーキ電源装置４６も、直列に接続された２つのスイッチ４７を有している。各スイッチ４０も、制御装置４２から互いに別系統の指令信号伝達経路を介して送信される信号により、それぞれを独立して制御可能である。
【００７８】
このように電動機電源装置４１及び保持用ブレーキ電源装置４６にそれぞれ直列に２つのスイッチ４０、４７を設置することにより、単一故障等による制御棒の誤駆動動作を防止可能であり、信頼性が向上する。
【００７９】
なお、上記のスイッチ４０、４７は、接点であってもよいし、半導体スイッチであってもよい。
【００８０】
次に、図２を参照して磁気継手部の構成について詳細に説明する。磁気継手を構成する内側磁気継手要素３１は８極の磁石５０、５１を内蔵しており、また、磁気継手を構成する外側磁気継手要素３２も同様に、８極の磁石４８、４９を内蔵している。また、磁石４８、４９、５０、５１はそれぞれ、磁気回路５２を構成するための磁性体からなるヨーク５３、５４、５５、５６を有している。
【００８１】
外側磁気継手要素３２の磁石４８、４９の内表面は、スリーブ５７により覆われ密閉されており、内側磁気継手要素３１の磁石５０、５１の外表面は、スリーブ５７により覆われ密閉されている。内側及び外側磁気継手要素３１、３２は、各磁石４８、４９、５０、５１の磁力により磁気的に結合している。このため、スプールピース１４の隔壁部を介して非接触で内側および外側磁気継手要素３１、３２間で動力を伝達可能である。
【００８２】
図２（ａ）に示すように、外側磁気継手要素３２の符号Ａを付した磁石５１（以下「磁石Ａ」という）は、符号Ｂを付した他の磁石４９（以下「磁石Ｂ」という）より小型の磁石となっている。また、内側磁気継手要素３１の符号Ｃを付した磁石５０（以下「磁石Ｃ」という）は、符号Ｄを付した他の磁石５１（以下「磁石Ｄ」という）より小型の磁石となっている。
【００８３】
また、外側磁気継手要素３２の磁石Ａに接する符号Ａを付したヨーク（以下「ヨークＡ」という）は、符号Ｂを付したヨーク（以下「ヨークＢ」という）と比較して小型となっている。また。内側磁気継手要素３１の符号Ｃを付した磁石に接する符号Ｃを付したヨーク（以下「ヨークＣ」という）は、符号Ｄを付したヨーク（以下「ヨークＤ」という）と比較して小型となっている。ただし、ヨークＡとヨークＢとを一体成形とし、ヨークＣとヨークＤとを一体成形としても構わない。
【００８４】
また、図２（ｂ）に示すように、小型の磁石すなわち磁石Ａ及び磁石Ｃは、個別に外被５９で覆われており、その上部にスペーサ６０を有している。なお、図２（ｂ）には、磁石Ｃおよびその周囲の構成のみが記載されているが、磁石Ａおよびその周囲の構成も、ヨークが磁石の外周側に位置している点を除いて磁石Ｃおよびその周囲の構成と同一である（図２（ａ）参照）。
【００８５】
図２（ａ）に示すように、磁石Ａ、Ｃ、ヨークＡ、Ｃ、はそれぞれ２個づつ設けられるとともに、軸線に対して点対称の位置に配置されており、磁石Ａと磁石Ｃ５０とは互いに対向するように配置されている。
【００８６】
この磁気継手は、磁石Ｂ、Ｄの機能を期待せず、磁石Ａ、Ｃ間に働く磁気的吸引力のみにより、原子炉通常運転時の制御棒位置保持に必要なトルクとして、ボールねじ４軸に換算して０．３ｋｇｆｍ以上の最大伝達トルクを確保している。
【００８７】
なお、前述したように、磁気継手を構成する磁石の表面をスリーブ５７,５８ で覆うだけでなく、２極分の磁石４８（磁石Ａ）、磁石５０（磁石Ｃ）を個別に外被５９を覆い、また他の磁石４９（磁石Ｂ）、磁石５１（磁石Ｄ）の機能を期待せずに通常運転時の制御棒位置保持トルクを発揮できる構成としているため、万一スリーブ５７、５８が破損して磁気継手内部に水等が浸入し、磁石４９（磁石Ｂ）、５１（磁石Ｄ）が発錆等により機能喪失しても、より強固に保護された磁石４８（磁石Ａ）、磁石５０（磁石Ｃ）の機能は喪失しないため、確実に制御棒の位置保持が可能である。このため信頼性の高い制御棒駆動機構を構築できる。
【００８８】
なお、万一、この磁気継手が脱調した場合には以下の手法（１）〜（２）により検出することができる。
【００８９】
（１）まず、第１の手法について説明する。この磁気継手は、正常時には、内側／外側磁気継手３１、３２間で、小型の磁石Ａと小型の磁石Ｃとが対向している。しかし磁気継手が脱調した場合は小型の磁石Ａ、Ｃとより大きい磁石Ｂ、Ｄが対向する。また小型磁石Ａ、Ｃには小型のヨークＡ，Ｃが接しており、小型磁石Ａ、Ｃが大きい磁石Ｂ、Ｄと対向した場合磁力線５２をヨーク内に閉じ込めることができなくなり、磁気継手周囲に磁力線を放出し、周囲磁場が変化する。このような磁場状態の変化を分離検出プローブ２７内に設けた磁気継手脱調検知用リードスイッチ３９により検知することにより、磁気継手の脱調を検出することができる。なお本実施形態では、磁気継手内部に一部小型の磁石を組み込んでいるが、磁気特性（例えば磁束密度）の異なる磁石を組み込む等した場合においても同様の効果が期待できる。
【００９０】
（２）次に、第２の手法について説明する。磁気継手が脱調した場合には、内側／外側磁気継手要素３１、３２間の結合位相が変化するため、外側磁気継手要素３２に接続された軸（回転軸１）から位置情報を検知する位置検出装置２０の出力と、内側磁気継手要素３１に接続された中空ピストン９から位置情報を検知するスクラム位置検出プローブ３０の出力の関係が正常時に対して異なってくる。
【００９１】
従って、位置検出装置２０の出力とスクラム位置検出プローブ３０の出力を比較して、両者間に所定の関係が成立しているか否かにより、磁気継手の脱調の有無を確認することができる。
【００９２】
以上の手法により、磁気継手の脱調を検知した場合には、制御装置４２により、電動機３５への電力供給を停止して制御棒の駆動を停止したり、位置検出装置２０の出力とスクラム位置検出プローブ３０の出力とが所定の関係から外れている旨を表示したり、警報を発生したり等の適切な対応が可能となる。更にその後の処置としては、当該制御棒駆動機構を動作不能の制御棒として隔離する等の適切な対応を実施することが可能であり、信頼性の高い制御棒駆動機構を構築することができる。
【００９３】
次に、制御装置４２の作用について説明する。制御装置４２は下記の機能を有する。
【００９４】
（１）制御装置４２は、運転員の操作に基づき、制御棒駆動／停止指令を発する。この場合、制御装置４２により制御される電源装置４１、４６が誘導電動機３５、制御用ブレーキ３４、保持用ブレーキ１９への電力供給を開始若しくは停止する。
【００９５】
（２）制御棒駆動開始時には、制御装置４２は、まず電源装置４６を制御し、最初に保持用ブレーキ１９を開放する。次いで、制御装置４２は電源装置４１を制御し、制動用ブレーキ３４および誘導電動機３５を同時に通電する。なお、制動用ブレーキ３４は、通電されると保持動作をやめ開放状態になる。これにより回転軸１が回転を始める。
【００９６】
（３）制御棒の駆動を停止する際には、制御装置４２はまず電源装置４１を制御し、最初に制動用ブレーキ３４および誘導電動機３５への通電を同時に停止する。なお、制動用ブレーキ３４は、非通電時には保持動作を実施する。そして回転軸１の回転が停止した後、制御装置４２は電源装置４６を制御し、保持用ブレーキ１９を保持状態とする。
【００９７】
このように保持用ブレーキ１９と制動用ブレーキ３４の作動時期をずらすことにより、保持用ブレーキ１９の摺動による摩耗を低減し、保持用ブレーキ１９の使用寿命、信頼性を向上することが可能である。
【００９８】
（４）また、制御装置４２は、制御棒駆動時に停止目標位置の手前例えば４mm手前に達した時点で、駆動停止指令を発するような制御を行うことが可能である。すなわち、電送遅れ、また制動用ブレーキ３５の能力等を考慮すると制御装置４２から制御棒停止指令発信後、制御棒は２mm以上進んで停止すると考えられる。そこで停止目標位置の４mm手前で停止指令を発することにより、停止位置の精度を高めているわけである。なお、制御装置は位置検出装置２０から送信される信号に基づいて制御棒の位置を把握しているが、分離検出プローブ２７及びスクラム位置検出プローブ３０からの信号も併せてモニタしている。
【００９９】
（５）更に、制御装置４２は、（ａ）温度計３７から制御装置４２に送信される信号を監視することにより誘導電動機３５の巻線部温度を監視し、（ｂ）温度計３６から制御装置４２に送信される信号を監視することにより磁気継手部温度を監視し、（ｃ）そして位置検出装置２０から送信される信号を監視することにより制御棒駆動速度を監視する。制御棒駆動速度は、位置検出装置２０により検出された制御棒位置を時間に関して微分することにより、または制御棒位置の単位時間あたりの変化量から算出することができる。
【０１００】
そして、これらの値が第１の所定値を超えた場合、図示しない警報発生装置によりオペレータに向けて警報を発する。なお、第１の所定値を超えた場合には、警報の発生に代えて若しくは警報の発生に加えて、その旨を表す情報を適当な表示手段により表示してオペレータに伝えるようにしてもよい。
【０１０１】
また、上記の値が第１の所定値と比較してより臨界値に近いまた第２の所定値を超えた場合、制御装置４２は制御棒の駆動停止指令を発する。
【０１０２】
なお、上記の説明では、第１の所定値と第２の所定値を設定して、各所定値を超えた場合に制御装置４２が所定の処置をとるようにしているが、これに限定されるものではなく、誘導電動機３５の巻線部温度、磁気継手部温度、制御棒駆動速度に対して所定の範囲の許容値を設定し、各パラメータが許容される所定の範囲を逸脱した場合に、上記と同様に電動機停止、警報の発生等の処置をとるようにしてもよい。
【０１０３】
（６）制御装置４２はサーマルリレー４３が作動した場合には、警報を発し、さらに制御棒駆動停止指令を発する。これにより、制御棒の異常検知を迅速に行えるだけでなく、磁気継手への過大トルクが負荷されることを防止することができ、磁気継手の脱調防止を図ることも可能である。
【０１０４】
なお、サーマルリレー４３を設けることに代えて、電源装置４１に電流計、電圧計または電力計を設け、この電流計等から制御装置４２に送信される信号を監視することにより誘導電動機３５に供給される電流値（電圧値、電力値でもよい）を監視し、その値が第１の所定値を超えた場合、図示しない警報発生装置によりオペレータに向けて警報を発するようにしてもよい。更に、第１の所定値を超えた場合には、警報の発生に代えて若しくは警報の発生に加えて、その旨を表す情報を適当な表示手段により表示してオペレータに伝えるようにしてもよい。また、上記の値が第１の所定値と比較してより臨界値に近いまた第２の所定値を超えた場合、制御装置４２は制御棒の駆動停止指令を発するようにしてもよい。
【０１０５】
（７）制御装置４２は、制御棒の駆動停止後の実際の停止位置と目標停止位置または駆動停止指令発生時の制御棒位置とを比較し、実際の停止位置と目標停止位置または駆動停止指令発生時の制御棒位置との差が所定の範囲を逸脱した場合に、前記所定の範囲を逸脱した旨を図示しない表示装置により表示するか、図示しない警報発生装置によりオペレータに向けて警報を発する。
【０１０６】
あるいは、制御装置４２は、制御棒の駆動停止後の停止位置と制御棒の駆動開始前の初期位置とを比較し、停止位置と初期位置との差が所定の範囲を逸脱した場合に、前記所定の範囲を逸脱した旨を図示しない表示装置により表示するか、図示しない警報発生装置によりオペレータに向けて警報を発する。
【０１０７】
（８）制御装置４２は、位置検出装置２０の出力とスクラム位置検出プローブ３０の出力を比較し、制御棒全挿入位置、制御棒全引き抜き位置またはその他の位置において、両者の関係が所定の関係から外れた場合に、警報を発し、さらに制御棒駆動停止指令を発する。
【０１０８】
（９）制御装置４２は、磁気継手脱調検知用リードスイッチ３９が作動した際、警報を発し、制御棒の駆動停止指令を発する。
【０１０９】
（１０）制御装置４２は、サーマルリレーが作動した場合、警報を発し、電動機への電力供給を停止する。
【０１１０】
（１１）制御装置４２は、制御棒挿入操作時に、一旦目標停止位置を超えて制御棒を挿入し、その後、自動的に制御棒を目標停止位置まで引き抜く駆動モードを実行することができる。
【０１１１】
上述のように制御装置４２により実施される各制御により、制御棒駆動の正確性が担保され、また、制御棒駆動機構の状態に基づいた警報の発生や、制御棒駆動停止といった対応が可能であり、制御棒駆動機構の信頼性が向上する。
【０１１２】
［第２の実施形態］
次に、図３を参照して第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、制御棒駆動機構の一部をなす磁気継手の点検を行う方法および装置に関する。
【０１１３】
図３は、図１に示す制御棒駆動機構から電動機アセンブリを取り外した状態を示している。なお、この場合、スクラム位置検出プローブ３０、分離検出プローブ２７等も取外されている。
【０１１４】
本実施形態では、図３に示すように、外側磁気継手要素３２は、その下部の各磁石の極に対応した位置に開口部６１を有する構成となっており、外側磁気継手要素３２とスプールピース１４隔壁部との間に磁気センサ６２を挿入可能な構成としている。
【０１１５】
次に磁気継手の第１の検査方法について説明する。まず、磁気センサ６２と、磁気センサ６２に接続したケーブル６３及び記録計６４を有する第１の試験装置を準備し、原子炉停止時のプラント定検時に電動機アセンブリを取外した際、磁気センサ６２を前記外側磁気継手３２とスプールピース１４隔壁部との間に挿入する。
【０１１６】
前述したように、磁気継手は内側／外側磁気継手要素３１、３２間の磁気的相互作用により伝達トルクを発生している。そこで内側／外側磁気継手要素３１、３２間の磁気（例えば磁場強度）を測定することにより、伝達トルクの劣化傾向等を確認することができる。
【０１１７】
なお磁気センサ６２により磁気測定を実施することに代えて、外側磁気継手３２とスプールピース１４隔壁部間、あるいはスプールピース１４外側の漏洩磁場の強い場所にコイル等を設置し、磁気継手を回転させ、その際に生じる磁場変動に伴う誘導起電力を測定することによっても、同様に磁気継手の伝達トルクを確認することが可能である。
【０１１８】
なお、磁気センサ６２、ケーブル６３及び記録計６４は当該検査を実施する際に取付け、原子炉運転時は取外しておく。もちろん磁気センサ６２、ケーブル６３及び記録計６４を常時接続し、磁気継手の状態を監視することも可能であるが、仮設接続することにより、常時監視のために必要となるケーブル配線、制御装置等が不要となる。また第１の試験装置をプラント運転中は格納容器外に保管、点検することにより点検作業時の被ばく低減にも寄与する。また磁気センサ６２等をプラント運転中は格納容器外に保管することにより、磁気センサ６２等への放射線照射条件等が緩和され、機器健全性確保の点でも有効である。
【０１１９】
次に磁気継手の第２の検査方法について説明する。第２の検査方法を実施する際には、第２の試験装置を用いる。第２の試験装置は、トルクメータ６５、トルク制限器６６、回転角測定器６７及び手回し可能なアーム６８が結合された軸６９により構成されている。
【０１２０】
第２の検査を実施する際には、まず、電動機アセンブリを取外した状態で、第２の試験装置の軸６９を、スプールピース１４下部のカップリング２に結合する。
【０１２１】
次に、ボールナット５位置を機械的最下限状態（「機械的最下限状態」の定義は［従来の技術］の項を参照）とし、第２の試験装置を接続する。この状態において、アーム６８に制御棒引抜き方向にトルクを印可する。しかし、このときボールナット５は機械的最下限状態にありそれ以上引抜きを行うことができないため、内側磁気継手要素３１も引抜き方向に回転することはできない。
【０１２２】
従って、外側磁気継手要素３２は、印可されたトルクの大きさに応じて、内側磁気継手３１に対して回転し、両者の間には位相差が生じる。
【０１２３】
図２に示すような８極の磁石を有する磁気継手においては、図４に示すように位相差が約２２.５度において最大伝達トルクを発生する。そこでアーム６８に 印可するトルクを徐々に増していくと、約２２.５度のねじれ角近傍で最大伝達 トルクを発揮する。これ以上アーム６８を回すと、トルクが低下するとともに磁気継手が脱調する。
【０１２４】
この特性を利用して以下の手法により、磁気継手の伝達トルクが所定の規格値以上であることを確認することができる。
【０１２５】
（１）アーム６８にトルクを印加し、トルクメータ６５により最大トルクを確認する。
なお、この際には、回転角測定器６７の検出値とトルクメータ６５の検出値を関連づけて記録することにより、磁気継手の回転角−トルクの関係を把握することがより好ましい。
なお、この手法をとる場合には、トルク制限器６６は必ずしも必要ではないが、検査中に磁気継手が脱調してしまうことを防止する観点からは、トルク制限器６６を用いた方が好ましい。
【０１２６】
（２）トルク制限器６６による制限トルクを所定の規格値に設定する。そしてアーム６８にトルクを印加し、トルク制限値までトルクを印加しても磁気継手が脱調しないことを確認する。トルクメータ６５および回転角測定器６７は必ずしも必要ではないが、トルクメータ６５により回転角測定器６７によ測定を行いながら試験を行うこともまた好ましい。
【０１２７】
上記第１および第２の試験方法によれば、スプールピース１４を制御棒駆動機構から取外すことなく、磁気継手の伝達トルク確認可能であり、定検時の作業量／工程／被ばく量の低減を図ることが可能である。また、スプールピース１４を制御棒駆動機構から取外すことなく、磁気継手の伝達トルクを確認することが可能であり、定検時の作業量／工程／被ばく量の低減を図ることが可能である。
【０１２８】
また、特に、第２の検査方法においては、磁気を測定するのではなく直接伝達トルクを測定するため、第１の検査方法と比較し、より精度の高い伝達トルク測定が可能となる。
【０１２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、磁気継手の健全性を確認する有効な手法を確立することができ、そして上記手法を用いることにより、より信頼性の高い、磁気継手を用いた制御棒駆動機構を構築することができる。
【０１３０】
なお、上記と同様の試験を電動機アセンブリを取り外すことなく実施することもできる。この方法は、電動機アセンブリの回転軸１を制動用ブレーキ３４の下方からケーシングを貫通させて突出するよう構成し、突出した回転軸１の先端に上記第２の試験装置を接続することにより可能となる。
【０１３１】
［第３の実施形態］
次に、図５を参照して第３の実施形態について説明する。第２の実施形態は、制御棒駆動機構の一部をなすスプールピースおよび磁気継手の点検を行う方法および装置に関する。
【０１３２】
図５には、本実施形態に係るスプールピース試験装置に、制御棒駆動機構から取外したスプールピース１４を設置した状態を示している。
【０１３３】
まず、スプールピース試験装置の構成について説明する。スプールピース試験装置は、スプールピース１４の上部開口を塞ぐ上蓋７１を有する。上蓋７１には、固定治具７３を介して軸７２が固定されており、軸７２の下端には内側磁気継手要素３１に接続できるカップリング７０ａが設けられている。上蓋７１には、スプールピース１４内部を加圧するための加圧ポンプ７６及び圧力測定のための圧力計７７が接続されている。
【０１３４】
次に、上記のスプールピース試験装置を用いてスプールピースおよび磁気継手の点検を行う方法について説明する。
【０１３５】
まず、制御棒駆動機構から電動機アセンブリおよびスプールピース１４を取り外し、スプールピース試験装置の架台７０上に載置する。次にカップリング７０ａを分離検出マグネット２５を支持する部材の軸に結合する。すると、軸７２は回転不能であるため、内側磁気継手要素３１に結合された駆動軸３も回転できない状態となる。次いで、上蓋７１をボルト７４によりスプールピース１４に取り付ける。なお、このとき、上蓋７１とスプールピース１４との間をＯリング７５によりシールする。
【０１３６】
また、スプールピース１４下部に位置する外側磁気継手４２の軸に結合されたカップリング２には、第２の実施形態で説明した第２の検査装置を接続する。
【０１３７】
この状態では、駆動軸３が回転不能であるため、アーム６８にトルクを印可しても、内側磁気継手要素３１は回転することができない。従って、外側磁気継手要素３２は、それに印可されたトルクの大きさに応じて、内側磁気継手要素３１に対して回転し、両者の間に位相差が生じる。このときの伝達トルクを測定することにより、第２の実施形態と同様に磁気継手の最大伝達トルクを測定することが可能となる。
【０１３８】
更に、加圧ポンプ７６からスプールピース１４内部を加圧することにより、スプールピース１４の耐圧試験を実施することができる。
【０１３９】
なお、本実施形態のようにスプールピース１４が制御棒駆動機構から取り外されている場合には、外側磁気継手要素３２側を固定し、カップリング７０ａに第２の検査装置を接続して内側磁気継手要素３１側を回転させても磁気継手の最大伝達トルクを測定することが可能である。
【０１４０】
以上説明したように、スプールピース１４を点検する際に制御棒駆動機構からスプールピース１４を取外し、格納容器外に設置された本実施形態に係る試験装置にて磁気継手のトルク確認を行うことにより、第２の実施形態で説明した方法に比べて容易に作業を行うことが可能であり、被ばく低減にも寄与する。
【０１４１】
従って、スプールピース１４を取外さない場合は第２の実施形態に記載の手法で、スプールピース１４を取外す場合は第３の実施形態に記載された手法で磁気継手のトルク確認を実施するのが有効である。
【０１４２】
［第４の実施形態］
次に、図６を参照して第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、制御棒駆動機構の一部をなすスプールピース１４および磁気継手の分解、点検等を行う方法および装置に関する。
【０１４３】
図６は、本実施形態に係る制御棒駆動機構点検装置内にスプールピース１４を設置し、スプールピース１４の分解／組立を実施している状態を示している。
【０１４４】
図６に示すように、点検装置は、スプールピース１４および磁気継手を収容可能な水槽７８を有する。水槽７８内には、スプールピース１４を載置するための台７９が設けられている。
【０１４５】
更に、水槽７８内には、レール９０、９１が台７９に載置されたスプールピース１４の軸線方向に沿って敷設されている。これらレール９０、９１上には、台車８４、８５が、レール９０、９１にそれぞれ沿って移動可能に設けられている。台車８４、８５は、内側磁気継手要素３１および外側磁気継手要素３２にそれぞれ対応している。
【０１４６】
台車８４には、軸８１が回転可能に取り付けられており、軸８１は台７９に載置されたスプールピース１４の軸線と同一線上に位置している。軸８３の先端には、カップリング８１が設けられている。カップリング８１は、内側磁気継手要素３１に結合された軸に結合することができる。同様に、台車８５には、軸８２が回転可能に取り付けられており、軸８２は台７９に載置されたスプールピース１４の軸線と同一線上に位置している。軸８２の先端には、カップリング８０が設けられている。カップリング８０は、外側磁気継手要素３２に接続された軸に結合することができる。
【０１４７】
更に、レール９０、９１上には、台車８８、８９が、レール９０、９１にそれぞれ沿って台７９に載置されたスプールピース１４の軸線方向に移動可能に設けられている。台車８８には、内側磁気継手要素３１の周囲を覆う磁性体の外被８６が設けられている。また台車８９には、外側磁気継手要素３２の周囲を覆う磁性体の外被８７が設けられている。
【０１４８】
また、水槽７８内には、超音波発振設備９２が設けられており、水で満たされた水槽７８内部に入れたスプールピース１４等を超音波洗浄可能な構成としている。また水槽７８内には移動可能な磁石９３が設置されている。更に、この点検装置は、加圧空気を供給するホース９４を有している。
【０１４９】
次に、作用について説明する。内側磁気継手要素３１および外側磁気継手要素３２が組合わせた状態では、磁力線が磁気継手内に大部分閉じ込められるため特に問題ないものの、内側磁気継手要素３１と外側磁気継手要素３２とを分離した状態では、周囲に磁力線が放散されるため、周囲機器への磁気影響、及び周囲の磁性体が吸引されることにより接触事故等が起きる可能性がある。
【０１５０】
一方、上記のような点検装置を用いた場合には、内側磁気継手要素３１および外側磁気継手要素３２の軸をスプールピース１４の軸線上に固定した状態で内側磁気継手要素３１および外側磁気継手要素３２の分離・結合が可能であるため、磁気継手が他機器と接触することにより損傷することを防止できる。
【０１５１】
また内側及び外側磁気継手要素３１、３２の周囲を、それぞれ磁性体の外被８６、８７で覆うことにより、周囲への磁場漏洩を低減し、周囲機器への影響を低減することができる。
【０１５２】
更に、水槽７８内の磁石９３を水槽７８内で移動させることにより、水槽７８内の磁性粉等を回収可能であり、内側磁気継手要素３１と外側磁気継手要素３２の表面に磁性粉等が付着すること低減することができる。
【０１５３】
本実施形態では、水槽７８内において内側及び外側磁気継手要素３１、３２の周囲を覆う磁性体の外被８６、８７を設けているが、スプールピース１４の周囲も磁性体の外被で覆うようにしてもよい。また、内側及び外側磁気継手要素３１、３２及びスプールピース１４の保管、運搬の際にも周囲を磁性体の外被で覆うことにより、周囲機器への磁気影響を低減することができる。
【０１５４】
また、内側及び外側磁気継手要素３１、３２の点検、保管、運搬の際、内側及び外側磁気継手要素３１、３２の周囲を非磁性体例えばビニール等により覆うことにより、磁性体等の異物付着を防止することが可能である。
【０１５５】
また内側及び外側磁気継手要素３１、３２に磁性粉等の異物が付着した場合、あるいはその他の機器に異物が付着している場合等は、ホース９４から加圧空気を該当機器へむけて噴出することにより、磁性粉あるいはその他の異物を除去することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する図であって、本発明による制御棒駆動装置の一実施形態を概略的に示す軸線方向に沿った断面図。
【図２】図１に示す磁気継手の構成を説明する概念図。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する図であって、磁気継手の検査方法およびそのための装置を説明する概略図。
【図４】磁気継手のトルク特性の一例を説明するグラフ。
【図５】本発明の第３の実施形態を説明する図であって、スプールピース試験装置を示す概略図。
【図６】本発明の第４の実施形態を説明する図であって、スプールピース点検装置を示す概略図。
【図７】従来の制御棒駆動装置を概略的に示す軸線方向に沿った断面図。
【符号の説明】
【０１５７】
４  ボールねじ
５  ボールナット
１１  制御棒
１４  スプールピース
１９  電磁ブレーキ（第２のブレーキ）
２０  位置検出装置（第１の位置検出装置）
３０  スクラム位置検出プローブ（第２の位置検出装置）
３１  内側磁気継手要素（第１の継手要素）
３２  外側磁気継手要素（第２の継手要素）
３４  制動用ブレーキ（第１のブレーキ）
３５  （誘導）電動機
３６  温度計（磁気継手用の温度測定手段）
３７  温度計（誘導電動機用の温度測定手段）
３９  磁気継手脱調検知用リードスイッチ（磁気測定装置）
４０  接点（スイッチ）
４１  電源装置
４２  制御装置
４３  サーマルリレー（保護継電器）
４４  ６０Ｈｚ固定周波数電源（第１の電源）
４５  可変周波数電源（第２の電源）
４８  磁石Ａ（第１の磁石）
４９  磁石Ｂ（第２の磁石）
５０  磁石Ｃ（第３の磁石）
５１  磁石Ｄ（第４の磁石）
５３  ヨークＡ（第１の磁性体）
５４  ヨークＢ（第２の磁性体）
５５  ヨークＣ（第３の磁性体）
５６  ヨークＤ（第４の磁性体）
５７  スリーブ（第１の外被）
５８  スリーブ（第２の外被）
５９  外被（第３、第４の外被）
６２  磁気センサ（磁気測定装置）
６５  トルクメータ（トルク測定手段）
６６  トルク制限器
６７  回転角測定器（回転角測定手段）
６８  アーム（トルク印加手段）
７３  固定治具（回転拘束手段）
７６  加圧ポンプ（圧力供給手段）
７７  圧力計（圧力測定手段）
７８  水槽
８４、８８、９０  台車およびレール（第１の径方向位置固定手段）
８５、８９、９１  台車およびレール（第２の径方向位置固定手段）
８６、８７  磁性体の外被
９３  磁石（水槽内の磁性体を収集する手段）
【図１】
2007163513.tif 000003
【図２】
2007163513.tif 000004
【図３】
2007163513.tif 000005
【図４】
2007163513.tif 000006
【図５】
2007163513.tif 000007
【図６】
2007163513.tif 000008
【図７】
2007163513.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月22日(2007.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁石を内蔵するとともに第１の軸に接続された第１の継手要素と、複数の磁石を内蔵するとともに第２の軸に接続された第２の継手要素と、を含む磁気継手を有するトルク伝達装置において、
前記第１の継手要素の全ての磁石を水密または気密に覆う第１の外被と、前記第２の継手要素の全ての磁石を水密または気密に覆う第２の外被と、を備え、
更に、前記第１の外被の内側において前記第１の継手要素に内蔵された磁石の一部若しくは全部を水密または気密に覆う第３の外被と、前記第２の外被の内側において前記第２の継手要素に内蔵された磁石の一部あるいは全部を水密または気密に覆う第４の外被と、のうち少なくともいずれか一方を備えたことを特徴とする、磁気継手を有するトルク伝達装置。
【請求項２】
原子炉の制御棒を昇降駆動する制御棒駆動装置であって、
電動機と、請求項１に記載のトルク伝達装置と、を有し、前記電動機が発生した駆動力を前記トルク伝達装置を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構と、
前記電動機に電力を供給する電源装置と、
を備えたことを特徴とする制御棒駆動装置。
【請求項３】
原子炉の制御棒を昇降駆動する制御棒駆動装置であって、
電動機と、請求項１に記載のトルク伝達装置とを有し、前記電動機が発生した駆動力を前記トルク伝達装置を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備え、
スプールピース隔壁内部に前記トルク伝達装置の第１の継手要素が設置され、スプールピース隔壁外部に前記トルク伝達装置の第２の継手要素が設置され、
前記第１の継手要素のうち第３の外被に覆われた磁石が機能し、前記第１の継手要素の第３の外被に覆われていない磁石が機能しない状態において、原子炉の通常運転時の制御棒位置保持に必要なトルク以上の最大伝達トルクを前記トルク伝達装置が有していることを特徴とする制御棒駆動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒駆動装置、その試験方法及びその試験装置、その点検装置、その保管方法及びその保管装置、並びにトルク伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御棒駆動機構は制御棒と一体となり、原子炉の反応度を制御するものであり、プラントの運転および安全上特に重要なものである。図７に従来の電動制御棒駆動機構を示す。
【０００３】
図７は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器下部に設けられて制御棒（ＣＲ）を昇降駆動する電動型の制御棒駆動機構（ＣＲＤ）を示す縦断面図である。この制御棒駆動機構は下端部に電動機アセンブリを備え、電動機アセンブリの垂直な回転軸１がギアカップリング２を介して、上方の垂直な駆動軸３に接続されている。駆動軸３にはボールねじ４が一体回転可能に連結され、このボールねじ４にボールナット５が螺合してボールねじ４の回転により昇降駆動されるようになっている。
【０００４】
ボールナット５の外周部には上下配置で対をなすローラ６が設けられ、これらのローラ６はガイドチューブ７の内周面に形成された軸方向の取付板８を狭持するように取り付けられている。ボールナット５の上部には、ボールねじ４を囲んで上方に伸びる中空ピストン９が設けられ、この中空ピストン９の上端に、カップリング１０を介して制御棒１１が連結されている。
【０００５】
ＣＲＤハウジング１２内にはアウターチューブ１３が設置され、ＣＲＤハウジング１２、アウターチューブ１３、スプールピース１４はボルト１５で締結されている。
【０００６】
ボールねじ４下部にはばね１６が設けられ、制御棒全引き抜き位置を超えてボールナット５を下方へ移動した場合、ボールナット５が前記ばね１６を圧縮する。このようにボールナット５が前記ばね１６を圧縮している状態を、本明細書においては「機械的最下限状態」と呼ぶ。
【０００７】
またアウターチューブ１３上部にはバッファ１７が設けられ、制御棒全挿入状態をこえてボールナット５を上方へ移動した場合、ボールナット５上部に設置された中空ピストン９により前記バッファ１７を圧縮する。このように中空ピストン９が前記バッファ１７を圧縮している状態を、本明細書においては「機械的最上限状態」と呼ぶ。
【０００８】
電動機アセンブリは電動機１８、電磁ブレーキ１９、位置検出装置２０より構成されており、電動機１８により制御棒駆動、電磁ブレーキ１９により制御棒位置保持、位置検出装置２０により制御棒位置を確認している。現在既設の改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）における電動型制御棒駆動機構では、電動機１８としてステップモータが採用されており、電動機電源２１としてはインバータ電源が用いられている。
【０００９】
電動機アセンブリは電動機ブラケット２２を介してスプールピース１４に連結されている。
【００１０】
スプールピース１４において、駆動軸３の貫通部にはグランドパッキン２３を使用している。スプールピース１４内には、コイルスプリング２４及びコイルスプリング２４に支持され、分離検出マグネット２５を内蔵したマグネットハウジング２６が設置されている。中空ピストン９がボールナット５から分離した場合等、コイルスプリング２４にかかる荷重が減少すると、コイルスプリング２４は伸び、これに伴い分離検出マグネット２５が上方へ移動する構造となっている。スプールピース１４外側には磁気により作動するリードスイッチを内蔵した分離検出プローブ２７が設置され、分離検出マグネット２５の移動を検知できるようになっている。
【００１１】
中空ピストン９内にはスクラム位置検出マグネット２８が内蔵されている。ガイドチューブ７内にはスクラム時のバッファ１７の圧縮に伴い移動するフルイン検出マグネット２９が設置されている。制御棒駆動機構ハウジング１２の外側には磁気により作動するリードスイッチを内蔵したスクラム位置検出プローブ３０が設けられ、スクラム位置検出マグネット２８及びフルイン検出マグネット２９の移動を検知できるようになっている。
【００１２】
このように構成された制御棒駆動機構において、電動機１８を回転駆動させることにより、回転軸１及び駆動軸３を介してボールねじ４が回転し、このボールねじ４の回転によりボールナット５が上下動する。その際、ボールナット５はローラ６を介して取付板７により回転が規制されて上下動する。ボールナット５の上下動に連動して、中空ピストン９及び制御棒１１が上下動し、この制御棒１１の上下動により炉心への挿入及び引抜き量が調整され、炉出力がコントロールされる。
【００１３】
スクラム時は制御棒１１とカップリング１０を介して結合した中空ピストン９が、水圧制御ユニットから供給される水圧により急速に押し上げられボールナット５から分離し、急速に制御棒１１を炉心に挿入する。このとき、中空ピストン９のボールナット５からの分離は分離検出プローブ２７により検出される。また、スクラム中、及びスクラム後の制御棒１１の位置はスクラム位置検出プローブ３０により検出される。
【００１４】
また、定検時に実施する制御棒摩擦測定試験の際は、水圧制御ユニットに制御棒摩擦測定試験装置を接続し、前記試験装置を介して制御棒駆動装置に水圧を供給することにより、制御棒を炉心に挿入する。この時の制御棒駆動機構の動作は挿入速度が遅いことを除き、スクラム時の動作と同様である。制御棒摩擦測定試験においては、前記挿入時の水圧の変動を測定することにより、制御棒と周囲機器との摩擦状態を確証する。
【００１５】
以上に示す制御棒駆動機構ではスプールピース１４の軸封部としてグランドパッキン２３を有し、また電動機１８としてインバータ電源を用いるステップモータを採用しているが、近年、制御棒駆動機構について、（１）磁気継手（マグネットカップリング）採用によるスプールピース軸封部の削除、および、（２）電動機型式の変更（誘導電動機化）等の改良が検討されており、これについては例えば特開平１０−１３２９９７号及び特開平１０−２７４６８８号に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１３２９９７号
【特許文献２】特開平１０−２７４６８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが前述の制御棒駆動機構においては、下記の点において技術の確立あるいは改良の余地があった。
【００１７】
図７に示すように従来の電動制御棒駆動機構は電動機としてステップモータを採用しており、電動機電源としてインバータ電源を採用していたが、システムが複雑であり、また電源物量も多かった。そこで現在検討が進められている、誘導電動機を採用した制御棒駆動機構においては、電源システムの簡素化が求められていた。そこで誘導電動機の適用については近年検討が進められてきたが、誘導電動機を適用した場合の電源装置、制御装置、駆動性能健全性を確認する手段等については確立されていない。
【００１８】
また、磁気継手を採用した制御棒駆動機構において、磁気継手自体の構造、仕様検討がなされてきてはいるが、保守、試験手段については確立されていない。また、磁気継手部が万一脱調した場合、制御棒の実際の位置が不明となる可能性がある。このため、この問題を解決するためのいくつかの手段が近年提案されているが、システムが複雑であり現実的でなく、合理的な検知手段の確立が求められている。
【００１９】
また、磁気継手部を水中で使用するにあたり、万一磁気継手を覆う外被が損傷した場合、内蔵する磁石と水が接触し、発錆等により磁気継手性能が劣化する可能性がある。このため、前記事象が発生した場合でも磁気継手の機能を確保する手段の確立が望まれている。
【００２０】
また、従来の制御棒摩擦測定試験においては、個々の水圧制御ユニットへ制御棒摩擦測定試験装置を現場で順次接続しながら実施する必要があり、工程へのインパクトが大きく、また前記接続作業は放射線管理区域内の作業であり、作業性向上、被ばく低減の観点から、より簡易な試験方法の確立が望まれている。
【００２１】
本発明は上述した事情を鑑みてなされたもので、制御棒駆動機構及び、電源装置及び制御装置といった関連系の確立、保守、試験手段の確立を行いつつ、信頼性の高い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】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明においては特許請求の範囲に記載した発明を提供する。
【００２３】
請求項１に記載の発明は、複数の磁石を内蔵するとともに第１の軸に接続された第１の継手要素と、複数の磁石を内蔵するとともに第２の軸に接続された第２の継手要素と、を含む磁気継手を有するトルク伝達装置において、前記第１の継手要素の全ての磁石を水密または気密に覆う第１の外被と、前記第２の継手要素の全ての磁石を水密または気密に覆う第２の外被と、を備え、更に、前記第１の外被の内側において前記第１の継手要素に内蔵された磁石の一部若しくは全部を水密または気密に覆う第３の外被と、前記第２の外被の内側において前記第２の継手要素に内蔵された磁石の一部あるいは全部を水密または気密に覆う第４の外被と、のうち少なくともいずれか一方を備えたことを特徴としている。
【００２４】
水中環境等では磁石と水が接触し、発生により磁気特性が変化することを防止するため、磁気継手表面を外被で覆う構成が用いられるが、請求項１の発明によれば、内側／外側磁気継手表面を覆う外被の内側に、さらに外被で覆った磁石を設置することにより、万一内側／外側磁気継手表面を覆う外被が破損した場合でも、磁石と水の接触を防止し、磁石の健全性を確保することが可能である。これにより磁気継手の信頼性が向上する。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、原子炉の制御棒を昇降駆動する制御棒駆動装置でにおいて、電動機と、請求項１に記載のトルク伝達装置と、を有し、前記電動機が発生した駆動力を前記トルク伝達装置を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構と、前記電動機に電力を供給する電源装置と、備えたことを特徴としている。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、原子炉の制御棒を昇降駆動する制御棒駆動装置において、電動機と、請求項１に記載のトルク伝達装置とを有し、前記電動機が発生した駆動力を前記トルク伝達装置および前記ボールねじを介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備え、スプールピース隔壁内部に前記トルク伝達装置の第１の継手要素が設置され、スプールピース隔壁外部に前記トルク伝達装置の第２の継手要素が設置され、前記第１の継手要素のうち第３の外被に覆われた磁石が機能し、前記第１の継手要素の第３の外被に覆われていない磁石が機能しない状態において、原子炉の通常運転時の制御棒位置保持に必要なトルク以上の最大伝達トルクを前記トルク伝達装置が有していることを特徴としている。
【００２７】
請求項２及び３に記載の発明によれば、請求項１に記載のトルク伝達装置が制御棒駆動機構に組み込まれているため、磁気継手を用いた信頼性の高い制御棒駆動機構を構築することが可能である。
【００２８】
更に本出願は以下の発明を含む。まず第１の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を有する制御棒駆動装置の試験装置において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加可能なトルク印加手段と、印加されたトルクを測定するトルク測定手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２９】
第２の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、前記電動機が発生した回転運動を直線運動に変換するボールナットおよびボールねじとを有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手、前記ボールナットおよび前記ボールねじを介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を有する制御棒駆動装置を試験する方法において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記ボールねじを構成するボールナットの位置を機械的最下限状態または機械的最上限状態とし、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加して、前記磁気継手の異常の有無を判断することを特徴としている。
【００３０】
第３の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の試験装置において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加可能なトルク印加手段と、前記トルク印加手段により印加されるトルクを制限するトルク制限器と、を備えたことを特徴としている。
【００３１】
第４の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、前記電動機が発生した回転運動を直線運動に変換するボールねじとを有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手および前記ボールねじを介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構と、を有する制御棒駆動装置を試験する方法において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記ボールナットの位置を機械的最下限状態または機械的最上限状態とし、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対して所定の制限値に設定されたトルク制限器を介してトルクを印加して、前記磁気継手の異常の有無を判断することを特徴としている。
【００３２】
第５の発明は、第１または第３の発明において、前記スプールピースを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能な、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転角度を測定する回転角測定手段を更に備えたことを特徴としている。
【００３３】
第６の発明は、第２または第４の発明において、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加する際に、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転角度をトルク値と関連づけて測定し、その測定結果に基づいて前記磁気継手の異常の有無を判断することを特徴としている。
【００３４】
第７の発明は、第２、第４及び第６の発明のうちのいずれか一つにおいて、電動機アセンブリを前記駆動機構から取り外した状態で、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加することを特徴としている。
【００３５】
第８の発明は、第２、第４及び第６の発明のうちのいずれか一つにおいて、前記電動機アセンブリを前記駆動機構に取り付けた状態で、前記電動機アセンブリの下部から前記電動機アセンブリの軸を回転させ、前記電動機アセンブリの軸を介して前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に対してトルクを印加することを特徴としている。
【００３６】
第１乃至第８の発明によれば、磁気継手を有するスプールピースを駆動機構に取り付けた状態のまま、伝達トルク、回転角等を測定し、磁気継手の健全性確認が可能である。
またトルク制限器の設置により過度なトルク印加による磁気継手の脱調防止が可能である。またトルク制限器の設定値を磁気継手健全性確認のための判定値とし、トルク制限器設定値までトルクを印可し脱調有無を確認することにより、磁気継手の健全性確認が可能である。請求項１乃至８の発明によれば、スプールピースを駆動機構に取り付けた状態のまま、磁気継手の健全性の確認が可能となり、磁気継手の健全性確認を目的としてスプールピースを取外す必要がなくなり、プラント定検時の作業量、工程、被ばく量の低減が可能となる。
【００３７】
第９の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の試験装置であって、前記スプールピースの試験を行う試験装置において、前記磁気継手を構成する制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転を拘束する回転拘束手段と、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸にトルクを印加するトルク印加手段と、を備えたことを特徴としている。
【００３８】
第１０の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構と、を有する制御棒駆動装置の試験装置であって、前記スプールピースの試験を行う試験装置において、前記磁気継手を構成する制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸にトルクを印加するトルク印加手段と、前記磁気継手を構成する前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸に接続可能であって、前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転を拘束する回転拘束手段と、を備えたことを特徴としている。
【００３９】
第１１の発明は、第９または第１０の発明において、前記制御棒側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸、または前記電動機アセンブリ側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸の一方に接続可能であって、前記トルク印加手段により印加されるトルクを制限するトルク制限器を更に備えたことを特徴としている。
【００４０】
第１２の発明は発明は、第９または第１０の発明において、前記制御棒側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸、または前記電動機アセンブリ側の継手要素若しくはこの継手要素に接続された軸の一方に接続可能であって、前記制御棒側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸または前記電動機アセンブリ側の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の回転角度を測定する回転角測定手段を更に備えたことを特徴としている。
【００４１】
第９乃至第１２の発明によれば、スプールピースを取外した場合において、磁気継手部の伝達トルクを測定することにより、磁気継手部の健全性確認が可能となる。スプールピースを取外す場合は、第９乃至第１２の発明に基づいて磁気継手部の健全性確認を行うことにより、第１乃至第８の発明に基づく手法と比較し、格納容器外の作業環境のよい場所で試験実施可能であり、作業性の改善、被ばく低減が可能となる。
【００４２】
第１３の発明は、第９または第１０の発明において、スプールピースの内部を加圧する圧力供給手段と、スプールピースの内部の圧力を測定する圧力測定手段と、を更に備えたことを特徴としている。
【００４３】
第１３の発明によれば、スプールピースを取外した場合に、スプールピース隔壁内側部を加圧することにより、耐圧試験を実施することができる。
【００４４】
第１４の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと磁気継手を内蔵するスプールピースとを有するとともに前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管装置であって、前記スプールピースを保管する保管装置において、前記スプールピースの一部または全部を覆う磁性体の外被を有することを特徴としている。
【００４５】
第１５の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと磁気継手を内蔵するスプールピースとを有するとともに前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管装置であって、前記磁気継手を保管する保管装置において、前記磁気継手の一部または全部を覆う磁性体の外被を有することを特徴としている。
【００４６】
第１４及び第１５の発明によれば、磁気継手を有するスプールピースの保管あるいは点検作業時、あるいは磁気継手の保管あるいは点検作業時に、磁気継手等から漏洩する磁場を磁性体の外被により閉じ込めることが可能であり、周囲機器への磁気影響を低減可能である。
【００４７】
第１６の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の点検装置において、前記磁気継手を構成する一方の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の位置を径方向に関して固定する第１の径方向位置固定手段と、前記磁気継手を構成する他方の継手要素またはこの継手要素に接続された軸の位置を径方向に関して固定する第２の径方向位置固定手段と、を備え、前記スプールピース及び前記各継手要素の軸線を固定した状態で、スプールピースの分解あるいは組立を実施することを特徴としている。
【００４８】
この第１６の発明においては、前記磁気継手の一部または全部を覆う磁性体の外被を更に備えることが好適である。
【００４９】
磁気継手は強力な磁石を内蔵しているため、軸線を固定していない状態で分解／組立を行うと、内側と外側磁気継手あるいは磁気継手と周囲の磁性体の引き合う力により、磁気継手がスプールピース隔壁部等にあたり、磁気継手破損等をひきおこす可能性がある。そこで第１６の発明によれば、軸線を固定した状態で内側磁気継手と外側磁気継手の分解／組立を行うことにより、機器の損傷を防止し安全に分解／組立作業の実施が可能となる。
【００５０】
第１７の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管方法において、前記磁気継手継手の一部または全部を非磁性体の外被で覆い保管することを特徴としている。
【００５１】
スプールピースから磁気継手の取外し、取付けを行う際及び保管する際には、磁気継手の磁場により、周囲の磁性体等が磁気継手に付着する可能性がある。そこで第１７の発明によれば、磁気継手の周囲を非磁性体で覆うことにより、磁気継手表面への磁性体付着を防止することが可能である。
【００５２】
第１８の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の保管方法において、前記磁気継手の一部または全部を磁性体の外被により覆い保管することを特徴としている。
【００５３】
第１８の発明によれば、磁気継手を有するスプールピースの保管時に、磁気継手等から漏洩する磁場を磁性体の外被により閉じ込めることが可能であり、周囲機器への磁気影響を低減可能である。
【００５４】
第１９の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の点検装置において、前記スプールピースの分解組立を行う水槽と、永久磁石あるいは誘導磁石を用いた前記水槽内の磁性体を収集する手段と、を備えたことを特徴としている。
【００５５】
第１９の発明によれば、スプールピースから磁気継手の取外し、取付けを行う水槽内の磁性粉等を、永久磁石あるいは誘導磁石により収集することにより、磁気継手に付着する磁性体の量を低減することが可能となる。
【００５６】
第２０の発明は、電動機を含む電動機アセンブリと、スプールピースと、前記スプールピースにより隔てられた一対の継手要素を有する磁気継手と、を有するとともに、前記電動機が発生した駆動力を前記磁気継手を介して制御棒に伝達して制御棒を昇降させる駆動機構を備えた制御棒駆動装置の点検方法において、点検前または点検後に、加圧流体を前記磁気継手に噴霧して前記継手要素の表面の異物を除去することを特徴としている。
【００５７】
第２０の発明によれば、磁気継手表面に付着した磁性体等の異物を、加圧流体を噴出することにより取り除くことが可能となる。
【発明の効果】
【００５８】
以上で説明したように本発明によれば、制御棒駆動機構及び、電源装置及び制御装置といった関連系の確立、保守、試験手段の確立を行いつつ、信頼性の高い制御棒駆動機構を提供することが可能となる。
【発明の実施の形態】
【００５９】
以下に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００６０】
［第１の実施形態］
まず、図１及び図２を参照して第１の実施形態について説明する。図１には、第１の実施形態に係る制御棒駆動機構の下部構造、すなわちスプールピース部と電動機アセンブリ部の構造が模式的に表わされている。なお、スプールピース１４より上部の構造は、図７を参照して説明した従来技術のものと同一であり、当該部分を構成する部材については図７と同一の符号を付し、重複説明は省略する。また、下部構造についても、図７で説明した部材と同一または類似の部材については、図７と同一の符号を付し、重複説明は省略する。
【００６１】
まず、本実施形態に係る制御棒駆動機構の構成を以下に説明する。
【００６２】
図１に示す制御棒駆動機構は、スプールピース１４隔壁により隔てられた内側磁気継手要素３１と外側磁気継手要素３２とから構成される磁気継手、分離検出マグネット２５、駆動軸３等を有している。
【００６３】
また制御棒駆動機構の上部構造内には、ボールねじ４、ボールナット５、中空ピストン９、スクラム位置検出マグネット２８、フルイン検出マグネット２９等が設けられている。
【００６４】
スプールピース１４下部には電動機アセンブリが設けられており、スプールピース１４側の外側磁気継手３２と電動機アセンブリ側の回転軸１はカップリング２を介して結合されている。
【００６５】
電動機アセンブリは保持用ブレーキ１９と、位置検出装置（シンクロ位置レゾルバ）２０と、変速機３３と、制動用ブレーキ３４が付属した誘導電動機３５と、から構成されている。保持用ブレーキ１９及び制動用ブレーキ３４は原子炉の通常時における制御棒位置保持に必要なトルクとして、両者ともそれぞれ単独でボールねじ４軸に換算して０．３ｋｇｆｍ以上の静止時保持トルクを有している。
【００６６】
このように保持用ブレーキ１９及び制動用ブレーキ３４両者ともに、静止時保持トルクを通常運転時の制御棒位置保持に必要なトルクに設定していることにより、万一の一方のブレーキ機能喪失を考慮しても、確実に制御棒位置保持が可能であり、信頼性の高い制御棒駆動機構を構築できる。
【００６７】
また外側磁気継手要素３２とスプールピース１４の隔壁との間と、誘導電動機３５巻線部には、それぞれ温度計３６、３７が設置されている。なお、温度計３６は外側磁気継手要素３２の外周面近傍に配置してもよいし、また、温度計３７は、誘導電動機３５巻線部の近傍位置やケーシング内の適当な位置に配置してもよい。
【００６８】
スプールピース１４外部には、分離検出プローブ２７及びスクラム位置検出プローブ３０が設けられており、これらプローブ２７、３０は、それぞれ磁気で作動するリードスイッチを有している。
【００６９】
スクラム位置検出プローブ３０のリードスイッチ（図示せず）は上下方向に関して複数配設され、制御棒のフルストロークに対し、０，１０，４０，６０，１００％（０％が全引き抜き、１００％が全挿入状態を意味する）相当位置を検出することが可能である。また分離検出プローブ２７は、分離検出マグネット２５の位置を検知する分離検出リードスイッチ３８と、磁気継手近傍の磁場状態を検知する磁気継手脱調検知用リードスイッチ３９を有している。
【００７０】
誘導電動機３５は電動機電源装置４１が接続されている。電動機電源装置４１には例えば６０Ｈｚの固定周波数電源４４が接続されている。また、固定周波数電源４４とは別に可変周波数電源４５も設けられており、固定周波数電源４４および可変周波数電源４５は、いずれか一方を選択的に電動機電源装置４１に接続することができる。可変周波数電源４５は、ステップ式に周波数を変更できるものであってもよく、連続的に周波数を変更できるものであってもよい。
【００７１】
誘導電動機３５は、同期回転数が電源周波数に比例し、また負荷によっても回転数が変動する。本実施例では電動機電源として複数の周波数を選択可能としており、原子炉運転中において中速駆動、原子炉停止中においては駆動時間短縮のため高速駆動、原子炉停止時におけるプラント点検時に実施する制御棒摩擦測定試験時においては低速駆動といった、状況に応じてフレキシビリティの高い運用が可能となっている。
【００７２】
特に制御棒摩擦測定試験時においては、制御棒を全引き抜き状態から全挿入状態へ低速駆動し、駆動速度を測定することにより摩擦等の負荷変動を検出することができる。制御棒摩擦測定試験等においては、低速で駆動するほうが短期間の負荷変動等まで明確に検出することが可能であり、信頼性の高い試験となる。もちろん原子炉運転中と同様に中速駆動において問題なく短期間の負荷変動等を確認可能な場合は、中速駆動にて試験を制御棒摩擦測定試験を実施することも可能である。
【００７３】
また、誘導電動機３５の負荷が変動した場合には、誘導電動機３５への電気エネルギーの供給が変化するため、電源装置４１に電流計、電圧計または電力計等を設置し、これら電流計等の検出値を確認することによっても、制御棒摩擦測定試験を実施することが可能である。
【００７４】
また、本実施形態においては、６０Ｈｚの固定周波数電源４４と可変周波数電源４５を個別に設けているため、原子炉運転中は固定周波数電源４４に接続、原子炉停止中は必要に応じ可変周波数電源４５に接続するように運用することにより、原子炉運転中に誤った電源に接続する可能性を排除し、信頼性の高い運用が可能である。
【００７５】
なお、本実施形態では複数種の周波数を選択可能としているが、互いに異なる複数種の電圧を選択可能としても駆動速度をかえて駆動することが可能である。この場合には、固定周波数電源４４および可変周波数電源４５に代えて、固定電圧電源４４および可変電圧電源４５を設ければよい。
【００７６】
再度図１を参照すると、電動機電源装置４１は、直列に接続された２つのスイッチ４０を有している。各スイッチ４０は、制御装置４２から互いに別系統の指令信号伝達経路を介して送信される信号により、それぞれを独立して制御可能である。また電動機電源装置４１には保護継電器としてサーマルリレー４３が付設されている。誘導電動機３５の負荷トルクが増大した場合には、誘導電動機３５に供給される駆動電流値が増大し、サーマルリレー４３が作動するようになっている。なお、保護継電器はサーマルリレー４３に限定されるものではなく、他の保護継電器を用いてもよい。
【００７７】
また、保持用ブレーキ１９にも、保持用ブレーキ電源装置４６が接続されている。電源装置４６には、図示しない固定周波数電源が接続されている。保持用ブレーキ電源装置４６も、直列に接続された２つのスイッチ４７を有している。各スイッチ４０も、制御装置４２から互いに別系統の指令信号伝達経路を介して送信される信号により、それぞれを独立して制御可能である。
【００７８】
このように電動機電源装置４１及び保持用ブレーキ電源装置４６にそれぞれ直列に２つのスイッチ４０、４７を設置することにより、単一故障等による制御棒の誤駆動動作を防止可能であり、信頼性が向上する。
【００７９】
なお、上記のスイッチ４０、４７は、接点であってもよいし、半導体スイッチであってもよい。
【００８０】
次に、図２を参照して磁気継手部の構成について詳細に説明する。磁気継手を構成する内側磁気継手要素３１は８極の磁石５０、５１を内蔵しており、また、磁気継手を構成する外側磁気継手要素３２も同様に、８極の磁石４８、４９を内蔵している。また、磁石４８、４９、５０、５１はそれぞれ、磁気回路５２を構成するための磁性体からなるヨーク５３、５４、５５、５６を有している。
【００８１】
外側磁気継手要素３２の磁石４８、４９の内表面は、スリーブ５７により覆われ密閉されており、内側磁気継手要素３１の磁石５０、５１の外表面は、スリーブ５７により覆われ密閉されている。内側及び外側磁気継手要素３１、３２は、各磁石４８、４９、５０、５１の磁力により磁気的に結合している。このため、スプールピース１４の隔壁部を介して非接触で内側および外側磁気継手要素３１、３２間で動力を伝達可能である。
【００８２】
図２（ａ）に示すように、外側磁気継手要素３２の符号Ａを付した磁石５１（以下「磁石Ａ」という）は、符号Ｂを付した他の磁石４９（以下「磁石Ｂ」という）より小型の磁石となっている。また、内側磁気継手要素３１の符号Ｃを付した磁石５０（以下「磁石Ｃ」という）は、符号Ｄを付した他の磁石５１（以下「磁石Ｄ」という）より小型の磁石となっている。
【００８３】
また、外側磁気継手要素３２の磁石Ａに接する符号Ａを付したヨーク（以下「ヨークＡ」という）は、符号Ｂを付したヨーク（以下「ヨークＢ」という）と比較して小型となっている。また。内側磁気継手要素３１の符号Ｃを付した磁石に接する符号Ｃを付したヨーク（以下「ヨークＣ」という）は、符号Ｄを付したヨーク（以下「ヨークＤ」という）と比較して小型となっている。ただし、ヨークＡとヨークＢとを一体成形とし、ヨークＣとヨークＤとを一体成形としても構わない。
【００８４】
また、図２（ｂ）に示すように、小型の磁石すなわち磁石Ａ及び磁石Ｃは、個別に外被５９で覆われており、その上部にスペーサ６０を有している。なお、図２（ｂ）には、磁石Ｃおよびその周囲の構成のみが記載されているが、磁石Ａおよびその周囲の構成も、ヨークが磁石の外周側に位置している点を除いて磁石Ｃおよびその周囲の構成と同一である（図２（ａ）参照）。
【００８５】
図２（ａ）に示すように、磁石Ａ、Ｃ、ヨークＡ、Ｃ、はそれぞれ２個づつ設けられるとともに、軸線に対して点対称の位置に配置されており、磁石Ａと磁石Ｃ５０とは互いに対向するように配置されている。
【００８６】
この磁気継手は、磁石Ｂ、Ｄの機能を期待せず、磁石Ａ、Ｃ間に働く磁気的吸引力のみにより、原子炉通常運転時の制御棒位置保持に必要なトルクとして、ボールねじ４軸に換算して０．３ｋｇｆｍ以上の最大伝達トルクを確保している。
【００８７】
なお、前述したように、磁気継手を構成する磁石の表面をスリーブ５７,５８ で覆うだけでなく、２極分の磁石４８（磁石Ａ）、磁石５０（磁石Ｃ）を個別に外被５９を覆い、また他の磁石４９（磁石Ｂ）、磁石５１（磁石Ｄ）の機能を期待せずに通常運転時の制御棒位置保持トルクを発揮できる構成としているため、万一スリーブ５７、５８が破損して磁気継手内部に水等が浸入し、磁石４９（磁石Ｂ）、５１（磁石Ｄ）が発錆等により機能喪失しても、より強固に保護された磁石４８（磁石Ａ）、磁石５０（磁石Ｃ）の機能は喪失しないため、確実に制御棒の位置保持が可能である。このため信頼性の高い制御棒駆動機構を構築できる。
【００８８】
なお、万一、この磁気継手が脱調した場合には以下の手法（１）〜（２）により検出することができる。
【００８９】
（１）まず、第１の手法について説明する。この磁気継手は、正常時には、内側／外側磁気継手３１、３２間で、小型の磁石Ａと小型の磁石Ｃとが対向している。しかし磁気継手が脱調した場合は小型の磁石Ａ、Ｃとより大きい磁石Ｂ、Ｄが対向する。また小型磁石Ａ、Ｃには小型のヨークＡ，Ｃが接しており、小型磁石Ａ、Ｃが大きい磁石Ｂ、Ｄと対向した場合磁力線５２をヨーク内に閉じ込めることができなくなり、磁気継手周囲に磁力線を放出し、周囲磁場が変化する。このような磁場状態の変化を分離検出プローブ２７内に設けた磁気継手脱調検知用リードスイッチ３９により検知することにより、磁気継手の脱調を検出することができる。なお本実施形態では、磁気継手内部に一部小型の磁石を組み込んでいるが、磁気特性（例えば磁束密度）の異なる磁石を組み込む等した場合においても同様の効果が期待できる。
【００９０】
（２）次に、第２の手法について説明する。磁気継手が脱調した場合には、内側／外側磁気継手要素３１、３２間の結合位相が変化するため、外側磁気継手要素３２に接続された軸（回転軸１）から位置情報を検知する位置検出装置２０の出力と、内側磁気継手要素３１に接続された中空ピストン９から位置情報を検知するスクラム位置検出プローブ３０の出力の関係が正常時に対して異なってくる。
【００９１】
従って、位置検出装置２０の出力とスクラム位置検出プローブ３０の出力を比較して、両者間に所定の関係が成立しているか否かにより、磁気継手の脱調の有無を確認することができる。
【００９２】
以上の手法により、磁気継手の脱調を検知した場合には、制御装置４２により、電動機３５への電力供給を停止して制御棒の駆動を停止したり、位置検出装置２０の出力とスクラム位置検出プローブ３０の出力とが所定の関係から外れている旨を表示したり、警報を発生したり等の適切な対応が可能となる。更にその後の処置としては、当該制御棒駆動機構を動作不能の制御棒として隔離する等の適切な対応を実施することが可能であり、信頼性の高い制御棒駆動機構を構築することができる。
【００９３】
次に、制御装置４２の作用について説明する。制御装置４２は下記の機能を有する。
【００９４】
（１）制御装置４２は、運転員の操作に基づき、制御棒駆動／停止指令を発する。この場合、制御装置４２により制御される電源装置４１、４６が誘導電動機３５、制御用ブレーキ３４、保持用ブレーキ１９への電力供給を開始若しくは停止する。
【００９５】
（２）制御棒駆動開始時には、制御装置４２は、まず電源装置４６を制御し、最初に保持用ブレーキ１９を開放する。次いで、制御装置４２は電源装置４１を制御し、制動用ブレーキ３４および誘導電動機３５を同時に通電する。なお、制動用ブレーキ３４は、通電されると保持動作をやめ開放状態になる。これにより回転軸１が回転を始める。
【００９６】
（３）制御棒の駆動を停止する際には、制御装置４２はまず電源装置４１を制御し、最初に制動用ブレーキ３４および誘導電動機３５への通電を同時に停止する。なお、制動用ブレーキ３４は、非通電時には保持動作を実施する。そして回転軸１の回転が停止した後、制御装置４２は電源装置４６を制御し、保持用ブレーキ１９を保持状態とする。
【００９７】
このように保持用ブレーキ１９と制動用ブレーキ３４の作動時期をずらすことにより、保持用ブレーキ１９の摺動による摩耗を低減し、保持用ブレーキ１９の使用寿命、信頼性を向上することが可能である。
【００９８】
（４）また、制御装置４２は、制御棒駆動時に停止目標位置の手前例えば４mm手前に達した時点で、駆動停止指令を発するような制御を行うことが可能である。すなわち、電送遅れ、また制動用ブレーキ３５の能力等を考慮すると制御装置４２から制御棒停止指令発信後、制御棒は２mm以上進んで停止すると考えられる。そこで停止目標位置の４mm手前で停止指令を発することにより、停止位置の精度を高めているわけである。なお、制御装置は位置検出装置２０から送信される信号に基づいて制御棒の位置を把握しているが、分離検出プローブ２７及びスクラム位置検出プローブ３０からの信号も併せてモニタしている。
【００９９】
（５）更に、制御装置４２は、（ａ）温度計３７から制御装置４２に送信される信号を監視することにより誘導電動機３５の巻線部温度を監視し、（ｂ）温度計３６から制御装置４２に送信される信号を監視することにより磁気継手部温度を監視し、（ｃ）そして位置検出装置２０から送信される信号を監視することにより制御棒駆動速度を監視する。制御棒駆動速度は、位置検出装置２０により検出された制御棒位置を時間に関して微分することにより、または制御棒位置の単位時間あたりの変化量から算出することができる。
【０１００】
そして、これらの値が第１の所定値を超えた場合、図示しない警報発生装置によりオペレータに向けて警報を発する。なお、第１の所定値を超えた場合には、警報の発生に代えて若しくは警報の発生に加えて、その旨を表す情報を適当な表示手段により表示してオペレータに伝えるようにしてもよい。
【０１０１】
また、上記の値が第１の所定値と比較してより臨界値に近いまた第２の所定値を超えた場合、制御装置４２は制御棒の駆動停止指令を発する。
【０１０２】
なお、上記の説明では、第１の所定値と第２の所定値を設定して、各所定値を超えた場合に制御装置４２が所定の処置をとるようにしているが、これに限定されるものではなく、誘導電動機３５の巻線部温度、磁気継手部温度、制御棒駆動速度に対して所定の範囲の許容値を設定し、各パラメータが許容される所定の範囲を逸脱した場合に、上記と同様に電動機停止、警報の発生等の処置をとるようにしてもよい。
【０１０３】
（６）制御装置４２はサーマルリレー４３が作動した場合には、警報を発し、さらに制御棒駆動停止指令を発する。これにより、制御棒の異常検知を迅速に行えるだけでなく、磁気継手への過大トルクが負荷されることを防止することができ、磁気継手の脱調防止を図ることも可能である。
【０１０４】
なお、サーマルリレー４３を設けることに代えて、電源装置４１に電流計、電圧計または電力計を設け、この電流計等から制御装置４２に送信される信号を監視することにより誘導電動機３５に供給される電流値（電圧値、電力値でもよい）を監視し、その値が第１の所定値を超えた場合、図示しない警報発生装置によりオペレータに向けて警報を発するようにしてもよい。更に、第１の所定値を超えた場合には、警報の発生に代えて若しくは警報の発生に加えて、その旨を表す情報を適当な表示手段により表示してオペレータに伝えるようにしてもよい。また、上記の値が第１の所定値と比較してより臨界値に近いまた第２の所定値を超えた場合、制御装置４２は制御棒の駆動停止指令を発するようにしてもよい。
【０１０５】
（７）制御装置４２は、制御棒の駆動停止後の実際の停止位置と目標停止位置または駆動停止指令発生時の制御棒位置とを比較し、実際の停止位置と目標停止位置または駆動停止指令発生時の制御棒位置との差が所定の範囲を逸脱した場合に、前記所定の範囲を逸脱した旨を図示しない表示装置により表示するか、図示しない警報発生装置によりオペレータに向けて警報を発する。
【０１０６】
あるいは、制御装置４２は、制御棒の駆動停止後の停止位置と制御棒の駆動開始前の初期位置とを比較し、停止位置と初期位置との差が所定の範囲を逸脱した場合に、前記所定の範囲を逸脱した旨を図示しない表示装置により表示するか、図示しない警報発生装置によりオペレータに向けて警報を発する。
【０１０７】
（８）制御装置４２は、位置検出装置２０の出力とスクラム位置検出プローブ３０の出力を比較し、制御棒全挿入位置、制御棒全引き抜き位置またはその他の位置において、両者の関係が所定の関係から外れた場合に、警報を発し、さらに制御棒駆動停止指令を発する。
【０１０８】
（９）制御装置４２は、磁気継手脱調検知用リードスイッチ３９が作動した際、警報を発し、制御棒の駆動停止指令を発する。
【０１０９】
（１０）制御装置４２は、サーマルリレーが作動した場合、警報を発し、電動機への電力供給を停止する。
【０１１０】
（１１）制御装置４２は、制御棒挿入操作時に、一旦目標停止位置を超えて制御棒を挿入し、その後、自動的に制御棒を目標停止位置まで引き抜く駆動モードを実行することができる。
【０１１１】
上述のように制御装置４２により実施される各制御により、制御棒駆動の正確性が担保され、また、制御棒駆動機構の状態に基づいた警報の発生や、制御棒駆動停止といった対応が可能であり、制御棒駆動機構の信頼性が向上する。
【０１１２】
［第２の実施形態］
次に、図３を参照して第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、制御棒駆動機構の一部をなす磁気継手の点検を行う方法および装置に関する。
【０１１３】
図３は、図１に示す制御棒駆動機構から電動機アセンブリを取り外した状態を示している。なお、この場合、スクラム位置検出プローブ３０、分離検出プローブ２７等も取外されている。
【０１１４】
本実施形態では、図３に示すように、外側磁気継手要素３２は、その下部の各磁石の極に対応した位置に開口部６１を有する構成となっており、外側磁気継手要素３２とスプールピース１４隔壁部との間に磁気センサ６２を挿入可能な構成としている。
【０１１５】
次に磁気継手の第１の検査方法について説明する。まず、磁気センサ６２と、磁気センサ６２に接続したケーブル６３及び記録計６４を有する第１の試験装置を準備し、原子炉停止時のプラント定検時に電動機アセンブリを取外した際、磁気センサ６２を前記外側磁気継手３２とスプールピース１４隔壁部との間に挿入する。
【０１１６】
前述したように、磁気継手は内側／外側磁気継手要素３１、３２間の磁気的相互作用により伝達トルクを発生している。そこで内側／外側磁気継手要素３１、３２間の磁気（例えば磁場強度）を測定することにより、伝達トルクの劣化傾向等を確認することができる。
【０１１７】
なお磁気センサ６２により磁気測定を実施することに代えて、外側磁気継手３２とスプールピース１４隔壁部間、あるいはスプールピース１４外側の漏洩磁場の強い場所にコイル等を設置し、磁気継手を回転させ、その際に生じる磁場変動に伴う誘導起電力を測定することによっても、同様に磁気継手の伝達トルクを確認することが可能である。
【０１１８】
なお、磁気センサ６２、ケーブル６３及び記録計６４は当該検査を実施する際に取付け、原子炉運転時は取外しておく。もちろん磁気センサ６２、ケーブル６３及び記録計６４を常時接続し、磁気継手の状態を監視することも可能であるが、仮設接続することにより、常時監視のために必要となるケーブル配線、制御装置等が不要となる。また第１の試験装置をプラント運転中は格納容器外に保管、点検することにより点検作業時の被ばく低減にも寄与する。また磁気センサ６２等をプラント運転中は格納容器外に保管することにより、磁気センサ６２等への放射線照射条件等が緩和され、機器健全性確保の点でも有効である。
【０１１９】
次に磁気継手の第２の検査方法について説明する。第２の検査方法を実施する際には、第２の試験装置を用いる。第２の試験装置は、トルクメータ６５、トルク制限器６６、回転角測定器６７及び手回し可能なアーム６８が結合された軸６９により構成されている。
【０１２０】
第２の検査を実施する際には、まず、電動機アセンブリを取外した状態で、第２の試験装置の軸６９を、スプールピース１４下部のカップリング２に結合する。
【０１２１】
次に、ボールナット５位置を機械的最下限状態（「機械的最下限状態」の定義は［従来の技術］の項を参照）とし、第２の試験装置を接続する。この状態において、アーム６８に制御棒引抜き方向にトルクを印可する。しかし、このときボールナット５は機械的最下限状態にありそれ以上引抜きを行うことができないため、内側磁気継手要素３１も引抜き方向に回転することはできない。
【０１２２】
従って、外側磁気継手要素３２は、印可されたトルクの大きさに応じて、内側磁気継手３１に対して回転し、両者の間には位相差が生じる。
【０１２３】
図２に示すような８極の磁石を有する磁気継手においては、図４に示すように位相差が約２２.５度において最大伝達トルクを発生する。そこでアーム６８に 印可するトルクを徐々に増していくと、約２２.５度のねじれ角近傍で最大伝達 トルクを発揮する。これ以上アーム６８を回すと、トルクが低下するとともに磁気継手が脱調する。
【０１２４】
この特性を利用して以下の手法により、磁気継手の伝達トルクが所定の規格値以上であることを確認することができる。
【０１２５】
（１）アーム６８にトルクを印加し、トルクメータ６５により最大トルクを確認する。
なお、この際には、回転角測定器６７の検出値とトルクメータ６５の検出値を関連づけて記録することにより、磁気継手の回転角−トルクの関係を把握することがより好ましい。
なお、この手法をとる場合には、トルク制限器６６は必ずしも必要ではないが、検査中に磁気継手が脱調してしまうことを防止する観点からは、トルク制限器６６を用いた方が好ましい。
【０１２６】
（２）トルク制限器６６による制限トルクを所定の規格値に設定する。そしてアーム６８にトルクを印加し、トルク制限値までトルクを印加しても磁気継手が脱調しないことを確認する。トルクメータ６５および回転角測定器６７は必ずしも必要ではないが、トルクメータ６５により回転角測定器６７によ測定を行いながら試験を行うこともまた好ましい。
【０１２７】
上記第１および第２の試験方法によれば、スプールピース１４を制御棒駆動機構から取外すことなく、磁気継手の伝達トルク確認可能であり、定検時の作業量／工程／被ばく量の低減を図ることが可能である。また、スプールピース１４を制御棒駆動機構から取外すことなく、磁気継手の伝達トルクを確認することが可能であり、定検時の作業量／工程／被ばく量の低減を図ることが可能である。
【０１２８】
また、特に、第２の検査方法においては、磁気を測定するのではなく直接伝達トルクを測定するため、第１の検査方法と比較し、より精度の高い伝達トルク測定が可能となる。
【０１２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、磁気継手の健全性を確認する有効な手法を確立することができ、そして上記手法を用いることにより、より信頼性の高い、磁気継手を用いた制御棒駆動機構を構築することができる。
【０１３０】
なお、上記と同様の試験を電動機アセンブリを取り外すことなく実施することもできる。この方法は、電動機アセンブリの回転軸１を制動用ブレーキ３４の下方からケーシングを貫通させて突出するよう構成し、突出した回転軸１の先端に上記第２の試験装置を接続することにより可能となる。
【０１３１】
［第３の実施形態］
次に、図５を参照して第３の実施形態について説明する。第２の実施形態は、制御棒駆動機構の一部をなすスプールピースおよび磁気継手の点検を行う方法および装置に関する。
【０１３２】
図５には、本実施形態に係るスプールピース試験装置に、制御棒駆動機構から取外したスプールピース１４を設置した状態を示している。
【０１３３】
まず、スプールピース試験装置の構成について説明する。スプールピース試験装置は、スプールピース１４の上部開口を塞ぐ上蓋７１を有する。上蓋７１には、固定治具７３を介して軸７２が固定されており、軸７２の下端には内側磁気継手要素３１に接続できるカップリング７０ａが設けられている。上蓋７１には、スプールピース１４内部を加圧するための加圧ポンプ７６及び圧力測定のための圧力計７７が接続されている。
【０１３４】
次に、上記のスプールピース試験装置を用いてスプールピースおよび磁気継手の点検を行う方法について説明する。
【０１３５】
まず、制御棒駆動機構から電動機アセンブリおよびスプールピース１４を取り外し、スプールピース試験装置の架台７０上に載置する。次にカップリング７０ａを分離検出マグネット２５を支持する部材の軸に結合する。すると、軸７２は回転不能であるため、内側磁気継手要素３１に結合された駆動軸３も回転できない状態となる。次いで、上蓋７１をボルト７４によりスプールピース１４に取り付ける。なお、このとき、上蓋７１とスプールピース１４との間をＯリング７５によりシールする。
【０１３６】
また、スプールピース１４下部に位置する外側磁気継手４２の軸に結合されたカップリング２には、第２の実施形態で説明した第２の検査装置を接続する。
【０１３７】
この状態では、駆動軸３が回転不能であるため、アーム６８にトルクを印可しても、内側磁気継手要素３１は回転することができない。従って、外側磁気継手要素３２は、それに印可されたトルクの大きさに応じて、内側磁気継手要素３１に対して回転し、両者の間に位相差が生じる。このときの伝達トルクを測定することにより、第２の実施形態と同様に磁気継手の最大伝達トルクを測定することが可能となる。
【０１３８】
更に、加圧ポンプ７６からスプールピース１４内部を加圧することにより、スプールピース１４の耐圧試験を実施することができる。
【０１３９】
なお、本実施形態のようにスプールピース１４が制御棒駆動機構から取り外されている場合には、外側磁気継手要素３２側を固定し、カップリング７０ａに第２の検査装置を接続して内側磁気継手要素３１側を回転させても磁気継手の最大伝達トルクを測定することが可能である。
【０１４０】
以上説明したように、スプールピース１４を点検する際に制御棒駆動機構からスプールピース１４を取外し、格納容器外に設置された本実施形態に係る試験装置にて磁気継手のトルク確認を行うことにより、第２の実施形態で説明した方法に比べて容易に作業を行うことが可能であり、被ばく低減にも寄与する。
【０１４１】
従って、スプールピース１４を取外さない場合は第２の実施形態に記載の手法で、スプールピース１４を取外す場合は第３の実施形態に記載された手法で磁気継手のトルク確認を実施するのが有効である。
【０１４２】
［第４の実施形態］
次に、図６を参照して第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、制御棒駆動機構の一部をなすスプールピース１４および磁気継手の分解、点検等を行う方法および装置に関する。
【０１４３】
図６は、本実施形態に係る制御棒駆動機構点検装置内にスプールピース１４を設置し、スプールピース１４の分解／組立を実施している状態を示している。
【０１４４】
図６に示すように、点検装置は、スプールピース１４および磁気継手を収容可能な水槽７８を有する。水槽７８内には、スプールピース１４を載置するための台７９が設けられている。
【０１４５】
更に、水槽７８内には、レール９０、９１が台７９に載置されたスプールピース１４の軸線方向に沿って敷設されている。これらレール９０、９１上には、台車８４、８５が、レール９０、９１にそれぞれ沿って移動可能に設けられている。台車８４、８５は、内側磁気継手要素３１および外側磁気継手要素３２にそれぞれ対応している。
【０１４６】
台車８４には、軸８１が回転可能に取り付けられており、軸８１は台７９に載置されたスプールピース１４の軸線と同一線上に位置している。軸８３の先端には、カップリング８１が設けられている。カップリング８１は、内側磁気継手要素３１に結合された軸に結合することができる。同様に、台車８５には、軸８２が回転可能に取り付けられており、軸８２は台７９に載置されたスプールピース１４の軸線と同一線上に位置している。軸８２の先端には、カップリング８０が設けられている。カップリング８０は、外側磁気継手要素３２に接続された軸に結合することができる。
【０１４７】
更に、レール９０、９１上には、台車８８、８９が、レール９０、９１にそれぞれ沿って台７９に載置されたスプールピース１４の軸線方向に移動可能に設けられている。台車８８には、内側磁気継手要素３１の周囲を覆う磁性体の外被８６が設けられている。また台車８９には、外側磁気継手要素３２の周囲を覆う磁性体の外被８７が設けられている。
【０１４８】
また、水槽７８内には、超音波発振設備９２が設けられており、水で満たされた水槽７８内部に入れたスプールピース１４等を超音波洗浄可能な構成としている。また水槽７８内には移動可能な磁石９３が設置されている。更に、この点検装置は、加圧空気を供給するホース９４を有している。
【０１４９】
次に、作用について説明する。内側磁気継手要素３１および外側磁気継手要素３２が組合わせた状態では、磁力線が磁気継手内に大部分閉じ込められるため特に問題ないものの、内側磁気継手要素３１と外側磁気継手要素３２とを分離した状態では、周囲に磁力線が放散されるため、周囲機器への磁気影響、及び周囲の磁性体が吸引されることにより接触事故等が起きる可能性がある。
【０１５０】
一方、上記のような点検装置を用いた場合には、内側磁気継手要素３１および外側磁気継手要素３２の軸をスプールピース１４の軸線上に固定した状態で内側磁気継手要素３１および外側磁気継手要素３２の分離・結合が可能であるため、磁気継手が他機器と接触することにより損傷することを防止できる。
【０１５１】
また内側及び外側磁気継手要素３１、３２の周囲を、それぞれ磁性体の外被８６、８７で覆うことにより、周囲への磁場漏洩を低減し、周囲機器への影響を低減することができる。
【０１５２】
更に、水槽７８内の磁石９３を水槽７８内で移動させることにより、水槽７８内の磁性粉等を回収可能であり、内側磁気継手要素３１と外側磁気継手要素３２の表面に磁性粉等が付着すること低減することができる。
【０１５３】
本実施形態では、水槽７８内において内側及び外側磁気継手要素３１、３２の周囲を覆う磁性体の外被８６、８７を設けているが、スプールピース１４の周囲も磁性体の外被で覆うようにしてもよい。また、内側及び外側磁気継手要素３１、３２及びスプールピース１４の保管、運搬の際にも周囲を磁性体の外被で覆うことにより、周囲機器への磁気影響を低減することができる。
【０１５４】
また、内側及び外側磁気継手要素３１、３２の点検、保管、運搬の際、内側及び外側磁気継手要素３１、３２の周囲を非磁性体例えばビニール等により覆うことにより、磁性体等の異物付着を防止することが可能である。
【０１５５】
また内側及び外側磁気継手要素３１、３２に磁性粉等の異物が付着した場合、あるいはその他の機器に異物が付着している場合等は、ホース９４から加圧空気を該当機器へむけて噴出することにより、磁性粉あるいはその他の異物を除去することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する図であって、本発明による制御棒駆動装置の一実施形態を概略的に示す軸線方向に沿った断面図。
【図２】図１に示す磁気継手の構成を説明する概念図。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する図であって、磁気継手の検査方法およびそのための装置を説明する概略図。
【図４】磁気継手のトルク特性の一例を説明するグラフ。
【図５】本発明の第３の実施形態を説明する図であって、スプールピース試験装置を示す概略図。
【図６】本発明の第４の実施形態を説明する図であって、スプールピース点検装置を示す概略図。
【図７】従来の制御棒駆動装置を概略的に示す軸線方向に沿った断面図。
【符号の説明】
【０１５７】
４  ボールねじ
５  ボールナット
１１  制御棒
１４  スプールピース
１９  電磁ブレーキ（第２のブレーキ）
２０  位置検出装置（第１の位置検出装置）
３０  スクラム位置検出プローブ（第２の位置検出装置）
３１  内側磁気継手要素（第１の継手要素）
３２  外側磁気継手要素（第２の継手要素）
３４  制動用ブレーキ（第１のブレーキ）
３５  （誘導）電動機
３６  温度計（磁気継手用の温度測定手段）
３７  温度計（誘導電動機用の温度測定手段）
３９  磁気継手脱調検知用リードスイッチ（磁気測定装置）
４０  接点（スイッチ）
４１  電源装置
４２  制御装置
４３  サーマルリレー（保護継電器）
４４  ６０Ｈｚ固定周波数電源（第１の電源）
４５  可変周波数電源（第２の電源）
４８  磁石Ａ（第１の磁石）
４９  磁石Ｂ（第２の磁石）
５０  磁石Ｃ（第３の磁石）
５１  磁石Ｄ（第４の磁石）
５３  ヨークＡ（第１の磁性体）
５４  ヨークＢ（第２の磁性体）
５５  ヨークＣ（第３の磁性体）
５６  ヨークＤ（第４の磁性体）
５７  スリーブ（第１の外被）
５８  スリーブ（第２の外被）
５９  外被（第３、第４の外被）
６２  磁気センサ（磁気測定装置）
６５  トルクメータ（トルク測定手段）
６６  トルク制限器
６７  回転角測定器（回転角測定手段）
６８  アーム（トルク印加手段）
７３  固定治具（回転拘束手段）
７６  加圧ポンプ（圧力供給手段）
７７  圧力計（圧力測定手段）
７８  水槽
８４、８８、９０  台車およびレール（第１の径方向位置固定手段）
８５、８９、９１  台車およびレール（第２の径方向位置固定手段）
８６、８７  磁性体の外被
９３  磁石（水槽内の磁性体を収集する手段）