(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを有する制御棒駆動機構と、前記ピストンの上端にバイオネットカップリング機構によって結合された制御棒と、前記制御棒の下端に設けられたカップリングソケットと、前記ピストンの上端に設けられたバイオネットカップリングと、を備えた沸騰水型原子炉の反応度制御装置において、
前記カップリングソケットの上部に設けられた支持ロッド受入れ部材と、
前記カップリングソケットの上壁及び前記支持ロッド受入れ部材の内部に形成された支持ロッド受入れ孔と、
前記ピストンの上端から前記バイオネットカップリングの上端を超えて上方に延び、前記支持ロッド受入れ孔の中に、この受入れ孔を形成する内周壁と接触して前記制御棒を自立させるように挿入される支持ロッドと、
前記バイオネットカップリングの下方に設けられ、前記カップリングソケットの下端を支持する肩部が形成された荷重支持部材と、を備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉の反応度制御装置。
【請求項２】
ピストンを有する制御棒駆動機構と、前記ピストンの上端にバイオネットカップリング機構によって結合された制御棒と、前記制御棒の下端に設けられたカップリングソケットと、前記制御棒の昇降動作を案内するための制御棒案内管と、を備えた沸騰水型原子炉の反応度制御装置において、
前記制御棒案内管の内面から中心に向けて制御棒支持部材を突設し、前記制御棒支持部材によって前記カップリングソケットの側周面を支持するようにしたことを特徴とする沸騰水型原子炉の反応度制御装置。
【請求項３】
ピストンを有する制御棒駆動機構と、前記ピストンの上端にスパッド機構によって結合された制御棒と、を備えた沸騰水型原子炉の反応度制御装置において、
前記ピストンの上端に設けられ、外面に複数の膨出部が形成されたカップリングスパッドと、
前記制御棒の下端に設けられ、前記複数の膨出部に対応する複数の凹部が内面に形成されたカップリングソケットと、を備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉の反応度制御装置。
【請求項４】
ピストンを有する制御棒駆動機構と、前記ピストンの上端にバイオネットカップリング機構によって結合された制御棒と、前記制御棒の昇降動作を案内するための制御棒案内管と、前記制御棒案内管の上部に設置され、中央に十字溝が形成された燃料支持金具と、を備えた沸騰水型原子炉の反応度制御装置において、
前記十字溝の内面に前記制御棒の側端縁を支持するための板バネ部材を突設したこと特徴とする沸騰水型原子炉の反応度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の反応度制御装置に係わり、特に、バイオネットカップリング機構又はスパッド機構によって制御棒駆動機構に結合された制御棒を有する沸騰水型原子炉の反応度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の沸騰水型原子炉の反応度制御装置は、炉心の下方から挿入される複数の制御棒を備えており、これらの制御棒はその下端が制御棒駆動機構のピストンの上端に結合されている。そして、制御棒駆動機構のピストンを昇降させることによって制御棒が炉心内に挿入され、又は引き抜かれるように構成されている。制御棒とピストンとの結合方式にはスパッド機構及びバイオネットカップリング機構の二種類があり、スパッド機構は水圧駆動型制御棒駆動機構に採用され、バイオネットカップリング機構は通常駆動を電動式とした改良型制御棒駆動機構に採用されている。
【０００３】
図１１は従来の沸騰水型原子炉の水圧駆動型の制御棒の一例を示した斜視図であり、この制御棒１は断面十字状の制御棒ブレード２を備えている。制御棒ブレード２の上端には吊り上げハンドル３を有する先端構造部材４が設けられ、制御棒ブレード２の下端には取り外しハンドル５及びスピードリミッタ６を有する末端構造部材７が設けられている。
【０００４】
末端構造部材７にはスパッド機構の一部を構成するカップリングソケット８が設けられており、図１２に示したようにカップリングソケット８の内部にはロッキングプラグ９が上下動自在に設けられ、このロッキングプラグ９はバネ力によって下向きに付勢されている。カップリングソケット８の内部には、制御棒駆動機構のピストン１０の上端に設けられたカップリングスパッド１１が嵌合されており、図１２に示した状態からバネ力によってロッキングプラグ９を降下させることによってカップリングソケット８とカップリングスパッド１１との結合がロックされる。
【０００５】
また、図示を省略したアンカップリングロッドによってバネ力に抗してロッキングプラグ９を押し上げることによって、或いは図１１に示した取り外しハンドル５によってロッキングプラグ９を引き上げることによって、カップリングソケット８とカップリングスパッド１１との結合を解除することができる。
【０００６】
図１３は電動駆動型の制御棒（改良型制御棒）の一例を示した斜視図であり、この制御棒２０は断面十字状の制御棒ブレード２１を備えている。制御棒ブレード２１の上端には吊り上げハンドル２２を有する先端構造部材２３が設けられ、制御棒ブレード２１の下端には末端構造部材（コネクタ）２４が設けられている。
【０００７】
末端構造部材２４にはバイオネットカップリング機構の一部を構成するカップリングソケット２５が設けられており、図１４に示したようにカップリングソケット２５の内部には、制御棒駆動機構の中空ピストン２６の上端に設けられたバイオネットカップリング２７が嵌合されている。また、バイオネットカップリング２７の内側にはコンプレッションロッド２８が設けられており、このコンプレッションロッド２８によって制御棒２０の荷重が支持されている。なお、図１４において符号２９は制御棒案内管（図示せず）の上部に設けられた燃料支持金具を示し、この燃料支持金具２９の中央には制御棒２０が挿通される十字溝が形成されている。
【０００８】
図１３及び図１４に示したバイオネットカップリング機構においてカップリングソケット２５とバイオネットカップリング２７とを結合する際には、カップリングソケット２５の内部にバイオネットカップリング２７をはめ込み、しかる後に制御棒２０又は中空ピストン２６を４５度回転させることによって結合が行われる。また、結合を解除する際には制御棒２０又は中空ピストン２６を逆方向に４５度回転させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、スパッド機構及びバイオネットカップリング機構のいずれにおいても、制御棒と制御棒駆動機構とをはめ合い構造によって結合するようにしているので、制御棒は自立することができない。したがって、制御棒が炉心内に挿入されている状態、特に全挿入状態においては制御棒は傾斜して周囲の燃料集合体にもたれかかっている。
【００１０】
このため、プラントの建設時及び定期検査時における燃料集合体交換作業、制御棒交換作業の際には、制御棒を囲む炉心の１セルに必ず２体の燃料集合体或いはブレードガイドが存在する必要がある。もし仮に１セルを空にしてしまうと、制御棒が大きく傾斜し、制御棒と制御棒駆動機構との結合部に大きな負荷がかかり、制御棒及び制御棒駆動機構の双方の健全性が損なわれる恐れがある。
【００１１】
そして、プラント建設時における制御棒及び燃料集合体の装荷作業、或いは定期検査時における制御棒及び燃料集合体の交換作業は燃料交換機によって行われているが、この燃料交換機による装荷・交換作業は長時間を要するものであり、プラントの建設期間或いは定期検査期間の長期化の原因となっている。
【００１２】
そこで、プラント建設期間及び定期検査期間を短縮し、建設コストの低減及びプラント稼働率の向上を図るために、制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の効率を向上させて作業時間を短縮する必要がある。そのためには、燃料プールと炉心との間での燃料集合体の移送作業（移送ステップ）を極力少なくし、さらに、ブレードガイドの挿入ステップを不要とすることが望まれる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の際に１セルを空にできるようにするために、挿入位置にかかわらず制御棒の傾斜を防止することができる沸騰水型原子炉の反応度制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明による沸騰水型原子炉の反応度制御装置は、ピストンを有する制御棒駆動機構と、前記ピストンの上端にバイオネットカップリング機構によって結合された制御棒と、前記制御棒の下端に設けられたカップリングソケットと、前記ピストンの上端に設けられたバイオネットカップリングと、を備えた沸騰水型原子炉の反応度制御装置において、前記カップリングソケットの上部に設けられた支持ロッド受入れ部材と、前記カップリングソケットの上壁及び前記支持ロッド受入れ部材の内部に形成された支持ロッド受入れ孔と、前記ピストンの上端から前記バイオネットカップリングの上端を超えて上方に延び、前記支持ロッド受入れ孔の中に、この受入れ孔を形成する内周壁と接触して前記制御棒を自立させるように挿入される支持ロッドと、前記バイオネットカップリングの下方に設けられ、前記カップリングソケットの下端を支持する肩部が形成された荷重支持部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明による沸騰水型原子炉の反応度制御装置は、ピストンを有する制御棒駆動機構と、前記ピストンの上端にバイオネットカップリング機構によって結合された制御棒と、前記制御棒の下端に設けられたカップリングソケットと、前記制御棒の昇降動作を案内するための制御棒案内管と、を備えた沸騰水型原子炉の反応度制御装置において、前記制御棒案内管の内面から中心に向けて制御棒支持部材を突設し、前記制御棒支持部材によって前記カップリングソケットの側周面を支持するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明による沸騰水型原子炉の反応度制御装置は、ピストンを有する制御棒駆動機構と、前記ピストンの上端にスパッド機構によって結合された制御棒と、を備えた沸騰水型原子炉の反応度制御装置において、前記ピストンの上端に設けられ、外面に複数の膨出部が形成されたカップリングスパッドと、前記制御棒の下端に設けられ、前記複数の膨出部に対応する複数の凹部が内面に形成されたカップリングソケットと、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明による沸騰水型原子炉の反応度制御装置は、ピストンを有する制御棒駆動機構と、前記ピストンの上端にバイオネットカップリング機構によって結合された制御棒と、前記制御棒の昇降動作を案内するための制御棒案内管と、前記制御棒案内管の上部に設置され、中央に十字溝が形成された燃料支持金具と、を備えた沸騰水型原子炉の反応度制御装置において、前記十字溝の内面に前記制御棒の側端縁を支持するための板バネ部材を突設したこと特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置について図１乃至図４を参照して説明する。なお、本実施形態による反応度制御装置は、図１３及び図１４に示したバイオネットカップリング方式の改良型電動駆動型制御棒の傾斜を防止するようにしたものであり、図１及び図２においては図１３及び図１４と共通する部材には同一符号を付して示す。
【００２１】
図１は本実施形態による反応度制御装置の電動駆動型の制御棒（改良型制御棒）を示した斜視図であり、この制御棒２０は断面十字状の制御棒ブレード２１を備えている。制御棒ブレード２１の上端には吊り上げハンドル２２を有する先端構造部材２３が設けられ、制御棒ブレード２１の下端には末端構造部材（コネクタ）２４が設けられている。
【００２２】
末端構造部材２４にはバイオネットカップリング機構の一部を構成するカップリングソケット２５が設けられており、このカップリングソケット２５の上部には細長円柱状の支持ロッド受入れ部材３０がカップリングソケット２５と一体に形成されている。支持ロッド受入れ部材３０はカップリングソケット２５よりも小径に形成されており、制御棒２０を全挿入した場合でも支持ロッド受入れ部材３０が燃料集合体の下部タイプレートと干渉しないようになっている。また、支持ロッド受入れ部材３０は制御棒ブレード２１の下端近傍まで延設されている。
【００２３】
また、図２に示したようにカップリングソケット２５の上壁２５ａ及び支持ロッド受入れ部材３０の内部には支持ロッド受入れ孔３１が形成されている。カップリングソケット２５の内部には、制御棒駆動機構の中空ピストン２６の上端に設けられたバイオネットカップリング２７が嵌合されている。さらに、中空ピストン２６の上端からバイオネットカップリング２７の上端を超えて支持ロッド３２が上方に延びており、この支持ロッド３２は支持ロッド受入れ孔３１に挿入されている。
【００２４】
また、バイオネットカップリング２７の下方には荷重支持部材３３が設けられており、この荷重支持部材３３にはカップリングソケット２５の下端を支持する肩部３４が形成されている。
【００２５】
図２に示したバイオネットカップリング機構においてカップリングソケット２５とバイオネットカップリング２７とを結合する際には、支持ロッド３２を支持ロッド受入れ孔３１に挿入すると共に、カップリングソケット２５の内部にバイオネットカップリング２７をはめ込み、しかる後に制御棒２０又は中空ピストン２６を４５度回転させることによってカップリングソケット２５とバイオネットカップリング２７との結合が行われる。また、結合を解除する際には制御棒２０又は中空ピストン２６を逆方向に４５度回転させる。
【００２６】
図３は、図１に示した制御棒２０の昇降動作を案内するための制御棒案内管４０の縦断面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線に沿った平断面図である。図３及び図４に示したように４枚の制御棒支持板（制御棒支持部材）４１が制御棒案内管４０の内面から中心に向けて突設されている。これらの制御棒支持板４１は制御棒案内管４０のほぼ全長にわたって延設されており、また、周方向に９０度の等間隔で配設されている。そして、４枚の制御棒支持板４１は、制御棒２０下端のカップリングソケット２５の側周面を４方向から支持するようにして設けられている。
【００２７】
なお、制御棒支持板４１は９０度間隔で配設されているので、カップリングソケット２５とバイオネットカップリング２７との結合及びその解除の際に制御棒２０を４５度回転させた場合でも、制御棒支持板４１と制御棒ブレード２１とが干渉することがない。
【００２８】
次に、本実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置の作用について説明する。
【００２９】
図２に示したように支持ロッド３２が支持ロッド受入れ孔３１に深く挿入されているので、支持ロッド３２と支持ロッド受入れ孔３１との接触面によって制御棒２０の自立性が確保され、いずれの挿入位置においても制御棒２０の傾斜が防止される。したがって、全挿入状態においても制御棒２０が周囲の燃料集合体にもたれかかるようなことがない。
【００３０】
また、荷重支持部材３３の肩部３４によってカップリングソケット２５の下端を支持するようにしたので、制御棒挿入操作時や挿入状態における制御棒２０からの荷重は荷重支持部材３３の断面積によって支持される。一方、制御棒落下時や引き抜き操作時においてはカップリングソケット２５の上面で荷重を受けるため、荷重支持部材３３によって荷重の分散が可能となる。
【００３１】
さらに、制御棒案内管４０の内部の制御棒支持板４１によってカップリングソケット２５の側周面を支持するようにしたので、制御棒２０の傾斜防止機能を強化することができる。
【００３２】
以上述べたように本実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置によれば、全挿入状態においても制御棒の傾斜を防止することができるので、制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の際に、ブレードガイドを挿入することなく１セルを空にすることが可能であり、このため、ブレードガイド挿入ステップが不要となって制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の時間が短縮され、結果としてプラント建設コストの低減及びプラント稼働率の向上を図ることができる。
【００３３】
また、ブレードガイドそのものが不要となるのでその製造コストを削減することができる。
【００３４】
変形例
次に、上記第１実施形態の一変形例について図５を参照して説明する。
【００３５】
本変形例による沸騰水型原子炉の反応度制御装置においては、支持ロッド３２は、バイオネットカップリング２７の内部に形成された支持ロッド受入れ孔３１の内部に挿入されている。
【００３６】
また、バイオネットカップリング２７の下方には荷重支持部材３３が設けられており、この荷重支持部材３３にはカップリングソケット２５の下端を支持する肩部３４が形成されている。
【００３７】
このような構成よりなる本変形例においても、上記第１実施形態と同様に支持ロッド３２と支持ロッド受入れ孔３１との接触面によって制御棒２０の傾斜を防止することができるので、制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の際に、ブレードガイドを挿入することなく１セルを空にすることが可能であり、このため、ブレードガイド挿入ステップが不要となって制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の時間が短縮され、結果としてプラント建設コストの低減及びプラント稼働率の向上を図ることができる。
【００３８】
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置について図６を参照して説明する。なお、本実施形態による反応度制御装置は、図１１及び図１２に示したスパッド方式の水圧駆動型制御棒の傾斜を防止するようにしたものであり、図６においては図１１及び図１２と共通する部材には同一符号を付して示す。
【００３９】
図６に示したように本実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置においては、制御棒駆動機構のピストン１０の上端に設けられたカップリングスパッド１１の外面に複数の膨出部１１ａが形成されている。一方、水圧駆動型の制御棒１の下端に設けられたカップリングソケット８の内面には、カップリングスパッド１１の複数の膨出部１１ａに対応する複数の凹部８ａが形成されている。なお、図６において符号９はロッキングプラグを示している。
【００４０】
このように本実施形態においては、複数の膨出部１１ａと複数の凹部８ａとを係合させることによってカップリングスパッド１１とカップリングソケット８とを結合するようにしたので、カップリングスパッド１１とカップリングソケット８との結合部によって制御棒１の傾斜を十分に防止することができる。
【００４１】
第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置について図７及び図８を参照して説明する。なお、本実施形態による反応度制御装置は、図１３及び図１４に示したバイオネットカップリング方式の改良型電動駆動型制御棒の傾斜を防止するようにしたものであり、図７及び図８においては図１３及び図１４と共通する部材には同一符号を付して示す。なお、図８は図７のＢ−Ｂ線に沿った平断面図である。
【００４２】
図７及び図８において符号２９は制御棒案内管（図示せず）の上部に設置された燃料支持金具を示しており、この燃料支持金具２９には図８に示したように中央に十字溝２９ａが形成されている。
【００４３】
そして、十字溝２９ａの内面には、制御棒２０の側端縁２０ａを支持するために４つの板バネ部材５０が突設されている。
【００４４】
このように本実施形態においては板バネ部材５０によって制御棒２０の側端縁２０ａを支持するようにしたので、制御棒２０の挿入位置にかかわらず制御棒２０の傾斜を防止することができる。
【００４５】
以上述べたように本実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置によれば、全挿入状態においても制御棒の傾斜を防止することができるので、制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の際に、ブレードガイドを挿入することなく１セルを空にすることが可能であり、このため、ブレードガイド挿入ステップが不要となって制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の時間が短縮され、結果としてプラント建設コストの低減及びプラント稼働率の向上を図ることができる。
【００４６】
また、ブレードガイドそのものが不要となるのでその製造コストを削減することができる。
【００４７】
変形例
次に、上記第３実施形態の一変形例について図９及び図１０を参照して説明する。なお、図１０は図９のＣ−Ｃ線に沿った平断面図である。
【００４８】
本変形例においては、板バネ部材に代えて、ローラ５１ａを有するローラ部材５１が設けられており、ローラ５１ａの周面には制御棒２０の側端縁２０ａの形状に対応する凹部が形成されている。
【００４９】
このように凹部を有するローラ５１によって制御棒２０の側端縁２０ａを支持するようにしたので、制御棒２０の昇降動作の際にもローラ５１によって制御棒２０の側端縁２０ａを円滑に支持することができる。
【００５０】
なお、上記第１実施形態（変形例を含む）と上記第３実施形態（変形例を含む）とを組み合わせることによって制御棒の傾斜防止機能をより一層強化することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明による沸騰水型原子炉の反応度制御装置によれば、全挿入状態においても制御棒の傾斜を防止することができるので、制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の際に、ブレードガイドを挿入することなく１セルを空にすることが可能であり、このため、ブレードガイド挿入ステップが不要となって制御棒及び燃料集合体の装荷・交換作業の時間が短縮され、結果としてプラント建設コストの低減及びプラント稼働率の向上を図ることができる。
【００５２】
また、ブレードガイドそのものが不要となるのでその製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置の制御棒を示した斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置における制御棒と制御棒駆動機構との結合部分を示した部分断面図。
【図３】本発明の第１実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置の制御棒案内管を示した縦断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った平断面図。
【図５】本発明の第１実施形態の一変形例による沸騰水型原子炉の反応度制御装置における制御棒と制御棒駆動機構との結合部分を示した部分断面図。
【図６】本発明の第２実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置における制御棒と制御棒駆動機構との結合部分を示した縦断面図。
【図７】本発明の第３実施形態による沸騰水型原子炉の反応度制御装置における制御棒及び燃料支持金具の一部を示した縦断面図。
【図８】図７のＢ−Ｂ線に沿った平断面図。
【図９】本発明の第３実施形態の一変形例による沸騰水型原子炉の反応度制御装置における制御棒及び燃料支持金具の一部を示した縦断面図。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線に沿った平断面図。
【図１１】従来の沸騰水型原子炉の水圧駆動型制御棒の一例を示した斜視図。
【図１２】図１１に示した従来の水圧駆動型制御棒と制御棒駆動機構との結合部分を示した縦断面図。
【図１３】従来の沸騰水型原子炉の電動駆動型制御棒の一例を示した斜視図。
【図１４】図１３に示した従来の電動駆動型制御棒を制御棒駆動機構に結合した状態を示した部分断面図。
【符号の説明】
１  水圧駆動型制御棒
２、２１  制御棒ブレード
８、２５  カップリングソケット
８ａ  カップリングソケットの凹部
１０、２６  制御棒駆動機構のピストン
１１  カップリングスパッド
１１ａ  カップリングスパッドの膨出部
２０  電動駆動型制御棒
２０ａ  制御棒の側端縁
２５ａ  カップリングソケットの上壁
２７  バイオネットカップリング
２９  燃料支持金具
２９ａ  燃料支持金具の十字溝
３０  支持ロッド受入れ部材
３１  支持ロッド受入れ孔
３２  支持ロッド
３３  荷重支持部材
３４  荷重支持部材の肩部
４０  制御棒案内管
４１  制御棒支持板
５０  板バネ部材
５１  ローラ部材
５１ａ  ローラ
【図１】
0004167734.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004167734.tif 000014
【図１４】
0004167734.tif 000015