(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容の下鏡部を貫通して取り付けられたハウジング内に設けられ、駆動源の回転を前記駆動源の回転軸に設けられた外側磁気継手及び該外側磁気継手に対向し伝達軸に設けられた内側磁気継手を介してピストン昇降機構に伝えて中空ピストンを昇降させ、前記中空ピストンと連結する制御棒を原子炉の炉心内に挿入・引抜する制御棒駆動機構において、
前記制御棒が上限位置または下限位置で拘束されたときの前記中空ピストンを含む前記ピストン昇降機構の拘束状態を検出する拘束状態検出器と、前記回転軸の前記駆動源側の端部に設けられ、前記検出した拘束状態に基づき前記回転軸を介して前記外側磁気継手を回転させ前記内側磁気継手の拘束方向にトルクを荷重するトルク荷重手段と、前記荷重するトルクを測定するトルク計と、前記回転トルクが荷重されたときの前記回転軸の回転位置を検出する位置検出器とを有することを特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項２】
請求項１において、前記トルク荷重手段及び前記トルク計は、前記回転軸に対し着脱自在に構成されていることを特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項３】
請求項１において、前記回転軸に、前記制御棒が駆動中には前記回転軸に対しブレーキ解放し、前記制御棒が停止時にはブレーキ動作となるブレーキ装置を設けることを特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項４】
原子炉圧力容の下鏡部を貫通して取り付けられたハウジング内に設けられ、駆動源の回転を前記駆動源の回転軸に設けられた外側磁気継手及び該外側磁気継手に対向し伝達軸に設けられた内側磁気継手を介してピストン昇降機構に伝えて中空ピストンを昇降させ、前記中空ピストンと連結する制御棒を原子炉の炉心内に挿入・引抜する制御棒駆動機構において、
前記制御棒が上限位置または下限位置で拘束されたときの前記中空ピストンを含む前記ピストン昇降機構の拘束状態を検出する拘束状態検出器と、前記検出した拘束状態に基づき前記回転軸を介して前記外側磁気継手の拘束方向に回転トルクが荷重されるように前記駆動源の回転を制御する制御手段と、前記回転トルクが荷重されたときの前記回転軸の回転位置を検出する位置検出器と、前記検出した回転位置と予め設定された回転位置情報とを比較して前記内側磁気継手と前記外側磁気継手との間のトルク異常を検出するトルク異常検出手段とを有することを特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項５】
請求項４において、前記制御手段は、前記駆動源の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする制御棒駆動機構。
【請求項６】
請求項１または請求項４において、前記拘束状態検出器は、前記制御棒が上限位置で拘束されたとき、前記中空ピストンに設けられた第１磁石の磁気を検出する第１磁気検出器と、前記制御棒が下限位置で拘束されたとき、前記ピストン昇降機構に設けられた第２磁石の磁気を検出する第２の磁気検出器とを有することを特徴とする制御棒駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の圧力容器下部に設置され、原子炉内の制御棒を昇降駆動することで原子炉出力を制御する制御棒駆動機構に係わり、特に磁気継手を用いた電動式制御棒駆動機構の検査作業性を高める制御棒駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、改良型沸騰水型原子炉における電動式制御棒駆動機構において、磁気継手採用による軸封部の削減によって保守点検の工数削減が進められている。
【０００３】
図７は、制御棒駆動機構の配置図である。原子炉圧力容器１００内には、減速材を兼ねた冷却材が収容されると共に、原子炉圧力容器１００の中央部には多くの燃料集合体が装荷された炉心が配置される。燃料集合体の間に制御棒１２が挿入引抜自在に設置され、制御棒１２は、原子炉圧力容器１００の下部に備わる制御棒駆動機構の中空ピストン１１に接続されている。制御棒駆動機構は、原子炉圧力容器１００の下方にあって、下鏡部に貫通して設けられ、棒駆動機構ハウジング１７、ボールねじ９、電動機１等で構成されている。
【０００４】
図８は、磁気継手を用いて軸封部を削減した従来の制御棒駆動機構の縦断面図である。この制御棒駆動機構は、原子炉圧力容器１００の下鏡部に接続する制御棒駆動機構ハウジング１７の下方に駆動源である電動機１を備える一方、制御棒駆動機構ハウジング１７の内部には、制御棒１２に連結する中空ピストン１１と、これを載置するボールナット１０及びボールねじ９を収納する。
【０００５】
また、電動機１の上端の回転軸２は、制御棒駆動機構ハウジング１７の下端の圧力隔壁１８を挟んで対向設置された磁気継手５、６を介してボールねじ９に連結する伝達軸７に接続している。こうして、電動機１を回転駆動させることにより、制御棒１２の昇降駆動を可能とし、この制御棒１２の昇降により、炉心への挿入引抜量が調整され炉出力が調整される。
【０００６】
上述の構成において、回転軸２と伝達軸７の間に磁気継手５、６の磁力による伝達トルクを超えた駆動トルク（脱調トルク）が発生すると、磁気継手の外側磁気継手５と内側磁気継手６とですべり脱調が発生し、原子炉運転上都合が悪い状態となる。そこで、電動機１の出力トルク以上の脱調トルクがあるように磁気継手５、６を設計するが、運転とともに磁気継手５、６の磁力劣化が生じ、脱調トルクが所期の値から低下していないかどうか検査を実施することが必要となってくる。
【０００７】
しかしながら、磁気継手５、６は制御棒駆動機構の内部に収納されているので、磁気継手５、６の磁力、あるいはトルクの検査のためには、制御棒駆動機構を分解して磁気継手５、６を取り出す必要があり、制御棒駆動機構を圧力容器下部から一旦取り外す作業が必要となる。このように磁気継手の検査では作業性の向上が課題である。特に、内側磁気継手６側は圧力隔壁１８内にあり取り外す作業は容易ではない。従って、磁気継手５、６を用いることによる磁力劣化を速やかに検出し信頼性の低下を防止することが課題である。
【０００８】
そこで、内側磁気継手６の回転検出手段を制御棒駆動機構に設けることが考えられる。例えば、図９(ａ)(ｂ)に示すように、内側磁気継手６と共に回転する軸７に側表面に凸凹を有した回転部材３０ａと、回転部材に対向して設けられた変位検出器３１を設け、回転部材の側面と変位計の距離が回転に伴い周期的に変化することを利用して内側磁気継手６の回転を検出する方法が特開平１０−１０２６４号公報に開示されている。この方法では制御棒駆動機構を圧力容器下部から取外す作業が不要である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１０−１０２６４号公報記載の方法では、磁気継手の脱調検出用のセンサを設置するために、耐圧部に新たな貫通部を設けなければならず、耐圧部の信頼性の観点から好ましくない。さらに、高温高圧あるいは放射線環境におけるセンサ自身の性能劣化を考慮すると信頼性の観点からも好ましくない。
【００１０】
また、上述の方法では、磁気継手の脱調発生を監視することは容易であるが、磁気継手の磁力が低下する等で、脱調トルクが所期値から劣化しているかの確認は困難である。
【００１１】
本発明の目的は、制御棒駆動機構を圧力容器下部に据付けた状態のままで、磁気継手のトルク検査を確実に確認可能とし、磁気継手の検査作業性を向上させる制御棒駆動機構を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における制御棒駆動機構の特徴とするところは、制御棒を原子炉の炉心内に挿入・引抜する制御棒駆動機構を、制御棒が上限位置または下限位置で拘束されたときの中空ピストンを含むピストン昇降機構の拘束状態を検出する拘束状態検出器と、検出した拘束状態に基づき回転軸を介して外側磁気継手を回転させ該外側磁気継手に対向する内側磁気継手の拘束方向にトルクを荷重するトルク荷重手段と、荷重するトルクを測定するトルク計と、回転トルクが荷重されたときの回転軸の回転位置を検出する位置検出器とで構成することにある。
【００１３】
具体的には本発明は次に掲げる駆動機構を提供する。
本発明は、原子炉圧力容の下鏡部を貫通して取り付けられたハウジング内に設けられ、駆動源の回転を前記駆動源の回転軸に設けられた外側磁気継手及び該外側磁気継手に対向し伝達軸に設けられた内側磁気継手を介してピストン昇降機構に伝えて中空ピストンを昇降させ、前記中空ピストンと連結する制御棒を原子炉の炉心内に挿入・引抜する制御棒駆動機構において、前記制御棒が上限位置または下限位置で拘束されたときの前記中空ピストンを含む前記ピストン昇降機構の拘束状態を検出する拘束状態検出器と、前記回転軸の前記駆動源側の端部に設けられ、前記検出した拘束状態に基づき前記回転軸を介して前記外側磁気継手を回転させ前記内側磁気継手の拘束方向にトルクを荷重するトルク荷重手段と、前記荷重するトルクを測定するトルク計と、前記回転トルクが荷重されたときの前記回転軸の回転位置を検出する位置検出器とを有することを特徴とする制御棒駆動機構を提供する。
【００１４】
好ましくは、前記トルク荷重手段及び前記トルク計は、前記回転軸に対し着脱自在に構成されている。
【００１５】
好ましくは、前記回転軸に、前記制御棒が駆動中には前記回転軸に対しブレーキ解放し、前記制御棒が停止時にはブレーキ動作となるブレーキ装置を設ける。
【００１６】
また、本発明は、原子炉圧力容の下鏡部を貫通して取り付けられたハウジング内に設けられ、駆動源の回転を前記駆動源の回転軸に設けられた外側磁気継手及び該外側磁気継手に対向し伝達軸に設けられた内側磁気継手を介してピストン昇降機構に伝えて中空ピストンを昇降させ、前記中空ピストンと連結する制御棒を原子炉の炉心内に挿入・引抜する制御棒駆動機構において、前記制御棒が上限位置または下限位置で拘束されたときの前記中空ピストンを含む前記ピストン昇降機構の拘束状態を検出する拘束状態検出器と、前記検出した拘束状態に基づき前記回転軸を介して前記外側磁気継手の拘束方向に回転トルクが荷重されるように前記駆動源の回転を制御する制御手段と、前記回転トルクが荷重されたときの前記回転軸の回転位置を検出する位置検出器と、前記検出した回転位置と予め設定された回転位置情報とを比較して前記内側磁気継手と前記外側磁気継手との間のトルク異常を検出するトルク異常検出手段とを有することを特徴とする制御棒駆動機構を提供する。
【００１７】
好ましくは、前記制御部は、前記駆動源の出力を調整する出力調整手段を有する。
【００１８】
好ましくは、前記拘束状態検出器は、前記制御棒が上限位置で拘束されたとき、前記中空ピストンに設けられた第１磁石の磁気を検出する第１磁気検出器と、前記制御棒が下限位置で拘束されたとき、前記ピストン昇降機構に設けられた第２磁石の磁気を検出する第２の磁気検出器とを有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例に係る制御棒駆動機構を、図を用いて説明する。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態例に係わる制御棒駆動機構を、図１、図２、図３、図４、図６を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態例に係わる制御棒駆動機構の構成を示す。本第１の実施の形態例では、磁気継手の内側磁気継手６の回転を拘束してあることを検出する拘束状態検出器１４と、外側磁気継手５に外部からトルクを荷重するトルク荷重手段２３と、外側磁気継手５に荷重されるトルクを測定するトルク計２２ａと、外側磁気継手５を含む回転軸２の回転を検出する位置検出器３とを設けている。
【００２２】
本制御棒駆動機構は、図１に示すように、原子炉圧力容器１００の下鏡部に接続する制御棒駆動機構ハウジング１７の下方に駆動源である電動機１を備え、電動機１の上端の回転軸２は、磁気継手の外側磁気継手５へ接続する。外側磁気継手５は、制御棒駆動機構ハウジング１７の下端の耐圧部である圧力隔壁１８を介して内側磁気継手６と磁気的に接続している。
【００２３】
内側磁気継手６は伝達軸７と接続し、伝達軸７の上方にはピストン昇降機構が配置され、ピストン昇降機構の一部であるボールねじ９が伝達軸７と一体回転できるように接続されている。ボールねじ９上に備わるボールナット１０は、ねじの回転によって昇降する。ボールナット１０の上にはボールねじ９を囲んで上方へ伸びる中空ピストン１１が載置され、中空ピストン１１の上端には制御棒１２が連結する。
【００２４】
一方、制御棒駆動機構ハウジング１７と圧力隔壁１８とには、アウタチューブ１９が挟まれ固定される。アウタチューブ１９の内側にはガイドチューブ１５が中空ピストン１１を囲むように載置されている。ボールナット１０は、ガイドチューブ１５の内面にあって、その回転を拘束され上下に摺動可能に係止される。こうして、電動機１を回転駆動させることにより、制御棒１２の昇降駆動を可能とし、この制御棒１２の昇降により、炉心への挿入引抜量が調整され炉出力が調整される。
【００２５】
電動機１の上には位置検出器３が設けられ、回転軸２の回転を制御手段２０に伝達する。なお、位置検出器３の上に保持用電磁ブレーキ４を設け、制御棒停止時には保持用電磁保持ブレーキ４を作動させ、制御棒１２や中空ピストン１１の自重等から生じる制御棒引抜き方向のトルクに抗し回転軸２の保持を確実としても良い。
【００２６】
また、内側磁気継手６が接続する伝達軸７とボールねじ９の間に分離検出器８を設ける。分離検出器８では、伝達軸７に固定した下部ばね受け８ａと、伝達軸７の先端に上下動自在、回転を拘束されて嵌合する連結器８ｂとが、ばね８ｃを挟んで配置される。連結器８ｂは、環状に磁石８ｄを備える。一方、制御棒駆動機構の外縁部に磁気検出器８ｅを内封した管状の分離検出装置１３を配置する。
【００２７】
ボールナット１０の上に制御棒１２と連結した中空ピストン１１が載置されていると、制御棒１２及び中空ピストン１１とボールナット１０及びボールねじ９の自重で、ばね８ｃは圧縮され連結器８ｂが下方へ押し込まれる。
【００２８】
また、スクラム配管１６から圧力水が供給され中空ピストン１１がボールナット１０から押上げられ離脱すると、ばね荷重が軽くなり連結器８ｂは上方に復帰する。したがって、連結器８ｂの上下動を磁気検出器１３で検出することにより中空ピストン１１の分離を可能となり、信頼性が向上できる。
【００２９】
図１において、制御手段２０は、駆動源である電動機１の動力源（電源）２０ａと、開閉器２０ｂと、ＣＰＵ２１と、信号処理器２１ａ、２１ｃと、これらの信号系及びブレーキ作動用の信号系（図示せず）とで構成される。
【００３０】
回転検出器３は制御手段２０内の信号処理器２１ａへ接続し、信号処理器２１aが検出器信号から回転情報を生成し、ＣＰＵ２１で回転位置情報を演算し、表示器２１ｂに出力されて回転位置情報を表示する。同様に、分離検出装置１３及び拘束状態検出器１４の磁気検出器も信号処理器２１ｃに接続し、ＣＰＵ２１によって分離発生や制御棒位置の情報を演算処理し、表示器２１ｂに出力して制御棒駆動機構の各状態情報を表示する。
【００３１】
もっと言えば、ＣＰＵ２１は、接続するメモリ２１０に予め制御棒駆動機構の駆動パターンやロジックを与えておくことで、回転位置情報及び制御棒駆動機構の各状態情報の処理と共に、駆動源の開閉器２０ｂを制御できるので、駆動の自動化や誤操作の排除が可能となる。
【００３２】
また、図１において、駆動源１の回転軸２には、回転検出器３が接続されるが、回転検出器３には、エンコーダやレゾルバ発信器あるいはシンクロ発信器などの位置センサや、タコジェネなどの速度センサを用いても良い。
【００３３】
拘束状態検出器１４は、図１に示すように、制御棒駆動機構の外縁部に配置され、制御棒１２と一体となって昇降する中空ピストン１１に備えられた磁石１１ａに対向する位置に配置される磁気検出器１４ａと、中空ピストン１１が上限位置に挿入された際、中空ピストン１１の昇降と連動して上下動する磁石１１ｂに対向する位置に配置される磁気検出器１４ｂとで構成される。
【００３４】
磁気検出器１４ｂは、回転軸２あるいは伝達軸７及びボールねじ９の回転あるいはボールナット１０の上昇によって中空ピストン１１が上限位置まで上昇挿入されるに伴って磁石１１ｂの位置が上昇する際に磁気を検出する位置に配置される。
【００３５】
また、磁気検出器１４ａは、回転軸２あるいは伝達軸７及びボールねじ９の回転あるいはボールナット１０の下降によって中空ピストン１１が下限位置まで下降引抜きされた際に磁石１１ａの磁気を検出する位置に配置される。
【００３６】
好ましくは、図１に示すように、磁気検出器１４ａ、１４ｂを計測用パイプ内に設けると、磁気検出器１４ａ、１４ｂを環境から保護でき信頼性の観点からより好適である。
【００３７】
また、上述した拘束状態検出器１４を、制御棒１２及び中空ピストン１１の位置を検出する位置検出器として兼用或いは併用しても良い。この場合の位置検出器は、中空ピストン１１の上下動に連動する磁石と、該磁石の上下動を検出する磁気検出器とで構成され、位置検出器の磁石及び磁気検出器を拘束状態検出器１４の磁石及び磁気検出器と兼用或いは併用する。このように、中空ピストン１１の上下動を検出することにより、制御棒１２の炉心内における位置の検出が可能となり、制御棒駆動機構の信頼性を向上させることができる。
【００３８】
この拘束状態検出器１４の動作について説明する。前述の磁石１１ａ、１１ｂと圧力隔壁１８を隔てて制御棒駆動機構の外縁部に固定されるリードスイッチを用いた磁気検出器１４ａ、１４ｂは、磁石１１ａ、磁石１１ｂの上下動作に伴う近遠に応じた磁力変化に反応して、設定値以上に磁力を受ければ導通し、そうでないとき遮断となるスイッチ信号を生じる。
【００３９】
磁気検出器１４ａ、１４ｂとしては、リードスイッチの他ホール素子あるいは誘導コイルを用いることができる。特に図１は、中空ピストン１１が下限位置まで下降引抜きされた際を示し、ボールナット１０はボールねじ９の移動下限に位置しており、引抜き方向には駆動がロックされた状態であって、磁石１１ａが磁気検出器１４ａに接近している様子を示している。
【００４０】
こうして、拘束状態検出器１４の磁気検出器１４ａあるいは１４ｂが、制御手段２０の信号処理器２１ｃに接続し、信号処理器２１ｃが検出器信号からボールナット１０あるいは中空ピストン１１が拘束位置に有るか否かの情報を生成し、ＣＰＵ２１によって拘束状態情報を演算し、表示器２１ｂに出力されて拘束状態を表示する。
【００４１】
なお、拘束状態に関する情報をより確実とするため、磁石１１ａ、１１ｂの接近を検出する磁気検出器１４ａ、１４ｂを複数設けて多重判断しても構わない。
【００４２】
また、図２に示すように、拘束状態検出器１４を、制御棒１２と一体となって昇降する中空ピストン１１を載置するボールナット１０に備えられた磁石１１ａに対向する位置に配置された磁気検出器１４ａと、中空ピストン１１が上限位置に挿入された際、中空ピストン１１の昇降と連動して上下動する磁石１１ｂに対向する位置に配置された磁気検出器１４ｂとで構成してもよい。
【００４３】
特に図２に示す拘束状態検出器１４は、ボールナット１０の下限位置が中空ピストン１１あるいは制御棒１２の下限位置より下方にある場合に好適なものである。この場合、ボールナット１０は、制御棒１２が炉内下限位置に拘束され中空ピストン１１も拘束されても、ボールナット１０は中空ピストン１１と分離してさらに引抜かれる。
【００４４】
磁気検出器１４ｂは、回転軸２あるいは伝達軸７及びボールねじ９の回転あるいはボールナット１０の上昇によって中空ピストン１１が上限位置まで上昇挿入されるに伴って磁石１１ｂの位置が上昇する際に磁気を検出する位置に配置される。
【００４５】
また、磁気検出器１４ａは、回転軸２あるいは伝達軸７及びボールねじ９の回転によってボールナット１０が下限位置まで下降引抜きされた際に磁石１１ａの磁気を検出する位置に配置される。
【００４６】
この拘束状態検出器１４の動作について説明する。図２に示すように、ボールナット１０がボールねじ９の移動下限に位置しており、引抜き方向には駆動がロックされた状態であり、磁石１１ａが磁気検出器１４ａに接近すると、前述の磁石１１ａ、１１ｂと圧力隔壁１８を隔てて制御棒駆動機構の外縁部に固定されるリードスイッチを用いた磁気検出器１４ａ、１４ｂは、磁石１１ａ、磁石１１ｂの上下動作に伴う近遠に応じた磁力変化に反応して、検出器と磁石が接近し、設定値以上に磁力を受ければ導通し、そうでないとき遮断となるスイッチ信号を生じる。
【００４７】
したがって、この検出器信号を制御手段２０で処理し中空ピストン１１あるいはボールナット１０が拘束位置にあるか否かの情報を得る。ここで、磁気検出器１４ａ、１４ｂとしてはリードスイッチの他ホール素子あるいは誘導コイルを用いても良い。
【００４８】
次に、回転軸２には、トルク計２２ａを介してトルク荷重手段２３が接続している。図１に示すトルク計２２ａは、上下に各々伸ばされた軸が、間にひずみゲージを設けて配置されるものである。上下のこれら２つの軸の間にトルクが荷重されると、軸間にひずみを生じ、ひずみゲージによってひずみ量からトルクを算出するものである。また、トルク計２２ａの上側軸を回転軸２に接続し、下側軸にハンドル等のトルク荷重手段２３を備えている。
【００４９】
なお、トルク計２２ａに替えて、ばね秤などを用いてハンドルによって荷重されるトルクを測定しても良いし、トルクレンチやトルクモータを用いてトルクを荷重しても良い。
【００５０】
ところで、このトルク計２２ａ及びトルク荷重手段２３は回転軸２と接続している。本実施の形態例では、トルク計２２ａ及びトルク荷重手段２３と、回転軸２との接続手段２２ｃは、制御棒駆動機構の下部に突起した駆動源１の回転軸２と、この突起した回転軸２と嵌合する部材とで構成される。脱着自在とする接続手段２２ｃの部材としては、鍵、フック等の機械的な係止や、ギヤカップリング、キー等の嵌合の外、磁石や真空パッドや摩擦シート、接着剤等の吸引吸着が利用できる。
【００５１】
なお、好ましくは、トルク計２２ａを固定収容するケーシングについても、制御棒駆動機構に固定することが作業性向上となる。これは、前述同様、鍵、フック等の機械的な係止や、ギヤカップリング、キー等の嵌合の外、磁石や真空パッドや摩擦シート、接着剤等の吸引吸着が利用できる。
【００５２】
さらに言えば、接続手段２２ｃは、制御棒駆動機構の下部に駆動源１の回転軸２を突起させる他に、図５に示すように、作業空間の確保による作業性向上の観点から、制御棒駆動機構下部に陥没させても構わない。この場合、トルク計２２ａを使用するときに、図示しないトルク計２２ａ側の接続手段２２ｃを、回転軸２側の接続手段２２ｃに差し込み嵌合することで、トルク荷重手段２３及びトルク計２２ａを回転軸２に接続することができる。
【００５３】
磁気継手のトルク検査では、図３に示すように、内側磁気継手６と外側磁気継手５の間にトルクを荷重してゆき、内側磁気継手６と外側磁気継手５の回転位置の変化（位相差）とその際に荷重されているトルクを測定することで、トルク特性を確認できる。
【００５４】
ここで、制御棒駆動機構のボールナット１０ないし中空ピストン１１は上限あるいは下限位置で拘束されているので、拘束状態からさらに拘束方向にトルク荷重手段２３を回転させた回転位置の変化量が図３のグラフ横軸に相当する。この位相差は、たとえば前述した回転検出器３と拘束状態検出器１４を接続する制御手段２０において、拘束状態が検出された時点での回転位置情報とトルクを荷重している際の回転位置情報との増加減量として求められる。トルクはトルク計２２ａの出力（図示しない）から求められる。
【００５５】
こうして、磁気継手の内側磁気継手６の回転を拘束した状態において、内側磁気継手６の拘束方向に所定のトルクを荷重し外側磁気継手５を回転することで、磁気継手のトルクや、その際の、静止した内側磁気継手に対する外側磁気継手の回転位置変化という図３に示すトルク特性を検査できる。
【００５６】
なお、トルク検査は、駆動源１の発生するトルクによるトルク計出力への影響や安全のために、駆動源１が停止している時に実施することが望ましい。
【００５７】
また、トルク特性としては、脱調トルクのみを測定する場合も考えられる。脱調発生時の位相差は、磁気継手の構造に由来する所定の値（磁石８極タイプでは３６０°／（８×２）＝２２.５°）で一意に決まるので、しかるべく定めた所定の位相差までトルク荷重手段２３を回転させ、その際のトルクピーク値を測定すれば良い。
【００５８】
ところで、トルク測定に際して、トルク荷重手段２３によって回転軸２を回転させているが、制御棒駆動機構の停止を確実にするため、ブレーキを用いることが考えられる。
【００５９】
図４は、図１に示す制御棒駆動機構の下部の詳細図であり、回転軸２に、ブレーキ４、２４、開閉器２０ｂ及びブレーキ動作／解放切替え手段２４ｄを設けている。これらブレーキ４、２４は、電磁石を利用したもので、制御棒駆動中にはブレーキ解放し、制御棒停止時にはブレーキ動作となる。以下、ブレーキ２４を用いて説明するが、ブレーキ４も同様である。
【００６０】
ブレーキ２４は、回転軸２ないしは回転軸２と一体に回転する回転板に対して、制動板２４ａをばね２４ｂによって押付け、あるいは電磁石２４ｃによって引離し可能に配置した構造となっている。したがって、電磁石２４ｃが無通電の場合、ばね２４ｂによって制動板２４ａは回転軸２ないしは回転軸２と一体に回転する回転板に対して押付けられ、その回転運動を拘束、停止する。
【００６１】
また、電磁石２４ｃが通電の場合、制動板２４ａは磁性体と一体とした構造なので、電磁石２４ｃの磁力によって制動板２４ａには吸引力が作用する。そこで、ばね２４ｂによる制動板２４ａの押付け力を磁力による吸引力が減ずることで、制動板２４ａは回転軸２ないしは回転軸２と一体に回転する回転板に対して離されるので、その回転運動を可能とする。
【００６２】
この場合、電磁石２４ｃの無通電／通電によるブレーキ動作／解放切替え手段は、制御手段２０の開閉器２０ｂによることで実施できる。
【００６３】
さらに、ブレーキ２４では、電磁石の電源ラインが駆動源である電動機１の電源ラインと並列に配されているので、電動機１のブレーキとして好適なものである。この場合は、ブレーキ動作／解放切替え手段は電磁石２４ｃへ接続する開閉器２０ｂではなく、たとえばブレーキを支持している上下動可能なハンドル２４ｄを用いる。ハンドル２４ｄによって、ブレーキ２４が下げられると、電磁石無通電時であっても制動板２４ａが回転軸２ないしは回転軸２と一体に回転する回転板に対して離され、電磁石の通電／無通電に関わらずブレーキ動作を無効にできる。
【００６４】
このような構成によって、トルク検査の際にブレーキの摩擦トルクを除くことが可能なので、トルク荷重手段２３が回転軸２を回転されるために必要とするトルクを軽減可能となる他、トルク計２２ａの出力からブレーキの摩擦トルク分を除く処理が無用となり、トルク検査に好適である。
【００６５】
こうして、制御棒駆動機構を圧力容器下部に据付けた状態のままで磁気継手のトルク検査を確実に確認可能とし、磁気継手の検査作業性を向上させた制御棒駆動機構を提供できる。
【００６６】
次に、本発明の第２の実施の形態例に係わる制御棒駆動機構を、図５、図６、図３を用いて説明する。なお、制御棒駆動機構本体の構造物や、検出器等は、図１に示した構造とほぼ同じなので図１と同じ符号を付けて説明することとし、重複部分の説明は省略する。
【００６７】
図５は、本発明の第２の実施の形態例に係わる制御棒駆動機構の構成を示す。本第２の実施の形態例では、回転軸２を介して外側磁気継手５に回転トルクを荷重する駆動源として電動機１と、外側磁気継手５を含むの回転軸２の回転を検出する位置検出器３と、制御棒１２が上限位置または下限位置で拘束されたときのピストン昇降機構の拘束状態を検出する拘束状態検出器１４と、検出した拘束状態に基づき回転軸２を介して外側磁気継手５の拘束方向に回転トルクが荷重されるように電動機１の回転を制御する制御手段２０と、検出した回転位置と予め設定された回転位置情報とを比較して内側磁気継手６と外側磁気継手５との間のトルク異常を検出するトルク異常検出手段２１１とを設けている。
【００６８】
図５において、電動機１の回転軸２に接続される回転検出器３、並びに拘束状態検出器１４に関わる制御手段２０の構成は、図１と同じであるので、説明を省略する。
【００６９】
トルク異常検出手段２１１は、制御手段２０内のＣＰＵ２１のメモリ２１０にトルク検査手順を記録し実行させることで実現している。図５では、トルク異常検出手段２１１を制御手段２０のＣＰＵ２１に予めロジックを与えておくことで実現するが、ロジックの与え方は、ソフトウェア、ハードウェアに限らないし、また、トルク異常検出手段２１１と制御手段２０のＣＰＵとを分離して配置してもよい。
【００７０】
もっと言えば、トルク検査は、通常、制御棒駆動機構１基毎、あるいは若干数基毎実施し、全制御棒駆動機構に対して一度に実施することはない。そこで、圧力容器下部に複数ある制御棒駆動機構の各制御手段２０と独立とし、これら制御手段２０と並列に設置すれば、複数の制御棒駆動機構のトルク検査を１台ないし若干数台のトルク異常検査手段２１０で実行可能となるので、物量低減となりコスト低減につながる。
【００７１】
次に、トルク検査手順について説明する。トルク検査を実施する際には、まず制御手段２０のＣＰＵ２１で内側磁気継手６に関わる拘束状態情報を取得し、拘束状態となっていることを確認後、トルク検査シーケンスを実施する。
【００７２】
トルク検査シーケンスは、以下となる。
ステップ１．拘束状態検出となっていればステップ２を実施。
拘束状態未検出となっていれば、駆動源を所定の拘束方向に回転実施。
【００７３】
ステップ２．拘束状態検出時の回転位置情報をメモリに格納し、ステップ３を実施。
【００７４】
ステップ３．駆動源を拘束方向に回転実施。逐次、回転位置情報を、メモリに格納済みの拘束状態検出時の回転位置情報と減算し、演算結果が以下の条件を満足するまで、ステップ３を更新実施。いずれかの条件を満足すれば、満足する条件をメモリに格納し、ステップ４を実施。
条件１．演算結果が脱調発生となる所定値（たとえば極数８の磁気継手で２２.５°）を超える。（脱調発生）
条件２．演算結果が変化しない。（脱調発生せず）
【００７５】
ステップ４．駆動源の回転を停止。条件１を満足している場合は、ステップ６を実施。条件２を満足している場合は、ステップ５を実施。
【００７６】
ステップ５．ステップ３の演算結果と、予めメモリに格納している磁気継手の所期トルク特性を示す閾値とを比較演算する。演算結果が閾値より小さければ、トルク特性正常情報を表示器に出力し、ステップ７を実施。演算結果が閾値より大きければ、トルク特性異常情報を表示器に出力し、ステップ７を実施。
【００７７】
ステップ６．脱調発生情報を表示器に出力し、ステップ７を実施。
【００７８】
ステップ７．トルク検査終了。
【００７９】
第１の実施の形態例を説明した磁気継手のトルク検査では、内側磁気継手６と外側磁気継手５の間に電動機１の出力トルクを荷重し、内側磁気継手６と外側磁気継手５の回転位置の変化（位相差）を測定し、予め定めた電動機１の所定の出力トルクにおける位相差と比較することで、トルク特性を確認できる。
【００８０】
なお、ここで測定する位相差は、たとえば前述したＣＰＵ２１において、拘束状態が検出された時点での回転位置情報と、電動機１を拘束方向に駆動しトルクを荷重している際の回転位置情報とを各々取得し、差分処理した増加減量として求める。さらに、電動機１の所定の出力トルクにおける位相差情報は、磁気継手を制御棒駆動機構に組込む前等、事前検査での測定値や使用設定値が利用できる。
【００８１】
これら所定のトルクでの位相差や図６に示したトルク特性曲線は、ＣＰＵ２１のメモリ２１０に閾値として予め記憶される。磁気継手のトルク特性は図６に示すように脱調していない領域では単調に増加する。
【００８２】
この場合、トルク特性が劣化し、たとえば脱調トルクが低下していればグラフの傾きは小さくなるので、同じトルクなら位相差が大きくなる。そこで、ＣＰＵ２１は、検出された位相差が、予め記録されている閾値より大きければ磁気継手のトルク特性の劣化発生情報を表示器２１ｂへ出力する。
【００８３】
また、トルク特性としては、脱調トルクを測定する場合も考えられる。この場合には、脱調発生時の位相差は、磁気継手の構造に由来する所定の値（たとえば磁石８極タイプでは３６０°／（８［極数］×２）＝２２.５°）で一意に決まる。
【００８４】
そこで、磁気継手の内側磁気継手６の回転を拘束した状態において、内側磁気継手６の拘束方向に電動機１を駆動し出力トルクを荷重し外側磁気継手５を回転し、位相差を測定し、この位相差と脱調発生位相差所定値の大小を比較すればよい。
【００８５】
脱調発生に至る位相差所定値は、トルク異常検出手段２１１のメモリ２１０に閾値として予め記憶される。トルク異常検出手段２１１は、位相差が脱調発生位相差所定値（たとえば磁石８極タイプでは２２．５°）より大きければ磁気継手での脱調発生情報をＣＰＵあるいは表示器２１ｂへ出力する。
【００８６】
また、駆動源は電動機であり、誘導電動機、同期電動機、ステッピングモータ等の交流電動機や、直流電動機が考えられるが、必要があれば、電動機１の電流、電圧、周波数等を測定することで、電動機出力トルクを確認してもよい。また、通常、電動機の出力最大値は一定に定めることができるので、トルク検査実施に好適である。
【００８７】
上述したように、通常、電動機出力の最大値は一定である。そこで、磁気継手の内側磁気継手の回転を拘束した状態において、内側磁気継手の拘束方向に電動機最大出力トルクを荷重し外側磁気継手を回転することで、磁気継手の脱調トルクが所定の電動機最大出力トルク以上有るか否かを判定確認できる。この際、制御手段によって電動機は駆動し外側磁気継手が回転駆動される上、トルク異常検出手段において、脱調発生は外側磁気継手に接続する駆動源の回転軸の回転位置検出器の出力情報から確認できる。また、脱調発生無の場合には、所定の電動機最大出力トルク荷重下での回転位置検出器の出力情報からトルク特性を確認できる。
【００８８】
また、本第２の実施の形態例では、上述に加えて駆動源に出力調整手段を有する。図５では、たとえば駆動源の動力源２０ａに可変電圧出力可能な電源を用いると共に電動機１に誘導電動機を配している。一般に、誘導電動機は駆動電源の電圧の２乗に比例したトルクを出力し、その出力最大値は一定のピークを呈する（図６参照）。
【００８９】
制御手段２０のＣＰＵ２１は電源２０ａの電圧出力を所定の値に調整可能に接続されているので、図６に示すように、通常は出力トルクが脱調トルクに達しない電動機１であっても、電圧を増大させることで出力トルクが脱調トルクを超えるよう調整可能となる。
【００９０】
したがって、電動機１が、安全の観点から運転時は磁気継手の脱調トルク未満に出力トルク最大値が制限されていても、トルク検査時は電動機１で所期の脱調トルクを荷重し、脱調を発生できるので、トルク検査に好適である。
【００９１】
なお、駆動源の出力調整手段としては、電動機１にたとえばステッピングモータを用いている場合には電源２０ａの周波数を、また直流電動機では電源電流を可変すれば良い。もっと言えば、電動機１には図示しない減速器を与え、この減速比を電磁クラッチなどで切換えても構わない。
【００９２】
このように、出力調整手段を設けているので、通常、電動機出力の最大値は一定であるが、電動機出力を所定の値に設定することができる。たとえば、電動機出力最大値のほか、所期の脱調トルクに相当する値が考えられる。こうして、磁気継手の脱調トルクが所定の電動機最大出力トルクや所期の脱調トルク以上有るか否かを判定確認できる。また、脱調発生無の場合には、所定の電動機最大出力トルクや所期の脱調トルク荷重下での回転位置検出器の出力情報からトルク特性を確認できる。
【００９３】
以上述べた第２の実施の形態例では、内側磁気継手６の回転を拘束した状態から、外側磁気継手５を拘束方向に駆動するのに、電動機１を用いているので、制御棒駆動機構を圧力容器下部に据付けた状態のままに遠隔作業で磁気継手のトルク検査を確実に確認可能とし、磁気継手の検査作業性を向上させた制御棒駆動機構を提供できる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、請求項１、２、３記載の発明では、制御棒駆動機構を圧力容器下部に据付けた状態のままで、磁気継手のトルク検査を確実に確認可能とし、磁気継手の検査作業性を向上させることができる。
【００９５】
また、請求項４、５記載の発明によれば、制御棒駆動機構を圧力容器下部に据付けた状態のまま遠隔作業で、磁気継手のトルク検査を確実に確認可能とし、磁気継手の検査作業性を向上させる制御棒駆動機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例に係わる制御棒駆動機構の構成図である。
【図２】図１の制御棒駆動機構の拘束状態検出器の詳細図である。
【図３】磁気継手のトルク特性の説明図である。
【図４】図１の制御棒駆動機構の下部の詳細図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態例に係わる制御棒駆動機構の構成図である。
【図６】電動機出力トルクと脱調トルクの説明図である。
【図７】従来の制御棒駆動機構の配置図である。
【図８】従来の制御棒駆動機構の縦断面図である。
【図９】従来の他の制御棒駆動機の縦断面図である。
【符号の説明】
１…電動機、２…回転軸、３…位置検出器、４…保持用電磁ブレーキ、５…外側磁気継手、６…内側磁気継手、７…伝達軸、８…分離検出器、９…ボールねじ、１０…ボールナット、１１…中空ピストン、１２…制御棒、１３…分離検出装置、１４…拘束状態検出器、１５…ガイドチューブ、１６…スクラム配管、１７…制御棒駆動機構ハウジング、１８…圧力隔壁、１９…アウタチューブ、２０…制御手段、２２ａ…トルク計、２３…トルク荷重手段、１００…原子炉圧力容器、２１１…トルク異常検出手段
【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】
0003773729.tif 000008
【図８】
0003773729.tif 000009
【図９】
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