| 【発明の名称】 |
制御棒駆動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】柳瀬 悟郎
【氏名】石里 新一
【氏名】曽佐 豊
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| 【要約】 |
【課題】制御棒駆動機構および分離検出プローブの構成を最適化することで、高い信頼性を維持したままで保守性の高い制御棒駆動機構を提供する。
【解決手段】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器下部に設けられた制御棒駆動機構ハウジング１内に、通常コントロール用の機構および急速駆動用の機構によって駆動される制御棒昇降用の中空ピストンを設け、急速駆動時に中空ピストン２５を通常コントロール用の機構から分離させて急速駆動用の機構のみによる駆動を可能とした制御棒駆動装置。分離動作を検出する手段として、制御棒駆動機構ハウジング１の下部に設けられた分離検出マグネット６と、制御棒駆動機構ハウジング１の外周側に配置され分離検出マグネット６の移動によって引き起こされる磁場の変化を検出する分離検出プローブ１１とを備える。分離検出プローブ１１は、１つのケース内に、複数の分離検出スイッチと、これらの分離検出スイッチに接続されるリード線とを収容して構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器下部に設けられた制御棒駆動機構ハウジング内に、通常コントロール用の機構および急速駆動用の機構によって駆動される制御棒昇降用の中空ピストンを設け、急速駆動時に前記中空ピストンを前記通常コントロール用の機構から分離させて前記急速駆動用の機構のみによる駆動を可能とした制御棒駆動装置であって、前記分離動作を検出する手段として、前記制御棒駆動機構ハウジングの下部に設けられた分離検出マグネットと、前記制御棒駆動機構ハウジングの外周側に配置され前記分離検出マグネットの移動によって引き起こされる磁場の変化を検出する分離検出プローブとを備えたものにおいて、前記分離検出プローブは、１つのケース内に、複数の分離検出スイッチと、これらの分離検出スイッチに接続されるリード線とを収容して構成したことを特徴とする制御棒駆動装置。
【請求項２】 請求項１記載の制御棒駆動装置において、分離検出プローブは、１つのケース内に２組の分離検出スイッチを収容するとともに、その両スイッチにそれぞれリード線を接続した構成とし、前記リード線は、前記分離検出プローブの端部に設けた１つのコネクタを介して１本の多芯ケーブルにより前記分離検出プローブの外に導出したことを特徴とする制御棒駆動装置。
【請求項３】 請求項２記載の制御棒駆動装置において、２つの分離検出スイッチのリード線およびそれに接続される多芯ケーブル内の信号伝達用の芯線は、前記各スイッチの一極側に接続されるリード線および芯線を共用することにより、計３本としたことを特徴とする制御棒駆動装置。
【請求項４】 請求項１から３までのいずれかに記載の制御棒駆動装置において、分離検出プローブは、制御棒駆動機構ハウジング下部のフランジに形成した１つの切り欠きまたは孔に挿通したことを特徴とする制御棒駆動装置。
【請求項５】 請求項１、２または３のいずれかに記載の制御棒駆動装置において、分離検出プローブの２組の分離検出スイッチは２本のみのリード線に対して直列に接続した構成とし、かつ各リード線は、前記分離検出プローブの端部に設けた１つのコネクタを介して１本の多芯ケーブルにより前記分離検出プローブの外に導出したことを特徴とする制御棒駆動装置。
【請求項６】 請求項１から５までのいずれかに記載の制御棒駆動装置において、分離検出プローブの設置位置よりも下方に配設される制御棒駆動機構の付属機器の当該制御棒駆動機構中心から見た最大外径部が、前記分離検出プローブの中心線の下方延長線の位置よりも前記制御棒駆動機構の中心側にある構成としたことを特徴とする制御棒駆動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉の制御棒駆動装置に係り、特に制御棒駆動機構ハウジングの外周側に配置される分離検出プローブの構成を改良した制御棒駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の制御棒駆動機構（ＣＲＤ）は、原子炉の反応度制御を目的として、制御棒（ＣＲ）と一体的に構成され、原子力プラントの運転および安全上の重要性が特に高いものである。
【０００３】このような制御棒駆動機構として、原子炉圧力容器下部に設けられた制御棒駆動機構ハウジング内に、通常コントロール用の機構および急速駆動用の機構によって駆動される制御棒昇降用の中空ピストンを設け、急速駆動時に中空ピストンを通常コントロール用の機構から分離させて急速駆動用の機構のみによる駆動を可能としたものが知られている。例えば、電動型制御棒駆動機構（ＦＭＣＲＤ）では、通常駆動用の機構として電動機およびボールねじ等を用いた機構が適用され、急速駆動用としては水圧式機構が適用されている。すなわち、制御棒に直結された中空ピストンが電動機により回転するボールねじおよび水圧導入式のシリンダによって駆動可能とされており、通常はボールねじにより昇降動作する。そして、急速駆動の際には、水圧により中空ピストンがボールねじから分離して急速に動作する。
【０００４】従来、原子炉制御におけるこのような分離動作の検出手段として、制御棒駆動機構ハウジングの下部に設けられた分離検出マグネットと、制御棒駆動機構ハウジングの外周側に配置され、分離検出マグネットの移動によって引き起こされる磁場の変化を検出する分離検出プローブとを備え構成のものが知られている。
【０００５】図８は、この分離動作検出手段の説明図である。制御棒駆動機構ハウジング１の下端部に位置して、ボールねじ２にマグネットリング３が若干の上下動が許容される状態で連結されており、これらは電動機アセンブリ４の駆動軸５によって回転駆動するようになっている。マグネットリング３内には分離検出マグネット６が設けられている。制御棒駆動機構ハウジング１側と電動機アセンブリ４側との間にブラケット７が設けられ、これらはフランジ８，９，１０を介して連結されている。
【０００６】この分離マグネット７に対し、その移動によって引き起こされる磁場の変化を検出するための分離検出プローブ１１が、制御棒駆動機構ハウジング１の外周側に配置されている。この分離検出プローブ８は、上側の２つのフランジ８，９に固定され、下端のフランジ１０を貫通して設けられる。
【０００７】図９は、分離検出プローブ１１の構成を示す概略断面図であり、図１０はフランジ１０に対する分離検出プローブ１１等の配置関係を示す概略平面図である。
【０００８】この図９に示すように、分離検出プローブ１１は、１つのケース１２内に、１つの分離検出スイッチ１３と、この分離検出スイッチ１３に接続される２本のリード線１４とを収容して構成され、リード線１４はケース１２の下端部に設けたコネクタ１５を介して多芯ケーブル１６により分離検出プローブ１１の外に導出されている。そして、前述した分離動作時には、分離マグネット７の若干の上下動が分離検出スイッチ１３の開閉動作によって検出され、その情報がリード線１４および多芯ケーブル１６によって制御盤側に供給されるようになっている。
【０００９】また、図１０に示すように、従来では分離検出プローブ１１が２体、制御棒駆動機構ハウジング１の周方向に沿って分離配置され、それぞれ下端のフランジ１０または他のフランジに形成した切り欠きまたは孔１７に挿通されている。なお、この図１０に示すように、制御棒駆動機構にはスクラム中およびスクラム後の制御棒の位置を検出するためのスクラム位置検出プローブ１８が設けられ、このスクラム位置検出プローブ１８も、フランジ１０に形成した切り欠きまたは孔１７に挿通されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従来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。
【００１１】図９に示したように、従来の制御棒駆動機構は分離検出スイッチ１３を内蔵する分離検出プローブ１１を２つ有しており、コネクタ１５および多芯ケーブル１６等は分離検出プローブ１１の数だけ必要であり、保守作業時に結線の煩雑さ、結線ミスによるヒューマンエラー発生の可能性があった。
【００１２】また、従来の分離検出プローブ１１では分離検出マグネット６の移動を検知する分離検出スイッチ１３が１つの分離検出プローブ１１あたりに１つだけ組み込まれていた。このため、従来では図１０に示したように、分離検出プローブ１１が２つ取り付けられ、フランジ１０には位置検出プローブ１８および分離検出プローブ１１を挿通するための切り欠きまたは孔１７が３カ所に必要であった。
【００１３】さらに、分離検出プローブ１１は制御棒駆動機構の外周部に据え付けられるが、制御棒駆動機構の下端部（スプールピース）と別に保守作業が実施できないため、保守作業時の被ばく低減等の面から作業時間を要し、これを改善することが求められている。
【００１４】本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、制御棒駆動機構および分離検出プローブの構成を最適化することで、高い信頼性を維持したままで保守性の高い制御棒駆動機構を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１の発明では、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器下部に設けられた制御棒駆動機構ハウジング内に、通常コントロール用の機構および急速駆動用の機構によって駆動される制御棒昇降用の中空ピストンを設け、急速駆動時に前記中空ピストンを前記通常コントロール用の機構から分離させて前記急速駆動用の機構のみによる駆動を可能とした制御棒駆動装置であって、前記分離動作を検出する手段として、前記制御棒駆動機構ハウジングの下部に設けられた分離検出マグネットと、前記制御棒駆動機構ハウジングの外周側に配置され前記分離検出マグネットの移動によって引き起こされる磁場の変化を検出する分離検出プローブとを備えたものにおいて、前記分離検出プローブは、１つのケース内に、複数の分離検出スイッチと、これらの分離検出スイッチに接続されるリード線とを収容して構成したことを特徴とする制御棒駆動装置を提供する。
【００１６】請求項２の発明では、請求項１記載の制御棒駆動装置において、分離検出プローブは、１つのケース内に２組の分離検出スイッチを収容するとともに、その両スイッチにそれぞれリード線を接続した構成とし、前記リード線は、前記分離検出プローブの端部に設けた１つのコネクタを介して１本の多芯ケーブルにより前記分離検出プローブの外に導出したことを特徴とする制御棒駆動装置を提供する。
【００１７】請求項３の発明では、請求項２記載の制御棒駆動装置において、２つの分離検出スイッチのリード線およびそれに接続される多芯ケーブル内の信号伝達用の芯線は、前記各スイッチの一極側に接続されるリード線および芯線を共用することにより、計３本としたことを特徴とする制御棒駆動装置を提供する。
【００１８】請求項４の発明では、請求項１から３までのいずれかに記載の制御棒駆動装置において、分離検出プローブは、制御棒駆動機構ハウジング下部のフランジに形成した１つの切り欠きまたは孔に挿通したことを特徴とする制御棒駆動装置を提供する。
【００１９】請求項５の発明では、請求項１、２または３のいずれかに記載の制御棒駆動装置において、分離検出プローブの２組の分離検出スイッチは２本のみのリード線に対して直列に接続した構成とし、かつ各リード線は、前記分離検出プローブの端部に設けた１つのコネクタを介して１本の多芯ケーブルにより前記分離検出プローブの外に導出したことを特徴とする制御棒駆動装置を提供する。
【００２０】請求項６の発明では、請求項１から５までのいずれかに記載の制御棒駆動装置において、分離検出プローブの設置位置よりも下方に配設される制御棒駆動機構の付属機器の当該制御棒駆動機構中心から見た最大外径部が、前記分離検出プローブの中心線の下方延長線の位置よりも前記制御棒駆動機構の中心側にある構成としたことを特徴とする制御棒駆動装置を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る制御棒駆動装置の実施形態について、図１〜７を参照して説明する。なお、従来のものと対応する部材等については、説明を容易にするため、図８〜図１０と同一の符号を使用する。
【００２２】第１実施形態（図１〜図５）図１は本発明の第１実施形態による制御棒駆動装置を示す全体図である。
【００２３】この図１に示すように、本実施形態の制御棒駆動機構は、電動機アセンブリ４、スプールピース３０、隔壁により隔てられた内側磁気継手要素４２と外側磁気継手要素４３とから構成された磁気継手、分離検出マグネット６、駆動軸５等を有している。
【００２４】制御棒駆動機構の上部構造内には、ボールねじ２、ボールナット２４、中空ピストン２５、スクラム位置検出マグネット３６、およびフルイン検出マグネット３９等が設けられている。
【００２５】電動機アセンブリ２の垂直な回転軸２ａは、外側磁気継手要素４３と結合されている。内側および外側磁気継手要素４２、４３は磁気的に結合しているため、スプールピース３０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４２、４３間で動力を伝達可能である。
【００２６】内側磁気継手要素４２にはボールねじ２が一体回転可能に連結され、このボールねじ２にボールナット２４が螺合して、ボールねじ２の回転により昇降駆動されるようになっている。
【００２７】ボールナット２４の上部には、ボールねじ２を囲んで上方に伸びる中空ピストン２５が設けられ、この中空ピストン２５の上端に、カップリング２６を介して制御棒２７が連結されている。
【００２８】制御棒駆動機構ハウジング１内にはアウタチューブ２９が設置され、制御棒駆動機構ハウジング１、アウタチューブ２９、およびスプールピース３０はボルト３１で締結されている。
【００２９】スプールピース３０内には、コイルスプリング３２およびコイルスプリング３２に支持され、分離検出マグネット６を内蔵したマグネットハウジング３が設置されている。中空ピストン２５がボールナット２４から分離した場合等、コイルスプリング３２にかかる荷重が減少すると、コイルスプリング３２は伸び、これに伴い分離検出マグネット６が上方へ移動する構造となっている。
【００３０】スプールピース３０の外側には、磁気により作動する後述の分離検出スイッチを内蔵した分離検出プローブ１１が設置されており、これにより分離検出マグネット６の移動を検知できるようになっている。
【００３１】なお、中空ピストン２１内にはスクラム位置検出マグネット３６が内蔵され、ガイドチューブ３７内にはスクラム時のバッファ３８の圧縮に伴って移動するフルイン検出マグネット３９が設置されている。制御棒駆動機構ハウジング１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１８が設けられ、スクラム位置検出マグネット３６およびフルイン検出マグネット３９の移動を検知できるようになっている。スクラム位置検出プローブ１８のリードスイッチ（図示せず）は、上下方向に複数配設され、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。
【００３２】このように構成された制御棒駆動機構において、電動機アセンブリ４を回転駆動させることにより、回転軸２ａおよび駆動軸５を介してボールねじ２が回転し、このボールねじ２の回転によりボールナット２４が上下動する。ボールナット２４の上下動に連動して、中空ピストン２５および制御棒２７が上下動し、この制御棒２７の上下動により炉心への挿入および引抜き量が調整され、炉出力がコントロールされる。
【００３３】スクラム時は制御棒２７にカップリング２６を介して結合した中空ピストン２５が、図示しない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てボールナット２４から分離し、急速に制御棒２７を炉心に挿入する。このとき、中空ピストン２５のボールナット２４からの分離は、分離検出プローブ１１により検出される。また、スクラム中、およびスクラム後の制御棒２７の位置はスクラム位置検出プローブ１８により検出される。
【００３４】次に、図２〜図５によって、分離検出プローブ１１の構成を詳細に説明する。図２は分離検出プローブ１１の取付け構成を示す拡大図である。図３は分離検出プローブ１１をさらに拡大して示す断面図であり、図４は図３の要部を模式的に表わす慨略図である。図５は模式的平面図である。
【００３５】図２に示すように、制御棒駆動機構ハウジング１の下端部に位置して、ボールねじ２にマグネットリング３が若干の上下動が許容される状態で連結されており、これらは電動機アセンブリ４の駆動軸５によって回転駆動するようになっている。マグネットリング３内には分離検出マグネット６が設けられている。制御棒駆動機構ハウジング１側と電動機アセンブリ４側との間にブラケット７が設けられ、これらはフランジ８，９，１０を介して連結されている。この分離マグネット７に対し、その移動によって引き起こされる磁場の変化を検出するための分離検出プローブ１１が、制御棒駆動機構ハウジング１の外周側に配置されている。この分離検出プローブ８は、上側の２つのフランジ８，９に固定され、下端のフランジ１０を貫通して設けられる。
【００３６】そして、図３および図４に示すように、分離検出プローブ１１は、１つのケース１２内に、複数の分離検出スイッチ１３と、これらの分離検出スイッチ１３に接続されるリード線１４とを収容した構成とされている。すなわち、１つのケース１２内に２つの分離検出スイッチ１３が、間に遮蔽材５０を介してほぼ同一高さ位置に並列的に配置されている。また、これらの分離検出スイッチ１３に接続される２組、計４本のリード線１４がケース１２内に収容されている。各リード線１４はケース１２の下端部に設けたコネクタ１５を介して、前述した多芯ケーブル１６により分離検出プローブ１１の外に導出されている。そして、前述した分離動作時には、分離マグネット７の若干の上下動が分離検出スイッチ１３の開閉動作によって検出され、その情報がリード線１４および多芯ケーブル１６によって制御盤側に供給されるようになっている。
【００３７】また、本実施形態においては、図２に示すように、分離検出プローブ１１の設置位置よりも下方に配設される制御棒駆動機構の付属機器、例えば電動機アセンブリ４の制御棒駆動機構中心Ｏ１から見た最大外径部が、分離検出プローブ１１の中心線Ｏ２の下方延長線の位置よりも制御棒駆動機構の中心Ｏ１側にある構成となっている。すなわち、分離検出プローブ１１の設置位置よりも下方にある干渉物となる機器である電動機アセンブリ４の外半径寸法Ｒを、分離検出プローブ１１の中心Ｏ２位置よりも小径な構成としてある。これにより、下方にある電動アセンブリ４等の機器を取り外す必要なく、分離検出プローブ１１のみを取り外して保守作業等が容易に行えるようになっている。
【００３８】また、図５に示すように、本実施形態においては、分離検出プローブ１１が制御棒駆動機構ハウジング１の下方のフランジ１０または他のフランジに形成した１つの切り欠きまたは孔１７に挿通されている。つまり、従来では分離検出プローブ１１が２体、制御棒駆動機構ハウジング１の周方向に沿って分離配置され、それぞれフランジ１０に形成した切り欠きまたは孔１７に挿通されていたのに対し（図１０参照）、本実施形態ではスクラム位置検出プローブ１８と合せて計２つだけフランジ１０の切り欠きまたは孔１７に挿通されている。これにより、フランジ１０の切り欠きまたは孔１７を、従来技術で必要であった３カ所から２カ所に変更可能とすることができ、フランジ１０の強度を向上させることができるようになっている。
【００３９】以上のように、本実施形態によれば、従来のＦＭＣＲＤで用いていた２つの分離検出プローブに代わり、１つにまとめられた分離検出プローブ１１を用いることで、機器の簡素化、最適化、保守性の向上を図ることが可能となる。また、分離検出スイッチ１３を遮蔽材５０を介して物理的に分離した構成とし、これにより多重化を維持しているので、高信頼性の維持を図ることが可能である。また、分離検出マグネット６の移動を磁気的に検出する２つの分離検出スイッチ１３につながるリード線１４を、１つのコネクタ１５にまとめて分離検出プローブ１１の外に導くことによって、１つの多芯ケーブル１６で信号を取り出すことができるので、構成の簡素化が図れる。
【００４０】第２実施形態（図６）図６は、本発明の第２実施形態を示す概略図である。
【００４１】この図６に示すように、本実施形態では、２つの分離検出スイッチ１３のリード線１４およびそれに接続される多芯ケーブル１６内の信号伝達用の芯線が、各分離検出スイッチ１３の一極側に接続されるリード線１４および芯線を共用することにより、計３本とされている。
【００４２】このような構成とすることにより、一層構成の簡素化が図れるとともに、信号を取り出すケーブル内の芯数削減が図れ、さらにケーブルを細くすることが可能となるため、ケーブル最小曲げ半径を小さくすることが可能となり、取扱い性の向上も図ることができる。
【００４３】第３実施形態（図７）図７は、本発明の第３実施形態を示す概略図である。
【００４４】この図７に示すように、本実施形態では、分離検出プローブ１１の２組の分離検出スイッチ１３は２本のみのリード線１４に対して直列に接続した構成とし、かつ各リード線１４は、分離検出プローブ１１の下端部に設けた１つのコネクタ１５を介して１本の多芯ケーブル１６により分離検出プローブ１１の外に導出してある。
【００４５】このような構成によると、リード線１４の本数がさらに減少でき、構成の簡素化、信号を取り出すケーブル内の芯数削減、ケーブル最小曲げ半径の小径化がさらに図れ、取扱い性が向上できるようになる。
【００４６】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明によれば、高い信頼性を維持したままで、保守性の向上を図られた制御棒駆動機構を提供することが可能となる。すなわち、１つにまとめられた分離検出プローブを用いることで、機器の簡素化、最適化、保守性の向上を図ることができ、またスイッチの多重化を維持していることにより、信頼性の維持を図ることができる。また、１つの多芯ケーブルによって信号を取り出すことができ、さらに多芯ケーブルの最小曲げ半径を小さくし、取扱性が向上ひいては保守性が向上する。さらにまた、フランジの切り欠きまたは孔を、従来に比して減少し、フランジ強度を向上させることができる。また、直列回路の形成等による取扱性の向上、干渉構造物の小径化等により機器の取外し不用化による保守性の向上等も図れる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８７６５
【弁理士】
【氏名又は名称】波多野 久 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−６０７７（Ｐ２００２−６０７７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１月９日（２００２．１．９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１９０２４９（Ｐ２０００−１９０２４９） |
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