JPS632074B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の核反応を制御する制御棒駆動
機構（以下CRDという）に係り、特に同機構の
原子炉内外のバウンダリを形成するベローズが破
損しても、炉内の放射化されたアルゴンガスやナ
トリウムベーパが炉上部に漏洩することを防止
し、かつ、ベローズ破損状態でも原子炉運転が可
能であり、さらに、メンテナンス時には原子炉内
外のバウンダリを壊すことなく、上部駆動部の取
外し及び、ベローズバツクアツプシール装置の交
換を可能にしたCRDに関する。

高速炉に於けるCRDの摺動部の軸封には炉内
圧力が低いこと（〜10Kg／cm²Ｇ以下）、許容リー
ク量がきわめて厳しいこと（〜１×10⁷Acc／sec
以下）軸封部の温度が高温であること（〜550
℃）、摺動距離や速度が比較的大であること（距
離約1000mm、最大伸長速度〜5m／sec）、潤滑等
の手段が困難なこと（炉内との反応や放射線被曝
等）などから、極溝肉（ｔ＝0.1〜0.4mm）の構造
材（例えばSUS316Lやインコネル718など）を溶
接によりジヤバラ状（アコーデオン状）に継いだ
溶接ベローズを軸封として採用している。

次に、従来のCRDの軸封部の構成を述べると、
第１図に示すごとくCRD軸封部は大別して、原
子炉容器６ａ側に固定される案内管２ａと、可動
部である延長管３ａおよび軸封であるベローズ４
ａから構成されている。延長管３ａは核反応制御
の為に上下動し、ベローズ４ａを伸縮する。一
方、ベローズ４ａ内側のガス圧はベローズ４ａ破
損時のリークを検出する目的で外側の圧力に対し
て高くしてある為ベローズ４ａは伸縮動作（制御
棒の上下駆動）により、蛇行し座屈した部分が、
延長管３ａの内側表面又は案内管２ａの内側表面
と接触し、互いに損傷し合うことになる。

特にCRDのスクラム動作時に於ては、延長管
３ａの摺動速度は最大約5m／ｓ程度にまで増加
される為、薄肉材料のベローズ４ａおよび同材料
の溶接部の損耗は著しく増加することになる。

さらにまた、蛇行による材料の損耗のみなら
ず、周囲の環境条件から“かじり”等が生じた場
合には、可動部である延長管３ａが急速に落下す
るのに対しベローズ４ａの伸長が追従できなくな
る為に薄肉軸封であるベローズ４ａは局部的な大
変形を生じ、破損する恐れが十分に考えられる。
この様にベローズ４ａが破損した状態で原子炉を
運転した場合、CRDの延長管３ａの上下動によ
る呼吸作用によつて、原子炉内の放射化されたア
ルゴンガス７ａやナトリウム８ａ及びナトリウム
ベーパを大量に上部の駆動部内に吸い込むことに
なる。この為、駆動部内の電気品や摺動部に多量
の放射化ナトリウムが付着し、劣化や固着を生じ
CRDの健全性が損なわれ、原子炉の運転を停止
することになる。さらに、上部の駆動部や下部機
構のメンテナンス時には、高放射線レベルとなる
ために作業員の被曝等が問題となり、作業性も非
常に悪くなる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、第
１の目的はBRDの原子炉内外のバウンダリイを
形成するベローズの他に第２のシール装置（ベロ
ーズバツクアツプ）を設けることにより、ベロー
ズが破損しても、CRDの健全性を損なわず原子
炉の運転継続を可能とし、さらに、メンテナンス
時の放射線被曝量を低減し、原子炉の安全性を高
めることにある。また、第２の目的は、ベローズ
バツクアツプシール装置のシール部及び摺動部を
交換する時に、原子炉内外のバウンダリを壊すこ
となく、安全にメンテナンスできるCRDを提供
することにある。

以下、本発明に係る制御棒駆動機構の一実施例
を図面を参照して詳細に説明する。

制御棒駆動機構は、第２図に示すように上部駆
動部１と下部機構２とを有し、原子炉容器の上蓋
３に固定立設する炉心上部機構上部胴３０を貫通
し上蓋３に複数本植設されている。上部駆動部１
は上蓋３より炉心上部機構上部胴３０上部にいた
る細長い筒状の駆動部案内管３４に収納され、下
部機構２上端に設けられた皿ばね３５にいたるま
での細長い筒状のハウジング４を有する。上記皿
ばね３５は静的荷重については一端より他端に均
一に伝え、動的荷重についてはシヨツクを緩和す
る弾力性のあるもので信頼性が高いものであれば
よい。前記ハウジング４の外側頂部凹部にはリン
グ状の固定リング３２がボルト３３を介して炉心
上部機構上部胴３０に取められており、ハウジン
グ４の外側頂部凸部と駆動部案内管３４の内側頂
部凹部とは、前記ボルト３３を炉心上部機構上部
胴３０に締付ける前後において、締付け前にはハ
ウジング４を介して皿ばね３５に生じる変位量分
のギヤツプを有し締付け後においては接する。

一方、ハウジング４内の頂部には駆動モータ５
が収納されている。上記駆動モータ５の出力軸は
ボールベアリング６に支持されたリードスクリユ
７に連結されるとともに、上記リードスクリユ７
は垂直方向下方に延び、その下端がフインガ支持
筒体８内に挿入されている。

一方、前記リードスクリユ７は、スクリユナツ
ト９が螺合されており、このスクリユナツト９に
は電磁石２１が一体的に取付けられている。上記
電磁石２１は駆動モータ５の回転駆動によつて上
下動するようになつており、その電磁石２１の上
下動はスクリユナツト９の案内用突起がハウジン
グ４の内周壁の案内溝と係合することにより回転
することなく案内される。

前記フインガ支持筒体８は上端にアーマチユア
２２を載置する一方、前記フインガ支持筒体８の
下端部はラツチ機構１０を介して外側延長管１２
と内側延長管１３を把持している。

前記ラツチ機構１０の外周には筒状のラツチシ
リンダー２５が設けられており、このラツチシリ
ンダー２５の下部にはハウジング４に相対して光
電リミツトスイツチの発信器２６と受信器２７が
取付けられており、発信器２６より発信した光電
信号が外側延長管１２と内側延長管１３とに設け
られた同軸穴２４を通過し受信器２７で受信され
ることにより制御棒１５とのラツチ、デラツチ位
置を検出する。

また、前記下部機構２は原子炉容器の上蓋３に
挿嵌され、上蓋から原子炉容器内に垂下された案
内管１１を有し、外側延長管１２と内側延長管１
３とを上下方向に摺動自在に組込んでいる。上記
外側延長管１２の下端部には一対のグリツパ１４
が揺動自在に支持されており、上記グリツパ１４
は炉心に挿入される制御棒１５を固定支持するよ
うになつている。なお、前記案内管１１と外側延
長管１２との間や、延長管１２，１３間にはベロ
ーズ１６，１７がそれぞれ介在され、放射性を帯
びたガスや蒸気がハウジング４内に漏出するのを
防止している。

一方、前記皿ばね３５の下部には、前記案内管
１１の内面とは固定的に挿入されてシール状態を
保ち、前記外側延長管１２外面とは摺動可能に挿
入されてシール状態を保つベローズバツクアツプ
シール装置４０が上記皿バネ３５のバネ力により
下方に押し込まれている。第３図から第５図は上
記ベローズバツクアツプシール装置４０の詳細構
造を示すもので、第６図から第１０図は前記バツ
クアツプシール装置４０の交換方法及び、交換用
治具Ａ６０，Ｂ７０を示す。

上記バツクアツプシール装置４０は外側延長管
１２外面及び、案内管１１内面とのシール状態を
保つシールボツクス４１と、外側延長管１２内面
及び、内側延長管１３外面とのシール状態を保つ
内側延長管ハンドリングヘツド５０とがあり、い
ずれも交換可能な状態で組込まれている。まず、
前記シールボツクス４１の内側には外側延長管１
２外面と摺動可能にシール状態を保つ摺動シール
４２が挿入され、ネジ止めされたシールカバー４
３により固定されている。また、前記シールボツ
クス４１の外側には、案内管１１内面とのシール
状態を保つ固定シール４４が組込まれている。前
記シールボツクス４１の上部フランジの付根には
回転防止ピン４５が固定的に打込まれており運転
状態では前記皿バネ３５のバネ力により押し付け
られ、案内管ハンドリングヘツド１１ａ底部の構
と噛み合い振動等による回転を防止しすると同時
に位置決めをしている。また、上記シールボツク
ス４１の外側及び、案内管１１の内側の周方向に
は段付きのキー４６，４７が間隔を保つて一体的
に取付けられ、シールボツクス４１を案内管１１
に組込む時、または、取外す時のガイドになつて
いる。さらに、上記シールボツクス４１の下部に
は第２の皿バネ４８が組込まれ、上部駆動部４が
取付けられている運転状態では、上部の皿バネ３
５を介してシールボツクス４１によつて圧縮され
る。一方前記上部駆動部４が取外されたメンテナ
ンス状態では第６図、第８図に示すごとく上部皿
バネ３５のバネ力が解決されるために、前記第２
の皿バネ４８はシールボツクス４１を押し上げる
ようになつている。

次に、外側延長管１２内面と、内側延長管１３
外面とのシール状態を保つ前記内側延長管ハンド
リングヘツド５０は、内側延長管１３の上部に取
付け、取外し可能にネジ接続され、さらに、上記
内側延長管ハンドリングヘツド５０の外側には外
側延長管１２内面との間をシールするための摺動
シール５１と、前記内側延長管ハンドリングヘツ
ド５０と内側延長管１３の接続部をシールするた
めの固定シール５２とが交換可能に組込まれてい
る。また内側延長管１３の頂部にはハンドリング
ヘツド５０が係脱自在に螺合されており、さらに
この内側延長管の頂部にはスプリング５４によつ
て上方に付勢された断面正方形のロツクバー５３
が上下動自在に設けられており、ハンドリングヘ
ツド５０の下部に形成された穴に回転不能に嵌合
されている。従つてロツクバー５３の上方にある
押し棒によつてロツクバー５３を押し下げてハン
ドリングヘツドを内側延長管の頂部に螺合した後
に押し棒を放すとロツクバーの先端はハンドリン
グヘツド内に挿入される結果、振動等によつて螺
合部がゆるむことがない。

続いて、ベローズバツクアツプシール装置４０
の交換時の構造を説明する。第６図から第８図は
ベローズバツクアツプシール装置４０のうちシー
ルボツクス４１の交換用治具Ａ６０を示すもの
で、前記交換用治具Ａ６０は駆動部案内管３４の
上部より取付けられ、先端部は円筒状で、さらに
内側に突き出たフインガ６１を有する。また、前
記フインガ６１は前記シールボツクス４１上部の
溝に係合し、回転及び、引抜力を伝達する。ま
た、前記交換用治具Ａ６０の頂部にはハンドル６
２が取付けられ、手動で回転及び、引抜可能な構
造となつている。

一方、前記ベローズバツクアツプシール４０の
うち、内側延長管ハンドリングヘツド５０の交換
用治具Ｂ７０は第９図および第１０図に示す構造
で、駆動部案内管３４上部から取付けられる。前
記交換用治具Ｂ７０は２重構造となり、内側には
ロツクバー押し棒７１が上部より下端のロツクバ
ー５３上面まで貫通しており、前記ロツクバー５
３をバネ５４の押し上げ力に抗して下部に押し込
めるようになつている。また、前記交換用治具Ｂ
７０の先端は内側延長管ハンドリングヘツド５０
の上部と結合されて、その断面は正方形であるた
め回転力を伝達する事ができる。さらに、前記交
換用治具Ｂ７０の先端にはボールラツチ機構７２
が組込まれ、上記内側延長管ハンドリングヘツド
５０先端の溝と噛み合い、上方への引抜力も伝達
可能な構造となつている。尚、これらの伝達力は
前記交換用治具Ｂ７０上端に取付けられたハンド
ル７３及びレバー７４により手動で与える事がで
きる。

次に、制御棒駆動機構の作用について述べる。

通常運転時、原子炉の反応度の低下を補償する
シム動作中には、電磁石２１は励磁状態に維持さ
れる。しかして、第２図に示すように駆動モータ
５の回転運動はリードスクリユ７により電磁石２
１の上下方向の運動に変換され、さらに上記電磁
石２１の上下方向の運動は、アーマチユア２２、
フインガ支持筒体８、ラツチフインガ１０、外側
延長管１２を介して制御棒１５に伝達され、上記
制御棒１５を上下動させる。このようにしてシム
動作が行なわれる。

また、スクラム時には電磁石２１が消磁され
る。上記電磁石２１の消磁により、アーマチユア
２２が電磁石２１から切り離され、これによりフ
インガ支持筒体８、ラツチフインガ１０、両延長
管１２，１３および制御棒１５が一体的に落下さ
れ、下端の緩衝器により落下時の衝撃力を吸収し
ながらスクラム動作が行なわれる。

一方、通常運転時には原子炉内の放射化された
アルゴンガスや、ナトリウムが原子炉上部に漏洩
するのを防止するためのベローズ１６，１７がシ
ム動作及び、スクラム動作によつて軸方向に伸縮
動作を繰返えす。この伸縮動作を繰り返し中に、
万一上記ベローズ１６，１７が破損した場合には
炉内の放射化されたアルゴンガスやナトリウムが
前記ベローズ１６，１７の呼吸作用により、両延
長管１２，１３の間や、ベローズ内を通つて、上
昇することになる。しかしながら、ベローズバツ
クアツプシール装置４０のシールボツクス４１は
案内管１１内面に対しては固定的に、外側延長管
１２外面に対しては摺動可能にシールし、内側延
長管ハンドリングヘツド５０は外側延長管１２内
面に対しては摺動可能に、内側延長管１３との接
続部に対しては固定的にそれぞれシールしている
ために、ベローズ１６，１７内の雰囲気と上部駆
動部１内の雰囲気を完全に分離する事になる。よ
つて、ベローズ１６，１７内や両延長管１２，１
３の間を上昇してきた炉内の放射化されたアルゴ
ンガスやナトリウムはベローズバツクアツプシー
ル装置４０より上に上昇する事はなく、上部駆動
部１内の各部品の放射化による劣化や、ナトリウ
ムによる固着を防止出来、さらに、そのまま、通
常運転が可能となる。次にメンテナンス時におい
ては、第６図に示すごとく、ベローズ１６，１７
が破損した状態でも、バツクアツプシール装置４
０があるため、容易に上部駆動部１のみを取外す
ことが出来、放射線被曝の低減にもなつている。
また、バツクアツプシール装置４０自身の摺動シ
ール４２，５１が摩耗等により交換が必要となつ
た場合には、第６図に示すごとく、まず、上部駆
動部１を取外す。前記上部駆動部１を取外すこと
により、前記バツクアツプシール装置４０のうち
のシールボツクス４１は、上部皿バネ３５の押し
付力が解放されると同時に圧縮されていた下部の
皿バネ４８が伸び、上方に押し上げられる。この
状態になると、第８図に示すようにシールボツク
ス４１外側のキー４６と案内管１１内側のキー４
７の段付部が接触すると同時に前記シールボツク
ス４１上部フランジ付根のピン４５が案内管ハン
ドリングヘツド１１ａの溝から外れるために、前
記シールボツクス４１は、一方向にのみ回転可能
となる。次に駆動部案内管３４の上部より交換用
治具Ａ６０を取付け、前記交換用治具Ａ６０の先
端に取付けてある２本のツメ６１をシールボツク
ス４１上部に設けられた溝に合せてカギ形の溝ま
で下げる。この状態で交換用治具Ａ６０を回転す
るとシールボツクス４１も同時に回転し、シール
ボツクス外側のキー４６は、案内管内側のキーに
当る位置で停止する。（第８図の想像線で示す。）
次に前記交換用治具Ａ６０を引き上げる事により
ツメ６１がカギ形の溝の上部にひつかかりシール
ボツクス４１も引き上げられる。よつて、シール
ボツクス４１のキー４６は案内管１１のキーの間
を干渉する事なく通り抜け、シールボツクス４１
は、案内管１１から容易に取外すことが出来る。

摺動シール４２を交換した後のシールボツクス
４１の組込みは、前述の逆の操作を行なえば良
い。

一方、前記内側延長管ハンドリングヘツド５０
の摺動シール５１の交換が必要になつた時も、前
述のシールボツクス４１取外し方法と同様に、ま
ず上部駆動部１を取外す。次に、第９図に示すご
とく駆動部案内管３４上部に、交換用治具Ｂ７０
を取付ける。前記交換用治具Ｂ７０を上部より挿
入すると、先端の正方形断面のボツクス部が前記
内側延長管ハンドリングヘツド５０頂部と結合す
ると同時に、前記交換用治具Ｂ７０先端部に組込
まれたボールラツチ機構７２が、前記内側延長管
ハンドリングヘツド５０頂部の溝と噛み合う。次
に、前記交換用治具Ｂ７０内に組込まれているロ
ツクバー押し棒７１を下方に押し込むと、前記ロ
ツクバー押し棒７１の先端がロツクバー５３の頂
部に達する。さらに、前記ロツクバー押し棒７１
を押し込むと前記ロツクバー５３は下部のスプリ
ング５４に抗して下がり、前記内側延長管ハンド
リングヘツド５０と内側延長管１３の接続部より
外れネジの廻り止めが解除される。この状態で交
換用治具Ｂ７０上部のハンドル７３を回転する
と、その回転は交換用治具Ｂ７０の先端から内側
延長管ハンドリングヘツド５０に伝達され、前記
内側延長管ハンドリングヘツド５０と内側延長管
１３とのネジ結合部が外れる。さらに前記交換用
治具Ｂ７０を上方に引上げる事により前記内側延
長管ハンドリングヘツド５０は外側延長管１２内
からも完全に切離される。

尚、内側延長管ハンドリングヘツド５０の摺動
シール５１等の交換後の組込みは前述の逆の操作
を行なえば良い。

以上説明したように本発明によれば、下部機構
の上部に外側延長管とは摺動可能にシールし、原
子炉運転時のシム動作やスクラム動作を確実に行
なう事ができ、さらに、容易に交換可能なベロー
ズバツクアツプシール装置を設けたことにより、
万一ベローズが破損しても、炉内の放射化された
アルゴガスやナトリウムの上昇による上部駆動部
内部品の劣化や固着を防止し制御棒駆動機構の健
全性を高め原子炉運転経続を可能とする。さら
に、メンテナンス時にはベローズが破損した状態
でも、原子炉内外のバウンダリを壊すことなく上
部駆動部は容易に取外すことができると同時に、
ベローズバツクアツプシール装置自身の交換にお
いても、下部機構を引抜く必要はなく、交換用治
具を用いることによつて単に上部駆動部を取外す
だけで容易に交換可能である。

したがつて、メンテナンス作業時における作業
時間の短縮を計ると同時に、放射線被曝の低減を
計り原子力プラントの安全性及び稼動率を向上さ
せる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御棒駆動機構を示す縦断面
図、第２図は本発明に係る制御棒駆動機構の一実
施例を示す縦断面図、第３図は本発明の要部を示
す縦断面図、第４図は第３図の―矢視断面
図、第５図は第４図の―周方向矢視断面図、
第６図は本発明の他の例を示す断面図、第７図は
第６図の―矢視断面図、第８図は第５図の動
作例を示す断面図、第９図は本発明のさらに他の
例を示す断面図、第１０図は第９図の―矢視
断面図である。 １…上部駆動部、２…下部機構、４０…ベロー
ズバツクアツプシール装置、４１…シールボツク
ス、５０…内側延長管ハンドリングヘツド、６０
…交換用治具Ａ、７０…交換用治具Ｂ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 制御棒を上下動させる駆動部と、制御棒に連
   設される延長管と、この延長管外周部に設置され
   る案内管と、炉内雰囲気と原子炉上部とのバウン
   ダリを形成するベローズとからなる制御棒駆動機
   構において、前記延長管は先端部にグリツパを有
   する外側延長管と、この外側延長管内を上下動自
   在に挿通された内側延長管とから構成され、また
   前記案内管と外側延長管との間にはこれらの管を
   摺動自在にシールしてかつ上方から取外し自在な
   シールボツクスが設けられ、さらに内側延長管の
   上部には内側延長管と外側延長管との間を摺動自
   在にシールするハンドリングヘツドが係脱自在に
   設けられていることを特徴とする制御棒駆動機
   構。