JP2007225502A

JP2007225502A - Control rod drive mechanism

Info

Publication number: JP2007225502A
Application number: JP2006048552A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takahashi; 高橋　　健; Shinzo Inoue; 信三井上; Toshihiro Kodama; 俊博児玉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control rod drive mechanism which enables necessary position detections of control rods in case of a scram even if the length of a scram position detection probe is shorter than ever. <P>SOLUTION: The control rod drive mechanism 104a is equipped with a stick-shaped scram position detection probe 210a where a first lead switch for detecting the 0% insertion position of a control rod 1 and a second lead switch for detecting the 100% insertion position of the control rod 1 are located in different positions in the vertical direction. Moreover, the first lead switch for detecting the 0% insertion position is located both above the second lead switch for detecting the 100% insertion position and in the uppermost region of the scram position detection probe. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、軽水炉としての沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲ（Boiling Water Reactor）ともいう。）に使用される制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤ（Control Rod Drive Mechanism）ともいう。)に関する。 The present invention relates to a control rod drive mechanism (hereinafter also referred to as CRD (Control Rod Drive Mechanism)) used in a boiling water reactor (hereinafter also referred to as BWR (Boiling Water Reactor)) as a light water reactor.

一般に、ＢＷＲの原子炉圧力容器（以下、「圧力容器」ともいう。）には、減速材を兼ねた冷却材（軽水）が収容されるとともに、その中央部分に、多くの燃料集合体が装荷された炉心が配置される。燃料集合体の間には、制御棒（ＣＲ：Control Rod）が挿入および引抜き自在に設置されている。そして、原子炉の起動・停止や反応度の調整などの制御は、炉心に対し制御棒を挿入または引抜きすることにより、行われる。この制御棒は、圧力容器の下部に備えられたＣＲＤによって昇降駆動される。 Generally, a BWR reactor pressure vessel (hereinafter also referred to as a “pressure vessel”) contains a coolant (light water) that also serves as a moderator, and a large number of fuel assemblies are loaded in the central portion thereof. Arranged cores are arranged. A control rod (CR) is installed between the fuel assemblies so as to be freely inserted and withdrawn. Controls such as starting and stopping of the nuclear reactor and adjustment of reactivity are performed by inserting or withdrawing control rods from the core. The control rod is driven up and down by a CRD provided at the lower part of the pressure vessel.

ＣＲＤは、たとえば、圧力容器の下部に接続したハウジング内において、制御棒の下端に連結された中空ピストンを、ボールねじに螺合されたボールナット上に載置するように構成されている。そして、そのボールねじをモータなどで回転させ、ボールナットを上下動させることで、制御棒を昇降駆動するようになっている。 For example, the CRD is configured such that a hollow piston coupled to the lower end of the control rod is placed on a ball nut screwed into a ball screw in a housing connected to the lower portion of the pressure vessel. Then, the control screw is driven up and down by rotating the ball screw with a motor or the like and moving the ball nut up and down.

また、ＢＷＲに緊急事態が発生して原子炉をスクラム（緊急停止）させる場合、中空ピストンの下方部分に高圧水を流入させることで、中空ピストンを上方に押し上げ、制御棒を炉心内に高速で挿入することにより、原子炉はスクラムされる。そして、スクラムの場合における制御棒の位置は、中空ピストンの位置を検出することによって間接的に認識できる。ここで、中空ピストンの位置は、リードスイッチを有するスクラム位置検出プローブによって検出される（たとえば、特許文献１参照）。また、その場合、通常、中空ピストンの位置検出は、昇降する中空ピストンの最下端、最上端、および、その間の１ヶ所以上、の合計３ヶ所以上の位置で行われる。
特開平８−８２６９０号公報（段落００１３、図１７） Also, when an emergency occurs in the BWR and the reactor is scrammed (emergency shutdown), high-pressure water is poured into the lower part of the hollow piston to push the hollow piston upward and the control rod into the reactor core at high speed. By inserting, the reactor is scrammed. The position of the control rod in the case of the scrum can be indirectly recognized by detecting the position of the hollow piston. Here, the position of the hollow piston is detected by a scram position detection probe having a reed switch (see, for example, Patent Document 1). In this case, the detection of the position of the hollow piston is normally performed at a total of three or more positions including the lowest end, the highest end of the hollow piston that moves up and down, and one or more positions therebetween.
JP-A-8-82690 (paragraph 0013, FIG. 17)

ところで、近年、開発が進んでいる高経済自然循環型ＢＷＲ（ＥＳ（Economic Simplified）ＢＷＲ）においても、前記した制御棒駆動機構の適用が検討されている。しかし、ＥＳＢＷＲでは、原子炉にチムニを備えているので、全体の高さを低くしたいという要望がある。また、従来のＢＷＲにおいても、コストの面などから、全体の高さを低くすることが望まれている。 By the way, application of the above-described control rod drive mechanism is also being studied in a highly economical natural circulation BWR (ES (Economic Simplified) BWR), which has been developed in recent years. However, ESBWR has a chimney in the nuclear reactor, so there is a desire to reduce the overall height. Also, in the conventional BWR, it is desired to reduce the overall height from the viewpoint of cost.

そこで、本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、沸騰水型原子炉の全体の高さを低くすることが可能な制御棒駆動機構を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a control rod drive mechanism that can reduce the overall height of a boiling water reactor.

前記課題を解決するために、本発明に係る制御棒駆動機構は、沸騰水型原子炉における原子炉圧力容器の下部に設けられ、駆動軸を介し電動機の回転を中空ピストン昇降機構に伝達して中空ピストンを昇降させ、制御棒を炉心内に挿入および引抜きする一方、スクラム時には高圧水を注入して中空ピストンを押し上げて制御棒を炉心内に急速に挿入することで、炉心内の反応度を制御する制御棒駆動機構である。その制御棒駆動機構において、制御棒の０％挿入位置を検出する第１のリードスイッチ及び制御棒の１００％挿入位置を検出する第２のリードスイッチが高さ方向の異なる位置に配置された棒状のスクラム位置検出プローブを備えている。そして、０％挿入位置を検出する第１のリードスイッチは、１００％挿入位置を検出する第２のリードスイッチよりも上方、かつスクラム位置検出プローブの最上部位に配置されている。 In order to solve the above problems, a control rod drive mechanism according to the present invention is provided at a lower part of a reactor pressure vessel in a boiling water reactor, and transmits rotation of an electric motor to a hollow piston lifting mechanism via a drive shaft. The hollow piston is moved up and down, and the control rod is inserted and withdrawn from the core.At the time of scram, high-pressure water is injected to push up the hollow piston and rapidly insert the control rod into the core, thereby increasing the reactivity in the core. It is a control rod drive mechanism to control. In the control rod drive mechanism, the first reed switch for detecting the 0% insertion position of the control rod and the second reed switch for detecting the 100% insertion position of the control rod are arranged at different positions in the height direction. The scram position detection probe is provided. The first reed switch for detecting the 0% insertion position is arranged above the second reed switch for detecting the 100% insertion position and at the uppermost part of the scram position detection probe.

本発明によれば、沸騰水型原子炉の全体の高さを低くすることが可能な制御棒駆動機構を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control rod drive mechanism which can make the whole height of a boiling water reactor low can be provided.

本発明の実施形態に係る原子力発電システムについて、適宜図面を参照しながら説明する。
なお、一般に、沸騰水型原子炉内の冷却材（軽水）の駆動方法は２通りあって、一方は再循環ポンプを用いて強制循環させる方法であり、他方は再循環ポンプを用いないで自然循環させる方法である。本実施形態は、後者の自然循環させる方法である。 A nuclear power generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
In general, there are two methods of driving coolant (light water) in a boiling water reactor, one is forced circulation using a recirculation pump, and the other is natural without using a recirculation pump. It is a method to circulate. This embodiment is the latter method of natural circulation.

図１は、原子力発電システムの概略を示す全体構成図である。前記した自然循環による方法では、図１に示すように、原子炉圧力容器（以下、「圧力容器」という。）１０１内において多数の燃料集合体１０２を収納する炉心１０８で発生するボイド（気相と液相が混在した密度の低い冷却材）と、チムニ１０５の外側を下降する液相の冷却材との比重差によって、自然循環に必要な駆動力を得ることができる。 FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an outline of a nuclear power generation system. In the above-described method using natural circulation, as shown in FIG. 1, voids (gas phase) generated in a reactor core 108 that houses a large number of fuel assemblies 102 in a reactor pressure vessel (hereinafter referred to as “pressure vessel”) 101. And a low-density coolant mixed with a liquid phase) and a specific gravity difference between the coolant of the liquid phase descending the outside of the chimney 105 and the driving force necessary for natural circulation can be obtained.

図１に示すように、本実施形態の自然循環式沸騰水型原子炉（以下、「原子炉」という。）１００は、円筒状の圧力容器１０１内に、燃料集合体１０２から成る炉心１０８、制御棒１、制御棒案内管１０３、制御棒駆動機構１０４、チムニ１０５、気水分離器１０６、蒸気乾燥器１０７、給水入口ノズル１０９、および、蒸気出口ノズル１１１などを備えて構成される。また、圧力容器１０１の内部には、減速材を兼ねた冷却材が収容されている。 As shown in FIG. 1, a natural circulation boiling water reactor (hereinafter referred to as “reactor”) 100 according to this embodiment includes a core 108 including a fuel assembly 102 in a cylindrical pressure vessel 101, The control rod 1, the control rod guide tube 103, the control rod drive mechanism 104, the chimney 105, the steam / water separator 106, the steam dryer 107, the feed water inlet nozzle 109, and the steam outlet nozzle 111 are configured. Further, inside the pressure vessel 101, a coolant that also serves as a moderator is accommodated.

燃料集合体１０２は、炉心１０８に収納されるものであり、原子炉１００への燃料（ウランなど）の装荷及び取出しに際し、ばらばらにならずに一体として取り扱えるようにした燃料の集合体である。ＥＳＢＷＲでは燃料集合体１０２の有効長が従来のＢＷＲに比べて短くなることから、制御棒１の長さも短くなり、それに伴い、制御棒駆動機構１０４の駆動ストロークも短くなって、その結果、制御棒駆動機構１０４の全長も短くなる。
制御棒案内管１０３は、制御棒駆動機構１０４によって駆動される制御棒１をガイドする管である。
なお、燃料集合体１０２と制御棒駆動機構１０４は、少なく図示しているが、実際には多数存在する。 The fuel assembly 102 is housed in the reactor core 108, and is a fuel assembly that can be handled as a unit without being separated when the fuel (uranium or the like) is loaded into or removed from the nuclear reactor 100. In ESBWR, since the effective length of the fuel assembly 102 is shorter than that of the conventional BWR, the length of the control rod 1 is also shortened, and accordingly, the drive stroke of the control rod drive mechanism 104 is also shortened. The overall length of the rod drive mechanism 104 is also shortened.
The control rod guide tube 103 is a tube that guides the control rod 1 driven by the control rod drive mechanism 104.
Although the fuel assembly 102 and the control rod drive mechanism 104 are illustrated in a small number, there are actually many.

チムニ１０５は、圧力容器１０１と同心の円筒状であり、内部を仕切り板で格子状に仕切った格子流路を有している。
気水分離器１０６は、チムニ１０５から供給される冷却材の気液二相流(気体と液体が共存する流れ)を、気相の飽和蒸気と液相の飽和水に分離する。
蒸気乾燥器１０７は、気水分離器１０６から得られた飽和蒸気に含まれる湿分を除去する装置である。 The chimney 105 has a cylindrical shape that is concentric with the pressure vessel 101 and has a lattice flow path that is partitioned into a lattice shape by a partition plate.
The steam separator 106 separates the gas-liquid two-phase flow of the coolant supplied from the chimney 105 (the flow in which the gas and the liquid coexist) into the saturated vapor in the gas phase and the saturated water in the liquid phase.
The steam dryer 107 is a device that removes moisture contained in the saturated steam obtained from the steam separator 106.

タービン１１０は、原子炉１００から供給された飽和蒸気によって発電を行うものである。
復水器１２０は、タービン１１０から供給される飽和蒸気を、海水を循環させることなどによって冷却し（そのための循環ポンプなどは不図示）、水に液化させるものである。 The turbine 110 generates power using saturated steam supplied from the nuclear reactor 100.
The condenser 120 cools the saturated steam supplied from the turbine 110 by circulating seawater or the like (a circulation pump for that purpose is not shown) and liquefies it into water.

給水ポンプ１３０は、復水器１２０から供給された水を吸引し、その水を、給水加熱器１４０を経由して原子炉１００の給水入口ノズル１０９に供給するものである。
給水加熱器１４０は、給水ポンプ１３０から供給された水を加熱する装置である。 The feed water pump 130 sucks the water supplied from the condenser 120 and supplies the water to the feed water inlet nozzle 109 of the nuclear reactor 100 via the feed water heater 140.
The feed water heater 140 is a device that heats the water supplied from the feed water pump 130.

続いて、原子力発電システムＳにおける動作の概要を説明する。まず、原子炉１００において、給水加熱器１４０から供給される水と、気水分離器１０６で分離された飽和水とが混合し、その混合水が圧力容器１０１内におけるチムニ１０５の外側を下降し、炉心１０８に供給される。 Next, an outline of the operation in the nuclear power generation system S will be described. First, in the nuclear reactor 100, the water supplied from the feed water heater 140 and the saturated water separated by the steam separator 106 are mixed, and the mixed water descends outside the chimney 105 in the pressure vessel 101. , And supplied to the core 108.

炉心１０８に供給された混合水は、加熱され、飽和状態の気液二相流となり、チムニ１０５の内部を経由して、気水分離器１０６に供給される。気水分離器１０６に供給された気液二相流は、気相の飽和蒸気と、液相の飽和水に分離される。
飽和蒸気は、蒸気乾燥器１０７を経て、蒸気出口ノズル１１１からタービン１１０に導かれる。一方、飽和水は、再び給水加熱器１４０から供給される水と混合され、圧力容器１０１内におけるチムニ１０５の外側を下降する。 The mixed water supplied to the core 108 is heated to become a saturated gas-liquid two-phase flow, and is supplied to the steam separator 106 via the inside of the chimney 105. The gas-liquid two-phase flow supplied to the steam-water separator 106 is separated into gas-phase saturated steam and liquid-phase saturated water.
The saturated steam is guided to the turbine 110 from the steam outlet nozzle 111 through the steam dryer 107. On the other hand, the saturated water is again mixed with the water supplied from the feed water heater 140 and descends outside the chimney 105 in the pressure vessel 101.

タービン１１０では、供給された蒸気により発電を行い、復水器１２０では、タービン１１０から供給された蒸気を冷却することにより液化する。
給水ポンプ１３０は、復水器１２０で液化された水を吸引して原子炉１００に供給し、その途中経路に配置された給水加熱器１４０はその水を加熱する。 The turbine 110 generates power using the supplied steam, and the condenser 120 liquefies the steam supplied from the turbine 110 by cooling.
The feed water pump 130 sucks the water liquefied by the condenser 120 and supplies it to the nuclear reactor 100, and the feed water heater 140 arranged in the middle path heats the water.

このような原子力発電システムＳにおける各構成のうち、本発明は、制御棒駆動機構１０４に関するものであり、以下、図２〜図５を用いて、詳細に説明する。まず、図２を参照しながら、本発明の実施形態にかかる制御棒駆動機構の従来例について説明する（適宜図１参照）。図２は、その従来例の制御棒駆動機構の構造図である。 Of the components in such a nuclear power generation system S, the present invention relates to the control rod drive mechanism 104, and will be described in detail below with reference to FIGS. First, a conventional example of a control rod drive mechanism according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 (see FIG. 1 as appropriate). FIG. 2 is a structural diagram of the conventional control rod drive mechanism.

制御棒駆動機構１０４によって駆動される制御棒１は、複数の燃料集合体１０２の間に挿入および引抜き自在に設置され、圧力容器１０１の下鏡部(底の部分)に貫通して設けられた制御棒駆動機構１０４によって昇降駆動されるようになっている。この制御棒１の昇降により、原子炉１００における燃料の反応度が調整される。 The control rod 1 driven by the control rod drive mechanism 104 is installed so as to be freely inserted and withdrawn between the plurality of fuel assemblies 102, and is provided so as to penetrate the lower mirror portion (bottom portion) of the pressure vessel 101. The control rod drive mechanism 104 is driven to move up and down. By raising and lowering the control rod 1, the reactivity of the fuel in the nuclear reactor 100 is adjusted.

制御棒駆動機構１０４の外縁部分は、圧力容器１０１の下鏡部に接続されたハウジング２と、そのハウジング２の下部フランジにボルト締結されたアウターチューブ３と、そのアウターチューブ３とボルト締結されたスプールピース４とから構成されている。スプールピース４の下部には、制御棒駆動機構１０４の動力源であるモータ５（電動機）が着脱可能に設けられている。 The outer edge portion of the control rod drive mechanism 104 is a housing 2 connected to the lower mirror portion of the pressure vessel 101, an outer tube 3 bolted to the lower flange of the housing 2, and a bolt fastening to the outer tube 3 And a spool piece 4. A motor 5 (electric motor) that is a power source of the control rod drive mechanism 104 is detachably provided at the lower portion of the spool piece 4.

ハウジング２およびアウターチューブ３の内側には、制御棒１の下端にカップリング６を介して連結された中空ピストン７と、その中空ピストン７が載置されたボールナット８（中空ピストン昇降機構）と、そのボールナット８が螺合され、上端側が中空ピストン７に収容されたボールねじ９（中空ピストン昇降機構）とが設けられている。 Inside the housing 2 and the outer tube 3 are a hollow piston 7 connected to the lower end of the control rod 1 via a coupling 6, and a ball nut 8 (hollow piston lifting mechanism) on which the hollow piston 7 is placed. The ball nut 8 is screwed and a ball screw 9 (hollow piston raising / lowering mechanism) whose upper end side is accommodated in the hollow piston 7 is provided.

スプールピース４内には、ボールねじ９の下端側に連結された伝達軸１０（駆動軸）が設けられている。また、スプールピース４を挟んで対向配置された一対の磁気継手、すなわち、内側磁気継手１１と外側磁気継手１２が設けられており、内側磁気継手１１は伝達軸１０に接続され、外側磁気継手１２はモータ５の出力軸５ａと接続されている。 A transmission shaft 10 (drive shaft) connected to the lower end side of the ball screw 9 is provided in the spool piece 4. In addition, a pair of magnetic couplings, that is, an inner magnetic coupling 11 and an outer magnetic coupling 12 that are arranged to face each other with the spool piece 4 interposed therebetween, are provided. The inner magnetic coupling 11 is connected to the transmission shaft 10 and is connected to the outer magnetic coupling 12. Is connected to the output shaft 5 a of the motor 5.

高圧の窒素が充填された窒素容器１３、その窒素の圧力により水を蓄圧する機能を有するアキュムレータ１４、および、開閉弁１５は、スクラム時に中空ピストン７の下部に高圧水を送り込むための装置をなし、図示されたように構成されている。 The nitrogen container 13 filled with high-pressure nitrogen, the accumulator 14 having a function of accumulating water by the pressure of the nitrogen, and the on-off valve 15 constitute a device for sending high-pressure water to the lower part of the hollow piston 7 during scram. The configuration is as shown in the figure.

当接部材１６は、スクラム時に高圧水の圧力によって上昇した中空ピストン７のテーパ部７ａが当たる部材である。中空ピストン７のテーパ部７ａが当接部材１６に当たると、コイルばね１７（バネ）が縮み、コイルばね１７が縮みきると、コイルばね１７よりも強度の大きい皿ばね１８が縮む。 The contact member 16 is a member to which the tapered portion 7a of the hollow piston 7 raised by the pressure of the high-pressure water hits during scram. When the tapered portion 7a of the hollow piston 7 hits the contact member 16, the coil spring 17 (spring) is contracted. When the coil spring 17 is fully contracted, the disc spring 18 having a higher strength than the coil spring 17 is contracted.

中空ピストン７の下部には、磁石（永久磁石。以下同様）である中空ピストンマグネット２０１（第１のマグネット）が備えられている。
フルインマグネット２０２（第２のマグネット）は、磁石であり、連結部材１９を介して当接部材１６と接続されている。 A hollow piston magnet 201 (first magnet) that is a magnet (permanent magnet; the same applies hereinafter) is provided at the lower portion of the hollow piston 7.
The full-in magnet 202 (second magnet) is a magnet and is connected to the abutting member 16 via the connecting member 19.

スクラム位置検出プローブ２１０は、スクラム時において、間接的には制御棒１の位置を、直接的には中空ピストン７の位置を中空ピストンマグネット２０１およびフルインマグネット２０２によって検出するための装置であり、７つのリードスイッチを備えている。それぞれのリードスイッチは、通常時は接点が開き（不通電状態）、横に磁石が存在するときは接点が閉じる（通電状態）タイプのスイッチである。 The scram position detection probe 210 is a device for indirectly detecting the position of the control rod 1 during scrum and directly detecting the position of the hollow piston 7 by the hollow piston magnet 201 and the full-in magnet 202. Seven reed switches are provided. Each of the reed switches is a switch of a type in which the contact is normally opened (non-energized state) and the contact is closed (energized state) when a magnet is present on the side.

１００％リードスイッチ２１１（第２のリードスイッチ）は、中空ピストン７が制御棒１の通常の昇降制御における最上位置にあるときに、当接部材１６の上昇と連動して上昇移動したフルインマグネット２０２の位置に対して、その横の位置に設けられている。 The 100% reed switch 211 (second reed switch) is a full-in magnet that moves up in conjunction with the ascending of the abutting member 16 when the hollow piston 7 is at the uppermost position in the normal lifting control of the control rod 1. It is provided at a position lateral to the position 202.

ＢＣ（Buffer Compression）リードスイッチ２１２は、スクラム時に、中空ピストン７のテーパ部７ａが当接部材１６に当たり、コイルばね１７が縮みきった上に、さらに、皿ばね１８がある程度縮んだときに、その皿ばね１８が縮んだことを検出できるように、１００％リードスイッチ２１１よりも少し上の位置に設けられている。 The BC (Buffer Compression) reed switch 212 is used when the tapered portion 7a of the hollow piston 7 hits the abutting member 16 during scramming, the coil spring 17 is fully contracted, and the disc spring 18 is contracted to some extent. It is provided at a position slightly above the 100% reed switch 211 so that it can be detected that the disc spring 18 is contracted.

ＵＣ（Uncouppling）リードスイッチ２１３は、制御棒１と制御棒駆動機構１０４がカップリング６によって正常に連結されているときに中空ピストンマグネット２０１が下降できる最下位置よりも少し下の正規な位置をはずれた位置に設けられている。つまり、電動駆動による過引抜き操作によりＵＣリードスイッチ２１３が中空ピストンマグネット２０１を検出すれば、カップリング６がはずれたなど、制御棒１と制御棒駆動機構１０４との連結に異常が発生していると判断することができる。 The UC (Uncouppling) reed switch 213 has a normal position slightly below the lowest position at which the hollow piston magnet 201 can be lowered when the control rod 1 and the control rod drive mechanism 104 are normally connected by the coupling 6. It is provided at a position deviated. That is, if the UC reed switch 213 detects the hollow piston magnet 201 by an over-drawing operation by electric drive, an abnormality has occurred in the connection between the control rod 1 and the control rod drive mechanism 104, such as the coupling 6 coming off. It can be judged.

０％リードスイッチ２１４（第１のリードスイッチ）は、中空ピストン７が制御棒１の通常の昇降制御における最下位置にあるときの中空ピストンマグネット２０１の位置に対して、その横の位置に設けられている。 The 0% reed switch 214 (first reed switch) is provided at a position lateral to the position of the hollow piston magnet 201 when the hollow piston 7 is at the lowest position in the normal lifting control of the control rod 1. It has been.

１０％リードスイッチ２１５、４０％リードスイッチ２１６および６０％リードスイッチ２１７は、通常の昇降範囲における中空ピストン７の最下位置を０％、最上位置を１００％としたときの、１０％、４０％および６０％の位置に中空ピストン７があるときの中空ピストンマグネット２０１の位置に対して、その横の位置に設けられている。 The 10% reed switch 215, 40% reed switch 216 and 60% reed switch 217 are 10% and 40% when the lowest position of the hollow piston 7 in the normal lifting range is 0% and the highest position is 100%. And the position of the hollow piston magnet 201 when the hollow piston 7 is at a position of 60%, is provided at a position lateral to it.

ギアカップリング２１は、ギアカップリング２０と嵌合することで、伝達軸１０の回転力をボールねじ９に伝達する。ギアカップリング２１は、コイルばね２２の上に載置されている。 The gear coupling 21 is engaged with the gear coupling 20 to transmit the rotational force of the transmission shaft 10 to the ball screw 9. The gear coupling 21 is placed on the coil spring 22.

続いて、制御棒駆動機構１０４の動作について説明する。制御棒１に対する通常制御時は、モータ５が駆動すると、出力軸５ａを介して外側磁気継手１２が回転し、外側磁気継手１２と内側磁気継手１１との間で作用する磁力によって回転トルクが伝達されて、内側磁気継手１１が回転する。これにより、内側磁気継手１１に接続された伝達軸１０、ギアカップリング２１およびギアカップリング２０を介してボールねじ９が回転し、ボールナット８および中空ピストン７が上下方向に移動し、それにともなって制御棒１が昇降駆動する。
このようにして、制御棒１の炉心１０８への挿入および引抜きの量が調整され、原子炉１００による蒸気エネルギーの出力量が調整される。 Next, the operation of the control rod drive mechanism 104 will be described. During normal control of the control rod 1, when the motor 5 is driven, the outer magnetic coupling 12 rotates via the output shaft 5a, and the rotational torque is transmitted by the magnetic force acting between the outer magnetic coupling 12 and the inner magnetic coupling 11. As a result, the inner magnetic coupling 11 rotates. As a result, the ball screw 9 rotates through the transmission shaft 10, the gear coupling 21 and the gear coupling 20 connected to the inner magnetic coupling 11, and the ball nut 8 and the hollow piston 7 move in the vertical direction. Thus, the control rod 1 is driven up and down.
In this manner, the amount of insertion and extraction of the control rod 1 from the core 108 is adjusted, and the amount of steam energy output from the reactor 100 is adjusted.

また、スクラム時は、開閉弁１５が開き、窒素容器１３とアキュムレータ１４の働きによって、中空ピストン７の下方部分に高圧水が注入される。そうすると、ボールナット８は不動のまま、高圧水の圧力によって、中空ピストン７が上方に高速で移動する。そのとき、０％リードスイッチ２１４の横の位置から中空ピストンマグネット２０１が上昇を開始し、中空ピストンマグネット２０１が横を通過したことを、１０％リードスイッチ２１５、４０％リードスイッチ２１６、６０％リードスイッチ２１７が検出する。 Further, at the time of scram, the on-off valve 15 is opened, and high pressure water is injected into the lower part of the hollow piston 7 by the action of the nitrogen container 13 and the accumulator 14. Then, the hollow nut 7 moves upward at a high speed by the pressure of the high-pressure water while the ball nut 8 remains stationary. At that time, the hollow piston magnet 201 starts to rise from the side position of the 0% reed switch 214, and the fact that the hollow piston magnet 201 has passed the side is 10% reed switch 215, 40% reed switch 216, 60% reed. Switch 217 detects.

そして、中空ピストン７のテーパ部７ａが当接部材１６に当たり、コイルばね１７が縮むと、それに連動してフルインマグネット２０２が上方に移動し、そのことを１００％リードスイッチ２１１が検出する。 When the tapered portion 7a of the hollow piston 7 hits the contact member 16 and the coil spring 17 contracts, the full-in magnet 202 moves upward in conjunction with this, and the 100% reed switch 211 detects this.

このような構成の従来例のスクラム位置検出プローブ２１０は、従来のＢＷＲでは使用可能であるが、前記したＥＳＢＷＲ（従来のＢＷＲにはないチムニを有するため、原子炉全体の高さを低く抑える技術が課題となっている）などにおける、従来例よりも長さが短い制御棒駆動機構１０４には使用できない可能性がある。なぜなら、従来例よりも長さが短い制御棒駆動機構１０４では、０％リードスイッチ２１４の位置から圧力容器１０１の下鏡部の位置までの長さが短くなり、６０％リードスイッチ２１７などを設けるスペースが確保できない可能性があるからである。 The conventional scrum position detection probe 210 having such a configuration can be used in the conventional BWR, but has the above-described ESBWR (a technology that suppresses the height of the entire nuclear reactor because it has a chimney that the conventional BWR does not have. In the control rod drive mechanism 104 having a shorter length than the conventional example. This is because in the control rod drive mechanism 104 having a shorter length than the conventional example, the length from the position of the 0% reed switch 214 to the position of the lower mirror portion of the pressure vessel 101 is shortened, and a 60% reed switch 217 is provided. This is because space may not be secured.

また、たとえ、そのスペースが確保できたとしても、金属製の圧力容器１０１の下鏡部や保温材及びサポートが近くにあると、中空ピストンマグネット２０１によって発生する磁界に乱れが生じ、リードスイッチが正常に動作できない可能性もある。
さらに、従来のＢＷＲにおいても、配管やケーブルの引き廻しに圧力容器１０１の下方スペースを有効に利用するために、従来よりも長さが短いスクラム位置検出プローブが望まれている。 Even if the space can be secured, if the lower mirror part of the metal pressure vessel 101, the heat insulating material and the support are close to each other, the magnetic field generated by the hollow piston magnet 201 is disturbed, and the reed switch It may not work properly.
Further, in the conventional BWR, a scram position detection probe having a shorter length than the conventional one is desired in order to effectively use the space below the pressure vessel 101 for piping and cable routing.

そこで、図３を参照しながら、本実施形態にかかる制御棒駆動機構について説明する（適宜図１、図２参照）。図３は、本実施形態にかかる制御棒駆動機構の構造図である。なお、図２と同様の構成については同様の符号を付し、重複説明を適宜省略する。
図３の制御棒駆動機構１０４ａが図２の制御棒駆動機構１０４と異なっているのは、スクラム位置検出プローブ２１０ａに、１０％リードスイッチ、４０％リードスイッチおよび６０％リードスイッチがないこと、０％リードスイッチ２１４がスクラム位置検出プローブ２１０の最上部位に配置されたこと、および、制御装置１５０（移動量算出装置）が設けられたことである。 Therefore, the control rod drive mechanism according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 3 (see FIGS. 1 and 2 as appropriate). FIG. 3 is a structural diagram of the control rod drive mechanism according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to FIG. 2, and duplication description is abbreviate | omitted suitably.
The control rod drive mechanism 104a in FIG. 3 differs from the control rod drive mechanism 104 in FIG. 2 in that the scram position detection probe 210a has no 10% reed switch, 40% reed switch, and 60% reed switch. The% reed switch 214 is arranged at the uppermost part of the scram position detection probe 210, and the control device 150 (movement amount calculation device) is provided.

スクラム位置検出プローブ２１０ａをこのように構成することで、制御棒駆動機構１０４ａの長さが従来よりも短くても、スクラム時において制御棒１に関する必要な位置検出を行うことができる。つまり、制御棒１が１０％、４０％および６０％の位置にある、という情報はスクラム時に必ずしも不可欠な情報ではなく、本当に必要な情報は、制御棒１が０％および１００％の位置にあるという情報なのである。 By configuring the scram position detection probe 210a in this way, it is possible to perform the necessary position detection with respect to the control rod 1 at the time of scram, even if the length of the control rod drive mechanism 104a is shorter than the conventional one. That is, the information that the control rod 1 is in the positions of 10%, 40% and 60% is not necessarily indispensable information at the time of scrum, and the really necessary information is that the control rod 1 is in the positions of 0% and 100%. It is information that.

制御装置１５０は、モータ５、アキュムレータ１４、開閉弁１５、および、スクラム位置検出プローブ２１０ａと接続され、具体的にはＰＣ（Personal Computer）などによって実現することができる。制御装置１５０は、モータ５に対して、制御信号を送信する。また、スクラム時における中空ピストン７の上昇速度は、ほぼ一定であることが実験からわかっているので、制御装置１５０は、制御棒１が０％の位置にあった時刻と１００％の位置にあった時刻などから、制御棒１が１０％、４０％、６０％などの他の位置にあった時刻も、簡単な計算によって高い精度で推定できる。 The control device 150 is connected to the motor 5, the accumulator 14, the on-off valve 15, and the scram position detection probe 210a, and specifically can be realized by a PC (Personal Computer) or the like. The control device 150 transmits a control signal to the motor 5. Further, since it is known from experiments that the rising speed of the hollow piston 7 at the time of scram is almost constant, the control device 150 is located at the time when the control rod 1 was at the 0% position and at the 100% position. The time when the control rod 1 was in another position such as 10%, 40%, 60%, etc. can be estimated with high accuracy by simple calculation.

より具体的には、制御装置１５０は、スクラム時に開弁して高圧水の注入を行う開閉弁１５の開弁時間の値と、高圧水を加圧するアキュムレータ１４の圧力の値を入力し、また、通常時いつも測定されている制御棒１の位置データも合わせて使用し、スクラム時におけるアキュムレータ１４の圧力に関する時刻変化のデータ等から中空ピストン７の上方への移動量を算出することができる。
また、制御装置１５０は、スクラム位置検出プローブ２１０ａにおける４つのリードスイッチからの信号により、中空ピストン７の位置を把握する（詳細は図５の説明で後記）。 More specifically, the control device 150 inputs the valve opening time value of the on-off valve 15 that opens during scram and injects high-pressure water, and the pressure value of the accumulator 14 that pressurizes the high-pressure water. The position data of the control rod 1 that is always measured in the normal state is also used, and the amount of movement of the hollow piston 7 upward can be calculated from the data of the time change related to the pressure of the accumulator 14 at the time of the scrum.
Further, the control device 150 grasps the position of the hollow piston 7 based on signals from the four reed switches in the scram position detection probe 210a (details will be described later in the description of FIG. 5).

次に、図４を参照しながら、図２の従来例の制御棒駆動機構におけるスクラム位置検出プローブの結線について説明する（適宜図２参照）。図４は、図２の従来例の制御棒駆動機構におけるスクラム位置検出プローブの結線図である。 Next, the connection of the scram position detection probe in the conventional control rod drive mechanism of FIG. 2 will be described with reference to FIG. 4 (see FIG. 2 as appropriate). FIG. 4 is a connection diagram of a scram position detection probe in the control rod drive mechanism of the conventional example of FIG.

図４に示すように、７つのリードスイッチ、すなわち１００％リードスイッチ２１１〜６０％リードスイッチ２１７は、６本の配線、すなわち配線４１〜配線４６（電圧印加部と配線をまとめて「配線」と表記）と接続されている。コネクタ４０は、配線４１〜配線４６に対して、常に所定の電圧を印加している。それぞれのリードスイッチは、近くに磁石がないと不通電状態となっているが、近くに磁石があると通電状態となる。 As shown in FIG. 4, seven reed switches, that is, 100% reed switch 211 to 60% reed switch 217 have six wirings, that is, wiring 41 to wiring 46 (collectively, the voltage application unit and the wiring are “wiring”. Notation). The connector 40 always applies a predetermined voltage to the wirings 41 to 46. Each reed switch is in a non-energized state if there is no magnet nearby, but is energized if there is a magnet nearby.

したがって、たとえば、配線４１と配線４６が通電すれば、１００％リードスイッチ２１１の近く（真横）に磁石（フルインマグネット２０２）がある、つまり、制御棒１が１００％の位置にあることがわかる。他のリードスイッチに関しても同様である。 Therefore, for example, if the wiring 41 and the wiring 46 are energized, it can be seen that there is a magnet (full-in magnet 202) near (directly next to) the 100% reed switch 211, that is, the control rod 1 is at the 100% position. . The same applies to other reed switches.

続いて、図５を参照しながら、図３の本実施形態にかかる制御棒駆動機構におけるスクラム位置検出プローブの結線について説明する（適宜図３参照）。図５は、図３の本実施形態にかかる制御棒駆動機構におけるスクラム位置検出プローブの結線図である。 Next, the connection of the scram position detection probe in the control rod drive mechanism according to the present embodiment shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. 5 (see FIG. 3 as appropriate). FIG. 5 is a connection diagram of the scram position detection probe in the control rod drive mechanism according to the present embodiment of FIG.

図５に示すように、４つのリードスイッチ、すなわち１００％リードスイッチ２１１ａ〜０％リードスイッチ２１４ａ（第１のリードスイッチ）は、４本の配線、すなわち配線５１〜配線５４（電圧印加部と配線をまとめて「配線」と表記）と接続されている。コネクタ５０は、配線５１〜配線５４に対して、常に所定の電圧を印加している。それぞれのリードスイッチは、近くに磁石がないと不通電状態となっているが、近くに磁石があると通電状態となる。また、制御装置１５０は、コネクタ５０と接続され、配線５１〜配線５４の状態（通電／不通電）を監視している。 As shown in FIG. 5, four reed switches, that is, 100% reed switch 211a to 0% reed switch 214a (first reed switch), have four wirings, that is, wiring 51 to wiring 54 (voltage application unit and wiring). Are collectively referred to as “wiring”). The connector 50 always applies a predetermined voltage to the wirings 51 to 54. Each reed switch is in a non-energized state if there is no magnet nearby, but is energized if there is a magnet nearby. The control device 150 is connected to the connector 50 and monitors the state of the wirings 51 to 54 (energization / non-energization).

したがって、制御装置１５０は、たとえば、配線５１と配線５３が通電すれば、０％リードスイッチ２１４ａの近く（真横）に磁石（中空ピストンマグネット２０１）がある、つまり、制御棒１が０％の位置にある、ということを認識することができる。他のリードスイッチに関しても同様である。 Therefore, for example, when the wiring 51 and the wiring 53 are energized, the control device 150 has a magnet (hollow piston magnet 201) near (directly next to) the 0% reed switch 214a, that is, the position where the control rod 1 is 0%. Can be recognized. The same applies to other reed switches.

図２〜図５およびその説明からわかるように、本実施形態の制御棒駆動機構１０４ａによれば、スクラム位置検出プローブ２１０ａが従来例よりも短い長さであっても、スクラム時において、制御棒１に関する必要な位置検出を行うことができる。
具体的には、制御棒駆動機構１０４ａによれば、制御棒１が０％挿入位置と１００％挿入位置との間の中間挿入位置を検出するリードスイッチを有していない、すなわち、スクラム位置検出プローブ２１０ａにおけるスクラム時の位置検出用リードスイッチを０％リードスイッチ２１４ａと１００％リードスイッチ２１１ａの２つだけにした（ＢＣリードスイッチ２１２ａとＵＣリードスイッチ２１３ａは異常検出用なので位置検出とは直接関係ない）ので、スクラム位置検出プローブ２１０ａの長さを短く（従来の半分前後）することができる。それにより、ＥＳＢＷＲなどの従来よりも短い制御棒駆動機構にも対応でき、また、従来のＢＷＲにおいて圧力容器１０１の下鏡部の下方スペースを有効利用（保温材の設置など）することができる。 As can be seen from FIGS. 2 to 5 and the description thereof, according to the control rod drive mechanism 104a of the present embodiment, even when the scram position detection probe 210a has a shorter length than the conventional example, the control rod can be used during scram. 1 can perform necessary position detection.
Specifically, according to the control rod drive mechanism 104a, the control rod 1 does not have a reed switch for detecting an intermediate insertion position between the 0% insertion position and the 100% insertion position, that is, scram position detection. Only two 0% reed switches 214a and 100% reed switches 211a are used for position detection when scramming in the probe 210a (the BC reed switch 212a and the UC reed switch 213a are for detecting an abnormality, and are directly related to position detection. Therefore, the length of the scram position detection probe 210a can be shortened (around half of the conventional one). Thereby, it is possible to cope with a control rod drive mechanism that is shorter than the conventional one such as ESBWR, and in the conventional BWR, the space below the lower mirror portion of the pressure vessel 101 can be used effectively (installation of a heat insulating material or the like).

また、中空ピストンマグネット２０１が中空ピストン７の下部に配置されていることで、０％リードスイッチ２１４の位置を低くすることができ、それにより、スクラム位置検出プローブ２１０ａの上端の位置を低くすることができる。
さらに、フルインマグネット２０２が当接部材１６の動きに連動することで、１００％リードスイッチ２１１ａの位置を低くし、それにより、スクラム位置検出プローブ２１０ａの上端の位置を低くすることができる。 Further, since the hollow piston magnet 201 is arranged at the lower part of the hollow piston 7, the position of the 0% reed switch 214 can be lowered, thereby lowering the position of the upper end of the scram position detection probe 210a. Can do.
Further, when the full-in magnet 202 is interlocked with the movement of the contact member 16, the position of the 100% reed switch 211a can be lowered, and thereby the position of the upper end of the scram position detection probe 210a can be lowered.

また、１００％リードスイッチ２１１を０％リードスイッチ２１４よりも下方に配置することで、スクラム位置検出プローブ２１０ａの上端の位置を低くすることができる。
さらに、リードスイッチの個数を減らしたことで、スクラム位置検出プローブ２１０ａにおける結線を簡素化することができる（図４および図５参照）。 Further, by disposing the 100% reed switch 211 below the 0% reed switch 214, the position of the upper end of the scram position detecting probe 210a can be lowered.
Further, by reducing the number of reed switches, the connection in the scrum position detection probe 210a can be simplified (see FIGS. 4 and 5).

また、スクラム時における制御棒１の中間位置（４０％など）での検出のための機構を考慮する必要がなくなり、制御棒駆動機構１０４ａの全長を自由に最適化することができる。
さらに、チムニを有するために原子炉や建屋の高さが高くなりがちなＥＳＢＷＲにおいても、原子炉および建屋全体の高さを低く抑えることができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。たとえば、図３の制御装置１５０は、制御棒１の中間位置（４０％など）の推定を行わなくてもよい。その他、具体的な構成について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。 Further, it is not necessary to consider a mechanism for detection at an intermediate position (such as 40%) of the control rod 1 during scram, and the overall length of the control rod drive mechanism 104a can be freely optimized.
Furthermore, even in ESBWR, where the chimney is included and the height of the reactor and the building tends to be high, the overall height of the nuclear reactor and the building can be kept low.
This is the end of the description of the embodiments, but the aspects of the present invention are not limited to these. For example, the control device 150 of FIG. 3 may not estimate the intermediate position (such as 40%) of the control rod 1. In addition, the specific configuration can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

原子力発電システムの概略を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing an outline of a nuclear power generation system. 従来例の制御棒駆動機構の構造図である。It is a structural diagram of a control rod drive mechanism of a conventional example. 本実施形態にかかる制御棒駆動機構の構造図である。It is a block diagram of the control-rod drive mechanism concerning this embodiment. 従来例の制御棒駆動機構におけるスクラム位置検出プローブの結線図である。It is a connection diagram of the scram position detection probe in the control rod drive mechanism of the conventional example. 本実施形態にかかる制御棒駆動機構におけるスクラム位置検出プローブの結線図である。It is a connection diagram of the scram position detection probe in the control rod drive mechanism according to the present embodiment.

Explanation of symbols

１制御棒
５モータ
８ボールナット
９ボールねじ
１０伝達軸
１７コイルばね
１００自然循環式沸騰水型原子炉
１０１原子炉圧力容器
１０８炉心
２１０，２１０ａスクラム位置検出プローブ
２１１１００％リードスイッチ
２１４０％リードスイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control rod 5 Motor 8 Ball nut 9 Ball screw 10 Transmission shaft 17 Coil spring 100 Natural circulation boiling water reactor 101 Reactor pressure vessel 108 Core 210,210a Scram position detection probe 211 100% reed switch 214 0% reed switch

Claims

While installed in the lower part of the reactor pressure vessel in the boiling water reactor, the rotation of the electric motor is transmitted to the hollow piston lifting mechanism via the drive shaft to raise and lower the hollow piston, and the control rod is inserted into and pulled out from the core, In the control rod drive mechanism that controls the reactivity in the core by quickly injecting the high pressure water during scram and pushing up the hollow piston to rapidly insert the control rod into the core.
A rod-like scram position detection probe in which a first reed switch for detecting the 0% insertion position of the control rod and a second reed switch for detecting the 100% insertion position of the control rod are arranged at different positions in the height direction. With
The first reed switch for detecting the 0% insertion position is disposed above the second reed switch for detecting the 100% insertion position and at the uppermost part of the scram position detection probe. Control rod drive mechanism.

2. The control rod drive according to claim 1, wherein the scram position detection probe is not provided with a reed switch for detecting an intermediate insertion position between the 0% insertion position and the 100% insertion position. mechanism.

2. The control rod drive mechanism according to claim 1, wherein the first magnet detected by the first reed switch that detects the 0% insertion position is provided at a lower portion of the hollow piston.

The second magnet detected by the second reed switch that detects the 100% insertion position is below the hollow piston, and when the control rod moves to the 100% insertion position, the hollow piston The control rod drive mechanism according to claim 1, wherein the control rod drive mechanism is installed so as to move in conjunction with a movement of a pressing spring.

Input the value of the opening time of the on-off valve that opens during the scram and injects the high-pressure water and the value of the pressure of the accumulator that pressurizes the high-pressure water, and calculates the upward movement amount of the hollow piston The control rod drive mechanism according to claim 1, further comprising a movement amount calculation device.