JPH0194291A - 制御棒要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、例えばヘリウム等のガスを冷却材とする原子
炉の制御棒を構成する制御棒要素の改良に関する。

［発明の技術的背景］ 一般に原子炉においては、中性子吸収体を充填した制御
棒を炉心に挿入・引抜することにより炉心の核分裂反応
度を制御している。

そこで第４図および第５図を参照して上記制御棒の構成
を説明する。図中符号１は炉心であり、この炉心１には
挿入孔２が形成されている。この挿入孔２の上方には制
御棒案内管３が配置されている。この案内管３を介して
制御棒４がワイヤロープ５により垂下される。

上記制御棒４は複数の制御棒要素６を軸方向に連結した
構成をなしている。また上記制御棒４は可撓性を有して
おり、よって制御棒案内管３の曲りおよび挿入孔２のミ
スアライメントに対しても挿入自由度が大きいという利
点がある。

次に第５図を参照して制御棒要素６の構成を詳細に説明
する。図中符号１１は二重円筒状をなす被覆管であり、
その外管部を１１ａ、内管部を１．１ｂで示す。上記被
覆管１１内には中性子吸収体１２が収容されている。ま
た上記被覆管１１の中心位置にはスパイン１１が軸方向
に配設されており、被覆管１１はその上端部の内周側に
設置されたスパイダ１４を介して上記スパイン１３に支
持されている。またこのスパイン１３を介して複数の制
御棒要素６が軸方向に連結されている。また上記被覆管
１１の上下端には、上キャップ１５および下キャップ１
６が溶接されている。尚図中符号１７はガイドリングで
あり、このガイドリング１７により制御棒要素６のスパ
イン１３に対する過度な横揺れを防止する。又符号１８
は周方向等間隔に複数設置されたガイドフィンであり、
このガイドフィンにより外管部１１ａが挿入孔２に直接
接触するのを防止し、冷却材の流路を確実に確保せんと
する。さらに符号１９はスパイン１３に固着された支持
部材であり、前記スパイダ１４はこの支持部材１９上に
載置されている。

［背景技術の問題点］ 上記構成によると以下のような問題があった。

すなわち原子炉緊急停止（以下スクラムという）時に、
制御棒４が炉心１内に高速で緊急挿入された場合、挿入
孔２から受る高温の輻射熱および冷却材を介しての熱伝
導等により、被覆管１１の外管部１１ａが加熱され、内
管部１１ｂとの間に大きな温度差が発生する。かかる温
度差の発生により外管部１１ａと内管部１１ｂとの連結
部、さらに具体的にいえば、上キャップ１５、下キャッ
プ、１６スバイダ部１４と内管部１１ｂとの付根部分に
熱膨張差による熱応力が発生し、その結果被覆管１１に
過大な塑性ひずみが発生することが懸念される。この塑
性ひずみは上記スクラム動作が行なわれる毎に発生し、
被覆管１１の健全性の喪失はちとよとり、制御棒４自体
の寿命を大幅に短縮させるという問題があった。

［発明の目的］ 本発明は以上の点に基づいてなされたものでその目的と
するところは、スクラム時に発生する熱応力を緩和し、
それによって被覆管の健全性の維持はもとより、制御棒
自体の寿命を大幅に延長することが可能な制御棒要素を
提供することにある。

Ｅ発明の概要コ すなわち本発明による制御棒要素は、軸方向に延長配置
されたスパインに固定されたスパイダと、このスパイダ
の外周側に一体に取付けられた上キャップと、この上キ
ャップの外周端に形成された第１の係合部に上端部に形
成された第１の被係合部を係合させて配置された外管部
と、この外管部の下端に形成された第２の保合部に外周
端部に形成された第２の被係合部を係合させて配置され
た下キャップと、この下キャップに一体に取付けられ上
記外管部の内周側に中性子吸収体を収容するべく開広に
配置されるとともにその上端部を前記スパイダに嵌合さ
せた内管部とを具備したことを特徴とするものである。

つまり外管部と上キャップ、外管部と下キャップとの結
合を軸方向および半径方向への変位を許容し得る係合構
造とし、かつ内管部とスパイダとを嵌合い構造とするこ
とにより、例えばスクラム時における各部材の熱膨張を
吸収し、外管部と内管部との熱膨張差および内管部とス
パイダとの熱膨張差による熱応力の発生を抑制し、それ
によって塑性ひずみの発生を抑えて、制御棒の寿命の延
長を図らんとする。

［発明の実施例コ 以下第１図乃至第３図を参照して本発明の一実施例を説
明する。第１図は本実施例にる制御棒１０４を構成する
制御棒要素１０６の縦断面図であり、図中符号１１１は
被覆管を示す。被覆管１１１は外管部１１１ａと内管部
１１１ｂとから構成され、二重円筒状をなしている。ま
た上記被覆管１１１内にはベレット状の中性子吸収体１
１２が収容されている。上記内管部１１１ａの下端部に
は、環状円盤状をなす下キャップ１１６が連続的に形成
されている。またその角部は曲率を有して形成されてお
り、応力集中の防止がなされている。上記下キャップ１
１６の外周端には、切欠段部（第２の被係合部）１２１
が周方向全周に亘って形成されている。この切欠段部１
２１はその下部が切欠かれたものである。一方上記外管
部１１１ａの下端内周縁部には上記切欠段部１２６一 １に係合する切欠段部（第２の係合部）１２２が周方向
全周に亘って形成されている。この切欠段部１２２は上
部を切欠いた形状となっている。また上記内管部１１１
ｂの上端は直管状に形成されている。そしてこの上端に
はスパイダ１１４の外筒部１１４ａが嵌合している。そ
して上記外筒部１１４ａの上部には上キャップ１１５が
連続的に形成されている。上記上キャップ１１５の外周
端部には上部を切欠いた形状をなす切欠段部（第１の係
合部）１２３が形成されている。この切欠段部１２３に
は前記外管部１１１ａの上端部に形成されその下部を切
欠いた形状をなす切欠段部（第１の被係合部）１２４が
係合している。下キャップ１１６の切欠段部１２１と外
管部１１１ａの下端に形成された切欠段部１２１との係
合構造、および上キャップ１１５に形成された切欠段部
１２３と外管部１１１ａの上端に形成された切欠段部１
２４との係合構造とにより、内管部１１１ｂに対する外
管部１１１ａの軸方向および半径方向への熱膨張差によ
る相対的変位を吸収しかつ内管部１１１ｂとスパイダ１
１４とを嵌合い構造とすることにより熱膨張差に起因す
る両者の軸方向および半径方向への相対的変位を吸収す
る。

従来これらの結合は溶接によりなされていたのである。

また前記中性子吸収体１１２は下キャップ１１６上に載
置されている。すなわち中性子吸収体１１２は上記２箇
所に亘る係合構造によりその１ｍを支持されている。尚
上記２つの係合部は上記中性子吸収体１１２の重量に十
分に耐え得るように構成されているとともに、第３図に
示すように熱膨張差により外管部１１１ａと内管部１１
１ｂとの間に相対変位が発生した場合であっても、係合
間係が健全に保持されるものである。

またこれは内管部１１１ｂとスパイダ１１４との嵌合構
造についても同様である。

次に前記スパイダ１１４についてさらに説明する。スパ
イダ１１４は前記外筒１１４ａと、この外筒１１４ａの
内周側に位置する内筒１１４ｂとからなり、この内！１
１１１４ｂの内側の挿通孔１１４Ｃをスパイン１１３に
挿通させ、スパイン１１３に固着された支持部材１１９
上に載置されている。尚上記外筒１１４ａと内筒１１４
ｂとは複数のリブ板１１４ｄを介して一体化されている
。

また図中符号１１７はガイドリングであり、また符号１
１８はガイドフィンである。これらガイドリング１１７
およびガイドフィン１１８の機能については前述した通
りである。

以上の構成を基に作用を説明する。まず炉心出力制御は
図示しない制御棒駆動機構により制御棒１０４の炉心１
に対する挿入・引抜を制御することによりなされる。そ
して何等かの理由によりスクラム信号が出力された場合
には、スクラム動作が行なわれ、制御棒１０４は炉心１
内に高速で緊急挿入される。かかるスクラム時において
、上記制御棒１０４は挿入孔２の壁面を介して高温の輻
射熱を受るとともに、冷却材を介する熱伝導により高温
に加熱される。それによって外管部１１１ａおよび内管
部１１１ｂともに熱膨張するが、両者の熱膨張には差が
あり、外管部１１１ａの方が大きく膨張する。これにつ
いては前述した通りである。かかる熱膨張差は軸方向に
顕著に発生するが、半径方向にも勿論発生する。その際
本実施例による制御棒１０４の場合には、かかる熱膨張
差を効果的に吸収し、外管部１１１ａおよび内管部１１
１ｂの健全性はもとより、制御棒１０４の健全性を確実
に維持するものである。すなわち外管部−１１１８，内
管部１１　ｌ　ｂ、上キャップ１１５および下キャップ
１１６の結合は２箇所の係合構造であり、これは単に係
合させただけで固定したものではなく、軸方向および半
径方向への相対的変位を吸収し得るものである。また内
管部１１１ｂとスパイダ１１４とは嵌合いにより連結さ
れており、よってこれも軸方向への相対的変位を吸収す
る。その結果制御棒要素１０６は第３図に示すような状
態となる。もたその際上記両管部１１１ａおよび１１１
ｂの相対変位により２箇所の係合部における係合関係が
解除されることもなく、その結合関係は確実に保持され
る。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。すなわち外管部１１１ａと上下キャップ１１５
．１１６との結合を切欠段部１２１および１２２．１２
３および１２４からなる係合構造としているので、内管
部１１１ｂに対する外管部１１１ａの熱膨張差は吸収さ
れることになり、かつ内管部１１１ｂとスパイダ１１４
との関係も単なる嵌合いであるので、スパイダ１１４に
対する内管部１１１ｂの熱膨張差も効果的に吸収される
。よってスクラム時に熱膨張差により熱応力が発生する
こともなく、塑性ひずみが発生することもない。したが
って制御棒要素１０６ひいては制御棒１０４の健全性を
維持し安全性の向上を図ることができるともに、その寿
命を延長させることが可能となる。かかる寿命の延長に
より制御棒１０４の交換回数も少なくてすみ、プラント
稼働率の向上を図る上で極めて効果的である。

尚本発明は前記実施例に限定されるものではなく、各係
合部および係止部の形状は軸方向および半径方向への相
対的変位を吸収し得るものであればよく、種々のものが
考えられる。さらに上キャップおよび下キャップについ
ても、例えば周方向に複数箇所連結部を残し、その間を
切抜いたものでもよい。この場合には、付根部に発生す
る熱応力をさらに軽減させることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明による制御棒要素によると、
スクラム時に熱膨張差に起因する熱応力の発生を効果的
に軽減させて塑性ひずみの発生を抑制し、制御棒の健全
性を維持し、その寿命を延長させるこができ、その結果
安全性の向上はもとよりプラントの稼働率向上を図るこ
とができる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示す図で、第１
図は制御棒要素の縦断面図、第２図は変位前の状態を示
す制御棒要素の断面図、第３図は変位後の状態を示す断
面図、第４図は制御棒全体を示す図、第５図は従来の制
御棒要素の縦断面図である。 １０４・・・制ｗ棒、１０６・・・制御棒要素、１１１
・・・被覆管、１１１ａ・・・外管部、１１１ｂ・・・
内管部、１１２・・・中性子吸収体、１１３・・・スパ
イン、１１４・・・スパイダ、１１５・・・上キャップ
、１１６・・・下キャップ、１２１・・・切欠段部（第
２の被係合部＞、１２２・・・切欠段部（第２の係合部
）。 １２３・・・切欠段部（第１の係合部）、１２４・・・
切欠段部（第１の被係合部）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸方向に延長配置されたスパインに固定されたスパイダ
   と、このスパイダの外周側に一体に取付けられた上キャ
   ップと、この上キャップの外周端に形成された第１の係
   合部に上端部に形成された第１の被係合部を係合させて
   配置された外管部と、この外管部の下端に形成された第
   ２の係合部に外周端部に形成された第２の被係合部を係
   合させて配置された下キャップと、この下キャップに一
   体に取付けられ上記外管部の内周側に中性子吸収体を収
   容するべく同芯に配置されるとともにその上端部を前記
   スパイダに嵌合させた内管部とを具備したことを特徴と
   する制御棒要素。