JPH05203777A - 核燃料集合体の再構成可能な制御棒組立体 - Google Patents

核燃料集合体の再構成可能な制御棒組立体

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JPH05203777A
JPH05203777A JP4213211A JP21321192A JPH05203777A JP H05203777 A JPH05203777 A JP H05203777A JP 4213211 A JP4213211 A JP 4213211A JP 21321192 A JP21321192 A JP 21321192A JP H05203777 A JPH05203777 A JP H05203777A
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end plug
plug portion
control rod
segment
section
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JP4213211A
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Robert K Gjertsen
ケニース イャートセン ロバート
Ronald P Knott
ポール ノット ロナルド
James A Sparrow
アラン スパロー ジェームズ
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Westinghouse Electric Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C7/00—Control of nuclear reaction
    • G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
    • G21C7/08—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of solid control elements, e.g. control rods
    • G21C7/10—Construction of control elements
    • G21C7/117—Clusters of control rods; Spider construction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

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  • Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 摩耗又は損傷した個々の制御棒の取外し及び
交換ができる再構成可能なスパイダ式制御棒組立体を提
供する。 【構成】 スパイダ式制御棒組立体６８は、着脱自在な
アタッチメント接合装置７４により制御棒７２を支持す
るスパイダ構造部材７０を有し、各接合装置７４は、構
造部材７０に設けられた中空の連結用フィンガ７６と、
各制御棒に取り付けられた着脱自在な分割型上部端栓７
８とを有する。端栓７８は、一対の別個の部分８０と８
２から成る。端栓部分８０と８２は、上方８０Ａ，８２
Ａ、中間８０Ｂ，８２Ｂ及び下方の各セグメント８０
Ｃ，８２Ｃを有する。上下端栓部分を相互に係止する相
補インターロック手段１０８，１１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に原子炉に関し、
特に、着脱自在な分割型上部端栓が取り付けられている
取外し自在な制御棒を有する再構成可能なスパイダ式制
御棒組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】代表的な原子炉、例えば、加圧水型の原
子炉では、炉心には多数の燃料集合体が収容される。各
燃料集合体は上部ノズル及び下部ノズルを有し、複数の
細長い横方向に間隔を置いて配置された案内シンブルが
上部ノズルと下部ノズルの間に長さ方向に延び、且つ両
端がノズルに取り付けられている。また、複数の横方向
支持グリッド又は格子が案内シンブルに沿って軸方向に
間隔を置いた状態で案内シンブルに取り付けられてい
る。さらに、互いに且つ案内シンブルから横方向に間隔
を置いて配置された複数本の細長い燃料要素又は燃料棒
が、上部ノズルと下部ノズルの間で横方向グリッドによ
り支持されている。燃料棒は各々、核分裂性物質を収容
し、高い核分裂率を支持するのに充分な程の中性子束を
炉心内に生じさせ、かくして、熱の形態の多量のエネル
ギを放出させるよう組織された列の状態に群分けされて
いる。液体冷却材が炉心内を上方へ圧送される。その目
的は、炉心内で生じた熱のうち何割かを取り出して有益
な仕事を生じさせることにある。
【０００３】炉心内の発熱量は核分裂率に比例し、かく
して、これは炉心内の中性子束により定まるので、原子
炉の起動時、運転中及び運転停止時の発熱量の制御は中
性子束を変動させることにより行う。一般に、これは、
中性子吸収物質を収容した制御棒を用いて過剰の中性子
を吸収することにより行われる。案内シンブルは、燃料
集合体の構造部材であることに加えて、炉心内に中性子
吸収制御棒を挿入するためのチャンネルにもなる。中性
子束のレベル、かくして炉心の熱出力は通常は案内シン
ブルに制御棒を出し入れすることにより調節される。
【０００４】燃料集合体と関連して制御棒を用いる通常
構成の一例をヒル（Hill）氏に付与された米国特許第
４，３２６，９１９号に見出すことができる。この米国
特許は、複数本の制御棒と、制御棒の上端を支持するス
パイダ構造部材とを有するスパイダ式制御棒組立体を示
している。スパイダ構造部材は、制御棒を垂直方向に昇
降させて（「歩進動作」という）燃料集合体の中空案内
シンブルから出し入れさせる制御棒駆動機構に連結され
ている。かかる構成で用いられる制御棒の代表的な構成
は、中性子吸収物質を収納した細長い金属製被覆管の形
態であり、被覆管の両端には、その中に中性子吸収材料
を密封する端栓が配置されている。
【０００５】スパイダ構造部材は一般に、中央ハブで支
持され、且つその周りに周囲方向に隔置された複数の半
径方向に延びるベーンを有する。ベーンは、縁を立てて
配置され、内端部が中央ハブに連結された平らな金属板
である。円筒形の制御棒連結用フィンガがベーンに取り
付けられると共にこれにより支持されており、ベーンの
うち何個かは単一の連結用フィンガを有するに過ぎず、
残りのベーンは間隔を置いた対をなす連結用フィンガを
有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、各制御棒の上
部端栓は、スパイダ構造部材の一フィンガの下方部分に
設けられたボア内に差し込まれて、ボアの内端部でフィ
ンガに形成されたネジ穴にねじ込まれるネジ付き外端部
を有する。次に、キー又はピンをフィンガ及び端栓の側
部に差し込んで溶接することにより、端栓をフィンガ内
に固定する。一般的に言うと、上述のスパイダ式制御棒
組立体は再構成が不可能であり、即ち、制御棒組立体を
容易には分解できず、また、摩耗又は損傷した構成部品
の交換が容易には出来ない。かくして、制御棒組立体全
体を廃棄しなければならない。
【０００７】多くの旧式原子力発電所では、制御棒はそ
れらの設計寿命の終わりに近づきつつある。さらに、設
計変更が施された炉内構造物を備えるより最新式の多く
の原子力発電所では、制御棒の摩耗の度合いは加速度的
に進んでいる。大抵の場合、摩耗は、所与のスパイダ式
制御棒組立体の或る（全部ではない）制御棒の被覆管の
局所的領域で生じる。摩耗は、冷却材の流体励起振動に
より生じると考えられている。被覆管の摩耗の厳格性は
原子力発電所のタイプ及び炉内構造物の設計で決まり、
通常は、所与の組立体のうち限定された本数の制御棒に
しか起こらない。
【０００８】したがって、時期的に早く摩耗又は損傷し
ている選択された個々の制御棒の取外し及び交換ができ
る再構成可能なスパイダ式制御棒組立体に対して多大な
関心が寄せられると共にその開発が要望されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記要望を満
足させるよう設計された再構成可能なスパイダ形制御棒
組立体を提供する。本発明の再構成可能な制御棒組立体
は、制御棒をスパイダ構造部材のベーン付きフィンガに
着脱自在に取り付けるための分割型上部端栓を備えた取
外し自在な制御棒を有する。詳細には、分割型上部端栓
は２つの別個の上方部分と下方部分で構成されている。
【００１０】各上部端栓の上方端栓部分および下方端栓
部分は互いに螺合しており、接合時の予荷重を生じるよ
うトルクがかけられている。また、弛止め作用が上方お
よび下方の端栓部分により得られるが、その目的は、原
子炉運転中にこれら端栓部分が弛まないようにするため
である。弛止め作用を得るには、下方端栓部分の薄肉上
方セグメントをスエージ加工／圧着して上部端栓の下方
部分の平坦部付きの中間セクションに取り付ける。かく
して、次に行う接合個所の弛止めのために平坦部が上方
端栓部分に設けられている。制御棒を取り外すには、制
御棒をねじ戻し、それにより上部端栓の下方端栓部分を
その上方端栓部分に対して回転させると共に圧着保持手
段による弛止め作用に打ち勝つようにする。
【００１１】次いで、その場所への交換用制御棒の取付
け及び圧着保持を行う。圧着すべき薄肉上方セクション
は、交換用制御棒の上部端栓の下方端栓部分の未使用材
料である。上部端栓の別個の上方部分と下方部分により
達成される着脱自在な取付け方式は、既存の所望の特
徴、例えば、制御棒の上部端栓により保持される可撓性
接合状態に悪影響を及ぼさない。
【００１２】上述の弛止め方式に代わる手段として、上
方端栓部分のネジ付き下方セクションと下方端栓部分の
中間セグメントとの間に半径方向可撓性且つ膨張性のネ
ジ山形成コイルを用いて、一旦端栓部分の取付けが完了
したら、回転に対する摩擦抵抗が生じるようにするのが
良い。かかるコイルを用いると、圧着保持により得られ
る弛止め作用に打ち勝つ必要なく、コイルによる摩擦抵
抗に抗して制御棒を回転させることができる。予め圧着
による弛み止め方式を採用している場合、上方端栓部分
の中間セクションと下方端栓部分の上方セグメントは、
円筒形の形状のものであり、上述の圧着方式とは異な
り、滑り嵌め接合部を形成する。
【００１３】したがって、本発明は、制御棒組立体のス
パイダ構造部材に取付けられている中性子吸収制御棒の
交換を容易にするのに用いられる端栓に関する。端栓
は、一対の別個の上方端栓部分及び下方端栓部分から成
り、上方端栓部分は一体の上方セクション、中間セクシ
ョン及び下方セクションを有し、下方端栓部分は一体の
上方セグメント、中間セグメント及び下方セグメントを
有する。上方端栓部分の上方セクションは、制御棒を支
持するための制御棒組立体のスパイダ構造部材にしっか
りと取付けられるような形状になっている。下方端栓部
分の下方セグメントは制御棒にしっかりと連結されるよ
う構成されている。また、上方端栓部分の下方セクショ
ンと下方端栓部分の中間セグメントは互いにしっかりと
螺合するよう相補形状をなしている。更に、上方端栓部
分の中間セクションと下方端栓部分の上方セグメント
は、互いに弛止め関係で取付けられるよう相補形状を成
していて、上方端栓部分と下方端栓部分が弛んで互いに
外れるのを防止するようになっている。
【００１４】また、本発明はスパイダ構造部材と、少な
くとも１つの制御棒と、制御棒をスパイダ構造部材に着
脱自在に取付けるためのアタッチメント接合装置を含む
再構成可能な制御棒組立体に関する。アタッチメント接
合装置は、スパイダ構造部材に設けられた中空の連結用
フィンガと、制御棒に取付けられて、一対の別個の上方
端栓部分及び下方端栓部分を有する細長い着脱自在な分
割型上部端栓とを含む。上方端栓部分は一体に連結され
且つタンデム状に配列された上方セクション、中間セク
ション及び下方セクションを有する。下方端栓部分は一
体に連結され且つタンデム状に配列された上方セグメン
ト、中間セグメント及び下方セグメントを有する。
【００１５】より詳細には、上方端栓部分の上方セクシ
ョンはスパイダ構造部材の連結用フィンガにしっかりと
取付けられ、これに対し下方端栓部分の下方セグメント
は制御棒にしっかりと連結されている。また、上方端栓
部分の下方セクションと下方端栓部分の中間セグメント
は、上方端栓部分と下方端栓部分を互いにしっかりと螺
合させて取付けるための相補する螺合手段を有する。更
に、上方端栓部分の中間セクションと下方端栓部分の上
方セグメントは、上方端栓部分と下方端栓部分を互いに
固定して上方端栓部分と下方端栓部分が弛んで互いに外
れることのないようにするための相補するインターロッ
ク手段を有する。
【００１６】更に、本発明は、制御棒組立体のスパイダ
構造部材に取り付けられている中性子吸収制御棒の交換
を容易にするのに用いられる変形例としての端栓に関す
る。かかる変形例としての端栓は、一対の別個の上方端
栓部分及び下方端栓部分を有し、上方端栓部分は一体の
上方セクション、中間セクション及び下方セクションを
有し、下方端栓部分は一体の上方セグメント、中間セグ
メント及び下方セグメントを有する。また、端栓は、半
径方向可撓性且つ膨脹性のネジ山形成コイルの形態の手
段を含む。
【００１７】更に、上方端栓部分の上方セクションは制
御棒を支持するための制御棒組立体のスパイダ構造部材
にしっかりと取付けられるよう構成され、下方端栓部分
の下方セグメントは制御棒にしっかりと連結されるよう
構成されている。更にまた、上方端栓部分の下方セクシ
ョンと下方端栓部分の中間セグメントは、これらの間に
半径方向可撓性且つ膨脹性のネジ山形成手段を受け入
れ、該ネジ山形成手段により上方端栓部分と下方端栓部
分の相対的な回転が摩擦の作用で防止されるような関係
で、ネジ山形成手段と螺合するようネジ山が相補的に設
けられている。最後に、上方端栓部分の中間セクション
と下方端栓部分の上方セグメントは、上方端栓部分と下
方端栓部分の間に滑り嵌め接合部を構成するよう相補的
な形状になっている。
【００１８】以下の本発明の実施例についての詳細な説
明の理解にあたり添付の図面を参照されたい。
【００１９】
【実施例】今図面を参照し、特に図１を参照すると、全
体が符号１０で指示された原子炉燃料集合体の縦短縮立
面図が示されている。この燃料集合体１０はＰＷＲ（加
圧水型原子炉）に用いられる形式なので、基本構成要素
として、原子炉（図示せず）の炉心領域内で燃料集合体
を下部炉心板（図示せず）上に支持するための下端部構
造体又は下部ノズル１２と、下部ノズル１２から上方に
突出した複数本の長さ方向に延びる案内管又はシンブル
１４とを含む。燃料集合体１０は、案内シンブル１４に
沿って軸方向に間隔を置いて配置された横方向グリッド
（支持格子）１６及び横方向に間隔を置いて配置され且
つグリッド１６により支持されている整然と並べられた
細長い燃料棒１８を更に有する。また、燃料集合体１０
は、その中央に配置された計装管２０と、案内シンブル
１４の上端部に着脱自在に取り付けられた上端部構造体
又は上部ノズル２２とを有しており、燃料集合体の諸部
分を損傷させること無く従来通りの取扱いが可能な一体
の組立体が形成されている。
【００２０】上述のように、燃料集合体１０内に整然と
した列をなしている燃料棒１８は、燃料集合体の長さに
沿って間隔を置いて配置されたグリッド１６により互い
に隔置された関係で保持されている。各燃料棒１８は核
燃料ペレット２４を収納し、燃料棒の両端は、燃料棒を
気密封止するための上部端栓２６及び下部端栓２８で閉
じられている。一般に、ペレット２４を燃料棒１８内で
密な積重ね関係に保つために、プレナム・スプリング３
０が上部端栓２６とペレット２４との間に配置されてい
る。核分裂性物質から成る燃料ペレット２４は、原子炉
の出力発生のもとになる。炉心で発生した熱を取り出し
て有益な仕事を得るため、液体減速材／冷却材、例え
ば、水又はホウ素含有水が炉心の燃料集合体を通って上
方へポンプ輸送される。
【００２１】次に、図１と共に図２及び図３を参照する
と、図１の従来型燃料集合体１０で用いられるよう設計
された全体を符号３２で指示する従来のスパイダ式制御
棒組立体の代表例が示されている。制御棒組立体３２は
その基本構成要素として、複数本の制御棒３４及び制御
棒をそれらの上端で支持するスパイダ構造部材３６を含
む。スパイダ構造部材３６は、制御棒３４を、案内シン
ブル１４の配列パターンにマッチしていて、ＰＷＲ燃料
集合体１０の上部ノズル２２に通し、案内シンブル１４
に通して下方へ挿入させる配列パターンで保持する。ス
パイダ構造部材３６は、炉心熱出力を調節するよう制御
棒３４を移動させる公知の方法で動作可能な制御機構
（図示せず）に連結されている。
【００２２】代表的な構成例では、制御棒組立体３２の
各制御棒３４は、細長い金属製被覆管３８に中性子吸収
物質を収納し、中性子吸収物質を被覆管３８内に密封す
るための上部及び下部の端栓を被覆管３８の両端に取り
付けて構成したものである。制御棒組立体３２のスパイ
ダ構造部材３６は一般に、中央ハブ４６で支持され且つ
その周りに周囲方向に隔置された複数本の半径方向に延
びる錨爪状体又はベーン（羽根状体）４４を有する。円
筒形の制御棒連結用フィンガ４８がベーン４４に取り付
けられると共にこれらベーンによって支持されている。
ベーン４４の中には単一の制御棒連結用フィンガ４８が
取り付けられているものがあるが、残りのベーン４４に
は、離隔した対をなす制御棒連結用フィンガ４８が取り
付けられている。
【００２３】次に、図４〜図９を参照すると、制御棒組
立体のスパイダ構造部材３６のベーン４４の各制御棒連
結用フィンガ４８と、各制御棒３４の上部端栓４０との
間に設けられる全体を符号５０で指示した従来型アタッ
チメント接合装置の一例が示されている。典型的な例で
は、各制御棒３４の上部端栓４０はネジ付き外端部５２
を有する。各連結用フィンガ４８は、溶接連結部の差込
み形式でベーン４４に取り付けられ、フィンガの下方部
分５６には軸方向ボア５４が形成されており、ボア５４
の内端部には小径のネジ穴５８が設けられている。上部
端栓４０のネジ付き外端部５２は、端栓４０を軸方向ボ
ア５４内に差し込むと、ネジ穴５８にねじ込まれる。キ
ー又はピン６０をフィンガ４８及び端栓４０の側部に設
けられている整列状態の穴に通し、次いで溶接すると、
端栓４０はフィンガ４８内に固定又は係止される。な
お、軸方向ボア５４は、連結用フィンガ４８とベーン４
４の相互連結個所である各フィンガの上方部分６６の開
始個所で終端していることは注目されるべきである。
【００２４】この従来型制御棒組立体３２の大きな欠点
は、制御棒組立体が再構成できないこと、即ち、制御棒
組立体３２の分解が容易ではなく、また、摩耗又は損傷
した構成部品の交換を容易に行うことができないことで
ある。かくして、制御棒組立体全体を廃棄しなければな
らない。
【００２５】しかしながら、上述のように、取外し自在
な制御棒を有するスパイダ式制御棒組立体は公知であ
る。再構成可能な一最新型のスパイダ式制御棒組立体が
フランス国特許出願第８６／０８３８１号に開示されて
いる。上述の従来型スパイダ式制御棒組立体と同様、か
かるフランス国特許出願に係るスパイダ式制御棒組立体
は、ベーンに連結用フィンガが設けられたスパイダ構造
部材及び複数本の制御棒を有し、上部端栓はネジ付き外
端部を備えている。しかしながら、各制御棒をそれぞれ
連結用フィンガに固定するのに用いられるアタッチチメ
ント接合装置は上述のものに幾分、設計変更が施されて
いる。フランス国特許出願に係るスパイダ式制御棒組立
体の各連結用フィンガは、端から端まで貫通した軸方向
ボアを有する。一制御棒の上部端栓を軸方向ボアに差し
込むと、そのネジ付き外端部はフィンガの頂端の上方に
延びる。締結具又はナットをフィンガの頂端に接触する
まで制御棒の上部端栓の外端部に螺着して締める。次
に、ネジ付き外端部の上方で制御棒の上部端栓に設けら
れていて、ネジ付きナットの上方に延びる管状弛止めカ
ップを半径方向外方へ変形させてナットに設けられた溝
内に係止させナットを外端部上に保持させるようにす
る。
【００２６】しかしながら、制御棒をスパイダ構造部材
から取り外すためには、先ず最初に、ナットが締め付け
られているネジ付き外端部を有する端栓の部分を切断し
なければならないという欠点がある。かくして、締結用
ナットの除去後に交換する必要がある。
【００２７】次に、図１０〜図１６を参照し、特に図１
０を参照すると、全体を符号６８で指示されていて本発
明の原理に従って構成された、制御棒の取外し及び交換
を行なうための改良型装置である再構成可能なスパイダ
式制御棒組立体が部分図で示されている。再構成可能な
スパイダ式制御棒組立体６８は、基本構成要素として、
スパイダ構造部材７０、複数本の制御棒７２（１つしか
示さず）及び制御棒７２をスパイダ構造部材７０に着脱
自在に取り付けるための複数の改良型アタッチメント接
合装置７４（１つしか示さず）を含む。後述の構成要素
を除き、スパイダ式制御棒組立体６８のスパイダ構造部
材７０及び制御棒７２は図２及び図３のの従来型スパイ
ダ式制御棒組立体３２のものと同一である。
【００２８】各アタッチメント接合装置７４は、スパイ
ダ構造部材７０に設けられた細長い連結用フィンガ７６
及び各制御棒７２に設けられた細長い着脱自在な分割型
上部端栓７８を有する。分割型上部端栓７８は一対の別
個の上方端栓部分８０及び下方端栓部分８２から成る。
上方端栓部分８０は、一体に連結され且つタンデム状に
配列された上方セクション８０Ａ、中間セクション８０
Ｂ及び下方セクション８０Ｃからなり、下方端栓部分８
２は一体に連結され且つタンデム状に配列された上方セ
グメント８２Ａ、中間セグメント８２Ｂ及び下方セグメ
ント８２Ｃを有する。
【００２９】図８の従来型アタッチメント接合装置５０
と実質的に同一なので、本発明のアタッチメント接合装
置７４の連結用フィンガ７６が、フィンガの下端部８６
で開口するようフィンガ７６の下方部分７６Ａ内に形成
された軸方向ボア８４及びボア８４の上端部に形成され
た雌ネジ付き穴８８を有する。さらに、上方端栓部分８
０の上方セクション８０Ａは、該上方セクション８０Ａ
を連結用フィンガ７６のネジ付き穴８８内にしっかりと
螺合させることのできる雄ネジ部９０を有する。また、
下方端栓部分８２の下方セグメント８２Ｃは制御棒７２
の細長い中空管９４の上方開口端９２よりも直径が小さ
く、これにより下方セグメント８２Ｃは制御棒の被覆管
の上端部９２に合致させこの中にしっかりと連結するこ
とができる。しかしながら、上方端栓部分８０の残りの
中間セクション８０Ｂ及び下方セクション８０Ｃ並びに
下方端栓部分８２の上方セグメント８２Ａ及び中間セグ
メント８２Ｂは図８の従来型アタッチメント接合装置５
０の上方端栓４０とは異なっている。
【００３０】より詳細には、本発明のアタッチメント接
合装置７４では、上方端栓部分８０の下方セクション８
０Ｃ及び下方端栓部分８２の中間セグメント８２Ｂは、
分割型上部端栓７８の上方端栓部分８０及び下方端栓部
分８２を互いにしっかりと螺合させるための相補する螺
合手段９６，９８を有している。上方端栓部分８０の下
方セクション８０Ｃに形成されている相補螺合手段９６
は好ましくは雄ネジ９６である。下方端栓部分８２の中
間セグメント８２Ｂに設けられている相補する螺合手段
９８は好ましくは、下方端栓部分８２の上方セグメント
８２Ａ及び中間セグメント８２Ｂを貫通する中央開口部
１０２の内端部の凹部１００に設けられた雌ネジであ
る。上方端栓部分８０と下方端栓部分８２を互いに取り
付けるとき、上方端栓部分８０の雄ネジ９６を下方端栓
部分８２の雌ネジ９８に噛み合わせる。
【００３１】さらに、上方端栓部分８０の下方セクショ
ン８０Ｃは２つの互いに異なる直径部を有している。下
方セクション８０Ｃの２つの直径部のうち小さい方のも
のには雄ネジ９６が設けられている。下方部分８０Ｃの
２つの直径部を橋渡しする状態で環状肩部１０４が設け
られており、この環状肩部１０４は、下方端栓部分８２
の方へ向き且つ雄ネジ９６のすぐ上に位置している。下
方端栓部分８２の中間セグメント８２Ｂの中央開口部１
０２はその雌ネジ付き凹部１００よりも直径が大きく、
したがってこれらの間に凹部１００のすぐ上に位置した
環状棚部１０６が形成されている。上方端栓部分の肩部
１０４は、上方端栓部分８０及び下方端栓部分８２を互
いに螺合させた時、予荷重で下方端栓部分の棚部１０６
に当接することができる。
【００３２】さらに、本発明のアタッチメント接合装置
７４では、上方端栓部分８０の中間セクション８０Ｂと
下方端栓部分８２の上方セグメント８２Ａには、通常の
原子炉運転中、互いに弛んで外れることがないようにす
るため、螺合状態の上方端栓部分８０と下方端栓部分８
２を相互に係止するための相補インターロック手段１０
８，１１０が設けられている。上方端栓部分８０の中間
セクション８０Ｂに設けられている相補インターロック
手段１０８は、その外部に互いに円周方向に間隔をおい
た位置に形成された複数の平らな表面又は平坦部１０８
である。好ましくは、互いに約９０°周囲方向に変位し
た４つの平らな表面１０８が設けられている。下方端栓
部分８２の上方セグメント８２Ａに形成されている相補
インターロック手段１１０は、平らな表面１０８上に且
つその周りに装着されると共にこれに変形自在に圧着さ
れた中空のスリーブ１１０であり、これにより上方端栓
部分８０と下方端栓部分８２が互いに弛むのを防止す
る。しかしながら、スリーブ１１０は薄肉のものであ
り、所定のトルクを制御棒７２に及ぼしてこれを回転さ
せ、分割型上部端栓７８の上方端栓部分８０及び下方端
栓部分８２を互いにねじ戻す時に、全体として円形の形
に戻るよう変形できる。図１０、図１５及び図１６で分
かるように、スリーブ１１０を形成する下方端栓部分８
２の上方セグメント８２Ａはその中間セグメント８２Ｂ
よりも肉厚が薄い。
【００３３】要約すると、本発明の再構成可能なスパイ
ダ形制御棒組立体６８は、各々制御棒７２をスパイダ構
造部材３６のベーン付きフィンガ７６に着脱自在に取り
付けるための分割型上部端栓７８を備えた複数の取外し
自在な制御棒７２を有する。詳細には、分割型上部端栓
７８は２つの別個の上方端栓部分８０及び下方端栓部分
８２で構成されている。各上部端栓７８の上方端栓部分
８０及び下方端栓部分８２は、互いに螺合し且つ接合予
荷重を生じるようトルクがかけられている。また、相互
係止状態の平らな表面１０８及びこれに圧着されたスリ
ーブ１１０は、原子炉運転中、端栓部分８０，８２の弛
みを防止する。弛止め作用は、下方端栓部分の上方セグ
メント８２Ａの薄肉スリーブ１００をスエージ加工／圧
着により上方端栓部分の中間セクション８０Ｂの平らな
表面１０８に固定することによって達成される。かくし
て、次に行なう接合の弛み止めのため、平らな表面１０
８は上方端栓部分に設けられる。
【００３４】制御棒７２の取外しを行なうには、制御棒
をねじ戻して弛め、これにより制御棒の被覆管９４に固
定されている上部端栓７８の下方端栓部分８２を、スパ
イダ組立体のベーン連結用フィンガ７９に固定されてい
る上方端栓部分８０に対して回転させ、変形状態のスリ
ーブ１１０によって得られている圧着保持による弛止め
作用に打ち勝つことによって行なう。次に、交換用制御
棒を再び取り付けて圧着させ、制御棒の保持を行なう。
圧着されるべき交換用薄肉スリーブは、交換用制御棒に
設けられている上部端栓の下方端栓部分の未使用材料で
ある。分割型上部端栓７８の別個の上方端栓部分８０及
び下方端栓部分８２によって得られる着脱自在な取付け
方式は、既存の望ましい特徴、例えば上方端栓部分８０
の可撓性接合部１１２及び可撓性接合部１１２とフィン
ガ７６の下端部８６の間の意図された隙間１１４に何等
悪影響を与えず、これら従来の特徴は本発明の分割型上
部端栓７８において損なわれないで保持されている。
【００３５】次に、図１７〜図２１を参照すると、別の
分割型上部端栓１１６が、上方端栓部分１１８及び下方
端栓部分１２０を有し、上述の圧着保持による弛止め方
式に変わる手段として、異なる弛止め方式を採用した状
態で示されている。次に示す点を除くあらゆる点におい
て、かかる分割型上部端栓１１６は、上述の分割型上部
端栓７８と同一である。
【００３６】第１の点として、上部端栓の下方端栓部分
８２の上方セグメント８２Ａの薄肉の圧着可能な中空ス
リーブ１１０及び上方端栓部分８０の平坦部付き中間セ
クション８０Ｂに代えて、肉厚の一層厚い円筒形上方セ
グメント１２０Ａが下方端栓部分１２０に設けられると
共に、平坦部の無い円筒形の中間セグメント１１８Ｂが
上方端栓部分１１８に設けられている。かくして、圧着
による弛止め方式が先に採用されていた場合、上部端栓
の部分１１８，１２０の対応関係にある中間セグメント
１１８Ｂと上方セグメント１２０Ａの形状は円筒形であ
り、単に滑り嵌め接合部を形成しているに過ぎない。
【００３７】第２の点として、変形例としての分割型上
部端栓１１６の上方端栓部分１１８のネジ付き下方セク
ション１１８Ｃ及び下方端栓部分１２０のネジ付き中間
セグメント１２０Ｂは、分割型上部端栓７８の上方及び
下方端栓部分８０，８２の対応のネジ付き下方セクショ
ン８０Ｃ及び中間セグメント８２Ｂよりも長さが長い。
【００３８】最後に、変形例としての分割型上部端栓の
弛止め作用は、上方端栓部分１１８及び下方端栓部分１
２０のそれぞれのネジ付き下方セクション１１８Ｃ及び
中間セグメント１２０Ｂの間に使用された半径方向可撓
性且つ膨張性のネジ山形成コイルの形態の部材１２２に
よって得られる。より詳細には、コイル１２２は、これ
らの間に螺合状態で嵌まって、そのそれぞれの内周部と
外周部において、上方端栓部分の下方セクション１１８
Ｃ及び下方端栓部分の中間セグメント１２０Ｂにそれぞ
れ設けられた雄ネジ１２４及び雌ネジ１２６と摩擦的に
螺合する。
【００３９】かくして、コイル１２２は、端栓部分の取
付けを一旦完了すると、上方端栓部分１１８と下方端栓
部分１２０の相対的な回転に対し摩擦抵抗を及ぼす。し
かしながら、かかるコイルを用いると、圧着保持による
弛止め作用に打ち勝つ必要なく、コイルによって得られ
る摩擦抵抗に抗して制御棒を回転させることができる。
【００４０】図２２及び図２３で最も良く分かるよう
に、半径方向可撓性且つ膨脹性のネジ山形成コイル１２
２は、「ヘリコイル（Helicoil）」という商標で市販さ
れているねじ込みコイル・インサートである。コイルの
弛止め作用は、一連のまっすぐなセグメントまたは
「弦」１２８Ａを備えたコイル１２２の巻線１２８のう
ち１本または２本以上によって得られる。上方端栓部分
１１８のネジ付き下方セクション１１８Ｃが「グリッ
プ」コイル１２２に入ると、これら弦セグメント１２８
Ａは外方に撓んで、ネジ付きセグメントに圧力を及ぼ
し、下方端栓部分１２０に対する上方端栓部分１１８の
回転に対する摩擦抵抗を生じさせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料集合体の上方に配置された従来型制御棒ス
パイダ組立体を備える従来型燃料集合体の側面図であ
り、明確化のために部分的に断面にされると共に部分的
に切り欠かれている図である。
【図２】図１の燃料集合体から取り外された制御棒スパ
イダ組立体の平面図である。
【図３】図２の３−３線に沿って見た制御棒スパイダ組
立体の部分断面側面図である。
【図４】図３の制御棒スパイダ組立体のスパイダ構造部
材の部分切欠き部分断面拡大部分図である。
【図５】図４の５−５線におけるスパイダ構造部材の弁
及び制御棒連結フィンガの横断面部分図である。
【図６】図４の６−６線における連結用フィンガの横断
面図である。
【図７】図３の制御棒スパイダ組立体の一制御棒の拡大
部分図であり、その上部端栓を示す図である。
【図８】図３の制御棒スパイダ組立体の部分断面部分切
欠き拡大部分図であり、制御棒スパイダ組立体のスパイ
ダ構造部材の一ベーンに設けられた制御棒連結用フィン
ガと制御棒のうちの１本の上部端栓との間の従来型アタ
ッチメント接合装置を示す図である。
【図９】図８の９−９線における連結用フィンガ内に挿
入された上部端栓の横断面図であり、端栓及びフィンガ
を相互に係止するピンを示す図である。
【図１０】図８の図と類似した図であり、本発明の原理
にしたがって構成された制御棒に設けられた着脱自在な
分割型上部端栓を示す図である。
【図１１】着脱自在な分割型上部端栓の分解組立図であ
るが、図１０に示すスケールよりも幾分縮小して示す図
である。
【図１２】図１１の１２−１２線における分割型上部端
栓の上方端栓部分の拡大平面図である。
【図１３】図１１の１３−１３線に沿って見た分割型上
部端栓の下方端栓部分の拡大平面図である。
【図１４】図１１の分割型上部端栓の上方端栓部分の拡
大部分側面図である。
【図１５】図１１の分割型上部端栓の下方端栓部分の拡
大部分縦断面図である。
【図１６】図１０の分割型上部端栓の部分縦断面拡大部
分側面図であり、上方端栓部分と下方端栓部分を互いに
取り付けた状態で示す図である。
【図１７】図１０の図と類似した図であるが、異なる型
式の係止特徴を用いる着脱自在な分割型上部端栓の変形
例を示す図である。
【図１８】図１１の図と類似した図であるが、変形例と
しての分割型上部端栓を示す図である。
【図１９】図１４の図と類似した図であるが、変形例と
しての分割型上部端栓の上方端栓部分を示す図である。
【図２０】図１５の図と類似した図であるが、変形例と
しての分割型上部端栓の下方端栓部分を示す図である。
【図２１】図１６の図と類似した図であるが、変形例と
しての分割型上部端栓の上方端栓部分と下方端栓部分を
互いに取り付けた状態で示す図である。
【図２２】図２１の変形例としての分割型上部端栓に組
み込まれた半径方向可撓性且つ膨脹性のネジ山形成部材
の拡大側面図である。
【図２３】図２２の２３−２３線に沿って見たネジ山形
成部材の部分平面図である。
【符号の説明】
６８ 再構成可能なスパイダ式制御棒組立体 ７０ スパイダ構造部材 ７２ 制御棒 ７４ アタッチメント接合装置 ７６ 連結用フィンガ ８０ 上方端栓部分 ８２ 下方端栓部分 ９６ 雄ネジ ９８ 雌ネジ １０８ 平らな表面又は平坦部 １１０ スリーブ １２２ ねじ込みコイル・インサート
フロントページの続き (72)発明者 ロナルド ポール ノット アメリカ合衆国 サウスカロライナ州 コ ロンビア ウォルナット レーン 104 (72)発明者 ジェームズ アラン スパロー アメリカ合衆国 サウスカロライナ州 コ ロンビア ビショップゲート ロード 101

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御棒組立体のスパイダ構造部材に取り
    付けられている中性子吸収制御棒の交換を容易にするの
    に用いられる端栓であって、一対の別個の上方端栓部分
    と下方端栓部分から成り、上方端栓部分は一体の上方セ
    クション、中間セクション及び下方セクションを有し、
    下方端栓部分は一体の上方セグメント、中間セグメント
    及び下方セグメントを有しており、前記端栓は、半径方
    向可撓性且つ膨脹性のネジ山形成手段を更に有し、上方
    端栓部分の上方セクションは、制御棒を支持するための
    スパイダ構造部材にしっかりと取り付けられるよう構成
    されており、下方端栓部分の下方セグメントは制御棒に
    しっかりと連結されるよう構成され、上方端栓部分の下
    方セクションと下方端栓部分の中間セグメントは、これ
    らの間に半径方向可撓性且つ膨脹性のネジ山形成手段を
    受け入れ、該ネジ山形成手段により上方端栓部分と下方
    端栓部分の相対的な回転が摩擦の作用で防止されるよう
    な関係で、ネジ山形成手段と螺合するようネジ山が相補
    的に設けられ、上方端栓部分の中間セクションと下方端
    栓部分の上方セグメントは、上方端栓部分と下方端栓部
    分の間に滑り嵌め接合部を構成するよう相補的な形状に
    なっていることを特徴とする端栓。
  2. 【請求項２】 上方端栓部分の上方セクションは、制御
    棒組立体のスパイダ構造部材の連結用フィンガ内に設け
    られたボアのネジ穴内に螺合するよう雄ネジが設けら
    れ、下方端栓部分の下方セグメントは、制御棒の細長い
    中空管の上端部に嵌め込まれた状態でしっかりと連結さ
    れるような形状になっていることを特徴とする請求項１
    の端栓。
  3. 【請求項３】 上方端栓部分の下方セクション、下方端
    栓部分の中間セグメントにはそれぞれ雄ネジ、雌ネジが
    設けられていることを特徴とする請求項１の端栓。
  4. 【請求項４】 半径方向可撓性且つ膨脹性のネジ山形成
    手段は、上方端栓部分の下方セクションの雄ネジと下方
    端栓部分の中間セグメントの雌ネジとの間に螺合して、
    その内周部と外周部においてそれぞれ、雄ネジと雌ネジ
    に摩擦的に螺合するねじ込みコイル・インサートである
    ことを特徴とする請求項１の端栓。
  5. 【請求項５】 上方端栓部分の中間セクションの外部に
    は、円筒形表面が形成され、下方端栓部分の上方セグメ
    ントは、上方端栓部分と下方端栓部分の間に滑り嵌め接
    合部を構成するために上方端栓部分の中間セクションの
    円筒形表面に嵌合する円筒形スリーブとして形成されて
    いることを特徴とする請求項４の端栓。
  6. 【請求項６】 核燃料集合体に用いられる再構成可能な
    制御棒組立体において、制御棒組立体は、少なくとも一
    本の制御棒が取り付けられたスパイダ構造部材、制御棒
    をスパイダ構造部材に着脱自在に締結するアタッチメン
    ト接合装置を有し、アタッチメント接合装置は、スパイ
    ダ構造部材に設けられた中空の連結用フィンガと、制御
    棒に取り付けられていて、一対の別個の上方端栓部分と
    下方端栓部分から成る細長い着脱自在な分割型上部端栓
    と、半径方向可撓性且つ膨脹性のネジ山形成手段とを有
    し、上方端栓部分は一体に連結され且つタンデム状に配
    列された上方セクション、中間セクション及び下方セク
    ションを有し、下方端栓部分は、一体に連結され且つタ
    ンデム状に配列された上方セグメント、中間セグメント
    及び下方セグメントを有し、上方端栓部分の上方セクシ
    ョンはスパイダ構造部材の連結用フィンガにしっかりと
    取り付けられ、下方端栓部分の下方セグメントは制御棒
    にしっかりと連結され、上方端栓部分の下方セクション
    と下方端栓部分の中間セグメントは、これらの間に半径
    方向可撓性且つ膨脹性のネジ山形成手段を受け入れ、該
    ネジ山形成手段により上方端栓部分と下方端栓部分の相
    対的な回転が摩擦の作用で防止されるような関係で、ネ
    ジ山形成手段と螺合するようネジ山が相補的に設けら
    れ、上方端栓部分の中間セクションと下方端栓部分の上
    方セグメントは、上方端栓部分と下方端栓部分の間に滑
    り嵌め接合部を構成するよう相補的な形状になっている
    ことを特徴とするアタッチメント接合装置。
  7. 【請求項７】 連結用フィンガは、その下端部が開口す
    るようその下方部分に形成された軸方向ボアと、該ボア
    の内端部に設けられたネジ穴とを有し、上方端栓部分の
    上方セクションは雄ネジを有していて、連結用フィンガ
    の軸方向ボアのネジ穴にねじ込まれていることを特徴と
    する請求項６のアタッチメント接合装置。
  8. 【請求項８】 制御棒は上部開口端を備えた細長い中空
    管を有し、下方端栓部分の下方セグメントは、制御棒の
    中空管の上部開口端に嵌め込まれた状態でしっかりと連
    結されることを特徴とする請求項６のアタッチメント接
    合装置。
  9. 【請求項９】 上方端栓部分の下方セクション、下方端
    栓部分の中間セグメントに形成された相補螺合手段はそ
    れぞれ雄ネジ、雌ネジであることを特徴とする請求項６
    のアタッチメント接合装置。
  10. 【請求項１０】 半径方向可撓性且つ膨脹性のネジ山形
    成手段は、上方端栓部分の下方セクションの雄ネジと下
    方端栓部分の中間セグメントの雌ネジとの間に螺合し
    て、その内周部と外周部においてそれぞれ、雄ネジと雌
    ネジに摩擦的に螺合するねじ込みコイル・インサートで
    あることを特徴とする請求項６のアタッチメント接合装
    置。
  11. 【請求項１１】 上方端栓部分の中間セクションの外部
    には、円筒形表面が形成され、下方端栓部分の上方セグ
    メントは、上方端栓部分と下方端栓部分の間に滑り嵌め
    接合部を構成するために上方端栓部分の中間セクション
    の円筒形表面に嵌合する円筒形スリーブとして形成され
    ていることを特徴とする請求項１０のアタッチメント接
    合装置。
JP4213211A 1991-07-18 1992-07-20 核燃料集合体の再構成可能な制御棒組立体 Withdrawn JPH05203777A (ja)

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US07/732,373 US5141711A (en) 1988-08-17 1991-07-18 Reconstitutable control assembly having removable control rods with detachable split upper end plugs
US07/732373 1991-07-18

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