JPH073470B2

JPH073470B2 - 原子炉の垂直向き底部挿入制御棒

Info

Publication number: JPH073470B2
Application number: JP61175855A
Authority: JP
Inventors: ジェームズ・エルウッド・サーレイ; ケネス・ロイ・イッゾ
Original assignee: ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ
Priority date: 1985-08-12
Filing date: 1986-07-28
Publication date: 1995-01-18
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: IT1198022B; US4676948A; DE3624318A1; IT8621472A0; IT8621472A1; JPS6264984A; DE3624318C2; ES2002115A6

Description

【発明の詳細な説明】背景本発明は、原子炉の制御棒に関し、特に、中性子吸収材
料から成る板を制御棒のフレームに固定する取り付け構
造と、このような板と制御棒の他の吸収部材との間の継
手とに関する。

周知の商業用原子力発電炉、例えば、イリノイ州シカゴ
近郊のドレスデン電子力発電所で使用されているような
原子力発電炉では、核燃料は通例、細長い被覆管内に納
められた焼結ペレットの形態を採っている。このような
燃料要素は、例えば米国特許番号第3689358号に示され
ているように、別個に交換し得る燃料集合体又は燃料バ
ンドル内で複数の群を成すように配置されていると共
に、上側及び下側タイプレート（結合板）の間に支持さ
れている。十分な数のこのような燃料集合体をほぼ直円
柱状のマトリックスをなすように配列し、自己持続式核
分裂が可能な炉心を形成する。この炉心は、作動流体兼
中性子減速材として作用する流体、例えば軽水に浸され
ている。

原子炉は通例、しばしば１年程度の期間にわたる運転サ
イクルを通じて運転を継続するために十分な余剰反応度
をもって周期的に燃料交換される。このために原子炉は
停止され、燃料集合体の一部、通例燃料集合体の約４分
の１が交換される。運転サイクルの開始時における余剰
反応度は、原子炉運転期間中の実効増倍率を１に保つの
に十分な強度の制御系を必要とする。この制御系は通
例、中性子の非核分裂吸収又は捕獲による中性子量の制
御に役立つ中性子吸収材料を備えている。

通例、制御系は、中性子吸収材料を含んでいる複数の制
御棒の形態を成している機械的制御手段を含んでおり、
これらの制御棒は炉心の反応度、従って、その運転出力
レベルを制御するために燃料集合体の間の空間又は間隙
に選択的に挿入され得る。米国特許番号第3020888号に
例示されているような公知の構成では、制御棒ブレード
が十字形横断面を有していることにより、各制御棒のブ
レードを隣り合う４つの燃料集合体の間の空間に挿入し
得る。

代表的な沸騰水型原子炉（BWR）では、制御棒は底部挿
入（ボトムエントリ）型のもの（即ち、圧力容器の底部
から炉心に挿入し得るもの）である。

このような制御棒の例は、スペッカ（S.R. Specker）等
によって米国特許番号第4285769号の第9A図から第10図
に示されている。簡単に述べると、この種の制御棒は、
細長い中心柱を含んでいる構造フレームを有しており、
この細長い中心柱は、各端で横方向に延びている十字形
（即ち、４つのアーム付き）支持部材を有している。中
性子吸収材料（例えば粉状ホウ素化合物）を含んでいる
複数の密封管が、支持部材の上側及び下側アームの間に
配置されていると共に、上側及び下側アームと中心柱と
に取り付けられているＵ形被覆で覆われており、横方向
に延在している４つの制御棒ブレードを形成している。

上述の米国特許番号第4285769号の第9D図に示されてい
る一種の制御棒では、ブレードの上部内のホウ素材料の
代わりに、ハフニウムのような中性子吸収材料が用いら
れており、上述の米国特許に説明されているように制御
棒の有効寿命を長くしている。

上述の米国特許に示されているように、ハフニウム材料
は、吸収材料を含んでいる管内のホウ素材料に代わるも
のである。製造の観点から特に実用的な構成は、各制御
棒ブレードの上部内にハフニウム金属のスラブ又は板を
置くだけであり、従って、このような吸収板の下方のホ
ウ素材料から成る管を短くしている。

この構成には幾つかの利点がある。板の形態は、円形断
面の隣り合う管内のハフニウムに比べて、制御ブレード
空間の単位容積当たりのハフニウムの量をかなり多くす
る。製造中及び組み立て中に探知すべきハフニウム材料
及びホウ素材料の両方を共に含有している管は存在しな
い。

しかしながら、この構成に問題がないわけではない。ハ
フニウム金属のような吸収材料の板は比較的重い。従っ
て、もし吸収板がその下方のホウ素を含んでいる管の上
端に載せられるだけなら、これらの細長い薄肉吸収管
は、応力が過大になり、そして曲がったり又は座屈さえ
生ずるおそれがある。これは特に、制御棒の急速な上方
加速が吸収板の管に作用する力を増大させるような原子
炉のスクラムの際に生ずるおそれがある。

本発明の目的は、制御棒フレームの上側支持アームの下
縁と吸収板の上縁との間に取り付け手段を設けることに
より、フレームが吸収板を支持するようにすることであ
る。

このような取り付け手段に望ましいことは、（性質の合
わない材料のために）溶接を回避することと、（緩み若
しくは応力・腐食による故障又はその両方による故障が
生ずるおそれがあるので）リベット、ねじ等の使用をな
くすこととである。

吸収板を上側支持アームに取り付けることは、他の潜在
的な問題を生ずる。通常の製造公差は、吸収板が上側支
持アームに取り付けられていると共に吸収管が下側支持
アームに載っている場合、吸収板の下縁と吸収管の上端
プラグとの間に間隙が存在し得るような公差である。こ
のような間隙は、中性子が吸収材料と出合うことなく制
御ブレードを通過することを許容する「中性子窓（ウィ
ンドウ）」として作用するので望ましくない。

本発明の他の目的は、このような間隙をなくすか又はこ
のような間隙を許容断面積に減少させる手段を設けるこ
とである。

要約本発明の上述及び他の目的は、以下のように達成され
る。吸収板と制御棒フレームの上側支持部材との間に取
り付け手段が設けられており、吸収板がフレームに支持
されて、そのフレームから吊り下げられるようになって
いる。本発明の好適な取り付け手段によって、溶接又は
リベット、ねじ等の使用が回避される。

概説すると、好適な取り付け手段は、上側支持部材の下
縁に形成されている長手方向向きの合わせ面及び溝と、
それらと嵌まり合うように吸収板の上縁に形成されてい
る合わせ面及び溝とを備えている。このような取り付け
手段は、様々な適切な特定の形態、例えば、溝付き重ね
継手の形態と、種種の溝継手、例えばＴ溝、あり溝、丸
溝又は鍵穴溝継手等の形態とを採る得る。

吊り下げられた吸収板と、その下方の吸収管との間の好
ましくない間隙をなくすために、吸収板の下端と吸収管
の上端プラグとの間に同様の取り付け手段を用い得る。
代替的に、このような間隙は、前述の上端プラグを延ば
して吸収板の下端と溝なしで重なり合うようにする継手
を設けることにより回避され得る。他の代替案として、
吸収板の下方の吸収管を１つおきに幾分長くすると共
に、吸収板にこれらの長くした管を受け入れる垂直溝を
形成することにより、中性子窓面積を許容可能な程度に
まで減少させる。

次に、本発明を添付図面によって更に詳しく説明する。

実施例数種の底部挿入制御棒が、前述の米国特許番号第428576
9号に説明されている。本発明によるこの種の制御棒11
を第１図に示す。

制御棒11のフレームは通例、ステンレス鋼で形成されて
おり、上側鋳物又は上側支持部材12を含んでいる。この
上側支持部材は、細長い中心柱14によって下側鋳物又は
下側支持部材13に連結されており、これらはすべて十字
形である。下側支持部材13は、速度制限装置16と、案内
ローラ17と、適当な制御棒駆動機構（図示せず）に取り
付けるための連結ソケット18とを有しているように形成
されている。

上側及び下側支持部材12及び13には、横方向に延在して
いるアームが形成されていると共に、Ｕ形状を成してい
る被覆19が制御棒の４つのブレードを形成するように、
それらのアームと中心柱14とに取り付けられている。

制御棒11の各ブレード内には、上側及び下側支持部材12
及び13の横方向に延在しているアームの間に、中性子吸
収材料製の部材が収納されている。例示した制御棒11で
は、中性子吸収材料は３つの相異なる形態を採る。

上側支持部材12のアームの下縁の下方には、中心柱14に
隣接して、ハフニウム金属のような中性子吸収材料から
成る板21が配置されている。

吸収板21の下縁の下方から密封管22が延在しており、こ
れらの管は通例、ステンレス鋼から成っており、通例粉
状の炭化ホウ素（B₄C）のような中性子吸収材料を含ん
でいる。制御棒11の各ブレードの外縁に沿って、ハフニ
ウム金属のような固体中性子吸収材料から成る１つ以上
の棒（ロッド）23が配置されている。

制御棒のブレード内の中性子束勾配が急であるので、ブ
レードの上端と外縁とは最高の入射中性子束を受け、中
性子捕獲率は最大となり、従って、寿命は最短となる。
従って、これらの位置におけるハフニウムのような材料
は、B₄Cのみを用いている制御棒に比べると、制御棒の
寿命を長くする。

上側支持部材12の上端には、ハンドル部24が形成されて
おり、制御棒11の設置及び除去に適する工具（図示せ
ず）と係合し得る。米国特許番号第4285769号の第9A図
には、“グレイ”チップ効果をもたらすために（従来の
実例に比べて）大きくしたハンドルを有している制御棒
が示されている。本発明の第１図に示すように、ハンド
ル部24はグレイチップ効果を更に高める二重ハンドルで
ある。

前述のように、吸収板21の使用に伴う１つの問題は、そ
れらが比較的重いことである。もし板21を単に吸収管22
に載せるだけなら、これらの管にかかる力は、多き過ぎ
て望ましくなくなる可能性がある。これは原子炉のスク
ラムの際に特にそうであり、その際制御棒は上方に急速
に駆動されて、従って、制御棒の加速度は管22にかかる
板21の力を増大させる。

この問題を解決するために、本発明によれば、上側支持
部材12の延長されたアームの下縁とその下方の吸収板21
の上縁との間に取り付け手段が設けられており、これに
より、板21は上側支持部材12から吊り下げられていると
共に上側支持部材12に支持されている。

このような取り付け手段126の第１の例を第２図に示
す。この図は制御棒11のブレードの１つの垂直断面端縁
図である。取り付け手段126は溝付け重ね継手の形態を
成しており、上側支持部材12の下縁と吸収板21の上縁と
に、嵌まり合っている合わせ面（ランド）27と溝28とが
形成されている。制御棒ブレードにおいて組み立てられ
たときに、取り付け手段126は被覆19によって、離脱を
防止され、この被覆は点溶接29等によって、上側及び下
側支持部材12及び13と、中心柱14とに取り付けられてい
る。

支持部材対吸収板取り付け手段の他の適当な態様を第3A
図〜第3E図に示す。第3A図では、取り付け手段226の合
わせ面（ランド）と溝とは、半あり溝継手の性質のテー
パ部31を有するように形成されている。第3B図では、取
り付け手段326の合わせ面と溝とは、延長された相互固
定式半丸部32を有するように形成されている。第3C図で
は、取り付け手段426はあり溝の形態を有している。第3
D図では、取り付け手段526はＴ溝の形態を成しており、
第3E図に示す取り付け手段626は円形溝又は鍵穴溝型の
継手から成っている。

取り付け手段126〜626は、組み立てが容易であり、限ら
れた量の相対移動を可能にし、相容れない材料の溶接の
問題を回避し、更に、緩むか又は不具合になるおそれの
あるリベット、ねじ又はボルトのような取り付け具の使
用をなくするという利点を有する。

吸収板21が上側支持部材12に取り付けられた状態で、も
し吸収管22が単に下側支持部材13に載せられるだけなら
ば、吸収板21の下縁と吸収管22の上端との間に間隙が残
存する可能性がある。前述のように、このような間隙は
中性子を通す窓として作用するので望ましくない。

従って、本発明の他の特徴によれば、各吸収板21の下縁
とその下方の吸収管22との間に継手が設けられている。
このような継手として、数種のものが好適である。

第２図に示すように、（上側支持部材対吸収板21及び取
り付け手段126と同様に）嵌まり合っている合わせ面と
溝とを有している重ね継手133を吸収板21の下縁と吸収
管22の上端プラグ34とに形成することが可能であり、こ
れにより、管22は板21から吊り下げられて両者間の間隙
をなくする。同様に、取り付け手段226、326、426、526
及び626（第3A図〜第3E図）の任意のものを用いて管22
を板21に取り付けることができる。

板（21）対管（22）継手の他の代替態様を第4A図〜第4C
図に示す。第4A図は最悪の場合の製造公差のための重な
り合いを保つのに十分な長さを有する簡単な重ね継手23
3を示す。第4B図における継手333はさねはぎの形態を成
している。第4C図では、長さが互い違いの吸収管の配列
が用いられており、これは間隙を除かないが、中性子窓
面積を許容可能な程度にまで減少させる。この例では、
吸収板21には相隔たっている垂直溝36が形成されてお
り、垂直溝36は、長くされた吸収管22′の上端を受け入
れて間隙37の中性子窓面積を減少させる。

以上に述べたものは明らかに、制御棒フレームの支持部
材に取り付けられている中性子吸収板と、吸収板とその
下方の吸収管との間に設けられており、中性子窓面積を
なくすか又は減少させる継手とを有している改良された
制御棒である。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御棒の部分切除斜視図、第２図は第１図の線
２−２に沿った制御棒の制御ブレードの１つの垂直断面
端縁図、第3A図〜第3E図は支持部材対吸収板取り付け手
段の代替態様を示す断面詳細図、第4A図〜第4C図は吸収
板対吸収管継手の代替態様を示す断面詳細図である。 11……制御棒、12……上側支持部材、13……下側支持部
材、14……中心柱、19……被覆、21……中性子吸収板、
22、22′……中性子吸収管、23……中性子吸収棒、27…
…合わせ面、28……溝、36……垂直溝、126、226、32
6、426、526、626……取り付け手段、133、233、333…
…継手。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】細長い中心柱と、該柱の上端に設けられて
おり、下縁を有している横方向に延在した支持部材とを
含んでいるフレームを備えた原子炉の垂直向き底部挿入
制御棒であって、前記支持部材の前記下縁に隣接している上縁を有してお
り、前記フレームの材料と異なる第１の中性子吸収材料
から成っている吸収板と、該吸収板を前記支持部材から吊り下げると共に前記吸収
板と前記支持部材との間の所定の量の相対移動を可能に
する支持部材対吸収板取り付け手段と、第２の中性子吸収材料を含んでおり、前記吊り下げられ
た吸収板の下縁の下方で下向きに延在している複数の細
長い吸収部材と、前記吊り下げられた吸収板の前記下縁と前記吸収部材の
上端との間に該下縁と該上端との間隙を最小にするよう
に設けられている吸収板対吸収部材継手手段と、前記吊り下げられた吸収板と前記吸収部材とを覆ってい
ると共に前記制御棒の前記フレームに固定されている被
覆手段とを備えた原子炉の垂直向き底部挿入制御棒。
【請求項２】前記支持部材対吸収板取り付け手段は、前
記支持部材の前記下縁と前記吸収板の前記上縁とに形成
されている嵌まり合った合わせ面と溝とを含んでいる特
許請求の範囲第１項に記載の制御棒。
【請求項３】前記合わせ面と溝とは、相互に固定されて
いる特許請求の範囲第２項に記載の制御棒。
【請求項４】前記支持部材対吸収板取り付け手段は、あ
り溝型の継手を含んでいる特許請求の範囲第１項に記載
の制御棒。
【請求項５】前記支持部材対吸収板取り付け手段は、Ｔ
溝型の継手を含んでいる特許請求の範囲第１項に記載の
制御棒。
【請求項６】前記支持部材対吸収板取り付け手段は、鍵
穴溝型の継手を含んでいる特許請求の範囲第１項に記載
の制御棒。
【請求項７】前記吸収板対吸収部材継手手段は、前記吸
収板の前記下縁と前記吸収部材の前記上端とに形成され
ている嵌まり合った合わせ面と溝とを含んでいる特許請
求の範囲第１項に記載の制御棒。
【請求項８】前記合わせ面と溝とは、相互に固定されて
いる特許請求の範囲第７項に記載の制御棒。
【請求項９】前記吸収板対吸収部材継手手段は、あり溝
型、Ｔ溝形及び鍵穴溝型の継手群から選択された継手の
一種である特許請求の範囲第１項に記載の制御棒。
【請求項１０】前記吸収板対吸収部材継手手段は、重ね
継手を含んでいる特許請求の範囲第１項に記載の制御
棒。
【請求項１１】前記吸収板対吸収部材継手手段は、さね
はぎ型継手を含んでいる特許請求の範囲第１項に記載の
制御棒。
【請求項１２】前記吸収板対吸収部材継手手段は、前記
吸収板の下端に配設されている相隔たった溝を含んでい
ると共に、１つおきの前記吸収部材は、前記溝内に延在
するように伸長している特許請求の範囲第１項に記載の
制御棒。
【請求項１３】前記フレームは、ステンレス鋼で形成さ
れていると共に、前記吸収板は、ハフニウムで形成され
ている特許請求の範囲第１項に記載の制御棒。
【請求項１４】前記第２の中性子吸収材料は、ホウ素化
合物である特許請求の範囲第13項に記載の制御棒。
【請求項１５】前記吸収板の材料と同種の吸収材料から
成っている少なくとも１つの棒を含んでおり、該棒は、
前記吸収板及び該吸収板の下方の前記吸収部材と同範囲
に延在していると共に、前記中心柱に関して前記吸収板
及び前記吸収部材の外側に配置されている特許請求の範
囲第１項に記載の制御棒。