JPS62209382A - 原子炉用燃料集合体 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は原子炉の炉心中に上下方向を指向して配設され
る案内管と、同案内管中を上下方向に駆動される制御棒
とよりなる原子炉用燃料集合体に関するものである。

（従来の技術） 従来の原子炉用燃料集合体を第６図に示した。

同原子炉用燃料集合体は、大別して原子炉の炉心中に上
下方向を指向して配設される案内管（０１）と。

同案内管中を上下方向に駆動される制御棒（０２”）と
よりなる。また同制御棒（０２）は、原子炉の出力制御
及び停止に必要な中性子吸収材を内臓した複数本の制御
要素（０２ａ）と、同各制御要素（Ｑ２ａ）を取り囲む
保護管（０２ｂ）とよりなり、制御要素（０２ａ）内の
中性子吸収材は、中性子を吸収し９発熱して、゛制御要
素（０２ａ）と保護管（０２ｂ）と案内管（０１）とが
高温になるので、これらの部分を冷却して、構造の健全
性を）員なわないようにする必要があり、そのために、
案内管（０１）内を上昇する冷却材が制御棒（０２）の
下端部に設けた冷却材流入−礼（０２ｃ）から制御棒（
０２）内へ流入し、各制御要素（０２ａ）の外表面及び
保護管（０２ｂ）の内表面から熱を奪いながら上昇して
、制御棒（０２）の上端部に設けた冷却材流入孔（０２
ｄ）から制御棒（０２）外へ流出する。またＸ内管（０
１）内を上昇する冷却材がＸ内管（０１）と制御棒（０
２）との間の間隙（０４）へ流入し、案内管（０■）の
内周面と制御棒（０２）の外周面とから熱を奪いながら
上昇して１間隙（０４）から流出する。

また案内管（０１）と制御棒（０２）との間に間隙（０
４）を設ける理由は１次の通りである。即ち、原子炉の
通常運転時には、制御棒（０２）を比較的緩やかに上下
方向に駆動して、炉の出力を制御する。また地震等が発
生した緊急時には、制御棒（０２）を急速に下降して（
挿入して）、炉の出力を抑制する。

このような動作を行うときに、案内管（０１）の軸線と
制御棒駆動装置（図示せず）の制御棒掴持機構（０３）
の軸線とがずれていても、制御棒（０２）を支障なく昇
降させるために、同制御棒掴持機構（０３）の制御棒（
０２）に対する支持剛性を小さくする一方。

案内管（０１）と制御棒（０２）との間に間隙（０４）
を設けて、制御棒（０２）を自由に振れ回るようにして
いる。

即ち、第７図に示すように制御棒掴持機構（０３）の下
端部に設けた制御棒支持部（０３ａ）の制御棒（０２）
に対する支持剛性を小さくする一方、案内管（Ｏｌ）と
制御棒（０２）との間に間隙（０４）を設けて、制御棒
（０２）を自由に振れ回るようにしている。このときの
制御棒支持部（０３ａ）側の水平方向への移動量をδに
より示した。このように案内管（Ｏｌ）と制御棒（０２
）との間に間隙（０４）を設けることにより、制御棒（
０２）が案内管（０１）内を自由に振れ回ることができ
、この点と上記のように制御棒支持部（０３ａ）の制御
棒（０２）に対する支持剛性が小さくなっていることと
が相撲って、案内管（０１）の軸線と制御棒掴持機構（
０３）の軸線とがずれていても、制御棒（０２）を支障
なく昇降させるようになっている。なお制御棒（０２）
の案内管（Ｏｌ）・に対する接触点をＰ、　Ｑ。

Ｒにより示した。

（発明が解決しようとする問題点） 前記第６．７図に示す従来の原子炉用燃料集合体では、
案内管（０１）の下方から上昇・する冷却材が流入孔（
０２ｃ）から制御棒（０２）内に流入する流れと。

制御棒（０２）と案内管（０１）との間隙（０４）に流
入するバイパス流とに分かれる。このうち、前者の冷却
材は、制御要素（０２ａ）及び保護管（０２ｂ）から熱
を奪いながら上昇するため、上昇するに従って温度が高
くなり、流出孔（０２ｄ）に達した時点では、かなり高
温になる。一方、後者の冷却材、即ち８間隙（０４）を
流れるバイパス流は、制御要素（０２ａ）からの熱によ
り熱せられるものの、制御要素（０２ａ）との間に保護
管（０２ｂ）があるので、前者の流れに比べると、温度
がそれ程上昇しないで１間隙（０４）から上方へ流出し
てゆく。即ち９間隙（０４）を通過する冷却材は、充分
な熱容量をもちながら制御要素（０２ａ）からの熱を充
分に吸収しないで流出してゆく。このことは、制御要素
（０２ａ）を冷却するのに、制御棒（０２）の内部に充
分の量の冷却材を流さなければならないということであ
り、冷却効率が悪い。

また制御棒（０２）内から流出した冷却材の温度は高い
が１間隙（０４）から流出した冷却材の温度は低い。こ
れらの冷却材は、その後、混合しにくくて。

後述するようにサーマルストライビング現象と呼ばれる
好ましくない現象が生じる。即ち２通常。

制御棒（０２）内から流出した高温の冷却材と間隙（０
４）から流出した比較的低温の冷却材とは、制御棒（０
２）の上方で合流して、上方の機器（炉心上部機構等）
に向かい上昇し°ζゆくが、このとき、温度差のある上
記２つの流れは混合しにくくて、高温の冷却材と低温の
冷却材とが交互に上昇してゆき（サーマルストライビン
グ現象が生じて）、上方の機器（炉心上部機構等）に熱
膨張、収縮の繰り返し応力が発生して、金属疲労、損傷
の原因になる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記の問題点に対処するもので、原子炉の炉心
中に上下方向を指向して配設される案内管と、同案内管
中を上下方向に駆動される制御棒とよりなる原子炉用燃
料集合体において、冷却材流通孔を有する上端板と、冷
却材流通孔を有する下端板と、同上端板と同下端板との
間に平行に配設されて前記案内管の内周面に直接対向し
た複数本の制御要素とよりなる制御棒を具えていること
を特徴とした原子炉用燃料集合体に係わり、その目的と
する処は、冷却材の流量を低減できる。また上部炉心機
構等に生じていた金属疲労、損傷等を防止できる改良さ
れた原子炉用燃料集合体を供する点にある。

（作用） 本発明の原子炉用燃料集合体は前記のように構成されて
おり、冷却材が２系統に分流することがなくて、制御要
素の冷却作用が促進され、冷却材を制御棒内に大量に流
す必要がなくて、冷却材の流量が低減する。また上記の
ように冷却材が２系統に分流することがなく、制御棒の
上方を炉心上部機構等に向かう冷却材に交互に生じてい
た高。

低温層が解消されて、上部炉心機構等に生じていた金属
疲労、損傷等が防止される。

（実施例） 次に本発明の原子炉用燃料集合体を第１図に示す一実施
例により説明すると、（１）が原子炉の炉心中に上下方
向を指向して配設される案内管、（２）が制御棒で、同
制御棒（２）が冷却材流通孔（２ｄ）を有する上端板（
２ｆ）と、冷却材流通孔（２Ｃ）を有する下端板（２ｇ
）と、同上端板（２ｆ）と同下端板（２ｇ）との間に平
行に配設されて上記案内管（１）の内周面に直接対面し
た複数本の制御要素（２ａ）とにより構成されている。

また（２ｅ）が上記上端板（２ｆ）上に立設した連結軸
、（３）が制御棒駆動機構側の掴持機構である。

また上記−上端板（２ｆ）及び上記下端板（２ｇ）を拡
大して示す第２．３図において、　（２ｈ）が制御要素
（２ａ）の端栓、　（２ｉ）が同端栓（２ｈ）と上端板
（２ｆ）（及び下端板（２ｇ））とを連結するノックバ
ーである。なお端栓（２ｈ）と上端板（２ｆ）（及び下
端板（２ｇ）　）とは。

溶接またはねじにより固定してもよい。

第６図に示した従来の保護管（０２ｂ）は、制御要素（
０２ａ）を支持するために設けたものであるが。

制御要素（２ａ）には、自重以外の機械的荷重が加わら
ない。また本発明では、制御要素（２ａ）に下端板（２
ｇ）の重量が加わるが、その値は小さい。また取付けに
ノックバー（２ｈ）を使用すれば、上端板（２ｆ）か制
御要素（２ａ）に強固に固定される。また地震等が発生
して、制御棒（２）が振動した場合１案内管（１）に接
触するのは、上端板（２ｆ）及び下端板（２ｇ）で、制
御要素（２ａ）が案内管（１）に接触しない。こきとき
、制御要素（２ａ）は、横方向に曲げ荷重を受けるが、
制御要素（２ａ）は、内部に中性子吸収材を収納した円
筒構造になっている上に、複数本あり。

各制御要素（２ａ）の曲げ剛性は高い。従って制御要素
（２ａ）の周りに第６図の保護管（０２ｂ）がなくても
。

制御要素（２ａ）が振動等に起因して損傷しない。なお
制御要素（２ａ）を補強する必要のある場合、または上
端板（２ｆ）及び下端板（２ｇ）と制御要素（２ａ）と
の間に強度を賦与しない方がよい場合には、第４゜５図
に示すように上端板（２ｆ）と下端板（２ｇ）とをロッ
ド（２ｊ）により連結する。第４図は一本のロッド（２
ｊ）により連結した例、第５図は複数本のロッド（２ｊ
）により連結した例である。

次に前記原子炉用燃料集合体の作用を具体的に説明する
。制御棒（２）が冷却材流通孔（２ｄ）を有する上端板
（２ｆ）と、冷却材流通孔（２ｃ）を有する下端板（２
ｇ）と、同上端板（２ｆ）と同下端板（２ｇ）との間に
平行に配設されて案内管（１）の内周面に直接対向した
複数本の制御要素（２ａ）とにより構成されており、案
内管（１）内を上昇する冷却材が下端板（２ｇ）の冷却
材流通孔（２ｃ）及び下端板（２ｇ）と案内管（１）と
の間の間隙（４ａ）から制御棒（２）の周りに流入し。

、制御要素（２ａ）と案内管（１）とを冷却しながら上
昇して、上端板（２ｆ）の冷却材流通孔（２ｄ）及び上
端板（２ｆ）と案内管（１）との間の間隙（４ａ）を経
て制御棒（２）の上方に流出する。従って制御棒（２）
の上方の案内管（１）内を炉心上部機構等に向かう昇温
した冷却材に高温層と低温層とが交互に形成されるよう
なことがない。

（発明の効果） 本発明の原子炉用燃料集合体は前記のように冷却材が２
系統に分流することがなくて、制御要素の冷却作用が促
進され、冷却材を制御棒内に大量に流す必要がなくて、
冷却材の流量を低減できる。

また上記のように冷却材の流れが２・系統に分流するこ
とがなく、制御棒の上方を炉心上部機構等に向かう冷却
材に交互に生じていた高、低温層を解消できて、上部炉
心機構等に生じていた金属疲労。

損傷等を防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる原子炉用燃料集合体の一実施例
を示す縦断側面図、第２図はその上端板及び下端部を拡
大して示す縦断側面図、第３図は第２図の矢視ｍ−ｍ線
に沿う底面図、第４図は他の実施例を示す側面図、第５
図はさらに他の実施例を示す側面図、第６図は従来の原
子炉用燃料集合体を示す縦断側面図、第７図はその振動
状態を示す説明図である。 （１）・・・案内管、（２）・・・制御棒、　（２ａ）
・・・制御要素、　（２ｆ）　　・・・上端板、　（２
ｄ）　　・・・上端板（２ｆ）の冷却材流通孔、　（２
ｇ）　　・・・下端板、　（２ｃ）・・・下端板（２ｇ
）の冷却材流通孔。 復代理人弁理士岡本重文外２名 第１図 〜 」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉の炉心中に上下方向を指向して配設される案内管
   と、同案内管中を上下方向に駆動される制御棒とよりな
   る原子炉用燃料集合体において、冷却材流通孔を有する
   上端板と、冷却材流通孔を有する下端板と、同上端板と
   同下端板との間に平行に配設されて前記案内管の内周面
   に直接対向した複数本の制御要素とよりなる制御棒を具
   えていることを特徴とした原子炉用燃料集合体。