JP2001108780A - 原子炉用制御棒 - Google Patents

原子炉用制御棒

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JP2001108780A
JP2001108780A JP28827499A JP28827499A JP2001108780A JP 2001108780 A JP2001108780 A JP 2001108780A JP 28827499 A JP28827499 A JP 28827499A JP 28827499 A JP28827499 A JP 28827499A JP 2001108780 A JP2001108780 A JP 2001108780A
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JP
Japan
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control rod
absorber
neutron absorber
sleeve
cladding tube
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JP28827499A
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Shinichi Shiraishi
慎一 白石
Tatsu Fukuda
龍 福田
Kiyoshi Izumi
清士 和泉
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧水型原子炉用制御棒において、スエリン
グの大きい下部中性子吸収体の衝撃損傷を防止する。 【解決手段】 制御棒30は、両端が上部端栓及び下部
端栓32によりそれぞれ閉じられた被覆管31並びに被
覆管31内に収納された上部中性子吸収体37及び下部
中性子吸収体35を有し、更に被覆管31内にあって下
部中性子吸収体35を取り囲むと共に上部中性子吸収体
37を支持するスリーブ33を備え、その上蓋36と下
部中性子吸収体35との間の空間39に相対変位吸収自
在のコイルばね38を介装して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉の制御棒に
関し、特に加圧水型原子炉用の制御棒の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】原子炉の炉内核反応を制御するために中
性子吸収体を内蔵した制御棒が一般に使用されるが、制
御棒の構造は主として炉心を構成する燃料集合体の構造
に大きく関連している。加圧水型原子炉においては、多
数の燃料棒をアレイ状に配列し、これを碁盤目状配置の
開口を備えた支持格子により支えた燃料集合体が一般に
使用されている。図8にそのような燃料集合体1とこれ
に組み合わされて使用される制御棒11との関連が概念
的に図示されている。燃料集合体1は、多数用いられる
支持格子3の内の1個の支持格子3の周囲を切り出して
示した部分斜視図として示されている。支持格子3の碁
盤目状配置の開口の中に多数の燃料棒5が1本づつ挿入
されて支持されている。多数の開口の内の特定位置にあ
るものには、燃料棒5に代わって制御棒案内管7が挿入
されて固定されており、この中に制御棒11が1本づつ
挿入されるようになっている。制御棒案内管7の配置に
対応して配置された制御棒11が図示しない上部で互い
に連結されて、制御棒組立体乃至制御棒クラスタ13と
して組み立てられている。このような制御棒クラスタ1
3は、原子炉容器上蓋に設けられた制御棒駆動装置(図
示しない。)により上下方向に駆動されて、多数の燃料
集合体1からなる炉心の中に挿入されたり、炉心から引
き抜かれたりして炉内核反応乃至反応度を制御する。
【0003】図9に制御棒11の構造の1例が概念的に
示されている。これを説明すると、細い円筒状の被覆管
15の上端及び下端がそれぞれ上部端栓17及び下部端
栓19によって水密に閉じられている。そして、被覆管
15の中に上部中性子吸収体21と下部中性子吸収体2
3が入れられている。その上部中性子吸収体21は、上
蓋25付きのスリーブ27の上に載せられ、更に上方の
押さえばね29によって下向きに押さえられているが、
一方下部中性子吸収体23はスリーブ27の中に納めら
れている。下部中性子吸収体23の上面と上蓋25との
間には、使用開始時隙間26が画成され、下部中性子吸
収体23の体積膨張(スエリング)を吸収するようにな
っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】而して、前述の制御棒
クラスタ乃至制御棒は、制御棒駆動装置により線状に駆
動されるが、この代表的な駆動方式は電磁ラッチ機構に
よるステップ駆動である。その際、例えば25Gといっ
た大きなステップ荷重が上部中性子吸収体21及び下部
中性子吸収体23に作用する。前者への荷重は押さえば
ね29及びスリーブ27によって確りと支持されるが、
下部中性子吸収体23については隙間26があるのでこ
の分だけ上下方向に動き、大きな衝撃荷重が発生してそ
の損傷を招く虞れがある。特に負荷追従運転などで制御
棒の昇降が頻繁になるとその傾向が高まる。従って、本
発明は、下部中性子吸収体の大きな体積膨張乃至スエリ
ングを吸収し得ると共に発生衝撃荷重を最小にして下部
中性子吸収体損傷を防止し得る原子炉制御棒を提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】如上の目的を達成するた
め、本発明によれば、両端が上部端栓及び下部端栓によ
りそれぞれ閉じられた被覆管並びにこの被覆管内に収納
された上部中性子吸収体及び下部中性子吸収体を有する
原子炉用制御棒は、被覆管の中で下部端栓上に載置さ
れ、そして下部中性子吸収体を取り囲むと共に前記上部
中性子吸収体を支持するスリーブを設け、その上蓋と下
部中性子吸収体との間に相対変位吸収自在の保持部材を
介装して構成される。その相対変位自在の保持部材は、
好適にはコイルばね又は薄板リング等のばね部材で構成
される。或いは又、相対変位自在の保持部材は、スリー
ブの内面に弾性支持される弾性リング部材で構成し、所
定値以上の力が作用したら摺動して変位できる構成して
も好適である。
【0006】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。尚、全図に亙り同一部分には、
同一の符号を付すこととする。先ず、図2を参照して、
本発明による制御棒30及びこれらが組合わさって構成
される制御棒クラスタ40の全体構造を説明する。図2
において、制御棒30は図示しない燃料集合体の案内管
に対応して配置され、これらはスパイダ部材41のベー
ン部材43のフィンガ部材45に上端が固定されてい
る。スパイダ部材41は、図示しない制御棒駆動装置の
駆動軸が着脱自在に連結されるハブ部材を有し、ベーン
部材43はそのハブ部材から放射状に延出している。ベ
ーン部材43の先端にはフィンガ部材45が上下方向に
延びて形成されているが、ものによっては一部図示する
ように中間部にも形成されている。制御棒30は一部が
切除されて短く図示されているが、スパイダ部材41に
対しかなり長いものとなっていて、実機においては一般
に3メートル前後の長さがある。制御棒クラスタ40は
前述のように構成されているが、発明の内容をよく理解
されるように例示的に説明したものであり、制御棒30
の長さや数等は、勿論原子炉の形式や大きさにより変わ
るものである。
【0007】図1に本発明の実施形態の要部である制御
棒30の先端部の構造が拡大して示されている。図1に
おいて、制御棒30の被覆管31の下端は下部端栓32
に嵌合し、これに密封溶接されている。被覆管31の内
径よりも僅かに小さい外径を持つスリーブ33は、下部
端栓32の上面に載っていて下部中性子吸収体(以下下
部吸収体と称す。)35を取り囲んでいる。スリーブ3
3の上端は上蓋36で閉じられ、その上に上部中性子吸
収体(以下上部吸収体と称す。)37が載っている。従
って、上部吸収体37の自重やこれに作用する下向き荷
重は、スリーブ33を介して直接下部端栓32に伝えら
れる。上部吸収体37の上部は図示されていないが、全
長はかなり長いものであり、同様に図示しない押さえば
ねにより下向きに押さえられている。下部吸収体35の
上端面と上蓋36の間には空間39が形成され、その中
にコイルばね38が入れられている。
【0008】前述のような構成の制御棒30は、通常の
定格出力運転時において、下部吸収体35が位置する先
端部が炉心内の上部にあって、中性子を程よく吸収して
炉心の反応度を好適に維持する。中性子吸収による体積
膨張はコイルばね38の変形により吸収される。制御棒
30の昇降時に下部吸収体35に作用するステップ荷重
によりこれが移動しようとするがコイルばね38の弾性
力により阻止される。上部吸収体37は図示しない押さ
えばねにより確りと保持され、炉心内に位置するときは
下部吸収体35と共に中性子を吸収し、反応度を所望値
に保つ。
【0009】尚、前述の実施形態においては、相対変位
吸収自在の保持部材としてコイルばねを使用したが、図
3及び図4に示す制御棒50のようにコイルばねに代え
て薄板リング乃至ストップリング58を使用しても良
い。ストップリング58は、ばね特性を持つ金属薄板を
図4に特に示すように円筒形に成型し、軸方向にスリッ
トを形成して変形し易くしたものである。スリーブ53
はスリーブ33と同等なものであり、ストップリング5
8の入る空間59の長さに見合って長さを調整したもの
である。このような構成の制御棒50が制御棒30と同
様の作用効果を有することは、説明するまでも無く前述
の記載から当業者には自明であろう。尚、いずれの実施
形態においても、制御棒30,50の寿命終期において
体積膨張を十分吸収しても、スリーブ33,53の下端
はなお下部端栓32に接しているから、上部吸収体3
7,57の自重等は下部吸収体35には作用しない。
【0010】尚、前記2個の実施形態においては、相対
変位吸収自在の保持部材としてはばね部材を使用し、そ
の弾性変形により下部吸収体35の体積膨張即ちスエリ
ングによる下部吸収体とスリーブの上蓋との相対変位を
吸収したが 、図5乃至図7に示す制御棒60のよう
に、所定の取り付け力で固定され且つ摺動自在なストッ
プリング68を使用しても良い。図5において、被覆管
31の下端部で下部吸収体35を取り囲むスリーブ63
は、薄い弾性金属板から形成されたストップリング68
を収納する空間69を上蓋36の下方に画成している。
ストップリング68は、図6及び図7に示すように、軸
方向スロットを備えた不完全円筒体であり、その外径は
スリーブ63の内径よりも僅かに大きく設定されてい
る。従って、図5や図6に示す状態では半径方向に所定
の弾性変形が与えられた形になっている。この弾性変形
に基づく接触圧による摩擦力が発生し、下部吸収体35
の軸方向移動力を保持するようになっている。但し、ス
エリングによる下部吸収体35の上面の変位力をも越え
るものではない。ストップリング68と上蓋36との間
の隙間量(軸方向長さ)は、使用寿命間のスエリングに
よる下部吸収体35の軸方向伸び量を十分吸収できる大
きさとなっている。
【0011】前述の構成の制御棒60において、下部吸
収体35及び上部吸収体67の中性子吸収作用による制
御作用は、前述の実施形態との場合と同様である。制御
棒60は、炉心内への挿入及び炉心内からの引き抜きに
際しステップ駆動されるが、その際下部吸収体35が受
けるステップ荷重は、ストップリング68によって保持
される。そして、スエリングにより軸方向伸びが発生し
たときは、ストップリング68がスリーブ63の内面を
摺動して、相対変位を吸収する。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
下部中性子吸収体の上部に相対変位吸収自在の保持部材
を設け、スエリングによる伸びに基づく相対変位を吸収
しつつ通常駆動時の作用荷重に対し下部中性子吸収体を
確り保持し、その衝撃荷重による損傷を防止することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の要部を示す部分拡大断面図
である。
【図2】前記実施形態に係る制御棒が組立てられて形成
する制御棒クラスタの全体斜視図である。
【図3】前記実施形態の一部を変更した改変実施形態の
部分拡大断面図である。
【図4】図3の実施形態の一部を取出して示す部分斜視
図である。
【図5】本発明の別の実施形態の要部を示す部分拡大断
面図である。
【図6】図5のVI−VI線に沿う平断面図である。
【図7】図5の一部を取出して示す部分斜視図である。
【図8】の使用状態を示す切欠斜視図である。
【図9】従来構造の制御棒の短縮立断面図である。
【符号の説明】
30 制御棒 31 被覆管 32 下部端栓 33 スリーブ 35 下部中性子吸収体 36 上蓋 37 上部中性子吸収体 38 コイルばね 39 空間 40 制御棒クラスタ 50 制御棒 53 スリーブ 57 上部中性子吸収体 58 ストップリング 59 空間 60 制御棒 63 スリーブ 67 上部中性子吸収体 68 ストップリング 69 空間

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両端が上部端栓及び下部端栓によりそれ
    ぞれ閉じられた被覆管並びに同被覆管内に収納された上
    部中性子吸収体及び下部中性子吸収体を有する制御棒に
    おいて、前記被覆管内にあって前記下部中性子吸収体を
    取り囲むと共に前記上部中性子吸収体を支持するスリー
    ブの上蓋と該下部中性子吸収体との間に相対変位吸収自
    在の保持部材を介装してなることを特徴とする原子炉用
    制御棒。
  2. 【請求項2】 前記相対変位吸収自在の保持部材がばね
    部材であることを特徴とする請求項1記載の原子炉用制
    御棒。
  3. 【請求項3】 前記相対変位吸収自在の保持部材が前記
    スリーブの内面に弾性支持される弾性リング部材である
    ことを特徴とする請求項1記載の原子炉用制御棒。
JP28827499A 1999-10-08 1999-10-08 原子炉用制御棒 Withdrawn JP2001108780A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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