JP3468943B2 - 沸騰水型原子炉用制御棒 - Google Patents

沸騰水型原子炉用制御棒

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JP3468943B2 JP27130795A JP27130795A JP3468943B2 JP 3468943 B2 JP3468943 B2 JP 3468943B2 JP 27130795 A JP27130795 A JP 27130795A JP 27130795 A JP27130795 A JP 27130795A JP 3468943 B2 JP3468943 B2 JP 3468943B2
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉等
に適用される原子炉用制御棒に係り、特に中性子吸収要
素をハフニウム金属またはハフニウム合金によって構成
した原子炉用制御棒に関する。
【0002】
【従来の技術】沸騰水型原子炉等に適用される原子炉用
制御棒は、例えば図8に示すように、先端構造材1と末
端構造材2とを結合するタイロッド3と、このタイロッ
ド3から放射状に突出し、その外殻部が深いU字形断面
のシース4によって構成されたウィング5と、シース4
の内部に設けられ、タイロッド3の軸心と平行に配列さ
れた複数の中性子吸収要素6とを有する構成とされてい
る。
【0003】従来、このような制御棒の中で、長寿命型
制御棒として、フラックストラップ型ハフニウム制御棒
が知られている。この制御棒は図9〜図11に示すよう
に、ハフニウムまたはハフニウム合金からなる一対の板
状体(以下、ハフニウム金属板という)7を対向させ、
これらのハフニウム金属板7を中性子吸収要素として金
属製シース4内に収容した構成とされている。
【0004】即ち、このフラックストラップ型ハフニウ
ム制御棒は、中性子吸収要素をウィング5の軸方向に分
割して各分割区分のハフニウム金属板7の厚さを、各区
分における中性子吸収量に応じて定めたもので、これに
より制御棒全体にわたり中性子吸収体の核的寿命を均一
化したものである。つまり、各ウィング5は、図9〜図
11に示すように、ウィング5の外殻を形成するシース
4の内面に複数のコマ8を用いてハフニウム金属板7を
対向状態で溶接固定した構成とされている。また、シー
ス4は図10および図11に示すように、タイロッド3
にスポット溶接部9により保持されている。
【0005】このような従来の制御棒において、各コマ
8とシース4とを溶接により固定すると、溶接変形によ
りシース4が若干ハフニウム金属板7側に凹状に収縮
し、このハフニウム金属板7とシース4との間の若干の
ギャップを消滅させるのみならず、ハフニウム金属板7
を強く拘束する可能性があった。
【0006】このような状態に陥った場合には、シース
4とハフニウム金属板7との隙間に形成されるべき腐食
生成物の吸収代が消滅するばかりでなく、シース4とハ
フニウム金属板7との間の熱膨張や照射成長の相違によ
る相対変位をも許さない構造となることから、薄板状の
シース4に過大な応力が発生する可能性が生じる。
【0007】また、従来の制御棒では、ハフニウム金属
板7をシース4に複数のコマ8を介して溶接により保持
する構造となっており、この溶接部によりスクラム時の
荷重を始めとする運転中の各種の比較的大なる荷重が受
け持たれている。ところが、シース4は取合上の制限か
ら薄い板厚しか許容できないため、強度を担保する為に
は一つのコマ8が受け持つ荷重を小さくする必要があ
る。このため従来の構造では溶接箇所が増えたり、部品
点数が増大する等の問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のフラックストラ
ップ型ハフニウム制御棒では、ハフニウム金属板がシー
スによって板厚方向に強く拘束されるため、薄板状のシ
ースに過大な応力が発生する可能性があり、そのために
溶接箇所や部品点数が増加する等の欠点があった。
【0009】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、中性子吸収要素であ
るハフニウム金属板の経年変化あるいは運転中の状態変
化に対して阻害する要因となる支持構造を排除し、かつ
構造材の単純化及び溶接箇所の低減により、信頼性の向
上が図れる沸騰水型原子炉用制御棒を提供することを目
的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、先端構造材と末端構造材と
を、ウィングを形成する複数の断面U字形のシースで連
結し、このシース内に長寿命型の中性子吸収体を装填
し、この中性子吸収体を制御棒軸方向で複数の中性子吸
収要素に区分し、その各中性子吸収要素の中性子吸収特
性をその区分における中性子照射量に応じて定めた沸騰
水型原子炉用制御棒において、前記中性子吸収要素をハ
フニウムもしくはハフニウム合金からなるハフニウム金
属板として前記シース内で互いに対向させて配置し、こ
の対向するハフニウム金属板同士の間隔を、これらに遊
嵌するスペーサで保持させるとともに、このスペーサ
を、複数のウィング同士を固定する結合手段と一体化さ
せたことを特徴とする。
【0011】請求項2の発明は、請求項1記載の沸騰水
型原子炉用制御棒において、対向するハフニウム金属板
のウィング内での軸方向位置を互い違いとなる配置と
し、スペーサは互いに対向する前記ハフニウム金属板の
一方のもの毎に、ウィング軸方向及び軸直角方向での荷
重保持を行うものとしたことを特徴とする。
【0012】請求項3の発明は、先端構造材及び末端構
造材を連結する断面十字状のタイロッドと、このタイロ
ッドに断面U字状のシースを取付けて構成されるウィン
グと、この各ウィング内に装填した長寿命型中性子吸収
体とを有し、この長寿命型中性子吸収体を制御棒軸方向
に沿って複数に区分し、この各区分間の長寿命型中性子
吸収体の中性子吸収特性をその区分における中性子照射
量に応じて定めた原子炉用制御棒であって、前記各ウィ
ング内に装填する長寿命型中性子吸収体をスペーサによ
って間隔をおいて対向配置したハフニウムまたはハフニ
ウム合金製板とし、前記シースおよび前記スペーサをこ
れらを挿通する孔を通してボルトおよびナットまたはリ
ベットにより固定したことを特徴とする。このような本
発明に係る沸騰水型原子炉用制御棒によると、中性子吸
収要素としてのハフニウム金属板が、シース及びスペー
サ支持部材によって遊嵌的に係止されているので、例え
ばシースと中性子吸収要素間の腐食生成物による変形に
対し、シースは容易にこの変形に追従できるばかりでな
く、シースと中性子吸収要素という異種金属間の熱膨張
差や照射成長による相対変位の吸収代を確保することが
できるとともに、制御棒を構成する部品点数が低減する
ことにより、信頼性の向上が図れるようになる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る沸騰水型原子
炉用制御棒の実施の形態について、図面を参照して説明
する。
【0014】[第1実施形態(図1〜図4)] 図1は制御棒の全体構成を示す斜視図、図2は図1に示
した制御棒の一部を拡大して示す図、図3は図2のA−
A線断面図、図4は図2のB−B線断面図である。
【0015】本実施形態の制御棒は、例えば図1に示す
ように、先端構造材11と末端構造材12との間に設け
られたスペーサ支持部材13と、このスペーサ支持部材
13から放射状に突出し、その外殻部が深いU字形断面
のシース14によって構成されたウィング15と、シー
ス14の内部に設けられ、スペーサ支持部材13の軸心
と平行に配列された複数の中性子吸収要素16とを有す
る構成とされている。
【0016】中性子吸収要素16は図2〜図4に示すよ
うに、ハフニウムまたはハフニウム合金からなる板状体
(以下、ハフニウム金属板という)17によって構成さ
れ、これらのハフニウム金属板17が一対、互いに対向
した状態で金属製シース14内に収容されている。
【0017】このような構成において、対向するハフニ
ウム金属板17同士の間隔は、これらに遊嵌するスペー
サ17aで保持されるとともに、このスペーサ17a
は、複数のウィング15同士を固定する結合手段として
のスペーサ支持部材13と一体化されている。
【0018】そして、シース14はスペーサ支持部材1
3に溶接線18を介して突合せ溶接により固定されてお
り、中性子吸収要素であるハフニウム金属板17は対向
してシース14の中に収納されている。さらにハフニウ
ム金属板17とスペーサ支持部材13との間には、上下
方向および幅方向に若干のギャップ19が形成されてお
り、これにより異種金属間における熱膨張差や照射成長
の相違による相対変位を吸収し得るようにしている。
【0019】なお、シース内に装填された長寿命型の中
性子吸収体であるハフニウム金属板17は制御棒軸方向
で複数に区分され、その中性子吸収特性をその区分にお
ける中性子照射量に応じて定められている。
【0020】このような第1実施形態の構成によると、
図4に示すように、ハフニウム金属板17は従来のコマ
の役目であるハフニウム金属板間の水ギャップを保持し
ながらも、シース14を固設せずに保持することが可能
になる。
【0021】なお、ブレード同士は図1に示すように先
端構造材11、末端構造材12及びスペーサ支持部材1
3によって周囲を溶接により固設されることによって形
状を維持することができるとともに、制御棒に必要とさ
れる強度及び剛性をも確保することが可能である。
【0022】[第2実施形態(図5)] 図5は本発明の第2実施形態を示し、前記第1実施形態
における図4に対応する断面図である。
【0023】この第2実施形態では、スペーサ支持部材
13が図4のものと異なり、対向する2枚のハフニウム
金属板17の両方を同時に支持する構造ではなく、片方
のみを互い違いに順に支持する構造としたものである。
【0024】このような構成の第2実施形態の制御棒に
よると、ハフニウム金属板17がブレードの長手方向に
途中でとぎれることなく配置することが可能になり、反
応度制御上有利となる。
【0025】また、スペーサ支持部材か受け持つべき運
転中の荷重が半分となることから、強度的な裕度を増す
ことが可能となる。
【0026】[第3実施形態(図6)] 図6は本実施形態による制御棒の断面図である。この実
施形態は、図11の従来構造を改良したもので、 コマ部
が、対向するハフニウム金属板17の間隔を保持するた
めのディスク状のスペーサ30と、このスペーサ30の
ボス部の孔に嵌合するナット31と、このナット31に
螺合される皿小ねじ状のボルト32とから構成されてい
る。ナット31とボルト32とは、廻り止めのために複
数点の点溶接部33で接合されている。
【0027】このように、従来の溶接構成のコマから、
ボルト締結構造に変更した本実施形態によると、溶接変
形が殆ど発生しないので、予めハフニウム金属板17と
シース14との間に必要なギャップg3を設けるように
スペーサ30の高さを設定しておけば、組立後にも所定
のギャップg3をそのまま確保することができる。
【0028】[第4実施形態(図7)] 図7は本実施形態による制御棒の拡大図である。本実施
形態は、図6に示した第3実施形態の変形例であり、図
6のボルト構造に代えてリベット構造を適用したもので
ある。 このような本実施形態の構成によっても、リベッ
ト40でスペーサ30とシース14とを締結すること
で、実施形態5の場合と同様に、ハフニウム金属板17
とシース14との間に予めギャップg4を設定しておけ
ば、このギャップg4を確保することができる。
【0029】
【発明の効果】以上の実施形態で詳述したように、本発
明によれば、ハフニウム金属板がシースによって板厚方
向に強く拘束されることがなくなり、これにより、万一
ハフニウム金属板が腐食して著しい板厚増加が生じたと
しても、シースは容易に変形して追従することができ、
過大な応力が発生することがない。また、部品点数の削
減や溶接箇所の低減により、信頼性の向上も図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る制御棒の第1実施形態を示す全体
斜視図。
【図2】図1の一部を拡大して示す側面図。
【図3】図2のA−A線断面図。
【図4】図2のB−B線断面図。
【図5】本発明に係る制御棒の第2実施形態を示す拡大
断面図。
【図6】本発明に係る制御棒の第3実施形態を示す拡大
断面図。
【図7】 本発明に係る制御棒の第4実施形態を示す拡大
断面図。
【図8】 従来の制御棒を示す全体斜視図。
【図9】 図8の一部を省略して示す側面図。
【図10】 図8の一部を拡大して示す側面図。
【図11】 図9のE−E線断面図。
【符号の説明】
11 先端構造材 12 末端構造材 13 スペーサ支持部材 14 シース 15 ウィング 16 中性子吸収要素 17a スペーサ 17 ハフニウム金属板(板状体) 18 溶接線 19 ギャップ 30 スペーサ 31 ナット 32 ボルト 33 点溶接部 40 リベット g3,g4 ギャップ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−176495(JP,A) 特開 平4−106496(JP,A) 特開 平1−114792(JP,A) 特開 平5−323080(JP,A) 特開 平1−132992(JP,A) 特開 平1−287499(JP,A) 特開 昭63−289486(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 7/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端構造材と末端構造材とを、ウィング
    を形成する複数の断面U字形のシースで連結し、このシ
    ース内に長寿命型の中性子吸収体を装填し、この中性子
    吸収体を制御棒軸方向で複数の中性子吸収要素に区分
    し、その各中性子吸収要素の中性子吸収特性をその区分
    における中性子照射量に応じて定めた沸騰水型原子炉用
    制御棒において、前記中性子吸収要素をハフニウムもし
    くはハフニウム合金からなるハフニウム金属板として前
    記シース内で互いに対向させて配置し、この対向するハ
    フニウム金属板同士の間隔を、これらに遊嵌するスペー
    サで保持させるとともに、このスペーサを、複数のウィ
    ング同士を固定する結合手段と一体化させたことを特徴
    とする沸騰水型原子炉用制御棒。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の沸騰水型原子炉用制御棒
    において、対向するハフニウム金属板のウィング内での
    軸方向位置を互い違いとなる配置とし、スペーサは互い
    に対向する前記ハフニウム金属板の一方のもの毎に、ウ
    ィング軸方向及び軸直角方向での荷重保持を行うものと
    したことを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。
  3. 【請求項3】 先端構造材及び末端構造材を連結する断
    面十字状のタイロッドと、このタイロッドに断面U字状
    のシースを取付けて構成されるウィングと、この各ウィ
    ング内に装填した長寿命型中性子吸収体とを有し、この
    長寿命型中性子吸収体を制御棒軸方向に沿って複数に区
    分し、この各区分間の長寿命型中性子吸収体の中性子吸
    収特性をその区分における中性子照射量に応じて定めた
    原子炉用制御棒であって、前記各ウィング内に装填する
    長寿命型中性子吸収体をスペーサによって間隔をおいて
    対向配置したハフニウムまたはハフニウム合金製板と
    し、前記シースおよび前記スペーサをこれらを挿通する
    孔を通してボルトおよびナットまたはリベットにより固
    定したことを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。
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