JP5330646B2 - 制御棒 - Google Patents

Description

本発明はＢＷＲ原子炉用の制御棒および吸収体管に関する

原子炉は一般に、中性子の吸収、および核反応停止または形成のための材料を収容する、制御棒を備える。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）における従来の制御棒（または制御ブレード）は、十字形を有し、燃料棒の燃料集合体間の相補的な十字形の隙間（燃料チャネル間隙部と呼ばれる）内を通過する。

従来技術の制御棒は、平面部材を形成するために並列に構成される複数の細長部材からなる。吸収体管として知られるこれらの細長部材は、両端で封止されており、炭化ホウ素粉末またはハフニウム棒などその他の中性子吸収材料を収容する、カプセルを収容することができる。

それぞれ複数の吸収体管からなる４つの平面部材が、十字形制御棒を形成するために、中心のほぼ十字形の部材に溶接される。

米国特許第４，９２９，４１２号および同第４，９０２，４７０号は、４つの個別の直角隅部を有する吸収体管Ｔを備える制御棒１００を開示する。図１に示すように、隣接する吸収体管Ｔは、隅部１０で互いに溶接され、参照番号２０が、隣接する吸収体管間の溶接材料を示す。

図２は、４つの並列燃料チャネルの下方から上昇する、核反応の制御において中性子を吸収するための制御棒を示す斜視図である。図２は、ＢＷＲ上で燃料集合体がどのように制御棒の周りに配置されるかを示す。原子炉は、燃料棒１６を収容する燃料チャネル１４を有する。燃料棒１６の内部に、核連鎖反応を生み出す核燃料ペレットが配置されている。ＢＷＲ型原子炉は、制御棒を底部から頂部に向かって導入する。それぞれの燃料チャネル１４の間を上昇し燃料棒１６の燃料集合体を分離する、そのような制御棒Ｒを図２に示す。
米国特許第４，９２９，４１２号 米国特許第４，９０２，４７０号（対応日本国公開特許Ｈ０１−２５４８９５Ａ２） 米国特許第５７１９９１２号 米国特許第５７０６３１８号（対応日本国公開特許Ｈ１０−０６２５７８Ａ２）

本発明の例示的な実施形態は、核反応を制御するために原子炉内で中性子を吸収するための、複数の細長部材を有する制御棒を対象とする。各細長部材は、中性子吸収材料をその中に収容するように構成された、円筒形内部カプセルを備えることができ、円筒形内部カプセルを取り囲む吸収体管を備えることができる。吸収体管は、隣接する丸みのついた隅部または隣接する平坦な隅部間の複数のほぼ平坦な平面側部で構成された外面を有することができる。

本発明の別の例示的な実施形態は、炉心内で中性子を吸収するための制御棒を対象とする。制御棒は、十字形を形成するように中心垂直軸から延びる、４つの平面部材を備える。各平面部材は、並列関係で構成された複数の細長部材をさらに備えることができる。各細長部材はさらに、中性子吸収材料をその中に収容するように構成された円筒形内部カプセル、および円筒形内部カプセルを取り囲む吸収体管を備えることができる。吸収体管は、隣接する丸みのついた隅部または隣接する平坦な隅部間の、複数のほぼ平坦な平面側部で構成された外面を有することができる。制御棒は、４つの平面部材を互いに対して支えるように中心垂直軸に沿って設けられた、十字形タイロッドセグメントと、制御棒の下方端部でそれに取り付けられた速度リミッタと、制御棒の上方端部でそれに取り付けられたハンドルとを備えることができる。

本発明の別の例示的な実施形態は、ＢＷＲ制御棒用の吸収体管を対象とする。吸収体管は、中性子吸収材料をその中に収容するように構成された内部カプセルを取り囲む、ほぼ円筒形の内面を有する細長部材を備えることができる。細長部材は、ほぼ平坦な平面側部を有するように構成された外面を有する。各平面側部は、細長部材の外面の、隣接する丸みのついた隅部または隣接する平坦な隅部の間に配置される。

本発明の例示的な実施形態は、例示のみのために与えられ、すなわち本発明の例示的な実施形態を限定しない、同様の要素を同様の参照番号で表す、本明細書の以下の詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。

図３は、本発明の例示的な実施形態による吸収体管の水平断面図を示す。制御棒は、複数の細長部材で構成することができ、単一の細長部材の断面図を図３に示す。図３に示すように、細長部材２００は、吸収体管３００を備えることができ、吸収体管３００は、円形の内径を有し、カプセル２０１を取り囲み、また、４つの丸みのついた隅部の間のほぼ平坦な平面領域または側部をもつ全体的に丸みのついた円形の外径を有する。別の例示的な実施形態では、平坦な平面側部は、ほぼ平坦な平面隅部の間にあってもよい。炭化ホウ素粉末など中性子吸収材料２５０が、円筒形内部カプセル２０１内に収容される。吸収体管３００はまた、ハフニウム棒などその他の中性子吸収材料を取り囲むこともできる。

吸収体管３００の外面は、各平面区間４００の間の丸みのついた隅部５００を備える、少なくとも４つの平面区間４００を有する。すなわち、吸収体管３００の外面は、鋭い縁部または隅部をもたない。別の例示的な実施形態では、隅部区間５００を平坦にすることができる。さらに、円筒形内部カプセル２０１と吸収体管３００との間に間隙２７５が存在することがある。間隙は一般に、たとえば空気および／またはヘリウムガス、かつ／またはその他の適当な気体で充填される。吸収体管３００の形状が単純化されることによって、管を製造するために必要とされる引抜きパスの数が低減され、製造コストが低減される。

吸収体管３００は、サイズが縮小されるように製作することができる。たとえば、吸収体管３００の幅は、約０．２６０から０．３１２インチであり、平面側部または区間４００の長さは、約０．１００から０．１２０インチであり、カプセルの内径は、約０．２０４から０．２５２インチであり、外側平面区間４００と吸収体管３００の内側区間との間（たとえば壁部）の長さは、約０．０３０インチである。一般に、吸収体管アセンブリ２００を収容する制御棒は、長さ１７４インチを超える。原子炉内の燃料装荷部の長さは、約１４４から１５０インチの範囲内とすることができる。

吸収体管３００は、吸収体管の外側幅を同じに維持しながら、図１に示す従来技術の吸収体管よりも大きい最小壁厚を有する。これによって、高い内圧に耐えることができるが、従来の吸収体管と同じ大きさの空間を占める、吸収体管がもたらされる。炭化ホウ素粉体２５０は、原子炉内で中性子を吸収するときヘリウムガスを放出し、吸収体管３００に加圧するので、これは有利である。

図４は、十字形制御棒内部の吸収体管３００の並列構成を示すために、十字形制御棒の部分図を示す。図４に、中心軸（３７５で示す）から延び制御棒２０５の十字形を形成するように中実のタイロッド７０に取り付けられた複数の平面部材３５０を備える、十字形制御棒２０５を示す。本発明の例示的な実施形態の溶接位置は、（図１と比べて、）平面部材３５０の中心線により近い。これによって、平面部材３５０の可撓性を高めることが可能になり、制御棒２０５用の十字形間隙を形成する、隣接する燃料チャネル１４（図２）の８つの側部の撓みおよび反りに、制御棒２０５がよりよく適合することが可能になる。さらに、吸収体管３００は従来技術の吸収体管（図１）と異なり、吸収体管間の隙間領域をなくし、隙間領域をヘリウムで埋め戻す必要をなくし、これによってまた、製造コストが低減される。

各平面部材３５０は、複数の細長部材（たとえば吸収管３００）を備える。各吸収体管３００は、図３に関して説明するように構築することができる。こうして各平面部材３５０は、並列関係で互いに溶接された複数の吸収管３００を備えることができる。管３００は、管３００を接合するための例示的な溶接技術を表す、たとえばレーザ溶接、電子ビーム溶接、またはプラズマ溶接によって溶接することができる。所与の吸収体管３００の平面区間４００によって、管３００を、図４に示すように並列関係で溶接することが可能になる。制御棒２０５内の吸収体管３００の数は、所与の個々の制御棒２０５の寸法に基づいて変えることができる。

図５は、図２に示した燃料チャネル１４を取り外したときの制御棒２０５を示す、部分的に破断された斜視図である。制御棒２０５は、速度リミッタＶを下部区間に、ハンドルＨを頂部区間に、４つの別個の平面部材部材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４（たとえばＳ１〜Ｓ４はそれぞれ、複数の吸収体管３００で構成される図４の各平面部材３５０を表す）をその間に備える。制御棒２０５は、それぞれの平面側部Ｓ１〜Ｓ４を互いに対して支えるためにそれぞれの間隙に配置された、複数の十字形タイセグメント７０を備える。タイセグメント７０は、制御棒２０５の縦の長さに沿った単一の一部片構造のものとすることができ、または、制御棒２０５の縦の長さに沿って断続的に配置された複数のタイセグメント７０とすることができる。セグメント７０は、地震発生時に、制御棒２０５が動的に反らされた燃料集合体間の燃料チャネルに入るよう可撓性となることができるように、間隔をおいて設けることができる。同時に、セグメント７０は、地震発生による挿入時の円柱座屈を防止するために、所望の範囲の円柱強度を保証することができる。

本発明の例示的な実施形態を説明してきたが、それらを様々な方法で変えることができることが明らかであろう。そのような変形は、本発明の例示的な実施形態の精神および範囲から逸脱するとみなされず、そのような修正はすべて、当業者には明らかであるように、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。

従来技術の吸収体管構成を示す図である。 核反応の制御において、中性子を吸収するための４つの並列燃料チャネルの下から上昇する制御棒を示す斜視図である。 本発明の例示的な一実施形態による、吸収体管の水平断面図である。 並列された吸収体管を示すための、十字形制御棒の部分図である。 図２に示すような燃料チャネルを取り外した、制御棒を示す図である。

符号の説明

１０ 隅部
１４ 燃料チャネル
１６ 燃料棒
２０ 溶接材料
５１〜５４ 平面部材
７０ タイロッド
１００ 制御棒
２００ 細長部材
２０１ カプセル
２０５ 十字形制御棒
２５０ 中性子吸収材料
２７５ 間隙
３００ 吸収体管
３５０ 平面部材
３７５ 中心軸
４００ 平面区間
５００ 丸みがついた隅部
Ｈ ハンドル
Ｒ 制御棒
Ｔ 吸収体管
Ｖ 速度リミッタ

Claims (8)

1. 核反応を制御するために原子炉内で中性子を吸収するために並列関係で配置された複数の細長部材（２００）を有する制御棒において、
   各細長部材（２００）が、
   中性子吸収材料をその中に収容するように構成された円筒形内部カプセル（２０１）と、
   前記円筒形内部カプセル（２０１）を取り囲む吸収体管（３００）とを備え、
   この吸収体管の外側面が、丸みのついた隅部（５００）間に位置づけられた４つのほぼ平坦な平面側部（４００）を有するように構成されており、
   各々の前記平面側部（４００）が、隣接する吸収体管に取り付けるのための溶接面領域を提供するように構成されたこと
   を特徴とする制御棒。
2. 前記複数の細長部材が、十字形の制御棒を形成するように、１つの軸から延びることを特徴とする請求項１に記載の制御棒。
3. 前記複数の細長部材（２００）は、
   十字形を形成するように中心垂直軸（３７５）から延びる４つの平面部材（４００）を備え、
   前記平面部材がそれぞれは、複数の前記細長部材（２００）を備え、
   さらに、
   前記４つの平坦な部材を互いに対して支えるために、前記中心垂直軸に沿って設けられた十字形タイセグメント（７０）と、
   この制御棒の下方端部でこの制御棒に取り付けられた速度リミッタ（Ｖ）と、
   前記制御棒の上方端部で前記制御棒に取り付けられたハンドル（Ｈ）と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の制御棒。
4. 複数の前記十字形タイセグメント（７０）が、前記垂直軸に沿って断続的に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の制御棒。
5. 前記十字形タイセグメントが、前記吸収体管の長さ全体に延びることを特徴とする請求項３に記載の制御棒。
6. 前記吸収体管（３００）は、その中に中性子吸収材料（２５０）を収容するように構成された前記内部カプセル（２０１）を取り囲む、ほぼ円筒形の内面を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の制御棒。
7. 円筒形間隙（２７５）が、前記内部カプセルと前記細長部材の内部円筒面との間に設けられることを特徴とする請求項６に記載の制御棒。
8. 前記中性子吸収材料が炭化ホウ素粉体であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の制御棒。