JP6242082B2 - 沸騰水型原子炉用制御棒 - Google Patents

Description

本発明は沸騰水型原子炉用制御棒に係り、特に横断面が十字状のタイロッドの高さ方向に、シースがそのタブ部分において溶接されている沸騰水型原子炉用制御棒に関する。

タイロッドの高さ方向に、シースがそのタブ部分において溶接されている沸騰水型原子炉用制御棒について、特許文献１が知られている。係る構造の制御棒のシースは、その高さ方向において横幅が広いタブ部分と横幅が狭い部分が交互に形成されており、タブ部分がタイロッドに溶接されている。またシースの横断面はＵ字状に形成されており、その高さ方向に炭化ホウ素、ハフニウムなどの反応度制御材が収納されている。シースの表面には、内部の反応度制御材を冷却するための冷却孔が高さ位置の複数個所に適宜の間隔で配置されている。

特許文献１では、シースの表面に設ける冷却孔について、「反応度制御材は、楕円管形状の内外部を冷却材が流通し、冷却効果が得られるように冷却孔を設けるとともに、反応度制御材の冷却孔に対応したシース領域に冷却孔を設ける」としている。

特開平８−１０５９８９号公報

特許文献１の考え方では、シースの表面に設ける冷却孔とタブの高さ方向における配置関係について格別の配慮がされていない。つまり特許文献１では、シースに冷却孔を設けた制御棒の仕組みが記載されているが、シースの冷却孔は反応度制御材の冷却を目的としているためにタブとの位置関係については一定の関係が存在しなかった。

然るに近年、制御棒についてシース部分のひび事象が経験されている。タイロッドとシースの溶接部近傍（タブ部分）からシース側に進展するひびが観測されたものである。ひびの原因は、照射誘起型応力腐食割れと考えられるが、いずれにせよひびが長いほど制御棒の健全性の裕度が減少するため、ひびの長さを制限したい。

本発明の目的は、シース部分のひびに対し、健全性を維持することが可能な沸騰水型原子炉用制御棒を提供することである。

前記目的を達成するために本発明は、先端構造体と末端構造体の間が、横断面が十字型のタイロッドにより連結され、十字型のタイロッドの四方向の突起部には、横断面がＵ字状のシースがそのタブ部で溶接され、横断面がＵ字状のシースの内部には高さ方向に反応度制御材が収納され、反応度制御材を冷却するための冷却孔がシースの高さ方向に設置されている沸騰水型原子炉用制御棒であって、シースの高さ方向に複数設置されたタブ部に対して、タブ部の高さ方向位置に反応度制御材を冷却するための冷却孔を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、シース部分のひびに対し、健全性を維持することが可能な沸騰水型原子炉用制御棒を提供することができる。

本発明の実施例に係る沸騰水型原子炉用制御棒の高さ方向断面図。 本発明の実施例に係る沸騰水型原子炉用制御棒の横断面図。 本発明に係る冷却孔とタブ部の配置位置関係の例を示す図。 本発明に係る冷却孔とタブ部の配置位置関係の例を示す図。 タブ部の高さ方向位置に冷却孔が無い場合に想定されるひびの例を示す図。 本発明における長さが制限されたひびの例を示す図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、シースの冷却孔とタブの位置関係と、シース部分のひびについて検討した結果としてなされたものである。

図１に本発明の実施例に係る沸騰水型原子炉用制御棒の高さ方向断面図を示している。制御棒１００は、十字型の横断面構造をしており、十字型の先端構造体１０１と十字型の末端構造体１０２の間が十字型のタイロッド１０３により固定され連結されている。十字型のタイロッド１０３の四方向の突起部には、シース１０５がそのタブ部１０７で溶接されている。また図１において、１０６がシース１０５に形成された冷却孔であり、点線で示しているのが、横断面がＵ字状のシース１０５の高さ方向に設置された反応度制御材１０４である。

図２は本発明の実施例に係る沸騰水型原子炉用制御棒の横断面図を示している。この図の上部は沸騰水型原子炉用制御棒のＡ−Ａ横断面であり、タブ部１０７を含む断面を示している。下部は沸騰水型原子炉用制御棒のＢ−Ｂ横断面であり、タブ部１０７を含まない断面を示している。

この図２によれば、十字型のタイロッド１０３の四方向の突起部１０３Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対向する位置に、断面がＵ字状のシース１０５の開口先端部分のタブ部１０７が当接し、この部分が溶接される。また横断面がＵ字状のシース１０５の内部には、左右２列に反応度制御材１０４が高さ方向に配列されている。

また図２のＡ−Ａ横断面によれば、このうち、タイロッド１０３側の反応度制御材１０４Ｌに対向するシース１０５位置に冷却孔１０６が設けられている。これに対し、右側の反応度制御材１０４Ｒのための冷却孔１０６は、Ｂ−Ｂ横断面に明らかなようにタブ部１０７を含まない断面を利用して配置されている。なお図１では冷却孔１０６の形状を角丸長方形としているが、これは円形や楕円形であってもよい。

複数個設けたタブ部分１０７の近傍は、溶接の影響で十字型の先端構造体１０１と十字型の末端構造体１０２の近傍を除く中間部分では引張残留応力が生じ、その主応力は制御棒軸方向であるため、万一ひびが生じた場合、ひびは制御棒水平方向に進展する。

図１、図２に示すように、本発明は高さ方向に配置された反応度制御材１０４のうちタイロッド１０３側の反応度制御材１０４Ｌを冷却するための冷却孔１０６の高さ位置をタブ部１０７の位置に定めたものである。

具体的には、図３の高さ方向断面図に示すようにタブ部１０７の高さ方向幅Ｈに対して十分な長さＬの冷却孔１０６を、タブ部１０７に隣接して設けたものである。なおタブ部１０７に隣接して設ける冷却孔１０６は、全てのタブ部１０７に隣接して設けてもよいが、中間高さ部位に配置することが必須である。

十字型の先端構造体１０１と十字型の末端構造体１０２の近傍のタブ部分１０７を除き、冷却孔１０６の下端がタブ部分の下端よりも下にあり、かつ冷却孔１０６の上端がタブ部分の上端よりも上にあるような、大きさと位置関係にある冷却孔１０６を設けることで、万一タブ溶接部分にひびが生じても、ひびは冷却孔１０６で停止するため、ひびの長さが制限される。

なお図２に示すように、断面がＵ字状のシース１０５の内部高さ方向には左右２列に反応度制御材１０４が配置されている。このため、反応度制御材１０４を冷却する目的の冷却孔１０６も左右２列の反応度制御材１０４の高さ方向に即して配置されることになる。従って先に述べたタブ部分に隣接して位置決定される冷却孔１０６は、タイロッド１０３側の反応度制御材１０４のための冷却孔１０６であり、この列の冷却孔１０６がタブ部分１０７の高さ位置とされる。他方タイロッド１０３から遠い側の反応度制御材１０４のための冷却孔１０６は、強度の関係からタブ部１０７でない部分の高さ位置に相当する部分に配置されるのがよい。

また図４の高さ方向断面図に示すようにタブ部１０７の高さ方向幅Ｈに対してほぼ同じ長さＬの冷却孔１０６を、タブ部１０７ごとに設けたものである。この配置例では十字型の先端構造体１０１と十字型の末端構造体１０２の近傍のタブ部分１０７を除き、複数個あるタブ部分の寸法は全て同じとする。また、冷却孔１０６の水平方向中心線と、タブ部分の水平方向中心線とを一致させることで、より小さい冷却孔１０６で、ひびの長さが制限されつつ、シースの座屈強度などの低下を抑制できる。

図３、図４のいずれの事例でも、タブ部１０７の高さ位置に相当する部分には、隣接する高さ位置に冷却孔１０６が配置されている。

図５はタブ部１０７の高さ方向位置に冷却孔１０６が存在しない場合に想定されるひびの例を示しており、タブ部１０７の溶接部に発生した照射誘起型応力腐食割れによるひび１０８は、この進展を阻止するものが存在しないので残留応力分布に従い成長していく。これに対し、図６の本発明事例では、仮にひび１０８が発生したとしても、その進展は冷却孔１０６で阻止され、ここ以上には進展しない。

また、タイロッド１０３側の反応度制御材１０４Ｌに対向するシース１０５位置に設けられた冷却孔１０６が、タブ部１０７でない部分の高さ位置に相当する部分に配置された場合、タイロッド１０３側のシース１０５端部と冷却孔１０６の間の領域は局所的に強度が低下するが、本発明事例では、タイロッド１０３側の反応度制御材１０４Ｌに対向するシース１０５位置に設けられた冷却孔１０６周辺で、タブ部１０７によりタイロッド１０３とシース１０５が溶接されているため、冷却孔１０６周辺の局所的な強度低下を低減でき、スクラム時の強度の裕度が増す。

１００：制御棒
１０１：先端構造体
１０２：末端構造体
１０３：タイロッド
１０４：反応度制御材
１０５：シース
１０６：冷却孔
１０７：タブ部
１０８：ひび

Claims (3)

1. 先端構造体と末端構造体の間が、横断面が十字型のタイロッドにより連結され、該十字型のタイロッドの四方向の突起部には、横断面がＵ字状のシースがそのタブ部で溶接され、横断面がＵ字状のシースの内部には高さ方向に反応度制御材が収納され、該反応度制御材を冷却するための第１の冷却孔がシースのタイロッド側の高さ方向に設置され、該反応度制御材を冷却するための第２の冷却孔がシースの反タイロッド側に高さ方向に設置されている沸騰水型原子炉用制御棒であって、
   前記タブ部に対向する高さ位置に、タブ部の高さ方向幅よりも長い高さ方向幅の前記第１の冷却孔を配置するとともに、前記第１の冷却孔の高さ方向幅は前記タブ部の高さ方向幅の高さ方向位置を含む位置に配置され、
   前記シースの反タイロッド側に高さ方向に設置された第２の冷却孔は、前記タブ部ではない高さ位置部分に配置されていることを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。
2. 請求項１記載の沸騰水型原子炉用制御棒であって、
   前記タブ部の高さ方向位置に配置された前記第１の冷却孔は、前記先端構造体と前記末端構造体の近傍を除いた中間部分の前記タブ部に対して備えられることを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。
3. 請求項１または請求項２記載の沸騰水型原子炉用制御棒であって、
   前記横断面がＵ字状のシースの内部には高さ方向左右に２組の反応度制御材が収納されており、前記タイロッドに近い側の前記反応度制御材を冷却するための第１の冷却孔が前記タブ部の高さ方向位置に配置され、前記タイロッドから遠い側の前記反応度制御材を冷却するための第２の冷却孔が前記タブ部間の高さ方向位置に配置されていることを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。

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