JPH11258377A

JPH11258377A - 制御棒

Info

Publication number: JPH11258377A
Application number: JP10060726A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Shimazu; 忠昭島津; Hideki Morishita; 秀樹森下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ＢＷＲ型原子炉圧力容器内で分解，組立，折り
畳みまたは伸縮自在で、交換が容易な大型の十字状制御
棒を提供する。【解決手段】タイロッド19を中心軸として、タイロッド
19に中性子吸収材を内蔵した４枚のブレード８上にベー
スブレード31を介してハンドル９をハンドル締付具10に
より取付ける。また、４枚のブレード８の下に下部ブレ
ード14を介してフレーム11を着脱自在に取付ける。この
ような構造により、制御棒交換時には大型制御棒は原子
炉圧力容器内でタイロッド19と４枚のブレード８に分解
し、そのブレード８を１枚ずつ上部格子板の格子を通す
ことで、制御棒の交換を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子炉（Ｂ
ＷＲ）に使用する大型の制御棒に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲでは、図11（ａ）に示したように
中性子吸収材を含んだ十字状ブレードを有する制御棒１
を、制御棒駆動機構２により原子炉圧力容器内の炉心部
に挿入または引き抜き操作を行うことにより、核反応の
制御、または停止を行っている。この制御棒１は核的，
機械的に寿命があるため、原子炉運転期間中に何回か交
換する必要がある。

【０００３】図11（ａ）は原子炉圧力容器33内における
制御棒１と燃料集合体７との取合いを示す立面図で、図
11（ｂ）は図11（ａ）において上部格子板３内の制御棒
１と燃料集合体７との配置関係を示す上面図である。

【０００４】すなわち、原子炉圧力容器33内には上部格
子板３および炉心支持板４が炉心シュラウド（図示せ
ず）に架設され、炉心支持板４上には制御棒駆動機構２
で制御棒１を挿脱する制御棒案内管５と燃料集合体７を
着座する燃料支持金具６が装着されている。燃料支持金
具６上には燃料集合体７が図11（ｂ）に示すように４体
装荷されている。また、制御棒１は制御棒案内管５内部
に据付けられ、案内されている。

【０００５】制御棒１を交換する場合には、制御棒１の
上方に位置している４体の燃料集合体７および燃料支持
金具６を取外す必要がある。これらを取外し後、クレー
ンで制御棒つかみ具を原子炉圧力容器33内に吊り降ろ
し、制御棒１をつかんだ後、引き上げる。引き上げた制
御棒１は上部格子板３の格子を通過させて、燃料プール
（図示せず）内の制御棒ラックに仮置きし、その後、取
外し作業と同様な逆の手順の作業で新しい制御棒１を炉
心内に装荷することで、制御棒１の交換を実施してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御棒を交換する場合の交換作業では、４枚のブレード
を有する制御棒１を上部格子板３の格子枠内に通過させ
る必要がある。したがって、制御棒１は上部格子板３の
格子枠内を通過できるような大きさに制限しなければな
らない。

【０００７】原子炉の大型化や出力の増大化に伴い、４
体の燃料集合体を全てカバーできる従来よりほぼ３倍位
大きい大型の制御棒が要望されており、この大型の制御
棒を使用する場合には上部格子板３の格子枠内を通過で
きない課題がある。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、原子炉の大型化や出力の増大化に対処でき、
原子炉圧力容器内で分解、組立，折り畳みまたは伸縮自
在で交換が容易で、しかも上部格子板の格子枠内を容易
に通過することができる従来よりも大型の制御棒を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、タイ
ロッドを中心軸として、このタイロッドに中性子吸収材
を内蔵した４枚のブレードが着脱自在に取付けられ、か
つ前記４枚のブレード上にベースブレードを介してハン
ドルが着脱自在に取付けられ、前記４枚のブレード下に
下部ブレードを介してフレームが着脱自在に取付けられ
てなることを特徴とする。

【００１０】請求項１の発明においては、制御棒交換時
に制御棒を原子炉圧力容器内で分解、組立自在とするこ
とで、制御棒は分解された部品の状態で上部格子板の格
子枠内を容易に通過させることができる。その結果、上
部格子板の格子枠内より大型の制御棒を炉心に装荷で
き、これによって得られる具体的な効果の一例として
は、同じ大きさの炉心に対する制御棒駆動機構の本数の
削減がある。制御棒駆動機構の本数を削減することによ
り、当然ながらその保守、点検にかかる時間が削減で
き、結果として定期点検時の放射線被曝量の削減に有効
となる。

【００１１】請求項２の発明は、前記４枚のブレードは
それぞれ軸方向と直角方向に折り畳み自在になるヒンジ
機構を有することを特徴とする。請求項２の発明によれ
ば、制御棒交換時に制御棒を炉内で折り畳み可能とする
ことで、制御棒は折り畳まれた状態で上部格子板の格子
を通過させることが可能となる。その結果、上部格子板
の格子枠内より大型の制御棒を炉心に装荷できる。

【００１２】請求項３の発明は、前記４枚のブレードは
それぞれ軸方向と直角方向に伸縮する伸縮機構を有する
ことを特徴とする。請求項３の発明においては、制御棒
交換時に制御棒を炉内で伸縮可能とすることで、制御棒
は縮めた状態で上部格子板の格子を通過させることが可
能となる。その結果、上部格子板の格子枠内より大型の
制御棒を炉心に装荷できる。

【００１３】請求項４の発明は、前記下部ブレード上端
と前記４枚のブレードの下端、または前記４枚のブレー
ド上端と前記ハンドル下端、あるいは前記４枚のブレー
ドと前記タイロッドの接続部にブレード固定機構を有す
ることを特徴とする。

【００１４】請求項４の発明においては、下部ブレード
上端と４枚のブレード下端の接続部にブレード固定機構
を設けることで、原子炉運転時にブレードを固定するこ
とができる。４枚のブレード上端とハンドル下端の接続
部にブレード固定機構を設けることで、原子炉運転時に
ブレードを固定することができる。４枚のブレードとタ
イロッドの接続部にブレード固定機構を設けることで、
原子炉運転時にブレードを固定することができる。

【００１５】請求項５の発明は、前記タイロッドが縦方
向に分割可能でかつ前記タイロッドの断面に固定機構を
有することを特徴とする。請求項５の発明においては、
タイロッドが縦方向に分割可能な制御棒について、その
タイロッド断面に固定機構を設けることで、原子炉運転
時にブレードを固定することができる。

【００１６】請求項６の発明は、前記４枚のブレードを
上下から締め付ける機構を有することを特徴とする。請
求項６の発明においては、４枚のブレードを上下から締
め付ける機構を設け、組立時にはこの機構により４枚の
ブレードを締め付けることで、原子炉運転時にブレード
を固定することができる。

【００１７】また、本発明は以下の作用を併せ持ってい
る。すなわち、下端近傍のウィングを削って制御棒の質
量を削減し、制御棒駆動機構にかける負担を軽減するこ
とができる。本発明により炉心部に上部格子板の格子よ
り大型の制御棒を装荷することが可能となったが、大き
な制御棒は当然ながら重く、スクラム時などに制御棒駆
動機構にかける負担も大きくなる。

【００１８】一方、炉心の制御・停止のためには制御棒
の下端近傍の制御性は必要ないことが分かっている。そ
のため、下端近傍のウィングを削ることで、制御棒の質
量を削減し制御棒駆動機構にかける負担を軽減してい
る。ブレードの下方の部分を枠のみとすることで、質量
を軽減した制御棒であっても、十字溝に対する復旧性を
確保し、かつ制御棒の倒れ量を拘束することができる。

【００１９】大型の制御棒を装荷する炉心では、大型の
制御棒は十字形断面の制御棒案内管に収納される。すな
わち、制御棒は十字溝を通過して炉心部に挿入・引き抜
きされている。

【００２０】全挿入時には制御棒は完全に炉内に挿入さ
れる形になる。ここで燃料およびブレードガイドがない
状態で制御棒が炉内に挿入された場合を考えると、制御
棒と制御棒駆動機構の接続は回転方向の拘束がないこと
から、何らかの理由で制御棒が十字型制御棒案内管の壁
間以上に回転し、元の十字溝に復旧しない可能性があ
る。

【００２１】また、燃料集合体およびブレードガイドが
ない状態で炉内に完全に挿入された制御棒は、倒れに対
し荷重を支えるところがないため、倒れによる荷重がす
べて制御棒駆動機構にかかり、制御棒駆動機構が破損す
る恐れがある。

【００２２】これに対してブレードの下方の部分を枠の
み残すと、質量を軽減した制御棒であっても、制御棒が
完全に炉内に挿入されることはなくなる。すなわち、枠
の下端が十字溝にかかり、挿入、引き抜き時のガイド
や、制御棒の倒れに対する支持の役目を果たすため、質
量を軽減した制御棒であっても、十字溝に対する復旧性
を確保し、かつ制御棒の倒れ量を拘束することができ
る。

【００２３】１ウィングを１ブレードで構成しているの
に対し、ブレードの左右両端にブレード接続・固定機構
を設けることで、１ウィングを複数のブレードで構成す
ることを可能にすることができる。これにより１ウィン
グを複数のブレードで構成した非常に大型の制御棒を炉
心に装荷できる。

【００２４】ブレードを含む部品を上下もしくは左右を
対称な形状にすることで、ブレードの上下もしくは左右
を逆転させて装着可能とすることができる。一般に制御
棒に対する照射量はブレードの上部と外縁部が多いた
め、この部位の核的寿命が制御棒の核的寿命となる。

【００２５】これに対して、本発明によれば、ある程度
照射された時点でブレードを逆転して再装荷することに
より、核的寿命の厳しい上部外縁部を数箇所受け持つこ
とが可能となるため、中性子吸収材をより有効に活用で
きる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１により本発明の制御棒の第１
の実施の形態を説明する。図１中符号１ａは本実施の形
態の制御棒で、軸方向に長尺のタイロッド19を中心にし
て４枚のブレード８が横断面十字状に着脱自在に取付け
られる。タイロッド19は横断面が十字状棒で、各十字状
棒の側面に凹溝19ａが設けられており、この凹溝19ａ内
に４枚のブレード８の側面に設けられている突条片８ａ
をスライドさせて嵌合することにより、タイロッド19と
４枚のブレード８は一体化する。

【００２７】４枚のブレード８上にはベースブレード31
が嵌め込み式に取付けられており、ベースブレード31上
にハンドル９がハンドル締付具10により着脱自在に固定
されている。

【００２８】一方、４枚のブレード８の下には、下部ブ
レード14を有するフレーム11が嵌め込み式により着脱自
在に取付けられる。４枚のブレード８，ベースブレード
31および下部ブレード14にはそれぞれ中性子吸収材が内
蔵している。

【００２９】本実施例では制御棒は取外し可能な４枚の
ブレード８とハンドル９，ハンドル締付具10，フレーム
11の７部品に分解される。制御棒交換時にはこの分解さ
れた部品の状態で上部格子板の格子枠内を通過させるた
め、上部格子板の格子枠内より大型の制御棒を炉心に装
荷することができる。

【００３０】なお、図１において、ブレード８をフレー
ム11に装荷した後、ハンドル９をブレード８にかぶせて
設置し、その後ハンドル締付具10によりハンドル９とタ
イロッド19を締め付ける。これによりブレード８はハン
ドル９と下部ブレード14の間に挟まれ、フレーム11に対
して上下方向の固定を実現している。本実施例では燃料
有効長26に対し制御棒有効長27を３／４程度とし、下端
の１／４を削除することで、制御棒の質量の軽減を図る
ことができる。

【００３１】つぎに図２（ａ）〜（ｂ）により本発明の
制御棒の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は
第１の実施の形態におけるブレード８を折り畳み式ブレ
ード12に代えたことにある。図２中、図１と同一部分に
は同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。

【００３２】すなわち、図２（ａ），（ｂ）に示すよう
に折り畳み式ブレード12はタイロッド19に着脱自在に取
付けられる内側ブレード12ａと、この内側ブレード12ａ
に折り畳み自在にヒンジ機構12ｃを介して接続する外側
ブレード12ｂとからなっている。ヒンジ機構12ｃは一般
に周知のピンなどを用いて、中心軸のまわりに互いに揺
動できる構造の接合部分からなっている。

【００３３】本実施の形態によれば、内側ブレード12
ａ，外側ブレード12ｂ，ハンドル９，ハンドル締付具1
0，フレーム11の４部品に分解できる。制御棒の取外し
時には、まず、ハンドル９とハンドル締付具10を分解さ
れた部品の状態で上部格子板の格子枠内を通過させ、そ
の後フレーム11から取外したブレード12を原子炉圧力容
器内で折り畳んで、上部格子板の格子を通過させる。こ
れにより上部格子板の格子枠内より大型の制御棒を炉心
に使用することができる。

【００３４】つぎに図３（ａ）〜（ｂ）により本発明の
制御棒の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は
第２の実施の形態において折り畳み式ブレード12の代り
に伸縮自在なブレード13を設けたことにある。すなわ
ち、図３（ａ），（ｂ）に示したように伸縮自在なブレ
ード13はタイロッド19に着脱自在に取付けられる内側ブ
レード13ａと、この内側ブレード13ａに挿脱して伸縮す
る外側ブレード13ｂとからなっている。

【００３５】本実施の形態によれば、制御棒は伸縮可能
なブレード13とハンドル９，ハンドル締付具10，フレー
ム11の４部品に分解される。制御棒取外し時には、まず
ハンドル９とハンドル締付具10を分解された部品の状態
で上部格子板の格子枠内を通過させ、その後フレームか
ら取外したブレード13を原子炉圧力容器内で縮めて、上
部格子板の格子枠内を通過させる。これにより上部格子
板の格子枠内より大型の制御棒を炉心に装荷できる。

【００３６】つぎに図４（ａ）〜（ｃ）により本発明の
制御棒の第４の実施の形態を説明する。本実施の形態は
第１の実施の形態において、図４（ａ）〜（ｃ）に示す
ように４枚のブレード８と下部ブレード14とを挿脱自在
に構成したことにある。その他の部分は図１と同様なの
で、図４中、図１と同一部分には同一符号を付して重複
する部分の説明は省略する。

【００３７】すなわち、本実施の形態は図４（ｂ），
（ｃ）において、下部ブレード14の上端全面に対し凸部
15を設け、４枚のブレード８の下端全面に対し凹部16を
設け、これらの凸部15と凹部16を噛み合わせて、４枚の
ブレード８の制御棒の中心軸から見て回転することに対
し固定している。

【００３８】つぎに図５（ａ）〜（ｃ）により本発明の
制御棒の第５の実施の形態を説明する。本実施の形態は
第４の実施の形態と同様に、ハンドル９の下端全面に対
し凸部17を設けるとともに、４枚のブレード８の上端全
面に対し凹部18を設け、ハンドル凸部17とブレード上端
凹部18を噛み合わせて、４枚のブレード８を制御棒の中
心軸から見て回転することに対し固定している。

【００３９】つぎに図６（ａ）〜（ｂ）により本発明の
制御棒の第６の実施の形態を説明する。本実施の形態は
図６（ａ），（ｂ）に示したようにタイロッド19に縦方
向の切り欠き溝20を設け、その切り欠き溝20の下端に穴
21を設ける。ブレード８には、タイロッド19の切り欠き
溝20と一致するような凸部22を設け、その下端にタイロ
ッド19の切り欠き下端に設けた穴21に嵌め合うためのピ
ン23を設けている。

【００４０】組立時にはこの切り欠き溝20と凸部22が噛
み合うことでブレード８の制御棒の中心軸から見て回転
することに対し固定し、穴21とピン23の嵌め合いによっ
て、ブレード８を制御棒の中心軸から見て半径方向に固
定している。

【００４１】つぎに図７（ａ）〜（ｂ）により本発明の
制御棒の第７の実施の形態を説明する。本実施の形態は
円板状タイロッド19を縦方向に２分割し、その分割面に
それぞれ横断面が鳩尾状の細長い凹部24と細長い凸部25
を設け、これらの凹部24と凸部25が縦方向に挿入して嵌
め合わせを一体化できるように構成したことにある。本
実施の形態によれば、組立時には、この凹部24と凸部25
が噛み合うことで４枚のブレード８はタイロッド19に水
平方向に固定される。

【００４２】図８は第８の実施の形態を示しており、第
１の実施の形態における４枚のブレード８の下端部から
外辺部28が下方に伸びている。これにより、制御棒が全
挿入された状態でも外辺部28は十字型制御棒案内管29の
上端に引っ掛かる。そのため、燃料集合体およびブレー
ドガイドがない状態で原子炉圧力容器内に完全に挿入さ
れた制御棒に倒れや回転が発生した場合、十字型制御棒
案内管29の内壁面と制御棒の外辺部28が干渉するため、
過度の回転や倒れを生ずることはない。

【００４３】しかして、本実施の形態によれば、質量を
軽減した制御棒であっても、十字溝に対する復旧性を確
保し、かつ制御棒の倒れ量を拘束することができる。な
お、図８中、符号26は燃料有効長，27は制御棒有効長で
あり、他の部分は図１と同様である。

【００４４】図９は第９の実施の形態を示しており、図
１に示すブレード８に延長ブレード30を設けたことにあ
る。すなわち、延長ブレード30は図４に示したものと同
じものを使用し、ベースブレード31のタイロッド19の側
面には図６でブレード８に設けたものと同じ凸部17とピ
ン23を、ブレード８の端面には図４でブレード８と下部
ブレード14に設けたものと同じ凹部16と図６に示すピン
穴21を設ける。

【００４５】本実施の形態によれば、組立時にはベース
ブレード31の翼端側に延長ブレード30を継続すること
で、図１の例に示した大型の制御棒の２倍の大きさの制
御棒を原子炉圧力容器内に使用することができる。な
お、ベースブレード31を複数用いることにより、さらに
大型の制御棒を構成することもできる。

【００４６】図10は第10の実施の形態を示しており、ブ
レード32を上下対称な形状に構成したことにある。本実
施の形態によれば、上下対称ブレード32は上下を逆転し
て設置できる。一般に制御棒に対する照射量はブレード
の上部と外縁部が多いため、この部位の核的寿命が制御
棒の核的寿命となる。

【００４７】しかし本実施の形態によれば、ある程度照
射された時点でブレード32を逆転して再装荷することに
より、核的寿命の厳しい上部外縁部を上下２箇所で受け
持つことが可能となるため、中性子吸収材をより有効に
活用できる。なお、左右対称または上下・左右対称な形
状のブレードを構成することによっても中性子吸収材を
有効に使用することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、制御棒を構成する４枚
のブレードを全てタイロッドと原子炉圧力容器内で分解
したり、組立てることが容易にできるため、制御棒交換
時には原子炉圧力容器内でタイロッドと４枚のブレード
に分解し、そのブレードを１枚ずつ上部格子板の格子枠
内を通過させることで、制御棒の交換作業を行うことが
できる。

【００４９】また、上部格子板の格子枠内よりも大型の
制御棒を折り畳んだり、伸縮させることにより炉心内に
容易に装荷することができるため、原子炉の大型化や、
出力の増大化に対処することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御棒の第１の実施の形態を示す
立面図。

【図２】（ａ）は本発明に係る制御棒の第２の実施の形
態を示す立面図、（ｂ）は（ａ）のブレードの要部を拡
大して示す斜視図。

【図３】（ａ）は本発明に係る制御棒の第３の実施の形
態を示す立面図、（ｂ）は（ａ）のブレードの要部を拡
大して示す斜視図。

【図４】（ａ）は本発明に係る制御棒の第４の実施の形
態を示す立面図、（ｂ）は（ａ）におけるブレードの嵌
め合い部を示す斜視図、（ｃ）は（ａ）の正面図。

【図５】（ａ）は本発明に係る制御棒の第５の実施の形
態を示す立面図、（ｂ）は（ａ）におけるハンドルの嵌
め合い部を示す正面図、（ｃ）は（ａ）の斜視図。

【図６】（ａ）は本発明に係る制御棒の第６の実施の形
態の要部を示す上面図、（ｂ）は（ａ）の立面図。

【図７】（ａ）は本発明に係る制御棒の第７の実施の形
態の要部を示す上面図、（ｂ）は（ａ）の分解図。

【図８】（ａ）は本発明に係る制御棒の第８の実施の形
態を示す立面図、（ｂ）は（ａ）の上面図。

【図９】本発明に係る制御棒の第９の実施の形態を示す
立面図。

【図１０】本発明に係る制御棒の第10の実施の形態を示
す立面図。

【図１１】（ａ）は従来の制御棒を説明するための制御
棒関連機器の位置関係を示す立面図、（ｂ）は（ａ）に
おいて上部格子板内の制御棒と燃料集合体の位置関係を
示す上面図。

【符号の説明】

１…制御棒、２…制御棒駆動機構、３…上部格子板、４
…炉心支持板、５…制御棒案内管、６…燃料支持金具、
７…燃料集合体、８…取外し式ブレード、９…ハンド
ル、10…ハンドル締付具、11…フレーム、12…折り畳み
式ブレード、13…伸縮式ブレード、14…下部ブレード、
15…下部ブレード凸部、16…ブレード下端凹部、17…ハ
ンドル凸部、18…ブレード上端凹部、19…タイロッド、
20…タイロッド切り欠き溝、21…ピン穴、22…ブレード
凸部、23…ピン、24…タイロッド断面凹部、25…タイロ
ッド断面凸部、26…燃料有効長、27…制御棒有効長、28
…外辺部、29…十字型制御棒案内管、30…延長ブレー
ド、31…ベースブレード、32…上下対称ブレード、33…
原子炉圧力容器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タイロッドを中心軸として、このタイロ
ッドに中性子吸収材を内蔵した４枚のブレードが着脱自
在に取付けられ、かつ前記４枚のブレード上にベースブ
レードを介してハンドルが着脱自在に取付けられ、前記
４枚のブレード下に下部ブレードを介してフレームが着
脱自在に取付けられてなることを特徴とする制御棒。
【請求項２】前記４枚のブレードはそれぞれ軸方向と
直角方向に折り畳み自在になるヒンジ機構を有すること
を特徴とする請求項１記載の制御棒。
【請求項３】前記４枚のブレードはそれぞれ軸方向と
直角方向に伸縮する伸縮機構を有することを特徴とする
請求項１記載の制御棒。
【請求項４】前記下部ブレード上端と前記４枚のブレ
ードの下端、または前記４枚のブレード上端と前記ハン
ドル下端、あるいは前記４枚のブレードと前記タイロッ
ドの接続部にブレード固定機構を有することを特徴とす
る請求項１記載の制御棒。
【請求項５】前記タイロッドが縦方向に分割可能でか
つ前記タイロッドの断面に固定機構を有することを特徴
とする請求項１記載の制御棒。
【請求項６】前記４枚のブレードを上下から締め付け
る機構を有することを特徴とする請求項１記載の制御
棒。