JPS60214293A - 原子炉で使用する棒組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、概して原子炉に関し、特に原子炉燃料集合
体と共に用いらルる棒組体に関するものである。

はとんどの原子炉において、その炉心部は、燃料集合体
と呼ばれる骨格構造に集めらｎて支持さした多数の長い
燃料棒からなっておシ、その燃料集合体は、横方向に伸
びた上部及び下部炉心支持板によシ支持および整列さ註
ている。

従来の燃料集合体においては、燃料棒および制御棒案内
シンプルは、燃料集合体に沿って隔置さ６て案内シンプ
ルに取りイ」けらｆ”Ｌ　ｆｔグリッドによって、組織
化した整列状態で保持さしている。燃料集合体の両端に
おける上部および下部ノズルは案内シンプルに固定され
ている。一般に、多くの原子炉では、水などの液体冷却
材が、下部炉心支持板にある穴を介して上方に供給され
、多数の燃料集合体に沿って流しそこから熱エネルギー
を受けとる。

炉心内の反応度を制呻する一つの方法は、通常制御棒と
いわノする中性子吸収要素を、炉心領域内Ｖζ吋し出し
入れすることである。燃料集合体と共同して制御棒を用
いる一つの構造は、スバ・ｆダ集合体によって上端が支
持された制御棒の固定整列を示した米国特許第ｑ、３ユ
６．ｑ／９　分明１ｉｔｌｌ書に開示さし−Ｃいる。こ
のスパイダ集合体は、案内シングル内の制御棒を昇降駆
動（ステッピング動作と言う）する制御棒駆動機構に接
続されている。このような配列で用いら扛る制呻棒の代
表的な構造は、長い金属管、即ち中性子吸収物質を含み
両端部が端栓で封止された被覆の形９ｆしている。通常
、中性子吸収物質は、ぺｔノットの積重体と上部端栓と
の間に空間（スペース）を残すブ乙めに、被覆管の長さ
の一部にきつちυと積み重なって詰められたセラミック
ベレットの形態となっている。この空間は、運転中に発
生する気体を受けるためのプレナム室として役立つ。ペ
レットの積重体を固く詰め込んで保持するために、通常
ペレットの積重体は、プレナム室内に設けらｆ′Ｌ積重
体の最上部ペレットを直接押圧する圧力即ちコイルバネ
によるバネ荷重を受けている。このことは、ペレットの
崩壊を起こし得るような高応力接触領域なベレット上に
生じさせ、これによりペレットの有用性を破壊し、結局
制御棒の有効性を劣化する。

このような状態は、制＠棒が相当の衝撃金堂ける、いわ
ゆるスクラム動作の間に特に起とシ易い。更に、気体の
内圧上昇による被覆の破断を防ぐため、プレナム室の設
計容積は、所定の安全圧力レベルを越えずに気体を収容
するに十分な大きさにしなけｎばならない。しかし、正
しい設計容積を見つけることは、゛まず初めに、全ての
運転状態において発生気体がどんな圧力レベルに達する
のかに関し正確な決定を行なうことを必要とし、そｇは
多くの異なる吸収物質およびそＪｔらの複合組合せが用
いられるため非常（Ｃ達成し難い仕事である。制御棒に
関して述ベブ乙のと同様の諸問題は、中性子反応性ペレ
ットが中性子吸収物質ではなく核燃料からなることを除
けば′Ａ＋！Ｉ御棒と同様構成の核燃料棒に関しても起
とシ得る。

この発明は、上記諸問題を生じることのない、改良しブ
こ棒組ケ体全提洪することを主な目的としたものである
。

従つ−ここの発明は、両端全刺止する端栓を有する管状
被慌部材全備え、該被覆部材内には、前記端栓の一方に
よって一端で支持される中性子反応ト１ヨペレットの積
重体と、該ペレットの積重体金前記端栓の一方に押し付
は積重体の健全性を維持する加圧バネとが配設さｎてい
る、原子炉で使用する棒組立体において、前記管状被挺
部材は更に、前記ペレットの積重体の他端と！ｉＪ記端
栓の他方との間に該他方の端栓から隔置さｎた関係で位
置決めさルるバネ座形成手段を含んでいて、ペレットの
積重体とバネ座形成手段との間のスペースがプレナム室
を画成し、バネ座形成手段と前記他方の端栓との間のス
ペースが前記プレナム室に対しガスが流れる状態で連通
ずる補助室を画成しており、また、前記ペレットの積重
体の他端との衝合状態に前記プレナム室内に配設された
摺動可能なパイ・荷重分配部材を含んでおシ、前記加圧
バネが前記バネ座形成手段とバネ荷重分配部材との間（
Ｃ圧縮状態で保持され、前記バネ荷重分配部材が前記ペ
レットの積重体から放出される気体を前記プレナム室に
導くようになっていることを特徴とするものである。

加圧バネとペレットの積重体との間にバネ荷重分配部材
を用いた上記配列により、バネ力は積重体の端にあるペ
レットの端面に等しく分配さｎ１結局、ペレットの崩壊
につながる高応力接触領域はなくなる。更に、プレナム
室と通気連絡する補助室を付加したことは、実質的に収
容気仕置が増えて、被覆管の破断する危険を無くす。好
ましくは、管状被覆部材は、その中に、該被覆部材の隣
接側壁に対し補強関係となるように、前記他方の端栓か
ら少なくとも補助室の長さだけ伸びた管状挿入物を配設
さしている方が良い。バネ座形成手段は、バネ荷重分配
部材と同様に、気体通路を有する円盤状部材でもよい。

このような円盤状構成は、加圧バネの両端全適当な形お
よび位置に保つようにする。

以下添１づ図面により、この発明の好適な実施例につい
て説明する。

第７図、第２図において、同様又ｔま対応部分は同符号
で示す。そして、６前へ′”、”後方ヘフ゛°左°゛、
１右゛′、゛°上方に“、゛下方に“などのような用語
は、限定的用語として解釈さｎるべきではない便宜、ヒ
の単語として用いられている０ 図面について言うと、特に第１図には、通常符号１０で
示さｎる燃料集合体と、燃料集合体１０の上方にそれを
横切るように伸びて配設さｎだ上部炉心支持板／２と、
一本のみが／Ｓでされた制御棒の固定整列全支持するス
パイダ集合体／グとの全体組合せ（インターフェイス）
が示されている。

燃料集合体／θは基本的に、原子炉炉心（図示せず）内
の下部炉心板（図示せず）上に該燃料集合体を支持する
ための、下端部構造即ち下部ノズル／６と、下部ノズル
／６から上方長手方向に突出した多数の長い案内管即ち
シンプル／ｇと、シンプル／１ｉ′に沿って軸方向に隔
置された複数の横方向グリッドコ０と、グリッド２０に
支持されかつグリッドにより横方向に隔置さルた長い燃
料棒、２２の組織化された列と、燃料集合体の中央に位
置した計装管２ケと、案内シンプル／Ａ’の上端に取り
付けられ、集合体諸部品を損傷することな〈従来通９に
取り扱い可能な組立集合体を構成する上端部構造即ち上
部ノズルコロとからなっている。燃料集合体１０は一般
にこの発明の部分を構成しておらず、ここでは単に図解
する目的で示しているので、これ以上の詳細な説明は不
要である。

上部炉心支持板／２は、図示した燃料集合体／θの頂部
を横切って伸びており、更に炉心内に整列さｎた他の燃
料集合体（図示せず）の頂部をも横切って伸びている。

支持板／、２は従来通りのものであるから、次のことを
述べるだけで十分である。即ち、支持板１２は、流路コ
ｇのような、炉心を介して上方に冷却材を通せるように
した多数の流通孔を有しておシ、これらの流路のうち少
なくともいくつかは案内シンプル／ｇに対し軸方向に整
列しており、制御棒１５が支持板／２内の各流路２ｇｆ
介して燃料集合体１０の案内シンプルに挿入できるよう
になっている。

スパイダ集合体／グ番ま、これに接続さした制御棒／Ｓ
の上端部を有しており、従来の駆動機、溝（図示せず）
により案内シンプル１ｇ内で行なわれる垂直運動が可能
となるように制御棒を支持する。スパイダ集合体／ダも
同様に、それ自体はこの発明の部分を構成していないの
で、ここではこれ−以上の説明はしない。しかし、スバ
・ｆダ集合体／４’が、ここでは炉心支持板／λの上に
配置さ几、制御棒１５が案内シンプル７ｇ内に完全に挿
入されたとき支持板１２上で静止するようになっている
が、いくつかの周知の配列として、炉心支持板／コの底
部と燃料集合体の頂部との間に位置されることも知って
おくべきである。

以下、特に第一図により、この発明を具体化した、端栓
３λ、３ダにより両端部を封止された、長い比較的に薄
肉の金属被覆即ち管３０を有する制御棒組立体／！ｒに
ついて詳細に説明する。上部端栓３コは、制御棒組立仕
分スパイダ集合体／ｌＩに螺合するための外ねじ端部３
６を有して上方に伸びた茎部を一体的に有している。

下部端栓３ｔは円錐形をしている。

管３０内には、摺動自在かつ下部端栓３’ｌ上に支持さ
ルた、炭化ホウ素、タンクル、銀インジウムとカドミウ
ムとを結合したもの、又は他の多くの周知物質の一つ等
のよう（（、大きい中性子吸収断面積を有する適当な物
質からなる中性子吸収ベレットＪｇの積重体が配設され
ている。最上部のベレット３ｇの上面には、管３０内で
摺動自在に、好ましくは円盤形状をなし貫通した軸方向
穴１１２ｆ有する負荷又は荷重分配スペーサグ０が支持
さ註ている。円盤状スペーサク０の上方に軸方向に間隔
をおいて、かつ管３０内νこ摺動自在に、円盤形状およ
び軸方向穴１６を好ましく有した同様な負荷分配スペー
サクグカ設ケらｎて１ハる。コイルバイ・りｇは、スペ
ーサリ０とググとの間に圧縮状態で介挿さ汎、そｎらス
ペーサ間を離間関係に維持する。スペーサｔ／−グ１ハ
、ペレッ）　３　ｇ　、つＥその（虚能遂行時の中性子
吸収ＶＣつれて発生する気体を収容するためのプレナム
室５０をスペーサ間に形成するように仕切っている。

好適な実施例においては、管状挿入物５２を構成する手
段６″、上部端栓３コと上部スペーサククとの間にかつ
双方に対し当接し介挿さｎている。管状挿入物ｓ２は補
助室５弘を仕切っておυ、外圧により起こる破断崩壊に
対し管３０の上端部を相対的に強固に補強している。更
に、管状挿入物５２は、コイルバイ：ｌＩｇが圧縮状態
を維持するのに適するように、スペーサｙｏに対して適
正な間隔にスペーサダｑを保持するのに十分な軸方向長
さを有している。

以上のことから、中性子吸収ベレット３ｇによシ発生す
る気体が、スペーサｌｌｏの軸方向穴り２を介してプレ
ナム室５０に流れ込み、プレナム室ＳＯ内で広がった気
体はそこからスペーサｙｌＩＯ軸方向穴弘６を介して補
助室５ｑに流れ込むということが理解さｒる。こうして
、気体を占有する大きな空間を持つことから、制御棒内
の気体圧力が破裂の危険を有する値壕で到達することは
永久に起こり得ない。更に、スペーサｌＩｏおよびｑｑ
、はバネ／１．ｇの力を分配するように作用するので、
ペレソｌ−３ｇ　ｆｆ：損（ｕ　ｌ〜易い高接触応力は
存在しない。

特にここでは、この発明を制御棒について記載したが、
核燃料棒に対しても同様に適用できることは理解さ川る
だろう。

【図面の簡単な説明】

第２図は、明確化のため一部を取除いて垂直方向全短縮
した燃料集合体金示す一部断面正面図、第β図はこの発
明と具体化した制御棒を示す拡大垂直ｌｅｉ面図である
。 図中、／Ｑは燃料集合体、１５は制御棒（棒組立体）、
ノコは燃料棒（棒組立体）、３０は管（管状被覆部拐）
、３ユ、３μは端栓、３ｇはペレット、／１Ｏ２ｌＩ４
ｔはスペーサ（バネ荷重分配部材、バネ座形成手段）、
グざは加圧ノくイ・、Ｓｏはプレナム室、Ｓヶは補助室
である。 Ｆｉｇ、　／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 両端を封止する端栓を有する管状被覆部材を備え、該被
   覆部材内には、前記端栓の一方によって一端で支持さル
   る中性子反応性ペレットの積重体と、該ペレットの積重
   体を前記端栓の一方に押し付は積重体の健全性を維持す
   る加圧バ洋とが配設されている、原子炉で使用する棒組
   Ｉ″乙体訃いて、前記管状被覆部材は更に、前記ペレッ
   トの積重体の他端と前記端栓の他方との間に該他方の端
   栓から隔置さルた関係で位置決めさ扛るバネ座形成手段
   を含んでいて、ペレットの積重体とバネ座形成手段との
   間のスペースがプレナム室を画成し、バネ座形成手段と
   前記能力の端栓との間のスペースが前記プレナム室ＶＣ
   対しガスが流汎る状態で連通ずる補助室を画成し７てｐ
   シ、また、前記ペレットの積重体の他端よのイ萌・汀状
   態に前記プレナム室内に配設さｎた摺動可能なバネ荷重
   分配部材を含んでおり、前記加圧バネが前記バネ座形成
   手段とバネ荷重分配部材との間に圧縮状態で保持さ汎、
   前記バネ荷重′分配部材が前記ペレットの積重体から放
   出される気体を前記プレナム室に導くようになっている
   ことを特徴とする、原子炉で使用する棒組立体。