JPS60225089A - 制御棒支持用スパイダ組立体 - 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】 棒．殊に水排除棒の列を原子炉内で垂直運＠　ｎＪ能な
ように支持するための改良されたスパイダ組立体に関す
るものである。

殆どの原子炉においては，炉心部分は，燃料集合体と称
される．骨格構造に群別されて支持された多数の細長い
燃料要素もしくは燃料棒を備えている。燃料集合体は，
一般に細長く．そして横方向に延在する上部および下部
の炉心支持板からの支持を受けて整列されている。慣用
の構造のこのような燃料集合体は，該燃料集合体の長さ
方向に沿って離間して設けられた格子により．組織化さ
れた配列として保持されている複数の燃料棒と中空の制
御棒案内シンプルとを備えており．該格子は案内シンプ
ルに取付けられている。燃料集合体の両端に設けられる
」二部ノズルおよび下部ノズルは．案内ノンプルに固定
されて、それにより一体の燃料集合体が形成される。一
般に、殆どの原子炉においては。

水のような液相冷却材が下部炉心支持板に形成されてい
る孔を介し燃料集合体に沿って上向きに通されて、燃料
集合体から熱エネルギを受けるようになっている。

炉心内の反応度を制御する７つの方法においては、炉心
領域に出し入れされ、一般に炭化ホウ素、タンタル、銀
−インジウムおよびカドミウムの組合せ等、当該技術分
野で知られているような高中性子吸収断面積を有する物
質から構成され、一般に「制御棒」と称される中性子吸
収要素もしくは棒が使用されている。

燃料集合体と関連して制御棒を使用する７つの一般的な
構造が、米国特許第Ｑ、？、２＆？／９号明細書に開示
されている。この構造によれば、制御棒は、スパイダ組
立体により上端部で支持されており、一方、該スパイダ
組立体は燃料集合体の中空案内シンプル内で制御棒を垂
直方向に上昇および下降する（歩進動作と称する）ため
の制御棒駆動機構に接続されている。このスパイダ組立
体は、中央のハブもしくはボスの周りに周辺方向に離間
して支持された複数個の半径方向に延びる羽根を備えて
いる。これらの羽根は、扁平な金属板であって、縁を上
にして配置されて、各板の上側の縁は羽根の外側の終端
から中央ハブに向かい内向きに且つ上向きにテーパが付
けられている。各羽根はビーナツツの形状に類似した形
状を有しており１羽根をハブに取付けることを可能にす
るようにハブの軸方向に充分に長い内端もしくは内側縁
が設けられている。羽根°には１円筒状の制御棒接続フ
ィンガが取付けられており１羽根のうちの幾つかのもの
は該羽根と関連して１つの接続フィンガを有し、そして
他の羽根は２つの接続フィンガを有している。中央のハ
ブに最も近いフィンガは。

該ハブから離間しているフィンガよりも上方の高さ位置
にある。これは、ビーナツツ形状の羽根が使用され、し
かも羽根が中央ハブに異なった軸方向高さ位置で取付け
られるこ吉によるものである。高い位置まで延びている
内側のフィンガは、スパイダ組立体を原子炉の上部構造
体に上昇する際に該スパイダ組立体を整列するのを助け
る。羽根およびフィンガは、別個の構成。

要素として製作されて、しかる後に溶接し合わされて羽
根−フィンガのサブユニットを形成する。次いで１羽根
−フインガサブユニットは中央ハブに溶接されて一体ユ
ニットが形成される。

明らかなように、このスパイダ組立体を造るには、幾つ
かの製造工程もしくはステップおよび溶接作業を実施し
なければならない。加えるに。

各溶接部を点検して１歩進動作中に生ずる種々なモーメ
ント力ならびに制御棒の荷重を支えることができる良好
で正常な溶接であることを確認しなければならない。

炉心反応度を制御する別の方法によれば、中性子エネル
ギスペクトルおよび燃料利用度を変える目的で炉心の水
（減速材）のインベントリを変える方式がある（減速材
制御方式）。当該技術分野で周知のように、水のインベ
ントリを変えるのに幾つかの仕方があるが、そのうちの
１つの方法によれば、燃料集合体の中空案内ンンブルの
両端が栓塞される。しかしながら、より一般的な方法と
しては、案内シンプル内に挿入される水排除棒を使用し
、それによって案内シンプル内の水を排除し、以って関
連の燃料集合体内の水の容積を変えて燃料の反応度を制
御することが行なわれている。一般に、所与の燃料集合
体と関連の水排除棒は、燃料集合体の上部ノズル上のス
パイダ組立体により固定の配列で上端部で支持されてい
る。通常の制御棒の場合と同様に、水排除棒を動かして
案内シンプルに対し出し入れすることは知られているが
、しかしながら、一旦、水排除棒を案内ンンブル内に挿
入すると、水排除棒は７年余にも及ぶような比較的長い
期間案内シンプル内に留まり１次の燃料交換作業で始め
て取除かれるのが通例である。このように装入および爾
後の取出しが頻繁には行なわれないことから、水排除棒
のためのスパイダ組立体は１通常の制御棒のためのスパ
イダ組立体とは異なり、定常的なベースで動かされたり
あるいはこの様な運動または上述の歩進動作から生ずる
荷重やモーメント力１こ耐えるように構造上設計されて
はいない。

最近、原子炉の設計技術者は、可動の水排除棒に関心を
示しており、特に、このような棒を運動可能に支持する
ためのスパイダ組立体を設けることに関心を示している
。特に望ましいのは、１つの所与の燃料集合体と関連の
水排除棒だけではなく隣接の燃料集合体と関連の水排除
棒をも支持するように適応されたスパイダ組立体であろ
う。米国特許第４！、７．２＆？／９号明細書に記述さ
れているような通常の制御棒と関連して用いられる型の
スパイダ組立体の使用について考察してみたが、この組
立体の構造の堅牢性は。

付加的な隣接の燃料集合体の水排除棒の支持を除外して
も１本発明が対象とする燃料集合体と関連して用いられ
る大きな水排除棒を高い信頼性で充分に支持し得るとは
考えられない。

本発明の主たる目的は、関連のスパイダ組立体を有する
燃料集合体ならびにそれに隣接する燃料集合体内の通常
の可動制御棒ならびに水排除棒を同時に支持するのに適
した改良されたスパイダ組立体を提供することにある。

したがって１本発明によれば、互いに近接離間関係で原
子炉内に配置された複数の燃料集合体を有する原子炉内
で制御棒を垂直方向に運動可能なように支持するため、
該制御棒に接続するためのフィンガを備えた半径方向の
羽根を有するハブを含んでいるスパイダ組立体において
。

上記半径方向の羽根は、上記フィンガのうちの幾つかの
フィンガが配置されている一群の真直な羽根と、残りの
フィンガが配置されている７字形の棒を備えた一群の丁
字形棒羽根を含み。

上記真直な羽根は、関連のスパイダ組立体を有する１つ
の燃料集合体内の制御棒に接続される位置にフィンガを
有し、Ｔ字形棒羽根は上記１つの燃料集合体内の他の制
御棒に接続されるように配置された幾つかのフィンガを
有するき共　′に上記７つの燃料集合体に隣接する燃料
集合体内の制御棒に接続されるように配設された残りの
フィンガを有していることを特徴とするものである。

好ましい実施態様として、スパイダ組立体Φ構造上の強
度剛性を最大限に確保するために。

真直な羽根およびＴ字形棒羽根の各々は、それに設けら
れる各フィンガと共に、モノリシックな単一体構造で形
成さ、れ、ハブに固定される継目のないサブユニットが
構成される。モノリシック構造の丁字形棒羽根の現在の
ところ好ましい製作方法は鋳造によるものであるが、真
直な羽根は鋳造ならびに適当な原材料からのスェージン
グのような成形加工により形成するこさができるが、後
者の方法の方が、所要の費用が軽減されることおよび時
間的観点から好ましいと考えられる。また、各群の羽根
、即ち１つの群の真直な羽根および他の群のＴ字形棒羽
根は９００ずつ離間配設し、そして真直な羽根およびＴ
字形棒羽根は互いに交番する順序でハブの周りに周辺方
向に離間して設けるのが好ましい。

歩進動作中化ずるモーメント力に耐えるスパイダ組立体
の能力を最大限に実現するために。

真直な羽根および丁字形棒羽根の各々はビーナツツ形状
ではなく実質的に一定の軸方向高さを有するようにし、
そして全ての羽根を実質的に同じ軸方向高さ位置で中央
ハブに取付けるのが好ましい。このように全ての羽根を
実質的に同じ軸方向高さで中央ハブに取付けるようにす
れば、スパイダ組立体の製作も簡単になり、さらには、
原子炉の上部構造体とスパイダ組立体との整列を容易に
する目的で１羽根の内側のフィンガを外側のフィンガを
越えて上方に延長することが可能となる。

次に、単なる例として添付図面を参照し本発明の好まし
い実施例について説明する。

以下の説明において、同じ参照文字は全図面を通し同じ
または対応の部分を指すものであり。

そして「前方」、「後方」、「左」、「右」、「上向き
」、「下向き」その他類似の術語は、説明の便宜上用い
た表現であって限定的な意味に解釈されてはならない。

図面、特に第１図を参照するに、この図には。

燃料集合体（中央の燃料集合体は参照数字ｉ。

で総括的に示されており、そして破線で示した他の燃料
集合体はＩＯＡおよび１０Ｂで示されている）と、これ
ら燃料集合体の頂部の上方に配置されて該頂部を横切っ
て延ひる上部炉心支持板と、参照数字／ｑで総括的に示
した本発明を具現するスパイダ組立体の全体的な組合せ
（インターフェース）が示されている。

燃料集合体１０．ＩＯＡおよび１０Ｂは同じ構造である
。全ての燃料集合体の代表例として燃料集合体１０につ
いて述べるさ、燃料集合体は。

基本的に、原子炉の炉心領域内で下部炉心板（図示せず
）上に燃料集合体を支持するための下端部構造もしくは
下部ノズル／乙と、下部ノズル／６から縦軸方向上向き
に突出する多数の案内管もしくはシンプル／ｇｔ５、該
案内シンプル／ｇに沿い軸方向に離間して設けられた複
数の横断格子２０と、該格子２０により支持され横断方
向に離間して設けられた細長い燃料棒ｊ、２の組織化さ
れた配列と、燃料集合体の中心部に配設された計装管Ｊ
’％と、案内シンプル７ｇの上端部に取付けられて該案
内シンプルと共に。

集合体構成要素を損傷することなく適宜取扱うことがで
きる一体の集合体を形成する上部構造もしくは上部ノズ
ル、２６とを含む。集合体１０のような燃料集合体は、
本発明自体を構成するものではなく、シたがってこれ以
上詳述する必要はないであろう。

慣用のものとすることができる上部炉心支持板／、２は
、炉心内に配設された燃料集合体１０の頂部ならびに参
照数字ノＯＡおよび／θＢで示すような他の燃料集合体
の頂部を横切って延在する。この炉心板７．２は、冷却
材が炉心を介して上向きに通流することができるように
するために多数の通流開口もしくは通路、２ｇ（但し第
１図には１つの通路しか示されていない）を有する。こ
れら開口もしくは通路の少なくさも幾つかのものは、水
排除棒３０を、炉心板通路を介して下向きに、燃料集合
体１０．ＩＯＡ　および１０Ｂの各関連の案内シンプル
内に挿入することができるように案内シンフル／ｇと軸
方向に整列されている。

水排除棒３θの上端には、慣用の駆動機構（図示せず）
により案内シンプル１ｇ内で垂直運動が可能なように水
排除棒を支持するスパイダ組立体／ダが連結されている
。なお、該スパイダ組立体は、第１図に、炉心板１２の
上方に位置するものとして示されており、水排除棒３０
を完全に案内シンプル７Ｓ内に挿入した時には該スパイ
ダ組立体は炉心板／２上に載置されるが、しかしながら
、本発明を具現するスパイダ組立体／ダと関連し、該組
立体／＋が炉心板の底面と燃料集合体の頂部との間に位
置するような他の構造もしくは配列をスパイダ組立体／
グと関連して採用することができよう。

次に図面中、第一図、第３図および第り図を参照するに
、スパイダ組立体／グは基本的に。

中央のハブ３２と、該ハブＪ２から半径方向外向きに延
ひ水排除棒に接続するためのフィンガ３６を備えた第１
群の羽根３／Ｉと、ハブから半径方向外向きに延び水排
除棒に接続するためのフィンガ’７２を有する７字形の
棒ｙｏを備えた第２群の羽根Ｊｇとを備える。第１群の
羽根３ｐ（真直な羽根と称する）上のフィンガ３６なら
びに第２群の羽根、３ｇ（Ｔ字形棒羽根と称する）上の
フィンガｌ１２は実質的に同じ構造である。第２図に最
も明瞭に示しであるように。

真直な羽根３ダのフィンガ３６は燃料集合体１０と関連
の水排除棒に接続するためのものであり、他方Ｔ字形棒
羽根３ｇのフィンガ１１．２のうちの幾つかのフィンガ
は燃料集合体／θと関連の水排除棒に接続するためのも
のであり、他方、残りのフィンガ’７２は、隣接の燃料
集合体１０ｈ、１０Ｂ、／ＱＣおよび１０Ｄに関連の水
排除棒と接続するためのものである。

中央のハブ３２は上側ネック部（頚部）１４７（第３図
参照）を有する細長い円筒状の管の形態にするのが好ま
しい。そして該ネック部ｐｚには、スパイダ組立体に連
結された水排除棒と共に該スパイダ組立体を上昇および
下降（歩進）するために原子炉で用いられる駆動機構（
図示せず）に連結するための内ねじが形成されている。

中空のハブ３．２は、慣用の荷重吸収機構（図示せず）
を収容するように適応されている。

該荷重吸収機構は、ハブの上端および下端の間で部分的
に圧縮された状態で保持されたコイルばねから構成する
ことができ、スパイダ組立体／ｑを炉心板上に降下する
際に衝撃荷重を阻止する働きをなす。管状のハブ３２に
は、該ハブを中心に、周辺方向に離間して軸方向に延び
る複数の細長い窪みもしくはスロットダ６が形成されて
いる。これらスロットダ６は全て同じ棒方向高さ位置に
あるのが好ましく、これらスロットは管状ハブの壁全体
に亘り延在せず、小さい穴ｑｇを介して該ハブの内部空
間と連通ずるのが好ましい。

第一図に示しであるように、本発明の好ましい実施例に
おいては、交互する順序でハブ３２の周りに、周辺方向
に離間して１つの真直な羽根、７４（およびｑつの丁字
形拌羽根３ｇが取付けられており、真直な羽根Ｊ４１は
、実質的に９０゜ずつ角度的に離間され、そしてＴ字形
棒羽根３ｇは実質的に９００ずつ角度的に離間されてい
る。丁字形拌羽根３ｇの半径方向の寸法は真直な羽根３
ｔＩの半径方向の寸法よりも長く、したがってＴ字形棒
羽根は、スパイダ組立体と関連の燃料集合体（／θ）の
外側の境界を越えて、それに隣接する燃料集合体（ＩＯ
Ａ、／θＢ、／ＱＣおよび／（１）Ｄ）上方に部分的に
重なる関係になっている。真直な羽根３夕は燃料集合体
１０の上方だけに位置する。各丁字形拌羽根３ｇは一つ
の７字形の棒ｙｏを有している。即ち羽根の末端に配置
された外側丁字形棒と、該外側Ｔ字形神およびハブ３２
間に離間して設けられた内側丁字形棒である。各Ｔ字形
棒羽根３ｇの外側の丁字形棒は隣接の燃料集合体上方に
位置し、他方、内側の丁字形棒は中央の燃料集合体、即
ちスパイダ組立体と関連の燃料集合体１０の上方に位置
する。各Ｔ字形棒羽根３８のＴ字形棒グ０は、互いに平
行に延在すると共にＴ字形棒羽根の縦軸線または半径方
向軸線に対し垂直に延びるようにするのが好ましい。

同様にして、第２図に示すように、各真直な羽根３ｑは
λつのフィン力３Ａを有しており、そのうちの一方（外
側のフィンガ）は、羽根の外端もしくは末端に設けられ
、他方のフィン力（内側のフィンガ）は外側のフィンガ
とハブ３．２との間に配設されている。外側のフィンガ
と内側のフィンガとの間ならびに内側のフィンガとハブ
との間の羽根部分は、扁平な直線状の棒の形態にあり、
他方、各フィンガはドーム形状の上端部を有する細長い
円筒の形態にある。

各フィンガ３６の直径は、内側のフィンガおよび外側の
フィンガ間の羽根部分の横断厚さよりも大きくし、そし
て内側および外側フィン力３６の縦軸線は互いに且つま
たハブ３コの縦軸線と平行となるようにすると共に、各
羽根の内側および外側フィンガの縦軸線はハブの縦軸線
と同じ平面内に在るようにするのが好ましい。

第３図に見られるように、各真直な羽根３ｑの内側のフ
ィン力と外側のフィン力との間の羽根部分は、内側の羽
根とハブとの間の羽根部分と同様に矩形であるが、しか
しながら内側のフィンガとハブとの間の羽根部分にはそ
の内端に隣接してそれぞれ上側のクブＳ２および下側の
クブＳｔｔが設けられている。各羽根の矩形の羽根部分
は、そのフィンガを堅固に相互接続し、該フィンガを互
いに且つハブに対して適切な関係で固定維持する。第３
図および第１図に示しであるように、内側のフィンガは
それぞれの羽根の上縁を越えて軸方向に、外側のフィン
ガよりも高い高さ位置まで突出している。この特徴によ
り、スパイダ組立体／ｌを原子炉の上部構造体と適切に
整列することが容易になる。

再び第２図を参照するに、各丁字形拌羽根３ｇの２つの
丁字形の棒ｑＯの各々は、各丁字形棒の末端に一つのフ
インカダノを備えている、。

丁字形棒１１．Ｏを設けることおよびその配置を除いて
、Ｔ字形棒羽根３８は次に述べる点で真直な羽根３１に
類似している。即ち、Ｔ字形棒羽根のフィンガ４１２は
、平行な軸線を有する細長い円筒体であること、丁字形
の棒ならびに半径方向の羽根部分は直線形で矩形の形状
を有していること、各羽根３ｇの内端に上下のタブもし
くは耳Ｓ２およびｓｔｉが設けられていること、内側の
丁字形棒ＱＯのフィンガｔ２は、外側の丁字形棒上のフ
ィンガ＋、２の軸方向高さよりも高い高さまで軸方向に
延びている点に関する限り、Ｔ字形棒羽根３ｇは真直な
羽根、７４（に類似している。全体的な関係は、丁字形
棒グθ上の内側のフィンガ４（ｕが真直な羽根３ｔの内
側のフィンガ３６と同じ軸方向高さもしくはレベルとな
るように設定される。

最大の構造上の堅牢性を実現し且つまた製作費用を軽減
するために、フィン力３６を有する真直な羽根３ダの各
々ならびに丁字形棒ｌｌｏおよびフィンガクコを有する
羽根３ｇの各々は、モノリシックな継目の無い単一体構
造のサブユニットとして形成されている。このように丁
字形棒羽根もしくはサブユニット３ｇを製造する好まし
い方法は、鋳造であり、他方、真直な羽根もしくはサブ
ユニット３りの好ましい製造方法は、図示の所望の形態
と合致するように神原材料を機械加工、例えばスェージ
ング加工する方法である。しかしながら、真直な羽根も
しくはサブユニットはまた、所望ならば鋳造で形成する
こともできる。このようなモノリシックな単一体構造は
、個々の要素を溶接するＣとにより形成した複合構造と
比較して強度において優れており且つまた歩進動作から
生ずるようなモーメント力に耐える能力においても優れ
ていると信する。

第７図に最も良く示されているように、サブユニット３
＋！および３８の各々は、その内端に形成された一体の
延長部ＳＯを有し才おり、該延長部ＳＯは、ハブ３λの
関連のスロットＱｌ。

内に確実に嵌合するように定寸されており、したがって
、該延長部をスロット内に挿入した場合には、上記サブ
ユニットはハブ上に確りと且つ適切に配置されて、適当
な仕方、例えばろう付けにより容易に結合することがで
きる状態となる。前に述べたように、スロットダ６は管
状のハブの壁を完全には貫通しておらず、したがって該
ハブを不必要に弱体化することはない。

また小さい穴ｙｇが形成されているので、ろう付は中に
発生するガスはハブ３２の中空の内部に逃げ、該中空内
部を通って大気に逃げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、図示を明瞭にするために一部切除して垂直方
向に短縮した形態で密接に離間配設された燃料集合体を
、上部炉心支持板の一部および本発明を具現したスパイ
ダ組立体と共に部分的に断面図で示す立面図、第一図は
スパイダ組立体の拡大頂面図、第３図は、第一図の線Ｊ
−３におけるスパイダ組立体の断面図であって、水排除
棒を垂直方向に短縮した輪郭形態で示す図、そして第１
図は、スパイダ組立体のＴ字形棒羽根サブユニットの７
つならびに中火ハブの一部分の拡大展開・図である。 １０・・燃料集合体、／−・・支持板、／＜／・・スパ
イダ組立体、／乙・・下部ノズル、ｉｇ−Ｑ案内シンプ
ル、２０・・横断格子、ツー・・燃料棒、２’ｌ・・計
装管５．２６・・・上部ノズル、２ｇ・・通流開口、３
０・・水排除棒、３２・・中央ハブ、ｊ４’・・真直な
羽根、３１、、’Ａ２・・フィンガ、３ｇ・・丁字形棒
羽根、’１Ｏ−ａＴ字形の棒、＜ｚ＜ｚ−−ネック部、
ｑ６ｅ＠スロット、ａｇ　−＠穴、ｓｏ　”　”延長部
、３２、Ｓ’ｌ・・タブ。 Ｆ／（１，２ １ＯＤ・・。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに近接離間関係で原子炉内に配置された複数の燃料
   集合体を有する原子炉内で燃料棒を垂直方向に運動可能
   なように支持するため、該制御棒に接続するためのフィ
   ンガを備えた半径方向の羽根を有するハブを含んでいる
   スパイダ組立体において、−前記半径方向の羽根は、前
   記フィンガのうちの幾つかのフィンガが配置されている
   一群の真直な羽根き、残りのフィンガが配置されている
   丁字形の棒を備えた一群のＴ字形棒羽根とを含み、前記
   真直な羽根は、関連のスパイダ組立体を有する１つの燃
   料集合体内の制御棒に接続される位置にフィンガを有し
   、前記Ｔ字形棒羽根は前記７つの燃料集合体内の他の制
   御棒に接続されるように配置された幾つかのフィンガを
   有すると共に、前記７つ燃料集合体に隣接する燃料集合
   体内の制御棒に接続されるように配設された残りのフィ
   ンガをイＪしていることを特徴とする制御棒支持用スパ
   イダ組立体。