JPS6264984A - 原子炉の垂直向き底部挿入制御棒 - Google Patents

原子炉の垂直向き底部挿入制御棒

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JPS6264984A
JPS6264984A JP61175855A JP17585586A JPS6264984A JP S6264984 A JPS6264984 A JP S6264984A JP 61175855 A JP61175855 A JP 61175855A JP 17585586 A JP17585586 A JP 17585586A JP S6264984 A JPS6264984 A JP S6264984A
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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】 背景 本発明は原子炉の制御棒に関し、特に、中性子吸収材料
板を制御棒のフレームに固定する取付手段と、このよう
な板と制御棒の他の吸収部材間の継手とに関する。
周知の商用動力用原子炉、例えば、イリノイ州シカゴ近
くのドレスデン原子力発電所（Ｔｈｅ　Ｄｒｅｓｄｅｎ
　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｐｏｗｅｒ　５ｔａｔｌｏｎ　）で
使用されているような動力炉では、通例、核燃料は細長
い被覆管内に納めた焼結ペレットの形態をとる。このよ
うな燃料要素は、例えば米国特許第３６８９３５８号に
示されているように、別個に交換しうる燃料集合体また
は燃料束において複数の群をなすように配置されそして
上側および下側結合板間に支持される。十分な数の燃料
集合体をほぼ直円柱状のマトリックスをなすように配列
し、自己持続式核分裂が可能な炉心を形成する。この炉
心は、動作流体兼中性子減速材として働く流体、例えば
、軽水に浸される。
原子炉は、通例、しばしば１年程度の機関にわたる運転
サイクル中運転を保つのに十分な余剰反応度をもって周
期的に燃料交換される。次いで原子炉は停止されそして
燃料集合体の一部分、通例約４分の１が交換される。運
転サイクルの開始時における余剰反応度は、原子炉運転
中有効増倍率を１に保つのに十分な強度の制御系を必要
とする。
制御系は通例、中性子の非分裂吸収または捕獲による中
性子量の制御に役立つ中性子吸収材料からなる。
通例、制御系は中性子吸収材料を内蔵する複数の制御棒
の形態をなす機械的制御手段を含み、これらの制御棒は
炉心の反応度、従って、その運転出力を制御するために
燃料集合体間の空間または間隙に選択的に挿入されうる
。米国特許第３０２０８８８号に例示されているような
公知の構成では、制御棒ブレードが十字形横断面を有す
ることにより、各制御棒のブレードを隣合う４つの燃料
集合体間の空間に挿入しうる。
代表的な沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では、制御棒は底部
挿入型のもの（すなわち圧力容器の底部から炉心に挿入
しうるちの）である。
このような制御棒の例はスペツカー（Ｓ、　　Ｒ。
５ｐｃｃｋｅｒ　）等によって米国特許第４２８５７６
９号の第９Ａ図と第１０図に示されている。簡単に述べ
ると、この種の制御棒は、各端に横方向に延びる十字形
（すなわち４つのアーム付き）支持部材をもつ細長い中
心柱を含む構造フレームを冑する。中性子吸収材料（例
えば粉状ホウ素化合物）を内臓する複数の密封管が支持
部材の上下アーム間に配置され、そして上下アームと中
心柱とに取り付けられたＵ形被覆で覆われ、４つの横方
向に延在する制御棒ブレードを形成する。
上記米国特許第４２８５７６９号の第９Ｄ図に示された
一種の制御棒では、ブレードの上部内のホウ素材料の代
わりにハフニウムのような中性子吸収材料が用いられ、
上記米国特許に説明されているように制御棒の有効寿命
を長くする。
上記米国特許に示されているように、ハフニウム材料は
吸収材料内臓管内のホウ素材料に代わるものである。製
造の観点から特に実用的な構成は、各制御棒ブレードの
上部内にハフニウム金属のスラブまたは板を置くだけで
あり、従って、このような吸収板の下のホウ素材料の管
を短くする。
この構成は幾つかの利点がある。板の形態は、円形断面
の隣合う管内のハフニウムに比べて制御ブレード空間の
単位量当たりのハフニウムの量をかなり多くする。製造
中と組立牛追跡すべきハフニウム材料とホウ素材料を両
方とも内蔵する管は存在しない。
しかし、この構成は問題がないわけではない。
ハフニウム金属のような吸収材料の板は比較的重い。従
って、もし吸収板がその下のホウ素内臓管に載せられる
だけなら、これらの細長い薄肉吸収管は応力が過大にな
りそして曲がったりあるいは座屈さえ生ずるおそれがあ
る。これは、制御棒の急速な上方加速が吸収板の管に作
用する力を増大させるような原子炉のスクラム中に特に
そうである。
本発明の目的は、制御棒フレームの上側支持アームの下
縁と吸収板の上級との間に取付手段を設けることにより
フレームが吸収板を支持するようにすることである。
このような度付手段に望ましいことは、（性質の合わな
い材料のために）溶接を回避することと、（緩みまたは
応力・腐食による故障またはその両方による故障が生ず
るおそれがあるので）リベット、ねじ等の使用を無くす
ることである。
吸収板を上側支持アームに取り付けることは他の潜在的
な問題を生ずる。通常の製造公差は、吸収板が上側支持
アームに取り付けられかつ吸収管が下側支持アームに社
っている場合、吸収板の下縁と吸収管の上端プラグとの
間に間隙が存在しうるような公差である。このような間
隙は、中性子が吸収材料と出合うことなく制御ブレード
を貫通することを許容する「中性子窓」として作用する
ので望ましくない。
本発明の他の目的は、このような間隙を無くすかまたは
このような間隙を許容断面積に減らす手段を設けること
である。
要約 本発明の上記および他の目的は以下のように達成される
。吸収板と制御棒フレームの上側支持部材との間に取付
手段が設けられ、吸収板が前記フレームに支持されてそ
れから吊り下げられるようになっている。本発明の好適
取付手段により溶接またはリベット、ねじ等の使用が回
避される。
概説すると、好適取付手段は、上側支持部材の下縁に形
成された長手方向向きのランドおよび溝と、それらとは
まり合うように吸収板の上縁に形成されたランドおよび
溝とからなる。このような取付手段は様々な適切な特定
形態、例えば、溝付き重ね継手の形態と、種々の溝継手
、例えば、Ｔ溝、あり溝、丸溝、鍵穴溝継手等の形態を
とりうる。
吊り下げられた吸収板とその下の吸収管との間の好まし
くない間隙を無くするために、吸収板の下縁と吸収管の
上端プラグとの間に同様の取付手段を用いうる。代替的
に、このような間隙は、前記上端プラグを延ばして吸収
板の下縁と溝無しで重なり合うようにする継手を設ける
ことにより回避されうる。他の代替案として、吸収板の
下の吸収管を一つおきに幾分長くし、そして吸収板にこ
れらの長くした管を受は入れる垂直溝を形成することに
より、中性子窓面積を許容可能な程度まで減らす。
次に、本発明を添付図面によってさらに詳しく説明する
。
説明 数種の底部挿入制御棒が、前述の米国特許第４２８５７
６９号に説明されている。本発明によるこの種の制御棒
１１を第１図に示す。
制御棒１１のフレームは、通例ステンレス鋼で形成され
、上側鋳物または上側支持部材１２を含み、この部材は
細長い中心柱１４によって下側鋳物または下側支持部材
１３に連結されている。これらはすべて十字形である。
下側支持部材１３は、速度制限装置１６と、案内ローラ
１７と、適当な制御棒駆動機構（図示せず）に取り付け
るための連結ソケット１８とを有するように形成されて
いる。
上側および下側支持部材１２．１３には横方向延在アー
ムが形成され、そしてＵ形被覆１９がそれらと中心柱１
４とに取り付けられて制御棒の４つのブレードを形成す
る。
制御棒１１の各ブレード内には、上下支持部材１２．１
３の横方向延在アーム間に、中性子吸収材料製の部材が
納められている。例示した制御棒では中性子吸収材料は
３つの相異なる形態をとる。
上側支持部材１２のアームの下縁の下には、中心柱１４
に隣接して、ハフニウム金属のような中性子吸収材料の
板２１が配置されている。
吸収板２１の下縁の下から密封管２２が延在し、これら
の管は通例ステンレス鋼からなり、通例粉状の炭化ホウ
素（Ｂａ　Ｃ）のような中性子吸収材料を内蔵する。制
御棒１１の各ブレードの外縁に沿ってバフニウム金属の
ような固体中性子吸収材料からなる１本以上の棒２３が
配置されている。
制御棒のブレード内の中性子束勾配は急であるから、ブ
レードの上端と外縁は最高の入射、中性子束を受け、中
性子捕獲率は最大となり、従って、寿命は最短となる。
従って、これらの位置におけるハフニウムのような材料
は、Ｂａ　Ｃだけを用いる制御棒に比べて、制御棒の寿
命を長くする。
上側支持部材１２の上端にはハンドル部２４が形成され
、制御棒１１の設置と除去に適する工具（図示せず）と
係合しうる。米国特許第４２８５７６９号の第９Ａ図に
は、“グレー”チップ効果をもたらすために（従来の実
例に比べて）大きくしたハンドルをもつ制御棒が示され
ている。本発明の第１図に示すように、ハンドル部２４
グレーチップ効果をさらに高める二重ハンドルである。
前述のように、吸収板２１の使用に伴う一つの問題はそ
れらが比較的重いことである。もし板２１を単に吸収管
２２に載せるだけなら、間管にかかる力は多き過ぎて望
ましくなくなる可能性がある。これは原子炉のスクラム
中特にそうであり、その時制御棒は上方に急速に駆動さ
れ、従って、制御棒の加速は管２２にかかる板２１の力
を増大させる。
この問題を解決するため、本発明によれば、上側支持部
材１２の延長アームの下縁とその下の吸収板２１の上縁
との間に取付手段が設けられ、これにより、板２１は上
側支持部材１２から吊り下げられかつそれに支持される
。
このような取付手段１２６の第１例を第２図に示す。こ
の図は制御棒１１のブレードの一つの垂直断面端縁図で
ある。取付手段１２６は溝付き重ね継手の形態をなし、
上側支持部材１２の下縁と吸収板２１の上縁とに、はま
り合うランド２７と溝２８が形成されている。制御棒ブ
レードにおいて組み立てられた取付手段１２６は被￥１
ａ１９によって離脱を防止され、この彼覆は点溶接２９
等により上下支持部材１２．１３と中心柱１４とに取り
付けられている。
支持部材対吸収板取付手段の他の適当な態様を第３Ａ図
〜第３Ｅ図に示す。第３Ａ図では、取付手段２２６のラ
ンドと溝は、半あり溝継手の性質のテーパ部分３１を有
するように形成されている。
ｍ３Ｂ図では、取付手段３２６のランドと溝は、延長さ
れた相互固定弐半九部分３２を有するように形成されて
いる。第３Ｃ図では、取付手段４２６はあり溝の形態を
有する。第３Ｄ図では、取付手段５２６はＴ溝の形態を
なし、第３Ｅ図に示す取付手段６２６は円形溝または鍵
穴溝型の継手からなる。
取付手段１２６〜６２６は、組立が容易であり、限られ
た量の相対移動を可能にし、相客れない材料の溶接問題
を回避し、さらに、緩むか不具合になるおそれのあるリ
ベット、ねじまたはボルトのような取付具の使用を無く
するという利点をもつ。
吸収板２１が上側支持部材１２に取り付けられた状態で
、もし吸収管２２が単に下側支持部材１３に載せられる
だけなら、吸収板２１の下縁と吸収管２２の上端との間
に間隙が残存する可能性がある。前述のように、このよ
うな間隙は中性子を通す窓として作用するので望ましく
ない。
従って、本発明の他の特徴によれば、各吸収板２１の下
縁とその下の吸収管２２との間に継手が設けられる。こ
のような継手として数種のものが好適である。
第２図に示すように、（上側支持部打射吸収板２１取付
手段１２６と同様に）はまり合うランドと溝をもつ重ね
継手１３３を吸収板２１の下縁と吸収管２２の上端プラ
グ３４とに形成し得、これにより、管２２は板２１から
吊り下げられて両者間の間隙を無くする。同様に、取付
手段２２６゜３２６，４２６，５２６．６２６　（第３
Ａ〜３Ｅ図）の任意のものを用いて管２２を板２１に取
り付けうる。
板（２１）封管（２２）継手の他の代替態様を第４Ａ図
〜第４Ｃ図に示す。第４Ａ図は最悪の場合の製造公差の
ための重なり合いを保つのに十分な長さをもつ簡単な重
ね継手２３３を示す。第４Ｂ図における継手３３３はさ
ねはぎの形態をなす。
第４Ｃ図では、長さが互い違いの吸収管の配列がなされ
、これは間隙を除かないが、中性子窓面積を許容可能な
程度まで減らす。この例では、吸収板２１に相隔たる垂
直溝３６が形成され、長くされた吸収管２２′の上端を
受は入れて間隙３７の中性子窓面積を減らす。
以上に述べたものは、明らかに、制御棒フレームの支持
部材に取り付けられた中性子吸収板と、吸収板とその下
の吸収管との間に設けられて中性子窓面積を無くすか減
らす継手とを有する改良制御棒である。
【図面の簡単な説明】
第１図は制御棒の部分切除斜視図、第２図は第１図の線
２−２に沿う、制御棒の制御ブレードの一つの垂直断面
端縁図、第３Ａ〜３Ｅ図は支持部材対吸収板取付手段の
代替態様を示す断面詳細図、第４Ａ〜４０図は吸収板対
吸収管継手の代替態様を示す断面詳細図である。 １１：制御棒、１２：上側支持部材、１３：下側支持部
材、１４：中心柱、１９：被覆、２１：中性子吸収板、
２２．２２’　　：中性子吸収管、２３：中性子吸収棒
、２７：ランド、２８：溝、１２６．２２６，３２６，
４２６，５２６，６２６＝取付手段、１３３，２３３．
３３３：継手、３６：垂直溝。

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）原子炉の垂直向き底部挿入制御棒において、それ
    ぞれが十字形で４つの横方向延在アームを有する上側支
    持部材と下側支持部材との間に連結された十字形断面の
    細長い中心柱であって、前記上側支持部材の前記アーム
    が前記下側支持部材の前記アームと整合しているような
    中心柱と、前記上側支持部材の各アームの下に１枚ずつ
    配置された、前記フレームの材料と異なる中性子吸収材
    料の吸収板と、前記吸収板を前記上側支持部材の前記ア
    ームから吊り下げる取付手段と、各吸収板と前記下側支
    持部材の一つのアームとの間に配置された複数の細長い
    吸収部材と、前記吸収部材の上端と前記吸収板の下端と
    の間の間隙を最少にするための相互間の継手手段と、前
    記吸収板と前記吸収部材とを囲み前記上下両支持部材の
    整合アーム間に延在しかつそれらに固定された被覆手段
    とを設けるようにした原子炉制御棒。
  2. （２）前記取付手段は溝付き重ね型、あり溝型、Ｔ溝形
    および鍵穴溝型の継手群から選んだ１種の継手である、
    特許請求の範囲第（１）項記載の制御棒。
  3. （３）前記継手手段は重ね型、溝付き重ね型、さねはぎ
    型、あり溝型、Ｔ溝型および鍵穴溝型の継手群から選ん
    だ１種の継手である、特許請求の範囲第（１）項記載の
    制御棒。
  4. （４）前記継手手段は前記吸収板の下端に配設した相隔
    たる垂直溝からなり、そして一つ置きの前記吸収部材が
    前記溝内に延在するように長くされた、特許請求の範囲
    第（１）項記載の制御棒。
  5. （５）前記上下支持部材の各上下アーム間においてそれ
    らの外端近くに延在する少なくとも１本の細長い中性子
    吸収棒を含む特許請求の範囲第（１）項記載の制御棒。
  6. （６）前記中性子吸収棒を前記吸収板の材料と類似の材
    料で形成する特許請求の範囲第（５）項記載の制御棒。
  7. （７）前記吸収板をハフニウムで形成する特許請求の範
    囲第（１）項記載の制御棒。
  8. （８）前記吸収部材はホウ素を内臓する特許請求の範囲
    第（１）項記載の制御棒。
  9. （９）前記フレームをステンレス鋼で形成する特許請求
    の範囲第（１）項記載の制御棒。
  10. （１０）前記上側支持部材の前記アームを上方に延ばし
    そして該アームに中央開口を設けることにより、制御棒
    取扱い手段と係合しうる二重ハンドルを形成する、特許
    請求の範囲第（１）項記載の制御棒。
  11. （１１）細長い中心柱とその上端にあって下縁を有する
    横方向延在支持部材とを含むフレームを具えた原子炉用
    垂直向き底部挿入制御棒において、前記支持部材の前記
    下縁に隣接する上縁を有する、前記フレームの材料と異
    なる第１中性子吸収材料の吸収板と、前記吸収板を前記
    支持部材から吊り下げる支持部材対吸収板取付手段と、
    第２中性子吸収材料を内蔵し前記吸収板の下縁の下方に
    延在する複数の細長い吸収部材と、前記吸収板の下縁と
    前記吸収部材の上端との間の間隙を最少にするための相
    互間の吸収板対吸収部材継手手段と、前記吸収板と前記
    吸収部材とを覆いそして前記制御棒の前記フレームに固
    定された被覆とを設けるようにした原子炉制御棒。
  12. （１２）前記支持部材対吸収板取付手段は前記支持部材
    の前記下縁と前記吸収板の前記上縁とに形成されてはま
    り合うランドと溝からなる、特許請求の範囲第（１１）
    項記載の制御棒。
  13. （１３）前記のランドと溝は相互固定式である、特許請
    求の範囲第（１２）項記載の制御棒。
  14. （１４）前記支持部材対吸収板取付手段はあり溝型継手
    からなる、特許請求の範囲第（１１）項記載の制御棒。
  15. （１５）前記支持部材対吸収板取付手段はＴ溝型継手か
    らなる、特許請求の範囲第（１１）項記載の制御棒。
  16. （１６）前記支持部材対吸収板取付手段は鍵穴溝型継手
    からなる特許請求の範囲第（１１）項記載の制御棒。
  17. （１７）前記吸収板対吸収部材継手は前記吸収板の前記
    下縁と前記吸収部材の前記上端とに形成されてはまり合
    うランドと溝からなる、特許請求の範囲第（１１）項記
    載の制御棒。
  18. （１８）前記のランドと溝は相互固定式である、特許請
    求の範囲第（１７）項記載の制御棒。
  19. （１９）前記吸収板対吸収部材継手はあり溝型、Ｔ溝形
    および鍵穴溝型の継手群から選んだ１種の継手である、
    特許請求の範囲第（１１）項記載の制御棒。
  20. （２０）前記吸収板対吸収部材継手は重ね継手からなる
    、特許請求の範囲第（１１）項記載の制御棒。
  21. （２１）前記吸収板対吸収部材継手はさねはぎ型継手か
    らなる、特許請求の範囲第（１１）項記載の制御棒。
  22. （２２）前記吸収板対吸収部材継手は前記吸収板の下端
    に配設した相隔たる溝からなり、そして一つ置きの前記
    吸収部材が前記溝内に延在するように長くされた、特許
    請求の範囲第（１１）項記載の制御棒。
  23. （２３）前記フレームをステンレス鋼で形成しそして前
    記吸収板をハフニウムで形成する特許請求の範囲第（１
    １）記載の制御棒。
  24. （２４）前記第２中性子吸収材料はホウ素化合物である
    、特許請求の範囲第（２３）項記載の制御棒。
  25. （２５）前記吸収板の材料と類似の吸収材料からなる少
    なくとも１本の棒であって、前記吸収板およびその下の
    前記吸収部材と同範囲に延在しかつそれらの前記中心柱
    に対する外側に配置された棒を含む特許請求の範囲第（
    １１）項記載の制御棒。
  26. （２６）原子炉の制御棒において、細長い中心柱とその
    一端にある横方向延在支持部材とを含むフレームと、前
    記支持部材に隣接して配置された、前記フレームの材料
    と異なる中性子吸収材料の吸収板と、前記支持部材と前
    記吸収板の隣接縁間の取付手段であって、前記隣接縁間
    に形成されてはまり合うランドと溝からなる取付手段と
    を設けるようにした原子炉制御棒。
  27. （２７）前記支持部材は十字形で４つの横方向延在アー
    ムを有し、そして各アームに隣接する前記中性子吸収材
    料の吸収板と、各アームと隣接吸収板との間の取付手段
    とを備える、特許請求の範囲第（２６）項記載の制御棒
    。
  28. （２８）前記吸収板の材料と異なる中性子吸収材料を内
    蔵する複数の細長い吸収部材を含み、前記吸収部材は前
    記中心柱に平行にかつ前記吸収板と同一面内に配置され
    、各吸収部材は前記吸収板に隣接する一端を有し、また
    前記吸収板と前記吸収部材との間の間隙を最少にするた
    めの相互間の継手手段を含む特許請求の範囲第（２６）
    項記載の制御棒。
JP61175855A 1985-08-12 1986-07-28 原子炉の垂直向き底部挿入制御棒 Expired - Lifetime JPH073470B2 (ja)

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US764677 1985-08-12
US06/764,677 US4676948A (en) 1985-08-12 1985-08-12 Nuclear reactor control rod

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Publication Number Publication Date
JPS6264984A true JPS6264984A (ja) 1987-03-24
JPH073470B2 JPH073470B2 (ja) 1995-01-18

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JP61175855A Expired - Lifetime JPH073470B2 (ja) 1985-08-12 1986-07-28 原子炉の垂直向き底部挿入制御棒

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US (1) US4676948A (ja)
JP (1) JPH073470B2 (ja)
DE (1) DE3624318A1 (ja)
ES (1) ES2002115A6 (ja)
IT (1) IT1198022B (ja)

Cited By (3)

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