JPS6133477B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉用制御要素に関するものであ
り、特には非推進形の制御要素が冷却材流れ作用
により炉心から浮上るのを阻止する為そのような
要素に対して補助的な保持押圧力を与える為の保
持体に関係する。

代表的に、電力発生の為の原子炉は、そこを通
して流れる冷却材を加熱する為核分裂性物質を集
中した炉心を含んでいる。核分裂性物質は細長い
燃料棒内に包納され、これらは一般に燃料集合体
と呼ばれる方形配列体に集束されている。次い
で、これら燃料集合体は、上下において炉心格子
板によつて所定の配列によつて保持されている。

制御要素組立体、即ち中性子吸収用物質を含み
そして燃料集合体内で案内管内部に配置される複
数の相互連結された棒が、燃料集合体の核分裂反
応速度を制御する為に設けられている。制御要素
組立体における各棒は、燃料集合体上方中央に配
置されそして放射状に延びる腕を具備する、スパ
イダと呼ばれる構造体にボルト締着されてそこか
ら垂下している。一般に制御棒と呼ばれる、制御
要素のある型式のものは、Ag―In―Cd或いは
B₄Cのような強い中性子吸収剤を含んでおりそし
て原子炉核分裂連鎖反応を開始したりまた停止す
る為炉心格子板を通して燃料集合体から引込め自
在であると共にそこに挿入自在でもある。

一般に毒物質棒と呼ばれる別の型式の制御要素
は、Al₂O₃マトリツクス中にB₄Cを含むもののよ
うなもつと弱い中性子吸収剤を含んでいる。これ
ら棒は通常駆動されずそして炉心から引上げられ
ない。即ち、これらは燃料集合体中充分深く挿入
されたまま固定されている。駆動されずそして然
るべく固定されたままの追加的な型式の棒の別の
ものとしては、制御要素棒を必要としない燃料集
合体内で開いたままとされている案内管を通して
の過剰の流れを阻止する為設けられるオリフイス
封栓棒及び中性子源棒が挙げられる。オリフイス
封栓組体は、少く共１本の中性子源含有棒と共
に、原子炉を完全休止状態からスタートする為に
設けられている。

制御要素組立体を燃料集合体中に然るべく固定
するのは、代表的には、ポールロツク機構によつ
て達成されており、ここでは制御棒組立体のハブ
が燃料集合体の上端に設けたラツチ内に挿入され
そしてハブ壁内に設けられた穴から突出するボー
ルがラツチの内面に設けられた溝内に嵌入し、そ
れによりハブがラツチから引抜かれるのを阻止す
るようになつている。代表的に、これら型式のロ
ツク（固定）機構においては、ボールは溝内にぴ
つたり嵌合しておらず、それにより制御要素組立
体の燃料集合体に対する僅かの垂直変位を可能な
らしめるようになつている。

ボールロツク結合用機構とラツチとの間には、
製造上の寸法裕差、運転中の変形及び遠隔操作へ
の考慮に対処する為に、前述のようなかなりの軸
方向及び横方向遊動を許容することが必要であ
る。しかし、この遊動の存在は、制御要素組立体
の構造的振動をして、何らかの力によつて拘束さ
れないなら相当の振巾を発生せしめる原因とな
る。低冷却材流速においては、組立体の重量がラ
ツチの上端でそれを押えるに充分であるからあま
り問題とはならない。この状態では、固定用ボー
ルは軸方向遊動裕差に由り係止用溝と接触さえし
ていない。しかし、炉冷却材流れが増速するにつ
れ、制御要素組立体に対して上方に作用する流れ
力は次第に増して重力による下向き力と打消しあ
うようになる。最終的に、通常の炉全出力運転条
件直下の流れにおいては、流れによる上向き作用
力は重力を超えそして制御要素組立体は浮上り、
ついには固定用ボールがラツチにおける内部固定
用溝の面取りされた上面に接触する時点でその上
方変位は制限されるようになる。このほぼバラン
スした条件においては、制御要素組立体と燃料集
合体との間の相対運動に抵抗するべく得られる摩
擦力は非常に小さい。乱流状態の高速冷却材流れ
はこの浮動状態の制御要素構成体に相当の推進エ
ネルギーをを賦与し従つて比較的大きな振巾の流
れ誘起振動が発生する。固定用ボールとラツチ溝
壁との係止は今やこの振動に対する制約を与えて
いるから、ボールとラツチ溝壁との間断なき衝突
が起り、この振動の結果としてラツチ溝の上端面
取り部における材料の摩損が生ずる。

ときとして、この流れ誘起振動の故に、運転中
の炉における燃料集合体のラツチがロツク機構が
損壊してしまう程度にまで摩耗してしまい、制御
要素組立体の燃料集合体からの飛出しとその結果
としての炉部品の損傷をもたらすことがある。

本発明は、炉心からの棒の浮上りを阻止する為
の補助的抑止力を提供するものである。

本発明に従えば、保持体が制御要素組立体の上
端及び炉心格子板の下面両方と係合する。追加的
抑止力は、保持体の重量及び保持体の制御要素組
立体と係合する部分との炉心格子板と係合する部
分との間に配置される圧縮ばねによつて与えられ
る。この保持体の一つの重要な利点は、燃料集合
体、制御要素組立体或いは炉内部構造の変更なく
現在運転されている炉に組付けられうることであ
る。

保持体は、制御要素ハブ周囲に嵌装されるハウ
ジングを含んでいる。ハウジングに固着される下
板は制御要素組立体におけるナツトと係合する
か、別様には制御要素スパイダの腕と係合するス
ロツトを具備しており、それにより保持体の廻動
或いは水平ずり（変位）を阻止する。ハウジング
内にはハブの周囲にコイルばね及び摺動リングが
配置されている。保持体の腕の各々の一端はリン
グに固着されそして他端は炉心格子板と係合して
いる。ばねは、結局、制御要素組立体と炉心格子
板との間に保持体構造を介して伸長力を適用し、
斯くして制御要素集合体に対する抑止力を与えそ
してラツチの摩耗を最小限とする。

本発明の目的は、制御要素組立体の原子炉から
の飛出しを阻止する為の保持体を提供することで
ある。

本発明の別の目的は、運転中の原子炉において
現在使用されている照射部品上に現場装着されう
る保持体を提供することである。

本発明のまた別な目的は、上記利点を具備する
と共に制御要素組立体に追加的抑止力を適用しう
る保持体にある。

本発明の更に別の目的は、原子炉の改変を伴う
ことなく組付けることのできる上記利点を備えた
保持体にある。

以上概略したように、本発明は、原子炉内の燃
料集合体中に配置されそしてそこから突出する制
御要素集合体保持用の保持体と関係する。本保持
体は、制御要素組立体と係合する為の第１係合手
段と、炉心格子板に係合する為の第２係合手段
と、第１及び第２係合手段を互いに結合しそれに
より制御要素組立体の炉心格子板を通しての通抜
けを阻止する手段を含んでいる。

第１図を参照すると、原子炉の燃料集合体の上
端に位置づけられる、本発明に従う保持体の具体
例が示されている。燃料集合体４８において、核
分裂性物質の燃料ペレツトを収納する燃料棒（ピ
ン）５６及び制御棒案内管５８がスペーサ格子５
４によつて所定の配列に保持されている。上端取
付具５０が端格子スカート５２を介してスペーサ
格子５４に剛着されている。スカート５２は、格
子５４及び取付具５０に剛着されそしてその周面
に延在する平坦板である。

複数の制御棒案内管５８が、スペーサ格子５４
を貫いてそしてスリーブ６０を通つて燃料集合体
の長手方向に伸延している。スリーブ６０とその
内部に配置される制御棒案内管５８は、上端取付
具５０を貫通しそしてそこにナツト６２によつて
止着される。

制御要素棒７２が、案内管５８に装通されそし
てスパイダ７０を貫通してそこにナツト７４によ
り止着されている。スパイダ７０はカラー７６に
よつてハブ７８と固定されている。カラー７６と
ハブ７８は固着関係にある。制御要素組立体７５
は、棒７２、スパイダ７０、ハブ７８、カラー７
６、ばね負荷式プランジヤ８２及びボール８４を
含む。組立体７５は、原子炉の運転中、原子炉内
に挿入されることもまたそこから抜出されること
もない。むしろ、組立体７５はボールロツク結合
機構によつて充分に挿入された位置に固定されて
いる。第１図は制御要素組立体７５を固定位置に
おいて示す。ハブ７８は、炉心格子板６９上方か
らその開口を貫いて伸延しそしてスパイダ７０、
カラー７６を貫いて上端取付具５０に剛着される
ラツチ６４内に進入するよう減径されている。ハ
ブ７８はボール８４を介してラツチ６４にロツク
されている。つまり、ボール８４はハブ７８のボ
ール穴８６内及びラツチ６４の溝８０内に同時に
位置づけられている。ボール８４はばね負荷式プ
ランジヤ８２によつて然るべく保持されている。
ラツチに対してハブをロツクしたりロツクを外す
特定の機構自体は本発明と関係しないのでここで
は例示していない。本発明はボールロツク機構で
あろうとなかろうと任意の型式の固定機構に等し
く応用しうる。

代表的な制御要素組立体７５は、カラー７６が
面８８においてラツチ６４上に載つた状態で、燃
料集合体４８上に載置されてそれを重力のみによ
つて押止している。原子炉の運転において、水は
燃料棒５６及び制御棒案内管５８の周囲に沿つ
て、スペーサ格子５４を通り、上端取付具５０を
通つて、案内管５８と棒７２との間に形成される
環状域を通抜けそしてスパイダ７０及びハブ７８
の周囲を上方に流れる。この水流れは、制御要素
組立体７５に重力に対抗する上向き抗力を行使す
る。もしこの抗力が重力を越えるに充分大きいな
ら、組立体７５は、点９０におけるハブ７８とボ
ール８４との間の接触及び点９２においてのボー
ル８４とラツチ６４との間での接触により拘束を
受けるまで浮揚し、そこからはそれ以上の浮揚が
阻止される。しかし、浮揚状態においては、殊に
重力が流れ浮揚力に丁度拮抗する時には、組立体
７５は振動し、ボールが間断なくラツチ溝に当る
ため、点９２においてのラツチ６４の摩損をもた
らす。この摩耗は最終的に面８８まで上方に及
び、ロツク機構の損壊を生じそして組立体７５を
炉心格子板６９の上方にまで持上げる可能性があ
り、そうなると原子炉の部品の損傷が生じる恐れ
がある。

本発明は、重力を助勢する為組立体７５に追加
的抑止力を提供すると共に、上記ロツク機構の破
損が万一起つた場合でも組立体７５が炉心格子板
６９上方に持上るのを阻止する構造を提供する。

全体を参照番号１０によつて示される保持体
は、ハウジング１２、コイルばね４０及びハウジ
ング１２内に配置されそして上板１６と下板１８
によつてそこに保持されるリング２２を含んでい
る。２つの直径方向に対向する腕２４がリング２
２に剛着され、これら腕２４はハウジング１２の
スロツト２０を通して半径方向外方に突出し、更
に外方に伸びた後折曲つて長手方向下方に伸びそ
して後再度折曲つて足状突起２６として半径方向
外方に伸延している。

ここで第３図を参照すると、保持体１０の２つ
の腕２４及びリング２２が示されている。腕２４
は構造強度を最大限にするようテーパづけされま
たノツチづけされている。丸みづけられたノツチ
３２は、応力集中破壊点となる恐れのある鋭尖な
隅角を排除する。これら構造設計様相は当業者に
周知のものであり、これ以上論議しない。

第１図に戻つて、上板１６、リング２２、ばね
４０及び下板１８は、それらを貫いて伸びるハブ
７８の周囲に嵌まるよう開口づけられまた寸法づ
けられている。下板１８は面９４においてスパイ
ダ７０上に載つている。

下板１８のノツチ３７はナツト７４に対応して
それに係合し、、それにより保持体１０が組立体
７５に対して廻動するのを防止している。リング
２２はハウジング１２内で摺動自在でありそして
ばね４０によつて上板１６の底面に押しつけられ
ている。ばね４０は下板１８とリング２２との間
に介設されている。

保持体１０は組立体７５のハブ７８の周囲に炉
心格子板６９を取外して然るべく置かれる。炉心
格子板６９は、燃料集合体４８と整合しそしてそ
れを固定するよう炉心に嵌着される。炉心格子板
６９は図示しない手段によつてばね保持体６８と
係合して、ばね６６を圧縮して燃料集合体４８を
押えつけている。格子板６９から部材（図示な
し）が垂下して取付具５０とその外表面において
係合している。第１図における構成において、こ
れら図示しない部材間の断続部は方形配列燃料集
合体の４つの角隅上方に存在する。従つて、腕２
４は、燃料集合体の対角線に沿つて、炉心格子板
６９の位置づけに際して足２６がこれら部材（図
示なし）間に突出しそして板６９の下面と係合す
るように位置決めされる。

保持体１０にかかる上向き流れ抗力の大きさを
減ずるよう面取り部３０及び２８が設けられてい
る。格子板６９の前記部材（図示なし）間への嵌
合の為の表面における案内として面取り部３４が
設けられている。下板１８の面取り部３６は、ハ
ブ７８周囲へのその位置づけを助成する為の表面
案内として設けられている。唇４２は、据付け及
び取外し取扱い目的の為に設けられている。

操作において、保持体１０によつて、制御要素
組立体７５上に保持体１０の重量＋ばね４０によ
り行使される伸長力の和に等しい下向き力が行使
される。ばねの伸長力は、格子板６９により足２
６、腕２４及びリング２２を介してばね４０の圧
縮の結果として下板１８を経て行使される。組立
体７５の僅かの浮上はそこにその浮上距離とばね
４０のばね定数に比例する、ばね４０の追加的圧
縮から生じる押下力を生じる。

ロツク機構の破損と組立体７５の浮揚が起つた
場合、ハウジング１２はリング２２周囲を摺り昇
り、終には腕２４がスロツト２０の表面２１に接
触しそれにより組立体７５のそれ以上の浮揚が阻
止される。

ここで、第２図を参照されたい。別のある種の
型式の制御要素組立体、即ち再生中性子源棒組立
体はスパイダ腕７１に対するナツト保持棒７３を
備えていない。従つて、この場合には、下底１９
はスパイダ腕７１と係合する為のスロツト３８を
具備し、それにより保持体１０の廻動或いは水平
変位（ずり）を防止している。

上記具体例は、筒状ハウジング１２、リング２
２及びばね４０を円柱状ハブ７８の周囲に嵌合す
るよう使用するものである。円筒状構造体の使用
が代表的であるが、しかし本発明はそれに限定さ
れるものではなく、任意の適当な形状が使用され
うる。

上述したように、保持体の好ましい具体例は炉
心格子板とその下面において係合するものとされ
る。これは単に例示的なものであつて、本発明は
これに限定されるものでない。炉心格子板と係合
する為の任意の適当な手段が本発明の範囲で適宜
使用されうることは明らかである。

本発明の精神内で、その他多くの改変を為しう
ることを銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉における非推進形制御要素上に
然るべく装着された、本発明に従う保持体を示す
部分断面図である。第２図は、スパイダ腕と係止
する下板を具備する本発明の別の具体例を示す。
第３図は保持体の継合腕及びリングを示す斜視図
である。 ４８：燃料集合体、５０：上端取付具、５６：
燃料棒、５４：スペーサ格子、５８：制御棒案内
管、７５：非推進形制御要素組立体、７２：制御
棒、７８：ハブ、７０：スパイダ、７１：スパイ
ダ腕、７４：ナツト、８４：ボール、６４：ラツ
チ、６９：炉心格子板、１０：保持体、１２：ハ
ウジング、１６：上板、１８：下板、３６：面取
り部、２２：リング、２４：腕、２８，３０，３
４：面取り部、２６：足、２０：スロツト、４
０：コイルばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心格子板を具備する型式の原子炉において
   燃料集合体中に配置される非推進形制御要素組立
   体を保持する為の装置であつて、非推進形制御要
   素組立体と係合する為の第１の係合手段にして、
   ハウジングを含む第１の係合手段と、原子炉の炉
   心格子板と係合する為の第２の係合手段にして、
   前記ハウジングから炉心格子板下方へ半径方向外
   側に伸延する複数の腕を含む第２の係合手段と、
   第１係合手段と第２係合手段とを結合し、それに
   より非推進形制御要素組立体を炉心格子板に結果
   的に係合せしめて、非推進形制御要素組立体の燃
   料集合体からの外れを防止する結合手段にして、
   ハウジング内に摺動自在に配置されるリングと、
   前記ハウジングの上端にそこにリングを包囲する
   様固着される上板とを含み、ハウジングが複数の
   腕に対応する長手方向スロツトを具備しそして腕
   がスロツトを貫いて突出すると共にリングに固着
   されている結合手段とを包含する装置。 ２ 非推進形制御要素組立体がスパイダを貫いて
   伸延しそしてそこにナツトによつて固着される制
   御要素棒を有する型式のものであり、そして第１
   係合手段が、ハウジングの下端に付設されそして
   非推進形制御要素組立体のナツトと係合するよう
   スロツトづけされそれによりハウジングの廻動と
   水平ずりを阻止するようになした下板とを含む特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 非推進形制御要素組立体が複数の放射状に伸
   びるスパイダ腕を具備し各少く共１つの棒をそこ
   から懸吊せしめているスパイダによつて相互連結
   されている制御棒を有する型式のものであり、そ
   して第１係合手段が、ハウジングの下端に固着さ
   れそしてスパイダの腕と係合するようスロツトづ
   けされてハウジングの廻動と水平ずりを阻止する
   ようになした下板を含む特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ４ 非推進式制御要素組立体が垂直に伸延するハ
   ブを具備する型式のものであり、ハウジングがハ
   ブの突出部を受容するよう細長く中空とされそし
   て下板が該ハブ突出部を受入れるよう開口づけさ
   れている特許請求の範囲第２項或いは第３項記載
   の装置。 ５ 結合手段が、ハブ突出部を収容するよう開口
   づけされているリングと、ハウジング内にリング
   より下側で且つ下板より上側において配置されて
   両者間に力を行使するばねとを包含する特許請求
   の範囲第４項記載の装置。 ６ 非推進形制御要素組立体が円柱状ハブを具備
   し、ハウジングがハブの周囲に同心的に配置され
   うる中空円筒状体であり、ハウジングと対称軸線
   を共有する下板がハブの周囲に同心的に配置され
   えそしてハウジングの内径より小さな内径を有す
   る中空円筒体であり、下板がハブ周囲への保持装
   置の位置決めの為の表面案内を与えるよう内面下
   縁において面取りされており、上板がハウジング
   と対称軸線を共有する中空円筒体であつて、ハウ
   ジングの周囲に同心的に配置されうると共にハウ
   ジングの内径より小さな内径を有しそしてその遠
   隔操作を容易にする為唇が形成されており、リン
   グがハウジングと対称軸線を共有する中空円筒体
   であつてハブの周囲に同心的に配置されると共に
   ハウジング内にも同心的に配置されえ、ばねがハ
   ウジングと対称軸線を共有しそしてハブ周囲及び
   ハウジング内に同心的に配置されうるコイルばね
   であり、腕が流れ抗力を減ずるよう下縁において
   面取りされており、そして腕周囲への炉心格子板
   の位置決めの為の表面案内を与えるよう面取りさ
   れた上縁を具備してなる特許請求の範囲第５項記
   載の装置。