(57)【要約】【課題】制御棒の反応効果を向上させるために、中性子吸収材を可能な限り制御棒ブレードの先端に近接して配置できるようにする。【解決手段】制御棒の中央部側からブレード先端部に向かって幅方向に延び中性子吸収材８を収容する孔２１が長手方向に列をなすように形成された４枚のブレード２０と、ブレード２０の孔２１の開口に嵌合する端面を４方に有する横断面十字形の中央支持部材であるタイロッド２２と、から制御棒を構成し、ブレード２０の孔の開口にタイロッド２２の４方の端面を嵌合させそれぞれ溶接により接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉の炉心部に装荷され、中性子吸収材が制御棒のブレードに形成した長手方向列をなす各孔に収容されている原子炉用制御棒において、
制御棒の中央部側からブレード先端部に向かって幅方向に延び前記中性子吸収材を収容する孔が長手方向に列をなすように形成された４枚のブレードと、
前記ブレードの前記孔の開口に嵌合する端面を４方に有する横断面十字形の中央支持部材であるタイロッドと、からなり、
前記ブレードの孔の開口に前記タイロッドの４方の端面を嵌合させそれぞれ溶接により接合したことを特徴とする原子炉用制御棒。
【請求項２】
沸騰水型原子炉の炉心部に装荷され、中性子吸収材が制御棒のブレードに形成した長手方向列をなす各孔に収容されている原子炉用制御棒において、
ブレード先端部側から制御棒の中央部に向かって幅方向に延び前記中性子吸収材を収容する孔が長手方向に列をなすように形成され、十字形に交差する４枚のブレードと、
前記ブレードの長手方向に延び前記先端部を塞ぐカバー部材と、
前記ブレード先端部で前記カバー部材と制御棒の端面との間の空間に配置され、一定の外的要因により膨張し、一度変形すると元の形状に戻らない性質を有する材料を素材とする止め部材と、からなり、
前記止め部材を膨張させることにより前記カバー部材をブレード先端部に接合したことを特徴とする原子炉用制御棒。
【請求項３】
沸騰水型原子炉の炉心部に装荷され、中性子吸収材が制御棒のブレードに形成した長手方向列をなす各孔に収容されている原子炉用制御棒において、
制御棒の中央部側からブレード先端部に向かって幅方向に延び前記中性子吸収材を収容する孔が長手方向に列をなすように形成された４枚のブレードと、
前記ブレードの前記孔の開口に嵌合する端面を４方に有する横断面十字形の中央支持部材であるタイロッドと、
前記タイロッドの端面と制御棒の端面との間の空間に配置され、一定の外的要因により膨張し、一度変形すると元の形状に戻らない性質を有する材料を素材とする止め部材と、からなり、
前記止め部材を膨張させることにより前記ブレードを前記タイロッドに接合したことを特徴とする原子炉用制御棒。
【請求項４】
沸騰水型原子炉の炉心部に装荷され、中性子吸収材が制御棒のブレードに形成した長手方向列をなす各孔に収容されている原子炉用制御棒において、
ブレード先端部側から制御棒の中央部に向かって幅方向に延び前記中性子吸収材を収容する孔が長手方向に列をなすように形成され、十字形に交差する４枚のブレードと、
前記ブレード先端部で前記孔の開口に嵌合する嵌合部を有し、一定の外的要因により膨張し、一度変形すると元の形状に戻らない性質を有する材料を素材とする止め部材と、からなり、
前記止め部材を膨張させることにより前記ブレードの各孔をそれぞれ前記止め部材により塞ぐようにしたことを特徴とする原子炉用制御棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉用制御棒に係り、特に、沸騰水型原子炉に使用される原子炉用制御棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水原子炉が稼働する原子力発電所では、原子炉の出力制御あるいは原子炉の安全停止のために、原子炉の炉心部には原子炉用制御棒（以下、単に制御棒という）が装荷されている。この制御棒は、中性子を吸収する部材（以下、中性子吸収材いう）を有しており、炉心における中性子束を制御することで、原子路の出力制御、安全停止の機能を実現している。
【０００３】
そこで、図１０に、沸騰水型原子炉で使用されている従来の制御棒を示す。図１０に示すように、制御棒は、縦長の４枚のブレード２を横断面十字型に組み立てて構成されるものである。制御棒の上端部にはハンドル部３が設けられ、下端部には落下速度リミッタ４が設けられている。
【０００４】
そして、図１１に示すように、原子炉の炉心では、制御棒を構成する各ブレード２を挟むように、断面方形に形成された４体の燃料集合体６が配置される。この燃料集合体６には多数の燃料棒が配置されている。
【０００５】
このような制御棒では、図１０において、Ａ部に示されるように、ブレード２の内部には中性子吸収材８が配列されている。  
ここで、図１２は、ブレード２の横断面を示している。ブレード２はステンレス製の板材から製造される。ブレード２の先端部から幅方向に制御棒の中央部へ向かって孔９が切削加工され、この孔９に中性子吸収材８が装着されるようになっている。そして、図１３に示されるように、これらの孔９はブレード２の長手方向に列をなすように多数加工されており、各孔９にそれぞれ中性子吸収材８が収容されている。
【０００６】
ブレード２では、孔９の開口側は凹状に湾曲する脚部２ａが圧延加工により形成されている。中性子吸収材８を孔９に装着する前は、脚部２ａは開いている。中性子吸収材８を孔９に収容した後で、図１２に示されているように、脚部２ａを曲げて閉じた上で端面をブレード２の長手方向全体に亘って溶接し、気密性および耐圧シール性を確保している。こうして脚部２ａを溶接すると、ブレード２の端縁部では、孔９同士は通路１０を介してつながっていることになる。
【０００７】
このように従来の制御棒では、脚部２ａの圧延加工を実施するために比較的深い凹所を脚部２ａに形成しておかなければならず、中性子吸収材８を気密に収容した後、脚部２ａを溶接すると、図１２に示されるように、中性子吸収剤８の端面と、ブレード２の端縁部の間に距離Ｄがあいてしまう結果になっていた。
【０００８】
この距離Ｄは、制御棒価値をより増大させる上で無視できない距離であり、中性子吸収材８は、ブレード２の端縁部に可及的に接近して配置されることが望ましい。
【０００９】
そこで、従来の制御棒では、脚部２ａの圧延加工を実施しない構造のブレードが提案されている。例えば、特許文献１、２では、ブレードの先端をカバー部材で塞ぐために、カバー部材の両端とプレード先端を溶接することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００４−５２９３７２号公報
【特許文献２】特表２００７−２０８５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１、２に開示されているように、ブレードの先端に脚部を圧延加工しこれを溶接する替わりに、カバー部材で塞ぐと、ブレードの先端近傍に中性子吸収材の端面を近づけて位置させることが可能になる。
【００１２】
しかしながら、カバー部材をブレードに溶接しなければならないので、溶接による引張り材料応力が残留し、応力腐食割れのリスクが残るという問題は解消されていない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、制御棒の反応効果を向上させるために、中性子吸収材を可能な限り制御棒ブレードの先端に近接して配置できるようにした構造をもつ原子炉用制御棒を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、応力腐食割れのリスクを低減するために、制御棒ブレードに溶接継手のない接合構造をもつ原子炉用制御棒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、沸騰水型原子炉の炉心部に装荷され、中性子吸収材が制御棒のブレードに形成した長手方向列をなす各孔に収容されている原子炉用制御棒において、制御棒の中央部側からブレード先端部に向かって幅方向に延び前記中性子吸収材を収容する孔が長手方向に列をなすように形成された４枚のブレードと、前記ブレードの前記孔の開口に嵌合する端面を４方に有する横断面十字形の中央支持部材であるタイロッドと、からなり、前記ブレードの孔の開口に前記タイロッドの４方の端面を嵌合させそれぞれ溶接により接合したことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２に係る発明は、沸騰水型原子炉の炉心部に装荷され、中性子吸収材が制御棒のブレードに形成した長手方向列をなす各孔に収容されている原子炉用制御棒において、ブレード先端部側から制御棒の中央部に向かって幅方向に延び前記中性子吸収材を収容する孔が長手方向に列をなすように形成され、十字形に交差する４枚のブレードと、前記ブレードの長手方向に延び前記先端部を塞ぐカバー部材と、前記ブレード先端部で前記カバー部材と制御棒の端面との間の空間に配置され、一定の外的要因により膨張し、一度変形すると元の形状に戻らない性質を有する材料を素材とする止め部材と、からなり、前記止め部材を膨張させることにより前記カバー部材をブレード先端部に接合したことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３に係る発明は、沸騰水型原子炉の炉心部に装荷され、中性子吸収材が制御棒のブレードに形成した長手方向列をなす各孔に収容されている原子炉用制御棒において、制御棒の中央部側からブレード先端部に向かって幅方向に延び前記中性子吸収材を収容する孔が長手方向に列をなすように形成された４枚のブレードと、前記ブレードの前記孔の開口に嵌合する端面を４方に有する横断面十字形の中央支持部材であるタイロッドと、前記タイロッドの端面と制御棒の端面との間の空間に配置され、一定の外的要因により膨張し、一度変形すると元の形状に戻らない性質を有する材料を素材とする止め部材と、からなり、前記止め部材を膨張させることにより前記ブレードを前記タイロッドに接合したことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４に係る発明は、沸騰水型原子炉の炉心部に装荷され、中性子吸収材が制御棒のブレードに形成した長手方向列をなす各孔に収容されている原子炉用制御棒において、ブレード先端部側から制御棒の中央部に向かって幅方向に延び前記中性子吸収材を収容する孔が長手方向に列をなすように形成され、十字形に交差する４枚のブレードと、前記ブレード先端部で前記孔の開口に嵌合する嵌合部を有し、一定の外的要因により膨張し、一度変形すると元の形状に戻らない性質を有する材料を素材とする止め部材と、からなり、前記止め部材を膨張させることにより前記ブレードの各孔をそれぞれ前記止め部材により塞ぐようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、中性子吸収材を可能な限り制御棒ブレードの先端に近接して配置できるようにした構造にできるので、制御棒の反応効果を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明によれば、応力腐食割れのリスクを低減するために、制御棒ブレードに溶接継手のない接合構造をもつ制御棒にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による原子炉用制御棒のブレードを横断面図である。
【図２】同ブレードの長手方向の断面を示す図である。
【図３】ブレードを接合するタイロッドを示す斜視図である。
【図４】図３のタイロッドの断面を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態による原子炉制御棒のブレードを横断面図である。
【図６】図５のブレードの先端部を拡大した断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による原子炉制御棒のブレードを横断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態による原子炉制御棒のブレードを横断面図である。
【図９】ブレードの先端部を塞ぐ止め部材を示す斜視図である。
【図１０】原子炉用制御棒の全体構造を示す斜視図である。
【図１１】制御棒と燃料集合体の配置を示す平面図である。
【図１２】従来の制御棒ブレードの横断面図である。
【図１３】従来の制御棒ブレードの長手方向の断面を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明による原子炉用制御棒の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２３】
第１実施形態  
図１は、本発明の原子炉用制御棒に用いられるブレード２０の横断面を示している。原子炉用制御棒の全体構造は、図１０に示した制御棒と同様であり、４枚の縦長なブレード２０を横断面を十字型に組み立てて構成されるものである。
【００２４】
この第１実施形態では、それぞれブレード２０には、制御棒の中央部側から、中性子吸収材８を収容する孔２１が幅方向に延びるように切削加工されている。これらの孔２１は、図２に示されるように、ブレード２０の長手方向に列をなすように多数形成されている。他方、ブレード２０の先端部側は、図１２に示した従来のブレード２の場合と異なって、孔２１は開口せずに平らな底をもつ閉じた形状になっている。
【００２５】
中性子吸収材８は、ブレード２０の孔２１に挿入される。その後、孔２１の開口には、タイロッド２２の一部が嵌め込まれ、中性子吸収材８の入った孔２１はタイロッド２２によって密閉される。
【００２６】
ここで、図３は、タイロッド２２の外形を示す斜視図で、図４はタイロッド２２の横断面を示す。タイロッド２２は、横断面が十字形をなす、制御棒の中央支持部材として用いられている部材である。タイロッド２２は、四方に突き出るそれぞれ細長い板状の支持部２３の端面には、それぞれ凸部２４が長手方向に形成されている。この凸部２４はブレード２０の孔２１の開口に嵌合する。タイロッド２２とブレード２０は長手方向全体に亘って溶接される。
【００２７】
次に、以上のように構成される第１実施形態の作用・効果について説明する。
【００２８】
制御棒に用いられる従来のブレード２（図１２参照）と、図１に示したブレード２０を対照するとわかるように、本実施形態の制御棒では、制御棒の中央支持部材側から切削してブレード２０に孔２１を形成しているので、従来のブレード２にあった脚部２ａをなくし、ブレード２０の先端部側を平らに閉じた構造とすることができる。これにより、中性子吸収材８の端面とがブレード２０の先端部との間の距離Ｄを小さくし、中性子吸収材８の端面を可及的にブレード２０の先端部に近接させることが可能になり、従来に較べて制御棒の反応効果を向上させ、制御棒価値をより増大させることができる。
【００２９】
第２実施形態  
次に、本発明の第２の実施形態について、図５を参照しながら説明する。  
この第２実施形態では、第１実施形態と異なり、ブレード２０の先端部側から切削されて孔２１が形成される。この孔２１は、ブレード２０の長手方向に列をなすように多数形成されている点は第１実施形態と同様である。
【００３０】
図６は、ブレード２０の先端部を拡大して示す図である。ブレード２０の先端部の外側面にはテーパ面２３が形成されている。ブレード２０の先端部は、先端カバー部材２４によって塞がれるようになっている。この先端カバー部材２４は、ブレード２０の長手方向に延びる細長いカバー部材で、内側には凹面２７が形成されるとともに、ブレード２０のテーパ面２３に密着するテーパ面２５が形成されている。
【００３１】
ブレード２０の孔２１に収容されている中性子吸収材８の端面と先端カバー部材２４の凹面２７との間には空間が形成され、先端カバー部材２４をブレード２０の先端部に固定するための止め部材２６が中性子吸収材８の端面と先端カバー部材２４の凹面２７の間の空間に収容されている。
【００３２】
この止め部材２６は、先端カバー部材２４と同じように、ブレード２０の長手方向に細長い棒状の部材で、加熱するなど一定の外的要因により形状が膨らみ、かつ、一度変形すると元の形状に戻らない性質を有する材料、例えば、一方向性の形状記憶合金などを素材にしている。
【００３３】
次に、以上のように構成される第２実施形態の作用・効果について説明する。
【００３４】
この第２実施形態では、ブレード２０の先端部を塞ぐ先端カバー部材２４を接合するために、以下のように、止め部材２６の形状を記憶する性質を利用している。
【００３５】
図５において、ブレード２０の孔２１に中性子吸収材８を収容してから、止め部材２６がブレード２０の先端部に装着される。この段階では、止め部材２６は膨らむ前の形状である。
【００３６】
止め部材２６に重ねるようにして先端カバー部材２４をブレード２０の先端部に取り付けてから、止め部材２６を加熱するなどして外的要因を加え、記憶している膨張した形状に変化させる。この止め部材２６が膨張すると、ブレード２０のテーパ面２３のある先端は外側の先端カバー部材２４を押し広げようとする力を加える一方で先端カバー部材２４は抵抗するので、この力の均衡によって、先端カバー部材２４はブレード２０の先端に締結される。
【００３７】
以上のようにして、第２実施形態によれば、ブレード２０の先端部を閉じるのに溶接を実施する必要がなくなり、従来のように溶接の結果、残留応力による腐食割れが発生する危険性を低減させることができる。
【００３８】
第３実施形態  
次に、図７を参照しながら、本発明の第３実施形態について説明する。  
この第３実施形態は、図１の第１実施形態と図５の第２実施形態を組み合わせた構造である。  
制御棒のブレード２０には、制御棒の中央部側から、中性子吸収材を収容する孔２１が切削加工されている。これらの孔２１は、ブレード２０の長手方向に列をなすように多数形成されている。他方、ブレード２０の先端部側は、孔は開口せずに平らな底をもつ閉じた形状になっている。
【００３９】
中性子吸収材８は、ブレード２０の孔２１に挿入される。その後、孔２１の開口には、止め部材２６を介してタイロッド２２の支持部２３で塞がれている。
【００４０】
このタイロッド２２は、端面が凹形状になっていて、止め部材２６を収容するようになっている点を除いて、図３、図４に示したタイロッド２２と同じである。また、止め部材２６は、加熱するなど一定の外的要因により形状が膨らみ、かつ、一度変形すると元の形状に戻らない性質を有する材料、例えば、一方向性の形状記憶合金などを素材にしている。
【００４１】
以上のように構成される第３実施形態によれば、第１実施形態と第２実施形態の両方の効果を一挙に得られる。
【００４２】
すなわち、制御棒の中央支持部材側から切削してブレード２０に孔２１を形成しているので、従来のブレード２にあった脚部２ａをなくし、ブレード２０の先端部側を平らに閉じた構造とすることができる。これにより、中性子吸収材８の端面とがブレード２０の先端部との間の距離Ｄを小さくし、中性子吸収材８の端面を可及的にブレード２０の先端部に近接させることが可能になり、従来に較べて制御棒の反応効果が向上し制御棒価値をより増大させることができる。
【００４３】
その上で、ブレード２０とタイロッド２２を接合するのに、止め部材２６が形状を記憶する性質を利用しているので、溶接を実施する必要がなくなり、従来のように溶接の結果、残留応力による腐食割れが発生する危険性を低減させることができる。
【００４４】
第４実施形態
次に、図８は、本発明の第４の実施形態を示す。  
この第４実施形態は、第２実施形態の止め部材２６の形状を変更するとともに、先端カバー部材２４を不要にした実施形態である。この第４実施形態では、ブレード２０の先端部を止め部材３０そのもので塞ぐ構造としている。
【００４５】
図８に示すように、止め部材３０は、矩形の蓋部３１と円柱状の嵌合部３２とが一体となった構造の部材である。嵌合部３２は、ブレード２０の孔２１の開口部にほぼ密着して嵌合するようになっている。止め部材３０の材料は、加熱するなど一定の外的要因により形状が膨らみ、かつ、一度変形すると元の形状に戻らない性質を有する材料、例えば、一方向性の形状記憶合金などを素材にしている点は第２実施形態と同様である。
【００４６】
次に、以上のような第４実施形態の作用・効果について説明する。
【００４７】
ブレード２０の孔２１に中性子吸収材８を収容してから、それぞれの孔２１を塞ぐために、止め部材３０は一つずつブレード２０の先端部に装着される。この段階では、止め部材２６は膨らむ前の形状である。
【００４８】
その後、止め部材３０を加熱するなどして、外的要因を加え記憶している膨張した形状に変化させる。この止め部材３０が膨張すると、円柱状の嵌合部３２は、孔２１の入口を押し広げるようにして密着するので、止め部材３０はブレード２０の先端に締結される。
【００４９】
以上のようにして、第２実施形態によれば、ブレード２０の先端部を閉じるのに溶接を実施する必要がなくなり、従来のように溶接の結果、残留応力による腐食割れが発生する危険性を低減することができる。
【符号の説明】
【００５０】
８…中性子吸収材、２０…ブレード、２１…孔、２２…タイロッド、２４…先端カバー部材、２６…止め部材、３０…止め部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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