特許 6776173 制御棒及び沸騰水型原子炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6776173

(24)【登録日】2020年10月9日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】制御棒及び沸騰水型原子炉

(51)【国際特許分類】

   G21C 7/113 20060101AFI20201019BHJP

   G21D 1/00 20060101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   G21C7/113GDB

   G21D1/00 W

【請求項の数】14

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-81453(P2017-81453)

(22)【出願日】2017年4月17日

(65)【公開番号】特開2018-179832(P2018-179832A)

(43)【公開日】2018年11月15日

【審査請求日】2020年1月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】橘 正彦

(72)【発明者】

【氏名】金田 潤也

(72)【発明者】

【氏名】石岡 真一

(72)【発明者】

【氏名】荒川 貴行

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸 武裕

【審査官】 関口 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１９６８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１４００９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１１３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００２９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０７５８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｃ７／００−７／３６

Ｇ２１Ｄ１／００−９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

沸騰水型原子炉内に配置される制御棒であって、
水平断面が十字状のタイロッドと、
前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、
前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、
前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、
前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、
前記被覆部は、前記露出部を複数有し、
前記複数の露出部同士の間隔が３．２ｍｍ以下であることを特徴とする制御棒。

【請求項2】

沸騰水型原子炉内に配置される制御棒であって、
水平断面が十字状のタイロッドと、
前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、
前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、
前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、
前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、
前記被覆部の端部から前記露出部までの距離が３．２ｍｍ以下であることを特徴とする制御棒。

【請求項3】

沸騰水型原子炉内に配置される制御棒であって、
水平断面が十字状のタイロッドと、
前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、
前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、
前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、
前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、
前記被覆部は、前記露出部を複数有し、
前記複数の露出部同士の間隔が３．２ｍｍ以下であり、
前記被覆部の端部から前記露出部までの距離が３．２ｍｍ以下であることを特徴とする制御棒。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の制御棒であって、
前記露出部は、前記被覆部を貫通する貫通孔であり、
前記貫通孔の前記被覆部表面における形状は、略円形、略矩形、スリット形のいずれかであることを特徴とする制御棒。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の制御棒であって、
前記シース内に中性子吸収材を備え、
前記シースは、前記中性子吸収材が露出する冷却孔を複数有し、
前記シースの水平方向における断面積が、いずれの位置においても、前記被覆部に前記露出部を設ける前の前記シースの水平方向における最小断面積を下回らないように前記露出部が設けられることを特徴とする制御棒。

【請求項6】

沸騰水型原子炉内に配置される制御棒であって、
水平断面が十字状のタイロッドと、
前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、
前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、
前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、
前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、
前記シース内に中性子吸収材を備え、
前記シースは、前記中性子吸収材が露出する冷却孔を複数有し、
前記シースの水平方向における断面積が、いずれの位置においても、前記被覆部に前記露出部を設ける前の前記シースの水平方向における最小断面積を下回らないように前記露出部が設けられることを特徴とする制御棒。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の制御棒であって、
前記シース内に中性子吸収材を備え、
前記シースは、前記中性子吸収材が露出する冷却孔を複数有し、
前記複数の冷却孔は、前記シース表面において千鳥状に配置されることを特徴とする制御棒。

【請求項8】

原子炉の運転を制御する制御棒を備える沸騰水型原子炉であって、
前記制御棒は、水平断面が十字状のタイロッドと、
前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、
前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、
前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、
前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、
前記被覆部は、前記露出部を複数有し、
前記複数の露出部同士の間隔が３．２ｍｍ以下であることを特徴とする沸騰水型原子炉。

【請求項9】

原子炉の運転を制御する制御棒を備える沸騰水型原子炉であって、
前記制御棒は、水平断面が十字状のタイロッドと、
前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、
前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、
前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、
前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、
前記被覆部の端部から前記露出部までの距離が３．２ｍｍ以下であることを特徴とする沸騰水型原子炉。

【請求項10】

原子炉の運転を制御する制御棒を備える沸騰水型原子炉であって、
前記制御棒は、水平断面が十字状のタイロッドと、
前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、
前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、
前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、
前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、
前記被覆部は、前記露出部を複数有し、
前記複数の露出部同士の間隔が３．２ｍｍ以下であり、
前記被覆部の端部から前記露出部までの距離が３．２ｍｍ以下であることを特徴とする沸騰水型原子炉。

【請求項11】

請求項８から１０のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉であって、
前記露出部は、前記被覆部を貫通する貫通孔であり、
前記貫通孔の前記被覆部表面における形状は、略円形、略矩形、スリット形のいずれかであることを特徴とする沸騰水型原子炉。

【請求項12】

請求項８から１１のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉であって、
前記シース内に中性子吸収材を備え、
前記シースは、前記中性子吸収材が露出する冷却孔を複数有し、
前記シースの水平方向における断面積が、いずれの位置においても、前記被覆部に前記露出部を設ける前の前記シースの水平方向における最小断面積を下回らないように前記露出部が設けられることを特徴とする沸騰水型原子炉。

【請求項13】

原子炉の運転を制御する制御棒を備える沸騰水型原子炉であって、
前記制御棒は、水平断面が十字状のタイロッドと、
前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、
前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、
前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、
前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、
前記シース内に中性子吸収材を備え、
前記シースは、前記中性子吸収材が露出する冷却孔を複数有し、
前記シースの水平方向における断面積が、いずれの位置においても、前記被覆部に前記露出部を設ける前の前記シースの水平方向における最小断面積を下回らないように前記露出部が設けられることを特徴とする沸騰水型原子炉。

【請求項14】

請求項８から１３のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉であって、
前記シース内に中性子吸収材を備え、
前記シースは、前記中性子吸収材が露出する冷却孔を複数有し、
前記複数の冷却孔は、前記シース表面において千鳥状に配置されることを特徴とする沸騰水型原子炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御棒及びこれを備える沸騰水型原子炉に関する。

【背景技術】

【0002】

沸騰水型原子炉は、複数の燃料集合体が装荷された炉心を原子炉圧力容器内に有している。これらの燃料集合体内に存在する核燃料物質に含まれるウラン２３５が、中性子を吸収して核分裂を起こし、熱を発生する。炉心に供給された炉水（冷却水）は、その熱によって加熱されて沸騰し、一部が蒸気になる。炉心内では、上記の核分裂によって新たに発生する中性子が他のウラン２３５を分裂させる連鎖反応が起きている。

【0003】

核分裂の連鎖反応量を制御するため、中性子吸収材を内部に収納する制御棒が利用される。このうち、沸騰水型原子炉で通常使用される制御棒は、水平断面が十字形をしており、４体の燃料集合体のチャンネルボックスの相互間に形成される間隙（飽和水領域）内に挿入される。４体の燃料集合体により構成される１つのセル当たり１体の制御棒が設けられる。原子炉圧力容器内でほぼ１つのセル毎にそれら４体の燃料集合体の下方に、制御棒案内管が配置される。制御棒は、セル内の４体の燃料集合体の各チャンネルボックス、及び制御棒案内管をガイド部材として利用する。また、制御棒は、下端部が制御棒駆動機構に連結され、制御棒駆動機構の駆動操作によって炉心に挿入されたり、炉心から引抜かれたりする。制御棒は、反応度制御及び出力分布の調整に用いられる重要機器である。

【0004】

図９、１０、１１を参照して、沸騰水型原子炉に用いられる従来のハフニウム棒型制御棒の構造について簡単に説明する。制御棒１０１は、十字型の水平断面形状を有するタイロッド１０３上端部にハンドル１０２が接合されており、タイロッド１０３の下端部に落下速度リミッタ１１１が接合されている。制御棒１０１は、タイロッド１０３から四方に伸びる４枚のブレード１１２を有している。

【0005】

図１０は、４枚のうち１枚のブレード１１２について、ハンドル１０２とシース１０５とタイロッド１０３との接合部の一部を拡大した平面図である。各ブレード１１２は、タイロッド１０３とハンドル１０２とに取り付けられ、水平断面がＵ字状であるシース１０５を有している（図１１）。

【0006】

Ｕ字型の水平断面形状を有するシース１０５は、内部に中性子吸収材である棒状のハフニウム部材１０４を有している。シース１０５には、シース１０５の内外を貫通する冷却孔１０６を複数個設けている。冷却孔１０６は、ブレード１１２の複数の所定の高さ位置に、1つのブレード１１２あたり４個（裏表に各２個づつ）設けている（図９）。なお、ハフニウム部材１０４は管状や板状の場合もある。

【0007】

近年、沸騰水型原子炉に用いられる制御棒において、シースの表面に微小なひびが生じる事象が報告されている。このひびは、応力、腐食及び放射線照射の３つの環境要因が重畳したときに発生する照射誘起型応力腐食割れ（ＩＡＳＣＣ：Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking）であると考えられている。このひびは、隙間内に不純物が蓄積することで炉水の通流が妨げられることで発生する隙間腐食が起点となって発生する。シースに生じるＩＡＳＣＣを抑制するため、例えば、特許文献１には、ハンドルと中性子吸収材（ハフニウム部材）を固定するピンの端面に窪みを設けることでシース内部での炉水の流路を形成する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１１−２０８９５９号公報

【特許文献2】特開２００９−１２８３４９号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Yoichi Wada et al., Effects of γ-Ray Irradiation Upon SCC Initiation and Propagation Under BWR Conditions, 14th Int. Conf. on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems, Virginia Beach, VA, August 23-27, 2009, P.596-603.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ハフニウム棒型制御棒の場合、制御棒の下方から上方へ炉水が通流する。シースとハフニウム棒の間隙が適切な間隔に管理されていれば、炉水は当該間隙を通流することができる。そのため、ハフニウム棒と近接するシース内面への不純物の蓄積が生じず、炉水の通流の阻害が生じない。その結果、シース内面はシース外面と同程度の酸素濃度が維持されるので、隙間腐食ならびに隙間腐食を起点としたひびの発生が抑制される。

【0011】

しかしながら、制御棒の中心部に位置するタイロッドとシースとが重なり合う領域は隙間幅が狭く、かつ広範囲で重なり合ってため、炉水が均一に通流できず停滞する可能性がある。このようにして停滞水が発生すると、腐食生成物が排出されにくくなり、物質の蓄積や固着が進行することで物理的に炉水の通流を妨害し易くなる。さらに、炉水に含まれる酸素もタイロッドとシースが重なり合う領域の停滞水中には供給されにくくなる。酸素の枯渇が発生した隙間内（タイロッドとシースが重なり合う領域）では溶解反応が進行し、酸素が十分存在する領域(隙間外の表面)で酸素の還元反応が進行することで隙間腐食が進行する。そのため、シースの隙間内面側で隙間腐食を起点としたひび割れも生じるおそれがある。

【0012】

特許文献１に記載されている技術はＩＡＳＣＣを抑制することはできるものの、ピンを当てるので応力が負荷され、且つ、隙間幅が狭く且つ広い範囲で近接しているため、隙間腐食を十分抑制することができないおそれがある。

【0013】

本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、沸騰水型原子炉において、制御棒を構成するタイロッドおよびシース間の隙間腐食を抑制可能な制御棒及びこれを備える沸騰水型原子炉を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明は、沸騰水型原子炉内に配置される制御棒であって、水平断面が十字状のタイロッドと、前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、前記被覆部は、前記露出部を複数有し、前記複数の露出部同士の間隔が３．２ｍｍ以下であることを特徴とする。

【0015】

また、本発明は、 原子炉の運転を制御する制御棒を備える沸騰水型原子炉であって、前記制御棒は、水平断面が十字状のタイロッドと、前記タイロッドの一端に接合され、水平断面が十字状のハンドルと、前記タイロッドおよび前記ハンドルに接合され、水平断面がＵ字状のシースと、を備え、前記シースは、前記タイロッドの一部を被覆する被覆部を有し、前記被覆部は、前記タイロッドが露出する露出部を有し、前記被覆部は、前記露出部を複数有し、前記複数の露出部同士の間隔が３．２ｍｍ以下であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、沸騰水型原子炉において、制御棒を構成するタイロッドおよびシース間の隙間腐食を抑制可能な制御棒及びこれを備える沸騰水型原子炉を実現することができる。

【0017】

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る制御棒の一部を示す斜視図である。

【図2】図１におけるII部分の拡大図である。

【図3】図２のIIIｂ−IIIｂ線切断部端面図である。

【図4】図２のシース５における被覆部９部の一部を拡大した図である。

【図5A】発明者らが実施した高温水中浸漬試験によりステンレス鋼の隙間内に発生した浸食の拡大写真である。

【図5B】発明者らが実施した高温水中浸漬試験においてステンレス鋼の隙間内表面に発生した浸食の位置を示す図である。

【図6A】図９に示した従来のハフニウム棒型制御棒のハンドル１０２とシース１０５とタイロッド１０３との接合部の一部を拡大した平面図、ならびに断面の模式図である。

【図6B】図１のII部分の拡大図、ならびに断面の模式図である。

【図7A】図２の変形例を示す図である。

【図7B】図２の変形例を示す図である。

【図7C】図２の変形例を示す図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る沸騰水型原子炉の概略構成を示す図である。

【図9】沸騰水型原子炉に用いられる従来のハフニウム棒型制御棒の構造を示す斜視図である。

【図10】図９のハンドル１０２とシース１０５とタイロッド１０３との接合部の一部を拡大した平面図である。

【図11】図１０のIIIａ−IIIａ線切断部端面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、適宜図面を参照して本発明に係る制御棒及びこれを備える沸騰水型原子炉について詳細に説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

【実施例1】

【0020】

図１から図６Ｂを参照して、実施例１の制御棒の構成について説明する。図１は、本実施例に係る制御棒の一部を示す斜視図である。図２は、図１のII部分の拡大図である。図３は、図２のIIIｂ−IIIｂ線切断部端面図である。図４は、図２のシース５における被覆部９部の一部を拡大した図である。図５Ａ，図５Ｂは、発明者らが実施した高温水中浸漬試験によるステンレス鋼の隙間内浸食の結果を示す図である。また、図６Ｂは図１のII部分の拡大図とその断面を示す模式図であり、図６Ａは比較のために示す従来の制御棒の対応部分の拡大図とその断面を示す模式図である。

【0021】

図１，図２，図３に示すように、本実施例に係る制御棒１は、設置面に対して水平な方向に切断した断面（水平断面）が十字状のタイロッド３を備えている。また、この制御棒１は、タイロッド３の上端に接合された水平断面が十字状のハンドル２を備えている。タイロッド３の十字とハンドル２の十字は、上部から見た場合に軸心が一致する位置で、かつ上部から見た平面視において両者の十字状の端部（タイロッド３の十字とハンドル２の十字）が重なり合う向きで、相互に固定されている。

【0022】

そして、この制御棒１は、タイロッド３の十字状の各端部から延出するように、かつハンドル２の下方に延出するようにシース５が設けられている。言い換えると、軸心に配置された十字状のタイロッド３の形状に沿って四方に伸びるように４枚のシース５がタイロッド３に接合されると共に、十字状のハンドル２の下方に伸びるようにシース５が接合されている。

【0023】

ハフニウム部材４は棒状であり、ハンドル２の下方に吊り下げられている。シース５は、水平断面がＵ字状であり（図３参照）、ハフニウム部材４を覆うように設置されている。シース５には内部のハフニウム部材４が露出するように複数の冷却孔６が設けられている（図１、図２参照）。シース５は、タイロッド３と重なり合う部分の任意の箇所で、制御棒１の長手方向に接合され、ハンドル２と重なり合う部分の任意の箇所で制御棒１の短手方向に接合されている。これらの接合は、例えば、溶接で行われている。これらの溶接は通常行われる一般的な装置及び条件で行うことができる。

【0024】

このような構造であるため、シース５は、図２，図３に示すように、タイロッド３の一部を被覆する被覆部９を有している。なお、図２，図３では４枚のシース５のうち１枚のシース５及びタイロッド３を図示している。図２，図３には示していないが同じ構造のシース５及びハンドル２がタイロッド３の他の３つの端部にも同様に設けられている。この被覆部９におけるタイロッド３とシース５の隙間幅ｄは非常に狭く、０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲としている。

【0025】

ここで、例えば、上記特許文献２にはハフニウム部材とシースの隙間幅を０．２ｍｍより大きく１．０ｍｍ以下とする旨が記載されており、本実施例では、タイロッド３とシース５の隙間幅ｄをこれと同等としている。なお、ハフニウム部材４は棒状であるので、図３に示すように、シース５と任意の隣接した２つのハフニウム部材４との間には、前記した隙間幅ｄよりも広い（１ｍｍより大きい）略三角形の隙間が生じる。

【0026】

従って、シース５とハフニウム部材４の隙間は炉水の通流が、図２，図３に示すタイロッド３とシース５の隙間よりも容易であるので、炉水からの酸素の供給も容易となる。そのため、シース５とハフニウム部材４の隙間と、シース５の外との酸素濃度に大きな差が生じず、隙間腐食が生じ難くなっている。

【0027】

これに対し、被覆部９におけるタイロッド３とシース５の隙間幅ｄは前記したように狭く、炉水が通流し難くなっているので、炉水からの酸素の供給も困難となる。そのため、タイロッド３とシース５の間と、シース５の外とで酸素濃度に大きな差が生じる可能性があり、隙間腐食が生じ易くなる。

【0028】

ここで、上記非特許文献１によれば、シースの外が高酸素濃度（１０００ｐｐｂ）である場合、腐食電位は１００〜２００ｍＶｖｓ．ＳＨＥである。ＳＨＥは標準水素電極を表し、Ｖｖｓ．ＳＨＥは標準水素電極電位を基準とした電位を表している。また、タイロッドとシースとが重なり合って接合されている領域（被覆部）に形成される隙間の内部の酸素濃度を、シースの外の１／２０の酸素濃度（５０ｐｐｂ）とした場合の腐食電位は、−２００〜−３００ｍＶｖｓ．ＳＨＥとなる。

【0029】

このことから、タイロッド３とシース５の間の酸素濃度が、シース５の外の酸素濃度の１／２０になると、隙間の内外の腐食電位に大きな差が発生することから、隙間腐食が発生する可能性が高くなると言える。

【0030】

隙間内のある深さ位置で酸素濃度が１／２０に低下して、隙間内の腐食電位が低下して電位差が生じ隙間腐食が発生するものと考えられる。このため本発明者らは、寸法５０ｍｍ×１５ｍｍのステンレス鋼の板材２枚を重ね合わせて隙間部を形成し、高温水中に浸漬して、隙間内の浸食発生位置を調べた。図５Ａ，図５Ｂに一例として隙間腐食により発生した浸食を観察した結果、ならびに隙間内で浸食が発生した位置をまとめた結果を示す。

【0031】

その結果、浸食は隙間の開口部から深さ約１．２ｍｍ〜２．０ｍｍの位置に集中して浸食が発生した。（図５Ｂに示すように、平均値は約１．６ｍｍである。）このため被覆部９において、シース５とタイロッド３との間隙に形成される最大の隙間深さは、１．６ｍｍまで許容できると考えた。すなわち、隙間の開口部から隙間内の最も深い位置までの距離を１．６ｍｍにでき、隙間部の両側を炉水に接触させれば３．２ｍｍまで許容できることになる。

【0032】

図２，図３に示すように、本実施例では、タイロッド３を被覆する被覆部９は、タイロッド３の表面が露出する露出部８を１つ以上有している。さらに図４に示すように、被覆部９は、使用される態様において、複数個の露出部８同士の端部間の直線距離Ｌ１が３．２ｍｍ以下となるように、露出部８を配置している。また、被覆部９の端部と露出部８の端部との直線距離Ｌ２が、被覆部９の何れの部位においても３．２ｍｍを上回らないように露出部８を配置している。逆に言えば、被覆部９のうち露出部８を設けない領域では、ｄなる間隙を介して、シース５とタイロッド３が重なっていることになる。

【0033】

このように被覆部９に露出部８を設置すると、被覆部９において形成される隙間の深さは最大１．５ｍｍとなる。このため、露出部８を通じてタイロッド３が炉水と接触できる。そのため、露出部８の端部同士、および被覆部９の端部と露出部８の端部との距離を、いずれの位置においても３．２ｍｍ以下として設計することにより、炉水によりタイロッド３とシース５の間に酸素などの酸化剤が供給され、タイロッド３とシース５の間と、シース５の外とにおける酸素濃度の差が低減し、ひび割れにつながる可能性がある隙間腐食を抑制することができる。

【0034】

また、本実施例においては、シース５の水平断面の面積の最小値が、露出部８を設けない従来の制御棒における最低断面積を下回らないように、露出部８を設けるのが好ましい。図１，図２，図３，図６Ｂに示すように、シース５には、シース５の内側と外側を貫通する冷却孔（貫通孔）６（６ａ，６ｂ）が設けられている。この冷却孔（貫通孔）６（６ａ，６ｂ）は、４枚のブレードの裏表両面に複数個設けられている。ある特定の高さ位置に着目すれば、１ブレードあたり計４個の冷却孔（貫通孔）６（６ａ，６ｂ）が設けられており、したがってブレードの片面には２個設けられている。

【0035】

シース５における水平方向の断面積が、露出部８を設けない従来の制御棒における最小断面積、すなわち冷却孔６ａ、６ｂが設けられた高さ位置における水平方向断面積を下回ると、シース５の強度が低下するおそれがある。このため、水平方向に２個設けられた冷却孔６の中心を通る水平線に沿った断面において、最小断面積となる。

【0036】

このため、図６Ｂに示すように、このうち１組の冷却孔６ｂを上下方向に冷却孔６ａ直径寸法と同じ距離だけ移動して設置すれば、言い換えると、複数の冷却孔６ａ，６ｂを千鳥状に配置すれば、冷却孔６ｂの直径×シース厚さの分だけ断面積が増加する。シース５によってタイロッド３が被覆される被覆部９に位置するシース５に貫通孔を設けて露出部８を設けた場合であっても、露出部８を設けない場合の最低断面積を下回らない構成とする。これにより、シース５の強度低下を回避して露出部８を設けることができ、隙間腐食を抑制できる。

【実施例2】

【0037】

図７Ａから図７Ｃを参照して、実施例２の制御棒の構成について説明する。図７Ａから図７Ｃはそれぞれ図２の変形例を示しており、露出部８や被覆部９の形状が図２と相違する点で実施例１の制御棒とは異なっている。

【0038】

図２に示す制御棒ではタイロッド３とシース５の接合領域の被覆部９に多数の円形の露出部（貫通孔）８を設けているのに対し、図７Ａの制御棒では制御棒の短手方向に長い（延在する）スリットを露出部（貫通孔）８として設けている。多数の円形の露出部（貫通孔）８に替えて、図７Ａのようにスリット状に露出部（貫通孔）８を設けることで被覆部９の機械的な強度の低下を最小限に抑えることができる。

【0039】

なお、図７Ａのように露出部（貫通孔）８をスリット状に設ける場合も、実施例１（図２）と同様に、隣接するスリット同士の間隔（距離Ｌ１）を３．２ｍｍ以下になるように露出部（貫通孔）８を配置するのが望ましい。また、被覆部９の端部と露出部（貫通孔）８の端部との直線距離Ｌ２が被覆部９の何れの部位においても３．２ｍｍを上回らないように露出部（貫通孔）８を配置するのが望ましい。

【0040】

また、図７Ｂの制御棒では円形の露出部（貫通孔）８に替えて、露出部（貫通孔）８を矩形（または正方形）に形成している。露出部（貫通孔）８を矩形（または正方形）にすることで実施例１（図２）と同様に隙間腐食の防止効果を得ることができ、さらに被覆部９の端部（角部）における配置（レイアウト）がしやすいなどのメリットもある。

【0041】

また、図７Ｃに示すように、被覆部９に露出部（貫通孔）８を設けずに、被覆部９を制御棒の短手方向に短く形成することで、タイロッド３とシース５の接合領域の被覆部９の面積（すなわち、タイロッド３とシース５との重なり）を低減し、タイロッド３とシース５の間の隙間腐食を抑制することも可能である。この場合、タイロッド３とシース５の接合部の機械的な強度を考慮して、タイロッド３とシース５の接合領域の被覆部９の面積（すなわち、タイロッド３とシース５との重なり）を設計する必要がある。

【実施例3】

【0042】

図８を参照して、本実施例の沸騰水型原子炉について説明する。図８は、本実施例に係る沸騰水型原子炉の構成の概略を説明する概略説明図である。図８に示すように、本実施例に係る沸騰水型原子炉８０は、原子炉格納容器８１と、圧力容器８２とを有している。原子炉格納容器８１は、冷却水喪失時などに圧力障壁となると共に、放射性物質の放散に対する障壁を形成するための施設であり、燃料集合体が収められた圧力容器（原子炉）などの重要な機器を覆っている。

【0043】

原子炉格納容器８１は、その目的を果たすため、内部に水を有し、原子炉から放出される蒸気を水で凝縮して圧力の上昇を防ぐ圧力抑制室プール８３を有している。圧力容器８２は、原子炉の炉心を収めた状態で内部の圧力を保持する容器である。圧力容器８２内には冷却水Ｗが収められている。冷却水Ｗは、再循環ポンプ８４により圧力容器８２内を循環する。

【0044】

ここで、本実施例に係る沸騰水型原子炉８０は、圧力容器８２の下部に、実施例１または実施例２で説明した本発明に係る制御棒１を備えている。本実施例においては、４体の燃料集合体８５（図８には簡略的に図示している）にて構成される１つのセル当たり１体の制御棒１を備えている。制御棒１は、図１に示すように、タイロッド３の下端部に落下速度リミッタ１１が接合されている。制御棒１は、落下速度リミッタ１１の下部が制御棒駆動機構（図示せず）に連結され、制御棒駆動機構の駆動操作により圧力容器８２（炉心）に挿入されたり、炉心から引抜かれたりすることによって、反応度制御及び出力分布の調整を行う。

【0045】

本実施例に係る沸騰水型原子炉８０は、実施例１や実施例２で説明した本発明に係る制御棒１を備えており、冷却水Ｗによってタイロッド３とシース５の間に酸素を効果的に供給することができ、酸素濃度を高くできる。そのため、タイロッド３とシース５の間の酸素濃度がシース５の外の酸素濃度の１／２０よりも高くなり、隙間腐食が抑制される。従って、本実施例に係る沸騰水型原子炉８０は、メンテナンスに掛かる手間及びコストを低減することができる。

【0046】

以上、本発明の一実施形態に係る制御棒及びこれを備える沸騰水型原子炉について詳細に説明したが本発明の主旨はこれに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0047】

１…制御棒
２…ハンドル
３…タイロッド
４…ハフニウム部材
５…シース
６，６ａ，６ｂ…冷却孔（貫通孔）
８…露出部（貫通孔）
９…被覆部
１１…落下速度リミッタ
８０…沸騰水型原子炉
８１…原子炉格納容器
８２…圧力容器
８３…圧力抑制室プール
８４…再循環ポンプ
Ｗ…冷却水
８５…燃料集合体
１０１…制御棒
１０２…ハンドル
１０３…タイロッド
１０４…ハフニウム部材
１０５…シース
１０６…冷却孔
１１１…落下速度リミッタ
１１２…ブレード
ｄ…隙間幅
Ｌ１…複数個の露出部８同士の端部間の直線距離
Ｌ２…被覆部９の端部と露出部８の端部との直線距離。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】