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特表2024-524972高フルエンス領域におけるクラッドのひずみを緩和するためのＲＣＣＡおよびＣＥＡの性能を改善する方法および装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-09

(54)【発明の名称】高フルエンス領域におけるクラッドのひずみを緩和するためのＲＣＣＡおよびＣＥＡの性能を改善する方法および装置

(51)【国際特許分類】

G21C 7/10 20060101AFI20240702BHJP

G21C 7/24 20060101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

G21C7/10

G21C7/24

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023578840

(86)(22)【出願日】2022-06-17

(85)【翻訳文提出日】2024-02-20

(86)【国際出願番号】 US2022073012

(87)【国際公開番号】W WO2023122358

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】17/353,016

(32)【優先日】2021-06-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521219442

【氏名又は名称】ウェスティングハウスエレクトリックカンパニーエルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＷＥＳＴＩＮＧＨＯＵＳＥＥＬＥＣＴＲＩＣＣＯＭＰＡＮＹＬＬＣ

【住所又は居所原語表記】１０００ＷｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅＤｒｉｖｅ，Ｓｕｉｔｅ１４１，ＣｒａｎｂｅｒｒｙＴｏｗｎｓｈｉｐ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ１６０６６ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジェフリーエム．マカーティ

(72)【発明者】

【氏名】タンエイチ．ドゥ

(57)【要約】

本開示は、一般に、通常運転状態および事故状態の間の、特に高フルエンス領域におけるクラッドのひずみを緩和するための制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）および／または制御要素集合体（ＣＥＡ）の性能を改善する方法、装置およびシステムに関する。種々の態様では、粉末捕集遮断装置が開示される。装置は、ＲＣＣＡおよび／またはＣＥＡの制御棒の上部吸収材と下部吸収材との間に配置することができる。装置は、上部吸収材によって発生した粉末が制御棒の下部セクションを通過するのを防止するように構成することができる。別の態様では、制御棒のプレナム体積は、上端プラグ延長部および／または下端プラグに軸方向穴を組み込むことによって増加させることができる。
【選択図】図５Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

クラッドのひずみを緩和するための制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）であって：
上部セクションおよび下部セクションを備えた被覆管；
前記被覆管の前記上部セクション内に収容された上部吸収材；ならびに
前記被覆管の前記下部セクション内に収容された下部吸収材
を備えた制御棒であって、
前記上部吸収材と前記被覆管の内側との間の第１の環状ギャップと、前記下部吸収材と前記被覆管の内側との間の第２の環状ギャップと、を有するように構成されている、前記制御棒と；
前記上部吸収材と前記下部吸収材との間の前記被覆管内に配置されている装置であって：
前記被覆管の内側に対して外向きの力を及ぼすように構成されたガータースプリングであって、前記ガータースプリングは、前記上部吸収材から出た粉末が前記被覆管の前記下部セクションを通過するのを防止するように構成されたコイルを備え、前記コイルは、さらに、ガスが前記被覆管の前記上部セクションと前記被覆管の前記下部セクションとの間を通過するのを可能にするように構成されている、ガータースプリング；および
前記ガータースプリングを保持し、前記上部吸収材に支承面をもたらし、前記上部吸収材によって発生した前記粉末を捕集するようにさらに構成されているスペーサ
を備えた前記装置と
を備えている、ＲＣＣＡ。

【請求項2】

前記上部吸収材はセラミック吸収材である、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項3】

前記上部吸収材は炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）である、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項4】

前記下部吸収材はセラミック吸収材である、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項5】

前記下部吸収材は炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）である、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項6】

前記装置は、前記ガータースプリングの上に配置されたスクリーンメッシュをさらに備え、前記スクリーンメッシュは、前記上部吸収材から発生した前記粉末が前記被覆管の前記下部セクションに通過するのを防止するように構成されている、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項7】

前記スペーサは、３０４ステンレス鋼、ニッケル基合金、インコネル６２５、インコネル７１８、セラミック吸収材、および炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項8】

前記ガータースプリングは、３０４ステンレス鋼、ニッケル基合金、インコネル６２５、およびインコネル７１８のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項9】

前記スクリーンメッシュは、３０４ステンレス鋼、ニッケル基合金、インコネル６２５、およびインコネル７１８のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項10】

各々が前記被覆管の内側に配置されている複数の前記装置をさらに備えている、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項11】

前記装置は、前記被覆管の軸長に沿って分布している、請求項１０に記載のＲＣＣＡ。

【請求項12】

前記第１の環状ギャップは第１のギャップ幅を備え、前記第２の環状ギャップは第２のギャップ幅を備え、前記第１のギャップ幅および前記第２のギャップ幅は同じである、請求項１に記載のＲＣＣＡ。

【請求項13】

クラッドのひずみを緩和するための制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）であって：
上端および下端を有する被覆管；
前記被覆管内に収容された吸収材；ならびに
前記被覆管内の前記吸収材の上方に配置され、前記吸収材の上方に、プレナム体積から構成されるプレナム
を備えた制御棒と；
前記被覆管の前記上端に取り付けられるように構成され、前記プレナム体積を増加させるように構成された軸方向穴を備える上端プラグ延長部と
を備えている、ＲＣＣＡ。

【請求項14】

クラッドのひずみを緩和するための制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）であって：
上端および下端を含む被覆管；
前記被覆管内に収容された吸収材；ならびに
前記被覆管の内側で前記吸収材の周囲に形成され、プレナム体積を有するプレナム領域
を備えた制御棒と；
前記被覆管の前記下端に取り付けられるように構成され、前記プレナム体積を増加させるように構成された軸方向穴を備えている下端プラグと
を備えている、ＲＣＣＡ。

【請求項15】

前記吸収材の、前記被覆管の前記下端に近接している部分は、その中に形成された半径方向溝を備え、前記半径方向溝は、ガスが前記軸方向穴に流入できるように構成されている、請求項１４に記載のＲＣＣＡ。

【請求項16】

前記被覆管の前記上端に取り付けられるように構成された上端プラグ延長部をさらに備え、前記軸方向穴は第１の軸方向穴であり、前記上端プラグ延長部は、前記プレナム体積を増加させるように構成された第２の軸方向穴を備えている、請求項１４に記載のＲＣＣＡ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
この出願は、米国法第３５条の利益および優先権を主張する。２０２１年６月２１日に提出された米国特許出願第１７／３５３，０１６号の第１２０条、「高フルエンス領域における被覆ひずみを軽減するためのＲＣＣＡおよびＣＥＡの性能を改善する方法および装置」。その内容の全体は参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、一般に、通常運転状態および事故状態の間の高フルエンス領域におけるクラッドのひずみを緩和するための制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）および制御要素集合体（ＣＥＡ）の性能を改善する方法、装置およびシステムに関する。

【発明の概要】

【0003】

以下の概要は、本明細書に開示された態様に特有の革新的な特徴の一部の理解を容易にするために提供されるものであり、完全な説明を意図するものではない。種々の態様は、明細書全体、特許請求の範囲、および要約を全体として捉えることによって完全に理解することができる。

【0004】

種々の態様では、通常運転状態および／または事故状態の間の高フルエンス領域におけるクラッドのひずみを緩和するための制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）および／または制御要素集合体（ＣＥＡ）の性能を改善する方法、装置およびシステムが本明細書に開示される。１つの方法は、ＲＣＣＡおよび／またはＣＥＡの上部吸収材と下部吸収材との間に粉末捕集遮断装置のような装置を組み込むことを含み得る。別の方法は、上端プラグに軸方向穴を組み込むことによってプレナム体積を増加させることを含み得る。別の方法は、下端プラグに軸方向穴を組み込むことによってプレナム体積を増加させることと、任意に、確実に下端プラグの開口部を下部吸収材が塞がないように、下部吸収材の底部に半径方向溝を組み込み、ガス膨張または発生のための流路を提供することと、を含み得る。

【0005】

種々の態様では、クラッドのひずみを緩和するための原子炉の制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）または制御要素集合体（ＣＥＡ）が本明細書に開示される。

【0006】

種々の態様では、原子炉の制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）または制御要素集合体（ＣＥＡ）は、クラッドのひずみ、例えば、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの高フルエンス領域におけるクラッドのひずみを緩和するために、ＲＣＣＡの性能を改善する装置を備え得る。

【0007】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、上部セクションおよび下部セクションを備えた被覆管を備えた少なくとも１つの制御棒を備え得る。種々の態様では、少なくとも１つの制御棒は、被覆管内に収容された吸収材を備えていてもよく、吸収材は、被覆管の上部セクション内に収容された上部吸収材と、被覆管の下部セクション内に収容された下部吸収材とから構成することができる。被覆管は、被覆管内で上部吸収材と下部吸収材との間に配置された装置をさらに備えることができる。

【0008】

種々の態様では、制御棒は、上部吸収材と被覆管との間の第１の環状ギャップと；下部吸収材と被覆管との間の第２の環状ギャップとを有するように構成され得る。一実施形態では、第１の環状ギャップは、第２の環状ギャップの幅と同じ幅を有する。

【0009】

種々の態様では、装置は粉末捕集遮断装置であり得る。一実施形態では、粉末捕集遮断装置は、被覆管内に配置され、かつ／またはＲＣＣＡもしくはＣＥＡのクラッド内の上部吸収材もしくは下部吸収材に組み込まれてもよい。一実施形態では、粉末捕集遮断装置は、クラッド内で上部吸収材と下部吸収材との間に配置されてもよい。

【0010】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、上部吸収材に組み込まれた１つまたは複数の粉末捕集遮断装置をさらに備え得る。一実施形態では、１つまたは複数の粉末捕集遮断装置は、被覆管または少なくとも１つの制御棒の軸長に沿って上部吸収材に均等に分布させてもよい。粉末捕集遮断装置の各々は、各装置の上方で発生した吸収材の粉末を捕集するように構成することができる。粉末は、通常運転時間の間、かつ／または設計基準を超える（ＢＤＢ）事故時間の間に吸収材によって発生し得る。装置は、ＲＣＣＡもしくはＣＥＡの底部および／または被覆管の下端における吸収材の粉末蓄積を低減するように構成することができる。一実施形態では、１つまたは複数の粉末捕集遮断装置は、被覆管または少なくとも１つの制御棒の軸長に沿って上部吸収材に均等に、または異なる間隔で分布させてもよい。

【0011】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、被覆管または少なくとも１つの制御棒の軸長に沿って下部吸収材に組み込まれ、均等に、または異なる間隔で分布された１つまたは複数の粉末捕集遮断装置をさらに備え得る。

【0012】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、被覆管内の上部吸収材に組み込まれた少なくとも１つの粉末捕集遮断装置と；被覆管内の下部吸収材に組み込まれた少なくとも１つの粉末捕集遮断装置とをさらに備え得る。

【0013】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、被覆管内の吸収材に組み込まれた複数の粉末捕集遮断装置を備え、被覆管または少なくとも１つの制御棒の軸長に沿って均等に、または異なる間隔で分布され得る。

【0014】

種々の態様では、粉末捕集遮断装置は、スペーサと、ガータースプリングとを備え得る。一実施形態では、スペーサは、ガータースプリングを保持し、上部吸収材と下部吸収材との間に支承面をもたらし、上部吸収材によって発生した粉末を捕集するための軸方向開放空間を提供するように構成されている。一実施形態では、被覆管の熱膨張および照射膨張、ならびに外圧によるクラッドのクリープダウンを補償するために、ガータースプリングの外向きの力により、ガータースプリングはクラッドの内壁に対してしっかりと保持され続け、粉末がクラッド内でガータースプリングの外側を通過しないようにする。

【0015】

種々の態様では、ガータースプリングは、粉末が被覆管を通過する、例えばクラッドの上部セクションから下部セクションに通過するのを防止するように構成された密集したコイルを有し得るが、再充填ガスおよび照射中に発生するガスが制御棒を通って移動することは妨げない。

【0016】

種々の態様では、ガータースプリングは、粉末を遮断するには粗すぎる粗いスプリングコイルピッチを有し得る。一実施形態では、粉末捕集遮断装置は細かいスクリーンメッシュをさらに備え得る。ガータースプリングは、スクリーンメッシュと被覆管の内壁との間にギャップが形成されるのを防止し、ひいては、粉末が被覆管を通過する、例えば、ガータースプリングまたはスクリーンメッシュの外側を被覆管の上部セクションから下部セクションに通過するのを防止するために、スクリーンメッシュを被覆管の内壁に対してしっかりと保持するように構成されている。

【0017】

種々の態様では、粉末捕集遮断装置は、ガータースプリングの上に挿入されるように構成されたスクリーンメッシュをさらに備え、ガータースプリングは、スクリーンメッシュと被覆管の内壁との間にギャップが形成されるのを防止するために、スクリーンメッシュを被覆管の内壁に対してしっかりと保持するように構成されている。

【0018】

種々の態様では、スクリーンメッシュは、被覆管の内径に厳密に一致する直径を有し、粉末が通過するのを防止するのに十分細かいメッシュサイズを有する。

【0019】

種々の態様では、上部吸収材はセラミック吸収材である。

【0020】

種々の態様では、上部吸収材は炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）である。

【0021】

種々の態様では、下部吸収材はセラミック吸収材である。

【0022】

種々の態様では、下部吸収材は炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）である。

【0023】

種々の態様では、スペーサは、３０４ステンレス鋼、ニッケル基合金、インコネル６２５、インコネル７１８、セラミック吸収材、およびＢ_４Ｃ吸収材のうちの少なくとも１つを含む材料で作られている。

【0024】

種々の態様では、ガータースプリングは、３０４ステンレス鋼、ニッケル基合金、インコネル６２５、およびインコネル７１８のうち少なくとも１つを含む材料で作られている。

【0025】

種々の態様では、スクリーンメッシュは、３０４ステンレス鋼、ニッケル基合金、インコネル６２５、およびインコネル７１８の少なくとも１つを含む材料で作られている。

【0026】

種々の態様では、クラッドのひずみを緩和するための原子炉の制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡが本明細書に開示される。種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは：少なくとも１つの制御棒を備え得る。少なくとも１つの制御棒は、上端および下端を有する被覆管と；被覆管内に収容された吸収材と；吸収材の上方で被覆管内に配置されたスプリングとを備える。いくつかの態様では、スプリングは吸収材の上方にプレナムを形成し、プレナムはプレナム体積から構成される。いくつかの態様では、プレナム領域は、被覆管の内側で吸収材の周囲に形成され、プレナム領域はプレナム体積を有する。ＲＣＣＡおよび／またはＣＥＡは、被覆管の下端に取り付けられるように構成された下端プラグと；被覆管の上端に取り付けられるように構成された上端プラグと；上端プラグへの軸方向穴とをさらに備えてもよく、上端プラグへの軸方向穴は、プレナム体積を増加させる。

【0027】

種々の態様では、クラッドのひずみを緩和するための原子炉の制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡが本明細書に開示される。種々の態様では、ＲＣＣＡは：少なくとも１つの制御棒を備え得る。いくつかの態様では、制御棒は、上端および下端を含む被覆管と；被覆管内に収容された吸収材と；被覆管の内側で吸収材の周囲に形成され、プレナム体積を有するプレナム領域とを備え得る。種々の態様では、ＲＣＣＡおよび／またはＣＥＡは、被覆管の下端に取り付けられるように構成された下端プラグをさらに備えてもよく；下端プラグは、プレナム体積を増加させるように構成された軸方向穴を備えている。

【0028】

種々の態様では、吸収材の、被覆管の下端に近接している部分は、その中に形成された半径方向溝を備えることができ、半径方向溝は、ガスが軸方向穴に流入できるように構成されている。いくつかの態様では、下部吸収材の底部にある半径方向溝は、確実に下部吸収材が下端プラグの開口部を塞がないようにするために、ガスの膨張または発生のための流路を提供することができる。

【0029】

種々の態様では、クラッドのひずみを緩和するための原子炉の制御要素集合体（ＣＥＡ）が本明細書に開示される。種々の態様では、制御要素集合体（ＣＥＡ）は、本明細書において上記に開示された制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）のうちの１つもしくは複数、またはすべての特徴を備え得る。

【0030】

種々の態様では、原子炉のＲＣＣＡまたはＣＥＡにおけるクラッドのひずみを緩和する方法が本明細書に開示される。種々の態様では、本方法は：本明細書において上記に開示されたＲＣＣＡまたはＣＥＡの特徴のうちの１つもしくは複数、またはすべてを備えたＲＣＣＡまたはＣＥＡを提供することを含み得る。

【0031】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、上部セクションおよび下部セクションを備えたクラッドと、クラッドの上部セクション内に収容された上部吸収材と、クラッドの下部セクション内に収容された下部吸収材とを備える少なくとも１つの制御棒を備え得る。本方法は、クラッド内で上部吸収材と下部吸収材との間に装置を組み込むことをさらに含み得る。種々の態様では、装置は粉末捕集遮断装置であってもよい。種々の態様では、粉末捕集遮断装置は：スペーサと；ガータースプリングとを備え得る。種々の態様では、スペーサはガータースプリングを保持し、上部吸収材と下部吸収材との間に支承面をもたらし、通常運転状態および事故状態の間に発生する上部吸収材の粉末を捕集するための軸方向開放空間を提供する。種々の態様では、ガータースプリングの外向きの力により、スペーサおよびガータースプリングはクラッドの内壁に対してしっかりと保持され続け、粉末がガータースプリングの外側でクラッドの上部セクションから下部セクションへと通過しないようにする。種々の態様では、ガータースプリングは、密集したコイルを有し、粉末がクラッドの上部セクションから下部セクションに通過するのを防止するが、再充填ガスおよび照射中に発生するガスが制御棒を通って移動することは妨げない。

【0032】

種々の態様では、少なくとも１つの制御棒は、上部吸収材とクラッドの内壁との間の第１の環状間隙と；下部吸収材とクラッドの内壁との間の同じ環状間隙とを有するように構成されている。種々の態様では、これらの隙間は、上部吸収材および下部吸収材を含む吸収材の熱膨張および照射膨張のための十分な空間を提供することができる。

【0033】

種々の態様では、本方法は、クラッドの上部セクション内の上部吸収材に１つまたは複数の粉末捕集遮断装置を組み込むことをさらに含み得る。

【0034】

種々の態様では、本方法は、クラッドの下部セクション内の下部吸収材に１つまたは複数の粉末捕集遮断装置を組み込むことをさらに含み得る。

【0035】

種々の態様では、本方法は、クラッドの軸長に沿って均等に粉末捕集遮断装置を吸収材に分布させることをさらに含み得る。

【0036】

種々の態様では、制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡにおけるクラッドのひずみを緩和する方法が本明細書に開示される。種々の態様では、本方法は：上端および下端を有するクラッドと；クラッド内に収容された吸収材と；クラッド内に収容されたスプリングと；クラッド内、かつさらにスプリング内に収容されたプレナムとを備えた少なくとも１つの制御棒を備えた制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡを提供することを含み得る。種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、クラッドの下端に取り付けられるように構成された下端プラグと；クラッドの上端に取り付けられるように構成された上端プラグとをさらに含み得る。種々の態様では、本方法は、上端プラグに軸方向穴を組み込むことを含んでもよく、上端プラグへの軸方向穴は、ＲＣＣＡまたはＣＥＡのプレナム体積を増加させる。

【0037】

種々の態様では、制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡにおけるクラッドのひずみを緩和する方法が本明細書に開示される。種々の態様では、本方法は：上端および下端を有するクラッドと；クラッド内に収容された吸収材と；クラッド内に収容されたスプリングと；クラッド内、かつさらにスプリング内に収容されたプレナムとを備えた少なくとも１つの制御棒を備えた制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡを提供することを含み得る。種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、クラッドの下端に取り付けられるように構成された下端プラグと；クラッドの上端に取り付けられるように構成された上端プラグとをさらに含み得る。種々の態様では、本方法は、下端プラグに軸方向穴を組み込むことを含んでもよく、下端プラグへの軸方向穴は、ＲＣＣＡまたはＣＥＡのプレナム体積を増加させる。

【0038】

種々の態様では、本方法は、吸収材の底部にある半径方向溝を組み込み、確実に下部吸収体が下端プラグの開口部を塞がないようにするために、ガスの膨張または発生のための流路を提供することを含み得る。

【0039】

種々の態様では、原子炉の制御要素集合体（ＣＥＡ）におけるクラッドのひずみを緩和する方法が本明細書に開示される。種々の態様では、制御要素集合体（ＣＥＡ）におけるクラッドのひずみを緩和する方法は、本明細書において上記に開示された制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）のクラッドのひずみを緩和する方法の１つもしくは複数、またはすべての特徴を備え得る。

【0040】

本明細書に開示の方法、装置およびシステムは、水冷却原子炉、軽水炉（ＬＷＲ）、重水炉（ＨＷＲ）、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）、超臨界圧水炉（ＳＣＷＲ）などの原子炉で使用され得る。

【0041】

本発明のこれらおよび他の目的、特徴および特性、ならびに構造の関連要素の操作方法および機能、ならびに部品の組み合わせおよび製造の経済性は、添付の図面を参照しながら以下の説明および添付の特許請求の範囲を検討することにより、より明らかになり、これらはすべて、本明細書の一部を成し、同様の参照番号は種々の図面で対応する部品を指し示す。しかしながら、図面は例示および説明のみを目的としたものであり、本発明の限界を定義することを意図したものではないことを明示的に理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0042】

本明細書に記載された態様の種々の特徴は、添付の特許請求の範囲に具体的に記載されている。しかしながら、編成および操作方法の両方に関する種々の態様は、その利点とともに、以下の添付図面と併せて、以下の説明に従って理解され得る。

【0043】

【図1】燃料集合体の上方に配置された先行技術の制御棒スパイダー集合体を有する先行技術の燃料集合体の、明確にするために部品が部分的に分割され、断面にされた側面立面図である。

【0044】

【図2】図１に示すタイプの先行技術の制御棒スパイダー集合体の平面図である。

【0045】

【図3】図２の線３－３に沿ってとられた制御集合体の、部品を部分的に分割した立面図である。

【0046】

【図4A】本開示の少なくとも１つの非限定的な態様による、クラッド内の粉末捕集遮断装置の概略図を示す。

【図4B】本開示の少なくとも１つの非限定的な態様による、クラッド内の粉末捕集遮断装置の概略図を示す。

【0047】

【図5A】本開示の少なくとも１つの非限定的な態様による、クラッド内の粉末捕集遮断装置の断面を示す。

【図5B】本開示の少なくとも１つの非限定的な態様による、クラッド内の粉末捕集遮断装置の断面を示す。

【0048】

【図6】本開示の少なくとも１つの非限定的態様による、制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）プレナム体積が増加したＲＣＣＡの例を示す。

【0049】

【図7】本開示の少なくとも１つの非限定的態様による、制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）プレナム体積が増加したＲＣＣＡの別の例を示す。

【0050】

【図8A】本開示の少なくとも１つの非限定的な態様による、ＲＣＣＡの下部吸収体の底部に含まれる、下端プラグに組み込まれた軸方向穴および半径方向溝の例を示す。

【図8B】本開示の少なくとも１つの非限定的な態様による、ＲＣＣＡの下部吸収体の底部に含まれる、下端プラグに組み込まれた軸方向穴および半径方向溝の例を示す。

【0051】

対応する参照文字は、複数の図を通して対応する部分を示す。本明細書に記載された例示は、一形態では、本発明の種々の態様を例示するものであり、かかる例示は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるものではない。

【発明を実施するための形態】

【0052】

本開示に記載され、添付の図面に示されている態様の全体的な構造、機能、製造、および使用を十分に理解するために、多数の具体的な詳細が記載される。明細書に記載された態様を不明瞭にしないように、周知の操作、構成要素、および要素は詳細に記載されていない。読者は、本明細書に記載され図示された態様が非限定的な例であり、したがって、本明細書に開示された特定の構造的詳細および機能的詳細は代表的で例示的なものであり得ることを理解するであろう。それらへのさまざまな変形および変更は、特許請求の範囲から逸脱することなく加えられてもよい。さらに、「前方」、「後方」、「左」、「右」、「上方」、「下方」、「上」、「底部」、「上部」、「下部」などの用語は、便宜的な語であり、限定的な用語として解釈されるものではないことを理解されたい。以下の説明において、同じ参照文字は、図面のいくつかの図を通して、同じ、または対応する部分を指し示す。

【0053】

本明細書に開示された種々の態様を詳細に説明する前に、例示的な実施例は、添付の図面および明細書に開示された詳細に適用または使用が限定されないことに留意すべきである。例示的な実施例は、他の態様、変形および修正に導入または組み込まれてもよく、種々の方法で実践または実施されてもよいことを理解すべきである。さらに、特に指示がない限り、本明細書に用いられる用語および表現は、読者の便宜上、例示的な実施例を説明するために選択されており、その制限を目的とするものではない。

【0054】

燃料集合体と関連して制御棒を使用する一般的な集合体の１つは、ＭｃＣａｒｔｙらに付与された米国特許第８，４８３，３４６号（‘３４６号特許）およびＭｃＣａｒｔｙらに付与された米国特許第９，０５３，８２４号（‘８２４号特許）に見られる。この特許は、複数の制御棒と、制御棒をその上端で支持するスパイダー構造とを含む制御棒スパイダー集合体を示す。典型的な制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）の一般的な構造が図１に示されている。‘３４６特許および‘８２４特許の内容は、あらゆる目的のためだが、援用される内容が、本開示に記載される既存の定義、記述、または他の開示資料と矛盾しない範囲においてのみその全文が本明細書に参考として援用される。

【0055】

次に図面、特に図１を参照すると、垂直方向に縮められた形で表され、全体が数字１０で示される原子炉燃料集合体の立面図が示されている。ＰＷＲで使用されるタイプである燃料集合体１０は、基本的に、原子炉（図示せず）の炉心領域内の下部炉心板（図示せず）で集合体を支持するための下端構造体または底部ノズル１２と、底部ノズル１２から上方に突出する複数の長手方向に延びる案内管またはシンブル１４とを備えている。集合体１０は、案内シンブル１４に沿って軸方向に離間された複数の横方向グリッド１６と、グリッド１６によって横方向に離間され支持された細長い燃料棒１８の組織化されたアレイとをさらに備えている。また、集合体１０は、その中心に位置する計装案内管２０と、案内シンブル１４の上端に取り外し可能に取り付けられた上端構造体または上部ノズル２２とを有して、集合体部品を損傷することなく従来通り取り扱うことができる一体型集合体を形成する。

【0056】

上述したように、集合体１０内のそのアレイの燃料棒１８は、燃料集合体の長さに沿って離間されたグリッド１６によって互いに離間されて保持される。各燃料棒１８は、核燃料ペレット２４を含み、棒の両端は、棒を密閉するために、上端プラグ２６および下端プラグ２８によって閉鎖されている。一般に、プレナムスプリング３０が上端プラグ２６とペレット２４との間に配置され、ペレットをタイヤ棒（ｔｉｒｅｒｏｄ）１８内で密に積層して維持する。核分裂性物質で構成された燃料ペレット２４は、原子炉の反応力を生み出す役割を果たす。水、またはホウ素を含む水などの液体減速材／冷却材は、有用な仕事量の生産のためにそこで発生する熱を引き出すために、炉心の燃料集合体を通して上方に送られる。

【0057】

図２および図３は、図１に示されるタイプの、全体が参照文字３２で示される従来の制御棒スパイダー集合体の追加の図を示す。その基本的な構成要素において、制御集合体３２は、複数の制御棒３４と、制御棒をその上端で支持するスパイダー構造３６とを備えている。スパイダー構造３６は、制御棒３４を、ＰＷＲ燃料集合体１０の上部ノズル２２を通って案内シンブル１４の下方に挿入されるように構成された案内シンブル１４のパターンと合致したパターンで保持する。スパイダー構造３６は、炉心出力を調整するように制御棒３４を動かす公知の方法で操作可能な制御機構（図示せず）に接続されている。

【0058】

典型的な構成では、制御集合体３２の各制御棒３４は、その中に中性子吸収材が配置された細長い金属被覆管３８と、内部で吸収材を密閉するために被覆管３８の両端に取り付けられた上端プラグ４０および下端プラグ４２とから構成される。制御集合体３２のスパイダー構造３６は、典型的には、中央ハブ４６に支持され、中央ハブ４６を中心に円周方向に離間された複数の半径方向に延びるフルークまたは羽根４４を備えている。円筒形状の制御棒接続フィンガ４８は、羽根４４に取り付けられ、羽根４４によって支持されている。羽根４４によっては、単一の接続フィンガ４８のみが取り付けられているが、羽根４４によっては、離間された一対の接続フィンガ４８が関連している。

【0059】

本開示の一態様では、高フルエンス領域におけるクラッドのひずみを緩和するために、上部吸収材と下部吸収材との間に粉末捕集遮断装置を有するＲＣＣＡおよびＣＥＡが本明細書に開示される。

【0060】

事故耐性燃料（ＡＴＦ）用の原子炉の燃料集合体（ＲＣＣＡ）は、設計基準を超える（ＢＤＢ）事故に起因する、通常運転中の温度よりも著しく高い温度に耐えなければならない。これらの温度は、通常使用される吸収材である銀－インジウム－カドミウム合金（Ａｇ－Ｉｎ－Ｃｄ）をＲＣＣＡに組み込むには高すぎるが、これは、Ａｇ－Ｉｎ－Ｃｄの溶融温度がＢＤＢ事故中の温度よりも低いためである。

【0061】

セラミック材料もＲＣＣＡ吸収材として使用される。ハイブリッドＲＣＣＡは、ＲＣＣＡの上部セクション（ＲＣＣＡの最低フルエンス領域）において炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）材料を使用する。しかし、Ａｇ－Ｉｎ－Ｃｄ材料は、クラッドに亀裂が入るという問題があるため、上記の熱的制限がある状態で下部セクション（ＲＣＣＡの最高フルエンス領域）では依然として使用されている。

【0062】

燃焼工学プラント用に、制御要素集合体（ＣＥＡ）の上部セクション（最低フルエンス領域）および下部セクション（ＣＥＡの最高フルエンス領域）の両方に炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）材料を配置したＣＥＡが製造された。しかし、Ｂ_４Ｃ吸収材から出る粉末がＣＥＡの棒の底部に集まるため、運用上の問題があった。この粉末によってクラッドと吸収材との間の有効ギャップが小さくなるため、Ｂ_４Ｃ吸収材の熱膨張および照射膨張のための十分な空間はなかった。その結果、クラッドのひずみが生じ、最終的には通常運転中にクラッドに亀裂が入った。

【0063】

しかし、Ｂ_４Ｃ吸収材はＢＤＢの温度要件を満たすため、ＲＣＣＡの底部付近の高フルエンス領域に粉末が蓄積するのを防ぐ手段があれば、Ｂ_４Ｃペレットに、過度のクラッドのひずみなしに熱および照射成長に対応する十分な空間を与えることができる。これにより、ＡＴＦ問題用の高温（ＨＴ）ＲＣＣＡでは、高フルエンスの下部領域中のＡｇ－Ｉｎ－Ｃｄ吸収材をＢ_４Ｃに置き換えてもよい。

【0064】

粉末捕集遮断装置（図４および図５）は、制御棒の上部セクションから出るＢ_４Ｃ粉末が高フルエンスの下部セクションに蓄積するのを防止するため、Ｂ_４Ｃの熱および照射成長に必要な環状ギャップが制限されることはない。

【0065】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの制御棒が図４Ａおよび図４Ｂに示されている。図４Ａは、クラッド１１０、クラッド１１０内の吸収材１２０、粉末捕集遮断装置１５０、および下端プラグ１１６を備えた制御棒１００を示す。クラッド１１０は上部セクション１１２および下部セクション１１４を含む。粉末捕集遮断装置１５０は、クラッド１１０の内壁に取り付けられるように構成されている。図４Ｂは、クラッド１１０内の粉末捕集遮断装置１５０の断面図を示す。

【0066】

種々の態様では、粉末捕集遮断装置１５０の詳細を含むＲＣＣＡまたはＣＥＡの制御棒の一部が図５Ａおよび図５Ｂに示されている。図５Ａおよび５Ｂは、クラッド１１０内に粉末捕集遮断装置１５０を有する制御棒１００の一部を示し、さらに粉末捕集遮断装置１５０の詳細を示す。制御棒１００は、上部セクション１１２および下部セクション１１４を含むクラッド１１０と；クラッド１１０の上部セクション１１２に収容された上部吸収材（上部Ｂ_４Ｃペレット）１２２およびクラッド１１０の下部セクションに収容された下部吸収材（下部Ｂ_４Ｃペレット）１２４を含む吸収材と；粉末捕集遮断装置１５０とを備えている。制御棒１００は、吸収材（Ｂ_４Ｃペレット）１２０（１２２、１２４）とクラッド１１０（１１２、１１４）との間に、吸収材（Ｂ_４Ｃペレット）１２０および／またはクラッド１１０の熱および照射成長によるひずみに対応するための環状間隙または環状開放空間（図示せず）を有するように構成されている。

【0067】

再び図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、粉末捕集遮断装置１５０は、スペーサ１５６と、ガータースプリング１５２と、任意に細かいスクリーンメッシュ１５４とを備えている。スペーサ１５６はガータースプリング１５２を保持し、上部吸収体セクション１２２と下部吸収体セクション１２４との間に支承面を提供し、Ｂ_４Ｃ粉末捕集のための軸方向開放空間を提供する。密集したコイルを有するガータースプリング１５２は、粉末が上部Ｂ_４Ｃ吸収体セクション１２２から下部Ｂ_４Ｃ吸収体セクション１２４に通過するのを防止するが、再充填ガスおよび照射中に発生するガスが棒を通って移動することは妨げない。スプリングのコイルピッチが粗すぎて粉末を遮断できない場合は、細かいスクリーンメッシュ１５４を備えることができる。クラッド１１０の熱膨張および照射膨張、ならびに外圧によるクラッドのクリープダウンを補償するために、ガータースプリング１５２の外向きの力により、ガータースプリング１５２はクラッド１１０の内壁に対してしっかりと保持され続け、粉末がガータースプリング１５２の外側を通過しないようにする。スクリーンメッシュ１５４が必要とされる場合、ガータースプリング１５２は、ギャップが形成されるのを防止するために、スクリーンメッシュ１５４をクラッド１１０の内壁に対してしっかりと保持するように構成されている。

【0068】

制御棒の異なる軸方向位置に複数の粉末捕集遮断装置を使用して、環状開放空間が粉末でいっぱいになるのを防止することができる。しかし、環状開放空間がいっぱいになり、粉末がクラッドと上部吸収材セクションとの間の環状間隙を閉鎖し始めた場合、クラッドがＢ_４Ｃの熱および照射成長によるひずみに対応するためには、粉末捕集遮断装置より上方の棒の上部セクションでフルエンスが十分に低くなければならない。

【0069】

スペーサ１５６は、ステンレス鋼、または吸収材スタックに軸方向のギャップが存在することにより原子力の要件を満たさない場合には、Ｂ_４Ｃ材料とすることができる。

【0070】

ＡＴＦ用のＲＣＣＡまたはＣＥＡは、ＢＤＢ事故に起因する、通常運転中の温度よりも著しく高い温度に耐えなければならないため、この新たな方法は、ＨＴＲＣＣＡまたはＣＥＡのような開発中の製品に有益である。これらの温度は、通常使用されるＡｇ－Ｉｎ－Ｃｄ吸収材を組み込むにはＲＣＣＡまたはＣＥＡにとって高すぎるが、これは、Ａｇ－Ｉｎ－Ｃｄの溶融温度がＢＤＢ中の温度よりも低いためである。

【0071】

ＲＣＣＡおよびＣＥＡの先端エリアにおける膨張は過去に問題となったことがある。Ｂ_４Ｃ吸収材を使用する現在のハイブリッドＲＣＣＡおよびＣＥＡの設計では、フルエンスが最も高い領域の膨張に対応するため、制御棒の下部セクションにＡｇ－Ｉｎ－Ｃｄ吸収材を組み込んでいる。しかし、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは以前、Ｂ_４Ｃ粉末の移動を防止し、クラッドをひずませることなくＢ_４Ｃの膨張を吸収する粉砕可能な物質を提供するために、Ｂ_４Ｃペレットの先端を「フェルトメタル」で包んだ設計を取り入れていた。この設計はＢ_４Ｃペレット単独よりは改善されたが、当初考えられていたほど有効ではなく、一部のプラントでは制御棒に亀裂が生じた。

【0072】

図４および図５に示す粉末捕集遮断装置の利点は、ギャップがペレットとクラッドとの間の管状部に形成されるのを防止するガータースプリングを有することによって、最高フルエンス領域における吸収材の膨張に対応するために、制御棒の下部セクションへ移動する粉末を捕集し遮断することである。スプリングが粗すぎて粉末を遮断できない場合は、細かいスクリーンを組み込むことができる（図４および図５）。

【0073】

上記で開示したように、ＡＴＦ用のＲＣＣＡまたはＣＥＡは、ＢＤＢ事故に起因する、通常運転中の温度よりも著しく高い温度に耐えなければならない。これらの温度は、通常使用されるＡｇ－Ｉｎ－Ｃｄ吸収材を組み込むにはＲＣＣＡまたはＣＥＡにとって高すぎるが、これは、Ａｇ－Ｉｎ－Ｃｄの溶融温度がＢＤＢ中の温度よりも低いためである。

【0074】

Ｂ_４Ｃのようなセラミック材料は、ＢＤＢの温度要件を満たす。しかし、すべてのＢ_４Ｃ材料を使用したＲＣＣＡまたはＣＥＡのクラッドに亀裂が入るという運用上の問題が発生していた。これは、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの上部セクションから出たＢ_４Ｃ粉末が、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの底部付近の最高フルエンス領域に蓄積し、Ｂ_４Ｃの熱および照射成長に必要な環状ギャップを塞ぐためである。

【0075】

粉末捕集遮断装置は、セラミック粉末がクラッドとペレットとの間の環状ギャップをいっぱいにするのを阻害することにより、高フルエンス下部領域におけるクラッドのひずみを緩和するため、ＡＴＦ問題用のＨＴＲＣＣＡまたはＨＴＣＥＡのような開発中の新製品にとって有益である。

【0076】

Ａｇ－Ｉｎ－Ｃｄに代わる他の材料も検討されており、粉末捕集遮断装置はどのセラミック吸収材にも有益である。しかし、広範囲なＷｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅＰＷＲの運転経験を持つＢ_４Ｃのような材料を利用できれば、新たな材料の試験および特性評価を行わないことにより、大幅なコスト回避が実現できる。さらに、新材料を原子炉運転に組み込むことに伴うリスクも回避できる。

【0077】

本開示の別の態様では、プレナム体積が増加した端部プラグ延長部を有するＲＣＣＡまたはＣＥＡが本明細書に開示される。

【0078】

ＲＣＣＡまたはＣＥＡの制御棒には、照射および熱膨張による吸収材の成長のための体積を提供するためのプレナム領域が組み込まれている。プレナムはさらに、運転温度におけるガスの膨張のための体積も提供する。ガスは、製造中に導入されるか、または吸収材が照射されたときに生成される。さらに、プレナムは吸収材の膨張にも備えるため、事故に伴う高温により吸収材が溶融してもクラッドに裂け目は生じない。

【0079】

初期プレナム体積は、クラッドおよび吸収材の幾何形状によって決まり、運転中に吸収体の照射および熱膨張によって減少する。したがって、プレナム体積を増加させる方法は、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの運転に有益である。

【0080】

図６に示すように、上端プラグ２１２に軸方向穴２１０を組み込むことにより、プレナム体積を増加させることができる。この設計は、可能な限り大きなプレナム体積を提供するように設計された新しいＲＣＣＡまたはＣＥＡに適用可能であり、プレナムスプリングおよび管の既存の実績ある設計を変更する必要なく、追加のプレナム体積が必要とされる既存のＲＣＣＡまたはＣＥＡにも適用可能である。

【0081】

図６を参照すると、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの制御棒２００の一部が示されている。制御棒２００は、クラッド２０２と、クラッド２０２内の吸収材２０４と、クラッド２０２に取り付けられるように構成された上端プラグ延長部２１２と、上端プラグ延長部２１２に組み込まれた軸方向穴２１０と、クラッド２０２内のスプリング２０６と、クラッド２０２内、かつさらにスプリング２０６内のプレナム２０８とを備えている。プレナム２０８およびスプリング２０６は、吸収材２０４の上にあるように構成されている。

【0082】

初期プレナム体積は、クラッドおよび吸収材の幾何形状によって決まり、運転中に吸収材の照射および熱膨張によって減少する。したがって、プレナム体積を増加させる方法は、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの運転に有益である。図６に示す制御棒を有するＲＣＣＡまたはＣＥＡは、上端プラグに軸方向穴を組み込むことによってプレナム体積を増加させ、したがって、従来のＲＣＣＡまたはＣＥＡに勝る利点がある。

【0083】

上記で開示された新たな方法はこのような製品に有益であるが、これは、高温ＲＣＣＡまたはＣＥＡのような開発中の新製品が、ＢＤＢ事故状態の間の高温故に吸収材の溶融が起こり得、可能な限り多くのプレナム体積が必要になるためである。

【0084】

本開示の別の態様では、プレナム体積を増加させた下端プラグと、半径方向流路を有する下部セクション吸収材とを有するＲＣＣＡまたはＣＥＡが本明細書に開示される。

【0085】

多くの電力会社は、フレキシブル出力運転（ＦＰＯ）または負荷追従運転に関心を持っており、この運転では、制御棒を活性燃料炉心の奥深くまで長時間挿入する必要があり、その結果、吸収材の照射成長が増加するため、通常のベースロード運転よりもプレナムが小さくなる。したがって、プレナムスプリングおよび管の実績のある運転設計を変更する必要なく、新しい方法でさらなるプレナム体積を提供することができるため、既存の製品にとっても有益である。

【0086】

ＲＣＣＡまたはＣＥＡの制御棒には、照射および熱膨張による吸収材の成長のための体積を提供するためのプレナム領域が組み込まれている。プレナムはさらに、運転温度におけるガスの膨張のための体積も提供する。ガスは、製造中に導入されるか、または吸収材が照射されたときに生成される。さらに、プレナムは吸収材の膨張にも備えるため、ＢＤＢ事故に伴う高温により吸収材が溶融してもクラッドに裂け目は生じない。

【0087】

初期プレナム体積は、クラッドおよび吸収材の幾何形状によって決まり、運転中に吸収材の照射および熱膨張によって減少する。したがって、プレナム体積を増加させる方法は、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの運転に有益である。

【0088】

図７、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、下端プラグ３１０に軸方向穴３０８を組み込むことにより、プレナム体積を増加させることができる。この設計は、可能な限り大きなプレナム体積を提供するように設計された新しいＲＣＣＡまたはＣＥＡに適用可能であり、プレナムスプリングおよび管の実績ある設計を変更する必要なく、追加のプレナム体積が必要とされる既存のＲＣＣＡまたはＣＥＡにも適用可能である。

【0089】

ここで図７、図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの制御棒３００の一部が示されている。制御棒３００は、クラッド３０２と、吸収材３０４底部に半径方向溝３０６を有する吸収材３０４と、下端プラグ３１０に組み込まれた軸方向穴３０８を有するクラッド３０２に取り付けられるように構成された下端プラグ３１０とを備えている。

【0090】

図７、図８Ａおよび図８Ｂに示す方法により、下端プラグ３１０に軸方向穴３０８を組み込むことにより、プレナム体積を増加させる。さらに、半径方向溝３０６は、任意に下部セクション吸収材３０４の底部に備えられ、確実に下部セクションの吸収材が図７ならびに図８Ａおよび図８Ｂに示すように下端プラグの開口部を塞がないようにするために、ガスの膨張または発生のための流路を提供してもよい。

【0091】

初期プレナム体積は、クラッドおよび吸収材の幾何形状によって決まり、運転中に吸収材および／またはクラッドの照射および熱膨張によって減少する。したがって、プレナム体積を増加させる方法は、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの運転に有益である。図７、ならびに図８Ａおよび図８Ｂに示す方法により、下端プラグに軸方向穴を組み込むことにより、プレナム体積を増加させる。

【0092】

この新たな方法はこのような製品に有益であるが、これは、高温ＲＣＣＡまたはＣＥＡのような開発中の新製品が、ＢＤＢ事故状態の間の高温故に吸収材の溶融が起こり得、可能な限り多くのプレナム体積が必要になるためである。

【0093】

【0094】

種々の態様では、通常運転状態および事故状態の間の高フルエンス領域におけるクラッドのひずみを緩和するための制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）および／または制御要素集合体（ＣＥＡ）の性能を改善する方法、装置およびシステムが本明細書に開示される。１つの方法は、ＲＣＣＡおよび／またはＣＥＡの上部吸収材と下部吸収材との間に粉末捕集遮断装置のような装置を組み込むことを含み得る。別の方法は、上端プラグに軸方向穴を組み込むことによってプレナム体積を増加させることを含み得る。別の方法は、下端プラグに軸方向穴を組み込むことによってプレナム体積を増加させることと、任意に、確実に下端プラグの開口部を下部吸収材が塞がないように、下部吸収材の底部に半径方向溝を組み込み、ガス膨張または発生のための流路を提供することとを含み得る。

【0095】

種々の態様では、クラッドのひずみを緩和するための原子炉の制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）が本明細書に開示される。

【0096】

種々の態様では、原子炉の制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡは、クラッドのひずみ、例えば、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの高フルエンス領域におけるクラッドのひずみを緩和するために、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの性能を改善する装置を備え得る。

【0097】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、上部セクションおよび下部セクションを備えたクラッドを備えている少なくとも１つの制御棒を備え得る。種々の態様では、少なくとも１つの制御棒は、クラッド内に収容されており、クラッドの上部セクション内に収容された上部吸収材と、クラッドの下部セクション内に収容された下部吸収材とから構成された吸収材と；装置とを備え得る。一実施形態では、装置は、クラッド内に収容され得る。

【0098】

種々の態様では、制御棒は、上部材料とクラッドとの間の第１の間隙または環状ギャップと；下部吸収材とクラッドとの間の第２の間隙または環状ギャップとを有するように構成され得る。一実施形態では、第１の隙間は、第２の隙間と同じである。これらの環状隙間は、上部吸収材および下部吸収材を含む吸収材の熱膨張および照射膨張のための十分な空間を提供することができる。

【0099】

種々の態様では、装置は粉末捕集遮断装置であってもよい。一実施形態では、粉末捕集遮断装置は、クラッド内に収容され、かつＲＣＣＡまたはＣＥＡのクラッド内の上部吸収材もしくは下部吸収材に組み込まれてもよい。一実施形態では、粉末捕集遮断装置は、クラッド内で上部吸収材と下部吸収材との間に収容されてもよい。

【0100】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、上部吸収材に組み込まれた１つまたは複数の粉末捕集遮断装置をさらに備え得る。一実施形態では、１つまたは複数の粉末捕集遮断装置は、クラッドまたは少なくとも１つの制御棒の軸長に沿って上部吸収材に均等に分布させてもよい。粉末捕集遮断装置の各々は、通常運転時の間、さらに、ＲＣＣＡまたはＣＥＡの設計基準を超える（ＢＤＢ）事故時間の間にも各装置の上方で発生した吸収材の粉末を捕集し、クラッドの下端における吸収材の粉末の蓄積を低減する。一実施形態では、１つまたは複数の粉末捕集遮断装置は、クラッドまたは少なくとも１つの制御棒の軸長に沿って上部吸収材に均等に、または異なる間隔で分布させてもよい。

【0101】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、クラッドまたは少なくとも１つの制御棒の軸長に沿って下部吸収材に組み込まれ、均等に、または異なる間隔で分布された１つまたは複数の粉末捕集遮断装置をさらに備え得る。

【0102】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、クラッド内の上部吸収材に組み込まれた少なくとも１つの粉末捕集遮断装置と；クラッド内の下部吸収材に組み込まれた少なくとも１つの粉末捕集遮断装置とをさらに備え得る。

【0103】

種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、クラッド内の吸収材に組み込まれた複数の粉末捕集遮断装置を備え、クラッドまたは少なくとも１つの制御棒の軸長に沿って均等に、または異なる間隔で分布され得る。

【0104】

種々の態様では、粉末捕集遮断装置は：スペーサと；ガータースプリングとを備え得る。一実施形態では、スペーサはガータースプリングを保持し、上部吸収材と下部吸収材との間に支承面をもたらし、通常運転状態およびＲＣＣＡまたはＣＥＡの事故状態の間に発生する上部吸収材の粉末を捕集するための軸方向開放空間を提供するように構成されている。一実施形態では、クラッドの熱膨張および照射膨張、ならびに外圧によるクラッドのクリープダウンを補償するために、ガータースプリングの外向きの力により、ガータースプリングはクラッドの内壁に対してしっかりと保持され続け、粉末がクラッド内でガータースプリングの外側を通過しないようにする。

【0105】

種々の態様では、ガータースプリングは、密集したコイルを有し、粉末がクラッドを通過する、例えばクラッドの上部セクションから下部セクションに通過するのを防止するが、再充填ガスおよび照射中に発生するガスが制御棒を通って移動することは妨げない。

【0106】

種々の態様では、ガータースプリングは、粉末を遮断するには粗すぎる粗いスプリングコイルピッチを有し得る。一実施形態では、粉末捕集遮断装置は細かいメッシュスクリーンをさらに備え得る。ガータースプリングは、スクリーンメッシュとクラッドの内壁との間にギャップが形成されるのを防止し、ひいては、粉末がクラッドを通過する、例えば、ガータースプリングまたはスクリーンメッシュの外側をクラッドの上部セクションから下部セクションに通過するのを防止するために、スクリーンメッシュをクラッドの内壁に対してしっかりと保持するように構成されている。

【0107】

種々の態様では、粉末捕集遮断装置は、ガータースプリングの上に挿入されるように構成されたスクリーンメッシュをさらに備え、ガータースプリングは、スクリーンメッシュとクラッドの内壁との間に隙間が形成されるのを防止するために、スクリーンメッシュをクラッドの内壁に対してしっかりと保持するように構成されている。

【0108】

種々の態様では、スクリーンメッシュは、クラッドの内径に厳密に一致する直径を有し、粉末が通過するのを防止するのに十分細かいメッシュサイズを有する。

【0109】

種々の態様では、上部吸収材はセラミック吸収材である。

【0110】

種々の態様では、上部吸収材は炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）である。

【0111】

種々の態様では、下部吸収材はセラミック吸収材である。

【0112】

種々の態様では、下部吸収材は炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）である。

【0113】

種々の態様では、スペーサは、３０４ステンレス鋼、ニッケル基合金、インコネル６２５、インコネル７１８、セラミック吸収材、およびＢ_４Ｃ吸収材からなる群から選択された材料で作られている。

【0114】

種々の態様では、ガータースプリングは、３０４ステンレス鋼、ニッケル基合金、インコネル６２５、およびインコネル７１８からなる群から選択された材料で作られている。

【0115】

種々の態様では、スクリーンメッシュは、３０４ステンレス鋼、ニッケル基合金、インコネル６２５、およびインコネル７１８からなる群から選択された材料で作られている。

【0116】

種々の態様では、クラッドのひずみを緩和するための原子炉の制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡが本明細書に開示される。種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは：少なくとも１つの制御棒を備え得る。少なくとも１つの制御棒は、上端および下端を有するクラッドと；クラッド内に収容された吸収材と；クラッド内に収容されたスプリングと；クラッド内、かつさらにスプリング内に収容されたプレナムとを備えている。ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、クラッドの下端に取り付けられるように構成された下端プラグと；クラッドの上端に取り付けられるように構成された上端プラグと；上端プラグへの軸方向穴をさらに備えてもよく、上端プラグへの軸方向穴は、ＲＣＣＡまたはＣＥＡのプレナム体積を増加させる。

【0117】

種々の態様では、クラッドのひずみを緩和するための原子炉の制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡが本明細書に開示される。種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは：少なくとも制御棒を備え得る。種々の態様では、制御棒は、上端および下端を含むクラッドと；クラッド内に収容された吸収材と；クラッド内に収容されたスプリングと；クラッド内、かつさらにスプリング内に収容されたプレナムとを備え得る。種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、クラッドの下端に取り付けられるように構成された下端プラグと；クラッドの上端に取り付けられるように構成された上端プラグと；下端プラグへの軸方向穴とをさらに備えてもよく、下端プラグへの軸方向穴は、プレナムの体積を増加させる。

【0118】

種々の態様では、制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡは、下部吸収材の底部にある半径方向溝を備え、確実に下部吸収材が下端プラグの開口部を塞がないようにするために、ガスの膨張または発生のための流路を提供し得る。

【0119】

【0120】

種々の態様では、原子炉の制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡにおけるクラッドのひずみを緩和する方法が本明細書に開示される。種々の態様では、本方法は：制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡを提供することを含み得る。種々の態様では、ＲＣＣＡは：本明細書において上記に開示されたＲＣＣＡまたはＣＥＡの特徴のうちの１つもしくは複数、またはすべてを備えている。

【0121】

【0122】

種々の態様では、少なくとも１つの制御棒は、上部吸収材とクラッドの内壁との間の第１の環状間隙と；下部吸収材とクラッドの内壁との間の同じ環状間隙とを有するように構成されている。

【0123】

種々の態様では、本方法は、クラッドの上部セクション内の上部吸収材に１つまたは複数の粉末捕集遮断装置を組み込むことをさらに含み得る。

【0124】

種々の態様では、本方法は、クラッドの下部セクション内の下部吸収材に１つまたは複数の粉末捕集遮断装置を組み込むことをさらに含み得る。

【0125】

種々の態様では、本方法は、クラッドの長さに沿って均等に粉末捕集遮断装置を吸収材に分布させることをさらに含み得る。

【0126】

【0127】

種々の態様では、制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡにおけるクラッドのひずみを緩和する方法が本明細書に開示される。種々の態様では、本方法は：上端および下端を有するクラッドと；クラッド内に収容された吸収材と；クラッド内に収容されたスプリングと；クラッド内、かつさらにスプリング内に収容されたプレナムとを備えた少なくとも１つの制御棒を備えた制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）またはＣＥＡを提供することを含み得る。種々の態様では、ＲＣＣＡまたはＣＥＡは、クラッドの下端に取り付けられるように構成された下端プラグと；クラッドの上端に取り付けられるように構成された上端プラグとをさらに含み得る。種々の態様では、本方法は、下端プラグに軸方向穴を組み込むことを含んでもよく、下端プラグへの軸方向穴は、ＲＣＣＡまたはＣＥＡのプレナム体積を増加させる。

【0128】

【0129】

【0130】

本明細書に開示される原子炉のＲＣＣＡおよびＣＥＡにおけるクラッドのひずみを緩和する装置および方法の使用により、安全性の向上およびリスクの低減、生産継続性の向上、ならびに現在のＲＣＣＡおよびＣＥＡの装置および方法と比較して年間何百万ドルもの製造コストの削減がもたらされ得る。

【0131】

本明細書に記載されているおよび／または出願データシートに列挙されているすべての特許、特許出願、出版物、またはその他の開示資料は、あたかも個々の参考文献がそれぞれ参照により明示的に組み込まれているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。参照により本明細書に組み込まれるとされるすべての参考文献、および任意の資料またはその一部は、組み込まれた資料が本開示に記載されている既存の定義、記述、または他の開示資料と矛盾しない範囲でのみ本明細書に組み込まれる。したがって、必要な範囲で、本明細書に記載の開示は、参照により本明細書に組み込まれるいかなる矛盾する内容にも優先し、本出願の対照に明示的に記載される開示は優先される。

【0132】

本発明は、様々な例示的および例示的な態様を参照して説明されてきた。本明細書に記載される態様は、開示される発明のさまざまな態様のさまざまな詳細の例示的な特徴を提供するものとして理解される。したがって、別段の指定がない限り、可能な範囲で、開示された態様の１つまたは複数の特徴、要素、構成要素、構成要素、成分、構造、モジュール、および／または態様を組み合わせたり、分離したり、組み合わせたりすることができることを理解されたい。開示された発明の範囲から逸脱することなく、開示された態様の１つまたは複数の他の特徴、要素、構成要素、構成要素、成分、構造、モジュール、および／または態様と交換および／または再配置され得る。したがって、本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な態様のいずれかの様々な置換、修正、または組み合わせが可能であることが当業者には理解されよう。さらに、当業者は、本明細書を検討することにより、本明細書に記載される本発明の様々な態様と多くの等価物を認識するか、日常的な実験のみを用いて確認することができるであろう。したがって、本発明は、さまざまな態様の説明によって限定されるのではなく、特許請求の範囲によって限定される。

【0133】

当業者であれば、一般に、本明細書、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の本文）で使用される用語は、一般に「公開」用語として意図されている（例えば、「含む」という用語は解釈されるべきである）ことを認識するであろう。「含むがこれに限定されない」という用語は、「有する」という用語は「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「含む」という用語は「含むがそれに限定されない」と解釈されるべきである、など）。さらに、導入された請求項の特定の数の記載が意図されている場合、そのような意図は請求項に明示的に記載され、そのような記載がない場合にはそのような意図は存在しないことが当業者にはさらに理解されるであろう。例えば、理解を助けるために、以下の添付の特許請求の範囲には、特許請求の範囲の引用を導入するために「少なくとも１つ」および「１つ以上」という導入語句の使用が含まれる場合がある。しかしながら、そのような語句の使用は、不定冠詞「a」または「an」による請求項の記載の導入が、そのような導入された請求項の記載を含む特定の請求項を、そのような記載を1つだけ含む請求項に限定することを意味するものと解釈されるべきではない。同じ請求項には、「1つ以上」または「少なくとも1つ」という導入語句と、「a」または「an」などの不定冠詞が含まれている（たとえば、「a」および/または「an」は通常、「で」を意味すると解釈されるべきである）「少なくとも1つ」または「1つ以上」）;クレームの引用を導入するために使用される定冠詞の使用にも同じことが当てはまる。

【0134】

さらに、クレームに導入された記述に特定の数値が明示的に記述されている場合でも、当業者であれば、そのような記述は通常、少なくとも記述された数値を意味すると解釈されるべきであることを認識するであろう（例えば、他の修飾語のない「２という記述」の記述）は、通常は少なくとも2つの記述、または2つまたはそれ以上の記述を意味する)。さらに、「A、B、Cなどの少なくとも1つ」に類似した慣例が適用される場合には、一般にそのような構成は、当業者がその慣例を理解するであろうという意味が意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」には、これらに限定されないが、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AとBが一緒、AとCが一緒、BとCが一緒、および/またはA、B、およびCが一緒などのシステムが含まれる）。「A、B、またはCなどの少なくとも1つ」に類似した慣例が適用される場合、一般にそのような構成は、当業者がその慣例を理解するであろうという意味が意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」には、これらに限定されないが、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AとBが一緒、AとCが一緒、BとCが一緒、および/またはA、B、およびCが一緒などのシステムが含まれる）。さらに、明細書、特許請求の範囲のいずれにおいても、典型的には、２つ以上の代替用語を提示する選言的な単語および／または語句が、当業者によって理解されるであろう。

【0135】

添付の特許請求の範囲に関して、当業者であれば、その特許請求の範囲に記載された動作は一般に任意の順序で実行できることを理解するであろう。また、特許請求の範囲の記載は一連の順序で示されているが、様々な操作が記載されている順序以外の順序で実行されてもよいし、同時に実行されてもよいことを理解されたい。このような代替順序の例には、文脈に別段の指示がない限り、重複、インターリーブ、中断、並べ替え、増分、準備、補足、同時、逆、またはその他の変形順序が含まれ得る。さらに、「～に対応する」、「～に関連する」、またはその他の過去時制形容詞などの用語は、文脈で別段の指示がない限り、通常、そのような変形を除外することを意図したものではない。

【0136】

「一態様」、「一態様」、「一例」、「一例」などへの言及は、「一態様」に関連して説明される特定の特徴、構造、または特徴を意味することに留意する価値がある。態様は、少なくとも１つの態様に含まれる。したがって、明細書全体の様々な場所に現れる「ある態様において」、「ある態様において」、「ある例示において」、および「ある例示において」という語句は、必ずしもすべて同じ態様を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特徴は、１つまたは複数の態様において任意の適切な方法で組み合わせることができる。

【0137】

本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の単数形には、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数形の言及が含まれる。

【0138】

本明細書で使用される方向を示す表現、例えば上、下、左、右、下、上、前、後、およびそれらの変形などは、添付の図面に示される要素の向きに関連するものとする。また、特に明記しない限り、特許請求の範囲を限定するものではない。

【0139】

本開示で使用される「約」または「およそ」という用語は、特に明記しない限り、当業者によって決定される特定の値についての許容可能な誤差を意味し、これは値がどのように計算されるかに部分的に依存する。測定または決定される。特定の態様では、用語「約」または「およそ」は、１、２、３、または４標準偏差以内を意味する。特定の態様では、「約」または「約」という用語は、指定された値または範囲の５０％、２００％、１０５％、１００％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、０．５％、または０．０５％を意味する。

【0140】

本明細書では、別段の指示がない限り、すべての数値パラメータは、すべての場合において「約」という用語によって前置され、修飾されるものとして理解されるべきであり、数値パラメータは、測定に使用される基礎となる測定技術の固有の変動特性を有する。パラメータの数値を決定する。少なくとも、均等論の適用を特許請求の範囲に限定するものではなく、本明細書に記載の各数値パラメータは、少なくとも報告された有効桁数を考慮し、通常の四捨五入を適用することによって解釈されるべきである。

【0141】

本明細書に記載される数値範囲には、記載された範囲内に包含されるすべての部分範囲が含まれる。たとえば、「1～100」の範囲には、記載された最小値1と記載された最大値100の間(およびそれらを含む)のすべての部分範囲が含まれる。つまり、1以上の最小値と、また、本明細書に記載されるすべての範囲には、記載された範囲の終点が含まれる。たとえば、「1～100」の範囲には、端点1と100が含まれる。本明細書に記載されている最大数値制限は、その中に含まれるすべての下位の数値限定を含むことを意図しており、本明細書に記載されている最小数値制限は、以下の数値制限を含むものとする。含まれるすべてのより高い数値制限が含まれる。したがって、出願人は、明示的に列挙された範囲内に包含される任意の部分範囲を明示的に列挙するために、特許請求の範囲を含む本明細書を修正する権利を留保する。このような範囲はすべて本明細書に本質的に記載されている。

【0142】

用語「含む」（および「含む」および「含む」などの任意の形式の含む）、「有する」（および「有する」および「有する」などの任意の形式の有する）、「含む」(および「includes」や「含む」などのincludeの任意の形式)および「contain」(および「contains」や「containing」などのcontainの任意の形式)は、非限定の接続動詞である。結果として、1つ以上の要素を「含む」、「有する」、「含む」、または「含む」システムは、それらの1つ以上の要素を所有するが、それらの1つ以上の要素のみを所有することに限定されない。同様に、1つ以上の特徴を「含む」、「有する」、「含む」、または「含む」システム、デバイス、または装置の要素は、それらの1つ以上の特徴を所有するが、それらの1つ以上の特徴のみを所有することに限定されない。

【図1】