專利名稱:高溫燃?xì)鉅t用控制棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在原子能發(fā)電的高溫燃?xì)鉅t中使用的高溫燃?xì)鉅t用控制棒。
技術(shù)背景
在原子能發(fā)電的高溫燃?xì)鉅t中使用的高溫燃?xì)鉅t用控制棒是將多個控制棒元件沿著鉛垂方向(上下方向)連結(jié)的結(jié)構(gòu)，在各控制棒元件中收納有B4C等中子吸收體。
以往，作為高溫燃?xì)鉅t中的中子吸收體的收容機(jī)構(gòu)即控制棒元件，開始使用金屬系的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，但在應(yīng)用于爐心輸出或輸出密度大的溫度條件嚴(yán)格的大規(guī)模的高溫燃?xì)鉅t時，若控制棒元件使用金屬材料，則會引起金屬的熔融，可能無法反復(fù)使用，這種情況成為技術(shù)課題。因此，在大規(guī)模的高溫燃?xì)鉅t中，作為取代金屬材料的控制棒材料， 有時使用可反復(fù)使用的C/C合成物制的高溫燃?xì)鉅t用控制棒或SiC/SiC合成物制的控制棒元件。
在此，作為由控制棒驅(qū)動裝置進(jìn)行升降驅(qū)動的高溫燃?xì)鉅t用控制棒的升降機(jī)構(gòu)， 已知有與控制棒元件固定成一體的金屬線穿過各控制棒元件的內(nèi)筒內(nèi)部，使該金屬線上下移動而使高溫燃?xì)鉅t用控制棒升降的機(jī)構(gòu)。考慮到這種情況，提出了在各控制棒元件的外筒和內(nèi)筒的下部設(shè)置螺釘或嵌合部來將各控制棒元件連接的機(jī)構(gòu)(參照下述專利文獻(xiàn)1)。 若為這種機(jī)構(gòu)，則能夠在某種程度上抑制高溫燃?xì)鉅t用控制棒的擺動，然而在螺釘連接中具有如下的課題由于在螺紋牙上集中有拉伸、彎曲、剪切等應(yīng)力，因此無法增大懸吊載荷 (即，控制棒元件的連結(jié)個數(shù)受限制)，而且，螺釘因稍微的搖晃等會發(fā)生斷裂。
因此，提出有在使用了 C/C合成物的外筒與內(nèi)筒之間填充B4C粉末而使其燒結(jié)，并且在控制棒元件的外筒內(nèi)配置C/C制的連結(jié)用帶，使用C/C制的十字的十字接頭將該連結(jié)用帶連結(jié)的結(jié)構(gòu)(參照下述專利文獻(xiàn)2)。需要說明的是，沿上下方向相鄰的連結(jié)用帶以扭轉(zhuǎn)90°的狀態(tài)配置。
在先技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1
日本特開平03-1；34592號公報
專利文獻(xiàn)2
日本特開平06-148372號公報
然而，在上述以往的發(fā)明中，由于是利用連結(jié)用帶將設(shè)置于各控制棒元件的十字狀的十字接頭之間連結(jié)的結(jié)構(gòu)，因此不得不利用長條的連結(jié)用帶來支承控制棒的整體重量，具有強(qiáng)度方面存在問題這樣的課題。需要說明的是，在增大十字狀的十字接頭的直徑而實(shí)現(xiàn)十字接頭的強(qiáng)度提高時，必須相應(yīng)減小連結(jié)用帶的寬度，因此會導(dǎo)致連結(jié)用帶的強(qiáng)度下降。另一方面，在增大連結(jié)用帶的寬度而實(shí)現(xiàn)連結(jié)用帶的強(qiáng)度提高時，必須相應(yīng)減小十字狀的十字接頭的直徑，因此會導(dǎo)致十字接頭的強(qiáng)度下降。從而，作為高溫燃?xì)鉅t用控制棒整體，難以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度提高。

發(fā)明內(nèi)容
[0011]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種通過高強(qiáng)度的支承結(jié)構(gòu)，即使在被施加拉伸、彎曲、剪切等應(yīng)力的情況下，也不會損害各控制棒元件之間的連結(jié)狀態(tài)，且通過提高耐熱性， 能夠飛躍性地提高高溫燃?xì)鉅t的安全性的高溫燃?xì)鉅t用控制棒。
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，而提供一種高溫燃?xì)鉅t用控制棒，具備多個在呈雙重圓筒狀的外筒與內(nèi)筒之間配置有中子吸收體的控制棒元件，并將所述控制棒元件沿鉛垂方向連結(jié)，其特征在于，在所述內(nèi)筒內(nèi)配置有至少支承所述中子吸收體的柱狀的支承體，在該支承體的上下兩端部中的至少一方的端部設(shè)有與其他控制棒元件連結(jié)的連結(jié)機(jī)構(gòu)。
如上述構(gòu)成那樣，若在內(nèi)筒內(nèi)配置支承中子吸收體的支承體，則中子吸收體的重量施加給支承體，由于該支承體為柱狀，因此比連結(jié)用帶的強(qiáng)度高。從而，即使在被施加拉伸、彎曲、剪切等應(yīng)力的情況下，也不會損害各控制棒元件之間的連結(jié)狀態(tài)。因此，在向原子爐爐心的緊急插入及輸出調(diào)整時，不會損傷控制棒主體，能夠毫無障礙地進(jìn)行之后的原子爐的再起動。而且，由于在支承體的上下兩端部中的至少一方的端部設(shè)有與其他的控制棒元件連結(jié)的連結(jié)機(jī)構(gòu)，因此也能夠順利地實(shí)現(xiàn)各控制棒元件間的連結(jié)。因此，能實(shí)現(xiàn)安全性的提高且利用簡便的方法來制作高溫燃?xì)鉅t用控制棒。
優(yōu)選的是，構(gòu)成控制棒元件的構(gòu)件中的除中子吸收體之外的構(gòu)件由C/C合成物材料或SiC/SiC合成物材料構(gòu)成。
若除中子吸收體之外的構(gòu)件由具有高剪切強(qiáng)度且耐熱性優(yōu)異的C/C合成物材料或SiC/SiC合成物材料構(gòu)成，則能夠?qū)崿F(xiàn)耐熱性的提高，并且能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械強(qiáng)度的提高。尤其是SiC/SiC合成物材料為高強(qiáng)度且具有更高的剪切強(qiáng)度，并且耐中子損傷性優(yōu)異，因此在使用該材料時，能進(jìn)一步發(fā)揮上述作用效果。但是，由于SiC/SiC合成物材料比C/C合成物材料高價，因此如后述那樣，優(yōu)選僅對特別需要強(qiáng)度等的部件使用。而且，在由上述材料構(gòu)成時，在非活性氣氛下且在2000°c以下能夠反復(fù)使用，不會因控制棒的使用溫度極限而對原子爐的運(yùn)轉(zhuǎn)條件有所制約。
優(yōu)選的是，所述支承體具有側(cè)壁和被該側(cè)壁包圍并沿鉛垂方向延伸的中空部。
這樣，若在支承體形成沿著鉛垂方向延伸的中空部，則能夠?qū)崿F(xiàn)支承體的輕量化， 因此施加給連結(jié)機(jī)構(gòu)的重量減少。故能夠抑制高溫燃?xì)鉅t用控制棒發(fā)生破損的情況，使安全性進(jìn)一步提高。而且，由于原材料可以減少，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高溫燃?xì)鉅t用控制棒的成本降低。需要說明的是，由于在中空部的四周存在側(cè)壁，因此也能夠抑制支承體的強(qiáng)度下降。
優(yōu)選的是，所述連結(jié)機(jī)構(gòu)具備軸，其沿水平方向穿過在所述支承體的側(cè)壁上形成的兩個孔；環(huán)狀的連結(jié)帶，其供該軸貫通。
這樣，僅通過設(shè)置沿水平方向穿過在支承體的側(cè)壁上形成的兩個孔的軸和供該軸貫通的環(huán)狀的連結(jié)帶就能夠進(jìn)行連結(jié)，因此能夠低成本且容易地將控制棒元件彼此連結(jié)。
優(yōu)選的是，所述連結(jié)帶呈板狀。
連結(jié)帶并未限定為板狀，但若為板狀，則能夠提供一種輕量且提高了強(qiáng)度的連結(jié)帶。而且，也能夠提高對扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的抗力。
優(yōu)選的是，在所述控制棒元件之間設(shè)有間隙。
若在控制棒元件之間設(shè)置間隙，則軸在連結(jié)帶內(nèi)能夠上下移動。因此，即使在向控制棒元件施加軸向(鉛垂方向)的應(yīng)力的情況下，也能夠抑制控制棒元件發(fā)生破損的情況。
優(yōu)選的是，當(dāng)在所述支承體的上下兩端分別設(shè)有所述連結(jié)機(jī)構(gòu)時，在上端設(shè)置的軸和在下端設(shè)置的軸以成為扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的方式配置，且所述連結(jié)帶的寬度比所述中空部中的軸的軸向長度小。
若連結(jié)帶的寬度比中空部中的軸的軸向長度小，則在中空部內(nèi)，連結(jié)帶能夠沿著軸的延伸設(shè)置方向移動。而且，若將在上端設(shè)置的軸和在下端設(shè)置的軸配置成扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，則在上端設(shè)置的連結(jié)帶和在下端設(shè)置的連結(jié)帶能夠向不同的方向移動。因此，若是與控制棒元件的軸垂直的方向(水平方向)，則無論從哪個方向施加應(yīng)力都能夠抑制軸和連結(jié)帶的破損。
優(yōu)選的是，所述軸的直徑比在所述側(cè)壁上形成的兩個孔的直徑小。
若軸的直徑比在側(cè)壁上形成的兩個孔的直徑小(即，若以具有少許游隙的狀態(tài)將軸穿過孔)，則能夠與上述同樣地實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的緩和。
優(yōu)選的是，與所述軸的軸向垂直的方向上的所述連結(jié)帶中空寬度比所述軸的直徑大。
若與軸的軸向垂直的方向上的連結(jié)帶中空寬度比軸的直徑大，則在連結(jié)帶內(nèi)，軸能夠沿著水平方向少許轉(zhuǎn)動，因此即使在被施加彎曲方向(扭轉(zhuǎn)方向)的力的情況下，也能夠抑制連結(jié)帶和軸的破損。
優(yōu)選的是，就所述多個控制棒元件中的相鄰的控制棒元件而言，位于上方的控制棒元件的所述軸配置在支承體的側(cè)壁的下端部附近位置，而位于下方的控制棒元件的所述軸配置在支承體的側(cè)壁的上端部附近位置。
若位于上方的控制棒元件的軸配置在支承體的側(cè)壁的下端部附近位置，而位于下方的控制棒元件的軸配置在支承體的側(cè)壁的上端部附近位置，則連結(jié)帶的長度減小，因此能夠?qū)崿F(xiàn)連結(jié)帶的小型化。而且能夠抑制必要以上的擺動。
優(yōu)選的是，即使在所述軸的一端與所述內(nèi)筒的內(nèi)表面抵接的狀態(tài)下，所述軸也能維持穿過所述兩個孔的狀態(tài)。
若在軸的一端與內(nèi)筒的內(nèi)表面抵接的狀態(tài)下，也能維持軸穿過兩個孔的狀態(tài)，則能夠防止軸脫落引起的控制棒元件的落下。
優(yōu)選的是，在所述支承體的下端部或其附近形成有沿著所述內(nèi)筒方向延伸的中子吸收體支承突起。
若在支承體的下端部或其附近形成沿著內(nèi)筒方向延伸的中子吸收體支承突起，則能夠從下方支承中子吸收體，因此能夠簡便地支承中子吸收體。
優(yōu)選的是，所述支承體的截面為多邊形形狀，該多邊形是偶數(shù)的多邊形。
若支承體的截面形狀為偶數(shù)的多邊形形狀，則在對置的側(cè)壁間能夠配置上述軸， 因此能夠容易地制作支承體。
優(yōu)選的是，截面為多邊形形狀的所述支承體通過組合平板狀的碳系材料而形成。
若截面為多邊形形狀的支承體通過組合平板狀的碳系材料而形成，則構(gòu)成支承體的部件的制作變得容易，高溫燃?xì)鉅t用控制棒的制造成本下降。
優(yōu)選的是，所述中子吸收體支承突起與所述平板狀的碳系材料一體形成。
若中子吸收體支承突起與碳系材料一體形成，則中子吸收體的載荷沿著碳材料的面方向施加，因此中子吸收體的載荷被分散。所以，能夠抑制控制棒元件的破損，進(jìn)一步提高安全性。[0042]
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，起到如下的優(yōu)異效果通過形成為高強(qiáng)度的支承結(jié)構(gòu)，即使在被施加拉伸、彎曲、剪切等應(yīng)力的情況下，也不會損害各控制棒元件之間的連結(jié)狀態(tài)，且通過提高耐熱性，能夠飛躍性地提高高溫燃?xì)鉅t的安全性。


圖1是表示本發(fā)明的高溫燃?xì)鉅t用控制棒的立體圖。
圖2是第一方式的控制棒元件的分解立體圖。
圖3是第一方式的控制棒元件的剖視圖。
圖4是第一方式的控制棒元件的剖視立體圖。
圖5是表示第一方式的支承體的連結(jié)狀態(tài)的分解立體圖。
圖6是表示在第一方式的支承體中使用的支承板的圖，其圖(a)是主視圖，其圖 (b)是側(cè)視圖。
圖7是表示在第一方式的支承體中使用的支承板的圖，其圖(a)是主視圖，其圖 (b)是側(cè)視圖。
圖8是表示在第一方式的支承體中使用的連結(jié)螺栓的圖，其圖(a)是主視圖，其圖 (b)是側(cè)視圖。
圖9是表示在第一方式的支承體中使用的螺母的圖，其圖(a)是主視圖，其圖(b) 是側(cè)視圖。
圖10是表示在第一方式的支承體中使用的連結(jié)帶的圖，其圖(a)是主視圖，其圖 (b)是側(cè)視圖。
圖11是表示在第一方式的支承體中使用的內(nèi)筒的圖，其圖是側(cè)視圖。
圖12是表示在第一方式的支承體中使用的外筒的圖，其圖是側(cè)視圖。
圖13是表示在第一方式的支承體中使用的上蓋的圖，其圖是其圖(a)的C-C線向視剖視圖。
圖14是表示在第一方式的支承體中使用的下蓋的圖，其圖是其圖(a)的D-D線向視剖視圖。
圖15是表示第一方式的支承體的變形例的說明圖
圖16是第二方式的控制棒元件的說明圖。
圖17是第二方式的支承體的分解側(cè)視圖。
圖18是第二方式的控制棒元件的分解立體圖。
圖19是第三方式的控制棒元件的分解立體圖。
具體實(shí)施方式
(第一方式)
以下，基于圖1 圖15，說明本發(fā)明的第一方式。
如圖1所示，本發(fā)明的高溫燃?xì)鉅t用控制棒成為將多個控制棒元件1沿鉛垂方向
(a)是主視圖，其圖(b) (a)是主視圖，其圖(b) (a)是俯視圖，其圖(b) (a)是俯視圖，其圖(b)(上下方向)連結(jié)的結(jié)構(gòu)，在上述控制棒元件1之間設(shè)有少許的間隙。在控制棒元件1之間設(shè)置間隙的原因是，向控制棒元件1施加上下方向的應(yīng)力時，連結(jié)螺栓3a、;3b能夠在后述的連結(jié)帶6內(nèi)進(jìn)行上下移動，因此能夠抑制控制棒元件1的破損。如圖2 圖4(需要說明的是，在圖2中，省略了中子吸收體7)所示，上述控制棒元件1具有外筒9 ；內(nèi)筒8 ；配置在這兩筒8、9之間的中子吸收體7 ；配置在上述內(nèi)筒8內(nèi)的柱狀的支承體2 ；配置在上述兩筒8、 9的下端而在下方支承上述中子吸收體7的下蓋5 ；在上述兩筒8、9的上端配置的上蓋10。
如圖5所示，上述支承體2其截面為大致方形形狀，將由C/C合成物材料構(gòu)成的兩張平板狀的支承板(側(cè)壁)1 和由C/C合成物材料構(gòu)成的兩張平板狀的支承板12b (側(cè)壁)組合而構(gòu)成。需要說明的是，將支承板12a、12b形成為平板狀是為了容易制作構(gòu)成支承體2的部件，支承板12a、12b由C/C合成物材料構(gòu)成是為了實(shí)現(xiàn)耐熱性的提高和機(jī)械強(qiáng)度的提高。而且，若將四張支承板12a、12b組合構(gòu)成，則在支承體2的中央能夠形成中空部 28，因此能夠?qū)崿F(xiàn)支承體2的輕量化，從而減少向后述的連結(jié)機(jī)構(gòu)施加的重量。
上述支承板12a的具體結(jié)構(gòu)如圖6(a) (b)所示，與后述的支承板12b的狹縫嵌合的突起13在主體部14的側(cè)部與主體部14 一體形成。而且，沿著上述內(nèi)筒8方向延伸的下蓋支承突起15在支承板12a的下端位置與上述突起13 (也與主體部14) 一體形成，并在該下蓋支承突起15上載置有上述下蓋5。下蓋支承突起15沿著內(nèi)筒8方向延伸，且具有經(jīng)由下蓋5承受中子吸收件的載荷的中子吸收件支承突起的功能。若為這種結(jié)構(gòu)，則經(jīng)由下蓋5施加的上述中子吸收體7的載荷沿著支承板12a的面方向施加，中子吸收體7的載荷被分散，因此能夠抑制支承體2發(fā)生破損的情況。而且，由于載荷沿著支承板1 的面方向施加，因此能有效利用C/C合成物的高剪切強(qiáng)度。
在上述支承板12a的下端附近形成有孔16，將該孔16和配置在上述支承體2內(nèi)的環(huán)狀的連結(jié)帶6形成為圖8所示的螺栓(軸)3a沿著水平方向穿過的結(jié)構(gòu)。該螺栓3a通過圖9所示的螺母4固定于支承體2。需要說明的是，根據(jù)與上述理由同樣的理由(考慮了強(qiáng)度方面等的理由)，連結(jié)帶6、螺栓3a及螺母4由C/C合成物材料構(gòu)成。而且，上述連結(jié)帶6呈板狀，由此，實(shí)現(xiàn)連結(jié)帶6的輕量化和強(qiáng)度的提高。而且，在上述支承板1 的上端位置形成有用于載置上述上蓋10的切口 17。
另一方面，上述支承板12b的具體結(jié)構(gòu)如圖7(a) (b)所示，與上述支承板1 的突起13嵌合的狹縫18形成于主體部20。狹縫18通過形成為上下方向的長孔，能夠較大地取得支承板彼此的接觸面積，并且支承板1 及12b這雙方成為相互沿著面方向作用載荷的結(jié)構(gòu)，從而能夠有效利用C/C合成物具備的高剪切強(qiáng)度。而且，在支承板12a的下端位置， 沿著上述內(nèi)筒8方向延伸的下蓋支承突起19與上述主體部20 —體形成，在該下蓋支承突起19上載置有上述下蓋5。若為這種結(jié)構(gòu)，則與上述同樣地，經(jīng)由下蓋5施加的上述中子吸收體7的載荷沿著支承板12b的面方向施加，中子吸收體7的載荷被分散，因此能夠抑制支承體2發(fā)生破損的情況。另外，由于載荷沿著支承板12a的面方向施加，因此能有效利用 C/C合成物的高剪切強(qiáng)度。
支承板1 及12b若僅通過組合就能夠確保強(qiáng)度的話，則可以僅組合，也可以使用碳系粘接材料來提高接合強(qiáng)度。
在上述支承板12b的上端附近形成有孔21，圖8所示的螺栓(軸)北沿著水平方向穿過該孔21和配置在上述支承體2內(nèi)的環(huán)狀的連結(jié)帶6(圖10所示)。該螺栓北通過圖9所示的螺母4而固定于支承體2。需要說明的是，根據(jù)與上述理由同樣的理由(考慮了強(qiáng)度方面等的理由)，螺栓北由C/C合成物材料構(gòu)成。而且，在上述支承板12a的上端位置形成有用于供上述上蓋10嵌合的切口 22。上蓋10也可以使用碳系粘接劑與支承板1 及12b接合。需要說明的是，上述支承板12a、12b的拉伸強(qiáng)度約為250MPa，當(dāng)上述螺栓北所貫通的最小截面積為1. 35cm2時，能夠懸吊33. 7kN的靜載荷。
在此，通過上述連結(jié)帶6、螺栓3a(或3b)及螺母4，構(gòu)成連結(jié)機(jī)構(gòu)。由于利用這樣少的構(gòu)件就能夠構(gòu)成牢固的連結(jié)機(jī)構(gòu)，因此能夠提供低成本且可靠性高的連結(jié)機(jī)構(gòu)。需要說明的是，在連結(jié)帶6的寬度(圖10(b)的L6)為^mm且厚度(圖10(a)的L7)為3mm時， 能夠懸吊19. 6kN的靜載荷。因此，能飛躍性地提高拉伸強(qiáng)度。而且，螺栓3a(或北)的直徑(圖8(b)的Li)為18mm時，剪切強(qiáng)度為19. 2kN，剪切強(qiáng)度飛躍性地提高。
另外，上述孔16、21的直徑(圖6的L2、圖7的L3)比上述螺栓3a、3b的直徑(圖 8(b)的Li)稍大。由此，螺栓3a(或3b)的穿過變得容易，而且螺栓3a(或北)以具有些許游隙的狀態(tài)穿過孔16、21，因此螺栓3a(或3b)在孔16、21內(nèi)能夠稍移動，從而在被施加外部應(yīng)力時能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)力緩和(能夠抑制螺栓3a (或3b)、連結(jié)帶6等的構(gòu)成支承體2的構(gòu)件的破損)。而且，在連結(jié)帶6中，與螺栓3a(或北)的軸垂直的方向的中空寬度(圖10(a) 的L4)比螺栓3a(或北)的直徑(圖8(b)的Li)大。根據(jù)與上述同樣的理由，這種結(jié)構(gòu)也能夠緩和外部應(yīng)力。
此外，上述連結(jié)帶6的寬度(圖10(b)的L6)比上述中空部洲內(nèi)的螺栓3a (或 3b)的軸向的長度(圖8(b)的L5)小。因此，連結(jié)帶6能夠沿著軸的軸向移動，由此能夠緩和外部應(yīng)力。
而且，由于螺栓3a和螺栓北以扭轉(zhuǎn)狀態(tài)(軸彼此成直角的狀態(tài))配置，因此兩連結(jié)帶(圖5中的在支承體2的上部配置的連結(jié)帶6和在支承體2的下部配置的連結(jié)帶6) 能夠向不同的方向移動。因此，即使朝著與控制棒元件1的軸垂直的方向(圖5的A方向或B方向)施加應(yīng)力，也能夠緩和應(yīng)力。
另外，在圖5中，螺栓3c配置在支承板12a的下端附近位置，而螺栓3b配置在支承板12a的上端附近位置。因此，連結(jié)帶6的長度減小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)連結(jié)帶的小型化。
而且，螺栓3a、3b、3c形成為如下的長度由于經(jīng)時老化或沖擊等，即使螺母4從螺栓3a、3b、3c脫落而在內(nèi)筒8內(nèi)向任一方偏離的情況下，也能夠防止螺栓3a、3b、3c的頭部 30與內(nèi)筒8內(nèi)表面接觸而從處于插通狀態(tài)的兩個孔16(或21、2；3)脫落這樣的長度。因此， 即使螺母4脫落，也能夠防止螺栓3a、3b、3c脫落引起的控制棒元件1的落下。
(其他的構(gòu)件的說明)
如圖11(a) (b)所示，上述內(nèi)筒8呈圓筒狀，由C/C合成物材料構(gòu)成。而且，如圖 12(a) (b)所示，上述外筒9呈比上述內(nèi)筒8大徑的圓筒狀，由C/C合成物材料構(gòu)成。
如圖13(a) (b)所示，上述上蓋10呈圓板狀，其外徑(圖13(b)的L8)與上述外筒 9的外徑(圖12(b)的L9)相同。而且，在上蓋10的最外周形成有切口 31，該切口 31的寬度(圖13(b)的L10)與上述外筒9的厚度(圖12(b)的Lll)相同。此外，在上述切口 31 的內(nèi)側(cè)形成有槽32。該槽32的外徑(圖13(b)的L12)與上述內(nèi)筒8的外徑(圖11 (b)的 L13)相同，而且，該槽32的寬度(圖13(b)的L15)與上述內(nèi)筒8的厚度(圖11(b)的L14) 相同。此外，在上述槽32的內(nèi)側(cè)形成有供上述支承板12a、12b的端部嵌合的槽33。通過形成為這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑸仙w10嵌合在內(nèi)筒8、外筒9及支承體10的上部。
如圖14(a) (b)所示，上述下蓋5呈圓板狀。該下蓋5與上述上蓋10為大致同樣的結(jié)構(gòu)(在同一部位形成有同一尺寸的切口 35、槽32及槽33)。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑾律w5嵌合在內(nèi)筒8、外筒9及支承體10的下部。但是，在內(nèi)部空間形狀34稍有不同、以及為了在下方支承中子吸收體7而使下蓋5的厚度(圖14(b)的L17)比上蓋10的厚度(圖 13(b)的L18)稍大這些點(diǎn)上不同。通過形成為如此利用圓板狀的下蓋5進(jìn)行支承(即，不是利用螺釘進(jìn)行支承)的結(jié)構(gòu)，而能提高原子爐的安全性。
需要說明的是，上述內(nèi)筒8及上述外筒9是僅收納中子吸收體7的構(gòu)件，因此兩筒 8、9的厚度(圖11(b)的L14、圖12(b)的Lll)可以較小地構(gòu)成。而且，上述上蓋10僅為了密封控制棒元件而使用，因此上蓋10的厚度(圖13(b)的L18)可以較小地構(gòu)成，而且， 上述下蓋5也可以比上蓋10稍厚，但由于載荷作用的僅是由中子吸收體7和下蓋突起15 及19夾持的部位，因此下蓋5的厚度(圖14(b)的L17)也可以不那么大。通過形成為以上所述的結(jié)構(gòu)，能夠減少高溫燃?xì)鉅t用控制棒的材料費(fèi)用。
(第一方式的變形例)
(1)在上述實(shí)施例中，構(gòu)成控制棒元件1的部件中的除中子吸收體7之外的部件由C/C合成物材料構(gòu)成，但除中子吸收體7之外的部件也可以全部由SiC/SiC合成物材料構(gòu)成，而且，也可以僅將主要部件(例如，螺栓3a、3b、3c、連結(jié)帶等)由SiC/SiC合成物材料構(gòu)成。此外，也可以僅將主要部件(例如，螺栓3a、3b、3c、連結(jié)帶6等)由C/C合成物材料或SiC/SiC合成物材料構(gòu)成，而將其他的部件由通常的碳材料構(gòu)成。
(2)支承體的形狀并未限定于其截面為方形形狀，當(dāng)然也可以是圖15所示那樣的截面為正六邊形形狀或截面為正八邊形形狀等。需要說明的是，在圖15所示的截面為正六邊形形狀時，只要以螺栓3的軸彼此成為各60°的方式配置螺栓3即可。
(3)在上部配置的控制棒元件1的螺栓3a、3b、3c和連結(jié)帶6比在下部配置的控制棒元件1的螺栓3a、3b、3c和連結(jié)帶6受到更大的載荷。因此，可以使在上部配置的控制棒元件1的螺栓3a、3b、3c比在下部配置的控制棒元件1的螺栓3a、3b、3c更大徑，或使在上部配置的控制棒元件1的連結(jié)帶6比在下部配置的控制棒元件1的連結(jié)帶6的厚度大。 而且，也可以使在上部配置的控制棒元件1的螺栓3a、3b、3c和連結(jié)帶6由SiC/SiC合成物材料構(gòu)成，使在下部配置的控制棒元件1的螺栓3a、3b、3c和連結(jié)帶6由C/C合成物材料構(gòu)成。
(第二方式)
以下，基于圖16 圖18，說明本發(fā)明的第二方式。
如圖16所示，第二方式的控制棒元件1具有外筒9 ；內(nèi)筒8 ；配置在這兩筒8、9之間的中子吸收體7 ；配置在上述內(nèi)筒8內(nèi)的圓柱狀的支承體2 ；配置在上述兩筒8、9的下端而在下方支承上述中子吸收體7的下蓋5 ；支承環(huán)50 ；固定螺釘51。
上述外筒9呈上方逐漸變細(xì)的吊鐘形，從下開口部52插入上述中子吸收體7及內(nèi)筒8。另一方面，在外筒9的上端設(shè)有用于供圓柱狀的支承體2穿過的貫通孔53。此外， 在內(nèi)筒8的下端部配置的圓盤狀的下蓋5的中央設(shè)有用于供支承體2穿過的貫通孔55，而且，下蓋5的外徑(圖18的L21)與外筒9的內(nèi)徑(圖18的L20)大致相同。此外，在下蓋 5的下方配置有支承環(huán)50，該支承環(huán)50的外徑(圖18的L2》與外筒9的內(nèi)徑(圖18的L20)大致相同。
在上述外筒9和上述支承環(huán)50中，在將支承環(huán)50配置于外筒9內(nèi)時一致的部位上預(yù)先設(shè)有孔56、57，在該孔56、57螺合有例如由2DC/C合成物構(gòu)成的多根螺釘51 (在本方式中約為10根)。由此，支承環(huán)50被固定于外筒9。需要說明的是，螺釘51以從外筒9的外表面突出的方式設(shè)置。而且，內(nèi)筒8的長度形成為內(nèi)筒8的上端與外筒9的上方內(nèi)表面幾乎相接的程度的長度，由此，能夠?qū)赏?、9間的中子吸收體7多量地配置。
若為上述結(jié)構(gòu)，則內(nèi)筒8和中子吸收體7的載荷由下蓋5承受，下蓋5由支承環(huán)50 從下方支承。支承環(huán)50沿上下方向具有寬度且從橫向被螺止，因此來自下蓋5的載荷沿著支承環(huán)50的面方向施加，進(jìn)而向多個螺釘螺合部施加，因此能提高耐載荷性能。
上述支承體2向內(nèi)筒8的內(nèi)方穿過，而且，在支承體2設(shè)有突出部62。上述突出部62的外徑(圖16的L2Q大于在外筒9的上端設(shè)置的上述貫通孔53的孔徑(圖16的 L26)，由此，突出部62卡掛于貫通孔53，借助突出部62而由支承體2來支承控制棒元件1。 需要說明的是，突出部62的上端及外筒9的貫通孔53的下緣成為錐狀，通過該部分彼此相接來減小外筒9的擺動。
如圖17所示，上述支承體2的具體結(jié)構(gòu)由上支承構(gòu)件60、突出部62及下支承構(gòu)件 64構(gòu)成。在上述下支承構(gòu)件64設(shè)有螺紋部63，而在上述上支承構(gòu)件60設(shè)有螺紋孔61。而且，在上支承構(gòu)件60的下端部設(shè)有比其他部分的直徑小的小徑部66，該小徑部66與大徑部 (其他部分)67的邊界形成階梯部68。在上述突出部62設(shè)有插通孔69，該插通孔69的直徑(圖17的L30)比上述小徑部66的直徑(圖17的L31)大，且比大徑部67的直徑(圖 17的L3》小。由此，從上支承構(gòu)件60的下方向上支承構(gòu)件60的小徑部66插入突出部62 的插通孔69時，突出部62的上端卡掛于階梯部68。在該狀態(tài)下，將下支承構(gòu)件64的螺紋部63與上支承構(gòu)件60的螺紋孔61螺合時，突出部62被夾持固定在上支承構(gòu)件60與下支承構(gòu)件64之間。
在此，將多個控制棒元件1連結(jié)時，只要在下支承構(gòu)件64的下端設(shè)置螺紋孔(未圖示)，從下方安裝其他的控制棒元件(未圖示)的設(shè)有突出部及螺紋部的支柱即可。需要說明的是，在設(shè)置螺紋部及螺紋孔時，也可以在上支承構(gòu)件60設(shè)置螺紋部，而在下支承構(gòu)件64設(shè)置螺紋孔。
通過本結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)檩^少的構(gòu)件、部件數(shù)，且為簡便的結(jié)構(gòu)并同時可靠地將中子吸收體7收容在外筒9內(nèi)，而且通過支承體2能夠穩(wěn)定地支承重量大的中子吸收體7。
需要說明的是，包含外筒9在內(nèi)的本實(shí)施方式的全部的構(gòu)件及部件若由C/C合成物材料形成，則能夠具備高強(qiáng)度且實(shí)現(xiàn)輕量化。而且也可以取代C/C合成物而使用SiC/SiC 合成物，形成為更高的強(qiáng)度。但是，由于SiC/SiC合成物為高價，因此，可以僅限于特別需要高強(qiáng)度的突出部62、下蓋5、支承環(huán)50、螺釘51等使用。
作為上方收斂的形狀的外筒9的一體的形成，優(yōu)選使用絲線卷繞法或手工敷層法，特別優(yōu)選能得到更高強(qiáng)度的絲線卷繞法。絲線卷繞法通常是將碳纖維捆扎成的碳纖維束浸漬在由熱硬化性樹脂、溶劑等構(gòu)成的低粘度的結(jié)合材料中之后，將附著有結(jié)合材料的碳纖維束卷繞于坩堝形狀的心軸上而成形為所需的坩堝形狀。向心軸的卷繞例如可以利用本申請人提出的專利申請日本特開2003-201196所記載等適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行。然后，例如，在 100 300°C左右的溫度下進(jìn)行熱硬化，使得到的成形體在K氣體等非活性氣體中以例如約1000°C的溫度進(jìn)行碳化。在該碳化之后，根據(jù)需要浸漬酚醛樹脂、焦油等，然后以1500°C 以上的溫度加熱而進(jìn)行碳化(石墨化)。通過以上的工序得到的坩堝在例如鹵素氣體氣氛中，以1500 2500°C左右的溫度進(jìn)行加熱，實(shí)施高純度化處理，作為C/C材料。手工敷層法是將碳纖維布粘貼于坩堝模具而制作出成形體后，與FW法同樣地實(shí)施熱硬化、碳化、石墨化及高純度化處理而形成為C/C材料。
(第三方式)
基于圖19，說明第三方式，內(nèi)筒、中子吸收體及支承體的結(jié)構(gòu)與上述第二方式為同樣的結(jié)構(gòu)，因此在圖19中，省略這些構(gòu)件。
如圖19所示，從外筒的下端稍向上方沿著圓周方向斷續(xù)地設(shè)置插通孔70，在該插通孔70內(nèi)插入平板狀的支承板71，支承板71的兩端由處于插通孔70的下部的外筒9從下方來支承，從而利用支承板71從下方支承中子吸收體及內(nèi)筒。在支承板71的長度方向中央附近設(shè)有供支承體2穿過的貫通孔55。
需要說明的是，使用插通孔70進(jìn)行配置的支承板71并未限定為上述那樣的兩張， 可以是1張，也可以根據(jù)需要的強(qiáng)度為3張以上。而且，根據(jù)需要，插通孔70的寬度只要為適當(dāng)?shù)膶挾燃纯?，此外，關(guān)于支承板71，也可以根據(jù)需要的強(qiáng)度而任意地設(shè)定厚度。
若為本結(jié)構(gòu)，則通過設(shè)置插通孔70并在該插通孔70內(nèi)插入支承板71這樣的極其簡便的結(jié)構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)中子吸收體的支承。而且，只要根據(jù)中子吸收體和內(nèi)筒等支承對象的重量來設(shè)定支承板的厚度和寬度等即可，能夠容易地進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)定。
需要說明的是，中子吸收體既可以直接載置在支承板71上，也可以在支承板71上配置圖18所示的下蓋5，然后將中子吸收體載置在該下蓋5上。還可以并用圖16及圖18 所示那樣的使用下蓋5及支承環(huán)50的結(jié)構(gòu)來提高支承強(qiáng)度。
此外，在上述第二方式及第三方式中，根據(jù)情況不同，也可以在下蓋5或支承板71 的與支承體穿過用的貫通孔55相當(dāng)?shù)牟课话惭b螺栓等，并使用該螺栓與其他的控制棒元件連接。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明可以用于原子能發(fā)電的高溫燃?xì)鉅t。
權(quán)利要求
1.一種高溫燃?xì)鉅t用控制棒，具備多個在呈雙重圓筒狀的外筒與內(nèi)筒之間配置有中子吸收體的控制棒元件，并將所述控制棒元件沿鉛垂方向連結(jié)，其特征在于，在所述內(nèi)筒內(nèi)配置有至少支承所述中子吸收體的柱狀的支承體，在該支承體的上下兩端部中的至少一方的端部設(shè)有與其他控制棒元件連結(jié)的連結(jié)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中，構(gòu)成控制棒元件的構(gòu)件中的除中子吸收體之外的構(gòu)件由C/C合成物材料或SiC/SiC合成物材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中， 所述支承體具有側(cè)壁和被該側(cè)壁包圍并沿鉛垂方向延伸的中空部。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中，所述連結(jié)機(jī)構(gòu)具備軸，其沿水平方向穿過在所述支承體的側(cè)壁上形成的兩個孔；環(huán)狀的連結(jié)帶，其供該軸貫通。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中， 所述連結(jié)帶呈板狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4或5所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中， 在所述控制棒元件之間設(shè)有間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4 6中任一項(xiàng)所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中，當(dāng)在所述支承體的上下兩端分別設(shè)有所述連結(jié)機(jī)構(gòu)時，在上端設(shè)置的軸和在下端設(shè)置的軸以成為扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的方式配置，且所述連結(jié)帶的寬度比所述中空部中的軸的軸向長度
8.根據(jù)權(quán)利要求
4 7中任一項(xiàng)所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中， 所述軸的直徑比在所述側(cè)壁上形成的兩個孔的直徑小。
9.根據(jù)權(quán)利要求
4 8中任一項(xiàng)所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中， 與所述軸的軸向垂直的方向上的所述連結(jié)帶中空寬度比所述軸的直徑大。
10.根據(jù)權(quán)利要求
4 9中任一項(xiàng)所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中，就所述多個控制棒元件中的相鄰的控制棒元件而言，位于上方的控制棒元件的所述軸配置在支承體的側(cè)壁的下端部附近位置，而位于下方的控制棒元件的所述軸配置在支承體的側(cè)壁的上端部附近位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求
4 10中任一項(xiàng)所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中，即使在所述軸的一端與所述內(nèi)筒的內(nèi)表面抵接的狀態(tài)下，所述軸也能維持穿過所述兩個孔的狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1 11中任一項(xiàng)所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中，在所述支承體的下端部或其附近形成有沿著所述內(nèi)筒方向延伸的中子吸收體支承突起。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1 12中任一項(xiàng)所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中， 所述支承體的截面為多邊形形狀，該多邊形是偶數(shù)的多邊形。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中，截面為多邊形形狀的所述支承體通過組合平板狀的碳系材料而形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其中，所述中子吸收體支承突起與所述平板狀的碳系材料一體形成。
專利摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫燃?xì)鉅t用控制棒，其通過形成為高強(qiáng)度的支承結(jié)構(gòu)，即使在被施加拉伸、彎曲、剪切等應(yīng)力的情況下，也不會損害各控制棒元件之間的連結(jié)狀態(tài)，且通過提高耐熱性，能夠飛躍性地提高高溫燃?xì)鉅t的安全性。高溫燃?xì)鉅t用控制棒具備多個在呈雙重圓筒狀的外筒(9)與內(nèi)筒(8)之間配置有中子吸收體(7)的控制棒元件(1)，并將該控制棒元件(1)沿鉛垂方向連結(jié)，其特征在于，在上述內(nèi)筒(8)內(nèi)配置有至少支承上述中子吸收體(7)的柱狀的支承體(2)，在該支承體(2)的上下兩端部設(shè)有與其他的控制棒元件(1)連結(jié)的連結(jié)機(jī)構(gòu)。
文檔編號G21C7/10GKCN102576574SQ201080040455
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月13日
發(fā)明者小西隆志, 山地雅俊, 平岡利治, 柴田大受, 澤和弘, 町野洋 申請人:東洋炭素株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan