JPH03252594A - 燃料集合体の交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、燃料集合体の交換装置に係り、特に、原子炉
圧力容器の中に蒸気発生器を設置するとともに、炉心か
ら蒸気発生器への上昇一次冷却水を導くためのライザ管
が狭められている場合に、燃料集合体の交換を円滑に行
なう技術に関するものである。

「従来の技術」 現在稼動している原子炉の主流となっている軽水炉（加
圧木型、沸騰水型）の燃料集合体の交換作業は、遠隔操
縦によって燃料交換装置を運転することにより水中で行
なわれるが、第５図に示す軽水型原子炉の例であると、
原子炉圧力容器Ｉの内部に、炉心２とともに蒸気発生器
３が収納されているが、炉心２の直上でかつ蒸気発生器
３の内側に位置している機器や構造物をすべて撤去した
状態としてから実施する必要がある。即ち、第５図にお
いて、原子炉圧力容器Ｉの上蓋４、制御棒駆動装置５、
一次冷却水ボンプ６、制御棒支持構造物７の一部等を撤
去して、第６図に示すように、炉心２の直上に大きな作
業用空間Ｙを形成し、炉心２と蒸気発生器３の内側との
間に、ライザ部８及び仕切壁９が残される程度まで開放
した後、燃料交換装置Ｘにおけるテレスコープ部１０の
下端部の燃料棒グリッパ１１を、テレスコープ部ｌＯの
上下伸縮と、搬送台車１２及び横行台車１３の走行とに
より、炉心２における燃料集合体１４の引き出し、装填
、水平移動及び昇降等の各操作を行ない、燃料集合体１
４の原子炉圧力容器１の上方への引き上げや、目的位置
への移動、収納、あるいは新燃料集合体の装填等が実施
される。

一方、第７図は、一次冷却系内のほう散水濃度によって
出力の制御を行なうようにした軽水冷却型原子炉の構造
例を示すものである。該軽水冷却型原子炉ζ、“、あ・
〕では、第７図に実線の矢印で示すように、炉心２で加
熱された一次冷却水Ｗが、ライリ°管１５から一次冷却
水ポンブ６、蒸気発生器３を経由して、ポイズンタンク
１６の外側を通って下降し、冷却水人口１７から炉心２
に戻る強制循環がｔｊされ、万一　一次冷却水ボンプ６
が停止した場合は、水圧作動弁１８が開放状態となるこ
とによって、ポイズンタンク１６の中のほう飲水（炉内
プール水）Ｐが、第７図に破線の矢印で示すように、ポ
イズン流通器１９を経由して、炉心２に送り込まれるこ
とにより、炉心２の中のほう散水濃度が高められて、原
子炉を自然停止状態に導くようにしたもので、いわゆる
固有の安全性をもった原子炉となっており、近年、原子
力発電プラントの都市接近等の立地条件を十分考慮しな
ければならないところから注目されている。

そして、上昇一次冷却水Ｗを蓼くライザ管１５と、該ラ
イザ管１５を囲むポイズンタンク１６の上部部分との直
径を小さくすると、蒸気発生器３の大容量化が容易にな
り、原子炉圧力容器見の寸法が、主として蒸気発生器３
の大きさによって支配される場合にあっても、原子炉圧
力容器１の内部空間の有効利用に基づいて、原子炉の小
型化を図ることができる。

［゛発明が解決しようとする課題」 しかしながら、第７図に示すように、ライザ管１５が狭
められている場合には、第６図に示した構造例の燃料交
換装置Ｘの適用が不可能となる。

つまり、第７図例の原子炉にあっては、第６図と比較す
ると明らかなように、燃料交換装置Ｘの作業範囲は、ラ
イザ管１５の最小寸法の内径りの範囲のみとなり、炉心
２を構成する多数の燃料集合体１４のうち、中心部分に
位置する一部分しか燃料集合体１４を交換することがで
きず、原子°炉の運転に支障を来すものとなる。

本発明は、これらの課題を有効に解決して、炉心上部空
間における各種作業に必要な部分を、上下移動の単純な
操作によってライザ管に挿入した状態に取り付け、燃料
集合体の交換を確実に行なうことを目的としている。

「課題を解決するための手段」 かかる目的を達成する手段として、上昇一次冷却水を導
くライザ管の内径が炉心の外径より狭められている原子
炉に適用される燃料集合体の交換装置において、ライザ
管の上部開口近傍の炉内構造物に取り付けられ下端部が
ライザ管の穴部を経由して炉心上部空間まで挿入される
昇降部分と、該昇降部分の下端に取り付けられ燃料交換
用ウィンチによって昇降操作される燃料棒グリッパに係
合してこれを水平方向に移動させかつ横方向の折り畳み
寸法が穴部の内径より小さく構成されるワーク部分とを
具備する構成の燃料集合体の交換装置としている。

「作用」 ワーク部分を折り畳んで寸法を小さくした状態としてラ
イザ管の穴部を経由して炉心上部空間まで挿入すること
により、昇降部分とともに取り付けが行なわれる。

ワーク部分の取り付は後に、その作動と昇降部分の作動
とによって燃料集合体の引き出し及び装填が行なわれ、
かつ、ライザ管の下方において燃料交換用ウィンチとワ
ーク部分との間で、燃料集合体の受は渡しが行なわれる
。

「実施例」 以下、本発明に係る燃料集合体の交換装置の一実施例に
ついて、第１図ないし第４図に基づいて説明する。

一実施例における燃料集合体の交換装置にあっては、第
７図に示した軽水冷却型原子炉に適用されるものである
が、後述するように、ライザ管１５が挟められている一
般の原子炉に適用する場合、あるいはライザ管事５が直
筒状である場合にも有効である。

なお、図中において、前述した従来例等と共通する部分
には、同一符号を付して説明を簡略化する。

第１図及び第４図（Ｂ）に示すように、燃料集合体の交
換装置は、原子炉建屋２０におけるオペレーティングフ
ロア２１に設置される燃料交換用ウィンチ３０の部分と
、原子炉圧力容器１の中に設置される炉内マニピュレー
タ４０の部分とを組み合わけた構造である。

前記燃料交換用ウィンチ３０は、炉心２の上方の離間位
置である原子炉建屋２０に設置された前記搬送台車１２
及び横行台車１３から吊持状態とされる燃料棒引き上げ
用ロープ３１と、その先端部に取り付けられて電動操作
によりフックを利用して燃料集合体１４に係合する前記
燃料棒グリッパ１１と、該燃料棒引き上げ用ロープ３１
を昇降させかつ概略の位置決めを行なうための巻き上げ
用サーボモータ３２と、燃料棒引き上げ用ロープ３１の
繰り出し量によって燃料棒グリッパ１１の位置を検知す
るための距離検出計等とが設けられた構造とされる。な
お燃料棒グリッパ】ｌには、荷重の重量を計測して燃料
集合体１４の保持の確認及び異常の検出を行なうための
ロードセル、開閉確認リミットスイッチ、メカニカルロ
ック機構、信号を上方に伝達するための信号伝達ケーブ
ル等が設けられる。

前記炉内マニピュレータ４０は、第１図に示すように、
炉内構造物の部分、例えばポイズンタンク１６における
フランジ部４１の部分に、全体として上方から挿入状態
に取り付けられ、旋回部分４２、昇降部分４３、ワーク
部分４４等を有するものである。

前記旋回部分４２は、ライザ管１５とポイズンタンク１
６との上部に水平に設けられたフランジ部（炉内構造物
）４１に、載置状態とされる外向フランジ部４６ａを有
するとともにライザ管１５の穴部４５に挿入されてテー
パーピンで位置決め固定される固定ケーシング４６と、
外向フランジ部４６ａにベアリング４７を介して水平旋
回可能に搭載される旋回架台４８と、該旋回架台４８に
対して吊持状態に固定ケーシング４６の中に挿入される
中間スリーブ４９と、該中間スリーブ４９の下端部に取
り付けられ固定ケーシング４６の内周面に転勤可能に接
触して芯出しを行なう複数のガイドローラ５０と、外向
フランジ部４６ａと旋回架台４８との間に介在して固定
ケーシング４６を旋回させるための旋回駆動源５１とか
ら構成される。

前記昇降部分４３は、中間スリーブ４９の中に挿入され
るセンタースリーブ５２と、中間スリーブ４９との間に
介在してセンタースリーブ５２の昇降を案内するための
ガイドレール５３及び昇降ブラケット５４と、旋回架台
４８に搭載されるモータ等の昇降駆動源５５と、該昇降
駆動源５５に接続されるウオームギヤ機構５６と、該ウ
オームギヤ機構５６の回転力を伝達するベベルギヤ等か
らなる回転力伝達系５７と、該回転力伝達系５７によっ
て回転させられるピニオンギヤ５８と、該ピニオンギヤ
５８に噛合するとともにセンタースリーブ５２にほぼそ
の全長に亙って一体に設けられたラックギヤ５９とから
構成され、そして、ウオームギヤ機構５６の部分で、セ
ンタースリーブ５２等の重量による自然落下を防ぐセル
フロック機能を付与している。

なお、固定ケーシング４６の外向フランジ部４６ａには
、炉内マニピュレータ４０の部分を吊持するための吊持
具６０が取り付けられている。

前記ワーク部分４４は、昇降部分４３の下端に水平揺動
可能に取り付けられ平行リンクやアクチュエータ等から
なる水平移動用リンク部６１と、該水平移動用リンク部
６１の先端に取り付けられ流体圧アクチュエータ等によ
って開閉操作されて燃料棒グリッパ１１を把持するハン
ド部６２と、水平移動用リンク部６１とハンド部６２と
の間に介在してハンド部６２の垂直回転角度を設定し平
行リンクやアクチュエータ等からなる姿勢調整部６３と
を組み合わせて構成される。

そして、これらの詳細について説明すると、前記水平移
動用リンク部６１は、センタースリーブ５２の下端と一
体の吊持ブラケット６４に対して主ピン６４ａにより水
平揺動可能に取り付けられる主リンク６１ａと、該主リ
ンク６１ａの先端に中間ピン６５ａによって垂直回転可
能に取り付けられる中間ブラケット６５と、吊持ブラケ
ット６４及び中間ブラケット６５の間に架設され主リン
ク６１ａとともに平行リンクを形成する平行設定用アク
チュエータ６１ｂと、主リンク６１ａを回転駆動させる
ための角度設定用アクチュエータ６１ｃとを備えている
。

前記姿勢調整部６３は、中間ブラケット６５に対して中
間ピン６５ａにより垂直回転可能に取り付けられる姿勢
設定用リンク６３ａと、該姿勢設定用リンク６３ａの先
端に連結ピン６６ａにより垂直回転可能に取り付けられ
る取り付はブラケット６６と、中間ブラケット６５及び
取り付はブラケット６６の間に架設され姿勢設定用リン
ク６３ａとともに平行リンクを形成する姿勢設定用アク
チュエータ６３ｂとを備えている。

また、前記取り付はブラケット６６には、ハンド部６２
が取り付けられ、ハンド部６２が油圧等によって開閉操
作されて、前記燃料棒グリッパ１１を把持するものであ
る。

なお、第１図ないし第３図において、符号６７・６８は
、テレビカメラ及び照明器具であり、ワーク部分４４の
近傍における水中での作動状態及び燃料集合体！４の吊
持状況等を監視するために、吊持ブラケット６４、取り
付はブラケット６６等に設けられる。また、ワーク部分
４４における撮像情報、各アクチュエータの作動ストロ
ーク量のデータ等は、電気ケーブルによりオペレーティ
ングフロア２１の監視及び制御装置に伝送されて、ワー
ク部分４４の自動または手動運転がなされる。

以下、燃料集合体の交換装置による燃料集合体１４の交
換作業について、第４図（Ａ）ないし第４図（Ｃ）を参
照して説明する。

〈作業用空間の形成〉 第４図（Ａ）に示すように、ライザ管１５の上部開口よ
りも直上に位置する機器や構造物を除去した状態として
、作業用空間Ｙを形成する。

〈炉内マニピュレータの組み立て〉 第４図（Ｂ）に示すオペレーティングフロア２１等にお
いて、炉内マニピュレータ４０を組み立てた状態、つま
り、旋回部分４２、昇降部分４３、ワーク部分４４等を
組み上げた状態にする。

く炉内マニピュレータのライザ管への挿入〉第３図（Ａ
）に示すように、角度設定用アクチュエータｅｔｃの作
動とこれに同期させた平行設定用アクチュエータ６１ｂ
の作動とによって、主リンク６１ａを真下に向けるとと
もに、ハンド部６２を下方に移動させた状態として、ラ
イザ管１５の狭められている部分の内径りよりもワーク
部分４４の折り畳み寸法Ｓを小さくした状態（ワーク部
分４４を下方に伸張させることによって横方向の寸法を
小さくした折り畳み状態）とする。この状態の炉内マニ
ピュレータ４０を燃料交換用ウィンチ３０やその他のク
レーン等によって、第４図（Ｂ）に示すように吊持する
。

次いで、第４図（Ｃ）に示すように、炉内マニピュレー
タ４０をライザ管１５の中に吊り降ろしながら、昇降部
分４３の下端部及びワーク部分４４をライザ管１５の穴
４５を経由して、炉心上部空間Ｚまで挿入する。

く炉内マニピュレータの設定〉 第１図に示すように、フランジ部４１に固定ケーシング
４６の外向フランジ４６ａを載置することにより芯出し
を行なうとともに、ボルト等により固定する。この取り
付は作業を行なうことにより、昇降部分４３の一部とワ
ーク部分４４とが炉心上部空間Ｚに挿入された状態とな
る。

次いで、第２図に矢印Ｍで示すように、ハンド部６２を
水平位置まで持ち上げた状態に設定するとともに、矢印
Ｎで示すように、ハンド部６２を中心まで移動させて、
第２図の実線で示すように、主リンク６１ａと平行設定
用アクチュエータ６１ｂとで平行リンクを形成するとと
もに、姿勢設定用アクチュエータ６３ｂの調整によって
、ハンド部６２の中心を垂直線Ｃしに合わせた設定を行
なう。

〈燃料集合体の抜き取り〉 一方、燃料棒グリッパ１１をセンタースリーブ５２の中
を通して吊り降ろして、ハンド部６２で燃料棒グリッパ
１１を把持し、以下、ワーク部分４４により燃料棒グリ
ッパ１１を誘導して燃料集合体１４の−っと係合状頼と
するとともに、昇降部分４３の作動によって第１図に鎖
線で示すように燃料集合体１４を炉心２から抜き取った
後、第２図に実線で示す中心位置まで移動し、燃料交換
用ウィンチ３０の作動により燃料引き上げ用ローブ３１
を巻き取って、第４図（Ｂ）に示す原子炉建屋２０の上
部まで引き上げる。

く使用済燃料ブールへの格納〉 以下、搬送台車１２によって燃料集合体１４を使用済燃
料ブール７０の上部まで水平移動さ仕、使用済燃料ラッ
ク７１の目的とする位置に燃料集合体１４を吊り降ろし
目的位置に格納する。

このように、上述の作業工程を繰り返すことにより、炉
心２の使用済燃料（燃料集合体）５を順次抜き取ること
が行なわれ、炉心２の中心からずれた部分の燃料集合体
１４を抜き取る場合には、炉内マニピュレータ４０の旋
回部分４２の作動によって、ワーク部分４４の向きを設
定するとともに、ワーク部分４４の水平移動量を変更す
ることによって行なわれる。また、新燃料集合体を装填
する場合は、これら工程の逆手順によって実施される。

〈炉内マニピュレータの解体〉 燃料集合体１４の交換作業の終了時等において、炉内マ
ニピュレータ４０をライザ管１５から外して撤去する場
合は、前述したく炉内マニピュレータの設定〉及び〈炉
内メニピュレータのライザ管への挿入〉作業の逆手順に
よって実施することができる。つまり、第２図に示す矢
印Ｎ及び矢印Ｍの逆方向にワーク部分６２を移動させて
、第３図に示すように、横方向の寸法Ｓを小さくした折
り畳み状態とし、以下、炉内マニピュレータ４０を吊り
上げて撤去することになる。

一方、第３図（Ｂ）は、横方向の寸法を小さくする別の
方法を示すものである。ワーク部分６２を下方に伸張さ
せる方法に代えて、ワーク部分６２を吊持ブラケット６
４に接近さ仕た状態に折り畳むもので、平行設定用アク
チュエータ６１ｂ１角度設定用アクチュエータ６１ｃ　
、姿勢設定用アクチュエータ６３ｂの各操作を組み合わ
せることによって行なねれる。。

なお、と述した〜・実施例にあっては、軽水冷却型原子
炉に適用されろものとしたが１、ライザ管＋５の上部開
口が狭められてい７）他の型の原子炉、制御棒駆動装置
を炉心の下方に設Ｗｊ７だ原子炉に対しても同様に適用
可能である。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係る燃料集合体の交換装
置によれば、昇降部分の下端にワーク部分が取り付けら
れて、昇降部分の下端とともにライザ管の穴部を経由し
て炉心上部空間まで挿入されるとともに、ワーク部分の
横方向の折り畳み寸法がライザ管の穴部の内径より小さ
くなるので、ライザ管を経由する炉心上部空間へのワー
ク部分の出し入れが上下移動の単純な操作によって容易
になし得るとともに、炉心上部空間に挿入したワーク部
分の折り畳み状態を解除して、燃料集合体の抜き取り、
装填や、燃料棒グリ１パとの受は渡しにより、ライザ管
が狭められている等の原子炉にあっても、燃料集合体の
交換作業を円滑に行なうことができる等の効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料集合体の交換装置を軽水冷却
型原子炉に適用した場合の一実施例を示す要部の正断面
図、第２図は第１図例の交換装置におけるワーク部分の
作動状態を示す正面図、第３図（Ａ）は第１図例の交換
装置におけるワーク部分の折り畳み例を示す正面図、第
３図（Ｂ）は第１図例の交換装置におけるワーク部分の
折り畳み方法の別の例を示す正面図、第４図（Ａ）ない
しくＣ）は第１図例の交換装置による燃料交換作業の実
施状況の説明図、第５図は軽水型原子炉の従来例を示す
正断面図、第６図は第５図例の燃料交換作業の実施状況
の説明図、第７図はライザ管が狭められた状態の軽水型
原子炉の例を示す正断面図である。 Ｘ・・・・・・燃料交換装置、Ｙ・・・・・作業用空間
、Ｚ・・・・・・炉心上部空間、ＣＬ・・・・・・垂直
線、Ｗ・・・・・・一次冷却水、Ｐ・・・・・・はう散
水（炉内ブール水）、■・・・・・・原子炉圧力容器、
２・・・・・・炉心、３・・・・・・蒸気発生器、４・
・・・・・上蓋、５・・・・・・制御棒駆動装置、６・
・・・・・一次冷却水ポンプ、７・・・・・・制御棒支
持構造物、８・・・・・・ライザ部、９・・・・・・仕
切壁、ｌＯ・・・・・・テレスコープ部、１１・・・・
・・燃料棒グリッパ、１２・・・・・・搬送台車、１３
・・・・・・横行台車、１４・・・・・・燃料集合体、
１５・・・・・・ライザ管、１６・・・・・・ポイズン
タンク、１７・・・・・・冷却水人口、１８・・・・・
・水圧作動弁、１９・・・・・・ポイズン流通器、２０
・・・・・・原子炉建屋、２１・・・・・・オペレーテ
ィングフロア、３０・・・・・・燃料交換用ウィンチ、
３１・・・・・・燃料棒引き上げ用ローブ、３２・・・
・・・巻き上げ用サーボモータ、４０・・・・・・炉内
マニピュレータ、４１・・・・・・フランジ部（炉内構
造物）、４２・・・・・・旋回部分、４３・・・・・・
昇降部分、４４・・・・・・ワーク部分、４５・・・・
・・穴部、４６・・・・・・固定ケーシング、４６ａ・
・・・・・外向フランジ部、４７・・・・・・ベアリン
グ、４８・−・・・・旋回架台、４９・・・・・・中間
スリーブ、５０・・・・・・ガイドローラ、５１・・・
・・・旋回駆動源、５２・・・・・・センタースリーブ
、５３・・・・・・ガイドレール、５４・・・・・・昇
降ブラケット、５５・・・・・・昇降駆動源、５６・・
・・・・ウオームギヤ機構、５７・・・・・・回転力伝
達系、５８・・・・・・ピニオンギヤ、５９・・・・・
・ラックギヤ、６０・・・・・・吊持具、６１・・・・
・・水平移動用リンク部、６１ａ・・・・・・主リンク
、６１ｂ・・・・・・平行設定用アクチエエータ、６１
ｃ・・・・・・角度設定用アクチュエータ、６２・・・
・・・ハンド部、６３・・・・・・姿勢調整部、６３ａ
・・・・・・姿勢設定用リンク、６３ｂ・・・・・・姿
勢設定用アクチュエータ、６４・・・・・・吊持ブラケ
ット、６４ａ・・・・・・主ビン、６５・・・・・・中
間ブラケット、６５ａ・・・・・・中間ビン、６６・・
・・・・取り付はブラケット、６６ａ・・・・・・連結
ビン、６７・・・・・・テレビカメラ、６８・・・・・
・照明器具、７０・・・・・・使用済燃料プール、７１
・・・・・・使用済燃料ラック。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上昇一次冷却水を導くライザ管の内径が炉心の外径より
   狭められている原子炉に適用される燃料集合体の交換装
   置において、ライザ管の上部開口近傍の炉内構造物に取
   り付けられ下端部がライザ管の穴部を経由して炉心上部
   空間まで挿入される昇降部分と、該昇降部分の下端に取
   り付けられ燃料交換用ウインチによって昇降操作される
   燃料棒グリッパに係合してこれを水平方向に移動させか
   つ横方向の折り畳み寸法が穴部の内径より小さく形成さ
   れるワーク部分とを具備することを特徴とする燃料集合
   体の交換装置。