JPH0434710B2

JPH0434710B2 -

Info

Publication number: JPH0434710B2
Application number: JP58086795A
Authority: JP
Inventors: Fuminobu Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-05-18
Filing date: 1983-05-18
Publication date: 1992-06-08
Also published as: JPS59212798A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は自動燃料交換装置に係り、特に短時間
で原子炉圧力容器内などの燃料集合体の識別番号
を識別し、指定された燃料集合体を確実に交換す
るのに好適な自動燃料交換装置に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

超音波により燃料集合体の識別番号を映像化す
る装置については、すでに特開昭56−87898号公
報で提案されている。この装置は、原子炉内の物
体を映像化するもので、詳細な映像を得るために
は、探触子を駆動走査する必要がある。このた
め、探触子の走査機構を必要とし、狭まい部分に
挿入するのが困難である。また、映像を得るまで
の時間が長くなるという問題がある。特に高速増
殖炉の場合には、冷却材としてナトリウムを用い
るので、ナトリウム中に挿入する機構部が少ない
ほど装置の寿命が長くなり、かつ、信頼性が向上
するが、それが困難であるという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、短時間で燃料集合体の識別番
号を識別することができ、指定された燃料集合体
を確実に自動交換することができる自動燃料交換
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、次のよ
うに構成する。

すなわち、燃料集合体の把持部を把握して前記
燃料集合体を引き上げる引き上げ機構と、前記引
き上げ機構を指定された位置に移動させる移動機
構と、前記引き上げ機構及び移動機構を駆動制御
する駆動制御装置とを備えた燃料交換装置におい
て、前記引き上げ機構の先端部に多数の超音波探触
子を２次元面上に配列して２次元アレイ探触子を
形成し、且つ、前記２次元アレイ探触子の各超音
波探触子に同時に超音波発生用のパルス電圧を印
加する超音波探触子駆動手段と、前記２次元アレ
イ探触子の超音波送受信を制御する送受信制御手
段と、超音波送受信制御により前記２次元アレイ
探触子から前記燃料集合体に刻印された識別番号
に向けて一斉に超音波を発信させた時に２次元ア
レイ探触子面に受信される反射波の位相差分布パ
ターンを求め、この求めた反射波位相差分布パタ
ーンを判別用の位相差分布パターンに係るデータ
と照合して識別番号を判別する識別番号判別手段
とを備えてなる。

超音波送信制御により、超音波探触子駆動手段
を介して２次元アレイ探触子の各超音波探触子か
ら指定位置の燃料集合体の識別番号に向けて一斉
に超音波を発信させると、２次元アレイ探触子面
に、その識別番号特有の反射波位相差分布パター
ンが形成される。

すなわち、各超音波探触子の受信面には自身の
発した超音波の反射波と他の超音波探触子から発
した超音波の散乱反射波とを受信するが、これら
の反射波の干渉により構成される波は、正、負い
ずれの位相差に属しており、その結果、２次元ア
レイ探触子には正の位相差の超音波を受信する超
音波探触子群と負の位相差の超音波を受信する超
音波探触子群とに区別され、これが識別番号に応
じて固有の位相差分布パターンを構成する。その
詳細は実施例の項で述べてある。

本発明では、この反射波位相差分布のパターン
を反射波の受信信号の処理を通してとらえ、これ
がどの識別番号のパターンであるか予め調べてお
いた識別番号固有の位相差分布パターンに係る判
別データと照合する。従つて、２次元アレイ探触
子の各超音波探触子を機械的、電気的に走査する
ことなく、超音波素子群からの一斉の超音波送信
及び受信制御を通して識別番号が判別される。

このようにして燃料集合体の判別作業や自動交
換作業を可能にする。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１１図〜第１４図、第１９図に
示した実施例および第１図〜第１０図、第１５図
〜第１８図を用いて詳細に説明する。

まず、本発明で用いる識別番号の判別方式の原
理について説明する。

第１図は燃料集合体の把持部および識別番号の
配置例を示した図である。第１図において、１は
燃料集合体、２は燃料集合体１の容器の上部に設
けた把持部で、把持部２の上面に識別のための識
別番号３が刻印してある。

この識別番号３を超音波を利用して識別するた
め、本発明では、第２図に示すように、２次元ア
レイ探触子４を把持部２の上面に対向させて識別
するようにしている。アレイ探触子４は、図に示
すように、超音波探触子を複数個束ねて２次元面
上に配列した構成としてあり、１個１個の小さな
探触子で超音波を発信したり、反射波を受信した
りする。ここに、２次元アレイ探触子４のすべて
の探触子から同時に超音波を発信すると、アレイ
探触子から平面波が把持部２の上面に刻印された
識別番号３に向つて伝播する。そして、把持部２
の上面の識別番号３がない平面部分では、アレイ
探触子４から伝播した超音波が伝播してきた方向
に反射されるが、識別番号３が存在する部分で
は、その超音波が等方向に散乱する。したがつ
て、アレイ探触子４の個々の探触子には、把持部
２の平面部分で反射された超音波と識別番号３の
各部分から反射された超音波とが入射することに
なる。このとき、個々の探触子が受信する信号が
どのようになるかは、数式で次のように書き表わ
すことができる。

第３図は識別番号３とアレイ探触子４の幾何的
配置を模式的に示した図で、いま、アレイ探触子
４の探触子５に着目すると、探触子５には、探触
子５から発信された超音波が把持部２の平面部で
反射された超音波６と、別の探触子から発信され
た超音波が識別番号３の座標（ｘ，ｙ，０）の位
置から反射された超音波７とが入射する。ところ
で、探触子５の座標を（x₀，y₀，ｚ）とすると、
反射波６の伝播距離l₀は座標（x₀，y₀，ｚ）と座
標（x₀，y₀，０）の距離の２倍になるから2zとな
る。一方、反射波７の伝播距離l₇は、座標（ｘ，
ｙ，ｚ）と座標（ｘ，ｙ，０）の距離と座標
（ｘ，ｙ，０）と座標（x₀，y₀，ｚ）の距離の和
となるから、次式で示される。

l₇＝ｚ＋√（₀−）²＋（₀−）²＋² ……(1) なお、発信超音波を次式で表わすと、 (t)＝eⁱ〓^t ……(2) ここに、ｔ；時間ｉ；虚数記号 ω；角速度となり、反射波６は、発信超音波が距離2zだけ
伝播した波であるから次式で表わされる。

₆(t)＝eⁱ〓^t-ik2z ……(3) ここに、ｋ；波数超音波の振動数をｆ、音速をｖとすると、波数
ｋは、ｋ＝2πf／ｖ＝ω／ｖ ……(4) となる。

また、反射波７は、発信超音波が距離l₇（(1)
式参照）だけ伝波した波であるから次式で表わさ
れる。

さて、探触子５には反射波₆と₇が入射する
が、反射波₇は識別番号３がある部分すべてか
ら反射された波であるから、探触子５に入射する
反射波の合計をとすると、は次式により計算
できる。

ここに、Ｃ；反射波７と反射波６の反射率の比（ｘ，ｙ，０）；識別番号３が存在する座標
では１、存在しない座標では０を示す
分布関数 (6)式において、x₀，y₀に対してｚが充分大きい
とき、すなわち、探触子５と把持部２とがアレイ
探触子４および識別番号３の大きさにくらべて充
分離れている場合には、(6)式は次式のように近似
できる。

ここで、(7)式で表わされる波の反射波７に対す
る位相差δを求めると、一般に波eⁱ〓^t-〓と波eⁱ〓^t-〓
の位相差はcos（α−β）で表わされるので次式の
ようになる。

δ（x₀，y₀，ｚ）＝cos〔∫^∞ _-∞∫^∞ _-∞（ｘ，ｙ，
０）ｋ｛（x₀−ｘ）²＋（y₀−ｙ）²｝／2zdx・dy……(8
) ここで、（ｘ，ｙ，０）を第４図のように文
字Ａの分布関数で示すと（黒い部分が“１”、白
い部分が“０”に対応する）、(8)式を用いてδ
（x₀，y₀，ｚ）の値を計算できる。位相差δは、
第５図に示すように、斜線を施した部分８では
正、斜線のない部分９では負になる。この位相差
分布のパターンは識別番号ごとにそれぞれ異なる
固有のパターンである。そして、本発明では、こ
の位相差分布パターンを予め用意した識別番号判
別用のデータと一つ一つ照合して識別番号を求め
るが、その一例として、次のような判別方式を提
案する。

第５図の斜線を施した部分８における波の信号
Ｐ₊、斜線のない部分９における波の信号_-をそ
れぞれ図に表わすと、それぞれ第６図ａ，ｂに示
すような形状となる。つまり、信号_-は信号₊
に対して半波長分ずれた信号になる。そこで、第
５図の斜線を施した部分８にある探触子のグルー
プで得られる信号₊と斜線のない部分９にある
探触子のグループで得られる信号_-を加算した
第６図ｃに示す信号_Aと減算した第６図ｄに示
す信号_sとを比較すると、信号_Aは信号₊と
Ｐ_-とが相殺されて振幅が小さい信号となり、信
号_sは₊と_-とが強調されて振幅が大きい信
号となる。信号₊，_-，_Aおよび_Sの最大振
幅をそれぞれV_P+，V_P-，V_PA，V_PSとし、アレイ
探触子４がＮ個の探触子からなるとすると、
V_PS，V_PAは次式のような値をとる。

０V_PA0.2√（₊＋_-）√（₊＋
₋）V_PSＮ（₊＋_-） ……(9) 以上のことから、ある識別番号（刻印文字）３
に対しては、アレイ探触子４のうち１つの探触子
群の受信信号と残りの探触子群の受信信号とを減
算することにより個々の探触子で受信する信号が
すべて強めあつて振幅の高い信号が得られること
がわかる。

同様にして、刻印文字が第７図に示すＣの場合
について(8)式を計算すると、刻印文字Ａに対する
第５図の解に対し、第８図に示す解が得られる。
第５図の解と第８図の解は全く異なつている。つ
まり、アレイ探触子４の各探触子で受信する信号
の位相が正あるいは負になる位置は、刻印文字が
異なると全く異なつたパターンを示すことがわか
る。

そこで、例として刻印文字がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅ，Ｆ，Ｇの場合について、第５図の斜線を施し
た部分（グループ）８の探触子群の受信信号と斜
線のない部分（グループ）９の探触子群の受信信
号を減算するようにして、各刻印文字からの反射
波を受信したときの信号振幅を第９図に示す。図
より明らかな如く、文字Ａのときが他の文字にく
らべて信号振幅が３倍以上高い値になる。このこ
とから、特定の探触子群の組み合せで減算した受
信信号は、特定の刻印文字に対してだけ信号振幅
が大きくなる。

次に、アレイ探触子４の中心位置に対して識別
番号３の刻印文字がずれている場合の受信信号振
幅がどうなるかについて説明する。ここでは、第
５図に示す探触子群の組み合せで、第４図に示す
刻印文字ＡがＸ軸方向にα′、Ｙ軸方向にβ′だけず
れているときの受信信号の振幅を第１０図に示
す。第１０図ａはβ′＝０としてα′を変えた場合、
第１０図ｂはα′＝０としてβ′を変えた場合の振幅
で、α′，β′の値は探触子の幅で規格した値で示し
てある。図から刻印文字が探触子２個分ずれてい
ても、ずれていないときの信号振幅の1/2以下の
信号振幅にはならないことがわかる。このことか
ら、前記のようにアレイ探触子４の各超音波探触
子をその刻印文字（識別番号）固有の位相差分布
パターンに応じてグループ分けし、そのグループ
同士の探触子群の受信信号の減算により得た信号
強度（振幅）から刻印文字を判別する方式によれ
ば、パターンに合致の刻印文字がアレイ探触子４
に対して多少ずれていても他の刻印文字の信号振
幅より充分大きい信号振幅が得られることがわか
る。

なお、２次元アレイ探触子４は、例えば第１図
のように識別番号がA123のように複数桁である
のに対し、第２図のように一つの桁だけに対向す
るものを用いる場合は、各桁ごとに上記の方式を
用いて順次番号を読み取つていき、読み取るたび
に２次元アレイ探触子を隣の桁に移動させていく
か、或いは、各桁対応の２次元アレイ探触子４を横
一列に並設して、それぞれの２次元アレイ探触子
を各桁ごとに駆動させて識別番号を読み取る方式
のいずれも採用できる。

以上説明したアレイ探触子４を用いて識別番号
２を判別する識別方式を纒めると、次のようにな
る。

１２次元アレイ探触子を用いる。

２２次元アレイ探触子の探触子群から同時に超
音波を発信させる。この発信は各識別番号に対
して識別すべき文字の種類の数だけ行う。

３前記超音波発信のたびに２次元アレイ探触子
の超音波探触子を予め調べた各識別番号固有の
判別用位相差分布パターンの試行によりグルー
プ分けを組み替えて、グループ同士の受信信号
強度を加減算する。ここで、上記グループ分け
の基準となる各識別番号特有の位相差分布パタ
ーンは、(8)式の計算結果または各刻印文字から
の反射波位相分布の実測値から求めておく。

４上記の減算信号の最大振幅を記録する。

５上記の最大振幅のうちで最も大きい最大振幅
が得られたときの超音波発信のの順番を検出す
る。

例えば、刻印文字Ａから順にＧまでを判別し
ようとした場合、５番目の発信のとき（換言す
れば５番目の判別用位相差分布パターンに基づ
き探触子をグループ分けしての超音波受信）減
算信号の最大振幅が最大値になつていたら刻印
文字はＥとなる。

この識別方式の利点を纒めると、次のようにな
る。

(イ) 探触子を機械的、電気的に走査する必要がな
いから、センサ部および信号処理部が簡単な構
造になる。

(ロ) 短時間で刻印文字、すなわち、識別番号３を
識別できる（英数字の場合約30ミリ秒）。

(ハ) 刻印文字が探触子に対し左右にずれていても
確実に識別できる。

以上の識別番号３の識別により、交換の対象と
なつている燃料集合体か否かを自動的に判定する
ことができる。したがつて、例えば、燃料集合体
を原子炉炉心から引き上げて所定の場所へ移動さ
せる自動燃料交換装置にこのような識別装置を適
用することによつて、交換の対象となつている燃
料集合体を迅速、かつ、確実に交換することがで
きる。

第１１図は原子炉に設けた本発明の自動燃料交
換装置の一実施例を示す概略構成図で、上記の識
別番号判別方式を適用したものである。

第１１図において、１０は原子炉圧力容器で、
原子炉圧力容器１０の中心部に炉心１１があり、
炉心１１には燃料集合体１が格子状に装荷されて
いる。１２は引き上げ駆動部、１３は引き上げ駆
動部１２の先端に取り付けた燃料集合体把握機、
１４は引き上げ駆動制御装置で、これらで燃料集
合体引き上げ機構を構成している。なお、把握機
１３の中央部にはアレイ探触子４が装置してあ
り、アレイ探触子４の超音波送受信の制御および
受信信号の処理は信号処理装置１５で行うように
してある。１６は駆動制御装置、１７はエアポン
プ、１８は原子炉圧力容器１０の上部の内面に接
合した円筒ギヤレール、１９は円筒ギヤレール１
８上をギヤ車輪２０を介して走行する直線ギヤレ
ール、２１は直線ギヤレール１９上をギヤ車輪２
２を介して走行する架台で、架台２１には引き上
げ駆動部１２が装着してあり、これらで引き上げ
駆動部移動機構を構成している。

駆動制御装置１６は、２台のエアポンプ１７を
駆動し、２台のエアポンプ１７からそれぞれ架台
２１と直線ギヤレール１９のエアモータに空気を
送る。この空気についてエアモータが回転し、そ
れぞれ架台２１および直線ギヤレール１９のギヤ
車輪２０および２２を回転させる。

第１２図は第１１図の引き上げ駆動部移動機構
の一実施例を示す斜視図である。第１２図におい
て、３０はギヤ車輪２０の回転駆動用エアモータ
で、エアモータ３０の回転は伝達軸３１を介して
逆回転伝達ギヤ３２に伝えられ、他方のギヤ車輪
２０′を逆回転させる。このため、直線ギヤレー
ル１９は円筒ギヤレール１８上を回転する。３３
はギヤ車輪２２の回転駆動用エアモータで、エア
モータ３３の回転により、ギヤ車輪２２が回転
し、架台２１は直線ギヤレール１９上を往復走行
する。したがつて、第２図に示す駆動機構によ
り、架台２１に装着した引き上げ駆動部１２を円
筒ギヤレール１８で囲まれた平面上の任意の場所
に移動できる。

また、第１１図の引き上げ駆動制御装置１４か
らの引き上げ駆動信号および引き下げ駆動信号に
より引き上げ駆動部１２を上方および下方に伸縮
させる。さらに、把握信号により把握機１３を開
閉させる。

第１３図は第１１図の燃料集合体引き上げ機構
の一実施例を示す構造説明図である。第１３図に
おいて、引き上げ駆動部１２の内周１２′は、引
き上が駆動部１２の内面のギヤ３４上に噛み合つ
ているギヤ車輪３５を回転させると上下に移動す
る。ギヤ車輪３５は、モータ３６が駆動制御装置
１６からの駆動信号によつて駆動されると回転す
る。内筒１２′の先端部には、把握機１３とアレ
イ探触子４が取り付けてあり、把握機１３の両腕
はつけねの部分でばね３７で連結してある。この
両腕は、ピストン３８のヘツド３９が下方に移動
したとき開き、ピストン３８は駆動制御装置１６
からの把握信号により作動する。なお、ピストン
３８、駆動制御装置１６の故障時には、ばね３７
の働きにより把握機１３の両腕が閉じるので、一
旦把握した燃料集合体を落すことがない。

次に、信号処理装置について説明する。第１４
図は第１１図のアレイ探触子４と信号処理装置１
５の一実施例を示す詳細構成図である。第１４図
において、５０は送受信制御回路、５１はパルサ
ー、５２は前置増幅器、５３はスイツチ回路、５
４，５４′は加算器、５５は減算器、５６は全波
整流器、５７はピーク検出器、５８は判定器、５
９はピーク値メモリ、６０は比較器、６１はスイ
ツチ制御器、６２はスイツチパターンメモリであ
る。

次に、第１４図の各部の信号の波形を示した第
１５図〜第１８図を参照しながら動作について説
明する。送受信制御回路５０は、第１５図ａ，ｂ
に示す信号Ａ，Ｂを入力して、同図ｃ，ｄに示す
信号Ｅ，Ｐを出力する。信号Ａは駆動制御装置１
６（第１１図参照）の出力信号で、燃料集合体引
き上げ駆動部１２が所定の位置に移動を完了した
ときに電圧レベルが“１”になる。信号Ｂは引き
上げ駆動制御装置１４の出力信号で、把握機１３
が燃料集合体把持部２（第１図参照）まで引き下
げられたときに電圧レベルが“１”になる。すな
わち、信号Ａ，Ｂがともに電圧レベルが“１”に
なたときは、アレイ探触子４が把持部２の近くに
設置されたことを示す。送受信制御回路５０は信
号Ａ，Ｂがともに“１”レベルになつたときに数
値１から数値Ｎ（Ｎは識別すべき文字の種類の数）
まで周期Ｔで１ずつ増したデイジタル値を信号Ｐ
として出力する。また、信号Ａ，Ｂがともに
“１”レベルになつたときから時間τ_dだけ遅らせ
て周期ＴでＮ個のパルス信号Ｅを出力する。

第１６図には信号Ｅに対応させて信号Ｆ，Ｇ，
Ｈを示してある。パルサ５１は第１６図ａに示す
信号Ｅに同期して同図ｂに示す高電圧パルスＦを
出力し、これをアレイ探触子４に印加して超音波
を発信させる。アレイ探触子４で反射波を受信し
て得られた同図ｃに示す反射波信号Ｇは、前置増
幅器５２で増幅され、同図ｄに示す増幅信号Ｈと
なる。

第１７図には信号Ｈに対応させて信号Ｗ，Ｉ，
Ｊを示してある。スイツチ回路５３では、第１７
図ａに示す信号Ｈをスイツチ制御器６１からの同
図ｂに示す信号Ｗに応じて加算器５４または５
４′にそれぞれ振り分けて出力する。すなわち、
スイツチ制御器６１は後述するスイツチパターン
メモリ６２から第１５図ｄの信号Ｅの立上りに同
期させて各種スイツチパターン（このスイツチパ
ターンは各識別番号固有の正、負の反射波位相差
分布のパターンに相当する）を呼び出し、このス
イツチパターンに基づきスイツチ回路５３を制御
して、加算器５４に受信信号を入れるべき探触子
群と、加算器５４′に受信信号を入れるべき探触
子群とをグループ分けし且つグループをスイツチ
パターンが変わる度に組み替える機能をなす。具
体的には、信号ｗが電圧レベル“０”のときは信
号Ｈを加算器５４に出力し、“１”のときは信号
Ｈを加算器５４′に出力する。したがつて、加算
器５４には同図ｃに示す信号が入力し、加算器
５４′には同図ｄに示す信号Ｊが入力することに
なる。

加算器５４，５４′では各スイツチ回路５３か
ら入力された信号Ｉ，Ｊをそれぞれ加算して第１
８図ａ，ｂに示す信号Ｋ，Ｌをそれぞれ出力して
減算器５５に与え、減算器５５は信号Ｋから信号
Ｌを差し引いて同図ｃに示す信号Ｍを全波整流器
５６に与え、全波整流器５６から同図ｄに示す全
波整流信号Ｎが出力される。ピーク検出器５７
は、信号Ｎを入力し、信号Ｎのうち、超音波発信
後所定時間経過したときの全波整流信号のピーク
値を超音波発信後τ_d秒まで保持した同図ｅに示す
信号０を出力する。

判定器５８は、ピーク値信号０を入力し、この
電圧をデイジタル値に変換し、そのデイジタル値
Ｓをピーク値メモリ５９に順次記録する。記録す
るタイミングは、超音波発信時からτ〓秒後とする
（τ〓τ_d）。デイジタル値ＳをＮ個記録し終ると、
ピーク値メモリ５９に記憶したデイジタル値Ｓと
その番地の信号Ｒを判定器５８が読み出し、Ｎ個
のピーク値であるデイジタル値Ｓの中で最も大き
い値が記録されている番地を判定する。そして、
この番地を示すデイジタル値Ｔを比較器６０に出
力する。比較器６０は、デイジタル値Ｔと外部設
定信号Ｃ（交換すべき燃料集合体の識別番号２に
相当する番地データ）とを比較し、両者が一致し
たときのみ電圧レベル“１”のパルス信号Ｄを出
力する。パルス信号Ｃが出力されると、駆動制御
装置１６が把握信号を出力し、把握機１３が燃料
集合体の把持部２を把握し、燃料集合体を引き上
げ、所定の位置への移送を開始する。

スイツチ制御器６１は、信号Ｅの立ち上がり時
の信号Ｐの値を読み（第１５図参照）、信号Ｐの
値に相当した番地信号Ｕをスイツチパターンメモ
リ６２に出力し、スイツチパターンメモリ６２よ
り番地Ｕのメモリ内容を示す信号Ｘを入力する。
そして、信号Ｘのｍビツトに割りつけたｍ番目の
スイツチ回路５３にｍビツト目の値Ｗを出力す
る。スイツチパターンメモリ６２には、Ｎ個の番
地にそれぞれ対応したビツトパターン（例えば、
識別番号２が刻印文字がＡ，Ｃならそれぞれ第５
図、第８図に示すパターン）をあらじめ記録させ
てある。

上記した本発明の実施例によれば、燃料交換作
業にあたつて、引き抜きたい燃料集合体の場所お
よびその燃料集合体の把持部２の上面の識別番号
３と引き抜いた燃料集合体を移設する場所を入力
するだけで、燃料交換作業を自動的に遂行でき
る。しかも、識別番号３の識別を高速、かつ、自
動で確実に行うことができ、信頼性を大幅に向上
することができる。この結果、原子炉の定検期間
を２日短縮でき、稼動率を現状より１％向上でき
る。

なお、第１９図はアレイ探触子の他の実施例を
示す斜視図で、第１９図においては、アレイ探触
子４の前面に遮音板７０が設けてあり、遮音板７
０には、図に斜線を施して示してある遮音部と斜
線のない音を通すくり抜き部とが設けてある。こ
の遮音板７０は、フイルム状に巻き軸７１に巻き
付けてあり、モータ７２を回すことによつて遮音
板７０のパターンを順次変えることができるよう
にしてある。この遮音板の反射波遮音分布パター
ンは各識別番号個有の反射波位相差分布パターン
に合致するように形成される。遮音板７０の升目
はアレイ探触子４の升目と同じかそれより細か
い。これは、超音波の干渉パターン（位相差分布
に相当）に対応した模様を表現するため、細かい
ほど正確な識別が可能になる。この遮音板７０を
前面に置いた状態で２次元アレイ探触子４の発
信、受信制御が行われる。

すなわち燃料集合体の識別番号にその識別番号
の種類の数だけ超音波を繰り返し発信させ、この
発信のたびに２次元アレイ探触子４の前面に遮音
分布パターンが異なる遮音板７０が順次交換しつ
つ介在し、識別番号からの反射波を受信制御す
る。この場合の、受信信号は、遮音分布パターン
が識別番号に合致する場合には、正或いは負の位
相を有する反射波が遮音板７０を介して２次元ア
レイ探触子に受信され、この場合の受信強度が最
大、最小のいずれかとなる。一方、遮音分布パタ
ーンと識別番号とが合致しない場合には、受信側
では正、負の位相差の波が混在するので、受信信
号が弱まり、上記の識別番号・遮音パターン合致
の場合と信号レベルと区別できる。第１９図に示
す構造のものを用いれば、識別装置１５のスイツ
チ回路５３、加算器５４′、減算器５５、スイツ
チ制御器６１、スイツチパターンメモリ６２が不
必要となり、信号Ｈを直接加算器５４に入力し
て、加算器５４の出力信号Ｋを直接全波整流器５
６に入力する構成とすることができる。ただし、
モータ７２の制御部が必要になることはいうまで
もない。効果は上記実施例の場合と同様である。

また、上記した実施例では炉心に装荷された燃
料集合体の自動交換を例にとつて説明してある
が、本発明に係る自動燃料交換装置は、燃料再処
理装置における燃料集合体の自動交換にも適用可
能である。なお、本発明のように反射波位相差分
布パターンを用いて識別番号を判別する方式とし
ては、ほかにも次のようなものが考えられる。

例えば、識別番号固有の反射波位相差分布パタ
ーンに合致する送信受信群で信号強度を測定す
る。この場合は、上記遮音板を用いたときと考え
方は似ており、強度が一定値以上か否かで特定の
識別番号が判別される。従つて、照合すべき文字
数と同じ回数だけ、送信受信を繰り返すか、照合
できた時点で送信受信を終了して識別番号を特定
する。また、送信は一斉に実施し、各受信探触子
の位相強度を各々記録し、識別番号の位相差分布
パターンに合致する受信探触子の配列に従つて各
位相強度を加減算して一定値以上か否かで特定識
別番号を判別が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、短時間
で燃料集合体の識別番号を確実に識別することが
でき、指定された燃料集合体を短時間で自動交換
することが可能となり、信頼性を大幅に向上する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料集合体の把持部および識別番号の
配置例を示した図、第２図は識別番号とアレイ探
触子との位置関係を示した図、第３図は識別番号
とアレイ探触子の幾何的配置を模式的に示した
図、第４図、第７図はそれぞれ刻印文字がＡとＣ
の場合の空間分布関数を示した図、第５図、第８
図はそれぞれ空間分布関数が第４図、第５図に示
す形状のときのアレイ探触子に入射する超音波の
位相差分布を示した図、第６図はアレイ探触子の
各探触子群の受信信号とそれらの減算信号の関係
を示した図、第９図は刻印文字がＡ〜Ｇのときの
減算信号の振幅値の比較線図、第１０図は刻印文
字がアレイ探触子の面に平行にずれたときの減算
信号の振幅変化を示した線図、第１１図は原子炉
に設けた本発明の自動燃料交換装置の一実施例を
示す概略構成図、第１２図は第１１図の引き上げ
駆動部駆動機構の一実施例を示す斜視図、第１３
図は第１１図の燃料集合体引き上げ機構の一実施
例を示す構造説明図、第１４図は第１１図の信号
処理装置の一実施例を示す詳細構成図、第１５図
〜第１８図は第１４図の動作を説明するための各
部信号のタイムチヤート、第１９図はアレイ探触
子の他の実施例を示す斜視図である。１……燃料集合体、２……把持部、３……識別
番号、４……２次元アレイ探触子、１２……引き
上げ駆動部、１３……燃料集合体把握機、１４…
…引き上げ駆動制御装置、１５……信号処理装
置、１６……駆動制御装置、１８……円筒ギヤレ
ール、１９……直線ギヤレール、２１……架台、
５０……送受信制御回路、５１……パルサー、５
３……スイツチ回路、５４，５４′……加算器、
５５……減算器、５６……全波整流器、５７……
ピーク検出器、５８……判定器、５９……ピーク
値メモリ、６０……比較器、６１……スイツチ制
御器、６２……スイツチパターンメモリ、７０…
…遮音板。

Claims

【特許請求の範囲】１燃料集合体の把持部を把握して前記燃料集合
体を引き上げる引き上げ機構と、前記引き上げ機
構を指定された位置に移動させる移動機構と、前
記引き上げ機構及び移動機構を駆動制御する駆動
制御装置とを備えた燃料交換装置において、前記引き上げ機構の先端部に多数の超音波探触
子を２次元面上に配列して２次元アレイ探触子を
形成し、且つ、前記２次元アレイ探触子の各超音
波探触子に同時に超音波発生用のパルス電圧を印
加する超音波探触子駆動手段と、前記２次元アレ
イ探触子の超音波送受信を制御する送受信制御手
段と、超音波送受信制御により前記２次元アレイ
探触子から前記燃料集合体に刻印された識別番号
に向けて一斉に超音波を発信させた時に２次元ア
レイ探触子面に受信される反射波の位相差分布パ
ターンを求め、この求めた反射波位相差分布パタ
ーンを判別用の位相差分布パターンに係るデータ
と照合して識別番号を判別する識別番号判別手段
とを備えて成ることを特徴とする自動燃料交換装
置。２特許請求の範囲第１項において、前記判別さ
れた識別番号と指定の識別番号とが一致すると前
記駆動制御装置を介して前記引き上げ機構に燃料
集合体把握信号を出力するよう設定したことを特
徴とする自動燃料交換装置。３特許請求の範囲第１項又は第２項において、
前記超音波送受信制御手段は、前記燃料集合体の
識別番号にその識別番号の種類の数だけ超音波を
繰り返し発信させ、この発信のたびに前記２次元
アレイ探触子の超音波探触子のグループを組み替
えて識別番号からの反射波を受信させ〔ここでの
グループ組み替えは、各識別番号固有の正、負の
反射波位相差分布パターン（判別用位相差分布パ
ターン）を予め調べておいて、２次元アレイ探触
子の超音波探触子をそのパターンに合致するよう
グループ分けし、このグループ分けを判別用位相
差分布パターンを変えるたびに組み替えることを
内容とする〕、前記識別番号判別手段は、前記グ
ループ組み替えのたびにグループ同士間の超音波
探触子群の受信信号強度を加減算し、これらの加
減算値のうち最も大きい信号強度を得たグループ
分けの判別用位相差分布パターンの番号を割り出
して識別番号を判別する回路構成として成る自動
燃料交換装置。４特許請求の範囲第１項又は第２項において、
前記超音波送受信制御手段は、前記燃料集合体の
識別番号にその識別番号の種類の数だけ超音波を
繰り返し発信させ、この発信のたびに前記２次元
アレイ探触子の前面に反射波遮音分布パターンが
異なる遮音板を順次交換しつつ介在させて、識別
番号からの反射波を受信制御する構成とし〔ここ
での各遮音板は、各識別番号固有の反射波位相差
分布パターン（判別用位相差分布パターン）を予
め調べておいて、そのパターンに基づき形成して
ある〕、前記識別番号判定手段は、前記遮音板を
介して受信した２次元アレイ探触子の信号強度の
うち最大或い最小の信号強度が得られた遮音板の
番号から識別番号を判別する回路構成として成る
自動燃料交換装置。