JPS58638B2 - 原子炉の燃料交換機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の燃料交換機に関するものである。

例えば第３図第４図に概略図で示すような沸騰水型原子
力発電所において、原子炉の燃料交換は、炉停止時に圧
力容器（炉心）３９の上蓋を取り外して、原子炉建屋５
階床４３上に設置した燃料交換機（第１図）を用い、運
転員が交換機上に設置した操作盤から燃料交換機を操作
して行なっていた。

しかし運転員がいる位置から燃料の装荷されている炉心
の先端までは数十メートルもの距離があり、又原子炉プ
ール３７と使用済燃料プール３５との間にはゲート４１
があるため、操作が複雑で、常時酸しい確認・監視が必
要であった。

又沸騰水型原子力発電所においては、一度の交換作業で
原子炉炉心内の燃料（８４０ｍＷクラスで５４８本）の
約１／４を新燃料と交換し、かつその他の燃料もほとん
どが配置換えを行なうための作業量が膨大で運転員に大
きな負担がかけられていた。

これらの問題を改善するために、最近は制御用計算機を
導入して、燃料交換作業を自動化したシステムを採用し
ている。

しかし、自動化システムにおいては、予め定めた運転内
容に従って燃料交換機を自動的に動作させるため、制御
信号の異常等で誤動作した場合は、燃料把握機、ホイス
ト又は燃料を、使用済燃料プールや炉心プールの内壁或
はその他構造物に衝突させたり、燃料を吊り落とすなど
の事故の可能性がある。

又、自動運転に用いる操作盤を、燃料交換機上以外の場
所に設置する場合は、燃料交換機が正常に動作している
かどうかを運転員が直接確認できない欠点を生ずる。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解決するた
めに、燃料交換機の運転状況と物体の移動状況とを常時
自動的に監視させることによって、安全且つ確実な燃料
交換作業を行ない得る原子炉の燃料交換機を提供するこ
とにある。

本発明は、燃料交換機を手動又は制御用計算機により自
動運転して燃料交換作業を行なう場合に燃料交換機の状
態を検出する信号、即ち各装置の現在位置を検出する位
置信号・各装置が規定位置で動作するリミットスイッチ
の信号及び動作中を検出する信号を使用して既定の運転
サイクルを監視指標ごとに分解し、計算機により燃料の
移動状況を常時自動的に監視すると同時に、その過程に
おいて燃料装荷状況を自動的に更新するものである。

原子力発電所の燃料交換作業の内容は、第３図および第
４図に示すように、主として原子炉炉心３９内の使用済
燃料４２を使用済燃料プール３５へ搬出すること、炉心
３９内の燃料の配置換え及び、燃料ランク３６に−たん
挿入した新燃料を炉心３９に挿入することである。

この操作はゲート４１にぶつからないように行なわれな
ければならない。

したがって本発明で対象とする主な作業は次の８種の運
転内容である。

１、使用済燃料プール３５（以下ＳＦプールと略す）か
ら炉心プール３７（以下Ｃプールと略すへ燃料を取りに
行く作業、 ２、ＳＦプール３５内の燃料をＣプール３７へ移す作業
、 ３、Ｃプール３７内の燃料をＳＦプール３５に移す作業
、 ４、Ｃプール３７からＳＦプール３５に燃料を取りに行
く作業、 ５、Ｃプール３７内の燃料をＣプール３７内の他の位置
に移す作業、 ６、Ｃプール３７内の燃料をＣプール３７内の他の位置
から取りに行く作業、 ７、ＳＦプール３５内の燃料をＳＦプール３５内の他の
位置に移す作業、 ８、ＳＦプール３５内の燃料をＳＦプール３５内の他の
位置から取りに行く作業、 これらの作業に用いられる燃料交換機は、第１図に示す
様に走行台車１、横行台車２、ホイスト３および掴み装
置４より概略構成される。

走行台車１は原子炉建屋５階床上に設置されたレール５
上を水平Ｘ方向に移動（以下走行と称す）する。

横行台車２は走行台車１上に設置したレール１３上を水
平Ｙ方向に移動（以下横行と称す）する。

又ホイスト３は吊ロープ１１をリール１０で巻き上げ、
巻下げして上昇・下降Ｚ方向の移動をするものであり、
且つ炉心３９或は燃料ラック３６への燃料の相異なる挿
入角度に適応するため回転させることができる。

掴み装置４は、ホイスト３と連絡され、燃料の取手４０
（第４図）を掴むためのフックを備えるものである。

尚フックは空気圧等で動作され、台車の走行・横行およ
びホイストの上昇・下降・回転は夫々モータ６〜９によ
り行なわれる。

この燃料交換機を第２図に概略を示す制御装置で運転す
る。

機上より手動で運転する時は手動操作盤１２で操作し、
計算機で自動運転する時は、自動操作盤３１から操作す
る。

但し自動操作盤３１の設置場所は任意とされる。

走行台車駆動モータ６、横行台車駆動モータ７、ホイス
ト上昇・下降駆動モータ８、及びホイスト回転駆動モー
タ９は各々速度制御盤２５，２６，２７，２８により速
度制御され、夫々の位置決めを行なう。

燃料交換機３０の位置・運動等の状態を検出する検出器
類３３の信号は、手動操作盤１２及び自動操作盤３１へ
供給され、それぞれの表示が出力される。

さらに前記各信号はリンケージ盤２１とプロセス入出力
装置２２を経て計算機２３へ入力される。

計算機２３と手動操作盤１２よりの運転指令は、共通リ
レー盤２４においていずれか一方が選択され、速度制御
盤へ伝達される。

上記のような燃料交換機及び制御装置を用いて燃料交換
作業を行なう場合、第３図、第４図に示す様に走行台車
１の移動する座標をＸ、横行台車２の移動する座標をＹ
、ホイスト３の上昇／下降の座標をＺ、ホイスト３の回
転座標をθとする。

燃料が挿入される燃料ラック３６及び炉心３９には予め
Ｘ、Ｙ座標及び燃料挿入角度θを設定しておく。

ただしＸ、Ｙ座標は掴み装置４の中心位置でそれぞれ測
定し走行台車１および横行台車２を位置決めする。

手動で運転する時、運転員はホイスト３をその上限位置
Ｈ（第４図）まで上げ、次に走行台車１、横行台車２を
操作して燃料を搬出する（あるいは搬入する）ための目
標位置に位置決めして停止させる。

その後、ホイスト３を回転させて燃料が挿入されている
角度（或は燃料を挿入する角度）に合わせる。

そしてホイスト３が第４図の着座位置Ｓ１またはＳ２ま
で下降して、燃料の取手４０を掴める状態（或は燃料が
収容された状態）になったら停止させて、掴み装置４の
フックを閉じる（或はフックを開く）。

自動運転の場合は台車はホイスト位置信号およびフック
の開閉信号を用いて、前記過程を制御用計算機２３によ
り直接制御を行なう。

これらの作業内容を具体的に示したものが第５図、第６
図であり、ここでは作業内容を８段階に分解し、それぞ
れにつぎの監視フラグＦｉを割当てる。

Ｆｌ・・・吊出し移動中 Ｆ２・・・吊出し前 Ｆ３・・・吊出し Ｆ４・・・吊出し後 Ｆ５・・・吊入れ移動中 Ｆ６・・・吊入れ前 Ｆ７・・・吊入れ Ｆ８・・・吊入れ後 前記８段階の作業内容は、第５図に実線矢印で示したＦ
４〜Ｆ７の燃料装荷サイクルと点線矢印で示したＦ８．
Ｆ１〜Ｆ３の燃料取出しサイクルとの２つの運転サイ
クルによって行なわれる。

また、現在行なわれている作業がどの段階にあるかを識
別して、本発明によるホイストの制御監視を実行するた
めに次の信号を計算機に入力する。

ａ、走行台車１または横行台車２が移動中す、ホイスト
３が上昇中 ｃ、ホイスト３が下降中 ｄ、ホイスト３の荷重有 ｅ、ホイスト３が着座位置 ｆ、ホイスト３が上限位置 ｇ、掴み装置４のフック閉 り、走行台車１、横行台車２の座標位置 このようにした場合の、各監視フラグと入力信号との関
係は第６図のようになる。

計算機２３は周期プログラムにより前記の各入力信号を
走査し、第７Ａないし第７Ｃ図にフローチャートで示し
たような論理演算を行ない、作業段階にしたがって監視
フラグを決定し、これをフラグ表示器３８に表示すると
ともに移動モニタの機能を実行する。

フラグ表示器３８へのフラグの表示をどのような形で行
なうかは、任意であり、前記のようにして決定したフラ
グＦｉをそのままの形で表示してもよい。

また、その代りに、第５図に示したように、各フラグに
対応するフックの移動状態を、図式的に表示することも
可能である。

以下に、本発明による制御監視方式の操作手順と移動モ
ニタプログラムの実行内容を示す。

燃料取出しサイクルとは、炉心プール３７内の炉心３９
或は、使用済燃料プール３５内の燃料ラック３６に挿入
されている燃料を取出しに行くサイクルである。

第５図において、今燃料を指定の場所に挿入し終った状
態（フラグＦ７）から開始したとする。

まず目標の場合の燃料を取り出すためにホイスト３の上
昇を開始する。

この時量大フラグＦ７をリセットし、出入後フラグＦ８
をセットする。

この状態Ｆ８においては、台車１，２は停止し、掴み装
置４のフックは開、ホイスト３の荷重は無である。

ホイスト３の上昇を上限位置Ｈで停止させる。

上限位置で停止した後、走行台車１及び横行台車２を移
動させる。

この時出入後フラグＦ８をリセットし、吊出移動中フラ
グＦ１をセットする。

各台車の運転を続け、目標の場所の座標に位置決めして
停止させる。

台車停止後ホイスト３を同転し、取出そうとしている燃
料の角度に合わせた後、ホイストを下降させる。

この時吊出し移動中フラグＦ１をリセットし、吊出前フ
ラグＦ２をセットする。

ホイスト３が着座位置Ｓ１まで下降したらその位置で停
止させ、吊出前フラグＦ２をリセットして、吊出フラグ
Ｆ３をセットする。

以上で燃料取出しサイクルは終了する。

燃料装荷サイクルとは、炉心３９又は燃料ラック３６に
燃料を挿入する運転サイクルである。

取出しサイクル終了後、掴み装置４のフック３を閉さし
て燃料の取出４０をつかみ、ホイスト３は荷重有りの状
態で上昇を開始する。

この時吊出しフラグＦ３をリセットし、吊出後フラグＦ
４をセットする。

ホイスト３の上昇を上限位置Ｈで停止させる。

上昇停止後、走行台車１および横行台車２が移動を開始
した時、吊出し後フラグＦ４をリセットして出入移動中
フラグＦ５をセットすると同時に、吊出した燃料に該当
する燃料位置メモリ内の座標の燃料装荷状態（例えば燃
料番号）をクリアする。

各台車の移動を続けて、目標の座標に位置決めして停止
させる。

台車停止後、ホイスト３を回転し、燃料の挿入角度を規
定値に合わせた後ホイスト３の下降を開始する。

この時組入移動中フラグＦ５をリセットし、組入前フラ
グＦ６をセットする。

ホイスト３の下降をその着座位置Ｓ２で停止させる。

この時ホイスト３の荷重は無となる。そして掴み装置４
を操作してフックを開とし、掴んでいた燃料を放す。

この時出入前フラグＦ６をリセットし、用人フラグＦ７
をセットすると同時に、燃料を挿入した場所に該当する
燃料位置メモリ内の座標に燃料番号をセットして燃料装
荷サイクルが終了する。

計算機は、第６図のパターンを予め記憶しており、各接
点入力信号を周期的取り込む度に、その接点入力信号の
組合せに対応するフラグがセットされているか否か、あ
るいは接点入力信号の組合せに対応するフラグが定義さ
れているか否かなどをチェックする。

そして、例えば、接点入力信号の組合せに対応するフラ
グが定義されていない場合は、異常と判定し、操作盤１
２または３１の異常表示ランプを点灯する。

又正常な動作が行なわれている場合は、対応するフラグ
を前述のようにしてフラグ表示器３８に出力表示する。

前記実施例においては、燃料取出しサイクル、燃料装荷
サイクル共に走行台車１、横行台車２を移動する時は、
ホイストは上限位置にあるものとしているが、特に手動
で運転する時は必ずしもホイスト３を上限位置とすると
は限らないので、このような運転方法とする場合も、燃
料交換機及び燃料の移動を監視できる様に、ホイスト上
限位置信号ｆの代りに、他のホイスト位置信号を用いる
こともできる。

また、新たにホイスト上昇完了フラグを監視フラグとし
て追加することもできる。

このフラグは、ホイストの上昇が完了した時（吊出し後
、吊入れ後共）セットし、上昇停止後から台車が移動す
る時間保持して、台車移動後このフラグをリセットする
。

第７図において、ホイスト上限位置による判断をホイス
ト上昇完了後フラグと取り換えることによって前記実施
例と同様な監視が可能となる。

以上から明らかなように、原子炉の燃料交換機によれば
、台車の位置に関する信号、ホイストの移動および位置
に関する信号、ホイストの荷重に関する信号、およびフ
ックの開閉に関する信号の組合せによって、燃料交換機
の運転状態を特定して識別し、適切な監視フラグを出し
て表示することができるので自動運転の際にはもちろん
、手動運転の際にも原子炉の燃料交換機の動作および燃
料移動状況を常時監視・表示することが可能となり、安
全かつ確実な燃料の移動（搬入・移動・搬出・交換等）
作業を遂行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＢＷＲ型原子力発電所用の燃料交換機の正面図
、第２図は燃料交換機を運転するための制御系のブロッ
ク図、第３図は原子炉建屋５階の平面図、第４図は第３
図の断面図、第５図は燃料取出しサイクルおよび燃料装
荷サイクルの各作業過程に割当てられた各監視フラグの
１例を示す図、第６図は監視フラグと入力信号の状態の
関連の１例を示したパターン図、第７Ａないし第７Ｃ図
は本発明による移動モニタのプログラム処理内容の概略
を示すフローラチャートである。 １・・・走行台車、２・・・横行台車、３・・・ホイス
ト、４・・・フック、１２・・・手動操作盤、２２・・
・計算機（ＣＰＵ）、３０・・・燃料交換機、３１・・
・自動操作盤、３８・・・フラグ表示器、Ｈ・・・ホイ
スト上限位置、Ｓｌ、Ｓ２・・・ホイスト着座位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料を掴むフックを有し、垂直方向に上昇下降する
   ホイストと、前記ホイストを支持し、水平方向に移動す
   る台車と、前記ホイストを駆動制御する装置とを具備し
   、予め決められた燃料挿入位置の間で燃料を移動交換す
   る原子炉の燃料交換機において、台車の位置に関する信
   号、ホイストの移動および位置に関する信号、ホイスト
   の荷重の有無をあられす信号、ならびにフックの開閉を
   あられず信号の組合せによって、前記フックの運転状態
   を表示する監視フラグを決定および切換える手段と、監
   視フラグを表示する手段と、監視フラグの切換に応じて
   、それぞれの燃料挿入位置における燃料の存在、不存在
   をあられす信号を更新する手段とを具備したことを特徴
   とする原子炉の燃料交換機。