JPS6382396A - 原子炉燃料交換機の制御方式 - 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、原子炉の燃料交換方式に係り、特に複数台の
燃料つかみ装置を運用する場合に好適な燃料交換方式に
関する。

〔従来の技術〕

従来の原子力発電プラントの原子燃料の交換時の移送は
、特開昭５８−３４３９２号に示されるように炉心と燃
料貯蔵プール間において１台の燃料交換機により行って
いる。このため、移送時間の短縮を図るためには、燃料
交換機の駆動速度のスピードアップを行う必要があるが
、高度の安全性が必要であるため、そのスピードアップ
は限界がある。ま之、移送時間の短縮の九めに複数本の
燃料をつかむ複数台のつかみ装置（以後グリッパと呼ぶ
）を備えた燃料交換機を用い、同時に複数本の燃料をつ
かみ、炉心（以後コアと呼ぶ）と燃料貯蔵プール（以後
プールと呼ぶ）の間を移送する方法が考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、いずれもプールとコア間の水平移送だ
けを同時に行うものであり、動作の並列化（同時比）の
効果が一部分に限定されていた。

そこで、燃料交換の効率化を図るには、なるべく多くの
動作を並列化することが望ましいわけであるが、実際に
は、燃料交換機の取り付はスペースの制限から、完全に
互に非干渉な複数のグリッツ苧を取り付けることは、２
個のグリッツ！でさえほぼ不可能である。従って、互い
に他のグリフｔ４からの制約を受けながらどのようにし
て多くの動作の並列化を図るかが技術的な課題と々る。

本発明の目的は、このような課題を解決し、燃料交換の
効率化を図ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては原子炉燃料交換機は複数のグリッパを
備えている。その制御方式は、実行ステップ順に各グリ
フ・ぜのなすべき動作を記憶するグリッパ運用手順記憶
手段と、その実行ステップで優先的に運用される優先グ
リッパを定め、優先グリッパを含めた各グリッパについ
て許される可動自由度を時々刻々定める可動自由度判断
手段と、この定められた可動自由度に関して実行ステッ
プおよび以後のステップにおいて各グリッパのなすべき
動作を各グリッパにさせるグリッツ臂制御手段と、一つ
の実行ステップの終了を判定し、次の実行ステップに進
める実行ステップ管理手段とを備えている。

〔作用〕

可動自由度判断手段は、当該実行ステップでの優先グリ
フｉ＋を定めると共に、各グリフ／４について、当該グ
リッパの水平位置および上下方向位置（高さ）、該グリ
ッパが燃料を吊下げているか否か、燃料が揺動している
か否か、当該グリッパが優先グリッパか否か等に基づい
て、どの方向（水平二方向、上下方向）に自由に動くこ
とが許されツノ制御手段は、優先グリッパにその可動自
由度に関して優先的に実行ステップの動作をさせ、他方
、これと並行して非優先グリッツに、その可動自由に関
する限シ、優先グリッパの動作と抵触しない範囲におい
て、実行ステップおよびその後の実行ステップにおける
動作を同時並行して行わせる。

このようにして、各グリラグ間およびグリッパと原子炉
設備の諸部分との干渉を防止しつつ、効率よく各グリッ
パの並行作業を進めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。原子力発電グランドで
は、ある一定期間運転すると古い原子燃料と新しい燃料
とを交換する必要がある。１１０万ｋＷ級の沸騰水型原
子炉で、コア中に約８００本の燃料があり、毎回、全体
の％〜％をプールに取シ出した後、プールにあらかじめ
用意されている新燃料をコアに運び入れる。この際の、
コア中のどの位置にある燃料を取り出し、どの位置に新
燃料を入れるかは、燃料交換の仕様として与えられる。

第１図に、本発明実施例の全体構成図を示す。

図中のグリッ／ＪＰ運用手項作成手段１０１は、燃料交
換仕様から、複数台（ｎ台）の各グリッパの運用手順を
ステップ番号項に作成し、グリッパ運用手順記憶手段１
０２がこれを記憶する。ここで、グリッパ運用手順は、
複数のステップ及びステップ番号より成るものであシ、
各ステップの内容は、単数または複数のグリッツの動作
より構成される。

各動作は ＵＰ　（ｘ　ｓ　ｙ　）・・・位置（ｘ、ｙ）にある燃
料を持ち上げる。

ＤＯＷＮ　（ｘ　＊　ｙ　）　・・・位置（ｘ、ｙ）に
燃料をおろす。

ＰＡＳＳ−ＧＡＴＦＪ・・・ダート（コアとプール間の
）を通る。

のいずれかである。実行ステップ管理手段１０３は、現
在実行中のステップ（実行ステップという）の番号を保
持するとともに、実行ステップの終了を判定して実行ス
テップ番号を１つ増やす機能を有する。可動自由度判断
手段１０４は、各々のグリッパについて、例えばＸ＋３
’＊Ｚ三方向の自由度のいずれが可動で、いずれが拘束
されているのかを判断し、各グリッパの制御手段１０５
に結果を伝達する。各グリッツ量の制御手段１０５は、
可動な自由度に関し各グリッパ２０７を制御する。

これらの各手段の詳細を説明するために、第２図に示す
ような２台のグリッパ２０７を備えた燃料交換機を例に
とる。第２図は斜め上方よりの見取シ図であり、コア、
プール及び両者をつなぐ通路であるｆ−）の両側に設け
られたレール２０１上を、走行台車２０２が図中の座標
軸でｙ方向に走行し、同一の走行台車上を２台の独立し
た横行台車２０３及び２０４がＸ方向に移動する。燃料
２０５は、各横行台車から下に延びる伸縮管２０６の先
に取シ付けられ九各グリッパ２０７によってつかみ上げ
られる。すなわち、両グリッパの独立した自由度はＸと
２で１）、ｙは互いに干渉する。

第３図は、第２図のｙ−ｚ軸に沿った断面を示す。コア
において、炉心部の燃料チャネル３０１に燃料を装荷す
る時のグリッパ２０７の高さを着座高さｈｅｂ　ｓ燃料
２０５が燃料チャネル３０１の上方に出るグリッパの下
限の高さを中間高さ貼、燃料を吊った状態で水平に自由
に動けるグリッパの高さを上限高さｈｆとする。またプ
ールにおいて、燃料ラック３０２に燃料を装荷する時の
グリッパの高さを着座高さり、ｂとする。

さて、第４図、第５図を用いて、本発明を得るに至った
知見について説明する。第４図（ａ）　、　（ｂ）は、
１台のグリッパがプール中の位置Ｐから燃料を持ち出し
、コア中の位置Ｑに装荷した後、再びプールに戻る１連
の操作を説明する概略平面図および立面図である。−点
鎖線の軌跡は従来の、２移動→ｘ−ｙ移動→２移動→・
・・・・・の手順よ構成る直列動作形式の場合のグリッ
パ軌跡である。これを並列化（同時化）によって改善し
てみると、コア及びプール中でのＸ−５Ｆ移動と２移動
との並列化（図中の破線の軌跡）のみが可能であるが、
現実には、２移動に要する時間がＸ−ｙ移動の時間より
もはるかに長いために、グリッパが１台のみの状況では
、並列化の効果は少ない。

一方、本発明の一実施例として、第５０に示すように、
２つのグリッパを用いたケースを考える。

グリフ・臂のモデルとしては、先に示した第２図。

第３図のケースを想定し、まずグリッパ１がｙ　−ト出
入口から出発してコア中に燃料を装荷し、次いでグリッ
パ２がコア中の別の箇所に燃料を装荷し、ｒ−ト出入口
まで戻るものとしよう。この場合、グリッパ１が上限高
さから着座高さに至る間に、グリッツや２は中間高さま
で下がることができる。さらに、グリッパ１が装荷を終
えて中間高さを超えた時点から、グリッパ２は自分の動
作を開始できる。前述のように２移動時間はかなり長く
、特に上限と中間高さの間における昇降の時間が長いた
めに、この並列動作の効果は大きい。すなわち、複数台
のグリッパを想定して初めて並列化の著るしい効果が期
待できることがわかる。またさらに重要なことは、必ず
しも完全な並列作業、すなわち複数のグリッパが同時に
夫々目的とする装荷位置に到達し、吊り上げ（下げ）を
行う作業が実現できなくとも、次のステップに備えて先
行的な動作を行うことで、部分的な並列化を達成し、時
間短縮の効果を上げられることである。完全な並列化は
実際には難かしいことが多く、特に第２図の実施例のよ
うにｙ方向が独立でないような場合、燃料交換仕様の中
から同時に吊シ上げられる燃料のペアを多く見い出せな
いことがあるため、この部分的並列化の意味は大きい。

第６図を用いてさらに詳しい実施例の説明をする。本実
施例は、第２図の燃料交換機に対するものである。グリ
ッパ運用手順６０１は、グリッパ１及びグリッパ２の動
作をステップ順に整理したものである。グリッパ１およ
び２の同時に動作可能なものは同一ステップに入れられ
ている。例えばステップ１及び２が単独動作で構成され
ているのは、ｙ自由度の制約によって（Ｘ１ｓ）’１　
）　＋（Ｘ２１７２　）という座標に両グリッパが同時
に到達でき々いからである。一方、ステップ４が同時動
作で構成されているのはグリップ１のｙ座標ｙ。

とグリッパ２のｙ座標ｙ４が走行台車２０２の同一の位
置に対応するからである。

可変自由度判断手段６０２は、現在の実行ステップにつ
いて優先的に実行されるべきグリッパ（優先グリッパと
いう）を決定するとともに、各グリッパの位置状態Ｘ１
ｓ７ｉｓＺｉ　（１”　１　＊　２　）を見ながら、時
々刻々、可動自由度を判断し、変数Ｘ□ｅ）’ｐｉ＊”
ｐｌとして各グリッパに送出する。Ｘｐ１＠’！ｐ１ｗ
Ｚｐｌは「１」または「０」であシ、「１」は可変状態
、「０」は拘束状態を表わすものである。

例えば、”Ｐｌ　＝＝　１はグリッパ１がＸ方向に動い
てよいということｓ　　ｚ、１＝＝Ｑはグリッパ１がＸ
方向に動いてはいけないということを表わす。ｙ、、＝
１が１方向に自ら（すなわち、グリッパ２のｙ方向移動
に伴りてではなくて自ら主体的に）動いてよいというこ
とを表わし、ｙ、、＝Ｑはグリッパ１がｙ方向に自ら動
いてはいけないということを表わす。

優先グリッパを決定するには、実行ステップが単独動作
よりなるときは、その単独動作を行うグリッツ臂を優先
グリッツ臂と決定し、実行ステップが両グリッパの同時
動作よりなるときは、その実行ステップが最も早く終る
と予想されるグリッパを優先グリフ・母と決定する。ま
た前回のステップで優先でなかったグリッパは次回のス
テップでは優先グリッツ臂となる。

グリッパの制御手段６０３，６０４は、当該グリッパが
優先グリッパであるときには実行ステップにおける当該
グリッパの動作を優先的に実行し、優先グリッパでない
ときには、優先グリッパの動作を妨げない範囲で優先グ
リッツ臂の動作と並行して、可動自由度について、実行
ステップまたは以後のステップにおける当該グリフｔ４
の最初に行うべき動作を実行する。動作を実行する際に
は、可動自由度を全て独立に制御する。

１例を示すと、実行ステップ番号が１の時には、実行ス
テラｆはグリッパ２の単独動作である。従って優先グリ
ッツやは２となり、自由度ｙ（走行台車）の制御の優先
権はグリフ・母２が持ち、従って、７Ｐ２　＝１１　ｙ
ｐ、＝　０である。−万、グリッパ１は優先グリッパ２
が動作している間に、ステップ番号２における動作ＵＰ
　（Ｘ２＊）’２　）の準備をするべく、Ｘ方向および
２方向に動くことができる。そのために”Ｐｌｌ”Ｐｌ
は常にゼロではなく、状況に応じて１となる。

実行ステップ管理手段６０５は各グリッパの実行状況を
見ながら実行ステップの終了を判断し、終了を確認した
時に実行ステップ番号を１つ増加する。

本実施例の処理の手順を第７図の流れ図を用いて説明す
る。１ず実行ステップ番号は当初１に設定され（Ａ）、
以後、可動自由度の判断（Ｂ）、実行ステップ終了の判
断（Ｃ）、グリッパの制御＜　Ｄ、、　Ｅ　）が並列実
行される。これらは実行ステップの終了による割り込み
によって処理を終了する。実行ステップの終了後は、グ
リフ・ゼ運用手順中の次のステップの有無を調べ（Ｆ）
、有であれば実行ステップ番号に１を足す（Ｇ）。次の
ステップが無ければ全ての処理を終了する（Ｈ）。以上
が概略のフローであるが、以下では、Ｂ、Ｃ。

Ｄ筐たはＥの各処理内容について、さらに詳しく説明す
る。

く可動自由度判断手段６０２の処理内容〉第８図には概
略の流れを示す。まず優先グリッパ５（Ｓ＝１又は２）
を決定する（Ａ）。次に優先グリフ／４　Ｓについて可
動自由度変数”ｐｓ　ｔｙｐｅｓ”ＰＨ（全て１または
Ｏ）を決定しくＢ）、さらに・優先でないグリフＡにつ
いても可動自由度を決定する（Ｃ）。以後は実行ステッ
プ終了となるまでＢ、Ｃを繰り返し、時々刻々の可動自
由度変数を更新する。

さらに詳しく説明を進める前に可動自由度を決定する際
に重要な意味を持つ可動高さＣｚａ）という概念を、第
３図に戻って説明する。可動高さはグリッパがＸ−７方
向に郡動できるためのグリフ／４の限界高さとして定義
する。第３図において、コア中において、燃料を吊り下
げている状態のグリッパの可動高さｚａは中間高さｈｍ
と等しい。グリッパが燃料を吊シ下げていなければ、２
．は着座高さｈｅｂとほぼ等しい。ダートやプールにお
いては２．は上限高さｂ４と等しい。このように、グリ
ッパの１−７座標値や荷重状況（燃料を吊っているかい
ないか）に応じて、ｚ８は定められる。

さて、第９図は、優先グリフ・４′Ｓの可動自由度変数
”Ｐｌ’７Ｐｌｔ”Ｐｆｉを判断する処理の詳細を示す
。

まず、グリッパＳの高さｚＢが、前述の可動高さｚｌよ
りも高いかどうかを判定しくＡ）、高いときには全ての
自由度を可動とする（Ｂ）。２．が可動高さ　ｚｌより
も低いときには、グリッパＳの水平位置（”Ｂｍ’／Ｂ
　）が目標とする水平位置（コア中の燃料の装荷位置、
ｆ−）の入口もしくは出口位置またはプール中の装荷位
置）に到達しているかどうかを判定しくＣ）、いまだ到
達していなければｚ、＝ｚ、の時に限りＸ、Ｙの自由度
を可動とし、目標水平位置へのグリッパの移動を許す（
Ｄ、Ｅ）。

ｚ　、＜ｚ　、で且つ目標水平位置にないときには、２
を一旦ｚ、１で戻さなければなら表いので、Ｘ、Ｙ自由
度を拘束して、２自由度のみ許す（Ｆ）。一方、目標水
平位置上にあるときには、まず振れ待ちが必要であるか
ないかを判断する（、Ｇ）。すなわち、燃料を吊って水
平移動をすると燃料の振れが生じるため、水平移動停止
後に燃料の振れが止むまで一定時間（Ｔ、、）だけ待た
なければグリッパをｚｌよりも下におろすこと（すなわ
ち燃料をコア内のチャンネルやプール内のラックに装荷
すること）はできない。このため、各グリフｉ４の制御
手段は水平移動停止後の時間をカウントするタイマー的
手段を備え、この時間を変数で、として出力している。

そこで、優先グリッパ３についての停止時間Ｔ３を読み
取り、燃料の振れが止むまでの一定時間ＴＶ（例えば３
０秒）と比較し、Ｔ３≧ＴＶとなったならば振れ待ちは
不要と判断する。Ｔ、は２が動いてもカウントアツプさ
れるものであり、これによって例えば水平移動の終了後
に、２が２＆まで下降する場合に下降時間が振れ待ち時
間ＴＶよ）も犬であれば実質上振れ待ちは不要である。

振れ待ちが必要な時には全ての自由度を拘束しくＨ）、
振れ待ちが不要であれば２自由度を可動とする（Ｆ）。

グリッパが優先グリッパでない場合についての可動自由
度の決定については、第１０図に示した。

１ず無条件にｙ自由度は拘束する（Ａ）。その後の処理
（Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ）は、優先グリッパ
と同様である。

くグリッパの制御手段６０３，６０４の処理内容〉概略
のフローを第１１図に示す。まずグリッツ母運用手順の
中から、実行ステップあるいはそれ以後のステップの内
で、最初に自らがたすべき動作を読み出す（Ａ）。次に
この動作を実行する（Ｂ）。

動作が実行ステップ中のものである場合は通常の実行で
あるが、次ステツプ以後のものである時には先行実行に
なる。

第１２図は、動作の実行をさらに詳しく説明するもので
ある。まず動作がＵＰ　（ｘｄ、ｙ、１　）である場合
には（Ａ）、まず燃料をつかみ上げる之めに、グリッパ
の（ｘ、ｙ）位置を目標位置（Ｘｄ＊ｙ（１）に、グリ
ッパの高さ２を着座高さｈｃｂ（コア中）あるいはり、
ｂ（プール中）に各々近づけるよう制御する。この時、
時々刻々更新される可動自由度変数をモニタし、可動自
由度のみを動かし、可動でないものは可動となるまで停
止して待つ。目標とする状態になったら、燃料をつかみ
（Ｃ）、さらに可動高さｚａまで上昇して終了となる（
Ｄ）。

動作がＰＡＳＳ−ＧＡＴＥの時には（Ｅ）、水平位置（
ｘ、ｙ）をダート入口の位置に、２を上限高さｈｆに向
けて制御する。さらにｙ自由度を動かして、ダートを通
過する（Ｇ）。

動作がＤＯＷＮ　（ｘｄ−Ｙｒｌ　）の時には（Ｈ）、
可変自由度について水平位置（ｘ、ｙ）を目標位置（ｘ
ｄ、ｙｄ）に、高さ２を着座高さに向けて制御する（Ｉ
）。目標状態に到達した後燃料をはなしくＪ）、高さを
可動高さｚｌまで上昇して終了する（Ｋ）。

く実行ステップ終了の判断〉 実行ステップの終了は、実行ステップ管理手段６０５に
よって判定されるが、その基早は第１３図に示すようで
ある。すなわち、実行ステップが単独であれば優先グリ
ッツの動作終了をもって、単独でなければ、実行ステッ
プ内の全ての動作の完了をもって、実行ステップの終了
とする。

以上、本発明の実施例の詳細な説明を、主としてグリッ
パ２台の場合について行ったが、３台以上のグリッパに
ついても、処理の流れや構成はそのまま適用できる。

本実施例では、コアーブール間の燃料移送を中心に取り
上げたが、コア中において異る位置に燃料を差し替える
いわゆるシャフリングにおいても、本発明は同様に効果
がある。シャフリング時には特に、可動高さｚｌが荷重
時と無荷重時に変化することを考慮した制御が必要とな
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、各グリッパ自身の自由度に関する制約
および他のグリッパとの相互関係による制約を満たしな
がら、可動自由度に関しては先行動作を含めた並行動作
を行い、以て燃料交換機の運用を効率的ならしめ、燃料
交換時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図は本発明の適用さ
れる原子炉の燃料交換関係設備の斜視図、第３図は第２
図の設備の縦断面図、第４図（ａｌ　、　（ｂ）および
第５図は本発明に到る知見を説明するための概要図、第
６図は本発明の一実施例の全体構成図、第７図は同実施
例の処理手順のフロー図、第８図は可動自由度判断手段
の処理内容の概略フロー図、第９図は優先グリッパの可
動自由度判断の７０−図、第１０図は非優先グリッパの
可動自由度判断のフロー図、第１１図はグリッパの制御
手段の処理内容の概略フロー図、第１２図はその詳細フ
ロー図、第１３図は実行ステップ管理手段の処理内容の
概略フロー図である。 ２０１・・・レール　　　　２０２・・・走行台車２０
３．２０４・・・横行台車 ２０５・・・燃料　　　　　２０６・・・伸縮管２０７
・・・グリッツ臂 第３図 第４図 第５図 ≦；〒ｙ＋ｚ　　　　　２　　’、　　≦ご＋χＺ＋Ｚ
　　　　　　ｘ＋ｙ　ｚ　　χ÷Ｊ＋Ｚ第６図 第８図 閉９図 帛１０図 閉１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数のグリッパを備えた原子炉燃料交換機の制御方
   式であって、実行ステップ順に各グリッパのなすべき動
   作を記憶しているグリッパ運用手順記憶手段と；該グリ
   ッパ運用手順記憶手段から読み出された順次の実行ステ
   ップにおいて優先的に運用さるべきグリッパ（優先グリ
   ッパという）を定め、且つ優先グリッパを含めた全グリ
   ッパについて、各グリッパの位置、荷重吊下の有無およ
   び当該グリッパが優先グリッパであるか否かに基づき各
   グリッパに許される自由度（可動自由度という）を実行
   ステップ終了まで時々刻々定める可動自由度判断手段と
   ；該可動自由度判断手段によって定められた可動自由度
   に関して、前記グリッパ運用手順記憶手段に記憶されて
   いる実行ステップおよび以後の実行ステップにおいてな
   すべき動作を各グリッパにさせる各グリッパの制御手段
   と；実行ステップの終了を判定し上記グリッパ運用手順
   記憶手段より次の実行ステップを読み出す実行ステップ
   管理手段と、よりなることを特徴とする制御方式。