JP2006529025A - 加圧水型原子炉の燃料要素用矯正装置 - Google Patents

Abstract

燃料要素（１）用矯正装置（６）が、加圧水型原子炉の燃料要素（１）を矯正装置で比較的簡単かつ迅速に矯正できるように構成されていなければならない。このため、燃料要素（１）用矯正装置（６）は本発明によれば縦方向に延びる１つの矯正体（８）を有し、側板（１４）で形成される矯正体の側面が１つの定位置から縦方向に垂直に摺動可能であり、矯正体の側面の横断面寸法が、定位置のとき、標準燃料要素の相応する横断面寸法よりも所定の公称値だけ小さく選択されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、加圧水型原子炉の燃料要素用矯正装置に関する。

核工学施設、特に原子力発電所では、通常、電気エネルギーを発生するために分裂可能な材料が制御下の核分裂に施される。その際、分裂可能な材料は多数の燃料棒内に蓄えられており、燃料棒内で材料は、例えばいわゆるペレットの態様で好適な被覆管によって取り囲まれている。その際、多数のこのような燃料棒がふつう１つの燃料要素にまとめられている。原子力発電所は数多くのこの燃料要素を有し、燃料要素は実質的に縦長‐直方体状に、または特に縦長‐正方形状にも、成形されかつ炉心内にある。その際、燃料要素は炉心内にある燃料要素貯蔵ラック内に並置されており、隣接燃料要素は比較的小さな相互距離で位置決めされている。核反応を制御するために多数のこの燃料要素が制御要素、いわゆる制御棒またはコントロールロッドを有し、制御棒は燃料要素内に収容された制御棒案内管を通して燃料要素内に持ち込まれる。制御棒を収容していない燃料要素内では、制御棒案内管がいわゆる絞り体によって閉鎖されている。絞り体は、冷却材の通過を炉心にわたって均一に配分するために必要とされている。

原子炉の運転時間が経過するにつれ、燃料要素内に収容された核燃料が使用済となり、その結果、燃料要素は時々交換されねばならない。このため、照射済燃料要素を炉心から燃料要素貯蔵プール内に運び、未使用の新鮮な燃料要素または単に一部だけ使用済の燃料要素を燃料要素貯蔵プールから炉心内に運ばねばならない。燃料要素の交換は一般に、数ヶ月、特に１２〜１８ヶ月の原子力発電所運転サイクル後に行われる。そのため、原子力発電所を停止して炉心を無圧にしなければならない。圧力容器蓋を取り外し、さまざまな組込物を取り出すことによって、炉心は上部から接近可能になる。これは、露出する炉心用に水遮蔽を得るために原子炉ウェルに注水して行われる。

燃料要素交換中、発生するエネルギーの生産損失を極力僅かなものに抑えるために、極力短い時間内に燃料要素交換を行うように努められる。燃料要素交換のために一般に、クレーン状昇降装置として構成されるいわゆる燃料要素装入機が使用されている。この装入機は、原子炉ウェルの上方に配置される相応するクレーン構造体によって、交換すべき燃料要素のさまざまな位置に接近することができ、相応に構成された？み機を利用して１つの燃料要素を垂直方向上方への運動で燃料要素貯蔵ラックまたは炉心から引き出すことができる。その際、？み機は、その都度１つの燃料要素および１つの制御棒を個々に、また選択的に燃料要素および制御棒を一緒に持ち上げて移動させることが一般に可能であるように構成されている。

しかし核工学施設、特に加圧水型原子炉において燃料要素を交換するとき、燃料棒に作用する放射性放射、温度、圧力および希ガス等の運転上の諸影響が燃料棒の変形をもたらすことがある。この変形は、一方で燃料要素縦方向での反りとして、または捩れの態様の縦軸線に対する燃料要素のねじ曲げとしても、現れることがある。

これらの変形は、１つの燃料要素の交換時に隣接燃料要素が互いに衝突し得ることによって、燃料要素の交換を著しく困難にする。これが生じるのは、１つの燃料要素を垂直に引き上げるとき、隣接燃料要素の間に不可欠な距離が燃料要素の変形のゆえに幾つかの個所ではもはや存在しないからである。

燃料要素交換時に燃料要素が衝突すると、個々の燃料要素が破損することがある。さらに、特に炉心の１つの空白箇所への１つの燃料要素の装荷が隣接燃料要素の変形のゆえに成功しないことが有り得る。その場合一般に、反復的処理様式によって、装入機を数回回転させかつ横に走行させることで１つの燃料要素を炉心内に装荷するように努められる。この処理様式は、一般に１つの燃料要素を炉心内に装荷する試みが数回行われるので、きわめて時間を要し、それに伴って生産停止時間が長くなることから、きわめて費用がかかる。

そこで本発明の課題は、燃料要素を比較的簡単かつ迅速に矯正することのできる上記加圧水型原子炉の燃料要素用矯正装置を提供することである。

この課題は、本発明によれば、矯正装置が縦方向に延びる１つの矯正体を有し、側板で形成される矯正体の側面が１つの定位置から縦方向に垂直に摺動可能であり、矯正体の側面の横断面寸法が、定位置のとき、標準燃料要素の相応する横断面寸法よりも所定の公称値だけ小さく選択されていることによって解決されている。

その際、矯正装置による燃料要素の形状修正に基づいて燃料要素の交換および特に炉心空白個所への１つの燃料要素の装荷が可能となるように、変形した燃料要素を相応する矯正装置で矯正しなければならないとの考えから、本発明は出発している。それゆえに、矯正装置は、隣接燃料要素を矯正して空白個所に１つの新たな燃料要素を装荷するために、燃料要素貯蔵ラックの１つの空白個所に位置決め可能でなければならないであろう。その際、隣接燃料要素が変形している場合でも簡単にかつ隣接燃料要素に接触することなく、矯正装置を空白位置に運び入れることができるようにするために、矯正装置の横断面は、炉心への挿入時に隣接燃料要素の変形のゆえに矯正装置が隣接燃料要素と衝突することのないように、相応する標準燃料要素の横断面よりも小さくなければならないであろう。それとともに、定位置のとき矯正装置の矯正体の横断面を制限することによって、矯正装置は炉心内の１つの空白個所に位置決めすることができる。そのことから出発して、隣接燃料要素に修正作用が行われるようにするために、矯正装置は可動側板を備えている。側板は、隣接燃料要素の変形を矯正体に向き合うその全面にわたって、相応に修正することができる。このため、２つの相反する側板が定位置から矯正装置の各１つの横方向に摺動することによって矯正体の横断面は変化し、特に矯正のため拡大させることができる。その際、矯正装置はそれに隣接する２つの燃料要素の間でそれらとの接触個所によって取り囲まれているとき、それぞれ横方向両側で支えられている。矯正されるべき燃料要素はそれ自体、隣接燃料要素によって、矯正装置とは反対の側で支えられている。

燃料要素の変形が比較的大きい場合でも矯正装置を１つの空白個所に挿入できるようにするために、矯正装置の公称値は有利には１６ｍｍである。

矯正体の１つの側板を矯正装置に対して摺動可能に保持するために、１つの側板に有利には若干数の連結ガイドが付設されており、これらの連結ガイドを介して１つの側板は付設される摺動ピンによって矯正装置に固着されている。連結ガイドは好ましくは、摺動ピンの縦方向運動を側板の縦方向に垂直な運動に変換するように構成されている。

矯正装置の縦軸線に垂直な厳密な１方向への１つの側板の摺動を保証するために、かつ１つの側壁を矯正装置に固着するための十分な安定性を確保するために、１つの側板は好ましくは１つの取付部品にそれぞれ若干数の案内溝を有し、これらの案内溝は側板の縦方向に垂直に延び、また案内溝内にそれぞれ１つの付属する摺動ピンが係合し、この摺動ピンは矯正装置の１つの支持架枠の内部で運動しかつ案内されている。

燃料要素の矯正作業時に１つの矯正装置の側板を、特にすべての側板も、一緒に摺動可能に保持するために、１つの連結ガイドに付設された摺動ピンは主に１つの固着装置を介して互いに結合されており、この固着装置は矯正装置の縦方向で液圧式または機械式に運動することが可能となっている。このような配置では、摺動可能な側板の矯正運動が固着装置の運動を介して制御可能である。

燃料要素に対する矯正作業が反復可能であり、１つの矯正装置を炉心の１つの空白個所に挿入しまたはそこから引き出すとき、矯正装置の矯正体が定位置にあって隣接燃料要素との衝突が避けられるように、好ましくは、拡開位置を監視するための１つの表示装置が設けられている。

矯正装置の固着装置を接近可能に保持しかつ固着装置を特に運動可能にして矯正作業を実行するために、固着装置は好ましくは矯正装置の可動頭部と結合されている。したがって、矯正装置頭部の運動を介して矯正作業は制御もしくは実行することができる。

炉心内での矯正装置の位置決め用に装入機を使用でき、かつ装入機で矯正作業を実行できるように、矯正装置の頭部は主に標準燃料要素の燃料要素頭部と同様に寸法設計されている。この寸法設計によって、矯正装置は燃料要素と比較して装入機の？み機に適合性を有している。

本発明で達成される諸利点は、特に、上記矯正装置で加圧水型原子炉の燃料要素を簡単かつ比較的迅速に矯正することができ、もしくは燃料要素の変形を修正することができ、炉心内に燃料要素を装荷する無駄な試みの結果としての時間損失が生じないので、炉心内への燃料要素の装荷が比較的迅速に行うことが可能であるということになる。これにより、原子力発電所の整備サイクル中、交換すべき全燃料要素の交換用の時間とそれに伴う生産停止時間が減少する。

矯正装置の他の利点は、矯正装置によって１つの燃料要素をその全長にわたって矯正可能であるので、矯正すべき燃料要素の変形を同定する必要がないことにある。それに加えて、１つの定位置において拡開運動を数回繰り返すことによって、矯正作業は燃料要素が十分に矯正されるまで任意の回数繰り返すことができる。矯正装置は特に、純機械式に、補助エネルギーの供給なしに、その動的コンポーネントを動かすように設計しておくこともできる。

矯正装置の頭部を燃料要素頭部と同様に寸法設計することによって、燃料要素装入機は、輸送用にも矯正作業実行用にも使用することができ、炉心内もしくは原子炉ウェル内には矯正装置運転用に付加的インフラストラクチャーが必要でなくなる。ところで、矯正装置はその寸法設計のゆえに、燃料要素グリッド内の１つの空白個所を一時的に占有するとき、スペース確保具の態様のいわゆる燃料要素絶縁体または支持絶縁体として使用するのにも特に適している。それに加えて、矯正装置横断面の好適な寸法設計によって、上昇および下降時の燃料要素と矯正装置との間の摩擦力が特に好適に保たれることになる。

本発明の１実施形態が図面に基づいて詳しく説明される。

すべての図において同じ部品には同じ符号が付けられている。

図１には、燃料要素１を有する加圧水型原子炉の炉心が略平面図で示されており、燃料要素は多数の燃料棒２を収容している。その際、図１から認めることができるように、燃料棒は炉心内で縦方向に立てることによって、比較的僅かな相互距離で配置されている。

燃料要素１を矯正しもしくはその側壁の変形を修正するために、図２には燃料要素１用矯正装置６が示されている。この矯正装置は、燃料要素１を矯正するために、特に隣接燃料要素１が変形している場合でも加圧水型原子炉の炉心の１つの空白個所に位置決めできるように寸法設計されている。このため、矯正装置６は、定位置のとき燃料要素１よりも小さな横断面を有するように、その横断面が寸法設計されている。図２から認めることができるように、矯正装置は、１つの矯正体８と１つの頭部１０と１つの基部１２とで構成されることによって、その外輪郭が１つの燃料要素１と同様に実施されており、炉心内で、または燃料要素貯蔵ラック４内でも、位置決めすることができる。燃料要素１を矯正できるようにするために、矯正装置６の矯正体８は縦方向に延長されており、その側面は、縦方向に垂直におよびそれとともに１つの定位置から横方向に摺動可能な側板１４で形成されている。その際、側板１４は、矯正体８の側面の横断面寸法が側板１４の定位置のとき、燃料要素１の横断面寸法よりも所定の公称値だけ小さく選択されているように寸法設計されている。さらに、側面１４の横摺動によって、矯正体８の横断面は制御下に拡大可能となっている。

矯正体８の側板１４を矯正作業用に摺動可能に保持するために、図３による多少詳細化した図示から読み取ることができるように、側板に若干数の連結ガイド１６が付設されており、これらの連結ガイドを介して側板１４は付設された摺動ピン１８によって矯正装置６に固着され、連結ガイド１６は、摺動ピン１８の縦方向運動を側板１４の縦方向に垂直な運動に変換するように構成されている。このため、連結ガイド１６は、側板１４と結合された補強肋片２０に設けられている。

矯正作業時に側板１４の運動が矯正装置６の縦方向に垂直な１方向で極力直線状に延び、側板１４が十分に安定して矯正装置６に固着されているように、摺動可能な各側板１４にそれぞれ若干数の案内溝１９が付設されており、案内溝は矯正体８の縦方向に垂直に延び、また案内溝内にそれぞれ１つの付設された保持ピン１７が係合し、この保持ピンはそれぞれ１つの保持板２２に固着されている。

１つの矯正装置６の側板１４が、特にすべての側板１４も、燃料要素１の矯正作業時に一緒に摺動可能に保持するために、摺動ピン１８用のすべての担持板が１つの連行子２４を介して互いに結合されており、この連行子は側板１４に対して定位置から矯正装置６の縦方向で液圧式または機械式に運動可能である。その際特に、矯正体８の縦方向で頭部１０の選択的運動によってポンピング運動または接近運動の様式で所要の出口力が加えられることによって、変換を行うことが可能となっている。

頭部１０での昇降運動（燃料要素？み機の上昇と下降）を数回繰り返すことによって、支持兼案内スリーブの内部を摺動可能な軸を介して１つの昇降ポンプが操作され、この昇降ポンプは、中心に配置される昇降シリンダと結合されている。昇降シリンダから結合棒によって連行子が動かされている。昇降運動の方向を機械式に反転させることのできる操作要素が昇降シリンダの端位置にあり、他の昇降運動において拡開作業または矯正作業が繰り返されることになる。

燃料要素１を移動させる燃料要素装入機を輸送と矯正装置６の矯正作業の制御とに使用できるようにするために、頭部１０は燃料要素１の頭部と同様に寸法設計されている。

燃料要素１の変形が比較的大きい場合でも矯正体８を、従って矯正装置６も、炉心内の１つの空白個所で位置決めできるようにするために、公称値は１６ｍｍである。矯正体８の横断面寸法を一層具体的に示すために、矯正装置６が図４に横断面図で示されている。その際、矯正体８は側板１４の直列位置で示されている。それに対して、破線で接近位置が示されており、この位置のとき、側板１４は矯正作業を実行するために所定の公称値だけ外方に張り出しており、矯正用に必要な横断面拡大が生じている。

加圧水型原子炉の炉心の平面図である。 矯正装置の縦断面図である。 図２の部分図である。 図２の矯正装置の横断面図である。

符号の説明

１ 燃料要素
２ 燃料棒
６ 矯正装置
８ 矯正体
１０ 頭部
１２ 基部
１４ 側板
１６ 連結ガイド
１７ 保持ピン
１８ 摺動ピン
１９ 案内溝
２０ 補強肋片
２２ 保持板
２４ 連行子

Claims (7)

1. 加圧水型原子炉の燃料要素（１）用矯正装置（６）であって、縦方向に延びる１つの矯正体（８）を有し、この矯正体の側面が側板（１４）で形成されており、矯正体（８）の側面の横断面寸法が、定位置のとき、標準燃料要素の相応する横断面寸法よりも所定の公称値だけ小さく選択されており、側面が１つの定位置から縦方向に垂直に摺動可能である矯正装置。
2. １６ｍｍの公称値が予定されている、請求項１に記載の矯正装置。
3. 矯正装置の摺動可能な側板（１４）に単数または若干数の連結ガイド（１６）が付設されており、これらの連結ガイドを介して側板（１４）は付設される摺動ピン（１８）によって支持構造体に固着されており、連結ガイド（１６）は摺動ピン（１８）の縦方向運動を側板（１４）の縦方向に垂直な運動に変換するように構成されている、請求項１または２に記載の矯正装置。
4. 摺動可能な各側板（１４）の取付部品にそれぞれ若干数の案内溝（１９）が配置されており、これらの案内溝は矯正体（８）の縦方向に垂直に延び、また案内溝内にそれぞれ１つの付属する保持ピン（１７）が係合し、この保持ピンが１つの支持架枠に固着されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の矯正装置。
5. 側板（１４）の連結ガイド（１６）の１つに付設された摺動ピン（１８）が１つの固着装置を介して互いに結合されており、この固着装置が側板（１４）に対して定位置から矯正体（８）の縦方向で液圧式または機械式に運動可能である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の矯正装置。
6. 矯正装置の固着装置が、矯正装置の縦方向に運動可能な頭部（１０）と結合されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の矯正装置。
7. 頭部（１０）が標準燃料要素の燃料要素頭部と同様に寸法設計されている、請求項６に記載の矯正装置。
   

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