JP2007010532A - 燃料掴み装置及び燃料取替機 - Google Patents

Abstract

【課題】
原子力発電所に設置した燃料取替機の高速化を図る。
【解決手段】
ホイスト用電動機２に接続した巻胴３ｇ，３ｈから繰り出されたワイヤロープ６ａ，
６ｂを、互いに伸縮自在に組み合わせた各管状部材１ａ〜１ｆの内、外から２番目の管状部材１ｂ又はそれ以降のいずれか一つの管状部材に接続し、その２番目の管状部材１ｂには上端部に滑車９ａ，９ｂを設置し、その滑車９ａ，９ｂに最も外側の管状部材１ａの下端に接続されたワイヤロープ６ｃ，６ｄを通して外から３番目の管状部材１ｃの下端に接続する。以降の管状部材についても２番目の管状部材と同じように各管状部材の個々に設置した滑車９ｃ〜９ｊに個々のワイヤロープ６ｅ〜６ｌを掛け、ワイヤロープ６ｌについては、一端が燃料掴み具５に接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、原子力プラント設備に係わり、特に原子炉内の燃料及びブレードガイドを掴んで取り扱うための燃料掴み装置及び掴んだ燃料及びブレードガイドを移送する燃料取替機に関する。

原子力プラントである原子力発電所では、原子炉ウェルプールと使用済み燃料貯蔵プールとに沿って走行する燃料取替機が原子力プラント設備として装備されている。

その燃料取替機は、原子炉ウェルプールと使用済み燃料貯蔵プールとに沿って走行する走行台車と、その走行台車上を前述の各プールを横切るように走行する横行台車と、その横行台車に設置された燃料掴み装置を備えている。

このような燃料取替機は、燃料掴み装置で原子炉用の燃料集合体やブレードガイドを掴んで、各台車の移動によって、その燃料集合体やブレードガイドを原子炉ウェルプールと使用済み燃料貯蔵プールとの間で移動させ、燃料集合体の取り替えや配置換え作業に供せられる。

その燃料掴み装置は、複数の管状部材が伸縮動作自在に組み合わされた伸縮管と、その伸縮管の下端に設けられている原子炉用の燃料集合体を掴む燃料掴み具と、前記管状部材をロープの巻き取り繰り出しで上下方向に伸縮動作させる駆動装置とを備えている。

伸縮管は、径の異なる円筒状の複数の管状部材を互いに伸縮移動自在に組み合わせてあって、管状部材には隣接しあう管状部材から抜け落ちないように、あるいは下段の管状部材が上段の管状部材を引っ掛け上げれるように、ストッパーが装備されている。

伸縮管は、燃料集合体を掴みに行く際や掴んだ燃料集合体を降ろす際に、駆動装置で伸縮させる必要が有るが、その伸縮動作が急速であるとストッパーに衝撃が加わって損傷する。そのため、伸縮管の伸縮動作は緩慢である。

その緩慢さを解消してスピーディに燃料集合体を取り扱うために、ストッパーを介さずに伸縮管を伸縮させる構成が開示されている。その構成は、伸縮管の管状部材ごとにロープを接続して、各ロープを駆動装置で巻き取りドラムに巻き取ったり繰り出したりする構成である。この構成では、伸縮管の各管状部材の伸縮速度が異なるので、巻き取りドラムの径が各ロープごとに相違する複数の巻き取りドラムが用意されている構成である（例えば、特許文献１参照）。

他の公知例として、次のようなものが知られている。即ち、伸縮管を構成する各管状部材の上端と下端とに滑車を装備し、駆動装置の巻き取りドラムから繰り出されている共通のロープを各伸縮管の管状部材の上下各滑車へ連続して各管状部材の上下端で上下方向にＵターンするように掛け渡す。

さらに同じ駆動装置の同じ巻取りドラムから繰り出したロープを最下段の伸縮管の管状部材に固定して、そのロープを巻き取り繰り出しするとそれに同期して滑車に掛けたロープは逆に繰り出し巻き取りされて伸縮管が伸縮する（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−１８１２８８号公報 特開平１０−１３２９８６号公報

伸縮管を構成している複数の管状部材同士間の抜け止めのため、従来の伸縮管の管状部材の上下段継目位置で抜け止め突起（ストッパー）同士が接触する構成では、その抜け止め突起の破損による伸縮管の管状部材の落下防止のため、継目位置通過時（抜け止め突起同士が接触する時期）には、伸縮管の管状部材の昇降速度を減速する必要があって燃料取替作業が遅延する。

また、巻き取りドラムを径の相違する複数のドラムで多段化した構成では、突起（ストッパー）同士の接触がなく昇降速度を減速させる必要はないものの、ロープの巻き上げ量は、巻き取りドラムから最下降時の燃料掴み装置までの長さが必要であり、この巻き上げ時間も高速化の障害となる。また、ロープの巻き上げ量が多いことにより巻き取りドラムの径が大きくなり、構成品重量の増加、および伸縮管設置スペースの増加が課題となる。

また、伸縮管の管状部材の上下端に設けた滑車を用いて１本のロープの操作により伸縮管の管状部材の上下全段を同時に伸縮させる構成においても、ロープの巻き上げ量は、巻き取りドラムから最下降時の燃料掴み装置までの長さが必要であり、この巻き上げ時間も高速化の障害となる。さらに、伸縮管の管状部材の上下端に滑車を用いた構成は伸縮管の管状部材の下降に対しては全管状部材に重力と、駆動機構によるワイヤからの送り出し力がかかり、同時に伸ばされる。しかし、伸縮管の管状部材の上昇の場合、ロープによって燃料掴み装置を引き上げると、重力によって伸縮管の管状部材はすぐには上昇せず、燃料掴み装置が最小径伸縮管の抜け止め突起（ストッパー）に接触することによって、最小径の伸縮管の管状部材を持ち上げ、以降の伸縮管の管状部材も同様に抜け止め突起の接触によって上昇する可能性があるため、燃料取替機の運用時には継目位置通過時（抜け止め突起同士が接触する時期）に、上昇速度を減速させることが考えられる。

本発明の目的は、燃料掴み装置の伸縮管の伸縮時間を短縮し、燃料交換作業の高速化を計ることにある。

本発明の課題を解決する第１手段は、複数の管状部材が互いに伸縮動自在に組み合わされた伸縮管と、前記伸縮管の下端に設けられている原子炉用の燃料集合体を掴む燃料掴み具と、前記管状部材に回転自在に設置した回転体と、ある前記管状部材の内側で隣接する第１の前記管状部材と、同じく外側で隣接する第２の前記管状部材との両管状部材との間に、前記ある管状部材に設置された前記回転体を経由して掛け渡した可撓性を有する第１の引張部材と、伸縮動作する前記管状部材の内の何れかに掛け渡された可撓性を有する第２の引張部材と、前記第２の引張部材を巻き取る駆動装置とを備えた燃料掴み装置である。

また、第２手段は、原子力発電所の原子炉ウェルプールと使用済み燃料貯蔵プールとに沿って走行する走行台車と、前記走行台車上を前記各プールを横切るように走行する横行台車と、前記横行台車に請求項１から請求項３までの何れかの燃料掴み装置を備えている燃料取替機である。

本発明によれば、伸縮管の管状部材間の継目位置での抜け止め突起同士の衝突に対する配慮や伸縮管の管状部材ごとに径の異なる複数の巻き取りドラムとロープを採用することの配慮を解除できるので、伸縮管の伸縮時間の短縮が可能となる。

以下、図１及び図２を用いて燃料取替機の全体説明を行う。図１は本発明に係わる燃料取替機の全体構成を示す正面図、図２は本発明に係わる燃料取替機の全体構成および使用環境を示す上面図である。

原子力発電所に設置される原子炉では、原子炉の停止中に行われる定期検査時に燃料取替機１００を用いて原子炉圧力容器１０５内の燃料集合体１１０の取り替えを行っている。この燃料取替作業は、使用済み燃料集合体１１０を原子炉圧力容器１０５の外部に取り出し、使用済み燃料貯蔵プール１２０側に移動すると共に、新しい燃料集合体１１０を原子炉圧力容器１０５内に装荷するものであり、この作業と合わせて炉心内において燃焼度のばらつきがある燃料集合体１１０の配置換えを行うようにしている。

燃料取替機１００は、使用済燃料貯蔵プール１２０，原子炉ウェルプール１３０，原子炉圧力容器１０５上を跨ぐように設置され、オペレーティングフロア１４０上に各プールに沿って敷設された走行レール１５０上を自在に走行可能な走行台車１６０と走行台車
１６０上に設置された横行レール１７０上を自在に横行可能な横行台車１８０を有し、原子炉ウェルプール１３０の下方に位置する原子炉圧力容器１０５の炉心部に配置された燃料集合体１１０をその横行台車１８０から懸垂支持した伸縮管１の下端に設置した燃料掴み具５で掴み、炉心外へ取り出し、使用済燃料貯蔵プール１２０の使用済燃料貯蔵ラック内へ入れて、その燃料掴み具５から離すように動作する。

一方、伸縮管１の先端の燃料掴み具５は、燃料集合体１１０上端のハンドル部を遠隔操作で着脱自在にクランプするようになっており、径の異なる円筒状の複数の管状部材１ａ〜１ｆをテレスコピック式に設けて伸縮自在に組み合わせた伸縮管１と合わせて燃料取替機１００の横行台車１８０に設置されている。横行台車１８０には、ホイスト用電動機２と、そのホイスト用電動機２で回転駆動されるロープ巻取りドラムとしての巻胴３が伸縮管１を上下に伸縮させる駆動装置として設置されている。その巻胴にはワイヤロープ６が伸縮管１を上下に伸縮させる力を伝える可撓性引張部材として巻き掛けられている。

燃料集合体１１０を炉心から取り出し使用済燃料貯蔵プール１２０内へ移送する場合や、燃料集合体１１０を使用済燃料貯蔵プール１２０内から炉心部へ移送する場合及び燃料集合体１１０を炉心内にて配置換えする場合には、燃料集合体１１０を移送するために伸縮管１の下端に取り付けられた燃料掴み具５の上下の昇降動作が必要となる。

また、このようにして実施される燃料取替作業は、燃料取替機１００の遠隔自動運転により行われるため、燃料取替機１００の各台車構造体は十分な剛性のものであり、走行レール１５０の設置は、十分な精度が必要となる。そして、十分な検出精度を有する座標検出装置により取扱対象の燃料集合体への自動位置決め及び伸縮管１の伸縮による燃料掴み具５の自動把持を可能としている。

伸縮管１の構成及び機能を図３を使用し以下に説明する。即ち、燃料掴み具５と、伸縮管１を構成する伸縮管の各管状部材１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ、ホイスト電動機２と、その電動機により回転駆動される巻胴３としての各巻胴３ｇ，３ｈと、各巻胴
３ｇ，３ｈと管状部材１ｂに接続されているワイヤロープ６ａ，６ｂと、管状部材１ｂの上部に設置されている滑車９ａ，９ｂと、滑車９ａ，９ｂを途中部分が経由して管状部材１ａの下端及び管状部材１ｃの下端に端部が固定接続されているワイヤロープ６ｃ，６ｄと、同様に、管状部材１ｃの上部に設置されている滑車９ｃ，９ｄと、管状部材１ｄの上部に設置されている滑車９ｅ，９ｆと、管状部材１ｅの上部に設置されている滑車９ｇ，９ｈと、管状部材１ｆの上部に設置されている滑車９ｉ，９ｊと、これらの滑車を途中部分が経由して管状部材１ｂの下端及び管状部材１ｄの下端に端部が接続さているワイヤロープ６ｅ，６ｆと、同様に管状部材１ｃの下端及び管状部材１ｅの下端に接続さているワイヤロープ６ｇ，６ｈと、同様に管状部材１ｄの下端及び管状部材１ｆの下端に接続さているワイヤロープ６ｉ，６ｊと、及び同様に管状部材１ｅの下端及び燃料掴み具５に接続さているワイヤロープ６ｋ，６ｌから構成される。

この燃料掴み具５は、上部に円柱状の部材を有し、その円柱状の部材が管状部材１ｆ内に上下方向へ移動自在に装着されて水平方向への振れを伸縮管１で抑えられるようにしてある。

今、燃料集合体８を炉心または、使用済燃料貯蔵プール１２０から移動するのに、燃料掴み具５の上昇下降を行う事を想定する。先ず、下降時は、巻胴３ｇ，３ｈをワイヤロープ６ａ，６ｂを送り出す方向へ回転させることで、巻胴３ｇ，３ｈからワイヤロープ６ａ，６ｂが送り出されて緩められる。

図４に示すように、ワイヤロープ６ａ，６ｂが長さＬだけ送り出された場合、それにつれて、ワイヤロープ６ａ，６ｂに接続されている管状部材１ｂが長さＬだけ下降する。管状部材１ｂが長さＬだけ下降することで、ワイヤロープ６ａ，６ｂの一端が管状部材１ａの下端に固定接続されていることから、滑車９ａ，９ｂを介し管状部材１ｃに接続されているワイヤロープ６ｃ，６ｄが動滑車の原理で移動し、管状部材１ａから滑車９ａ，９ｂ間のワイヤロープが長さＬ分減少し、滑車９ａ，９ｂから管状部材１ｃまでワイヤロープが長さＬ分増加する。

そのため、管状部材１ｃは管状部材１ｂに対して長さＬだけ下降する。この結果ワイヤロープ６ａ，６ｂを長さＬだけ巻き下げることで、管状部材１ｃをもとの位置から長さ
２Ｌだけ下降させることが出来る。

同様に、管状部材１ｃと管状部材１ｄの間のワイヤロープ６ｅ，６ｆも動滑車の原理で移動し、管状部材１ｃに対して管状部材１ｄが長さＬだけ下降する。つまり、ワイヤロープ６ａ，６ｂを巻き下げると同時に、大径の管状部材に対して隣り合う小径の管状部材
（最小径の管状部材に対して隣り合う燃料掴み具５）は大径の管状部材の位置よりも、ワイヤロープ６ａ，６ｂが送り出された長さＬだけ下降し、燃料掴み具５自体は、もとの位置から管状部材の数とワイヤロープ巻き下げ量Ｌを掛けた長さだけ下降する。

この動作により、各管状部材が１管、１管順番に移動するのではなく、同時に移動する事が可能となる。また、燃料集合体の上昇についても、前記動作の逆手順で管状部材の同時上昇が可能となり、伸縮管昇降時の抜け止め突起との接触による各管状部材の繰り出し、収納が不要となる。

また、伸縮管の下降に必要となるワイヤロープ６ａ，６ｂは従来、巻胴から燃料掴み具５までの長さが必要だったが、本実施例では巻胴３ｇ，３ｈから上下多段の各管状部材の上段から第２管目の管状部材１ｂまでの長さでよく、ワイヤロープ６ａ，６ｂの巻き取り量を削減することが出来る。

図３及び図４の実施例では、巻胴３ｇ，３ｈ、及びその巻胴から繰り出すワイヤロープ６ａ，６ｂは多重化により２本を取り付けられたものであり、片方のワイヤロープが破断した場合でももう片方のワイヤロープで吊り荷重を支えて燃料集合体を吊り落とさない機構となっている。

また、制御装置１０によりホイスト用電動機２の速度制御を行い、伸縮管の昇降開始及び停止時のＳカーブ速度を与えることで、上下方向へ移送中の燃料集合体へ与える加速度を緩和可能にさせることができる。

次に、既述の本発明の実施例の第１変形例を図５に基づいて説明する。即ち、図５では、巻胴３ｇ，３ｈに対して個別にホイスト用電動機２ａ，２ｂを設けて、各ホイスト用電動機２ａ，２ｂを同期して駆動させることにより管状部材１ａ−１ｆの昇降動作を行わせるものである。

巻胴とホイスト用電動機をセットで管の周囲に複数セット配備し、それぞれの巻胴から繰り出されたワイヤロープを伸縮管の最上段から第２段目の管状部材１ｂに接続することで、駆動装置とワイヤロープ６ａ，６ｂとも多重化による安全化、及びワイヤロープ径の縮小化が図れる。その他の構成と作用は図１−図４の実施例と同様である。

次に、既述の図１−図４に示した本発明の実施例の第２変形例を図６，図７に基づいて以下に説明する。

従来の管状部材同士の相互間で、管軸を中心にした回転の発生を防ぐために、管状部材の内側の管軸方向に沿ってレールが固定され、管状部材の外側に設けた二本のレールガイドがレールを間の周方向において挟んでいる。このレールガイドでレールをはさむことによって各管状部材は互いに回転することを拘束される。

これに対し、本変形例では図６に示すように管状部材１ｂの上部に取り付けられた滑車
９ａ，９ｂの径を内側と外側とにおいて隣り合う各管状部材１ａ，１ｃにとどく以上にまで大きくし、隣り合う管状部材１ａ,１ｃには滑車との干渉部分にスリット７０ａ,７０ｂを設け、滑車９ａ，９ｂとスリット７０ａ，７０ｂをレール及びレールガイドとして利用するものである。

これ以降の滑車９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈ，９ｉ，９ｊと各伸縮管との関係についても同様に滑車に隣り合う管状部材にスリットを設け、レール及びレールガイドとして利用する。ここで各滑車は隣り合う滑車との干渉を避けるため、図７に示すように管状部材の円周方向に分散して配置するものとする。

これにより、管状部材相互間での回転防止のために従来用いたレール及びレールガイドの構成要素を削減でき、構成の複雑化を防ぐことが出来る。また、ワイヤロープ６ｃ〜
６ｌの曲げ半径の制限から滑車の径を大きくとる必要がある場合にも、この実施例を採用することで対応できる。その他の構成や作用は図１〜図４に示した記述の実施例と同じである。

本発明の実施例によれば、以下のことが達成できる。管状部材継目位置での昇降速度減速が不要となり昇降時間の短縮が可能となる。また、管状部材継目位置での抜け止め突起を採用した場合でも、その突起どうしの接触による抜け止め突起の破損を防止可能となる。また、構成要素の複雑化を、追加要素に機能を兼務させることで抑えることが出来る。

本発明は、例えば、原子力発電所の燃料集合体をハンドリングする燃料取替機に適用される。

原子力発電所内の燃料取替機の立面図である。 原子力発電所内の燃料取替機の上平面図である。 本発明の実施例による燃料掴み装置の縮小時の状態を示した断面図である。 本発明の実施例の第１の変形例による燃料掴み装置の縮小時の状態を示した断面図である。 本発明の実施例の第２の変形例による燃料掴み装置の縮小時の状態を示した断面図である。 本発明の実施例の第３の変形例による燃料掴み装置の縮小時の状態を示した図にして、（ａ）図は伸縮管の管軸を境にした半分を断面表示した図であり、（ｂ）図は伸縮管の全体図である。 本発明の実施例の第３の変形例による燃料掴み装置の各滑車の配置を示した伸縮管の横断面図である。

符号の説明

１…伸縮管、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…管状部材、２，２ａ，２ｂ…ホイスト用電動機、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ…巻胴、５…燃料掴み具、６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，６ｇ，６ｈ，６ｉ，６ｊ，６ｋ，
６ｌ…ワイヤロープ、８…燃料集合体、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，
９ｈ，９ｉ，９ｊ…滑車、１０…制御装置、７０ａ，７０ｂ…スリット、１００…燃料取替機、１０５…原子炉圧力容器、１１０…燃料集合体、１２０…使用済燃料貯蔵プール、１３０…原子炉ウェルプール、１４０…オペレーティングフロア、１５０…走行レール、
１６０…走行台車、１７０…横行レール、１８０…横行台車。

Claims (4)

1. 複数の管状部材が互いに伸縮動自在に組み合わされた伸縮管と、前記伸縮管の下端に設けられている原子炉用の燃料集合体を掴む燃料掴み具と、
   前記管状部材に回転自在に設置した回転体と、
   ある前記管状部材の内側で隣接する第１の前記管状部材と、同じく外側で隣接する第２の前記管状部材との両管状部材との間に、前記ある管状部材に設置された前記回転体を経由して掛け渡した可撓性を有する第１の引張部材と、
   伸縮動作する前記管状部材の内の何れかに掛け渡された可撓性を有する第２の引張部材と、
   前記第２の引張部材を巻き取る駆動装置と、
   を備えた燃料掴み装置。
2. 請求項１において、前記第１と第２の各前記管状部材に前記回転体が上下方向に移動できるスリットを備えている燃料掴み装置。
3. 請求項１又は請求項２において、前記第２の引張部材が複数備えられている燃料掴み装置。
4. 原子力発電所の原子炉ウェルプールと使用済み燃料貯蔵プールとに沿って走行する走行台車と、
   前記走行台車上を前記各プールを横切るように走行する横行台車と、
   前記横行台車に請求項１から請求項３までの何れかの燃料掴み装置を備えている燃料取替機。
   

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