JP2008224580A - 原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機 - Google Patents

Abstract

【課題】アームの折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させつつ、動作寿命を向上させる。
【解決手段】グリッパユニット８内でグリッパ９を上下に昇降させるための駆動力をグリッパ昇降機構１０に伝達するグリッパ駆動軸６を本体胴１から引き出し、上アーム３にて支持しながら上アーム３に沿ってグリッパユニット８に導き、上アーム３の下側からグリッパユニット８内に引き込むとともに、上アーム３の断面に補強用リブ板を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機に関し、特に、スリット付き炉心上部機構を有するナトリウム冷却高速炉のパンタグラフアーム式燃料交換機に適用して好適なものである。

ナトリウム冷却高速炉では、炉心に配列された燃料集合体の交換を行うためにパンタグラフアーム式燃料交換機が一般的に用いられる。
図７は、スリット付き炉心上部機構を有するナトリウム冷却高速炉の概略構成を示す平面断面図である。
図７において、原子炉容器２０１にはスリット付き炉心上部機構２０３が設けられ、スリット付き炉心上部機構２０３下には、燃料集合体を挿入する炉心が設けられるとともに、スリット付き炉心上部機構２０３の側方には、燃料出入位置２０６および炉内中継槽２０５が配置されている。

一方、燃料交換機２０４には、燃料集合体を掴みながら燃料集合体を昇降させるグリッパユニット１０８が設けられ、グリッパユニット１０８はアーム１００を介して本体胴１０１にて支持されている。そして、燃料交換機２０４は、スリット付き炉心上部機構２０３上に配置された回転プラグ２０２にて保持されるとともに、スリット付き炉心上部機構２０３には、アーム１００およびグリッパユニット１０８を炉心上に侵入させるためのスリット部２０７が形成されている。

そして、炉心に配置された燃料集合体を交換する場合、回転プラグ２０２は、交換対象となる燃料集合体がアーム１００のストロークＳ上にくるように回転する。そして、燃料交換機２０４は、交換対象となる燃料集合体上にグリッパユニット１０８がくるようにアーム１００を伸長させ、グリッパユニット１０８を介して燃料集合体を掴みながら燃料集合体を炉心から引き抜いた後、アーム１００を折り畳むことにより、アーム１００およびグリッパユニット１０８を本体胴１０１に収容する。

そして、燃料交換機２０４は、アーム１００およびグリッパユニット１０８が本体胴１０１に収容されたまま、グリッパユニット１０８が燃料出入位置２０６の方向に向くように本体胴１０１を回転させる。そして、燃料交換機２０４は、燃料出入位置２０６上にグリッパユニット１０８がくるようにアーム１００を伸長させ、グリッパユニット１０８を介して燃料集合体を燃料出入位置２０６に置く。そして、燃料交換機２０４は、グリッパユニット１０８を炉内中継槽２０５に移動させ、炉内中継槽２０５に予め配置されていた燃料集合体を取り出し、アーム１００を折り畳むことにより、アーム１００およびグリッパユニット１０８を本体胴１０１に収容する。

そして、燃料交換機２０４は、アーム１００およびグリッパユニット１０８が本体胴１０１に収容されたまま、グリッパユニット１０８がスリット部２０７の方向に向くように本体胴１０１を回転させる。そして、燃料交換機２０４は、交換対象となる燃料集合体が引き抜かれた位置にグリッパユニット１０８がくるようにアーム１００を伸長させ、グリッパユニット１０８を介して燃料集合体を炉心に挿入する。

この燃料集合体の交換方法では、グリッパユニット１０８の幅とスリット部２０７の幅Ｗとの差が小さいため、グリッパユニット１０８の外側にアーム１００を配置することができず、本体胴１０１とグリッパユニット１０８との間にアーム１００が配置される。一方で、通常運転時においても地震発生時においても、燃料交換機２０４とスリット付き炉心上部機構２０３とが干渉しないことが要求される。このため、スリット部２０７の幅Ｗの制約の中で干渉を防止しながら燃料集合体の交換を行えるようにするために、アーム１００の折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させることが求められる。

図８（ａ）は、従来のパンタグラフアーム式燃料交換機の概略構成を示す側面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のパンタグラフアーム式燃料交換機の上アームの概略構成を示す斜視図である（特許文献１）。
図８において、燃料交換機２０４には、上アーム１０３、下アーム１０４および補助アーム１０５を介してグリッパユニット１０８を支持する本体胴１０１が設けられ、本体胴１０１は、上アーム１０３、下アーム１０４および補助アーム１０５の折り畳み時に上アーム１０３、下アーム１０４、補助アーム１０５およびグリッパユニット１０８を内部に収容できるように構成されている。ここで、グリッパユニット１０８には、燃料集合体を掴んで保持するグリッパ１０９が設けられ、グリッパ１０９はグリッパユニット１０８内を上下に昇降可能なように保持されるとともに、グリッパユニット１０８は、燃料集合体を掴んだグリッパ１０９を上昇させることで、燃料集合体を内部に収容できるように構成されている。

また、本体胴１０１には、上アーム１０３および下アーム１０４を折り畳むためのアームガイド１０２が設けられ、アームガイド１０２は本体胴１０１内を上下に昇降可能なように保持されている。
そして、上アーム１０３の一端は結合点を中心に回転自在にグリッパユニット１０８の上部に結合され、上アーム１０３の他端は結合点を中心に回転自在にアームガイド１０２の上部に結合されている。また、下アーム１０４の一端は結合点を中心に回転自在にグリッパユニット１０８の下部に結合され、下アーム１０４の他端は結合点を中心に回転自在にアームガイド１０２の下部に結合されている。また、補助アーム１０５の一端は結合点を中心に回転自在に下アーム１０４の中央部に結合され、補助アーム１０５の他端は結合点を中心に回転自在に本体胴１０１の下部に結合されている。

ここで、上アーム１０３、下アーム１０４、補助アーム１０５は、上アーム１０３、下アーム１０４、補助アーム１０５を折り畳んだ時に、上アーム１０３の下部が下アーム１０４の上部と重なるとともに、下アーム１０４の下部が補助アーム１０５と重なるように構成されている。そして、上アーム１０３には、上アーム１０３の下部が下アーム１０４の上部と重なった時に、上アーム１０３の下部が下アーム１０４の上部と干渉しないようにするための段差が形成され、下アーム１０４には、下アーム１０４の下部が補助アーム１０５と重なった時に、下アーム１０４の下部が補助アーム１０５と干渉しないようにするための段差が形成されている。

例えば、上アーム１０３には、図８（ｂ）に示すように、平面内で屈曲させたアーム用側板１１４、１１５が設けられ、アーム用側板１１４、１１５の間を補強用リブ板１１６にて接続することで、高いアーム強度と、折り畳み時の収納性が確保されている。そして、アーム用側板１１４の両端には、ピン穴が形成されたフランジ部１１７ａ、１１７ｃがそれぞれ設けられるとともに、アーム用側板１１５の両端には、ピン穴が形成されたフランジ部１１７ｂ、１１７ｄがそれぞれ設けられている。そして、フランジ部１１７ｃ、１１７ｄに形成されたピン穴を介してグリッパユニット１０８にピンを挿入することで、上アーム１０３の一端を結合点を中心に回転自在にグリッパユニット１０８の上部に結合することが可能となるとともに、フランジ部１１７ａ、１１７ｂに形成されたピン穴を介してアームガイド１０２にピンを挿入することで、上アーム１０３の他端を結合点を中心に回転自在にアームガイド１０２の上部に結合することができる。

そして、本体胴１０１の上部は回転プラグ２０２にて回転自在に保持されるとともに、回転プラグ２０２を貫通する本体胴１０１上には、アームガイド１０２やグリッパ駆動軸１０６を駆動する駆動部２０８が配置されている。
そして、グリッパユニット１０８内でグリッパ１０９を上下に昇降させるための駆動力を伝達するグリッパ駆動軸１０６が本体胴１０１から引き出され、グリッパユニット１０８の上端を介してグリッパユニット１０８内に引き込まれている。ここで、本体胴１０１から引き出されたグリッパ駆動軸１０６をグリッパユニット１０８内に引き込むために、グリッパ駆動軸１０６は、グリッパ駆動軸１０６を回転自在に折り曲げるためのユニバーサルジョイント１０７ａ、１０７ｂにて連結されている。
そして、炉心から発生した熱を効率よく伝達できるようにするために炉心はＮａ（ナトリウム）内に浸漬され、炉心上には、グリッパユニット１０８がＮａ液面下にくるように燃料交換機２０４が設置される

図９（ａ）は、従来のアームの折り畳み状態におけるパンタグラフアーム式燃料交換機のその他の構成例を示す側面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの伸長状態を示す側面図である。
図９において、燃料交換機４０４には、上アーム４０３、下アーム４０４および補助アーム４０５を介してグリッパユニット４０８を支持する本体胴４０１が設けられ、本体胴４０１は、上アーム４０３、下アーム４０４および補助アーム４０５の折り畳み時に上アーム４０３、下アーム４０４、補助アーム４０５およびグリッパユニット４０８を内部に収容できるように構成されている。ここで、グリッパユニット４０８には、燃料集合体を掴んで保持するグリッパ４０９が設けられ、グリッパ４０９はグリッパユニット４０８内を上下に昇降可能なように保持されるとともに、グリッパユニット４０８は、燃料集合体を掴ませたままグリッパ４０９を上昇させることで、燃料集合体を内部に収容できるように構成されている。

また、本体胴４０１には、上アーム４０３および下アーム４０４を折り畳むためのアームガイド４０２が設けられ、アームガイド４０２は本体胴４０１内を上下に昇降可能なように保持されている。
そして、上アーム４０３の一端は結合点を中心に回転自在にグリッパユニット４０８の中央部に結合され、上アーム４０３の他端は結合点を中心に回転自在にアームガイド４０２の上部に結合されている。また、下アーム４０４の一端は結合点を中心に回転自在にグリッパユニット４０８の下部に結合され、下アーム４０４の他端は結合点を中心に回転自在にアームガイド４０２の下部に結合されている。また、補助アーム４０５の一端は結合点を中心に回転自在に下アーム４０４の中央部に結合され、補助アーム４０５の他端は結合点を中心に回転自在に本体胴４０１の下部に結合されている。

ここで、図９（ａ）に示すように、上アーム４０３、下アーム４０４、補助アーム４０５は、上アーム４０３、下アーム４０４、補助アーム４０５を折り畳んだ時に、上アーム４０３の下部が下アーム４０４の上部と重なるとともに、下アーム４０４の下部が補助アーム４０５と重なるように構成されている。そして、上アーム４０３には、上アーム４０３の下部が下アーム４０４の上部と重なった時に、上アーム４０３の下部が下アーム４０４の上部と干渉しないようにするための屈曲構造が形成され、下アーム４０４には、下アーム４０４の下部が補助アーム４０５と重なった時に、下アーム４０４の下部が補助アーム４０５と干渉しないようにするための屈曲構造が形成されている。

そして、グリッパユニット４０８内でグリッパ４０９を上下に昇降させるための駆動力を伝達するグリッパ駆動軸４０６が本体胴４０１から引き出され、上アーム４０３を突き抜けてグリッパユニット４０８に導かれ、グリッパユニット４０８の下方からグリッパユニット４０８内に引き込まれている。ここで、本体胴４０１から引き出されたグリッパ駆動軸４０６をグリッパユニット４０８内に引き込むために、グリッパ駆動軸４０６は、グリッパ駆動軸４０６を回転自在に折り曲げるためのユニバーサルジョイント４０７ａ、４０７ｂにて連結されている。

そして、炉心上には、グリッパユニット４０８がＮａ液面下にくるように燃料交換機４０４が設置され、Ｎａが空気や水に触れて燃え出すのを防止するために、Ｎａ液面はアルゴンカバーガスにて覆われている。
この図９の構成では、本体胴４０１から引き出されたグリッパ駆動軸４０６が、グリッパユニット４０８の下方からグリッパユニット４０８内に引き込まれるため、グリッパ駆動軸４０６の屈曲角θを３０度以内に維持しながら、上アーム４０３、下アーム４０４および補助アーム４０５を伸長させることができ、ユニバーサルジョイント４０７ａ、４０７ｂを許容最大角度（３０度程度が一般的）以内に維持しながら回転力を伝達することができる。

図１０（ａ）は、従来のアームの折り畳み状態におけるパンタグラフアーム式燃料交換機のさらにその他の構成例を示す側面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの伸長状態を示す側面図である。
図９の構成では、グリッパ駆動軸４０６は、上アーム４０３を突き抜けてグリッパユニット４０８の下方からグリッパユニット４０８内に引き込まれるのに対し、図１０の構成では、上アーム４０３を突き抜けるのを避けるようにしてグリッパユニット４０８の中央部からグリッパユニット４０８内に引き込まれている。そして、上アーム４０３、下アーム４０４および補助アーム４０５を伸長させた時に、グリッパ駆動軸４０６の屈曲角θが３０度以内に維持されるようにするために、グリッパ駆動軸４０６を連結する一方のユニバーサルジョイント４０７ａがグリッパユニット４０８よりも上方にくるように配置され、Ｎａ液面よりも上にくるように構成されている。
特開平１−１７４９９７号公報

しかしながら、図８の構成では、図８のようにアームストロークが長くなると、本体胴１０１から引き出されたグリッパ駆動軸１０６が、グリッパユニット１０８の上端からグリッパユニット１０８内に引き込まれるため、上アーム１０３、下アーム１０４および補助アーム１０５を伸長させた時に、グリッパ駆動軸１０６の屈曲角θが３０度を大きく上回るようになり、ユニバーサルジョイント１０７ａ、１０７ｂにかかる負荷が大きくなるという問題があった。

また、グリッパ駆動軸１０６がグリッパユニット１０８の上端を介してグリッパユニット１０８内に引き込まれため、グリッパ駆動軸１０６を連結する一方のユニバーサルジョイント１０７ａがＮａ液面よりも上にくる。このため、ユニバーサルジョイント１０７ａのＮａによる潤滑が期待できない上に、Ｎａ中への飛散が懸念されることからグリースによる潤滑も困難となり、ユニバーサルジョイント１０７ａの動作寿命が低下するという問題があった。
また、図９の構成では、グリッパ駆動軸４０６が上アーム４０３を突き抜けてグリッパユニット４０８に導かれ、図８に示すような補強用リブ板１０６を上アーム４０３に設けることができなくなることから、アーム用側板１０４、１０５を接続することができなくなり、アーム剛性が大幅に低下するという問題があった。

さらに、図１０の構成では、グリッパ駆動軸４０６を連結する一方のユニバーサルジョイント４０７ａがＮａ液面よりも上にくるため、ユニバーサルジョイント４０７ａのＮａによる潤滑が期待できない上に、Ｎａ中への飛散が懸念されることからグリースによる潤滑も困難となり、ユニバーサルジョイント４０７ａの動作寿命が低下するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、アームの折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させつつ、動作寿命を向上させることが可能な原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機によれば、燃料集合体を掴むグリッパと、前記グリッパを昇降自在に内部に保持するグリッパユニットと、折り畳み動作によって前記グリッパユニットを水平方向に移動させるアーム機構と、前記アーム機構を介して前記グリッパユニットを支持しながら、前記アーム機構および前記グリッパユニットを収容可能な本体胴と、前記本体胴から引き出され、前記アーム機構のアームにて支持されながら前記アームに沿って前記グリッパユニットに導かれ、前記グリッパを昇降させる駆動力を伝達するグリッパ駆動軸とを備えることを特徴とする。

これにより、グリッパ駆動軸をアームに付随させながら移動させることができ、アームを折り畳んだり伸長させたりした場合においても、グリッパ駆動軸がアームと干渉するのを防止することが可能となる。このため、グリッパ駆動軸がアームと干渉するのを防止しつつ、アームの断面に補強用リブ板を設けることが可能となり、アームの折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させることができる。

また、請求項２記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機によれば、前記アーム機構は、前記本体胴内に昇降自在に保持されたアームガイドと、一端が前記グリッパユニットに結合されるとともに、他端が前記アームガイドに結合された上アームと、前記上アームと並列に配置され、一端が前記グリッパユニットに結合されるとともに、他端が前記アームガイドに結合された下アームと、一端が前記下アームの中央部に結合されるとともに、他端が前記本体胴に結合された補助アームとを備え、前記グリッパ駆動軸は、前記上アームにて支持されながら前記上アームに沿って前記グリッパユニットに導かれていることを特徴とする。

これにより、グリッパ駆動軸を上アームに付随させながら移動させることを可能としつつ、グリッパ駆動軸を上アームの下からグリッパユニットに引き込むことができ、グリッパ駆動軸を回転自在に屈曲させるユニバーサルジョイントやアームリンクの軸受けなどをＮａ液面下に配置しつつ、グリッパ駆動軸がアームと干渉するのを防止することが可能となる。このため、グリッパ駆動軸に設けられたユニバーサルジョイントやアームリンクの軸受けなどのＮａによる潤滑を確保しつつ、アームの断面に補強用リブ板を設けることが可能となることから、アームの折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させつつ、動作寿命を向上させることができる。

また、請求項３記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機によれば、前記アーム機構を折り畳んだ時に、前記上アームの上部が前記アームガイドと重なり、前記上アームの下部が前記下アームの上部と重なり、前記下アームの下部が前記補助アームと重なるように構成され、前記アームガイドには、前記上アームの上部が前記アームガイドと重なった時に、前記アームガイドが前記上アームの上部と干渉しないようにするための凹部が形成され、前記上アームには、前記上アームの下部が前記下アームの上部と重なった時に、前記上アームの下部が前記下アームの上部と干渉しないようにするための段差が形成され、前記下アームには、前記下アームの下部が前記補助アームと重なった時に、前記下アームの下部が前記補助アームと干渉しないようにするための段差が形成されていることを特徴とする。
これにより、アーム機構を折り畳んだ時の高さを低下させつつ、アーム軸長を短くすることができ、本体胴の径の増大を抑制しつつ、グリッパ駆動軸に設けられたユニバーサルジョイントやアームリンクの軸受けなどをＮａ液面下に配置することができる。

また、請求項４記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機によれば、前記上アームの上部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部が前記グリッパユニット側に形成されるように、上アーム用側板の間に補強用リブ板が配置され、前記上アームの下部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部が前記本体胴側に形成されるように、上アーム用側板の間に補強用リブ板が配置されていることを特徴とする。
これにより、上アームの断面に補強用リブ板を設けることを可能としつつ、グリッパ駆動軸を上アームに沿って配置することが可能となるとともに、アーム機構を折り畳んだ時にグリッパ駆動軸をアーム機構内に収容することができ、アームの折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させることができる。

また、請求項５記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機によれば、前記下アームの上部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部が前記グリッパユニット側に形成されるように、下アーム用側板の間に補強用リブ板が配置され、前記下アームの下部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部が前記グリッパユニット側に形成されるように、下アーム用側板の間に補強用リブ板が配置されていることを特徴とする。
これにより、グリッパ駆動軸を上アームに沿って配置した場合においても、下アームの断面に補強用リブ板を設けることを可能としつつ、アーム機構を折り畳んだ時にグリッパ駆動軸をアーム機構内に収容することができ、アームの折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させることができる。

また、請求項６記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機によれば、前記下アームの下部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部は段差構造を有し、前記下アームの下部の凹部の下段側が挿入されるように、前記補助アームの補助アーム用側板の間に補強用リブ板が配置されていることを特徴とする。
これにより、グリッパ駆動軸を上アームに沿って配置した場合においても、アーム機構を折り畳んだ時の高さを増大させることなく、アーム機構の折り畳み時に下アームがグリッパ駆動軸と干渉するのを防止することが可能となるとともに、下アームの強度を向上させることが可能となり、アームの折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、グリッパ駆動軸に設けられたユニバーサルジョイントやアームリンクの軸受けなどをＮａ液面下に配置しつつ、グリッパ駆動軸がアームと干渉するのを防止することが可能となるとともに、アームの断面に補強用リブ板を設けることが可能となり、アームの折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させつつ、動作寿命を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機の概略構成を示す斜視図、図２（ａ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機を異なる視点から見た斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣ１の部分を拡大して示す斜視図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＣ２の部分を拡大して示す斜視図である。

図１において、燃料交換機には、折り畳み動作によってグリッパユニット８を水平方向に移動させるアーム機構が設けられている。そして、アーム機構には、グリッパユニット８に接続され、互いに並列に配置された上アーム３および下アーム４と、グリッパユニット８が水平移動される時に上下方向の移動を規制する補助アーム５と、上アーム３および下アーム４を折り畳むためのアームガイド２が設けられている。

また、燃料交換機には、上アーム３、下アーム４および補助アーム５を介してグリッパユニット８を支持する本体胴１が設けられ、本体胴１は、上アーム３、下アーム４および補助アーム５の折り畳み時に上アーム３、下アーム４、補助アーム５およびグリッパユニット８を内部に収容できるように構成されるとともに、本体胴１内を上下に昇降可能なようにアームガイド２を保持している。

ここで、グリッパユニット８には、燃料集合体を掴んで保持するグリッパ９およびグリッパ９を上下に昇降させるグリッパ昇降機構１０が設けられている。そして、グリッパ９は、グリッパユニット８内を上下に昇降可能なように保持されるとともに、グリッパユニット８は、燃料集合体を掴ませたままグリッパ９を上昇させることで、燃料集合体を内部に収容できるように構成されている。なお、グリッパ昇降機構１０としては、グリッパ昇降用ボールネジおよび軸受けを用いることができる。

そして、上アーム３の一端は上アーム用軸受け１１ｂを介して回転自在にグリッパユニット８の中央部に結合され、上アーム３の他端は上アーム用軸受け１１ａを介して回転自在にアームガイド２の上部に結合されている。また、下アーム４の一端は下アーム用軸受け１２ｂを介して回転自在にグリッパユニット８の下部に結合され、下アーム４の他端は下アーム用軸受け１２ａを介して回転自在にアームガイド２の下部に結合されている。また、補助アーム５の一端は補助アーム用軸受け１３ｂを介して回転自在に下アーム４の中央部に結合され、補助アーム５の他端は補助アーム用軸受け１３ａを介して回転自在に本体胴１の下部に結合されている。

ここで、上アーム３、下アーム４および補助アーム５は、上アーム３、下アーム４および補助アーム５を折り畳んだ時に、上アーム３の上部がアームガイド２と重なり、上アーム３の下部が下アーム４の上部と重なり、下アーム４の下部が補助アーム５と重なるように構成されている。そして、アームガイド２には、上アーム３の上部がアームガイド２と重なった時に、上アーム３の上部がアームガイド２と干渉しないようにするための凹部が形成され、上アーム３には、上アーム３の下部が下アーム４の上部と重なった時に、上アーム３の下部が下アーム４の上部と干渉しないようにするための段差が形成され、下アーム４には、下アーム４の下部が補助アーム５と重なった時に、下アーム４の下部が補助アーム５と干渉しないようにするための段差が形成されている。

そして、グリッパユニット８内でグリッパ９を上下に昇降させるための駆動力をグリッパ昇降機構１０に伝達するグリッパ駆動軸６が本体胴１から引き出され、上アーム３にて支持されながら上アーム３に沿ってグリッパユニット８に導かれ、上アーム３の下側からグリッパユニット８内に引き込まれている。そして、本体胴１から引き出されたグリッパ駆動軸６を上アーム３に沿ってグリッパユニット８内に引き込むために、グリッパ駆動軸６は、グリッパ駆動軸６を回転自在に折り曲げるためのユニバーサルジョイント７ａ〜７ｄにて連結されている。

ここで、グリッパ駆動軸６を上アーム３にて支持させるために、駆動軸サポート用軸受け１４ａ、１４ｂが上アーム３に設けられ、グリッパ駆動軸６は、駆動軸サポート用軸受け１４ａ、１４ｂにて回転自在に支持されている。
なお、上アーム３に沿ってグリッパ駆動軸６をグリッパユニット８内に引き込んだ時のグリッパ駆動軸６の屈曲角を確保するために、アームガイド２と上アーム３との結合部においては、２個のユニバーサルジョイント７ａ、７ｂをグリッパ駆動軸６に設置するとともに、グリッパユニット８と上アーム３との結合部においては、２個のユニバーサルジョイント７ｃ、７ｄをグリッパ駆動軸６に設置することができる。
そして、炉心上には、グリッパユニット８がＮａ液面下にくるように燃料交換機が設置され、Ｎａが空気や水に触れて燃え出すのを防止するために、Ｎａ液面はアルゴンカバーガスにて覆われている。

これにより、グリッパ駆動軸６を上アーム３に付随させながら移動させることを可能としつつ、グリッパ駆動軸６を上アーム３の下からグリッパユニット８に引き込むことができ、グリッパ駆動軸６を回転自在に屈曲させるユニバーサルジョイント７ａ〜７ｄやアームリンクの軸受け１１ａ〜１３ａ、１１ｂ、１２ｂなどをＮａ液面下に配置しつつ、グリッパ駆動軸６が上アーム３と干渉するのを防止することが可能となる。このため、グリッパ駆動軸６に設けられたユニバーサルジョイント７ａ〜７ｄやアームリンクの軸受け１１ａ〜１３ａ、１１ｂ、１２ｂなどのＮａによる潤滑を確保しつつ、上アーム３の断面に補強用リブ板を設けることが可能となることから、上アーム３、下アーム４、補助アーム５の折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させつつ、動作寿命を向上させることができる。

図３（ａ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の上アームの概略構成を示す斜視図、図３（ｂ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の下アームの概略構成を示す斜視図、図３（ｃ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の補助アームの概略構成を示す斜視図である。
図３（ａ）において、上アーム３、下アーム４および補助アーム５は、上アーム３、下アーム４および補助アーム５を折り畳んだ時に、上アーム３の上部３ａが図１のアームガイド２と重なり、上アーム３の下部３ｂが下アーム４の上部４ａと重なり、下アーム４の下部４ｂが補助アーム５と重なるように構成されている。そして、アームガイド２には、上アーム３の上部がアームガイド２と重なった時に、上アーム３の上部がアームガイド２と干渉しないようにするための凹部が形成され、上アーム３には、上アーム３の下部３ｂが下アーム４の上部４ａと重なった時に、上アーム３の下部３ｂが下アーム４の上部４ａと干渉しないようにするための段差が形成され、下アーム４には、下アーム４の下部４ｂが補助アーム５と重なった時に、下アーム４の下部４ｂが補助アーム５と干渉しないようにするための段差が形成されている。

ここで、上アーム３の上部３ａには、上アーム用側板５１ａ、５２ａが設けられ、グリッパ駆動軸６を通すための凹部がグリッパユニット８側に形成されるように、上アーム用側板５１ａ、５２ａの間に補強用リブ板５３ａがコ字状またはＨ状に配置されている。
また、上アーム３の下部３ｂには、上アーム用側板５１ｂ、５２ｂが設けられ、グリッパ駆動軸６を通すための凹部が本体胴１側に形成されるように、上アーム用側板５１ｂ、５２ｂの間に補強用リブ板５３ｂがコ字状またはＨ状に配置されている。

そして、上アーム用側板５１ａ、５２ａの端部には、ピン穴が形成されたフランジ部５４ａ、５５ａがそれぞれ設けられるとともに、上アーム用側板５１ｂ、５２ｂの端部には、ピン穴が形成されたフランジ部５４ｂ、５５ｄがそれぞれ設けられている。
また、図３（ｂ）において、下アーム４の上部４ａには、下アーム用側板６１ａ、６２ａが設けられ、グリッパ駆動軸６を通すための凹部がグリッパユニット８側に形成されるように、下アーム用側板６１ａ、６２ａの間に補強用リブ板６３ａがコ字状またはＨ状に配置されている。

また、下アーム４の下部４ｂには、下アーム用側板６１ｂ、６２ｂ、６４ｂ、６５ｂが設けられ、グリッパ駆動軸６を通すための凹部がグリッパユニット８側に形成されるように、下アーム用側板６１ｂ、６２ｂの間に補強用リブ板６３ｂがコ字状またはＨ状に配置されている。ここで、下アーム用側板６１ｂ、６２ｂ、６４ｂ、６５ｂは、幅方向に段差構造を形成するように構成され、下アーム用側板６１ｂ、６２ｂおよび補強用リブ板６３ｂにて構成される凹部が補助アーム５内に挿入されるように配置されている。

そして、下アーム用側板６１ａ、６２ａの端部には、ピン穴が形成されたフランジ部６４ａ、６５ａがそれぞれ設けられるとともに、下アーム用側板６４ａ、６５ａの端部には、ピン穴が形成されたフランジ部６６ｂ、６７ｂがそれぞれ設けられている。
また、図３（ｃ）において、補助アーム５には、補助アーム用側板７１、７２が設けられ、下アーム４の下部４ｂの凹部の下段側が挿入されるように、補助アーム用側板７１、７２の間に補強用リブ板７３がコ字状またはＨ状に配置されている。

そして、補助アーム用側板７１、７２の一端には、ピン穴が形成されたフランジ部７４、７５がそれぞれ設けられるとともに、補助アーム用側板７１、７２の他端には、ピン穴が形成されたフランジ部７６、７７がそれぞれ設けられている。
そして、図１に示すように、上アーム３のフランジ部５４ｂ、５５ｂに形成されたピン穴を介してグリッパユニット８にピンを挿入することで、上アーム３の一端を結合点を中心に回転自在にグリッパユニット８の中央部に結合することが可能となる。また、上アーム３のフランジ部５４ａ、５５ａをアームガイド２の内側に挿入し、フランジ部５４ａ、５５ａに形成されたピン穴を介してアームガイド２にピンを挿入することで、折り畳み時に上アーム３の上部３ａをアームガイド２内に収容できるとともに、上アーム３の他端を結合点を中心に回転自在にアームガイド２の上部に結合することができる。

また、下アーム４のフランジ部６６ｂ、６７ｂに形成されたピン穴を介してグリッパユニット８にピンを挿入することで、下アーム４の一端を結合点を中心に回転自在にグリッパユニット８の下部に結合することが可能となる。また、下アーム４のフランジ部６４ａ、６５ａをアームガイド２の内側に挿入し、フランジ部６４ａ、６５ａに形成されたピン穴を介してアームガイド２にピンを挿入することで、下アーム４の他端を結合点を中心に回転自在にアームガイド２の下部に結合することができる。

また、補助アーム５のフランジ部７６、７７の内側に下アーム４の中央部を挿入し、補助アーム５のフランジ部７６、７７に形成されたピン穴を介して下アーム４の中央部にピンを挿入することで、折り畳み時に下アーム４の下部４ｂの凹部の下段側を補助アーム５内に収容できるとともに、補助アーム５の一端を結合点を中心に回転自在に下アーム４の中央部に結合することが可能となる。また、補助アーム５のフランジ部７４、７５を本体胴１の内側に挿入し、フランジ部７４、７５に形成されたピン穴を介して本体胴１にピンを挿入することで、補助アーム５の他端を結合点を中心に回転自在に本体胴１の下部に結合することができる。

これにより、上アーム３の断面に補強用リブ板５３ａ、５３ｂを設けることを可能としつつ、グリッパ駆動軸６を上アームに沿って配置することが可能となるとともに、上アーム３、下アーム４および補助アーム５を折り畳んだ時にグリッパ駆動軸６を上アーム３および下アーム４内に収容することができ、上アーム３、下アーム４および補助アーム５の折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させることができる。

図４（ａ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの折り畳み状態を示す斜視図、図４（ｂ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの半伸長状態を示す斜視図、図４（ｃ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの伸長状態を示す斜視図、図５（ａ）は、アームの折り畳み状態における図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の概略構成を示す側面図、図５（ｂ）は、アームの伸長状態における図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の概略構成を示す側面図、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図、図５（ｄ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。

図４および図５において、炉心に配置された燃料集合体を交換する場合、燃料交換機２０は、アームガイド２を降下させることで、アームガイド２に結合された上アーム３および下アーム４の端部を降下させる。そして、上アーム３および下アーム４の端部が降下すると、下アーム４とグリッパユニット８との結合点の高さが補助アーム５と本体胴１との結合点の高さに維持されながら、上アーム３および下アーム４が伸長され、グリッパユニット８が水平方向に移動する。

そして、交換対象となる燃料集合体上にグリッパユニット１０８がくると、燃料交換機２０は、駆動軸サポート用軸受け１４ａ、１４ｂにてグリッパ駆動軸６を支持させながらグリッパ駆動軸６を回転させる。そして、グリッパ駆動軸６が回転すると、その回転力によってグリッパ昇降機構１０が駆動され、グリッパ９がグリッパユニット８内を昇降する。そして、グリッパ９にて掴まれた燃料集合体がグリッパ９内に収容されると、燃料交換機２０は、アームガイド２を上昇させることで、アームガイド２に結合された上アーム３および下アーム４の端部を上昇させる。

そして、上アーム３および下アーム４の端部が上昇すると、下アーム４とグリッパユニット８との結合点の高さが補助アーム５と本体胴１との結合点の高さに維持されながら、上アーム３の上部３ａがアームガイド２と重なり、上アーム３の下部３ｂが下アーム４の上部４ａと重なり、下アーム４の下部４ｂが補助アーム５と重なるとともに、グリッパ駆動軸６が上アーム３および下アーム４内に収容されるようにして、上アーム３および下アーム４が折り畳まれる。そして、上アーム３および下アーム４が折り畳まれると、上アーム３、下アーム４およびグリッパユニット８が本体胴１内に収容される。

これにより、グリッパ駆動軸６を上アーム３に付随させながら移動させることができ、上アーム３および下アーム４を折り畳んだり伸長させたりした場合においても、グリッパ駆動軸６が上アーム３と干渉するのを防止することが可能となる。このため、グリッパ駆動軸６が上アーム３と干渉するのを防止しつつ、上アーム３の断面に補強用リブ板を設けることが可能となり、上アーム３の折り畳み時のコンパクト性とアーム剛性を両立させることができる。

図６は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の折り畳み状態を従来例と比較して示す幅方向の断面図である。
図６（ａ１）において、図１０の上アーム４０３と下アーム４０４の重なる位置では、上アーム４０３の凹部の内側にグリッパ駆動軸４０６がくる。また、図６（ａ２）において、図１０の上アーム４０３と補助アーム４０５の重なる位置では、下アーム４０４の凹部の内側にグリッパ駆動軸４０６がくる。このため、アーム部分の折り畳み時の高さは上アーム４０３と下アーム４０４の高さの合計となり、グリッパユニット４０８を合わせて本体胴４０１の上部の外径内に収まる必要があることから、本体胴４０１の径が大きくなる。

一方、図６（ｂ１）において、図１の上アーム３と下アーム４の重なる位置では、上アーム３の補強用リブ板５３ｂはグリッパユニット８側にあり、上アーム３と下アーム４の間にグリッパ駆動軸６がくる。また、図６（ｂ２）において、図１の下アーム４と補助アーム５の重なる位置では、下アーム４の凹部の下段側が補助アーム５に挿入されるようにして、下アーム４の凹部の内側にグリッパ駆動軸６がくる。このため、下アーム４の凹部の内側にグリッパ駆動軸６が配置される場合においても、アーム部分の折り畳み時の高さは下アーム４の高さと補助アーム５の補強用リブ板７３の厚さの合計で済ますことができ、本体胴１の径を小さくすることができる。

本発明の一実施形態に係る原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機の概略構成を示す斜視図である。 図２（ａ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機を異なる視点から見た斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣ１の部分を拡大して示す斜視図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＣ２の部分を拡大して示す斜視図である。 図３（ａ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の上アームの概略構成を示す斜視図、図３（ｂ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の下アームの概略構成を示す斜視図、図３（ｃ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の補助アームの概略構成を示す斜視図である。 図４（ａ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの折り畳み状態を示す斜視図、図４（ｂ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの半伸長状態を示す斜視図、図４（ｃ）は、図１のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの伸長状態を示す斜視図である。 図５（ａ）は、アームの折り畳み状態における図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の概略構成を示す側面図、図５（ｂ）は、アームの伸長状態における図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の概略構成を示す側面図、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図、図５（ｄ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 図１のパンタグラフアーム式燃料交換機の折り畳み状態を従来例と比較して示す幅方向の断面図である。 スリット付き炉心上部機構を有するナトリウム冷却高速炉の概略構成を示す平面断面図である。 図８（ａ）は、従来のパンタグラフアーム式燃料交換機の概略構成を示す側面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のパンタグラフアーム式燃料交換機の上アームの概略構成を示す斜視図である。 図９（ａ）は、従来のアームの折り畳み状態におけるパンタグラフアーム式燃料交換機のその他の構成例を示す側面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの伸長状態を示す側面図である。 図１０（ａ）は、従来のアームの折り畳み状態におけるパンタグラフアーム式燃料交換機のさらにその他の構成例を示す側面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のパンタグラフアーム式燃料交換機のアームの伸長状態を示す側面図である。

符号の説明

１ 本体胴
２ アームガイド
３ 上アーム
３ａ 上アーム上部
３ｂ 上アーム下部
４ 下アーム
４ａ 下アーム上部
４ｂ 下アーム下部
５ 補助アーム
６ グリッパ駆動軸
７ａ〜７ｄ ユニバーサルジョイント
８ グリッパユニット
９ グリッパ
１０ グリッパ昇降機構
１１ａ、１１ｂ 上アーム用軸受け
１２ａ、１２ｂ 下アーム用軸受け
１３ａ、１３ｂ 補助アーム用軸受け
１４ａ、１４ｂ 駆動軸サポート用軸受け
２０ 燃料交換機
５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ 上アーム用側板
６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂ 下アーム用側板
７１、７２ 補助アーム用側板
５３ａ、５３ｂ、６３ａ、６３ｂ、７３ 補強用リブ板
５４ａ、５５ａ、５４ｂ、５５ｂ、６４ａ、６５ａ、６４ｂ、６５ｂ、７４、７５、７６、７７ フランジ部

Claims (6)

1. 燃料集合体を掴むグリッパと、
   前記グリッパを昇降自在に内部に保持するグリッパユニットと、
   折り畳み動作によって前記グリッパユニットを水平方向に移動させるアーム機構と、
   前記アーム機構を介して前記グリッパユニットを支持しながら、前記アーム機構および前記グリッパユニットを収容可能な本体胴と、
   前記本体胴から引き出され、前記アーム機構のアームにて支持されながら前記アームに沿って前記グリッパユニットに導かれ、前記グリッパを昇降させる駆動力を伝達するグリッパ駆動軸とを備えることを特徴とする原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機。
2. 前記アーム機構は、
   前記本体胴内に昇降自在に保持されたアームガイドと、
   一端が前記グリッパユニットに結合されるとともに、他端が前記アームガイドに結合された上アームと、
   前記上アームと並列に配置され、一端が前記グリッパユニットに結合されるとともに、他端が前記アームガイドに結合された下アームと、
   一端が前記下アームの中央部に結合されるとともに、他端が前記本体胴に結合された補助アームとを備え、
   前記グリッパ駆動軸は、前記上アームにて支持されながら前記上アームに沿って前記グリッパユニットに導かれていることを特徴とする請求項１記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機。
3. 前記アーム機構を折り畳んだ時に、前記上アームの上部が前記アームガイドと重なり、前記上アームの下部が前記下アームの上部と重なり、前記下アームの下部が前記補助アームと重なるように構成され、前記アームガイドには、前記上アームの上部が前記アームガイドと重なった時に、前記アームガイドが前記上アームの上部と干渉しないようにするための凹部が形成され、前記上アームには、前記上アームの下部が前記下アームの上部と重なった時に、前記上アームの下部が前記下アームの上部と干渉しないようにするための段差が形成され、前記下アームには、前記下アームの下部が前記補助アームと重なった時に、前記下アームの下部が前記補助アームと干渉しないようにするための段差が形成されていることを特徴とする請求項２記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機。
4. 前記上アームの上部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部が前記グリッパユニット側に形成されるように、上アーム用側板の間に補強用リブ板が配置され、
   前記上アームの下部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部が前記本体胴側に形成されるように、上アーム用側板の間に補強用リブ板が配置されていることを特徴とする請求項２または３記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機。
5. 前記下アームの上部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部が前記グリッパユニット側に形成されるように、下アーム用側板の間に補強用リブ板が配置され、
   前記下アームの下部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部が前記グリッパユニット側に形成されるように、下アーム用側板の間に補強用リブ板が配置されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機。
6. 前記下アームの下部では、前記グリッパ駆動軸を通すための凹部は段差構造を有し、前記下アームの下部の凹部の下段側が挿入されるように、前記補助アームの補助アーム用側板の間に補強用リブ板が配置されていることを特徴とする請求項５記載の原子炉のパンタグラフアーム式燃料交換機。

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