JP2009168606A - 試験片装荷装置及び原子炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉心シュラウドの直径を小さくすることができる試験片装荷装置を提供する。
【解決手段】試験片装荷装置１５は、ビーム１２、収納容器１０、上部係合装置２５及び下部係合装置２７を備える。上部係合装置２５はビーム１６の上端部に取り付けられ、下部係合装置２７はビーム１６の下端部に取り付けられる。収納容器１０はビーム１６に取り付けられる。収納容器１０は横断面が長方形をしており収納容器１７の厚みは、燃料集合体の下部タイプレートの外幅よりも薄い。このため、試験片装荷装置１５は、上部格子板５の格子部材に形成された、燃料集合体４が挿入できない大きさの開口部に挿入される。複数の試験片１８が収納容器１０内に取り付けられている。上部係合装置２５がビーム１２の上端部を上部格子板５に係合し、下部係合装置２７がビーム１２の下端部を炉心支持板１０に係合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験片装荷装置及び原子炉に係り、特に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に適用するのに好適な試験片装荷装置及び原子炉に関する。

ＢＷＲは、原子炉圧力容器内に試験片を装荷するためのブラケットが備えられている。試験片は、ＢＷＲの構造材であり、原子炉圧力容器内に設けられたブランケットに装荷される。この試験片は、炉内構造物の予防保全及びプラントの信頼性を向上させる観点から、炉心で発生する中性子及びγ線を照射され、炉内構造部材の放射線照射による経年劣化による機械的性質の変化を評価するために用いられる。

炉内構造部材の材料特性を評価するために用いられる試験片装荷装置の例が、特開２０００−１６２３６３号公報及び特開平９−３０４５８２号公報に記載されている。特開２０００−１６２３６３号公報及び特開平９−３０４５８２号公報に記載された試験片装荷装置は、いずれも、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）内に設置された炉心シュラウド内に配置される。

特開２０００−１６２３６３号公報に記載された試験片装荷装置は、横断面が燃料集合体の横断面と同じ大きさであり、燃料集合体のチャンネルボックスと同様な角筒状の試験体の上端部にハンドルを取り付けた構造を有している。放射線の照射を受ける角筒状の試験体は炉内構造部材で作成されている。取り替えられる別の、放射線の照射を受ける試験片が、この試験体の外面に取り付けられている。炉心シュラウドは、複数の燃料集合体が装荷されて構成される炉心を取り囲んでいる。試験片装荷装置は、炉心内の最外層に配置された燃料集合体と炉心シュラウドの間に配置され、下端部が炉心支持板に支持され、上端部が上部格子板に保持される。

特開平９−３０４５８２号公報に記載された試験片装荷装置は、横断面が燃料集合体の横断面と同じ大きさであり、角筒状の収納容器内に複数の試験片を収納している。これらの試験片は、互いに連結されて収納容器内で吊り下げられている。収納容器の上端部にハンドルが取り付けられる。特開２０００−１６２３６３号公報と同様に、試験片装荷装置は、炉心内の最外層に配置された燃料集合体と炉心シュラウドの間に配置され、上端部が上部格子板に保持される。

特開２０００−１６２３６３号公報 特開平９−３０４５８２号公報

特開２０００−１６２３６３号公報及び特開平９−３０４５８２号公報に記載された試験片装荷装置は横断面が燃料集合体の横断面と同じ大きさであるので、炉心内の最外層に配置された燃料集合体と炉心シュラウドの間に試験片装荷装置を挿入するスペースを確保しようとすると、炉心シュラウドの直径を大きくする必要がある。

本発明の目的は、炉心シュラウドの直径を小さくすることができる試験片装荷装置及び原子炉を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、原子炉圧力容器内に設置された上部格子板から炉心支持板までの長さを有するビームと、ビームに取り付けられ、試験片を収納する収納容器と、ビームの上端部に取り付けられ、上部格子板に係合される上部係合装置と、及びビームの下端部に取り付けられ、炉心支持板に係合される下部係合装置とを備え、
収納容器の厚みは、上部格子板及び炉心支持板に保持される燃料集合体の下部燃料支持部材の外幅よりも薄くなっていることにある。

試験片を収納する収納容器の厚みが燃料集合体の下部燃料支持部材の外幅よりも薄いので、この収納装置を備えた試験片装荷装置を炉心に装荷された最外層の燃料集合体と炉心シュラウドとの間に配置することができて炉心シュラウドの直径を小さくすることができる。その試験片装荷装置は、特開２０００−１６２３６３号公報及び特開平９−３０４５８２号公報に示されたそれぞれの試験片装荷装置に比べて炉心の半径方向における厚みが薄いので、それらの公知の試験片装置に比べて炉心シュラウドの直径を小さくすることができる。

本発明によれば、炉心シュラウドの直径を小さくすることができる。

以下、本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である、ＢＷＲに適用する実施例１の試験片装荷装置を、図１〜図６に基づいて説明する。本実施例の試験片装荷装置を説明する前に、その試験片装荷装置が適用されるＢＷＲの概略の構造を、図７を用いて説明する。

ＢＷＲは、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）１を有し、ＲＰＶ１内に炉心３を配置している。炉心シュラウド２が、ＲＰＶ１内に設置されて炉心３を取り囲んでいる。上部格子板５が炉心３の上方の上方に配置されて炉心シュラウド２に設置され、炉心支持板１０が炉心３の下方に配置されて炉心シュラウド２に設置されている。炉心支持板１０がスタッドボルト１１によって炉心シュラウド２に取り付けられる。炉心３は、複数の燃料集合体４が配置されて構成される。各燃料集合体４は、下端部が炉心支持板１０に支持され、上端部が上部格子板５に保持される。上部格子板５は、図３に示すように、格子部材６を備えている。この格子部材６には、４体の燃料集合体４の上端部が挿入される複数の開口部７、及び１体の燃料集合体４の上端部が挿入される複数の開口部８が形成される。炉心シュラウド２は、ＲＰＶ２の底部に支持されるシュラウドサポート１２の上端に設置される。複数のジェットポンプ１３が、ＲＰＶ１と炉心シュラウド２との間に形成される環状流路であるダウンカマ１４に配置され、シュラウドサポート１２に設置される。

本実施例の試験片装荷装置１５は、ビーム（支持ロッド）１２、収納容器１０、上部係合装置２５及び下部係合装置２７を備えている。上部係合装置２５は上下方向に伸びるビーム１６の上端部に取り付けられ、下部係合装置２７はビーム１６の下端部に取り付けられる。収納容器１０は、ビーム１６の軸方向において中央部でビーム１６に取り付けられる。収納容器１０は、横断面が長方形をしており、ビーム１６の軸方向における形状も長方形をしている。炉内構造部材で作成された複数の試験片１８が収納容器１０内に収納され、収納容器１０に取り付けられている。

上部係合装置２５の構造について説明する。上部係合装置２５は、保持板（保持部材）１９、吊り金具２０、ピン３１及び係合機構２６を有する。保持板１９は、例えば正方形をした板であり、ビーム１６の上端に取り付けられる。吊り金具２０が保持板１９の上面に取り付けられる。係合機構２６は、軸保持部材２１、ハンドル部２２、回転軸２３及び抜け止め金具（離脱防止装置）２４を有する。軸保持部材２１は、保持板１９の上面に取り付けられ、軸方向に伸びる貫通孔を形成している。上端部にハンドル部２２が取り付けられた回転軸２３が、軸保持部材２１の上方よりその貫通孔内に挿入されている。回転軸２３は、回転可能にかつ下方に落下しないように軸保持部材２１に保持されている。具体的には、軸保持部材２１内に環状の圧縮バネ（図示せず）が配置されており、回転軸２３はこの圧縮バネ（押圧装置）内を貫通して下方に伸びている。圧縮バネは回転軸２３を上方に押し上げながら回転軸を保持している。軸保持部材２１は、圧縮バネによって上方に押し上げられる回転軸２３が軸保持部２１から抜け出ることを阻止する構造を有している。回転軸２３は、ハンドル部２２が取り付けられた上端部が軸保持部材２１より上方に位置しており、下端部が保持板１９の下面よりも下方に位置している。回転軸２３の下端部に取り付けられた抜け止め金具２４は、保持板１９の下面よりも下方に存在し、水平方向に細長く伸びている。抜け止め金具２４の先端部には、貫通孔である係合孔３２が形成されている。ピン３１は、保持板１９に取り付けられ、保持板１９の下面から下方に向って伸びている。水平方向において、回転軸２３の軸心からピン３１の軸心までの距離は、回転軸２３の軸心から係合孔３２の中心までの距離に等しくなっている。上部格子板５には、ピン３１が挿入される貫通孔２８が形成されている。

燃料集合体４は、複数の燃料棒の下端部を下部タイプレート（下部燃料支持部材）で支持し、それらの燃料棒の上端部を上部タイプレートで保持している。試験片装荷装置１５の収納容器１７の厚みは、燃料集合体４の下部タイプレートの、燃料棒を保持する上端部での向かい合う側面間の幅（下部燃料支持部材の外幅）よりも薄くなっている。上部格子板５に形成された貫通孔２８は、格子部材６に形成された開口部９の側に形成される。この開口部９は、燃料集合体４が挿入できない大きさであるが、試験片装荷装置１５の収納容器１７が挿入できる大きさを有する。

下部係合装置２７は、図６に示すように、環状部材で構成され、ビーム９に接合されている。

試験片装荷装置１５のＲＰＶ１内への装着について説明する。ＢＷＲの運転が停止された後、ＢＷＲの定期検査が実施される。また、ＢＷＲの運転停止後、ＲＰＶ１の蓋が取り外され、炉心３に装荷されている燃料集合体のうち寿命に達した燃料集合体（使用済燃料集合体）が炉心３から取り出され、替りに、新燃料集合体が炉心３に装荷される。ＲＰＶ１の蓋が取り外されているとき、収納容器１７内に試験片１８が取り付けられた試験片装荷装置１５が、ＲＰＶ１内に挿入される。試験片試験装置１５のＲＰＶ１内への挿入は、例えば、作業員が、運転床上に設けられたレールに沿って走行可能な燃料交換機（図示せず）（または作業用台車）の上に載って、操作用ポールのフックに試験片装荷装置１５の吊り金具２０を吊るし、その操作用ポールを用いて試験片装荷装置１５をＲＰＶ１内に降ろしていく。この試験片装荷装置１５は、矢印２９（図４参照）の方向に下降するに伴って上部格子板５に形成された開口部９内に挿入され、炉心支持板１０に取り付けられたスタットボルト１１の上端部が下部係合装置２７の環状部材内に挿入される。同時に、保持板１９に設けられたピン３１が上部格子板５の貫通孔２８内に挿入される。抜け止め金具２４は、ハンドル部２２により回転軸２３を回転させて、開口部９内への試験片装荷装置１５の挿入時に上部格子板５に当たらない位置に向けられている。保持板１９が上部格子板５の上面に着座した後、操作用ポールのフックが吊り金具２０から取り外される。

作業員は、ハンドル部２２を操作する操作用ポールの下端部を上部格子板５上に着座した試験片装荷装置１５のハンドル部２２に係合させ、この操作用ポールによる操作によってハンドル部２２を下方に押しながら矢印３０（図４参照）の方向に回転させる。回転軸２３も同じ方向に回転される。ハンドル部２２が下方に押し下げられることによって、軸保持部材２１内の圧縮バネが圧縮されて回転軸２３も下方に移動する。抜け止め金具２４の上面は、上部格子板５の下面よりも下方で、貫通穴２８内に挿入されたピン３１の下端よりも下方に位置することになる。この状態で、上記のようにハンドル部２２が回転されるので、抜け止め金具２４の先端部は、矢印３０の方向に回転して上部格子板５の真下まで移動し、抜け止め金具２４に形成された係合孔３２がピン３１の真下に位置決めされる。操作用ポールによりハンドル部２２に加えている押し下げ力を弱めることによって、回転軸２３が圧縮バネの作用により上方に持ち上げられるので、抜け止め金具２４が上方に移動し、ピン３１が係合孔３２内に挿入される。ハンドル部２２に加えられている押し下げ力が完全に除去されると、抜け止め金具２４の上面が、回転軸２３に作用する圧縮バネのバネ力によって、上部格子板１９の下面に押し付けられる。

抜け止め金具２４の上面が圧縮バネの作用によって上部格子板１９の下面に押し付けられるので、ピン３１が係合孔３２から抜けることを防止できる。ピン３１が係合孔３２内に挿入されている状態では、抜け止め金具２４の回転が不可能であるので、試験片装荷装置１５の上端部は、上部格子板５から外れることがない。したがって、試験片装荷装置１５の上端部は、上部係合装置２５によって上部格子板５に確実に取り付けられる。下部係合装置２７内にスタットボルト１１が嵌め込まれているので、試験片装荷装置１５の下端部も炉心支持板１０に保持される。試験片装荷装置１５は、炉心シュラウド２の内側、具体的には、炉心シュラウド２と炉心２内で最外層に配置された燃料集合体４との間に配置される。

ＢＷＲの定期検査が終了した後、ＲＰＶ１は、取り外された蓋が取り付けられて密封される。ＢＷＲの運転が開始される。ＢＷＲの運転中、炉心３内の燃料集合体４に含まれる核燃料物質の核分裂によって発生する放射線（中性子及びγ線等）が、試験片装荷装置１５に設けられている試験片１８に照射される。所定期間の間、ＲＰＶ１内に設置された試験片装荷装置１５は、所定期間が経過した後の定期検査時に運転が停止されているＢＷＲのＲＰＶ１から取り出される。試験片装荷装置１５のＲＰＶ１からの取り出しも、作業員が操作用ポールを操作することによって行われる。

ハンドル部２２を操作用ポールによって押し下げて抜け止め金具２４の上面をピン３１の下端よりも下方に押し下げる。ピン３１が係合孔３２から抜けるので、回転軸２３の回転が可能になる。ハンドル部２２と噛み合った操作用ポールを回転させて回転軸２３を矢印３０の向きと逆の方向に９０°だけ回転させ、抜け止め金具２４をこの先端部が上部格子板５の真下にならない位置まで移動させる。その後、操作用ポールをハンドル部２２から外し、操作用ポールのフックを吊り金具２０に引っ掛ける。作業員が操作用ポールを持ち上げることによって、上部格子板５に着座していた試験片装荷装置１５が、炉心シュラウド２よりも上方に移動し、ＲＰＶ１から取り出される。試験片１８は、ＲＰＶ１から取り出された試験片装荷装置１５から取り外されて種々の試験が行われる。

本実施例は、試験片装荷装置１５を高線量領域である炉心シュラウド２の内側に配置することができる。このため、試験片は、炉内構造部材と同じ材料で構成されているので、放射線照射下で炉内構造部材の材料特性の変化を精度良く知ることができる。

試験片装荷装置１５は試験片を収納する収納容器１７の厚みが燃料集合体４の下部燃料支持部材の外幅よりも薄いので、この試験片装荷装置１５を炉心３に装荷された最外層の燃料集合体と炉心シュラウド２との間に配置しても、炉心シュラウド２の直径を小さくすることができる。すなわち、本実施例の試験片装荷装置１５は、特開２０００−１６２３６３号公報及び特開平９−３０４５８２号公報に示された試験片装荷装置に比べて炉心３の半径方向における厚みが薄いので、これらの試験片装置に比べて炉心シュラウド２の直径を小さくすることができる。

本実施例は、上部係合装置２５が上部格子板５と係合し、下部係合装置２７が炉心支持板１０に取り付けられた固定部材（スタッドボルト１１）と係合されているので、冷却水（冷却材）が流れる炉心シュラウド２の内側に配置される試験片装荷装置１５の流動振動を防止することができる。特に、上部係合装置２５が、上部格子板５の上に着座する保持板（保持部材）１９、保持板１９に設けられて上部格子板５に挿入されるピン（棒状部材）３１、及び上部格子板５より下方に位置して上部格子板５の真下に向かって回転可能な抜け止め金具（離脱防止装置）２４を有するので、試験片装荷装置１５の上端部を簡単に上部格子板５に取り付けることができる。このような上部係合装置２５によって、試験片装荷装置１５の上端部を上部格子板５に動かないように保持することができる。下部係合装置２７はスタットボルト１１が挿入できる環状部材を有するので、試験片装荷装置１５の下端部を簡単に炉心支持板５に動かないように保持することができる。

保持板１９が上部格子板５の上面に接触しかつピン３１が上部格子板５の貫通穴２８内に挿入された状態で、抜け止め金具２４が上部格子板５の下面に接触しているので、試験片装荷装置１５は上部格子板５から離脱することが防止される。さらに、抜け止め金具２４に形成された係合孔３２内にピン３５が挿入されるので、抜け止め金具２４の回転が防止されるので、試験片装荷装置１５の上部格子板５から離脱が不可能になり、試験片への放射線の照射中、試験片装荷装置１５の上部格子板５への保持を確実に行うことができる。

抜け止め用の金具１５は、図示してないが、圧縮バネの替りボルトを用いて上部格子板の下から押し付けてもよい。

既設のＢＷＲにおいて、保持板１９に設けられたピン３１を差し込むための貫通孔２８が上部格子板５に形成されていない場合には、切削くずがＲＰＶ１内に飛散しないような措置をとって、上部格子板５に貫通孔２８を加工すればよい。貫通孔２８が上部格子板５に形成されていない場合には、上部格子板５と炉心シュラウド２の間に形成される溝に、上部係合装置２５に設けた金具を差込むことによって試験片装荷装置１５を上部格子板５に取り付けることも可能である。

本発明の好適な一実施例である試験片装荷装置の側面図である。 図１に示す試験片装荷装置の正面図である。 図１に示す試験片装荷装置の上部格子板に取り付けた状態の平面図である。 図１に示す試験片装荷装置の上部係合装置の拡大斜視図である。 図１に示す上部係合装置を上部格子板に取り付けた状態の斜視図である。 図１に示す試験片装荷装置の下部係合装置の拡大斜視図である。 図１に示す試験片装荷装置が適用される騰水型原子炉の構成図である。

符号の説明

１…原子炉圧力容器、２…炉心シュラウド、３…炉心、４…燃料集合体、５…上部格子板、６…格子部材、７，８，９…開口部、１０…炉心支持板、１１…スタットボルト、１５…試験片装荷装置、１６…ビーム、１７…収納容器、１８…試験片、１９…保持板、２０…吊り金具、２１…軸保持部材、２２…ハンドル部、２３…回転軸、２４…抜け止め金具、２５…上部係合装置、２６…係合機構、２７…下部係合装置、３１…ピン、３２…係合孔。

Claims (6)

1. 原子炉圧力容器内に設置された上部格子板から炉心支持板までの長さを有するビームと、前記ビームに取り付けられ、試験片を収納する収納容器と、前記ビームの上端部に取り付けられ、前記上部格子板に係合される上部係合装置と、及び前記ビームの下端部に取り付けられ、前記炉心支持板に係合される下部係合装置とを備え、
   前記収納容器の厚みは、前記上部格子板及び前記炉心支持板に保持される燃料集合体の下部燃料支持部材の外幅よりも薄くなっていることを特徴とする試験片装荷装置。
2. 前記上部係合装置が、前記上部格子板の上に着座される保持部材、前記保持部材に設けられて前記上部格子板に形成された貫通孔に挿入される棒状部材、及び前記保持部材に回転可能に取り付けられ前記上部格子板の下面に接触される離脱防止装置を有する請求項１に記載の試験片装荷装置。
3. 前記下部係合装置は前記炉心支持板を固定する固定部材に嵌め合わされる環状部材を有する請求項１または請求項２に記載の試験片装荷装置。
4. 前記離脱防止装置は前記棒状部材が挿入される貫通孔が形成されている請求項２に記載の試験片装荷装置。
5. 前記離脱防止装置を前記上部格子板の下面に押し付ける押圧装置が前記保持部材に設けられた請求項２または請求項４に記載された試験片装荷装置。
6. 原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器内に設けられ、複数の燃料集合体が装荷される炉心を取り囲む炉心シュラウドと、前記炉心シュラウドに設置され、前記燃料集合体の下端部を保持する炉心支持板と、前記炉心シュラウドに設置され、前記燃料集合体の上端部を保持する上部格子板と、前記炉心に配置された最外層の前記燃料集合体と前記炉心シュラウドとの間に配置された試験片装荷装置とを備え、
   前記試験片装荷装置は、前記上部格子板から前記炉心支持板までの長さを有するビーム、前記ビームに取り付けられ、試験片を収納する収納容器、前記ビームの上端部に取り付けられ、前記上部格子板に係合される上部係合装置、及び前記ビームの下端部に取り付けられ、前記炉心支持板に係合される下部係合装置を有し、
   前記収納容器の厚みは、前記燃料集合体の下部燃料支持部材の外幅よりも薄くなっていることを特徴とする原子炉。

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