JP2010091403A - 燃料棒酸化膜厚測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料棒の表面のクラッドの除去や校正作業等の準備作業を含めて燃料棒の酸化膜厚の測定を効率よく、正確に行うことができるようにすること。
【解決手段】 枠体１２に取り付けられ水中にある燃料集合体１の燃料棒表面の酸化膜厚を測定する測定プローブ２０と、同じ枠体１２に取り付けられ燃料棒表面のクラッドを除去するクラッド除去治具３０とを備え、また測定プローブ２０を燃料棒１Ｒの被測定面に押し当てる際に燃料棒列１Ｌの間に食い込んで測定プローブ２０を燃料棒１Ｒの被測定表面に向けて案内するプローブ位置決めガイド２２を更に備えている。先ず、クラッド除去治具３０を測定すべき燃料棒１Ｒに当ててクラッドを除去し、次いで枠体１２の向きを変えて測定プローブ２０を燃料棒１Ｒに当てて酸化膜厚を測定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、原子力発電所で使用する燃料集合体の燃料棒表面の酸化膜厚を測定する装置の改良に関するものである。

原子力発電所で使用される燃料集合体は、照射に伴って表面が酸化することが解っている。燃料棒の表面に形成される酸化膜は、燃料集合体を長期にわたって使用する上で重要な指標の１つであり、その成長挙動を把握することは、燃料棒を使用する上で重要である。

このように燃料集合体の燃料棒表面の酸化膜厚を測定するために、水中に吊下げられる燃料棒酸化膜厚測定装置が用いられている。この装置によって測定する際に、その準備作業及び測定作業にある程度の時間が必要となるので、測定は、比較的作業時間に制約の少ない原子炉運転中に使用済み燃料を対象に行われている。

従来技術の燃料棒酸化膜厚測定装置は、図４に示すように、ワイヤ５８によって水中に吊下げられる枠体１２に搭載された測定プローブ２０から成っており、この測定プローブ２０は、Ｘ軸モータＸＭ、Ｙ軸モータＹＭ及びＺ軸モータＺＭによって位置制御されながら燃料棒１Ｒの所定の被測定面に押し当てて測定していた（図５参照）。

特に、燃料棒がＢＷＲ燃料棒である場合、酸化膜厚を測定する前に、燃料棒の表面に付着しているクラッドを除去しなければならないが、従来技術では、図６に示すように、燃料棒酸化膜厚測定装置とは別箇に長い吊下げ杆６０に保持されて水中に吊下げられたスポンジ又は樹脂製のへらの如きクラッド除去治具３０を燃料棒１Ｒの被測定表面に押し当てて手でクラッド除去治具３０を上下動してクラッドを除去し、その後、図７に示すように、クラッド除去治具３０と入れ替わって燃料棒酸化膜厚測定装置の測定プローブ２０を被測定面に押し当てて酸化膜厚を測定していた。

しかし、この方法では、燃料棒の被測定面毎に、クラッド除去治具３０と酸化膜厚測定装置１０とを交互に入れ替えながら作業するので、作業性が低い上に、クラッドの除去にむらが生じ易く、またクラッドを除去した位置に短時間で正確に測定プローブ２０を当てることが難しかった。

また、測定プローブ２０で燃料棒１Ｒの酸化膜厚を測定するためには、燃料棒の軸方向の長さで約２ｃｍ程度のクラッドを除去することができれば充分であるが、測定装置とは別箇のへら状のクラッド除去治具３０を使用してクラッドを手で除去しようとすると、作業者は、軸方向の長さで２ｃｍを越えて不必要に長い２０−３０ｃｍの長さにわたってクラッドを除去する傾向があり、発電所の燃料貯蔵プールに多量のクラッドを拡散させることになり、作業員の被爆防止の面から好ましくない。

更に、酸化膜厚を測定する際には、測定対象である燃料棒と同じ材質で同じ外径の校正棒を用いて予め測定プローブを水中で校正する必要がある。従来技術では、酸化膜厚測定装置の測定プローブは、別途に用意した校正棒を用いて校正を行っていたので、作業性が低い上に、測定プローブを校正棒に直角に接触させることが困難であり、校正値にバラツキが生じ、短時間で正確な校正を行うことができなかった。校正が不安定であると、測定中に校正作業をやり直す必要があり、この面からも作業効率が低下する欠点があった。

国内の原子力発電所では、外径が異なる燃料棒を有する複数種類の燃料集合体を同じ原子炉に同時に装荷することがある。校正棒は、実際に測定しようとする燃料集合体の燃料棒と同じ材質及び外径を有しなければならないので、被測定燃料棒の種類と同じ種類の校正棒を用意し、各種類毎に校正作業を行わなければならないため、校正作業に多大の時間を必要としていた。

また、従来技術の装置は、図７に示すように、枠体１２は被検査対象物である燃料集合体１に対して位置が固定されており、測定すべき燃料棒１Ｒを変えるためには、Ｘ、Ｙ、ＺのモータＸＭ、ＹＭ、ＺＭを駆動して測定プローブ２０を枠体１２上を移動して検査すべき燃料棒に向けて移動しており、これは、校正棒に向けて移動する場合も同じであり、測定プローブの移動にも相当の時間を要する欠点があった。

本発明が解決しようとする課題は、クラッドの除去や校正作業等の準備作業を含めて燃料棒の酸化膜厚の測定を効率よく、正確に行うことができる燃料棒酸化膜厚測定装置を提供することにある。

本発明の課題解決手段は、枠体に取り付けられ水中にある燃料集合体の燃料棒表面の酸化膜厚を測定する測定プローブを備えた燃料棒酸化膜厚測定装置において、枠体に燃料棒表面のクラッドを除去するクラッド除去治具と測定プローブを燃料棒の被測定面に押し当てる際に燃料棒の間に挿入して測定プローブを燃料棒の被測定表面に向けて案内するプローブ位置決めガイドとを更に備えたことを特徴とする燃料棒酸化膜厚測定装置を提供することにある。

本発明の課題解決手段において、枠体は、吊下げ杆に取り付けられ、測定プローブとクラッド除去治具とは、枠体に吊下げ杆の軸線を中心とする回動方向に間隔をあけて支持され、測定プローブとクラッド除去治具とは、吊下げ杆の回動によって燃料棒の被測定表面に選択的に対応するようにすることができる。この場合、測定プローブとクラッド除去治具とは、枠体にその回動方向の対称位置に支持されているのが好ましい。また、クラッド除去治具は、手動又は電動ブラシとすることができる。更に、測定プローブの垂直方向の中心位置とクラッド除去治具の垂直方向の中心位置とは整合しているのが望ましい。

本発明の課題解決手段において、枠体に着脱自在に取り付けられた少なくとも１種類の校正棒を更に備えているのが好ましい。

本発明によれば、上記のように、測定プローブとクラッド除去治具とは、同じ枠体に取り付けられて一体化しているので、枠体を変位することによってクラッド除去作業とそれに引き続いて酸化膜厚の測定作業を行うことができ、測定作業を高い効率で行うことができ、また測定プローブはプローブ位置決めガイドによって燃料棒の所定の被測定面に正確に押し当てて高い精度で測定することができる。

特に、クラッド除去治具が測定プローブと同じ枠体に搭載されていて測定プローブとクラッド除去治具との中心位置が同じ水平面内で整合して同一軸線上にあると、吊下げ杆の回動でクラッド除去治具を測定プローブの測定位置に合わせることができるので、クラッドを必要以上に除去することがなく、従って燃料貯蔵プールに多量のクラッドを拡散させることがなく、作業員の被爆防止の面から好ましい上に、クラッドの除去にむらがなく、またクラッドを除去した位置に短時間で正確に測定プローブを当てることができるので有利である。

更に、枠体に校正棒を着脱自在に搭載していると、測定プローブの校正を効率よく行うことができ、測定プローブを校正棒に直角に接触させることができるので、校正値にバラツキが生じることがなく、短時間で正確な校正を行うことができ、測定中に校正作業のやり直しが不要となり、この面からも作業効率が向上する。従って、多種類の燃料集合体を有する原子炉に好適に使用することができる。

本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１は、本発明に係わる燃料棒酸化膜厚測定装置１０を示し、この燃料棒酸化膜厚測定装置１０は、測定ヘッド１０Ｈとこの測定ヘッド１０Ｈを吊り降ろす中空吊下げ杆１０Ｓとから成っている。

測定ヘッド１０Ｈは、枠体１２に取り付けられ水中にある燃料集合体１の燃料棒１Ｒの表面の酸化膜厚を測定する測定プローブ２０と、同じく枠体１２に取り付けられ燃料棒表面のクラッドを除去するクラッド除去治具３０とを備えている。

枠体１２は、図１及び図２に示すように、上下の枠板１２Ｕ、１２Lとこれらの水平枠板１２Ｕ、１２Ｌに一体に連続する左右の側枠板１２Ｓとを有し両端が開口する中空枠体１２Ｈから成り、測定プローブ２０は、図１から解るように、中空枠体１２Ｈの一方の開口（図1の右側の開口）から露出するように中空枠体１２Ｈ内に保持され、またクラッド除去治具３０は、中空枠体１２Ｈの他方の開口から露出するように中空枠体１２Ｈ内に保持されている。

中空吊下げ杆１０Ｓは、中空枠体１２Ｈの上枠板１２Ｕに取り付けられ、中空枠体１２Ｈは、この中空吊下げ杆１０Ｓをその軸線を中心に回すことによってその開口の向きを変えることができるようになっている。従って、測定プローブ２０とクラッド除去治具３０とは、枠体１２に吊下げ杆１０Ｓの回動方向に間隔をあけて対称的に支持されていることになり、また測定プローブ２０とクラッド除去治具３０とは、後の述べるように、吊下げ杆１０Ｓの回動によって燃料棒１Ｒの被測定表面に選択的に対応するようにすることができる。

測定プローブ２０は、典型的には、渦電流を利用して燃料棒１Ｒの表面の酸化膜厚を測定する形態のものが利用されるが、それに限定されない。この測定プローブ２０の駆動及び測定結果の表示は、中空吊下げ杆１０Ｓ内を延びる図示しないケーブルを介して図示しない操作盤で行われる。

クラッド除去治具３０は、図示の形態では、中空枠体１２Ｈに回転自在に支持された回転ブラシ３０Ｂから成っており、この回転ブラシ３０Ｂは、中空枠体１２Ｈに取り付けられた中空吊下げ杆１０Ｓの上端に搭載されたモータ３２から中空吊下げ杆１０Ｓ及び中空枠体１２Ｈ内に設けられた種々の伝動機構３４を介して駆動される。伝動機構３４は、図示の形態では、中空吊下げ杆１０Ｓ内を下降して中空枠体１２Ｈ内に延びる縦回転軸３４Ｓとこの縦回転軸３４Ｓから傘歯車を含む歯車群３４Ｇとチェーン・スプロケット伝動手段３４ＣＳとから成っている。このモータ３２の駆動も図示しない操作盤で行われる。

中空吊下げ杆１０Ｓは、上端に吊り金具１０ＳＭを有し、この吊り金具１０ＳＭは、図３に示すように、原子炉建屋５０に設けられたチャンネル取扱いブーム５４の吊り条５６を介して吊下げられて使用済み燃料貯蔵プール５２内の水中に吊下げられる。

本発明の燃料棒酸化膜厚測定装置１０は、図２に示すように、測定プローブ２０を燃料棒１Ｒの被測定面に押し当てる際に燃料棒列１Ｌの間に食い込んで（挿入して）測定プローブ２０を燃料棒１Ｒの被測定表面に向けて案内するプローブ位置決めガイド２２を更に備えている。

図１及び図２の形態では、このプローブ位置決めガイド２２は、中空枠体１２Ｈの下枠板１２Ｌに取り付けられたブラケット１２Ｂから櫛歯状に延びる複数のガイド片２２Ｐから成っており、各ガイド片２２Ｐは、測定の目的で、測定プローブ２０を燃料棒１Ｒの被測定面に押し付けようとする際に、燃料集合体１の隣り合う燃料棒列１Ｌの間に食い込んで測定プローブ２０を所定の被測定面に確実に誘導するように測定プローブ２０を案内する。

なお、図１に示すように、測定プローブ２０の垂直方向の中心高さ位置がクラッド除去治具３０の垂直方向の中心高さ位置とほぼ同じであると、被測定面のクラッド除去部分に測定プローブ２０が押し当てられるので、好ましい。

また、本発明の燃料棒酸化膜厚測定装置１０は、枠体１２の上枠板１２Ｕに着脱自在に取り付けられた校正棒４０を更に備えている。図示の形態では、この校正棒４０は、上枠板１２Ｕ上にロータリーアクチュエータ（回転機構のエアシリンダ）４２で揺動自在に支持された校正棒支持部材４６に着脱自在に取り付けられている。校正棒４０は、校正棒支持部材４６の支持孔（図示せず）に貫通して反対側でナット４８によって交換可能に取り付けられている。図面では、１つの校正棒４０が示されているだけである、複数の校正棒４０が交換自在に取り付けられていてもよく、この場合には、所定の校正棒４０をロータリーアクチュエータ４２で１本づつ測定プローブ２０の前方に来るように移動する。

校正棒支持部材４６は、ロータリーアクチュエータ４２を中心に揺動して、図１に示される非校正位置と測定プローブ２０に接触する校正位置との間を移動することができる。

次に、本発明の燃料棒酸化膜厚測定装置１０の使用状態を図３を参照して述べると、本発明の燃料棒酸化膜厚測定装置１０は、チャンネル取扱いブーム５４から吊下げられている吊下げ条５６に測定ヘッド１０Ｈから立ち上がっている中空吊下げ杆１０Ｓを引っ掛けて使用済み燃料である燃料集合体１が貯蔵されている貯蔵プール５２の水中に測定ヘッド１０Ｈを吊り下ろして使用される。

図３に示すように、測定ヘッド１０Ｈは、燃料集合体１の測定すべき特定の燃料棒１Ｒを有する位置に対応させる。この状態で、先ず、クラッド除去治具３０を測定すべき燃料棒１Ｒに対向させてクラッド除去作業を行う。この作業は、作業者Ｐが図示しない操作盤を操作してモータ３２を駆動することにより行われる。

その後、作業者Ｐは、中空吊下げ杆１０Ｓを約１８０度回して、測定ヘッド１０Ｈの測定プローブ２０をクラッドが除去された被測定燃料棒１Ｒに対向させた後、その被測定燃料棒１Ｒの被測定面に押し当てる。この作業は、作業者Ｐが中空吊下げ杆１０Ｓを手で操作して行われる。この場合、測定プローブ２０は、プローブ位置決めガイド２２が燃料集合体１の隣り合う燃料棒列１Ｌの間を潜って測定すべき所定の燃料棒１Ｒに適正な姿勢で接触するので、測定を正確に行うことができる。

この状態で、作業者Ｐは、操作盤を操作して測定プローブ２０を駆動して燃料棒１Ｒの被測定面の酸化膜厚を測定する。測定プローブ２０の測定結果は、中空吊下げ杆１０Ｓ上を延びる図示しないケーブルを通して操作盤に表示される。

測定前の測定プローブ２０の校正作業は、作業者Ｐが操作盤で校正棒支持部材４６を揺動して所定の校正棒４０を測定プローブ２０に接触させて行われる。

燃料集合体１中の１つの燃料棒１Ｒの測定が行われた後、中空吊下げ杆１０Ｓを動かして他の燃料棒１Ｒの測定を行うことができ、これを繰り返して燃料集合体全体の測定を行うことができる。

なお、上記の実施の形態では、クラッド除去治具３０は、電動式ブラシから成っていたが、手動回転式のブラシから成っていてもよいし、ブラシ以外の適宜のクラッド除去機能を有する部材から成っていてもよい。

本発明によれば、測定プローブとクラッド除去治具とが一体化しているので、測定装置の向きを変えることによってクラッド除去作業とそれに引き続いて酸化膜厚の測定作業を行うことができ、測定作業を高い効率で行うことができ、また測定プローブはプローブ位置決めガイドによって燃料棒の所定の被測定面に正確に押し当てて高い精度で測定することができ、産業上の利用性が向上する。

本発明に係わる燃料棒酸化膜厚測定装置の全体を示す垂直断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の測定装置の使用状態の概略側面図である。 従来技術による燃料棒の酸化膜厚測定方法を説明する概略側面図である。 従来技術に用いられる測定装置の使用状態の拡大側面図である。 図５の装置で測定にするに先立って燃料棒のクラッドを除去する状態を示す側面図である。 図５の装置の使用状態の水平断面図である。

符号の説明

１ 燃料集合体
１Ｒ 燃料棒
１Ｌ 燃料棒列
１０ 燃料棒酸化膜厚測定装置
１０Ｈ 測定ヘッド
１０Ｓ 中空吊下げ杆
１０ＳＭ 吊り金具
１２ 枠体
１２Ｈ 中空枠体
１２Ｂ ブラケット
１２Ｕ 上枠板
１２Ｌ 下枠板
１２Ｓ 側枠板
２０ 測定プローブ
２２ 位置決めガイド
２２Ｐ ガイド片
３０ クラッド除去治具
３０Ｂ 回転ブラシ
３２ モータ
３４ 伝動機構
３４Ｓ 縦回転軸
３４Ｇ 歯車群
３４ＣＳ チェーン・スプロケット伝動手段
４０ 校正棒
４２ ロータリーアクチュエータ
４６ 校正棒支持部材
４８ ナット
５０ 原子炉建屋
５２ 使用済み燃料貯蔵プール
５４ チャンネル取扱いブーム
５６ 吊り条
６０ 吊下げ杆

Claims (6)

1. 枠体と前記枠体に取り付けられ水中にある燃料集合体の燃料棒表面の酸化膜厚を測定する測定プローブとを備えた燃料棒酸化膜厚測定装置において、前記枠体に前記燃料棒表面のクラッドを除去するクラッド除去治具と前記測定プローブを前記燃料棒の被測定面に押し当てる際に前記燃料棒の間に挿入して前記測定プローブを前記燃料棒の被測定表面に向けて案内するプローブ位置決めガイドとを更に備えたことを特徴とする燃料棒酸化膜厚測定装置。
2. 請求項１に記載の燃料棒酸化膜厚測定装置であって、前記枠体は、吊下げ杆に取り付けられ、前記測定プローブと前記クラッド除去治具とは、前記枠体に前記吊下げ杆の軸線を中心に回動する方向に間隔をあけて支持され、前記測定プローブと前記クラッド除去治具とは、前記中空吊下げ杆の回動によって前記燃料棒の被測定表面に選択的に対応するようにしたことを特徴とする燃料棒酸化膜厚測定装置。
3. 請求項２に記載の燃料棒酸化膜厚測定装置であって、前記測定プローブと前記クラッド除去治具とは、前記枠体にその回動方向の対称位置に支持されていることを特徴とする燃料棒酸化膜厚測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料棒酸化膜厚測定装置であって、前記クラッド除去治具は、手動又は電動の回転ブラシであることを特徴とする燃料棒酸化膜厚測定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料棒酸化膜厚測定装置であって、前記測定プローブの垂直方向の中心位置と前記クラッド除去治具の垂直方向の中心位置とは整合していることを特徴とする燃料棒酸化膜厚測定装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料棒酸化膜厚測定装置であって、前記枠体に着脱自在に取り付けられた少なくとも１種類の校正棒を更に備えていることを特徴とする燃料棒酸化膜厚測定装置

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