JP2013053928A - 制御棒・燃料支持金具取扱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現行型制御棒と異なる長さの制御棒の取外し、取付け操作を簡単かつ瞬時に変更して取扱うことができる制御棒・燃料支持金具取扱装置を提供する。
【解決手段】本発明の制御棒・燃料支持金具取扱装置２０は、燃料支持金具６を取外しおよび取付け可能に把持する燃料支持金具つかみ具２３と、この燃料支持金具つかみ具２３に収納され、制御棒４を取外しおよび取付け可能に把持する制御棒つかみ具２２とを有し、制御棒つかみ具２３は、制御棒つかみ具本体４０の上部につかみ具着座保持機構４５を、下端部に制御棒つかみ部材４１をそれぞれ備える。つかみ具着座保持機構４５は、制御棒つかみ部材４１が現行型制御棒４を取合い可能となるように前記原子炉圧力容器内の上部格子板５に着座して保持可能な第１支持部材５０と、現行型制御棒４とは異なる長さの制御棒３０を取り扱うために、第１支持部材５０とは異なる軸方向位置で上部格子板５に着座して保持可能な第２支持部材５１とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の定期検査時に原子炉内の制御棒と燃料支持金具を把持して取外し、引き上げて原子炉外へ移送する場合と、これらの制御棒または新型制御棒と燃料支持金具を原子炉内に再び取付けて装架する場合に使用される制御棒・燃料支持金具取扱装置に関する。

一般に、ＢＷＲの炉心は、図１１に示すように原子炉圧力容器１の内部に円筒状の炉心シュウラド２を設け、この炉心シュウラド２内に燃料集合体３および制御棒４を装荷して構成されている。燃料集合体３は上部を上部格子板５により、また下部を燃料支持金具６を介して炉心支持板７により支持される。炉心に装架された各燃料集合体３には燃料支持金具６のオリフィス孔より冷却材が流入するようになっている。

また、制御棒４は、原子炉圧力容器１の底部を貫通して設けられた制御棒駆動機構８に連結され、この制御棒駆動機構８により炉心支持板７に取り付けられた制御棒案内管９内を通り、燃料支持金具６に支持された４体一組の燃料集合体３の間の横断面十字状空間部を上下方向に昇降するようになっている。

また、近年に改良を加えられた改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）では、制御棒４と制御棒駆動機構８との連結手段にバイオネットカップリング１０を用いている。図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、制御棒４と制御棒駆動機構８との連結構造を示すバイオネットカップリング１０である。このバイオネットカップリング１０は制御棒４の下端に設けられる。バイオネットカップリング１０は、制御棒駆動機構８のカップリングスパット１１が挿入される係合穴１２の内面に、係合凸部１３を周方向にほぼ９０度間隔で配設して構成される。バイオネットカップリング１０を図１２（Ｂ）の状態にすることで、バイオネットカップリング１０の係合凸部１３とカップリングスパット１１とが係合されて、制御棒４と制御棒駆動機構８とが連結される。また、バイオネットカップリング１０を図１２（Ｂ）の状態から（Ｃ）の状態へ周方向にほぼ４５度回転させることにより、係合凸部１３とカップリングスパット１１との係合が外れて、制御棒４と制御棒駆動機構８との連結が解除されるようになっている。

よって、ＡＢＷＲの制御棒４と制御棒駆動機構８との連結を解除するためにはバイオネットカップリング１０、つまり、制御棒４を軸心周りにほぼ４５度回転させなければならない。

特許文献１には、燃料支持金具つかみ部と制御棒つかみ部とを備えた制御棒・燃料支持金具つかみ具が提案されている。このつかみ具は、制御棒４と燃料支持金具６とを原子炉圧力容器１内から取り外して同時に吊り出すことができるようになっている。

ところが、特許文献１に記載の制御棒・燃料支持金具つかみ具では、制御棒４と制御棒駆動機構８とのバイオネットカップリング１０を介しての連結および連結解除であり、人間系の判断で行われる作業であるため、人為的な操作ミスや確認ミスの作業ミスが発生する虞がある。このため、これらの作業ミスを発見し修正するための後戻り作業が必要になり、その分、作業時間が追加されてクリティカル工程に影響を与えてしまうことがあった。

上述の事情を考慮して特許文献２が提案され、この特許文献２では、制御棒と制御棒駆動機構とのバイオネットカップリングを介しての連結および連結解除を、人為的な操作ミスおよび確認ミスなく確実に実施できる制御棒・燃料支持金具取扱装置１５が設けられている。また、この取扱装置１５は、制御棒と燃料支持金具とを同時に取外しまたは取付けて、制御棒の交換作業時間を大幅に短縮することができ、優れた実績が上がっている。

特開平７−１１０３９４号公報 特開２０１０−１４５２８０号公報

特許文献２に記載の制御棒・燃料支持金具取扱装置１５には以下に示す改良すべき課題がある。図１３は、特許文献２に記載の制御棒・燃料支持金具取扱装置１５の制御棒つかみ具１６が上部格子板５へ着座した状態を示す。

制御棒つかみ具１６は上部格子板５に吊り下げられた状態で、制御棒つかみ具１６の下端に位置する制御棒つかみ部材１７が制御棒４のハンドルと嵌合する取合い寸法となる。したがって制御棒つかみ具１６の全長寸法は、原子炉建設時に測定した上部格子板５と制御棒４間の寸法実測記録に合わせて製造し、数ミリの許容差で取合う精度の良い取合いとなっている。

ＡＢＷＲに使用される制御棒４は国内外数社により供給されているが、現在は基本設計通りの寸法にて各社が制御棒４を製造供給しているため、特許文献２に記載の制御棒・燃料支持金具取扱装置１５により取扱うことが可能である。

しかし、最近各社が制御棒の長寿命化等の改良設計が進められており、原子力発電所の運転効率向上の為には制御棒の設計寸法が見直される可能性が高まってきた。ところが、特許文献２に記載の制御棒・燃料支持金具取扱装置１５によれば、現行型（従来型）制御棒４の全長寸法以外の長さの制御棒を取扱うことが不可能であった。

通常、定期検査で原子炉を停止して原子炉を開放した後、制御棒の取替えが行なわれる。原子炉内に装荷されている古い（従来型）制御棒を制御棒・燃料支持金具取扱装置１５にて取り外し、原子炉外に設置された制御棒保管ラックに古い制御棒を収納させて仮置きする。その後、隣の制御棒保管ラックに仮置きされている新しい制御棒を把持して取り出し、古い制御棒を取外した原子炉内の制御棒駆動機構に取付ける。

要するに、制御棒取外し時は現行（従来）型の制御棒の長さに対応し、制御棒取付時には新型制御棒の長さに対応させる制御棒・燃料支持金具取扱装置１５が必要である。この取扱装置１５の取合い寸法の変更策をアタッチメント等の部品の着脱で解決しようとすると、原子炉から現行（従来）型制御棒を必要体数取外した後、制御棒・燃料支持金具取扱装置を一旦引上げて部品の着脱段取り替え後に、新型制御棒の取付けをすることになり、従来よりも作業時間が追加されてクリティカル工程に影響を与えてしまうことになる。

また、ＢＷＲ（ＡＢＷＲを含む。）では、通常定期検査では制御棒が全数取り替えられ、交換することは無い。例えば、ＡＢＷＲの場合、制御棒は全数で２０５体あるが、一回の定期検査で１０体から２０体の交換が行なわれる。制御棒を１０体から２０体交換することとした場合、ＢＷＲでは、全数が新型制御棒に入替わるには１０回から２０回の定期検査の都度、制御棒・燃料支持金具取扱装置１５のアタッチメントの着脱取扱作業が必要となり、毎回非効率的な制御棒取替え作業を行うことになってしまう。

したがって、新旧制御棒が混在する炉心では、制御棒の長さに対応した取合寸法の変更策を、原子炉から現行（従来）型の制御棒の取外し手順と新型制御棒の取付け手順の合間に瞬時に変更することが必要となる。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、現行（従来）型の制御棒の全長寸法と異なる長さの制御棒も同様に取扱うことが可能である制御棒・燃料支持金具取扱装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的には、現行の制御棒が装荷されているＡＢＷＲに、長さの異なる新型制御棒を新規に装荷する時にも用いることができる制御棒・燃料支持金具取扱装置を提供することにある。

さらに、本発明の別の目的は、制御棒と取合う寸法の変更を、遠隔手動もしくは制御棒種別の判別を自動で行うことにより、瞬時に新旧制御棒の組替えが可能である制御棒・燃料支持金具取扱装置を提供することにある。

本発明に係る制御棒・燃料支持金具取扱装置は、上述した課題を解決するために、原子炉圧力容器内で燃料集合体間に出し入れ可能に配置され、下端部がカップリング機構により制御棒駆動機構に着脱可能に連結される制御棒と、前記燃料集合体の下端部を支持し、かつ前記制御棒を挿通可能とした燃料支持金具とを、それぞれ取外しまたは取付ける制御棒・燃料支持金具取扱装置において、前記制御棒・燃料支持金具取扱装置は、前記燃料支持金具を取外しおよび取付け可能に把持する燃料支持金具つかみ具と、この燃料支持金具つかみ具に収納され、前記制御棒を取外しおよび取付け可能に把持する制御棒つかみ具とを有し、前記制御棒つかみ具は、制御棒つかみ具本体の上部につかみ具着座保持機構を、下端部に制御棒つかみ部材をそれぞれ備え、前記つかみ具着座保持機構は、制御棒つかみ部材が現行型制御棒を取合い可能となるように前記原子炉圧力容器内の上部格子板に着座して保持可能な第１支持部材と、前記現行型制御棒とは異なる長さの制御棒を取り扱うために、前記第１支持部材とは異なる軸方向位置で前記上部格子板に着座して保持可能な第２支持部材とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、制御棒と制御棒駆動機構との連結および連結解除を行なう制御棒・燃料支持金具取扱装置において、現行型と異なる長さの新型制御棒が採用され原子炉に装荷を行う場合に、新旧制御棒の取合い長さに応じて制御棒つかみ具の取合寸法を瞬時に変更することができ、制御棒の取替え作業効率を格段に向上させることができる。

また、新旧制御棒を同時に取外しまたは取付けして、制御棒の交換作業時間を大幅に短縮できる。

また、制御棒つかみ具は制御盤により従来同様自動制御されるので、制御棒と制御棒駆動機構とのカップリング機構を介しての連結および連結解除を、人為的な操作ミスおよび確認ミスなく確実に実施できる。

本発明に係る制御棒・燃料支持金具取扱装置の実施形態を示す構成図。 図１の制御棒・燃料支持金具取扱装置のつかみ具組付体が新型制御棒の長さに対応して上部格子板に着座した状態を示す構成図。 図２のＡ−Ａ断面を示し、制御棒つかみ具と新制御棒と上部格子板との取合い関係を示すため燃料支持金具つかみ具と燃料支持金具を省略した図。 図１のＢ−Ｂ断面を示し、制御棒つかみ具の上端に位置し上部格子板に着座する際の第１支持部材を示す上面図。 図１のＣ−Ｃ断面を示し、制御棒つかみ具の第１支持部材の下に位置し、新制御棒と取合う際に展開し、従来型制御棒と取合う際に格納される第２支持部材を示す格納状態の上面図。 図１のＤ部拡大図を示し、従来型制御棒と取合う際の上部格子板と第１支持部材が着座している状態の側面図。 図２のＥ−Ｅ断面を示し、新型制御棒と取合う際に展開される第２支持部材を示す展開状態の上面図。 図２のＦ部拡大図を示し、新型制御棒と取合う際の上部格子板と第２支持部材が着座している状態の側面図。 制御棒取替え作業中の、制御棒ラックに仮置きされた制御棒を吊上げて、これから原子炉へ取付けに向かう前の制御棒の吊上げ状態を示す全体側面図。 制御棒つかみ具下端に位置する制御棒つかみ部材の内部詳細図。 一般的なＢＷＲの炉心部を示す断面図。 バイオネットカップリングの構造を示す断面図。 特許文献２で提案されている制御棒・燃料支持金具取扱装置を示す構成図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。

図１は、制御棒・燃料支持金具取扱装置２０の一実施形態を示す構成図である。この制御棒・燃料支持金具取扱装置２０は、取扱装置本体としてのつかみ具組付体２１を有する。つかみ具組付体２１は、制御棒つかみ具２２と燃料金具つかみ具２３の双方を組み付けた両方の組立体である。

制御棒・燃料支持金具取扱装置２０は、図１ないし図３に示すように、ＢＷＲの定期検査などの制御棒交換作業時に、制御棒４（３０）および燃料支持金具６を同時に取外し、または取付けるために使用されるものである。制御棒・燃料支持金具取扱装置２０は、取扱装置本体としてのつかみ具組付体２１と、操作手段としての操作ペンダント２４と、つかみ具組付体２１および操作ペンダント２４に電気的に接続された制御盤２５とを備えて構成される。ここで、制御棒４は現行（従来）型の制御棒（以下、旧制御棒という。）であり、制御棒３０は新型制御棒である。新型制御棒３０は制御棒の長寿命化を図ったもので、現行型の旧制御棒４より全長で１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度軸方向に長くすることが計画されている。新旧制御棒４，３０は、カップリング機構としてバイオネットカップリング１０（図１２参照）を用いて制御棒駆動機構８に着脱可能に連結される。

燃料支持金具つかみ具２３は、炉心支持板７上の燃料支持金具６を取外し、または取付け可能とするものであり、複数本（例えば２本）のパイプ状フレーム２６の下端にボックス状フレーム２７が固着された金具つかみ具フレーム２８を備えて構成される。

パイプ状フレーム２６の上端に、懸吊ワイヤ３３を接続するワイヤ接続部３４が設けられ、燃料支持金具つかみ具２３は、この懸架ワイヤ３３により巻上げおよび巻下げ可能に支持される。また、ボックス状フレーム２７の下端に金具つかみ部材３５が、開閉シリンダ３６によって開閉可能に設けられる。この金具つかみ部材３５は、開操作時に燃料支持金具６を把持するものである。

燃料支持金具つかみ具２３の複数本のパイプ状フレーム２６間には、制御棒つかみ具２２が上下方向にスライド移動可能に収容される。このパイプ状フレーム２６の下端に係止部３７が設けられ、この係止部３７に制御棒つかみ具２２の当接部３８が当接することで、制御棒つかみ具２２が燃料支持金具つかみ具２３より支持される。

制御棒つかみ具２２は、図１ないし図３に示す現行（従来）型の旧制御棒４と制御棒駆動機構（ＣＲＤ）のカップリング機構による連結を解除して現行型の旧制御棒４の取外しを可能とし、かつ新型制御棒３０と制御棒駆動機構（ＣＲＤ）とを連結して新型制御棒３０を取付け可能とするものである。

制御棒・燃料支持金具取扱装置２０は、図１および図２に示すつかみ具組付体２１から燃料支持金具つかみ具２３を取り除いて示したものが、図３に示す制御棒つかみ具２２である。制御棒つかみ具２２は、取扱装置本体としてのつかみ具組付体２１から制御棒つかみ具２２の吊り耳３９を把持して吊り上げ、燃料支持金具つかみ具２３から吊り上げることにより取り出すことができる。

逆に、制御棒つかみ具２２は、燃料支持金具つかみ具２３内に吊り降ろして挿入し、燃料支持金具つかみ具２３の係止部３７に制御棒つかみ具２２の下部当接部３８を当接させて係止させることにより、一体的に組み付けることができ、取扱装置本体としてのつかみ具組付体２１が構成される。この当接部３８は、制御棒つかみ具本体４０下端のブリッジ部材に構成される。燃料支持金具つかみ具２３に制御棒つかみ具２２を組み付けたつかみ具組付体２１を懸吊ワイヤ３３によりクレーン（図示せず）で吊り上げたり、吊り降ろすことができる。

制御棒つかみ具２２は、図３に示すように、制御棒つかみ具本体４０と、制御棒つかみ部材４１と、（制御棒）昇降・回転部４３と、上部フレーム４４と、つかみ具着座保持機構４５と、押上・押下シリンダ４６と荷重計測器４７等を備えて構成される。

また、制御棒つかみ具本体４０は、昇降回転部４３の下端に制御棒つかみ部材４１を備えるとともに、制御棒つかみ具本体４０の上部に上部フレーム４４が設けられる。上部フレーム４４は、パイプフレームとブリッジ部材を組み立てた組立体構造に構成され、上部フレーム４４の上部につかみ具着座保持機構４５が設けられる。

つかみ具着座保持機構４５は、上部フレーム４４の頂部側で図４に示すように、上部格子板５に着座保持可能な係止プレートの第１支持部材５０と、第１支持部材５０からパイプフレームの軸方向に所定距離だけ離間した位置で上部格子板５に選択的に着座可能な第２支持部材５１とを有する。第１支持部材５０の中央に形成された孔は、ケーブル用挿通孔５２である。

ところで、制御棒つかみ具２２は、原子炉圧力容器１内の上部格子板５に着座保持される第１支持部材５０から制御棒つかみ部材４１までの長さ寸法と、上部格子板５に保持される第２支持部材５１から制御棒つかみ部材４１までの長さ寸法は異なる長さに設定される。この異なる長さは、現行（従来）型制御棒４と新型制御棒３０との寸法差に対応するものである。

また、制御棒・燃料支持金具取扱装置２０に備えられた操作手段としての操作ペンダント２４は、制御棒つかみ具２２と燃料支持金具つかみ具２３の動作を操作するようになっており、この操作ペンダント２４から操作指令により、制御盤２５で燃料支持金具つかみ具２３を制御し、制御棒つかみ具２２を自動制御するようになっている。

操作ペンダント２４は、制御棒つかみ具２２を原子炉圧力容器１内の上部格子板５に着座保持させる第１支持部材５０と、制御棒つかみ具２２を上部格子板５に着座保持させる第２支持部材５１とを選択的に着座可能に操作させるものである。

操作ペンダント２４のマニュアル操作部６１で第１支持部材５０を選択し、第１支持部材５０で制御棒つかみ具２２を上部格子板５に着座保持させるときは、第２支持部材５１は、着座メンバ５３が縮小した格納位置に保持され、上部格子板５の格子孔を自由に挿通可能になっている。

また、マニュアル操作部６１が第２支持部材５１を選択し、第２支持部材５１で制御棒つかみ具２２を上部格子板５に着座保持させるときには、この保持状態で制御棒つかみ具２２は新型制御棒３０の取付け、取外しの操作を行なうことができるようになっている。

さらに、制御棒つかみ具２２を上部格子板５に着座保持する操作手段（操作ペンダント）２４は、制御盤２５からの遠隔手動による切替操作手段６２と、（制御棒つかみ具２２に設置した荷重計測器４７による）制御棒４，３０の水中質量の測定値による制御盤２５での制御棒の自動判別手段６３とを備えている。この自動判別手段６３は、操作ペンダント２４の自動運転操作部の操作により自動的に判別される。

なお、図１において、符号６４は電源スイッチ部、６５は座標入力部、６６は計測荷重表示部、６７は表示部である。

また、つかみ具着座保持機構４５の第２支持部材５１は、複数本、例えば４本のフック状着座メンバ５３が支持ピン５４廻りに開閉自在に設けられる。第２支持部材５１は、ソレノイド式アクチュエータ５５の進退作動によりリンク機構５６を介して着座メンバ５３が拡開する展開位置と後退する格納位置とを選択的にとるように構成される。

第２支持部材５１が、図５および図６に示すように、上部格子板５の格子孔から後退した格納位置をとるとき、第２支持部材５１は上部格子板５の格子孔を自由に挿通可能となり、制御棒つかみ具２２は図１および図４に示すようにセットされ、第１支持部材５０が上部格子板５の格子枠に上方から着座保持（係止）される。制御棒つかみ具２２は、現行（従来）型の旧制御棒４に対応して図１に示すように、制御棒４の取付け、取外しを行なうことができる。

また、第２支持部材５１が、図７および図８に示すように、着座メンバ５３が拡開した展開状態にセットされると、第２支持部材５１は展開位置をとり、上部格子板５の格子枠上に着座して保持される。これにより、制御棒つかみ具２２は、図２および図３に示すように、第２支持部材５１が上部格子板５の格子枠上に着座され、新型制御棒３０に対応して、この新型制御棒３０の取付け、取外しを行なうことができる。

さらに、ＢＷＲの定期検査時に、原子炉内の現行（従来）型の制御棒４と燃料支持金具６を把持して取り外し、引き上げて原子炉外に移送する場合と、新型の制御棒３０と燃料支持金具６を原子炉内に再び取付けて装荷する場合には、図１に示す操作手段としての操作ペンダント２４を操作し、制御盤２５によりつかみ具着座保持機構４５のアクチュエータ５５を操作して、上部格子板５に着座する支持部材を第１支持部材５０から第２支持部材５１に切替操作するだけの簡単な操作により、短時間で瞬間的に行なうことができる。

また、制御棒つかみ具２２の押上・押下シリンダ４６は、図３に示すように、制御棒つかみ具本体４０の上端に設置され、この押上・押下シリンダ４６のピストンロッド５８の先端は上部フレーム４４のブリッジ部材５９に固定される。押上・押下シリンダ４６は、ピストンロッド５８が進出した伸び状態では、制御棒つかみ具本体４０を上部格子板５に対して押下位置に保持し、ピストンロッド５８が退避（後退）する縮み動作状態で、制御棒つかみ具本体４０を上部格子板５に対して押上位置に保持する。

制御棒・燃料支持金具取扱装置２０の制御棒つかみ具２２および燃料支持金具つかみ具２３には、制御棒つかみ部材４１や金具つかみ部材３５などの各部材の動作状態や動作位置を検出するためのリミットスイッチなどの検出器がそれぞれ設けられている。

また、荷重測定器４７は、昇降・回転部４３に内蔵された例えばロードセルであり、制御棒つかみ部材４１に作用する荷重を計測する。すなわち、荷重計測器４７は制御棒つかみ部材４１に作用している荷重が現行型の旧制御棒４あるいは新型制御棒３０のみの荷重であるか、制御棒駆動機構（ＣＲＤ）の中空ピストンがバイオネットカップリング１０（図１２参照）によって制御棒４または３０に連結され、制御棒つかみ部材４１に作用する荷重が制御棒４（３０）および中空ピストンの総和荷重になっているから計測する。

ところで、図１および図２は、制御棒・燃料支持金具取扱装置２０のつかみ具組付体２１を示す構成図である。このうち、図１は、制御棒つかみ具本体４０の第１支持部材５０が、従来の現行型制御棒４の取扱いに対応して上部格子板４に着座した状態を示し、図２および図５は、新型制御棒３０の取扱いに対応して第２支持部材５１が上部格子板５に着座した状態を示す。

制御棒つかみ具２２は、燃料支持金具つかみ具２３の複数本（例えば２本）のパイプ状フレーム２６間で上下方向にスライド移動可能に収納された縦長構造のＣＲ（制御棒）つかみ具本体４０を有する。ＣＲつかみ具本体４０には上部フレーム４４が一体的に設けられ、この上部フレーム４４の上端部につかみ具着座保持機構４５が設けられる。つかみ具着座保持機構４５は、現行（従来）型の制御棒４を取扱う係止プレートとしての第１支持部材５０と、この第１支持部材５０の下方に位置する第２支持部材５１とを有する。第２支持部材５１は、全体として着座メンバ５３が拡開して展開位置と後退しは格納位置との間を選択的に移動動作可能に設けられる。

図３は、燃料支持金具つかみ具２３と燃料支持金具６を省略して示す制御棒つかみ具２２の縦断面図であり、図２のＡ−Ａ断面を示す。図３では、第２支持部材５１が上部格子板５に着座する場合における制御棒つかみ具２２と新型制御棒３０と上部格子板５との取合いに関係を示している。

制御棒つかみ具２２は、図１に示す制御棒４と制御棒駆動機構（ＣＲＤ）の連結を解除することにより、制御棒４を取外し可能とする一方、制御棒３０（４）と制御棒駆動機構（ＣＲＤ）を連結して制御棒３０（４）を取付け可能とするものである。制御棒４，３０は制御棒つかみ具２２の縦軸廻りの回動操作により、カップリング機構としてのバイオネットカップリング１０（図１２参照）を介して制御棒駆動機構８に着脱可能に連結される。

本実施形態に用いられる制御棒・燃料支持金具取扱装置２０は、制御棒つかみ具２２と燃料支持金具つかみ具２３と操作手段としての操作ペンダント２４と制御盤２５とを備えたもので、特許文献２に提案されている制御棒・燃料支持金具取扱装置１５の構造および作用に、制御棒つかみ具２２のつかみ具着座保持機構４５を除いてほぼ対応している。引用文献２に記載の制御棒・燃料支持金具取扱装置１５と共通する構成および作用の説明は省略する。

本実施形態の制御棒・燃料支持金具取扱装置２０においては、制御棒つかみ具２２は、制御棒つかみ具本体４０の上部に上部フレーム４４を設け、この上部フレーム４４の上端部につかみ具着座保持機構４５を備える。制御棒つかみ具本体４０の中間領域あるいは上部領域にエアシリンダとしての押上・押下シリンダ４６が備えられる。押上・押下シリンダ４６にピストンロッド５８が伸縮自在に設けられる。

押上・押下シリンダ４６のピストンロッド５８は、突出した伸長状態では、制御棒つかみ具２２を上部格子板５に対して押下位置に保持し、ピストンロッド５８が後退（退避）する収納状態では、制御棒つかみ具２２を上部格子板５に対して押上位置に保持する機能を有する。

制御棒つかみ具２２には、この制御棒つかみ具２２を上部格子板５に着座して固定させるつかみ具着座保持機構４５が設けられる。このつかみ具着座保持機構４５は、制御棒つかみ具２２の上端部に設けられ、上部格子板５に着座（係合）して係止可能な係止プレートとしての第１支持部材５０と、第１支持部材５０の下方に位置する第２支持部材５１とを備える。第１支持部材５０は、従来型制御棒４を取扱う際に、上部格子板５に着座し、この制御棒の取外し、取付け操作を行なう一方、第２支持部材５１は、新型制御棒３０を取扱う際に、上部格子板５に着座して、新型制御棒３０の取付けあるいは取外しを行なうことができるようになっている。

本実施形態の制御棒・燃料支持金具取扱装置２０は、通常の定期検査時の現行（従来）型制御棒の取替え手順については、特許文献２にて提案されている制御棒・燃料支持金具取扱装置１５とほぼ同様なため、説明を簡略化あるいは省略する。

図４は、図１のＢ−Ｂ断面を示し、制御棒つかみ具２２の上端部に位置し、上部格子板５に着座する際の第１支持部材５０を示す上面図である。第１支持部材５０は係止プレートで、制御棒つかみ具２２の上端部を構成している。

また、図５は、図１のＣ−Ｃ断面を示し、制御棒つかみ具２２の第２支持部材５１の各着座メンバ５３を後退させた格納状態を示す上面（平面）図である。制御棒つかみ具２２の第２支持部材５１は、第１支持部材５０の下方に位置して新型制御棒３０と取合う際に拡開して展開するようになっており、従来の現行型制御棒４と取合う際に縮小して格納されるようになっている。図５に示す状態では、制御棒つかみ具２２の第２支持部材５１は、上部格子板５に着座せず、格子孔を自由に通過できるようになっている。

図７は、図２のＥ−Ｅ断面を示し、制御棒つかみ具２２は、新型制御棒３０と取合う際に拡開して展開された第２支持部材５１を示す上面（平面）図である。図７に示す状態では、制御棒つかみ具２２の第２支持部材５１は上部格子板５の格子孔に係合して係止され、着座するようになっている。

図６は、図１のＤ部拡大図を示し、従来型制御棒４と取合う際の上部格子板５と第１支持部材５０が着座（係合）して係止されている状態の側面図である。

図８は、図２のＦ部拡大図を示し、新型制御棒３０と取合う際の上部格子板５と第２支持部材５１が着座（係合）して係止されている状態の側面図である。

ＢＷＲでは、原子炉内に装荷された従来型（現行型）制御棒４を取外した後、新型制御棒３０を原子炉内に取付ける手順に於いて、特許文献２と相違する部分について説明を加える。

本実施形態では、新型制御棒３０を取扱う場合に上部格子板５と着座する制御棒つかみ具２２のつかみ具着座保持機構４５の第２支持部材５１の機構について説明する。

図６および図８において、制御棒つかみ具１６のつかみ具着座保持機構４５の第１支持部材５０の下に位置する第２支持部材５１は、従来型制御棒４（図示せず）と新型制御棒３０の全長寸法の差と同一または対応する寸法差の位置に設けている。新型制御棒３０の計画案では従来型制御棒４よりもおよそ１００ｍｍから３００ｍｍ長くなることが知られている。特に軸方向の長い方向には制限があり、両制御棒４，３０の寸法差が約３００ｍｍよりも長くする必要性はない。これは原子炉の上部格子板５と炉心支持板７間に位置する燃料集合体３の縦方向寸法が約４ｍ程度で不変の寸法であるからである。

したがって、制御棒つかみ具２２の全長約４ｍの縦長構造に対して第２支持部材５１を第１支持部材５０の下方向およそ１００ｍｍから３００ｍｍの位置に新たに設けるのは容易に設置が可能である。

また、図６および図８に示す本実施形態によれば、第１支持部材５０と第２支持部材５１間の寸法は一位置固定としているが、第２支持部材５１の取付け位置は新型制御棒３０の設計結果により決められる寸法であるので、新型制御棒３０に合わせた寸法に製作することは容易である。また国内外数社から供給される新型制御棒３０の全長寸法が二つ以上になった場合は、それぞれの新型制御棒に対応した第２支持部材５１の取付け位置にネジ止め固定可能な設計にすることで容易に対応が可能である。または、第２支持部材５１の高さ方向の取り付け位置を遠隔可変の自在に変更可能な様に、電動式駆動機構を一軸追加して対応することも容易に設計可能である。

つかみ具着座保持機構４５の第２支持部材５１の格納と展開の動作機構を図５，図６および図７，図８にて説明する。

図８において、第２支持部材５１は下端に上部格子板５に着座支持される突起を有する角柱形状としており、上端を制御棒つかみ具２２本体に支持ピン５４で支持されている。第２支持部材５１は支持ピン５４を支点として揺動する。また第２支持部材５１の下方には揺動動作をさせるリンク機構５６と、リンク機構５６の他端には遠隔操作にて進退動作をする駆動機構としてソレノイド式アクチュエータ５５を設けている。

図５および図６に示す様に第２支持部材５１が格納する場合は、ソレノイド式アクチュエータ５５のロッドが縮み方向に動作し、リンク機構５６を持ち上げることにより第２支持部材５１の下方を内径側に揺動動作させ、第２支持部材５１の下端の突起が上部格子板５の内壁（格子孔）より内側に格納保持される。

また同様に、図７および図８に示すように第２支持部材５１が展開する場合は、ソレノイド式アクチュエータ５５のロッドが伸び方向に伸長動作し、リンク機構５６を押し下げることにより第２支持部材５１の下方を外径側に揺動動作させ、第２支持部材５１の下端の突起が上部格子板５の内壁より外側に展開保持される。

このように第２支持部材５１の展開および格納操作はソレノイド式アクチュエータ５５への供給電源のＯＮ、ＯＦＦにより容易に遠隔操作が可能となっている。

なお、本実施形態にて構成しているソレノイド式アクチュエータ５５およびリンク機構５６による第２支持部材５１の揺動機構は、この機械構造に限定されるものではなく、上部格子板５と嵌合する突起の展開および格納を遠隔操作可能とする構造であれば同等の効果が得られる。

このように、図１，図５，図６によれば、第２支持部材５１は格納時には上部格子板５の内壁より内側に揺動するため、制御棒つかみ具２２が上部格子板５に着座する際には、第２支持部材５１は上部格子板５を通過し、その上方に位置する第１支持部材５０が上部格子板５に嵌合し着座される。この時、制御棒つかみ部材４１が現行型制御棒４と嵌合する取合い長さとなる。

また同様に、図２，図７，図８によれば、第２支持部材５１は展開時には上部格子板５の内壁より外側に揺動するため、制御棒つかみ具２２が上部格子板５に着座する際には、第２支持部材５１下端の突起が上部格子板５と嵌合し着座される。この時、制御棒つかみ部材４１が新型制御棒３０と嵌合する取合い長さとなる。

次に第２支持部材５１の展開および格納操作を実行する手段について以下に示す。

図９は、制御棒取替え作業中の、制御棒ラックに仮置きされた制御棒を吊上げて、これから原子炉へ取付けに向かう前の制御棒の吊上げ状態を示す全体側面図である。

図１０は、制御棒つかみ具２２下端に位置する制御棒つかみ部材４１の内部詳細図で、制御棒４，３０を吊下げ把持するフック６０の軸上にフック６０に掛かる荷重を測定する荷重計測器４７が備えられた状態を示す側面図である。

まず、手動操作手段としては、制御棒・燃料支持金具取扱装置２０用の制御盤に前出のソレノイド式アクチュエータ５５に動作電源を供給する手動スイッチ（図示せず）を新たに設ける。

例えばソレノイド式アクチュエータ５５が無励磁でロッドが縮みの場合、手動スイッチがＯＦＦの時に第２支持部材５１が格納位置となり、ＯＮの時に第２支持部材５１が展開位置となる。制御盤２５パネルの手動スイッチの表示は、例えば「格納」および「展開」と動作状態での表示を行うか、もしくは、運用を考慮して「現行型制御棒取扱い」および「新型制御棒取扱い」としても良い。

また、自動判別手段について以下に説明する。

新型制御棒３０の水中質量は現行型制御棒４と比較して全長が長くなることに伴い、例えば１０％程度質量も増加することが知られている。この現行型制御棒４と新型制御棒３０の水中質量差に着目し、制御棒つかみ部材１７内に設けられている荷重計測器４７で計測した制御棒つかみ部材１７に掛かる質量にて、吊上げた制御棒が現行型か新型かを自動判別する制御回路（図示せず）を新たに追加する。制御棒つかみ部材４１に新型制御棒３０に相当する質量が掛かった場合には、制御盤の制御回路に予め設定した新型制御棒３０の質量範囲と一致した時、制御回路は前出のソレノイド式アクチュエータ５５に０Ｎ信号を発信し、第２支持部材５１が自動的に「展開」動作を行い、制御棒つかみ具２２が上部格子板５に着座する前に第２支持部材５１が展開位置となり、新型制御棒３０を取扱う取合い寸法に自動設定される。

また、現行型制御棒４を吊上げた場合には設定された質量と異なることから新型制御棒３０と判別されないため、前出のソレノイド式アクチュエータ５５はＯＦＦのまま無励磁状態を維持し、第２支持部材５１は「格納」状態のまま動作せず、現行型制御棒４を取扱う取合い寸法のまま保持される。

なお、図１，図２および図３に示す制御棒つかみ具２２の本体フレーム中間に位置するエアシリンダが押上・押下シリンダ４６である。この押上・押下シリンダ４６のピストンロッド５８の先端には、上部格子板５に係止可能な第１支持部材５０と第２支持部材５１とを備えた上部フレーム２８に固定される。押上・押下シリンダ４６は、ピストンロッド５８が進出した伸び動作状態では、制御棒つかみ具２２を上部格子板５に対して押下位置に保持し、ピストンロッド５８が退避する縮み動作状態で、制御棒つかみ具２２を上部格子板５に対して押上位置に保持する機能は特許文献２の機能と同様となっている。

次に、制御棒・燃料支持金具取扱装置２０における通常の定期検査時の制御棒４，３０の取替え手順について説明する。

代表事例として、原子炉内には現行型制御棒４が装荷されており、現行型制御棒４を取外した後、原子炉外の制御棒ラックに仮置きされている新型制御棒３０を原子炉内に取付ける場合の取替え手順を以下に示す。

［Ａ］制御棒４および燃料支持金具６の取外し操作手順
制御棒４および燃料支持金具６の取外し操作手順では、まず、取扱装置本体であるつかみ具組付体２１を、原子炉圧力容器１内の取外し対象の現行型制御棒４の位置まで作業者が移動させる。

次に、作業者は原子炉建屋内のオペレーションフロア上に設けられたホイストを操作して、制御棒つかみ具本体４０を巻下げ操作し、制御棒つかみ具２２の第１支持部材５０を上部格子板５に係止させる。

その後、作業者はホイストを操作して燃料支持金具つかみ具２３のみを巻下げ操作し燃料支持金具６上に着座させる。その後作業者は、燃料支持金具６を把持させる。

次に、作業者は、ホイストを操作して燃料支持金具つかみ具２３のみを巻上げ操作し、この燃料支持金具つかみ具２３を上限位置に到達させて、現行型制御棒４の上方位置まで上昇させる。

続いて、作業者は操作ペンダント２４のアンカップリング操作スイッチを操作して、現行型制御棒４と制御棒駆動機構８との連結を解除するアンカップリング自動運転を開始する。

自動運転状態は特許文献２と同様なため省略する。

制御盤２５は、アンカップリング後の荷重測定器４７の計測値が現行型制御棒４の質量範囲であることを判定すると、操作ペンダントのアンカップリング正常ランプを点灯して、制御棒４と制御棒駆動機構８とのアンカップリング（連結解除）が正常に行われたことを告知し、制御棒４と制御棒駆動機構８との連結を解除するアンカップリング自動運転が完了する。

次に、作業者は、ホイストを操作してつかみ具組付体２１を巻上げ、ゲートを通過させて燃料プールまで移動させる。

作業者は、その後、ホイストを操作して、取扱装置本体であるつかみ具組付体２１を巻下げ、現行（従来）型制御棒４が燃料プール内の制御棒ラックの床に着座したとき、作業者は、つかみ具組付体２１の巻下げを停止し、制御棒つかみ部材４１を開操作して、制御棒４の把持を解除する。そして作業者は、ホイストを操作してつかみ具組付体２１を巻上げ、制御棒４および燃料支持金具６の取外し操作を完了する。

ここまで述べた取外し操作手順は特許文献２と同様な操作である。

［Ｂ］新型制御棒３０および燃料支持金具６の取付け操作手順
新型制御棒３０および燃料支持金具６の取付け操作手順では、まず、作業者は、未使用状態の新型制御棒３０が収納された制御棒ラックから新型制御棒３０を取り出すべく、ホイストを操作してつかみ具組付体２１を巻下げる。

続いて、作業者は、制御棒つかみ部材４１が新型制御棒３０のハンドル部に着座したことを確認してホイストを操作して、つかみ具組付体２１の巻下げを停止する。

その後、作業者は制御棒つかみ具１６の制御棒つかみ部材１７を閉操作して、新型制御棒３０のハンドル部を把持させる。

次に、作業者は、制御棒つかみ具２２の昇降シリンダを縮み動作させて制御棒つかみ部材１７にて新型制御棒３０の荷重を支持させ、荷重計測器４７により、この未使用状態の新型制御棒３０の荷重を計測させる。

このときに、本実施形態では、制御盤２５は、質量の計測値から吊上げた制御棒が現行型制御棒４か、新型制御棒３０かを自動判定する。新型制御棒３０の判定がされると、図示しない制御盤は、これ以降に行うカップリング確認自動運転時の荷重判定値を、新型制御棒３０に対応した設定値にロジックを変更すると共に、制御棒つかみ具２２の第２支持部材５１に「展開」の指令を出力し、第２支持部材５１が自動的に展開位置に動作する。

次に作業者は、ホイストを操作して取扱装置本体であるつかみ具組付体２１を巻上げ、新型制御棒３０を懸吊したつかみ具組付体２１を、ゲートを通過させて炉心へ移動させる。

そして、作業者は、新型制御棒３０を懸吊したつかみ具組付体２１を目標位置に位置づけた後、このつかみ具組付体２１をホイストを操作して下降させる。

次に作業者は、制御棒つかみ具２２が上部格子板５に支持されたときに、ホイストを操作してつかみ具組付体２１の巻下げを停止する。

このとき、本実施形態では、第２支持部材５１が展開されているため、第２支持部材５１と上部格子板５が着座している。

これ以降の取外し操作手順は特許文献２と同様な操作である。

この状態で、作業者は操作ペンダントのカップリング操作スイッチを操作し、カップリング自動運転を開始する。

自動運転状態は特許文献２と同様なため省略する。

制御盤２５が、新型制御棒３０と制御棒駆動機構８との連結が完了したと判断すると、カップリング自動運転を停止する。

このカップリング自動運転完了後に、作業者は、操作ペンダント２４のカップリング確認操作スイッチを操作する。これにより、制御盤は、新型制御棒３０と制御棒駆動機構８との連結の適否を確認するカップリング確認自動運転を開始する。

自動運転状態は特許文献２と同様なため省略する。

制御盤２５は、このとき荷重計測器４７が計測している荷重が新型制御棒３０のみの荷重であるか、新型制御棒３０と中空ピストンとの総和荷重であるかを検知して、新型制御棒３０と制御棒駆動機構８とのカップリングの適否を判定する。

このとき、前述の燃料プール内で新型制御棒３０を初めに吊上げた際に、カップリング確認自動運転の荷重判定値が、新型制御棒３０の質量に対応した値に予め自動変換されている。

制御盤２５がカップリングの正常判定を行うとカップリング確認自動運転を完了する。

作業者は、上述のカップリング確認自動運転完了後に、ホイストを操作して燃料支持金具つかみ具２３を巻下げ、着座させた後、燃料支持金具６の把持を解除し、燃料支持金具６を取付ける。

作業者は、その後、ホイストを操作して燃料支持金具つかみ具２３を巻上げ、燃料支持金具つかみ具２３の係止部が制御棒つかみ具２２の当接部に当接した段階で、燃料支持金具つかみ具２３および制御棒つかみ具２２（つまり、取扱装置本体としてのつかみ具組付体２１）を巻上げて、新型制御棒３０および燃料支持金具６の取付け操作を完了する。

ここで、本実施形態では、カップリング確認自動運転が正常完了した作業履歴により、荷重計測値により設定変更された、カップリング確認荷重判定値および制御棒つかみ具２２の第２支持部材５１の「展開」指令がリセットされ、第２支持部材５１が「格納」位置に復帰する。

この状態で、次の原子炉内にある現行型制御棒４の取外し操作手順に継続的に作業が進められる。

また、次の事例として、現行型制御棒４と新型制御棒３０が、原子炉内で混在している定期検査での制御棒の取替えにおいては、新型制御棒３０を取外してこの取外し位置に新型制御棒３０を取付ける場合も想定される。

その場合は、取外し操作前に制御盤２５に設けた「制御棒種別選択」スイッチにより、予め「新型制御棒３０」を選択することにより、荷重判定値および制御棒つかみ具２２の第２支持部材５１の展開が行われる。この様に制御棒種別に応じて瞬時に設定変更が可能である。

また、ここで、本発明により新たに追加される制御盤２５の「制御棒種別選択」スイッチにより、操作員によるスイッチ選択ミスにより、制御棒取替え操作が誤るリスクが無いか記述する。

先ずは、現行型制御棒４が装荷されているところで「新型制御棒３０」を選択した場合には、制御棒つかみ具２２が上部格子板５に設置後、アンカップリング自動運転を開始するが、このとき、制御棒つかみ具２２は第２支持部材５１にて上部格子板５に着座しているため、制御棒つかみ部材４１が現行型制御棒４のハンドルに届くことが無く、制御棒４への着座を検知するスイッチがＯＦＦ状態を継続することから、アンカップリング自動運転がこの時点で中断され、異常を知らせることができる。

また、新型制御棒３０が装荷されているところで「現行型制御棒４」を選択した場合には、制御棒つかみ具２２が上部格子板５に設置した時点で、制御棒昇降・回転部４３の昇降シリンダが下降する前に制御棒４への着座を検知するスイッチがＯＮ状態となる。このことから制御盤２５はアンカップリング自動運転開始条件不成立の判定を下し、自動運転が中断され、異常を知らせる事ができる。

このように、本発明の実施例を特許文献２で提案されている制御棒・燃料支持金具取扱装置に付加した場合においても、特許文献２の発明で目的としている「人為的な操作ミス及び確認ミスなく確実に実施できる装置の提供」を踏襲することができている。

１ 原子炉圧力容器
２ 炉心シュラウド
３ 燃料集合体
４ 制御棒（現行型（従来型）制御棒・旧制御棒）
５ 上部格子板
６ 燃料支持金具
７ 炉心支持板
８ 制御棒駆動機構
９ 制御棒案内管
１０ バイオネットカップリング
１１ スパッド
１２ 嵌合穴
１３ 結合突起
１５ 制御棒・燃料支持金具取扱装置
１６ 制御棒つかみ具
１７ 制御棒つかみ部材
１８ 燃料支持金具つかみ具
２０ 制御棒・燃料支持金具取扱装置
２１ つかみ具組付体（取扱装置本体、制御棒つかみ具と燃料支持金具つかみ具の組立体）
２２ 制御棒つかみ具
２３ 燃料支持金具つかみ具
２４ 操作ペンダント（操作手段）
２５ 制御盤
２６ パイプ状フレーム
２７ ボックス状フレーム
２８ 金具つかみ具フレーム
３０ 新型制御棒（新制御棒）
３３ 懸吊ワイヤ
３４ ワイヤ接続部
３５ 金具つかみ部材
３６ 開閉シリンダ
３７ 係止部
３８ 当接部
３９ 吊り耳
４０ 制御棒（ＣＲ）つかみ具本体
４１ 制御棒つかみ部材
４３ 昇降・回転部
４４ 上部フレーム
４５ つかみ具着座保持機構
４６ 押上・押下シリンダ
４７ 荷重計測器
５０ 第１支持部材
５１ 第２支持部材
５２ ケーブル用挿通孔
５３ 着座メンバ
５４ 支持ピン
５５ アクチュエータ
５６ リンク機構
５８ ピストンロッド
６０ フック
６１ マニュアル操作部
６２ 切替操作手段
６３ 自動判別手段

Claims (5)

1. 原子炉圧力容器内で燃料集合体間に出し入れ可能に配置され、下端部がカップリング機構により制御棒駆動機構に着脱可能に連結される制御棒と、前記燃料集合体の下端部を支持し、かつ前記制御棒を挿通可能とした燃料支持金具とを、それぞれ取外しまたは取付ける制御棒・燃料支持金具取扱装置において、
   前記制御棒・燃料支持金具取扱装置は、前記燃料支持金具を取外しおよび取付け可能に把持する燃料支持金具つかみ具と、この燃料支持金具つかみ具に収納され、前記制御棒を取外しおよび取付け可能に把持する制御棒つかみ具とを有し、
   前記制御棒つかみ具は、制御棒つかみ具本体の上部につかみ具着座保持機構を、下端部に制御棒つかみ部材をそれぞれ備え、
   前記つかみ具着座保持機構は、制御棒つかみ部材が現行型制御棒を取合い可能となるように前記原子炉圧力容器内の上部格子板に着座して保持可能な第１支持部材と、前記現行型制御棒とは異なる長さの制御棒を取り扱うために、前記第１支持部材とは異なる軸方向位置で前記上部格子板に着座して保持可能な第２支持部材とを有することを特徴とする制御棒・燃料支持金具取扱装置。
2. 前記制御棒つかみ具は、制御棒つかみ具本体に制御棒昇降・回転部と、制御棒つかみ部材に作用する荷重を計測する荷重計測器とを有し、
   前記荷重計測器の測定値により吊り上げた制御棒の種別を自動判定する制御機能を備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御棒・燃料支持金具取扱装置。
3. 前記制御棒つかみ具は、制御棒つかみ部材で把持して吊り上げた制御棒の種別を荷重計測器で測定し、判定した結果から、前記制御棒と制御棒駆動機構の結合解除運転を自動的に切り替える制御手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の制御棒・燃料支持金具取扱装置。
4. 前記制御棒つかみ具は、制御棒つかみ部材で把持して吊り上げた制御棒の種別を荷重計測器で測定し、判定した結果から、前記つかみ具着座支持機構の第２支持部材を、着座メンバが拡開して上部格子板に着座する展開位置と着座メンバが縮小して格子孔を挿通可能な格納位置とを選択的にとるように制御可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載の制御棒・燃料支持金具取扱装置。
5. 前記制御棒つかみ具は、制御棒の種別を手動で選択する制御機能を備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御棒・燃料支持金具取扱装置。

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