JP2013134171A

JP2013134171A - 燃料管理システム

Info

Publication number: JP2013134171A
Application number: JP2011285133A
Authority: JP
Inventors: Minoru Arai; 穣荒井; Yutaka Yonetani; 豊米谷
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-08

Abstract

【課題】燃料集合体の識別番号の確認を効率的に行うことを課題とする。
【解決手段】先端にカメラ１１を有するロボットアーム１が原子炉圧力容器３における燃料格納領域４０の周囲に設置されている燃料管理システム１００であって、ロボットアーム１は、燃料格納領域４０の周囲に１２０°の間隔で３台設置されており、それぞれのロボットアーム１の長さは、燃料格納領域４０の半径であることを特徴とする。また、ロボットアーム１の可動範囲外に照明が備えられており、さらに、ロボットアーム１の動作に応じて、照明の制御を行う制御装置２をさらに備えてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉圧力容器に定期検査時に行われる燃料集合体の識別番号の確認に用いられる燃料管理システムの技術に関する。

沸騰水型原子力発電所での定期検査時に行われる炉心確認作業は、定期検査での燃料集合体の取り出し・装荷作業の完了時に行われる作業であり、燃料集合体の移送が計画通りに実行されたことを確認するものである。
この炉心確認作業では、まず、燃料集合体の配置を確認するために燃料集合体のハンドル頂部に刻印されている燃料集合体の識別番号が水中カメラ（以下、適宜カメラと記載）で撮影される。そして、モニタ上に表示される識別番号と、燃料集合体の炉心における配置位置とを作業員が照合することによって、定期検査の計画内容と合致していることを作業員が確認する。

このため、燃料集合体頂部を撮影するカメラは、撮影されている燃料集合体の炉心における配置位置を把握できる機能が必要である。従来では、発電所に設置されている燃料取扱装置（炉心の燃料集合体を炉心内、もしくは、炉心と使用済燃料貯蔵プール間で移動させるための装置）に、水中カメラを設置することで、撮影される燃料集合体の炉心内での配置位置と燃料集合体の識別番号を関連付けることを可能としている。

このような炉心確認における燃料集合体の識別番号の確認は、定期検査時において必須の作業であり、燃料集合体の移動作業完了後に行われることが通例である。このため、識別番号の確認のための作業時間を減らすことができれば、定期検査時間を減らすことができる。

特許文献１には、燃料取扱装置に設置される燃料つかみ具にカメラを取り付ける燃料集合体確認システムが開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、取扱対象となる燃料の識別番号を撮影し、識別番号の確認を行うことと合わせて、燃料取扱装置の移動座標から燃料集合体の炉心での配置位置に関する座標情報を照合することで、炉心内の燃料集合体の配置確認を合理的に行うことができる。

特開平９−２５７９８１号公報

炉心確認における識別番号の確認は、定期検査時間のクリティカルパスとなっている、つまり、定期検査の時間を左右するため、識別番号の確認作業を燃料移送作業と同時並行で行うことができれば、その作業時間を定期検査時間から間引くことが可能となり、定期検査期間の短縮が可能となる。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、カメラが燃料つかみ具と一体となって動作するため、燃料つかみ具が使用済燃料貯蔵プールへ燃料集合体を搬送している最中などでは、識別番号の撮影ができない。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、燃料集合体の識別番号の確認を効率的に行うことを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、先端にカメラを有するロボットアームが原子炉圧力容器における燃料格納領域の周囲に設置されている燃料管理システムであって、前記ロボットアームは、前記燃料格納領域の周囲に１２０°の間隔で３台設置されており、それぞれのロボットアームの長さは、前記燃料格納領域の半径であることを特徴とする。
その他の解決手段は、実施形態において適宜説明する。

本発明によれば、燃料集合体の識別番号の確認を効率的に行うことができる。

本実施形態に係る燃料監視システムの構成例を示す図である。本実施形態に係るロボットアームの配置位置を示す図である。本実施形態に係る燃料監視システムの側面図である（その１）。本実施形態に係る燃料監視システムの側面図である（その２）。燃料取扱装置および燃料集合体の頂部ハンドルを示す図である。原子炉圧力容器の原子炉圧力容器内での燃料集合体の配置を示す概念図である。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（システム構成）
図１は、本実施形態に係る燃料監視システムの構成例を示す図である。なお、図２で後記するように、本実施形態に係る燃料監視システム１００では、ロボットアーム１が３台設置されているが、図が煩雑になるのを避けるため、図１では２台のロボットアーム１を図示している。
燃料監視システム１００におけるロボットアーム１は、一端に水中カメラ（以下、単にカメラ１１と称する）が備えられ、他端が、原子炉圧力容器３における燃料格納領域４０の周囲に設置されている。なお、図１に示すように燃料格納領域４０は上面が円形となっている。さらに、図１に示すように、ロボットアーム１は、原子炉圧力容器３に格納されている燃料集合体を撮影できるよう、複数の関節を有することが望ましい。ロボットアーム１は制御装置２によって、その動きを制御されている。
ロボットアーム１に備えられているカメラ１１は、燃料格納領域４０に格納されている燃料集合体の頂部ハンドル４上面の識別番号５３１（図５（ｂ）参照）を撮影する。カメラ１１は、燃料集合体の頂部ハンドル４を上方から撮影することで、燃料集合体の識別番号５３１を撮像する。

また、撮影方向が真下となるようにカメラ１１が設置されることで、制御装置２は原子炉圧力容器３に対して水平面内でのカメラ１１の位置を、ロボットアーム１の各関節の動作角度情報およびロボットアーム１の各関節間の長さから一義的に演算することが可能となる。このようにして、制御装置２は、カメラ１１のＸ，Ｙ座標位置を算出することで撮影位置を特定できる。つまり、撮影されている燃料集合体の原子炉圧力容器３内での配置位置（上部格子板３１内でのＸ、Ｙ配置位置）を特定することが可能であり、後記するように上部格子版３１に格納されている燃料集合体の配置位置と識別番号とを照合することが可能となる。

図２は、本実施形態に係るロボットアームの配置位置を示す図である。
図２において、符号２１ａ，２１ｂ，２１ｃはロボットアーム１の設置位置である。符号２１ａ，２１ｂ、２１ｃに示すように、ロボットアーム１は原子炉圧力容器３の周囲に１２０°間隔で３台配置される。なお、符号２１ｂ、２１ｃに設置されているロボットアーム１は図示を省略している。また、符号１ａ，１ｂ、１ｃは符号２１ａに設置されたロボットアーム１の可動状態の例を示している。符号１ｃに示すように、各ロボットアーム１の長さは、燃料格納領域４０の半径である。ここで、符号１ａはロボットアーム１が退避している状態を示す。このような退避状態は、燃料取扱装置によって燃料集合体の交換が行われており、その動きを阻害しないためや、処理待機状態のときなどに行われる。

符号１ｃは、ロボットアーム１が最大限に伸張した状態を示している。
ここで、円弧２２ａの内側は符号２１ａに配置されたロボットアーム１の可動範囲であり、円弧２２ｂの内側は符号２１ｂに配置されたロボットアーム１の可動範囲であり、円弧２２ｃの内側は符号２１ｃに配置されたロボットアーム１の可動範囲である。
円弧２２ａ，２２ｂ，２２ｃに示されるように、図２に示すようなロボットアーム１の配置とし、かつロボットアーム１の長さを燃料格納領域４０の半径とする。つまり、ロボットアーム１が最大限に伸張した状態で、カメラ１１の位置が燃料格納領域４０の中心にくるようにする。このように３台のロボットアーム１を配置することで、ロボットアーム１の台数およびロボットアーム１のサイズを最小限としつつ、原子炉圧力容器３内におけるすべての燃料集合体の撮影をカバーすることができる。

つまり、ロボットアーム１の長さを燃料格納領域４０の半径未満とすると、原子炉圧力容器３の中心付近をカバーすることができなくなる。また、ロボットアーム１の台数を２台とすると、原子炉圧力容器３内におけるすべての燃料集合体をカバーするためには、ロボットアーム１の長さを燃料格納領域４０の半径の約１．４倍以上としなければならない。しかしながら、ロボットアーム１の長さを長くすることは、耐久性や、コストの面で望ましくない。さらに、ロボットアーム１の台数を４台以上としても、原子炉圧力容器３内におけるすべての燃料集合体をカバーするためには、ロボットアーム１の長さを原子炉圧力容器３の半径としなければならない。
つまり、ロボットアーム１の台数を４台以上としても、すべての燃料集合体をカバーするためのロボットアーム１の長さは３台のときと変わらない。

燃料取扱装置にて燃料集合体を取り扱う際には、燃料集合体を鉛直方向に昇降させるため、燃料集合体の上部は干渉物がないようにする必要がある。このため、ロボットアーム１は、燃料集合体の昇降を阻害しないように、燃料集合体の配置位置から退避可能なように配置することが必要であり、かつ、ロボットアーム１の台数を最小限とすることが望ましい。また、ロボットアーム１の退避状況１ａ、動作状態１ｂのようにロボットアーム１の関節を動作することで、カメラ１１が円弧２２ａ内の燃料集合体の撮影を行うことができる。なお、このようなロボットアーム１の動作は、前記したように制御装置２からの指令で行われる。

図３および図４は、本実施形態に係る燃料監視システムの側面図である。なお、図３および図４において、ロボットアーム１が２台対向しているように記載されているが、これは図が煩雑になるのを避けるためであり、実際には図２で示したような配置でロボットアーム１が３台設置されている。さらに、図３および図４において、ロボットアーム１の長さは、燃料格納領域４０の半径以下のようにみえるが、これも図を見やすくするためであり、実際には燃料格納領域４０の半径である。
図３に示すように、原子炉圧力容器３における上部格子板３１の周囲に設置されている炉心シュラウド３２の上部にロボットアーム１が設置されてもよいし、図４に示すように、原子炉圧力容器３のフランジ部３３の上部に設置されてもよい。
また、図３および図４に示すように、カメラ１１による識別番号の撮影を補助するための少なくとも１つの照明５が設置されることが望ましい。各照明５、各ロボットアーム１は制御装置２に接続され、制御装置２によって動作を制御されている。

ここで、ロボットアーム１は、図３および図４に示す位置以外にも、カメラ１１の大きさ、ロボットアーム１の配置可能スペース、照明５の配置時の明るさなどを勘案して、選択することが可能である。図４に示すように、原子炉圧力容器３のフランジ部３３に設置する際には、燃料集合体とカメラ１１との間の距離が長くなるため、カメラ１１にはズームレンズを装備するなど、撮影対象となる燃料集合体の識別番号が確認可能となるような対処をするのが望ましい。また、カメラ１１および照明５が設置される箇所は、水中であるため、カメラ１１および照明５は耐水性である。

また、カメラ１１が燃料集合体の識別番号の撮影を行う際、識別番号が刻印であることから、照明条件により撮影状況が異なることが知られている。このため、照明５は燃料集合体の移送に干渉しない位置、かつ、ロボットアーム１の可動範囲外に複数台設置することとし、撮影対象箇所に応じて点灯状況を切替えることで撮影条件を良好とすることが望ましい。つまり、制御装置２がカメラ１１の撮影位置（ロボットアーム１の動作状態）に応じて、複数設置されている各照明５を切り替えることで、カメラ１１の撮影状況を良好にすることが望ましい。このような照明５の切替パターンは、管理者によって制御装置２に予め入力されてもよい。もしくは、カメラ１１の各撮影位置で、照明５の切替パターンをすべて行い、そのうち最も撮影状態が良好な照明５の切替パターンを管理者が選択して、制御装置２に入力してもよい。
なお、制御装置２は、カメラ１１の撮影状況が良好となるよう、照明５の向きを制御してもよい。

原子炉圧力容器３内における燃料集合体の移送手順が予め燃料取扱装置５０１（図５（ａ）参照）や制御装置２に設定されている。制御装置２は、設定されている燃料移送手順を基に、原子炉圧力容器３内での燃料集合体の移送と干渉しない順序で、ロボットアーム１を動作させ、燃料集合体の識別番号を撮影させる。そして、作業者は、撮影結果を基に燃料集合体の配置位置と識別番号の確認を行う。
燃料集合体を原子炉圧力容器３から使用済燃料貯蔵プールへ移送する作業は、１往復動作に約１０分を要する。この間は原子炉圧力容器３内で燃料の移送は行われないので、制御装置２は、燃料集合体の移送中にロボットアーム１を動作させ、カメラ１１を原子炉圧力容器３内の任意の燃料集合体の上部へアクセスさせるとよい。制御装置２は、原子炉圧力容器３に装荷された燃料集合体の位置へカメラ１１を移動させ、識別番号を撮影させ、ロボットアーム１の各関節動作情報から演算されるカメラ１１の原子炉圧力容器３内における燃料集合体の位置座標と識別番号５３１（図５（ｂ）参照）とを記録する。作業者は、識別番号の画像と、カメラ１１の燃料格納領域４０内における座標（撮影された燃料集合体の位置座標）とを照合する。この照合は、制御装置２によって行われてもよい。また、制御装置２は、燃料取扱装置が原子炉圧力容器３から離れている間に、移動対象とならない燃料集合体（つまり、その時点において燃料取扱装置の移送対象となっていない燃料集合体）についても、識別番号と配置位置の記録を行ってもよい。これらのようにすることで、燃料移送作業に並行した識別番号の確認作業が可能となり、燃料移送作業終了とほぼ同時に識別番号の確認を完了することが可能となる。つまり、識別番号の確認作業を効率的に行うことができる。

（燃料取扱装置）
図５は、燃料取扱装置および燃料集合体の頂部ハンドルを示す図である。図５（ａ）は燃料取扱装置の構成を示す図であり、図５（ｂ）は燃料集合体の頂部ハンドルの拡大図である。
図５（ａ）に示すように、燃料取扱装置５０１は、自身に備えられた伸縮管５０２の先端に燃料つかみ具５０３を備えている。この燃料つかみ具５０３が燃料集合体５１１の頂部ハンドル４をつかみ、伸縮管５０２を伸張あるいは伸縮させることによる昇降動作と、燃料取扱装置５０１自身の走行、横行動作により燃料集合体５１１の移送・装荷が行われる。
また、図５（ｂ）に示すように、燃料集合体５１１の頂部ハンドル４上面には燃料集合体の識別番号５３１が刻印されており、燃料集合体５１１の頂部ハンドル４を目視することで、個々の識別番号の確認が可能となる。

（原子炉圧力容器）
図６は、原子炉圧力容器の原子炉圧力容器内での燃料集合体の配置を示す概念図である。図６（ａ）は、原子炉圧力容器を上方からみた図であり、図６（ｂ）は燃料集合体の格納状態を示す図であり、図６（ｃ）は燃料集合体の格納状態を示す別の図である。
図６（ａ）に示すように、燃料集合体は、上部格子板３１に囲まれた原子炉圧力容器３内に配置されている。上部格子板３１によって原子炉圧力容器３は複数の格子で区切られており、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように１つの格子内に燃料集合体５１１が４つ装荷されている。４つの燃料集合体５１１は、個々の格子の中で、それぞれの方向が９０°ずつ異なる状態で配置されている。そして、図６（ｃ）に示すように格子内における４つの燃料集合体５１１の中央に制御棒５１２が配置されている。
そして、原子炉圧力容器３に対してＸ方向、Ｙ方向それぞれに座標を与えることで、燃料集合体５１１の配置位置の管理が可能となる。

本実施形態によれば、ロボットアーム１を燃料格納領域４０の周囲に１２０°の間隔で３台設置し、それぞれのロボットアーム１の長さを燃料格納領域４０の半径とすることで、ロボットアーム１の台数およびロボットアーム１のサイズを最小限としつつ、原子炉圧力容器３内におけるすべての燃料集合体をカバーすることができる。つまり、効率的なロボットアーム１の配置が可能となる。

また、制御装置２が、ロボットアーム１の動作に応じて、照明５が当たる箇所を制御することで、良好な撮影状況を維持することが可能となる。
さらに、燃料取扱装置５０１と、ロボットアーム１とを別の装置とし、制御装置２が燃料取扱装置５０１の動作に応じて、ロボットアーム１の動作を制御することで、燃料集合体の移送と、配置位置の確認を同時に行うことができるため、燃料移送の後に行われる識別番号の確認作業が不要となり、定期検査時間の短縮が可能となる。

なお、制御装置２の機能が各ロボットアーム１や、燃料取扱装置５０１に搭載されていてもよい。また、燃料取扱装置５０１が制御装置２によって、動作制御されてもよい。

１ロボットアーム
２制御装置
３原子炉圧力容器
４頂部ハンドル
５照明
１１カメラ
３１上部格子版
３２炉心シュラウド
３３フランジ部
４０燃料格納領域
１００燃料監視システム
５０１燃料取扱装置
５３１識別番号

Claims

先端にカメラを有するロボットアームが原子炉圧力容器における燃料格納領域の周囲に設置されている燃料管理システムであって、
前記ロボットアームは、前記燃料格納領域の周囲に１２０°の間隔で３台設置されており、それぞれのロボットアームの長さは、前記燃料格納領域の半径である
ことを特徴とする燃料管理システム。
少なくとも１つの照明が前記ロボットアームの稼働範囲外に備えられている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料管理システム。
前記ロボットアームの動作に応じて、前記照明を制御する制御装置
をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の燃料管理システム。
前記燃料格納領域に配置されている燃料集合体を移送する燃料取扱装置と、
前記燃料取扱装置の動作に応じて、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、
をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料管理システム。