JP2024514016A - 原子炉の燃料補給 - Google Patents

Abstract

原子炉内の燃料を扱うためのロボットアームが提供され、ロボットアームは、ロボットアームをｘ軸に沿って移動させるための移動機構を備える。移動機構は、その中心線がｘ軸と平行であるアーム部分に結合され得、グラブヘッド部分は、アーム部分に枢動式に設置されている。ｚ軸に対して平行になるように垂直方向にグラブヘッドを回転させることができ、グラブヘッドは、ｚ軸に沿って伸張することを可能にする伸縮式部分と、原子炉の燃料組立体を把持するためにその遠位端にある把持機構とを有することができる。

Description

本出願は、２０２１年４月１９日に提出された英国特許第ＧＢ２１０５５５２．０号の優先権を主張し、その内容および要素は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれている。

本開示は、本開示は、原子炉に燃料補給することに関する。詳細には、それは、原子炉の燃料補給プロセスにおいて使用するためのロボットアームに関する。

原子力発電所は、燃料組立体に含まれる核分裂性材料の核分裂からの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。加圧水型反応炉（ＰＷＲ）原子力発電所は、以下の加圧構成要素、すなわち、燃料組立体を中に含む反応炉圧力容器（ＲＰＶ）、１つまたは複数の蒸気生成器および加圧器を典型的に接続する一次冷却剤回路を有する。一次回路内の冷却剤ポンプは、これらの構成要素間の配管を通して加圧された水を循環させる。ＲＰＶは、一次回路内の水を加熱する炉心を収容する。蒸気生成器は、一次回路と、タービンに動力を供給するために蒸気が生成される二次システムとの間の熱交換器として機能する。沸騰水型反応炉（ＢＷＲ）は、高圧回路を使用して水を液体状態に維持するのではなく、ＢＷＲは、炉心を使用して、水を加熱し、蒸気生成器を駆動するための蒸気にそれを替える点を除いて、ＰＲＷと同様の方法で動作する。

そのような反応炉は、典型的には１８～２４カ月の間隔で燃料補給する必要がある。この燃料補給の間、反応炉は電源を落とされ、反応炉圧力容器のヘッドは取り外される。ＰＷＲプラントまたはＢＷＲプラントは、圧力を格納容器建物内の大気の圧力に等しくするように減圧され、必要であれば、一次ループ内の水は、反応炉のヘッドのレベルよりすぐ下のレベルまで排出される。図１は、対応付けられた燃料補給設備１０を備えた従来技術の反応炉の一例を提示する。この中では、反応炉は、水で満たされた燃料補給キャビティ１１を使用し、反応炉圧力容器１３のヘッドは、キャビティ内に着座し、水の体積を保持するように設計される。反応炉は、壁１２を有する格納容器構造の中に収容される。燃料補給を可能にするために、反応炉のヘッドのボルトが緩められ、別の場所（図示せず）に持ち上げられ、この場所は、燃料補給動作の邪魔をしない。反応炉ヘッドより上のキャビティは、一次回路と同じ品質の水で満たされてガンマ放射からの遮蔽を提供する。燃料の一部はその後、取り出され、新たな燃料棒と交換され、その一方で他の燃料棒は、反応炉圧力容器内で再度位置決めされてもよい。使用済みの燃料は、典型的には、リモート処理技術によって持ち上げられる。典型的には、燃料ルート内で、燃料棒または燃料組立体１６は、オーバーヘッド移動クレーン１４を使用して反応炉圧力容器から外に持ち上げられる。ひとたび反応炉圧力容器より上になると、それはオーバーヘッド進行クレーンを使用して水平に並進され、使用済みの燃料棒を水平位置に回転させるターンオーバー装置１５内に置かれる。ターンオーバー装置は、燃料を冠水したトンネルを介して格納容器から外に移動させる。

ＰＷＲ反応炉の１つのタイプは、反応炉圧力容器および蒸気生成器が、それらの間にいかなる構造物もなしに管のショットセクションによって接続される、いわゆる閉鎖結合ＰＷＲである。このような配置は、従来の燃料補給方法を不可能にするか、またはさらにずっとより複雑で難しいものにする。あるいは、それらは、プラントの設計の考慮すべき事柄に影響を与える場合があり、詳細には、それは、プラントが閉鎖結合され得る度合いに対して制限を加える可能性がある。したがって、反応炉の燃料補給を可能にするための代替の方法および構成に対する要望がある。

第１の態様によると、原子炉内で燃料を扱うためのロボットアームが提供されており、ロボットアームは、ロボットアームをｘ軸に沿って移動させるための移動機構であって、その中心線がｘ軸と平行であるアーム部分に結合された移動機構と、ｚ軸に対して平行になるように垂直方向にグラブヘッドを回転させることができるようにアーム部分に枢動式に設置されたグラブヘッド部分とを備え、グラブヘッドは、グラブヘッドがｚ軸に沿って伸張することを可能にする伸縮式部分と、原子炉の燃料組立体を把持するためにその遠位端にある把持機構とをさらに備える。

グラブヘッドは、グラブヘッドがｙ軸に沿って移動することを可能にするパンタグラフヘッドを使用してアーム部分に設置されてもよい。

移動機構は、電気モータによって制御されてもよい。

電気モータはステッピングモータであってもよい。

ロボットアームの位置決めは、ロボットアームのいかなる移動も制御するためにエンコーダ信号を使用して制御されてもよい。

移動機構は、レールシステムを備えてもよい。

原子炉格納容器構造体は、上記に記載された態様によるロボットアームを備える。

第２の態様によると、ロボットアームを使用して原子炉から燃料組立体を取り出すための方法が提供されており、方法は、
１）移動機構を使用してロボットアームをｘ軸に沿って原子炉の格納容器構造体内に伸張させるステップと、
２）グラブヘッドがｘ軸に対して垂直方向にオフセットされたｚ軸まで回転させられるように、ロボットアームのグラブヘッドを回転させるステップと、
３）グラブヘッドを原子炉の炉心内の燃料組立体に向かって伸張させるステップと、
４）グラブヘッドの遠位端に設置された把持機構を使用して燃料組立体を把持するステップと、
５）グラブヘッドを後退させて、燃料組立体を反応炉の炉心から外に持ち上げるステップと、
６）ロボットアームを燃料貯蔵場所へと引っ込めるステップと、
７）グラブヘッドを伸張させて、燃料組立体を燃料貯蔵場所の中に下げ、把持機構を解放して燃料組立体を解放するステップとを含む。

グラブヘッドを後退させた後、グラブヘッドは、ｘ軸に対して平行に戻るように回転させられてもよい。

グラブヘッドは、グラブヘッドが、パンタグラフヘッド部分の移動を通して伸張される前、ｙ軸で移動することが可能であってもよい。

ハッチは、ロボットアームを伸張させる前に、格納容器構造体内に開放されてもよい。

燃料組立体が貯蔵場所内に解放された後、グラブヘッドは、平行になるように回転させられてもよく、ロボットアームは、格納容器構造体内のハッチを通して引っ込められ、ハッチが閉じられる。

ロボットアームの移動は、ロボットアームコントローラに位置情報を送るエンコーダによって制御されてもよく、ロボットアームコントローラは、この情報を使用して、ロボットアームに設置された電気モータによって適用される移動の範囲を制御する。

態様の任意選択の機構がここで詳述される。これらは、単一で、または任意の組み合わせで適用可能である。

本発明は、原子炉発電所（本明細書では原子炉としても呼ばれる）を備えてもよい、またはその一部として構成されてもよい。本開示は、加圧水型反応炉に関連してもよい。あるいは、それは沸騰水型反応炉に関する場合もある。原子炉発電所は、２５０から６００ＭＷの間、または３００から５５０ＭＷの間の電力出力を有してもよい。

原子炉発電所は、モジュール式反応炉であってもよい。モジュール式反応炉は、現場から離れて（例えば、工場で）製造され、その後、モジュールを一緒に接続することによって、モジュールが、現場で原子炉発電所に組み立てられるいくつかのモジュールから成る反応炉として考えられてもよい。一次回路、二次回路および／または三次回路のいずれも、モジュール構造で形成されてもよい。

本開示の原子炉は、反応炉圧力容器と、１つまたは複数の蒸気生成器と、１つまたは複数の加圧器とを備える一次回路を備えてもよい。一次回路は、反応炉圧力容器を通る媒体（例えば水）を循環させて、炉心内の核分裂によって生成される熱を抽出し、熱はその後、蒸気生成器に送達され、二次回路に移される。一次回路は、１つから６つの蒸気生成器、もしくは２つから４つの蒸気生成器を備えてもよい、または３つの蒸気生成器、もしくは上記に述べた数値のいずれかの範囲を備えてもよい。一次回路は、１つ、２つ、または３つ以上の加圧器を備えてもよい。一次回路は、反応炉圧力容器から蒸気生成器の各々まで延びる回路を備えてもよく、回路は、高温の媒体を反応炉圧力容器から蒸気生成器に運び、冷却された媒体を蒸気生成器から反応炉圧力容器に戻るように運んでよい。媒体は、１つまたは複数のポンプによって循環されてもよい。いくつかの実施形態において、一次回路は、一次回路内の蒸気生成器当たり１つまたは２つのポンプを備えてもよい。

いくつかの実施形態において、一次回路内を循環される媒体は、水を含んでよい。いくつかの実施形態において、媒体は、媒体に加えられた中性子吸収物質（例えば、ホウ素、ガドリニウム）を含んでもよい。いくつかの実施形態において、一次回路内の圧力は、フルパワー動作中少なくとも５０、８０、１００または１５０バールであってもよい。圧力は、フルパワー動作中、８０、１００、１５０または１８０バールに達する可能性がある。いくつかの実施形態において、水が一次回路内の媒体である場合、反応炉圧力容器を出て行く水の加熱された水温は、フルパワー動作中、５４０から６７０Ｋの間、または５６０から６５０Ｋの間、または５８０から６３０Ｋの間であってもよい。いくつかの実施形態において、水が一次回路内の媒体である場合、反応炉圧力容器に戻る水の冷却された水温は、フルパワー動作中、５１０から６００Ｋの間または５３０から５８０Ｋの間であってもよい。

本開示の原子炉は、蒸気生成器内で一次回路から熱を抽出し、タービンを駆動するための蒸気に水を変換する、水の循環ループを備える二次回路を備えてもよい。実施形態では、二次ループは、１つまたは２つの高圧タービンおよび１つまたは２つの低圧タービンを備えてもよい。

二次回路は、それが蒸気生成器に戻されるとき、蒸気を水に液化するための熱交換器を備えてもよい。熱交換器は、ヒートシンクとして作用するために、水の大きな部分を含み得る三次ループに接続されてもよい。

反応炉圧力容器は、鋼圧力容器を備えてもよく、圧力容器は、５から１５ｍの高さ、または９．５から１１．５ｍの高さであってもよく、直径は、２から７ｍの間、または３から６ｍの間、または４から５ｍの間であってもよい。圧力容器は、反応炉本体と、垂直方向に反応炉本体より上に位置決めされた反応炉ヘッドとを備えてもよい。反応炉ヘッドは、反応炉ヘッド上のフランジ、および反応炉本体上の対応するフランジを通過する一連のスタッドによって反応炉本体に接続されてもよい。

反応炉ヘッドは、反応炉構造体のいくつかの要素が単一の要素にまとめられてもよい一体式のヘッド組立体を備えてもよい。統合される要素の中には、加圧容器ヘッド、冷却シュラウド、制御棒駆動機構、ミサイルシールド、持ち上げリグ、ホイスト組立体およびケーブルトレイ組立体が含まれる。

炉心は、いくつかの燃料組立体で構成されてもよく、燃料組立体は燃料棒を中に含んでいる。燃料棒は、核分裂性物質のペレットの形態であってもよい。燃料組立体はまた、制御棒のための空間を含んでもよい。例えば、燃料組立体は、１７ｘ１７グリッドのロッド、すなわち全部で２８９の空間のためのハウジングを提供してもよい。これらの全部で２８９の空間のうちの２４は、反応炉の制御棒のために残されてもよく、その各々は、メインアームに接続された２４の制御小ロッドで形成されてもよく、１つは、計測管のために残されてもよい。制御棒は、核分裂中に放出される中性子を吸収することによって、燃料によって受ける核分裂プロセスの制御を提供するために、炉心内に、または炉心から外に移動可能である。反応炉の炉心は、１００～３００個の燃料組立体を備えてもよい。制御棒を完全に挿入することは、典型的には、反応炉が運転停止される、未臨界状態につながる可能性がある。反応炉の炉心内の燃料組立体の１００％までが制御棒を中に含んでよい。

制御棒の移動は、制御棒駆動機構によって移動されてもよい。制御棒駆動機構は、制御棒を下げて燃料組立体に入れたり、持ち上げて燃料組立体から外に出したりし、また炉心に対する制御棒の位置を保持するようにアクチュエータに命令し、アクチュエータに電力を供給してもよい。制御棒駆動機構は、制御棒を素早く挿入することで、反応炉を迅速に運転停止（すなわち緊急停止）させることが可能であり得る。

一次回路は、事故が起こった場合、一次回路からの蒸気を保持するために格納容器構造体の中に収容されてもよい。格納容器は、１５から６０ｍの直径、または３０から５０ｍの直径であってもよい。格納容器構造体は、鋼またはコンクリートから、または鋼で裏打ちされたコンクリートから形成されてもよい。格納容器は、１つまたは複数の持ち上げ装置（例えば、有極性クレーン）を収容してもよい。持ち上げ装置は、反応炉加圧容器より上で格納容器の頂部に収容されてもよい。格納容器は、反応炉の緊急冷却のための水タンクの中に含まれてもよい、またはその外側を支持してもよい。格納容器は、反応炉の燃料補給を可能にするため、燃料組立体の貯蔵のため、および燃料組立体の格納容器の内部とその外部との間の輸送のための設備および施設を中に含んでよい。

発電所は、反応炉要素を外部の危険（例えば、ミサイル攻撃）および天災（例えば、津波）から保護するための１つまたは複数の土木構造体を中に含んでよい。土木構造体は、鋼、もしくはコンクリートまたはその両方の組み合わせで作成されてもよい。

実施形態が、図面を参照して単に例として記載される。

従来技術の燃料補給法の概略図である。 ＰＷＲの概略図である。 使用位置にない、格納容器構造体内のロボットアームの断面図である。 伸張され使用中の格納容器構造体内のロボットアームの断面図である。 パンタグラフヘッドの平面図である。 格納容器構造体内に位置決めされたロボットアームの切欠き概略図である。

図２は、ＰＷＲ２０の概略図である。燃料組立体を中に含むＲＰＶ２２は、反応炉の中心に配置されている。ＲＰＶの周りには、加圧された水の配管２６、すなわち一次冷却剤回路によってＲＰＶに接続された３つの蒸気生成器２４が集まっている。冷却剤ポンプは、加圧された水を一次冷却剤回路の周りで循環させ、加熱された水をＲＰＶから蒸気生成器に取り込み、蒸気生成器から冷却された水をＲＰＶに取り込む。

加圧器２８は、一次冷却剤回路内の水圧をおよそ１５５バールに維持する。

蒸気生成器２４において、熱は、二次冷却剤回路の配管２６内を循環する水を供給するために加圧された水から移され、これにより、タービンを駆動し、タービンが発電機を駆動するのに使用される蒸気を生み出す。蒸気はその後、蒸気生成器に戻る前に液化される。

燃料補給の前に、格納容器構造体は、ガンマ線遮蔽を改善するために冠水される。これは、一次回路内で使用されるものと同じタイプである水を格納容器に加えることによって実行される。格納容器が冠水された状態で、反応炉加圧容器のヘッドを持ち上げることで、燃料補給機械のためのアクセスを提供することができる。ヘッドリフトは、クレーン、ホイスト、ジャックまたは、当業者に明白である任意の他の好適な技術を使用して行われてもよい。

従来技術の燃料補給方法は典型的には、上記で考察したようなクレーンの使用を伴い、これは、大型発電所に適している。しかしながら、よりモジュール式の反応炉設計でより小さなプラントを開発するための要望が増えており、このような研究は、そのような設備のために反応炉の周りの作業空間の大きさが削減される設計につながる。詳細には、蒸気生成器が、管の短いセクションによって反応炉加圧容器から隔てられている閉鎖結合反応炉に対して実行される作業は、不可能でなければ、オーバーヘッドクレーンの使用を難しい作業にする。さらに、クレーンの使用はまた、使用済み燃料組立体を格納容器構造体から外に移動させることができるようなターンオーバーリグの使用のための空間も必要とする。設備のこれらの部品の各々は、格納容器構造体のサイズを増大させ、その複雑さも高め、モジュール式構造でのそのような方法を使用することを難しくする。結果として、ターンオーバーリグの必要性をなくすシステムを生み出すことが望ましい。さらに、これらの設計から離れることによって、格納容器構造体の設計空間は、これらの２つの構成要素に関する要件によってもはや制限されることはない。

クレーンの使用の代わりに、ロボットアームが、反応炉の制御された燃料補給のために代わりに配備されてもよい。燃料補給用のロボットアームが図３に提示されている。ロボットアーム３１は、格納容器構造体３２の外側に収容されてもよい。格納容器の外側に装置を置くことによって、これにより、アームが使用されない間のアームのメンテナンス、テストおよび検査をより容易にすることが可能になる。この結果として、装置の信頼性が高まる。格納容器へのアクセスは、好適なハッチ３３の使用によって実現されてもよい。ハッチは、手動で、または自動で開放されてもよい。ロボットアームを収容するチャンバ３４および格納容器は、燃料補給が行われるとき、炉心および燃料棒によって放出される放射線から保護されるように格納容器を冠水させることができるように、反応炉と流体連通していてもよい。ロボットアームは、移動機構３５上に配置される。この機構は、一セットの車輪であってもよい。あるいは、これは、レールの使用であってもよい。当業者に明白であるように任意の他の好適な移動機構が使用されてもよい。移動機構は、電気モータによって制御されてもよい。詳細には、これは、ステッピングモータであってもよい。移動機構は、アームを取り囲むハウジングに接続されてもよい。この場合、アームのハウジングは、ロボットアームの作業のための支持体および保護体として機能する。あるいは、移動機構は、ロボットアームに直接接続されてもよい。

ロボットアームはｘ軸に延びるアーム部分３６で構成され、これは、アームの本体に平行である。アーム部分は、伸縮式のセクションを有してもよい。あるいは、それは、単一の剛性の本体であってもよい。アーム部分の端部は、グラブアーム３７が接続される旋回軸を有する。旋回軸は、グラブアームが、ｘ軸上のその移動位置から、アームの水平方向のｘ軸に対して垂直方向にオフセットされたｚ軸内のグラブ位置まで回転することを可能にする。グラブアームは、アームが所定の位置にあるとき、アームが燃料組立体に向かって伸張することを可能にする伸縮式部分で構成される。アーム部分に対するグラブアームの回転は、電気モータによって実行されてもよい。詳細には、これは、ステッピングモータによって行われてもよい。同様に、伸縮式アーム機構の制御も電気モータによって制御されてもよい。あるいは、それは、油圧制御装置など、当業者に明白である任意の好適な手段によって制御されてもよい。グラブアームの端部は、把持機構を有する。グラブヘッドは、パンタグラフアームを使用してロボットアームに接続されてもよく、これは、ヘッドが、ｘ軸と同じ水平面内にあるｙ軸内で移動することを可能にする。そのような機構は、アームが、配列内の燃料組立体のいずれかの上に位置決めされることを可能にする。よって、ｘ方向のアームの移動、およびｙ軸のグラブアームの移動およびグラブアームの下方運動によって、ロボットアームが燃料組立体３８のすべてにアクセスすることを可能にする。したがって、そのような方法を使用することは、すべての燃料組立体が取り出され、交換されることを可能にする。アームの正確な位置決めは、当業者にとって明白であるような任意の好適な手段の使用によって制御されてもよい。これは、例えば、エンコーダの使用を通してであってもよい。これらを使用して、アームおよびグラブヘッドの反応炉の他の機構に対する距離および位置を決定してもよく、ここからの情報は、アームおよびグラブヘッドを位置決めするようにステッピングモータまたは電気モータを制御するのに使用されてもよい。グラブアームが故障するような場合、グラブアームには、グラブアームの位置を維持するフェールクローズラチェットシステムが備わっていてもよい。グラブアームはこのとき、外部の工具を使用して水平方向の位置まで巻き上げられてもよい。格納容器構造体内および反応炉の周りの他の設備の位置のために、グラブアームは、その伸縮式構成要素を後退させ、グラブアームを水平方向の位置になるように、それがｘ軸に沿って置かれていると言える位置になるように回転させる必要がある場合がある。グラブアームを水平方向の位置に保持するためにフェールクローズピンが使用されてもよい。

同じ燃料補給処置の間、複数のロボットアームを動作させることが可能である。これらは、反応炉の異なる側から動作させることができるが、これは、反応炉が２つ以上の燃料プールを必要とするという制限を有する。あるいは、アームは、互いと同じ反応炉の側から動作させることもできる。例えば、それらは、互いの隣に位置決めすることができる、または１つまたは複数を他方の垂直方向上に、または垂直方向下に位置決めすることもできる。ロボットアームは、協働して炉心の全体に対して作業することができる。あるいは、それらは、互いに対して炉心の反対の部分に対して、または炉心の半分に対して作業することもできる。この方法において、異なるアームが相互作用しない。

取り出された燃料は、取り外されて、燃料処理プール３９内に堆積される。燃料処理プールは、ロボットアームハウジングに隣接して位置決めすることができる。燃料は、それを任意の適切な配向で位置決めすることができるように操作することができる。例えば、これは垂直方向または水平方向であり得る。燃料はまた、燃料補給プール内でラック内に堆積させることもできる。ラックは、燃料補給動作中の燃料貯蔵のための緩衝材として、またはプラント動作中の中期の燃料貯蔵解決策としてのいずれかで使用することができる。使用済み燃料プールは、反応炉を収容する格納容器構造体の内側または外側に配置されてもよい。あるいは、それは、格納容器に隣接する、およびアーム構造のためのハウジングに隣接する別個の構造体内に位置決めされてもよい。あるいは、燃料は、燃料プールへの輸送のための燃料搬送台内に装填される場合もある。これは、格納容器構造体内で生じる場合がある。あるいは、それは、格納容器構造体の外側の空間内で生じる場合もある。燃料搬送台はその後燃料を抽出するために使用され、水平方向または垂直方向のいずれかに移動することができる。

ロボットアームを使用する方法の一実施形態が図４に示される。反応炉に燃料補給する必要があるとき、ロボットアーム４１を動作させることができる。反応炉は電源を落とされ、格納容器は水で冠水される。ひとたび格納容器が冠水されると、それは、反応炉加圧容器ヘッドがクレーンまたはホイストを使用して切り離され、取り外されるのに安全である。反応炉加圧容器ヘッドが取り外された状態で、ロボットアームを燃料補給プロセスの一部として動作させることができる。格納容器は、ハッチ４３を格納容器内に移動させることによって開放することができ、これは、ロボットアームが格納容器構造体内にアクセスすることを可能にする。ロボットアームはその後、ロボットアームに対して平行であるｘ軸に沿って移動させることができる。ロボットアームの移動は、移動機構４５の制御された使用を通して実行される。これは、アームが格納容器構造体内に移動される範囲を制御する。アームが意図したもの以上に格納容器構造体に貫通するのを阻止するために障壁が使用されてもよい。グラブヘッドが炉心より上に位置決めされた状態で、ひとたびアームが格納容器内に位置決めされると、グラブヘッドが水平方向の位置から垂直方向の位置に移動するように、すなわち、それがｘ軸ではなくｚ軸に沿って置かれるように、グラブヘッドを回転させることができる。グラブヘッドをｙ軸ならびにｘ軸に沿って移動させるために、ロボットアームの端部にあるパンタグラフアームが使用されてもよい。グラブヘッドはその後、燃料組立体に向かってｚ軸に沿って移動するように伸張される。グラブヘッドが所定の位置にある状態で、グラブヘッドは、グラブヘッドに設置された把持機構を使用して燃料組立体を掴むように動作されてもよい。燃料ロッドはその後、ｚ軸に沿って戻るようにグラブヘッドを後退させることによって抜き取られる。グラブヘッドをその後回転させることで、グラブヘッド、ならびに燃料棒およびグラブアームは、ｘ軸に平行であるように戻るように回転させられる。アームはその後、反応炉の炉心から離れるように後退される。アームが反応炉の炉心から離れるように移動された状態で、燃料を燃料貯蔵プールへの輸送のために燃料搬送台の中に配置することができる、または燃料は、燃料処理プール内に直接堆積されてもよい。同様ではあるが、逆のプロセスを使用して、反応炉内に新たな燃料棒を装填してもよい。アームおよびグラブヘッドの位置は、エンコーダを使用して決定されてもよい。異なるアームおよびグラブヘッドの移動は、電気モータによって制御されてもよい。詳細には、これらはステッピングモータであってもよい。

図５は、ロボットアームをグラブヘッド５１に接続するのに使用され得るパンタグラフアームの一例を示す。ここでは、ロボットアームは、ｘ軸に沿って延び、パンタグラフアーム５３に接続する。パンタグラフアームは、グラブヘッドの位置が、ｙ軸に沿って変更されることを可能にすることができる。これは、グラブヘッドが炉心内の燃料組立体５２のいずれかにアクセスすることを可能にし得る。この例では、ヘッドは、２つのアーム５４ａおよび５４ｂを有して示されており、これらは、グラブヘッドをｘ－ｙ平面に配向されたまま維持する。ｘ軸運動は、ロボットアームおよび移行機構によって制御されている。

格納容器に対して位置決めされたロボットアームの一例が図６に提示されている。ロボットアーム６１は、格納容器構造体６２の外側に収容される。格納容器内へのアクセスは、好適なハッチ６３の使用によって実現される。ロボットアームを収容するチャンバ６４および格納容器は、燃料補給が行われるとき、炉心および燃料棒によって放出される放射線から保護されるように格納容器を冠水させることができるように、反応炉と流体連通していてもよい。ロボットアームは、移動機構６５上に配置される。移動機構は、この例では走路であり、アームを取り囲むハウジングに接続される。この場合、アームのハウジングは、ロボットアームの作業のための支持体および保護体として機能する。

ロボットアームは、ｘ軸に延びるアーム部分６６で構成され、これは、アームの本体に平行である。アーム部分の端部は、グラブアーム６７が接続される旋回軸を有する。旋回軸は、グラブアームが、ｘ軸上のその移動位置から、アームの水平方向のｘ軸に対して垂直方向にオフセットされたｚ軸内のグラブ位置まで回転することを可能にする。グラブアームは、アームが所定の位置にあるとき、アームが燃料組立体に向かって伸張することを可能にする伸縮式部分で構成される。グラブアームの端部は、把持機構を有する。グラブヘッドは、パンタグラフアームを使用してロボットアームに接続されてもよく、これは、ヘッドが、ｘ軸と同じ水平面内にあるｙ軸内で移動することを可能にする。よって、ｘ方向のアームの移動およびｙ軸のグラブアームの移動およびグラブアームの下方運動によって、ロボットアームが燃料組立体６８にアクセスすることを可能にする。燃料補給の前に、格納容器構造体は、ガンマ線遮蔽を改善するために冠水される。格納容器が冠水された状態で、反応炉加圧容器６９のヘッドを持ち上げて燃料補給機械のためのアクセスを提供することができる。ヘッドリフトは、クレーン７０を使用して行われる。

発明を上記に記載される例示の実施形態に関連して記載してきたが、本開示が与えられるとき、多くの等価の修正形態および変形形態が当業者にあきらかであろう。したがって、上記に記載した発明の例示の実施形態は、限定ではなく、例示とみなすべきである。記載される実施形態に対する様々な変更が、発明の精神および範囲から逸脱することなく行われてもよい。格納容器構造体内へのアームの移動は、２段階プロセスであってもよく、アームは、第１の段階において、通常の位置に移動されるのに対して、第２の段階においてアームは、よりゆっくりと、より制御された方法で、それが反応炉より上に正確に位置決めされるように反応炉まで移動される。

１０ 燃料補給設備
１１ 燃料補給キャビティ
１２ 壁
１３ 反応炉圧力容器
１４ オーバーヘッド移動クレーン
１５ ターンオーバー装置
１６ 燃料組立体
２０ ＰＷＲ
２２ ＲＰＶ
２４ 蒸気生成器
２６ 配管
２８ 加圧器
３１ ロボットアーム
３２ 格納容器構造体
３３ ハッチ
３４ チャンバ
３５ 移動機構
３６ アーム部分
３７ グラブアーム
３８ 燃料組立体
３９ 燃料処理プール
４１ ロボットアーム
４３ ハッチ
４５ 移動機構
５１ グラブヘッド
５２ 燃料組立体
５３ パンタグラフアーム
５４ａ、５４ｂ グラブヘッドのアーム
６１ ロボットアーム
６２ 格納容器構造体
６３ ハッチ
６４ チャンバ
６５ 移動機構
６６ アーム部分
６７ グラブアーム
６８ 燃料組立体
６９ 反応炉加圧容器
７０ クレーン

Claims (13)

1. 原子炉内で燃料を扱うためのロボットアームであって、前記ロボットアームは、前記ロボットアームをｘ軸に沿って移動させるための移動機構であって、その中心線が前記ｘ軸と平行であるアーム部分に結合された移動機構と、ｚ軸に対して平行になるように垂直方向にグラブヘッドを回転させることができるように前記アーム部分に枢動式に設置されたグラブヘッド部分とを備え、前記グラブヘッドは、前記グラブヘッドが前記ｚ軸に沿って伸張することを可能にする伸縮式部分と、前記原子炉の燃料組立体を把持するためにその遠位端にある把持機構とをさらに備える、ロボットアーム。
2. 前記グラブヘッドは、前記グラブヘッドをｙ軸に沿って移動させることを可能にするパンタグラフヘッドを使用して前記アーム部分に設置される、請求項１に記載のロボットアーム。
3. 前記移動機構は電気モータによって制御される、請求項１または２に記載のロボットアーム。
4. 前記電気モータはステッピングモータである、請求項３に記載のロボットアーム。
5. 前記ロボットアームの位置決めは、前記ロボットアームのいかなる移動も制御するためにエンコーダ信号を使用して制御される、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットアーム。
6. 前記移動機構は、レールシステムを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットアーム。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のロボットアームを備える、原子炉格納容器構造体。
8. ロボットアームを使用して原子炉から燃料組立体を取り出すための方法であって、
   １）移動機構を使用して前記ロボットアームをｘ軸に沿って原子炉の格納容器構造体内に伸張させるステップと、
   ２）グラブヘッドが前記ｘ軸に対して垂直方向にオフセットされたｚ軸まで回転させられるように、前記ロボットアームの前記グラブヘッドを回転させるステップと、
   ３）前記グラブヘッドを原子炉の炉心内の前記燃料組立体に向かって伸張させるステップと、
   ４）前記グラブヘッドの遠位端に設置された把持機構を使用して前記燃料組立体を把持するステップと、
   ５）前記グラブヘッドを後退させて、前記燃料組立体を前記反応炉の炉心から外に持ち上げるステップと、
   ６）前記ロボットアームを燃料貯蔵場所へと引っ込めるステップと、
   ７）前記グラブヘッドを伸張させて、前記燃料組立体を前記燃料貯蔵場所の中に下げ、前記把持機構を解放して前記燃料組立体を解放するステップとを含む、方法。
9. 前記グラブヘッドを後退させた後、前記グラブヘッドは、前記ｘ軸に平行であるように戻るように回転させられる、請求項８に記載の方法。
10. 前記グラブヘッドは、前記グラブヘッドがパンタグラフヘッド部分の移動を通して伸張される前、ｙ軸で移動することが可能である、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記ロボットアームを伸張させる前に、前記格納容器構造体内のハッチが開放される、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記燃料組立体が貯蔵場所内に解放された後、前記グラブヘッドは、平行になるように回転させられ、前記ロボットアームは、前記格納容器構造体内の前記ハッチを通して引っ込められ、前記ハッチが閉じられる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ロボットアームの移動は、ロボットアームコントローラに位置情報を送るエンコーダによって制御され、前記ロボットアームコントローラは、前記情報を使用して、前記ロボットアームに設置された電気モータによって適用される移動の範囲を制御する、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。

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