JP2545136B2 - 燃料棒の間隔測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、所定の間隔で燃料集合体に組み込まれた
複数の燃料棒の間隔を測定する燃料棒の間隔測定方法、
およびその方法を実施するための測定装置に関する。

［従来の技術］ 従来は、隣接する燃料棒の間にひずみゲージを強制的
に差し込むことにより、そのひずみゲージのひずみ検出
値から、隣接する燃料棒の間隔を測定していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、ひずみのゲージを用いた従来の間隔測定は、
燃料棒の表面に接触するセンサー部の摩耗が激しく、そ
のセンサー部を短いサイクルで交換しなければならない
という問題があった。

この発明は、このような問題を解決課題とするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ （１）第１請求項に記載の燃料棒の間隔測定方法は、 所定の間隔で燃料集合体に組み込まれた複数の燃料棒
の間隔を測定する燃料棒の間隔測定法であって、 隣接する燃料棒の間に入る大きさのゲージ本体に、そ
の基端側から先端側に延在する光ファイバを備えたゲー
ジを用意し、 前記隣接する燃料棒の間にゲージの先端を差し込み、 光ファイバの基端側に光を入射させて、その光ファイ
バの先端側から、前記隣接する燃料棒の双方の表面に向
かって光を照射し、 前記隣接する燃料棒の一方側の表面からの反射光を光
ファイバの先端側にて受光して、その受光した第１の反
射光を光ファイバの基端側で検出し、 前記隣接する燃料棒の他方側の表面からの反射光を光
ファイバの先端側にて受光して、その受光した第２の反
射光を光ファイバの基端側で検出し、 一方側の燃料棒とゲージとの間の距離に対応する第１
の反射光の受光量検出値と、他方側の燃料棒とゲージと
の間の距離に対応する第２の反射光の受光量検出値に基
づいて、前記隣接する燃料棒の間隔を求めることを特徴
とする。

（２）第２請求項に記載の燃料棒の間隔測定方法は、 所定の間隔で燃料集合体に組み込まれた複数の燃料棒
の間隔を測定する燃料棒の間隔測定方法であって、 燃料棒の間に入る大きさのゲージ本体に、その基端側
から先端側に延在する光ファイバを備えたゲージを用意
し、 燃料棒の間にゲージの先端を所定の速度で差し込み、 光ファイバの基端側に光を入射させて、その光ファイ
バの先端側から、ゲージの差し込み方向に沿う燃料棒の
列に向かって光を照射し、 燃料棒の表面からの反射光を光ファイバの先端側にて
受光して、その受光した反射光を光ファイバの基端側で
検出し、 ゲージの差し込み速度と、ゲージの差し込み方向に沿
う列の燃料棒の間隔に対応する反射光の受光量検出値の
変化に基づいて、ゲージの差し込み方向に沿う列の燃料
棒の間隔を求めることを特徴とする。

（３）第３請求項に記載の燃料棒の間隔測定装置は、 所定の間隔で燃料集合体に組み込まれた複数の燃料棒
の間隔を測定する燃料棒の間隔測定装置であって、 隣接する燃料棒の間に入る大きさのゲージと、 このゲージに備えられて、そのゲージの基端側から先
端側に延在する光ファイバと、 ゲージの基端側を支持して、そのゲージの先端側を前
記隣接する燃料棒の間に差し込む差し込み機構と、 ゲージの基端側に備えられて、光ファイバの基端側に
光を入射する光源と、 ゲージの先端側に備えられて、光ファイバの先端側か
ら、前記隣接する燃料棒の双方に向かって光を照射する
光照射部と、 ゲージの先端側に備えられ、前記隣接する燃料棒の一
方側の表面からの反射光を受光して光ファイバの先端側
に導く第１の受光部と、 ゲージの先端側に備えられ、前記隣接する燃料棒の他
方側の表面からの反射光を受光して光ファイバの先端側
に導く第２の受光部と、 ゲージの基端側に備えられて、第１の受光部にて受光
されて光ファイバの基端側に導かれた反射光を検出する
第１の光検出部と、 ゲージの基端側に備えられて、第２の受光部にて受光
されて光ファイバの基端側に導かれた反射光を検出する
第２の光検出部と、 一方側の燃料棒とゲージとの間の距離に対応する第１
の光検出部の受光量検出値と、他方側の燃料棒とゲージ
との間の距離に対応する第２の光検出部の受光量検出値
に基づいて、前記隣接する双方の燃料棒の間隔を求める
演算部とを具備してなることを特徴とする。

（４）第４請求項に記載の燃料棒の間隔測定装置は、 所定の間隔で燃料集合体に組み込まれた複数の燃料棒
の間隔を測定する燃料棒の間隔測定装置であって、 燃料棒の間に入る大きさのゲージと、 このゲージに備えられて、そのゲージの基端側から先
端側に延在する光ファイバと、 ゲージの基端側を支持して、そのゲージの先端側を燃
料棒の間に所定の速度で差し込む差し込み機構と、 ゲージの基端側に備えられて、光ファイバの基端側に
光を入射する光源と、 ゲージの先端側に備えられて、光ファイバの先端側か
ら、ゲージの差し込み方向に沿う燃料棒の列に向かって
光を照射する光照射部と、 ゲージの先端側に備えられ、燃料棒の表面からの反射
光を受光して光ファイバの先端側に導く受光部と、 ゲージの基端側に備えられて、受光部にて受光されて
光ファイバの基端側に導かれた反射光を検出する光検出
部と、 ゲージの差し込み速度と、ゲージの差し込み方向に沿
う列の燃料棒の間隔に対応する光検出部の受光量検出値
の変化に基づいて、ゲージの差し込み方向に沿う列の燃
料棒の間隔を求める演算部とを具備してなることを特徴
とする。

［作用］ この発明は、ゲージを燃料棒に接触させることなく、
つまり非接触で燃料棒の間隔を光学的に測定することに
より、ゲージにおけるセンサー部が燃料棒との接触で摩
耗するようなことをなくし、ゲージの寿命を長くして、
その交換サイクルを長くする。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、燃料集合体１は、第２図のように多数の燃料棒
２を支持構造体に組み込んだ構造となっており、その支
持構造体は、上部と下部のノズル３（第２図では「下部
ノズル」の図示略）、および複数の支持格子４によっ
て、燃料棒２を所定の間隔に保つようになっている。

この発明は、このような燃料集合体における燃料棒２
同士の間隔を光学的に測定するものである。

第１図ないし第７図は、この発明の第１の実施例を説
明するための図である。

第５図において、11はスタンドであり、その上端に取
り付けたハンガー12の吊具13によって燃料集合体１を吊
り、その燃料集合体１を台座14上に位置決め保持するよ
うになっている。スタンド11には、平面Ｌ字状のゲージ
支持部15（第６図参照）が上下のA1,A2方向にスライド
可能にガイドされており、そのゲージ支持部15は図示し
ない駆動機構によって昇降されるようになっている。ゲ
ージ支持部15には、第１のゲージ台16が第５図および第
６図中左右のB1,B2方向にスライド可能にガイドされて
おり、そのゲージ台16は図示しない駆動機構によってス
ライドされるようになっている。また、第１のゲージ台
16には、第２のゲージ台17が第６図中上下のC1,C2方向
にスライド可能にガイドされており、そのゲージ台17は
図示しない駆動機構によってスライドされるようになっ
ている。

第２のゲージ台17には、燃料集合体１における燃料棒
２と同じ間隔で複数のゲージ18の基端が一列に取り付け
られている。ゲージ18は、それぞれ尖頭形状のゲージ本
体18aに光ファイバF1,F2とプリズムP1,P2を備えた構造
となっており、それぞれのゲージ18は第１図のように燃
料集合体１における燃料棒２の相互間に矢印C1方向から
差し込まれる小幅となっている。したがって、第２のゲ
ージ台17を矢印C1方向にスライドさせる駆動機構は、ゲ
ージ18を燃料棒２の間に差し込むための差し込み機構と
なっている。この差し込み機構は、ゲージ18を所定の速
度で差し込むようになっており、その差し込み速度は、
後述するように燃料棒２の間隔測定用のデータとして利
用される。また、光ファイバF1,F2の基端（第１図中の
左方端）のそれぞれには、プリズムP3を通して光源19と
光電管20が光学的に接続されている。

ゲージ18の差し込み方向右側の光ファイバF1とプリズ
ムP1は、光源19からの光線をプリズムP3を通して光ファ
イバF1の基端に入射し、その光線をプリズムP1からゲー
ジ18の差し込み方向右側に出射し、かつ反射光をプリズ
ムP1に入射して、プリズムP1の分光によって対応する光
電管20に導くようになっている。一方、ゲージ18の差し
込み方向左側の光ファイバF2とプリズムP2は、光源19か
らの光線をプリズムP3を通して光ファイバF2の基端に入
射し、その光線をプリズムP2からゲージ18の差し込み方
向左側に出射し、かつその反射光をプリズムP2に入射し
て、プリズムP1の分光によって対応する光電管20に導く
ようになっている。

光電管20は、反射光の光量を電圧に変換し、その電圧
は演算部21（第１図参照）に入力される。演算部21は、
それぞれの光電管20から入力した電圧と、第２のゲージ
台17の駆動機構つまりゲージ18の差し込み機構によるゲ
ージ18の差し込み速度に基づいて、燃料棒２の間隔を求
める。その演算方法は作用と共に後述する。

次に作用について説明する。

まず、スタンド11に燃料集合体１をセットし、それか
らゲージ支持部15と第１のゲージ台16をスライドさせ
て、ゲージ18の先端を燃料棒２の測定対象位置に向かい
合わせる。

その後、第２のゲージ台17を矢印C1方向に徐々にスラ
イドさせて、ゲージ18を所定の差し込み速度で燃料棒２
の間に差し込む。

本実施例においては、１つ１つのゲージ18によって、
ゲージ18を挟んで位置する両側の燃料棒２の対抗間隔
と、ゲージ18の差し込み方向に沿う燃料棒２の隣接間
隔を同時に測定する。

いま、第１図中下側の１つのゲージ18に着目し、その
ゲージ18による上記，の測定について説明する。こ
のゲージ18は、燃料集合体１を平面視した場合における
同図中下段の列の燃料棒２と、同図中中段の列の燃料棒
２との間に、矢印C1方向から差し込まれるものである。

ゲージ18を挟んで位置する燃料棒２の対向間隔の測定 ゲージ18の先端のプリズムP1,P2は、ゲージ18の差し
込み方向と直交する右側と左側に向かって光線を出射
し、それら左右の光線はプリズムP1,P2の真横に位置す
る燃料棒２の表面によって反射される。それら左右の反
射光は、プリズムP1,P2によって受光される。したがっ
て、プリズムP1,P2は、ゲージ18を挟んで位置する燃料
棒２の双方に向かって光を照射する光照射部として機能
し、また右方のプリズムP1は、右方の燃料棒２からの反
射光を受光する第１の受光部として機能し、また左方の
プリズムP2は、左方の燃料棒２からの反射光を受光する
第２の受光部として機能することになる。

それら左右の反射光は、プリズムP1,P2と燃料棒２と
の間隔に応じた大きさとなり、それらの間隔が最も近い
ときに最大となる。つまり、燃料棒２が円筒形状である
ため、ゲージ18のプリズムP1,P2との間隔が最小となる
ときに、反射光が最大となる（乱反射によって拾えない
反射光が最小となる）。光電管20は、それら左右の反射
光に対応する電圧を演算部21に出力する。したがって、
右方の光ファイバF1に対応する光電管20は、右方のプリ
ズムP1が受光した反射光を検出する第１の光検出部とし
て機能し、左方の光ファイバF2に対応する光電管20は、
左方のプリズムP2が受光した反射光を検出する第２の光
検出部として機能することになる。

演算部21が入力する電圧を第１図中にグラフ表示す
る。

このグラフでは、横軸にゲージ18の差し込み時間、縦
軸上方に左側の反射光に対応する入力電位、縦軸下方に
右側の反射光に対応する入力電位をとっており、左右の
プリズムP1,P2の真横に燃料棒２が位置したときに、入
力電位が最大となっている。左右のプリズムP1,P2の真
横に燃料棒２が位置したときにおけるそれらの間隔をA,
A′、B,B′、C,C′とすると、左右の入力電位はそれら
の間隔に対応する最大値となる。

演算部21は、燃料棒２毎における入力電位の最大値を
計測値とみなし、まず、それらの計測値から、ゲージ18
の差し込み方向における１番目の燃料棒２の間隔A,A′
を求める。演算部21には、予め、ゲージ18と燃料棒２と
の間隔に対応付けた入力電位の標準値が設定されてお
り、演算部21は、その標準値と照合することにより間隔
A,A′を求める。そして、それらの間隔A,A′と、ゲージ
18の幅を加えて燃料棒２の間隔ａを求める。

以下、同様にして、ゲージ18を挟んで位置する燃料棒
２の間隔を順次測定する。

ゲージ18の差し込み方向に沿う燃料棒２の隣接間隔の
測定 演算部21は、上述した第１図のような入力電位の最大
値の入力タイミングから、ゲージ18の差し込み方向に燃
料棒２の隣接間隔を求める。

いま、ゲージ18の差し込み方向右側における１番目と
２番目を燃料棒２の隣接間隔ａ′に着目する。この間隔
ａ′は、入力電位の最大値Ａ′と最大値Ｂ′の間の時間
間隔Ｔに対応する。これは、ゲージ18の差し込み速度が
一定であるためである。演算部21は、その時間間隔Ｔと
ゲージ18の差し込み速度を乗算して、燃料棒２の隣接間
隔ａ′を求める。

同様にして、演算部はゲージ18を差し込み方向の左右
両側の燃料棒２に関し、ゲージ18の差し込み方向に沿う
隣接間隔を測定する。

したがって、このの測定においてプリズムP1,P2
は、ゲージ18の差し込み方向に沿う燃料棒２の列に向か
って光を照射する光照射部として機能すると共に、燃料
棒２の表面からの反射光を受光する受光部として機能す
ることになる。

以上、，の測定により、燃料棒２の縦列と横列の
両方の相互間隔を同時に求める。したがって、例えば縦
列の燃料棒２の全ての間に入る数のゲージ18を備えた場
合には、それらの１度の差し込みによって、燃料集合体
１における全ての燃料棒２の縦列と横列の両方の間隔を
測定することが可能となる。なお、ゲージ18やその差し
込み手段の設計上などの問題から、ゲージ18を燃料棒２
と同じ間隔に備えることが困難な場合には、ゲージ18を
燃料棒２の１つ置きの間隔に備えてもよく、この場合に
は、２回に分けて測定することになる。

第８図および第９図はこの発明の第２の実施例を説明
するための図である。

本実施例の場合、ゲージ18は、前述した実施例と同様
の，の測定方法を実施できる構成となっている。

すなわち、ゲージ18には、ゲージ本体18aの長さ方向
に沿って延在するように発光用光ファイバF3と受光用光
ファイバF4が取り付けられ、またゲージ本体18aの先端
には、発光部31と受光部32が取り付けられている。そし
て、発光用光ファイバF3を通して発光部31に光線を導
き、その光線を発光部31からゲージ18の左右両側に出射
し、それらの反射光を受光部32にて受光して、受光用光
ファイバF4によって光電管20（第１図参照）に導くよう
になっている。

したがって、前述した実施例のの測定方法と同様
に、ゲージ18の先端を挟むように位置する左右の燃料棒
２の間隔と、左右の反射光が対応することを利用して、
それら左右の燃料棒２の対向間隔を測定することができ
る。更に、前述した実施例のの測定方法と同様に、ゲ
ージ18の差し込み方向に沿う燃料棒２の隣接間隔と、反
射光の検出タイミングから、それら燃料棒２の隣接間隔
を測定することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、ゲージを燃料棒に
接触させることなく、つまり非接触で燃料棒の間隔を光
学的に測定するから、ゲージにおけるセンサー部が燃料
棒との接触で摩耗するようなことがなく、ゲージの寿命
が長くなって、その交換サイクルを長くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図はこの発明の第１の実施例を説明す
るための図であって、第１図は概略のブロック構成図、
第２図は燃料集合体とゲージの位置関係を表す斜視図、
第３図はゲージの斜視図、第４図は第３図のIV−IV線に
沿う断面図、第５図は燃料集合体と測定装置の位置関係
を表す側面図、第６図は第５図のVI矢視図、第７図はゲ
ージ駆動部の概略斜視図である。 第８図および第９図はこの発明の第２の実施例を説明す
るための図であって、第８図は要部の斜視図、第９図は
燃料集合体とゲージの位置関係を表す平面図である。 １……燃料集合体、２……燃料棒、 11……スタンド、12……ハンガー、 13……吊具、14……台座、 15……ゲージ支持部、 16……第１のゲージ台、 17……第２のゲージ台、18……ゲージ、 18a……ゲージ本体、19……光源、 20……光電管、21……演算部、 F1,F2,F3,F4……光ファイバ、 P1,P2,P3……プリズム。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の間隔で燃料集合体に組み込まれた複
   数の燃料棒の間隔を測定する燃料棒の間隔測定方法であ
   って、 隣接する燃料棒の間に入る大きさのゲージ本体に、その
   基端側から先端側に延在する光ファイバを備えたゲージ
   を用意し、 前記隣接する燃料棒の間にゲージの先端を差し込み、 光ファイバの基端側に光を入射させて、その光ファイバ
   の先端側から、前記隣接する燃料棒の双方の表面に向か
   って光を照射し、 前記隣接する燃料棒の一方側の表面からの反射光を光フ
   ァイバの先端側にて受光して、その受光した第１の反射
   光を光ファイバの基端側で検出し、 前記隣接する燃料棒の他方側の表面からの反射光を光フ
   ァイバの先端側にて受光して、その受光した第２の反射
   光を光ファイバの基端側で検出し、 一方側の燃料棒とゲージとの間の距離に対応する第１の
   反射光の受光量検出値と、他方側の燃料棒とゲージとの
   間の距離に対応する第２の反射光の受光量検出値に基づ
   いて、前記隣接する燃料棒の間隔を求めることを特徴と
   する燃料棒の間隔測定方法。
2. 【請求項２】所定の間隔で燃料集合体に組み込まれた複
   数の燃料棒の間隔を測定する燃料棒の間隔測定方法であ
   って、 燃料棒の間に入る大きさのゲージ本体に、その基端側か
   ら先端側に延在する光ファイバを備えたゲージを用意
   し、 燃料棒の間にゲージの先端を所定の速度で差し込み、 光ファイバの基端側に光を入射させて、その光ファイバ
   の先端側から、ゲージの差し込み方向に沿う燃料棒の列
   に向かって光を照射し、 燃料棒の表面からの反射光を光ファイバの先端側にて受
   光して、その受光した反射光を光ファイバの基端側で検
   出し、 ゲージの差し込み速度と、ゲージの差し込み方向に沿う
   列の燃料棒の間隔に対応する反射光の受光量検出値の変
   化に基づいて、ゲージの差し込み方向に沿う列の燃料棒
   の間隔を求めることを特徴とする燃料棒の間隔測定方
   法。
3. 【請求項３】所定の間隔で燃料集合体に組み込まれた複
   数の燃料棒の間隔を測定する燃料棒の間隔測定装置であ
   って、 隣接する燃料棒の間に入る大きさのゲージと、 このゲージに備えられて、そのゲージの基端側から先端
   側に延在する光ファイバと、 ゲージの基端側を支持して、そのゲージの先端側を前記
   隣接する燃料棒の間に差し込む差し込み機構と、 ゲージの基端側に備えられて、光ファイバの基端側に光
   を入射する光源と、 ゲージの先端側に備えられて、光ファイバの先端側か
   ら、前記隣接する燃料棒の双方に向かって光を照射する
   光照射部と、 ゲージの先端側に備えられ、前記隣接する燃料棒の一方
   側の表面からの反射光を受光して光ファイバの先端側に
   導く第１の受光部と、 ゲージの先端側に備えられ、前記隣接する燃料棒の他方
   側の表面からの反射光を受光して光ファイバの先端側に
   導く第２の受光部と、 ゲージの基端側に備えられて、第１の受光部にて受光さ
   れて光ファイバの基端側に導かれた反射光を検出する第
   １の光検出部と、 ゲージの基端側に備えられて、第２の受光部にて受光さ
   れて光ファイバの基端側に導かれた反射光を検出する第
   ２の光検出部と、 一方側の燃料棒のとージとの間の距離に対応する第１の
   光検出部との受光量検出値と、他方側の燃料棒とゲージ
   との間の距離に対応する第２の光検出部の受光量検出値
   に基づいて、前記隣接する双方の燃料棒の間隔を求める
   演算部とを具備してなることを特徴とする燃料棒の間隔
   測定装置。
4. 【請求項４】所定の間隔で燃料集合体に組み込まれた複
   数の燃料棒の間隔を測定する燃料棒の間隔測定装置であ
   って、 燃料棒の間に入る大きさのゲージと、 このゲージに備えられて、そのゲージの基端側から先端
   側に延在する光ファイバと、 ゲージの基端側を支持して、そのゲージの先端側を燃料
   棒の間に所定の速度で差し込む差し込み機構と、 ゲージの基端側に備えられて、光ファイバの基端側に光
   を入射する光源と、 ゲージの先端側に備えられて、光ファイバの先端側か
   ら、ゲージの差し込み方向に沿う燃料棒の列に向かって
   光を照射する光照射部と、 ゲージの先端側に備えられ、燃料棒の表面からの反射光
   を受光して光ファイバの先端側に導く受光部と、 ゲージの基端側に備えられて、受光部にて受光されて光
   ファイバの基端側に導かれた反射光を検出する光検出部
   と、 ゲージの差し込み速度と、ゲージの差し込み方向に沿う
   列の燃料棒の間隔に対応する光検出部の受光量検出値の
   変化に基づいて、ゲージの差し込み方向に沿う列の燃料
   棒の間隔を求める演算部とを具備してなることを特徴と
   する燃料棒の間隔測定装置。