JP2660465B2 - 高速炉の燃料交換設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円環状炉心を有する高
速炉に組み込む燃料交換設備に関し、更に詳しく述べる
と、燃料交換機と燃料出入機と中継機構を一体化して炉
心空洞部に挿入可能とし、それによってシステムを簡素
化し原子炉容器径を縮寸化可能とした高速炉の燃料交換
設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大型高速炉の炉心は、多数の六角柱状の
燃料集合体を規則的に配列することによって構成され、
全体が偏平円柱状をなしている。例えば１００万ｋＷｅ
級の場合、炉心燃料集合体の数は３５０本程度であり、
これに径方向ブランケット燃料集合体を加えた炉心等の
等価半径は約４ｍになる。従って燃料交換は、少なくと
もこれだけの範囲の燃料集合体がその対象となる。

【０００３】高速炉の燃料交換は、原子炉容器内の気密
を維持したまま行うのが一般的である。ところで炉心上
部には制御棒駆動軸用案内管等を有する炉心上部機構が
設置されており、従来技術では燃料交換時にこの炉心上
部機構が邪魔になるため脇に移動する必要があった。こ
のために、原子炉容器上部の固定プラグに回転プラグを
組み合わせ、これに炉心上部機構を偏心させて搭載し、
回転により炉心上部から周辺部に移動させ、回転プラグ
に別途偏心して設置した燃料交換機で炉心燃料集合体等
（ブランケット燃料集合体を含む）にアクセスしてい
る。燃料交換機によって炉心から引き上げた使用済燃料
集合体は、炉心遮蔽体の外側にある中継機構に移送さ
れ、これを中継して別に設けられた燃料出入機により原
子炉容器外に取り出される。新燃料集合体の場合は、こ
の逆の経路を辿って空隙となった位置に挿入される。そ
こで従来の燃料交換設備では、燃料交換機と中継機構と
燃料出入機はそれぞれ独立して設けられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料交換機に
は、単回転パンタグラフ方式、２重回転固定アーム方
式、３重回転プラグ直動方式など種々の方式があるが、
いずれにしても全ての炉心燃料集合体及びブランケット
燃料集合体を交換可能とするために、原子炉上部の回転
プラグ径が大きくなり、結果的に原子炉容器径の増大を
招き、これがコスト増の主因となっていた。

【０００５】また燃料交換の際に、上記のように炉心上
部機構と燃料交換機が干渉するのを防ぐために、まず炉
心上部機構を脇に移動してから燃料交換機を炉心等の上
部に移動させる必要があり、そのためシステムが複雑化
し、コストが増大する問題があった。

【０００６】更に、原子炉容器内で燃料集合体を掴み炉
心等と遮蔽体の外側の中継位置間を往復する燃料交換機
と、中継位置から使用済燃料集合体を原子炉容器外に取
り出したり新燃料集合体を中継位置まで移送する燃料出
入機がそれぞれ独立して設けられており、機構的に複雑
で且つ物量も多く、不経済であった。

【０００７】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を解消し、炉心上部機構を脇に移動することなしに
燃料集合体を交換できるように機構を簡素化し、原子炉
容器径を極力小さく且つ燃料交換作業をより迅速に行え
るようにした高速炉の燃料交換設備を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】高速炉の炉心を、中央部
分が空洞部となるように多数の燃料集合体を束ね全体と
して円環状に配列すると、ナトリウムボイド反応度を小
さくでき、固有の潜在的安定性が高められる。本発明
は、このような円環状炉心における中央空洞部の存在に
着目し、それに適合した燃料交換設備を工夫することに
より、システムの簡素化を図ったものである。

【０００９】本発明の特徴は、水平方向に伸縮自在の燃
料交換アーム及びその先端に設けた燃料交換筒を具備す
る燃料交換機と、新燃料集合体の搬入及び使用済燃料集
合体の搬出を行う燃料出入機と、使用済燃料集合体と新
燃料集合体を交換する中継機構とを一体化して燃取設備
胴に収容した構造をなし、該燃取設備胴は、原子炉容器
の中央に吊り下げられ、下部が円環状炉心の中央空洞部
に挿入可能で、且つ円環状炉心及び原子炉容器に対して
同心状に回転可能になっている点にある。

【００１０】具体的な例としては、燃取設備胴を固定プ
ラグの中央に位置する回転プラグで支持し、制御棒駆動
軸及び制御棒駆動軸用案内管を含む炉心上部機構も回転
プラグで支持し、燃料交換アームの回転と炉心上部機構
の回転を同心で同期もしくは一体的に行う構成がある。
また別の構成例としては、制御棒駆動軸及び制御棒駆動
軸用案内管を引き上げ可能又は収縮可能な構造とし、原
子炉容器上部に回転プラグが無く固定プラグのみで遮蔽
する構造がある。

【００１１】

【作用】燃料交換のために円環状炉心の中央空洞部を利
用する。中央空洞部に燃料交換機と中継機構と燃料出入
機を一体化した燃料交換設備を設置し、その回転と燃料
交換アームの水平方向の伸縮により、全ての炉心燃料集
合体等に対して燃料交換が可能である。炉心上部機構を
燃料交換設備と共に同心で回転させることで、燃料交換
の際に炉心上部機構との干渉を防止でき、該炉心上部機
構を脇に移動させる必要も無くなる。

【００１２】

【実施例】本発明を適用する高速炉の炉心構成の一例を
図６に示す。炉心の全体的な形状は中央に空洞部１２を
形成した円環状である。円環状炉心１０は、内側に位置
する炉心燃料集合体１４と、その外側に位置するブラン
ケット燃料集合体１５からなる。円環状炉心１０の外側
には遮蔽体（Ｂ₄ Ｃ）１６と遮蔽体（ＳＵＳ）１７を配
置する。ここでは１００万ｋＷｅ級の大型炉心を想定し
ている。中央の空洞部１２は３７本（全炉心燃料集合体
の約１割程度）の炉心燃料集合体に相当する大きさであ
り、その直径は約１．１ｍ程度である。この３７本の燃
料集合体を炉心燃料集合体の最外周に再配置したとして
も、炉心の径は殆ど増加しない。

【００１３】図１は本発明に係る高速炉の燃料交換設備
の一実施例を示す説明図であり、図２はそのＸ−Ｘ断面
図である。原子炉容器２０の内部には円環状炉心２１
（炉心燃料集合体及びブランケット燃料集合体）があ
り、その外側は遮蔽体２２で囲まれ、それらは炉心支持
機構２３で支持されている。円環状炉心２１の発熱は冷
却材ナトリウム２４で冷却される。原子炉容器２０の上
部には、放射線遮蔽と断熱のために固定プラグ２５と回
転プラグ２６を設ける。回転プラグ２６には制御棒駆動
機構２７を搭載し、原子炉容器２０内に向けて同一円周
上に複数本の制御棒駆動軸用案内管２８を吊設する。各
制御棒駆動軸用案内管２８の間を支持筒２９で連結して
（図２参照）耐震支持している。

【００１４】燃料交換設備３０は、燃料交換機と中継機
構と燃料出入機からなり、それらを一体化して燃取設備
胴３２内に組み込んだ構造である。該燃取設備胴３２は
回転プラグ２６から原子炉容器２０の中央に吊り下げら
れ、下部が円環状炉心２１の中央空洞部３３に挿入可能
で、円環状炉心２１及び原子炉容器２０に対して同心状
に回転可能となっている。

【００１５】燃料交換機は、燃取設備胴３２内に沿って
挿入した燃料交換軸３４と、その上端に結合した燃料交
換駆動装置３５と、前記の燃料交換軸３４から水平方向
に伸縮自在の燃料交換アーム３６と、その先端に設けた
燃料交換筒３７、及び燃料交換アーム３６を耐震支持す
るアーム支持構造３８（図２参照）などから構成され
る。燃料出入機は、燃取設備胴３２に沿って挿入した燃
料出入胴４０と、その上端に結合した燃料出入駆動装置
４２などからなり、新燃料集合体の搬入及び使用済燃料
集合体の搬出を行う。中継機構は、新燃料用ポット４４
及び使用済燃料用ポット４５と、それらの回転支持部４
６などからなる。ここで燃料交換筒３７、燃料交換アー
ム３６、アーム支持構造３８は、燃取設備胴３２、新燃
料用ポット４４、使用済燃料用ポット４５、燃料交換軸
３４、燃料交換駆動装置３５、燃料出入胴４０、燃料出
入駆動装置４２と共に点Ｏを中心として回転自在であ
る。

【００１６】燃料交換は、原子炉停止時に原子炉容器２
０内を気密に保ったまま燃取設備胴３２によって行う。
燃取設備胴３２は前記のように回転プラグ２６に搭載さ
れていて、固定プラグ２５とは境界ｃで隔離され、フリ
ーズシールなどの従来同様の方法でシールされている。
また固定された気密セル４７とは境界ｄに設けたドアバ
ルブで隔離されるが、この部分は常温雰囲気となるの
で、シールはパッキンでもよい。しかし放射性物質を取
り扱うので、磁性流体シールを用いるのが最適である。

【００１７】新燃料集合体４８をインセルクレーン４９
で吊り下げて原子炉容器２０内へ搬入する。新燃料集合
体を、燃料出入駆動装置４２によって燃料出入胴４０を
経由してポット位置ａの新燃料用ポット４４内に挿入す
る。原子炉容器２０内では燃料交換アーム３６を、交換
すべき使用済燃料集合体の上部まで伸ばし、燃料交換筒
３７によってその使用済燃料集合体を掴み引き上げる。
使用済燃料集合体は、燃取設備胴３２内の中継機構まで
引き込まれ、ポット位置ｂの使用済燃料用ポット４５に
入れられる。使用済燃料用ポット４５は点Ｏを中心に半
回転して、新燃料用ポット４４と入れ替わる。半回転し
たポット位置ａの使用済燃料用ポット内の使用済燃料集
合体は、燃料出入駆動装置４２によって燃料出入胴４０
を経由して原子炉容器外へ出され、インセルクレーン４
９によって格納容器（図示せず）外に搬出される。また
前記のように燃料出入機により新燃料用ポットに挿入さ
れていた新燃料集合体は、ポット位置ｂで燃料交換アー
ム３６と燃料交換筒３７により取り出され、空隙となっ
ていた炉心の所定位置に運ばれ、炉心内に挿入される。

【００１８】なお燃料交換アーム３６の伸縮・回転、及
び燃料交換筒３７による燃料集合体の掴み・離し、挿入
・抜出の駆動は、燃料交換軸３４を介して回転プラグ２
６上部の燃料交換駆動装置３５により行われる。このよ
うにして、燃料交換のために燃料交換筒３７が対象燃料
集合体にアクセスして抜き出し等を行っている間に、新
燃料用ポット４４と使用済燃料用ポット４５の回転によ
るポット位置交換や、使用済燃料集合体の取り出しと新
燃料集合体の原子炉容器外からの挿入を、同時並行的に
行える。

【００１９】燃取設備胴３２は、原子炉運転中も原子炉
容器内に設置したままでもよいし、原子炉運転中は上部
に取り出しておき、燃料交換時のみ原子炉容器内に挿入
するように構成してもよい。なお制御棒駆動軸用案内管
２８は、耐震支持のため支持筒２９で連結されている
が、いずれも回転プラグ２６から吊り下げられているの
で燃料交換のために燃料交換アーム３６等の回転と共に
回転し、燃料交換作業に支障を来すことはない。

【００２０】図３Ａ，Ｂにそれぞれ従来方式（単回転プ
ラグ伸縮アーム方式の場合）と本発明方式（図１及び図
２に示す実施例）による原子炉容器径の比較を示す。燃
料交換の対象はいずれも炉心燃料集合体及びブランケッ
ト燃料集合体とする。従来方式では炉心上部機構（一般
に炉心５０（含ブランケットの全部もしくは一部）とほ
ぼ同径）を燃料交換時に脇に移動させる必要があり、原
子炉容器５１の中心Ｍに対して偏心した中心Ｎを有する
回転プラグ５２上に炉心上部機構５３（移動状態）と燃
料交換駆動装置５４を搭載することになる。ここで回転
プラグ５２は、原理的には炉心上部機構の径（≒炉心の
径）の２倍以上の径を必要とする。また使用済燃料集合
体や新燃料集合体が一度中継機構位置Ｐ点を経由する必
要から、結果的に原子炉容器径は図３Ａに示すように大
きくなる。なお符号５５は燃料交換筒、符号５６は燃料
交換アーム、符号５７は炉心構成要素最外周（遮蔽体を
含む）である。これに対して本発明では、炉心空洞部に
燃料交換設備を設置して、これを炉心２１及び原子炉容
器２０と同心で回転させ、燃料交換アーム３６を伸縮す
ることで炉心上部機構を移動させずにブランケット燃料
を含む全炉心燃料を取り扱うことができ、回転プラグの
径も炉心上部機構程度で済み、それだけ原子炉容器の径
が小さくなる。原子炉容器外との燃料集合体のやり取り
も中央の燃料交換設備で行える。従って、中継機構を炉
心及び遮蔽体の外に置く必要が無くなり、燃料交換機が
アクセスする範囲も小さくてすむ。

【００２１】図４は本発明の他の実施例を示している。
これは制御棒駆動軸用案内管６０及びその中の制御棒駆
動軸を引き上げ可能又は収縮可能とした例である。燃料
交換時は、固定プラグ６２に搭載した制御棒駆動装置６
４に内蔵した機構によって、制御棒駆動軸用案内管６０
及び制御棒駆動軸を引き上げる。これにより燃料交換ア
ーム３６の回転は燃取設備胴３２の回転のみでよく、図
１の場合のような回転プラグは不要となり、更にシステ
ムを簡素化できる。その他の構成は図１及び図２の場合
と同様であってよいから、同一符号を付し、それらにつ
いての説明は省略する。

【００２２】図５は本発明の更に他の実施例を示してい
る。これは燃料交換アーム３６ａ，３６ｂと、燃料交換
筒３７ａ，３７ｂと、アーム支持構造３８ａ，３８ｂを
対称に２組配置した例である。その他の構成は図１及び
図２の場合と同様であってよいから、同一符号を付しそ
れらについての説明は省略する。新燃料用ポット４４と
使用済燃料用ポット４５は、回転により互いのポット位
置ａ，ｂを交換でき、燃料交換アーム３６ａ，３６ｂの
いずれにも対応できるようになっている。これによって
燃料交換時間を大幅に短縮できるが、更に必要に応じて
燃料交換アーム等の設置数を増やすこともできる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記のように、燃料交換機、中
継機構、燃料出入機を一体化した燃料交換設備を円環状
炉心中央の空洞部に設置して、原子炉容器等に対して同
心状に回転させる構成であるから、それにより燃料交換
時に炉心上部機構を移動させる必要が無くなり、燃料交
換設備を簡素化でき、且つ原子炉容器径を大幅に縮寸で
きる。また燃料交換をより迅速に行えるようになる。因
に、１００万ｋＷｅ級の場合、原子炉容器径は従来方式
では約１０ｍであったが、本発明方式ではそれが約７ｍ
に縮寸できる見通しが得られ、それによってコスト低減
が可能となる。

【００２４】更に本発明において、制御棒駆動軸及び制
御棒駆動軸用案内管を引き上げ可能又は収縮可能な構造
にすると、原子炉容器上部の回転プラグも不要となり、
システムのより一層の簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速炉の燃料交換設備の一実施例
を示す説明図。

【図２】図１のＸ−Ｘ断面図。

【図３】従来方式と本発明方式の動作の比較説明図。

【図４】本発明に係る高速炉の燃料交換設備の他の実施
例を示す説明図。

【図５】本発明に係る高速炉の燃料交換設備の更に他の
実施例を示す説明図。

【図６】本発明を適用する高速炉の中空炉心構成の説明
図。

【符号の説明】

２０ 原子炉容器 ２１ 円環状炉心 ２５ 固定プラグ ２６ 回転プラグ ３０ 燃料交換設備 ３２ 燃取設備胴 ３４ 燃料交換軸 ３５ 燃料交換駆動装置 ３６ 燃料交換アーム ３７ 燃料交換筒 ４０ 燃料出入筒 ４２ 燃料出入駆動装置

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央に空洞部を形成した円環状炉心を有
   する高速炉で用いる燃料交換設備であって、水平方向に
   伸縮自在の燃料交換アーム及びその先端に設けた燃料交
   換筒を具備する燃料交換機と、新燃料集合体の搬入及び
   使用済燃料集合体の搬出を行う燃料出入機と、使用済燃
   料集合体と新燃料集合体を交換する中継機構とを一体化
   して燃取設備胴に収容した構造をなし、該燃取設備胴
   は、原子炉容器の中央に吊り下げられ、下部が円環状炉
   心の中央空洞部に挿入可能で、且つ円環状炉心及び原子
   炉容器に対して同心状に回転可能になっていることを特
   徴とする高速炉の燃料交換設備。
2. 【請求項２】 燃取設備胴は固定プラグの中央に位置す
   る回転プラグで支持され、制御棒駆動軸及び制御棒駆動
   軸用案内管を含む炉心上部機構も回転プラグで支持さ
   れ、燃料交換アームの回転と炉心上部機構の回転を同心
   で同期もしくは一体的に行う請求項１記載の燃料交換設
   備。
3. 【請求項３】 制御棒駆動軸及び制御棒駆動軸用案内管
   を引き上げ可能又は収縮可能な構造とし、原子炉容器上
   部に回転プラグが無く固定プラグのみで遮蔽する請求項
   １記載の燃料交換設備。