JP3369742B2 - 燃料集合体の検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電所で使用さ
れる燃料集合体の検査において、特に燃料棒と、この燃
料棒の上部を拘束する上部タイプレートとの直角度を検
査するための燃料集合体の検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所で使用する燃料集合体は原
子力発電所に搬入された後、検査員による目視検査、お
よび寸法検査が実施されている。この寸法検査の一つに
燃料集合体内の複数本の燃料棒と上部タイプレートの直
角度を計測し、規定値内にあるか否かの検査を行う項目
がある。これは計測のための専用治具を用いて行われて
いるが、検査員による人手作業として実施されている。

【０００３】つぎに、従来行われている燃料棒と上部タ
イプレートとの直角度の検査方法について説明する。図
11（ａ）は、従来の検査方法を説明するための燃料集合
体の上部を示す斜視図であり、図11（ｂ）は検査治具の
平面図、図11（ｃ）は、検査治具の正面図である。

【０００４】図11（ａ）に示すように燃料集合体は多数
本の燃料棒１が例えば８行８列に配列されて、それらの
上端部は上部タイプレート３で固定されている。上部タ
イプレート３には第１のタブ４と第２のタブ８が設けら
れている。検査治具は燃料棒１の表面に当接するＶブロ
ック２と、接触面５と、ダイヤルゲージ６および接触子
７とを有している。

【０００５】まず、検査員は図11（ｂ）および（ｃ）に
示す検査治具のフレームを持ち、図11（ａ）に示す燃料
棒１の表面に検査治具のＶブロック２を添わせるように
当接することによって、検査治具の軸芯を燃料棒１の軸
芯と平行に合わせる。その後、上部タイプレート３に配
設された第１のタブ４の下面に検査治具の接触面５を押
し当てる。

【０００６】このとき、検査治具に取り付いているダイ
ヤルゲージ６の接触子７は、上部タイプレート３にある
前記第１のタブ４とは別位置にある第２のタブ８の下面
に接触しダイヤルゲージ６の目盛値が定められた値の範
囲内にあるか否かを検査員が確認するのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来から行われている
燃料棒１と上部タイプレート３との直角度検査は、図11
（ｂ），（ｃ）に示した専用の検査治具を用いた人手に
よる検査を行っている。したがって、検査作業の都度、
検査治具を検査対象物の近くまで持ち運んだ後、検査治
具を校正する等、必ず検査作業に伴う準備作業が必要と
なっている。また、検査作業は放射線の管理区域である
ことから検査員の総被ばく線量の増加が懸念される課題
がある。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、従来人手によって行われている燃料棒と上
部タイプレートの直角度検査を遠隔自動で行い、検査作
業に伴う準備作業の省力化を行うことができ、かつ検査
作業に伴う放射線被ばく線量の低減を図り、検査員の総
被ばく線量の低減化を図ることができる燃料集合体の検
査装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は支
持フレームと、この支持フレームに設けた制御モータ
と、この制御モータのシャフトに接続したアームと、こ
のアームの先端部に連結金具を介して連結した前記制御
モータのシャフトの回転により旋回する第１の機構フレ
ームと、この第１の機構フレームに外周に圧縮バネを有
する第１のシャフトを介して連結した第２の機構フレー
ムと、前記第１の機構フレームに設けられ前記第１の機
構フレームと前記第２の機構フレームとの距離を検知す
るリミットスイッチと、前記第２の機構フレームに取着
した直線軸受と、この直線軸受に支持された第３の機構
フレームと、前記第２の機構フレームの両端に設けられ
た支持金具と、この支持金具に固定されたシャフトガイ
ド内に挿入され外側に圧縮バネを有する前記第３の機構
フレームの両側を挟む第２のシャフトと、前記第３の機
構フレームに球面ジョイントを介して支持された回転シ
ャフトと、この回転シャフトに固定された空圧シリンダ
を組み込んだガイドボディと、前記空圧シリンダに設け
られたピストンロッドと、前記ガイドボディに結合した
ブロックベースと、このブロックベースに鉛直方向の互
いに同芯軸上の位置に配設されて燃料棒に押し付けるた
めの２個のＶ溝ヘッドおよびこれらのＶ溝ヘッドから水
平方向に一定の間隔離れた位置に配設された接触ヘッド
と、前記ピストンロッドの先端部に連結した変位センサ
取付プレートと、この変位センサ取付プレートに設けら
れた接触子を有する変位センサとを具備したことを特徴
とする。請求項２に係る発明は、前記ピストンロッドの
先端にストッパーを設けてなることを特徴とする。請求
項３に係る発明は、前記Ｖ溝ヘッドの傾斜面またはその
近傍に検知センサを設けてなることを特徴とする。請求
項４に係る発明は、前記変位センサの代りに計測線を有
する透明プレートを設け、この基準線を直視するテレビ
カメラを設けてなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】燃料棒と上部タイプレートの直角度を検査する
場合、制御モータの駆動によって、第１から第３の機構
フレーム、ガイドボディおよびブロックベースを一体的
に旋回させＶ溝ヘッドに形成した傾斜面を燃料棒に押し
付けることにより空圧シリンダを組み込んだガイドボデ
ィの軸芯を燃料棒の軸芯に合わせる。

【００１１】その後、２個の変位センサの接触子を上部
タイプレートの下面に押し付け、各変位センサ間隙にお
ける差を計測して燃料棒に対する上部タイプレート下面
の直角度を検出する。

【００１２】これにより、燃料棒の軸芯に対する上部タ
イプレート下面の定めた２点を結ぶ線の傾き、つまり燃
料棒と上部タイプレートの直角度を知ることができる。
また、燃料集合体を90°毎に回転させ、前記直角度を計
測すれば燃料棒に対する上部タイプレートの直角度は燃
料集合体の４面に対して全て行うことができる。

【００１３】

【実施例】図１から図４を参照しながら本発明に係る燃
料集合体の検査装置の第１の実施例を説明する。図１、
図４は本第１の実施例に係る燃料集合体の検査装置の全
体を示し、図２は図１の要部を示し、図３は燃料集合体
に取り付けて検査している状態を示し、図４は作用を示
している。

【００１４】図１において、支持フレーム９に制御モー
タ10が固定され、この制御モータ10のシャフトはアーム
11に接続し、アーム11の先端は連結金具12を介して第１
の機構フレーム13に連結している。制御モータ10のシャ
フトの回転によって第１の機構フレーム13は二点鎖線で
示すように旋回する。

【００１５】また、第１の機構フレーム13は、図では右
側面が第２の機構フレーム14とシャフト17を介して結合
し、左側面が第１の機構フレーム13に配設した第１のシ
ャフトガイド15および第１のストッパー16が配設されて
いる。

【００１６】一方、前記第１のシャフト17の外周に配設
した第１の圧縮バネ18は、バネ力によって第２の機構フ
レーム14を第１の機構フレーム13に対し遠ざける（図２
では下側方向）方向へ押す構成としている。

【００１７】さらに第１の機構フレーム13には、第１の
圧縮バネ18のバネ力に打ち勝つ力が第２の機構フレーム
14に（図２では上側方向へ）働くことで第２の機構フレ
ーム14が第１の機構フレーム13の方向へある一定距離に
近づいたことを検知するリミットスイッチ19が設けられ
ている。

【００１８】第２の機構フレーム14には直線軸受21が取
着され、この直線軸受21によって第３の機構フレーム20
が支持されている。第２の機構フレーム14と第３の機構
フレーム20との相対的な動きが（図２の左右方向に）制
限されるとともに第３の機構フレーム20を挟んで第２の
機構フレーム14の両側に支持金具22が設置されている。

【００１９】支持金具22にはナット50で固定された第２
のシャフトガイド23内に第２のシャフト24が挿入され、
第２のシャフト24の端部24ａと第２のシャフトガイド23
との間の前記第２のシャフト24には第２の圧縮バネ25が
取着されている。この第２の圧縮バネ25のバネ力によっ
て、第２の機構フレーム14に対する相対位置が一定に保
たれる。第３の機構フレーム20には球面ジョイント26の
座が設けられ、この球面ジョイント26の座内に挿入され
る球面ジョイント26は回転シャフト27に設けられてい
る。

【００２０】したがって、第３の機構フレーム20は、球
面ジョイント26を介し、回転シャフト27を支持してい
る。回転シャフト27に設けた穴28の中に、図示していな
いバネの力によって、第３の機構フレーム20に対して突
き出されている第３のシャフト29が入り込む構成を持
ち、第３の機構フレーム20に対する回転シャフト27の相
対位置を一定に保つようにしている。

【００２１】回転シャフト27には、図３に示すように、
空圧シリンダーを組み込んだガイドボディ30が固定さ
れ、ガイドボディ30にはブロックベース31が結合されて
いる。ブロックベース31には、鉛直方向の同芯軸上の位
置に２個のＶ溝ヘッド32と、このＶ溝ヘッド32から水平
方向に一定の間隔離れた位置に、接触ヘッド33が配設さ
れている。なお、Ｖ溝ヘッド32は、傾斜面34を持つ形状
としている。

【００２２】さらに、空圧シリンダーにはピストンロッ
ド35が設けられ、このピストンロッド35の先端には、接
触子36を持つ２個の変位センサ37を配設した変位センサ
取付プレート38が連結され、ピストンロッド35の上昇に
よって、接触子36が燃料集合体の第１のタブ４および第
２のタブ８の下面に接触できる構成となっている。

【００２３】つぎに、上記構成に係る検査装置の作用を
図４に示す座標、すなわちＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸およびそれ
ぞれの軸まわりのねじれをＸ１，Ｙ１，Ｚ１として説明
を行う。

【００２４】通常、燃料集合体の燃料棒１と上部タイプ
レート３の直角度検査を行わない場合は、検査装置を燃
料集合体から回避する位置に置く。また、燃料集合体が
鉛直に対しある一定量傾いたとしても、支持フレーム９
は図３に示すように空圧シリンダーのピストンロッド35
が上昇端に達するまでに、接触子36が第１のタブ４およ
び第２のタブ８の下面に接触でき得る高さに設置する。

【００２５】直角度検査を行う場合、制御モーター10の
駆動によって第１から第３のフレームからブロックベー
ス31を旋回させＶ溝ヘッド32に形成された傾斜面34を燃
料棒１に押し付ける。

【００２６】押し付け始めにおいては、図４に示すよう
に燃料棒１の軸芯（Ｘ軸，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とＶ溝ヘ
ッド32の軸芯（Ｘ軸，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とは、一致し
ていないものの傾斜面34が燃料棒１を押し付けること
で、逆に、燃料棒１が傾斜面34を押し返す反力が発生す
る。

【００２７】したがって、押し付け力と反力との間には
さまれた検査装置は、この２つの力から逃げる方向に動
き始め、Ｘ軸方向すなわち直線軸受21によって支持され
ている第３の機構フレーム20は、第２の圧縮バネ25の力
に打ち勝って、燃料棒１のＸ軸方向位置に倣い始めると
同時に、Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１方向、すなわち球面ジョイン
ト26の中心を支点にブロックベース31が燃料棒１のＸ
１，Ｙ１，Ｚ１方向に倣い始めるのである。

【００２８】傾斜面34による燃料棒１への押し付けが続
くと、Ｖ溝ヘッド32の傾斜面34がつくる溝に燃料棒１が
入り込むとともに接触ベッド33が燃料棒１に押し当てら
れ、ブロックベース31と燃料棒１のＸ軸，Ｘ１，Ｙ１，
Ｚ１方向が一致する。

【００２９】その後、前記反力は、第２の機構フレーム
14を介し第１の圧縮バネ18を圧縮させ、機構フレーム14
がリミットスイッチ19を押し当てるように働き、燃料棒
１とＶブロックベース31のＸ軸，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１方向
が一致したことを検知し、制御モータ10の駆動および検
査装置の旋回位置を保持せしめる。すなわち、第１の圧
縮バネ18のバネ力によってブロックベース31は、燃料棒
１のＸ軸，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１方向を一致させたままの状
態を保つのである。

【００３０】このように、前記までの動作によってブロ
ックベース31が燃料棒１に倣った状態の後、ピストンロ
ッド35を上限まで上昇させることで、第１のタブ４およ
び第２のタブ８の下面に変位センサ37に取着した接触子
36を押し付け、接触子36のＺ軸方向移動量をそれぞれ検
出する。

【００３１】検出した各々の値の差分を演算し、この差
分および２つの接触子36のＸ軸方向距離を用いてさらに
演算すれば、第１のタブ４および第２のタブ８の下面の
燃料棒１に対する傾きとして、算出できることはいうま
でもなく明らかである。つまり、燃料棒１に対する上部
タイプレート３の下面の直角度として算出でき、定めら
れた許容値内に入っているか否かの検査を行うことがで
きるのである。第１の実施例によれば、燃料棒の軸芯と
検査装置のＶ溝ヘッドの軸芯を遠隔によって平行にする
ことが可能な倣い機構を用いているため、燃料棒に対す
る上部タイプレート下面の傾きを計測する従来の人手に
よった方法と比べても同等の計測ができるだけでなく、
遠隔化が可能になることによって検査員の被ばく線量が
低減できる等の効果がある。

【００３２】つぎに図５により本発明の第２の実施例を
説明する。図５は本発明の第２実施例を示す正面図で、
図３および図４と対応しており、同一部分には同一符号
を付して重複する部分の説明は省略する。

【００３３】前記第１の実施例では、変位センサ37を２
個設けているが、本第２の実施例では片側のみ１個と
し、他の１個の部分にピストンロッド35が上昇した時、
第１のタブ４に押し当たる第２のストッパー39を設けて
いる。

【００３４】この第２の実施例によれば、変位センサ37
が１個でも計測することができる。この場合（前記第１
の実施例でも同じであるが）燃料棒１と上部タイプレー
ト３の下面が直角となっている校正用の治具を準備し、
上部タイプレート３の第１のタブ４の位置に前記第２の
ストッパー39が押し当たった時、変位センサの計測値を
記憶しておき、実際の計測結果と比較して用いればよ
い。

【００３５】つぎに、図６により本発明の第３の実施例
を説明する。図６は図２に対応しており、図２と同一部
分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略す
る。

【００３６】第３の実施例においては、Ｖ溝ヘッド32の
２つの傾斜面34で構成される溝の中に、燃料棒１が入り
込んだことを検出する検知センサ40を、上下に配設して
いる。この検知センサ40はＶ溝ヘッド32の傾斜面34また
は、傾斜面34の近傍に計４個設け、燃料棒１がＶ溝ヘッ
ド32の片側の傾斜面34だけにしか当たっていない場合を
検出できる機構としている。

【００３７】つぎに図７および図８により本発明の第４
の実施例を説明する。図７および図８は図３と対応して
おり、図中同一部分には同一符号を付して重複する部分
の説明は省略する。

【００３８】図７および図８は、本発明の第４の実施例
を示す側面図と平面図で、第１の実施例と異なる点は、
変位センサ37の代りにピストンロッド35が上昇したとき
第１のタブ４または第２のタブ８のどちらか片側（図８
では第２のタブ８）の下面に押し付けられる第３のスト
ッパー41を配設した透明プレート42を設けたことにあ
る。

【００３９】この透明プレート42には、上下に配設され
ているＶ溝ヘッド32の軸芯と直角の（前記ストッパー41
の上端を起点とした）基準線43およびこの基準線43と等
間隔に（平行な）計測線44を複数設ける。

【００４０】計測は、ピストンロッド35を上昇させた
後、前記ストッパー41が押し当てられている第２のタブ
８の反対側の第１のタブ４の下面と前記計測線44とが交
差する部分をズームレンズをつけた第１のテレビカメラ
45によって、見た上で直角度の良否を判定する。

【００４１】つぎに図９および図10により本発明の第５
の実施例を説明する。図９および図10は、本発明の第５
の実施例を示す側面図と平面図で、第１の実施例におい
て、変位センサ37が取り付けられている取付プレート38
に、上下に配設されているＶ溝ヘッド32の軸芯と直角で
あり、かつ、等間隔に（平行な）第２の計測線47が複数
設けてある第２の透明プレート46を別途設けたことにあ
る。

【００４２】また、前記第２の計測線47と原子力燃料棒
のスプリング48の上端および下端が交差する点を目視で
きるような第２のテレビカメラ49を設けることによっ
て、原子力燃料のスプリング48長さを計測できる機構を
直角度検査機構に具備することも可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、燃料棒と上部タイプレ
ートの直角度検査を遠隔で自動的に行うことができ、ま
た、検査作業に伴う準備作業の省力化ができ、さらに、
検査作業に伴う被ばく線量の低減が可能になる等、多大
な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料集合体の検査装置の第１の実
施例を示す平面図。

【図２】図１における要部を拡大して示す平面図。

【図３】図１において燃料集合体を検査する状態を示す
側面図。

【図４】図３における検査状態の作用を示す斜視図。

【図５】本発明に係る第２の実施例を示す正面図。

【図６】本発明に係る第３の実施例の要部を示す平面
図。

【図７】本発明に係る第４の実施例を示す側面図。

【図８】図７における正面図。

【図９】本発明に係る第５の実施例を示す側面図。

【図１０】図９における正面図。

【図１１】（ａ）は、従来の燃料集合体の検査手段を説
明するための燃料集合体の上部を示す斜視図、（ｂ）は
従来の検査治具を示す平面図、（ｃ）は（ｂ）の正面
図。

【符号の説明】

１…燃料棒、２…Ｖブロック、３…上部タイプレート、
４…第１のタブ、５…接触面、６…ダイヤルゲージ、７
…接触子、８…第２のタブ、９…支持フレーム、10…制
御モータ、11…アーム、12…連結金具、13…第１の機構
フレーム、14…第２の機構フレーム、15…第１のシャフ
トガイド、16…第１のストッパー、17…第１のシャフ
ト、18…第１の圧縮バネ、19…リミットスイッチ、20…
第３の機構フレーム、21…直線軸受、22…支持金具、23
…第２のシャフトガイド、24…第２のシャフト、25…第
２の圧縮バネ、26…球面ジョイント、27…回転シャフ
ト、28…穴、29…第３のシャフト、30…ガイドボディ、
31…ブロックベース、32…Ｖ溝ヘッド、33…接触ヘッ
ド、34…傾斜面、35…ピストンロッド、36…接触子、37
…変位センサ、38…取付プレート、39…第２のストッパ
ー、40…検知センサ、41…第３のストッパー、42…第１
の透明プレート、43…基準線、44…第１の計測線、45…
第１のテレビカメラ、46…第２の透明プレート、47…第
２の計測線、48…スプリング、49…第２のテレビカメ
ラ、50…ナット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 朗 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 加藤 弘安 神奈川県川崎市幸区堀川町66番２ 東芝 エンジニアリング株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 17/06

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持フレームと、この支持フレームに設
   けた制御モータと、この制御モータのシャフトに接続し
   たアームと、このアームの先端部に連結金具を介して連
   結した前記制御モータのシャフトの回転により旋回する
   第１の機構フレームと、この第１の機構フレームに外周
   に圧縮バネを有する第１のシャフトを介して連結した第
   ２の機構フレームと、前記第１の機構フレームに設けら
   れ前記第１の機構フレームと前記第２の機構フレームと
   の距離を検知するリミットスイッチと、前記第２の機構
   フレームに取着した直線軸受と、この直線軸受に支持さ
   れた第３の機構フレームと、前記第２の機構フレームの
   両端に設けられた支持金具と、この支持金具に固定され
   たシャフトガイド内に挿入され外側に圧縮バネを有する
   前記第３の機構フレームの両側を挟む第２のシャフト
   と、前記第３の機構フレームに球面ジョイントを介して
   支持された回転シャフトと、この回転シャフトに固定さ
   れた空圧シリンダを組み込んだガイドボディと、前記空
   圧シリンダに設けられたピストンロッドと、前記ガイド
   ボディに結合したブロックベースと、このブロックベー
   スに鉛直方向の互いに同芯軸上の位置に配設されて燃料
   棒に押し付けるための２個のＶ溝ヘッドおよびこれらの
   Ｖ溝ヘッドから水平方向に一定の間隔離れた位置に配設
   された接触ヘッドと、前記ピストンロッドの先端部に連
   結した変位センサ取付プレートと、この変位センサ取付
   プレートに設けられた接触子を有する変位センサとを具
   備したことを特徴とする燃料集合体の検査装置。
2. 【請求項２】 前記ピストンロッドの先端にストッパー
   を設けてなることを特徴とする請求項１記載の燃料集合
   体の検査装置。
3. 【請求項３】 前記Ｖ溝ヘッドの傾斜面またはその近傍
   に検知センサを設けてなることを特徴とする請求項１記
   載の燃料集合体の検査装置。
4. 【請求項４】 前記変位センサの代りに計測線を有する
   透明プレートを設け、この基準線を直視するテレビカメ
   ラを設けてなることを特徴とする請求項１記載の燃料集
   合体の検査装置。