JP3432269B2

JP3432269B2 - 燃料移動制御装置および方法

Info

Publication number: JP3432269B2
Application number: JP06411494A
Authority: JP
Inventors: 仁佐藤; 新伊藤; 英博福井; 勇豊吉; 薫高木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 2003-08-04
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: JPH07270579A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電所の原子炉
における燃料装荷，取出し，交換等に適用される燃料移
動技術に係り、特に複数の燃料移動機構によって燃料を
水平方向および垂直方向に移動する燃料移動制御装置お
よび燃料移動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所では、約１年の運転毎に定
期点検を実施し、主要機器の点検保修とともに、燃料の
入替えや並び替え等を行っている。燃料の入替えや並び
替えを行うための燃料移動作業には通常、延べ２〜３週
間を要し、全体で３カ月を要する定期点検の作業中でも
多くの時間を占め、かつ前後の作業工程に影響を及ぼ
す、いわゆるクリティカルパスになっている。定期点検
期間は近年、次第に短縮される傾向にあり、それに従っ
て燃料移動作業の短縮は急務となっている。

【０００３】炉心および燃料プールの燃料配置は、一般
に格子状をなしており、これらの配置に対して水平方向
（炉心と燃料プールとが配置する方向）およびその直交
方向に割り当てた燃料座標により、燃料集合体の設置位
置が管理されている。

【０００４】燃料交換機は、例えば図１５および図１６
に示すように、水平方向に移動する橋構造の走行台車
（以下、ブリッジと称する）１、直交方向にブリッジ１
上を走行する横行台車（以下、トロリと称する）２、お
よびトロリ２上で垂直方向に伸縮して燃料つかみ具の位
置を操作する伸縮管（以下、マストと称する）３等から
構成されており、矢印ａ，ｂ，ｃで示すように、直交３
軸の位置および速度制御が可能になっている。

【０００５】現行の燃料交換機では、ブリッジ走行方向
ａの移動によって、炉心４と燃料プール５との間で燃料
集合体を１体ずつ移動することができる。燃料集合体は
燃料プール５内の図示しないラックから一旦上げられ、
炉心４の上面まで水平に移動して、１０数ｍ下降して炉
心に設置される。炉心４からの取出しは、この逆動作に
よって行なわれる。

【０００６】沸騰水型原子力発電所の場合、燃料移動作
業は、水中下でマスト３に吊下げた図示しない燃料集合
体の移動として行なわれる。燃料交換機は、１０ｍ／分
程度の速度で水平移動が可能であり、目的の燃料位置ま
でには、燃料プール５と炉心４との間で２分程度で移動
できる。

【０００７】しかしながら、移動後の振動待ちに時間を
要し、マスト３の伸縮および燃料設置操作等により、１
回の移動作業には数分以上の時間を要する。

【０００８】なお、燃料移動作業時間を短かくするため
には、複数燃料の移動を並行して行うことが有効であ
る。特に所要時間を要する垂直方向のマスト伸縮を同時
に行うこと（以下、垂直方向の並行移動という）が有効
である。これを考慮した燃料移動計画方法としては、例
えば特願平５−６５０２７号の技術が提案されており、
この計画に基づいて燃料交換機を運用すれば、ほとんど
の燃料を並行して移動することが可能となっている。

【０００９】ところで、燃料移動過程においては燃料の
組合せにより原子炉炉心の反応度が変化するため、原子
炉に設置した中性子計装機構により中性子束信号を常に
監視し、臨界にならないように安全に作業を進める必要
がある。反応度の評価法としてはペリオド計によるペリ
オドＴの監視（連続量としては１／Ｔの監視）が広く用
いられており、このペリオド計Ｔの値は、中性子束信号
をＮ（ｔ）とすると、以下の計算処理で求められる。

【００１０】

【数１】

【００１１】定量的な反応度を監視する方法と装置とし
ては、例えば特開昭６２−２２８１９９号公報記載の技
術が提案されている。この反応度評価方法によれば、オ
ンラインで未臨界の程度が明らかにできる。

【００１２】また、予想される燃料配置に基づいて事前
に反応度を予測する手法としては、例えば特開平３−９
５４９１号公報記載の技術が提案されている。この反応
度評価方法によれば、燃料の核的情報を基に最大価値
（最大の負の反応度を与えている）制御棒引抜き時の臨
界に至るまでの反応度余裕を予測できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数燃
料の移動を並行して行う燃料移動作業は、原子炉に潜在
的に大きな反応度を与える可能性があり、これを完全に
監視運用するための燃料交換機の制御機構が必要とな
る。前述のように、マストの並行移動が行われた場合、
マスト１本ずつの燃料移動（以下、順次移動という）に
比較して、燃料配置を急に変えることになり、炉停止余
裕の監視が重要になる。

【００１４】前述した特願平５−６５０２７号の技術で
は、事前の移動計画において、大きな反応度を与える移
動操作を抑制し、その結果を人手によって集約監視して
いるが、原子力プラントの設計思想においては、さらに
ヒューマンエラーを考慮して、機械系等でバックアップ
するものが必要とされる。

【００１５】ちなみに、沸騰水型原子炉では、挿入を仮
定している最大価値制御棒が１本挿入されていない場合
でも未臨界であることが要求されており、これは移動過
程のいかなる燃料配置においても、任意の１本の制御棒
が引き抜かれても、反応度が−１％ΔＫ／Ｋ（解析誤差
を含んだ炉停止余裕）以下であることと等価である。し
たがって、制御棒に隣接する位置の燃料装荷であって
も、適切な炉停止余裕が確保されていることを確認する
必要がある。また、燃料を取出す場合であっても、燃料
配置の変化に伴い周囲の中性子束分布を変化させるの
で、制御棒の反応度価値を高める可能性もあり、必ずし
も単調に炉停止余裕を増大させることを保証することは
できない。

【００１６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、複数の燃料を移動させる場合に燃料移動作業を
能率よく、かつ炉停止余裕を確保して安全に行うことが
できる燃料移動制御装置および燃料移動制御方法を提供
することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
燃料移動制御装置は、原子炉の燃料を炉心にて、または
炉心と燃料プールとの間で水平方向および垂直方向に移
動する複数の燃料移動機構を備え、これらの動作を制御
する燃料移動制御装置であって、前記燃料の移動手順を
格納する記憶手段と、前記原子炉内の中性子束を計測す
る中性子束計測手段と、前記記憶手段の情報と中性子束
計測手段から出力される中性子束信号とに基づいて反応
度の変化を評価し、複数の燃料を並行して移動させる並
行移動の可否を判定する判断機構を有し、この判断機構
で判定された反応度評価値所定のしきい値と比較するこ
とにより、前記燃料移動機構に並行移動または単独で順
次に移動する順次移動のいずれかの動作を行なわせると
ともに、それらの燃料移動機構の位置と速度とを制御す
る燃料移動制御手段とを備えて構成される。

【００１８】また、本発明に係る燃料移動制御方法は、
前記装置を用い、次のように行われる。まず各燃料移動
機構に対応する移動手順を記憶手段に格納する。移動手
順には、各燃料移動機構の燃料つかみ位置と燃料放し位
置とが設定されている。

【００１９】なお、並行して移動する燃料の数を２とし
ても一般性を失わないので、以後の説明では２体の燃料
を並行して移動させる場合を例に説明する。

【００２０】この各移動は、水平方向の移動においてな
るべく干渉しないように計画されており、２つの燃料に
ついて、ほぼ並行して、つかみ位置への移動、マスト降
下、燃料つかみ操作、マスト上昇、放し位置への移動、
マスト降下、放し操作、マスト上昇が順次に行える。以
下、これを燃料移動の１ステップと呼ぶ。

【００２１】ここで安全監視上問題なのは、２つの燃料
がともに炉心を放し位置として垂直方向に移動される場
合であり、放し位置で並行して各燃料を降下させる場合
に大きな反応度が加わる可能性がある。

【００２２】移動手順には、並行燃料降下の可否を記載
するが、並行降下が許可されている場合でも、炉心の反
応度を監視して適宜順次移動に変えることが必要な場合
がある。中性子束計測手段は、原子炉の中性子束を計測
して中性子束信号を出力する。

【００２３】燃料移動制御手段は、中性子束信号に基づ
いて反応度を評価し、移動手順に基づいて１ステップの
燃料移動を実行する際に、この燃料移動が並行移動であ
って、反応度が所定のしきい値を超える場合には、燃料
の垂直方向の並行移動が順次移動となるように燃料移動
機構の位置と速度とを制御する。これにより、反応度の
付加を小さくすることができる。

【００２４】その後、反応度が所定のしきい値を下回っ
たときには、再び燃料の垂直方向の並行移動を可能とす
る制御が行われる。当初から順次移動が指定されている
燃料移動に関しては、影響を与えない。反応度の制約を
受けない場合の燃料の垂直方向の並行移動と、燃料水平
方向の移動とに関しては、特に制約を受けないので、大
部分の燃料移動作業は並行実施が可能となり、安全を確
保した上で定期点検作業の短縮を図ることができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２６】図１〜図８に本発明の第１実施例を示して
いる。本実施例では図２に示すように、１対の燃料交換
機１０ａ，１０ｂが備えられている。各燃料交換機１０
ａ，１０ｂはそれぞれ、図２に示すように、水平方向に
移動するブリッジ１１、直交方向にブリッジ１１上を走
行するトロリ１２、およびトロリ１２上で垂直方向に伸
縮して燃料つかみ具の位置を操作するマスト１３から構
成されており、矢印ａ，ｂ，ｃで示すように、直交３軸
の位置および速度制御が可能になっている。

【００２７】そして、本実施例の燃料移動制御装置は図
１に示すように、燃料の移動手順を格納する記憶手段２
１と、原子炉内の中性子束を計測する中性子束計測手段
２２と、記憶手段２１の情報と中性子束計測手段２２か
ら出力される中性子束信号とに基づいて反応度の変化を
推定し、複数の燃料を並行して移動させる並行移動の可
否を判定する判断機構２３ａを有し、この判断機構２３
ａでの判定結果に基づき、燃料移動機構２４（燃料交換
機１０ａ，１０ｂに相当）に並行移動または単独で順次
に移動する順次移動のいずれかの動作を行なわせるとと
もに、それらの燃料移動機構２４の位置と速度とを制御
する燃料移動制御手段２３とを備えた構成とされてい
る。

【００２８】詳述すると、図３に示すように、本実施例
の燃料移動機構２４は２つのサブ移動機構２４ａ，２４
ｂを有し、これらのサブ移動機構２４ａ，２４ｂは、そ
れぞれブリッジ駆動機構４１ａＢ，４１ｂＢ、トロリ駆
動機構４１ａＴ，４１ｂＴおよびマスト駆動機構４１ａ
Ｍ，４１ｂＭ、燃料つかみ具４２ａ，４２ｂより構成さ
れている。

【００２９】また、燃料移動制御手段２３は判断機構２
３ａとして、移動目標判定機構３１、反応度評価機構３
２、ブリッジ位置制御機構３３ａＢ，３３ｂＢ、トロリ
位置制御機構３３ａＴ，３３ｂＴ、マスト位置制御機構
３３ａＭ，３３ｂＭ、ブリッジ速度制御機構３４ａＢ，
３４ｂＢ、トロリ速度制御機構３４ａＴ，３４ｂＴ、マ
スト速度制御機構３４ａＭ，３４ｂＭ、ブリッジ速度検
出機構３５ａＢ，３５ｂＢ、トロリ速度検出機構３５ａ
Ｔ，３５ｂＴ、マスト速度検出機構３５ａＭ，３５ｂ
Ｍ、ブリッジ位置検出機構３６ａＢ，３６ｂＢ、トロリ
位置検出機構３６ａＴ，３６ｂＴ、マスト位置検出機構
３６ａＭ，３６ｂＭ、マスト位置追従機構３７ａＭ，３
７ｂＭを備えて構成されている。

【００３０】このような構成において、本実施例では図
４および図５に，で示すように、２つの燃料が水平
方向の移動においてなるべく干渉しないように計画され
ており、ほぼ並行して前述した１ステップの移動が行わ
れる。本実施例では、まず記憶手段２１に格納された移
動手順１０１から１ステップ分の移動目標データ１０２
が移動目標判定機構３１によって読み取られる。２つの
燃料の水平移動、垂直移動のいずれかまたは両方が並行
移動可能な時には、移動目標データ１０２には、各燃料
の燃料つかみ位置と放し位置とが記録されている。また
機構の干渉などの理由により、２つの燃料を同時に動か
すことが水平移動、垂直移動ともにできない場合には、
移動順に別のステップとして格納される。

【００３１】移動目標判定機構３１は、移動目標データ
１０２に従って、燃料つかみ位置までの水平移動、燃料
つかみまでの垂直降下移動、移動高さまでの垂直上昇移
動、燃料放し位置までの水平移動、燃料放しまでの垂直
降下移動、次の移動高さまでの垂直上昇移動の各フェー
ズ（以下、移動フェーズという）に必要なブリッジ１
１、トロリ１２およびマスト１３の目標位置３０１ａ
Ｂ，３０１ａＴ，３０１ａＭ，３０１ｂＢ，３０１ｂ
Ｔ，３０１ｂＭを順次に設定する。

【００３２】垂直移動では、マスト位置制御機構３３ａ
Ｍ，３３ｂＭに目標位置３０１ａＭ，３０１ｂＭを設定
し、水平移動では、ブリッジ位置制御機構３３ａＢ，３
３ｂＢとトロリ位置制御機構３３ａＴ，３３ｂＴに目標
位置３０１ａＢ，３０１ａＴ，３０１ｂＢ，３０１ｂＴ
を設定する。各移動フェーズの移動が完了したことは、
各位置制御機構と速度制御機構のゼロ出力等を検知して
判定することができる。

【００３３】並行移動可能な場合で、一部の水平移動あ
るいは垂直移動の移動順序が規定されている場合は、移
動目標判定機構３１は、該当する移動フェーズにおい
て、規定された移動順序に従って、ブリッジ１１、トロ
リ１２、マスト１３の目標位置を順次設定する。以後、
これに基づく移動制御を順次移動と呼ぶ。なお、移動順
序の規定は操作手順１０１に直接記述するか、移動目標
データ１０２の位置情報により判定することができる。

【００３４】マスト位置制御機構３３ａＭ，３３ｂＭ
は、目標位置３０１ａＭ，３０１ｂＭと、マスト位置検
出機構３６ａＭ，３６Ｍから検出される現在位置３０２
ａＭ，３０２ｂＭとの位置偏差３０３ａＭ，３０３ｂＭ
に基づき、速度目標３０４ａＭ，３０４ｂＭを出力す
る。

【００３５】マスト速度制御機構３４ａＭ，３４ｂＭ
は、速度目標３０４ａＭ，３０４ｂＭと、マスト速度検
出機構３５ａＭ，３５ｂＭから検出される現在速度３０
５ａＭ，３０５ｂＭとの速度偏差３０６ａＭ，３０６ｂ
Ｍに基づき、速度指令３０７ａＭ，３０７ｂＭを出力す
る。速度指令３０７ａＭ，３０７ｂＭに従って、マスト
駆動機構４１ａＭ，４１ｂＭは伸長または短縮する。ブ
リッジ１１とトロリ１２の移動制御機構もマスト１３と
同様であるので説明を省略する。

【００３６】マスト上下端での制動停止や最高速度の制
限は、マスト位置制御機構３３ａＭ，３３ｂＭおよびマ
スト速度制御機構３４ａＭ，３４ｂＭ内のリミッタ等で
実現される。燃料のつかみ，放しは、燃料の荷重変化に
基づき、制御機構（図示せず）による燃料つかみ具４２
ａ，４２ｂの制御によって行われる。

【００３７】このような第１実施例では、反応度評価に
基づいて上記通常の位置，速度制御が変更される。反応
度評価機構３２では、中性子束計測手段で計測された
中性子束信号２０１に基づいて反応度の評価が行われ
る。この反応度に関し、燃料の挿入操作を中止すべき第
１の反応度しきい値と、これより低い第２の反応度しき
い値とを事前評価により決定しておく。例えば、第１の
反応度しきい値は最大価値制御棒引抜き時に反応度制限
値に至るレベルとし、第２の反応度しきい値は第１の反
応度しきい値から燃料移動機構数分の燃料を取出した時
のレベルとする。

【００３８】移動目標判定機構３１は、これら反応度し
きい値と前記反応度評価値とを比較し、反応度評価値が
第１の反応度しきい値と第２の反応度しきい値との間に
ある場合に、移動手順１０１に記述された各燃料の垂直
方向移動の優先度１０３に基づいて、以下の作用により
各燃料の垂直方向の並行移動を順次移動に変更する。

【００３９】まず、移動目標判定機構３１は、最優先の
燃料移動以外の燃料移動にマスト停止指令３０８を出力
することにより、燃料を停止する。ここでは、サブ移動
機構の一方２４ａを優先し、他方２４ｂを停止させるも
のとする。マスト停止指令３０８を受けた位置追従機構
３７ｂＭは、目標位置３０１ｂＭを、現在位置２０２ｂ
Ｍに追従させる。これにより、マスト位置制御機構３３
ｂＭの速度目標３０４ｂＭは０となり、マスト速度制御
機構３４ｂＭの速度指令３０７ｂＭも０となって、マス
ト駆動機構４１ｂＭは停止する。

【００４０】マスト停止指令３０８を受けない、マスト
位置制御機構３３ａＭへの位置偏差３０３ａＭの入力は
変化しないので、マスト駆動機構４１ａＭは以前の動作
を継続して、一方のサブ移動機構２４ａのマスト位置の
目標まで燃料を移動する。サブ移動機構２４ａのマスト
動作が完了した後、移動目標判定機構３１は、次に優先
する燃料移動のため、他方のサブ移動機構４ｂのマスト
停止指令３０８を解除して、本来の目標位置３０１ｂＭ
を回復することにより、サブ移動機構２４ｂのマスト位
置の目標まで燃料を移動する。

【００４１】以上のように、反応度評価値が第１の反応
度しきい値と第２の反応度しきい値との間にある場合
に、マストの順次移動が実現され、反応度評価値が第１
の反応度しきい値以上となる場合には、全てのサブ移動
機構２４ａ，２４ｂにマスト停止指令３０８を出力して
マスト動作を停止させ、手動操作または移動手順１０１
の変更により反応度の低減を図る。反応度評価値が第２
の反応度しきい値を下回った時には、移動目標判定機構
３１は全ての燃料移動機構に対するマスト停止指令３０
８を解除して、マスト並行移動が行われる。

【００４２】反応度による垂直移動の制約を受けた時
に、安全かつなるべく早い順次移動を完了させることが
望ましいので、燃料の垂直方向移動の優先度１０３の決
定法が重要である。優先度をオフライン的に決めること
もできるが、優先度の決定法としてオンライン評価によ
り実現する例を（１）〜（３）に示す。

【００４３】（１）優先度は、炉心から取出す燃料とす
る。この場合、移動目標判定機構３１は、移動目標デー
タ１０２が現在のブリッジ１１、トロリ１２位置が炉心
１４にあり、かつ、放し位置ではないことから、炉心１
４から取出す燃料と判定できるので、これを優先して操
作し反応度を下げることができる。炉心から取出す燃料
が複数あって競合する時は、マスト１３上昇後も反応度
制限が解除されない可能性を想定して、図６に示すよう
に、他の燃料を保持した移動機構の水平移動に干渉しな
いものを優先することが望ましい。

【００４４】（２）優先度は、当該燃料の炉心への移動
先に隣接する制御棒周りの一定範囲に含まれる燃料の数
が多いものとする。

【００４５】（３）優先度は、当該燃料の炉心への移動
先に隣接する制御棒周りの一定範囲に含まれる燃料の数
が少ないものとする。前記（１）の優先度基準例で燃料
取出しが完了しても反応度が順次移動のレベル（第２の
しきい値）を下回らない時には、燃料装荷を進める必要
がある。例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、少
なくとも対角２体の燃料で挟んで制御棒の支持を確保し
ないと、新たな燃料取り出しができない場合がある。一
般に効率的な燃料移動手順では、燃料移動だけで制御棒
支持を確保するので、このように燃料装荷に続く燃料取
り出しが計画されることが多い。そこで、前記（２），
（３）の優先度基準例では、移動先の燃料装荷状況を簡
単な指標で見るものである。

【００４６】即ち、炉心での燃料配置状況は、初期配置
（全燃料装荷）から燃料移動の履歴を管理すれば、最低
でも燃料の有無は判定できる。そこで例として、図８に
示すように、いま炉心に装荷しようとする燃料に隣接す
る制御棒周り２×２体および４×４体の燃料の数を、そ
れぞれ指標１および指標２とする。この指標１の燃料の
数が多ければ、装荷によって制御棒の支持される度合い
が増し、指標２の燃料の数が多ければ、付加される反応
度は一般に大きいと判断できる。前者は反応度緩和にプ
ラス、後者はマイナスの効果があるので、前記（２），
（３）の優先度基準が考えられる。前記（１）の優先度
基準例と同様に、該当燃料が複数あって競合する時は、
他の燃料を保持した移動機構の水平移動に干渉しないも
のを優先することが望ましい。

【００４７】以上の第１実施例では、反応度が高くなる
炉心状態を回避し、反応度の制約を受けない場合の燃料
の垂直方向の並行移動と、燃料の水平方向の移動には、
特に制約を受けないので、大部分の燃料移動作業は並行
実施が可能となり、安全性を確保した上で定期点検作業
の短縮を図ることができる。また、マスト３の並行移動
を順次移動に変更する際に優先度基準を設けることで、
順次移動をなるべく早く並行移動に戻すことが可能とな
る。

【００４８】さらに、前記第１実施例では、任意数のサ
ブ移動機構に対して柔軟に適用でき、燃料移動作業の過
程で作業にあたるサブ移動機構数を変更できる。これに
より、空いたサブ移動機構を燃料検査や燃料プール１５
内の移動等の他の目的に割り当てることができ、効率的
な燃料移動作業が実現できる。

【００４９】なお、前記第１実施例では、２つの反応度
しきい値により燃料移動機構の動作を並行移動→順次移
動→停止と変化させたが、さらに多くの反応度しきい値
を設けて、マストの移動速度に対する制限値を変更する
ようにしても効果は変らない。例えば、判断機構２３ａ
において、中性子束信号に基づいて求められる反応度評
価値と、燃料の挿入操作を中止すべき値となる第１の反
応度しきい値，これより低い第２の反応度しきい値なら
びにこれらの間にある第３の反応度しきい値との比較に
より、反応度評価値が第１の反応度しきい値と第２の反
応度しきい値との間にある場合に、記憶手段に格納され
た各燃料の移動手順の中の優先度に従った各燃料の垂直
方向における順次移動の指令を出すとともに、第３の反
応度しきい値と反応度評価値の大小関係によって垂直方
向の移動速度に対する制限値を変更すべく設定してもよ
い。

【００５０】また、判断機構２３ａにおいて、中性子束
信号に基づいて求められる反応度評価値と、燃料の挿入
操作を中止すべき値となる第１の反応度しきい値，これ
より低い第２の反応度しきい値ならびにこれらの間に第
３の反応度しきい値との比較により、反応度評価値が第
１の反応度しきい値と第２の反応度しきい値との間にあ
る場合に、記憶手段に格納された各燃料の移動手順の中
の優先度に従った各燃料の垂直方向の並行移動の一部ま
たは全部を順次移動し、かつ、第３の反応度しきい値と
反応度評価値の大小関係によって垂直方向の並行移動数
を変更するようにしてもよい。

【００５１】また、３以上のサブ移動機構があれば、並
行移動数を可変としてもよい。これらの場合、反応度が
高くなるほど、全体の移動完了時間（並行移動数×マス
ト移動時間）が順に遅くなるような制限値を設定するこ
とが望ましいと考えられる。次に本発明の第２実施例を
図９〜図１２を参照して説明する。

【００５２】この第２実施例では、第１実施例における
マスト１３の並行移動を順次移動に変更する際の優先度
が、オフライン的評価によって移動手順で与えることも
できることを考慮し、移動手順を作成する移動手順計画
機構に反応度評価に基づく優先度決定機構を組み込んだ
ものである。

【００５３】なお、本実施例において、燃料移動制御手
段２３は、第１実施例と略同様であるので、説明を省略
する。

【００５４】本実施例は基本的に、図９に示すように、
移動手順１０１を格納する記憶手段２１と、原子炉の中
性子束を計測する中性子束計測手段２２と、記憶手段２
１の情報と中性子束計測手段２２による中性子束信号２
０１に基づき、複数の燃料の垂直方向の並行移動の可否
を判定して制御する燃料移動制御手段２３と、原子炉の
燃料を移動する複数のサブ移動機構２４ａ，…，２４ｂ
と、移動手順１０１を作成する移動手順計画機構５０と
を備えて構成される。

【００５５】移動手順計画機構５０は、燃料データベー
ス５１、燃料候補選択機構５２、燃料配置評価機構５
３、炉停止余裕評価機構５４および移動優先度評価機構
５５から構成されている。燃料データベース５１には、
燃料移動作業に係る全燃料の移動前位置５０１、移動位
置５０２および核的特性５０３等の情報が格納されてい
る。

【００５６】燃料配置評価機構５３は、移動手順を計画
する最初の段階で、燃料データベース５１の移動前位置
５０１に基づき、移動前の炉心燃料配置５０４を評価し
て初期設定する。燃料配置評価機構５３は、任意の燃料
移動情報を受けて、移動後の炉心燃料配置５０５を作成
する。移動候補選択機構５２は、移動前の炉心燃料配置
５０４と燃料データベース５１の移動後位置５０２に基
づき、移動が必要な燃料で移動可能な第１候補を選択す
る。

【００５７】移動可能な条件としては、移動先に空きが
あること、移動前後で全ての制御棒が燃料に挟まれて支
持されること等がある。さらに、移動候補選択機構５２
は、前記第１候補から、サブ移動機構２４ａ，…，２４
ｎの数の範囲で同時に移動できる効率的な燃料移動の組
を選択する。効率的な燃料移動の条件としては、サブ移
動機構２４ａ，…，２４ｎの水平移動が干渉しないこ
と、燃料を保持しない移動を少なくすること、燃料移動
に要する時間を少なくすること等がある。結果として、
移動候補選択機構５２は最大燃料移動機構数分の燃料移
動の組５０６を選択する。

【００５８】移動優先度評価機構５５は、移動候補選択
機構５２で作成された燃料移動の組５０６の移動順序を
変更した可能な移動評価ケース５０７を作成する。移動
評価ケース５０７の数は、燃料移動の組５０６の数をＮ
とする時、（Ｎ！）ケースとなる。

【００５９】燃料配置評価機構５３は、移動評価ケース
５０７の１燃料移動の情報によって燃料配置評価ケース
５０８を作成する。燃料配置評価ケース５０８の数は、
燃料移動の組５０６の数をＮとする時、

【数２】ケースとなる。

【００６０】図１０および図１１に必要な移動評価ケー
ス５０７と燃料配置評価ケース５０８の例を示す。

【００６１】炉停止余裕評価機構５４は、燃料配置評価
ケース５０８と燃料データベース５１の核的特性５０３
に基づいて、炉停止余裕（反応度制限値−最大価値制御
棒引抜き時の反応度の最大値）５０９を評価する。

【００６２】移動優先度評価機構５５は、移動評価ケー
ス５０７と対応する炉体停止余裕５０９の最小値に基づ
きマスト並行移動の可否と移動優先度を以下（１）〜
（３）のように評価する。

【００６３】（１）全ての移動評価ケースの炉停止余裕
が正の時、並行移動可能として炉停止余裕最大の移動評
価ケースの順番を移動優先度とする。（２）一部の移動評価ケースの炉停止余裕が正の時、並
行移動不可として炉停止余裕最大の移動評価ケースの順
番を移動優先度とする。（３）全ての移動評価ケースの炉停止余裕０以下の時、
別の移動候補の組を選択するように移動候補選択機構５
２に指示を出す。

【００６４】移動優先度評価機構５５は、マスト並行移
動の可否と優先度１０３を移動手順１０１に記録する。
以後、燃料移動制御手段３が、これら反応度しきい値と
反応度評価値とを比較し、反応度評価値が第１の反応度
しきい値と第２の反応度しきい値の間にある場合に、移
動手順１０１に記述された各燃料の垂直方向移動の優先
度１０３に基づいて、サブ移動機構２４ａ，…，２４ｎ
の垂直方向の並行移動を順次移動に変更するのは、前記
第１実施例と同じである。この第２実施例における並行
移動の可否の判定と順次移動時の優先度決定のための反
応度評価方式の流れ図を図１２に示す。

【００６５】即ち、スタート後、燃料移動候補が未だあ
るか否か判断され（Ｓ１）、ＹＥＳであると燃料移動候
補から燃料移動の組が選択され（Ｓ２）、並行移動可能
な燃料数Ｎの評価が行われる（Ｓ３）。

【００６６】Ｎ＞１の判定（Ｓ４）がＹＥＳであると、
移動順序の組合せによる移動評価形態（ケース）Ｎ！が
選択され（Ｓ５）、全移動評価ケースに含まれる燃料配
置評価ケースが評価され（Ｓ６）、全燃料配置ケースの
炉停止余裕が評価される（Ｓ７）。

【００６７】そして、移動評価ケースが炉停止余裕最小
値の大きな順に並び変えられ（Ｓ７）、炉停止余裕が正
か否か判定される（Ｓ８）。

【００６８】このステップＳ８において、全ケースで正
と判定されると並行移動可として、最大の炉停止余裕の
移動評価ケース順を移動優先度とすることが行われる
（Ｓ９）。一部のケースが正である場合には、最大の炉
停止余裕の移動評価ケースの順次移動とすることが行わ
れる（Ｓ１０）。全て０以下であるときは移動不可（Ｓ
１１）となり、始めに戻る。

【００６９】前記ステップＳ４において、並行移動可能
な燃料数Ｎがない場合（ＮＯ）には、順次移動が設定さ
れ（Ｓ１２）、炉停止余裕の評価が行われ（Ｓ１３）、
それが正であると（Ｓ１４：ＹＥＳ）、前記同様に移動
可（Ｓ１５）とされ、以後移動候補がない場合には終了
となる。

【００７０】以上の第２実施例では、マスト操作のタイ
ミングによって途中の反応度が一時的に大きくなる最悪
のケースにおいても、制限反応度を下回る燃料移動の組
合せにのみマスト並行移動を許可し、さらに燃料移動実
施時において確実な反応度モニタリングを行うので、安
全な燃料移動作業が実現できる。また、順次移動が選択
される時には、同じ操作を行う中で付加反応度が最小と
なる順序を選択するので、安全性が確保される。

【００７１】なお、上記の第２実施例において、３以上
のサブ移動機構があれば、移動手順計画機構５で決定す
る並行移動数を可変として、付加反応度が小さくなる一
部の燃料移動の組合せを選択し、そのサブ移動機構にの
み並行移動を可とし、残りのサブ移動機構を順次移動と
することもできる。

【００７２】以上の第１実施例および第２実施例によれ
ば、複数燃料の水平方向と垂直方向の移動順序を指定す
る移動手順によって、複数燃料の移動を制御している。
従来の燃料移動制御機構は、単一の燃料移動しか行わな
かったので、サブ移動機構相互の干渉を考える必要はな
く、燃料のつかみ位置と放し位置のみを移動手順に記載
すれば、燃料移動制御装置が自動的にブリッジ、トロリ
およびマストの制御を行うことができたのに対し、本発
明の第１実施例および第２実施例では、サブ移動機構の
干渉を考える必要があるため、協調的な動作を移動手順
に記述する必要がある。しかしながら、ブリッジ、トロ
リ、マストの各フェーズの動作を直接記述するのでは、
記載量が多くなり不便である。

【００７３】そこで、図１３および図１４に示すうよう
に、移動手順には、複数のサブ移動機構の分をまとめて
１ステップ毎の記載を行い、従来のようにつかみ位置と
放し位置の情報を記載するのに加えて、水平方向または
垂直方向の並行移動が行われる可能性がある燃料移動の
組に対して、先行すべき移動順に水平方向移動と垂直方
向移動の優先度を設ける。

【００７４】つかみ位置と放し位置の垂直方向移動の優
先度と各位置に至る水平方向移動の優先度があればよ
い。並行移動を許す燃料移動の組には同じ値の優先度を
与える。サブ移動制御機構は、水平方向移動と垂直方向
移動の優先度に従ってサブ移動機構の水平方向および垂
直方向の移動を制御する。

【００７５】また、つかみ位置相互と放し位置相互に関
するサブ移動機構の干渉がなくても、つかみ位置と放し
位置が交錯していれば、水平方向移動の優先度が同じ燃
料移動の組の移動過程において、追越しによってサブ移
動機構の干渉の可能性がある。この場合には、水平方向
の速度の大小関係の制約を指定し、複数の燃料が移動し
ている間、この速度制約に従ってサブ移動機構の水平方
向の移動を制御する。この場合、接続するサブ移動機構
の放しより先に、先行するサブ移動機構が移動したら、
速度制限を解除してよい。

【００７６】なお、燃料の位置に関しては速度の積分量
が問題であるので、サブ移動機構の制御では、速度信号
の積分機構を設け、速度の積分量の大小関係に基づいて
速度制限を行うのがより望ましい。

【００７７】即ち、複数の燃料の水平方向と垂直方向の
移動順序を指定する移動手順に関し、水平方向移動の優
先度が同じ燃料移動の組の移動過程において燃料移動機
構の干渉の可能性があるものには、水平方向の速度の大
小関係の制約を指定し、複数の燃料が移動している間こ
の速度制約に従って燃料移動機構の水平方向の移動を制
御する。

【００７８】また、複数の燃料の水平方向と垂直方向の
移動順序を指定する移動手順に関し、水平方向移動の優
先度が同じ燃料移動の組の移動過程において燃料移動機
構の干渉の可能性があるものには、水平方向の速度積分
値の大小関係の制約を指定し、複数の燃料が移動してい
る間この速度積分値制約に従って燃料移動機構の水平方
向の移動を制御する。

【００７９】また、複数の燃料の水平方向と垂直方向の
移動順序を指定する移動手順に関し、水平方向移動の優
先度が同じ燃料移動の組の移動過程において燃料移動機
構の干渉の可能性があるものには、水平方向の速度の大
小関係の制約を指定し、複数の燃料が移動している間、
先行する燃料移動機構が後続する燃料移動機構の移動目
標位置より先に移動するまで、この速度制約に従って燃
料移動機構の水平方向の移動を制御する。

【００８０】さらに、複数の燃料の水平方向と垂直方向
の移動順序を指定する移動手順に関し、水平方向移動の
優先度が同じ燃料移動の組の移動過程において燃料移動
機構の干渉の可能性があるものには、水平方向の速度積
分値の大小関係の制約を指定し、複数の燃料が移動して
いる間この速度積分値に移動開始位置の差と燃料振れ幅
のマージンを補正した相対位置の制約に従って燃料移動
機構の水平方向の移動を制御する。

【００８１】以上の燃料移動制御方法によれば、比較的
簡単な制御手順の記載情報で、複数の燃料移動を干渉な
く動かすことができ、安全な燃料移動作業を実現でき
る。

【００８２】また、本発明の実施例の燃料移動制御装置
の動作をシミュレーションによって模擬し、作業の事前
検討や教育目的に適用することができる。これにより、
制御機構の構成および制御パラメータや燃料移動機構の
構造の設計検討に用いることもできる。

【００８３】なお、本発明の実施例に表示装置を接続
し、事前の計画過程や実際の燃料移動機構の動作を表示
装置に表示することは可能であり、反応度評価値の変化
と対にして表示してもよい。

【００８４】また、燃料移動手順を決定した理由を表示
装置に表示してもよい。

【００８５】

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、複数の燃料を並行して移動させる燃料移動作業に関
して、炉心反応度の変化も考慮に入れることで、安全な
燃料移動作業体制を実現でき、また燃料移動作業の並行
実施により、作業時間を飛躍的に短縮できる。さらに、
複数の燃料移動を制御するために複雑な操作指示をする
必要なく、無駄のない安全な燃料移動作業が自動化さ
れ、定期点検作業の大幅な省力化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による装置の基本構成を示
す図。

【図２】同実施例による動作機構を示す図。

【図３】同実施例の構成を詳細に示す図。

【図４】同実施例の作用説明図で、水平移動が干渉しな
い燃料移動の例を示す図。

【図５】同実施例の作用説明図で、水平移動が干渉しな
い燃料移動の例を示す図。

【図６】同実施例において、水平移動の干渉に基づく優
先度決定を説明する図。

【図７】（Ａ），（Ｂ）は同実施例において、燃料によ
る制御棒支持確保の例を示す図。

【図８】同実施例における燃料配置状況の指標を算出す
る範囲の例を示す図。

【図９】本発明の第２実施例を示す構成図。

【図１０】同実施例における移動評価ケースと燃料配置
評価ケースの数の例を示す図。

【図１１】同実施例における移動評価ケースと燃料配置
評価ケースの数の例を示す図。

【図１２】同実施例における移動方式判定のための反応
度評価方法を示すフローチャート。

【図１３】本発明における移動手順の優先度記録による
複数燃料の移動制御方式の例を示す図。

【図１４】図１３に対応する燃料移動状態を示す図。

【図１５】燃料交換機の構成を示す斜視図。

【図１６】図１５の平面図。

【符号の説明】

１１ブリッジ１２トロリ１３マスト１４炉心１５燃料プール２１記憶手段２２中性子束計測手段２３燃料移動制御手段２３ａ判断機構２４燃料移動機構

フロントページの続き (72)発明者豊吉勇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)発明者高木薫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 (56)参考文献特開平７−167977（ＪＰ，Ａ) 特許3192812（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 19/18 GDB G21C 17/06 GDB

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉の燃料を炉心にて、または炉心と
燃料プールとの間で水平方向および垂直方向に移動する
複数の燃料移動機構を備え、これらの動作を制御する燃
料移動制御装置であって、前記燃料の移動手順を格納す
る記憶手段と、前記原子炉内の中性子束を計測する中性
子束計測手段と、前記記憶手段の情報と中性子束計測手
段から出力される中性子束信号とに基づいて反応度の変
化を評価し、複数の燃料を並行して移動させる並行移動
の可否を判定する判断機構を有し、この判断機構で判定
された反応度評価値所定のしきい値と比較することによ
り、前記燃料移動機構に並行移動または単独で順次に移
動する順次移動のいずれかの動作を行なわせるととも
に、それらの燃料移動機構の位置と速度とを制御する燃
料移動制御手段とを備えたことを特徴とする燃料移動装
置。
【請求項２】前記判断機構は、前記反応度評価値と、
燃料の挿入操作を中止すべき値となる第１の反応度しき
い値およびこれより低い第２の反応度しきい値との比較
により、前記反応度評価値が第１の反応度しきい値と第
２の反応度しきい値との間にある場合に、前記記憶手段
に格納された各燃料の移動手順の中の優先度に従った各
燃料の垂直方向における順次移動の指令を出力すること
を特徴とする請求項１記載の燃料移動制御装置。
【請求項３】垂直方向における燃料の順次移動の優先
度は、炉心から取出す燃料が優先するものと設定し、そ
の優先度が複数の燃料について競合する場合には、他の
燃料の水平移動と干渉しないものを優先すべく設定して
なるこを特徴とする請求項２記載の燃料移動制御装置。
【請求項４】順次移動の指令が出力された場合の燃料
移動の優先度は、当該燃料の炉心への移動先に隣接する
制御棒周りの一定範囲に含まれる燃料の数が多いものを
優先し、これが競合する時は、他の燃料の水平移動に干
渉しないものを優先すべく設定してなることを特徴とす
る請求項２記載の燃料移動制御装置。
【請求項５】垂直方向における燃料の並行移動を順次
移動に変更する場合の燃料移動の優先度は、当該燃料の
炉心への移動先に隣接する制御棒周りの一定範囲に含ま
れる燃料の数が少ないものを優先し、これが競合する時
は、他の燃料の水平移動に干渉しないものを優先すべく
設定してなることを特徴とする請求項２記載の燃料移動
制御装置。
【請求項６】請求項１から５までに記載の装置を用い
る燃料移動制御方法において、複数の燃料の垂直方向移
動に関し、並行移動用として設定した各組の燃料につい
て１燃料ずつ移動させた場合の燃料配置に基づく反応度
評価を行ない、順序の異なる各移動形態についての全て
の反応度評価値が反応度制限値を下回る場合に、この燃
料移動の組を並行移動可能とする反応度評価を行なうこ
とを特徴とする燃料移動制御方法。
【請求項７】請求項１から５までに記載の装置を用い
る燃料移動制御方法において、複数の燃料の垂直方向順
次移動の順序の判定に関し、燃料移動機構の水平移動が
干渉しない条件の下で１燃料ずつ移動させた燃料配置に
基づく反応度評価を行ない、順序の異なる各移動形態に
ついての途中の極大反応度が最小となる順番に従って順
次移動の順序を定めることを特徴とする燃料移動制御方
法。
【請求項８】請求項１から５までに記載の装置を用い
る燃料移動制御方法において、複数燃料の水平方向およ
び垂直方向の移動順序を指定する移動手順に関し、水平
方向または垂直方向の並行移動が行なわれる可能性があ
る燃料移動の組に対して、先行すべき移動順に水平方向
移動と垂直方向移動の優先度を設定し、並行移動を許す
燃料移動の組には同じ値の優先度を与え、水平方向移動
と垂直方向移動の優先度に従って燃料移動機構の水平方
向および垂直方向の移動を制御することを特徴とする燃
料移動制御方法。
【請求項９】請求項８記載の燃料移動制御方法におい
て、複数の燃料の水平方向と垂直方向の移動順序を指定
する移動手順に関し、水平方向移動の優先度が同じ燃料
移動の組の移動過程において燃料移動機構の干渉の可能
性があるものには、水平方向の速度の大小関係の制約を
指定し、複数の燃料が移動している間この速度制約に従
って燃料移動機構の水平方向の移動を制御することを特
徴とする燃料移動制御方法。
【請求項１０】請求項８記載の燃料移動制御方法にお
いて、複数の燃料の水平方向と垂直方向の移動順序を指
定する移動手順に関し、水平方向移動の優先度が同じ燃
料移動の組の移動過程において燃料移動機構の干渉の可
能性があるものには、水平方向の速度積分値の大小関係
の制約を指定し、複数の燃料が移動している間この速度
積分値制約に従って燃料移動機構の水平方向の移動を制
御することを特徴とする燃料移動制御方法。
【請求項１１】請求項９記載の燃料移動制御方法にお
いて、複数の燃料の水平方向と垂直方向の移動順序を指
定する移動手順に関し、水平方向移動の優先度が同じ燃
料移動の組の移動過程において燃料移動機構の干渉の可
能性があるものには、水平方向の速度の大小関係の制約
を指定し、複数の燃料が移動している間、先行する燃料
移動機構が後続する燃料移動機構の移動目標位置より先
に移動するまで、この速度制約に従って燃料移動機構の
水平方向の移動を制御することを特徴とする燃料移動制
御方法。
【請求項１２】請求項１０記載の燃料移動制御方法に
おいて、複数の燃料の水平方向と垂直方向の移動順序を
指定する移動手順に関し、水平方向移動の優先度が同じ
燃料移動の組の移動過程において燃料移動機構の干渉の
可能性があるものには、水平方向の速度積分値の大小関
係の制約を指定し、複数の燃料が移動している間この速
度積分値に移動開始位置の差と燃料振れ幅のマージンを
補正した相対位置の制約に従って燃料移動機構の水平方
向の移動を制御することを特徴とする燃料移動制御方
法。