JP5264178B2 - セグメント仕上げシステム及び核燃料棒の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軽水炉核燃料集合体のための燃料棒の製造に関する。より具体的には、本発明は、セグメント仕上げシステム、及び核燃料集合体のための核燃料棒を製造する際に核燃料ペレットを核燃料棒被覆材に組み込むのに用いられる方法に関する。

核燃料の製造は、燃料を製造する際に行う必要のある複数の予防上の工程のためにしばしば高コストでかつ複雑である。安全な核燃料を製造するために、核燃料棒は幾つかの異なる構成要素を用いて設計されており、各構成要素は特別な技術的目的を持っている。最も内側の構成要素は、一般的にウランが濃縮されたセラミック材料であり、ペレットの形態に成形されている。個々のペレットは、端部が接した状態で一列に配置される。次に、ペレットは、燃料被覆材と呼ばれる耐腐食性金属からなる細長い棒の内側に配置される。核燃料ペレットは、一般に幾つかの技術によって燃料被覆材に装填される。ウラン濃縮セラミック材料は、炉の作動中、燃料被覆材によって機械的及び化学的な摩耗から保護される。核燃料被覆材は、最初に製作されるときには、棒の両端が開放されている（封止されていない）。第１の下端部材を被覆材に溶接することができる。次に、被覆材に核燃料ペレットが充填される。最後に、上端部材が燃料被覆材の残りの開放端に溶接され、完成した燃料棒が形成される。予防措置として、燃料被覆材によって囲まれる体積内にスプリング及び／又は他の装置をさらに含め、ウラン燃料ペレットが燃料被覆材中で所定限度内において膨張及び移動できるようにする。次に、完成した各燃料棒は、燃料棒の製造者によって保管される。その後、多数の完成した燃料棒は、燃料棒が使用中に互いに接触するのを防ぐための燃料集合体スペーサによって分離された平行な配置に構成され、燃料集合体を形成する。

核燃料ペレットを燃料被覆材に組み込むのに現在用いられている技術には幾つかの欠点があり、それゆえ経済的に効率がよくない。関与する構成要素は取り扱いに注意を要するため、核燃料棒の製造では、核燃料棒を製造する際に欠陥が生じないことを確実にするための品質保証検査が必要とされる。ヒューマンエラーをなくすために、プロセスにおける作業者の関与をなくす自動化システムを利用することが多くのシステム及び技術で試みられている。自動化システムは、よく考えられてはいるが、燃料棒の製造中に緩んだ部材及び／又は部品が発生して機械が動かなくなったり、製造が止まったりしないよう注意深く設計しなければならない。こうした自動化システムの構築は極めて複雑であるため、構築されたシステムでは、故障モードや燃料棒の製造中に出くわす問題を設計者が正確に予測できないことに起因するエラーが起こりやすい。

現在の自動装填システムでは、核燃料ペレットは、燃料ペレットエレベータから取り出され、コンベヤーによってセグメント仕上げテーブルに移される。ペレットは、バーコード読み取り機の助けを借りて燃料ペレットエレベータから出し入れされるが、このバーコード読み取り機によって燃料ペレットエレベータからの核燃料ペレットの出し入れが制限されている。燃料ペレットは、燃料ペレットを運ぶ燃料ペレットトレイから取り出され、セグメント仕上げテーブルの上に置かれる。燃料ペレットは互いに平行な向きに配置され、次いでプッシュ装置によって圧縮されてウラン含有セラミック材料の列を形成する。プッシュ装置は、電気的な出力信号を与えるよう構成された線形可変差動変換器に接続されている。次に、この信号が読み取られ、個々の燃料ペレット列の全長が決定される。次にコンピュータが、燃料棒の全体的な設計仕様を、線形可変差動変換器から得られた出力信号と比較する。核燃料ペレット列の長さの予想設計値と測定値の差が所定の閾値に合致している場合には、燃料棒被覆材に核ペレット列が装填される。燃料ペレット列の全長が閾値を外れている場合には、その燃料ペレットはセグメント仕上げテーブルから排除される。次に、上端キャップが燃料棒被覆材に存在している開放側に溶接され、核燃料棒が完成する。

線形可変差動変換器のみを利用する自動化システムは、セグメント仕上げテーブル上に位置する破損した燃料ペレットを同定することができない。このような自動化システムは、被覆材に組み込むべき核材料の全長を単にチェックするのみであり、核燃料棒の製造中に他の如何なる品質保証検査も実施しない。したがって、個々の核燃料ペレットに亀裂が入っている場合に、予想される核燃料ペレット列の全長が設定された設計パラメータの範囲内にあれば、その亀裂の入った燃料ペレットは核燃料棒に装填されることになる。不規則な形状の燃料ペレットの場合には、燃料ペレット列の全長が予想される全長パラメータの範囲内にあれば、亀裂の入った燃料ペレットは核燃料棒被覆材に組み込まれることになる。燃料ペレットが不規則な形状である場合には、そのペレットは被覆材にきつい状態で挿入されるため、装填作業が滞ることになる。その結果、操作者がその核燃料ペレットをセグメント仕上げテーブルから取り除かなければならない。次に、核燃料棒の製造を続けるために、装填装置をリセットし、新しい燃料トレイをセグメント仕上げテーブルに供給しなければならない。詰まった状態のときにセグメント仕上げテーブルから多数の核燃料ペレットを取り外すには多くの手動操作を必要とするため、核燃料棒の製造が停止する。この詰まりによってセグメント仕上げ装置の全生産能力が阻害されるため、生産性が厳しく制限される。

他の燃料ペレット装填システムの別の欠点は、セグメント仕上げテーブルの上に存在する核燃料ペレット列の長さを正確に測定するために線形可変差動変換器システムを絶えず微調整する必要があるということである。セグメント仕上げテーブル上の燃料ペレット列に関して、存在する燃料ペレット列の正確な測定を提供するには多数の線形可変差動変換器が必要とされる。それゆえ、セグメント仕上げテーブル上に存在する核燃料ペレット列を正確に測定するシステムを提供することが必要とされている。

核燃料棒の製造プロセスの間に操作者が核燃料ペレットの品質保証検査をさらに実施することができる装置及び方法を提供することも同様に必要とされている。

セラミック材料を核燃料棒の被覆材に組み込むプロセスの際にセラミック材料が破損しないようにして核燃料棒の被覆材の内部にセラミック材料を組み込むことができる装置及び方法を提供することがさらに必要とされている。

燃料棒の被覆材に組み込まれるセラミック材料の品質が低下しないように、燃料ペレットを核燃料棒材料の規定のセグメントに含めるべきかを操作者が視覚的に決定できるようにすることが必要とされている。

それゆえ、本発明の目的は、セグメント仕上げテーブル上に存在する核燃料ペレット列を正確に測定するシステムを提供することである。

さらに、本発明の目的は、操作者が製造プロセスの間に核燃料ペレットの品質保証検査をさらに実施できる装置及び方法を提供することである。

さらに、本発明の目的は、ウランの濃度又は形態が不適切なペレットを燃料被覆材に装填しないように、燃料ペレットを核燃料棒材料の規定のセグメントに含めるべきかを操作者が視覚的に決定することを可能にすることである。

本発明の目的は、本明細書に説明及び記載されるようにして達成される。本発明は、被覆部材を用意する工程、該被覆部材に組み込むべき少なくとも１つの核燃料ペレットを用意する工程、該少なくとも１つの核燃料ペレットの長さをカメラで測定する工程、該少なくとも１つの核燃料ペレットの長さを予想設計長さと比較する工程、及び該少なくとも１つの核燃料ペレットの比較した長さが予想設計長さの閾値内にある場合に該少なくとも１つの核燃料ペレットを前記被覆部材に組み込む工程を含む、核燃料ペレットを燃料棒被覆部材に挿入するための方法を提供する。

本発明の目的は、第２の方法において説明及び記載されるようにして達成される。第２の方法は、外側にバーコードを有する燃料棒被覆部材を用意する工程、該被覆部材上のバーコードを読み取る工程、該被覆部材を棒装填機の入力列に運ぶ工程、該被覆部材を互いに分離するよう構成された分離ローラーの上に該被覆部材を配置する工程、該被覆部材を振動テーブル上に持ち上げる工程、該被覆部材を棒保持手段によって保持する工程、燃料ペレットを受け入れ、該燃料ペレットを前記被覆部材に移すよう構成されたペレット管に該被覆部材を挿入する工程、ペレット貯蔵室に保管された燃料ペレットを用意する工程、燃料ペレットを含むペレットシートを操作者が手動で取り出すことができる位置まで前記ペレット貯蔵室を回転させる工程、該ペレット貯蔵室から核燃料ペレットを含むペレットシートを手動で取り出す工程、セグメント仕上げテーブルを横切ってセグメント止めを配置し、核燃料ペレットを受け取る工程、核燃料ペレットを前記ペレットシートから前記セグメント仕上げテーブル上に取り出し、核燃料ペレットを前記セグメント止めに接触して配置する工程、前記セグメント仕上げテーブル上のペレットを前記セグメント止めに対して押す工程、前記被覆部材に組み込むべき核燃料ペレットのセグメントの予想長さを視覚的に正確に示すよう較正されたレーザーを照射し、どの核燃料ペレットを前記被覆部材に組み込むべきかを視覚的に同定する工程、レーザーで照射されない核燃料ペレットを前記セグメント仕上げテーブルから手動で取り除く工程、カメラを用いて前記セグメント仕上げテーブル上に残っている列をなした燃料ペレットの累積長さを測定する工程、線形可変差動変換器を用いて前記セグメント仕上げテーブル上の列をなした燃料ペレットの累積長さを測定する工程、燃料棒の設計仕様に対する燃料ペレットの累積長さを正しい長さと照合する工程、設計仕様の正しい長さと照合されない燃料ペレットを前記セグメント仕上げテーブルから取り除く工程、照合された燃料ペレットを前記セグメント仕上げテーブルから振動テーブルの入力列に移す工程、及び燃料ペレットを該振動テーブルから前記燃料棒被覆部材に振動させながら装填する工程を含む、核燃料ペレットを燃料棒被覆部材に挿入するための方法を提供する。

本発明の目的は、核燃料ペレットを核燃料被覆材に装填するための装置によっても達成される。本装置は、燃料ペレットシートを保持するための燃料ペレット貯蔵室、燃料ペレットを保持するためのセグメント仕上げテーブル、該セグメント仕上げテーブルを照射するよう配置されたレーザーであって、その照射範囲が核燃料被覆材に組み込むべき燃料ペレットのセグメント長さに対応しているレーザー、前記セグメント仕上げテーブル上に位置する燃料ペレットの全長に関するデータを得るよう配置されたカメラ、燃料ペレットを振動させて燃料被覆材に入れるよう構成された振動テーブル、燃料ペレットを前記セグメント仕上げテーブルから前記振動テーブルに移動させるよう構成されたペレットプッシュ装置、前記カメラからのデータを受け取り、該データを設計仕様と比較するよう構成され、操作者に比較の結果を示すようさらに構成されたコンピュータ、燃料被覆材を取り扱うための設備であって、該燃料被覆材を該設備に受け入れるための棒装填機装置と、前記振動テーブルから燃料ペレットを受け取ることができる位置に該燃料被覆材を供給するための供給装置と、燃料ペレットを前記振動テーブルから該燃料被覆材に移すのを助けるためのペレット管設備とを有する燃料被覆材を取り扱うための設備を含む。

図１及び図２を参照すると、セグメント仕上げシステム１０が示される。構成要素１２として一般的に示される燃料ペレット貯蔵室は、製造設備から核燃料ペレットを受け入れるよう構成されている。ペレットは、個々にバーコードを付された燃料ペレットシート上に置かれる。本発明において説明されるように、核分裂性物質の濃度がほぼ同じ燃料ペレットが同じ燃料ペレット貯蔵室１２に保管される。燃料ペレット貯蔵室１２は、燃料ペレット貯蔵室回転台１４の上に置かれる。燃料ペレット貯蔵室回転台１４の目的は、特定の濃度の核分裂性物質を含む核燃料ペレットにアクセスすることを望む位置Ａの操作者の前に特定の燃料ペレット貯蔵室１２を配置するように、支持される燃料ペレット貯蔵室１２を回転させることである。燃料ペレット貯蔵室回転台１４は付属のコンピュータ４６によって制御され、操作者が特定の濃度を有する燃料ペレット貯蔵室１２にアクセスできる位置まで回転台１４を回転させる。

コンピュータ４６が回転台１４を回転させる命令を出して回転台１４が回転すると、操作者は燃料ペレット貯蔵室１２に通じる扉を開け、個々の核燃料ペレットを含む核燃料ペレットシートを取り出す。一般に、核燃料ペレットシートは、シートを取り扱う間に燃料ペレットが所定の位置にとどまって移動しないように個々の燃料ペレット列を支持するよう構成されている。操作者は、このシートを手動で取り出し、シートをセグメント仕上げテーブル４４の上に置く。次に、ペレットプッシュ装置３４を作動させ、燃料ペレットシート上に与えられたペレットをセグメント仕上げテーブル４４上に降ろす。ペレットプッシュ装置３４は、燃料部材シートの上に置かれた燃料部材の列に接触するスプリングに基づいた個々の部材を含むことができる。ペレットプッシュ装置３４はまた、燃料ペレットシートの幅全体にわたる単一の棒を使用して、セグメント仕上げテーブルの上に塊になって置かれたペレットを動かすこともできる。この棒は、スプリング機構又は空気圧シリンダーによって作動される。ペレットプッシュ装置３４は、核燃料ペレットに及ぼす力の量を制限して、これらのペレットが燃料ペレットシートからセグメント仕上げテーブル４４に移動する間に破損するのを防ぐよう構成されている。ペレットプッシュ装置３４は、個々のスプリング部材装置として記載されるが、核燃料ペレットを燃料ペレットシートからセグメント仕上げシステム１０の残りの部分の上にうまく降ろすための任意の構成であることができる。ペレットプッシュ装置３４はまた、核燃料ペレットがセグメント仕上げテーブル４４の上に置かれたときに、核燃料部材をゆっくりと移動させて核燃料ペレットがテーブル４４上で列の形態５２に整列された配置にするよう構成される。次に、レーザー３６をセグメント仕上げテーブル４４の上方に配置してテーブル４４を照射し、テーブル上の核燃料ペレット列の所定の長さが照射されるようにする。核燃料ペレットがセグメント仕上げシステム１０に設けたレーザー３６によって照射された場合には、個々の燃料ペレットは核燃料棒被覆材に組み込まれるべきである。レーザー３６が個々の燃料ペレットを照射しない場合には、個々の燃料ペレットは核燃料部材の被覆材に収容されるべきではない。レーザー３６を可動アームに取り付け、操作者の要求に応じてレーザー３６の位置を決め直せるようにすることができる。レーザー３６はまた、どの燃料ペレットを燃料棒に組み込むべきかを決めるのを助けるため、コンピュータ４６及び／又はタイマーによって作動させることもできる。レーザー３６は、Ｅｄｍｕｎｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｏｐｔｉｃｓ社（バーリントン、ニュージャージー州）の工業用レーザーモジュールであるストック番号Ｅ−５５−３４６であることができる。電源は、同社のストック番号Ｅ５５−３２３である。レーザー３６は、回転台、例えば、Ｏｌｙｍｐｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社（ウィルソンヴィル、オレゴン州）のＤａｅｄｅｌ回転台、カタログ番号２０５０２ＲＴＥＰＨ２Ｃ２Ｍ１Ｅ１Ｔ２の上に配置することができる。レーザーは、Ｏｌｙｍｐｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社（ウィルソンヴィル、オレゴン州）の線形テーブル、カタログ番号０６００４ＣＴＥＰＤ１Ｌ２Ｃ４Ｍ１Ｅ１の上に配置することもできる。次に、手動操作によってセグメント仕上げテーブル４４上に位置する余分な燃料ペレットを除去し、燃料部材シートの上に戻す。次に、燃料部材シートをセグメント仕上げテーブル４４から取り除いて燃料ペレット貯蔵室１２に戻し、同様の濃度の燃料ペレットを一緒に保管することができる。あるいはまた、燃料ペレットシートが空の場合には、操作者は、空シート積み重ね保持装置に空のシートを積み重ねることができる。ペレットプッシュ装置３４は、セグメント仕上げテーブル４４上に置かれた燃料ペレット列の全長を測定するよう構成することもできる。ペレットプッシュ装置３４は、例えば、両端にＲＰＳ−２位置センサーを備えたロッドレスアクチュエータ、例えば、高速ボールスクリューモデル、カタログ番号Ｒ４−Ｂ３２−１５１８−５６−Ｐ−ＢＳＥによって作動させることができる。燃料ペレット列の全長は、例えば、ペレットプッシュ装置３４に接続された線形可変差動変換器と、セグメント仕上げテーブル４４を横切って用いられる停止装置５０とを用いて測定される。停止装置５０は、水平方向の位置が固定されていても可動であってもよい。レーザー３６による核燃料ペレットの照射後、操作者は、ペレットプッシュ装置３４の全体的な位置の距離を測定することによりセグメント仕上げテーブル４４上に残っている核燃料ペレット列の全長を測定するよう構成されたカメラシステム３８を作動させる。カメラ３８は、操作者がうまく測定することができるか又は操作者が燃料部材列の全長を測定することができる任意の構成又はデザインであることができる。カメラの限定的でない例は、ＤＶＴ Ｌｅｇｅｎｄ Ｓｅｒｉｅｓ Ｓｍａｒｔｓｅｎｓｏｒ ６４０×４８０ Ｍｏｎｏｃｈｒｏｍｅ Ｉｍａｇｅｒ（Ｌ．Ｅ．Ｄ．番号ＰＫＧ−５４０−ＭＲ−Ｄ）であることができる。燃料ペレット列の全長の分析を助けるために、セグメント仕上げテーブル４４は、光がテーブル４４を通過できるよう構成し、それによってテーブル４４上のペレットにバックライトが当たるようにすることができるか、又はペレットプッシュ装置をカメラによる分析のために側方から光を照らすことができる。セグメント仕上げテーブル４４はまた、処理される複数の列の燃料ペレットを支持するためのくぼみを用いて構成することもできる。燃料ペレットがテーブル４４の支持部の入口点から出口点に移動するのを助けるために、セグメント仕上げテーブル４４の一部、例えば、燃料ペレットと接触しているテーブルの支持部をローラーキャリッジの上に置くことができる。ローラーキャリッジは、例えば、Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社（フォート・ワシントン、ニューヨーク州）のローラーキャリッジ、カタログ番号５１２Ｐ２５Ａ１であることができる。

燃料部材列の全長は、線形可変差動変換器及び／又はカメラ３８によって測定され、次いで核燃料ペレット列の予想長さを含む設計仕様と比較される。測定長さと設計仕様からの予想長さの比較はコンピュータによって行われる。核燃料ペレット列が設計に関して設定された許容値及び閾値の範囲内にあれば、核燃料ペレット列は核燃料被覆材に組み込まれる。線形可変差動変換器及び／又はカメラ３８によって提供される核燃料ペレット列の測定長さが閾値の許容値内にない場合には、操作者に是正措置のためその相違が通知らされる。通知は、警報灯又はコンピュータのディスプレイを通じて行なうことができる。操作者が行う是正措置としては、核燃料ペレット列が長すぎると見なされた場合に不適合の個々の燃料ペレット列からペレットを手動で取り除くことが挙げられる。設計仕様と比べて核燃料ペレット列が短すぎる場合には、操作者は、核燃料ペレットを追加して核燃料ペレット列の全長を設計仕様の長さに適合させることができる。核燃料ペレット列が全長試験をパスした場合には、燃料ペレット列は振動テーブル２８に移され、核燃料被覆材に組み込まれる。

個々の被覆材はセグメント仕上げシステム１０に供給され、被覆材によって規定される体積内に核燃料部材を組み込むようにすることができる。個々の被覆材は、アプセット型溶接機（ＵＳＷ）、ＴＩＧ溶接機又はレーザー溶接機に挿入することができ、第１の端部が被覆材に溶接される。次に、被覆材と端部キャップの間の溶接に関して目視検査が行われる。目視検査としては、標準的な非破壊溶接検査技術、例えば、単に具体例として、浸透探傷試験や放射線検査を挙げることができる。溶接の目視検査が満足いくものである場合には、被覆材が棒移動ステーションに移される。各被覆材は、製造される個々の燃料棒を同定するためのバーコードを備えている。被覆材上のバーコードは読取装置、例えば、バーコードスキャナ５４によって読み取られる。バーコードを被覆材上に配置し、被覆材の外側部分にバーコードを配置することで被覆材の位置を積極的に明らかにすることができる。次に、被覆材は棒装填機の入力列５６に対し軸方向に移動される。図示されるように、棒装填機の入力列５６は、製造のために多数の被覆材ユニットを収容することができる。本願のこの実施態様では、２５個の被覆材を棒装填機の入力列の中に収容することができる。棒装填機の入力列５６には任意の数の被覆材ユニットを収容することができる。次に、被覆材は、エレベータによって移動され、最終的に重力によってセグメント仕上げシステム１０の残りの部分に降ろされ、被覆材止めによって所定の位置に保持される。次に、被覆材は分離ローラーの上に置かれ、振動テーブルの入力列５８へと運ばれる。被覆材は、核燃料ペレットを被覆材に組み込むために振動テーブル２８の上まで持ち上げられる。次に、棒挿入／引き出しシステム６０が個々の被覆材を押して棒保持手段６２の上に載せる。棒保持手段６２は、さらなる処理機能の間、被覆材を所定の位置に保持するよう構成される。棒保持手段６２は、破損しないよう被覆材の外側部分に位置することで、完成した燃料棒の全体的な劣化を制限している。棒保持装置の他の配置や構成も用いることができる。被覆材を棒保持手段６２に挿入した後、製造される核燃料棒の設計仕様に応じてペレット管３２が選択される。使用するのに選択されたペレット管３２は、燃料被覆材に組み込まれる燃料部材の全体的な径に基づいている。ペレット管３２は、損傷を与えない材料でできているため、ペレット管への出し入れによって燃料棒の表面が傷むことはない。ペレット管３２には、核燃料ペレットを移動させるために個々の被覆材が挿入されている。

次に、核燃料ペレットを有する振動テーブル２８が操作者によって作動され、核燃料ペレット列を振動させてペレット管３２の方に向かわせる。ペレットは、ペレット管３２に入った後、燃料被覆材の下に移動し、端部同士が接した状態で積み重ねられる。すべての核燃料ペレットが振動テーブル２８から燃料被覆材に組み込まれた後、棒保持手段６２が解放される。棒保持手段６２を解放した後、ペレット管３２が燃料棒被覆材の開放端から取り出される。次いで、被覆材がセグメント仕上げシステム１０から取り出される。被覆材をセグメント仕上げシステム１０から取り出した後、内部振動減衰装置とガス雰囲気が被覆材に挿入され、その後、アプセット型溶接機によって第２の端部が溶接される。次に、プレナムチェックステーション７０において、核燃料被覆材の中に残っているプレナムの内部深度を、装填された燃料被覆材の中に棒を挿入してチェックする。較正された棒を挿入したときに予想されるパラメータと一致している場合には、燃料被覆材は許容可能であると見なされ、さらに処理を続けることができる。燃料被覆材のプレナムが予想されるパラメータとずれている場合には、燃料被覆材は欠陥を持っている可能性があると見なされ、予想されるパラメータが達成されるまで、さらなる処理から除外される。

第２の端部を燃料被覆材に溶接することができる。次に、アプセット型溶接機による第２の端部の溶接に欠陥がないかを調べる。燃料棒被覆材に欠陥がなければ、燃料棒を核燃料集合体に組み込むことができる。

本発明はまた、異なる濃縮のウランを単一の被覆材に提供することもできるので、製造者は完成した燃料棒の軸長さに沿って燃料棒の反応性を変化させることが可能である。異なる濃縮のウランを単一の燃料棒に配置するには、異なる濃度の核分裂性燃料を含む異なるペレットシートからのペレットを振動テーブル上に所望の順でまとめて加えることができる。ペレットは、上記の基準をパスした後、燃料棒被覆材に組み込まれる。

本発明は、核燃料棒被覆材を装填するための他のシステムと比べて幾つかの利点を与える。核燃料ペレットを燃料被覆材に装填するための本発明の方法及び装置では、核燃料ペレットが効率的かつ安全に装填されるように、核燃料ペレットを体系的に燃料被覆材に組み込むことができる。本発明はまた、燃料ペレット貯蔵室によって供給される核燃料ペレットが予定通りの設計になっているか否かを操作者が視覚的にチェックすることを可能にする。

本発明はまた、核燃料棒の製造プロセスの際に燃料ペレットが破損しない構成を提供する。振動テーブルの使用により、核燃料ペレットに不要な応力がかかることなく、核燃料ペレットを核燃料被覆材に組み込むことが可能になる。核燃料ペレット列の全長の測定はカメラを用いて実施され、それによりウラン含有セラミック燃料ペレットとの接触を最小限に抑える。さらに、棒保持手段は燃料被覆材を保持するよう構成されているため、装填操作中に燃料被覆材が破損することはない。これらシステムのすべてが、気密であること及び核燃料棒が切れ目なく連続していることを保証する。

本発明の別の利点は、核燃料部材を被覆材に装填するための他のシステムとは異なり、核燃料部材列の全長の測定に用いられるカメラを連続的に微調整する必要がないということである。それゆえ、カメラの使用によって、上記装置の全体的な操作がはるかに経済的になる。線形可変差動変換器の読みを補うのにもカメラを用いることで、核燃料部材列の全長をより正確に測定することができる。

本発明はまた、セグメント仕上げシステム全体を通じて詰まる状況が発生することなく、燃料被覆材に許容量の核燃料を正確に装填することができる。エラーが発生しやすいシステムをなくすことにより、これまで使用されてきた他のシステムで起こる詰まりという重大な欠点なしに作業を行なうことが本発明では可能になる。その結果、詰まる状態がなくなるため、最短の停止時間で核燃料棒を連続的に製造することができる。

本発明はまた、処理ステーションから処理ステーションへと燃料被覆材を輸送するのに多数の天井クレーンシステムを用いずに済む。本発明では、棒装填入力列に燃料被覆材を装填し、その後の処理工程においてこの位置から重力を利用することが可能になる。核燃料被覆材の処理中に多数のリフト装置を使用せずに済むため、こうしたシステムを大きな費用をかけてメンテナンスしたり修理したりする必要がなくなり、被覆材を処理するためのより信頼性のあるシステムが提供される。

本明細書では、特定の実施態様を参照して本発明を説明した。しかしながら、特許請求の範囲に記載される本発明のより広い趣旨及び範囲を逸脱することなく種々の改良及び変更が可能であることは明らかであろう。したがって、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示として見なされるべきである。

燃料棒被覆材に核燃料部材を装填するための装置の全体計画図を示す。 本発明によるセグメント仕上げシステムの断面図を示す。

Claims (8)

1. 燃料棒被覆部材を用意する工程、
   セグメント仕上げテーブル上で列に整列された核燃料ペレットを用意する工程、
   核燃料ペレット列の所定の長さをレーザーで照射する工程であって、この所定の長さ内の核燃料ペレット列の核燃料ペレットが照射され、この所定の長さ内にない核燃料ペレット列の核燃料ペレットは照射されない工程、
   該核燃料ペレット列のレーザーで照射されない核燃料ペレットを前記セグメント仕上げテーブルから取り除く工程、
   レーザーで照射されない核燃料ペレットが取り除かれた後に、該核燃料ペレット列の長さをカメラで測定する工程、
   カメラで測定された該核燃料ペレット列の長さを予想設計長さと比較する工程、及び
   カメラで測定された該核燃料ペレット列の測定長さが予想設計長さの閾値内にある場合に該核燃料ペレット列を前記燃料棒被覆部材に組み込む工程
   を含む、核燃料ペレットを燃料棒被覆部材に挿入するための方法。
2. 前記核燃料ペレット列を前記燃料棒被覆部材に組み込む工程が、該核燃料ペレット列が置かれているテーブルを振動させることにより、振動によって該核燃料ペレット列を前記燃料棒被覆部材に入れるようにして達成される、請求項１に記載の核燃料ペレットを燃料棒被覆部材に挿入するための方法。
3. 前記燃料棒被覆部材に組み込むべき核燃料ペレット列を用意する工程が、燃料ペレット貯蔵室から前記セグメント仕上げテーブルへ核燃料ペレットシートを操作者が手動で移動させることによって達成される、請求項１に記載の核燃料ペレットを燃料棒被覆部材に挿入するための方法。
4. 外側にバーコードを有する燃料棒被覆部材を用意する工程、
   該被覆部材上のバーコードを読み取る工程、
   該被覆部材を棒装填機の入力列に運ぶ工程、
   該被覆部材を互いに分離するよう構成された分離ローラーの上に該被覆部材を配置する工程、
   該被覆部材を振動テーブル上に持ち上げる工程、
   該被覆部材を棒保持手段によって保持する工程、
   燃料ペレットを受け入れ、該燃料ペレットを前記被覆部材に移すよう構成されたペレット管に該被覆部材を挿入する工程、
   ペレット貯蔵室に保管された燃料ペレットを用意する工程、
   燃料ペレットを含むペレットシートを操作者が手動で取り出すことができる位置まで前記ペレット貯蔵室を回転させる工程、
   該ペレット貯蔵室から核燃料ペレットを含むペレットシートを手動で取り出す工程、
   セグメント仕上げテーブルを横切ってセグメント止めを配置し、核燃料ペレットを受け取る工程、
   核燃料ペレットを前記ペレットシートから前記セグメント仕上げテーブル上に取り出し、核燃料ペレットを前記セグメント止めに接触して配置する工程、
   前記セグメント仕上げテーブル上のペレットを前記セグメント止めに対して押す工程、
   前記被覆部材に組み込むべき核燃料ペレットのセグメントの予想長さを視覚的に正確に示すよう較正されたレーザーを照射し、どの核燃料ペレットを前記被覆部材に組み込むべきかを視覚的に同定する工程、
   レーザーで照射されない核燃料ペレットを前記セグメント仕上げテーブルから手動で取り除く工程、
   カメラを用いて前記セグメント仕上げテーブル上に残っている列をなした燃料ペレットの累積長さを測定する工程、
   線形可変差動変換器を用いて前記セグメント仕上げテーブル上に残っている列をなした燃料ペレットの累積長さを測定する工程、
   燃料棒の設計仕様に対する燃料ペレットの累積長さを正しい長さと照合する工程、
   設計仕様の正しい長さと照合されない燃料ペレットを前記セグメント仕上げテーブルから取り除く工程、
   照合された燃料ペレットを前記セグメント仕上げテーブルから振動テーブルの入力列に移す工程、及び
   燃料ペレットを該振動テーブルから前記燃料棒被覆部材に振動させながら装填する工程
   を含む、核燃料ペレットを燃料棒被覆部材に挿入するための方法。
5. 前記棒保持手段を解放する工程、及び
   前記被覆部材のプレナムを検査する工程
   をさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記被覆部材のプレナムを検査する工程が、較正された棒を前記燃料棒被覆部材の開放端に挿入して該プレナムの長さを読み取ることを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記カメラを用いてセグメント仕上げテーブル上に残っている列をなした燃料ペレットの累積長さを測定する工程の前に、該セグメント仕上げテーブル上のペレットプッシュ部材を側方から照らす工程をさらに含む、請求項４に記載の方法。
8. 燃料ペレットシートを保持するための燃料ペレット貯蔵室、
   燃料ペレットを保持するためのセグメント仕上げテーブル、
   該セグメント仕上げテーブル上の核燃料ペレット列の所定の長さを照射するよう配置されたレーザーであって、レーザーで照射された核燃料ペレット列の所定の長さが燃料被覆材に組み込むべき燃料ペレットに対応しているレーザー、
   前記セグメント仕上げテーブル上に位置する燃料部材の全長に関するデータを得るよう配置されたカメラ、
   前記セグメント仕上げテーブルから燃料ペレットを受け取るよう配置された振動テーブルであって、該燃料ペレットを振動させて前記燃料被覆材に入れる振動テーブル、
   燃料部材を前記セグメント仕上げテーブルから前記振動テーブルに移動させるよう配置されたペレットプッシュ装置、
   前記カメラに接続され、該カメラからのデータを受け取り、該データを設計仕様と比較するよう構成され、操作者に比較の結果を示すようさらに構成されたコンピュータ、及び
   前記燃料被覆材を取り扱うための設備であって、該燃料被覆材を該設備に受け入れるための棒装填機装置と、前記振動テーブルから燃料ペレットを受け取ることができる位置に該燃料被覆材を供給するための供給装置と、燃料ペレットを前記振動テーブルから該燃料被覆材に移すのを助けるためのペレット管設備とを有する燃料被覆材を取り扱うための設備
   を含む、核燃料ペレットを核燃料被覆材に装填するための装置。

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