JP5734543B2

JP5734543B2 - 原子炉の燃料交換のための組立体

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Publication number: JP5734543B2
Application number: JP2007322676A
Authority: JP
Inventors: フランク・オルテガ; マーク・ウィリアム・ブローダス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: SE0702888L; JP2008164599A; SE532196C2; US20080159463A1; US9721686B2; DE102007062895A1

Description

本開示は、原子炉の燃料交換に関し、より具体的には、原子力発電プラントの燃料交換操作の時間及び発電の停止時間を短縮する、原子炉用燃料交換組立体の使用に関する。

この節の記述は、単に本開示に関する背景情報を提供するだけであり、先行技術を構成することはできない。

加圧水型原子炉（ＰＷＲ）又は沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のような原子炉において、原子炉心は圧力容器内に含まれる。炉心は、複数の横方向に離間した細長い核燃料バンドル及び制御棒を含む。燃料バンドルの各々は、通常は方形の横断面を有する外側燃料チャネル又は流路を含む。従来のマトリクス状に離間して配置された細長い燃料管体は、流路内に配置される。燃料バンドルの底部は通常、中空の円錐ノズル、又は下部タイプレートを含み、該タイプレートを水が通って燃料バンドルを通じて上方に誘導され、燃料管体内で従来の核反応によって加熱される。燃料バンドルの頂部は、水及び蒸気を逃がすことができるように開いている。ハンドルは、通常、燃料バンドルの装荷又は装荷解除のために、原子炉心内で燃料バンドルをその位置の内外に持ち上げるために設けられる。

通常の炉心燃料交換作業中、原子炉心内の使用済み又は燃焼済み燃料バンドルの２５％又はそれ以上は、新しい未使用の燃料バンドルと取り替えられる。水の上部プールは、通常、例えば燃料バンドルからの放射線の遮蔽を可能にするために原子炉心の上に配置され、従来のブリッジ又はガントリは、原子炉心の燃料交換のためにプールを越えて移動可能である。ブリッジは、プールを通って原子炉心内に下方に伸縮自在に延びて、その頂部にあるハンドルによって燃料バンドルの１つを把持し、次いで、燃料バンドルを取り出すために上方に後退されるトロリー搭載グラップルを含む。燃料バンドルは、遮蔽を可能にし並びに水が燃料バンドルを通って上方に流れてバンドルを冷却するのを可能にするために水中で連続して保持される。これにより、運転中の原子炉心内で起こるよりも実質的に低いレベルで起こる核反応の連続による過熱が防止される。

１つのブリッジ型燃料交換システムにおいて、各燃料バンドル又は使用済み燃料バンドルは、炉心から取り出され、１つずつ上部プールを通って水平方向に隣接した燃料貯蔵プールまで並進され、この使用済み燃料が後で長期貯蔵場所に移転されるまで最大で数年の間一時的に貯蔵される貯蔵ラックの水平アレイに垂直方向に配置される。次いで、新しい燃料バンドルがブリッジによって燃料貯蔵プールから原子炉心まで運ばれ、そこに位置付けられる。標準的な原子炉は数百の燃料バンドルを含むので、使用済み燃料バンドルを取り出し、これらを新しい燃料バンドルと取り替えるのに相当量の時間が必要とされる。

更に、単一のブリッジシステムにおいて、従来の燃料輸送キャスクは、約１００トンまでの重さがある可能性がある。この燃料輸送キャスクは、使用済み燃料を燃料貯蔵プールに挿入することができるように、燃料貯蔵プールに個々に持ち上げる必要がある。このような重いキャスクの持ち上げは、キャスクが落下し、プール及び／又は燃料バンドルを損傷させることがある危険を伴う。

多くのＰＷＲ及び一部のＢＷＲにおいて使用されている別の種類の燃料交換システムは、移送機械が間に配置された２つのブリッジを使用している。一方のブリッジは、原子炉心と移送機械との間で新しい燃料バンドル及び使用済み燃料バンドルを個々に運び、他方のブリッジは、移送機械と燃料貯蔵プールとの間で使用済み燃料バンドル及び新しい燃料バンドルを運ぶ。次いで、移送機械は、使用済み燃料バンドル及び新しい燃料バンドルを２つのブリッジ間で運ぶ。このようにして、２つのブリッジ及び移送機械を全ての操作において同時に同期することができ、各々がこれらの間でそれぞれの燃料バンドルを独立して運ぶので、全体の燃料交換操作は、単一のブリッジを使用するよりも少ない時間で実行することができる。このシステムはまた、ブリッジの一方を貯蔵燃料を含む分離プールと移送キャスクとの間を燃料を運ぶために使用することができるので、移送キャスクを貯蔵プールに落下させる危険性が排除される。

この２つのブリッジシステムにおいて、２つのブリッジは通常、一方は原子炉心を含み、他方は燃料貯蔵プールを含む、別個の建物内に配置される。２つの建物の間の共有の壁は、２つの建物間の放射線及び圧力に対するシールを必然的に形成しなければならず、従って、２つの建物の間に延びて、燃料バンドルが移送される比較的複雑な移送管を必要とする。移送管は通常、水平又は斜めに配向され、２つの建物の間の通路が比較的小さくなり必要とされるシールの複雑さが低減されるようにする。燃料バンドルがそれぞれのプールを通って水平方向又は横方向に移動されるときには、主に直立した垂直の向きで燃料バンドルを運ぶのが望ましく、その結果、燃料バンドルを冷却するために水が垂直上方に連続して流れることができるようになる。従って、燃料バンドルは、必然的に一時的に倒置されるか、又は、移送管を通すために垂直方向から斜め又は水平方向に移動される必要がある。従って、従来の移送機械は、移送管の各端部において倒置装置を設けて、最初に、移送管を通すために必要とされる水平方向の傾きで垂直の燃料バンドルを回転させ、次いで、移送管の他方の端部において、別の倒置装置が燃料バンドルを好ましい垂直方向に戻す。移送管を通る水の漏出を防ぐために、移送管の両端部に適切なシールが形成される。

使用済み燃料バンドルは、原子炉心内においてかなりの時間量の間動作しているので、放射性の腐食デブリが燃料バンドル内に形成され、これは通常、輸送中に外れてそれぞれのプールの底に落下する。放射性腐食デブリはまた、倒置操作中及び移送管の移動中に落下することになる。２重ブリッジ及び移送管システムに対して必要とされる複雑な輸送経路を考慮すれば、保守時間及びコストを増加させる放射性腐食デブリは、適宜清浄にしなければならない。

更に、燃料バンドルが水平方向に傾けられているときには、貫通する垂直経路が低減又は排除されたことで、水が通って誘導されることによる自然対流冷却が低下する。従って、燃料バンドルは、燃料バンドルの過熱の可能性を低減するために移送管を通して比較的迅速に輸送されなければならず、燃料バンドルが倒置されている間の移送機械の何らかの故障時に、その効果的な冷却を提供するように、追加の手順を構築する必要がある。
米国特許第５，２９１，５３２号公報米国特許第５，６８７，２０７号公報日本特許第５，９３０，３１８号公報日本特許第６，３５９，９５３号公報 U.S.Nuclear Regulatory Commission Information Notice 94-13: "Unanticipated and Unintended Movement of Fuel Assemblies and other components Due to Improper Operation of Refueling Equipment", February 22, 1994, 4 pages. Advances in Nuclear Fuel Management III, "Reducing Refueling Outage Duration by Optimizing Core Design and Shuffling Sequence," P. H. Wakker et al., October 5-8, 2003

本明細書の発明者は、燃料棒を水平位置に置くことを必要とせずに垂直位置で燃料棒を保守する間、燃料交換操作中に原子炉の原子炉心の使用済み炉心構成要素を交換構成要素と効率的に取り替えることが可能な燃料交換組立体を設計することに成功した。このようなシステムは更に、燃料交換操作が燃料プールと炉心プールの両方において同時に実施される機会を提供し、使用済み炉心構成要素の効率的且つ安全なハンドオーバ、及び燃料交換に関連する原子炉停止を短縮することができる交換構成要素を提供する。

１つの態様によれば、原子炉プール、燃料プール、及び該燃料プールを原子炉プールに流体的に結合する移送プール内に位置付けられる細長い炉心構成要素を有する原子炉の燃料交換をするための組立体である。システムは、移送チャネル内に選択的に位置付けることが可能なハンドオーバ組立体を含む。ハンドオーバ組立体は、炉心構成要素の１つを垂直位置に選択的に固定するように各々が構成された２つ又はそれ以上の区画を含む。ハンドオーバ組立体は、原子炉プールブリッジから操作する原子炉プールグラップルによって、及び燃料プールブリッジから操作する燃料プールグラップルによって各区画への独立した選択的アクセスを可能にするように移動可能である。

別の態様によれば、原子炉プール内に原子炉心を有する原子炉を移送チャネルを通して燃料プール内の貯蔵ラックまで燃料交換するための組立体は、ハンドオーバ組立体と、原子炉プールブリッジと、燃料プールブリッジとを含む。

ハンドオーバ組立体は、炉心の少なくとも１つの構成要素を垂直位置に選択的に固定するように各々が構成される２つ又はそれ以上の区画を含む。ハンドオーバ組立体は、移送チャネル内に位置付け可能であるように構成される。原子炉プールブリッジは、原子炉プールの上に位置付けられ、原子炉プールを越えて移動可能である。原子炉プールブリッジは、原子炉プールグラップルを有する原子炉プール移送組立体を含み、該原子炉プールグラップルは、炉心からの使用済み炉心構成要素を係合させ、且つ使用済み炉心構成要素をハンドオーバ組立体区画の１つに移送するように構成される。燃料プールブリッジは、燃料プールの上に位置付けられ、該燃料プールを越えて移動可能である。燃料プールブリッジは、燃料プールグラップルを有する燃料プール移送組立体を含み、該燃料プールグラップルは、燃料プール内で交換炉心構成要素を係合させ、且つ交換炉心構成要素を燃料プールからハンドオーバ組立体の区画の１つに移送するように構成される。トロリーは、燃料プールブリッジに沿って移動可能である。ハンドオーバ組立体は、トロリーの下に回転自在に結合される。トロリーは、ハンドオーバ組立体を燃料プールブリッジ及びトロリーから移送チャネルに延ばすように構成された延長組立体を含む。

更に別の態様によれば、原子炉の燃料交換のための組立体は、１つ又はそれ以上の細長い炉心構成要素を原子炉心プールと燃料プールとの間で移送チャネルを通して垂直位置で移送する手段を含む。炉心構成要素を移送する手段は、２つの異なる炉心構成要素を各々垂直位置に一時的に固定するための２つ又はそれ以上の区画を含む。また、原子炉心プール内の炉心構成要素の少なくとも１つを移動させ、移送手段の区画の少なくとも１つから少なくとも１つの炉心構成要素を供給し且つ取り出す手段が含まれる。本組立体はまた、燃料プール内の炉心構成要素の少なくとも１つを移動させ、移送手段の区画の少なくとも１つから少なくとも１つの炉心構成要素を供給し且つ取り出す手段を含む。

更に別の態様によれば、複数の長い原子炉心構成要素を有する原子炉プールと、炉心構成要素を貯蔵するための燃料プールと、燃料プールを原子炉プールに結合する移送チャネルにおいて原子炉心を有する原子炉を燃料交換する方法である。本方法は、燃料プールから交換炉心構成要素を取り出す段階と、交換炉心構成要素をハンドオーバ組立体の第１の区画に垂直位置で固定する段階とを含む。前記方法はまた、原子炉心から使用済み炉心構成要素を取り出す段階と、使用済み炉心構成要素をハンドオーバ組立体の第２の区画に垂直位置で固定する段階とを含む。交換炉心構成要素は、第１の区画から取り出され、原子炉心に設置される。使用済み炉心構成要素は、第２の区画から取り出され、燃料プール内の貯蔵ラック内に貯蔵される。

本発明の別の態様は、以下で一部が明らかになり且つ一部が指摘されるであろう。本開示の種々の態様は、個別に又は互いに組合わせて実施することができる点は理解されたい。また、詳細な説明及び図面は、ある例示的な実施形態を示しているが、説明の目的を意図したものであり、本開示の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

図面を通して、対応する参照番号は同様の又は対応する部品及び特徴を示すことを理解されたい。

以下の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、本開示、或いは本開示の用途又は使用を限定するものではない。

幾つかの実施形態において、原子炉の燃料交換のための組立体及び方法は、燃料プールから交換炉心構成要素を取り出す段階と、交換炉心構成要素をハンドオーバ組立体の第１の区画に垂直位置で固定する段階とを含む。本方法はまた、原子炉心から使用済み炉心構成要素を取り出す段階と、使用済み炉心構成要素をハンドオーバ組立体の第２の区画に垂直位置で固定する段階とを含む。交換炉心構成要素は、第１の区画から取り出され、原子炉心に設置される。使用済み炉心構成要素は、第２の区画から取り出され、燃料プール内の貯蔵ラック内に貯蔵される。

これらの方法及びプロセスにおいて、ハンドオーバ組立体は、炉心構成要素を垂直位置に常に維持しながら移送プールを通して原子炉プールと燃料プールとの間に構成要素を移送すること、及び燃料交換操作を迅速に行い燃料交換間隔を短縮することができる１つ又はそれ以上の同時操作を提供することができる。

幾つかの実施形態において、原子炉プール内に位置付けられる細長い炉心構成要素を備えた原子炉心、燃料プール、及び燃料プールを原子炉プールに流体的に結合する移送プールを有する原子炉を燃料交換するための組立体である。システムは、移送チャネル内に選択的に位置付けることが可能なハンドオーバ組立体を含む。ハンドオーバ組立体は、炉心構成要素の１つを垂直位置に選択的に固定するように各々が構成された２つ又はそれ以上の区画を含む。例えば、該区画は、燃料集合体、制御棒、制御棒管、又は二重ブレードガイドを受け且つ固定するように構成することができる。例えば、１つの例示的な実施形態において、ハンドオーバ組立体は、第１の燃料集合体を固定するための第１の区画、及び第２の燃料集合体を固定するための第２の区画を含む。第１及び第２の区画は、ハンドオーバ組立体の第１の側部上に位置付けることができる。ハンドオーバ組立体はまた、第１の側部に実質的に対向する第２の側部上に位置付けられた１つ又はそれ以上の第３の区画を含むことができる。この第３の区画は、燃料集合体又は二重ブレードガイド、制御棒、及び制御棒管を受けて固定するように構成することができ、第１及び第２の区画と同じか又は異なる。ハンドオーバ組立体は、燃料プールグラップル及び原子炉プールグラップルによって、第１、第２及び第３の区画の各々に独立して選択的にアクセスするのを可能にするために回転可能にすることができる。

ハンドオーバ組立体は、原子炉プールブリッジから操作する原子炉プールグラップルによって、及び燃料プールブリッジから操作する燃料プールグラップルによって、各区画への独立した選択的なアクセスを可能にするように移動可能である。幾つかの例示的な実施形態において、トロリーは、下面上などの燃料プールブリッジの一部の周りに移動可能に結合されている。燃料プールブリッジが一方向に移動すると、トロリーは、燃料プールの１００パーセントにアクセスすることができるように、垂直方向に移動することができる。１つの実施形態において、ハンドオーバ組立体は、炉心構成要素を取り出し又は炉心構成要素を燃料プールに置くために、延長組立体を介して下方で燃料プール内に延びることができるトロリーに結合されたマストを含む。このような実施形態において、ハンドオーバ組立体の区画は、外部上などのマストの周りに位置付け、又はマストの中心軸からある距離に位置付けることができる。

モータ及びプーリ又は別個の延長可能なマストなどのリフト組立体は、燃料プール内で燃料プールグラップルを上げ下げして、炉心構成要素を移送するために区画にアクセスするように構成することができる。例えば、ホイスト及びケーブルは、燃料プールグラップルに結合され、燃料プールブリッジから燃料プールグラップルを上げ下げして、区画の各々にアクセスするよう動作可能とすることができ、該燃料プールグラップルは、一時的に構成要素を固定し、構成要素を設置して、区画の各々から該構成要素を取り出すように構成されている。

トロリーはまた、ハンドオーバ組立体を燃料プールブリッジから又は少なくとも燃料プールブリッジの下から移送チャネルに延ばすことを可能にする延長組立体を含むことができる。このようにして、燃料プールブリッジは、燃料プール上に留まり、トロリーは延長組立体を移送プールに延ばし、ここでハンドオーバ組立体及びその区画は移送プールに入る。ハンドオーバ組立体は、移送プールでの移送のために区画内に位置付けられる取り出された交換炉心構成要素を含むことができ、或いは、１つ又はそれ以上の区画は、使用済み炉心構成要素を受けるために空にすることができる。

或いは、取り付けられる区画を備えたマストは、燃料プールブリッジの下部の周りに固定位置で回転自在に結合することができ、下方に延びることができる。このような実施形態において、マスト及び区画は、移送チャネルと実質的に整列し、マストの少なくとも９０度、１８０度回転又は全３６０度の回転、及び移送チャネル内の燃料集合体及び区画の位置を可能にするような寸法にすることができる。

ハンドオーバ組立体、マスト、グラップル、延長組立体、及びトロリーは各々、遠隔制御ユニットから及び／又はオペレータによって制御することができる。更に、１つ又はそれ以上の位置固定又は制御は、ソフトウェアにおいて又はフィードバック位置信号を介して実施され、ハンドオーバ組立体のみが原子炉プールの方向に位置付けられた空の区画を備えた移送プールに確実に入るようにすることができる。

幾つかの実施形態において、ハンドオーバ組立体は、下方に延びて、細長い形状を各々が有する少なくとも２つの区画を定める.細長い本体を含むことができる。区画の各々は、区画の内外への構成要素の横方向の通行を可能にするために、少なくとも１つの実質的に開いた側部を有することができる。ラッチは、炉心構成要素を区画内に垂直に選択的に固定し且つ内部での炉心構成要素の横方向の運動を防止するために、ハンドオーバ組立体上に位置付けられて１つ又はそれ以上の区画と関連付けることができる。幾つかの実施形態において、各区画は、底部アパーチャと、該底部アパーチャを選択的に閉鎖するよう移動可能な底部プレートとを含むことができる。底部プレートは、炉心構成要素を区画内で垂直に保持するように構成することができる。底部プレートはまた、炉心構成要素が遠隔指令に応答して底部アパーチャから出ることを可能にするために、開放位置に移動可能にすることができる。

上述のように、ハンドオーバ組立体制御システムは、ブリッジの一方に、又は原子炉から遠隔で配置することができる。制御システムは、燃料交換のために通常利用される他の要素又は組立体の中でも特に、ハンドオーバ組立体、ブリッジの一方又は両方、トロリー、及びグラップルの一方又は両方の操作を制御するように構成することができる。また上述のように、該制御システムは、先導する区画が炉心構成要素を固定したときには、移送チャネルを通る原子炉プールの方向でのハンドオーバ組立体の移動を阻止するように構成することができる。勿論、付加的な操作上又は安全上の配慮を提供するために、移動に関する他の制限又は規則も実施することができる。

別の実施形態において、移送チャネルブリッジは、移送チャネルの上に位置付けられる。このような実施形態において、ハンドオーバ組立体は、移送チャネルブリッジの下に回転自在に結合することができる。移送チャネルブリッジは、燃料交換中は所定位置に実質的に固定され、非使用時には、別個のオーバヘッドクレーンによって取外し可能とすることができる。これらの実施形態において、ハンドオーバ組立体は、カルーセル方法で位置付けられた１つ又はそれ以上の区画を有することができ、或いは２つの区画だけを含むことができる。２つの区画だけが提供される場合、第１の区画は、第２の区画から約１８０度で実質的に離間して位置付けることができ、従って、空間的多様性と、区画並びに区画に固定されたいずれかの使用済み及び交換炉心構成要素からの分離とをもたらすことができる。

これらの例示的な実施形態の各々において、燃料プール内での操作は、原子炉プール内での操作と同時に行うことができる。オペレータ又は操作システムは、各々独立して関与することができるが、炉心要素の確実且つ安全な移送の助けとなることが望まれる同期及び協働を可能にすることができる。加えて、ハンドオーバ組立体が移送プールブリッジ上に位置付けられる場合、第３のオペレータ及び／又は操作システムが、燃料プール操作及び原子炉心操作とは独立してハンドオーバ組立体を操作することができる。他の２つと同様に、同期及び協働も可能である。

ここで図１を参照すると、幾つかの実施形態に好適な原子炉１０は、原子炉心の燃料交換をするのに使用される燃料交換用組立体１２の基礎構造を含む。原子炉心１４の原子炉プール１８は、燃料集合体、二重ブレード制御棒、及び／又は制御棒管を含むことができる炉心構成要素１６を含む。原子炉プールブリッジ２０は、炉心構成要素をハンドオーバ組立体３０に移送するために、炉心構成要素１６にアクセスし移送プール２８を有する燃料移送チャネル３２に１つ又はそれ以上の炉心構成要素１６を移動可能に移送するための原子炉プールグラップル３６を含む。ハンドオーバ組立体３０は、使用済み燃料炉心構成要素を原子炉心１４から受け取り、原子炉プールグラップル３６がアクセスするための燃料プール２４から交換炉心構成要素を移送するように各々が構成されている複数の区画３４を含む。移送プール２８は、燃料プール２４と原子炉プール１８との間に流体的に結合されている。

ハンドオーバ組立体３０は、移送チャネル３２内に選択的に位置付け可能とすることができる。ハンドオーバ組立体３０は、炉心構成要素１６の１つをハンドオーバ組立体３０上に垂直位置で選択的に固定するように各々が構成された２つ又はそれ以上の区画３４を有することができる。ハンドオーバ組立体３０は、原子炉プールブリッジ２０から操作する原子炉プールグラップル３６によって、及び燃料プールブリッジ２６からの燃料プールグラップル２７によって各区画３４への独立した選択的アクセスを可能にするように移動可能である。

次に、図２を参照すると、燃料プールブリッジ２６の付加的な構造と、燃料交換用組立体１２と、ハンドオーバ組立体３０とが示されている。この例示的な実施形態において、炉心構成要素１６を保持するための回転自在の矢筒状部材が示されている。ハンドオーバ組立体３０は、少なくとも２つの区画３４によって下方に延びるトロリー３８に結合されたマスト４０を含み、区画３４はマスト４０の周りに位置付けられる。リフト組立体４２は、燃料プールグラップル２７（図示せず）を上下させるように構成することができる。燃料プールブリッジ２６上に位置付けられるトロリー３８は、燃料プールからハンドオーバ組立体３０を移送チャネル３２に延ばし、且つ原子炉プールグラップル３６（図２には示していない）によって移送された構成要素１６の選択的なアクセスの提供を可能にする延長組立体４４を有することができる。

リフト組立体４２は、燃料プールグラップル２７を操作するためのホイスト４６及びケーブル４８を有する。ホイスト４６及びケーブル４８は、燃料プールグラップル２７に結合することができ、燃料プールグラップル２７を上下させ且つ区画３４の各々にアクセスするように、燃料プールブリッジ２６から操作可能とすることができる。燃料プールグラップル２７はまた、炉心構成要素１６を一時的に固定し、区画３４の各々から炉心構成要素１６を設置して取り出すように構成することができる。

燃料プールグラップル２７を用いて、燃料プール２４内に貯蔵される例えば新しい燃料２５のような炉心構成要素１６にアクセスすることができる。燃料プールグラップル２７はまた、炉心構成要素１６をハンドオーバ組立体３９に移送することができる。燃料プールグラップル２７を用いて、ハンドオーバ組立体３９内の使用済み炉心構成要素８６にアクセスし、燃料プール２４内の使用済み炉心構成要素８６を貯蔵することができる。

再び図２及び更に図３を参照すると、移送チャネル３２を介して原子炉プール１８と燃料プール２４との間で炉心構成要素１６を移送するための、第１の区画３４Ａ、第２の区画３４Ｂ、及び第３の区画３４Ｃとも呼ばれる３つの区画３４Ａ〜Ｃを有するハンドオーバ組立体３０を示している。

ハンドオーバ組立体３０は、下方に延び且つ各々が細長い形状を有する少なくとも２つの区画を定め、各区画が区画３４の内外への炉心構成要素１６の横方向の通行を可能にするために少なくとも１つの実質的に開いた側部を有する細長い本体と、区画３４内に垂直に位置付けられる炉心構成要素を選択的に横方向に固定するラッチ５２とを含むことができる。

ハンドオーバ組立体３０の各区画３４は、各区画３４の底部アパーチャを選択的に閉じることができる移動可能な底部プレート５６を含むことができる。各移動可能プレート５６は、炉心構成要素１６を区画内で垂直に保持するように構成された底部アパーチャ５４を含むことができ、炉心構成要素１６が遠隔指令に応答して区画３４の底部アパーチャから出るのを可能にする開放位置に移動可能にすることができる。

各区画３４は、燃料プールグラップル２７及び／又は原子炉プールグラップル３６のいずれかによって、区画３４の１つに挿入されている移送炉心構成要素１６を保持するための回転式ラッチのようなラッチ５２を有することができる。トロリー３８の移動３９は、図２に示されるように、燃料プールブリッジの移動２９に垂直とすることができ、延長組立体の移動４５は、燃料ブリッジ２４の移動に平行で、且つ移送チャネル３２と一列に並び、原子炉プールグラップル３６（図示せず）がアクセスするためにハンドオーバ組立体３０を移送チャネル３２内に延ばすようにされる。図示のように、ハンドオーバ組立体３０は、制御システム５１（図３に示す）を介してマストの少なくとも９０度の回転を可能にするように回転することができる。ハンドオーバ組立体制御システム５１は、炉心構成要素１６を固定する区画３４が原子炉プール１８の方向に位置付けられた時に、移送チャネル３２内でのハンドオーバ組立体３０の移動を制限することができる。

図３は、１８０度回転後の図２のハンドオーバ組立体３０を示し、ここで第３の区画３４Ｃは、移送チャネル３２内での延長に向けて位置付けられている。区画３４Ａ及び３４Ｂは、ハンドオーバ組立体３０の第１の側部６６上にあり、区画３４Ｃはハンドオーバ組立体３０の第２の側部７０上にあることができる。移動可能プレート５６は、二重ブレードガイドマウントを受けるためにハンドオーバ組立体３０の第２の側部７０上に底部アパーチャ５４と共に構成することができ、原子炉心１４に面する。区画３４Ｃは、二重ブレードガイドを受けて保持するような構成及び寸法にすることができる。オペレータ４９は、リフト組立体４２及び制御システム５１（図示せず）を利用することによってホイスト４６及びケーブル４８を操作するために位置付けることができる。

原子炉プールグラップル３６は、ハンドオーバ組立体３０に接近して区画３４Ａ及び３４Ｂ内の炉心構成要素にアクセスするように位置付けることができる。ラッチ５２は、その回転した位置で図示され、第１の燃料集合体６０及び第２の燃料集合体６４を保持している。燃料集合体６０は、使用済み炉心構成要素８６とすることができ、第２の燃料集合体６４は新しい燃料２５とすることができる。ハンドオーバ組立体３０は、挿入された制御棒７３又は二重ブレードガイド７２を保持し移送することができる。二重ブレードガイド７２は、ハンドオーバ組立体３０の第２の側部７０上に保持され、更に燃料プール２４内に配置された燃料プールグラップル２７がアクセスすることができる。

例示のハンドオーバ組立体の実施形態は、３つの区画として構成されたハンドオーバ組立体を示しているが、当業者には公知のように、炉心構成要素の形状及び移送チャネルの物理的寸法に応じて、付加的な炉心構成要素の移送に回転自在に対応するために付加的な区画を含めることができる。例示の実施形態は、本開示の範囲を限定するものではない。

図４は、原子炉心１４から使用済み炉心構成要素を受け取り、交換炉心構成要素を原子炉心１４に移送するために燃料プール２４の上に位置付けられたトロリー３８を有する燃料プールブリッジ２６の別の実施形態を示す。例示の実施形態において、炉心構成要素１６は燃料バンドルとすることができる。この実施形態において、トロリー３８は、トロリー３８の下に延びる伸縮マスト４０を有し、その端部セグメントが、使用済み及び／又は新しい燃料バンドルを係合するための燃料ブリッジグラップル２７を含む。燃料プールブリッジ２６のトロリー移動部分に沿って実質的に中央に固定位置で配置され、移送チャネル３２の中心と整列したハンドオーバ組立体３０は、カルーセルマスト６９の周りに回転するように構成され制御されるカルーセル６８を含む。

区画３４は、カルーセルマストから半径方向で一定の距離にあり、各区画３４内で燃料バンドル６２を受けるように構成されている。燃料マスト４０は、燃料バンドルが原子炉プール１８に向かって移送チャネル３２と整列した時に、燃料プールグラップル２７が係合してカルーセル６８の回転運動を阻止するように構成することができる。燃料プールブリッジが燃料移送チャネルに対して最も近接した位置に移動すると、燃料バンドル６２は、原子炉プールブリッジの下で原子炉プールグラップル３６によりアクセスすることができ、続いて、交換炉心構成要素として原子炉心に移送することができる。カルーセル６８の燃料区画３４は各々、挿入された燃料バンドル６２を保持するためのラッチ５２を有する。

図５は、ハンドオーバ組立体３０の別の実施形態を示しており、ここでは、ハンドオーバ組立体３０は、移送チャネル３２の上の実質的に中央に位置付けられた静止移送チャネルブリッジ８０の中心から移送チャネル３２内で下方に延びる。この実施形態において、両方の区画３４は、最初は空であり、燃料プールプラットホームを用いて、燃料バンドル６２を燃料プール２４内の燃料貯蔵ラック８９から持ち上げて、新しい燃料バンドル６２を区画３４Ａに挿入することができる。ほぼ同時に、原子炉プールグラップル３６は、炉心から使用済み燃料バンドルを取り出し、該使用済み燃料バンドルを区画３４Ｂに挿入することができる。両方の区画３４の装荷後、カルーセル６８は、移送チャネル３２内で１８０度回転することができ、原子炉プールグラップル３６は、区画３４Ａから交換燃料バンドルを取り出し、交換燃料バンドルを原子炉心に移動し、該交換燃料バンドルを原子炉心内に挿入して、使用済み燃料バンドルを交換する。ほぼ同時に、燃料ブリッジグラップル２７は、使用済み燃料バンドルを取り出し、これを使用済み燃料（図示せず）用の貯蔵ラックに挿入することができる。この手順は、必要に応じて複数回繰り返し、原子炉心１４の燃料交換操作を完了することができる。

幾つかの燃料交換組立体の実施形態において、静止燃料移送ブリッジは、非使用時には、隣接する表面貯蔵位置に移動することができ、従って、あらゆるカルーセル表面材料の何らかの表面腐食によって引き起こされる移送チャネル３２及び燃料プール２４のあらゆる可能性のある汚染を最小にする。

ハンドオーバ組立体３０は、原子炉１０の燃料交換に必要な時間の短縮を可能にし、従って、燃料交換中の原子炉１０の発電停止時間を短縮する。図６は、静止移送チャネルブリッジ８０及びカルーセル６８を下部に有するハンドオーバ組立体３０を示している。オペレータ４９は、制御システム５１を介したカルーセル６８の回転運動、並びに保持ラッチの起動及び動作停止を制御する。

図７は、プロセス７０において燃料プールから交換炉心構成要素を取り出す段階と、プロセス７２において交換炉心構成要素をハンドオーバ組立体の第１の区画に垂直位置で固定する段階とを含む、原子炉を燃料交換するための方法を示している。本方法はまた、プロセス７４において原子炉心から使用済み炉心構成要素を取り出す段階と、プロセス７６において使用済み炉心構成要素をハンドオーバ組立体の第２の区画に垂直位置で固定する段階とを含む。プロセス７４及び７６は、プロセス７０及び７２とほぼ同時に行うことができる。使用済み炉心構成要素は、プロセス７８において第２の区画から取り出され、プロセス８０において燃料プール内の貯蔵ラック内に貯蔵される。交換炉心構成要素は、プロセス８２において第１の区画から取り出され、プロセス８４において原子炉心に組み込まれる。プロセス８２及び８４は、プロセス７８及び８０とほぼ同時に行うことができる。

更に、図７には図示していないが、本方法は、プロセス７４の使用済み炉心構成要素を取り出す段階に続いて、取り出された使用済み炉心構成要素を移送チャネルへ移送する段階を含むことができる。本方法はまた、プロセス７４の交換炉心構成要素を取り出す段階に続いて、交換炉心構成要素を移送チャネルへ移送する段階を含む。この場合も同様に、これらの移送プロセスの各々は、ほぼ同時であってもよい。

上述のように、ハンドオーバ組立体は、移送チャネル内で回転可能とすることができる。ハンドオーバ組立体は、交換炉心構成要素を受け取り且つ固定するために配置された使用中でない第１の区画を有することができ、使用中でない第２の区画は、使用済み炉心構成要素を受け取り且つ固定するように位置付けられる。こうした実施形態において、本方法は、原子炉プール内の第１の区画に固定された交換炉心構成要素の取り出しを可能にし、且つ燃料プール内の第２の区画に固定された使用済み炉心構成要素の取り出しを可能にするために、ハンドオーバ組立体を回転させる段階を含むことができる。

要素又は特徴及び／又はその実施形態を説明する場合、冠詞「ａ」「ａｎ」「ｔｈｅ」及び「ｓａｉｄ」は、要素又は特徴の１つ又はそれ以上が存在することを意味することが意図される。用語「備える」「含む」及び「有する」は、包括的なものであり、且つその具体的に説明されたものを超えて付加的な要素又は特徴が存在できることを意味するものとする。

当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく上述の例示的な実施形態及び実施に様々な変更を加え得ることを理解するであろう。従って、上記の説明に含まれ、又は添付図面に示される全ての内容は、例証であって限定を意味するものとして解釈すべきではない。

更に、本明細書で説明されたプロセス又は段階は、説明され又は図示された特定の順序においてその性能を必ずしも必要とするとは限らない点は理解すべきである。また、付加的な又は代替のプロセス又は段階を使用してもよい点を理解されたい。

１つの例示的な実施形態による燃料交換基礎構造を備える原子炉設備の斜視図。１つの例示的な実施形態によるハンドオーバ組立体の部分斜視図。１つの例示的な実施形態による図２に示されたマストから１８０度回転したマストを備えた図２のハンドオーバ組立体の別の斜視図。別の例示的な実施形態による、原子炉燃料交換操作中に燃料構成要素を受け取り且つ移送するための燃料マスト、燃料プールグラップル、及び回転カルーセルを示す燃料プールプラットホームの斜視図。別の例示的な実施形態による、原子炉燃料交換操作中に炉心構成要素を原子炉プールと燃料プールとの間で移送するために移送チャネルプール内に位置付けられた静止移送チャネルブリッジ及び回転可能カルーセルを有する原子炉燃料交換基礎構造の斜視図。１つの例示的な実施形態による、対向する区画内で２つの燃料バンドルを受け取るように構成された回転可能な燃料移送カルーセルハンドオーバ組立体を示す図５の静止燃料移送カルーセルの拡大斜視図。幾つかの例示的な実施形態による原子炉の燃料交換方法のフローチャート。

符号の説明

１０原子炉
１２燃料交換組立体
１４原子炉心
１６炉心構成要素
１８原子炉プール
２０原子炉プールブリッジ
２２プレート支持リング
２４燃料プール
２５新燃料
２６燃料プールブリッジ
２７燃料プールグラップル
２８移送プール
２９燃料プールブリッジの動き
３０ハンドオーバ組立体
３２移送チャネル
３４区画
３６原子炉プールグラップル
３８トロリー
３９トロリーの動き
４０ハンドオーバ組立体のマスト
４２リフト組立体
４４トロリーの延長組立体
４５延長組立体の動き
４６リフト組立体のホイスト
４８リフト組立体のケーブル
４９オペレータ
５１プールプラットホームの制御システム
５２ハンドオーバ組立体のラッチ
５４区画の底部アパーチャ
５６区画の可動底部プレート
６０第１の燃料集合体
６２燃料バンドル
６４第２の燃料集合体
６６ハンドオーバ組立体の第１の側部
６８カルーセル
６９カルーセルマスト
７０ハンドオーバ組立体の第２の側部
７２二重ブレードガイド
７３制御棒
７６制御棒管
７８ハンドオーバ組立体制御システム
８０移送チャネルブリッジ
８２燃料プールの燃料貯蔵ラック
８４原子炉プール移送組立体
８６使用済み炉心構成要素
８８燃料プール移送組立体
９０燃料プールの交換炉心構成要素
９２ハンドオーバ組立体の長い本体
９４第１の区画
１００原子炉心プール

Claims

原子炉プール１８内に位置付けられた複数の細長い炉心構成要素１６を含む原子炉心１４と、前記原子炉プール１８の上に位置付けられ且つ該原子炉プール１８を越えて移動可能な原子炉プールブリッジ２０と、燃料プール２４と、前記燃料プール２４の上に位置付けられ且つ該燃料プール２４を越えて移動可能な燃料プールブリッジ２６と、前記燃料プール２４を前記原子炉プール１８に流体的に結合する移送チャネル３２とを有する原子炉１０の燃料を交換するための燃料交換用組立体１２において、
該組立体は、
前記移送チャネル３２内に選択的に位置付け可能であり、前記炉心構成要素１６の１つを垂直位置に選択的に固定するように各々が構成された少なくとも２つの区画３４を有するハンドオーバ組立体３０を備え、
前記ハンドオーバ組立体３０が、前記原子炉プールブリッジ２０から操作する原子炉プールグラップル３６と、前記燃料プールブリッジ２６から操作する燃料プールグラップル２７とのいずれかの独立的選択によって各区画３４にアクセスすることを可能にするように移動可能であり、
前記ハンドオーバ組立体３０が、下方に延び且つ各々が細長い形状を有する少なくとも２つの区画３４を定め、該区画３４の内外への構成要素１６の横方向の通行を可能にするために少なくとも１つの実質的に開いた側部を有する細長い本体と、前記区画３４内に垂直に位置付けられた炉心構成要素１６を選択的に横方向に固定するラッチ５２と、を含み、
各区画３４は、底部アパーチャ５４と、該底部アパーチャ５４を選択的に閉じるように移動可能な底部プレート５６とを含み、
前記底部プレート５６は、前記炉心構成要素１６を前記区画３４内に垂直に保持するように構成され、且つ前記炉心構成要素１６が遠隔指令に応答して前記底部アパーチャ５４から出ることを可能にするために、開放位置に移動可能である
ことを特徴とする燃料交換用組立体１２。
前記燃料プールブリッジ２６の一部の周りに移動可能に結合されたトロリー３８を更に備え、前記ハンドオーバ組立体３０が、
前記トロリー３８に結合されて下方に延び、前記区画３４が周りに配置されたマスト４０と、
前記燃料プールグラップル２７及び該燃料プールグラップル２７によって係合された炉心構成要素１６を上げ下げするように構成されたリフト組立体４２と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の燃料交換用組立体１２。
前記トロリー３８は、前記ハンドオーバ組立体３０を、前記燃料プールブリッジ２６及び前記トロリー３８から、前記移送チャネル３２に向けて水平に延びるよう構成された延長組立体４４を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料交換用組立体１２。
前記ハンドオーバ組立体３０は、前記燃料プールブリッジ２６の下部の周りに固定位置で回転自在に結合されて下方に延びる、区画３４が取り付けられたマスト４０を含み、
前記マスト４０及び区画３４は、移送チャネル３２と実質的に整列し、且つ、このマスト４０並びに少なくとも２つの前記区画３４が前記移送チャネル３２内で少なくとも９０度回転することが可能であるような寸法にされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料交換用組立体１２。
前記燃料プールグラップル２７に結合され、前記燃料プールグラップル２７を上げ下げし且つ前記区画３４の各々にアクセスするように前記燃料プールブリッジ２６から操作可能なホイスト４６及びケーブル４８を更に備え、
前記燃料プールグラップル２７は、構成要素１６を一時的に固定し、前記区画３４の各々から構成要素１６を設置し、該構成要素１６を取り出すように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料交換用組立体１２。
前記ハンドオーバ組立体３０は、第１の燃料集合体６０を固定するための第１の区画３４と、第２の燃料集合体６４を固定するための第２の区画３４とを含み、
前記第１及び第２の区画３４は、前記ハンドオーバ組立体の第１の側部６６上に位置付けられ、前記ハンドオーバ組立体３０は、前記第１の側部６６と実質的に対向する第２の側部７０上に位置付けられ、且つ二重ブレードガイド７２、制御棒７３、及び制御棒管７６からなるグループから選択された炉心構成要素１６を受けて固定するように構成された第３の区画３４を含み、前記ハンドオーバ組立体３０は、前記燃料プールグラップル２７及び前記原子炉プールグラップル３６によって前記第１、第２及び第３の区画３４の各々への独立した選択的なアクセスを可能にするために回転可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料交換用組立体１２。
前記ハンドオーバ組立体３０の操作を制御するように構成されたハンドオーバ組立体制御システム５１を更に含み、該ハンドオーバ組立体制御システム５１は、先導する区画３４が炉心構成要素１６を固定したときに前記移送チャネル３２を通る前記原子炉プール１８の方向でのハンドオーバ組立体３０の移動を阻止するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料交換用組立体１２。
前記移送チャネル３２上に位置付けられ且つ２つの区画３４だけを有する移送チャネルブリッジ８０を更に備え、第１の区画３４が、第２の区画３４から１８０度で実質的に離間して位置付けられ、前記ハンドオーバ組立体３０が前記移送チャネルブリッジ８０の下で回転自在に結合され、前記移送チャネルブリッジ８０が、燃料交換中は所定位置に実質的に固定され、非使用時には取外し可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料交換用組立体１２。