JP5755060B2 - 制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉における内部構造物として構成される制御棒クラスタ案内管にて、この制御棒クラスタ案内管を所定の位置に位置決めするための支持ピンを取外す制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法及び装置に関するものである。

例えば、原子力プラントにおける加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。

即ち、この加圧水型原子炉は、原子炉容器内に炉心が設けられており、この炉心は、多数の燃料集合体により構成されており、この燃料集合体に対して制御棒クラスタを挿入することで、原子炉の出力が制御可能となっている。この制御棒クラスタは、複数の制御棒からなり、制御棒クラスタ案内管を通して燃料集合体に挿入可能となっている。この制御棒クラスタ案内管は、上下のフランジ部が上部炉心支持板及び上部炉心板に支持されている。この場合、制御棒クラスタ案内管は、下フランジ部に取付けられた支持ピンが上部炉心板の位置決め孔に嵌入した状態で、上フランジ部が上部炉心支持板に固定されている。

ところで、このような原子炉は、十分な安全性や信頼性を確保するために構造物などを定期的に検査する必要がある。そして、各検査を施工して不具合を発見した場合は、不具合となる部材を交換したり、必要箇所の補修作業を行ったりしている。上述した制御棒クラスタ案内管は、支持ピンが上部炉心板に支持されているものの、経年劣化などにより磨耗が生じることから、定期的に交換する必要がある。

このような制御棒クラスタ案内管用支持ピンの交換装置としては、下記特許文献１，２に記載されたものがある。

特許第３４４２９１３号公報 特開２０１０−２６６３０１号公報

上述した制御棒クラスタ案内管用支持ピンは、上部にボルト部を有する支持ピン本体と、この支持ピン本体のボルト部に螺合するナットと、ボルト部に対するナットの緩みを防止する止めピンから構成されている。そして、支持ピン本体は、ボルト部が制御棒クラスタ案内管の下フランジ部に下方から嵌入し、ナットがボルト部に螺合することでこの下フランジ部に固定され、止めピンが溶接により固定されて緩み止めが施されている。

このように制御棒クラスタ案内管の下フランジ部に取付けられた支持ピンは、被爆防止の観点から、原子炉に隣接したキャビティ（水中）で交換作業が行われる。この場合、支持ピンは、ボルト部にナットが螺合し、両者の間に設けられた止めピンが溶接により固定されていることから、この止めピンやその溶接部、または、支持ピン本体を切断して取外す必要がある。しかし、止めピンや支持ピン本体などを切断すると、切断された部材がキャビティに落下するおそれがある。制御棒クラスタ案内管は、原子炉容器内に多数設けられており、これに取付けられる支持ピンも多数あることから、支持ピンの交換時に、
切断された部材がキャビティに落下すると、その回収が困難となってしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、制御棒クラスタ案内管から支持ピンを適正に取外すことで、落下物をなくして作業性の向上を可能とする制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法及び装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法は、支持ピン本体のボルト部が制御棒クラスタ案内管のフランジ部を貫通し、前記ボルト部にナットが螺合すると共に、前記ボルト部の先端部と前記ナットとの間に弛緩防止用の止めピンが装着された制御棒クラスタ案内管用支持ピンにおいて、前記ナットの外側から前記ボルト部を切断し、前記支持ピン本体と前記ナットとを相対回転することで前記ボルト部と前記ナットとの螺合を解除する、ことを特徴とするものである。

従って、ナットの外側からボルト部を切断することで、このとき、支持ピンは制御棒クラスタ案内管から脱落することはなく、その後、支持ピン本体とナットとを相対回転することで、支持ピン本体のボルト部とナットとの螺合が解除され、制御棒クラスタ案内管から支持ピンを適正に取外すことができ、支持ピンの取外し作業中における落下物をなくして作業性を向上することができる。

本発明の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法では、前記ナットの外側から前記ボルト部を切断することで、前記支持ピン本体を、前記ナットと螺合する所定量の噛み合い部を有する支持ピン本体基部と、前記止めピンが装着されたボルト先端部とに分離することを特徴としている。

従って、ナットの外側からボルト部を切断すると、支持ピン本体は支持ピン本体基部とボルト先端部とに分離されるが、支持ピン本体基部に残されたボルト部がナットと螺合することから、このとき、支持ピンは制御棒クラスタ案内管から脱落することはなく、その後、支持ピン本体とナットとを相対回転することで、支持ピン本体のボルト部とナットとの螺合を解除し、制御棒クラスタ案内管から支持ピンを容易に取外すことができる。

本発明の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法では、切断工具を前記ナットの外側から径方向に沿って前進することで、前記ナットにおける前記切断工具の両側部を残したまま、前記ナットの一部及び前記ボルト部の全部を切断することを特徴としている。

従って、切断工具をナットの外側から径方向に沿って前進すると、ボルト部は完全に切断されるが、ナットは所定量を残して切断されることで、支持ピンは制御棒クラスタ案内管から脱落することはなく、その後、支持ピン本体とナットとを相対回転することで、支持ピン本体のボルト部とナットとの螺合を解除し、制御棒クラスタ案内管から支持ピンを容易に取外すことができる。

本発明の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法では、前記ナットを把持する一方、前記支持ピン本体を回転して前記ボルト部と前記ナットとの螺合を解除し、前記フランジ部から前記支持ピン本体を抜き取る一方、前記ナットを排除することで、前記制御棒クラスタ案内管から前記支持ピンを取外すことを特徴としている。

従って、支持ピン本体のボルト部が切断された後、ナットを把持し、支持ピン本体を回転すると、ボルト部がナットから分離されるため、フランジ部から支持ピン本体を抜き取ることができる一方、ナットを排除することができ、制御棒クラスタ案内管から容易に支持ピンを取外すことができる。

また、本発明の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し装置は、支持ピン本体のボルト部が制御棒クラスタ案内管のフランジ部を貫通し、前記ボルト部にナットが螺合すると共に、前記ボルト部の先端部と前記ナットとの間に弛緩防止用の止めピンが装着された制御棒クラスタ案内管用支持ピンにおいて、前記ナットの外側から前記ボルト部を切断する切断工具と、前記支持ピン本体と前記ナットとを相対回転することで前記ボルト部と前記ナットとの螺合を解除する回転工具と、を備えることを特徴とするものである。

従って、切断工具によりナットの外側からボルト部を切断することで、このとき、支持ピンは制御棒クラスタ案内管から脱落することはなく、その後、回転工具により支持ピン本体とナットとを相対回転することで、支持ピン本体のボルト部とナットとの螺合が解除され、制御棒クラスタ案内管から支持ピンを適正に取外すことができ、支持ピンの取外し作業中における落下物をなくして作業性を向上することができる。

本発明の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し装置では、前記切断工具は、前記ナットの外径より狭くて前記ボルト部の外径より広い幅を有する放電加工用電極プレートを有することを特徴としている。

従って、放電加工用電極プレートは、ナットの外径より狭くてボルト部の外径より広い幅を有することから、切断工具をナットの外側から径方向に沿って前進すると、ナットにおける両側部を残したままボルト部を完全に切断することができ、制御棒クラスタ案内管からの支持ピンの脱落を防止することができる。

本発明の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法及び装置によれば、ナットの外側からボルト部を切断した後、支持ピン本体とナットとを相対回転させてボルト部とナットとの螺合を解除するので、支持ピンを脱落させずに制御棒クラスタ案内管から適正に取外すことができ、支持ピンの取外し作業中における落下物をなくして作業性を向上することができる。

図１は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの交換装置が設置されるキャビティの概略図である。 図２は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの交換装置の正面図である。 図３は、本発明の一実施例に係る制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し装置を表す概略構成図である。 図４は、本実施例の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し装置における切断装置を表す概略構成図である。 図５は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの切断作業を表す概略図である。 図６−１は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの切断状態を表す概略図である。 図６−２は、図６−１のＡ−Ａ断面図である。 図７は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの抜取作業を表す概略図である。 図８は、原子力発電プラントの概略構成図である。 図９は、加圧水型原子炉を表す縦断面図である。 図１０は、制御棒クラスタ案内管を表す概略図である。 図１１は、制御棒クラスタ案内管の下部を表す概略図である。 図１２は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの装着状態を表す概略図である。 図１３は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの分解斜視図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法及び装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図８は、原子力発電プラントの概略構成図、図９は、加圧水型原子炉を表す縦断面図、図１０は、制御棒クラスタ案内管を表す概略図、図１１は、制御棒クラスタ案内管の下部を表す概略図、図１２は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの装着状態を表す概略図、図１３は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの分解斜視図である。

本実施例の原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。

本実施例の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図８に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１５ａが設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水（冷却材）として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１５０〜１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料（原子燃料）として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。

蒸気発生器１３は、蒸気タービン１７と冷却水配管１８を介して連結されており、この蒸気タービン１７は高圧タービン１９及び低圧タービン２０を有すると共に、発電機２１が接続されている。また、高圧タービン１９と低圧タービン２０との間には、湿分分離加熱器２２が設けられており、冷却水配管１８から分岐した冷却水分岐配管２３が湿分分離加熱器２２に連結される一方、高圧タービン１９と湿分分離加熱器２２は低温再熱管２４により連結され、湿分分離加熱器２２と低圧タービン２０は高温再熱管２５により連結されている。

更に、蒸気タービン１７の低圧タービン２０は、復水器２６を有しており、この復水器２６には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２７及び排水管２８が連結されている。この取水管２７は、循環水ポンプ２９を有し、排水管２８と共に他端部が海中に配置されている。そして、この復水器２６は、冷却水配管３０を介して脱気器３１に連結されており、この冷却水配管３０に復水ポンプ３２及び低圧給水加熱器３３が設けられている。また、脱気器３１は、冷却水配管３４を介して蒸気発生器１３に連結されており、この冷却水配管３４には給水ポンプ３５及び高圧給水加熱器３６が設けられている。

従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管１８を通して蒸気タービン１７（高圧タービン１９から低圧タービン２０）に送られ、この蒸気により蒸気タービン１７を駆動して発電機２１により発電を行う。このとき、蒸気発生器１３からの蒸気は、高圧タービン１９を駆動した後、湿分分離加熱器２２で蒸気に含まれる湿分が除去されると共に加熱されてから低圧タービン２０を駆動する。そして、蒸気タービン１７を駆動した蒸気は、復水器２６で海水を用いて冷却されて復水となり、低圧給水加熱器３３で、例えば、低圧タービン２０から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器３１で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、高圧給水加熱器３６で、例えば、高圧タービン１９から抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１３に戻される。

このように構成された原子力発電プラントに適用された加圧水型原子炉１２において、図９に示すように、原子炉容器４１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体４２とその上部に装着される原子炉容器蓋（上鏡）４３により構成されており、この原子炉容器本体４２に対して原子炉容器蓋４３が複数のスタッドボルト４４及びナット４５により開閉可能に固定されている。

この原子炉容器本体４２は、原子炉容器蓋４３を取り外すことで上部が開口可能であり、下部が球面状をなす下鏡４６により閉塞された円筒形状をなしている。そして、原子炉容器本体４２は、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を供給する入口ノズル（入口管台）４７と、軽水を排出する出口ノズル（出口管台）４８が形成されている。また、原子炉容器本体４２は、この入口ノズル４７及び出口ノズル４８とは別に、図示しない注水ノズル（注水管台）が形成されている。

原子炉容器本体４２は、内部にて、入口ノズル４７及び出口ノズル４８より上方に上部炉心支持板４９が固定される一方、下方の下鏡４６の近傍に位置して下部炉心支持板５０が固定されている。この上部炉心支持板４９及び下部炉心支持板５０は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板４９は、複数の炉心支持ロッド５１を介して下方に図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板５２が連結されている。

原子炉容器本体４２は、内部に円筒形状をなす炉心槽５３が内壁面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽５３は、上部が上部炉心板５２に連結され、下部に円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板５４が連結されている。そして、この下部炉心板５４は、下部炉心支持板５０に支持されている。即ち、炉心槽５３は、原子炉容器本体４２の下部炉心支持板５０に吊り下げ支持されることとなる。

炉心５５は、上部炉心板５２と炉心槽５３と下部炉心板５４により形成されており、この炉心５５は、内部に多数の燃料集合体５６が配置されている。この燃料集合体５６は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。また、炉心５５は、内部に多数の制御棒５７が配置されている。この多数の制御棒５７は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ５８となり、燃料集合体５６内に挿入可能となっている。多数の制御棒クラスタ案内管５９は、上部炉心支持板４９を貫通し、下部が上部炉心板５２まで延出されており、この上部炉心支持板４９及び上部炉心板５２に支持されている。各制御棒クラスタ案内管５９は、下端部が炉心５５にある燃料集合体５６に連通している。

原子炉容器４１を構成する原子炉容器蓋４３は、上部に磁気式ジャッキの制御棒駆動装置６０が設けられており、原子炉容器蓋４３と一体をなすハウジング６１内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管５９は、上端部が制御棒駆動装置６０まで延出され、この制御棒駆動装置６０から延出されて制御棒クラスタ駆動軸６２が、制御棒クラスタ案内管５９内を通って燃料集合体５６まで延出され、制御棒クラスタ５８を把持可能となっている。

この制御棒駆動装置６０は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ５８に連結されると共に、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸６２を磁気式ジャッキで上下動させることで、燃料集合体５６に対して制御棒クラスタ５８を挿入して原子炉の出力を制御している。

従って、制御棒駆動装置６０により制御棒クラスタ駆動軸６２を移動して燃料集合体５６に制御棒５７を挿入することで、炉心５５内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器４１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル４８から排出され、上述したように、蒸気発生器１３に送られる。即ち、燃料集合体５６を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくすると共に、発生した熱を奪って冷却する。また、制御棒５７を燃料集合体５６に挿入することで、炉心５５内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときに炉心５５に急速に挿入される。

また、原子炉容器４１は、炉心５５に対して、その上方に出口ノズル４８に連通する上部プレナム６３が形成されると共に、下方に下部プレナム６４が形成されている。そして、原子炉容器４１と炉心槽５３との間に入口ノズル４７及び下部プレナム６４に連通するダウンカマー部６５が形成されている。従って、軽水は、入口ノズル４７から原子炉容器本体４２内に流入し、ダウンカマー部６５を下向きに流れ落ちて下部プレナム６４に至り、この下部プレナム６４の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板５０及び下部炉心板５４を通過した後、炉心５５に流入する。この炉心５５に流入した軽水は、炉心５５を構成する燃料集合体５６から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体５６を冷却する一方、高温となって上部炉心板５２を通過して上部プレナム６３まで上昇し、出口ノズル４８を通って排出される。

このように構成された加圧水型原子炉１２にて、制御棒クラスタ５８は、制御棒クラスタ駆動軸６２が把持可能な連結部（クラスタ部）に複数の制御棒５７がスパイダ状に取付けられて構成されている。制御棒クラスタ案内管５９は、図１０に示すように、制御棒クラスタ５８（制御棒５７）の燃料集合体５６への円滑な出し入れを行うために設けられているものであり、燃料集合体５６の健全性を損なうことのないように制御棒５７を適切に位置決めすると共に、燃料集合体５６を適切に冷却するための流路を確保する。

この制御棒クラスタ案内管５９は、ステンレス鋼製であり、上部の第１案内部７１と下部の第２案内部７２とを有し、第１案内部７１の下部に第１フランジ部７３が設けられ、第２案内部７２の下部に第２フランジ部７４が設けられている。そして、制御棒クラスタ案内管５９は、第１フランジ部７３が上部炉心支持板４８に支持され、第２フランジ部７４が上部炉心板５２に支持されている。なお、制御棒クラスタ案内管５９は、第１案内部７１が中空円筒形状をなす一方、第２案内部７２が中空四角形状をなすと共に内部に各制御棒５７を案内する所定数の孔を有する複数の案内板（図示略）が上下方向に沿って所定間隔で設けられている。

また、制御棒クラスタ案内管５９は、図１０及び図１１に示すように、第２フランジ部７４に２つ（図示は、１つ）の支持ピン７５が取付けられている。この各支持ピン７５は、上部炉心板５２に形成された位置決め孔（図示略）に嵌入することで、制御棒クラスタ案内管５９の位置決めを行うものである。なお、制御棒クラスタ案内管５９は、第２フランジ７４に支持ピン７５の着脱用の切欠部７２ａが形成されている。

この支持ピン７５は、図１２及び図１３に示すように、支持ピン本体８１と、ナット８２と、止めピン８３と、止め金８４とから構成されている。支持ピン本体８１は、所定長さを有し、軸方向の中間部にフランジ８５が形成され、フランジ８５の上部に軸部８６を介してボルト部８７が形成されており、ボルト部８７の先端面に係止溝８８が形成されている。また、支持ピン本体８１は、フランジ８５の下部にピン部８９が形成され、このピン部８９は、円筒形をなすと共に下部が若干大径であって、下端から軸方向にそってスリット９０が形成されている。

ナット８２は、円筒形状をなし、下部に支持ピン本体８１のボルト部８７に螺合可能なナット部９１が形成され、上部の内周面が六角形状をなし、２つの貫通孔６２が直線上をなす位置に形成されている。止めピン８３は、所定長さの円柱形状をなし、ナット８２の各貫通孔６２に挿入可能であると共に、支持ピン本体８１の係止溝８８に係止可能となっている。止め金８４は、ナット８２は、円板形状をなし、下面に中央部が凹んだ二つ山形状をなす突起部９３が形成されている。

従って、支持ピン本体８１は、第２フランジ７４に対して、ボルト部８７が取付孔７４ａに下方から貫通し、フランジ８５が第２フランジ７４の下面に当接した位置で、ナット８２のナット部９１がボルト部８７に螺合し、ナット８２の下端部が第２フランジ７４の上面に当接した位置で停止する。止めピン８３は、ナット８２の各貫通孔９２に挿入されることで、この止めピン８３が支持ピン本体８１の係止溝８８に係止し、この状態で、止めピン８３が止め金８４に溶接（溶接部９４）される。止め金８４は、ナット８２の上部に固定される。このように支持ピン７５は、制御棒クラスタ案内管５９の第２フランジ部７４に取付けられており、ボルト部８７の先端部（上端部）とナット８２との間に止めピン８３が固定されることで、弛緩防止機能が施される。

支持ピン７５は、制御棒クラスタ案内管５９の下部に取付けられ、上部炉心板５２の位置決め孔に嵌入し、制御棒クラスタ案内管５９を位置決めしている。そして、経年劣化などにより支持ピン７５の各所に磨耗が生じることから、定期的に交換する必要がある。しかし、支持ピン７５は、止めピン８３により弛緩防止機能が施されていることから、支持ピン７５を取外すには、これを解除しなければならない。支持ピン７５の交換作業は、被爆防止の観点から、原子炉に隣接したキャビティ（水中）で行われるが、支持ピン本体８１や止めピン８３などを切断すると、切断された部材がキャビティに落下し、回収作業が困難となってしまう。

そこで、本実施例の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法及び装置では、制御棒クラスタ案内管５９から支持ピン７５を適正に取外すことで、キャビティへの落下物をなくして作業性の向上を可能としている。

図１は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの交換装置が設置されるキャビティの概略図、図２は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの交換装置の正面図、図３は、本発明の一実施例に係る制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し装置を表す概略構成図、図４は、本実施例の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し装置における切断装置を表す概略構成図である。

原子力発電プラントにおいて、図１に示すように、原子炉建屋（図示略）は、冷却水を貯留可能なキャビティ１０１が設けられており、加圧水型原子炉１２が吊り下げ支持される原子炉プール１０２に隣接して機器仮置プール１０３が形成されている。この機器仮置プール１０３は、制御棒クラスタ案内管仮置スタンド１０４と、制御棒クラスタ駆動軸仮置スタンド１０５が設置されている。また、キャビティ１０１は、機器仮置プール１０３の冷却水の上面より上方に位置して上部炉心構造物１０６が設けられており、この上部炉心構造物１０６に移動式クレーン１０７が設置され、機器仮置プール１０３に作業デッキ水中架台１０８が設置されている。

また、上部炉心構造物１０６は、移動式クレーン１０７に隣接してジブクレーン１０９が設置されると共に、２台の支持ピン交換装置１１０が設置されている。この各支持ピン交換装置１１０は、上部炉心構造物１０６の壁部に設けられ、下部が機器仮置プール１０３の冷却水に浸漬している。

この制御棒クラスタ案内管５９の支持ピン交換装置１１０は、図２に示すように、制御棒クラスタ案内管５９の支持ピン７５を交換、つまり、現在取付けられている支持ピン７５を取外した後、新しい支持ピン７５を取付けるための装置である。この支持ピン交換装置１１０は、フレーム１１１と、移動装置１１２と、支持ピン取外し装置１１３と、支持ピン取付装置（図示略）とから構成されている。この場合、１つの制御棒クラスタ案内管５９に対して２つの支持ピン７５が取付けられていることから、フレーム１１１の両側に支持ピン取外し装置１１３及び支持ピン取付装置がそれぞれ設置されている。

フレーム１１１は、上下方向に沿って配置される一対のレール部１２１が連結部材１２２により連結されて構成され、前述した上部炉心構造物１０６の壁部に固定されており、移動装置１１２、支持ピン取外し装置１１３、支持ピン取付装置が支持される基台として機能する。

移動装置１１２は、フレーム１１１内にある制御棒クラスタ案内管５９を支持し、この制御棒クラスタ案内管５９を上下方向及び水平方向に移動することができる。即ち、移動装置１１２は、移動架台用昇降装置１３１、移動架台用スライド装置１３２と、移動架台１３３とを有している。移動架台用昇降装置１３１は、フレーム１１１の上下方向（Ｔ方向）へ移動架台１３３を移動することができる。移動架台用スライド装置１３２は、移動架台１３３を水平方向（図２の紙面に直交するＹ方向）へ移動することができる。移動架台１３３は、制御棒クラスタ案内管５９の第１フランジ部７３を支持するものであり、２つの位置決めピン１３４、１３５を有している。この位置決めピン１３４、１３５は、制御棒クラスタ案内管５９の第１フランジ部７３に形成された各取付孔（図示略）に下方から貫通することで、移動架台１３３上に制御棒クラスタ案内管５９を位置決めして指示することができる。この状態で、移動装置１１２は、移動架台１３３に支持された制御棒クラスタ案内管５９をフレーム１１１に対して上下方向及び水平方向に移動することができる。

支持ピン取外し装置１１３は、図２及び図３に示すように、切断装置１４１と、固定装置１４２と、回転装置１４３と、図示しないナット回収装置及び支持ピン回収装置を有している。フレーム１１１は、下部に架台１４４が固定され、この架台１４４に昇降レール１４５が立設され、この昇降レール１４５に昇降装置１４６により昇降可能な昇降台１４７が設けられ、この昇降台１４７に切断装置１４１と固定装置１４２が装着されている。また、架台１４４に回転装置１４３が装着されている。ここで、昇降台１４７は、昇降レール１４５に沿って昇降できるだけでなく、水平旋回することで、制御棒クラスタ案内管５９（支持ピン７５）側に切断装置１４１や固定装置１４２を選択的に移動することができる。

この切断装置１４１は、後述するが、制御棒クラスタ案内管５９に取付けられた支持ピン７５の一部を切断するものである。固定装置１４２は、支持ピン７５のナット８２が回転しないように把持するものであり、回転装置１４３は、固定装置１４２が把持した支持ピン７５における支持ピン本体８１を回転して分離するものである。この場合、回転装置１４３は、架台１４４に装着された回転工具１５１と、この回転工具１５１を駆動回転する駆動装置１５２を有している。回転工具１５１は、支持ピン７５の下部を収容してスリット９０に挿入するブレード１５３が取付けられている。そして、ナット回収装置は、分離したナット８２を回収し、支持ピン回収装置が分離した支持ピン本体８１を回収するものである。

支持ピン取付装置は、図示しないが、支持ピン供給装置と、ナット供給装置と、ナット締め込み装置と、ナット締結装置とを有している。

ここで、上述した支持ピン取外し装置１１３を構成する切断装置１４１について詳細に説明する。この切断装置１４１において、図４に示すように、昇降台１４７に制御棒クラスタ案内管５９（支持ピン７５）側に延出する取付ブラケット１６１が固定されており、この取付ブラケット１６１の下面に２つのガイドレール１６２が固定されている。第１移動台１６３は、スライド部材１６４がガイドレール１６２に嵌合することで、左右方向（図４の紙面に直交する方向）に移動自在に支持され、調心機構（例えば、スプリング、エア／油圧シリンダ機構など）１６５により移動可能となっている。そして、この第１移動台１６３の先端部に位置決めクランプ板１６６が固定されている。

駆動モータ１６７は、第１移動台１６３に固定されており、駆動軸に第１ベベルギア１６８が固定されている。また、ボールねじ１６９は、第１移動台１６３の下部に固定された一対の軸受１７０により回転自在に支持されており、基端部に第１ベベルギア１６８と噛み合う第２ベベルギア１７１が固定されている。第２移動台１７２は、ボールねじ１６９に係合しており、このボールねじ１６９が回転することで、前後方向（図４の左右方向）に移動可能となっている。

この第２移動台１７２は、先端部に切断工具としての放電加工用電極プレート１７３が固定されており、放電加工用電極プレート１７３に電源ケーブル及び加工水供給ホースからなるパワーケーブル１７４が連結されている。この放電加工用電極プレート１７３は、所定幅、所定長さ、所定厚さのプレートであり、少なくとも、ナット８２の外径より狭くて支持ピン本体８１のボルト部８７の外径より広い幅に設定されている。また、第２移動台１７２は、バイブレータ１７４が装着されている。

従って、パワーケーブル１７４を通して放電加工用電極プレート１７３に電力を供給すると、この電極プレート１７３と支持ピン７５との間に短い周期で繰り返される放電加工により支持ピン７５の一部を除去することができる。

なお、支持ピン交換装置１１は、図示しない制御装置を有しており、この制御装置により移動装置１１２、支持ピン取外し装置１１３、支持ピン取付装置を自動制御することができる。

ここで、支持ピン交換装置１１により制御棒クラスタ案内管５９に固定された支持ピン７５の交換作業について説明する。

図５は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの切断作業を表す概略図、図６−１及び図６−２は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの切断状態を表す概略図、図７は、制御棒クラスタ案内管用支持ピンの抜取作業を表す概略図である。

図１に示すように、多数の制御棒クラスタ案内管５９は、加圧水型原子炉１２（原子炉容器４１から取り出され、キャビティ１０１の機器仮置プール１０３内の制御棒クラスタ案内管仮置スタンド１０４に仮置きされている。制御棒クラスタ案内管５９は、この制御棒クラスタ案内管仮置スタンド１０４から、移動式クレーン１０７及びジブクレーン１０９により各支持ピン交換装置１１０まで搬送される。この作業は、作業者により遠隔操作により行われ、制御棒クラスタ案内管５９が機器仮置プール１０３で支持ピン交換装置１１０に支持されることから、作業者に被爆の危険がない。

制御棒クラスタ案内管５９が支持ピン交換装置１１０に支持されると、図２に示すように、移動装置１１２がフレーム１１１内にある制御棒クラスタ案内管５９を支持し、この制御棒クラスタ案内管５９を上下方向及び水平方向に移動することで、この制御棒クラスタ案内管５９を所定の位置に位置決めする。そして、この状態で、支持ピン取外し装置１１３は、制御棒クラスタ案内管５９に取付けられた２つの支持ピン７５を取外す作業を行う。

即ち、図３及び図４に示すように、まず、昇降台１４７を水平旋回することで、制御棒クラスタ案内管５９（支持ピン７５）側に切断装置１４１を移動し、昇降台１４７を昇降することで、支持ピン７５に対する切断装置１４１の高さ調整を行う。次に、調心機構１６５により第１移動台１６３を左右方向に移動し、位置決めクランプ板１６６を支持ピン７５におけるナット８２の側面に当接することで、電極プレート１７３の水平位置調整を行う。そして、パワーケーブル１７４を通して放電加工用電極プレート１７３に電力を供給し、駆動モータ１６７によりボールねじ１６９を回転することで、電極プレート１７３を支持ピン７５におけるナット８２へ向けて前進させる。

すると、電極プレート１７３は、図５に示すように、先端部が対向するナット８２の外周面に近接し、アーク電流によりナット８２を切断除去していく。電極プレート１７３が更に前進すると、ナット８２を貫通して支持ピン本体８１のボルト部８７に近接し、放電加工によりこのボルト部８７及びナット８２のナット部９１を切断除去していく。そして、この電極プレート１７３によりボルト部８７を全て切断除去し、支持ピン本体８１をボルト部８７で２つに分離する。

この場合、図６−１及び図６−２に示すように、支持ピン７５は、電極プレート１７３により、支持ピン本体８１のボルト部８７とナット８２ナット部９１が螺合している位置、好ましくは、支持ピン本体８１のボルト部８７における基端側から２〜３山分の歯部の位置で切断される。即ち、支持ピン本体８１は、ナット８２のナット部９１と螺合する所定量の噛み合い部を有する支持ピン本体基部と、止めピン８３が装着されたボルト先端部とに分離される。また、支持ピン７５は、電極プレート１７３により、ボルト部８７が完全に２つに切断されるが、ナット９１は電極プレート１７３の両側方及び前方の部分を、断面視がＵ字形状をなすように残して一部が切断される。なお、電極プレート１７３の前進によりナット８２の一部を残して支持ピン本体８１のボルト部８７が完全に切断されたら、電極プレート１７３を後退させると共に、位置決めクランプ板１６６を支持ピン７５から離間させる。

そのため、図７に示すように、支持ピン７５は、支持ピン本体８１のボルト部８７が２つに切断されるものの、切断されたピン部８９側のボルト部８７が、２つには切断されていないナット８２のナット部９１に螺合していることから、全体が分離されない。その結果、支持ピン７５は、電極プレート１７３により切断されただけでは、制御棒クラスタ案内管５９の第２フランジ７４から脱落することはない。

そして、支持ピン７５は、支持ピン本体８１のボルト部８７のみが切断されると、図３に示すように、昇降台１４７を水平旋回することで、制御棒クラスタ案内管５９（支持ピン７５）側に固定装置１４２を移動し、昇降台１４７を昇降することで、支持ピン７５に対する固定装置１４２の高さ調整を行う。そして、この固定装置１４２により支持ピン７５のナット８２を把持して回転不能とする。この状態で、回転装置１４３は、回転工具１５１が支持ピン本体８１を保持すると共に、ブレード１５３をスリット９０に挿入し、駆動装置１５２により回転工具１５１と共に支持ピン本体８１を回転する。

すると、固定装置１４２により回転不能に把持されたナット８２に対して、回転装置１４３により回転工具１５１を介して支持ピン本体８１が回転することで、ナット部９１に対するボルト部８７の螺合が解除される。このとき、ボルト部８７は、途中で切断されていることから、ナット部９１に対するボルト部８７の噛み合い代は、少量、例えば、２〜３山分の歯部であり、支持ピン本体８１を２〜３回転するだけで、ナット８２から取外される。

なお、ナット８２に対して支持ピン本体８１を回転し、両者の螺合が緩むに伴ってナット８２と支持ピン本体８１との距離が離れていく。そのため、この支持ピン本体８１の回転動作と同期して、昇降台１４７を上昇させたり、回転工具１５１を下降させたりしてもよい。

そして、支持ピン回収装置は、分離した支持ピン本体８１を下方に移動することで、第２フランジ７４の取付孔から抜き取って回収する。また、ナット回収装置は、支持ピン本体８１から分離されたナット８２を水平移動して回収する。

このように支持ピン交換装置１１０にて、支持ピン取外し装置１１３により制御棒クラスタ案内管５９から支持ピン７５が取外されると、支持ピン取付装置により制御棒クラスタ案内管５９に新しい支持ピンを取付ける。この支持ピン取付装置により制御棒クラスタ案内管５９に新しい支持ピンを取付ける作業は、前述した支持ピン取外し装置１１３により制御棒クラスタ案内管５９から支持ピン７５を取外す作業と逆の手順で行われる。即ち、支持ピン取付装置は、供給トレーにある新しい支持ピン本体とナットを準備し、支持ピン本体を制御棒クラスタ案内管５９の第２フランジ７４の取付孔に下方から挿入し、新しいナットを支持ピン本体の上方側に位置し、支持ピン本体を回転することで、支持ピン本体をナットに螺合する。そして、支持ピン本体とナットとの回り止めを施すことで、制御棒クラスタ案内管５９への支持ピンの取付が完了する。

このように本実施例の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法にあっては、支持ピン本体８１のボルト部８７が制御棒クラスタ案内管５９の第２フランジ７４を貫通し、ボルト部８７にナット８２が螺合すると共に、ボルト部８７の先端部とナット８２との間に弛緩防止用の止めピン８３が装着された制御棒クラスタ案内管用支持ピン７５において、ナット８２の外側からボルト部８７を切断し、支持ピン本体８１とナット８２とを相対回転することでボルト部８７とナット８２との螺合を解除するようにしている。

従って、ナット８２の外側からボルト部８７を切断することで、このとき、支持ピン７５は、制御棒クラスタ案内管５２の第２フランジ７４から脱落することはなく、その後、支持ピン本体８１とナット８２とを相対回転することで、支持ピン本体８１のボルト部８７とナット８２との螺合が解除され、第２フランジ７４から支持ピン７５を適正に取外すことができ、支持ピン７５の取外し作業中における落下物をなくして作業性を向上することができる。

また、本実施例の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法では、ナット８２の外側から支持ピン本体８１のボルト部８７を切断することで、この支持ピン本体８１を、ナット８２と螺合する所定量の噛み合い部を有する支持ピン本体基部と、止めピン８３が装着されたボルト先端部とに分離している。従って、切断後、支持ピン本体８２は、支持ピン本体基部とボルト先端部とに分離されるが、支持ピン本体基部に残されたボルト部８７がナット８２と螺合することから、このとき、支持ピン７５は制御棒クラスタ案内管５９から脱落することはなく、その後、支持ピン本体８１の支持ピン本体基部とナット８２とを相対回転することで、支持ピン本体８１のボルト部８７とナット８２との螺合を解除し、制御棒クラスタ案内管５９から支持ピン７５を容易に取外すことができる。

また、本実施例の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法では、切断工具としての電極プレート１７３をナット８２の外側から径方向に沿って前進することで、ナット８２の外周部の両側の残したまま、ボルト部８７の全部を切断している。従って、電極プレート１７３をナット８２の外側から径方向に沿って前進すると、ボルト部８７は完全に切断されるが、ナット８２は所定量を残して切断されることで、支持ピン７５は制御棒クラスタ案内管５９から脱落することはなく、その後、支持ピン本体８１とナット８２とを相対回転することで、支持ピン本体８１のボルト部８７とナット８２との螺合を解除し、制御棒クラスタ案内管５９から支持ピン７５を容易に取外すことができる。

また、本実施例の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法では、ナット８２を把持する一方、支持ピン本体８１を回転してボルト部８７とナット８２との螺合を解除し、第２フランジ７４から支持ピン本体８１を抜き取る一方、ナット８２を排除することで、制御棒クラスタ案内管５９から支持ピン７５を取外している。従って、支持ピン本体８１のボルト部８７が切断された後、ナット８２を把持して支持ピン本体８１を回転すると、ボルト部８７がナット８２から分離されるため、第２フランジ７４から支持ピン本体８１を抜き取ることができる一方、ナット８２を排除することができ、制御棒クラスタ案内管５９から容易に支持ピン７５を取外すことができる。

また、本実施例の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し装置にあっては、ナット８２の外側から支持ピン本体８１のボルト部８７を切断する切断工具としての放電加工用電極プレート１７３と、支持ピン本体８１とナット８２とを相対回転することでボルト部８７とナット８２との螺合を解除する回転工具１５１とを設けている。

従って、電極プレート１７３によりナット８２の外側からボルト部８７を切断することで、このとき、支持ピン７５は制御棒クラスタ案内管５９から脱落することはなく、その後、電極プレート１７３により支持ピン本体８１とナット８２とを相対回転することで、支持ピン本体８１のボルト部８７とナット８２との螺合が解除され、制御棒クラスタ案内管５９から支持ピン７５を適正に取外すことができ、支持ピン７５の取外し作業中における落下物をなくして作業性を向上することができる。

また、本実施例の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し装置では、電極プレート１７３は、ナット８２の外径より狭くてボルト部８７の外径より広い幅を有している。従って、この電極プレート１７３をナット８２の外側から径方向に沿って前進すると、ナット８２における外周両側部の残したまま、ボルト部８７を完全に切断することができ、制御棒クラスタ案内管８９からの支持ピン７５の脱落を防止することができる。

なお、上述した実施例では、切断工具として放電加工用電極プレート１７３を適用したが、この構成に限定されるものではなく、切断工具としてその他の切削工具などを適用してもよい。

また、上述した実施例にて、支持ピン７５は、制御棒クラスタ案内管５９の第２フランジ部７４に取付けられ、ボルト部８７の上端部とナット８２との間に止めピン８３が固定されて緩み止めがなされているが、支持ピン７５は、この止めピン８３により緩み止めがなされているものに限るものではなく、かしめなど別の緩み止めがなされている支持ピンであっても、本発明を適用することができる。

また、上述した実施例では、原子炉を加圧水型原子炉としたが、沸騰水型原子炉であってもよい。

１２ 加圧水型原子炉
４１ 原子炉容器（構造体）
４９ 上部炉心指示板
５２ 上部炉心板
５５ 炉心
５６ 燃料集合体
５７ 制御棒
５８ 制御棒クラスタ
５９ 制御棒クラスタ案内管
７１ 第１案内部
７２ 第２案内部
７３ 第１フランジ部
７４ 第２フランジ部
７５ 支持ピン
８１ 支持ピン本体
８２ ナット８２
８３ 止めピン
８４ 止め金
８７ ボルト部
１０１ キャビティ
１０５ 制御棒クラスタ駆動軸仮置スタンド
１１０ 支持ピン交換装置
１１１ フレーム
１１２ 移動装置
１１３ 支持ピン取外し装置
１４１ 切断装置
１４２ 固定装置
１４３ 回転装置
１５１ 回転工具
１６３ 第１移動台
１７２ 第２移動台
１７３ 放電加工用電極プレート（切断工具）

Claims (3)

1. 支持ピン本体のボルト部が制御棒クラスタ案内管のフランジ部を貫通し、前記ボルト部にナットが螺合すると共に、前記ボルト部の先端部と前記ナットとの間に弛緩防止用の止めピンが装着された制御棒クラスタ案内管用支持ピンにおいて、
   切断工具を前記ナットの外側から径方向に沿って前進することで、前記ナットにおける前記切断工具の両側部を残したまま、前記ナットの一部及び前記ボルト部の全部を切断し、前記支持ピン本体を、前記ナットと螺合する所定量の噛み合い部を有する支持ピン本体基部と、前記止めピンが装着されたボルト先端部とに分離し、
   前記支持ピン本体と前記ナットとを相対回転することで前記ボルト部と前記ナットとの螺合を解除する、
   ことを特徴とする制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法。
2. 前記ナットを把持する一方、前記支持ピン本体を回転して前記ボルト部と前記ナットとの螺合を解除し、前記フランジ部から前記支持ピン本体を抜き取る一方、前記ナットを排除することで、前記制御棒クラスタ案内管から前記支持ピンを取外すことを特徴とする請求項１に記載の制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し方法。
3. 支持ピン本体のボルト部が制御棒クラスタ案内管のフランジ部を貫通し、前記ボルト部にナットが螺合すると共に、前記ボルト部の先端部と前記ナットとの間に弛緩防止用の止めピンが装着された制御棒クラスタ案内管用支持ピンにおいて、
   前記ナットの外側から前記ボルト部を切断する切断工具と、
   前記支持ピン本体と前記ナットとを相対回転することで前記ボルト部と前記ナットとの螺合を解除する回転工具と、
   を備え、
   前記切断工具は、前記ナットの外径より狭くて前記ボルト部の外径より広い幅を有する放電加工用電極プレートを有する、
   ことを特徴とする制御棒クラスタ案内管用支持ピンの取外し装置。
   

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