JP6034770B2 - 異物回収装置、異物回収システムおよび異物回収箱 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉に装荷された燃料集合体から異物を回収する異物回収装置、異物回収システムおよび異物回収箱に関する。

軽水炉では、一般的に、筒状の被覆管に核燃料を装填した燃料棒を複数本束ねた燃料集合体を用いる。燃料集合体中に何らかの理由で異物が入り込むと、その異物が冷却材の流れによって振動し、被覆管を摩耗し、燃料棒が損傷する可能性がある。異物としては、ねじ、金属片、あるいは、燃料体に付着した水垢やごみなどが考えられる。

そこで、このような異物を回収する異物回収装置が必要となる。異物回収装置は、たとえば位置決め機構部を有し、またファイバースコープにて回収作業部を視覚的に認識しながら遠隔操作にて異物を回収するものである。異物回収装置の回収作業部は、たとえば先端を尖らせた針状の回収用プローブの上下動により燃料棒表面に付着した水垢やごみなどの異物を引掻いて吸引または吸着して採取する。あるいは、回収作業部は、鉗子などにより異物を捕獲する。

特許２５３９１００号公報 特許２６５６３８０号公報

燃料集合体は非常に複雑な構造をしている。たとえば燃料棒の水平方向の間隔を維持するスペーサは、燃料棒を囲むセルに微小なバネを組み込んだ構造となっている。このため、鉗子などが入り込めないような極小の隙間にも異物が存在する場合がある。鉗子が入り込めないような隙間に存在する異物は、回収が困難である。

鉗子などで異物を捕獲した後、異物を掴んだままの不安定な状態で装置を取り扱うことは捕獲した異物の落下の危険性を高める。そのため、異物を捕獲した後速やかに異物の落下防止の処置を行うことが望ましい。

燃料集合体内の燃料棒とスペーサの構造材との隙間は１ｍｍ以下である。その隙間に、隙間と同程度の太さを持った異物が強固に挟まり、その異物の端部がスペーサの上部または下部に出ていないような場合、その異物を鉗子で掴むことは極めて困難である。

燃料集合体の内側の燃料棒の近傍に入り込んだ異物に到達するためには、隣り合う燃料棒の間の３ｍｍ程度の隙間を通過する必要がある。このため、バキュームなどでの異物吸引も困難である。異物を捕獲する方法として磁石などに吸着させる方法も考えられるが、異物が磁性体でない場合や隙間に強固に挟まっている場合、この方法での回収でも難しい。

そこで、本発明は、燃料集合体の内部に入り込んだ異物をより確実に回収できるようにすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、互いに平行に鉛直方向に延びる筒状で複数の燃料棒とこれらの燃料棒の水平方向の移動を規制するスペーサとを備えた燃料集合体中に混入した異物を回収する異物回収装置において、前記スペーサの上方から下方に向かって前記異物を移動させる異物落下手段と、隣り合う前記燃料棒の間に延びる支持棒を備えて前記スペーサを挟んで前記異物落下手段の下方に位置して前記異物を回収する回収手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、互いに平行に鉛直方向に延びる筒状で複数の燃料棒とこれらの燃料棒の水平方向の移動を規制するスペーサとを備えた燃料集合体中に混入した異物を回収する異物回収システムにおいて、前記スペーサの上方から下方に向かって前記異物を移動させる異物落下手段と、隣り合う前記燃料棒の間に延びる支持棒を備えて前記スペーサを挟んで前記異物落下手段の下方に位置して前記異物を回収する回収手段と、を備えた異物回収装置と、上面に開口が形成され、一つの側面に前記開口から底部に向かって延びる切り欠きが形成された異物回収箱と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、互いに平行に鉛直方向に延びる筒状で複数の燃料棒とこれらの燃料棒の水平方向の移動を規制するスペーサとを備えた燃料集合体中に混入した異物を回収する異物回収装置であって、前記スペーサの上方から下方に向かって前記異物を移動させる異物落下手段と、隣り合う前記燃料棒の間に延びる支持棒を備えて前記スペーサを挟んで前記異物落下手段の下方に位置して前記異物を回収する回収手段と、を備えた異物回収装置とともに用いる異物回収箱において、上面に開口が形成され、一つの側面に前記開口から底部に向かって延びて前記支持棒が通過可能な切り欠きが形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、燃料集合体の内部に入り込んだ異物をより確実に回収できるようになる。

本発明に係る異物回収装置の一実施の形態で異物を回収する対象の燃料集合体の斜視図である。 本発明に係る異物回収装置の一実施の形態の側面図である。 本発明に係る異物回収装置の一実施の形態の正面図である。 本発明に係る異物回収装置の一実施の形態を回収対象の燃料集合体とともに示す側面図である。 本発明に係る異物回収装置の一実施の形態を回収対象の燃料集合体とともに示す拡大側面図である。 図５のVI-VI矢視平断面図である。 図５のVII-VII矢視平断面図である。 本発明に係る異物回収装置の一実施の形態を回収対象の燃料集合体に挿入するときの状態における正面図である。 本発明に係る異物回収装置の一実施の形態とともに用いる異物回収箱の正面図である。 本発明に係る異物回収装置の一実施の形態の一変形例における異物回収部を燃料集合体とともに示す上面図である。

本発明に係る異物回収装置の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施の形態の異物回収装置で異物を回収する対象の燃料集合体の一部切り欠き斜視図である。

燃料集合体９０は、燃料棒９１とスペーサ９２とを有している。燃料棒９１は、たとえば鉛直方向に延びる円筒形のジルコニウム合金製の被覆管に、円柱状に焼き固められた燃料ペレットを装填したものである。燃料棒９１は、複数であって、たとえば正方格子状に配列されている。スペーサ９２は、それぞれの燃料棒９１の水平方向の移動を規制している。スペーサ９２は、燃料集合体９０の延びる方向、すなわち燃料棒９１の軸方向の複数の位置に配置されている。スペーサ９２の数は、たとえば７個である。

燃料集合体９０の下端部および上端部には、下部タイプレート９３および上部タイプレート９４が設けられている。下部タイプレート９３は、燃料棒９１およびウォータロッド９７を支持している。上部タイプレート９４には、一部の燃料棒９１の上端部が固定されている。また、固定されていない燃料棒９１の上端部は、上部タイプレート９４に形成された穴に挿入されている。燃料集合体９０には、下部タイプレート９３と上部タイプレート９４との間隔よりも短い部分長燃料棒９６が含まれていてもよい。

燃料集合体９０は、チャンネルボックス９５を装着した状態で原子炉に装荷される。異物を回収する際には、チャンネルボックス９５を燃料集合体９０から取り外す。

図２は、本実施の形態の異物回収装置の側面図である。図３は、本実施の形態の異物回収装置の正面図である。

本実施形態の異物回収装置１０は、異物対向部２０と異物回収部３０とを有している。異物対向部２０は、異物を把持したり、異物を移動させたりする。異物対向部２０は、たとえば鉗子２１と鉗子移動機構２２とを有している。異物回収部３０は、異物対向部２０によって移動させられた異物を下方で受け取る受け皿として機能する。たとえば異物回収皿３１と異物回収皿移動機構３２を有している。

鉗子２１は、鉗子移動機構２２によって水平方向および鉛直方向に移動される。また、鉗子２１は、図示しない開閉機構によって開閉可能に設けられている。異物回収皿３１は、異物回収皿移動機構３２によって水平方向に移動される。

鉗子移動機構２２および異物回収皿移動機構３２の動力部などは、異物回収装置１０の基体１９に固定されている。

図４は、本実施の形態の異物回収装置を回収対象の燃料集合体とともに示す側面図である。

異物回収は、たとえば使用済燃料貯蔵プール１２内で行われる。使用済燃料貯蔵プール１２の側壁に設けられたチャンネル着脱機１３に回収対象の燃料集合体９０を配置し、その燃料集合体９０の側面から異物回収装置１０が燃料集合体９０に近づく。異物回収装置１０は、たとえば異物回収装置１０に取り付けた鉛直方向に延びるポール１４によって移動される。異物回収装置１０には、燃料集合体９０を掴む固定具が設けられていてもよい。

図５は、本実施の形態の異物回収装置を回収対象の燃料集合体とともに示す拡大側面図である。図６は、図５のVI-VI矢視平断面図である。図７は、図５のVII-VII矢視平断面図である。

異物回収装置１０の鉗子２１は、燃料棒９１の一方の配列方向に平行および燃料棒９１が延びる方向すなわち鉛直方向に移動可能な腕を持つ鉗子移動機構２２の先端に取り付けられている。鉗子２１の先端を視認するためのファイバースコープなどが鉗子２１の近傍に設けられていてもよい。鉗子移動機構２２によって鉗子２１を異物８０に近接させ、鉗子２１を閉じることによって異物８０を掴み、回収する。

異物回収装置１０の異物回収皿３１は、燃料集合体９０のスペーサ９２を挟んで異物対向部２０の反対側に位置している。すなわち、異物回収皿３１は、スペーサ９２の下方に位置している。異物８０がトラップされたスペーサ９２から異物回収皿３１が離れすぎると、周囲の水の流動によって異物８０を異物回収皿３１で回収できない可能性が高まるため、異物回収皿３１はスペーサ９２になるべく近い方がよい。

異物回収皿３１は、支持棒３３と羽根部３４とを有している。支持棒３３は、燃料棒９１の一方の配列方向に平行に延びている。すなわち、支持棒３３は、隣り合う燃料棒９１の間を通って燃料集合体９０の内周部に向かって延びている。

異物回収皿３１のそれぞれの羽根部３４は、たとえば２枚の羽根からなる。羽根部３４を構成する羽根のそれぞれは、細幅部と太幅部とを備えている。異物回収皿３１の羽根の細幅部は、燃料棒９１に接している。異物回収皿３１の羽根の太幅部は、隣り合う羽根の太幅部に接している。つまり、異物回収皿３１は、隣り合う燃料棒９１の間隙とほぼ同じで若干小さい幅が狭い部分と、隣り合う燃料棒９１の間隔（燃料棒ピッチ）とほぼ同じ幅が広い部分を有している。これらの羽根によって、異物回収皿３１は、燃料棒９１の間の空間を水平方向に塞ぐように設けられている。

図８は、本実施の形態の異物回収装置を回収対象の燃料集合体に挿入するときの状態における正面図である。

異物回収皿３１の羽根は、燃料棒９１の間隔よりも幅が大きい太幅部を有しているため、開いた状態では、燃料集合体９０の内周部まで挿入することができない。そこで、本実施の形態の異物回収装置１０は、異物回収皿３１を燃料集合体９０の内周部まで挿入する際には、羽根を閉じた状態とする。

羽根の開閉は、支持棒３３内部に設けた図示しない開閉力伝達機構などを用いて行う。羽根が開いたまま故障してしまうと、異物回収装置１０の一部を燃料集合体９０から取り出せないこととなってしまうため、断線などにより羽根の開閉力が外部から与えられないときには羽根が閉じるように、外部から力が加えられないときにはバネなどによって閉じるようにしておくとよい。

次に、異物回収装置１０を用いた燃料集合体９０に入り込んだ異物８０の回収方法について説明する。

まず、回収対象の燃料集合体９０を図示しない燃料交換機などによってチャンネル着脱機１３に移動させる。次に、たとえば図示しないクレーンなどによってポール１４の上端を吊り上げ、クレーンの移動によって異物回収装置１０を燃料集合体９０の近傍に移動させる。さらに別途設けた水中カメラなどによって異物回収装置１０と燃料集合体９０との位置関係を確認しながら、クレーンの移動によって異物回収装置１０を燃料集合体９０の一つの側面に相対させる。必要に応じて、固定具で燃料集合体９０の燃料棒９１などを掴み、燃料集合体９０に対して異物回収装置１０を固定する。

燃料集合体９０に対して異物回収装置１０を固定した後、羽根を閉じた状態で異物回収皿３１を燃料棒９１の間を通して燃料集合体９０の内部に挿入する。燃料集合体９０の内部の所定の位置まで挿入した後、異物回収皿３１の羽根を開き、燃料棒９１の間の空間を水平方向に塞ぐ。

異物回収皿３１の羽根が開いた状態となった後、ファイバースコープなどで異物８０を探しながら、鉗子２１をスペーサ９２の上部あるいは内部に入り込んだ異物８０の近傍まで挿入する。異物８０を発見した場合には、鉗子２１を閉じて異物を掴む。

鉗子２１で異物８０を掴んだ後、掴んだ状態のまま、鉗子移動機構２２によって鉗子２１を燃料集合体９０から引き抜き、異物８０を燃料集合体９０から取り出す。異物８０を燃料集合体９０から異物８０を取り出した後は、その異物８０がさらに鉗子２１から離脱した場合に備えて、異物回収皿３１の羽根をいったん閉じて異物回収皿３１も燃料集合体９０から引き抜き、さらに鉗子２１の下方で異物回収皿３１の羽根を開いた状態で異物８０を移動させることが好ましい。

図９は、本実施の形態の異物回収装置とともに用いる異物回収箱の正面図である。

異物回収箱７０は、上面に開口７１が形成された箱体である。異物回収箱７０の一つの側面７２には、異物回収皿３１の支持棒３３と同じ間隔で開口７１から鉛直下方に延びる切欠き７３が形成されている。切欠き７３には、中央にスリット７４が形成されたカバー７５が取り付けられている。カバー７５は、たとえばゴム製である。

異物回収箱７０は、異物回収装置１０とともに、異物回収システムを構成している。異物回収箱７０は、異物回収装置１０に対して固定されていてもよいし、異物回収装置１０とは独立して使用済燃料貯蔵プール１２内に配置されていてもよい。

異物８０を掴んだ鉗子２１は、異物回収皿３１のいずれかの支持棒３３の鉛直上方に配置された状態で異物回収箱７０の上方に移動される。異物回収箱７０の切欠き７３のそれぞれの鉛直上方に異物回収皿３１の支持棒３３が位置するように異物回収装置１０を移動させた後、異物回収装置１０を下降させる。これにより、異物回収装置１０の異物回収皿３１および鉗子２１は、開口７１を通過して、異物回収箱７０の内部に収められる。 異物回収箱７０の内部で、鉗子２１を開くことにより、異物８０は、異物回収箱７０の底に落下していき、異物回収箱７０に回収される。鉗子２１を開く際には、異物回収皿３１を閉じておく。あるいは、鉗子２１を異物回収皿３１の上方から外れた位置に移動させてから鉗子２１を開くことにより、異物８０は異物回収箱７０の底に落ちていく。

回収した異物８０は、異物回収箱７０を使用済燃料貯蔵プール１２から引き上げることによって、最終的に原子炉につながる水系から取り除かれる。この際、異物８０をある程度の深さの異物回収箱７０の底部においておくことにより、たとえば水深１０ｍ程度の位置から水面より上方に比較的速く移動させても異物回収箱７０から離脱することがない。

異物８０は一つずつ気中に引き上げる必要はなく、ある程度異物８０を回収した後に、気中に取り出してもよい。このように複数の異物８０を、異物回収装置１０を気中に引き上げることなく連続して回収することができる。したがって、異物回収に要する時間を短縮することができる。

異物回収箱７０は、たとえばアクリル板などで形成しておくとよい。このように異物回収箱７０の内部が側面から視認できる状態としておけば、異物回収箱７０の内部を水中カメラなどで監視しておくことにより、一旦回収した異物８０の紛失や、異物回収箱７０の移動中の異物８０の異物回収箱７０からの水流などに起因する離脱を防ぐことができる。

また、異物回収箱７０の底面は、異物８０よりも目が細かいメッシュ状のものや水を透過する繊維状の物質で形成しておいてもよい。この場合、異物回収箱７０を上方向に移動させる際に異物回収箱７０の内部の水の流れの乱れが少なく、異物８０が異物回収箱７０の外部にこぼれ落ちる可能性が小さくなる。

燃料集合体９０の内周部に鉗子２１を挿入しても異物８０を掴めない場合には、たとえば鉗子２１を閉じた状態で異物８０を下方に押す。これにより、異物８０をスペーサ９２から下方に押し出すことができる。スペーサ９２の下方に移動した異物８０は、異物回収皿３１によって受け止められる。

異物回収皿３１が異物８０を受け止めた場合には、異物回収皿３１の羽根を閉じて異物８０を保持した後、異物回収皿３１を燃料集合体９０から引き抜く。その後、異物回収箱７０に異物回収皿３１を移動させた後、異物回収皿３１の羽根を開き、鉗子２１などによって、異物回収箱７０の底に異物８０を落下させ、回収する。

燃料集合体９０に入り込んだ異物８０は、燃料棒９１とスペーサ９２の間や、スペーサ９２を構成する部材の間にできる隙間に入り込んだ場合には、鉗子２１によって取り除くことが極めて困難である。そこで、本実施の形態では、異物回収装置１０に異物８０をスペーサ９２から下方に向かって移動させることもできる鉗子２１と、スペーサ９２よりも下方で燃料棒９１の間を塞ぐように広がる異物回収皿３１とを設けている。このため、鉗子２１によって異物８０を強固に掴むことができない場合であっても、異物８０をスペーサ９２の下方に押出し、異物回収皿３１で受け止めることができる。その結果、燃料集合体の内部に入り込んだ異物をより確実に回収できるようになる。

本実施の形態では、異物８０を掴める場合には鉗子２１で掴むこととしているが、異物８０を掴めそうな場合であっても、異物回収皿３１で回収するようにしてもよい。たとえば、鉗子２１の代わりに、異物８０の押出棒あるいは引出鉤を設けてこれらによって異物８０をスペーサ９２の下方に移動させてもよい。あるいは、スペーサ９２あるいは燃料棒９１の一方または両方に外力を加えて隙間を広げたり、あるいは一方または両方に振動を与えることによって、異物８０をスペーサ９２の下方に落下させてもよい。水流やエアを異物８０にぶつけて、異物８０をスペーサ９２の下方に落下させてもよい。

異物回収皿３１の羽根部３４あるいは支持棒３３を磁石としておけば、異物８０が磁性体の場合には異物回収皿３１から異物８０が離脱する可能性を低減することができる。また羽根部３４に粘着性を持つジェルなどを塗布しておくことにより、異物８０の離脱の可能性を低減することもできる。

支持棒３３を表面に複数の貫通孔が形成された中空の棒としておき、支持棒３３の内部を吸引可能としておいてもよい。異物８０を回収する際には、支持棒３３の内部を吸引することにより、支持棒３３の表面に形成された貫通孔に外側から内側に向かう水流が形成される。この水流により、仮に異物８０が羽根部３４から外れそうになった場合であっても、異物８０が支持棒３３に向かって吸引されることとなる。さらに、この水流によって、異物８０が異物回収皿３１に捕捉された後には、異物８０は常に支持棒３３に向かう力を受けることとなる。その結果、異物回収皿３１を移動させるときを含め、異物８０が異物回収皿３１から離脱する可能性を低減することができる。

図１０は、本実施の形態の一変形例における異物回収部を燃料集合体とともに示す上面図である。

本変形例において、異物回収部３０は、心棒３５と毛３６を有している。心棒３５は、燃料棒９１の一方の配列方向に平行に延びている。すなわち、心棒３５は、隣り合う燃料棒９１の間を通って燃料集合体９０の内周部に向かって延びている。毛３６は、心棒３６から放射状に延びている。毛３６は、なるべく密集して、上下方向に見通せる部分が少ない方が好ましい。

毛３６は、ある程度の弾性を有する材料で形成される。したがって、異物回収部３０を燃料集合体９０に挿入すると、燃料棒９１の配列に対応して、燃料棒９１の間の細幅部とそれ以外の太幅部とが形成される。

このような異物回収部３０は、開閉作業をすることなく、燃料集合体９０の外周から内周部に向けて挿入することができる。このような異物回収部３０であっても、上方から異物８０が落下してきた場合には、毛３６の部分で異物８０を捕捉することができる。異物８０は、複数の繊維の間に入り込み、容易に脱落しないようになる。

１０…異物回収装置、１２…使用済燃料貯蔵プール、１３…チャンネル着脱機、１４…ポール、１９…基体、２０…異物対向部、２１…鉗子、２２…鉗子移動機構、３０…異物回収部、３１…異物回収皿、３２…異物回収皿移動機構、３３…支持棒、３４…羽根部、３５…心棒、３６…毛、７０…異物回収箱、７１…開口、７２…側面、７３…切欠き、７４…スリット、７５…カバー、８０…異物、９０…燃料集合体、９１…燃料棒、９２…スペーサ、９３…下部タイプレート、９４…上部タイプレート、９５…チャンネルボックス、９６…部分長燃料棒、９７…ウォータロッド

Claims (7)

1. 互いに平行に鉛直方向に延びる筒状で複数の燃料棒とこれらの燃料棒の水平方向の移動を規制するスペーサとを備えた燃料集合体中に混入した異物を回収する異物回収装置において、
   前記スペーサの上方から下方に向かって前記異物を移動させる異物落下手段と、
   隣り合う前記燃料棒の間に延びる支持棒を備えて前記スペーサを挟んで前記異物落下手段の下方に位置して前記異物を回収する回収手段と、
   を有することを特徴とする異物回収装置。
2. 前記回収手段は、隣り合う前記燃料棒の間隔よりも小さい細幅部と、隣り合う前記燃料棒の間隔よりも大きい太幅部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の異物回収装置。
3. 前記回収手段は複数であって、隣り合う前記燃料棒の水平方向の配列ピッチと実質的に同じピッチで互いに平行に設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の異物回収装置。
4. 前記回収手段は、支持棒とその支持棒の両側に開閉可能に取り付けられた羽根とを備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の異物回収装置。
5. 前記回収手段は、前記支持棒から放射状に延びて弾性を有する繊維状体とを備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の異物回収装置。
6. 互いに平行に鉛直方向に延びる筒状で複数の燃料棒とこれらの燃料棒の水平方向の移動を規制するスペーサとを備えた燃料集合体中に混入した異物を回収する異物回収システムにおいて、
   前記スペーサの上方から下方に向かって前記異物を移動させる異物落下手段と、隣り合う前記燃料棒の間に延びる支持棒を備えて前記スペーサを挟んで前記異物落下手段の下方に位置して前記異物を回収する回収手段と、を備えた異物回収装置と、
   上面に開口が形成され、一つの側面に前記開口から底部に向かって延びて前記支持棒が通過可能な切り欠きが形成された異物回収箱と、
   を有することを特徴とする異物回収システム。
7. 互いに平行に鉛直方向に延びる筒状で複数の燃料棒とこれらの燃料棒の水平方向の移動を規制するスペーサとを備えた燃料集合体中に混入した異物を回収する異物回収装置であって、前記スペーサの上方から下方に向かって前記異物を移動させる異物落下手段と、隣り合う前記燃料棒の間に延びる支持棒を備えて前記スペーサを挟んで前記異物落下手段の下方に位置して前記異物を回収する回収手段と、を備えた異物回収装置とともに用いる異物回収箱において、
   上面に開口が形成され、一つの側面に前記開口から底部に向かって延びて前記支持棒が通過可能な切り欠きが形成されていることを特徴とする異物回収箱。

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