JP6148435B2 - 燃料交換機 - Google Patents

Description

本発明は、燃料交換機に関する。

原子力発電所における原子炉の燃料交換、各種構成機器の移動を行うため、燃料交換機が用いられている。燃料交換機は、原子炉上方において使用済みの燃料や機器等のプール上に布設された走行レールを走行する。

ここで、燃料交換機が地震時に車輪の脱線、転倒、原子炉内への落下等を起こさないように、転倒防止機構が設けられている。例えば、脚部に爪型の転倒防止装置を取付けることで、地震時にレールと爪が接触し燃料交換機が転倒しないようにしている。

また、最新の耐震指針に対応するため、以下に記載する特許文献１には、既設プラントに更に走行レール周りにガイドプレートを並設し、地震時に燃料交換機脚部に設置した緩衝材とガイドプレートとが接触することで燃料交換機の転倒を防止し、本体に加わる地震力を低減する耐震構造の追設が提案されている。

あるいは、燃料交換機と同様に床面を走行する構造を持つ走行式クレーンの耐震装置として、車輪とクレーン本体の間に免震装置を設置し、床面の地震動がクレーン本体に加わることを防止する機構も提案されている。

特開２００９−８６７０号公報

近年、発電用原子炉施設に関する耐震設計審査指針の改定や、中越沖地震等の地震知見から、原子炉機器への耐震要求が高まっている。

上記特許文献１に記載されたガイドプレートの設置においては、既設の燃料交換床へアンカ等を介してプレートを敷設する必要があるため、現場作業時の障害物となり得るという問題があった。

また、走行式クレーンの耐震装置では、床からクレーン本体に伝達する入力地震動を低減させることにより、本体の大幅な裕度向上が見込める。しかし、走行装置と本体との間に耐震装置を設置する必要があるため、クレーン脚部の構造が限られ複雑化するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑み、燃料交換機本体の構造を複雑化することなく、高い耐震性を有する燃料交換機を提供することを目的とする。

本発明の一実施の形態による燃料交換機は、
原子炉プールを跨ぐように、前記原子炉プールの両端の床に敷設されたブリッジ走行レールと、
ブリッジ車輪を有し、前記ブリッジ走行レール上を走行するブリッジと、
前記ブリッジ上面に敷設されたトロリ用レールと、
トロリ車輪を有し、前記トロリ用レール上を走行し、燃料交換用のつかみ具を有するトロリと、
前記ブリッジ走行レールが搭載され固定されたベースプレートと前記床との間に設けられ、前記ブリッジ走行レールの長手方向と直交する方向の振動に対して免震作用を有する免震機構と、
を備え、
前記ベースプレートの側面に接触し、前記ブリッジ走行レールが敷設された面に対して所定の強度を持って固定されたズレ止め部材をさらに有し、
地震力により前記ズレ止め部材が前記床から離脱した時、あるいは前記ズレ止め部材が破損した時に、前記免震機構が作用することを特徴とする。

本発明の実施の形態によれば、燃料交換機本体を複雑化することなく、高い耐震性を有する燃料交換機が実現される。

本発明の第１〜第５の実施の形態による燃料交換機全体の概略構成を示した外形図。 本発明の第１の実施の形態を示す燃料交換機のブリッジ脚部の構成を示した詳細図。 本発明の第２の実施の形態を示す燃料交換機のブリッジ脚部の構成を示した詳細図。 本発明の第３の実施の形態を示す燃料交換機のブリッジ脚部の構成を示した詳細図。 同第３の実施の形態を示す燃料交換機のブリッジ脚部の構成を示した側面図。 本発明の第４の実施の形態を示す燃料交換機のブリッジ脚部の構成を示した詳細図。 同第４の実施の形態を示す燃料交換機のブリッジ脚部の地震時における状態を示した詳細図。 同第４の実施の形態を示す回転座２８と回転軸２９の部分拡大図。 同第４の実施の形態を示す燃料交換機のブリッジ脚部の構成を示した側面図。

以下、本発明の実施の形態による燃料交換機について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態による燃料交換機について、図１、図２を用いて説明する。

図１（ａ）の平面図及び図１（ｂ）の正面図に、燃料交換機全体の概略構成として外観を示す。

燃料交換機１は、原子炉施設等で燃料棒の挿入、引き出しを行うためのものであり、ブリッジ２と、その上に設置されたトロリ３とを備えている。燃料交換機１は、原子炉プール４を跨ぐように、原子炉プール４の両端の床５に敷設されたブリッジ走行レール６上を、図示されていないブリッジ車輪で走行することで床５の面上を移動する。

ブリッジ２上には、ブリッジ走行レール６と垂直方向にトロリ用レール８が設置されている。トロリ用レール８の上を、図示されていないトロリ用車輪により、燃料の挿入、引き出しを行うためのつかみ具９を有するトロリ３が走行する。これにより、原子炉プール４内の任意の燃料棒を掴んで移動することができる。

ブリッジ走行レール６周囲のブリッジ脚部の構成について、図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）に通常時、図２（ｂ）に地震時におけるそれぞれの燃料交換機１のブリッジ走行レール６の下部の詳細な構成を示す。

図２（ａ）に示されたように、燃料交換機１が走行する範囲における床５の下部にピット１１が設けられており、ピット１１内の両側面に当て板１２が設置されている。

ピット１１内における底面上にベースプレート１４が設置されており、その上面にブリッジ走行レール６が固定されている。ここで、ブリッジ走行レール６とベースプレート１４とは一体に形成され、あるいは別個に設けられて固定されていてもよい。そして、ベースプレート１４とピット１１の底面上の底板１３との間に、免震装置として積層ゴム１５が設置されている。尚、積層ゴム１５には限定されず、弾性及び減衰性を有する要素として、例えば流体の封入された要素を設置してもよい。

さらにベースプレート１４の側面と当て板１２との間に、例えばバネ等の弾性要素１７、オイルダンパ等の減衰要素１８が設置されている。尚、弾性要素１７、減衰要素１８の替わりに、ベースプレート１４の側面と当て板１２との間に、弾性及び減衰性を有する要素として、流体の封入されたバッグ等の要素を設置してもよい。

また、ベースプレート１４の側面と当て板１２との間に磁力による反発力が働くように、磁気要素を設置してもよい。

ベースプレート１４の図中左右の両側面に接触するように、ズレ止め部材１６がそれぞれ設置されている。このズレ止め部材１６はピット１１の底板１３に所定の強度をもって固定されており、またズレ止め部材１６自体が所定の強度を有するように作製されている。尚、ズレ止め部材１６は、ボルト等の固定部材によりピット１１内に固定されてもよく、あるいはピット１１内に設けられた穴に差し込まれた状態で設置されてもよい。

これにより、地震が発生していない通常走行時においては、燃料交換機１に対して免震機構による変位が作用しないようにすることで、走行安定性及び走行精度を維持することができる。地震発生時には、少なくともいずれか一方のズレ止め部材１６が底板１３から脱落し、あるいはズレ止め部材１６自体が破損することにより、燃料交換機１に対して免震機構が作用して水平方向に変位が生じる。

このような構成を備えた第１の実施の形態による燃料交換機の地震時における作用について、図２（ｂ）を用いて説明する。

燃料交換機１の設置されている建屋に地震動が作用すると、床５、ピット１１が建屋と同様に左右に変位する。慣性力によりピット１１の底面とベースプレート１４との間で積層ゴム１５が水平方向にｘだけ変形し、燃料交換機１の免震作用となる。また、積層ゴム１５自体の復元力により、燃料交換機１と床５との間の変位を復元する作用が生じる。

さらに、弾性要素１７、減衰要素１８に対して適切な要素パラメータを選定することで、燃料交換機１と床５との間の変位の復元を助けると共に、地震の発生から免震機構が作用し始めるタイミング、即ちトリガとなる地震力を決定することができる。

また上述したように、ズレ止め部材１６により、地震が発生していない通常走行時では、燃料交換機１に対して免震機構が作用せず走行安定性及び走行精度を保つことができる。

このように第１の実施の形態によれば、ブリッジ走行レール６の下部に設置した、積層ゴム１５、弾性要素１７、減衰要素１８を有する免震装置により、燃料交換機１に対して建屋の床５から伝達する水平方向地震動を免震し、燃料交換機１の本体に加わる地震力を大幅に低減することが可能である。

また、ブリッジ走行レール６と平行方向の水平地震力に対しては、ブリッジ車輪７がブリッジ走行レール６上を自由に回転あるいは滑ることにより、燃料交換機１本体の免震構造として作用する。

（第２の実施の形態）
本発明による第２の実施の形態による燃料交換機について、図３を参照して説明する。尚、上記第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図３に、燃料交換機のブリッジ走行レール６の周囲のブリッジ脚部の詳細な構成を示す。

ピット１１の底面上の底板１３の上面に、複数のローラ１９がブリッジ走行レール６と平行な方向に転がり軸を持つよう設置され、その上にベースプレート１４が設置される。

これにより、ベースプレート１４は、ブリッジ走行レール６と直交する方向に自由に水平移動することができる。尚、ローラ１９の替わりに、複数の剛球、低摩擦の水平方向すべり支承、弾性体等を設置してもよい。

さらにベースプレート１４に、ブリッジ走行レール６と直交する方向に長手方向を有する長穴２０が形成されている。この長穴２０内を、アンカ２１が摺動可能なように隙間が存在する状態で貫通して床５に固定されている。アンカ２１の頭部とベースプレート１４との間に、鉛直方向に作用する鉛直方向弾性要素２２が設置されている。

このような構成を備えた第２の実施の形態において、ブリッジ走行レール６と直交方向に作用する水平地震動が発生した場合の作用について説明する。

ブリッジ走行レール６と直交方向に作用する水平地震動によりピット１１の底面が変位すると、ローラ１９が底板１３の上面とベースプレート１４との間で回転し、ベースプレート１４がピット１１内を水平移動する。これにより、ベースプレート１４へ伝達される地震力が低減されて、燃料交換機１本体の免震構造として作用する。また、鉛直方向地震力により、ベースプレート１４に発生する浮き上がりを、鉛直方向弾性要素２２によって抑制する作用も生じる。

このように第２の実施の形態によれば、ブリッジ走行レール６と直交方向に作用する水平地震動を、転がり機構またはすべり機構、弾性変位によって免震することにより、ブリッジ走行レール６及び燃料交換機１本体に加わる地震力を大幅に低減することが可能となる。

また、ブリッジ走行レール６と平行方向の水平地震力に対しては、ブリッジ車輪７がブリッジ走行レール６上を自由に回転あるいは滑ることにより、燃料交換機１本体の免震構造として作用する。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態による燃料交換機について、図４、図５を参照して説明する。図４に、燃料交換機１のブリッジ走行レール６下部の詳細構造を燃料交換機１の正面方向から示し、図５に、同構造を燃料交換機１の側面方向から示す。尚、上記第１、第２の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

ピット１１の内部において、ブリッジ走行レール６と直交する方向にリニアガイド２３が設置されており、リニアガイド２３上をブリッジ走行レール６と直交する方向に走行するようにスライダプレート２４が設置されている。なお、リニアガイド２３とスライダプレート２４は摺動可能に接触しているが、図４、５においては隙間を強調して図示している。スライダプレート２４の上面には、ブリッジ走行レール６が固定されている。ここで、スライダプレート２４とブリッジ走行レール６とは一体に成形されたものでもよい。

このような構成を備えた第３の実施の形態において、地震が発生した時の作用について説明する。

床５に、ブリッジ走行レール６と直交する方向に水平地震動が加わると、リニアガイド２３が床５と共に地震動方向へ変位する。しかし、慣性によりスライダプレート２４がリニアガイド２３上を水平方向に走行する。これにより、ブリッジ走行レール６と直交する方向の水平地震動に対して免震構造として作用することができる。

また、ブリッジ走行レール６と平行方向の水平地震力に対しては、ブリッジ車輪７がブリッジ走行レール６上を自由に回転あるいは滑ることにより、燃料交換機１本体の免震構造として作用する。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態による燃料交換機について、図６、図７を参照して説明する。図６に、燃料交換機１のブリッジ走行レール６の下部の詳細構造を示し、図７に、床５にブリッジ走行レール６と直交する方向に水平地震動が加わった時の燃料交換機のブリッジ脚部１０の状態を示す。尚、上記第１、第２及び第３の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図６に示されたように、ピット１１内部の底面に、曲率の大きい凹状の円弧面を有する受け材２５が設置されている。受け材２５より曲率が小さく凸状に円弧面を有する回転座２８が、受け材２５の表面上を転がるように設置されている。この回転座２８は、回転軸２９を中心に回転可動するようにベースプレート１４と接続されている。また、受け材２５と回転座２８が静止状態で互いに接触する部分の面２５ａ、２８ａは、曲面ではなく平面に形成されている。また、図６における回転軸２９の付近を拡大した図８に示されるように、回転座２８と回転軸２９はズレ止め部材としての固定ピン３０が貫通して固定されている。また、回転座２８は、図６におけるベースプレート１４、回転座２８の付近の側面を拡大した図９に示されるようにベースプレート１４の長手方向に複数取り付けられている。

このような構成を備えた第４の実施の形態において、地震発生時の作用について説明する。

地震発生前までは、面２５ａ、２８ａが平面であり、また固定ピン３０で回転座２８と回転軸２９が固定されているため、図６に示された姿勢で保たれている。図７に示されたように、床５に水平地震動が加わると、固定ピン３０が破断して回転座２８と回転軸２９の固定が解除され、回転座２８が受け材２５の曲面に沿って滑りつつ転がるように可動し、水平方向にｘだけ変位する。これにより、床５にブリッジ走行レール６と直交する方向に水平地震動が加わった際に、燃料交換機１本体へ伝達する水平地震動に対する免震構造として作用する。

さらにこの時、回転座２８が回転軸２９を中心として回転し、ベースプレート１４が水平状態を維持する。従って、上記第３の実施の形態の免震作用に加えて、燃料交換機１の本体が地震により傾くことを抑制することができる。

また、ブリッジ走行レール６と平行方向の水平地震力に対しては、ブリッジ車輪７がブリッジ走行レール６上を自由に回転あるいは滑ることにより、燃料交換機１本体の免震構造として作用する。

尚、上記実施の形態においては、受け材２５と回転座２８が静止状態において互いに接触するそれぞれの面２５ａ、２８ａが平面に形成されているが、それに代えて受け材２５と回転座２８を貫通するズレ止め部材としての固定ピンで受け材２５と回転座２８とを固定することもできる。

本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の技術的範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の技術的範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、第１の実施の形態におけるズレ止め防止部材１６を、第２〜第４の実施の形態においてもベースプレート１４の側面に設置し、地震力が発生した時にのみ免震機構が作用するようにしてもよい。

１ 燃料交換機
２ ブリッジ
３ トロリ
４ 原子炉プール
５ 床
６ ブリッジ走行レール
７ ブリッジ車輪
８ トロリ用レール
９ つかみ具
１０ ブリッジ脚部
１１ ピット
１２ 当て板
１３ 底板
１４ ベースプレート
１５ 積層ゴム
１６ ズレ止め部材
１７ 弾性要素
１８ 減衰要素
１９ ローラ
２０ 長穴
２１ アンカ
２２ 鉛直方向弾性要素
２３ リニアガイド
２４ スライダプレート
２５ 受け材
２８ 回転座
２９ 回転軸
３０ 固定ピン

Claims (4)

1. 原子炉プールを跨ぐように、前記原子炉プールの両端の床に敷設されたブリッジ走行レールと、
   ブリッジ車輪を有し、前記ブリッジ走行レール上を走行するブリッジと、
   前記ブリッジ上面に敷設されたトロリ用レールと、
   トロリ車輪を有し、前記トロリ用レール上を走行し、燃料交換用のつかみ具を有するトロリと、
   前記ブリッジ走行レールが搭載され固定されたベースプレートと前記床との間に設けられ、前記ブリッジ走行レールの長手方向と直交する方向の振動に対して免震作用を有する免震機構と、
   を備え、
   前記ベースプレートの側面に接触し、前記ブリッジ走行レールが敷設された面に対して所定の強度を持って固定されたズレ止め部材をさらに有し、
   地震力により前記ズレ止め部材が前記床から離脱した時、あるいは前記ズレ止め部材が破損した時に、前記免震機構が作用することを特徴とする燃料交換機。
2. 原子炉プールを跨ぐように、前記原子炉プールの両端の床に敷設されたブリッジ走行レールと、
   ブリッジ車輪を有し、前記ブリッジ走行レール上を走行するブリッジと、
   前記ブリッジ上面に敷設されたトロリ用レールと、
   トロリ車輪を有し、前記トロリ用レール上を走行し、燃料交換用のつかみ具を有するトロリと、
   前記ブリッジ走行レールが搭載され固定されたベースプレートと前記床との間に設けられ、前記ブリッジ走行レールの長手方向と直交する方向の振動に対して免震作用を有する免震機構と、
   を備え、
   前記免震機構が水平方向の地震を免震する機構を有し、前記水平方向の地震を免震する機構が、前記ブリッジ走行レールを前記床の面に対して、前記ブリッジ走行レールと直交する水平方向に移動させる機構を有し、
   前記水平方向の地震を免震する機構が、前記ベースプレートと、前記ベースプレートに開孔された穴を摺動可能なように貫通し前記床の面に一方の端部が固定され、他方の端部と前記ベースプレートとの間に弾性作用が生じるように設けられた弾性要素とを有することで、前記ブリッジ走行レールが鉛直方向に浮き上がる現象を抑制することを特徴とする燃料交換機。
3. 原子炉プールを跨ぐように、前記原子炉プールの両端の床に敷設されたブリッジ走行レールと、
   ブリッジ車輪を有し、前記ブリッジ走行レール上を走行するブリッジと、
   前記ブリッジ上面に敷設されたトロリ用レールと、
   トロリ車輪を有し、前記トロリ用レール上を走行し、燃料交換用のつかみ具を有するトロリと、
   前記ブリッジ走行レールが搭載され固定されたベースプレートと前記床との間に設けられ、前記ブリッジ走行レールの長手方向と直交する方向の振動に対して免震作用を有する免震機構と、
   を備え、
   前記免震機構が、
   前記ベースプレート下部に設けられ、前記ブリッジ走行レールと直交する平面において下方に凸状の円弧である円弧面を有し、回転軸を中心に回転可能に設けられた回転座と、
   前記回転座と、前記床の面との間に設けられ、前記回転座が回転しつつ走行が可能なように、前記回転座より曲率が大きい凹状の円弧面を有する受け材と、
   を有し、
   前記ブリッジ走行レールと直交する方向の地震力に対して免震すると共に、地震力により前記ブリッジ走行レールの水平方向の変位を復元することを特徴とする燃料交換機。
4. 前記ベースプレートの側面に接触し、前記床の面に対して所定の強度を持って固定されたズレ止め部材をさらに有し、
   地震力により前記ズレ止め部材が前記床の面から離脱した時、あるいは前記ズレ止め部材が破損した時に、前記免震機構が作用することを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料交換機。

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