JP6416788B2 - 核燃料集合体取扱装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照によって本明細書の一部となり、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき「Ｒｅｔｒａｃｔｉｎｇ ＦｉｎｇｅｒＳｐｅｎｔ Ｆｕｅｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｔｏｏｌ」と題する２０１３年１月２４日に出願された仮特許出願第６１／７５６，１３６号に対する優先権を主張する２０１３年３月１５日に出願された「ＮｕｃｌｅａｒＦｕｅｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」と題する米国特許出願第１３／７８５，４４８号の利益を主張する。

本発明は、広くは原子力発電施設内での核燃料集合体の輸送に用いる機器に関し、より詳細には、燃料集合体の上部ノズルを掴むために当該機器の位置を調整している時その一部が上部ノズルの構成部材に絡まないようにする機器に関する。

原子力発電プラントの燃料集合体のタイプの１つは、正方配列された複数の燃料要素または燃料棒から構成される。典型的な加圧水型原子炉の場合、各燃料集合体内におよそ２００〜３００本程度の細長い燃料棒がある。燃料集合体の両端部にはそれぞれ、冷却材（一般には水）の流れを導く上部ノズルと下部ノズルがある。燃料棒の間には、ところどころに、中空の管（シンブル）が配置されており、その中に制御棒が挿入される。制御棒は中性子吸収材を内包し、核反応の制御を助けるために複数の案内シンブル内を出し入れされる。燃料集合体は、中央部に計装管も内包しており、原子炉運転時この計装管に炉内計装装置を挿入できる。案内シンブルと計装管は、上部ノズルと下部ノズルの間に延びている。上部ノズルと下部ノズルの間には、燃料棒を側方に支持するために複数のグリッドスペーサが間隔を開けて設けられている。上部ノズルは、燃料集合体の上端部にあって、案内シンブルの一方の端部に接続され、案内シンブルのもう一方の端部が下部ノズルに接続されているため、燃料集合体全体の荷重が下部ノズルにかかることになり、燃料集合体の重量が案内シンブルを通して上部ノズルに伝達される。燃料集合体の上部ノズルと下部ノズルは、運転中に冷却材が集合体内を流れ易くするような形状を有する。この形状のため、燃料集合体が上部ノズルによって持ち上げられると、燃料棒の重量は、同燃料棒によってではなく、案内シンブルによって支持される。

典型的な燃料集合体は平衡炉心において３回の運転サイクルを経験した後、当該原子炉から取り出され、水中を燃料取替キヤナルを通って原子炉格納容器の外側にある離れた使用済燃料建屋内の使用済燃料プールへ輸送される。

燃料集合体を取り扱う際、原子炉の上蓋および上部炉心構造物を撤去した後に燃料取替マストまたは他の天井クレーンなどの固定治具を原子炉の上方に位置決めし、燃料集合体の上部ノズルに接続する。次に、燃料集合体を、燃料交換機によって炉心から吊り上げ、水中を原子炉容器の上方にある格納容器内の冠水区域を通って燃料集合体輸送カートに移送する。輸送カートは、燃料集合体が使用済燃料プールにつながる燃料取替キヤナルを通過できるように、同燃料集合体を水平に移動させる。使用済燃料建屋内にある別の燃料取扱機が、燃料集合体を直立させ、使用済燃料プール内のラックの中の適切な位置に運ぶ。

前記のような或る特定の形式の燃料集合体用として製造された既存設計の使用済燃料集合体取扱工具には、その頂部ヘッドの下方の決まった高さに掴みフィンガがある。このような掴みフィンガは、アクチュエータを昇降させることによりラッチ位置とラッチ解除位置の間で枢動する。この型の工具は、作業員が燃料集合体の上に降下させて上部ノズルの上に載せる必要がある。既存の工具には、熟練した技術者が上部ノズル上の２つの位置決め用「Ｓホール」の中に挿入しなければならない２つの位置決め用「Ｓピン」が組み込まれている。万一これらのピンのＳホールへの位置決めが不正確であれば、工具を降ろすと、掴みフィンガが上部ノズル押えばねに接触したり、そのばねに絡んだりする可能性がある。このように掴みフィンガが絡むと、押えばねによりロックされ、元に戻すのに一苦労することがある。２０１２年の春、燃料交換機の掴み装置が燃料集合体の上に降ろされ、掴みフィンガが上部ノズルに絡んで、掴み装置が動かなくなり、燃料交換のための運転停止期間が７日間延びたことがあった。２０１２年秋には、燃料集合体の上に降ろされた使用済燃料工具が掴みフィンガが上部ノズルに絡んだことにより動かなくなり、１８時間の遅れが生じたことがあった。

燃料交換作業は普通、比較的高い費用で代替電力を購入しなければならない運転停止期間のクリティカルパスを決定する。燃料交換プロセスを遅らせることは可能な限り避けるべきである。

したがって、本発明の目的は、上部ノズルの部品に引っ掛かって悪影響を及ぼすようなことがない設計の燃料取扱工具を提供することである。

また、本発明の別の目的は、操作が簡単な設計の工具を提供することである。

上記およびその他の目的は、天井クレーンまたは他のホイストに接続されるように構成された吊具を有する燃料集合体取扱工具によって達成される。吊具には、それによって自在に支持されるように吊具プレートが接続されている。上端部を吊具プレートから自在に支持された工具本体は、吊具プレートからその下端部へ延びており、上端部と下端部の間の長さは燃料集合体の上部ノズルにアクセスするのに適合している。工具本体の下端部に接続された工具ヘッドは、燃料集合体の上部ノズルに接触するかその上に載った状態で、掴み装置を、上部ノズルに接触しない引込み位置に収納する大きさを有している。掴み装置は、クレーンまたは他のホイストが吊具を吊り上げると、引込み位置から、燃料集合体を支持するために上部ノズルの一部を掴む延伸位置へ延伸するように作動可能である。吊具プレートからアクセス可能なアクチュエータは、掴み装置を延伸位置へ延伸させるか、引込み位置へ引込めるように作動可能であるのが好ましい。

一実施態様において、掴み装置は、アクチュエータを直線的に昇降させることにより、引込み位置または延伸位置へ移動される。この種の実施態様において、掴み装置は、アクチュエータが降ろされると、燃料集合体を完全に掴む。掴み装置は、引込み位置および延伸位置で確実にロック状態になるのが望ましい。別の実施態様において、燃料集合体取扱工具は、工具ヘッドと燃料集合体上部ノズルの位置を合わせるために工具ヘッドから下方に延びる案内ピンを含む。

本発明の詳細を、好ましい実施態様を例にとり、添付の図面を参照して以下に説明する。

本発明の取扱工具が役に立つ燃料集合体の部分断面正面図であり、明瞭化のために燃料集合体の一部を省略し縦方向に短縮して示す。

本発明の燃料集合体取扱工具の一実施態様の斜視図であり、吊具、アクチュエーターハンドル、本体および工具ヘッドを、本体については縦方向に短縮して示す。

図２に示す燃料集合体取扱工具の横断面図である。

図３に示す工具ヘッドの拡大断面図である。

掴みフィンガが引込んだ状態の工具ヘッドの斜視図である。

掴みフィンガが延伸位置にある工具ヘッドの斜視図である。

図面、特に図１を参照して、加圧水型原子炉で用いられる核燃料集合体が、縦方向に短縮され、参照符号１０で総括表示された正面図である。燃料集合体１０は、下端部に下部ノズル１２を含む構造体である。燃料集合体１０の運転寿命の間、下部ノズル１２は、原子炉（図示せず）の炉心領域において下部炉心支持板１４の上で同燃料集合体１０を支持する。燃料集合体１０の構造体は、下部ノズル１２に加えて、上端部の上部ノズル１６、および下部ノズル１２と上部ノズル１６との間を縦方向に延び、両端部で剛性的に固着された多数の案内管またはシンブル１８も含む。

燃料集合体１０はさらに、軸方向に間隔を開けて案内シンブル１８に取り付けられた複数の横方向グリッド２０、および同グリッド２０によって横方向に離隔して支持される整然とした配列の細長い燃料棒２２を含む。燃料集合体１０はまた、中心部において、下部ノズル１２と上部ノズル１６との間を延び、それぞれのノズルに取り付けられる炉内計装案内管２４を有する。このような部品の配置構成により、燃料集合体１０は、使い勝手がよく、組立体に損傷を与えることのない一体型の装置を形成する。

上記の通り、燃料集合体１０内に配列される燃料棒２２は、同燃料集合体の長手方向に間隔を置いて配置されるグリッド２０により保持される。各燃料棒２２は、核燃料ペレット２６を含み、上部端栓２８と下部端栓３０によりその両端部を密封される。ペレット２６は積み重ねた状態に維持されるが、それはその頂部と、上部端栓２８との間にプレナムばね３２を配置することにより行う。核分裂性物質から成るペレット２６は、原子炉の核反応によるエネルギーを生み出す元である。水やホウ素含有水などの液体減速材／冷却材は、下部炉心支持板１４の開口部４２を通って燃料集合体１０へ上向きに圧送される。燃料集合体１０の下部ノズル１２は、内部で発生する熱を抽出して有用な仕事を行わせるために、冷却材を同集合体の燃料棒２２に沿って上向きに通過させる。冷却材は、燃料集合体の上方にある上部炉心板（図示せず）の開口部を通って炉心を出る。上部ノズル１６から上方に延びる押えばね４０は、上部炉心板の下面に当接して、燃料集合体を押さえるように働き、流動する冷却材による上向きの力に対抗する。

核分裂プロセスを制御するために、多数の制御棒３４を、燃料集合体１０内のあらかじめ定められた位置にある案内シンブル１８内で上下に動かすことができる。具体的には、上部ノズル１６の上方に位置する制御棒クラスタ制御機構３６が制御棒３４を支持する。この制御機構は、内側にねじが切られた円柱状部材３７を有し、この部材に駆動軸（図示せず）と複数の半径方向に延びる錨爪またはアーム３８とが接続されている。各アーム３８は１本の制御棒３４に接続され、制御機構３６が、すべて周知の態様で、制御棒を案内シンブル１８内で上下に動かすことにより、燃料集合体１０内の核分裂プロセスを制御できるようになっている。

この種の原子炉の燃料を交換するために、原子炉の上方の燃料取替えエリアを水で満たし、原子炉の上蓋と、上部炉心板を含む上部炉心構造物を取り外して、燃料集合体を露出させる。続いて、燃料交換機を降ろし、作動して燃料集合体の上部ノズル１６に連結させ、上部リップ４４を掴ませる。図２は、上部ノズルの押えばね４０または他の部品に吊上げ機構の掴みフィンガが絡む危険性を伴うことなく、燃料集合体を連結して、吊り上げるための、本発明の原理を採り入れた燃料交換機の一実施態様を示す。図２に示す燃料集合体取扱工具４６は基本的に、同工具の残りの部分を支持する吊具プレート６０に接続された吊具４８を含む。吊具４８は、取扱工具４６を昇降させる天井クレーン上のフックに接続されるよう設計される。取扱工具４６は、吊具４８および吊具プレート６０に加えて、同工具の掴み部を作動するために昇降させるハンドル５２、ハンドルを「係合」位置と「解放」位置にそれぞれロックするための機構６２、細長い筒状の工具本体５４および工具ヘッド５６を含む。工具ヘッドの下部から延びる位置決めピン５８は、燃料集合体１０の上部ノズル１６の上面の対応する開口部に挿入されるよう設計される。この実施態様の工具ヘッド５６には４本の掴みフィンガ６４があるが、そのうち３本は図３と図４で確認できる。また、図６の斜視図では、４本の掴みフィンガがすべて示されている。ただし、使用する掴みフィンガの数がいくつでもよいことを理解するべきである。本発明に従うと、掴みフィンガ６４は、図５に示す「解放」または「ラッチ解除」位置にある場合、工具ヘッド５６の内部の保管位置に引込んでいる。掴みフィンガ６４は、作動されると、降下し定位置に回転して、「係合」または「ラッチ」位置を占める。この工具は、工具ハンドル５２に単一の直線運動を与えると作動される。

図３に示す断面図からわかるように、本工具の吊具４８、筒状の工具本体５４および工具ヘッドのフレーム５６はすべて互いに溶接されるかまたはボルトにより固定されている。ハンドル５２は、工具本体５４の内部で滑動可能であり、実質的に同工具の全長にわたって延びる作動ロッドにピンで止められている。作動ロッド５０は、下端部でアクチュエータ６６に取り付けられているが、これは図４の方がよくわかる。アクチュエータ６６は、４つの「キャリア」６８に接続されている。フィンガ６４は、対応する当該キャリア６８にそれぞれ７０で示すところでピン留めされているが、回転可能である。各フィンガ６４は、カムスロット７４の中を動くローブ７２を有する。ハンドル５２を引き上げると、このハンドルに作動ロッド５０が結合されているため、アクチュエータ６６、４個のキャリア６８および４個のフィンガ６４が上昇する。ハンドル５２を引き上げることによりフィンガ６４が上昇すると、各フィンガのローブ７２がカムスロットの中で移動するため、フィンガはカムスロットの輪郭によって決定される特定の方向に回転する。図４に示す図では、工具は「係合」位置にある。ハンドル５２を引き上げると、フィンガ６４はわずかに上昇するが、最初の０．５インチほど移動する間に約１０度回転する。ハンドルを引き続き上昇させると、カムスロットは前記位置から垂直上方に延びているため、掴みフィンガが垂直に上昇する。前述した通り、図５は、フィンガ６４が工具ヘッドハウジング７６の中に完全に引込んだ、完全「解放」状態の工具ヘッド５６を示す。図６では、フィンガ６４は完全に延伸した「係合」位置にある。

本発明を、４つのフィンガを使用し、解放位置及び係合位置を、工具ハンドルに単一の直線運動を与えて、掴みフィンガを工具ヘッドハウジング内に完全に引込めるかハウジングから完全に延伸させることにより実現する実施態様について説明したが、上記の段階が任意の数の掴み装置により別々に実施されるような他の構成も考慮されている。

本発明の特定の実施態様について詳しく説明してきたが、当業者は、本開示書全体の教示するところに照らして、これら詳述した実施態様に対する種々の変更および代替への展開が可能である。したがって、ここに開示した特定の実施態様は説明目的だけのものであり、本発明の範囲を何らも制約せず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載の全範囲およびその全ての均等物である。

Claims (6)

1. クレーンまたは他のホイストに接続されるように構成された吊具、
   当該吊具によって自在に支持されるように当該吊具に接続された吊具プレート、
   上端部を当該吊具プレートから自在に支持されて、前記吊具プレートから下端部へ延びており、上端部と下端部の間の長さが燃料集合体の上部ノズルにアクセスするのに適合している工具本体、および
   当該工具本体の下端部に接続された工具ヘッドから成り、
   当該工具ヘッドは、燃料集合体の上部ノズルに接触するかその上に載った状態で、放射状に外側に向かって延びる複数のフィンガを有する掴み装置を、当該複数のフィンガが上部ノズルの上方にあって、且つ当該上部ノズルに接触しない引込み位置に収納する大きさを有し、
   当該掴み装置は、クレーンまたは他のホイストが前記吊具を吊り上げると、アクチュエータを介して、前記放射状に外側に向かって延びる複数のフィンガを前記引込み位置から所定の行程だけ真っ直ぐ下方に移動させることにより、燃料集合体を支持するために上部ノズルの一部を掴む延伸位置へ延伸させ、当該下方への延伸の最後の部分では前記フィンガが外方に枢動するように作動可能であり、当該燃料集合体を解放するときは、作業員の監督の下、当該所定の行程を逆行可能であり、前記複数のフィンガは、各々がその上端部から突出して横方向に延びるローブを有しており、
   前記掴み装置は更に、
   前記アクチュエータに接続され、前記アクチュエータによって昇降されるキャリアであって、前記ローブに枢動自在に接続されているキャリア、および
   前記フィンガの上端部の横方向に延びるローブが載る、前記工具ヘッドに設けられたカムスロットを含み、
   前記キャリアが前記アクチュエータによって昇降されると前記フィンガが枢動し且つ昇降し、前記アクチュエータが降下されると、前記カムスロットに載る前記ローブによって前記フィンガが先ず降下し、次いで前記ローブの前記カムスロットでの行程の下方部分において前記ローブにより前記フィンガが枢動する
   ことを特徴とする燃料集合体取扱工具。
   
2. 前記アクチュエータは前記吊具プレートからアクセス可能であり、前記掴み装置を延伸位置または引込み位置へ作動することができる、請求項１の燃料集合体取扱工具。
3. 前記アクチュエータを直線的に昇降させることにより、前記掴み装置が引込み位置または延伸位置へ移動される、請求項２の燃料集合体取扱工具。
4. 前記アクチュエータが降ろされると、前記掴み装置が燃料集合体を完全に掴む、請求項３の燃料集合体取扱工具。
5. 前記掴み装置が引込み位置および延伸位置に確実にロックされる、請求項２の燃料集合体取扱工具。
6. 前記工具ヘッドと燃料集合体上部ノズルの位置を合わせるために前記工具ヘッドから下方に延びる案内ピンを含む、請求項１の燃料集合体取扱工具。