JP6482950B2 - 燃料デブリ取出し装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は原子力プラント内部の燃料デブリ取出し装置及び方法に関する。

本発明の背景技術として特許文献１がある。特許文献１（特開２０１３−１９８７５号公報）には、原子力プラントにおける核燃料物質の搬出方法が記載されている。具体的には、切削装置を有するボーリング装置を原子炉圧力容器内で炉心の上方に配置する。この切削装置は、下端部に内刃を取り付けた回転軸を外筒内に回転可能に取り付けて構成され、回転軸の周囲には螺旋状のスクリューが取り付けられ、外筒の下端にも外刃が設けられて構成されている。原子炉の炉心内に存在する溶融した核燃料物質を取り出すときには、切削装置の回転軸及び外筒はそれぞれ回転しながら下降し、旋回する内刃及び外刃によって炉心内の核燃料物質が切削される。この核燃料物質の切削屑は、外筒内に入って回転するスクリューによって外筒内を移送され、核燃料物質の切削屑は、さらに、回収物吐出口及び移送ダクトを通り、燃料キャスクに収納し、この燃料キャスクを搬出容器に収納して外部に搬出することが記載されている。

特許文献２（特開２０１３−２１７７０５号公報）には、原子力プラントにおける破損燃料取出し方法が記載されている。具体的には、原子炉圧力容器の底部に固化デブリが堆積した場合に、固化デブリに強酸を供給して、強酸により固化デブリ内の原子炉燃料を溶解させて液体化し、この液体化した反応生成物を取出し配管を通して原子炉圧力容器の外部に取出すことが記載されている。

特開２０１３−１９８７５号公報 特開２０１３−２１７７０５号公報

上記の特許文献１では、炉内構造物や燃料デブリを切削・破砕するための内刃や外刃を備えたボーリング装置、切削屑を搬出するための外筒内に入って回転するスクリュー等を備えており、燃料デブリの取り出しのためには様々な装置を用いる必要がある。

また特許文献２では強酸を用いて原子炉燃料を溶解させて液体化し、取り出す方法であり、これを実現するためにも様々な装置を用いる必要がある。また、強酸により原子炉燃料が必ずしも溶解するとは限らない。

そこで本発明は、簡易な装置にて燃料デブリ等を切断し取り出す装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、アクチュエータと、前記アクチュエータが設置された天秤と、前記天秤がワイヤにより吊り下げられて設置されるクレーンと、前記クレーンが回転可能に設置される環状レールと、前記環状レールが設けられた遮蔽付のプラットホームと、前記アクチュエータに取付けた切断手段により構成することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な装置にて燃料デブリ等を切断し取り出すことができる。

原子炉圧力容器上面にプラットホームを設置した状態を示す説明図である。 予めアクチュエータを取り付けた天秤をプラットホームに設置した概要構造を説明する図である。 プラットホームの概要構造を説明する図である。 プラットホームの概要構造を説明する図である。 天秤の概要構造を説明する図である。 原子炉圧力容器上面にプラットホームを設置した後にアクチュエータを取り付ける例を説明する図である。 ガイドパイプの概要構造を説明する図である。 ガイドパイプの概要構造を説明する図である。 ガイドパイプを通じてアクチュエータを天秤に取り付ける概要を説明する図である。 ガイドパイプを通じてアクチュエータを天秤に取り付ける概要を説明する図である。 袋水遮蔽を用いたガイドパイプを通じてアクチュエータを天秤に取り付ける概要を説明する図である。 袋水遮蔽の概要構造を説明する図である。 袋水遮蔽を用いたガイドパイプを通じてアクチュエータを天秤に取り付ける概要を説明する図である。 袋水遮蔽を用いたガイドパイプを通じてアクチュエータを天秤に取り付ける概要を説明する図である。 アクチュエータの先端で天秤を掴んで固定する概要を説明する図である。 アクチュエータを備えた天秤を原子炉圧力容器上面に設置した状態を示す説明図である。 原子炉圧力容器上面に設置した天秤にアクチュエータを取り付けた状態を示す説明図である。 プラットホームにアクチュエータを設置する概要を説明する図である。 プラットホームにアクチュエータを設置する概要を説明する図である。 プラットホームにアクチュエータを設置する概要を説明する図である。

以下、実施例を、図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施例に過ぎず、発明の内容は下記態様に限定されるものでないことは言うまでもない。

燃料デブリ取出し装置を図１及び図５を用いて説明する。

図１に示すように原子力プラントのオペレーションフロア５０に隔離ハウス５１を設けて、隔離ハウス５１内には空間Ａ５２が形成される。原子炉ウェル５３の真上に形成される空間Ａ５２には、天井クレーンＡ５４及びガイドレールＡ５５が配置される。天井クレーンＡ５４に取り付けられるワイヤ５７には掴み具Ａ５８が取り付けられる。空間Ａの底面を形成する板状の床部材５９が隔離ハウスの下端部に取り付けられる。床部材には、原子炉圧力容器２の内径と同じ大きさの開口部が形成されている。

隔離ハウス５１内の空間Ａ５２には隔離容器６０が設けられている。隔離容器６０が、原子炉ウェル５３の底部から上部の空間に亘って配置される（図１参照）。隔離容器６０の構成は上部円筒部材６１、中間円筒部材６２及び下部円筒部材６３を有し、上部円筒部材６１の上端が円板であるカバー部材６４で封鎖されている。下部円筒部材６３が原子炉ウェル５３内において支持梁部材６５上に設置される。中間円筒部材６２が、下部円筒部材６３の上端に置かれ、下部円筒部材６３に結合される。カバー部材６４で封鎖された上部円筒部材６１が、中間円筒部材６２の上端に置かれ、中間円筒部材６２に結合される。すなわち、隔離容器６０は３段構造の容器となっている。燃料デブリ取出し装置１６は、プラットホーム６、アクチュエータ３（筋肉ロボット）、天秤４、クレーン５に概略構成されている。

図２に燃料デブリ取出し装置１６の概要構造を説明する。（ａ）は燃料デブリ取出し装置１６の上方から見た図であり、（ｂ）は燃料デブリ取出し装置１６を側面から見た図である。図２に示すように燃料デブリ取出し装置１６は、圧力容器２の上面に設置されるプラットホーム６を有し、このプラットホーム６の中心部には開口部７及び遮蔽機能付蓋９を備えている。この開口部７は機材等の搬出入用に設けており、必ずしも必要なものではない。なお、プラットホーム６は遮蔽機能を有する材料で構成されており、炉心内部からの放射線を遮蔽する効果を有する。遮蔽機能付蓋９には取り外しが可能なようにフック取り付け部１０を有する。

プラットホーム６には回転用環状レール８を備えており、環状レールにはクレーン５が取り付けられている。クレーンが環状レール上を移動することで、クレーン５に取り付けられた天秤４を回転することができる。また、クレーン５は天秤４を吊下げており、必要に応じてクレーン５のワイヤの長さを調整することで天秤４を任意の高さの位置に設定することができる。すなわち、天秤は旋回と昇降が可能に構成されている。天秤４には予めアクチュエータ３（筋肉ロボット）が取り付けられている。

プラットホーム６の概略構造を図３及び図４にそれぞれ示す。図３及び図４の（ａ）はプラットホーム６を上方から見た図であり、（ｂ）はプラットホーム６を側面から見た図である。図４に示すように、遮蔽機能付蓋９に設けられているフック取り付け部１０を天井クレーン等により掴み解放することで（図４参照）機材等の搬出入を行う。

図５は天秤４の概要構造を説明する図である。（ａ）は天秤４を上方から見た図であり、（ｂ）は天秤４を側面から見た図である。天秤４はフック取り付け部１０を備えており、これによりクレーン５に吊下げることが可能となっている。また、天秤４には予めアクチュエータ３（筋肉ロボット）が取り付けられている。

実施例１における燃料デブリ取出し装置１６の取り扱い方法について説明する。まず事前準備として、原子炉ウェル５３の底部に隔離ハウス５１を設置して、隔離ハウス５１に上部円筒部材６１、中間円筒部材６２、下部円筒部材６３から構成される３段の隔離容器６０を設置する（ステップ１）。その後、ドライヤセパレータプール５６側からプラットホーム６を搬入する。プラットホーム６は図１で示す矢印（２）のルートを経由して搬入する。なお、プラットホーム６には予め、天秤４及びアクチュエータ３が取り付けられている（ステップ２）。搬入したプラットホーム６を圧力容器２の上面に設定する（ステップ３）。その後、プラットホーム６に設けられたクレーン６及びアクチュエータ３を操作してレーザ、カッター等の切断手段を用いて燃料デブリ１を切断し取出す。この際、プラットホーム６に設けた開口部７を通じて機材等の搬出入を行う（ステップ４）。

本実施例によれば、簡易な装置にて燃料デブリ等を切断し取り出すことが可能となる。

他の実施例について図６〜図１０を用いて説明する。なお、実施例１と同一構成の部位に関しては、説明を省略する。

実施例１では予めプラットホーム６に天秤４及びアクチュエータ３を取り付けたものを圧力容器２の上面に設置したが、本実施例ではプラットホーム６に天秤４のみ取り付けておき、これを圧力容器２の上面に設置し、その後、天秤４にアクチュエータ３を取り付ける点が異なっている。すなわち、取扱い方法においては（ステップ２）でのプラットホーム６の搬入の際には天秤４のみがプラットホーム６に設けられており、これを搬入する（ステップ２´）とプラットホーム６の設定（ステップ３）の後にクチュエータ３の取り付け（ステップ３−１）が追加されている点が大きく異なる。

原子炉圧力容器２上面にプラットホーム６を設置した後にアクチュエータ３を取り付ける詳細を図６〜図１０で説明する。図６（ａ）はプラットホーム６を上方から見た図であり、（ｂ）はプラットホーム６を側面から見た図である。プラットホーム６には装置を搬入する際のガイドとなるガイドパイプ１１、このガイドパイプ１１を固定するためのガイドパイプ固定用フランジ１２及び遮蔽機能付スライド扉１３を備えている。図７のガイドパイプ拡大部の状態では遮蔽機能付スライド扉１３が閉じられた状態であるが、図８に示すように遮蔽機能付スライド扉１３をスライドさせることで、アクチュエータ３をクレーンのワイヤ１５で吊下げて搬入することが可能となっている。

アクチュエータ３をガイドパイプ１１に搬入した状態を図９に示す。（ａ）は上方から見た図であり、（ｂ）は側面から見た図である。アクチュエータ３をガイドパイプ１１に搬入した後には、アクチュエータ３を天秤４に取り付ける。アクチュエータ３を天秤４に取り付けた状態を図１０に示す。（ａ）は上方から見た図であり、（ｂ）は側面から見た図である。

本実施例によれば、実施例１での効果に加えて、アクチュエータ３を後から取り付けるため、プラットホーム６と一緒に設置する場合には、アクチュエータ３の大きさに制限があるが、大型のアクチュエータ３でも用いることが可能となる。

他の実施例について図１１〜図１４を用いて説明する。なお、実施例１及び２と同一構成の部位に関しては、説明を省略する。

実施例２ではガイドパイプ１１に遮蔽機構付スライド扉１３を用いた例を説明したが、本実施例ではドーナツ型の袋水遮蔽４２を用いた点が異なる。すなわち、取扱い方法においてはアクチュエータ３の取り付け（ステップ３−１）が異なる。以下の実施例ではこの異なる点を中心に説明する。

図１２はドーナツ型の袋水遮蔽４２の概要構造であり（ａ）は上方から見た図であり、（ｂ）は側面から見た図である。円筒部４１の上端に複数のフック４６が設けられており、このフック４６をガイドパイプ１１の先端部に取り付ける。円筒４１の内側には袋水遮蔽４２が設けられており袋水遮蔽４２には給排水管４４が接続されており、別途設けたバルブ４５の操作により水４３を出し入れすることで、遮蔽機能を有する。袋水遮蔽４２に水を入れた状態の概要を図１１に示す。（ａ）は上方から見た図であり、（ｂ）は側面から見た図である。

実施例２でのクチュエータ３の取り付け（ステップ３−１）は、本実施例では図１３及び図１４のようになる（ステップ３−１´）。すなわち、中心部が空洞となった袋水遮蔽４２内部をアクチュエータ３を通過させて天秤にまで移動させる（図１３及び図１４参照）。その後、アクチュエータ３を天秤４に取り付けて、炉内構造物等を切断し取り出す。

本実施例によれば、実施例１や実施例２での効果に加えて、アクチュエータ３を設置する際により放射線の遮蔽効果が高いアクチュエータ設置方法とすることができる。

他の実施例について図１５を用いて説明する。なお、実施例１、２及び３と同一構成の部位に関しては、説明を省略する。

本実施例においては実施例２及び実施例３においてアクチュエータ３を天秤２に取り付けたが、本実施例ではアクチュエータ３の先端に設けられたアームにより直接天秤４を掴んでアクチュエータ３を固定する点が異なっている。

本実施例によれば、実施例１、実施例２及び実施例３での効果に加えて、アクチュエータ３を設置する際により簡便に設置することが可能となる。

他の実施例について図１６を用いて説明する。なお、実施例１、２、３及び４と同一構成の部位に関しては、説明を省略する。

実施例１乃至４ではプラットホーム６を用いてアクチュエータ３を原子炉圧力容器２の内部に設置していたが、本実施例ではプラットホーム６を用いずに天秤４のみを利用して設定する点が大きく異なる。図１６を用いて取り扱い方法の詳細を説明する。

実施例１と同様に事前準備として、原子炉ウェル５３の底部に隔離ハウス５１を設置して、隔離ハウス５１に上部円筒部材６１、中間円筒部材６２、下部円筒部材６３から構成される３段の隔離容器６０を設置する（ステップ１）。なお３段の隔離容器６０の内部には予め天秤４がクレーン５ａにより設けられている。天秤４にはアクチュエータ３が備え付けられている。その後、隔離容器６０の内部に設けられている袋水遮蔽（３段容器中段部）２２ａの水を一旦排出し、天秤４を圧力容器２の上面にまで下降させる（ステップ２´´）そして袋水遮蔽（３段容器中段部）２２ａに再度注水して遮蔽機能を持たせてから、天秤４を圧力容器２の上面に設定する（ステップ３´）。その後、天秤４に設けられたクレーン６及びアクチュエータ３を操作してレーザ、カッター等の切断手段を用いて燃料デブリ１を切断し取出す（ステップ４´）。

本実施例によれば簡易な装置にて燃料デブリ等を切断し取り出すことが可能となる。なお天秤４には炉心内部からの放射線を遮蔽する効果はないが、袋水遮蔽（３段容器中段部）２２ａがあるため遮蔽効果を有する。天秤４には遮蔽効果が不要なため装置が軽量となり、より装置の取り扱い性が向上する。

他の実施例について図１７を用いて説明する。なお、実施例１、２、３、４及び５と同一構成の部位に関しては、説明を省略する。

実施例５においては天秤４に予めアクチュエータ３を取り付けておいたが、本実施例では後から取り付ける点が異なる。以下、図１７を用いて詳細を説明する。

実施例１と同様に事前準備として、原子炉ウェル５３の底部に隔離ハウス５１を設置して、隔離ハウス５１に上部円筒部材６１、中間円筒部材６２、下部円筒部材６３から構成される３段の隔離容器６０を設置する（ステップ１）。なお３段の隔離容器６０の内部には予め天秤４がクレーン５ａにより設けられている。本実施例では天秤４にはアクチュエータ３は取り付けられていない。その後、隔離容器６０の内部に設けられている袋水遮蔽（３段容器下段部）２２ｂに水を注水して、袋水遮蔽（３段容器中段部）２２ａを排水する。アクチュエータ３をオペフロ側搬出入エアロック２１aからスライド式台車２２にて隔離容器６０内に搬入し、天秤４に設置する（ステップ２−１）。アクチュエータ３の設置後、天秤４を３段の隔離容器６０に設置されているクレーン５ａにて圧力容器２内に設定する（ステップ３´´）。なお天秤４を設定した後には袋水遮蔽（３段容器中段部）２２ａに注水、袋水遮蔽（３段容器下段部）２２ｂを排水する。その後、天秤４に設けられたクレーン６及びアクチュエータ３を操作してレーザ、カッター等の切断手段を用いて燃料デブリ１を切断し取出す（ステップ４´）。

本実施例によれば、簡易な装置にて燃料デブリ等を切断し取り出すことが可能となる。また、アクチュエータ３を後から設置するため、天秤４と一緒に設置する場合には、アクチュエータ３の大きさに制限があるが、大型のアクチュエータ３でも用いることが可能となる。また、天秤４のみ用いるため装置が軽量となり、より装置の取り扱い性が向上する。

他の実施例について図１８〜図２０を用いて説明する。なお、実施例１、２、３、４、５及び６と同一構成の部位に関しては、説明を省略する。

これまでの実施例ではプラットホーム６と天秤４の組み合わせ、天秤４のみの利用であったが、本実施例ではプラットホーム６のみ用いる点が異なる。以下、図１８〜図２０を用いて説明する。

実施例１と同様に事前準備として、原子炉ウェル５３の底部に隔離ハウス５１を設置して、隔離ハウス５１に上部円筒部材６１、中間円筒部材６２、下部円筒部材６３から構成される３段の隔離容器６０を設置する（ステップ１）。プラットホーム６のみ隔離容器６０に搬入する（ステップ２´´´）。プラットホーム６を圧力容器２の上面に設置する（ステップ３´´´）。その後、ガイドパイプ１１を通じてアクチュエータ３をプラットホーム６に設けられているクレーン６に取り付ける（ステップ３−１´´）。図１８はアクチュエータ３をガイドパイプ１１に搬入する前の概要図であり、図１９はアクチュエータ３をガイドパイプ１１に挿入している状態である。図２０に示すように搬入後はアクチュエータ３のアームによりクレーンを把持することでアクチュエータ３を固定する。その後、プラットホーム６に設けられたクレーン６及びアクチュエータ３を操作してレーザ、カッター等の切断手段を用いて燃料デブリ１を切断し取出す（ステップ４´´）。

本実施例によれば、簡易な装置にて燃料デブリ等を切断し取り出すことが可能となる。また天秤４を使用せず装置の軽量化が図れる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：燃料デブリ
２：圧力容器
３：アクチュエータ
４：天秤
５：クレーン
５ａ：クレーン
６：プラットホーム
７：開口部
８：回転用環状レール
９：遮蔽機能付蓋
１０：フック取り付け部
１１：ガイドパイプ
１２：ガイドパイプ固定用フランジ
１３：遮蔽機能付スライド扉
１４：スライド扉用レール
１５：ワイヤ
１６：燃料デブリ取出し装置
２１ａ：オペフロ側搬出入エアロック
２１ｂ：ＤＳＰ側搬出入エアロック
２２：スライド式台車
２２ａ：袋水遮蔽（３段容器中段部）
２２ｂ：袋水遮蔽（３段容器下段部）
４１：円筒
４２：袋水遮蔽
４３：水
４４：給排水管
４５：バルブ
４６：フック
５０：オペレーションフロア
５１：隔離ハウス
５２：空間Ａ
５３：原子炉ウェル
５４：天井クレーンＡ
５５：ガイドレールＡ
５６：ドライヤセパレータプール
５７：ワイヤＡ
５８：掴み具Ａ
５９：床部材
６０：隔離容器
６１：上部円筒部材
６２：中間円筒部材
６３：下部円筒部材
６４：カバー部材
６５：支持梁部材

Claims (6)

1. アクチュエータと、
   前記アクチュエータが設置された天秤と、
   前記天秤がワイヤにより吊り下げられて設置されるクレーンと、
   前記クレーンが回転可能に設置される環状レールと、
   前記環状レールが設けられた遮蔽付のプラットホームと、
   前記アクチュエータに取付けた切断手段を有する燃料デブリ取出し装置。
2. 請求項１に記載の燃料デブリ取出し装置において、
   前記天秤は旋回および昇降運動か可能な燃料デブリ取出し装置。
3. 請求項２に記載の燃料デブリ取出し装置において、
   前記プラットホームには開口部を有し、
   前記開口部にはガイドパイプを備え、
   前記開口部にはスライド扉を備える燃料デブリ取出し装置。
4. 請求項２に記載の燃料デブリ取出し装置において、
   前記プラットホームには開口部を有し、
   前記開口部にはガイドパイプを備え、
   前記開口部には中心部に空洞を備えたドーナツ型の袋水遮蔽を備える燃料デブリ取出し装置。
5. 原子力プラントの原子炉ウェルの底部に隔離ハウスを設置し、
   前記隔離ハウス内部に上部円筒部材、中間円筒部材及び下部円筒部材から構成される隔離容器を設置し、
   アクチュエータと、前記アクチュエータが予め設置された天秤と、前記天秤を設けた遮蔽付のプラットホームと、前記アクチュエータに取付けた切断手段を有する燃料デブリ取出し装置を前記隔離容器内であって圧力容器の上面に設置し、
   前記プラットホームに設けられたアクチュエータを操作して切断手段を用いて炉内構造物を切断し取出す燃料デブリ取出し方法。
6. 原子力プラントの原子炉ウェルの底部に隔離ハウスを設置し、
   前記隔離ハウス内部に上部円筒部材、中間円筒部材及び下部円筒部材から構成される隔離容器を設置し、
   遮蔽付のプラットホームを前記隔離容器内であって圧力容器の上面に設置し、
   前記プラットホームに切断手段を有するアクチュエータを取り付け、
   前記プラットホームに設けられたアクチュエータを操作して切断手段を用いて炉内構造物を切断し取出す燃料デブリ取出し方法。

Images