JP6726144B2

JP6726144B2 - 燃料取扱装置、燃料取扱装置を備える原子炉

Info

Publication number: JP6726144B2
Application number: JP2017171783A
Authority: JP
Inventors: 真士長野; 典燦李; 国彦岩間; 健中野; 瞬花田; 浩史仲道
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2037-09-07
Also published as: JP2019045443A

Description

本発明は、原子力プラント設備に係わり、特に、燃料集合体を移送する燃料取扱装置に関する。

原子力発電所などの原子力プラントにおいては、定期的に実施される定期検査に際して原子炉内の燃料の取替作業が行なわれる。この燃料取替作業としては、原子炉の上蓋を開放して、原子炉内に多数装荷してある燃料集合体に対しその燃焼程度による原子炉内での位置替えと、使用済み燃料として原子炉外への取出し、及び新規燃料の原子炉内への搬入作業がある。

この定期検査に際して実施される原子炉における燃料集合体の取替作業は、多数の燃料集合体に対して原子炉と使用済燃料プールに共通した１基の燃料交換機により行われることから、長時間を要して定期検査期間が長くなるため、定期検査期間を短縮する観点から燃料取替作業の更なる効率化が求められている。

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「横行台車から吊り下げられた多段伸縮式マストを、上側マスト部及び下側マスト部による上下２部構成とし、上側マスト部は、下側マスト部をガイドすることにより燃料掴み具を昇降させる原子炉燃料取替装置」が開示されている。

また、特許文献２には「径の異なる複数の中空円筒を同心状に配置して伸縮自在に構成したマストを介して原子力燃料を吊上げる原子力燃料取扱装置において、マストの円筒の継目部にマストの伸縮に伴う衝撃を緩和する緩衝材を設けた原子力燃料取扱装置」が開示されている。

また、特許文献３には「複数の管状部材が互いに伸縮動自在に組み合わされた伸縮管と、前記伸縮管の下端に設けられている原子炉用の燃料集合体を掴む燃料掴み具と、前記管状部材に回転自在に設置した回転体と、ある前記管状部材の内側で隣接する第１の前記管状部材と、同じく外側で隣接する第２の前記管状部材との両管状部材との間に、前記ある管状部材に設置された前記回転体を経由して掛け渡した可撓性を有する第１の引張部材と、伸縮動作する前記管状部材の内の何れかに掛け渡された可撓性を有する第２の引張部材と、前記第２の引張部材を巻き取る駆動装置と、を備えた燃料掴み装置」が開示されている。

特開２００４−２４５７２８号公報特開２００１−１３２９０号公報特開２００７−１０５３２号公報

上記特許文献１から３における燃料集合体の昇降手段は、いずれも径の異なる複数のマストのうち、隣接するマスト同士がマスト端部で接触し、荷重を預けることにより先端１本のマストに接続したワイヤロープを揚重することで、すべてのマストを伸縮させる構造を有している。

これらの構造では、マストの昇降においてマスト端部に接触部があるため、接触部の損傷を回避するためには、マスト端部近傍の昇降速度を減速させ、接触部の衝撃力を低減させることが有効な手段である。

このため、燃料集合体の昇降動作を行う時には、複数のマスト端部近傍で減速を行うこととなり、一定の速度で燃料集合体の昇降動作を行う場合に比較し、燃料集合体の昇降時間が長く必要となる。そのため、現状の燃料交換作業時間、及び燃料交換作業を行う原子炉定期検査期間は、この昇降動作の減速を見込んだ時間で計画する必要がある。

そこで、本発明の目的は、燃料集合体の搬入出を行う燃料取扱装置において、昇降時の減速動作を必要とせず、燃料交換作業時間の短縮が可能な燃料取扱装置とそれを備えた原子炉を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、燃料集合体の搬入出を行う燃料取扱装置であって、走行レール上を走行する走行台車と、前記走行台車上を横行可能に設けられた横行台車と、前記横行台車に設けられ、前記燃料集合体を昇降させる昇降手段と、前記昇降手段を駆動する駆動装置と、を備え、前記昇降手段は、複数の節と、前記複数の節同士を回動可能に連結する複数の関節を有し、伸縮可能に構成され、前記昇降手段は、前記横行台車から懸垂支持された管と、前記燃料集合体を吊持するつかみ機構と、前記つかみ機構の一端に設けられた角型断面軸を介して、当該つかみ機構をスライド動作可能に保持する台と、備え、前記複数の節と前記複数の関節は、前記管と前記台とを連結することを特徴とする。

また、本発明は、上記の燃料取扱装置を備える原子炉であって、前記燃料取扱装置は、燃料貯蔵プールおよび原子炉圧力容器上を跨ぐように設置され、前記燃料貯蔵プールおよび前記原子炉圧力容器間において、前記燃料集合体を移送することを特徴とする。

本発明によれば、燃料集合体の搬入出を行う燃料取扱装置において、昇降時の減速動作が不要となり、燃料交換作業時間を短縮することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る燃料取扱装置の全体概要を示す構成図である。従来の燃料つかみ装置と燃料集合体の取合いを示す図である。本発明の一実施形態（実施例１）に係る燃料つかみ装置を示す構成図である。本発明の一実施形態（実施例２）に係る燃料つかみ装置を示す構成図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

図１から図３を参照して、実施例１の燃料取扱装置とそれを備えた原子炉について説明する。図１は本実施例の燃料取扱装置の全体概要を示す構成図である。図２は比較のために示す従来の燃料つかみ装置と燃料集合体の取合いを示す図である。図３は本実施例の燃料つかみ装置を示しており、図１における燃料つかみ装置１１及びつかみ機構１２の拡大図である。

図１に示すように、原子力発電所に設置される沸騰水型原子炉では、燃料取扱装置１を用いて原子炉圧力容器２内の燃料集合体（図示せず）の装荷又は取替え作業を行っている。この作業は、使用済み燃料集合体を原子炉圧力容器２の外部に取り出し、原子炉圧力容器２に隣接する燃料貯蔵プール４側に移動する作業や、新しい燃料集合体を原子炉圧力容器２内に装荷する作業であり、この作業と合わせて炉心内において燃焼度のばらつきがある燃料集合体の配置換えを行うようにしている。

燃料取扱装置１は、燃料貯蔵プール４、原子炉ウェルプール５、原子炉圧力容器２上を跨ぐように設置され、オペレーティングフロア６上に敷設された走行レール７上を自在に走行可能な走行台車８と走行台車８上に設置された横行レール９上を自在に横行可能な横行台車１０を有し、原子炉ウェルプール５下方に位置する原子炉圧力容器２の炉心部に配置された燃料集合体を横行台車１０から懸垂支持した燃料つかみ装置１１の下部先端のつかみ機構１２でつかみ、燃料つかみ装置１１を引き上げた状態で、走行、横行し、他の配置位置や燃料貯蔵プール４の使用済燃料貯蔵ラック内（図示せず）へ燃料集合体を移送し、つかみ機構１２から離すように動作する。

ここで、本実施例の燃料取扱装置の構成を分かり易くするために、比較例として従来の燃料取扱装置（燃料つかみ装置）について図２を用いて説明する。図２に示すように、従来の燃料つかみ装置１１は径の異なる複数のマスト（ここでは、３本のマスト（伸縮管）２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）をテレスコピック式に設けて伸縮自在として燃料取扱装置１に設置され、揚重機（図示せず）によりワイヤロープ２４ａ，２４ｂを介して昇降自在に懸垂支持されている。

燃料集合体３は、燃料ラック２６に複数の燃料棒２７を装填して構成されており、上部にはコの字型の燃料ハンドル２８が設けられている。燃料つかみ装置１１の先端のつかみ機構１２はフック２５を備えており、このフック２５を燃料ハンドル２８に引っ掛ける（吊持する）フック構造になっている。

図２に示す従来の燃料取扱装置（燃料つかみ装置）は、上述したように、ワイヤロープ２４ａ，２４ｂを揚重することでマスト（伸縮管）２３ａ，２３ｂ，２３ｃを伸縮させる構造となっており、マストの昇降時、すなわち燃料集合体３の昇降動作時には、マスト端部の接触部の損傷を回避するため、マスト端部近傍の昇降速度を減速させる必要がある。

次に、図３を用いて、本実施例の燃料取扱装置の燃料つかみ装置１１及びつかみ機構１２について説明する。なお、図３において、左図は燃料つかみ装置１１及びつかみ機構１２を横方向（水平方向）から見た状態を示しており、Ａ−Ａ’部、Ｂ−Ｂ’部、Ｃ−Ｃ’部の各部におけるそれぞれの断面構造を右図に示す。

本実施例の燃料つかみ装置１１は、昇降手段として図３に示すように、横行台車１０から懸垂支持された管１９と、複数の節１３と、管１９と節１３、節１３と節１３（節１３同士）、節１３と後述する台１６とを昇降方向（上下方向）の回転を自由にするように接続する（回動可能に接続する）複数の関節１４と、節１３の最下部に設けられ、揚重機（図示せず）から吊り降ろされたワイヤロープ１５ａ（第１のワイヤロープ）を接続する台１６から構成されている。

また、つかみ機構１２は、台１６に設けられた角型の貫通口を、つかみ機構１２の角型断面軸１７がスライド動作可能なように貫通し、つかみ機構１２の角型断面軸１７の上端に設けられたブロック１８と揚重機（図示せず）から吊り降ろされたワイヤロープ１５ｂ（第２のワイヤロープ）が接続されて構成されている。

横行台車１０に設置された揚重機（図示せず）により、ワイヤロープ１５ａ（第１のワイヤロープ）と１５ｂ（第２のワイヤロープ）を巻上げ、巻下げることにより、台１６とつかみ機構１２が同時に昇降方向（上下方向）に移動する。なお、ワイヤロープ１５ａ（第１のワイヤロープ）と１５ｂ（第２のワイヤロープ）は揚重機により互いに独立して巻上げ・巻下げが可能であるように構成されている。

巻下げ時は、台１６が鉛直下方に下げられると、台１６の自重によって節１３が牽引され、関節１４が節１３同士を開く方向に回転し、燃料つかみ装置１１の全長が延伸した状態となる。

反対に、巻上げ時には、台１６に取り付けられた回転角制限板２０が、台１６に対して最下端の節１３の回転を固定し、台１６をワイヤロープ１５ａ（第１のワイヤロープ）で引き上げることにより、台１６が最下端の節１３よりも上方に位置する各節１３及び各関節１４の荷重を支持しながら、上方に移動する。この際、関節１４が節１３同士を閉じる方向に回転し、節１３同士が折りたたまれた状態となる。

以上説明したように、本実施例の燃料取扱装置によれば、複数のマスト（伸縮管）を用いない機構により、マスト端部の接触部を有さずに伸縮可能な構成とすることができ、図２に示すような従来構造の燃料取扱装置（燃料つかみ装置１１）の強度を担保するために実施している昇降時の減速動作が不要となり、原子炉圧力容器２や燃料貯蔵プール４への燃料集合体３の搬入出作業時間（燃料交換作業時間）を短縮することができる。

なお、燃料集合体３を把持するつかみ機構１２は、燃料移送中に燃料集合体３を鉛直軸心方向に回転させる必要がある。この動作に対しては、管１９を鉛直軸心方向に回転させることで、管１９に接続された節１３と節１３に接続された台１６を介して角型断面軸１７が回転させられ、つかみ機構１２を鉛直軸心方向に回転させることができる。

例えば、図３に示すように、管１９に取手２１を設け、手動操作或いは図示しない駆動手段により取手２１を介して管１９を回転させることで、つかみ機構１２を回転させることも可能である。

図４を参照して、実施例２の燃料取扱装置について説明する。図４は本実施例の燃料つかみ装置を示しており、図１における燃料つかみ装置１１及びつかみ機構１２の拡大図である。なお、図３と同様に、図４において、左図は燃料つかみ装置１１及びつかみ機構１２を横方向（水平方向）から見た状態を示しており、Ｄ−Ｄ’部、Ｅ−Ｅ’部、Ｆ−Ｆ’部の各部におけるそれぞれの断面構造を右図に示す。

本実施例の燃料つかみ装置１１は、図４に示すように、節１３と関節１４の構成が実施例１と異なっている。本実施例では、管１９と台１６をつなぐ複数の節１３と複数の関節１４からなる経路が、台１６を挟んで片側２経路を有し、また互いの（台１６を挟んで向かい合う）経路の節１３同士が交差する部分を回転自由（回動可能）に連結（固定）するピン２２を備えている。

本実施例においても、実施例１と同様に、図２の従来構造のような上昇および下降時に接触させて荷重を伝達させる部品（複数のマスト）が無いため、上昇及び下降時の衝突回避のための減速動作が不要となる。

図４に示す本実施例の構成では、実施例１（図３）の構成に比べて構成部品（部品数）は増加するが、台１６が左右から支持されることとなり、台１６の平面位置方向（水平方向）の安定性が保たれ、つかみ機構１２の位置決め精度が実施例１の構成よりも優れている。

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…燃料取扱装置
２…原子炉圧力容器
３…燃料集合体
４…燃料貯蔵プール
５…原子炉ウェルプール
６…オペレーティングフロア
７…走行レール
８…走行台車
９…横行レール
１０…横行台車
１１…燃料つかみ装置
１２…つかみ機構
１３…節
１４…関節
１５，１５ａ，１５ｂ…ワイヤロープ
１６…台
１７…角型断面軸
１８…ブロック
１９…管
２０…回転角制限板
２１…取手
２２…ピン
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…マスト（伸縮管）
２４，２４ａ，２４ｂ…ワイヤロープ
２５…フック
２６…燃料ラック
２７…燃料棒
２８…燃料ハンドル

Claims

燃料集合体の搬入出を行う燃料取扱装置であって、
走行レール上を走行する走行台車と、
前記走行台車上を横行可能に設けられた横行台車と、
前記横行台車に設けられ、前記燃料集合体を昇降させる昇降手段と、
前記昇降手段を駆動する駆動装置と、を備え、
前記昇降手段は、複数の節と、前記複数の節同士を回動可能に連結する複数の関節を有し、伸縮可能に構成され、
前記昇降手段は、前記横行台車から懸垂支持された管と、
前記燃料集合体を吊持するつかみ機構と、
前記つかみ機構の一端に設けられた角型断面軸を介して、当該つかみ機構をスライド動作可能に保持する台と、備え、
前記複数の節と前記複数の関節は、前記管と前記台とを連結することを特徴とする燃料取扱装置。
請求項１に記載の燃料取扱装置であって、
前記管と前記台とを連結する前記複数の節と前記複数の関節は、前記台を挟んで片側２経路を有し、
前記台を挟んで向かい合う経路の節同士が交差する部分を回動可能に連結する複数のピンを備えることを特徴とする燃料取扱装置。
請求項１または２に記載の燃料取扱装置であって、
前記横行台車に設置された揚重機から吊り降ろされ、互いに独立して巻上げ・巻下げが可能な第１のワイヤロープと、第２のワイヤロープを備え、
前記第１のワイヤロープは前記台に接続され、
前記第２のワイヤロープは前記角型断面軸の一端に接続され、
前記燃料集合体を上昇させる際は、前記第１のワイヤロープを巻上げることで前記昇降手段が折り畳まれることを特徴とする燃料取扱装置。
請求項１または２に記載の燃料取扱装置であって、
前記横行台車に設置された揚重機から吊り降ろされ、互いに独立して巻上げ・巻下げが可能な第１のワイヤロープと、第２のワイヤロープを備え、
前記第１のワイヤロープは前記台に接続され、
前記第２のワイヤロープは前記角型断面軸の一端に接続され、
前記燃料集合体を下降させる際は、前記第１のワイヤロープおよび前記第２のワイヤロープを巻下げることで前記台の自重により前記昇降手段が延伸することを特徴とする燃料取扱装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料取扱装置であって、
前記管は鉛直軸心方向に回転させる取手を備え、
前記取手を手動操作または駆動手段により回転させることで、
前記つかみ機構を鉛直軸心方向に回転させることを特徴とする燃料取扱装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料取扱装置を備える原子炉であって、
前記燃料取扱装置は、燃料貯蔵プールおよび原子炉圧力容器上を跨ぐように設置され、
前記燃料貯蔵プールおよび前記原子炉圧力容器間において、前記燃料集合体を移送することを特徴とする燃料取扱装置を備える原子炉。
請求項６に記載の燃料取扱装置を備える原子炉であって、
前記走行台車は、前記原子炉のオペレーティングフロア上に敷設された走行レール上を走行することで、前記燃料貯蔵プールおよび前記原子炉圧力容器間において、前記燃料集合体を移送することを特徴とする燃料取扱装置を備える原子炉。