JPH03142399A - 燃料交換用マスト、燃料交換システム、及び燃料交換用マストを形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、核分裂を利用する原子炉に関し、より詳細に
は原子炉用の燃料交換用マストに関する。

本発明の主な目的の一つは、沸騰水型原子炉に適し且つ
経済的で耐久性のある燃料交換用マストを提供すること
にある。

原子炉は、化石燃料による場合よりも環境に与える影響
がはるかに小さい状態下で豊富なエネルギーの供給が望
めるが、核分裂燃料は有害物質であるため、その輸送に
は十分な注意を払う必要がある。燃料要素が貯蔵区域と
炉心との間で移送される原子炉施設内ではこの注意は特
に重要である。

取扱者が放射能に曝されないように移送は機械化しなけ
ればならない。

いくつかの高騰水型原子炉施設においては、燃料要素は
燃料棒の形を取り、熱を発生する核分裂反応を起こすた
めに炉心内へ挿入される。使用済み燃料要素は貯蔵区域
に移送され、新しい燃料要素が貯蔵区域から炉心に移送
される。炉心は原子炉容器内に設置して水中に沈めた状
態とし、この水は熱伝達のために循環させる。燃料要素
から放出される放射線を水が遮蔽するという理由もあっ
て、貯蔵区域もまた、別の水槽の水中に沈めて設置する
。一般には、貯蔵区域と原子炉容器とは、例えばコンク
リートなどを用いた仕切壁で分離されている。

燃料要素の移送は、原子炉容器と貯蔵区域とを含む領域
にわたって軌道に沿って移動するトロリや移動式橋形構
造体を用いて行われる。燃料集合体をつかんで一つの区
域から横方向（水平方向）に移送し、移送先に確実に設
置したあと該燃料集合体を開放する操作のために、燃料
つかみ具が用いられる。

燃料要素の移送には垂直方向と横方向（水平方向）の移
動が必要である。一般には、貯蔵中の燃料要素は炉心内
の燃料要素とは異なる深さの所にある。更に、燃料要素
は貯蔵区域と原子炉容器区域との間の仕切壁を越えて持
ち上げる必要がある。

一般にはこの仕切壁にゲートが設けられているが、この
ゲートは移送中の燃料要素を水から出るまで持ち上げな
くてよい程度の開口部しかない。

垂直方向の移動は、一般には、入れ子式の管を含む垂直
伸縮体から成る燃料交換用マストを用いて行う。外側管
は固定であり、入れ子式になった内側管が外側管から垂
直方向に繰り出し、また外側管内に引込む。燃料要素を
炉心に対して出し入れするためには、燃料交換用マスト
は最も長く繰り出したときでもつかみ具の位置決めと方
向付けとを正確に行えるものでなければならない。いい
換えれば、マストを水中で相対的に移動させるときの抗
力でマストがいちじるしく曲がったりねじれたりしない
ように、マストは十分な剛性を有するものでなければな
らない。この剛性は、横方向移動後の整定（ｓｅｔｔｌ
ｉｎｇ）時間を短縮するためと、燃料集合体の位置決め
に対する取扱者の操作感触と制御性を改善するために望
ましいものである。

これに加えて燃料交換用マストは原子炉容器の構成要素
との間で起こり得る不測の衝突の際の衝撃に対向して損
傷を避けられるように十分な強度を有する必要がある。

このような損傷は燃料交換用マストの修理又は取り替え
が必要となり、いずれの場合もそのための出費と原子炉
施設の休止を引き起こすこととなる。

燃料交換用マストとして、例えば正方形断面の鋼製の入
れ子穴管を用いている。強度と剛性のため菅の厚さは約
６．３５ｍｍ（１／４インチ〉から約８．　４７ｍｍ　
（１／３インチ）である。正方形断面はねじり剛性の向
上に有利である。しかし、精密な耐蝕性正方形断面の管
は広く手に入るわけではないので、この種の燃料交換用
マストは非常に高価となる。加えて、数本の厚い正方形
断面の管が用いられるので、非常に大きくて重いマスト
となる。

より軽くより経済的な燃料交換用マストとして、細い円
筒形のトラスを多数溶接して三角形断面の管状１１構造
としたものも用いられてきた。これはトラス材料として
すぐ手に入り易い円筒管から形成されるが、トラスの手
溶接の費用がかかる。より重大なのは、このトラス形燃
料交換用マストは不／ｌＦＪの衝撃によるＩｊＩ傷を受
は易く、必要以上に頻繁に修理又は取り替えあるいはそ
の両方を要することである。

そこで必要とされるものは、衝撃による損傷を避けられ
る強度と、動水力学的抗力によるマストの曲げとねじれ
を制限する変形剛性とねじり剛性とを備えた、より経済
的な燃料交換用マストである。また、このようなマスト
を、容易に人手可能な構成要素と比較的安価な組立工程
を用いて形成する方法も望まれる。

発１１１１の要約 本発明によれば、燃料交換用マストは長手方向（垂Ｉｉ
′ｔｈ°向）の溝付き軌道を各内側の管の外面に形成し
た入れ子式円筒管を有する。各外側の管に設けた溝付き
案内ローラがその管のすぐ内側の管の溝付き軌道とそれ
ぞれ係合して、管に求心作用を与えると共に、ローラと
管との係合部分において管相互の相対的回転を防止する
。

溝付き軌道は、円筒管の外面に沿って長手方向にローラ
ダイを繰り返し転動させることにより冷間成形できる。

所定の構が円筒面に形成されるまでローラ押し圧をロー
ラの送りごとに順次増大させる。軌道の溝の形成に加え
て、この工程によって軌道に沿って鋼管を扁平化及び硬
化させることが可能である。軌道の溝、案内ローラの保
合、並びに管の扁平化及び硬化はすべてねじり剛性の向
上に役立つ。燃料交換用マストの組立時に、隣接する管
の軌道を半径方向に位置合わせすることにより管のコン
パクトな入れ子状態が得られる。

本方法の対象となる精密耐蝕性円筒管は人手が容易なの
で、比較的低価格で入手できる。軌道の溝の形成工程は
トラスから管状構造を組立てるものに比べて比較的安く
すむ。望ましい強度と変形剛性は鋼管を用いることによ
り得られる。その上、軌道の溝とローラとの組み合わせ
により高度にコンパクトな設計が得られ、これにより更
に、マストの剛性が増加し、操作時の軌道に沿った移動
がより円滑になり、取扱者の可視性も改善される。

マストの組立構造が密閉形のため、移送装置の取扱者が
汚染された下部部分から遮蔽されると共に水滴の滴下も
最小限になるので、彼曝がいちじるしく減少する。本発
明の前記及びその他の特徴や利点について、以下添付図
面を参照して説明す′る。

好ましい実施例の説明 第１図に示すように、原子炉施設置００は、原子炉容器
１０４を密閉するコンクリート製格納構逍体１０２を含
み、原子炉容２″ＡｌＯ４には炉心１０６が格納されて
いる。炉心１０６は、制御された連錆反応を増進するた
め多数の燃料要素１０８を定位置に保持する枠体を含む
。これらの燃料要素に加えて、貯蔵区域１１２にも更に
燃料要素１１０が貯蔵されている。

燃料要素は貯蔵区域１１２と炉心１０６との間を移送機
構１１４により移送される。移送機構１１４は、通常形
の燃料交換用の橋形構造体１１６と、通常のつかみ具１
１８と、両者の間を連結する燃料交換用マスト１２０と
を含む。橋形構造体１１６は、貯蔵区域１１２と炉心１
０６とを覆う水域１２４の上方に伸びる燃料捕給床１２
２に設けた軌道上を移動する。燃料要素を水域１２４か
ら水上へ持ち上げずに貯蔵区域１１２と炉心１０６との
間を移送できるように、ゲート１２６を設けてもよい。

燃料交換用マスト１２０は、第１図では、燃料要素１２
８を炉心１０６内に設置できるように炉心１０６の上方
で伸長した状態で示されている。

燃料交換用マスト１２０は四本の円筒管、すなわち最外
側管１３０、第一の中間管１３２、第二の中間管１３４
及び最内側管１３６を含み、これらの１′１１筒膏は燃
料交換用マスト１２０が伸長されたときには外から見え
る状態にある。以下の説明では中間管１３２及び１３４
を、最外側管１３０に対しては内側の管と呼び、最内側
管１３６に対しては外側の管と称する。破線は、貯蔵区
域１１２から炉心１０６への移送当初の位置における、
燃料交換用マスト１２０を収縮状態とした移送機構１１
４と燃料要素１２８とを破線で示す。

橋形構造体１１６は、内側管１３２，１３４゜及び１３
６の伸縮とつかみ具１１８の制御とを行う巻き上げ機構
１３８を含む。巻き上げ機構１３８は、第２図に示すよ
うに、巻き上げケーブル２０２を経て最内側管１３６に
連結されている。各円筒管１３０，１３２，１３４及び
１３６の最下端にはそれぞれ、フランジ２１０，２１２
，２１４及び２１６が溶接されている。巻き上げ機構１
３８が最内側管１３６を最伸長状態から収縮させると、
最内側管１３６は、フランジ２１４がフランジ２１６上
のつかみ具取付ボルトに接触するまで中間管１３２内を
相対的に滑動する。これに続く収縮により円筒管１３４
及び１３６は、フランジ２１４がフランジ２１２に接触
するまで共に収縮し、円筒管１３２内を相対的に滑動す
る。更に、西側の管１３２．１３４及び１３６は、フラ
ンジ２１２がフランジ２１０に接触するまで共に最外側
管１３０内へ共に収縮して、これを以て収縮動作が終了
する。

各フランジ２１０，２１２及び２１４はその円周方向に
沿って間隔を置いて四個のローラ組立体２２０がボルト
で取り付けである。第２図及び第３図に示すように、各
ローラ組立体２２０は、ローラハウジング２２２と、案
内ローラ２２４と、案内ローラ２２４をローラハウジン
グ２２２に回転自在に取り付けるために用いられる軸２
２６とから成る。案内ローラ２２４は、内側の管１３２
゜１３４及び１３６がそれぞれの外側の管１３０゜１３
２及び１３４の内部を滑動する際にこれらの内側の管１
３２．１３４及び１３６が互いに心合わせするのを助け
る。更に、内側の管１３２．１３４及び１３６の上端に
設けたブッシング２３０と、外側の管１３０．１３２及
び１３４の内面に取り付けたスリーブ２３２とが案内手
段として作用する。スリーブ２３２は、ローラハウジン
グ２２２°のうちの、それぞれのフランジ２１０乃至２
１４を通って突出している部分によって所定位置に保持
される。スリーブ２３２は、ブッシング２３０の移動下
限位置を定めているので、内側の管１３２乃至１３６の
下方ストッパとして作用する。

第３図に示すように、ばね３３４がスリーブ２３２とロ
ーラハウジング２２との間隔を保つ。

第４図で最内側管１３６について示すように、各１Ｊ］
側の貴１３２，１３４及び１３６の上面には多数の長手
方向（垂直方向）の溝付き軌道４０２が形成されている
。より具体的にいえば、各フランジ２１０．２１２及び
２１４が四個の案内ロラ２２４を支持して、すぐ内側の
管１３２，１３４及び１３６の四個の軌道４０２に係合
させる。

第５図に示すように、ローラ２２４は、軌道４０２の満
５０４と係合する満５０６を有する。

溝付き軌道４０２は、第６図に示すように、溝形成工具
６００を用いて冷間成形により形成される。工具６００
には環状のダイ保持用治具６０２と治具６０２の■周上
に等間隔で配置された四個のダイ組立体６０４とを含む
。各ダイ組立体６０４は、ローラダイ６０６と、ローラ
ダイ６０６を回転自在に保持する取付台６０８と、取付
台６０８に溶接されたボルト６１０とを含む。ローラダ
イ６０６は焼き入れ工具鋼製としてもよい。各ボルト６
１０のねじ山は、これと噛み合う治具６０２のねじ山と
係合させ、ボルト６１０を回転することにより個々のロ
ーラダイ６０６を希望に応じて出し入れさせるようにす
る。

溝付き軌道を形成するには、まず工具６００を、円筒管
、例えば最内側管１３６上の、軌道４０２を形成すべき
長手方向位置に取り付け、ボルト６１０を調整してロー
ラダイ６０６が最内側管１３６の外面に接触するように
する。次いで、工具６００を最内側管１３６上の路面帯
４０２の形成部分の長さにわたり繰り返し動かす。送り
と送りとの間でボルト６１０を徐々に締め込み、管１３
６に掛かるローラダイ６０６の圧力を増加させる。

このようにして段々に溝付き軌道４０２が形成される。

第５図に示すように、この工程により、軌道４０２が形
成される円筒管１３２，１３４及び１３６は軌道４０２
の形成領域に沿って扁平化される。

加えて、この冷間成形により加工対象の管の鋼材が硬化
される。この硬化と扁平化は管のねじり剛性の向上に役
立つ。

ＰＩ筒管１３０，１３２．１３４及び１３６の直径はそ
れぞれ約７６．２ｍｍ（約３インチ）、約１０１．６關
（約４インチ）、約１２７ｍｍ（約５インチ）及び約１
５２．４ｍｍ（約６インチ）で厚さ約６．　３５ｍｍ　
（１／　４インチ）である。これらの寸法で円筒管１３
０乃至１３６の入れ子式にすることが可能となる。これ
らの管はステンレス鋼（タイプ３０４）を用いている。

個々の管長は各々約６０９．６ｃｍ（約２０フイート）
で、収縮時のマストの長さは約６４０．０８ｃｍ（約２
１フイト）、伸長時のマストの長さは約２１．０３ｍ（
約６９フイート）である。ここに示した寸法と材料は状
況に応じて変更可能である。軌道４０２の形成は冷間成
形でも機械加工でもよい。ここに開示した失施例に対す
るこの他の変更及び修正も本発明により可能であり、本
発明の範囲はその特許請求の範囲によって限定されるも
のである。

【図面の簡単な説明】 第１図は、原子炉施設の一部分の略側面図で、本発明に
基づく燃料交換用マストの操作を示す。 第２図は、本発明に基づく燃料交換用マストの収縮状況
における断面図である。第３図は、第２図の燃料交換用
マストの隣接する管の一部分の断面図である。第４図は
、第２図の燃料交換用マストの内側の管の略立面図であ
る。第５図は、第４図の内側の管と案内ローラとの断面
図で、わかり易くするためローラは係合位置から離して
示しである。第６図は、第４図の内側の管上に位置させ
た溝形成工具を示す略断面図である。 （主な符号の説明） １００：原子炉施装 置０２：格納構造体 １０４：原子炉容器 １０６：炉心 １０８；炉心内の燃料要素 １１０：貯蔵区域内の燃料要素 １１２：貯蔵区域 １１４：移送機構 １１６　：　ｔ！形構造体 １１８二つかみ具 １２０：燃料交換用マスト １２２：燃料補給床 １２４：水域 １２６：ゲート １２８：炉心挿入作業中の燃料要素 １３０：最外側管 １３２：第一の中間管（内側管） １３４：第二の中間管（内側管） １３６：最内側前 １３８：巻き上げ機構 ２０２：巻き」―げケーブル ２１０．２１２，２１４゜ ２２０：ローラ組立体 ２２２：ローラハウジング ２２４：案内ローラ ２２６：軸 ２３０：ブッシング ２３２ニスリーブ ３３４：ばね ４０２：軌道 ５０４：軌道の満 ５０６：案内ローラ満 ２１６：フランジ ００ ０２ ０４ ０６ ０８ １０ ：溝形成工具 ：ダイ保持用治具 ：ダイ組立 ：ローラダイ ：取付台 ：ボルト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、最外側管および少なくとも第一の内側管を含み、該
   第一の内側管が該最外側管に対して該最外管内で滑動で
   きるような寸法を有し、該第一の内側管には第一組の長
   手方向に伸びる軌道が形成され、該第一組の軌道の各々
   が長手方向に伸びる溝を持っている複数の長手方向に伸
   びる円筒管と、前記最外側管に対して前記最外側管内で
   前記第一の内側管を滑動させるための伸縮操作装置と、
   を有している燃料交換用マスト。 ２、前記複数の円筒管には第二の内側管が含まれており
   、該第二の内側管には第二組の長手方向に伸びる軌道が
   形成され、該第二組の軌道の各々が長手方向に伸びる溝
   を持ち、該第二組の軌道の各々が前記第一組の軌道の対
   応する１つとそれぞれ半径方向に位置合わせされている
   請求項１記載の燃料交換用マスト。 ３、更に、前記最外側管に対する前記第一の内側管の長
   手方向の移動を案内するための案内装置が設けられてお
   り、該案内装置が前記第一組の軌道と係合する溝付きロ
   ーラを含み、該案内装置は前記最外側管に機械的に結合
   されて前記最外側管に対して長手方向の固定位置に維持
   されている請求項１記載の燃料交換用マスト。 ４、前記第一の内側管が前記軌道の部分において偏平化
   されている請求項１記載の燃料交換用マスト。 ５、最外側管および複数の内側管を含む複数の長手方向
   に伸びる円筒管であって、前記複数の内側管は、 （イ）前記最外側管に対して前記最外側管内で滑動でき
   るような寸法を持つ、かつ第一の外面を有し、該第一の
   外面には第一組の長手方向に伸びる軌道が形成されてい
   る第一の内側管、ならびに （ロ）前記第一の内側管に対して前記第一の内側管内で
   滑動できるような寸法を持ち、かつ第二の外面を有し、
   該第二の外面には第二組の長手方向に伸びる軌道が形成
   されている第二の内側管を含んでおり、前記第一及び第
   二組の軌道の各々が長手方向に伸びる溝を持ち、前記第
   二組の軌道の各々が前記第一組の軌道の対応する１つと
   それぞれ半径方向に位置合わせされている複数の長手方
   向に伸びる円筒管と、 前記内側管の各々をその半径方向外側に隣接する管に対
   して該隣接の管内で移動させるための巻き上げ装置と、 前記の内側管の各々の長手方向の移動を案内するための
   案内装置であって、前記の内側管の各々の半径方向外側
   に隣接する管に取り付けられ且つ対応する前記の溝付き
   の軌道と係合する溝付きローラを含む案内装置と、 前記の内側管の一つに取り付けられた、燃料要素に係合
   して該燃料要素を巻き上げるためのつかみ具と、 前記複数の円筒管を横方向に移動させるための移送装置
   とを有し、 前記巻き上げ装置により前記の内側管を前記最外側管に
   対して伸長収縮させて前記つかみ具を昇降させ、かつ前
   記移送装置により燃料要素を原子炉施設内の貯蔵区域と
   炉心との間で移動させる燃料交換装置。 ６、前記の各内側管が前記軌道の部分において偏平化さ
   れている請求項５記載の燃料交換装置。 ７、燃料交換用マストの形成方法であって、複数の入れ
   子式の金属製円筒管を用意し、 前記各円筒管について、多数の溝を付けた一組の長手方
   向の軌道を管の外面に沿って冷間成形により形成して、
   該管を前記軌道の領域において偏平化し、前記軌道の各
   々は、他の円筒管に形成した軌道と半径方向に対応する
   ように位置決めし、前記各管の一組の軌道が他の管の一
   組の軌道と半径方向に位置合わせされるように前記の円
   筒管を組み立てる各工程を含む燃料交換用マストの形成
   方法。 ８、前記冷間成形工程によって各円筒管が前記軌道の形
   成される半径位置において扁平化される請求項７記載の
   燃料交換用マストの形成方法。