JPH03259798A - 原子炉の燃料交換装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は原子炉の燃料交換装置に係り、特に液体金属冷
却形高速増殖炉に適用するのに好適な原子炉の燃料交換
装置に関する。

（従来の技術） 液体金属冷却形高速増殖炉は、原子炉容器の上端を閉塞
する遮蔽プラグに炉心上部機構および燃料交換装置を取
付け、この燃料交換装置によって燃料集合体等の炉心構
成要素を炉内で移動させ、燃料交換等を行うように構成
されている。ところで、原子炉が大型化すると、炉心が
大径となり、また炉心構成要素の数も多くなるので、燃
料交換装置等の構造が複雑化する傾向にある。

例えば、現在計画されている大型原子炉用の燃料交換装
置としては、大、中、小の３つの回転プラグを重ねて設
置し、小回転プラグ上に１つの直動式燃料交換装置を搭
載したもの大小２つの回転プラグを重ねて設置し、小回
転プラグ上に直動式もしくはオフセットアーム式の燃料
交換装置を設置したもの、および１つの回転プラク−］
−にオオフセラ１ヘアームの燃料交換装置を搭載したも
の等が知られている。

これらのうち３重回転プラグ直動式の燃料交換方式にあ
っては、原子炉上部におりる回転プラクの構成が複雑大
型化し、燃料交換だけのために原子炉」一部構造の大型
化を余儀な（される欠点があり、これば２重回転プラグ
直動式の燃料交換方式でも同様である。また、オフセラ
１〜アームを有する２型回転プラグ刃式及び単回転プラ
グ方式は、原子炉の大型化に伴い、オフセットアームの
長さが長くなるので、炉心構成要素取扱い−にの吊り」
二げ容量が小さくなる欠点があった。

これらの欠点を解決する為に、例えば特公昭５２４８２
７５号公報及び特開昭５９−１５］、０９６号公報に記
載されるものは、１９．−の回転プラグ上に細長いスリ
ットを設むづ、直動式燃料移送機をこのスリン１への方
向に走行させることと、回転プラグの回転使をイノ１用
し、全炉心領域の炉心構成要素を取扱うようにして、原
子炉上部構造の簡素化をはかっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、−ト述したスリン１−を持つ回転プラグ
に燃料交換機を取付けたものにおいても、なお次のよう
な解決を要する課題が残されている。

すなわち、単回転プラグ上に設りる移送機で炉心全領域
をカバーするために、単回転プラグが大型化し原子炉上
部構造の不必要な大型化を余儀なくされる。また、細長
いスリット内で燃料移送機が走行するために、炉内から
の放射線の遮蔽および放射ガス漏洩防止のため複雑なシ
ール構造が必要となる。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、回
転プラグの大型化によって原子炉全体が大形化すること
を防１１−シ、細長いスリッｌ〜内で燃料移送機を走行
させても信頼性が高い遮蔽及びシール構造を保有するこ
とができ、またコンバク１〜な構造で信頼性の高い動作
、位置を確実に検知できる燃料移送機を持つ小形化され
た原子炉の燃料交換装置を提供するごとにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明においては、プラグが着装された原子炉容器に収
容された炉心の−１一方にプラグから垂設された炉心上
部機構を有する原子炉の燃料交換装置において、前記プ
ラグの一部を構成し炉心と同軸に回動自在に設けられた
回転プラグと、この回転プラグに対して更に回動自在に
垂設された炉心上部機構と、この炉心上部機構の半径を
含む上ド方向に設けられたスリットと、このスリット内
に設けられ、炉心の中心から炉心内の炉心燃料領域最外
径までの間の移動を自在とされ、またＪ一部にＣＣＤカ
メラのようなカメラを備え付けた燃料移送機と、炉心燃
料領域最外側の少なくとも一箇所に設定された中継点と
、炉心上部機構の外側で回転プラグに対し、て回転自在
に垂設されたオフセラ１〜アーム伺燃料交換機とを具備
したことを特徴どする。

（作　用） 炉心燃料領域に配置された燃料は、どの位置にあっても
炉心］一部機構の回転と燃料移送機の移動を併用するこ
とによってその真１−に燃料移送機を持ってきてこれを
引き一部げた後、中継点に移送することができる。また
、燃料移送機は炉心中心から中継点までの径方向の動作
に関して炉心構成要素を取扱うべく適正な位置を燃料移
送機に備え付けたＣＣ，Ｄカメラで検知できる。

中継点に移送された燃料は回転プラグの回転と燃料交換
機の動作を併用してこれを炉心外に移送することができ
る。炉心の炉心燃料領域外に配置された炉心構成要素は
同じく回転プラグの回転と燃料交換機の動作を併用して
その真上に燃料交換機を持ってきて、炉心構成要素を引
１−げた後、炉心に移送することができる。

（実施例） 本発明に係る原子炉の燃料交換装置の一実施例を図面を
参照して説明する。

第１図は本実施例が適用された原子炉の縦断面図であり
、第１図において原子炉容器１の上部開口は固定プラグ
２によって覆われている。原子炉容器１には炉心７が収
容されている。原子炉容器１内の大部分は炉心′７を浸
してたとえば液体すトリウへ等の液体金属１３によって
満たさｔシ、これの−に刃室間１４はたとえばアルゴン
等のカバーガスが封入されている、。

固定プラグ２のほぼ中心には、固定プラグ２に対して回
動自在に回転プラク３が気密に装着されでいる。回転プ
ラク３には回転プラク３に対して回動自在に炉心上部機
構４が気密に装着され、炉心′７の−Ｌ面辺くまで延長
されている１、炉心上部機構４には燃料移送機５が装着
されている。また、回転プラグ３の外周近くには炉心′
７の−［−面近くまで延長されて燃料交換機６が装着さ
れている。

炉心７の中心部を占める炉心燃料領域にはその外周に近
く定められた中継点８が設定され、また、炉心７の外側
面近くに炉外取出ボッ１〜９が設けられでいる。

第２図は炉心７に列する燃料移送機５、燃料交換＠６等
のζ２面的な配置および移動範囲等を模式的に示したも
のである。第２図において、炉心７は中心部に主として
燃料棒等の炉心構成要素が配置された六角形状をなす炉
心燃料領域１０があり、その周辺の炉心燃料外領域１１
にはプランケラ１−および中性子遮蔽体が配設されてい
る。中継点８ばこの炉心燃料領域１０の六角形の一角を
占める位置に設定されている。

炉心上部機構炉内部４ａは炉心燃料領域１０を覆うとと
もに、その外周の一部にて炉心燃料領域１０の角部にか
かるように切り欠かれた切欠部４ｂが設置ｉられでいる
。また、炉心上部機構炉内部４ａにはその中心から切欠
部４ｂに向けて放射状に縦方向のスリット４ｃが設けら
れ、このスリット４Ｃの中に燃料移送機５の主要部が挿
入されている。

回転プラグ３の外周しこ近い−点しこは燃料交換機６が
設定され、燃料把持部６ａがオフセットアーム６ｂによ
って本体６ｃの回りに回動できるようにされている。燃
料把持部６ａは回転プラグ３の回動と併用して中継点８
、あるいは炉心７の外側−辺の傍らに設置された燃料取
出ポット９に到達できるようにオフセラ１−アーム６ｂ
の長さが定められている１゜第３図は燃料移送機５の詳
細をそれぞれ取付（づられている炉心上部機構４の要部
とともに取出して示す断面図である。第３図において、
回転プラグ３（図示省略）に取（＝ｌけらＪしる炉心−
１一部機構−Ｉ。

板４ｄの上面には駆動装置〕５が設けられ、下面には放
射線および熱の遮蔽機能をもつ遮蔽層１６が設けられて
いる。

燃料移送機５の主要部は遮蔽Ｎ１６のさらに下方に設け
られており、以下第７３図のＡ−Ａ線矢視断面図を示す
第４図と併用して説明する。

第４図に示すように、炉心上部機構炉内部４ａに設けら
れたスリノｈ４ｃ内に燃料取扱具１７が収容されている
。なお、スリンｌへ４ｃは炉心」一部機構炉内部４ａの
底面において、符号４ｅで示すようにスリット幅が狭く
されている。

駆動装置１５からは遮蔽層１６を貫通して駆動１ｌｌｌ
１１１８ａと１９２１が垂ドされ、それぞれ歯車装置２
０ど２１を経てスリン１−４ｃ内に伝達され、カイトレ
ール２３に沿った燃料取扱具１７の第３図の矢符方向へ
の移動、一 およびグリッパ２２の、−に下運動を行わせるようにな
っている。なお、図中符号２４は制御棒駆動装置の案内
管を示す。

燃料取扱具１７の駆動部への結合部分の詳細は第５図に
示すように、燃料取扱具１７の上端に設けられたローラ
２５がガイドレール２３に沿って転勤できるようにされ
ており、たとえば傘歯車を使った歯車装置２０を介して
駆動軸１．８ａに接続されたねじ軸１８ｂが燃料取扱具
１７の上端部しこねし結合されている。

グリッパ２２の一ヒ下運動駆動部の詳細は第３図および
第６図に示すように、たとえば傘歯車を使った歯車装置
２１を介して駆動軸１９ａに接続された第６図に示すス
プライン軸１９ａに、燃料取扱具１７の上端部に設りら
れだボス２６が結合され、グリッパ２２とねし駆動結合
された駆動軸２７がたとえば傘歯車からなる歯車装置２
８を介してボス２６と接続されている。

また、第５図に示したように燃料取扱具１７を案内する
ガイトレール２３の上面しこは炉心構成要素の位置を表
示する目盛りが刻まれた目盛り盤３９が取り付いており
、この目盛り盤３９を覗くように燃料取扱具１７の上部
には小型カメラとしてＣＣＤカメラ３８が取付部材４０
を介して設置されている。

グリッパ２２の先端の燃料棒などの把持部分の詳細は、
第７図および第８図に示すように、本体３２は、ばね３
０によって外筒２９から抜は出る方向に付勢され、且つ
駆動軸２７に螺合されて駆動軸２７の回動に従って上下
に移動できるようにされている。

本体３２の先端には支軸３６によって爪３３が装着され
、爪３３の外側に配設されたカムフォロア３４が外筒２
９に固定されたカムトラック３５に接するようにされて
いる。

第７図は第６図に示したグリッパ２２が最下端に達し、
駆動軸２７の先端に設けられたストッパ３１に当接した
状態を示し、爪３３の先端は閉じている。

さらに駆動軸２７のグリッパ２２を下降させる方向へ回
転が続けられると、第８図に示すように、本体３２のみ
がばね３０を圧縮しながらさらに下降し、カムフォロア
３４がカムトラック３５上を転動して爪３３の先端を開
くようにされている。なお第７図および第８図中筒号３
７は爪３３のロック機構である。

次に上記構造に係る燃料交換装置の作用について述べる
。

原子炉が一定時間運転された後、第２図に示した炉心燃
料領域１０に配置されている使用済炉心構成要素、たと
えば使用済燃料集合体を炉心７外に取出すときには、炉
心−■二部機構４の回転プラグ３に対する回転と、駆動
装置１５の操作による燃料移送機５の燃料取扱具１７の
スリット４ｃ内での移動を併用して、炉心燃料領域内に
おける取出そうとする使用済燃料集合体の真上に燃料取
扱具１７を位置させる。

その時、燃料取扱具１７はその上部に設置したＣＣＤカ
メラ３８からガイドレール２３の上面の目盛り盤３９−
にの炉！ら・構成要素の径方向の位置を表示する目盛り
を読み取ることにより取り扱うべく使用済燃料集合体の
真上に位置決めさせる。

そこで駆動装置１５を操作してグリッパ２２を降下させ
、その最低位置で前述したように開いた爪３３１ によって使用済燃料集合体を掴んだ後、グリッパ２２を
上昇させれば使用済燃料集合体は燃料取扱具１７の中に
引上げられる。なお、このときスリット４ｃの幅は最低
部４ｅで燃料集合体の直径程度に狭くされているので、
取出そうとする燃料集合体の弓上げに伴うその周囲に位
置する燃料集合体の浮上りが防止される。

次に燃料取扱具】７をスリン１〜４Ｇの最外側に移動さ
せ、炉心上部機構４を回転プラグ３に対して回転させて
燃料取扱具】７を中継点８の直上に移動させ、グリッパ
２２を下降させれば把持されていた使用済燃料集合体は
炉心燃料領域１０内の中継点８に一時装填される。

ここで燃料取扱具】７をスリン１〜４ｃの内側に移動さ
せた後、回転プラグ３を回転して中継点８に燃料交換機
６を接近させ、オフセットアーム６ｂを回転させて燃料
把持部６ａを中継点８の直」二に位置させ、移動されて
中継点８に収容されている使用済燃料集合体を燃料交換
機６によって取出し、オフセットアーム６ｂを回転して
燃料把持部６ａに炉心上２ 部機構炉内部４ａを外れた位置を取らせた後、再び回転
プラグ３を回転し、燃料交換機６がボット９に近付いた
ところでオフセットアーム６ｂを回転させれば燃料交換
機６に把持されていた使用済燃料集合体をポット９に収
容することができる。

また炉心７の炉心燃料領域１０の外側に配置されている
炉心構成要素、たとえばブランケット燃料集合体などは
燃料交換機６を用いて直接取出し、ボット９に収容する
ことができる。

ポット９に収容されたこれらの炉心構成要素は、図示を
省略した炉外取出し装置によって原子炉容器１外に取出
される。

本実施例によれば、炉心燃料領域内に中継点を設け、取
出された燃料集合体は回転プラグに垂下されたオフセッ
トアーム付燃料交換機を用いてこの中継点から炉心外に
運びだすようにしているので、回転プラグの直径は炉心
の最大外径より小さくすることが可能となる。また、回
転プラグは炉心中心に対して偏心させる必要もないので
、回転プラグは小型で且つ簡素なもので十分となり、こ
れによって原子炉の外形を小さく保つことができる。

また燃料移送機の直線移動範囲は炉心上部機構炉内部の
外径内に収まっているため、燃料移送機の移動のために
要するスリットを通過する放射線の原子炉容器外への漏
洩に対する遮蔽手段は炉心上部機構の外径内に収めるこ
とができるので、放射性ガスのシールも兼ねて炉心上部
機構に固定された遮蔽手段を設けることによってこれを
容易に達成することができる。

また、燃料移送機の燃料移送機をコンパクトな構造で適
正な位置を目視管理により確実に検知できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉が大形化して炉心直径が増大し
ても、それに伴って原子炉上部機構も大型になって原子
炉の外壁が拡大することを避けることが可能となり、そ
れにもがかわらず原子炉の−１一部方向の放射線遮蔽な
らびに漏洩ガスのシルに対して機能する。また、燃料移
送機の動作の様子および適正位置を検知して位置決め精
度後高めることができることがら信頼性の高い原子炉の
燃料交換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原子炉の燃料交換装置の一実施例
を示す縦断面図、第２図は第１図における炉心から上方
の平面的配置を示す模式図、第３図は第１図の燃料移送
機の詳細を炉心上部機構の要部とともに示す断面図、第
４図は第３図のＡＡ線を矢視した横断面図、第５図およ
び第６図はそれぞれ第３図の燃料取扱具の要部の詳細を
示す断面図、第７図および第８図はそれぞれ第６図のグ
リッパの詳細を示す断面図である。 １・・・原子炉容器　　　　　２・固定プラグ３・・・
回転プラグ　　　　　４・・炉心上部機構４ａ・・炉心
上部機構炉内部　４ｂ・・・切欠部４ｃ・・スリット　
　　　　　４ｄ・・炉心上部機構４θ・・・スリン１〜
幅　　　　　５・燃料移送機６・・燃料交換機　　　　
　６ａ　　燃料把持部６ｂ・・・オフセラ１−アーム　
　６ｃ・本体７・・炉心 ９・・・炉外取出ボッ１へ １１・・炉心燃料外領域 １４・上方空間 １６・・遮蔽層 １８ａ・・駆動軸 １９ａ・駆動軸 ２０・・歯車装置 ２２・・・グリッパ ２４・・制御棒駆動装置 ２６・・ボス ２８・・・歯車装置 ３０・・・ばね ３２・・・本体 ３４・・・カムフォロア ３６・・支軸 ３８・ＣＣＤカメラ ４０・取付部材 ５ ８・・・中継点 １０・・・炉心燃料領域 １３・・・液体金属 １５・・駆動装置 １７・・・燃料取扱具 １８ｂ・・・ねじ軸 １．９ｂ・・スプライン軸 ２１・・歯車装置 ２３・・ガイドレール ２５・・ローラ ２７・・・駆動軸 ２９・・・外筒 ３１・・・ス１〜シバ ３３・・・爪 ３５・・カムトラック ３７・・・ロック機構 ３９−・目盛り盤 ６ （８７３３）　　代理人　弁理士 猪 股 祥 晃（ばか１名） 第１図 第 ２ 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　プラグが蓋装された原子炉容器に収納された炉心の上
   方に前記プラグから垂設された炉心上部機構を有する原
   子炉の燃料交換装置において、前記プラグの一部を構成
   し前記炉心と同軸に回動自在に設けられた回転プラグと
   、この回転プラグに対して更に回動自在に垂設された前
   記炉心上部機構と、この炉心上部機構の半径を含む上下
   方向に設けられたスリットと、このスリット内に設けら
   れ前記炉心の中心から前記炉心内の炉心燃料領域最外側
   までの間を移動自在で、かつカメラを備え付けた燃料移
   送機と、前記炉心燃料領域最外側の少なくとも一箇所に
   設定された中継点と、前記炉心部機構の外側で前記回転
   プラグに対して回動自在に垂設されたオフセットアーム
   付燃料交換機とを具備したことを特徴とする原子炉の燃
   料交換装置。