JPH0365519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核燃料被覆棒への球状核燃料の装荷技
術に関する。

近年において、管状の核燃料被覆棒内に充填さ
れた核燃料ペレツトの通常の核反応によつて該被
覆棒に亀裂が入り、これによつて、放射性物質が
冷却水に漏出することが発見された。この亀裂現
象は核燃料ペレツトと被覆棒との相互作用によつ
て起こる。この問題を解決するための１つの方法
は、核燃料と被覆棒との相互作用表面を限定する
ことである。この方法は、球状に形成した核燃料
を被覆棒内に装荷することによつて達成される。
３種の異なるサイズの球状核燃料を用いる場合、
被覆棒への球状核燃料の充填を適正に行なえば、
原子炉内において正しく用いられるべき核燃料の
十分な濃度が得られることとなる。

被覆棒に球状核燃料を装荷するための１つの方
法は、垂直な被覆棒を振動させつつ単に被覆棒内
に球状核燃料を投下させることである。しかしな
がら、この方法の場合、いくつかの理由によつて
満足な結果が得られない。即ち、異なるサイズの
球状核燃料を182.88cmないし365.76cm（6ft〜
12ft）の高さから被覆棒内に自由落下させると均
一な分散がなされなくなる。また、この方法の場
合、空気の捕集を招くために、被覆棒内を長時間
かけて脱気する必要がある。更に、球状核燃料の
ランダムな装荷のため、振動による充填に時間が
かかる。

本発明は上記従来技術の問題点を解決すること
にある。

本発明は球状核燃料を管状の核燃料被覆棒（以
下燃料棒という。）内に装荷するための装置に関
する。本発明によれば、主ハウジングと、主ハウ
ジング内で各球状核燃料をサイズに応じて別々に
受け取り、夫々が異なる直径の球状核燃料を有し
ながら所定量に計量する計量装置と、上記主ハウ
ジングに入つた後の各球状核燃料を上記計量装置
まで運搬する運搬手段と、燃料容器を直立した状
態に支持する燃料容器支持装置と、上記所定量の
球状核燃料を上記燃料容器に供給する供給手段と
を有し、異なるサイズの球状核燃料を燃料容器に
装荷する装置において、上記燃料容器は管状の燃
料棒であり、上記主ハウジングは内部に不活性雰
囲気を有することができると共に多数の球状核燃
料を受け取る密封可能な開口部を有し、各球状核
燃料は燃料棒の中に装荷される異なる直径の球状
核燃料であり、上記計量装置は各球状核燃料を計
量するための計量手段を備えた複数の計量ステー
シヨンから成り、上記供給手段は各球状核燃料が
ランダムに混合されるように各球状核燃料を適量
調節しつつ燃料棒に供給し、更に供給手段を昇降
する昇降手段と上記不活性雰囲気を保持するため
燃料棒と主ハウジングとの気密結合を保持する手
段とが設けられることを特徴とする球状核燃料装
荷装置が提供される。

更に、ここでは、燃料棒に球状核燃料を装荷す
るための方法が開示されている。この球状核燃料
装荷方法は、複数の異なる直径を有する球状核燃
料を不活性雰囲気を有する主ハウジング内に移送
する過程と、球状核燃料を各直径の球状核燃料に
対応した個々の計量ステーシヨンに移送せしめる
過程と、各直径の球状核燃料を予め定められた量
に計量する過程と、各直径の球状核燃料に対応し
た核燃料供給プローブ上の個々のホツパに球状核
燃料を移送せしめる過程と、核燃料供給プローブ
の下端が燃料棒の底部のすぐ上に位置するように
核燃料供給プローブを下降せしめる過程と、球状
核燃料を核燃料供給プローブの排出管開口部から
燃料棒内に適正速度で排出せしめる過程と、核燃
料供給プローブの下端が燃料棒内の球状核燃料堆
積柱の頂部のすぐ上の位置に保たれるような速度
で核燃料供給プローブを燃料棒から抜き出す過程
とを有する。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。

本発明は燃料棒に球状核燃料を装荷する装置に
関する。装置の全体構造は第１図及び第３図に示
されている。第１図は装置を正面から見た図であ
る。燃料を装荷すべき管状の燃料棒２は燃料容器
支持装置としての燃料棒支持クランプ４によつて
垂直方向に保持されている。燃料棒２の長さ故
に、燃料棒２を床のピツト１内に据え付けること
ができる。支持クランプ４は振動モータ８により
駆動される振動装置６に固定されている。振動装
置６はフレーム１０上に置かれている。振動装置
６を数フイート垂直方向に移動させることができ
るように、フレーム１０は垂直方向に移動調整可
能となつている。これにより、異なる長さの燃料
棒２に対して装荷装置を適応させることができ
る。支持クランプ４は６本の垂直棒１２からなる
枠組み構造をなしており、垂直棒１２は３本ずつ
半円形片１４により支持されて互いに平行に配置
されている（第２図参照）。複数個の半円形片１
４は一端１６においてヒンジ結合され且つ他端１
８′においてクランプ結合されている。支持クラ
ンプ４の底部半円形片１４のうちのただ１つのみ
が振動装置６に固定されている。これにより、底
部半円形片１４が振動装置６に固定されていない
方の支持クランプ４の片側部分はヒンジ部１６の
回りに開動して支持クランプ４の内部を露出させ
ることができる。このような支持クランプ４の構
成により、支持クランプ４内への空の燃料棒２の
挿入及び核燃料が装荷された燃料棒２の支持クラ
ンプ４内からの取出しのためのこれら管２の支持
クランプ４への水平方向の出し入れ操作が容易に
なる。

管状の燃料棒２の上端開口部は気密結合手段に
よつてアダプタ（気密結合を保持する手段）１８
に取り付けられる。燃料棒２に核燃料装荷を行な
う間中、燃料棒２が振動装置６に応動して振動す
るように該燃料棒２を屈曲自在に主ハウジング
（以下、グローブボツクスと呼ぶ）２２に取り付
けるために、アダプタ１８は下部屈曲自在継手構
造によつてグローブボツクス２２に取り付けられ
ている。アダプタ１８と燃料棒２との組合せ体が
グローブボツクス２２から隔離されて気密な組合
せ体を構成するように、アダプタ１８は真空バル
ブ２４を介してグローブボツクス２２と連結され
ている。

グローブボツクス２２は気密に作られ得る容器
であり、このグローブボツクス２２は開口部とし
ての入口真空バルブ２６を通じて球状核燃料を受
け入れる。グローブボツクス２２はヒンジ結合型
グローブボツクスカバー３０と窓２８とを備えて
いる。カバー３０を開くとグローブボツクス２２
に取り付けられたグローブ（図示せず）が現われ
る。このグローブは、グローブボツクス２２内が
不活性雰囲気に保たれている間中、グローブボツ
クス２２内で操縦者が操縦を実行するために用い
られる。グローブボツクス２２の上側において、
グローブボツクス２２には燃料棒装荷組立体カバ
ー３２が連結されている。燃料棒装荷組立体カバ
ー３２は、供給手段としての燃料棒装荷組立体
（以下、供給プローブと呼ぶ）３４が燃料棒２に
対して遊離するに十分な高さまで上ることができ
るように、十分な長さに作られる。第３図はグロ
ーブボツクス２２及び燃料棒組立体を側面から見
た図である。

入口真空バルブ２６を通じてグローブボツクス
２２内に導入された球状核燃料はその後計量ステ
ーシヨンに進む。第４図ないし第７図には、入口
真空バルブ２６から計量ステーシヨンの装荷ホツ
パ６０，６２までの球状核燃料の通路が示されて
いる。球状核燃料は約６本の管状燃料棒２用とし
て十分な核燃料を保持するに充分な大きさの容器
３６内に入つた状態で入口真空バルブ２６を介し
てグローブボツクス２２内に入る。核燃料容器３
６は第４図において点線で示されており、この容
器３６は輸送コンベア３８のローラ４０に沿つて
動く。この容器３６は動力で動くか若しくは動力
なしで動き得る。

球状核燃料は、運搬手段を構成する輸送コンベ
ア３８上に置かれてグローブボツクス２２内に入
つた後、同様に運搬手段としての高架輸送装置４
２によつて垂直上方に持ち上げられる。高架輸送
装置４２は核燃料容器３６を輸送コンベア３８か
ら持ち上げることができ、且つ、核燃料容器３６
をグローブボツクス２２内で前後左右に移動させ
ることができる。高架輸送装置４２は回転ドラム
４１を備えており、この回転ドラム４１の周りに
球状核燃料を昇降させるための索条４４が巻かれ
ている。複数個の核燃料容器３６は１つずつ輸送
コンベア３８から計量台のホツパ６０，６２へと
移動せしめられる。好ましい実施例においては、
３種の大きさの球状核燃料が用いられる。これら
３種の大きさは以下において小型、中型及び大型
と称する。３つの計量ステーシヨンがあり、その
うちの１つ１つが各サイズの球状核燃料の各々に
対応している。しかしながら、第４図においては
図解を容易にするために、２つの計量ステーシヨ
ン、即ち小型計量ステーシヨン６４及び中型計量
ステーシヨン６６のみが示されている。第４図に
おいて、中型計量ステーシヨン６６が一点鎖線で
示されている位置は、球状核燃料を受容する装荷
位置である。核燃料容器３６は輸送蓋４２に取り
付けられ、且つ、高架輸送装置４２によつて各計
量ステーシヨンへと移動せしめられ、各計量ステ
ーシヨンにおいて球状核燃料は計量台のホツパ６
０，６２内に投入される。

中型計量ステーシヨン６６及び大型計量ステー
シヨン６５は１つの台の上に設けられ、且つ、駆
動モータ６８によつて左右に移動する。更に、こ
れら計量ステーシヨン６６，６５は昇降駆動装置
７２によつて昇降動せしめられ、グローブボツク
ス２２は計量ステーシヨンが下降せしめられた時
の支持軸７６のための凹所７４を備えている。小
型計量ステーシヨン６４はモータ７０で駆動され
て左右に動くとともに、駆動モータ７８で駆動さ
れてグローブボツクス２２内で前後に動く。第７
図は計量ステーシヨンシステムを上方から見た概
略図である。第７図において、小型計量ステーシ
ヨン６４、中型計量ステーシヨン６６及び大型計
量ステーシヨン６５の相対運動は矢印で示されて
いる。計量ステーシヨンのホツパへの装荷は各計
量ステーシヨンが第７図の位置Ｌにあるときにな
される。

上述したように、中型計量ステーシヨン６６及
び大型計量ステーシヨン６５は１つの台上に設け
られ、且つ、装荷を行なうために第７図の位置Ｌ
へと動かされる。更に、これら計量ステーシヨン
６５，６６のホツパ６１，６２は、高架輸送装置
４２によつて計量ステーシヨンへと動かされる核
燃料容器３６の邪魔にならないように下降せしめ
られる。小型計量ステーシヨン６４は中型及び大
型計量ステーシヨン６６，６５とは独立して設け
られており、且つ、グローブボツクス２２の後方
に向つて動いた後、右に動いて装荷のために下降
する。球状核燃料容器３６は高架輸送装置４２に
よつて取り上げられて計量ステーシヨンのホツパ
の頂部に配置される。球状核燃料は装荷用のホツ
パ６０，６１，６２内へと放出される。各サイズ
の球状核燃料は一定量ずつステツプモータ８４，
８６により計量台ホツパ８０，８２内に落下せし
められる。予め定められた量の球状核燃量が計量
手段７９，８１で示されるように計量ホツパ８
０，８２に受容せしめられたとき、球状核燃料の
流れは止まる（図においては３つの計量台のうち
の２つのみが示されている。）。これら３種のサイ
ズの球状核燃料の３種類の所定量は、それら球状
核燃料が１つの燃料棒２内で混合せしめられたと
きに１つの燃料棒２内を満たすに十分な量であ
る。これら球状核燃料はその後供給プローブ３４
のホツパ９２，９４，９６へと移送される。

供給プローブ３４は同時係属中の米国特許出願
第327816号に一層詳細に述べられている。供給プ
ローブ３４は、３種の異なるサイズの球状核燃料
が燃料棒２内で均一に分散するように、これら３
種のサイズの球状核燃料を制御された方法によつ
て燃料棒２内に供給するための装置である。第８
図ないし第１０図を参照すると、供給プローブ３
４は３つのホツパ９２，９４，９６を備えてお
り、これら３つのホツパ９２，９４，９６の中に
は３種類の量の燃料の各々が計量台ホツパ８０，
８２及び図示しないホツパから排出される。第８
図においては、図解を容易にするために、３つの
ホツパのうちの２つのホツパ９２，９４のみが示
されている。３つのホツパ９２，９４，９６は約
120゜の角度間隔をあけて配置され、且つ、異なる
サイズの球状核燃料に適合する可能性以外の点に
おいてこれら３つのホツパは全く同一である。３
つのホツパ９２，９４，９６は３つの電磁弁１０
０を介してそれぞれプローブホツパ９８に接続さ
れている。プローブホツパ９８は３つの区域１０
２，１０４，１０６に分割されている（第７図参
照）。球状核燃料は電磁弁１００によつてそれぞ
れ放出された後、第８図、第９図及び第１０図に
示される調節ゲート１１４を通過する。調節ゲー
ト１１４は、プローブホツパ９８の区域１０２，
１０４，１０６とホツパ９２とを連通せしめる通
路１１６を限定するように、慣用的なボールプラ
ンジヤ手段１１５によつてプローブホツパ９８に
取外し可能に取り付けられている。調節ゲート１
１４は高さｈ及び幅ｗの開口を備えている。球状
核燃料の各流速は、供給プローブ３４から燃料棒
２内への放出時において、３種の異なるサイズの
球状核燃料のランダム性が最大となるように決定
される。

プローブホツパ９８は管１０８，１１０，１１
２に接続されている。これら管１０８，１１０，
１１２の各々はホツパ９２，９４，９６の１つ１
つに対応するプローブホツパ９８の各区域１０
２，１０４，１０６の１つ１つに対応している。
第８図に示される実施例において、管１０８と管
１１０は同一の円形断面からなつている。これら
管１０８，１１０は２つの最小直径の球状核燃料
のために用いられる。最大直径の球状核燃料は大
きな断面の管１１２によつて運ばれる。

管１０８，１１０，１１２の各下端１１５の外
表面は第８図に示されるようにひしやく状に延び
ていてもよい。これらひしやく状延長部は３つの
管１０８，１１０，１１２の配置の中心を通る軸
線に向つて終端している。これらひしやく状延長
部は各サイズの球状核燃料の混合に際して燃料棒
内でのランダムな分配を行なわせるのに役立つ。
３種類の異なるサイズの球状核燃料の分配のラン
ダム性を一層高め、且つ、燃料棒２の充填の均一
性を向上させるために、第８図に示されるよう
に、円錐形片１１８が２本の筒状棒部材１３０に
よつて管１０８，１１０，１１２の下端に固定さ
れる。

上記球状核燃料装荷装置の使用方法を以下に述
べる。以下に述べる操作のいくつかは、プローブ
開口（窓）２８を通じて操縦者によつて遂行され
る。他の操作、例えば供給プローブ３４の昇降動
操作は自動的に遂行される。操縦者は振動装置６
に固定された核燃料棒支持クランプ４内に空の管
状燃料棒２を設置する。燃料棒２の上端はプロー
ブボツクス２２に対する屈曲自在継手を備えたア
ダプタ１８に連結される。供給プローブ３４はブ
ラケツト３１に取り付けられたケーブル３５によ
つて昇降手段３３に取り付けられている。この供
給プローブ３４は管１０８，１１０，１１２が燃
料棒２の底部に到達するように燃料棒２の内部に
挿入降下せしめられる。

次いで、操縦者は、球状核燃料容器３６を輸送
コンベア３８から高架輸送装置４２によつて装荷
位置Ｌ（第７図参照）まで移動せしめる。装荷位
置Ｌにおいて、球状核燃料は装荷位置にある計量
台のホツパ６０，６１，６２に移される。予め定
められた量の球状核燃料がステツプモータ８４，
８６等によつて計量ステーシヨンのホツパ８０，
８２等に放出される。球状核燃料を供給プローブ
ホツパ９２，９４，９６に投下させるために、計
量ステーシヨンはその後供給プローブ３４に対す
る核燃料投下位置へと動かされる。第４図におい
て、一点鎖線で示されている中型計量ステーシヨ
ン６６のホツパ６２は装荷位置にある。球状核燃
料を装荷位置のホツパ６２内に装荷した後、中型
計量ステーシヨン６６は、ホツパ６２内の球状核
燃料を供給プローブ３４内に投入するために上昇
せしめられて第４図中実線で示す投下位置へと移
動せしめられる。第５図および第６図はそれぞれ
小型計量ステーシヨン６４が装荷位置及び投下位
置にある状態を示している。

計量ステーシヨンは核燃料供給プローブ３４の
邪魔にならない位置へと移動せしめられるととも
に、電磁弁１００が開けられる。球状核燃料は、
順次電磁弁１００、調節ゲート１１４及び管１０
８，１１０，１１２を通つて落下する。球状核燃
料が燃料棒２の底部に達すると、核燃料供給プロ
ーブ３４は、核燃料供給プローブ３４の下端が燃
料棒２内の球状核燃料堆積柱のすぐ上に保たれる
ような速度で上昇せしめられる。すなわち、球状
核燃料は、核燃料供給プローブ３４の下端が核燃
料堆積柱の上部の約１インチから５インチまでの
間の高さ位置に保たれるような燃料堆積柱の頂部
に堆積される。銅管１３２は核燃料供給プローブ
３６の昇降移動をガイドする。ワイヤ１３４と組
み合わされている銅管１３２により、電磁弁１０
０を作動させるための電気的接続が達成されてい
る。

振動装置６は燃料棒２への燃料装荷が行なわれ
ている間中、燃料棒２の充填に助力するために作
動状態にされる。燃料棒２への燃料装荷が完了し
て核燃料供給プローブ３４が空になつた後、燃料
棒２は支持クランプ４から取り外される。次に、
新しい空の燃料棒が支持クランプ４に装着されて
球状核燃料の装荷プロセスが再開される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す球状核装料装
荷装置の一部断面正面図、第２図は第１図図示装
置における直立型燃料棒把持用支持クランプの断
面図、第３図は第１図に示す装置の一部断面側面
図、第４図は第１図図示装置におけるグローブボ
ツクス内部を示す正面断面図、第５図はグローブ
ボツクス内の小型計量ステーシヨンが装置位置に
ある状態を示す第４図の５−５線に沿つた断面
図、第６図はグローボツクス内の小型ステーシヨ
ンが核燃料放出位置にある状態を示す第４図の５
−５線に沿つた断面図、第７図は計量ステーシヨ
ン装置の概略平面図、第８図は第１図図示装置に
おける供給プローブの正面図、第９図は供給プロ
ーブの調節ゲート取付け構造を示す断面図、第１
０図は調節ゲートを示す側面図である。 ２……燃料棒、４……燃料棒支持クランプ、６
……振動装置、２２……グローブボツクス（主ハ
ウジング）、３４……供給プローブ、３６……核
燃料容器、３８……輸送コンベア、４２……高架
輸送装置、６４，６５，６６……計量ステーシヨ
ン、７２……昇降駆動装置、８６……計量用ステ
ツプモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主ハウジングと、該主ハウジング内で各球状
   核燃料をサイズに応じて別々に受け取り、夫々が
   異なる直径の球状核燃料を有しながら所定量に計
   量する計量装置と、上記主ハウジングに入つた後
   の各球状核燃料を上記計量装置まで運搬する運搬
   手段と、燃料容器を直立した状態に支持する燃料
   容器支持装置と、上記所定量の球状核燃料を上記
   燃料容器に供給する供給手段とを有し、異なるサ
   イズの球状核燃料を燃料容器に装荷する装置であ
   つて、 上記燃料容器は管状の燃料棒であり、上記主ハ
   ウジングは内部に不活性雰囲気を有することがで
   きると共に多数の球状核燃料を受け取る密封可能
   な開口部を有し、各球状核燃料は燃料棒の中に装
   荷される異なる直径の球状核燃料であり、上記計
   量装置は各球状核燃料を計量するための計量手段
   を備えた複数の計量ステーシヨンから成り、上記
   供給手段は各球状核燃料がランダムに混合される
   ように各球状核燃料を適量調節しつつ燃料棒に供
   給し、更に供給手段を昇降する昇降手段と上記不
   活性雰囲気を保持するため燃料棒と主ハウジング
   との気密結合を保持する手段とが設けられること
   を特徴とする球状核燃料装荷装置。 ２ 上記主ハウジングに入つた後の上記球状核燃
   料を上記計量ステーシヨンまで運搬する運搬手段
   は、高架輸送装置を含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の球状核燃料装荷装置。 ３ 上記計量ステーシヨンは移動可能な台の上に
   据え付けられ、燃料装荷位置と燃料未装荷位置と
   の間を移動可能であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１又は第２項記載の球状核燃料装荷装
   置。 ４ 上記移動可能な台は前記計量ステーシヨンの
   計量台と水平及び垂直方向に移動させることがで
   きるようになつていることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の球状核燃料装荷装置。 ５ 球状核燃料装荷装置において、上記各計量ス
   テーシヨンは、前記球状核燃料を受容するための
   装荷ホツパと、計量ホツパと、夫々の直径の球状
   核燃料を一定量ずつ装荷ホツパから前記計量ホツ
   パに移送する手段と、球状核燃料を計量ホツパ内
   で計量するための手段と、該計量手段が予め定め
   られた量の球状核燃料を受容したとき、計量ホツ
   パへの球状核燃料の流下を止めるための手段とを
   備えていることを特徴とする前出請求項いずれか
   １つに記載の球状核燃料装荷装置。 ６ 上記昇降手段は、上記供給手段の底部が前記
   燃料棒の底部から約5.08cm程度離れるように供給
   手段を燃料棒内に降下せしめかつ予め定められた
   速度で供給手段を上昇せしめるようになつている
   ことを特徴とする前出請求項のいずれか１つに記
   載の球状核燃料装荷装置。 ７ 上記燃料棒が前記主ハウジングに密封結合し
   ている間、中前記燃料棒を振動させるための手段
   を更に備えていることを特徴とする前出請求項の
   いずれか１つに記載の球状核燃料装荷装置。 ８ 上記供給手段は燃料棒に投入される各サイズ
   の球状核燃料の流下速度を調整するための手段を
   備えていることを特徴とする前出請求項のいずれ
   か１つに記載の球状核燃料装荷装置。