JPH0618698A - 燃料要素交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子炉の燃料要素交換装置において、炉上部
で配置上制約が多い大口径回転プラグを不要とし、また
独立配設の炉内中継機構や燃料出入機等を同軸上に配置
して炉上部の空間率を高めること。 【構成】 先端部に燃料要素着脱・上下駆動機構部（３
ａ），（４），（５）を有する水平旋回式多関節アーム
（１ｂ），（２ａ），（２ｂ），…，（２ｄ′）を上下
一対二段に配設して、上段（または下段）のみに旋回用
駆動装置を装備し、筒状の本体胴部（１ａ）の旋回駆動
との組合せ角度によって、炉心全領域の燃料要素を取扱
い可能とする。また、その本体胴部（１ａ）の下方に炉
内中継用のポッド（６）、上方に燃料出入機構（１
１），…，（１９）をそれぞれ配設して、新旧燃料要素
を取扱う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速増殖発電炉等の原
子炉に適用される燃料要素交換装置に関する

【０００２】。

【従来の技術】図１０は従来の原子炉と燃料要素交換装
置の一例を示す図である。この図に示されるように、従
来は燃料交換機、炉内中継機構および燃料出入機がそれ
ぞれ独立した装置となっており、燃料交換機は炉上部に
設けられた大口径の回転プラグ上に搭載されて、旋回組
合せ角度によって炉心全領域の燃料要素を取扱うように
なっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の燃料交換装
置は、炉上部に装設された大口径回転プラグとの旋回組
合せ角度によって燃料要素を取扱っていたため、当該旋
回駆動機構、駆動装置等で配置上の制約が多く、また炉
内中継機構や燃料出入機をそれぞれ独立して上記回転プ
ラグ外周囲に配設しなければならなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するために、鉛直な筒状で、ルーフスラブを貫
通して下端が炉心燃料要素の上端レベルに達し、軸線ま
わりに回転可能に上記ルーフスラブに支持された本体胴
部と、上記本体胴部の上方に設けられたドアバルブと、
上記本体胴部の下方で炉内構造物に取付けられ、燃料要
素を収容できる２本の鉛直な穴を有するポッドと、上記
本体胴部の下部から水平に突出した上下一対の支持アー
ムと、鉛直軸まわりに回転可能に上記支持アームの先端
に取付けられて水平に延びる上下一対の１段目の旋回ア
ームと、鉛直軸まわりに回転可能に前段の旋回アームの
先端に順次取付けられて水平に延びる上下一対の複数段
目の旋回アームと、鉛直軸まわりに回転可能に最終段の
旋回アームの先端に取付けられて水平に延び、先端に鉛
直で下方が開放された燃料要素引込み筒を有する保持ア
ームと、上記ドアバルブを開閉する手段と、上記本体胴
部、上記旋回アームおよび上記保持アームをそれぞれ旋
回させる手段と、上記燃料要素引込み筒内に燃料要素を
引込みまたは上記燃料要素引込み筒内から燃料要素を押
出す手段と、上記本体胴部の上方から同本体胴部内を経
て上記ポッド内まで燃料要素を吊り降ろし、または上記
ポッド内から上記本体胴部の上方まで同本体胴部内を経
て燃料要素を吊り上げる手段とを具備したことを特徴と
する燃料要素交換装置を提案するものである。

【０００５】

【作用】本発明は前記構成を有するので次の作用を生じ
る。まず、本体胴部の上方から同本体胴部内を経てポッ
ドの２本の穴の一方の中まで新しい燃料要素を吊り降ろ
し、一時仮置きしておく。次に鉛直軸まわりに回転する
多関節アームを旋回・伸縮させて、先端部に設けられた
燃料要素引込み筒を、取替対象の炉内燃料要素の真上に
設定し、その燃料要素を筒内に引込む。それから多関節
アームを折りたたんで、ポッドの空いた方の穴の最上に
燃料要素引込み筒を設定し、その穴の中に旧燃料要素を
押出す。そして燃料要素引込み筒の位置を少し変えて新
しい燃料要素を引込み、再び多関節アームを伸縮させて
旧燃料要素を引抜いた位置まで燃料要素引込み筒を動か
し、新燃料要素を炉に装填する。一方ポッド内の旧燃料
要素は本体胴部内を経て上方まで吊り上げ、炉外へ移送
する。

【０００６】このように本発明によれば、炉上部の配置
上制約が多かった従来の大口径回転プラグが不要とな
り、炉上部の空間率が向上して、機器配置が容易とな
る。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す縦断側面図、
図２は同じく平面図である。図３は図１中の多関節アー
ム機構部を示す側面図、図４は同じく平面図、図５は図
３のＶ−Ｖ水平断面図である。図６は図３中の燃料要素
引込み筒内の引込み機構を示す縦断面図である。図７は
図３中の本体胴部下端とポッド上端部を示す縦断面図で
ある。図８は図３中の関節部を示す縦断面図、図９は同
じく平面図である。

【０００８】燃料交換機（１）の本体胴部（１ａ）は鉛
直な筒状で、ルーフスラブ（２０）にはめ込まれた断面
大小長円形状の遮蔽プラグ（８）を貫通し、軸線まわり
に旋回可能に上記遮蔽プラグ（８）に支承されている。
そしてその下端は炉心の燃料要素（２３）の上端レベル
まで達している。この本体胴部（１ａ）の上方にはドア
バルブ（９），（１０）が設けられている。また本体胴
部（１ａ）の下方には、炉内中継用のポッド（６）が炉
内構造物（２４）に埋込まれている。このポッド（６）
は、燃料要素を収容できる２本の鉛直な穴を有する。

【０００９】上記本体胴部（１ａ）の下部からは、上下
一対の支持アーム（１ｂ），（１ｂ′）が水平に突出し
ている。そしてこの支持アーム（１ｂ），（１ｂ′）の
先端には、上下一対の１段目の旋回アーム（２ａ），
（２ａ′）が、鉛直軸まわりに回転可能に取付けられて
水平に延びている。この１段目の旋回アーム（２ａ），
（２ａ′）の先端には、上下一対の２段目の旋回アーム
（２ｂ），（２ｂ′）が鉛直軸まわりに回転可能に取付
けられて水平に延び、その２段目の旋回アーム（２
ｂ），（２ｂ′）の先端には、上下一対の３段目の旋回
アーム（２ｃ），（２ｃ′）が鉛直軸まわりに回転可能
に取付けられて水平に延びている。このように上下で対
になった複数段の旋回アームが、鉛直軸のまわりに回転
可能に、前段の旋回アームの先端に順次取付けられて水
平に延びている。図示例では４段目の旋回アーム（２
ｄ），（２ｄ′）まで示されている。これら上下の支持
アーム（１ｂ），（１ｂ′）、上下の旋回アーム（２
ａ），（２ａ′），（２ｂ），（２ｂ′）…の間は、図
５に示されるように交互に一方向が切欠かれている。最
終段（図示例では４段目）の旋回アーム（２ｄ），（２
ｄ′）の先端には、コ字状の保持アーム（３）が鉛直軸
のまわりに回転可能に取付けられて水平に延び、その先
端に鉛直で下方が開放された燃料要素引込み筒（３ａ）
が固着されている。

【００１０】上記燃料要素引込み筒（３ａ）内には、燃
料要素（２３）を着脱するグリッパユニット（５）を有
する上下駆動機構（４）が設けられている。すなわち、
図６に示されるように、グリッパユニット（５）の両側
部へ設けたボールネジ等でグリッパユニット（５）を上
下駆動し、並設したスプラインを回転させることによっ
てグリッパツメの開閉駆動を行なう。

【００１１】燃料交換機本体胴部（１ａ）の頂部にはギ
ヤー（１ｃ）が取付けられており、これと係合する旋回
駆動装置（ピニオン、減速機、モータ、回転角度検出系
等）（７）が前記遮蔽プラグ（８）の上面に搭載されて
いる。そして遮蔽プラグ（８）を取囲むようにドアバル
ブ（９）がルーフスラブ（２０）上に取付けられてい
る。このドアバルブ（９）の上方には、燃料出入機キャ
スク（１１）用のドアバルブ（１０）が設けられてい
る。またドアバルブ（９）の下部を前記燃料交換機本体
胴部（１ａ）から引出されたケーブル（１０９）が着脱
可能に貫通している。

【００１２】燃料出入機キャスク（１１）内には、燃料
出入用のコフィン（１２）がガスシリンダ（１８）等で
揺動可能に支承され、コフィン（１２）内に挿入された
垂下吊下げ案内筒（１３）と燃料要素着脱用グリッパユ
ニット（１４）をケーブルチェーン（１６）等で上下駆
動する昇降装置（１５）およびケーブルチェーン（１
６）等巻取ドラム（１７）がそれぞれ配設されている。
そこで、図６に示されたものと類似した各２組のグリッ
パユニット（１４）とケーブルチェーン（１６）を外装
してグリッパユニット（１４）頂部へ垂下吊下げた案内
筒（１３）は、ケーブルチェーン（１６）の送出しによ
りグリッパユニット（１４）とともに下降し、燃料交換
機本体胴部（１ａ）の下端部へ着座すると、その後、グ
リッパユニット（１４）だけが下降し、中継用ポッド
（６）の頂部へ挿入されて燃料要素（２３）を装着した
のち上昇し、案内筒（１３）とともにコフィン（１２）
内へ収納される。案内筒（１３）は、本体胴部（１ａ）
の下方部切欠部位におけるガイドチューブの機能を持た
せたものである。なお、傾斜配設された燃料搬出入口ノ
ズル（１９）は図示していない炉外燃料取扱設備側へ接
続されている。

【００１３】ルーフスラブ（２０）の中央部を、制御棒
駆動機構を具えた炉心上部機構（２１）が貫通しおり、
燃料交換時には上方へ引上げられるようになっている。
またルーフスラブ（２０）の下面外周部には、炉内構造
物（２４）や燃料要素（２３）を内包する円筒状の原子
炉容器（２２）の上縁が取付けられている。

【００１４】次に各上側の支持アーム（１ｂ）、旋回ア
ーム（２ａ），（２ｂ），（２ｃ），（２ｄ）および保
持アーム（３）の間にそれぞれ設けられた関節部の構造
について、図８および図９により、支持アーム（１ｂ）
と１段目の旋回アーム（２ａ）の間の場合を例にして説
明する。旋回アーム（２ａ）に中空軸（１０１）が固定
され、この中空軸（１０１）が一対のベアリング（１０
２）を介して支持アーム（１ｂ）の先端に旋回可能に支
持されている。それら一対のベアリング（１０２）の間
には、モータの固定子（１０３）が支持アーム（１ｂ）
側、同じく回転子が中空軸（１０１）側にそれぞれ固着
されていて、旋回アーム（２ａ）を支持アーム（１ｂ）
に対して旋回駆動させるようになっている。また中空軸
（１０１）の頂部には、回転角度検出用のギヤー（１０
７）が装着され、支持アーム（１ｂ）側に取付けられた
ピニオン付の回転角度検出器（１０６）と係合してい
る。そして支持アーム（１ｂ）の下面と旋回アーム（２
ａ）の上面が向き合う部位には、電磁ブレーキ（１０
８）が装着されている。また中空軸（１０１）内にはヘ
リカル状のフレキシブルチューブ内に挿入されたケーブ
ル（１０９）が挿入され、その両端部は止め金具（１１
０ａ），（１１０ｂ）で支持アーム（１ｂ）、旋回アー
ム（２ａ）に固定保持されている。

【００１５】なお、駆動系負荷を軽減する目的で、各ア
ームには気密室（ａ），（ｂ）等を設け、液中で浮力が
生じるようになっている。また各下側の支持アーム（１
ｂ）、旋回アーム（２ａ），（２ｂ），（２ｃ），（２
ｄ）および保持アーム（３）の間の関節部（図示せず）
は、それぞれ折りたたみ方向へ自力屈曲（オートリター
ン）できるように、うず巻きバネ等を各軸部に設けて、
故障時回収機能を与えている。

【００１６】燃料交換時には、まず燃料交換機（１）を
図１の状態に据付け、制御棒駆動機構を装備した炉心上
部機構（２１）を上方へ引上げた状態とする。次に支持
アーム（１ｂ），（１ｂ′）、旋回アーム（２ａ），
（２ａ′），（２ｂ），（２ｂ′），（２ｃ），（２
ｃ′），（２ｄ），（２ｄ′）および保持アーム（３）
を水平旋回して屈曲・伸縮させ、燃料交換機本体胴部
（１ａ）の旋回角度との組合せによって、燃料要素引込
み筒（３ａ）を所要燃料要素（２３）の位置へ設定す
る。そして燃料要素（２３）を引込んだ後、前記支持ア
ーム、旋回アームおよび支持アームを折りたたみ、引抜
いた旧燃料要素（２３）を炉内中継用ポッド（６）の空
側の穴へ押出して挿入、仮置きする。それから同ポッド
（６）の隣りの穴にグリッパユニット（１４）によって
既に挿入されている新しい燃料要素を引抜き、前記旧燃
料要素（２３）が引抜かれた位置へ設定、挿入する。こ
の間に旧燃料要素（２３）はグリッパユニット（１４）
により、ポッド（６）から引上げられ、炉外燃料取扱設
備側へ移送される。その後、再び新しい燃料要素を搬入
し、コフィン（１３）内で待機させる。

【００１７】なおドアパルブ（９），（１０）は、燃料
交換・出入を実施する前後の据付撤去作業時にカバーガ
スバウンダリを確保する目的で設置しているものであっ
て、燃料交換機（１）および燃料出入機キャスク（１
１）本体の据付撤去時に開閉操作を行ない、燃料交換・
出入操作時は開いた状態とする。これらは、図１の紙面
直角方向にボールネジ、リニヤガイド等で駆動される周
知の水平ゲートパルブ方式なので、詳細構造は図示して
いない。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、燃料交換時に先端部に
燃料要素の着脱・上下駆動機構部を有する水平旋回式多
関節アームを上下一対二段に配設して、これを旋回駆動
し、筒状の本体胴部の旋回駆動との組合せ角度によっ
て、炉心全領域の燃料要素を取扱うことができる。また
本体胴部下方に炉内中継用のポッド、上方に燃料吊り上
げ吊り降し機を、それぞれ配設したので、新旧燃料要素
を連続的に取扱うことができる。したがって回転プラグ
が不要となり、炉上部ルーフスラブ上面での配置制約が
少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す側面図である。

【図２】図２は図１の平面図である。

【図３】図３は図１中の多関節アーム機構部を示す側面
図である。

【図４】図４は図３の平面図である。

【図５】図５は図３のＶ−Ｖ水平断面図である。

【図６】図６は図３中の燃料要素引込み筒内の引込み機
構を示す縦断面図である。

【図７】図７は図３中の本体胴部下端とポッド上端部を
示す縦断面図である。

【図８】図８は図３中の関節部を示す縦断面図である。

【図９】図９は図８の平面図である。

【図１０】図１０は従来の原子炉と燃料要素交換装置の
一例を示す図である。

【符号の説明】

（１） 燃料交換機 （１ａ） 本体胴部 （１ｂ），（１ｂ′） 支持アーム （１ｃ） ギヤー （２ａ），（２ａ′） 旋回アーム （２ｂ），（２ｂ′） 旋回アーム （２ｃ），（２ｃ′） 旋回アーム （２ｄ），（２ｄ′） 旋回アーム （３） 保持アーム （３ａ） 燃料要素引込み筒 （４） 着脱・上下駆動機構部 （５） グリッパユニット （６） 炉内中継用ポッド （７） 旋回駆動装置 （８） 遮蔽プラグ （９），（１０） ドアバルブ （１１） 燃料出入機キャスク （１２） 燃料出入用コフィン （１３） 垂下吊下げ案内筒 （１４） 燃料要素着脱用グリッパ
ユニット （１５） 昇降装置 （１６） ケーブルチェーン （１７） ケーブルチェーン巻取ド
ラム （１８） ガスシリンダ （１９） 燃料搬出入口ノズル （２０） ルーフスラブ （２１） 炉心上部機構 （２２） 円筒状原子炉容器 （２３） 燃料要素 （２４） 炉内構造物 （１０１） 中空状軸 （１０２） ベアリング （１０３） モータ固定子 （１０４） モータ回転子 （１０６） 回転角度検出器 （１０７） 回転角度検出用ギヤー （１０８） 電磁ブレーキ （１０９） ケーブル （１１０ａ），（１１０ｂ） 止め金具 （ａ），（ｂ） 気密室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉛直な筒状で、ルーフスラブを貫通して
   下端が炉心燃料要素の上端レベルに達し、軸線まわりに
   回転可能に上記ルーフスラブに支持された本体胴部と、
   上記本体胴部の上方に設けられたドアバルブと、上記本
   体胴部の下方で炉内構造物に取付けられ、燃料要素を収
   容できる２本の鉛直な穴を有するポッドと、上記本体胴
   部の下部から水平に突出した上下一対の支持アームと、
   鉛直軸まわりに回転可能に上記支持アームの先端に取付
   けられて水平に延びる上下一対の１段目の旋回アーム
   と、鉛直軸まわりに回転可能に前段の旋回アームの先端
   に順次取付けられて水平に延びる上下一対の複数段目の
   旋回アームと、鉛直軸まわりに回転可能に最終段の旋回
   アームの先端に取付けられて水平に延び、先端に鉛直で
   下方が開放された燃料要素引込み筒を有する保持アーム
   と、上記ドアバルブを開閉する手段と、上記本体胴部、
   上記旋回アームおよび上記保持アームをそれぞれ旋回さ
   せる手段と、上記燃料要素引込み筒内に燃料要素を引込
   みまたは上記燃料要素引込み筒内から燃料要素を押出す
   手段と、上記本体胴部の上方から同本体胴部内を経て上
   記ポッド内まで燃料要素を吊り降ろし、または上記ポッ
   ド内から上記本体胴部の上方まで同本体胴部内を経て燃
   料要素を吊り上げる手段とを具備したことを特徴とする
   燃料要素交換装置。