JPH0754359B2 - 核燃料の多領域装填装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、所定量の核燃料ペレットを燃料棒被覆管内に
装填するための核燃料ペレット装填装置に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕

一般に、原子炉で使用する燃料棒においては、軸方向に
複数の領域に区分し、各領域に措定の種類の核燃料ペレ
ットを装填する様になっているものが多い。特にBWR用
の燃料棒においては、炉内出力の軸方向分布の平坦化、
炉停止予裕の確保、燃料経済性の追及等の目的のため、
各領域毎に異なったU₂₃₅濃縮度の核燃料ペレットを被覆
管内に装填するようにしたものがある。また、同様の目
的で、可燃性吸収材の濃度の異なったペレットを領域毎
に装填するようにしたものもある。一方、PWR燃料棒に
ついては、BWRのような炉内出力の軸方向不均一性はな
いが、燃料経済性向上のため同様な検討がなされてい
る。さらにFBRでは軸方向にブランケット部と燃料部の
領域に区分してペレットが装填されている。

また、上述のように１本の燃料棒内に複数の領域を設け
るばかりでなく、装填するペレット列全長についても、
例えばBWRについてだけみても、原子炉の型によって異
なる長さとする場合がある。

そこで、これを燃料加工工程の側からみると、まず原子
炉の型によって装填するペレット列全長が異なり、燃料
棒の種類によって軸方向の領域設計が異なり、さらに領
域毎に装填するペレットの種類が異なることになる。し
かも、このように全長、領域長さ、ペレットの種類が燃
料棒の種類によってまちまちとなっているものについ
て、ほぼ同一の外観をしたペレットを間違いなく装填す
る必要がある。そのため、これらの作業を細心の注意を
払い手作業で行おうとすると繁雑で長時間を要し、また
コスト高となる等の問題がある。

第７図は一般的な核燃料棒の縦断側面図であり、ジルコ
ニウム合金またはステンレス鋼製の被覆管１内に、二酸
化ウランUO₂などのペレット２を所定数装填し、一端か
ら挿入しばね３によってペレット２を押圧するようにし
てあり、上記被覆管１の両端部に端栓4,5が溶着されて
いる。

しかして、核燃料棒の被覆管１内には、第８図に示すよ
うに、ペレット２が装填される領域Ａとペレットが装填
されないプレナム部Ｂの２つの領域が形成されており、
上記プレナム部Ｂは発生した核分裂性ガスを十分貯留す
るため所定長さに設定され、これに対応してペレット２
が装填される領域Ａの長さも決定される。一方、ペレッ
ト１個の長さは、ある公差内でバラツキを有している。
また、ペレット装填領域内がペレットの種類によって複
数の領域に分けられている場合には、各領域の長さは一
般的に次のようにした規定されている。

すなわち、第９図に示すように例えば５つの領域に分け
られている場合には、A1領域の長さl1、A1領域とA2領域
を加えた長さl2、A1領域、A2領域およびA3領域を加えた
長さl3、A1領域、A2領域、A3領域およびA4領域を加えた
長さl4、およびプレナム部Ｂの長さL2を規定する方法
と、第10図に示すように、A1領域からA4領域までの各々
の領域の長さにつき規定し、最終のA5領域についてのみ
A1領域からA5領域までの合計長さすなわちペレットが装
填されている領域Ａの長さL1により規定する方法とがあ
る。そして、前記各領域A1〜A4の長さ、および領域Ａの
長さ等のそれぞれの公差が、ペレット１個の長さより若
干長く設定され、１個のペレットを列中に加えるか加え
ないかによって長さを公差内におさえることができるよ
うになっている。

ところで、多領域の設計の燃料棒に対してペレットを装
填する場合、従来においては、第11図に示すように複数
種の燃料ペレット2a,2b,2c,2dをそれぞれその種類毎に
搬送用トレイ６に配列載置し、各搬送用トレイ６を装填
台７上に装填の順序に対応して一列に並べて載置する。
一方、上記装填台７の一側には、燃料設計に対応して複
数のデバイダa1,a2,……を設けた整列Ｖトレイ８を配設
し、それぞれの領域に装填する種類のペレットを順次整
列Ｖトレイ８に並べ、その後それらのペレット列を被覆
管１内に装填することが行なわれている。

しかしながら、被覆管内へのペレット装填作業を上述の
ような手作業によって行なう場合、同様の形状をしたペ
レットおよびペレットトレイを間違いなく所定の位置に
置き、さらにそれぞれの種類のペレットを領域ごとに長
さを確認しながら、ペレットの種類も間違いなく並べる
必要があるため、その作業が非能率的であり、作業に長
時間を要する等の問題がある。また、装填速度のみを上
げようとすると装填ミスの発生を確実に防止することが
困難である等の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑み、ペレット移換えトレイか
ら燃料棒被覆管内の各領域に装填されるべき核燃料ペレ
ットの列を自動的に形成し、かつ異種類の核燃料ペレッ
トの混入を防ぎ、確実に所定領域に所定の核燃料ペレッ
トを自動的に装填することができるようにした、核燃料
の多領域装填装置を得ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、被覆管内に複数種の核燃料ペレットをそれぞ
れ所定の長さの領域毎に装填するための核燃料の多領域
装填装置において、上記各領域に装填される核燃料ペレ
ット毎にその核燃料ペレットをそれぞれ配列載置すると
ともに、装填すべき核燃料ペレットの順に配列された前
記領域と同数のペレット載置盤と、そのペレット載置盤
の前方に上記ペレットの縦列の同一軸線上になるように
順次移動し得るように配設された整列Ｖトレイと、前記
ペレット載置盤の一側にそれぞれ配設され、ペレット載
置盤上のペレット列を順次整列Ｖトレイを押し出すプッ
シャーと、上記各整列Ｖトレイに沿ってそれぞれ配設さ
れ、各整列Ｖトレイに押出し転送されたペレット列から
当該燃料領域までの全領域にわたる長さのペレット列を
切出し形成するペレット列長さ形成機構とを有すること
を特徴とするものであって、上記整列Ｖトレイ上に順に
所定の種類の核燃料ペレットを所定の長さになるように
配列させ、その後その列を被覆管内に挿入し得るように
したものである。

〔発明の実施例〕

以下、第１図乃至第６図を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。

第１図は本発明の核燃料の多領域装填装置の概略構成を
示す平面図であって、燃料棒の核燃料ペレットの領域が
３つの領域からなるものに対するものが示されている。

図中、符号10a,10b,10cはそれぞれ種類の異なる核燃料
ペレット11a,11b,11cの列を複数列にわたって配設積載
するペレット搬送用トレイであって、各ペレット搬送用
トレイ10a,10b,10cの前方には、上記核燃料ペレット列
と同一軸線上に延びる多数の溝を有するペレット移換え
トレイ12a,12b,12cがそれぞれ設けられている。

上記各ペレット搬送用トレイ10a,10b,10cの上方には、
ペレット列に直交する方向に延び各ペレット列の端面に
係合する全列プッシャ13a,13b,13cが、上記ペレット列
の軸線方向に移動可能に配設されており、さらに上記ペ
レット移換えトレイ12a,12b,12cはそれぞれペレット列
の１ピッチづつペレット列に直交する方向に移動可能と
してある。

また、上記ペレット移換えトレイ12a,12b,12cの前方に
は、順次隣接するペレット移換えトレイの前方に移動
し、ペレットの縦列と同一軸線上に位置するようにした
整列Ｖトレイ14a,14b,14c,14d…が配設されている。す
なわち、上記整列Ｖトレイ14a,14b,…は、前記ペレット
移換えトレイ12a,12b,12cに対応して所定間隔離間され
て互いに平行に配設され、例えばコンベアバルト15等に
よって互いに連結され、第１のペレット移換えトレイ12
aの前面から順次隣接する第２のペレット移換えトレイ1
2b、第３のベレット移換えトレイ12cの前面へと水平面
上を間欠的に移動し、さらに被覆管１と同一線上となる
ペレット挿入位置を経た後下方に反転し、上記と逆方向
に移動して元に戻り循環するようにしてある。

一方、前記各ペレット移換えトレイ12a,12b,12cの一側
上方には、核燃料ペレット11a,11b,11cの縦列と平行方
向に移動し、前記ペレット移換えトレイ上に移送された
核燃料ペレットをその縦列方向に押圧し、その核燃料ペ
レットの列を各整列Ｖトレイ上に転送するプッシャー装
置16が配設され、さらに各整列Ｖトレイ14a,14b,14cの
一側には、各整列Ｖトレイに転送されたペレット列から
所定の長さのペレット列を切り出し形成しするペレット
列長さ形成機構17が配設されている。

ところで、上記各プッシャー装置16は、第２図に示すよ
うに、点18において枢着されたＬ字状の操作杆19の先端
に固着され、前記ペレット移換えトレイ12a上のペレッ
トの縦列と平行方向に延びる枠体20を有し、その枠体20
の前後両端部にそれぞれプーリー21が装着され、その両
プーリー21にベルト22が巻装されている。上記ベルト22
には、下方に突出するプッシャ杆23の頂端部が装着され
ており、そのプッシャ杆23は、前記枠体20に前記ペレッ
トの縦列と平行に装着された案内杆24に摺動可能に係合
され、前記ベルト22の移動によって、上記案内杆24に沿
って前後方向に移動することができる。

また、上記プーリー21は、その一方が前記枠体20の装着
された駆動モータ25によって駆動されるように構成して
あり、その駆動モータ25とプーリー21との連動軸部に
は、第３図に示すように、上記プーリー21に所定以上の
負荷が加わったときその連動が解放される滑りクラッチ
26が設けられており、さらに前記操作杆19の他端には、
その操作杆19を点18のまわりに揺動させるエアシリンダ
27が連結されている。しかして、上記エアシリンダ27の
作動によって、前記プッシャ杆23は、その先端が核燃料
ペレット列の端部に係合する位置（第３図）と核燃料ペ
レット列との係合から解放される上方位置（第４図）と
をとることができる。

ペレット列長さ形成機構17は、ペレット移換えトレイ12
aの先端部と整列Ｖトレイ14aに沿って配設された機枠28
を有し、その機枠28の前後両端に設けられたプーリー29
にベルト30が巻装されている。上記機枠28は、エアシリ
ンダ31および案内杆32によってペレット移換えトレイ12
aの溝の一方の傾斜面に対して平行な平面内で上下動可
能としてあり、また上記ベルト30には、上記ペレット移
換えトレイ12aの溝の一方の傾斜面に沿って上記溝内に
挿入可能な長さ形成爪33が装着突設されている。また、
整列Ｖトレイ14aには、整列Ｖトレイ14aの軸線方向に移
動可能であり、かつその整列Ｖトレイ13の溝内に挿脱可
能なストッパ34が配設されている。

そこで、上述の如き装置において核燃料ペレットの所定
長さの列を形成するには次のようにして行なう。すなわ
ち、核燃料ペレットを配列載置したペレット搬送用トレ
イ10a,10b,10cをそれぞれペレット移換えトレイ12a,12
b,12cの後方所定位置に置き、全列プッシャ13a,13b,13c
によって各ペレット搬送用トレイ上のペレットの前列を
それぞれ移換えトレイ上に移換える。そこで、まず第１
の燃料ペレットの所定長さを得るためには、エアシリン
ダ27によって操作杆19を揺動させて、第２図および第３
図に示すようにプッシャ杆23がペレット搬送用トレイ10
a上の図において最左端のペレット列の後端に接する下
降位置に移動させ、その後駆動モータ25を作動させるこ
とによって、ベルト22を介してプッシャ杆23を前進さ
せ、そのプャ杆23によって上記ペレット列を整列Ｖトレ
イ14a上に押出し転送する。

このようにして一つのペレット列が押し出されると、プ
ッシャ杆23が原状位置に戻されるとともに、ペレット移
換えトレイ12aが図において左方に１ピッチ移動せしめ
られ、その後上述と同様にして第２列目のペレット列が
整列Ｖトレイ14a上に押し出される。これを繰り返すこ
とによってペレット列の先端がストッパ34に当接するま
で、すなわち滑りクラッチ26が空転するまで、ペレット
の押し出しが行なわれる。このようにしてペレット列の
先端がストッパ34に当接すると、ペレット列はペレット
移換え溝及び整列Ｖトレイ14a上においてプッシャ杆23
との間に挟持状態となる（第５図（ａ），第６図
（ａ））。この時、ペレットの長さにバラツキがあるの
で、列長さの公差範囲内においてペレット列の端部位置
は任意の位置を取り得る。しかし公差の範囲がペレット
１個の長さより長い場合、この公差の範囲内に少なくと
も１つの端部位置が存在することになる。一方、列長さ
形状爪33は、その先端縁がストッパ34から形成しようと
するペレット列の所定長さに公差を加えた最大長さに相
当する位置に設定されており、上述のようにペレット列
がストッパ34に当接すると、列長さ形成機構17の機枠28
が下降せしめられ、列長さ形成爪33が斜め上方からペレ
ット移換えトレイ12aの溝の側壁に沿って下降し、ペレ
ット移換えトレイ12aの溝上のペレットを第５図（ｂ）
および第６図（ｂ）に示す如く右斜め上側に押上げる。

次に、上記列長さ形成爪33がプーリ29およびベルト30を
介してペレット移換えトレイ12aの溝に沿ってストッパ3
4方向に移動され、第５図（ｃ）に示すように、列長さ
形成爪33によって押し上げられているペレットと接する
ペレットの端面に接せしめられ、長さが所定公差内にあ
る列長さL₁をもったペレット列がストッパ34と列形成爪
33とで挟持されることになる。そこで、ストッパ34を整
列Ｖトレイ14aの溝に沿って第２の燃料領域の長さに等
しい距離だけ移動させてペレット列の挟持状態を開放
し、その後列長さ形成爪33をさらにストッパ34方向に移
動させ、これによって第１の核燃料ペレットの列が整列
Ｖトレイ14a上に形成される。

なお、ペレット移換えトレイ上で列長さ形成爪33によっ
て斜め上方に押し上げられたペレットが、上記列長さ形
成爪33のペレット押出し方向に移動する場合に、その列
長さ形成爪33に伴なって移動することを防ぐためには、
例えばペレット移換えトレイの溝の左右角度を変えて、
第６図に示すように、斜め上方に押し上げられたペレッ
トが接する面の摩擦力が他方の面のそれより大きくなる
ようにしてもよい。

このようにして、第１の燃料領域の核燃料ペレット列が
整列Ｖトレイ14a上に形成されると、その整列Ｖトレイ1
4aを隣接する第２の燃料領域用の核燃料ペレット11bが
配列載置されているペレット移換えトレイ12bの前面ま
で移動させ、そこで前述と同様にしてペレット移換えト
レイ12b上の核燃料ペレット11bが整列Ｖトレイ14a上に
移送され、列長さ形成爪33によって、第１の燃料領域お
よび第２の燃料領域の和に相当する長さl₂のペレット列
が形成される。その後第３の領域の核燃料ペレットも全
く同様にして、整列Ｖトレイ14aに移送され、整列Ｖト
レイ14a上には第１、第２、第３の燃料領域に装填され
る核燃料ペレットがその順序に所定長さL₃になるように
配列される。したがって、その後その整列Ｖトレイ14a
は所定位置に設置されている被覆管１と同一軸線上の位
置に移動せしめられ、その被覆管１と同一軸線上の位置
に移動された整列Ｖトレイの一側上方に配設され、その
Ｖトレイの軸線に沿って移動可能なプッシャー35によっ
て、上記整列Ｖトレイ14a上に規定通りに配列された複
数種の核燃料ペレットを被覆管１内に挿入することがで
きる。このようにして、被覆管内の核燃料ペレット列の
全領域にわたって、全長が公差内に入るペレット列の形
成と装填を行なうことができる。

また、その装置においては、例えば整列Ｖトレイ14aに
第１の領域の核燃料ペレットの列を形成している場合、
他の整列Ｖトレイ14b,14cではそれぞれ第２或は第３の
領域の核燃料ペレットの列を形成するように、並列作業
を行なうことができる。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように構成したので、燃料棒の各領域に
装填される核燃料ペレットをそれぞれ一つの整列Ｖトレ
イ内に順次転送し、そこで所定の列長さに形成し、その
所定の列長さに形成されたペレット列を被覆管内に自動
的に挿入装填することができ、従来の手作業を大幅に縮
減でき、作業効率を大きく向上させることができる。し
かも各領域毎の異種類ペレットの混入を完全に防止する
ことができ、さらに、ペレット列長さ形成機構は、単に
各領域のペレット列の長さをそれぞれ所定の長さとして
取出すものでなく、順次所定長さに切出す燃料領域まで
の各燃料領域の長さの和に相当する長さの列を切り出す
ので、ペレット列の全体の長さを確実に公差内におさめ
ることができて、燃料棒としての品質の保持も確実に行
うことができる。また、各領域の並列装填も行なうこと
ができて、多領域の装填作業に要する時間も大幅に短縮
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の核燃料の多領域装填装置に概略を示す
平面図、第２図は本発明における核燃料ペレットの整列
Ｖトレイへのプッシャー装置部およびペレット列長さ形
成機構部の概略を示す斜視図、第３図および第４図は上
記プッシャー装置の作動説明図、第５図（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）、および第６図（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ本発明装置における
列長さ形成作動説明図、第７図は一般的な燃料棒の縦断
側面図、第８図は燃料領域とプレナム部との関係説明
図、第９図および第10図はそれぞれ燃料領域が複数領域
からなる場合における各領域の長さ規定方法の説明図、
第11図は、従来の装填方法の説明図である。 10a,10b,10c……ペレット搬送用トレイ、12a,12b,12c…
…ペレット移換トレイ、13a,13b,13c……全列プッシ
ャ、14a,14b,14c……整列Ｖトレイ、15……コンベヤベ
ルト、23……プッシャ杆、33……長さ形成爪、34……ス
トッパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関根 隆 神奈川県横須賀市内川２丁目３番１号 日 本ニユクリア・フユエル株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−135193（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−15597（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−156919（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被覆管内に、複数種の核燃料ペレットをそ
   れぞれ所定の長さの領域ごとに装填するための核燃料の
   多領域装填装置において、上記各領域に装填される核燃
   料ペレット毎にその核燃料ペレットをそれぞれ配列載置
   するとともに、充填すべき核燃料ペレットの順に配列さ
   れた、前記領域と同数のペレット移換えトレイと、その
   ペレット移換えトレイの前方に上記ペレットの縦列と同
   一軸線上になるように順次移動し得るように配設された
   整列Ｖトレイと、前記ペレット移換えトレイの一側にそ
   れぞれ配設され、そのペレット移換えトレイ上のペレッ
   ト列を順次整列Ｖトレイに押し出すプッシャーと、上記
   各ペレット移換えトレイ及び整列Ｖトレイに沿って配設
   され、ペレット移換えトレイの溝の側壁に沿って下降す
   ることによって整列Ｖトレイに押し出し転送されたペレ
   ット列と連続するペレット列内の所定のペレットを側方
   に移動させる列形成爪を有し、その列形成爪と各整列Ｖ
   トレイの一側上方にその軸線方向に移動可能に配設され
   上記整列Ｖトレイの所定位置にセット可能なストッパと
   の間に当該燃料領域までの各燃料領域の長さの和に相当
   する長さの列を切出し形成するとともに、上記列形成爪
   の整列Ｖトレイの軸線方向への移動によって上記切出し
   形成されたペーット列を整列Ｖトレイ上に完全に押し出
   すペレット列長さ形成機構と、整列Ｖトレイ上に押し出
   し整列された複数種の燃料ペレット列を被覆管に挿入す
   るプッシャとを有することを特徴とする、核燃料の多領
   域装填装置。
2. 【請求項２】整列Ｖトレイは、その複数個の軸線に直交
   する方向に連結され、連動することを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項記載の核燃料の多領域装填装置。