JPH0862380A - 原子炉の新燃料取扱設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ランダムな方位に受け入れた新燃料を、燃料貯
蔵ラックから取出して炉心へ移送する経路途上で炉心側
にて指定した装荷方位に合わせて調整できるようにした
原子炉の新燃料取扱設備を提供する。 【構成】正六角形の燃料集合体１の頂部に刻印した識別
マークを目印に、原子炉炉心へ装荷する新燃料集合体の
向きを炉心側で指定した装荷方位に合わせるための手段
として、新燃料貯蔵ラック２と炉心との間の燃料移送経
路の途中，特に燃料移送機３と地下台車４との間を連係
する案内管５の下端側に燃料集合体の方位設定装置７を
備え、該方位設定装置と燃料移送機に搭載した回転式グ
リッパ３ａとの共同操作で新燃料貯蔵ラックから取出し
た新燃料集合体を指定の方位に合わせて調整し、炉心へ
新燃料集合体を装荷する際の挿入性を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、現在国内で開発が進め
られている高速増殖炉「もんじゅ」などを対象とした原
子炉の新燃料取扱設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、頭記の高速増殖炉「もんじゅ」を
例に、その炉心構成要素である燃料集合体の構造を図５
に示す。すなわち、燃料集合体１は燃料要素を正六角形
のラッパ管１ａに収納し、その上部にハンドリングヘッ
ド１ｂ、下部にエントランスノズル１ｃを備えて構成さ
れている。また、ハンドリングヘッド１ｂの外周面には
セルフオリエンテーションとして機能するガイド（燃料
交換機を用いて新燃料集合体を炉心へ装荷する際に、炉
心側の装荷穴周辺に並んでいる燃料集合体方位と新たに
装荷される新燃料集合体の向きとの相対的な角度ずれが
ある場合に、このガイド面に沿って新燃料集合体の方位
が自動修正される）が形成されており、かつ頂面には正
六角形の一辺に沿って識別マーク（燃料集合体の製造N
O) １ｄが刻印されている。

【０００３】次に、新燃料取扱ルートの概要を図６に示
す。すなわち、外部から受け入れた新燃料集合体は検査
設備で外観検査を行った後に１体ずつ新燃料貯蔵ラック
に一時保管しておき、燃料交換開始前に必要な本数を新
燃料貯蔵ラックから新燃料移送機により取出した後、地
下台車，燃料出入機を乗り継いで炉外燃料貯蔵槽に移し
替える。そして燃料交換時には燃料出入機，炉内中継装
置，燃料交換機を使用して使用済燃料集合体と新燃料集
合体を１体ずつ交換するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、新燃料取扱
設備に受け入れた新燃料をクレーンなどによりキャスク
から取出して新燃料貯蔵ラックに収納した状態では新燃
料集合体の向き（方位）がランダムで一定してない。こ
のために、ランダムな方位のまま燃料集合体を貯蔵ラッ
クから取出して炉外燃料貯蔵槽に移し替え、燃料交換時
にここから炉格納容器内に搬入した新燃料集合体を燃料
交換機によって炉心に装荷しようとすると、当然のこと
ながら炉心配置の方位と新燃料集合体の方位との間には
相対的な角度のずれが生じる。かかる点、先記のように
燃料集合体自身にはセルフオリエンテーション機能を備
えているので、多少の相対的な角度のずれがあっても通
常は燃料集合体を炉心に支障なく装荷できるが、この相
対的なずれ角度が大であるとセルフオリエンテーション
が十分に機能しない可能性があり、この場合には炉心へ
の燃料集合体の装荷性が悪くなって通常の装荷ルートと
違う方法により装荷することとなり、燃料装荷に時間を
要することになる。

【０００５】そこで、新燃料集合体の炉心への装荷をス
ムーズに行うためには、新燃料集合体を燃料貯蔵ラック
から取出して炉心に移送する際に、あらかじめその移送
経路の途中で燃料集合体の向きを炉心側の方位に合わせ
ておき、炉心へ装荷する際に炉心との相対的なずれ角度
をセルフオリエンテーション機能の許容範囲に十分収ま
るようにする新燃料集合体の方位管理が必要となる。

【０００６】一方、前記問題とは別に、炉心に装荷する
燃料集合体の方位を先記した識別マークを目印として一
定の方位に揃えておけば、照射後に炉心から取出した燃
料集合体についての状態検査，マーク位置，および装荷
位置を総合して炉心内での照射特性を正確に評価できる
ことが知られている。そこで、このような照射特性の評
価を実行するためには、新燃料集合体を炉心に装荷する
際に、あらかじめ先記した識別マークを基準目印として
燃料集合体の方位を炉心側で指定した装荷の向きに揃え
るようにしておく必要がある。

【０００７】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、前記課題を解決するために、ランダムな方位で
受け入れた新燃料を、炉心へ移送する経路の途上で炉心
側の指定方位に合わせて調整できるようにした原子炉の
新燃料取扱設備を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の新燃料取扱設備においては、外形が正六角
形になる燃料集合体の頂部に刻印したマークを目印に、
原子炉炉心へ装荷する新燃料集合体の向きを炉心側で指
定した装荷方位に合わせるための手段として、新燃料貯
蔵ラックと炉心との間の燃料移送経路の途上に燃料集合
体の方位設定装置を備え、該方位設定装置と燃料移送機
に搭載した回転式グリッパとの共同操作で新燃料貯蔵ラ
ックから取出した新燃料集合体を指定の方位に調整する
よう構成するものとする。

【０００９】ここで、前記の方位設定装置は、燃料移送
機のグリッパに吊り下げた燃料集合体を挿入するよう燃
料下降通路に配置したリング状の旋回台と、該旋回台上
に搭載した燃料集合体の方位検出器と、旋回台のサーボ
機構，および回転角検出器とから構成し、かつその方位
検出器は旋回台に挿入した燃料集合体を挟んでその両側
に配置した二組の光学式センサで構成するものとする。

【００１０】また、前記の方位設定装置は、燃料移送機
から燃料集合体を地下台車に受け渡す案内管の下部に設
置して実施することができる。

【００１１】

【作用】上記の構成で、ランダムな方位に受け入れて燃
料貯蔵ラックに保管した新燃料集合体について、まず、
燃料移送機を燃料貯蔵ラックにアクセスしてグリッパで
新燃料集合体を吊り上げる際に燃料移送機に搭載したＩ
ＴＶにより燃料集合体の頂面に刻印されているマークの
大凡の方位を目視確認する。次に燃料集合体を燃料移送
機のグリッパで貯蔵ラックから引出しした後、次段の地
下台車へ受け渡す過程で燃料交換機のグリッパに吊り下
げたまま燃料集合体をその下降通路に設置した方位設定
装置の旋回台に挿入する。

【００１２】そして、この挿入位置で、まず方位検出器
の出力信号（方位検出器として、例えばレーザ光源と受
光器を対にした二組のレーザセンサを燃料集合体の両側
に平行に設置しておけば、レーザ光と六角形の燃料集合
体の対向二辺とが平行となったときに二組のセンサの出
力（受光器の受光量）の和が最大となる）を監視しなが
ら旋回台を回転してグリッパに吊り下げた燃料集合体の
正確な方位を確認する。次に、この位置から旋回台を炉
心側で指定した装荷方位に合わせて回転（旋回台の回転
操作はサーボ機構（駆動モータ）で行い、その回転角を
検出器により検出して指定方位に設定する）させてお
き、続いてグリッパに内蔵した回転機構を操作して燃料
集合体を軸の回りに回転させ、旋回台に搭載した方位検
出器の出力信号を基に燃料集合体の向きが旋回台で先に
設定した指定方位に一致したところでグリッパの回転動
作を停止する。これにより燃料集合体が炉心側での指定
方位に向くように調整される。

【００１３】また、方位調整後は、燃料集合体をこの方
位に保ったまま燃料移送機から地下台車に受け渡し、さ
らに炉外燃料貯蔵槽，炉内中継装置を経由して燃料交換
機により炉心に装荷される。これにより、炉心側で指定
した方位に揃えて新燃料集合体を炉心に挿入性よく装荷
することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。まず、図１において、２は原子炉施設に受け入れ
た新燃料１を外観検査後に保管する新燃料貯蔵ラック、
３は新燃料取扱室に据付けた燃料移送機、４は新燃料集
合体１を図６に示した炉外燃料貯蔵槽に向けて移送する
地下台車であり、この地下台車４と新燃料取扱室との間
を連係して新燃料取扱室の床面には新燃料集合体１の下
降通路となる案内管５が貫通装備されている。また、燃
料移送機３のグリッパ３ａはグリッパ案内筒３ｂの中を
図示されてない昇降駆動部の操作で昇降し、かつグリッ
パ案内筒３ｂの先端にＩＴＶ６が下方に向けて取付けて
ある。なお、グリッパ３ａは開閉爪を備えた先端部がグ
リッパ本体に対して軸の回りに回転できるように回転機
構を内蔵している。このグリッパ回転機能の本来の役目
は、新燃料集合体１をグリッパ３ａに吊り下げた状態で
その外観検査（ＩＴＶによりモニタリングする）を遠隔
操作で行う際に、燃料集合体の周面をＩＴＶに向けて回
転させることにある。

【００１５】さらに、先記した案内管５の下端側には、
本発明により追加装備した方位設定装置７が案内管５に
軸中心を合わせて吊りボルト８に吊り下げ支持されてい
る。この方位設定装置７の詳細構造は図２（ａ),（ｂ）
に示す如くであり、前記吊りボルト８で支持された基台
９に対し、軸受１０を介して回動可能に軸支されたリン
グ状の旋回台１１と、該旋回台１１の周面を大歯車とし
てこれに噛み合う小歯車１２を介して連結した駆動モー
タ（サーボ機構）１３と、同じく旋回台１１の歯車に小
歯車１４を介して連結した回転角検出器（ロータリエン
コーダ）１５と、レーザ光源１６ａと受光器１６ｂを対
にして旋回台１１の上面左右に並べて配置した二組のレ
ーザセンサ（燃料集合体の方位検出器）１６とから組立
構成されている。なお、１７は中継端子ボックス、１８
はレーザセンサ１６との間に配線した信号線のケーブル
ベアである。かかる構成で、駆動モータ１３を回転する
と、歯車を介して旋回台１１が矢印Ｐ方向に旋回し、か
つその回転角は回転角検出器１５により検出される。な
お、当該方位設定器の動作に付いては後述する。

【００１６】また、図３で示すように先記したグリッパ
３ａの本体外周にはガイドキー３ｃを備えており、この
ガイドキー３ｃに対向して案内管５の内周にはグリッパ
本体を上下方向にガイドするキー溝５ａが設けてある。
このガイド機構は、図示のようにグリッパ３に燃料集合
体１を把持した状態で、グリッパ先端部３ｄを矢印Ｑの
ように回転操作した際に、ワイヤで吊り下げられたグリ
ッパ本体が連れ回りするのを防止するためのものであ
る。

【００１７】次に前記構成による新燃料集合体の方位調
整操作について説明する。まず、新貯蔵貯蔵ラック２に
は原子炉施設に受け入れた新燃料集合体が１体ずつラン
ダムな向きに収容保管されている。ここから燃料集合体
１を取出して後段の炉外燃料貯蔵槽に移し替える場合に
は、まず燃料移送機３を燃料貯蔵ラック２にアクセス
し、この位置でグリッパ３ａをラック内に下降して燃料
集合体１を吊り上げる。この吊り上げの際にグリッパ案
内筒３ｂに搭載したＩＴＶ６により燃料集合体１の頂面
に刻印されている識別マーク１ｄ（図５参照）がどの方
向に向いているかを中央指令室のモニタで確認する。続
いて燃料移送機３を案内管５の上方位置まで移動した上
で、グリッパ３ｂを下降操作して燃料集合体１を案内管
５の中に吊り降ろし、ここで燃料集合体１のラッパ管１
ａが案内管５の下部に据付けた方位設定装置７の旋回台
１１の中に挿入された位置で一旦吊り降ろしを停止す
る。

【００１８】この状態から、次に方位設定装置６の旋回
台１１を回転操作し、旋回台１１に搭載したレーザセン
サ１６の出力信号から燃料集合体１の方位角度を次記の
ような方法で確認する。すなわち、図４（ａ),（ｂ）は
前記のレーザセンサ１６で燃料集合体１の方位を検出す
る動作原理図である。図において、二組のレーザセンサ
１６が燃料集合体１の両側に平行に配置されており、レ
ーザ光源１６ａから受光器１６ｂに向けて或る幅をもっ
てレーザ光を出射しており、この状態で左右に並ぶ各セ
ンサの受光器１６ｂの受光量に比例した出力信号Ia, Ib
を加算器１６ｃで加算する。ここで（ａ）図のように正
六角形の燃料集合体１の対向二辺がレーザ光と平行な方
位にあれば、各センサ１６の出力加算値Ａは最大とな
る。この場合に燃料集合体１がレーザセンサ１６に対し
て左右方向に多少ずれて位置していても出力加算値Ａは
変わらない。これに対して、（ｂ）図のように燃料集合
体１の対向二辺がレーザ光と非平行な方位にあれば、燃
料集合体１によるレーザ光の遮光量が多くなるために、
出力信号Ia, Ibの加算値Ｂは（ａ）図における値Ａより
も小となる。したがって、先記のようにグリッパ３ａに
燃料集合体１を吊り下げたまま、相対的に旋回台１１を
回転操作し、この過程でレーザセンサ１６の出力が最大
となる地点で旋回台１１を停止し、その回転角を回転角
検出器１５で検出すれば、ランダムな方向に向いたまま
グリッパ３ａち吊り下げされている燃料集合体１の方位
が正確に検知，確認できる。

【００１９】次に、方位設定装置７に対して、炉心構成
要素の配列に相応して炉心側より指定した新燃料集合体
の装荷方位を目標値として与え、この方位に合わせて旋
回台１１を回転位置決めした後、続いてグリッパ３ａに
内蔵した回転機構を操作してグリッパに吊り下げた燃料
集合体１を軸の回りに回転させ、図４で述べた方位検出
の原理により燃料集合体１の頂面に刻印した識別マーク
１ａ（図５参照）が先に旋回台１１で設定した指定方位
に一致したところでグリッパ３ａの回転動作を停止す
る。これにより、いままでランダムな向きにあった燃料
集合体１の方位が方位設定器７で設定した方位に追従す
るように修正され、炉心側で指定した燃料集合体の装荷
方位と一致するように調整されることになる。そして、
上記した方位調整操作が済むと、燃料集合体１は前記方
位に変えずに燃料移送機３から地下台車４に受け渡して
炉外燃料貯蔵槽内に搬入し、燃料交換の際に燃料交換機
によって炉心に装荷される。

【００２０】この場合に、炉心に装荷される新燃料集合
体は移送経路の途中で前記のように炉心側での指定方位
に調整されているので、仮にその後の搬送経路での受け
渡し操作の繰り返しにより方位が多少変化したとして
も、そのずれ角度は燃料集合体自身のセルフオリエンテ
ーション機能の許容範囲に十分収まるので、炉心への装
荷がトラブルなしに円滑に行える。また、新燃料集合体
は図５に示したマークが全て炉心側での指定方位に揃え
て装荷されるので、使用済燃料集合体を炉心から引き出
した後の状態検査，マーク位置，装荷位置とから炉心内
での照射特性を正確に評価することができる。

【００２１】なお、上記説明では新燃料集合体を取扱い
対象物として述べたが、炉心構成要素として燃料集合体
以外に制御棒集合体，中性子しゃへい体なども取扱対象
物として炉心への装荷前に搬送経路の途上で同様に方位
調整を行うことができることは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、特
に方位を指定せずに受け入れた新燃料集合体を、新燃料
貯蔵ラックから取出して炉心側へ移送する経路の途上で
炉心側での指定方位に合わせて調整することができ、こ
れにより燃料交換機を用いて新燃料集合体を炉心に装荷
する際に、従来のようにランダムな方位のまま炉心に装
荷する場合と比べて、炉心への装荷性を大幅に改善でき
る。また、正六角形の燃料集合体の一辺に刻印した識別
マークを目印として、炉心への燃料装荷方位を一定の向
きに揃えることにより、炉心から引出した燃料集合体の
状態検査，マーク位置，炉心の装荷位置を基に、炉心内
での燃料集合体の照射特性評価を精度よく求めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の全体の構成配置図

【図２】図１における方位設定装置の詳細構造図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図

【図３】図１における燃料移送機のグリッパとともに表
した地下台車に通じる案内管の構成断面図

【図４】図２に示した方位設定装置による燃料集合体の
方位検出動作の原理図であり、（ａ),（ｂ）はそれぞれ
燃料集合体の方位が異なる状態を表す図

【図５】本発明に適用する燃料集合体の構成図であり、
（ａ）は燃料集合体の外観斜視図、（ｂ）は燃料集合体
の頂面拡大図

【図６】原子炉施設における新燃料取扱ルートの説明図

【符号の説明】 １ 燃料集合体 １ａ ラッパ管 １ｂ ハンドリングヘッド １ｄ 識別マーク ２ 新燃料貯蔵ラック ３ 燃料移送機 ３ａ グリッパ ３ｂ グリッパ案内筒 ４ 地下台車 ５ 案内管 ６ ＩＴＶ ７ 方位設定装置 １１ 旋回台 １３ 駆動モータ（サーボ機構） １５ 回転角検出器 １６ レーザセンサ（方位検出器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜野 知治 福井県敦賀市白木２丁目１番地 動力炉・ 核燃料開発事業団 高速増殖炉もんじゅ建 設所内 (72)発明者 長広 義彦 福井県敦賀市白木２丁目１番地 動力炉・ 核燃料開発事業団 高速増殖炉もんじゅ建 設所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外形が正六角形になる燃料集合体の頂部に
   刻印したマークを目印に、原子炉炉心へ装荷する新燃料
   集合体の向きを炉心側で指定した装荷方位に合わせるた
   めの手段として、新燃料貯蔵ラックと炉心との間の燃料
   移送経路の途上に燃料集合体の方位設定装置を備え、該
   方位設定装置と燃料移送機に搭載した回転式グリッパと
   の共同操作で新燃料貯蔵ラックから取出した新燃料集合
   体を指定の方位に調整するようにしたことを特徴とする
   原子炉の新燃料取扱設備。
2. 【請求項２】請求項１記載の新燃料取扱設備において、
   方位設定装置が、燃料移送機のグリッパに吊り下げた燃
   料集合体を挿入するよう燃料下降通路に配置したリング
   状の旋回台と、該旋回台上に搭載した燃料集合体の方位
   検出器と、旋回台のサーボ機構，および回転角検出器と
   からなることを特徴とする原子炉の新燃料取扱設備。
3. 【請求項３】請求項１記載の新燃料取扱設備において、
   方位検出器が旋回台に挿入した燃料集合体を挟んでその
   両側に配置した二組の光学式センサからなることを特徴
   とする原子炉の新燃料取扱設備。
4. 【請求項４】請求項１記載の新燃料取扱設備において、
   方位設定装置を、燃料移送機から燃料集合体を地下台車
   に受け渡す案内管の下部に設置したことを特徴とする原
   子炉の新燃料取扱設備。