JPH09504092A - 原子炉の自動燃料交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料移送プロセス全体の自動制御及び良好な監視を可能にするためのデータネットワークを利用する原子力発電所用の燃料交換システムに関する。燃料交換システムは、原子炉格納建屋内の燃料交換装置、燃料貯蔵建屋内の使用済み燃料取扱い機、及びこれら建屋間の燃料移送装置の統合された制御を可能にする。燃料交換システムは、遠隔制御ステーションを介して燃料交換システムの動作全体の管理制御を行うと同時にネットワークの故障の場合に燃料交換システムの各構成要素の局所的オンライン制御を行うことができ、しかも光学式スキャナーで個々の燃料集合体を自動的に識別することができる。ネットワークに接続されたインマストシッパは、漏れを起こしている燃料集合体についての検査を自動的に行う。漏れ状態の燃料集合体を発見した場合、修正された炉心負荷パターン及び修正されたシーケンス計画を燃料交換システムにより計算できる。

Description

【発明の詳細な説明】 原子炉の自動燃料交換システム 発明の背景 本発明は一般に原子力発電所の技術分野に関し、特に、原子炉の燃料交換中に 原子力発電所内の燃料集合体の自動移動を可能にするシステムに関する。 軽水型原子炉を採用する原子力発電所は、原子炉の燃料交換のために定期的に 操業の停止をしなければならない。新しい燃料集合体を原子力発電所に運び、前 もって原子炉から取り出された使用済み燃料集合体と共に一時的に燃料貯蔵建屋 内に貯蔵する。燃料交換による操業停止の間、原子炉内の燃料集合体の一部（第 １の部分）を原子炉から燃料貯蔵建屋に移動させる。燃料集合体の第２の部分を 原子炉内の一炉心内支持場所から別の炉心内支持場所に移動させる。燃料集合体 の第３の部分を原子炉から燃料貯蔵建屋内の燃料集合体貯蔵場所に移動させる。 新しい燃料集合体を燃料貯蔵建屋から原子炉内へ移動させて取り出した燃料集合 体と取り替える。これらの移動を詳細なシーケンス計画に従って行って各燃料集 合体を炉心設計者により作製された燃料交換総合計画に則って特定の場所に配置 するようにする。 燃料交換作業は原子力発電所を発電動作に戻すためのクリティカルパスで行わ れる場合が多く、従って、これら作業のスピードは原子力発電所の所有者にとっ て経済的に重要な検討事項である。さらに、発電所機器及び燃料集合体は高価で あり、従って、燃料集合体又は燃料移送機器の不適切な取扱いに起因する損傷を 生じさせないよう注意する必要がある。これら作業の精度も重要である。という のは、原子炉の炉心の安全で経済的な動作は、各燃料集合体がその正しい場所に 配置されているかどうかにかかっているからである。現在用いられている燃料交 換システムは、燃料交換作業員の熟練度及び訓練度によるところが大きい。とい うのも、人間が燃料移送機器を作動させるからである。燃料交換作業の各種段階 を自動化するための努力が幾つかなされた。例えば、N．C．Howard氏等に付与さ れた米国特許第４，４２７，６２３号は、原子炉格納建屋内の配設場所間で燃料 集合体の自動移動を行わせる装置及び方法を教示している。しかしながら、この 米国特許は、燃料貯蔵建屋の内部における燃料集合体の移動又は燃料貯蔵建屋と 原子炉格納建屋との間における燃料集合体の移動に取り組んでいない。さらに、 既存の燃料交換システムでは、燃料交換計画又はシーケンス計画の予期せぬ変更 に対応するための融通性（例えば漏れを起こしていたり損傷している燃料集合体 が発見された場合に必要な計画変更の融通性）に制約がある。これら計画は、原 子力発電所の操業停止前に作製されており、計画を修正するには、燃料シャフリ ング作業を保留状態にしなければならない。一般に、今日においては、原子力発 電所の燃料交換作業は主として人間によって行われ、全て人手による作業と関連 して固有のスケジュール上、安全上、経済上の問題点がある。 概要 既存の原子力発電所の燃料交換機器の速度、精度及び安全上の問題点に鑑み、 本発明の目的は、燃料集合体の自動移動を可能にする燃料交換システムを提供す ることにある。本発明のもう一つの目的は、原子炉の安全な燃料交換を達成する ために、燃料交換作業の迅速化及び燃料集合体の移動の正確な制御を可能にする システムを提供することにある。本発明のもう一つの目的は、再装荷計画又はシ ーケンス計画の予期せぬ変更に対する融通性を向上させるシステムを提供するこ とにある。 かくして、燃料集合体を原子炉格納建屋と燃料貯蔵建屋との間で移動させるこ とができる燃料移送装置と、燃料集合体を炉心内支持場所相互間で移動させ、し かも原子炉と燃料移送装置との間でも移動させるよう作動可能な燃料交換装置と 、燃料集合体を燃料集合体貯蔵場所相互間で移動させ、しかも燃料集合体貯蔵場 所と燃料移送装置との間でも移動させるよう作動可能な使用済み燃料取扱装置と 、オペレータインターフェース手段と、データリンクにより相互に接続されてい る複数のノードを含むと共にさらに燃料移送装置、燃料交換装置、使用済み燃料 取扱装置及びオペレータインターフェース手段に接続されているノードを含むネ ットワークと、燃料交換装置を制御する手段とを有し、該制御手段は、ネットワ ークのノードに接続されていて、燃料移送装置、燃料交換装置、使用済み燃料取 扱装置の作動を自動的に制御して燃料集合体の移動を自動的に達成するよう動作 できることを特徴とする原子力発電所の自動燃料交換システムを開示する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による自動燃料交換システムの略図である。 図２は、図１の燃料交換システムの制御系統の一部の略図である。 発明の詳細な説明 原子炉の自動燃料交換システムが図１に示されている。このシステムは、燃料 集合体を迅速且つ安全に移動させることができるようにするために、原子炉格納 建屋１内と燃料貯蔵建屋３内の両方に配置されている燃料取扱設備の制御を統合 する。 原子炉５は、原子炉の運転中、燃料集合体１１が置かれている複数の炉心内支持 場所９を備えた炉心支持板７を含む。燃料交換装置１３が、原子炉５の上方に位 置すると共に代表的には原子炉格納建屋１に取り付けられている一対のレールで 支持されている。燃料交換装置１３は燃料集合体１１を吊り上げて移動させるた めの手段であり、この燃料交換装置は、一対のレールに跨がった状態でレールに 沿って第１の水平方向に移動自在なブリッジと、ブリッジに取り付けられていて 、ブリッジに沿って代表的にはブリッジの移動方向と垂直な第２の水平方向に移 動自在なトロリーと、トロリーから吊り下げられていて、鉛直方向に移動自在な ホイストと、ホイストの端に設けられていて、燃料集合体１１の上部ノズル１７ に係合するグリッパ１５とを有する。グリッパ１５はマスト１９内を移動できる のが良く、このマスト１９は、燃料集合体１１を炉心内支持場所９から鉛直方向 に吊り上げているときに燃料集合体を包囲して保護する。燃料交換装置１３は、 燃料集合体１１を原子炉５内の種々の炉心内支持場所相互間で移動させ、さらに 原子炉５と燃料移送装置２１との間でも移動させるよう動作できる。燃料移送装 置２１は、燃料集合体１１を原子炉格納建屋１と燃料貯蔵建屋３との間で移送す るのに用いられる装置である。燃料移送装置２１は代表的には、２つの建屋１, ３間に設けられた水平な燃料移送管２３を含み、この燃料移送管２３の各端には 燃料集合体１１を鉛直位置から水平位置に回転させるためのアップエンダ（upen der）２５が設けられている。 図１の自動燃料交換システムは又、燃料貯蔵建屋３内に配置された使用済み燃 料取扱装置２７を含む。使用済み燃料取扱装置２７は、燃料集合体１１を燃料移 送装置２１と燃料貯蔵建屋３内の複数の燃料集合体貯蔵場所２９との間で移動さ せ、さらに種々の燃料集合体貯蔵場所相互間でも移動させるのに用いられる。使 用済み燃料取扱装置２７は、燃料集合体１１の上部ノズル１７に係合して燃料集 合体１１を３つの移動軸線に沿って移動させることができるという点において燃 料交換装置１３と類似している。 燃料交換作業は、燃料交換装置１３、燃料移送装置２１及び使用済み燃料取扱 装置２７の一連の別々の手動制御操作として実施されているのが現状である。燃 料交換計画は炉心設計者により作製されている。燃料交換計画は、原子炉５の次 の運転期間に備えて、各炉心内支持場所９に配置されるべき燃料集合体１１がど れであるかを明記している。次に、シーケンス計画を作製して、燃料交換計画を 達成する一連の燃料集合体移動作業を定める。シーケンス計画は、貯蔵場所への 、或いはこれからの燃料集合体の移動及び／又は一炉心内支持場所から別の炉心 内支持場所への燃料集合体１１のの移動を含む。燃料交換による原子力発電所の 操業停止中、オペレータはシーケンス計画達成のため種々の燃料取扱装置を手動 で制御する。 図１の自動燃料交換システムの種々の燃料取扱機器の動作を順序立てるために 、燃料交換システムはネットワークを有する。ネットワークはコンピュータ及び 通信機器の分野においては周知のように、一又は二以上のデータリンク３１によ り接続された複数のノードから成る。データリンク３１は、例えば同軸ケーブル 又は電話線のような電気的接続手段であっても良く、或いは光学式接続手段であ っても良い。図１の自動燃料交換システムのネットワークは、燃料交換装置１３ 、燃料移送装置２１及び使用済み燃料取扱装置２７に接続されたノードを含む。 これら装置の動作は、ネットワークを介してコントローラ３３により制御される 。コントローラ３３を所望のシーケンス計画３７についてプログラムでき、そし て、オペレータインターフェース３５でオペレータにより開始されると、コント ローラはネットワークのノードとして接続された種々の装置を自動制御して燃料 集合体をシーケンス計画に従って移動させることができる。燃料交換システムの 自動操作により、燃料交換作業を一層迅速且つ安全に実施できる。というのは、 燃料交換システムをいったん正確にプログラムすると、コントローラ３３は、 シーケンス計画３３から逸脱することなく燃料集合体について所要の移動を実施 することになるからである。さらに、作業者のために燃料集合体の移動を単純化 するのに必要な安全措置のうち幾つかは、自動操作では不要な場合がある。例え ば、大抵の原子力発電所については、燃料集合体１１をブリッジ又はトロリーだ けの操作で原子炉５上で移動させることができる。というのは、ブリッジとトロ リーの同時作業は、安全な手動操作にとっては混乱の度合いが大きすぎると考え られるからである。燃料集合体１１をブリッジとトロリーを一緒に用いて移動さ せることにより一層迅速に、しかも安全に燃料集合体を移動させるようなプログ ラムをコンピュータに与えるのが良い。もう一つの例は、燃料移送装置２１につ いて許容される程度の移動速度であるのが良い。高速度を安全に利用するための プログラムをコンピュータに与えるのが良く、燃料移送装置２１の各端部の停止 ポイント近傍では低速度をプログラムする。 図１の燃料交換システムは自動であるが、オペレータインターフェース３５は 、依然として重要な検討事項である。オペレータは、燃料交換システムの構成、 燃料集合体１１及びシーケンス計画３７に関する情報を入力できなければならな い。オペレータは、自動操作プロセスを開始させ、そして例えば燃料集合体１１ の移動を実行可能にする前に計画の遂行が安全であり、或いは望ましいという人 間的確信を得ることが望ましい場合、プロンプト又はオペレータ確認インターロ ック３９に応答できる。ネットワークを介してオペレータインターフェース手段 ３５を燃料交換システムに接続させて得られる重要な利点は、放射能管理区域の 内外の種々の場所にオペレータインターフェース３５を提供できるということで ある。例えば、オペレータインターフェースを原子炉格納建屋１内に配置させて 人間が原子炉５内への燃料集合体１１の重要な各種挿入段階を監視できるように なることが望ましい場合がある。同様に、燃料貯蔵建屋３内の放射能を監視する ためにオペレータインターフェース３５を燃料貯蔵建屋３内に配置することが望 ましい場合がある。また、遠隔オペレータインターフェースを、原子力発電所内 の制御室、管理者オフィス、又は燃料交換作業に係る売主のオフサイト場所に配 置するのが良い。オペレータインターフェースは代表的にはパーソナルコンピュ ータ又は特別仕様のタッチスクリーンパネルから成るオペレータディスプレイで ある。 全てのオペレータインターフェースが同一の能力又は機能をもつ必要は無い。例 えば、原子炉格納建屋内に配置されるオペレータインターフェースは完全な制御 及び監視機能を有するのが良いが、これに対して管理室内に置かれるオペレータ インターフェースは監視機能のみ備えれば良い。オペレータインターフェース手 段３５を通常用いられている燃料ステータスボードに代えて用いることができ、 なお、この燃料ステータスボードは燃料集合体１１の位置及び燃料集合体挿入状 態を示すマニュアルディスプレイである。原子炉格納建屋内に配置される代表的 なディスプレイは、燃料交換装置１３や燃料移送装置２１や使用済み燃料取扱装 置２７だけでなく、シーケンス計画３７のステータス及び各燃料集合体１１の実 際の位置に関する位置状態（ポジションステータス）情報を提供できる。ディス プレイは又、オペレータが複数の遠隔制御可能なビデオカメラ３９の中から選ぶ ための制御装置を含む燃料交換装置の種々の部分のビデオディスプレイを含むの が良い。 ネットワークが複雑になればなるほど、タイプによってはそれだけ一層故障の 可能性が高くなるシステムがある。原子力発電所の燃料交換システムは一般に二 年間以上使われないままであり、次に、燃料交換による運転停止の際にはこれら の操作は重要なクリティカルパス項目となる。したがって、本発明の統合型シス テムの利点は、システム又はネットワークが故障しても安全性及び利用性が保証 されるということでなければならない。図２は、この目的を達成する制御系統を 示している。図２では、燃料交換装置５５は、センサ５７及び制御機能５９を含 む。センサ５７は、アナログ、ディジタル又はディスクリートであり、これは例 えばリミットスイッチであるのが良い。制御機能５９は代表的にはモータ、弁、 ライト、カメラ等である。燃料交換装置５５は、燃料交換装置オペレータコンソ ール６１に接続され、この燃料交換装置オペレータコンソール６１は制御機器及 び指示機器６３、グラフィックスディスプレイ付きのコンピュータ６５、プログ ラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）６７、及びモータ駆動又は他の制御コ ンポーネント６９を含むのが良い。燃料交換装置５５はネットワーク８５を介し てより大型の燃料交換システムに連結されるが、そのスタンドアロン機を維持し て、システムの他の部分にシステム故障が生じても動作が続行するようにするこ とが重要である。したがって、ＰＬＣ６７は、燃料交換装置５５の動作のための 完全なオンライン制御及び検出機能を発揮できる。さらに、オペレータのグラフ ィックスディスプレイ６５を発生させて、制御及び動作機能を妨害することがあ るグラフィックス計算をＰＬＣにロードしないようにするための別個のコンピュ ータが設けられる。グラフィックスディスプレイ付きコンピュータ６５はＰＬＣ ６７から入力を受け取るが、ＰＬＣ６７とは無関係に機能する。このように、た とえオペレータディスプレイ６５が故障した場合でも、燃料交換装置５５は安全 状態に維持され、燃料集合体の移動の続行が可能となる。ＰＬＣ６７に、グラフ ィックスディスプレイ付きコンピュータ６５又はネットワークの他の部分との相 互作用から隔離された危険な燃料集合体の移動を阻止するクリティカル安全目標 値、例えばグリッパのインターロック及びブリッジの走行限界をプログラムする のが良い。 同様に、燃料移送装置７１及び使用済み燃料取扱装置７３は、独立形のプログ ラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）７５，７７を備えている。燃料移送装 置７１と使用済み燃料取扱装置７３の両方は、ＰＬＣ７５，７７で局所的に監視 して制御できるセンサ及び制御機能を有する。燃料移送装置のＰＬＣ７５を、燃 料貯蔵建屋内に配置されたモータ駆動装置及び他の制御コンポーネント８１の制 御のために原子炉格納建屋の外部に設置するのが良く、これに対して関連のＰＬ Ｃ遠隔ユニット７９を、格納容器内機能８３の制御のために原子炉格納建屋内に 設置するのが良い。システムのプログラマブルロジックコントローラ６７，７５ ，７７，７９は、ネットワーク８５上にリンクされ、このネットワークは例えば アレン・ブラッドレイ（ロックウェル・シンターナショナル・カンパニイ）によ り提供されるデータハイウェイであるのが良い。 図２に示す燃料交換制御ステーション８７は、図１のコントローラ３３の機能 、即ち、全ての燃料集合体の移動に関する自動遠隔監視制御を実施する。この監 視制御機能により、制御ステーション８７は、燃料集合体１１の安全な移動に適 切なフィードバック及びインターロック段階を含む或る特定の機能を自動的に達 成するようプログラマブルロジックコントローラ６７，７５，７７，７９に指示 を与える。制御ステーション８７はネットワーク８５のノードを表し、この制御 ス テーションは、ディスプレイ、データロギング、及び制御機能を含むのが良い。 制御ステーション８７に、燃料装荷計画、シーケンス計画、及び燃料集合体の在 庫及び位置の情報をプログラムするのがよい。制御ステーション８７は、燃料交 換システムの操作全体を制御する手段となる。別個のオペレータディスプレイ８ ９もネットワーク８５を介して接続されており、このオペレータディスプレイは 、監視の役割だけ、例えば制御室のモニターとして用いられるのが良い。かかる モニターは在庫及びステータスに関する情報を表示するが、制御機能については 使用できない。また、ネットワーク８５を、他の原子力発電所データシステム９ １、例えば放射能用コンピュータ又は中性子源領域検出器だけでなく、遠隔エン ジニアリングシステム９３、例えば炉心設計システム又は再装荷計画ソフトウェ アにも接続するのが良い。スタンドアロン形ＰＬＣ６７，７５，７７，７９は好 ましくは、隔離装置９５により制御オペレータディスプレイ８７及び監視オペレ ータディスプレイ８９から隔離される。その目的は、出力サージ又は電気ノイズ に起因するＰＬＣのスタンドアロン機能を損なう潜在的な可能性を無くすことに ある。 また、図１の自動燃料交換システムのネットワークを、実際には燃料集合体１ １を移動させないが、燃料の迅速且つ安全な移動にとっては重要な他の補助シス テムに接続するのが良い。例えば、損傷状態又は漏れ状態の燃料集合体があるか どうかにつき検査をするのに用いられる一方法は、インマストシッピング（inma st sipping）と呼ばれる。損傷又は漏れ状態の燃料集合体１１を燃料交換装置の マスト１９内に保持している間にこの燃料集合体１１から漏れ出る或る特定の放 射性ガスを検出するのにインマストシッパ４１が用いられる。また、他形式の燃 料集合体検査装置、例えば光学又は赤外線イメージシステム４３を使用しても良 い。自動燃料交換システムのネットワークのノードへのこれらサブシステムの接 続により、これらサブシステムの動作を総合的なシーケンス計画３７と統合した 状態で制御できる。例えば、原子炉５の一部分内に位置した或る特定の燃料集合 体１１を検査することが望ましい場合がある。コントローラ３３を予めプログラ ムしてこれら燃料集合体１１が燃料交換装置１３により吊り上げられると、イン マストシッパ４１を自動的に付勢するようにする。また、もし検査結果が、損 傷したり漏れを起こしていることを指示する所定の設定値よりも大きい場合、オ ペレータのプロンプトを出すようコントローラ３３をプログラムする。次に、オ ペレータは、追加の検査を実施すると共に、或いは燃料集合体１１をもう一度使 用するかどうかの決定を下す。 図１の自動燃料交換システムのもう一つの機能は、燃料装荷計画４５又はシー ケンス計画３７の予期せぬ変更に素早く対応する能力であり、これは例えば漏れ 状態又は損傷状態の燃料集合体１１がどれであるか分かった場合に行われる。従 来型装置では、燃料装荷計画４５は一般に炉心設計者により前もって作製されて いる。次に、シーケンス計画３７が作製されて所望の炉心装荷計画４５が得られ る。燃料交換による燃料集合体１１を取り出すための運転停止中、予期せぬ決定 が下されると、燃料装荷修正計画４５及びシーケンス修正計画３７が作成される まで燃料交換作業を中止し、或いは遅らせる必要があり、それに応じて現場の手 順を修正する。特定の現場にもよるが、特定のケースでは、これは数時間又は数 日間かかる。本発明の自動燃料交換システムは、そのコントローラ３３を介して 炉心設計ソフトウェア及びシーケンス計画ソフトウェアにアクセスすることによ りこのプロセスを能率化することができる。燃料集合体１１を取り出すよう現場 で決定が下されると、この情報は、再装荷計画作製手段４５に伝えられる。なお 、この再装荷計画作製手段は現場又は遠隔地に存在する炉心設計ソフトウェアで あるのが良い。次に、再装荷修正計画を素早く作製するのが良い。いったん新し い炉心装荷パターンを作成すると、これをネットワークを介してシーケンス計画 作製手段３７に伝達するか（なお、このシーケンス計画作製手段はコントローラ にプログラムされるソフトウェアであるのが良い）、或いは上記炉心装荷パター ンは、ネットワークにより燃料交換装置に接続されている遠隔コンピュータのソ フトウェアであっても良い。シーケンス計画作成手段３７はシーケンス修正計画 を生成するだけでなく、これをプログラムすれば現場における操作手順として直 接使用できるハードコピー出力が得られる。その結果、燃料集合体１１の予期せ ぬ稼働状態からの取出しの時から燃料の移動が再び行われる時までの時間的遅れ が最小になる。 燃料集合体を原子炉５内へ移動するとき、炉心の反応度の変化を監視して予期 せぬ反応度の増大を見分けることが重要である。現在、大抵の燃料交換作業チー ムは、中性子源領域検出器の出力及びそれに対応した反応度のプロット（１／Ｍ プロットと呼ばれる）を監視するよう割り当てられた一人の作業員を含む。本発 明の自動燃料交換システムは、原子炉の反応度を測定するための手段４７をネッ トワークに接続することによりこの機能を自動的に遂行する。反応度測定手段４ ７は、中性子源領域検出器からの独立した出力又は反応度コンピュータへの接続 手段であるのが良い。システムコントローラ３３をプログラムし、それにより測 定された反応度又は反応度の変化率が所定の設定値を越えたときはいつでも警報 又は他のプロンプトをオペレータ３５に出すようにするのが良い。燃料交換の安 全性は、反応度測定手段４７の出力が設定値を越えた場合にはいつでも反応度を 減少させるための是正措置が取られるようコントローラ３３をプログラムするこ とにより一段と向上させることができる。かかる是正措置は、燃料集合体１１の 移動を停止させること、或いは燃料集合体１１の移動方向を逆にすることである 。 自動燃料交換システムの重要な機能は、特定の燃料集合体を識別することであ る。特定の燃料集合体を識別又は同定する手段４９は、光学装置、例えば、燃料 集合体に付けられた識別番号及び／又は数字を読み取ることができる光学式文字 読取り装置であり、或いは当該技術分野では周知のようにバーコード読取り装置 であるのが良い。オンサイトにおける各燃料集合体１１の在庫についてコントロ ーラ３３を予めプログラムする。例えば燃料集合体１１を原子炉５内へ下降させ る前に重要な場所又は操作において、燃料集合体11の識別を燃料集合体同定手段 ４９の操作により実際に確かめる。これにより、プロセスが制御下で行われ、所 望の燃料装荷パターンが自動的に達成されているという保証が強まる。燃料交換 装置は、実際の燃料集合体の識別がプログラムされたシーケンス計画３７と一致 しなくても、オペレータプロンプト又は他の安全動作を生じさせることができる 。 燃料集合体１１が或る期間にわたり原子炉環境中で用いられると、燃料集合体 は幾分弓形になることがある。燃料集合体１１が非直線状になると、炉心内支持 場所９への燃料集合体１１の装荷が一層困難な仕事となる。手動装置を使用する 場合、オペレータはかかる不規則性に対応して燃料交換装置１３の位置の微調整 を行う。燃料集合体１１の下部ノズル５３と炉心内支持場所が互いに整列してい ない場合、燃料装荷案内５１をも使用して燃料集合体１１の下部ノズル５３を正 しい炉心内支持場所９内へ案内する。燃料装荷案内５１は、単純な漏斗状の金属 器具又は原子炉５の下部炉心支持板に沿って移動できる複雑精巧なロボットであ るのが良い。本発明の自動燃料交換システムは、弓形になった燃料集合体１１を 原子炉５内へ自動的に装荷しやすくするための燃料装荷案内５１を含むのが良い 。燃料交換案内５１は好ましくは、自動燃料交換システムにより、例えば燃料交 換装置１３への機械的な取付けにより自動的に位置決めされる。ロボット装置を 用いる場合、ロボット用の制御装置ネットワークのノードに接続して燃料交換案 内ロボット５１の移動と燃料交換プロセス全体とを自動的に統合させるようにす るのが良い。変形例として、自動最終位置決め機能を、例えばグリッパ１５の鉛 直方向移動前に燃料交換装置１３の最終位置の正確な調整を可能にするシステム 、例えば光学式パターン認識システム又は近接プローブシステムに組み込んでも 良い。 燃料交換作業の完了後、又は任意所望の中間段階で、自動燃料交換システムを 用いて炉心の適正なスペーシングが達成されたかどうかを確認することができる 。炉心スペーシング確認手段５３をネットワークのノードに接続するのが良い。 かかるシステムは、光学装置又は機械的ゲージであるのが良い。コントローラ３ ３をプログラムして燃料交換作業の重要な任意の段階で適正なスペーシングを確 認し、コントローラ３３は、適当であるとみなすとオペレータパネルにオペレー タプロンプト又は他の出力を出すのが良い。この自動炉心スペーシング確認手段 ５３により、自動燃料交換作業が安全且つ制御された方法で進行していることの 保証の度合いが更に大きくなる。 図１の自動燃料交換システムの種々の構成要素を一連の改良段階で原子力発電 所に設置できる。機器の交換時、或いは安全上の改良策が、時間の経過と共に実 現されているときに、本発明の構成要素を設置できる。本発明の実現のための段 階的方法により、この改良による経済的悪影響が小さく、そして原子力発電所の 所有者は経済性及び安全性の度合いが最も大きな改良をもたらす構成要素を優先 して利用できる。例えば、燃料交換作業員を減らすと同時に燃料交換作業の安全 性を向上させるために、原子力発電所の所有者の要望は、まず最初にコントロー ラ３３と共に原子炉の反応度測定手段４７を据えつけることである。次に、コン トローラ３３をプログラムして反応度の変化率と所定の設定値を比較し、反応度 の変化率が設定値よりも大きければ、コントローラ３３は燃料交換装置１３の移 動を遮るよう動作できる。本発明の自動燃料交換システムの他の実施例も原子力 発電所の所有者により所望される場合がある。上記実施例は例示であって請求の 範囲の技術的範囲を限定するものではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月２０日 【補正内容】 請求の範囲 １．複数の炉心内支持場所（９）を備えた原子炉（５）を収容する原子炉格納建 屋（１）と、複数の燃料集合体貯蔵場所（29）を備えた燃料貯蔵建屋（３）と、 複数本の燃料集合体（11）とを有する原子力発電所の燃料交換システムであって 、燃料集合体（11）を原子炉格納建屋（１）と燃料貯蔵建屋（３）との間で移動 させることができる燃料移送装置（21）と、燃料集合体（11）を炉心内支持場所 相互間（９）で移動させ、しかも原子炉（５）との間でも移動させるよう作動可 能な燃料交換装置（21）と、燃料集合体（11）を燃料集合体貯蔵場所（29）相互 間で移動させ、しかも燃料集合体貯蔵場所（29）と燃料移送装置（21）との間で も移動させるよう作動可能な使用済み燃料取扱装置と、オペレータインターフェ ース手段（35）とを有する原子力発電所の自動燃料交換システムにおいて、デー タリンク（31）により相互に接続されている複数のノードを含むと共にさらに燃 料移送装置（21）、燃料交換装置（13）、使用済み燃料取扱装置（27）及びオペ レータインターフェース手段（35）に接続されているノードを含むネットワーク （85）と、燃料交換装置を制御する手段（33）とを有し、該制御手段は、ネット ワーク（85）のノードに接続されていて、燃料移送装置（21）、燃料交換装置（ 13）、使用済み燃料取扱装置（27）の作動を自動的に制御して燃料集合体の移動 を所定のプログラムに従って自動的に達成するよう動作でき、更に、燃料装荷計 画を達成するために燃料集合体（11）の移動のシーケンス計画を計算するよう動 作できるシーケンス計画作製手段を更に有し、シーケンス計画作製手段は、前記 ネットワークのノードに接続され、シーケンス計画作製手段の出力は、前記制御 手段への入力であることを特徴とする燃料交換システム。 ２．前記ネットワーク（85）のノードに接続されていて、前記燃料装荷計画を計 算するよう動作できる再装荷計画作製手段（45）を更に有することを特徴とする 請求項１記載の燃料交換システム。 ３．漏れ状態の燃料集合体（11）を識別する手段（41）を更に有し、該漏れ状態 燃料集合体識別手段は、前記ネットワークのノードに接続されていて、燃料集 合体（11）が燃料交換システムによる取扱い中に燃料集合体を漏れがあるかどう かにつき検査するよう動作できることを特徴とする請求項１記載の燃料交換シス テム。 ４．漏れ状態燃料集合体識別手段は、インマスト燃料シッパ（19）であることを 特徴とする請求項３記載の燃料交換システム。 ５．前記ネットワーク（85）のノードに接続されていて、前記燃料集合体（11） が前記燃料交換システムによる取扱い中に前記燃料集合体を同定するよう動作で きる同定手段（49）を更に有することを特徴とする請求項１記載の燃料交換シス テム。 ６．同定手段（49）は、バーコード読取り装置であることを特徴とする請求項５ 記載の燃料交換システム。 ７．同定手段（49）は、光学式スキャナーであることを特徴とする請求項５記載 の燃料交換システム。 ８．原子炉の反応度を測定する手段（47）を更に有し、反応度測定手段は、前記 ネットワーク（85）のノードに接続されていることを特徴とする請求項１記載の 燃料交換システム。 ９．制御手段（33）は、反応度測定手段（47）の出力が所定の設定値を越えたと きはいつでも前記反応度を減少させるための処置を取るよう動作できることを特 徴とする請求項８記載の燃料交換システム。 10．制御手段（33）は、燃料集合体（11）の移動を可能にする前に、オペレータ の応答を必要とするオペレータ確認インターロック（39）を更に含むことを特徴 とする請求項１記載の燃料交換システム。 11．炉心内支持場所（９）と燃料集合体（11）の下部ノズルが互いに整列してい なくても、燃料集合体（11）を炉心内支持場所（９）へ案内するよう動作できる 燃料装荷案内（51）を更に有し、該燃料装荷案内（51）は、燃料交換システムに より自動的に位置決めされることを特徴とする請求項１記載の燃料交換システム 。 12．燃料装荷案内（51）は、燃料交換装置に機械的に取り付けられていることを 特徴とする請求項１１記載の燃料交換システム。 13．燃料装荷案内（51）は、原子炉の炉心支持板に沿って移動するよう動作でき るロボットを含み、該ロボットは、前記ネットワーク（85）のノードに接続され ていることを特徴とする請求項１１記載の燃料交換システム。 14．前記ネットワークのノードに接続された炉心スペーシング確認手段（53）を 更に有し、炉心スペーシング確認手段（53）は、炉心内支持場所（９）の燃料集 合体（11）の間のスペーシングを確認するよう動作できることを特徴とする請求 項１記載の燃料交換システム。 15．炉心スペーシング確認手段（53）は、光学装置又は機械的ゲージを含むこと を特徴とする請求項１４記載の燃料交換システム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルムステイン，ロバート，エム アメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15601，グリーンズバーグ，カントリー・ クラブ・ドライブ 910 (72)発明者 スウィドワ，ケニス，ジェイ アメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15137，ノース・ベルサイユ，ニューマ ン・サークル 104 (72)発明者 デント，トーマス，エイチ アメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15601，グリーンズバーグ，ビーコン・バ レー・ロード 906 (72)発明者 ハウエル，デビッド，エイ アメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15668，マリスビル，ダブレーン・ドライ ブ 4021 (72)発明者 リー，リチャード，エイチ アメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15668，マリスビル，ジュード・サークル 3313 (72)発明者 タイルマン，ルイス，ジェイ アメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15085，トラッフォード，シャディ・ドラ イブ 719

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の炉心内支持場所を備えた原子炉を収容する原子炉格納建屋と、複数の 燃料集合体貯蔵場所を備えた燃料貯蔵建屋と、複数本の燃料集合体とを有する原 子力発電所の燃料交換システムであって、燃料集合体を原子炉格納建屋と燃料貯 蔵建屋との間で移動させることができる燃料移送装置と、燃料集合体を炉心内支 持場所相互間で移動させ、しかも原子炉と燃料移送装置との間でも移動させるよ う作動可能な燃料交換装置と、燃料集合体を燃料集合体貯蔵場所相互間で移動さ せ、しかも燃料集合体貯蔵場所と燃料移送装置との間でも移動させるよう作動可 能な使用済み燃料取扱装置と、オペレータインターフェース手段と、データリン クにより相互に接続されている複数のノードを含むと共にさらに燃料移送装置、 燃料交換装置、使用済み燃料取扱装置及びオペレータインターフェース手段に接 続されているノードを含むネットワークと、燃料交換装置を制御する手段とを有 し、該制御手段は、ネットワークのノードに接続されていて、燃料移送装置、燃 料交換装置、使用済み燃料取扱装置の作動を自動的に制御して燃料集合体の移動 を所定のプログラムに従って自動的に達成するよう動作できることを特徴とする 燃料交換システム。 ２．オペレータインターフェース手段は、物理的に別々の場所に設けられた複数 のオペレータディスプレイから成ることを特徴とする請求項１記載の燃料交換シ ステム。 ３．オペレータディスプレイは、制御機能及び監視機能を備えた第１のディスプ レイと、監視機能だけを備えた第２のディスプレイとを含むことを特徴とする請 求項２記載の燃料交換システム。 ４．燃料装荷計画を達成するために燃料集合体移動のシーケンス計画を計算する よう動作できるシーケンス計画作製手段を更に有し、シーケンス計画作製手段は 、前記ネットワークのノードに接続され、シーケンス計画作製手段の出力は、前 記制御手段への入力であることを特徴とする請求項１記載の燃料交換システム。 ５．前記ネットワークのノードに接続されていて、前記燃料装荷計画を計算する よう動作できる再装荷計画作製手段を更に有することを特徴とする請求項４記載 の燃料交換システム。 ６．漏れ状態の燃料集合体を識別する手段を更に有し、該漏れ状態燃料集合体識 別手段は、前記ネットワークのノードに接続されていて、燃料集合体が燃料交換 システムによる取扱い中に燃料集合体を漏れがあるかどうかにつき検査するよう 動作できることを特徴とする請求項１記載の燃料交換システム。 ７．漏れ状態燃料集合体識別手段は、インマスト燃料シッパであることを特徴と する請求項６記載の燃料交換システム。 ８．前記ネットワークのノードに接続されていて、前記燃料集合体が前記燃料交 換システムによる取扱い中に前記燃料集合体を同定するよう動作できる同定手段 を更に有することを特徴とする請求項１記載の燃料交換システム。 ９．同定手段は、バーコード読取り装置であることを特徴とする請求項８記載の 燃料交換システム。 10．同定手段は、光学式スキャナーであることを特徴とする請求項８記載の燃料 交換システム。 11．オペレータインターフェース手段は、燃料交換装置、燃料移送装置、及び使 用済み燃料取扱装置に関する位置ステータス情報のディスプレイと、前記シーケ ンス計画及び各燃料集合体の存在位置のディスプレイとを含むことを特徴とする 請求項４記載の燃料交換システム。 12．原子炉の反応度を測定する手段を更に有し、反応度測定手段は、前記ネット ワークのノードに接続されていることを特徴とする請求項１記載の燃料交換シス テム。 13．制御手段は、反応度測定手段の出力が所定の設定値を越えたときはいつでも 前記反応度を減少させるための処置を取るよう動作できることを特徴とする請求 項１２記載の燃料交換システム。 14．制御手段は、燃料集合体の移動を可能にする前に、オペレータの応答を必要 とするオペレータ確認インターロックを更に含むことを特徴とする請求項１記載 の燃料交換システム。 15．オペレータインターフェース手段は、燃料交換システムの部分のビデオディ スプレイを更に含むことを特徴とする請求項１４記載の燃料交換システム。 16．炉心内支持場所と燃料集合体の下部ノズルが互いに整列していなくても、燃 料集合体を炉心内支持場所へ案内するよう動作できる燃料装荷案内を更に有する ことを特徴とする請求項１記載の燃料交換システム。 17．燃料装荷案内は、燃料交換システムにより自動的に位置決めされることを特 徴とする請求項１６記載の燃料交換システム。 18．燃料装荷案内は、燃料交換装置に機械的に取り付けられていることを特徴と する請求項１６記載の燃料交換システム。 19．燃料装荷案内は、原子炉の炉心支持板に沿って移動するよう動作できるロボ ットを含み、該ロボットは、前記ネットワークのノードに接続されていることを 特徴とする請求項１６記載の燃料交換システム。 20．前記ネットワークのノードに接続された炉心スペーシング確認手段を更に有 し、炉心スペーシング確認手段は、炉心内支持場所の燃料集合体の間のスペーシ ングを確認するよう動作できることを特徴とする請求項１記載の燃料交換システ ム。 21．炉心スペーシング確認手段は、光学系又は機械的ゲージを含むことを特徴と する請求項２０記載の燃料交換システム。 22．複数の炉心内支持場所を備えた原子炉を収容する原子炉格納建屋と、複数の 燃料集合体貯蔵場所を備えた燃料貯蔵建屋と、原子炉格納建屋と燃料貯蔵建屋を 相互に連結する燃料移送装置と、複数本の燃料集合体とを有する原子力発電所の 燃料交換システムであって、燃料集合体を炉心内支持場所相互間で移動させ、し かも原子炉と燃料移送装置との間でも移動させるよう作動可能な燃料交換装置と 、原子炉の反応度を測定する手段と、反応度測定手段に接続されたコントローラ 手段とを有し、前記コントローラ手段は、反応度の測定変化率を所定の設定値と 比較でき、さらに反応度の測定変化率が前記設定値よりも大きいときはいつでも 燃料交換装置の移動を遮るよう動作できることを特徴とする燃料交換システム。 23．複数の炉心内支持場所を備えた原子炉を収容する原子炉格納建屋と、複数の 燃料集合体貯蔵場所を備えた燃料貯蔵建屋と、複数本の燃料集合体とを有する 原子力発電所の燃料交換システムであって、燃料集合体を原子炉格納建屋と燃料 貯蔵建屋との間で移動させることができる燃料移送装置と、燃料集合体を炉心内 支持場所相互間で移動させ、しかも原子炉と燃料移送装置との間でも移動させる よう作動可能な燃料交換装置と、データリンクにより相互に接続されている複数 のノードを含むと共にさらに燃料移送装置、燃料交換装置、使用済み燃料取扱装 置及びオペレータインターフェース手段に接続されているノードを含むネットワ ークと、燃料交換装置を制御する手段とを有し、該制御手段は、ネットワークの ノードに接続されていて、燃料移送装置、燃料交換装置、使用済み燃料取扱装置 の作動を自動的に制御して燃料集合体の移動を自動的に達成させるよう動作でき ることを特徴とする燃料交換システム。 24．燃料移送装置は、前記ネットワークに接続されていて、燃料移送装置のオン ライン制御を行うよう動作できる第１のプログラマブルロジックコントローラを 含み、燃料交換装置は、前記ネットワークに接続されていて、燃料交換装置のオ ンライン制御を行うよう動作できる第２のプログラマブルロジックコントローラ を含み、前記制御手段は、第１及び第２のプログラマブルロジックコントローラ に対する管理制御能力を有する制御ステーションを含むことを特徴とする請求項 ２３記載の燃料交換システム。 25．燃料交換装置は、グラフィックスディスプレイ能力を備えたコンピュータを 更に含み、該コンピュータは、第２のプログラマブルロジックコントローラから の入力を有するが、第２のプログラマブルロジックコントローラとは無関係に機 能することを特徴とする請求項２４記載の燃料交換システム。 26．燃料交換システムは、燃料交換装置を水平面内において二軸に沿って同時に 移動させるよう動作できることを特徴とする請求項２５記載の燃料交換システム 。 27．複数の炉心内支持場所を備えた原子炉を収容する原子炉格納建屋と、複数の 燃料集合体貯蔵場所を備えた燃料貯蔵建屋と、複数本の燃料集合体とを有する原 子力発電所の燃料交換システムであって、燃料集合体を原子炉格納建屋と燃料貯 蔵建屋との間で移動させることができる燃料移送装置と、燃料集合体を燃料集合 体貯蔵場所相互間で移動させ、しかも燃料集合体貯蔵場所と燃料移送装 置との間でも移動させるよう作動可能な使用済み燃料取扱い機と、オペレータイ ンターフェース手段と、データリンクにより相互に接続されている複数のノード を含むと共にさらに燃料移送装置、燃料交換装置、使用済み燃料取扱装置及びオ ペレータインターフェース手段に接続されているノードを含むネットワークと、 燃料交換装置を制御する手段とを有し、該制御手段は、ネットワークのノードに 接続されていて、燃料移送装置、燃料交換装置、使用済み燃料取扱装置の作動を 自動的に制御して燃料集合体の移動を自動的に達成させるよう動作できることを 特徴とする燃料交換システム。