JPH11190795A - 高速炉の燃料交換機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転プラグを廃止することに関連して、原子炉
上部構造を一層簡素化することができ、低コスト化、地
震等に対する安全性向上等を図る。 【解決手段】原子炉容器２１の上部蓋３０の中心部また
はその近傍に縦長な燃料交換機本体４１を設ける。燃料
交換機本体の下端部にアーム４２を設け、アームの先端
にホールドダウンチューブ４３を連結する。ホールドダ
ウンチューブ４３は、チューブ本体７４と、その内部に
昇降および回転可能に設けられた燃料把持用のグリッパ
７５と、燃料交換機本体の駆動部の動力をアームを介し
てグリッパに伝達する昇降用および回転用の複数の軸と
を有する。チューブ本体の横断面内のほぼ中心位置にグ
リッパ７５を配置する。グリッパに対して燃料交換機本
体側およびそれと反対側に位置するチューブ本体内の領
域に昇降用および回転用の複数の軸を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高速炉における原子
炉容器の炉心を構成する燃料を把持、昇降および水平移
動により交換する燃料交換機に係り、特に原子炉容器の
上部蓋の中心部またはその近傍を起点として動作するコ
ンパクトな回動アーム機構を採用して上部蓋の大掛かり
な回転プラグを省略する場合に好適な高速炉の燃料交換
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プルトニウム等の燃料を利用する高速炉
は、燃料リサイクル等の面から注目され、特に高速増殖
炉は、ウランとプルトニウムの混合酸化物の燃料を使用
し、Ｐｕ２３９を核分裂させるとともに、生れ出た余剰
の高速中性子をＵ２３８に吸収させ、燃やす量よりも多
くのプルトニウムを作り出すことから、今後のエネルギ
ー源として大きな期待がかけられている。

【０００３】図１６は、高速増殖炉の概略構成を示す説
明図である。

【０００４】この図１６に示す高速増殖炉では、有底円
筒状の原子炉容器１の内部に、多数の燃料配置により核
反応によって熱エネルギーを発生させる炉心２が設けら
れるとともに、一次冷却材として液体金属３（通常は液
体ナトリウム）が収容されている。この原子炉容器１の
内部には、液体金属３を炉心２へ導く複数の冷却材入口
配管４が配設されるとともに、炉心２から原子炉容器１
の外部に設置された図示しない中間熱交換機へ液体金属
３を導く複数の冷却材出口配管５が配設されている。こ
れら複数の冷却材入口配管４および複数の冷却材出口配
管５は、いずれも原子炉容器１内で周方向に等間隔をあ
けて配置されている。

【０００５】炉心２の下部には炉心入口プレナム部６が
設けられ、これら炉心２および炉心入口プレナム部６
は、原子炉容器１内の底部に設けられた炉心支持体７に
より支持されている。また、炉心２の上方には、制御棒
駆動機構８等を含む炉心上部機構９が設置されている。

【０００６】原子炉運転中は、炉心２の燃料間に配置し
た制御棒を制御棒駆動機構８によって出し入れし、これ
により出力制御を行うようになっている。原子炉容器１
の外側には、万一の冷却材漏洩事故に備えて有底円筒状
の安全容器（ガードベッセル）１０が設けられ、この安
全容器１０を介して耐震サポートが設置されている。こ
のような構成の原子炉容器１が、その上部外周に設けら
れた支持部材を介して、原子炉建屋のキャビティー・ウ
ォールに支持されている。

【０００７】原子炉容器１の上部開口は、上部蓋として
のルーフデッキ１１により閉塞されており、このルーフ
デッキ１１の下面には冷却層が設置され、この冷却層に
冷却ガスを循環させることによって、ルーフデッキ１１
の加熱を防止するようになっている。そして、原子炉容
器１に収容された液体金属３の液面とルーフデッキ１１
との間にアルゴンガスなどの不活性ガスが充填され、カ
バーガス空間１２が形成されている。

【０００８】このような構成の高速増殖炉の運転時にお
いては、まず−次冷却材である液体金属３が、冷却材入
口配管４に導かれて炉心入口プレナム部６に流入する。
この炉心入口プレナム部６から流入して炉心２内を上方
に向かって通過する間に、液体金属３は核反応による熱
エネルギーを受けて高温となり、冷却材出口配管５に導
かれて原子炉容器１の外部に設置された中間熱交換器へ
流入する。

【０００９】この中間熱交換器で加熱された二次冷却材
としての液体金属は、タービン駆動用の蒸気加熱に供さ
れる。そして、原子炉の運転制御は上述したように、炉
心２の上部に設置される炉心上部機構９によって制御棒
を炉心２に挿入したり、引抜きしたりすることにより行
う。

【００１０】このような高速増殖炉において、炉心２の
燃料交換を行うための燃料交換機１４が備えられてい
る。すなわち、ルーフデッキ１１の中央部に、炉心上部
機構９を搭載するとともに、水平面上で回転する回転プ
ラグ１５が設けられ、この回転プラグ１５の回転中心か
らずれた位置に燃料交換機１４が着脱可能に取付けられ
る。この燃料交換機１４は、ルーフデッキ１１を貫通す
る状態で設置された縦長な燃料交換機本体１４ａと、こ
の燃料交換機本体１４ａの下端部に連結されスイング動
作を行うアーム１４ｂと、このアーム１４ｂの先端に連
結され常時垂直状態を保持して交換すべき燃料の着脱、
吊上げ、保持および吊下し動作を行うホールドダウンチ
ューブ１４ｃとを備えている。

【００１１】また、炉心２内の外周位置には抜外した燃
料あるいは交換用新燃料を一時的に保管する炉内中継槽
１６が設けられ、さらにその上方には、ルーフデッキ１
１に支持されて燃料の炉外への出入れを行うための炉内
中継装置１７が設けられている。なお、１８は非常時冷
却用の熱交換器である。

【００１２】燃料交換を行う場合には、炉心２内に全て
の制御棒を挿入した状態で出力停止状態とした後、炉心
上部機構８を上昇移動させて炉心２の上方空間を開放状
態とする。そして、燃料交換機１４を据付けてアーム１
４ｂおよびホールドダウンチューブ１４ｃを原子炉容器
１内に突出させ、回転プラグ１５を回転させるととも
に、燃料交換機１４のアーム１４ｂおよびホールドダウ
ンチューブ１４ｃを駆動して、炉心２の交換すべき燃料
の吊上げおよび炉内中継槽１４までの移動を行ってそこ
に吊下し、その燃料は炉内中継装置１７を介して炉外に
搬出する。一方、炉内中継槽１４から新燃料を吊上げて
先に取外した燃料位置に移動して挿入する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来の構成では、燃料交換機１４および炉心上部機構９を
搭載して回転する回転プラグ１５が巨大な構成となって
おり、放射線遮蔽や断熱構造を含めると重量が数百トン
に達する。しかも、この回転プラグ１５の回転駆動に必
要な機器としては、大形歯車、駆動装置、軸受、回転部
気密装置、回転部ケーブル処理装置など多数にのぼり、
それにより原子炉容器１の上部は極めて大形かつ複雑な
構造となっている。その結果、設計、製作、据付、組
立、試験、検査等に多大な労力を要している。

【００１４】このように、従来の高速増殖炉では回転プ
ラグ１５を使用して燃料交換を行っているため、原子炉
容器１の上部に占めるスペースが大きくなり、結果とし
て原子炉の大型化を招く課題があり、また、燃料交換機
１４自体の構成も大形となり、その外径も原子炉上部ス
ペース拡大の要因となっている。

【００１５】そこで、最近では燃料交換機ひいては原子
炉容器の構成簡素化を図ることが要望され、発明者等に
おいては、前記の回転プラグを省略して上部蓋全体を固
定式とする一方、燃料交換機自体もコンパクトな構成と
する技術を提案している。

【００１６】この技術は概略的に、原子炉容器の上部蓋
の中心部またはその近傍に上部蓋を貫通する状態で昇降
用および旋回用の複数の駆動部を有する縦長な燃料交換
機本体を設置し、この燃料交換機本体の下端部に駆動部
によりスイング動作および旋回動作を行うアームを連結
するとともに、このアームの先端に常時垂直状態を保持
して交換すべき燃料の着脱、吊上げ、保持および吊下し
動作を行うホールドダウンチューブを連結するものであ
る。

【００１７】そして、この技術を基本として、さらに一
層の構成の簡素化、安定化等を検討し、実機への適用上
の容易化、制作および運用上での低コスト化、地震等に
対する安全性向上等を検討している。

【００１８】本発明は以上の事情のもとになされたもの
であり、回転プラグを廃止することに関連して、原子炉
上部構造を一層簡素化することができ、低コスト化、地
震等に対する安全性向上等が図れる燃料交換機を提供す
ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明は、高速炉の原子炉容器内で炉
心構成要素である燃料を把持、昇降および水平移動によ
り交換する燃料交換機であって、前記原子炉容器の上部
蓋の中心部またはその近傍に前記上部蓋を貫通する状態
で設置され複数の駆動部を有する縦長な燃料交換機本体
と、この燃料交換機本体の下端部に連結され前記駆動部
によりスイング動作を行うアームと、このアームの先端
に連結され常時垂直状態を保持して交換すべき燃料の着
脱、吊上げ、保持および吊下し動作を行うホールドダウ
ンチューブとを備えたものにおいて、前記ホールドダウ
ンチューブは、交換すべき燃料を収容する下面が開口し
たチューブ本体と、このチューブ本体の内部に昇降およ
び回転可能に設けられた燃料把持用のグリッパと、前記
燃料交換機本体の駆動部の動力を前記グリッパに伝達す
る昇降用および回転用の複数の縦長な軸とを有し、かつ
前記チューブ本体の横断面内のほぼ中心位置に前記グリ
ッパを配置する一方、そのグリッパに対して前記燃料交
換機本体側およびそれと反対側に位置する前記チューブ
本体内の領域に前記昇降用および回転用の複数の軸を配
置したことを特徴とする。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１記載の高速炉
の燃料交換機において、ホールドダウンチューブの各軸
間の動力伝達用ギアを収容するギアボックスを、チュー
ブ本体の頂部に配設したことを特徴とする。

【００２１】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の高速炉の燃料交換機において、燃料交換機本体の複数
の駆動機構は、原子炉容器の上部蓋から立上がるスタン
ドパイプの頂部に設置され、かつ前記駆動機構は、前記
原子炉容器の上部蓋に設けられる制御棒駆動機構の頂部
よりも高所に集中的に配置したことを特徴とする。

【００２２】請求項４の発明は、請求項３記載の高速炉
の燃料交換機において、燃料交換機本体を構成するスタ
ンドパイプは分割可能に接続された上部ユニットおよび
下部ユニットからなる構成とし、これら上下部ユニット
の連結部を原子炉容器の上部蓋の上方位置に配置したこ
とを特徴とする。

【００２３】請求項５の発明は、請求項４記載の高速炉
の燃料交換機において、上部ユニットおよび下部ユニッ
トとなる上部スタンドパイプおよび下部スタンドパイプ
は、それらの端部外周面にそれぞれ一体に突設したフラ
ンジをボルトで締結することにより連結し、その各フラ
ンジは、前記スタンドパイプを囲んで原子炉容器の上部
蓋から立上る複数の制御棒駆動機構の相互間隙に配置し
たことを特徴とする。

【００２４】請求項６の発明は、請求項１から５までの
いずれかに記載の燃料交換機において、アームは矩形断
面またはＵ字断面を有するものであり、その長手方向に
沿う外面に沿って一体に突出するリブを有することを特
徴とする。

【００２５】請求項７の発明は、請求項１から６までの
いずれかに記載の高速炉の燃料交換機において、アーム
は燃料交換機本体およびホールドダウンチューブに対し
て軸を介して連結したものであり、その連結部の少なく
ともいずれか一方の軸受部に回転慣性力を減衰させるば
ね機構を設けたことを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高速炉の燃料
交換機の一実施形態について図１〜図１５を参照して説
明する。なお、以下の実施形態は本発明を高速増殖炉に
適用したものである。図１は原子炉容器の全体構成を示
す縦断面図であり、燃料交換時の状態を表している。

【００２７】図１に示すように、原子炉容器２１は有底
円筒状で、支持部材２２を介して原子炉建屋２３のキャ
ビティー・ウォール２４に支持されている。原子炉容器
２１の内部には多数の燃料２５および制御棒（図示せ
ず）を配置した炉心２６が設けられるとともに、一次冷
却材として液体金属２７（液体ナトリウム）が収容され
ている。なお、液体金属２７を炉心２６へ導く複数の冷
却材入口配管、および炉心２６から原子炉容器２１の外
部に設置されて中間熱交換機へ液体金属２７を導く複数
の冷却材出口配管については図示を省略しているが、図
１６に示した従来構造とほぼ同様である。炉心２６の下
部には炉心入口プレナム部２８が設けられ、これら炉心
２６および炉心入口プレナム部２８は、原子炉容器２１
内の底部に設けられた炉心支持体２９によって支持され
ている。

【００２８】原子炉容器２１の上部開口は、上部蓋とし
てのルーフデッキ３０によって全体的に閉塞されてお
り、回転プラグは設けられていない。ルーフデッキ３０
の中央部は落とし蓋構造で周辺部よりも一段低くなって
おり、この落とし蓋構造の低い部分に制御棒駆動機構３
１および炉心上部機構昇降機構３２が設けられている。
また、ルーフデッキ３０のほぼ中心位置が燃料交換機設
置部とされ、常時は閉栓され、燃料交換時に開栓されて
図示の如く燃料交換機３３が設置される。これにより、
本実施形態では、制御棒駆動機構３１、炉心上部機構昇
降機構３２および燃料交換機３３等の炉上設置高さの低
下、ひいては炉上空間の縮小化が図られている。なお、
制御棒駆動機構３１、炉心上部機構昇降機構３２および
燃料交換機３３等は、ルーフデッキ３０の上面に支持板
３４を介して水平に支持されており、これにより長尺駆
軌系に対する耐震性が図られている。

【００２９】制御棒駆動機構３１はルーフデッキ３０に
支持された多数の制御棒駆動機構ハウジング３５と、そ
の内部に昇降可能に取付けられた制御棒駆動ロッド３６
とを有し、運転時にはこの制御棒駆動ロッド３６を降下
させ、炉心２６内に配置されている制御棒を把持して引
出しおよび挿入することにより、出力制御を行うように
なっている。

【００３０】炉心上部機構昇降機構３２は、多孔整流部
材３７等を含む炉心上部機構３８を昇降コラム３９によ
って昇降可能に支持する構成となっている。この多孔整
流部材３７は下部から側部に向って開口する多数の整流
孔を有する構造のもので、運転時には炉心２６近くまで
降下され、炉心２６から昇流する液体金属２７を原子炉
容器２１の周辺側に向ける整流作用を行う。

【００３１】図１では、これらの制御棒駆動機構３１の
制御棒駆動ロッド３６および多孔整流部材３７等が、燃
料交換機３３の交換動作に支障がない位置まで炉心２６
上方に退避した炉停止状態を示している。なお、原子炉
容器２１内の周辺位置には、非常時冷却用の熱交換器４
０が設けられている。

【００３２】次に、燃料交換機３３および燃料交換時に
使用される中継設備等について詳細に説明する。

【００３３】燃料交換機３３は大別して、原子炉容器２
１のルーフデッキ３０の中心部に着脱可能に貫通して設
置される縦長な燃料交換機本体４１と、この燃料交換機
本体４１の下端部に連結されたアーム４２と、このアー
ム４２の先端に連結されたホールドダウンチューブ４３
とを備えて構成される。

【００３４】また、中継設備として、炉心２６の周囲部
に炉内中継槽４４が設けられるとともに、この炉内中継
槽４４の上方に炉内案内管４５および炉内中継装置４６
が設けられている。本実施形態では、炉内中継槽４４が
炉心槽４７内に設けられ、それにより従来構成に比較し
て燃料交換機３３の駆動半径の小径化（アーム４２の長
さの短尺化）が図られている。

【００３５】図２〜図１５は燃料交換機３３の構成を詳
細に示している。図２は図１の燃料交換機３３の全体を
拡大して示す断面図であり、図３は図２の燃料交換機本
体４１を拡大して示す断面図である。図４は図３の駆動
機構であるモータ等の配置構成を示す平面図である。

【００３６】図２〜図４に示すように、ルーフデッキ３
０の中心部に貫通孔４８があけてあり、この貫通孔４８
は前述したように、通常運転時に図示しないプラグで閉
止される。図２ではこのプラグを外し、燃料交換機本体
４１を装着した状態を示している。

【００３７】燃料交換機本体４１は、ルーフデッキ３０
の中心部の貫通孔４８と連通してルーフデッキ３０上に
立上がるスタンドパイプ４９を基体として構成されてい
る。このスタンドパイプ４９は上下に分割可能な構成の
ものであり、下部スタンドパイプ４９ａはルーフデッキ
３０に溶接等によって常時固着され、この下部スタンド
パイプ４９ａの上端に上部スタンドパイプ４９ｂが連結
されている。スタンドパイプ４９の周囲には、制御棒駆
動機構ハウジング３５が配置しており、スタンドパイプ
４９の連結は制御棒駆動機構３１ハウジング相互間の隙
間を利用して行われている。

【００３８】スタンドパイプ４９の上端には操作用デッ
キ５０が設けられるとともに、燃料交換時における昇降
用および旋回用の動力源となる複数のモータ等からなる
駆動部、すなわち本体胴旋回駆動機構５１、アーム水平
駆動用駆動機構５２、グリッパ昇降用駆動機構５３、グ
リッパ爪開閉用駆動機構５４が配置されてれている。こ
れらの機構のうち、本体胴旋回駆動機構５１はスタンド
パイプ４９に固定され、他の駆動機構５２，５３，５４
は下記の本体胴５５に一体回転可能に取付けられてい
る。本体胴５５の内部には、上下部スタンドパイプ４９
ａ，４９ｂの連結部に位置して内部胴昇降駆動機構５６
が配置されている。

【００３９】本体胴５５はスタンドパイプ４９の内周側
に配置され、スタンドパイプ４９上端のベアリング５７
により回転可能に支持されている。この本体胴５５が、
ギア５８を介して本体胴旋回駆動機構５１に連結され、
垂直軸心回りで正逆回転できるようになっており、その
回転はエンコーダ５９で検出される。この本体胴５５の
下端部は、ルーフデッキ３０の貫通孔４８を通して原子
炉容器２１内に突出している。

【００４０】本体胴５５の内部には、アーム水平移動用
駆動機構５２に連結されたアーム水平移動用駆動軸６
０、グリッパ昇降用駆動機構５３に連結されたグリッパ
昇降用駆動軸６１、グリッパ爪開閉用駆動機構５４に連
結されたグリッパ爪開閉用駆動軸６２、および内部胴昇
降駆動機構５６にボールねじ機構６３を介して連結され
た内部胴６４等が配置されている。

【００４１】これらのアーム水平移動用駆動軸６０、グ
リッパ昇降用駆動軸６１、グリッパ爪開閉用駆動軸６２
等は、それぞれ本体胴５５の下方まで延在し、途中位置
に設けた自在継手６５またはボールねじ機構６６等の中
継装置により、下端側が昇降できる構成となっている。
内部胴６４は車輪６７によって本体胴５５内で昇降でき
るとともに、垂直軸心回りで本体胴５５と一体回転でき
る。

【００４２】アーム４２は、その一端を内部胴６４の下
端に水平な軸６８によって支持され、その軸６８を支点
としてスイング動作可能とされており、ホールドダウン
チューブ４３は、アーム４２の他端に水平な軸６９を介
して回動可能に支持されている。なお、アーム４２と平
行に補助アーム７０が配置され、この補助アーム７０
は、その一端をアーム水平移動用駆動軸６０の下端に水
平な軸７１によって支持されるとともに、その他端をホ
ールドダウンチューブ４３に水平な軸７２を介して回動
可能に連結されている。

【００４３】これにより、ホールドダウンチューブ４３
は、アーム４２および補助アーム７０で構成される平行
四辺形リンクによって垂直姿勢を維持する状態で燃料交
換機本体４１に支持され、アーム４２のスイング動作に
よって原子炉容器２１内で径方向に移動できるようにな
っている。

【００４４】なお、アーム４２のスイング動作は、アー
ム水平移動用駆動軸６０の回転を、ボールねじおよびナ
ットにより直線運動に変換させた後、その直線運動をク
ランクでさらに変換することで行うようになっている。
また、ホールドダウンチューブ４３の径方向移動は一定
高さに配置されている燃料２１への接近等を行うため、
水平移動とすることが望ましい。そこで、アーム４２お
よび補助アーム７０の各一端を支持する軸６８，７１の
高さを、内部胴６４の昇降動作およびアーム水平移動用
駆動軸６０の昇降動作により調整し、他端側の軸６９，
７２の高さを一定となるように制御することにより、ホ
ールドダウンチューブ４３を垂直姿勢を維持しつつ水平
移動できるようになっている。

【００４５】グリッパ昇降用駆動軸６１およびグリッパ
爪開閉用駆動軸６２の各下端は、自在継手７３を介して
アーム４２の両側部に沿って延在され、ホールドダウン
チューブ４３の両側部まで導かれている。

【００４６】図５〜図７は、ホールドダウンチューブ４
３の構成を示している。図５はホールドダウンチューブ
４３の内部構成を示す断面図である。図６は図５に示し
た構成のうち特に動力伝達部の部品配置を示す平面図で
あり、図７は同斜視図である。

【００４７】これらの図に示すように、ホールドダウン
チューブ４３は、縦長で下端が開口したチューブ本体７
４と、このチューブ本体７４に昇降可能に設けられたグ
リッパ７５とを備えている。チューブ本体７４は横断面
ほぼ矩形状をなしており、その上下方向ほぼ中間位置の
対向する側壁の外面に、前述したアーム４２および補助
アームとの連結用の軸６９，７２が突設されている。

【００４８】また、グリッパ７５は下端が開口した縦筒
状のグリッパケース７６と、このグリッパケース７６内
に対向配置されて軸７７により開閉可能に支持された複
数、例えは３体の燃料把持用のグリッパ爪７８と、これ
らのグリッパ爪７８の間に挿入されて各グリッパ爪７８
を開閉操作する１本の縦長な開閉ロッド７９とを有する
構成となっている。そして、このグリッパ７５はチュー
ブ本体７４の横断面内のほぼ中心位置に配置される一
方、グリッパ昇降用およびグリッパ爪開閉用の構成部品
がチューブ本体７４の横断面内のグリッパ７５に対する
燃料交換機本体４１側（図５、図６の左側）およびそれ
と反対の側（同右側）に分けて配置されている。

【００４９】すなわち、グリッパ昇降用およびグリッパ
爪開閉用の構成部品は、駆動力入力用部品、同出力用部
品およびそれらの伝達部品によって構成されている。駆
動力入力用部品としては、アーム４２の一側面に沿って
配置されたグリッパ昇降用駆動軸６１の先端にギア８０
を介して連結されたグリッパ昇降用伝達軸８１と、同様
にアーム４２の他側面に沿って配置されたグリッパ爪開
閉用駆動軸３２にギア８２を介して連結されたグリッパ
爪開閉用伝達軸８３とが備えられている。これらのグリ
ッパ昇降用伝達軸８１とグリッパ爪開閉用伝達軸８３と
は、燃料交換機本体４１と反対の側の領域（図５、図６
の右側の領域）に、上下方向に沿って互いに平行に配置
されている。

【００５０】また、駆動力出力用部品としては、グリッ
パ７５を昇降させるグリッパ昇降軸８４と、グリッパ爪
７８の開閉を行わせるグリッパ爪開閉軸８５とが備えら
れている。これらのグリッパ昇降軸８４とグリッパ爪開
閉軸８５とは、燃料交換機本体４１側の領域（図５、図
６の左側の領域）に、上下方向に沿って互いに平行に配
置されている。なお、グリッパ昇降軸８４はボールねじ
軸とされており、ナット８６を介してグリッパケース７
６に連結され、回転動作を昇降動作に変換して出力す
る。また、グリッパ爪開閉軸８６はスプライン軸とされ
ており、この軸に沿って摺動するギアを介して昇降ロッ
ドに上下動作を与え、グリッパ爪７８を開閉する。

【００５１】さらに伝達部品としては、ギア機構を構成
する複数のギアが備えられている。これらのギアは、ホ
ールドダウンチューブ４３のチューブ本体７４の頂部に
配設したギアボックス８７に集中的に配置されている。
すなわち、図６および図７に示すように、グリッパ昇降
用伝達軸８１に第１ギア８８が設けられ、この第１ギア
８８がチューブ本体７４の中央に配置された第２ギア８
９を介して、グリッパ昇降軸８４に設けられた第３ギア
９０に噛合している。また、グリッパ爪開閉用伝達軸８
３に第１ギア９１が設けられ、この第１ギア９１がチュ
ーブ本体７４の中央に配置された第２ギア９２およびこ
れに隣接する第３ギア９３を介して、グリッパ爪開閉軸
８５に設けられた第４ギア９４に噛合している。

【００５２】そして、燃料交換時には、燃料交換機本体
４１の各駆動機構の駆動による本体胴５５の回転動作、
内部胴６４の昇降動作およびアーム４２のスイング動作
によってホールドダウンチューブ４３を交換用燃料位置
まで移動させて停止し、その状態でグリッパ７５の下
降、グリッパ爪７８による把持、グリッパ７５の上昇に
よって燃料２５を取出す。その後、ホールドダウンチュ
ーブ４３を炉内中継槽４４位置まで移動させ、グリッパ
爪７８を開いて炉内中継槽４４の一つに燃料２５を挿入
離脱した後、他の炉内中継槽４４から新燃料を把持して
取出し、前記交換燃料位置まで戻り動作させた後、そこ
に新燃料を挿入して燃料装荷を行う。炉内中継槽４４の
一つに挿入された燃料２５の炉外への取出しおよび新燃
料の炉内への導入は、図示しないクレーン等の燃料取扱
い装置を使用し、炉内案内管４５および炉内中継装置４
６を介して行う。

【００５３】なお、前記の交換用燃料位置での燃料取出
しの際、周囲の燃料２５がスエリング等によって取出す
べき燃料２５と干渉状態にある可能性を考慮し、ホール
ドダウンチューブ４３の下端には図２に示すように、周
囲の燃料２５を圧下保持する環状の保持部材９５が設け
られ、隣接する燃料２５の浮上がりを防止するようにな
っている。また、逆に燃料装荷時には装荷べき部位の空
間が狭められていることを考慮し、装荷する新燃料に対
して一定以上の押下げ力を付与する押下げ機構が設けら
れている。さらに、燃料２５は多角形柱状であり、同形
状の炉心挿入孔との回転角度ずれがある場合を考慮し、
燃料装荷時に垂直軸心回りの回転調整を行うための回転
調整機構が設けられている。

【００５４】このような本実施形態の燃料交換機３３に
よると、ホールドダウンチューブ４３が、矩形断面のチ
ューブ本体７４の中央位置に大形のグリッパ７５を配置
し、その両側の領域の隅部等にグリッパ７５に比して相
対的に小径な軸構造部品を分配した構成とされているの
で、チューブ本体７４の横断面内部を有効に活用するこ
とができ、それによりチューブ本体７４ひいてはホール
ドダウンチューブ４３の小形化が図れ、その結果このホ
ールドダウンチューブ４３を駆動するための燃料交換機
本体４１の構成の簡素化、軽量化を推進することができ
る。

【００５５】また、チューブ本体７４の中央位置にグリ
ッパ７５を配置したことにより、炉心２６上方での移動
範囲がチューブ本体７４の中央部の到達位置によって設
定されるので、従来のようにチューブ本体７４の中央以
外の位置にグリッパ７５を配した構成に比較して、ホー
ルドダウンチューブ４３を支持するアーム４２の水平移
動幅が縮小化でき、それだけ燃料交換機３３の細径化が
図れる。

【００５６】さらに、チューブ本体７４の中央位置にグ
リッパ７５を配置した構成によると、ホールドダウンチ
ューブ４３を本体胴５５の中心位置直下の燃料２５へ導
いて燃料交換を行う場合、本体胴５５、アーム４２およ
びチューブ本体７４をほぼ一直線上に配置する状態とす
ることによって容易に位置決めできるので、チューブ本
体７４の中央以外の位置にグリッパ７５を配した従来の
構成に比して、燃料交換作業が容易かつ確実に行えるよ
うになり、作業作性向上も図れる。

【００５７】また、上記構成のホールドダウンチューブ
４３によれば、動力伝達用ギアを収容するギアボックス
８７が、チューブ本体７４の頂部に配設されているの
で、何らかの事情によりギア機構の調整やギア交換等の
必要が生じた場合、その調整作業を上方から容易に行う
ことができ、メンテナンス性も向上することができる。

【００５８】また、本実施形態では図１〜図３に示すよ
うに、燃料交換機本体４１の本体胴旋回駆動機構５１、
アーム水平移動用駆動機構５２、グリッパ昇降用駆動機
構５３およびグリッパ爪開閉用駆動機構５４等を、周囲
の制御棒駆動機構３１の頂部よりも上方に集中配置して
ある。

【００５９】したがって、これらの各駆動機構５１，５
２，５３，５４が周囲の制御棒駆動機構３１と横方向で
干渉しないため、原子炉容器２１のルーフデッキ３０の
中心位置への燃料交換機本体４１の設置に際してスペー
スの有効利用が図れ、実際設備としての構成のコンパク
ト化が大幅に推進でき、回転プラグを省略する利点が一
層増大する。

【００６０】さらに、本実施形態では、内部胴昇降駆動
機構５６をスタンドパイプ４９の上下方向ほぼ中間部に
設置している。これにより、内部胴昇降駆動機構５６の
下方に配置される駆動軸を短尺化することができるの
で、重量の大きい構造物である燃料交換機３３のコンパ
クト化および軽量化等が図れる。

【００６１】次に、図８〜図１１によって燃料交換機本
体４１の連結構成について説明する。図８は連結部を拡
大して示す断面図であり、図９は内部機構を省略した縦
断面図である。図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿う横断面図
であり、図１１は図９のＹ−Ｙ線に沿う横断面図であ
る。

【００６２】図８および図９に示すように、スタンドパ
イプ４９は、ルーフデッキ３０から立上がる下部スタン
ドパイプ４９ａと、この下部スタンドパイプ４９ａの上
端に接合される上部スタンドパイプ４９ｂとによって構
成されている。すなわち、下部スタンドパイプ４９ａの
上端にフランジ９６が形成されるとともに、上部スタン
ドパイプ４９ｂの下端にもフランジ９７が形成されてお
り、これら両フランジ９６，９７がそれらの間にシール
部材９８を介在させた状態で接合され、ボルト９９によ
って着脱可能に締結されている。なお、シール部材９８
は下部スタンドパイプ４９ａのフランジ９６の内側部位
に形成した凹部に嵌合した状態で装着されている。

【００６３】また、スタンドパイプ４９の内周側に配置
される本体胴５５は、上端にフランジ１００を有する下
部本体胴５５ａと、下端にフランジ１０１を有する上部
本体胴５５ｂとに分割されており、スタンドパイプ４９
の連結部とほぼ同一位置、詳しくは僅かに高い位置で両
フランジ１００，１０１が接合され、これらもボルト１
０２で締結されている。そして、下部本体胴５５ａの上
端部外周面面によって、下部スタンドパイプ４９ａのシ
ール部材９８が内側から保持されている。

【００６４】さらに、アーム水平移動用駆動軸６０、グ
リッパ昇降用駆動軸６１およびグリッパ爪開閉用駆動軸
６２も上下に分割されている。これらの駆動軸６０，６
１，６２の分割部は下部本体胴５５ａのフランジ１００
の上方に位置されている。つまり、下部アーム水平移動
用駆動軸６０ａ、下部グリッパ昇降用駆動軸６１ａおよ
び下部グリッパ爪開閉用駆動軸６２ａはそれぞれ下部本
体胴５５ａのフランジ１００を軸封シール部材１０３を
介して貫通して上方に突出し、それぞれ上部アーム水平
移動用駆動軸６０ｂ、上部グリッパ昇降用駆動軸６１ｂ
および上部グリッパ爪開閉用駆動軸６２ｂに継手１０
４，１０５，１０６を介して連結されている。各継手１
０４，１０５，１０６は、凹凸嵌合構造によって接合す
るものとされ、回転力の伝達が確実に行えるとともに、
接合が容易に行えるようになっている。なお、内部胴昇
降駆動機構５６は下部本体胴５５ａのフランジ１００上
に固定されており、この内部胴昇降駆動機構５６に連結
されたボールねじ式の駆動軸１０７が軸封シール部材１
０８を介して下部本体胴５５ａのフランジ１００を貫通
している。

【００６５】すなわち、本実施形態では燃料交換機本体
４１が、スタンドパイプ４９から各駆動軸に至るまで上
部ユニットと下部ユニットとに分割した構成となってい
る。

【００６６】したがって、本実施形態によれば燃料交換
機本体４１を不使用時に原子炉容器２１から取外して保
管する場合、上下部ユニットに分割して短尺なキャスク
に個別的に収納することができ、取扱いの容易化が図れ
るようになる。

【００６７】また、本実施形態の分割構成によれば、下
部スタンドパイプ４９ａおよび下部本体胴５５ａの上端
部のフランジ９６，１００間がシール部材９８で封止さ
れるとともに、下部本体胴５５ａのフランジ１００とこ
れを貫通する各駆動軸６０，６１，６２，１０７との間
もそれぞれ軸封シール１０３，１０８で封止される。そ
して、各駆動軸６０，６１，６２，１０７の分割部は下
部本体胴５５ａのフランジ１００の上側位置に設定され
ている。したがって、上部ユニットと下部ユニットとを
連結した状態では勿論、上部ユニットを下部ユニットか
ら取外した状態においても、下部ユニットの上端部分に
おいてその内外が上記の各シール部分により封止されて
バウンダリが形成され、液体金属２７あるいはカバーガ
ス等から炉外への放射能洩れを確実に防止することがで
きる。

【００６８】ところで、ルーフデッキ３０上で燃料交換
機本体４１の周囲に配置している制御棒駆動機構３１
は、図９〜図１１に示すように、多角形状柱で相互に間
隔的に配置されて隙間を有する構成となっている。そし
て、本実施形態では前記のスタンドパイプ４９の上下部
ユニットの連結部となるフランジ９６，９７が、図１０
に示すように、各制御棒駆動機構３１相互間の隙間に配
置されている。

【００６９】このように、スタンドパイプ４９の連結を
制御棒駆動機構３１の相互間の隙間を利用して行うこと
で、分割構成として使用するフランジ９６，９７の配置
に特別のスペースを必要としないため、本実施形態によ
ればスペースの有効利用が図れるとともに、連結および
分離作業等が容易に行える利点も得られる。

【００７０】次に、図１２〜図１５によってアーム４２
の構成について説明する。

【００７１】図１２はアーム４２の外観を示す側面図で
あり、図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ図１２
のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。

【００７２】これらの図１２および図１３（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）に示すように、アーム４２は全体として
Ｕ字断面の棒状のアーム本体１０９を有している。この
アーム本体１０９の一端側（図１２の左端側）が燃料交
換機本体４１への連結部であり、この一端側では図１３
（Ａ）に示すように、Ｕ字断面部の開口が一定長さに亘
って閉塞板１１０で閉じられ、これにより断面矩形状と
なって剛性向上が図られるとともに、この一端側に軸支
孔１１１，１１２を有する２組のブラケット１１３，１
１４が突設してある。この各ブラケット１１３，１１４
の軸支孔１１１，１１２に前述した燃料交換機本体４１
側の軸６８，７１が挿通されてアーム４２のスイング動
作の基点となる。また、アーム本体１０９の他端側（図
１２の左端側）はホールドダウンチューブ４３への連結
部であり、このアーム本体１０９の中間部から他端側で
は図１３（Ｂ），（Ｃ）に示すように、Ｕ字断面構造で
あり、他端側の両側壁には軸支孔１１５が開けられてい
る。この軸支孔１１５には前述したホールドダウンチュ
ーブ４３側の軸６９が挿通される。そして、アーム４２
およびホールドダウンチューブ４３が燃料交換機本体４
１の軸心上で一直線に配列される場合、アーム本体１０
９の一端側は燃料交換機本体４１内に入り込む形とな
り、ホールドダウンチューブ４３はアーム本体１０９の
Ｕ字断面部分の開口部に入り込む。

【００７３】このものにおいて、本実施形態ではアーム
本体１０９の両側壁の外面に、その長手方向に沿って例
えば平行な１対のリブ１１６，１１７が突設されてい
る。これらのリブ１１６，１１７はアーム本体１０９の
剛性を向上するとともに、アーム４２外面で液体金属２
７の流体抵抗となり、地震時のアーム４２の変位を減少
する機能を発揮する。したがって、本実施形態のアーム
４２構造によれば、簡単な構成で軽量かつ高剛性であ
り、しかも耐震性も高く、アーム４２ひいては装置全体
に対する信頼性の向上が図れるという効果が奏される。

【００７４】また、図１４はアーム４２の燃料交換機本
体４１への連結構成を示す拡大断面図であり、図１５は
図１４の一部、すなわち軸支部分をさらに拡大して示す
詳細断面図である。

【００７５】これらの図１４および図１５に示すよう
に、アーム４２のブラケット１１３の軸支孔１１１に軸
６８が挿通され、この軸６８が燃料交換機本体４１側の
連結部材１１８に例えばころがり軸受等の軸受１１９を
介して支持されている。この軸受１１９とブラケット１
１３との間に、回転慣性力抑制機構１２０が設けられて
いる。すなわち、回転慣性力抑制機構１２０は、軸受１
１９の軸方向両端部にボルト１２１により締結した固定
側スリーブ１２２と、この固定スリーブ１２２に対向し
てブラケット１１３側に固着した可動側スリーブ１２３
とを一部重合させて摺動状態とするとともに、その摺動
方向に沿うエネルギを減衰させるスプリング、例えば圧
縮コイルばね１２４を介在させた構成となっている。

【００７６】このような構成によると、アーム４２の荷
重支持点である燃料交換機本体４１側での軸支部におい
て、大荷重の回転負荷が発生したり地震振動が発生した
場合に、摺動面および圧縮コイルばね１２４からなる回
転慣性力抑制機構１２０によって振動が減衰し、回転慣
性力が抑制される。したがって、本実施形態によれば回
転剛性を高め、地震時のアーム変位を減少させる等、耐
震性の向上が図れるようになる。

【００７７】なお、以上の実施形態では本発明を高速増
殖炉に適用した場合について説明したが、本発明は増殖
炉以外の高速炉に対しても適用でき、また図示以外の各
種構成のものに対しても適用できることは勿論である。

【００７８】

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明に係る高
速炉の燃料交換機よれば、原子炉容器の上部蓋の中心部
またはその近傍から吊下状態で設置することにより回転
プラグを廃止する技術に関し、燃料交換機の構成簡素
化、ひいては高速炉の簡素化が推進でき、低コスト化お
よび地震等に対する安全性向上等が図れる等の優れた効
果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による原子炉容器の全体構
成を示す縦断面図。

【図２】図１の燃料交換機の全体を拡大して示す断面
図。

【図３】図２の燃料交換機本体を拡大して示す断面図。

【図４】図３の上部構成要素であるモータ等の配置構成
を示す平面図。

【図５】ホールドダウンチューブの内部構成を示す断面
図。

【図６】図５に示した構成のうち特に動力伝達部の部品
配置を示す平面図。

【図７】図５に示した構成のうち特に動力伝達部の部品
配置を示す斜視図。

【図８】本発明の一実施形態による連結部を拡大して示
す断面図。

【図９】本発明の一実施形態による内部機構を省略した
縦断面図。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う横断面図。

【図１１】図９のＹ−Ｙ線に沿う横断面図。

【図１２】本発明の一実施形態によるアームの外観を示
す側面図。

【図１３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ図１２の
Ａ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線に沿う断面図。

【図１４】本発明の一実施形態によるアームの一端を燃
料交換機本体への連結構成を示す拡大断面図。

【図１５】図１４の一部をさらに拡大して示す詳細断面
図。

【図１６】従来例を示す概略構成図。

【符号の説明】

２１ 原子炉容器 ２２ 支持部材 ２３ 原子炉建屋 ２４ キャビティー・ウォール ２５ 燃料 ２６ 炉心 ２７ 液体金属 ２８ 炉心入口プレナム部 ２９ 炉心支持体 ３０ ルーフデッキ ３１ 制御棒駆動機構 ３２ 炉心上部機構昇降機構 ３３ 燃料交換機 ３４ 支持板 ３５ 制御棒駆動機構ハウジング ３６ 制御棒駆動ロッド ３７ 多孔整流部材 ３８ 炉心上部機構 ３９ 昇降コラム ４０ 熱交換器 ４１ 燃料交換機本体 ４２ アーム ４３ ホールドダウンチューブ ４４ 炉内中継槽 ４５ 炉内案内管 ４６ 炉内中継装置 ４７ 炉心槽 ４８ 貫通孔 ４９ スタンドパイプ ４９ａ 下部スタンドパイプ ４９ｂ 上部スタンドパイプ ５０ 操作用デッキ ５１ 本体胴旋回駆動機構 ５２ アーム水平駆動用駆動機構 ５３ グリッパ昇降用駆動機構 ５４ グリッパ爪開閉用駆動機構 ５５ 本体胴 ５６ 内部胴昇降駆動機構 ５９ エンコーダ ６０ アーム水平移動用駆動軸 ６１ グリッパ昇降用駆動軸 ６２ グリッパ爪開閉用駆動軸 ６３ ボールねじ機構 ６４ 内部胴 ６５ 自在継手 ６６ ボールねじ機構 ６７ 車輪 ６８，６９ 軸 ７０ 補助アーム ７１，７２ 軸 ７３ 自在継手 ７４ チューブ本体 ７５ グリッパ ７６ グリッパケース ７７ 軸 ７８ グリッパ爪 ７９ 開閉ロッド ８０ ギア ８１ グリッパ昇降用伝達軸 ８２ ギア ８３ グリッパ爪開閉用伝達軸 ８４ グリッパ昇降軸 ８５ グリッパ爪開閉軸 ８６ ナット ８７ ギアボックス ８８ 第１ギア ８９ 第２ギア ９０ 第３ギア ９１ 第１ギア ９２ 第２ギア ９３ 第３ギア ９４ 第４ギア ９６，９７ フランジ ９８ シール部材 ９９ ボルト １００，１０１ フランジ １０２ ボルト １０３ 軸封シール部材 １０４，１０５，１０６ 継手 １０７ 駆動軸 １０８ 軸封シール部材 １０９ アーム本体 １１０ 閉塞板 １１１，１１２，１１５ 軸支孔 １１３，１１４ ブラケット １１６，１１７ リブ １１８ 連結部材 １１９ 軸受 １２０ 回転慣性力抑制機構 １２１ ボルト １２２ 固定側スリーブ １２３ 可動側スリーブ １２４ 圧縮コイルばね

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速炉の原子炉容器内で炉心構成要素で
   ある燃料を把持、昇降および水平移動により交換する燃
   料交換機であって、前記原子炉容器の上部蓋の中心部ま
   たはその近傍に前記上部蓋を貫通する状態で設置され複
   数の駆動部を有する縦長な燃料交換機本体と、この燃料
   交換機本体の下端部に連結され前記駆動部によりスイン
   グ動作を行うアームと、このアームの先端に連結され常
   時垂直状態を保持して交換すべき燃料の着脱、吊上げ、
   保持および吊下し動作を行うホールドダウンチューブと
   を備えたものにおいて、前記ホールドダウンチューブ
   は、交換すべき燃料を収容する下面が開口したチューブ
   本体と、このチューブ本体の内部に昇降および回転可能
   に設けられた燃料把持用のグリッパと、前記燃料交換機
   本体の駆動部の動力を前記グリッパに伝達する昇降用お
   よび回転用の複数の縦長な軸とを有し、かつ前記チュー
   ブ本体の横断面内のほぼ中心位置に前記グリッパを配置
   する一方、そのグリッパに対して前記燃料交換機本体側
   およびそれと反対側に位置する前記チューブ本体内の領
   域に前記昇降用および回転用の複数の軸を配置したこと
   を特徴とする高速炉の燃料交換機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高速炉の燃料交換機にお
   いて、ホールドダウンチューブの各軸間の動力伝達用ギ
   アを収容するギアボックスを、チューブ本体の頂部に配
   設したことを特徴とする高速炉の燃料交換機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の高速炉の燃料交
   換機において、燃料交換機本体の複数の駆動機構は、原
   子炉容器の上部蓋から立上がるスタンドパイプの頂部に
   設置され、かつ前記駆動機構は、前記原子炉容器の上部
   蓋に設けられる制御棒駆動機構の頂部よりも高所に集中
   的に配置したことを特徴とする高速炉の燃料交換機。
4. 【請求項４】 請求項３記載の高速炉の燃料交換機にお
   いて、燃料交換機本体を構成するスタンドパイプは分割
   可能に接続された上部ユニットおよび下部ユニットから
   なる構成とし、これら上下部ユニットの連結部を原子炉
   容器の上部蓋の上方位置に配置したことを特徴とする高
   速炉の燃料交換機。
5. 【請求項５】 請求項４記載の高速炉の燃料交換機にお
   いて、上部ユニットおよび下部ユニットとなる上部スタ
   ンドパイプおよび下部スタンドパイプは、それらの端部
   外周面にそれぞれ一体に突設したフランジをボルトで締
   結することにより連結し、その各フランジは、前記スタ
   ンドパイプを囲んで原子炉容器の上部蓋から立上る複数
   の制御棒駆動機構の相互間隙に配置したことを特徴とす
   る高速炉の燃料交換機。
6. 【請求項６】 請求項１から５までのいずれかに記載の
   燃料交換機において、アームは矩形断面またはＵ字断面
   を有するものであり、その長手方向に沿う外面に沿って
   一体に突出するリブを有することを特徴とする高速炉の
   燃料交換機。
7. 【請求項７】 請求項１から６までのいずれかに記載の
   高速炉の燃料交換機において、アームは燃料交換機本体
   およびホールドダウンチューブに対して軸を介して連結
   したものであり、その連結部の少なくともいずれか一方
   の軸受部に回転慣性力減衰機構を設けたことを特徴とす
   る高速炉の燃料交換機。