JPS59104276A - 核燃料集合体自動装荷装置のタングステンア−ク溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉用燃料集合体の自動装荷装置に関するも
のであり、更に具体的には、燃料ビンに核燃料が充填さ
れ月つ清浄化された後でエンドキャップを自動的に溶接
する装置に係るものである。

本発明に関する記載は、特に高速増殖炉に用いる核燃料
集合体の組立に係るものである。この種技術の現状は、
隣接せる各種部材や装置に対して放射能汚染の拡散を防
止し得ないような機械的な手法或いは手作業によって燃
料集合体を製造しているものである。このような手法に
於ては、製造工程に時間がかかり過き゛且つ放射能汚染
管理の面で大きな問題となっている。

生産工程の弾力化、放射能汚染管理並びに生産能力を右
する装置による製造の効率化を達成するために本発明は
内蔵式の自動操作出来る装荷システムの開発を１指した
ものである。本発明により、生産能力の劣化をみること
なくシステムの多様化と汚染管理とが可能となる。更に
詳しくは、本発明の装置によって、必要により物理的に
も環境的にも隔離出来る荻価を用い、バッチ操作により
核燃料集合体の製造と最終的な溶接とが可能になる。

核燃料ペレット製造の大規模なシステムについては米国
特許第４，１７４，９３８号に開示されている。このシ
ステムは垂直方向に設置された、１つのプロセス構成体
から次の構成体へ生成物を重力流動させるプロセス構成
体を採用している。

幾多のプロセス構成体がモジュール状となって各構成体
は他の構成体に彩管を及ぼすことなく取り除けるもので
ある。構成体を物理的に隔離゛することについては好適
なシールを施すことによって成し得るし、クローブボー
ト部を介して手動にて取扱うことが出来る。これとは別
の大規模な核燃料要素の清浄システムが米国特許第４．
０６３，９６２号に示されている。燃料要素群の複数バ
ッチは垂直に懸架され、システムの各（ｊ４構成を通っ
て移送される。汚染を包囲する為にエアロツクやシール
が採用されている。

また、米国特許第３，８３８，５１８号には回転電極ヘ
ットを用いて燃料棒の端部を閉塞する溶接機が示されて
いる。

本発明は以上の従来技術に鑑みてなされたものであり、
その目的は、燃料ピンを自動的に充填し且つ不活性化す
るバッチシステムにガス・タングステン・アーク溶接（
ＧＴＡ溶接）技術を効率よく組込むことにある。

本発明の別の目的は、多くの作業ステーションとサブシ
ステムとをモジュール状にしたシステムを提供すること
である。ここで、作業ステーションとサブシステムは必
要生産量の要求があると二ｍに出来るし、個々の描１戊
要バ・ミは修理やメンテナンスの必要性がある場合には
取外し又は取替えが可能とするものである。

本発明の更に別の目的は、全体として自動化が可能な燃
料ビン製造の集積化されたシステムを提供することであ
る。

本発明の更に別の目的、効果、並びに新規な構成につい
ては後述の本発明の好適な実施例の説明より理解される
であろう。

上記の目的を達成するために、本発明の装置は密閉した
容室内に設置した溶接装置を具備している。装荷された
燃料ピンの被覆管の間口端はアーク溶接火口に近接して
設置出来、エンドキャップは溶接のために所定位置に回
かれる。

被覆管の円筒状の表面は回転されて必要な円周溶接が完
了する。更に可動電極を電極先端研磨機に対向させて配
置し各溶接シーケンス後に電極先端を整形できる。

本発明は原子炉の自動燃料ピン装荷システムに係るもの
であり、汚染拡散に対して最大限の防護を構した自動燃
料ビンの生産を可能にするものである。

以下図面に示ず本発明の好適な実施例について説明する
。第１図は燃料ビン製造の一般的な工程の流れを示ずフ
ローヂＩ！−トであり、点線で囲んだブロックは、本発
明の要部となる汚染される可能性のある自動燃料ピン装
荷システムのプロセス構成体を示している。

第１図並びに関連する説明図とし１＝第２図において、
このシステムで実施される方法の一般的な工程の概略が
示されている。第１図の一番上のブロック１は燃料ビン
ザブアッセンブリーの製造工程を・示してＪ３す、これ
は本発明の範囲の外にて形成されるものである。続いて
ブロック２は、燃料ピンサブアッヒンブリーを本システ
ムへ装荷、即ち供給する工程を示している。

これは、燃料被覆管１０を個々に手ノｊ移送コンベヤ１
６に送り込む好適な重力ホッパを備えた被覆管装荷装置
１５によってなされる。このシステムでは、重力移送コ
ンベヤが平行配列の燃料被覆管１０を成るステーション
から次のステーションへと導くのである。

次いで個々の燃料被覆管１０には、原子炉に合わｌて形
成された燃料ペレットが装填される。

この工程は第１図のブロック３にて示されている。これ
は第２図のペレット装荷ステーション２３にてなされる
。このステーション２３は、装置の他の部分から環境上
隔離されていて、燃料被覆管１０と必然的に接触する移
送並びに取扱いエレメントのｈｋ射能能汚染防止してい
る。

汚染防止を確実にする為に、充填された燃料被覆管１０
は、清浄化され一時的に閉塞される。

この工程は符号４で示すブロックに相当する。

これらの工程はペレット装填ステーション２３の出入口
にて、清浄及び封止ユニツ１〜２５内で行なわれる。

燃料ピンのＲ１％組立工程を符号５のブロックで示して
おり、この工程は第２図に示した不活性容室２８と溶接
ステーション３０にて行なわれる。燃料被覆管１ｏ内の
気体は所望の不活性雰囲気に置き変えられ、燃料ピンの
内部要素はその開放端部近傍に装荷され、この開放端は
溶接されたエンドキ１Ｆツブによってシールされる。

第１図のブロック６と７は本発明のシステムによる工程
に付随するものであり、夫々検査工程とレリースエ稈を
示しており、これらは燃料ピンを実際に使用する前に遂
行される。

第２図について更に説明をすれば、ペレット装荷ステー
ション２３内にはペレット装荷トレイ２４が配設されて
いる。この装置トレイ２４は、燃料被覆管の個々に挿入
できるように各ペレットを長手方向に配列している。ペ
レット装荷ステーション、２３には、更に、各燃料被覆
管１０から取外した後の漏斗１２を受容Ｊる漏斗取扱い
ユニット２６が設けである。このユニットは次の処理工
程のために防護された環境にて漏斗を保持している。

重力移送コンベ（７１６の長手方向には、被覆管移送部
３６及び３７が配設され、夫々ペレット装荷ステーショ
ン２３並びに溶接ステ−ション３０の側に整列している
。

移送部３６．３７は基本的には燃料被覆管１０を整列さ
せ、重力移送コンベヤ１６に対して軸方向に移動し得る
ようにリ−る。更に、この移送部３６．３７は燃料被覆
管１０に回転運動を（Ｊ与して夫々の長手方向の軸の回
りを回転可能としている。被覆管の軸方向の動きと回転
運動とは、このシステム内で行なわれる工程中に燃料被
覆管１０の開口端にて作動する装置の機能と調整されて
いる。

上記移送部３６と不活性容室２８との間には蓄積器２７
が配設されている。蓄積器２７は比較的多数の装荷燃料
被覆管を集め、次いで１つのバッチとして不活性容室２
８へ供給する。

第２図にて大略を示した装置によって達成されるペレッ
ト装荷工程と被覆管清浄工程が終了すると、燃料ビンザ
ブアッセンブリーは移送部Ｂ６から個々に取外されて重
力移送コンベヤ１６の案内支持体１２６に沿って転がり
、ソレノイド作動のストッパー１２７（第３図〉に到る
。

ストッパー１２１は蓄積器として機能し、不活性化のた
めの工程に必要な数の燃料ビンザブアッセンブリーを集
める。

燃料ビンザブアッヒンブリーの不活性化はバッチ式にて
行なわれる。それは符号１３０にて示した矩形の圧力容
器内にて実行される。容器１３０の入口にはソレノイド
作動型密閉ドア１３１が取付いており、出口にも同様の
ドアが設（ノである。前記重力移送コンベヤがこの容器
１３０を挿通して設けてあり、臨界の観点から核断面相
を最小に押えている。しかしながら、このシステムに於
ては上記に限らず不活性化容器を別の構成とすること、
ができ、例えば主要コンベヤ通路の１側にバレル装置を
設置してもよい。

所定本数の燃料ピンサブアッセンブリーが容器１３０の
圧力境界内に収容された後、容器とその内容物は排気さ
れて所望の不活性ガスで置換することが出来る。典型的
な作動システムにおいては、単一のバッチに数百本の燃
料ピンを挿入出来、この方法だと数時間必要となろう。

要求される生産速度によっては多数の容器１３０を取付
けることし可能である。排気工程中に燃料ピンサブアッ
センブリーから気体を除去η−ることによる汚染は、取
外し可能なフィルタープラグ１１５によって防止できる
点に留意せねばならない。

第２図に簡単に図示した溶接ステーション３０には溶接
Ｉａ３１、端部金具類装荷装置３４及びエンドキャップ
フィーダー３２が含まれている。エンドキャップ溶接前
に各燃料被覆管の開放端に導入さ枕なければならない多
くの要素が、符号３３で示すバレル装荷装置によって所
定位置に移送される。

このシステムのその他の構成としては、移送部３７の下
流部に燃料ピン蓄積設備３５が設けてあり、それはシス
テムからの完成された燃料ピンを受けるべく配設されて
いて次の検査及び取出しくレリース）工程のために上記
燃料ピンを保持している。

以下、溶接機３１（第４図及びｆ：Ａ５図）とバレル装
荷機（第６図）とそれに位置させるサブアッレンブリ＝
（第７図及び第８図）について詳述する。

不活性化工程に引続いて、各燃％３１ピンザブアッセン
ブリーが移送部３７に導かれるが、移送部３７は重力移
送コンベヤに対して軸線の４１Ａ断方向の動きと、被覆
管軸の回りの回転が可能なように被覆管１０を支持して
いる。被覆管が移送部３７によって位置されている間、
フィルタープラグ１１５は取外され、リフレクタ（もし
設置されているのであれば）が被覆管内に挿入され、エ
ンドキャップを被覆管の開放端に溶接して燃料ピンの組
立が完了する。

第４図に溶接機３１の４Ｆｊ造を示している。この溶接
機はガスタングステンアーク（ＧＴＡ）溶接システムを
採用している。溶接機３１の大部分の構成は従来同様で
ある。ここで、ＧＴＡ溶接機を燃料ピンの使用に応用す
る従来の試みは′７ｒｉ極先端のメンテナンスが原因Ｃ
゛制限されていたことに留意せねばならない。電極先端
のメンテナンスは各ビンの溶接後に必要となることがあ
る。この問題は、本発明では溶接１５３１の作動軸の方
へ放射り向内方に電極１４１の先端を選択的に移動でき
る電極駆動装置１４０を設けることによっ−（克服され
た。電極１４１と同軸の軸線に沿って放射方向に選択的
に可動と１゛る回転自在なグラインダー１４２が設けで
ある。このグラインダー１４２は各燃料ビン溶接シーケ
ンス後に電極１４１を研磨して新らしくし、かくして７
５極先端の状態を手動によって調整、検査する必要性を
無くしている。

第４図に示１−如く、送入される被覆管１０は支持移送
部３７（第３図）によって不活性容器１３０と連通゛す
る封止容室１４３に導入される。移送部３７はまずフィ
ルタープラグ１１５を後退自在なエンドプラグ取外しＩ
ｊ１１４４の真下に位置させている。エンドプラグ取外
し機１４４は、フルタープラグ１１５の外面に形成され
た環状溝に相補的に係合Ｊる下方に聞いたしゃこ万力１
４５を備えており、このしゃこ万力１４５の表面がプラ
グ溝の肩と係合している。移送部３７は次に被覆管１０
を後退させ、プラグ１１５が捕獲チューブ１４７に落下
出来るＪ：うにされる。

フィルタープラグ１１５を除去し終ったら、移送部３７
が作動されて被覆管１０の開口端を溶接機３１の室内に
軸方向に移送する。被奮管１０は放射状に位置され且つ
ベアリング１９２にて溶接機３１内に軸支される蛇腹作
動コレラ１−１９１によって把持される。かくして、被
Ｕｉ管１０が移送部３７の作動により回転されると、そ
こに係合されたコレラ１〜１９１は、被覆管１０の開口
端近傍を長手方向にも移動可能なように保持しつつ、溶
接機の共通軸の回りを自由回転される。溶接が終了する
と、コレット１９１は開放され封止が解除される。次に
、上記移送部３７の作動により燃料ピンが容室１４３を
通って後退出来ることになる。

被覆管１００円筒面はインフラートシール（１ｎＮａｔ
ａｂｌｅ　５ｅａｌ　）　１９０により密封可能である
。このシール１９０は周囲の溝の周りに尋かれるエアー
によって膨張できる変形自在な膜体を協えている。ＧＴ
Ａ溶接（幾の操作中にはこのシール１９０は不要である
が、溶接機３１内部とバレル装荷機３３を、不活性化工
程中に容室２ε３から密閉するのに用いられる。これは
、ダミーピンを溶接機とシール１９０の中に送り込み、
これによって不活性容ｖ２８への入口を閉鎖させること
によって達成出来る。この目的のために、接数の燃料ビ
ン集合体の各々のバッチに最終的なダミーのピンを設け
ることによって、体積のより大きな溶接機や装荷設備全
体を不活性にしなければならない必要性が避番プられる
。不活性が達成された後、上記シール１９０は緩めてよ
い。

溶接機と装荷機内は常に不活性雰囲気として維持される
。

被覆＠１０のＩＦ！Ｊ　Ｃ１端を容室１４３内に位置ぎ
せれば、種々のバレル装荷１幾を溶接機３１を介して容
室１４３内に導入出来、リフレクタやタグガスカブレル
、或いは燃料ビンの組立に要りるそれ以外の内外の要ズ
（等を設置し狩る。

第６図はりフレフタとエンド主１１ツブ挿入用のバレル
装荷＋ｉを示している。回動自在な枠体１５０がリフレ
クタ装荷を幾１００と、これとは正反対に位置している
エンドキトツブ装荷（幾１７０を保持している。リフレ
クタ装荷ｔ；３ＭＧｏと］ニントキＡ・ツブ装荷機１７
０の構造を夫々第７図と第８図に示ず。

バレル枠体１５０は上記２個の装荷（幾１６０゜１７０
の軸と平行に回動自在に支持されており、自軸の周りを
割り送りされて、溶接は入口１４８の軸に沿って装荷機
１６０及び１７０と交互に同軸整合出来る。リフレクタ
装荷！ｊＭ１Ｇｏは、リフレクタポツパー１６３からの
りフレフタ１６２を受けるリフレクタ用インジェクタ１
０１と同心状に交互に整合される。同様に、エンドキャ
ップ装荷Ｐ３１７０もバレル枠体１５０の軸の周りを割
り送りされて、第６図の構成の後方に位置Ｊ゛るホッパ
ー１７３からのエンドキャップ１７２を受けるエンドキ
レツブ用インジェクタ１７１と同心状とし得る。

リフレクタ装荷奢幾１６０は、溶接機入口１４８の内部
と形状及びサイズにおいて追従する肩部１６５を有して
いる（第７図〉。同心状の延伸部１６Ｇがガイド１６４
から突出していてクラツディング１０内に挿入出来るよ
うになっている。この延伸部１６６は、挿入のためにリ
フレクタ１６２を摩擦的に把持Ｊる外側の空域を備えて
いる。

往復動可能なプランジャ１６７は、バレル枠体１５０に
取イ」りたエアー源に作動結合された複心エアシリンダ
−１６８によって作動される。

第８図はエンドキャップ装荷機１７０の具体的な構造を
示している。エンドキャップ装荷（幾１７０は、溶接機
人口１４８に装合づる）８部１７５を備えたガイド１７
４を有している。ただし、溶接前に被覆管１０の開口端
に直接エンドキトツブ１７２が挿入されるので、ガイド
１１４には延伸部なるものは設けられていない。エンド
キャップ１７２は、ガイド１７４にて往復動出来るシャ
ツ］〜１７７の端部に把持用のバネ性触手１７Ｇを有す
るコレットによって個々に保持されている。シ１７フト
１７７の放射状ビン１７８と、ガイド１７４に形成した
川長い受【プ孔１８０との間の相互係合により、シャツ
１〜１７１とガイド１７４の相対的な回動は防止される
。

ガイド１７４は係止スリーブとしで作用し、エンドキャ
ップ１７２の表面に対して放射方向内側にコレラ１−触
手１７６を付勢している。これはシャフト１７７の外端
に螺合づる当接カラー１８１によって達成される。カラ
ー１８１は、これに結合されている駆動モータ１８２（
第６図）によって選択的に回転され、エンドキャップ１
７２を把持して係止したり、溶接工程完了後にはエンド
キャップの把持を開放したりできるようになっている。

いずれの装荷機ｉｅｏ、　１７０もバレル枠体１５０に
取付いていて、夫々の軸の周りを回転し得ると共にその
軸と平行に往復動じ得る。ガイド１６４及び１７４は一
体構造のベアリング１５３をイｊしており、このベアリ
ング１５３は上記ガイド１６４、１７４を囲み、更に適
当な駆動歯車群によって作動結合してモータ１５５にて
駆動されるリードスクリュー１５４を受支している。ベ
アリング１５３は更に、夫々のリードスクリュー１５４
の回転により生じる長手方向の移動を安定さＵる固定ガ
イド棒１５６をも受支している。装荷機１６０、１７０
の各々は、第６図に示されている後退位Ｕど、肩部１６
５又は１７５が溶接機入口１４８内に当接する延伸され
た作動位置との間を移動可能である。

フィルタープラグ１１５をしヤこ万力１４５によって被
覆管１０の外端から取外し終つｌζら、バレル枠体１５
０はバレル駆動機１５１によって回動され、溶接機入口
１４８と整合せる同心位置にリフレクタ装荷機１６０を
正確に割り送りＪ−る。次に、装荷機１６０はその軸に
沿って移動されて１部１６５が上記入口１４８の内部と
係合する。この時点で上記の延伸部１６Ｇは、溶接Ｉ幾
３１内に前もって配設された被覆管１０の間口端に突出
することになる。延伸部１０６は、リフレクタ１６２を
被覆管の開口端から内方へと位置させ、リフレクタと次
に装填されるエンドキャップ１７２との間にクリアラン
スを残り−ようにする。その後リフレクタ１６２はシリ
ンダ１６８とプランジ１ｒ１６７とにより被覆管１０内
に送り込まれる。

プランジｔ−１６７が後退した後、リフレクタ装荷Ｉ幾
１６０は往復動じて溶接機入口１４８から離れ、バレル
枠体１５０がバレル駆動機１５１により再び割り送りさ
れる。予めエンドキャップ１７２を受（ブているエンド
キャップ装荷＋ＡＪｔ１７０は引き続いて溶接機入口１
４８に整合される。このとぎ、突出しているエンドキャ
ップ１７２は被覆管１０内に部分的に挿入され、］−ン
トドギャップ１フと被覆＠１０の双方が正しく位置され
る。溶接機３１が作動されると、被覆管１０は移送部３
７の作用によりその長手軸の周りを回転する。エンドキ
トツブ１７２は被覆管と一致して自由に回転し、被覆管
１０とエンドキャップ１７２の周りに完全な円周溶接を
施Ｊ“ことができる。このようにして溶接工程が終了す
ると、エンドキャップ装荷機のガイド１７４内にあるコ
レット触手１７６は選択的に開放され、装荷ＩＪ１７０
の後退を可能にする。かくして、完成した燃料ピンアッ
センブリーは移送部３７の作用により溶接機３１から引
き出され、清浄及びその次の検査工程のために、燃料ビ
ン貯蔵庫の中に搬出することができる。

以上本発明の好適な具体的実施例について説明しノζが
、本発明はこの実茄例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲の欄に記載の範囲内で種々の変更を可能とす
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシステムを示Ｊ゛ブロック図、第
２図は本発明の装置を示す簡略平面図、第３図は本装置
の説明図、第４図は本システムに用いるＧ］−へ溶接機
の軸方向の断面図、第５図はエンドキトツブの溶接を示
した一部断面拡大図、第６図はバレル装葡機の軸方向Ｖ
Ｊｉ面図、第７図は燃料ピンにリフレクタ−等を挿入す
る装置の拡大断面図、そして第８図は■ントキ！・ツブ
を挿入づる装置の拡大断面図である。 １０・・・燃料被覆管、１５・・・被覆管装荷装置、２
８・・・不活性容室、３０・・・溶接ステーシコン、３
１・・・溶接機、３６．３７・・・被覆管移送部、１３
０・・・圧力容器、１４１・・・電極、１４２・・・グ
ラインダー、１４３・・・封止容室、１４８・・・溶接
機入口、１５０・・・枠体、１６０・・・リフレクタ装
荷機、１１０・・・エンドキトツブ装荷（幾、１７２・
・・エンドキトツブ、１９０・・・インフラートシール
、１９１・・・コレラ１〜。 特Ｂ′Ｆ出願人　　　アメリカ合衆国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タングステンアーク溶接（幾と、被覆管の開放端を
   軸方向に受ける開口を１側に設けた密閉可能な容室と、
   該容室内に設けて開放端近傍の被覆管を把持する同心状
   のコレラｌ一手段と、該コレラ１一手段がその中心のコ
   レット軸のまわりを回転し得るように上記コレット手段
   を軸支する手段とからなる核燃料集合体自動装荷装置の
   タングステンアーク溶接機にお　　３いて、該溶接機は
   、上記容室内の前記コレット軸の１側に設置されてこの
   コレット軸に直交する電極軸に沿って電極先端を選択的
   に位置させる可動電極支持体と、上記容室内の前記コレ
   ット軸の他側に設置されて被覆管の開放端の溶接に用い
   た後の電極先端を選択的に研磨づ゛る電極先端加工手段
   とを有してなることを特徴とする核燃料集合体自動装荷
   装置のタングステンアーク溶接機。 ２、該電極先端加工手段は該容室に対して電極軸に沿っ
   て移動できるようにした特許請求の範囲第１項記載の溶
   接機。 ３、該電極先端加工手段と該電極支持体は互いに独立し
   て電極軸に沿って移動し得るように該容室に取付けた特
   許請求の範囲第１項記載の溶接機。 ４、該電極先端加工手段には電極軸に同軸的に設けた回
   転自在なグラインダからなる特許請求の範囲第１項記載
   の溶接機。