WO2013024708A1 - 制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置 - Google Patents

Abstract

　水中環境において支持ピンの交換を自動化できる制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置を提供する。制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置は、水中に没入されるフレームと、制御棒クラスタ案内管を保持し、フレームに沿って移動させる移動装置と、制御棒クラスタ案内管の支持ピンを水中で回収する回収マニピュレータと、制御棒クラスタ案内管に新たな新支持ピンを水中で供給する供給マニピュレータと、支持ピン又は新支持ピンのナットと支持ピン本体との間の締結を緩める又は締める回転を与える回転手段と、回転によりナットと支持ピン本体との距離変化を演算し、移動装置が演算した距離変化に応じて制御棒クラスタ案内管をフレームに沿って移動させる制御を行う制御装置と、を含んでいる。

Description

制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置

　本発明は、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置に関する。

　原子炉の上部炉心板に、複数の制御棒クラスタ案内管が固定され据え付けられている。制御棒クラスタ案内管を固定する支持ピンは、定期的又は必要に応じて交換する必要がある。特許文献１から３には、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置が記載されている。

特開昭６１－００３０９０号公報 特開昭６１－００３０９１号公報 特開平９－０４３３８７号公報

　しかしながら、特許文献１から２に記載の制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置は、全ての作業を水中で実施することができず、気中環境を利用して作業を行っている。特許文献３に記載の制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置は、支持ピンの交換の自動化について具体的に考慮されていない。

　本発明は、上述した課題を解決するものであり、水中環境において支持ピンの交換を自動化できる制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置を提供することを目的とする。

　上述の目的を達成するために制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置は、水中に没入されるフレームと、制御棒クラスタ案内管を保持し、前記フレームに沿って移動させる移動装置と、前記制御棒クラスタ案内管の支持ピンを水中で回収する回収マニピュレータと、前記制御棒クラスタ案内管に新たな新支持ピンを水中で供給する供給マニピュレータと、前記支持ピン又は前記新支持ピンのナットと支持ピン本体との間の締結を緩める又は締める回転を与える回転手段と、前記回転により前記ナットと前記支持ピン本体との距離変化を演算し、前記移動装置が演算した前記距離変化に応じて前記制御棒クラスタ案内管を前記フレームに沿って移動させる制御を行う制御装置と、を含むことを特徴とする。

　これにより、水中環境において支持ピンの交換を自動化できる。その結果、作業者への放射線の影響が低減される。また、支持ピンの交換にかかる作業時間を短縮することができる。

　本発明の望ましい態様として、前記制御棒クラスタ案内管は、上部炉心支持板に固定するための中部フランジと、前記支持ピン又は前記新支持ピンにより上部炉心板に固定するための下部フランジと、を含み、前記移動装置が前記中部フランジを保持していることが好ましい。これにより、制御棒クラスタ案内管は、姿勢が安定した状態で保持される。

　本発明の望ましい態様として、前記回収マニピュレータは、前記ナットと前記支持ピン本体との締結の固定を解除する締結解除手段を有していることが好ましい。これにより、支持ピンのナットと支持ピン本体との間の締結を緩めることができる。

　本発明の望ましい態様として、前記締結解除手段は、放電加工工具であって、前記放電加工工具の放電加工により前記ナットと前記支持ピン本体との締結の固定を解除して、前記ナットと前記支持ピン本体とを回転可能な状態にすることが好ましい。これにより、支持ピンのナットと支持ピン本体との間の締結を緩めることができる。

　本発明の望ましい態様として、前記フレームは、前記回収マニピュレータが作業する回収作業ラックと、前記供給マニピュレータが作業する供給作業ラックとを隣接するように区画し、前記移動装置は、前記制御棒クラスタ案内管を前記回収作業ラックから前記供給作業ラックへ移動することが好ましい。これにより、支持ピンを新支持ピンに交換する時間を短くすることができる。

　本発明の望ましい態様として、前記回収マニピュレータ及び前記供給マニピュレータは工具を交換できることが好ましい。これにより、作業時間を短くすることができる。

　本発明によれば、水中環境において支持ピンの交換を自動化できる制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置を提供することができる。

図１は、原子炉の概略図である。 図２は、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置を設置するキャビティの概略図である。 図３は、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置の正面視断面の概略図である。 図４は、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置の側面視断面の概略図である。 図５－１は、制御棒クラスタ案内管の支持ピンの一例の斜視概略図である。 図５－２は、図５－１の支持ピンの上面視断面の概略図である。 図６は、回収マニピュレータ及び供給マニピュレータの上面視断面の概略図である。 図７は、供給マニピュレータの正面視断面の概略図である。 図８－１は、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置のシステムを示すブロック図である。 図８－２は、制御装置を説明する説明図である。 図９は、支持ピン交換の手順を示すフローチャートである。 図１０－１は、締結解除手順の一例を示す説明図である。 図１０－２は、締結解除手順の他の例を示す説明図である。 図１１は、回転手順の一例を示す説明図である。 図１２は、回転手順の他の例を示す説明図である。 図１３は、支持ピン回収手順の一例を示す説明図である。 図１４は、新支持ピン供給手順及び新ナット供給手順の一例を示す説明図である。 図１５は、新ナット締め付け手順の一例を示す説明図である。 図１６－１は、新ナット締め付け手順の他の例を示す説明図である。 図１６－２は、図１６－１の要部拡大上面図である。 図１７は、締結手順の一例を示す説明図である。 図１８－１は、支持ピンの一例の概略図である。 図１８－２は、図１８－１の上面図である。 図１９は、支持ピンの締結状態を説明する模式図である。

　本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

　図１は、原子炉の概略図である。なお、以下の説明では、原子炉１００の使用時の設置状態における上方を各部においても上方とし、使用時の設置状態における下方を各部においても下方として説明する。図１に示す原子炉１００は、エネルギを取り出す際における経路を一次冷却系と二次冷却系とに分離した加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized　Water　Reactor）となっている。加圧水型原子炉が使用される原子力発電プラントの概略について説明すると、加圧水型原子炉では、軽水（冷却材）を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、この軽水の循環経路である一次冷却系に加圧器（図示省略）を設けることにより、一次冷却系では軽水を炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水にする。一次冷却系では高温高圧水を、二次冷却系との間で熱交換を行う部分である蒸気発生器（図示省略）に送り、二次冷却系を循環する軽水との間で熱交換を行う。二次冷却系では、この熱交換により蒸気を発生させ、発生した蒸気をタービン発電機（図示省略）へ送ることにより、タービン発電機で発電をする。

　このように加圧水型原子炉として設けられる本実施の形態に係る原子炉１００において、圧力容器として設けられる原子炉容器１０１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体１０２と、当該原子炉容器本体１０２の上部に装着されて原子炉容器本体１０２に対して開閉可能な原子炉容器蓋１０３と、により構成されている。このうち、原子炉容器本体１０２は、原子炉１００の設置時の上下方向における上部が開口するとともに、下部が球面状に閉塞されたほぼ円筒形の形状で形成されている。また、原子炉容器本体１０２は、開口側の端部である上端側付近に、一次冷却系で用いる冷却水である一次冷却水としての軽水を給排水する入口ノズル１０４及び出口ノズル１０５が形成されている。

　原子炉容器本体１０２内において、入口ノズル１０４及び出口ノズル１０５の下方には、ほぼ円筒形の形状で形成される炉心槽１１０が設けられている。炉心槽１１０は、ほぼ円筒形の形状で形成され、原子炉容器本体１０２の内面と所定の隙間を有し、かつ原子炉容器本体１０２の円筒形に対して中心軸が一致するように設けられている。

　原子炉容器本体１０２内において、炉心槽１１０は、その上部が上部炉心板１１１に連結されている。上部炉心板１１１は、円板形状で形成され、かつ多数の連通孔（図示省略）が貫通して形成されており、原子炉容器本体１０２内に水平に設けられている。また、炉心槽１１０は、その下部が下部炉心板１１２に連結されている。下部炉心板１１２は、上部炉心板１１１と同様に円板形状で形成され、かつ多数の連通孔（図示省略）が貫通して形成されており、原子炉容器本体１０２内に水平に設けられている。

　原子炉容器本体１０２内において、炉心槽１１０の上方には、上部炉心支持板１１３が固定されている。この上部炉心支持板１１３は、複数の炉心支持ロッド１１４が吊り下げて設けられ、この炉心支持ロッド１１４を介して上部炉心板１１１が吊り下げて支持されている。つまり、上部炉心板１１１が炉心支持ロッド１１４を介して上部炉心支持板１１３に吊り下げ支持されることにより、上部炉心板１１１に連結される炉心槽１１０も上部炉心支持板１１３に吊り下げ支持されている。一方、下部炉心板１１２は、原子炉容器本体１０２の内面に対して複数のラジアルキー１１５により位置決め保持されており、これにより、炉心槽１１０は、複数のラジアルキー１１５により原子炉容器本体１０２の内面に対して位置決め保持されている。

　そして、このように設けられる炉心槽１１０と上部炉心板１１１と下部炉心板１１２とにより炉心１２０が形成されている。炉心１２０は、多数の燃料集合体１２１が配置される。この燃料集合体１２１は、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成されている。また、燃料集合体１２１は、制御棒１２２が挿入可能に構成されている。制御棒１２２は、複数の上端がまとめられて制御棒クラスタ１２３とされている。上部炉心板１１１は、上部炉心支持板１１３を貫通する多数の制御棒クラスタ案内管１０に支持されている。制御棒クラスタ案内管１０は、制御棒クラスタ１２３を案内するもので、原子炉容器蓋１０３を貫通した上端部が、制御棒駆動装置（図示省略）まで延出されている。そして、制御棒駆動装置から延出された制御棒クラスタ駆動軸１４０が、制御棒クラスタ案内管１０内を通って制御棒クラスタ１２３に繋がり、燃料集合体１２１まで延出されている。また、図示しないが、上部炉心支持板１１３には、この上部炉心支持板１１３を貫通する多数の炉内計装案内管が支持されている。炉内計装案内管は、下端部が燃料集合体１２１まで延出されており、燃料集合体１２１に対して中性子束を計測できるセンサを挿入可能に設けられている。

　また、原子炉容器本体１０２内において、炉心１２０の上方に位置して出口ノズル１０５に連通する部分は、上部プレナム１３１として形成されている。一方、炉心１２０の下方に位置し、下部炉心板１１２と、原子炉容器本体１０２の下部で球面状の閉塞されている部分の内面とで形成される半球状の空間は、下部プレナム１３２として形成されている。さらに、原子炉容器本体１０２と炉心槽１１０との間に形成され、入口ノズル１０４と下部プレナム１３２とに連通する部分は、ダウンカマー部１３３として形成されている。上部プレナム１３１は、炉心槽１１０と上部炉心支持板１１３と上部炉心板１１１とで区画されることにより形成され、出口ノズル１０５に連通するとともに、上部炉心板１１１に形成された多数の連通孔を介して炉心１２０に連通している。下部プレナム１３２は、炉心槽１１０の底部となる下部炉心板１１２と原子炉容器本体１０２とで区画されることにより形成され、下部炉心板１１２に形成された多数の連通孔を介して炉心１２０に連通している。ダウンカマー部１３３は、原子炉容器本体１０２と炉心槽１１０の側壁とによって区画されることにより形成され、上部は入口ノズル１０４に連通しており、下部は下部プレナム１３２に連通している。

　このように構成された原子炉１００を運転する場合には、冷却材や中性子減速材として用いられる軽水を循環させながら、燃料集合体１２１を構成する燃料として燃料集合体１２１に含まれているウラン２３５やプルトニウムなどの核分裂性物質に対して核分裂反応させる。核分裂性物質に対して核分裂反応をさせる場合には、原子炉容器蓋１０３に設けられた制御棒駆動装置によって燃料集合体１２１への制御棒１２２の挿入量を調節する。これにより、炉心１２０内での核分裂反応を制御する。核分裂性物質が核分裂をした場合、熱エネルギが発生するが、燃料集合体１２１の周囲は循環する軽水が満たされているため、この熱エネルギは燃料集合体１２１の周囲の軽水に伝達される。これにより、原子炉容器１０１内に満たされた軽水は加熱される。このように、核分裂反応時に発生する熱エネルギによって加熱された高温の軽水は、出口ノズル１０５から排出され、蒸気発生器に送られる。

　つまり、燃料集合体１２１に含まれている核分裂性物質が核分裂することにより、中性子を放出し、減速材及び一次冷却系の冷却水として用いられている軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子にし、新たな核分裂を起こし易くするとともに、発生した熱を奪って冷却する。

　また、制御棒１２２は、核分裂性物質の核分裂時に放出される中性子を吸収することにより、炉心１２０内で生成される中性子数を調節することができるように設けられている。例えば、燃料集合体１２１への制御棒１２２の挿入量を増加させた場合には、制御棒１２２で吸収する中性子の量が増加するため、核分裂性物質を核分裂させる中性子の量が減少する。反対に、制御棒１２２を引き抜く方向に移動させ、燃料集合体１２１への制御棒１２２の挿入量を低減させた場合には、制御棒１２２で吸収する中性子の量が低減するため、核分裂性物質を核分裂させる中性子の量が増加する。これにより、核分裂性物質が核分裂をする頻度を変化させることができるため、原子炉１００の運転時は、制御棒１２２の挿入量を調節することにより核分裂反応を制御し、核分裂反応によって発生する熱エネルギの量を調節する。

　また、原子炉１００の運転時には、一次冷却系で軽水を循環させるが、この軽水は、入口ノズル１０４から原子炉容器本体１０２内に流入し、入口ノズル１０４と連通するダウンカマー部１３３を下向きに流れ落ちて下部プレナム１３２に到達し、流れる向きを下部プレナム１３２の球面状の内面によって上向きに変える。これにより軽水は下部プレナム１３２から上昇し、下部炉心板１１２の連通孔を通過した後、炉心１２０に流入する。炉心１２０に流入した軽水は、炉心１２０に配設される燃料集合体１２１から発生する熱エネルギを吸収することにより、燃料集合体１２１を冷却する。一方、高温となって上部炉心板１１１まで上昇する。上部炉心板１１１に到達した高温の軽水は、上部炉心板１１１の連通孔を通過して上部プレナム１３１まで上昇し、出口ノズル１０５を通って原子炉容器本体１０２から排出される。

　原子炉１００の運転により、制御棒クラスタ案内管１０も影響を受け、制御棒クラスタ案内管１０を上部炉心板１１１に固定するための後述する支持ピンの交換が必要となることがある。図２は、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置を設置するキャビティの概略図である。制御棒クラスタ案内管１０の支持ピン交換装置１は、架台１５３を介してキャビティ１５０の壁面１５０Ａに設置され、軽水Ｗ中に没入している。キャビティ１５０内には、制御棒クラスタ案内管仮置スタンド１５１、制御棒クラスタ駆動軸仮置スタンド１５２が設置されている。また、架台１５３には、制御棒クラスタ案内管１０、制御棒クラスタ駆動軸１４０を搬送可能なクレーン１５５が設けられている。

　図３は、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置の正面視断面の概略図である。図４は、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置の側面視断面の概略図である。支持ピン交換装置１は、制御棒クラスタ案内管１０の支持ピン２０を交換する装置である。支持ピン交換装置１は、フレーム２と、移動装置３０と、回収マニピュレータ４０と、後述する供給マニピュレータ５０と、回転手段７５と、後述する制御装置８０とを有している。支持ピン交換装置１は、支持ピン回収機構６０を有していることが好ましい。フレーム２は、移動装置３０と、回収マニピュレータ４０と、供給マニピュレータ５０とを固定する基台である。フレーム２は、回収マニピュレータ４０が作業する回収作業ラック２Ａと、供給マニピュレータ５０が作業する供給作業ラック２Ｂとを隣接するように区画している。移動装置３０は、制御棒クラスタ案内管１０を支持し、制御棒クラスタ案内管１０を回収マニピュレータ４０の回収作業ラック２Ａから供給マニピュレータ５０の供給作業ラック２Ｂへ移動することができる。

　ここで、制御棒クラスタ案内管１０は、上部炉心支持板１１３に固定するための中部フランジ１１と、上部炉心板１１１に固定するための下部フランジ１５を有している。中部フランジ１１は、中部フランジ１１を貫通するガイド孔１２、１３を有している。下部フランジ１５は、上部炉心板１１１に固定する支持ピン２０が下部フランジ１５に貫通した状態で上部炉心板１１１から取り外されている。支持ピン２０は、制御棒クラスタ案内管１０を介して１８０度対象な位置に２つ取り付けられている。図５－１は、制御棒クラスタ案内管の支持ピンの一例の斜視概略図である。図５－２は、図５－１の支持ピンの上面視断面の概略図である。

　例えば、図５－１及び図５－２に示す支持ピン２０は、雌ねじを有するナット２１と、雄ネジを有する支持ピン本体２２と、止めピン２３と、上部炉心板１１１に固定する支持部２５と、支持部２５に設けたスリット２４とを有している。ナット２１と、支持ピン本体２２とは螺合され締結されている。なお、図５－２に示す止めピン２３と、支持ピン本体２２とは締結を確実にするため溶接固定されている。

　図３及び図４に示す移動装置３０は、移動架台レール昇降装置３１、移動架台レールスライド装置３３と、移動架台３５とを有している。移動架台レール昇降装置３１は、フレーム２の上下方向（Ｔ方向）へ移動架台３５を昇降する装置である。移動架台レールスライド装置３３は、移動架台３５を水平方向（図４のＹ方向又はＹ方向と逆方向）へ移動する装置である。移動架台３５は、中部フランジ１１を載置する架台である。移動架台３５は、位置決めピン３７、３８を有している。位置決めピン３７、３８がガイド孔１２、１３を貫通することにより、移動架台３５上で制御棒クラスタ案内管１０は位置決めされ、固定される。これにより、移動装置３０は、移動架台３５上の制御棒クラスタ案内管１０をフレーム２に沿った所定位置に移動することができる。

　図６は、回収マニピュレータ及び供給マニピュレータの上面視断面の概略図である。本実施形態の回収マニピュレータ４０及び供給マニピュレータ５０は、図４及び図６に示すように、水平方向に隣接して配置されていることが好ましい。これにより、移動装置３０が制御棒クラスタ案内管１０を回収作業ラック２Ａから供給作業ラック２Ｂへ移動させる距離を短くし、作業時間を低減することができる。なお、フレーム２は、制御棒クラスタ案内管１０の下部フランジ１５を載置し、Ｙ方向へスライド可能なスライド機構３６を有していることが好ましい。これにより、制御棒クラスタ案内管１０の下部フランジ１５にある支持ピン２０の位置誤差が少なくなり、位置調整に伴う作業時間を低減できる。

　本実施形態の回収マニピュレータ４０は、放電加工工具４１と、固定工具４２と、ナット回収工具４３と、支持ピン回収工具４４と、工具交換機構４５とを有している。工具交換機構４５は、放電加工工具４１と、固定工具４２と、ナット回収工具４３と、支持ピン回収工具４４を保持し、例えば、軸Ｏ１、Ｏ２を中心にＲ１、Ｒ２方向に回転する回転機構と、Ｘ方向に移動するスライド機構とを有する。これにより、工具交換機構４５は、手順毎に工具を交換することができる。また、回収マニピュレータ４０は、図３に示すように、上下方向であるＺ方向にも移動可能である。回収マニピュレータ４０は、工具を交換しながら、所定の手順により、下部フランジ１５にある支持ピン２０の締結の固定を解除し、ナット２１と、支持ピン本体２２とを回収することができる。

　本実施形態の供給マニピュレータ５０は、支持ピン供給工具５１と、ナット供給工具５２と、ナット締め込み工具５３と、ナット締結工具５４と、工具交換機構５５とを有している。工具交換機構５５は、支持ピン供給工具５１と、ナット供給工具５２と、ナット締め込み工具５３と、ナット締結工具５４とを保持し、例えば、軸Ｏ３、Ｏ４を中心にＲ３、Ｒ４方向に回転する回転機構と、Ｘ方向に移動するスライド機構とを有する。これにより、工具交換機構５５は、手順毎に工具を交換することができる。図７は、供給マニピュレータの正面視断面の概略図である。供給マニピュレータ５０は、図７に示すように、上下方向であるＺ方向にも移動可能である。供給マニピュレータ５０は、工具を交換しながら、所定の手順により、下部フランジ１５に新しい支持ピン２９を供給することができる。

　本実施形態の回転手段７５は、図３に示す支持ピン回転工具４８、４９を駆動する駆動源である。回転手段７５は、ブレード７２を回転させることができる。このブレード７２は、上方から支持ピン２０を支持ピン回転工具４８、４９の内部へ移動させると、支持ピン２０のスリット２４の中に挿入される。これにより、回転手段７５は、駆動力を支持ピン回転工具４８、４９へ与えると、スリット２４の中に挿入されるブレード７２が支持ピン本体２２へ回転力を与えることができる。本実施形態では、図４に示す支持ピン固定工具５９は、ブレード７２を有するが回転しない。なお、支持ピン固定工具５９の代わりに、上述した支持ピン回転工具４８、４９としてもよい。

　本実施形態の支持ピン回収機構６０は、支持ピン回収トレー６１と、支持ピン回収バスケット６２とを有している。支持ピン回収トレー６１は、回収マニピュレータ４０が回収したナット２１と、支持ピン本体２２とを支持ピン回収バスケット６２へ集約する回収経路である。支持ピン回収バスケット６２は、回収したナット２１と、支持ピン本体２２とを所定量保持できる保管庫である。支持ピン交換装置１は、図３に示すように、回収マニピュレータ４０及び供給マニピュレータ５０の作業状況をモニタするために、撮像装置であるモニタ６９を有していることが好ましい。

　図８－１は、制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置のシステムを示すブロック図である。支持ピン交換装置１は、制御装置８０を有し、制御装置８０は、移動装置３０、回収マニピュレータ４０、供給マニピュレータ５０、モニタ６９、回転手段７５と接続されている。制御装置８０は、モニタ６９の撮像情報を入手する。また、制御装置８０は、移動装置３０、回収マニピュレータ４０、供給マニピュレータ５０、回転手段７５を制御することができる装置である。

　図８－２は、制御装置を説明する説明図である。図８－２を用いて、制御装置８０を説明する。制御装置８０は、入力処理回路８１と、入力ポート８２と、処理部９０と、記憶部９４と、出力ポート８３と、出力処理回路８４と、表示装置８５、必要があればキーボード等の入力装置８６とを有する。処理部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit：中央演算装置）９１と、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）９２と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）９３とを含んでいる。

　処理部９０と、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３とは、バス８７、バス８８、バス８９を介して接続される。バス８７、バス８８及びバス８９により、処理部９０のＣＰＵ９１は、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３と相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。

　入力ポート８２には、入力処理回路８１が接続されている。入力処理回路８１には、回転手段７５からのデータｉｓが接続されている。そして、データｉｓは、入力処理回路８１に備えられるノイズフィルタやＡ／Ｄコンバータ等により、処理部９０が利用できる信号に変換されてから、入力ポート８２を介して処理部９０へ送られる。これにより、処理部９０は、必要な情報を取得することができる。

　出力ポート８３には、出力処理回路８４が接続されている。出力処理回路８４には、表示装置８５や、外部出力用の端子が接続されている。出力処理回路８４は、表示装置制御回路、移動装置３０、回収マニピュレータ４０、供給マニピュレータ５０、回転手段７５等の制御信号回路、信号増幅回路等を備えている。出力処理回路８４は、移動装置３０、回収マニピュレータ４０、供給マニピュレータ５０、回転手段７５へ伝達する指示信号ｉｄとして出力したりする。表示装置８５は、例えば液晶表示パネルやＣＲＴ（Cathode　Ray　Tube）等を用いることができる。

　記憶部９４は、支持ピン交換装置１の動作手順を含むコンピュータプログラム等が記憶されている。ここで、記憶部９４は、ＲＡＭのような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ハードディスクドライブあるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

　上記コンピュータプログラムは、処理部９０へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、支持ピン交換装置１の動作手順を実行するものであってもよい。また、この制御装置８０は、コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、支持ピン交換装置１の動作手順を実行するものであってもよい。

　また、支持ピン交換装置１の動作手順は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション、あるいはプラント制御用コンピュータ等のコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。また、このプログラムは、ハードディスク等の記録装置、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

　また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線網を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含むものとする。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

　次に、支持ピン交換装置１の動作について手順を説明する。図９は、支持ピン交換の手順を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートに沿って支持ピン交換装置１の動作について手順を説明する。まず、支持ピン交換装置１のフレーム２内へクレーン１５５等を用いて、制御棒クラスタ案内管１０を設置する準備手順が行われる（ステップＳ１）。ここで、支持ピン交換装置１のフレーム２及び、制御棒クラスタ案内管仮置スタンド１５１が軽水Ｗ中にあるので、準備手順において制御棒クラスタ案内管１０を気中に引き上げる必要がない。

　次に、支持ピン交換装置１は、回収マニピュレータ４０によりナット２１と支持ピン本体２２との間の締結の固定を解除する締結解除手順を行う（ステップＳ２）。締結の固定を解除するには、放電加工工具４１により放電加工を行うことが好ましい。これにより、軽水Ｗ中での締結解除を行うことが可能となる。その結果、制御棒クラスタ案内管１０の放出する放射線が軽水Ｗで遮蔽された状態で締結解除をすることができる。図１０－１は、締結解除手順の一例を示す説明図である。例えば、支持ピン回転工具４８は、スリット２４の中に挿入されるブレード７２と、回転伝達部７３とを有するブレード本体７１と、回転駆動部７４を有する回転手段７５とを有している。また、支持ピン回転工具４８は、ブレード本体７１が、図３に示すフレーム２に連結するフレーム底部７０を貫通している。これにより、支持部２５は、スリット２４の中に挿入されるブレード７２により固定され、位置決めされた状態となる。放電加工工具４１は、図１０－１に示すように、支持ピン２０の上方から挿入され、止めピン２３の切断及び、止めピン２３と支持ピン本体２２との間の溶接を切断する。ナット２１と支持ピン本体２２との間の締結の固定となっていた溶接を切断することにより、ナット２１と支持ピン本体２２とが回転可能となる。これにより、支持ピン本体２２を回転すれば、ナット２１を緩め、はずすことができる。図１０－２は、締結解除手順の他の例を示す説明図である。放電加工工具４１は、図１０－２に示すように、ナット２１の側面から放電しながら水平に挿入され、止めピン２３の下方で、ナット２１及び支持ピン本体２２を切断する。これにより、ナット２１と支持ピン本体２２との間の溶接は、ナット２１と支持ピン本体２２との間の固定に寄与しなくなる。その結果、支持ピン本体２２を回転すれば、ナット２１をはずすことができる。

　次に、支持ピン交換装置１は、回転手段７５により支持ピン本体２２を回転する回転手順を行う（ステップＳ３）。図１１は、回転手順の一例を示す説明図である。ナット２１と支持ピン本体２２とは螺合されているので、回収マニピュレータ４０の固定工具４２によりナット２１を固定しつつ、ブレード７２を回転する。また、回転手段７５は、回転駆動部７４と回転伝達部７３とを介して伝達されたブレード本体７１への駆動力によりブレード７２を回転することができる。ここで、ブレード７２の回転に伴いナット２１と支持ピン本体２２との螺合が緩むにつれて、ナット２１と支持ピン本体２２との距離が離れていくことになる。このため、制御装置８０は、回転手段７５の回転数からナット２１と支持ピン本体２２との距離変化を演算し、移動装置３０の移動架台レール昇降装置３１を制御して、図１１に示すＺ１方向に制御棒クラスタ案内管１０を上述した距離変化分上昇させる。その結果、ナット２１と支持ピン本体２２とは、ロックすることなく螺合が解除される。図１２は、回転手順の他の例を示す説明図である。固定工具４２Ａは、例えば押圧手段７６を有し、下方へナット２１を押し付けることで固定してもよい。

　次に、支持ピン交換装置１は、螺合が解除されたナット２１を回収するナット回収手順を行う（ステップＳ４）。次に、支持ピン交換装置１は、螺合が解除された支持ピン本体２２を回収する支持ピン回収手順を行う（ステップＳ５）。図１３は、支持ピン回収手順の一例を示す説明図である。支持ピン回収工具４４は、支持ピン本体２２を把持し、支持ピン回収トレー６１へ搬送される。実施形態の支持ピン交換装置１は、ナット回収手順の後に、支持ピン回収手順を行うが、支持ピン回収手順の後に、ナット回収手順を行ってもよい。あるいは、支持ピン交換装置１は、支持ピン回収手順とナット回収手順とを同時に行ってもよい。

　次に、支持ピン交換装置１は、図４に示すように移動架台レールスライド装置３３を駆動し、制御棒クラスタ案内管１０を回収マニピュレータ４０の回収作業ラック２Ａから供給マニピュレータ５０の供給作業ラック２ＢへＹ方向に移動するラック移動手順を行う（ステップＳ６）。

　図１４は、新支持ピン供給手順及び新ナット供給手順の一例を示す説明図である。支持ピン交換装置１は、供給マニピュレータ５０の供給トレーに新しい支持ピン本体２７及びナット２６を供給する新支持ピン・ナット供給の準備手順を行う（ステップＳ７）。なお、すでに供給マニピュレータ５０に新しい支持ピン本体２７及びナット２６が供給されている場合、ステップＳ７は省略することができる。次に、支持ピン交換装置１は、供給マニピュレータ５０の支持ピン本体２７を支持ピン固定工具５８、５９に供給する新支持ピン供給手順を行う（ステップＳ８）。支持ピン固定工具５８、５９には、ブレード７２が固定されており、このブレード７２が支持ピン本体２７のスリット２４に挿入され支持ピン本体２７の方向が規制される。支持ピン供給工具５１は、新しい支持ピン本体２７を把持し、支持ピン固定工具５８、５９へ供給する。同様に、支持ピン交換装置１は、ナット供給工具５２が新しいナット２６を下部フランジ１５上に供給する新ナット供給手順を行う（ステップＳ９）。なお、実施形態の支持ピン交換装置１は、新支持ピン供給手順の後に、新ナット供給手順を行うが、新ナット供給手順の後に、新支持ピン供給手順を行ってもよい。あるいは、支持ピン交換装置１は、新支持ピン供給手順と新ナット供給手順とを同時に行ってもよい。

　図１５は、新ナット締め付け手順の一例を示す説明図である。支持ピン交換装置１は、移動装置３０の移動架台レール昇降装置３１を制御して、制御棒クラスタ案内管１０を下方へ降下させ、下部フランジ１５に支持ピン本体２７を貫通させると共に、ナット２６に支持ピン本体２７を挿入する。支持ピン交換装置１は、供給マニピュレータ５０のナット締め込み工具５３により新ナット締め付け手順を行う（ステップＳ１０）。図１５に示すように、ナット締め込み工具５３は、第２の回転手段であってナット２６に回転を与える回転駆動源である。例えば、ナット締め込み工具５３は、モータの回転軸にゴムローラを取り付けた構造をしており、ゴムローラを介して、モータの回転をナット２６へ伝達することができる。支持ピン本体２７は、支持ピン固定工具５８、５９により固定されている。ここで、ナット締め込み工具５３が与える回転に伴いナット２６と支持ピン本体２７との螺合が進み締め込まれ、ナット２６と支持ピン本体２７との距離が近づいていくことになる。このため、制御装置８０は、ナット締め込み工具５３の回転数からナット２６と支持ピン本体２７との距離変化を演算し、移動装置３０の移動架台レール昇降装置３１を制御して、図１５に示すＺ２方向に制御棒クラスタ案内管１０を上述した距離変化分下降させる。その結果、ナット２６と支持ピン本体２７とは、ロックすることなく螺合される。図１６－１は、新ナット締め付け手順の他の例を示す説明図である。図１６－２は、図１６－１の要部拡大上面図である。図１６－２及び図１６－１に示すナット締め込み工具５３Ａは、レンチ形状となっている。ナット締め込み工具５３Ａを駆動する駆動源５３Ｂは、直線運動をナット締め込み工具５３Ａの回転方向に変換する機構を有している。制御装置８０は、駆動源５３Ｂを駆動し、ナット締め込み工具５３Ａが嵌め合うナット２６を支持ピン本体２７へ締め付ける制御を行うことができる。

　図１７は、締結手順の一例を示す説明図である。図１８－１は、支持ピンの一例の概略図である。図１８－２は、図１８－１の上面図である。図１９は、支持ピンの締結状態を説明する模式図である。支持ピン交換装置１は、ナット２６と支持ピン本体２７との締結を固定にする締結手順を行う（ステップＳ１１）。締結手順では、例えば、図５－１及び図５－２に示す支持ピン２０を取り付けた場合、ナット締結工具５４が溶接を行う。あるいは、図１７に示すナット締結工具５４はかしめを行う。例えば、ナット締結工具５４は、図１８－１及び図１８－２に示す支持ピン本体２７とナット２６との締結の固定を行う場合に使用する。

　図１８－１に示すように、支持ピン本体２７は、円柱形状に形成された頭部２７ａを有している。頭部２７ａは、その端面に嵌合凹部２７ｃが形成されている。嵌合凹部２７ｃは、ナット締結工具５４が位置決めとして使用する凹部である。頭部２７ａには、その周側面に嵌合溝２７ｄが形成されている。嵌合溝２７ｄは、頭部２７ａの端面から周側面に掛けて形成され、少なくとも１つ設けられている。また、嵌合溝２７ｄは、複数（本実施の形態では６つ）の場合、図１８－２に示すように、支持ピン本体２７の中心軸Ｃ１を中心として等間隔に設けられている。また、嵌合溝２７ｄは、複数の場合、図１８－２に示すように、支持ピン本体２７の中心軸Ｃ１を基にして対向して設けられていることが好ましい。ここで、ナット２６は、筒状になっており、図１７に示すナット締結工具５４により内側にかしめられる。例えば図１９に示すように、ナット２６のかしめた部分を支持ピン本体２７の嵌合溝２７ｄに押し込む。このため、ナット２６の一部と支持ピン本体２７の嵌合溝２７ｄとの嵌合により、支持ピン本体２７が回り止めされ、支持ピン２９として締結が固定される。

　次に、支持ピン交換装置１は、検査手順を行う（ステップＳ１２）。例えば、モニタ６９の撮像情報により支持ピン２９の締結状態が検査される。次に、支持ピン交換装置１は、復旧手順を行う（ステップＳ１３）。例えば、支持ピン交換が完了した制御棒クラスタ案内管１０を、制御棒クラスタ案内管仮置スタンド１５１へ戻す作業が行われる。

　以上説明したように本実施形態の支持ピン交換装置１は、水中に没入されるフレーム２と、制御棒クラスタ案内管１０を保持し、フレーム２に沿って移動させる移動装置３０と、制御棒クラスタ案内管１０の支持ピン２０を水中で回収する回収マニピュレータ４０と、制御棒クラスタ案内管１０に新たな新支持ピン２９を水中で供給する供給マニピュレータ５０と、支持ピン２０又は新支持ピン２９のナット２１、２６と支持ピン本体２２、２７との間の締結を緩める又は締める回転を与える回転手段７５、５３、５３Ｂと、回転によりナット２１、２６と支持ピン本体２２、２７との距離変化を演算し、移動装置３０が演算した距離変化に応じて制御棒クラスタ案内管１０をフレーム２に沿って移動させる制御を行う制御装置８０と、を含む。

　これにより、水中環境において支持ピン２０の交換を自動化できる。その結果、作業者への放射線の影響が低減される。また、支持ピン２０の交換にかかる作業時間を短縮することができる。

　制御棒クラスタ案内管１０は、上部炉心支持板１１３に固定するための中部フランジ１１と、支持ピン２０又は新支持ピン２９により上部炉心板１１１に固定するための下部フランジ１５と、を含み、移動装置３０が中部フランジ１１を保持していることが好ましい。これにより、制御棒クラスタ案内管１０は、姿勢が安定した状態で保持される。

　回収マニピュレータ４０は、ナット２１と支持ピン本体２２との締結の固定を解除する締結解除手段を有していることが好ましい。締結解除手段は、放電加工工具４１であって、放電加工工具４１の放電加工によりナット２１と支持ピン本体２２との締結の固定を解除して、ナット２１と支持ピン本体２２が回転可能な状態にすることが好ましい。これにより、支持ピン２０のナット２１と支持ピン本体２２との間の締結を緩めることができる。

　フレーム２は、回収マニピュレータ４０が作業する回収作業ラック２Ａと、供給マニピュレータ５０が作業する供給作業ラック２Ｂとを隣接するように区画し、移動装置３０は、制御棒クラスタ案内管１０を回収作業ラック２Ａから供給作業ラック２Ｂへ移動することが好ましい。これにより、支持ピン２０を新支持ピン２９に交換する時間を短くすることができる。

　回収マニピュレータ４０及び供給マニピュレータ５０は工具を交換できることが好ましい。これにより、作業時間を短くすることができる。

　上述した実施形態は加圧水型原子力プラントを例に説明してきたが、沸騰水型、高速炉型及びその他の原子力プラントにも適用可能である。

　１　支持ピン交換装置
　２　フレーム
　１０　制御棒クラスタ案内管
　１１　中部フランジ
　１５　下部フランジ
　２０、２９　支持ピン
　２１、２６　ナット
　２２、２７　支持ピン本体
　２３　止めピン
　２４　スリット
　２５　支持部
　３０　移動装置
　３１　移動架台レール昇降装置
　３３　移動架台レールスライド装置
　３５　移動架台
　４０　回収マニピュレータ
　４１　放電加工工具
　５０　供給マニピュレータ
　６０　支持ピン回収機構
　７２　ブレード
　７５　回転手段
　８０　制御装置
　１００　原子炉
　１１１　上部炉心板
　１１３　上部炉心支持板
　１２３　制御棒クラスタ
　１４０　制御棒クラスタ駆動軸
　１５１　制御棒クラスタ案内管仮置スタンド
　１５２　制御棒クラスタ駆動軸仮置スタンド
　１５３　架台
　１５５　クレーン
　Ｗ　軽水

Claims (6)

1. 　水中に没入されるフレームと、
   　制御棒クラスタ案内管を保持し、前記フレームに沿って移動させる移動装置と、
   　前記制御棒クラスタ案内管の支持ピンを水中で回収する回収マニピュレータと、
   　前記制御棒クラスタ案内管に新たな新支持ピンを水中で供給する供給マニピュレータと、
   　前記支持ピン又は前記新支持ピンのナットと支持ピン本体との間の締結を緩める又は締める回転を与える回転手段と、
   　前記回転により前記ナットと前記支持ピン本体との距離変化を演算し、前記移動装置が演算した前記距離変化に応じて前記制御棒クラスタ案内管を前記フレームに沿って移動させる制御を行う制御装置と、
   　を含むことを特徴とする制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置。
2. 　前記制御棒クラスタ案内管は、上部炉心支持板に固定するための中部フランジと、前記支持ピン又は前記新支持ピンにより上部炉心板に固定するための下部フランジと、を含み、前記移動装置が前記中部フランジを保持している請求項１に記載の制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置。
3. 　前記回収マニピュレータは、前記ナットと前記支持ピン本体との締結の固定を解除する締結解除手段を有している請求項１又は２に記載の制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置。
4. 　前記締結解除手段は、放電加工工具であって、前記放電加工工具の放電加工により前記ナットと前記支持ピン本体との締結の固定を解除して、前記ナットと前記支持ピン本体とを回転可能な状態にする請求項３に記載の制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置。
5. 　前記フレームは、前記回収マニピュレータが作業する回収作業ラックと、前記供給マニピュレータが作業する供給作業ラックとを隣接するように区画し、前記移動装置は、前記制御棒クラスタ案内管を前記回収作業ラックから前記供給作業ラックへ移動する請求項１から４のいずれか１項に記載の制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置。
6. 　前記回収マニピュレータ及び前記供給マニピュレータは、工具を交換できる請求項１から５のいずれか１項に記載の制御棒クラスタ案内管の支持ピン交換装置。

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