(57)【要約】【課題】伸縮管の揺れを抑制できると共に燃料交換機の移動停止中における掴み具の位置決め精度を向上できる燃料交換機を提供する。【解決手段】燃料交換機は、横行台車に設置された伸縮管６の揺れを抑制するため、振れ止め装置１４及び速度フィードバック装置３６を備える。振れ止め装置１４は、横行台車に設置された４つのサスペンション２７を、伸縮管６との間に環状間隙３０を形成する振れ止めリング２８に四方から連結する。速度フィードバック装置３６は、伸縮管６に設けられた第１支持部材に設置された第１磁石装置１７、及び横行台車に設けられた第２支持部材２６に設置された第２磁石装置１８、ロードセル１９及び変位検出装置１９を含んでいる。変位検出装置１９が検出した伸縮管６の揺動速度により第１電磁石装置１７に供給する電流を制御し、それらの磁石装置間に発生する引力等により伸縮管６の揺れを抑制する。【選択図】図２
2008304382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行台車と、前記走行台車に設けられ、前記走行台車上を移動する横行台車と、前記横行台車に取り付けられ、複数の筒状部材を有して前記筒状部材が相互に伸縮可能である伸縮管と、前記伸縮管の下端部に取り付けられて燃料集合体を把持する掴み具とを備えた燃料交換機において、
前記伸縮管に取り付けられた第１磁石装置、及び前記横行台車に取り付けられた第２磁石装置を含み、前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置によって前記伸縮管の揺れを抑制する揺れ抑制装置を備えたことを特徴とする燃料交換機。
【請求項２】
前記第１磁石装置及びこの第１磁石装置と向かい合って対で用いられる前記第２磁石装置を、複数組、前記伸縮管の周囲に配置し、
前記複数組の前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置は、ある組の前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置に対して、前記伸縮管を間に挟むように位置している他の組の前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置を含んでいる請求項１に記載の燃料交換機。
【請求項３】
前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置のうち少なくとも一つが、発生する磁場の強さを調節できる磁石装置である請求項１または請求項２に記載の燃料交換機。
【請求項４】
前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置のうち少なくとも一つが、発生する磁場の強さを調節できる磁石装置であり、前記複数組の前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置は、ある組の前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置に対して、前記伸縮管を間に挟むように位置している他の組の前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置を含んでおり、前記伸縮管を間に挟むように位置している前記ある組と前記他方の組において、前記ある組で磁場の強さを調節できる前記第１電磁石装置の芯部材に巻き付けられた巻線は、前記他方の組で磁場の強さを調節できる前記第１電磁石装置の他の芯部材に巻き付けられた巻線とは逆方向に巻き付けられている請求項２に記載の燃料交換機。
【請求項５】
前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置のうち少なくとも一つが、発生する磁場の強さを調節できる磁石装置であり、前記複数組の前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置は、ある組の前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置に対して、前記伸縮管を間に挟むように位置してい他の組の前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置を含んでおり、前記伸縮管を間に挟むように位置している前記ある組と前記他方の組において、前記ある組で磁場の強さを調節できる前記第２電磁石装置の芯部材に巻き付けられた巻線は、前記他方の組で磁場の強さを調節できる前記第２電磁石装置の他の芯部材に巻き付けられた巻線とは逆方向に巻き付けられている請求項２に記載の燃料交換機。
【請求項６】
前記揺れ抑制装置が、前記伸縮管の揺れの速度を検出する速度検出装置と、検出された前記揺れの速度に基づいて、前記磁場の強さを調節できる前記磁石装置に供給する電流を調節する制御装置とを有する請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料交換機。
【請求項７】
前記速度検出装置は、前記伸縮管及び前記横行台車のいずれかに設けられて前記伸縮管の揺れの変位を検出する変位検出装置、及び検出された前記変位に基づいて前記揺れの速度を求める速度算出装置を含んでいる請求項６に記載の燃料交換機。
【請求項８】
前記第１磁石装置と、この第１磁石装置と対で用いられる前記第２磁石装置との間に作用する力を検出するロードセルを設け、
前記制御装置は、前記電流の調節を、前記ロードセルによって検出された前記力の強さ及び前記揺れの速度に基づいて行う請求項６または請求項７に記載の燃料交換機。
【請求項９】
前記揺れ抑制装置が、前記伸縮管及び前記横行台車のいずれかに設けられて前記伸縮管の揺れの変位を検出する変位検出装置と、検出された前記変位に基づいて、前記磁場の強さを調節できる前記磁石装置に供給する電流を調節する制御装置とを有する請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料交換機。
【請求項１０】
前記磁場の強さを調整できる前記磁石装置ではない前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置のいずれかは、永久磁石を含んでいる請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料交換機。
【請求項１１】
前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置の一方が、縦断面がＣ字状である強磁性体の芯部材を有し、前記第１磁石装置及び前記第２磁石装置の他方が、前記Ｃ字状の芯部材の両端間に配置されている請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の燃料交換機。
【請求項１２】
前記伸縮管が鉛直軸周りに旋回可能に前記横行台車に取り付けられている請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の燃料交換機。
【請求項１３】
前記変位検出装置の、前記伸縮管の軸方向における配置位置と、前記第１磁石装置の、前記伸縮管の軸方向における配置位置とが，実質的に同じである請求項７または請求項９に記載の燃料交換機。
【請求項１４】
走行台車と、前記走行台車に設けられ、前記走行台車上を移動する横行台車と、前記横行台車に取り付けられ、複数の筒状部材を有して前記筒状部材が相互に伸縮可能である伸縮管と、前記伸縮管の下端部に取り付けられて燃料集合体を把持する掴み具とを備えた燃料交換機において、
前記伸縮管に設けられた第１支持部材及び前記横行台車に設けられた第２支持部材のうち一方の前記支持部材に取り付けられた電磁石装置、及び前記第１及び第２支持部材のうち前記電磁石装置が設置されていない他方の前記支持部材に取り付けられた強磁性体部材を含み、前記電磁石装置及び前記強磁性体部材によって前記伸縮管の揺れを抑制する揺れ抑制装置を備えたことを特徴とする燃料交換機。
【請求項１５】
前記電磁石装置及びこの電磁石装置と向かい合って対で用いられる前記強磁性体部材を、複数組、前記伸縮管の周囲に配置し、
前記複数組の前記電磁石装置及び前記強磁性体部材は、ある組の前記電磁石装置及び前記強磁性体部材に対して、前記伸縮管を間に挟むように位置している他の組の前記電磁石装置及び前記強磁性体部材を含んでいる請求項１４に記載の燃料交換機。
【請求項１６】
前記揺れ抑制装置が、前記伸縮管の揺れの速度を検出する速度検出装置と、検出された前記揺れの速度に基づいて、前記電磁石装置に供給する電流を調節する制御装置とを有する請求項１４または請求項１５に記載の燃料交換機。  
【請求項１７】
前記伸縮管を取り囲み前記伸縮管との間に環状の間隙を形成して配置される環状部材を有し、前記横行台車に取り付けられ、かつ前記環状部材に連結されて前記伸縮管の揺れによる変位を抑制する振れ止め装置を備えた請求項１または請求項１４に記載の燃料交換機。
【請求項１８】
前記振れ止め装置は、前記環状部材に連結されて軸方向に移動可能なロッド部材を有し、前記伸縮管の周囲に配置されて前記伸縮管の軸心に垂直な面内で回転可能に前記横行台車に取り付けられ、前記変位を抑制する複数のサスペンション装置と、各々の前記サスペンション装置の端部に取り付けられその端部から反対方向に伸びており、前記横行台車に取り付けられている一対のバネ部材とを有している請求項１７に記載の燃料交換機。
【請求項１９】
走行台車と、前記走行台車に設けられ、前記走行台車上を移動する横行台車と、前記横行台車に取り付けられ、複数の筒状部材を有して前記筒状部材が相互に伸縮可能である伸縮管と、前記伸縮管の下端部に取り付けられて燃料集合体を把持する掴み具とを備えた燃料交換機において、
前記伸縮管を取り囲み前記伸縮管との間に環状の間隙を形成して配置される環状部材を有し、前記横行台車に取り付けられ、かつ前記環状部材に連結されて前記伸縮管の揺れによる変位を抑制する振れ止め装置を備えたことを特徴とする燃料交換機。      
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料交換機に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料交換機に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所における定期検査期間の短縮には、燃料交換に要する時間の短縮が有効である。これまで、燃料交換時間の短縮のために、様々な技術が考案されてきた。
【０００３】
沸騰水型原子炉での燃料交換は、伸縮管の先端部に掴み具を設けた燃料交換機を用いて行われる。この燃料交換は、原子炉圧力容器内の炉心に装荷されている使用済の燃料集合体を掴み具で掴んで原子炉圧力容器から取り出し、原子炉ウェルを経由して燃料プールに置かれた燃料貯蔵ラック内に移送することによって行われる。燃料貯蔵ラック内に収納された新燃料集合体が、燃料交換機によって炉心内に装荷される。定期検査の期間において、炉心内に装荷されている全燃料集合体のうち、例えば１／４の燃料集合体が新燃料集合体と交換される。この燃料交換作業に要する期間を短縮するためには、燃料集合体の移送時における伸縮管あるいは燃料集合体の揺れをできる限り早く抑制する必要があった。特に、燃料交換機の移動停止時に伸縮管及び燃料集合体の揺れが大きくなると、掴み具が炉心または燃料貯蔵ラック内の燃料集合体を掴みそこなったり、燃料集合体を炉心または燃料貯蔵ラックの所定の位置に挿入できないなどの不具合が生じやすくなる。
【０００４】
そこで、掴み具による燃料集合体の把持及び燃料集合体の所定位置への挿入といった動作の前に、伸縮管等の揺れが収まるまで燃料交換機を停止させて所定の時間待つ振れ待ちと呼ばれる動作を行っている。この振れ待ちに要する時間は、燃料交換期間に占める割合が大きく、燃料交換期間の短縮のために無視できなくなっている。よって、伸縮管及び燃料集合体の揺れを速やかに抑制し、振れ待ちに要する時間を短くすることができれば、燃料交換期間を著しく短縮することができる。
【０００５】
燃料交換機の伸縮管あるいは掴み具に把持されている燃料集合体の揺れを速やかに抑制する技術としては、機械的な弾性要素及び粘性減衰要素を持たせたダンパを伸縮管に接触させて燃料交換機に取り付けることが知られている（特公昭６３−１６７１９号公報参照）。燃料交換機が、伸縮管の変位及び速度を検出し、検出されたこれらの値に応じて伸縮管にモータによって発生される力をフィードバックする機構を設けた例などがある（特開２００２−３０４２２３号公報参照）。
【０００６】
【特許文献１】特公昭６３−１６７１９号公報
【特許文献２】特開２００２−３０４２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特公昭６３−１６７１９号公報に記載された、機械的な弾性要素及び粘性抵抗を利用したダンパにより伸縮管の揺れを抑える方法では、揺れの減衰機能を有効に発揮させるためには、ダンパのバネ定数及び減衰係数を大きくすることが望ましい。しかし、機械的な要素でダンパの減衰係数を大きくした場合には、ダンパを大型化する必要があり、また、ダンパの摺動部分のクーロン摩擦の増加によって燃料集合体及び掴み具の位置決めの再現性が悪化するという問題が生じる。ダンパのバネ定数及び減衰係数を十分大きくしなければ、伸縮管の揺れの振幅が小さいときに、伸縮管などに働く水の抵抗が小さいため、その揺れの振幅の低減が緩慢になってしまう。このように、機械的な弾性要素及び粘性抵抗を利用するダンパは、伸縮管の揺れを抑制するには限界があった。また、常に伸縮管とダンパが接触しているので、伸縮管下端または掴み具で把持された燃料集合体の下端の位置決めの再現性を高めるために、ダンパのバネ定数のばらつきなどの影響を排除する調整作業が必要となる。
【０００８】
特開２００２−３０４２２３号公報に記載された、伸縮管の変位及び速度を検出し、検出されたこれらの値に応じて伸縮管にモータによって発生される力をフィードバックする機構を用いる場合には、伸縮管に対して働く水の抵抗及び慣性力をフィードバック機構で受け止めなければならない。このため、大出力のモータ及び高強度の歯車機構等が必要となり、結果として、装置の巨大化を招くことになる。さらに、装置の巨大化による機構の時定数の増大、及びバックラッシの影響の増大が生じやすくなる。また、伸縮管下端及び把持された燃料集合体の下端の位置決め精度を高めるためには、高い精度でフィードバック機構の基準位置を定める必要があり、運用上の手間が増えることになる。
【０００９】
本発明の目的は、伸縮管の揺れを抑制できると共に燃料交換機の移動停止後における掴み具の位置決め精度を向上できる燃料交換機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成できる本発明の特徴は、掴み具が設置される伸縮管に取り付けられた第１磁石装置、及び横行台車に取り付けられた第２磁石装置を含み、第１磁石装置及び第２磁石装置によって伸縮管の揺れを抑制する揺れ抑制装置を備えたことにある。
【００１１】
第１磁石装置及び第２磁石装置によって伸縮管の揺れを抑えることができる。また、第１磁石装置及び第２磁石装置を用いているので、燃料交換機の移動が停止された後、具体的には、伸縮管の揺れが停止したとき、伸縮管が重力の作用により横行台車から鉛直にぶら下がった状態になる。このため、伸縮管の揺れが停止したときにおける掴み具の位置決め精度がさらに向上する。このような本発明は、炉心内または燃料プール内の所定の位置に存在する燃料集合体をより短時間で掴み具によって把持することができ、掴み具に把持されている燃料集合体を炉心内または燃料プール内の所定の位置に短時間に挿入することができる。
【００１２】
なお、第１磁石装置及び第２磁石装置のいずれかを強磁性体にした場合でも、同様な効果を得ることができる。
【００１３】
好ましくは、伸縮管を取り囲み伸縮管との間に環状の間隙を形成して配置される環状部材を有し、横行台車に取り付けられ、かつ環状部材に連結されて伸縮管の揺れによる変位を抑制する振れ止め装置を備えることが望ましい。伸縮管と環状部材の間に環状間隙が形成されているので、伸縮管の揺れが停止したとき、振れ止め装置の拘束力の影響が伸縮管に及ばなくなり、上記した、伸縮管が重力の作用により横行台車から鉛直にぶら下がった状態を維持することができる。このため、上記した掴み具による燃料集合体の把持、及び上記した所定位置への燃料集合体の挿入をより短時間に行うことができる。上記の振れ止め装置の設置により、燃料交換機の移動時における伸縮管の大きな傾き及びその移動停止時における伸縮管の大きな揺れを抑制することができる。このため、燃料交換機の移動停止後の振れ待ち時間を著しく短縮することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、伸縮管の揺れを抑制できると共に燃料交換機の移動停止後における掴み具の位置決め精度をさらに向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の好適な一実施例である燃料交換機を、図１〜図７を用いて説明する。本実施例の燃料交換機１は、走行台車２、横行台車３、伸縮管６、振れ止め装置１４及び速度フィードバック装置（揺れ抑制装置）３６を備えている。走行台車２は、原子炉ウェル４１を挟んで対向する運転床４０上に平行に配置された一対のレール４上に配置される。これらのレール４は、原子炉ウェル４１につながる燃料プール４５（図７参照）の脇を通っている。走行台車２に回転可能に取り付けられた車輪１１がレール４上で回転することによって、走行台車２が、原子炉ウェル４１及び燃料プール４５の真上をレール４に沿って移動する。走行台車２が移動する方向をＸ方向（図７参照）という。横行台車３が、走行台車２に設置された一対のレール４８（図７参照）上に移動可能に配置される。横行台車３に設けられてレール４８上に配置される車輪１２の回転によって、横行台車３は、走行台車２上でレール４８に沿って移動する。横行台車３は、走行台車２の移動方向と直交する方向、すなわち、Ｙ方向（図７参照）に移動する。
【００１７】
伸縮管６は、ユニバーサルジョイント１３を介して横行台車３に設置される。伸縮管６は、ユニバーサルジョイント１３によって、図１の左右方向及び奥行き方向に振れ回ることが可能である。伸縮管６は、複数の円柱状のマスト７、例えば、マスト７ａ，７ｂ，７ｃを有する。これらのマスト７ａ，７ｂ，７ｃは、相互に連結され、テレスコピック状に伸縮可能になっている。図示していないが、このテレスコピック状の構造になっているマスト７ａ，７ｂ，７ｃを伸縮させるために、各マストの内側にはそれぞれワイヤロープが取り付けられている。これらのワイヤロープを巻き上げる巻き上げ機（図示せず）が横行台車３に取り付けられている。
【００１８】
伸縮管６が伸びた状態で最も下に位置するマスト７ｃの下端には、掴み具８が取り付けられている。掴み具８は、燃料集合体９の上部にあるハンドル１０を把持したり、離したりすることが可能な構造になっている。
【００１９】
また、図示しないがユニバーサルジョイント１３を鉛直軸周りに旋回させることができる旋回機構が、横行台車３に設置されている。この旋回機構の旋回によって、伸縮管６全体を旋回させることができる。
【００２０】
以上に説明した構成によって、掴み具８の水平方向及び鉛直方向の位置決め及び掴み具８の鉛直軸周りの向きを定めることが可能になる。よって、炉心及び燃料貯蔵ラックに燃料集合体９を挿入したり、それらから燃料集合体９を取り出したりすることが可能になる。しかし、伸縮管６は上端部をユニバーサルジョイント１３で支持されているため、走行台車２または横行台車３を移動させると、伸縮管６及び燃料集合体９に揺れが発生する。発生する揺れが大きい場合、掴み具８が炉心及び燃料貯蔵ラック内の燃料集合体９を把持する動作（以下、燃料把持動作という）及び炉心及び燃料貯蔵ラック内に燃料集合体９を挿入する動作（以下、燃料挿入動作という）に失敗する可能性が高くなる。そこで、燃料把持動作（または燃料挿入動作）に移る前に、掴み具８（または掴み具８に把持された燃料集合体９）を把持する燃料集合体９の真上（または燃料集合体９の挿入位置の直上）でその揺れが収束するまで待機することになる。揺れが収束するまで待機する動作を振れ待ちと呼ぶ。燃料交換機１は、振れ待ちに要する時間を短縮するために、振れ止め装置１４及び速度フィードバック装置３６を設けている。
【００２１】
振れ止め装置１４を、図２及び図３を用いて具体的に説明する。振れ止め装置１４は、サスペンション（シリンダ装置）２７、振れ止めリング（環状部材）２８、振れ止めフランジ２９、センタリングバネ要素３１及び振れ止め支持部材３２を有している。振れ止め支持部材３２は横行台車２に固定されている。
【００２２】
マスト７ａの、振れ止め装置１４と対向する高さの位置には、円盤状の振れ止めフランジ２９が取り付けられている。振れ止めフランジ２９はマスト７ａの一部になっている。振れ止めリング２８が振れ止めフランジ２９を取り囲んで配置される。振れ止めリング２８とマスト７ａの間、具体的には、振れ止めリング２８と振れ止めフランジ２９の間には、環状の間隙３０が形成されている。四方に伸びる４本の支持ロッド３３が、それぞれピン３５によって振れ止めリング２８に連結されている。支持ロッド３３は、ピン３５を中心に回転が可能である。
【００２３】
サスペンション２７は、例えば、特公昭６３−１６７１９号公報の第６図に示す緩衝コイルバネ（バネ部材）、ピストンロッド（支持ロッド）シリンダ、ピストン、及び圧縮空気の吸排気機構を有する。これらのうちシリンダ、ピストンおよび圧縮空気の吸排気機構によって、減衰部材である空気ダンパを構成している。支持ロッド３３は、サスペンション２７の一部であり、シリンダであるサスペンション本体２７Ａから外に突き出ている。支持ロッド３３は、サスペンション本体２７Ａの軸方向において、サスペンション本体２７Ａから突き出る長さを変えることができる。サスペンション２７は、支持ロッド３３以外に、支持ロッド３３を外側に突き出させるバネ部材（図示せず）、及び支持ロッド３３の移動速度に応じて抵抗を付与する減衰部材である空気ダンパ（図示せず）をサスペンション本体２７Ａ内に有している。サスペンション２７ごとに設けられたサスペンション保持部材４２が、振れ止め支持部材３２に取り付けられる。サスペンション２７は、サスペンション保持部材４２に回転可能に取り付けられて鉛直方向に伸びる回転軸３４に設置され、水平方向で回転できる。
【００２４】
それぞれのサスペンション２７の端部には、一直線に並んだ２つのセンタリングバネ要素３１の一端部が取り付けられている。それぞれのセンタリングバネ要素３１の他端部は、振れ止め支持部材３２に設けられた鉛直軸に回転可能に取り付けられている。また、センタリングバネ３１要素は張力が調整可能な構造となっており、この構造によって振れ止めリング２８の位置を調整することができる。
【００２５】
走行台車２及び横行台車３が停止されて伸縮管６が揺れずに重力によって懸垂されている状態では、マスト７ａの外面の周方向全面と振れ止めリング２８の間には数ミリメートル程度の間隙３０が生じている。この間隙３０の幅は、各々のサスペンション２７内のバネ部材による支持ロッド３３の押圧力、及び各々のセンタリングバネ要素３１の強さを調節することによって調整される。
【００２６】
速度フィードバック装置３６を、図２、図４及び図５を用いて説明する。速度フィードバック装置３６は振れ止め装置１４の下方に配置される。速度フィードバック装置３６は、マスト７ａに固定された環状の第１支持部材２５、及び横行台車３に固定された第２支持部材２６を備えている。第２支持部材２６は、第１支持部材２５との間に環状の間隙５６を形成するようにして第１支持部材２５を取り囲んでいる。速度フィードバック装置３６は、図４に示すように、第１支持部材２５に設けられる第１磁石装置１７、ロードセル１９及び変位検出装置１５、及び第２支持部材２６に設けられる第２磁石装置１８を備えている。第１磁石装置１７、ロードセル１９及び変位検出装置１５と、第２磁石装置１８は、一組になって使用される。
【００２７】
ロードセル１９及び変位検出装置１５は、第１支持部材２５に設置される支柱２４に取り付けられる。第１磁石装置１７は、ロードセル１９に設置され、強磁性体で構成されたコイル芯部材（例えば、鉄芯部材）２２に巻線２０を巻き付けて構成される。第２磁石装置１８は、縦断面がＣ字状である強磁性体で構成されたコイル芯部材（例えば、鉄芯部材）２３の対向する両端部に、それぞれ巻線２１Ａ，２１Ｂを同じ方向で巻き付けて構成されている。変位検出装置１５に対向する標的部材１６が、コイル芯部材２３の上面に設置されている。第１磁石装置１７は、第２磁石装置１８の巻線２１Ａと巻線２１Ｂの間、すなわち、コイル芯部材２３の両端の間に形成される間隙４３内に配置されている。第１磁石装置１７が間隙４３内に配置された状態で、コイル芯部材２３の両端と、この両端と向き合っているコイル芯部材２２の両端とのそれぞれの間にも間隙が存在する。本実施例では、第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８は、いずれも電磁石装置である。
【００２８】
速度フィードバック装置３６は、８個の第２磁石装置１８、すなわち、第２磁石装置１８ａ〜１８ｈを有している。第２磁石装置１８ａ〜１８ｈは、伸縮管６のマスト７ａの周方向において、図５に示すように、４５°置きにマスト７ａの周囲に配置されている。第２磁石装置１８ａ〜１８ｈのそれぞれの間隙４３が、マスト７ａの方を向いている。さらに、速度フィードバック装置３６は、４個の第１磁石装置１７、すなわち、第１磁石装置１７ａ〜１７ｄ、４個のロードセル１９、すなわち、ロードセル１９ａ〜１９ｄ、２個の変位検出装置１５、すなわち、変位検出装置１５ａ，１５ｂ、及び４個の支柱２４、すなわち、支柱２４ａ〜２４ｄを備えている。支柱２４ａ〜２４ｄがマスト７ａの周方向において９０°置きにマスト７ａの周囲に配置されている。第１磁石装置１７ａ、ロードセル１９ａ及び変位検出装置１５ａが、図４に示すように支柱２４ａに設けられる。第１磁石装置１７ｂ、ロードセル１９ｂ及び変位検出装置１５ｂが、同様に、支柱２４ｂに設けられる。第１磁石装置１７ｃ及びロードセル１９ｃが、同様に、支柱２４ｃに設けられる。第１磁石装置１７ｄ及びロードセル１９ｄが、同様に、支柱２４ｄに設けられる。変位検出装置１５は支柱２４ｃ、２４ｄに設けられていない。変位検出装置１５が設けられる支柱２４ａ、２４ｂは、周方向において隣り合っている。第１磁石装置１７ａが第２磁石装置１８ａの間隙４３内に配置され、第１磁石装置１７ｂが第２磁石装置１８ｃの間隙４３内に配置される。第１磁石装置１７ｃが第２磁石装置１８ｅの間隙４３内に配置され、第１磁石装置１７ｄが第２磁石装置１８ｇの間隙４３内に配置される。マスト７ａの周方向において第２磁石装置１８ａ，１８ｃ，１８ｅ，１８ｇのそれぞれの相互間に配置された第２磁石装置１８ｂ，１８ｄ，１８ｆ，１８ｈは、第１磁石装置１７と向き合っていない。
【００２９】
マスト７ａを挟んで向き合う第１磁石装置１７ａの巻線２０と第１磁石装置１７ｃの巻線２０は、巻き付け方向が反対で直列に接続されている。直列に接続された、第１磁石装置１７ａ，１７ｃの巻線２０は、給電回路（電源装置）３７（図４参照）に接続されている。マスト７ａを挟んで向き合う第１磁石装置１７ｂの巻線２０と第１磁石装置１７ｄの巻線２０は、巻き付け方向が反対で直列に接続され、別の給電回路３７に接続されている。第２磁石装置１８ａ〜１８ｈのそれぞれの巻線２１Ａ，２１Ｂの巻き付け方向は同じであり、それらの巻線２１Ａ，２１Ｂに流れる電流の向きも同じである。第２磁石装置１８ａ〜１８ｈのそれぞれの巻線２１Ａ，２１Ｂは、給電回路３８（図４参照）に接続されている。
【００３０】
給電回路３７から供給される電流が第１磁石装置１７ａ，１７ｃの各巻線２０に流れると、それぞれの巻線２０の周囲に磁場が発生する。発生する磁場の向き及び強さは、第１磁石装置１７ａ，１７ｃの各巻線２０に流れる電流の向き及び強さに比例する。第１磁石装置１７ａの巻線２０の巻き付け方向が第１磁石装置１７ｃの巻線２０のその方向と逆であるので、第１磁石装置１７ａ，１７ｃで発生する極性は反対になる。例えば、第１磁石装置１７ａのコイル芯部材２２の上端がＮ極、その下端がＳ極になるように第１磁石装置１７ａの巻線２０に電流を供給したときには、第１磁石装置１７ｃのコイル芯部材２２の上端がＳ極、その下端がＮ極となる。なお、第１磁石装置１７ｂ，１７ｄの各コイル芯部材２２の両端で生じる各極性も、第１磁石装置１７ａ，１７ｃの各コイル芯部材２２の両端で生じる極性と同じになる。
【００３１】
ロードセル１９ａ〜ｄは、第１磁石装置１７ａ〜１７ｄのコイル芯部材２２と支柱２４ａ〜２４ｄのそれぞれの間の部材に発生する引張または圧縮力、すなわち軸力を検出する。この軸力は第１磁石装置１７と第２磁石装置１８の間に働く磁力によって生じる。変位検出装置センサ１５ａ，１５ｂは、向き合っている各標的部材１６までの距離を光学的な手段を用いて計測し、この計測距離と基準距離との差である変位Δｙ、Δｘを求める。基準距離は、便宜上、伸縮管６が重力の作用によって鉛直方向に吊下がっているときに変位検出装置１５ａ，１５ｂで計測される各標的部材１６までの距離であるとする。支柱２４ａと支柱２４ｃを結ぶ線は、横行台車３の移動方向、すなわち、Ｙ方向を向いている。このため、変位検出装置１５ａは、第１支持部材２５をマスト７ａに取り付けた位置においてＹ方向における伸縮管６の揺れに起因する変位Δｙを求める。支柱２４ｂと支柱２４ｄを結ぶ線は、走行台車２の移動方向、すなわち、Ｘ方向を向いている。このため、変位検出装置１５ｂは、第１支持部材２５をマスト７ａに取り付けた位置においてＸ方向における伸縮管６の揺れに起因する変位Δｘを求める。
【００３２】
給電回路３８から供給される電流が第２磁石装置１８ａ，１８ｃ，１８ｅ及び１８ｈの各巻線２１Ａ，２１Ｂに流れると、各第２磁石装置のコイル芯部材２３の両端には、間隙４３を介して鉛直方向に向いた磁力線を有する磁場が形成される。第２磁石装置１８ａ，１８ｃ，１８ｅ及び１８ｈの各巻線２１Ａ，２１Ｂに流れる電流の向きが同一であるので、第２磁石装置１８ａ，１８ｃ，１８ｅ及び１８ｈに生じる磁場の磁力線の方向が同一である。便宜的に、第２磁石装置１８ａ，１８ｃ，１８ｅ及び１８ｈの各コイル芯部材２３両端間に生じる磁力線は上方向を向いていると想定する。すなわち、第２磁石装置１８ａ，１８ｃ，１８ｅ及び１８ｈの各コイル芯部材２３の上方の端面がＳ極、各コイル芯部材２３の下方の端面がＮ極となる。以上に述べた速度フィードバック装置３６の構成によって、巻線２０及び巻線２１Ａ，２１Ｂの巻き付け方向と、電流が流れる方向の関係から、第１磁石装置１７ａと第２磁石装置１８ａの間に働く力の向きと，第１磁石装置１７ｃと第２磁石装置１８ｃの間に働く力の向きは同一である。例を挙げて具体的に説明する。第１磁石装置１７ａのコイル芯部材２２の上端がＮ極、その下端がＳ極となるように第１磁石装置１７ａの巻線２０に電流を流した場合には、第１磁石装置１７ａと第２磁石装置１８ａの間には引力が働く。このとき、第１磁石装置１７ｃのコイル芯部材２２の上端がＳ極、その下端がＮ極となるため、第１磁石装置１７ｃと第２磁石装置１８ｅの間には斥力が発生する。この結果、速度フィードバック装置３６によって、伸縮管６、具体的にはマスト７ａに働く力は、マスト７ａの中心軸を基点にして第２磁石装置１８ａに向う力となる。したがって、伸縮管６はユニバーサルジョイント１３を基点にして第２磁石装置１８ａの方向に動かされる。
【００３３】
沸騰水型原子炉を対象にして、燃料交換機１を用いた燃料交換の概要を、図７を用いて説明する。燃料交換は、沸騰水型原子炉の定期検査の期間内で原子炉の運転が停止されているときに行われる。燃料交換時には、原子炉圧力容器４９の上蓋（図示せず）が開放され、原子炉圧力容器４９内の領域がその上方に位置する原子炉ウェル４１と連絡されている。複数の燃料貯蔵ラック４６が設置されている燃料プール４５が、ゲート（図示せず）を外されて原子炉ウェル４１に連絡されている。原子炉ウェル４１及び燃料プール４５は、冷却水で満たされている。原子炉圧力容器４９内から取り出された気水分離器及び蒸気乾燥器は、天井クレーンにより仮置きプール４７内に搬送されている。仮置きプール４７も、ゲート（図示せず）が外されて原子炉ウェル４１に連絡され、冷却水で満たされている。原子炉圧力容器４９内には、炉心シュラウド５０で取り囲まれた炉心５２が存在する。複数の燃料集合体９が炉心５２内に装荷されている。
【００３４】
燃料交換では、主に、炉心５２内の寿命となった燃料集合体（使用済燃料集合体）９を燃料プール４５内に置かれた燃料貯蔵ラック４６内の所定の位置までの搬送、及び燃料貯蔵ラック４６内の新燃料集合体９を炉心５２内の所定位置への搬送が行われる。使用済燃料集合体及び新燃料集合体の搬送に、燃料交換機１が用いられる。掴み具８に把持されたこれらの燃料集合体９は、伸縮管６の伸縮によって炉心５２（または燃料貯蔵ラック４６）内の所定の位置から取り出され、さらには、燃料貯蔵ラック４６（または炉心５２）内の所定の位置に挿入される。掴み具８に燃料集合体９を把持した状態で、走行台車２及び横行台車３を移動させることによって、この燃料集合体９を炉心５２（または燃料貯蔵ラック４６）内の所定の位置まで搬送することができる。
【００３５】
上記した燃料集合体９の搬送時における速度フィードバック装置３６の作用を、図６を用いて説明する。速度フィードバック装置３６の制御系は、第１磁石装置１７ａ，１７ｃを対象にした第１制御系、及び第１磁石装置１７ｂ、１７ｄを対象にした第２制御系の独立した２つの制御系を含んでいる。第１制御系及び第２制御系は同じ構成を有しているので、代表して、第１制御系について説明する。
【００３６】
第１制御系は、速度検出装置５４及び制御装置４４を備えている。速度検出装置５４は変位検出装置１５ａ及び変位検出装置１５ａに接続される微分器５５を有する。制御装置４４は、荷重検出回路（荷重検出装置）３９、増幅装置５１及び減算器５３を有する。減算器５３は、増幅装置５１、荷重検出回路３９及び給電回路３７に接続される。増幅装置５１は微分器５５に接続される。荷重検出回路３９はロードセル１９ａ，１９ｃに接続されている。
【００３７】
今、原子炉ウェル４１の上方で横行台車３が移動し、掴み具８が炉心５２内に存在する把持する燃料集合体９の真上に位置して横行台車３の移動が停止されたと、想定する。横行台車３の移動停止により、伸縮管６はＹ方向に揺れている。変位検出装置１５ａは、伸縮管６がＹ方向に揺れている状態で対向している標的部材１６との間の距離を測定し、基準距離を用いて変位Δｙを求め、これを出力する。微分器５５は、変位Δｙを時間微分し、マスト７ａに第１支持部材２５を取り付けた位置での横行台車３に対する相対速度ｖを求める。増幅装置５１は、入力した相対速度ｖに所定のゲインＧを乗じて得られたフィードバック力目標値（以下、単に目標値という）ｆ０を出力する。荷重検出回路３９は、ロードセル１９ａ、１９ｃのそれぞれで検出された各軸力を入力し、これらの軸力の和、すなわち、フィードバック力ｆを検出する。このフィードバック力検出値をｆＳとする。ロードセル１９ａで検出される軸力は、磁力線が発生している第１磁石装置１７ａ及び第２磁石装置１８ａによって発生する。ロードセル１９ｃで検出される軸力は、磁力線が発生している第１磁石装置１７ｃ及び第２磁石装置１８ｅによって発生する。減算器５３は、目標値ｆ０からフィードバック力検出値ｆＳを差し引いた値であるフィードバック指令値（以下、単に指令値という）Ｃ０を求める。給電回路３７は、入力した指令値Ｃ０に比例した電流を第１磁石装置１７ａの巻線２０及び第１磁石装置１７ｃの巻線２０に供給する。換言すれば、制御装置４４が、速度検出装置５４で求められた相対速度ｖ、及びロードセル１９ａ、１９ｃのそれぞれで検出された各軸力に基づいて、指令値Ｃ０を求め、この指令値Ｃ０に基づいて給電回路３７を制御して、第１磁石装置１７ａの巻線２０及び第１磁石装置１７ｃの巻線２０に供給する電流を調節するのである。
【００３８】
給電回路３７は、入力した指令値Ｃ０に所定のゲインを乗じた電流の値が給電回路３７の能力を上回る場合には、飽和させて能力の範囲内で所定の電流を出力する。給電回路３７のゲインを適正に定めれば、ロードセル１９ａ、１９ｃに実際に掛かる軸力の和、すなわちフィードバック力ｆは、給電回路３７が飽和しない限り、目標値ｆ０にほぼ追従する。
【００３９】
指令値Ｃ０に基づいて第１磁石装置１７ａの巻線２０及び第１磁石装置１７ｃの巻線２０に供給する電流が調節されることによって、前述したように、第１磁石装置１７ａと第２磁石装置１８ａの間に引力（または斥力）が作用し、第１磁石装置１７ｃと第２磁石装置１８ｅの間に斥力（または引力）が作用する。この引力（または斥力）及び斥力（または引力）の作用によって、伸縮管６の揺れが速やかに抑制される。
【００４０】
上記の各巻線２０に流れる電流の向きは、フィードバック力ｆの向きが、横行台車３に対する伸縮管６、すなわち、マスト７ａの相対運動の方向と反対になるように決定される。例えば、図５において、マスト７ａが第２磁石装置１８ｅに向って移動すると仮定する。この場合には、第２磁石装置１８ａに向かうフィードバック力ｆがマスト７ａに作用するような、第１磁石装置１７ａ，１７ｃによる磁場を形成させるように電流の向きを定めればよい。具体的には第２磁石装置１８ａ、１８ｅによって生じる磁場の方向と、第１磁石装置１７ａ、１７ｃの巻線２０の巻きの方向を考慮して、増幅装置５１のゲインＧの正負の符号を定める。
【００４１】
なお、本実施例の第１制御系では変位検出装置１５ａ及び変位検出装置１５ａに接続される微分器５５によって速度検出を実現している。よって便宜上、基準距離は、伸縮管６が重力の作用によって鉛直方向に吊下がっているときに変位検出装置１５ａで計測される標的部材１６までの距離であるとしたが、制御に用いている情報は検出速度である。その検出速度は検出距離の時間微分であるので、基準距離をどのように定めても影響を受けない。つまり、基準距離は任意であり、事前に変位検出装置１５ａと標的部材１６の位置関係を厳密に設定したり、測定したりする必要がない。
第１磁石装置１７ｂ、１７ｄの各巻線２０に供給する電流を制御する第２制御系は、上記した第１制御系の構成において、変位検出装置１５ａを変位検出装置１５ｂに替え、給電回路３７を第１磁石装置１７ｂ、１７ｄの各巻線２０に接続し、荷重検出回路３９をロードセル１９ｂ、１９ｄに接続した構成を有する。このような第２制御系によれば、第２制御系の制御装置４４が、変位Δｘを基に算出されたＸ方向の相対速度ｖ、及びロードセル１９ｂ、１９ｄで検出されたＸ方向の各軸力に基づいて、第１磁石装置１７ｂ、１７ｄの各巻線２０に供給する電流を調節する。これによって、走行台車２の移動方向における伸縮管６の揺れを速やかに抑制することができる。
【００４２】
また、燃料交換機１が炉心５２等内の燃料集合体９を把持あるいは炉心５２等の所定位置に燃料集合体９を挿入する際に、掴み具８を鉛直軸周りに旋回させる必要が生じるケースがある。図１に図示されていないが、ユニバーサルジョイント１３ごと伸縮管６を鉛直軸周りに旋回させる機構が横行台車３の上端部に設けられている。燃料交換機１は、図８に示すように、４５度単位で鉛直軸周りに旋回できるように構成されている。図８は、図５に示す状態から伸縮管６を時計回りに４５°旋回させた状態を示している。伸縮管６を４５°旋回させた状態では、第１磁石装置１７ａが第２磁石装置１８ｂに向き合っているように、第１磁石装置１７と第２磁石装置１８の組合せが４５°ずれた状態になっている。具体的説明すると、第１磁石装置１７ａが第２磁石装置１８ｂの間隙４３内に配置され、第１磁石装置１７ｂが第２磁石装置１８ｄの間隙４３内に配置されている。さらに、第１磁石装置１７ｃが第２磁石装置１８ｆの間隙４３内に配置され、第１磁石装置１７ｄが第２磁石装置１８ｈの間隙４３内に配置されている。このため、前述の第１制御系及び第２制御系を用いた伸縮管６の揺れの抑制が、図８の状態でも可能になる。なお、ここで伸縮管６が旋回可能であるのは、第２磁石装置１８のコイル芯部材２３がＣ字状をして間隙４３を形成しているからである。
【００４３】
前述の速度フィードバック装置３６によって、揺れている伸縮管６には揺動速度に比例した抵抗が作用する。すなわち、この抵抗の作用は粘性減衰と同様の性質である。このため、燃料交換機１の移動時及び移動停止時において、伸縮管６、燃料集合体９の挙動は、速度フィードバック装置３６の作用によって安定性が増し、不安定になることはない。
【００４４】
理論上、揺動速度（上記した相対速度ｖ）の検出位置とフィードバック力ｆの作用位置の揺動運動による速度ベクトルの方向が同じであれば、伸縮管６及び燃料集合体９の挙動は安定となる。このため、伸縮管６の揺動速度を検出する位置とフィードバック力ｆが作用する位置が同じ高さであることが要求される。マスト７ａが剛であると仮定すると、揺動速度の検出位置とフィードバック力ｆの作用位置をマスト７ａ上のどの高さに設定しても、それらの二箇所の位置での揺動運動による速度ベクトルの方向が同一となるため安定な系が実現できる。実際には、マスト７ａは弾性体であるので、高次モードの発振を避けるためにできるだけ、揺動速度の検出位置の高さをフィードバック力ｆの作用位置の高さに近づけることが望ましい。本実施例では、第１支持部材２５及び第２支持部材２６が、伸縮管６の軸方向においてそれぞれ同じ位置に配置されている。フィードバック力ｆの作用位置は、第１支持部材２５に設けられた第１磁石装置１７及び第２支持部材２６に設けられた第２磁石装置１８が配置された、伸縮管６の軸方向における位置である。揺動速度の検出位置は、変位検出装置１９の、伸縮管６の軸方向における位置である。本実施例では、
変位検出装置１９のその位置が、第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８のその位置の非常に近くに存在する。すなわち、変位検出装置１９のその位置は第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８のその位置と実質的に同じである。したがって、本実施例では、上記したように、伸縮管６、燃料集合体９の挙動が、速度フィードバック装置３６の作用によって安定性が増し、不安定になることはない。
【００４５】
本実施例における燃料交換機１は、以下に示す種々の効果を得ることができる。
【００４６】
対になって設けられる第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８のそれぞれに発生する磁場の作用によって、伸縮管６の揺れを抑えることができる。対になっている第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８が互いに接触していないので、伸縮管６の揺れが停止したとき、伸縮管６が重力の作用により横行台車３から鉛直にぶら下がった状態になる。このため、伸縮管６の揺れが停止したときにおける掴み具８の位置決め精度がさらに向上する。このような本実施例は、炉心５２（または燃料プール４５に設置された燃料貯蔵ラック４６）内の所定の位置に存在する燃料集合体９をより短時間で掴み具８によって把持することができる。さらには、掴み具８に把持されている燃料集合体９を炉心５２（または燃料貯蔵ラック４６）内の所定の位置に短時間に挿入することができる。したがって、速度フィードバック装置３６を有する燃料交換機１を用いることによって、燃料交換に要する期間を短縮することができる。
【００４７】
対になって用いられる第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８が、複数組、例えば、４組が伸縮管６の周囲に配置されている（図５参照）。すなわち、第１磁石装置１７ａ及び第２磁石装置１８ａの組と第１磁石装置１７ｃ及び第２磁石装置１８ｅの組は、マスト７ａを間に挟むようにして、横行台車３の移動方向に配置されている。これらの磁石装置の組によって、伸縮管６のＹ方向の揺れを抑制することができる。第１磁石装置１７ｂ及び第２磁石装置１８ｃの組と第１磁石装置１７ｄ及び第２磁石装置１８ｇの組は、マスト７ａを間に挟むようにして、走行台車２の移動方向に配置されている。これらの磁石装置の組によって、伸縮管６のＸ方向の揺れを抑制することができる。
【００４８】
特に、第１磁石装置１７ｃの巻線２０のコイル芯部材２２への巻き付け方向が第１磁石装置１７ａの巻線２０のその方向と逆になっているため、第１磁石装置１７ｃと第２磁石装置１８ｅの間に引力（または斥力）が作用するときに、第１磁石装置１７ａと第２磁石装置１８ａの間に斥力（または引力）が作用する。このため、Ｙ方向における伸縮管６の揺れの抑制効果が増大する。第１磁石装置１７ｄの巻線２０のコイル芯部材２２への巻き付け方向が第１磁石装置１７ｂの巻線２０のその方向と逆になっているため、同じ理由で、Ｘ方向における伸縮管６の揺れの抑制効果が増大する。
【００４９】
マスト７ａ、すなわち、振れ止めフランジ２９と振れ止めリング２８の間に環状の間隙３０が形成されているので、伸縮管６の揺れが停止したとき、振れ止めフランジ２９が振れ止めリング２８に接触しなくなる。この状態では各サスペンション２７の拘束力の影響が伸縮管６に及ばなくなるため、伸縮管６が重力の作用により横行台車３から鉛直にぶら下がった状態を維持することができる。このため、上記した掴み具８による燃料集合体９の把持、及び上記した所定位置への燃料集合体９の挿入をより短時間に行うことができる。燃料交換機１の移動時における伸縮管６の大きな傾き及びその移動停止時における伸縮管６の大きな揺れは、振れ止めフランジ２９が振れ止めリング２８に接触するので、サスペンション２７のサスペンション本体２７Ａ内に設けられたバネ部材の反力が支持ロッド３３及び振れ止めリング２８を介して伸縮管６に伝えられ、伸縮管６の大きな揺れ、大きな傾斜を抑制することができる。例えば図１に示す矢印Ａの方向に横行台車３が移動した場合には、冷却水の抵抗、及び掴み具８及び伸縮管６の慣性力（掴み具８が燃料集合体９を把持している場合には燃料集合体９による慣性力を含む）によって伸縮管６が横行台車３の移動方向とは逆の方向に傾く。しかし、振れ止めフランジ２９が振れ止めリング２８に接触して振れ止め装置１４が機能するので、伸縮管６の傾きが抑制される。このため、横行台車３が停止したときも、移動時の伸縮管６及び燃料集合体９の持つポテンシャルエネルギーの大きさが抑制されるため、伸縮管６の揺れの静定が早まるという効果がある。このため、燃料交換機の移動停止後の振れ待ち時間を著しく短縮することができる。
【００５０】
さらに、伸縮管６の揺れの振幅が大きい場合は、振れ止めフランジ２９が振れ止めリング２８に繰り返し接触し、その都度、サスペンション２７を伸縮させる。このとき、サスペンション２７内に存在する減衰部材によって伸縮管６の揺れのエネルギーが吸収されること、及びサスペンション２７内のバネ部材によって伸縮管６の振れの周期が短くなることにより、伸縮管６の揺れをいち早く抑制することができる。これも、振れ待ち時間の短縮に貢献する。
【００５１】
振れ止め装置１４は、マスト７ａを間に挟んで直線状に配置された一対のサスペンション２７が横行台車３の移動方向に配置され、マスト７ａを間に挟んで直線状に配置された他の一対のサスペンション２７が走行台車２移動方向に配置されている。前者の一対のサスペンションによって、横行台車３の移動方向、すなわち、Ｙ方向における伸縮管６の傾き及び揺れを抑制することができる。後者対のサスペンションによって、走行台車２移動方向、すなわち、Ｘ方向における伸縮管６の傾き及び揺れを抑制することができる。
【００５２】
速度フィードバック装置３６の設置により、以下の効果を得ることもできる。
【００５３】
速度フィードバック装置３６は、磁場の強さを調整する第１磁石装置１７ａ〜１７ｄに電磁石装置を用いているので、巻線２０に供給する電流を調節することによって容易に磁場強度を調節することができる。したがって、伸縮管６の揺れの振幅の大きさに基づいて発生する磁場強度を容易に制御することができるので、伸縮管６の揺れの振幅を速やかに小さくすることができる。
【００５４】
速度フィードバック装置３６は、速度検出装置５４によって測定された伸縮管６の揺動速度、及びロードセル１９ａ，１９ｃで検出された各軸力を用いて求められた指令値Ｃ０に基づいて、制御装置４４により給電回路３７を制御するので、第１磁石装置１７ａ，１７ｃの各巻線２０に供給する電流を調節できる。
また、ロードセル１９ａ、１９ｃによってフィードバック力検出値ｆSを検出して、フィードバック力ｆが目標値ｆ０に近づくようにしている。このため、給電回路３７が飽和しない限りは、フィードバック力ｆはマスト７ａの揺動速度に比例するという、粘性摩擦と同様の性質を持つ。このため、制御系の安定性が保証されるだけでなく、揺動速度とフィードバック力の関係が明確である。特に給電回路３７が飽和しない揺れの振幅が小さい領域においての挙動を考慮して制御系のパラメータの設定をすることが容易であり、制振性能を発揮させやすくなるという利点がある。このように、検出された揺動速度に応じたフィードバック力ｆを第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８によって伸縮管６に付与することができるので、伸縮管６の揺れが小さい振幅である場合でも、大きな減衰が得られる。
【００５５】
揺動速度の算出に用いる変位（例えば、変位Δｙ）を検出する変位検出装置１５ａ，１５ｂの伸縮管６の軸方向における配置位置と、フィードバック力ｆを発生する第１磁石装置１７（または第２磁石装置１８）のその軸方向における配置位置が実質的に同じであるので、制御の安定性を高めることができる。速度フィードバック装置３６は、フィードバック力ｆを作用させるために磁石装置を用いているので、機械的に磨耗する箇所が少なくメンテナンスが容易である。第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８のうち一方の磁石装置のコイル芯部材として、縦断面がＣ字状をしたコイル芯部材を用いることによって、伸縮管６の旋回が容易になる。
【００５６】
速度フィードバック装置３６を用いることによって、伸縮管６及び燃料集合体９の質量や慣性モーメントといった力学的な性質が分からない場合や予め想定した伸縮管６及び燃料集合体９の力学的性質と実際の力学的性質に差がある場合でも安定な制振制御が可能になる。伸縮による伸縮管６の長さの変化、及び掴み具８による燃料集合体９の把持の有無によって力学的な性質が変化しても、安定な制振制御が可能である。また、マスト７ａの揺動速度によって目標値ｆ０が決定し、マスト７ａの揺動による変位量は制振制御には不要である。このため、変位検出装置１５ａ、１５ｂが出力する距離の零点もしくは基準値を、予め測定もしくは設定する必要がないため運用が容易となる。速度フィードバック装置３６は、特開２００２−３０４２２３号公報に示すようにモータの回転力を伝える歯車等の減速機構を用いていないため、機械的なガタ、バックラッシ等がなく応答性が良好である。
【００５７】
本実施例は、伸縮管６の揺れが停止したときに伸縮管６を重力の作用により横行台車３から鉛直にぶら下がった状態にする振れ止め装置１４及び速度フィードバック装置３６を併用しているので、以下に示す効果をさらに得ることができる。
【００５８】
走行台車２及び横行台車３の加速時、減速時、及びそれらの直後のように、伸縮管６の揺れの振幅が大きいときには、振れ止めフランジ２９が振れ止めリング２８に接触するので、伸縮管６の揺れは、主に、振れ止め装置１４の反力、伸縮管６及び燃料集合体９に作用する冷却水の抵抗によって減衰される。揺れの振幅が小さく伸縮管６及び燃料集合体９に働く水の抵抗による減衰が小さい場合には、伸縮間６の揺れは、主に、速度フィードバック装置３６によって減衰される。振れ止め装置１４及び速度フィードバック装置３６の併用は、大きな振幅から小さな振幅の揺れに対して効果的な減衰効果が得られる。
【００５９】
伸縮管６の揺れの振幅が大きい場合には振れ止め装置１４と原子炉ウェル４１及び燃料プール４５内の冷却水の抵抗が揺れのエネルギーを吸収するため、速度フィードバック装置３６は小さな振幅時の制振性能を確保できれば良い。速度フィードバック装置３６が発生しなければならない力は小さくて済むので、速度フィードバック装置３６は小型化できかつ速やかに揺れを減衰することができる。
【００６０】
振れ止め装置１４及び速度フィードバック装置３６は、いずれも前述したように伸縮管６を重力の作用により横行台車３から鉛直にぶら下がった状態にすることができる。したがって、特公昭６３−１６７１９号公報に記載されたダンパを用いた場合のように、ダンパが有する摩擦及びバネ定数のばらつきなどにより、伸縮管６の下端または把持した燃料集合体９の下端の位置決め精度が低下することを防止できる。特開２００２−３０４２２３号公報に示す機構のように、機械的なガタ、バックラッシ等もない。このため、振れ止め装置１４及び速度フィードバック装置３６の調整を容易に行うことができる。振れ止め装置１４及び速度フィードバック装置３６は、冷却水の水面よりも上方の空気中に配置されているためメンテナンスが容易である。
【００６１】
上記した実施例では、制御装置４４によって第１磁石装置１７の磁場強度を調節し、及び磁場の向きを変えることによって、第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８によって発生するフィードバック力ｆを調整している。このフィードバック力ｆの調整は、第１磁石装置１７ではなく、第２磁石装置１８に供給する電流を制御装置４４で制御することによって、行うこともできる。制御装置４４は給電回路３７ではなく給電回路３８を制御することになる。この場合には、伸縮管６を間に挟むように配置された一対の第２磁石装置１８（例えば、第２磁石装置１８ａ及び１８ｅ）において、両者のコイル芯部材２３に巻き付けられる巻線の巻き付け方向が逆になる。第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８の両者の磁場強度及び磁場の方向を変化させても良い。ただ、図５に示す例では、第２磁石装置１８が８個設けられているため、４個の給電回路３８が必要になり、４対の第２磁石装置１８に対して別々の給電回路３８を接続しなければならない。この点において、第２磁場装置１８での磁場強度等の調節を行う場合は、第１磁石装置１７の磁場強度等を調節する場合に比べて、装置構成が複雑になる。
【００６２】
実施例１において、第１磁石装置１７及び第２磁石装置１８のどちらか一方を永久磁石または強磁性体に取り替えても同様の効果が得られる。例えば、第１支持部材２５に第１磁石装置１７を設置し、第２支持部材２６に設置された第２磁石装置１８を永久磁石または強磁性体と取り替える。この場合、第１磁石装置１７は、磁場強度を調節できる電磁石装置を用いる必要がある。また、コイル芯部材２３を棒状とし、コイル芯部材２２を縦断面がＣ字状になるように構成しても良い。変位検出装置１５ａを、支柱２４ａではなく、コイル芯部材２３の上面に設置しても良い。標的部材１６は、支柱２４ａが兼用することができるので、改めて設置する必要がなくなる。
【００６３】
マスト７ａ（伸縮管６）の揺動速度の測定にも様々な代替手段が考えられる。例えば、ジャイロによってマスト７ａの角速度を検出する方法、マスト７ａの画像を一定時間間隔で撮像して得られた画像の差分をもとにマスト７ａの揺動速度を検出する方法、マスト７ａに傾斜センサを取り付け出力した傾斜を時間微分して揺動速度を求める方法、マスト７ａに加速度センサを取り付け出力した値を積分して揺動速度を求める方法、または接触式や静電容量式の変位検出装置を用いてその出力を時間微分する方法を適用することも可能である。
【実施例２】
【００６４】
本発明の他の実施例である実施例２の燃料交換機を、以下に説明する。本実施例の燃料交換機は、実施例１で用いられる制御装置４４を図９に示す制御装置４４Ａに替えた構成を有し、さらに、ロードセル１９ａ〜１９ｄを設置していない。する。本実施例の燃料交換機は、制御装置４４Ａを用いること、及びロードセル１９ａ〜１９ｄを設置しないことを除いて、実施例１の燃料交換機１と同じ構成を有する。
【００６５】
制御装置４４Ａを詳細に説明する。制御装置４４Ａは、ロードセル１９ａ，１９ｃの出力を入力する荷重検出回路３９、及び減算器５３を有していない。制御装置４４Ａは、微分器５５及び給電回路３７に接続される増幅装置５１を有している。本実施例では、増幅装置５１から出力されるフィードバック目標値ｆ０が指令値Ｃ０になる。ただし、フィードバック力ｆは、指令値Ｃ０とマスト７ａの変位Δｙの関数となり、フィードバック力ｆと指令値Ｃ０の間に比例関係は成り立つとは限らない。しかし、フィードバック力ｆの働く方向と指令値Ｃ０の符号に対応関係があり、第１磁石装置１７と第２磁石装置１８の間に働く力の向きはマスト７ａの揺動速度の方向と常に逆方向となれば、第一の実施例と同様に安定な制振制御が可能である。そのためには、第１磁石装置１７と第２磁石装置１８の配置、及び増幅装置５１のゲインの符号を適切に定めればよい。このようにして制御装置４４Ａによって給電回路３７を制御して第１磁石装置１７ａ，１７ｃに供給する電流を調節すれば、第１磁石装置１７と第２磁石装置１８の間に発生するフィードバック力ｆによって、伸縮管６の揺れを抑制することができる。
【００６６】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。制御装置４４Ａの構成を単純化することができると共に、ロードセル１９を設ける必要がないので、実施例１の燃料交換機１よりも構成を単純にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の燃料交換機の構成図である。
【図２】図１に示す振れ止め装置及び速度フィードバック装置の斜視図である。
【図３】図２に示す振れ止め装置の平面図である。
【図４】図２に示す速度フィードバック装置の局部拡大側面図である。
【図５】図２に示す速度フィードバック装置の平面図である。
【図６】図２に示す速度フィードバック装置の制御系のブロック線図である。
【図７】振れ止め装置の他の使用例を示す説明図である。
【図８】実施例２の速度フィードバック制御のブロック線図である。
【図９】速度フィードバック装置の制御系の他の実施例のブロック線図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…燃料交換機、２…走行台車、３…横行台車、６…伸縮管、７ａ，７ｂ，７ｃ…マスト、８…掴み具、９…燃料集合体、１３…ユニバーサルジョイント、１４…振れ止め装置、１５,１５ａ，１５ｂ…変位検出装置、１６…標的部材、１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ…第１磁石装置、１８，１８ａ〜１８ｈ…第２磁石装置、１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ…ロードセル、２０，２１Ａ，２１Ｂ…巻線、２２，２３…コイル芯部材、２４，２４ａ〜２４ｄ…支柱、２５…第１支持部材、２６…第２支持部材、２７…サスペンション、２８…振れ止めリング、２９…振れ止めフランジ、３１…センタリングバネ要素、３２…振れ止め支持部材、３３…支持ロッド、３６…速度フィードバック装置、３７，３８…給電回路、３９…荷重検出回路、４４…制御装置、４５…燃料プール、４６…燃料貯蔵ラック、４９…原子炉圧力容器、５２…炉心、５４…速度検出装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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