(57)【要約】【課題】原子力発電所で使用される燃料取替機について、地震による縦揺れでブリッジやトロリが浮き上がった後の落下衝撃を簡易な構造で、しかも位置決め精度を低下させることなく低減できるようにする。【解決手段】原子炉建屋内に設置されたレール１３上をブリッジ２が走行できるようにされ、その走行により必要位置に位置決めしながら原子炉の燃料取替え作業を行うようにされている燃料取替機について、地震による上下方向の振動を受けてブリッジがレール上から浮き上がった後に落下する際の衝撃で塑性変形を生じるバッファ体２１をブリッジ２とブリッジ脚部１１の間に設け、このバッファ体の塑性変形によりブリッジの落下衝撃を吸収できるようにしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール上を走行する走行台車を備えており、前記走行台車の走行により必要位置に位置決めしながら原子炉の燃料取替え作業を行うようにされている燃料取替機において、
地震による上下方向の振動を受けて前記走行台車が前記レール上から浮き上がった後に落下する際の衝撃で塑性変形を生じるバッファ体が設けられており、このバッファ体により前記落下による衝撃を吸収できるようにされていることを特徴とする燃料取替機。
【請求項２】
走行用のブリッジ車輪がブリッジ脚部を介して取り付けられたブリッジを前記走行台車として備えるとともに、走行用のトロリ車輪がトロリ脚部を介して取り付けられ、前記ブリッジの走行と直交する方向に前記ブリッジ上を走行できるようにされたトロリを前記走行台車として備えており、前記ブリッジ車輪と前記ブリッジの間または前記トロリ車輪と前記トロリの間のいずれかに前記バッファ体が設けられるか、または前記ブリッジ車輪と前記ブリッジの間および前記トロリ車輪と前記トロリの間のそれぞれに前記バッファ体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料取替機。
【請求項３】
前記バッファ体は、内部に複数の空隙部が形成されるように板材を格子状に組み合わせてなるボックス構造とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料取替機。
【請求項４】
前記バッファ体は、単独に取付け・取外し可能として設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃料取替機。
【請求項５】
前記バッファ体は、前記塑性変形を生じさせる降伏荷重以下の弾性変形範囲での剛性が前記ブリッジ脚部の剛性や前記トロリ脚部の剛性と同等以上とされていることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の燃料取替機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所における原子炉内の燃料の取替えに用いられる燃料取替機に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の原子炉では、数百体の燃料集合体が装荷されており、定期的な燃料取替え作業が必要とされる。その燃料取替え作業では、使用済燃料集合体を原子炉から取り出して使用済燃料貯蔵プールに移動させる一方で、新しい燃料集合体を原子炉に装荷する作業がなされ、また炉心内において均等に燃料集合体が燃焼するように、シャッフルと呼ばれる燃料集合体の配置換えの作業がなされる。
【０００３】
こうした燃料取替え作業は、燃料取替機を用いて行われる。燃料取替機は、原子炉建屋内におけるオペレーティングフロアに設置されたレール上を走行する走行台車としてブリッジを備え、またこのブリッジの走行と直交する方向にブリッジ上に設置のレールを走行する走行台車（横行台車とも呼ばれる）としてトロリを備え、さらにこのトロリに取り付けられた燃料把持部を備えており、原子炉の上方の原子炉ウェルプール、使用済燃料貯蔵プールなどをまたぐように設置されている。そしてその燃料把持部は、径の異なる複数のマストと呼ばれる金属管をテレスコピック式に組み合わせることで伸縮自在に形成してトロリに懸垂支持させた伸縮管の先端につかみ具を取り付けた構造とされ、そのつかみ具で燃料集合体を把持したり、その把持を開放したりすることができるようにされている。
【０００４】
このような燃料取替機による燃料の取替え作業は、ブリッジとトロリそれぞれの走行の組合せにより燃料把持部を必要位置に位置決めさせながら行われる。具体的には、例えば燃料の取替え作業における原子炉からの燃料の取り出し作業の場合、以下のように進められる。まず、原子炉の上蓋を開け、ブリッジの走行で燃料取替機を原子炉ウェルプール位置に移動させる。次いで、ブリッジやトロリの走行で燃料把持部を取出し対象の使用済燃料の真上に位置決めさせ、その位置決め状態で燃料把持部の伸縮管を伸ばして燃料をつかみ具で把持する。それから、伸縮管を縮めて使用済燃料を原子炉から取り出した後、燃料取替機を使用済燃料貯蔵プール位置に移動し、再び伸縮管を伸ばして使用済燃料を使用済燃料貯蔵プール内に下して貯蔵する（例えば特許文献１、２）。
【０００５】
こうした燃料取替機には、地震による振動に対する配慮がなされている。地震には、水平方向の振動（横揺れ）と上下方向の振動（縦揺れ）が伴う。横揺れについては、ブリッジとトロリそれぞれがレール上を走行したり滑ったりすることで水平方向の振動を吸収する免振性が得られる。一方、縦揺れについては、脱線防止ラグを用いる構造が基本的な地震対策構造として用いられている。すなわち脱線防止ラグをブリッジとトロリに取り付け、縦揺れでブリッジやトロリがレールから浮き上がってもそれらがレールから脱線するのを脱線防止ラグで防ぐようにした構造である。ただ、この地震対策構造には、レールから浮き上がったブリッジやトロリがレールに着地する際の衝撃、つまり落下衝撃を緩和する機能はない。
【０００６】
このため水平方向の振動を受けた際にブリッジやトロリがレールから浮き上がりにくくする地震対策構造や落下衝撃を低減する地震対策構造がさらに必要となる。そのような構造としては、例えば特許文献３や特許文献４に開示の例が知られている。
【０００７】
特許文献３の「天井クレーンの免振装置」では、粘性流体を充填したシュラウドケースがレールと車輪の周辺に設けられるとともに、車輪フレームにスライダを介して抵抗板が取り付けられ、この抵抗板が粘性流体から受ける抵抗により、地震時にクレーン本体を浮き上がりにくくし、また浮き上がり後の落下衝撃を低減するようにされている。
【０００８】
また特許文献４の「クレーンの走行装置」では、走行装置における車輪を弾性体と回動自在の支持部材で支持することにより、地震により生じる上下方向の加速度による衝撃を緩和するようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−８４１７８号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５７２８号公報
【特許文献３】特開平８-２３１１８３号公報
【特許文献４】特開平８-３３３０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献３や特許文献４に開示の地震対策構造は、燃料取替機における縦揺れによるブリッジやトロリの浮き上がり問題に対して高い有効性を有している。しかし特許文献３の技術には、大幅なコスト上昇をもたらすというコスト問題や構造が複雑になり過ぎて実用化が難しいという構造複雑化問題などが伴う。すなわち、レールと車輪の周辺において少なくとも車輪が走行する範囲の全域にわたってシュラウドケースを設け、そのシュラウドケースに粘性流体を充填する必要があり、製作・据付コストが増大する。また、シュラウドケース内に粘性流体を充填することから流体の漏れ対策も必要となり、このことでも製作・据付コストが増大する。また、燃料取替機のトロリに特許文献３の技術を適用しようとすると、トロリが走行するためのレールが設置されているブリッジ上にシュラウドケースなどを設けなければならず、そのためにブリッジの重量が増加し、これに応じてブリッジの強度を高める必要があり、その結果として製作・据付コストが増大する。また、燃料取替機は数十トンに及ぶ重量機器であり、地震による浮き上がりで発生する荷重や落下衝撃に対して十分な抗力を得るためには、抵抗板の面積を広くしなければならず、レールの設置場所の広さによっては、必要な抵抗板やシュラウドケースの面積を確保するのが困難になり、実用上で適用し難くなる。また、シュラウドケース内の流体境界の形状が複雑であることと、スライダによる抵抗板の支持条件がクレーン本体の位置によって変化することから、抵抗板が粘性流体から受ける抗力を設計段階で正確に見積もるのが難しく、このことも実用上での適用を困難にする。さらに、地震によりレールや車輪に損傷を生じてそれらを交換することが必要になった場合に、レールや車輪の周辺に設置されている粘性流体を充填のシュラウドケースが障害となってレールや車輪の交換作業を行えなくなる可能性があり、このことも実用上での適用を困難にしている。
【００１１】
一方、特許文献４の技術には、燃料取替機に求められる正確な位置決め機能を阻害するという柔構造化問題が伴う。すなわち走行用の車輪を弾性体と回動自在の支持部材で支持する構造は、着地時の衝撃を緩和させるのに弾性体の弾性変形を利用していることから、これを燃料取替機に適用すると燃料取替機が柔な構造となる。また、弾性体を複数設ける場合に、それら弾性体の変形のばらつきによっては燃料取替機に回転変位を生じる可能性があり、このことでも燃料取替機が柔な構造となる。そして燃料取替機が柔な構造になると、その柔な構造により燃料取替機における燃料把持部の使用済燃料などに対する位置決め精度が低下することになるが、このことは燃料取替機にとって大きな障害となる。具体的にいうと、燃料取替機は原子炉内の燃料から十数ｍ程度上方に設置されている。また、燃料取替機が取り扱う原子炉の内の燃料集合体は、隣接するもの同士は十数ｍｍ、上部格子板とは数ｍｍの間隙で配置されている。このような条件下で燃料集合体の取替えや再配置を行う燃料取替機には、燃料把持部の使用済燃料集合体などに対する位置決めにきわめて高い精度が要求され、柔な構造により位置決め精度が低下することは燃料取替機にとって大きな障害となる。
【００１２】
本発明は、以上のような従来における事情を背景になされたものであり、原子力発電所で使用される燃料取替機について、走行台車であるブリッジやトロリが地震による縦揺れで浮き上がった後の落下衝撃を簡易な構造で、しかも位置決め精度を低下させることなく低減できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明では、燃料取替機に塑性変形性のバッファ体を設け、地震による上下方向の振動を受けて走行台車が浮き上がった後の落下による衝撃をバッファ体の塑性変形で吸収して低減するようにしている。
【００１４】
具体的には、レール上を走行する走行台車を備えており、前記走行台車の走行により必要位置に位置決めしながら原子炉の燃料取替え作業を行うようにされている燃料取替機において、地震による上下方向の振動を受けて前記走行台車が前記レール上から浮き上がった後に落下する際の衝撃で塑性変形を生じるバッファ体が設けられており、このバッファ体により前記落下による衝撃を吸収できるようにされていることを特徴としている。
【００１５】
このように、バッファ体の塑性変形で落下衝撃を吸収して低減するようにしたことにより、落下衝撃低減構造を簡易なものとすることができる。またバッファ体の塑性変形における降伏荷重は、燃料取替機で求められる燃料把持部の位置決め精度に必要な剛な構造を保つのに十分な範囲となるのが通常であり、したがって位置決め精度を低下させることなく、落下衝撃を効果的に低減することができる。
【００１６】
上記のような燃料取替機については、走行用のブリッジ車輪がブリッジ脚部を介して取り付けられたブリッジを前記走行台車として備えるとともに、走行用のトロリ車輪がトロリ脚部を介して取り付けられ、前記ブリッジの走行と直交する方向に前記ブリッジ上を走行できるようにされたトロリを前記走行台車として備えている場合、前記ブリッジ車輪と前記ブリッジの間または前記トロリ車輪と前記トロリの間のいずれかに前記バッファ体を設けるか、または前記ブリッジ車輪と前記ブリッジの間および前記トロリ車輪と前記トロリの間のそれぞれに前記バッファ体を設けるようにするのが好ましい。このようにすることで、落下衝撃低減構造をより簡易なものとすることができ、またバッファ体による落下衝撃吸収をより効果的に行わせることができるようになる。
【００１７】
また上記のような燃料取替機のバッファ体は、内部に複数の空隙部が形成されるように板材を格子状に組み合わせてなるボックス構造とするのが好ましい。このようにすることにより、バッファ体に求められる荷重−変位特性の実現がより容易となる。
【００１８】
また上記のような燃料取替機については、前記バッファ体を単独で取付け・取外し可能として設けるのが好ましい。このようにすることにより、バッファ体に一定以上の塑性変形を生じ、バッファ体の交換が必要となった際にその交換を容易に行うことができ、燃料取替機の復旧を素早くなせるようになる。
【００１９】
また上記のような燃料取替機については、前記バッファ体における前記塑性変形を生じさせる降伏荷重以下の弾性変形範囲での剛性を前記ブリッジ脚部の剛性や前記トロリ脚部の剛性と同等以上とするのが好ましい。このようにすることにより、燃料取替機で求められる燃料把持部の位置決め精度に必要な剛な構造をより高いレベルで確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のような本発明によれば、原子力発電所で使用される燃料取替機について、走行台車であるブリッジやトロリが地震による縦揺れで浮き上がった後の落下衝撃を簡易な構造で、しかも位置決め精度を低下させることなく低減できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に、一実施形態による燃料取替機の全体的な構成を示す。本実施形態の燃料取替機１は、ブリッジ２、トロリ３および燃料把持部４を備えている。
【００２２】
ブリッジ２は、走行台車の１つであり、ブリッジ脚部１１で支持されており、そのブリッジ脚部１１にブリッジ車輪１２が接続され、このブリッジ車輪１２によりブリッジ用レール１３上を走行することで、水平面内の１つの方向について自由に位置を変えることができるようにされている。ブリッジ用レール１３は、オペレーティングフロアにおける基礎コンクリート１４上に設置されている。このためブリッジ２は、図示を省略してある原子炉ウエルプールとこれに隣接して設けられた使用済燃料貯蔵プールをまたぐように水平走行することになる。
【００２３】
トロリ３は、走行台車の他の１つであり、トロリ脚部１６で支持されており、そのトロリ脚部１６にトロリ車輪１７が接続され、このトロリ車輪１７によりブリッジ２に設置のトロリ用レール１８上を走行することで、ブリッジ２の走行方向と直交する方向についてブリッジ２上で自由に位置を変えることができるようにされている。
【００２４】
燃料把持部４は、その詳細については図示を省略してあるが、径の異なる複数のマストと呼ばれる金属管をテレスコピック式に組み合わせることで伸縮自在に形成され、トロリ３に懸垂支持された伸縮管の先端につかみ具を取り付けた構造とされ、そのつかみ具で燃料集合体を把持したり、その把持を開放したりすることができるようにされている。
【００２５】
図２に、ブリッジ脚部１１の周辺を拡大して示す。図２に見られるように、ブリッジ２とブリッジ車輪１２の間、より具体的にはブリッジ２とブリッジ脚部１１の間にバッファ体２１が設けられている。
【００２６】
バッファ体２１は、地震による上下方向の振動を受けてブリッジ２がブリッジ用レール１３上から浮き上がった後に落下する際の衝撃で塑性変形を生じ、その塑性変形によりブリッジ２の落下衝撃を吸収するための要素であり、上下方向の圧縮荷重に対して所定の荷重−変位特性を有するように形成されるもので、一例として図３に示すような構造にして形成される。
【００２７】
図３の例のバッファ体２１は、内部に複数の空隙部２２が形成されるように例えば薄肉の金属板のような板材２３を格子状に組み合わせてなる格子型ボックス構造とされている。このような格子型ボックス構造のバッファ体２１は、板材２３の厚さと枚数、それに空隙部２２の幅（水平方向サイズ）ｗと高さ（垂直方向サイズ）ｈを適切に設定することで、上下方向の圧縮荷重について所望の荷重−変位特性を容易に実現することができる。
【００２８】
ここで、バッファ体２１に求められる荷重−変位特性（上下方向の圧縮荷重に対する荷重−変位特性）には、降伏荷重についての特性と降伏荷重以下の弾性変形範囲での剛性、つまり荷重−変位特性の傾きについての特性がある。
【００２９】
降伏荷重について、バッファ体２１は、その降伏荷重Ｌａが所定の荷重、つまりブリッジ脚部１１やブリッジ車輪１２あるいはブリッジ用レール１３、さらには基礎コンクリート１４などのようにブリッジ２の落下時にそれによる衝撃を直接的に受ける構造要素に塑性変形などの損傷を生じさせる最小の荷重Ｌｂに対して、Ｌａ＞Ｌｂとなるようにされる。このためバッファ体２１は、ブリッジ２に一定以上の大きさの落下衝撃が生じた際に、その落下衝撃で真っ先に塑性変形し、その塑性変形でブリッジ２の落下衝撃を吸収する。この結果、ブリッジ脚部１１やブリッジ車輪１２などの構造要素に損傷が生じるのをバッファ体２１により効果的に防止することができる。
【００３０】
一方、弾性変形範囲での剛性について、バッファ体２１は、少なくともブリッジ脚部１１の剛性と同等かあるいはそれ以上となるようにされる。このような剛性特性とすることにより、バッファ体２１は、ブリッジ脚部１１よりも大きな剛性を有することになり、燃料取替機１に求められる燃料把持部４の位置決め精度に必要な剛な構造をより高いレベルで確保することが可能となる。
【００３１】
図４に、バッファ体２１の荷重−変位特性とブリッジ脚部１１の荷重−変位特性の関係を模式化して示す。図に見られるように、バッファ体２１は、その降伏荷重Ｌａがブリッジ脚部１１の降伏荷重Ｌｃよりも小さくなるようにされ、またその荷重−変位特性の傾きがブリッジ脚部１１の荷重−変位特性の傾きより大きくなるようにされている。
【００３２】
このようなバッファ体２１は、例えばボルト・ナットのような接続手段によりブリッジ２やブリッジ脚部１１に接続することで設けられており、単独に取付け・取外し可能とされている。このようにすることにより、バッファ体２１に一定以上の塑性変形を生じ、バッファ体２１の交換が必要となった際にその交換を容易に行うことができ、燃料取替機１の復旧を素早くなせるようになる。
【００３３】
図５に、トロリ脚部１６の周辺を拡大して示す。図５に見られるように、トロリ３とトロリ車輪１７の間、より具体的にはトロリ３とトロリ脚部１６の間にバッファ体２５が設けられている。バッファ体２５は、地震による上下方向の振動を受けてトロリ３がトロリ用レール１８上から浮き上がった後に落下する際の衝撃で塑性変形を生じ、その塑性変形によりトロリ３の落下衝撃を吸収するための要素であり、上下方向の圧縮荷重に対して所定の荷重−変位特性を有するように形成されるもので、基本的にはバッファ体２１と同様である。したがってバッファ体２１について説明したことはほぼそのままバッファ体２５に当てはまる。ただ、バッファ体２５は、弾性変形範囲での剛性について、少なくともトロリ３の剛性と同等かあるいはそれ以上となるようにされる。図６に、バッファ体２５の荷重−変位特性とトロリ脚部１６の荷重−変位特性の関係を模式化して示してある。
【００３４】
以上、本発明を実施するための１つ形態について説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明は、その趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば上記実施形態では、格子型ボックス構造でバッファ体２１やバッファ体２５を形成するようにしていたが、これに限られるものでない。格子型ボックス構造は上述のように所望の荷重−変位特性の実現が特に容易であるという特徴を有するが、この他に例えばハニカム構造トラス構造あるいはラーメン構造なども所望の荷重−変位特性の実現容易性という点で、バッファ体の構造として適している。また上記実施形態では、バッファ体２１をブリッジ２とブリッジ脚部１１の間で設け、バッファ体２５をトロリ３とトロリ脚部１６の間で設けるようにしていた。このようなバッファ体設置構造は、バッファ体２１やバッファ体２５による落下衝撃低減構造をより簡易なものとすることができ、またバッファ体２１やバッファ体２５による落下衝撃吸収をより効果的に行わせることができるという利点があるものの、必ずしもこれに限られるものでなく、他の適宜な場所にバッファ体２１やバッファ体２５を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】一実施形態による燃料取替機の全体構成を示す図である。
【図２】ブリッジ脚部周辺を拡大して示す図である。
【図３】ブリッジ用のバッファ体の構成例を示す図である。
【図４】ブリッジ用のバッファ体の荷重−変位特性を示す図である。
【図５】トロリ脚部周辺を拡大して示す図である。
【図６】トロリ用のバッファ体の荷重−変位特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    燃料取替機
２    ブリッジ（走行台車）
３    トロリ（走行台車）
１１    ブリッジ脚部
１２    ブリッジ車輪
１３    ブリッジ用のレール
１６    トロリ脚部
１７    トロリ車輪
２１    ブリッジ用のバッファ体
２２    空隙部
２３    板材
２５    トロリ用のバッファ体
【図１】
2008139218.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008139218.tif 000006
【図５】
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【図６】
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