(57)【要約】【課題】伸縮管とつかみ具を含んでなる燃料把持部を備えた原子炉用の燃料交換機について、その製造コストの低減を可能とする構造を実現する。【解決手段】燃料交換機は、走行台車と横行台車を備えるとともに、その横行台車に取り付けられた燃料把持部を備え、走行台車と横行台車の走行により燃料把持部を必要位置に位置決めできるようにされている。またその燃料把持部４は、伸縮自在に形成された伸縮管１１、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形成されたつかみ具１２、および横行台車からつかみ具を懸垂支持するワイヤロープ２３の伸縮でつかみ具に昇降動をなさせる昇降装置２２を含んでいる。そしてそのつかみ具は、クランプ機構のクランプ金具３１により、伸縮管に拘束された拘束状態と伸縮管による拘束から開放されてワイヤロープにより自由な状態に懸垂される自由懸垂状態を選択的にとれるようにされている。【選択図】  図２
2008145261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の燃料の交換作業を行うために、ある方向に水平走行する走行台車、前記走行台車上で前記走行台車の走行方向と直交する方向に水平走行する横行台車、および前記横行台車に取り付けられた燃料把持部を備え、前記燃料把持部は、伸縮自在に形成された伸縮管、前記燃料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形成されたつかみ具、および前記横行台車から前記つかみ具を懸垂支持する線状体の伸縮で前記つかみ具に昇降動をなさせる昇降装置を含んでいる燃料交換機において、
前記つかみ具は、前記伸縮管により拘束された拘束状態と前記伸縮管による拘束から開放されて前記線状体により自由状態に懸垂される自由懸垂状態を選択的にとれるようにされていることを特徴とする燃料交換機。
【請求項２】
前記つかみ具と前記伸縮管の間にクランプ機構が介在され、前記クランプ機構を動作させることにより前記拘束状態と前記自由懸垂状態を選択的にとれるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料交換機。
【請求項３】
前記クランプ機構は、前記つかみ具と前記伸縮管の間に介在するクランプ体を備えるとともに、前記クランプ体に、前記伸縮管の内側面に押し付けられた状態である押付け状態と前記伸縮管の内側面から離れた状態である非押付け状態を選択的にとらせるクランプ駆動手段を備えており、前記クランプ体の押付け状態により前記拘束状態とし、前記クランプ体の非押付け状態により前記自由懸垂状態とするようにされていることを特徴とする請求項２に記載の燃料交換機。
【請求項４】
前記クランプ駆動手段は、錐体状に形成されたこま、前記こまに上下方向で貫通するように螺合するねじ部材、および前記ねじ部材を回転駆動するモータを含んでなり、前記モータによる前記ねじ部材の回転駆動で前記こまに上下方向で進退動を行わせ、このこまの進退動により前記クランプ体を横方向に移動させることで前記押付け状態と前記非押付け状態をとらせるようにされていることを特徴とする請求項３に記載の燃料交換機。
【請求項５】
前記自由懸垂状態にある際に前記つかみ具が鉛直軸回りで自由に回転するのを防止する回転止め機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の燃料交換機。
【請求項６】
原子炉の燃料の交換作業を行うために、ある方向に水平走行する走行台車、前記走行台車上で前記走行台車の走行方向と直交する方向に水平走行する横行台車、および前記横行台車に取り付けられた燃料把持部を備え、前記燃料把持部は、伸縮自在に形成された伸縮管、前記燃料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形成されたつかみ具、および前記横行台車から前記つかみ具を懸垂支持する線状体の伸縮で前記つかみ具に昇降動をなさせる昇降装置を含んでいる燃料交換機において、
前記つかみ具を鉛直軸回りで前記伸縮管に対して相対的に回転させるつかみ具回転機構が前記燃料把持部に設けられている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、原子力発電所における原子炉の燃料交換に用いられる燃料交換機に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の原子炉では、原子炉の停止中に行われる定期検査時に、原子炉内の燃料、具体的には燃料集合体の交換を行っている。その燃料交換作業では、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】
こうした燃料交換作業は、燃料交換機を用いて行われる。燃料交換機は、１つの方向に水平走行する走行台車、この走行台車上で走行台車の走行方向と直交する方向に水平走行する横行台車、およびこの横行台車に取り付けられた燃料把持部を備えており、原子炉の上方の使用済燃料貯蔵プールや原子炉ウェルプールなどをまたぐように設置されている。
【０００４】
その燃料把持部は、伸縮管、つかみ具、および昇降装置を備えている。伸縮管は、つかみ具で把持した燃料集合体を原子炉ウェルプールや使用済燃料貯蔵プールに貯水の水中で移動させる動作を行う場合の水の抵抗に耐えることができるようにするための要素であり、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ている。つかみ具は、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構造に形成されており、伸縮管の先端に取り付けられている。昇降装置は、懸垂支持用の線状体としてワイヤロープを備えるとともに、ワイヤロープの伸縮を行わせる伸縮手段としてウインチを備え、そしてそのワイヤロープで横行台車からつかみ具を懸垂支持しており、ウインチによる巻取りや繰出しによるワイヤロープの伸縮でつかみ具に昇降動をなさせるとともに、その昇降動に伴う伸縮管の伸縮をなさせるようにされている。
【０００５】
このような燃料交換機による燃料集合体の交換や配置換えの作業は、走行台車と横行台車それぞれの走行の組合せにより燃料把持部のつかみ具を必要位置に位置決めさせながら行われる。具体的には、原子炉から燃料集合体を取り出す作業の場合、以下のように進められる。まず、原子炉の上蓋を開け、走行台車の走行で燃料交換機を原子炉ウェルプール位置に移動させる。次いで、走行台車や横行台車の走行で燃料把持部のつかみ具を取出し対象の使用済燃料集合体の真上に位置決めさせ、その位置決め状態で伸縮管を伸ばして使用済燃料集合体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集合体を原子炉から取り出した後、燃料交換機を使用済燃料貯蔵プール位置に移動する。そして、走行台車や横行台車の走行で使用済燃料集合体を使用済燃料貯蔵プールにおける貯蔵ラックのいずれかの真上に位置決めさせ、その位置決め状態で再び伸縮管を伸ばして使用済燃料集合体を貯蔵ラック内に下すとともに、つかみ具から使用済燃料集合体を開放して貯蔵ラックに貯蔵する。また配置換え作業の場合、以下のように進められる。まず、走行台車や横行台車の走行で燃料把持部のつかみ具を配置換え対象の燃料集合体の真上に位置決めさせ、その位置決め状態で伸縮管を伸ばして燃料集合体をつかみ具で把持する。それから、伸縮管を縮めて燃料集合体をその装荷位置から取り出した後、当該燃料集合体を走行台車や横行台車の走行で移動先の装荷位置の直上に位置決めさせ、その位置決め状態で伸縮管を再び伸ばして燃料集合体を移動先の装荷位置に下すとともに、つかみ具から燃料集合体を開放して当該装荷位置に装荷する。
【０００６】
以上のような燃料交換機については、例えば特許文献１〜特許文献５に開示の例が知られている。
【０００７】
【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２００２−７１８７９号公報
【特許文献４】特開２００２−８２１９３号公報
【特許文献５】特開２０００−１９２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のような燃料交換機による燃料集合体の交換作業は、燃料交換機の動作を遠隔的に制御する自動運転で行われる。そしてその遠隔自動運転では、走行台車と横行台車の位置に基づいて伸縮管の先端におけるつかみ具の位置を推定することになり、その位置推定には、ミリメートルオーダーの精度が求められる。そのため走行台車や横行台車あるいはそれらが走行するレール、さらに燃料把持部の伸縮管などには、十分な剛性と精度を確保することが求められることになる。
【０００９】
こうした高剛性・高精度要求は、燃料交換機のコスト面で大きな負担となっている。例えば伸縮管の場合、つかみ具の垂直方向での位置決めにも関与し、その垂直方向位置決めにおける伸縮管の伸縮長さは、十数メートルに達するのが通常で、原子炉圧力容器の深さが深くなると、その伸縮長さはさらに長くなる。こうした伸縮管には、伸縮管がつかみ具の位置を規定していることから、十数メートルあるいはそれ以上という長さにあって、高い真直性、つまり伸縮管の中心線が鉛直線に一致する状態を安定的に維持することが求められる。また伸縮管には、伸縮を繰り返すなかでも高い真直性を安定的に維持することが求められる。このことは伸縮管に対する高剛性・高精度要求を特に大きくする。そのため伸縮管は、きわめて特殊な加工法により製作する必要があり、このことが大きなコスト負担をもたらし、結果として燃料交換機の製造コスト上昇の大きな要因となっている。
【００１０】
以上が伸縮管などに対する高剛性・高精度要求に起因した燃料交換機の製造コスト問題であるが、この他にも従来の燃料交換機には、製造コスト問題がある。それは、つかみ具の向きやつかみ具で把持した燃料集合体の向きを調整する向き合せ機構に関するものである。燃料交換などの作業においては、つかみ具やつかみ具で把持した燃料集合体の向きを調整する向き合せのためにつかみ具を鉛直軸周りに回転させる必要がある。これについて、従来の燃料交換機では、伸縮管ごとつかみ具を回転させるようにした向き合せ機構を用いている。このためその向き合せ機構が大がかりなものとなり、その結果として燃料把持部の重量の増大を招いている。そして燃料把持部の重量増大は、走行台車や横行台車の負担増大をもたらし、そのことが走行台車や横行台車あるいはそれらが走行するレールに対する高剛性・高精度要求をさらに厳しいものとし、燃料交換機の製造コストをさらに押し上げる結果を招いている。
【００１１】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、伸縮管とつかみ具を含んでなる燃料把持部を備えた燃料交換機について、その製造コストの低減を可能とする構造を実現することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述のように、燃料交換機におけるコスト問題には、高剛性・高精度要求に起因するもの、特に燃料把持部における伸縮管の高剛性・高精度要求に起因するものと、向き合せ機構に起因するものがある。
【００１３】
本発明では、伸縮管の高剛性・高精度要求問題に起因するコスト問題を解決するについて、伸縮管に精度的なラフ性、具体的には伸縮管の真直性についてのラフ性を許容するという考え方を採っている。伸縮管に高剛性・高精度が求められるのは、走行台車と横行台車の走行でつかみ具を燃料集合体などに対して位置決めさせるについて、伸縮管を介してつかみ具の位置決めを行わせる、つまり伸縮管が高い剛性によってつかみ具を拘束している状態下でつかみ具に位置決めを行わせるからである。このことは次のように言い換えることができる。すなわちつかみ具を拘束している伸縮管を基準にしてつかみ具の位置を推定しており、そのために伸縮管に高い真直性があってその中心軸が鉛直であり、その鉛直な中心軸上につかみ具の中心軸があるということを前提にしてかみ具の位置を推定することになるが故に、伸縮管に高剛性・高精度が求められることになる。したがって伸縮管による拘束を受けた状態ではつかみ具の中心軸が伸縮管の中心軸（これは鉛直である場合もあれば、そうでない場合もある）上にあることを必要としない構造を実現できれば、伸縮管に対する高剛性・高精度要求のレベルを下げることが可能となる。つまり伸縮管に精度的なラフ性を許容することができる。
【００１４】
次に、伸縮管に精度的なラフ性を許容した上で、最終的なつかみ具の位置決めを高精度で行えるようにするのにはどのようにするかであるが、これについては、必要時に伸縮管による拘束からつかみ具を開放することで、つかみ具を自由懸垂状態、つまり重力の作用を自由に受けることのできる懸垂状態にし、この自由懸垂状態における重力の作用を利用してつかみ具の中心軸を鉛直軸（これは、走行台車と横行台車の走行によるつかみ具の位置決めの際に基準とした基準点から下りる鉛直軸）上に重ならせるようにする。このようにすることにより、伸縮管による拘束を受けた状態ではつかみ具の中心軸が鉛直軸上にある必要がなくなり、したがって伸縮管に精度的なラフ性を許容することができる。
【００１５】
本発明は、以上のような考え方で伸縮管に関するコスト問題を解決するものである。具体的には、原子炉の燃料の交換作業を行うために、ある方向に水平走行する走行台車、前記走行台車上で前記走行台車の走行方向と直交する方向に水平走行する横行台車、および前記横行台車に取り付けられた燃料把持部を備え、前記燃料把持部は、伸縮自在に形成された伸縮管、前記燃料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形成されたつかみ具、および前記横行台車から前記つかみ具を懸垂支持する線状体の伸縮で前記つかみ具に昇降動をなさせる昇降装置を含んでいる燃料交換機において、前記つかみ具は、前記伸縮管により拘束された拘束状態と前記伸縮管による拘束から開放されて前記線状体により自由状態に懸垂される自由懸垂状態を選択的にとれるようにされていることを特徴としている。
【００１６】
このような本発明による燃料交換機では、例えば原子炉から燃料集合体を取り出す場合であれば、例えば横行台車による伸縮管の懸垂支持における支持中心を基準点として、走行台車と横行台車の走行により燃料把持部を取出し対象の使用済燃料集合体の真上に位置決めさせ、それからつかみ具を拘束状態としたままで伸縮管を伸ばしてつかみ具を使用済燃料集合体の把持が可能な位置まで下降させる。この状態では、伸縮管が十分に真直でないと、この非真直な伸縮管に拘束されたつかみ具はその中心軸が前記基準点からの鉛直線上にない状態にある。つまりそのままではつかみ具で使用済燃料集合体を把持し損ねるおそれのある状態にある。この状態でつかみ具を自由懸垂状態にすると、その自由懸垂状態における重力の作用によりつかみ具の中心軸を前記鉛直線上に来させることができ、つかみ具で使用済燃料集合体を把持できるようになる。すなわち本発明による燃料交換機では、伸縮管が真直でない場合でも遠隔自動運転による燃料の交換作業を容易に行うことができるようになり、したがって伸縮管に精度的なラフ性を許容でき、伸縮管の高剛性・高精度要求問題に起因するコスト問題を解決することが可能となる。
【００１７】
上記のような燃料交換機については、前記つかみ具と前記伸縮管の間にクランプ機構を介在させ、このクランプ機構を動作させることにより前記拘束状態と前記自由懸垂状態を選択的にとれるようにするのが好ましい形態の１つである。このような形態によれば、つかみ具に拘束状態と自由懸垂状態をとらせるための機構を簡易なもので済ませることができる。
【００１８】
また上記のような燃料交換機におけるクランプ機構は、前記つかみ具と前記伸縮管の間に介在するクランプ体を備えるとともに、前記クランプ体に、前記伸縮管の内側面に押し付けられた状態である押付け状態と前記伸縮管の内側面から離れた状態である非押付け状態を選択的にとらせるクランプ駆動手段を備え、前記クランプ体の押付け状態により前記拘束状態とし、前記クランプ体の非押付け状態により前記自由懸垂状態とするような機構とするのが好ましい形態の１つである。このような形態によれば、クランプ機構を簡易なもので済ませることができる。
【００１９】
また上記のような燃料交換機におけるクランプ機構のクランプ駆動手段は、錐体状に形成されたこま、このこまに上下方向で貫通するように螺合するねじ部材、およびこのねじ部材を回転駆動するモータを備え、前記モータによる前記ねじ部材の回転駆動で前記こまに上下方向で進退動を行わせ、このこまの進退動により前記クランプ体を横方向に移動させることで前記押付け状態と前記非押付け状態をとらせるような構成とするのが好ましい形態の１つである。このような形態によれば、クランプ駆動手段を簡易なもので済ませることができる。
【００２０】
また上記のような燃料交換機については、前記つかみ具が前記自由懸垂状態にある際に、前記つかみ具が鉛直軸回りに回転するのを防止する回転止め機構を設けるのが好ましい。このようにすることにより、自由懸垂状態でのつかみ具の向きの調整を行い易くなる。
【００２１】
また本発明では、向き合せ機構に起因するコスト問題を解決するについて、つかみ具を伸縮管とは独立に回転させ、つかみ具に比べて質量が格段に大きい伸縮管の回転を不要にすることで、向き合せ機構の簡素化を図り、これによりコスト増大要因を減らすようにしている。
【００２２】
具体的には、原子炉の燃料の交換作業を行うために、ある方向に水平走行する走行台車、前記走行台車上で前記走行台車の走行方向と直交する方向に水平走行する横行台車、および前記横行台車に取り付けられた燃料把持部を備え、前記燃料把持部は、伸縮自在に形成された伸縮管、前記燃料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形成されたつかみ具、および前記横行台車から前記つかみ具を懸垂支持する線状体の伸縮で前記つかみ具に昇降動をなさせる昇降装置を含んでいる燃料交換機において、前記つかみ具を鉛直軸回りで前記伸縮管に対して相対的に回転させるつかみ具回転機構が前記燃料把持部に設けられていることを特徴としている。
【００２３】
このような燃料交換機では、つかみ具回転機構が向き合せ機構となる。そしてそのつかみ具回転機構は、つかみ具やつかみ具が把持している燃料集合体の向き合せをなすについて、つかみ具だけを回転させるだけで済む。このためつかみ具回転機構は、簡素なもので済み、コスト増大要因を減らすことができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のような本発明によれば、伸縮管とつかみ具を含んでなる燃料把持部を備えた燃料交換機について、その製造コストの低減を可能とする構造を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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交換機の全体構成を示す。本実施形態の燃料交換機１は、走行台車２、横行台車３および燃料把持部４を備えている。
【００２６】
走行台車２は、放射線遮蔽のための水が張られた原子炉ウエルプール５とこれに隣接して設けられた使用済燃料貯蔵プール６の両側で平行にして設置された２本の走行レール７上で原子炉ウェルプール５と使用済燃料貯蔵プール６をまたぐように水平走行することで、水平面内の１つの方向（以下、Ｘ方向と呼ぶ）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。
【００２７】
横行台車３は、走行レール７と直交する方向で平行になるようにして走行台車２の上に設置された２本の横行レール８上を走行することで、水平面内の上記Ｘ方向と直交するＹ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。
【００２８】
燃料把持部４は、伸縮管１１とつかみ具１２を備え、横行台車３に懸垂状態で取り付けられており、走行台車２のＸ方向走行と横行台車３のＹ方向走行の組合せにより原子炉ウェルプール５と使用済燃料貯蔵プール６の上方における水平面内の任意の位置に位置決めできるようにされている。
【００２９】
伸縮管１１は、図２に示すように、金属管を用いて径が順に細くなるように形成された複数のマスト１３ａ、１３ｂ、１３ｃをテレスコピック式に組み合わせて伸縮自在となる構造とされ、その基端部において横行台車３に懸垂支持部（図示を省略）を介して懸垂支持されている。このような伸縮管１１の伸縮動作は、伸縮操作装置１５が行わせる。伸縮操作装置１５は、伸縮管１１の最下部のマスト１３ｃに接続する線状体であるワイヤロープ１６とこのワイヤロープ１６の実効長さを巻取りと繰出しで伸縮させる伸縮手段であるウインチ１７からなる。したがって伸縮管１１は、ワイヤロープ１６の伸縮に応じて任意の伸縮状態をとることができ、ワイヤロープ１６の実効長さを最長にすれば、図２（ａ）のように最大に伸びた状態となり、ワイヤロープ１６の実効長さを最短にすれば図２（ｂ）のように最小に縮んだ状態となる。
【００３０】
つかみ具１２は、懸垂体１８とつかみ具本体１９からなる。懸垂体１８は、後述のクランプ機構２１（図３）によるクランプ作用を受けるクランプ受け部であり、例えば金属管を用いて筒構造に形成されている。つかみ具本体１９は、燃料集合体の把持動作を行う要素であり、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構造に形成されており、懸垂体１８の先端に取り付けられている。
【００３１】
こうしたつかみ具１２は、昇降装置２２により昇降動を行えるようにされている。昇降装置２２は、線状体であるワイヤロープ２３ａ、２３ｂとこれらワイヤロープ２３ａ、２３ｂそれぞれの実効長さを巻取りと繰出しで伸縮させる伸縮手段であるウインチ２４ａ、２４ｂからなり、そのワイヤロープ２３ａ、２３ｂが懸垂体１８を懸垂支持している。したがってつかみ具１２は、ワイヤロープ２３ａ、２３ｂの伸縮に応じて任意の昇降状態をとることができ、ワイヤロープ２３ａ、２３ｂの実効長さを最長にすれば、図２（ａ）のように最も下降した状態となり、ワイヤロープ２３ａ、２３ｂの実効長さを最短にすれば図２（ｂ）のように最も上昇した状態となる。ここで、ワイヤロープ２３ａ、２３ｂによるつかみ具１２の懸垂支持は、その懸垂支持中心が横行台車３による伸縮管１１の懸垂支持における支持中心と一致するようにしてなされている。またつかみ具１２の昇降と伸縮管１１の伸縮は同調するようにされている。つまりウインチ１７とウインチ２４ａ、２４ｂは常に同じタイミングと速度で巻取りや繰出し動作をなすようにされている。
【００３２】
以上のようなつかみ具１２は、図３に示すように、クランプ機構２１により拘束状態と自由懸垂状態を選択的にとれるようにされ、またつかみ具回転機構２６によりつかみ具本体１９を伸縮管１１に対して相対的に鉛直軸回りで回転させることができるようにされ、さらに自由懸垂状態にある際に回転止め機構２７（図５参照）により鉛直軸回りでの自由回転を防止できるようにされている。ここで、拘束状態とは、つかみ具１２が伸縮管１１のマスト１３ｃにより拘束された状態であり、自由懸垂状態とは、マスト１３ｃによる拘束から開放されてワイヤロープ２３、２３により自由状態に懸垂される状態である。以下、これらクランプ機構２１、つかみ具回転機構２６、回転止め機構２７のそれぞれについて順に説明する。
【００３３】
まずクランプ機構２１について説明する。クランプ機構２１は、図３と図４に示すように、複数のクランプ金具３１とこれらクランプ金具３１を駆動するクランプ駆動手段３２を備えている。なお、図３は、燃料把持部の要部を縦方向に断面した状態で簡略化し示しており、図４（ａ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面であり、図４（ｂ）は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面である。
【００３４】
クランプ金具３１は、クランプ体であり、金属材などを用いてブロック状に形成され、つかみ具１２の懸垂体１８と伸縮管１１のマスト１３ｃの間に介在させられている。より具体的にいうと、クランプ金具３１は、懸垂体１８の側面を貫通するようにして設けられ、図示を省略してあるガイド部材によるガイドを受けつつクランプ駆動手段３２による後述のような駆動力で懸垂体１８の半径方向で進退動を行い、その進退動でマスト１３ｃの内側面に押し付けられた状態である押付け状態（図３（ｂ）の状態）とマスト１３ｃの内側面から離れた状態である非押付け状態（図３（ａ）の状態）を選択的にとれるようにされ、また図示を省略してあるばねなどの付勢手段によりにマスト１３ｃの内側面から離れる方向に向けて常時的に付勢されている。こうしたクランプ金具３１は、図の例の場合、８個設けられており、そのうちの４個ずつが同一の水平面上で放射状に配置されてクランプグループ３１ｇとなるようにされている。つまり８個のクランプ金具３１は、２組のクランプグループ３１ｇを形成するようにして設けられている。
【００３５】
クランプ駆動手段３２は、懸垂体１８の内部で懸垂体１８に固定した状態にして設けられた駆動モータ３３、駆動モータ３３の出力軸に接続されたねじ部材であるボールねじ３４、およびボールねじ３４に螺合するこま３５を含んでいる。こま３５は、例えば切頭正方錐あるいは切頭円錐などの錐体状に形成されており、２組のクランプグループ３１ｇのそれぞれについて設けられ、その錐体面に対してクランプグループ３１ｇにおける放射状配置の４個のクランプ金具３１が上記付勢手段による付勢力で押接する状態にして設けられている。
【００３６】
したがって駆動モータ３３によりボールねじ３４が回転させられると、こま３５が上下方向で前進（上昇）または後退（下降）する。そしてこま３５が上昇すれば、その錐体面に押されてクランプグループ３１ｇにおける各クランプ金具３１が懸垂体１８の半径方向でマスト１３ｃの内側面に向けて前進し、それにより各クランプ金具３１がマスト１３ｃの内側面に押し付けられた状態である押付け状態をとり、この押付け状態によりつかみ具１２が伸縮管１１のマスト１３ｃにより拘束された拘束状態となる。一方、こま３５が下降すれば、その錐体面による押圧が解除され、それに応じて付勢手段による付勢力でクランプグループ３１ｇにおける各クランプ金具３１が懸垂体１８の半径方向で後退してマスト１３ｃの内側面から離れた状態である非押付け状態をとり、この非押付け状態によりつかみ具１２が伸縮管１１のマスト１３ｃによる拘束から開放されてワイヤロープ２３、２３により自由状態に懸垂される自由懸垂状態となる。ここで、以上のようなクランプ機構２１の動作は、つかみ具１２に振動を与えることがないような速度で行わせることが望ましい。
【００３７】
次に、つかみ具回転機構２６について説明する。つかみ具回転機構２６は、つかみ具１２による燃料集合体の把持やその開放に際して必要な向き合せをつかみ具１２に行わせるのに機能する向き合せ機構であり、つかみ具１２におけるつかみ具本体１９を鉛直軸回りで伸縮管１１に対して相対的に回転させる、つまりつかみ具本体１９を単独に鉛直軸回りで回転させることができるように構成される。具体的には、懸垂体１８の内部に固定して設けたつかみ具回転モータ３６の出力軸につかみ具本体１９を接続した構成とされている。このようなつかみ具回転機構２６では、つかみ具回転モータ３６を作動させると、つかみ具本体１９を単独に鉛直軸周りで回転させることができ、これによりつかみ具本体１９やつかみ具本体１９が把持している燃料集合体の向きを自由に調整することができる。つまり、つかみ具本体１９の向きを把持しようとする燃料集合体のハンドルの向きに合せたり、つかみ具本体１９が把持している燃料集合体の向きを例えば使用済燃料貯蔵プールにおける貯蔵ラックに合せたりすることが自由に行える。
【００３８】
以上のようにつかみ具回転機構２６は、燃料集合体の把持やその開放に際して必要な向き合せをつかみ具本体１９の単独回転だけで可能とする。このため伸縮管１１の全体を回転させて向き合せを行う従来の向き合せ機構に比べて、大幅に小型化することができ、燃料交換機全体の軽量化を図ることが可能となる。
【００３９】
次に、回転止め機構２７について説明する。回転止め機構２７は、自由懸垂状態にあるつかみ具１２が鉛直軸回りで自由に回転するのを伸縮管１１により規制して防止する一方で、つかみ具１２の自由懸垂状態を保証するための伸縮管１１に対するつかみ具１２の相対的な横振れは許容するように機能する。このように機能する回転止め機構２７は、図３と図５に示すように、つかみ具１２の基端部つまり懸垂体１８の基端部に設けられており、ワイヤロープ接続部３７、回転拘束板３８、およびガイド部３９を含んでいる。なお、図５は、図３（ａ）のＣ−Ｃ断面を図３（ａ）中の矢印の方向から見た状態を示している。
【００４０】
ワイヤロープ接続部３７は、つかみ具１２の懸垂支持用の線状体であるワイヤロープ２３が接続される線状体接続部であり、両側に摺接面４１を有したブロック状に形成され、懸垂体１８の基端部に固定されている。
【００４１】
回転拘束板３８は、ワイヤロープ接続部３７が鉛直軸回りで自由に回転するのを拘束する回転拘束部で、長方形の板状に形成されており、細長い嵌合孔４２が設けられている。そしてその嵌合孔４２にワイヤロープ接続部３７がその摺接面４１を摺接させるようにして嵌め合わされており、この嵌め合せによりワイヤロープ接続部３７は、鉛直軸回りでの自由回転を回転拘束板３８にて拘束される一方で、１つの方向（図５における左右方向である嵌合孔４２の長手方向）について自由に直動変位可能とされ、この自由直動変位によりつかみ具１２の伸縮管１１に対する一つの方向での相対的な横振れを許容するようにされている。
【００４２】
ガイド部３９は、細長いブロック状に形成され、互いに対向するようにして１対にして設けられ、それぞれがマスト１３ｃに形成のリブ４３を介してマスト１３ｃに固定されている。このガイド部３９は、回転拘束板３８を他の１つの方向（図５における上下方向）での直動変位のみが可能となるようにガイドするように支持している。つまり回転拘束板３８は、ガイド部３９により回転拘束板３８の自由変位方向と直交する方向にのみ自由に直動変位可能とされ、この自由直動変位によりつかみ具１２の伸縮管１１に対する他の一つの方向での相対的な横振れを許容するようにされている。
【００４３】
以上のように回転止め機構２７は、つかみ具１２に横振れを許容することでつかみ具１２の自由懸垂状態を保証する一方で、つかみ具１２が自由懸垂時に鉛直軸回りで自由に回転するのを防止することができる。したがって後述のようにして自由懸垂状態における重力の作用を利用してつかみ具１２の中心軸を鉛直軸に重ならせた状態でつかみ具回転機構２６によりつかみ具本体１９の向き合せをなす際のその向き合せを高い精度で行うことができるようになる。
【００４４】
以下では、以上のような燃料交換機１による燃料交換作業の例について説明する。図６に示すのは、原子炉における燃料集合体の配置換えの作業、つまり炉心に装荷されている複数の燃料集合体Ｆから特定の燃料集合体Ｆａを取り出し、その燃料集合体Ｆａを燃料集合体未装荷の移動先Ｖに再度装荷する作業における経時的な燃料交換機１の動作の様子である。
【００４５】
図６（ａ）は作業開始前の様子であり、この時点では燃料交換機１は燃料把持部４のつかみ具１２を燃料集合体Ｆａに対して位置決めさせておらず、またつかみ具１２は図３のクランプ機構２１を介して伸縮管１１に拘束された状態にある。
【００４６】
作業が開始されると、まず燃料交換機１は走行台車２と横行台車３を走行させて、つかみ具１２を目標の燃料集合体Ｆａの真上に来させるように水平方向の位置合せを行う。またこの水平方向の位置決めと同時に伸縮管１１を伸ばし、つかみ具１２を燃料集合体Ｆａの直近の真上に位置させる。さらに、必要に応じて図３のつかみ具回転機構２６を作動させてつかみ具１２を回転させることでその向きを燃料集合体Ｆａの向きに合せる。この際、図３の懸垂体１８は回転止め機構２７により伸縮管１１に拘束されているために回転変位せず、つかみ具１２のみが回転変位する。この時点の様子を図示したのが図６（ｂ）である。ここで、走行台車２と横行台車３の走行によるつかみ具１２の水平方向の位置決めは、例えば伸縮管１１の基端部における中心点（これは、横行台車３による伸縮管１１の懸垂支持における支持中心でもある）を基準点にして横行台車３の位置を制御することで行われる。より具体的には、伸縮管１１の基端部中心点からの鉛直線を燃料集合体Ｆａの直上に位置させるように横行台車３の位置を制御することで行われる。
【００４７】
以上のような水平方向の位置決めがなされた状態で、伸縮管１１の真直度が十分に高くない場合、図７（ａ）に示すように、伸縮管１１の基端部中心点、つまりつかみ具１２の水平方向の位置決めにおける基準点Ｓは燃料集合体Ｆａの真上に位置しているものの、真直でない伸縮管１１に拘束されているつかみ具１２はその中心軸Ｃが燃料集合体Ｆａの真上から外れている、つまりつかみ具１２の中心軸Ｃが基準点Ｓからの鉛直線Ｐから外れた状態にあり、このまま燃料集合体Ｆａの把持を行わせると、把持し損ねるおそれがある。
【００４８】
そこで、燃料集合体Ｆａの把持に先立ってクランプ機構２１を作動させることでつかみ具１２を伸縮管１１による拘束から開放して自由懸垂状態にする。図７（ａ）の状態で図３のクランプ機構２１を作動させてつかみ具１２を自由懸垂状態にすると、図７（ｂ）に示すようになる。すなわちつかみ具１２は、上述のようにその懸垂支持中心が横行台車３による伸縮管１１の懸垂支持における支持中心、つまり基準点Ｓと一致するようにされているので、重力の作用を受けることによりその中心軸Ｃを鉛直線Ｐに重ならせるようになり、これにより、伸縮管１１に十分な真直がない場合でも、つかみ具１２による燃料集合体Ｆａの把持を容易に行うことが可能な状態へのつかみ具１２の最終的な位置決めを実現できる。
【００４９】
以上のようにして、つかみ具１２の水平方向についての高精度な最終位置決めがなされたら、図６（ｃ）に示すように、つかみ具１２を自由懸垂状態にしたままさらに伸縮管１１を伸ばすとともにつかみ具１２を下降させ、つかみ具１２が燃料集合体Ｆａのハンドルを把持可能な高さ位置につかみ具１２を位置させ、それから燃料集合体Ｆａを把持する。
【００５０】
つかみ具１２が燃料集合体Ｆａを把持したら、つかみ具１２を自由懸垂状態にしたまま伸縮管１１を縮めるとともにつかみ具１２を引き上げて燃料集合体Ｆａを装荷位置から引き抜く。この際の伸縮管１１を縮め量とつかみ具１２を引き上げ量は、燃料集合体Ｆａを装荷位置から完全に引き抜くのに必要最小限の範囲とする。燃料集合体Ｆａを引き抜き終わったら、図３のクランプ機構２１を作動させてつかみ具１２を拘束状態にする。その後、必要に応じて移動先Ｖにおける適正な挿入方向に燃料集合体Ｆａの向きを合せるために、図３のつかみ具回転機構２６を作動させてつかみ具１２が把持している燃料集合体Ｆａの向きを調整する。この時点の様子を図示したのが図６（ｄ）である。
【００５１】
次に、走行台車２と横行台車３を走行させて、つかみ具１２が把持している燃料集合体Ｆａを移動先Ｖの真上に来させるように水平方向の位置決めを行い、この位置決め動作で燃料集合体Ｆａに生じた振動が収まるのを待つ。燃料集合体Ｆａの振動が収まったら、再びつかみ具１２を自由懸垂状態にする。ここで、燃料集合体Ｆａは、つかみ具１２に対する相対回転を自由に行える状態でつかみ具１２に把持されている。また燃料集合体Ｆａは、断面形状がほぼ正方形であり、重量バランスもほぼ対称となっている。このためつかみ具１２に把持されている燃料集合体Ｆａは、自由懸垂状態にあるつかみ具１２の中心軸が上述の場合と同様にして鉛直線と一致するのと同様にしてその中心軸を鉛直線と一致させるようになり、この結果、燃料集合体Ｆａの移動先Ｖに対する高い精度での最終的な位置決めが実現される。この時点の様子を図示したのが図６（ｅ）である。
【００５２】
燃料集合体Ｆａの移動先Ｖへの最終的な位置決めがなされたら、次に、つかみ具１２を自由懸垂状態にしたまま伸縮管１１を伸ばすとともにつかみ具１２を下降させることで燃料集合体Ｆａを移動先Ｖに挿入して装荷する。この時点の様子を図示したのが図６（ｆ）である。
【００５３】
以上のように燃料交換機１では、伸縮管１１に曲がりなどがあることで伸縮管１１が十分に真直でない場合でも遠隔自動運転による燃料集合体の交換作業を容易に行うことができるようになる。したがって伸縮管１１に精度的なラフ性を許容でき、それだけ伸縮管１１に対する剛性や精度についての要求レベルを下げることができ、その結果としてコスト低減を図ることが可能となる。
【００５４】
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、つかみ具１２拘束状態と自由懸垂状態を選択的にとらせる構造とつかみ具回転機構２６によりつかみ具１２を単独で回転させて向き合せを行う構造を併せ持つ構成としていたが、これら何れか一方だけを持つ構成とする形態も可能である。また上記実施形態では、伸縮管１１に伸縮動作を行わせるための伸縮操作装置１５を設けるようにしていたが、伸縮操作装置１５は必ずしも必要でなく、省略することもできる。伸縮操作装置１５を省略する場合には、例えば昇降装置２２によるつかみ具１２の昇降動で伸縮管１１に伸縮動作を行わせる構成とすることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一実施形態による燃料交換機の全体構成を示す図である。
【図２】燃料把持部の構成を縦方向に断面した状態で簡略化して示す図である。
【図３】燃料把持部の要部を縦方向に断面した状態で簡略化して示す図である。
【図４】燃料把持部の要部を横方向に断面した状態で簡略化して示す図である。
【図５】回転止め機構の構成を示す図である。
【図６】原子炉における燃料集合体の配置換えの作業の様子を模式化して示す図である。
【図７】つかみ具の拘束状態と自由懸垂状態の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    燃料交換機
２    走行台車
３    横行台車
４    燃料把持部
１１    伸縮管
１２    つかみ具
２１    クランプ機構
２２    昇降装置
２３    ワイヤロープ（線状体）
２６    つかみ具回転機構
２７    回転止め機構
３１    クランプ金具（クランプ体）
３２    クランプ駆動手段
３３    モータ
３４    ボールねじ（ねじ部材）
３５    こま
Ｆ    燃料集合体
【図１】
2008145261.tif 000003
【図２】
2008145261.tif 000004
【図３】
2008145261.tif 000005
【図４】
2008145261.tif 000006
【図５】
2008145261.tif 000007
【図６】
2008145261.tif 000008
【図７】
2008145261.tif 000009