(57)【要約】【課題】溶接チャンバー内不純ガス管理用の酸素・水分分析計に、溶接休止中での空気汚染回避用に放流している高価なヘリウムの浪費に着目し、溶接の再開までは新設配管から低廉なＡｒ等を同上分析計へ切替自在に供給可能とする。【解決手段】燃料棒Ａの従来溶接装置では、制御装置１で燃料棒溶接用配管系２を制御し、ヘリウムガス供給源３から配管でＨｅガスを供給した溶接チャンバー２ａ内にて溶接作業を行う間、当該Ｈｅガスの不純ガス濃度は酸素・水分分析計２Ｂにて管理され、溶接休止時にも供給ヘリウムガス分析配管２ｍからＨｅガスを放流して酸素・水分分析計２Ｂの空気汚染を防止している。本発明では別設の不活性ガス供給源４からＡｒ等安価な減圧不活性ガスＧを、酸素・水分分析計２Ｂに対して、供給ヘリウムガス分析配管２ｍと切替自在に供給できる不活性ガス供給配管４ａを付設する。【選択図】　　　　図１
2004045073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーケンサ等の制御装置と、これにより駆動制御される燃料棒溶接用配管系とからなり、当該燃料棒溶接用配管系が、溶接チャンバーの被覆管シール部に貫設した嵌脱用開口部から嵌入した燃料棒の被覆管と上部端栓とを、溶接チャンバーに着脱自在なるよう貫設した電極保持部の溶接電極により当該溶接チャンバー内にて溶接するようにした溶接用構成部と、この溶接チャンバー内のチャンバーガスを、チャンバーガス分析配管により導入自在とした酸素・水分分析計と、この酸素・水分分析計にヘリウムガス供給源から前記溶接チャンバーの運転休止時にあって、減圧ヘリウムを供給自在とした供給ヘリウムガス分析配管と、同上ヘリウムガス供給源から真空引きされた溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを第１流量調節器により所要多量だけ導入自在とした大流量低圧ヘリウムガス供給配管と、同上ヘリウムガス供給源から同上溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを圧力調整器によって大気圧よりも高い圧力により導入自在とすることで、当該溶接チャンバー内への大気進入を抑止可能なる所定圧力にするための高圧ヘリウムガス供給配管とからなる燃料棒の溶接装置において、前記の酸素・水分分析計に対して、不活性ガス供給源からヘリウムよりも低廉なアルゴン、窒素などの減圧不活性ガスを供給自在とした不活性ガス供給配管が付設されていることを特徴とする燃料棒の溶接装置。
【請求項２】
シーケンサ等の制御装置と、これにより駆動制御される燃料棒溶接用配管系とからなり、当該燃料棒溶接用配管系が、溶接チャンバーの被覆管シール部に貫設した嵌脱用開口部から嵌入した燃料棒の被覆管と上部端栓とを、溶接チャンバーに着脱自在なるよう貫設した電極保持部の溶接電極により当該溶接チャンバー内にて溶接するようにした溶接用構成部と、この溶接チャンバー内のチャンバーガスを、チャンバーガス分析配管により導入自在とした酸素・水分分析計と、この酸素・水分分析計にヘリウムガス供給源から前記溶接チャンバーの運転休止時にあって、減圧ヘリウムを供給自在とした供給ヘリウムガス分析配管と、同上ヘリウムガス供給源から真空引きされた溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを第１流量調節器により所要多量だけ導入自在とした大流量低圧ヘリウムガス供給配管と、同上ヘリウムガス供給源から同上溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを圧力調整器によって大気圧よりも高い圧力により導入自在とすることで、当該溶接チャンバー内への大気進入を抑止可能な所定圧力とするための高圧ヘリウムガス供給配管とからなる燃料棒の溶接装置において、前記の酸素・水分分析計に対して、不活性ガス供給源からヘリウムよりも低廉なアルゴン、窒素などの減圧ガスを供給自在とした不活性ガス供給配管が付設されていると共に、前記したシーケンサ等の制御装置には、溶接チャンバー内のヘリウムガスが、前同チャンバーガス分析配管を介して酸素・水分分析計に流れるまでは、溶接チャンバー内における燃料棒の溶接が始動しないよう構成されたインターロックが設けられていることを特徴とする燃料棒の溶接装置。
【請求項３】
シーケンサ等の制御装置と、これにより駆動制御される燃料棒溶接用配管系とからなり、当該燃料棒溶接用配管系が、溶接チャンバーの被覆管シール部に貫設した嵌脱用開口部から嵌入した燃料棒の被覆管と上部端栓とを、溶接チャンバーに着脱自在なるよう貫設した電極保持部の溶接電極により当該溶接チャンバー内にて溶接するようにした溶接用構成部と、この溶接チャンバー内のチャンバーガスを、チャンバーガス分析配管により導入自在とした酸素・水分分析計と、この酸素・水分分析計にヘリウムガス供給源から前記溶接チャンバーの運転休止時にあって、減圧ヘリウムを供給自在とした供給ヘリウムガス分析配管と、同上ヘリウムガス供給源から真空引きされた溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを第１流量調節器により所要多量だけ導入自在とした大流量低圧ヘリウムガス供給配管と、同上ヘリウムガス供給源から同上溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを圧力調整器によって大気圧よりも高い圧力により導入自在とすることで、当該溶接チャンバー内への大気進入を抑止可能なる所定圧力にするための高圧ヘリウムガス供給配管とからなる燃料棒の溶接装置において、前記のヘリウムガス供給源から溶接チャンバーが外気と連通状態となることによる大気の逆流によって、当該溶接チャンバー内のヘリウムガスが漏出することを阻止するため、この溶接チャンバー内へ前掲ヘリウムガス供給源からの減圧ヘリウムガスを、第２流量調節器により所要少量に制御して導入自在とした小流量低圧ヘリウムガス供給配管が付設されていることを特徴とする燃料棒の溶接装置。
【請求項４】
シーケンサ等の制御装置と、これにより駆動制御される燃料棒溶接用配管系とからなり、当該燃料棒溶接用配管系が、溶接チャンバーの被覆管シール部に貫設した嵌脱用開口部から嵌入した燃料棒の被覆管と上部端栓とを、溶接チャンバーに着脱自在なるよう貫設した電極保持部の溶接電極により当該溶接チャンバー内にて溶接するようにした溶接用構成部と、この溶接チャンバー内のチャンバーガスを、チャンバーガス分析配管により導入自在とした酸素・水分分析計と、この酸素・水分分析計にヘリウムガス供給源から前記溶接チャンバーの運転休止時にあって、減圧ヘリウムを供給自在とした供給ヘリウムガス分析配管と、同上ヘリウムガス供給源から真空引きされた溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを第１流量調節器により所要多量だけ導入自在とした大流量低圧ヘリウムガス供給配管と、同上ヘリウムガス供給源から同上溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを圧力調整器によって大気圧よりも高い圧力により導入自在とすることで、当該溶接チャンバー内への大気進入を抑止可能なる所定圧力にするための高圧ヘリウムガス供給配管とからなる燃料棒の溶接装置において、上記したヘリウムガス供給源と溶接チャンバーとの間に連設された大流量低圧ヘリウムガス供給配管における第１流量調節器に替えて、自動流量調節器を介設することにより大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管を形成し、当該自動流量調節器の流量を前記制御装置による電気信号により調節することで、前記した大流量低圧ヘリウムガスを真空引き後の溶接チャンバー内へ導入する状態と、溶接チャンバーが外気と連通状態となることによる大気の逆流によって、当該溶接チャンバー内へ小流量低圧ヘリウムガスが導入する状態とに夫々切り替え自在となるようにしたことを特徴とする燃料棒の溶接装置。
【請求項５】
シーケンサ等の制御装置と、これにより駆動制御される燃料棒溶接用配管系とからなり、当該燃料棒溶接用配管系が、溶接チャンバーの被覆管シール部に貫設した嵌脱用開口部から嵌入した燃料棒の被覆管と上部端栓とを、溶接チャンバーに着脱自在なるよう貫設した電極保持部の溶接電極により当該溶接チャンバー内にて溶接するようにした溶接用構成部と、この溶接チャンバー内のチャンバーガスを、チャンバーガス分析配管により導入自在とした酸素・水分分析計と、この酸素・水分分析計にヘリウムガス供給源から前記溶接チャンバーの運転休止時にあって、減圧ヘリウムを供給自在とした供給ヘリウムガス分析配管と、同上ヘリウムガス供給源から真空引きされた溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを第１流量調節器により所要多量だけ導入自在とした大流量低圧ヘリウムガス供給配管と、同上ヘリウムガス供給源から同上溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを圧力調整器によって大気圧よりも高い圧力により導入自在とすることで、当該溶接チャンバー内への大気進入を抑止可能なる所定圧力にするための高圧ヘリウムガス供給配管とからなる燃料棒の溶接装置において、上記したヘリウムガス供給源と溶接チャンバーとの間に連設された大流量低圧ヘリウムガス供給配管における第１流量調節器に替えて、自動流量調節器を介設することにより大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管を形成し、当該自動流量調節器の流量を前記制御装置による電気信号により調節することで、前記した大流量低圧ヘリウムガスを真空引き後の溶接チャンバー内へ導入する状態と、溶接チャンバーが外気と連通状態となることによる大気の逆流によって、当該溶接チャンバー内へ小流量低圧ヘリウムガスが導入する状態とに夫々切り替え自在となるようにし、前記の酸素・水分分析計に対して、不活性ガス供給源からヘリウムよりも低廉なアルゴン、窒素などの減圧不活性ガスを供給自在とした不活性ガス供給配管が付設されていることを特徴とする燃料棒の溶接装置。
【請求項６】
溶接チャンバー内のヘリウムガス圧力を、圧力センサーにより圧力値としての電気信号としてシーケンサ等の制御装置に入力させ、当該圧力値として、溶接チャンバー内の所定圧力以上の圧力が所定時間以上継続して得られないときには、当該制御装置が溶接チャンバーからヘリウムガスが漏出していると判断して、ヘリウムガス供給源から溶接チャンバー内へ向けヘリウムガスを供給する配管にあって介設された開閉弁が、自動的に閉成遮断されるようにした請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載した燃料棒の溶接装置。
【請求項７】
シーケンサ等の制御装置と、これにより駆動制御される燃料棒溶接用配管系とからなり、当該燃料棒溶接用配管系が、溶接チャンバーの被覆管シール部に貫設した嵌脱用開口部から嵌入した燃料棒の被覆管と上部端栓とを、溶接チャンバーに着脱自在なるよう貫設した電極保持部の溶接電極により当該溶接チャンバー内にて溶接するようにした溶接用構成部と、この溶接チャンバー内のチャンバーガスを、チャンバーガス分析配管により導入自在とした酸素・水分分析計と、この酸素・水分分析計にヘリウムガス供給源から前記溶接チャンバーの運転休止時にあって、減圧ヘリウムを供給自在とした供給ヘリウムガス分析配管と、同上ヘリウムガス供給源から真空引きされた溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを第１流量調節器により所要多量だけ導入自在とした大流量低圧ヘリウムガス供給配管と、同上ヘリウムガス供給源から同上溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを圧力調整器によって大気圧よりも高い圧力により導入自在とすることで、当該溶接チャンバー内への大気進入を抑止可能なる所定圧力にするための高圧ヘリウムガス供給配管とからなる燃料棒の溶接装置において、溶接チャンバー内のヘリウムガス圧力を、圧力センサーにより圧力値としての電気信号としてシーケンサ等の制御装置に入力させ、当該圧力値として、溶接チャンバー内の所定圧力以上の圧力が所定時間以上継続して得られないときには、当該制御装置が溶接チャンバーからヘリウムガスが漏出していると判断して、ヘリウムガス供給源から溶接チャンバー内へ向け大流量低圧ヘリウムガス供給配管と高圧ヘリウムガス供給配管とを介して、ヘリウムガスを供給する配管にあって介設された開閉弁が、自動的に閉成遮断されるようにしたことを特徴とする燃料棒の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子力発電用などに採択の燃料集合体にあって、これに装設される燃料棒を製造する際、その被覆管に下部端栓を溶接後、二酸化ウランペレットとかＭＯＸペレットそしてプレナムスプリングなどの内挿物を装填し、これを溶接チャンバー内におけるヘリウム等の規定高圧不活性ガス雰囲気中で、被覆管の開口部に上部端栓を嵌合した状態として、その嵌合周縁部を溶接するために用いられる燃料棒溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記従来の燃料棒溶接装置としては図３に開示のものが用いられており、この種のものはシーケンサ等による制御装置１と、これによって駆動制御される燃料棒溶接用配管系２とヘリウムガス供給源３とにより構成されている。
そしてこの燃料棒溶接用配管系２における主要構成部材としての溶接用構成部２Ａは、既知の通り溶接チャンバー２ａの被覆管シール部２ｂに貫設された嵌脱用開口部２ｃから嵌入されることになる燃料棒Ａの被嵌管ａと上部端栓ｂとを、溶接チャンバー２ａ内に着脱自在なるよう貫設される電極保持部２ｄの溶接電極２ｅによって、当該溶接チャンバー２ａ内にて溶接し得るようにしたものである。
なお因みに同図にあって２ｆは端栓軸承部で、被嵌管シール部２ｂが回転することで、被嵌管ａと上部端栓ｂとが圧接して形成された嵌合周縁部Ｂが、溶接電極２ｅにより全周にわたり溶接されることになり、２ｇは前記した電極保持部２ｄを溶接チャンバー２ａに着脱自在なるよう貫設した電極用開口部を示している。
【０００３】
そして上記従来の燃料棒溶接用配管系２には、溶接チャンバー２ａにおけるチャンバーガスＣＧを、チャンバーガス分析配管２ｈによって導入自在とした酸素分析計２ｉと水分分析計２ｊとからなる酸素・水分分析計２Ｂが設けられており、さらに前記したヘリウムガス供給源３からは、減圧器２ｋによる減圧ヘリウムガスＨｅ１が上記した酸素・水分分析計２Ｂへ供給自在である供給ヘリウム分析配管２ｍが配管されている。
さらに同じく上記のヘリウムガス供給源３からは、真空ポンプ２ｎにより真空引きされた溶接チャンバー２ａ内へ、これまた減圧器２ｐによる減圧ヘリウムガスＨｅ２を第１流量調整器２ｑによって、所要多量だけ導入自在として大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒが設けられている。しかも、これまたヘリウムガス供給源３から、同上溶接チャンバー２ａ内へ減圧器２ｓによる減圧ヘリウムガスＨｅ３が、圧力調整器２ｔにより所定圧力に調整して導入自在としてあり、このことにより溶接チャンバー２ａ内へ大気が進入してしまうことを抑止可能とする高圧ヘリウムガス供給配管２ｕが配設されている。
【０００４】
なお図３にあって２ｖは溶接チャンバー２ａ内の不活性ガスを排出自在とした排気管を示し、さらにｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４は前記した制御装置１により作動可能である第１、第２、第３、第４配管切替弁であり、その切替え作動によって、前記したチャンバーガス分析配管２ｈ、供給ヘリウムガス分析配管２ｍ、大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒ、高圧ヘリウムガス供給配管２ｕに関し、これらを適時開路または閉路状態とすることができる。
そして上記従来の溶接装置を用いて燃料棒Ａの前記した溶接を行うには、図３（Ｂ）を参照して下部端栓ｃにて一端を閉塞した被嵌管ａ内に複数のウランペレットｄを装填し、これと前記の上部端栓ｂ間にプレナムスプリングｅを介装した状態にて、前記被覆管シール部２ｂに貫設した嵌脱用開口部２ｃから外気に対し閉封状態にて溶接チャンバー２ａ内へ嵌入する。
そして真空ポンプ２ｎにより抽気した溶接チャンバー２ａ内へ、前記ヘリウム供給源３から大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒを介して減圧ヘリウムガスＨｅ１を供給し、さらに所定圧力のヘリウムガスＨｅ３を調節チャンバー２ａへ供給した後に溶接を行うこととなるが、当該溶接に際して、燃料棒Ａの照射中に不具合が発生することを防止したり、溶接品質を維持するため当然のことながら燃料棒Ａ内に封入するヘリウムである不活性ガスおよび溶接チャンバー２ａ内における溶接雰囲気中の酸素および水分等のガス不純物が、所定濃度以下に管理された状態にて実施される必要がある。
【０００５】
そこで、上記溶接チャンバー２ａ内に封入の不活性ガスＣＧであるヘリウムガスに、どの程度の不純物が含まれているかを分析することが不可欠となり、このため図３（Ａ）に開示の如く酸素分析計２ｉと水分分析計２ｊとを含む酸素・水分分析計２Ｂが前説の如くチャンバーガス分析配管２ｈを介して不純物量を測定分析することになり、このようにして燃料棒Ａ内および溶接チャンバー２ａ内における酸素そして水分等のガス中不純物を、望ましい一定濃度以下となるよう管理しながら前記した嵌合周縁部Ｂの溶接を行うことが不可欠とされている。
【０００６】
また上記の酸素・水分分析計２Ｂに関連して問題となることは、溶接チャンバー２ａが当該溶接装置の稼動休止などの理由により密閉状態でなく外気に連通されているような場合にあっては、前記の酸素・水分分析計２ＢへのチャンバーガスＣＧの供給はなくなるが、当該供給が跡絶えてしまうことになると、大気が酸素・水分分析計２Ｂにおける測定素子内へ入り込んで付着してしまい、この結果当然のことながら不純物分析値が高くなる。
この結果溶接チャンバー２ａを稼動して溶接作業を再開するに際しヘリウムガスを酸素・水分分析計２Ｂへ導入しても、当該測定素子に吸着された大気の影響により、ヘリウムガスの流入が開始されても前記の高不純物分析値から安定した分析値が得られるようになるまでに数時間を要することになり、従って当然この間溶接作業の開始が不能となることから大幅に作業効率が低退することになる。そこでこの大きな難点を解消するため既知の如く前説の供給ヘリウムガス分析配管２ｍによってヘリウムガス供給源３から減圧ヘリウムガスＨｅ１を、溶接作業が断続的な場合にあっても、常時連続して酸素・水分分析計２Ｂの測定素子に対して導入し続けるようにしており、このため不活性ガス中極めて高価なヘリウムガスが、当該溶接作業に全く利用されることなく可成り多量に消費されているのが現況である。
【０００７】
さらに当該従来の溶接装置を使用する際には、前記の如く溶接チャンバー２ａ内を真空ポンプ２ｎにより排気した後、ヘリウムガス供給源から大流量低圧ヘリウム供給配管２ｒを介して減圧ヘリウムガスＨｅ２を導入することで、溶接チャンバー２ａ内の溶接雰囲気を良好にすることになる。
従って当然真空状態の溶接チャンバー２ａに、ヘリウムガスを導入するのであるから、上記減圧ヘリウムガスＨｅ２の流量を大きくしないと、当該ガス置換に時間がかかってしまうことになることから、実際上も減圧ヘリウムガスＨｅ２の流量は第１流量調整器２ｑによって３０〜５０Ｌ／ｍｉｎといった流量に設定するようにしている。
【０００８】
ところが、この種の溶接装置では例えば燃料棒Ａの溶接が完了し、これを溶接チャンバー２ａから引き出した後、新規の燃料棒ａを装填して溶接を行うことになるから、この際被覆管シール部２ｂの嵌脱用開口部２ｇが大気と連通状態となる。
この結果当然のことながら、大気が溶接チャンバー２ａに進入して溶接箇所の酸化といった重大な不具合を発生することから、当該溶接チャンバー２ａ内に大気圧よりも実際上０．０３〜０．０５ＭＰａ程度高いヘリウムガスを導入する必要があるが、このために上記した大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒを用いるようにしているのである。この結果既説の通り大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒからは大量の減圧ヘリウムガスＨｅ３が溶接チャンバー２ａへ供給されることになって、嵌脱用開口部２ｃが開口状態となる都度大量の高価なヘリウムガスが大気中へ放流されていることになる。
【０００９】
さらに上記従来の溶接装置によるときは、既知の如く溶接作業の停止期間中などにあっては、溶接チャンバー２ａにおける前記の嵌脱用開口部２ｃとか電圧保持部２ｄを溶接チャンバー２ａから取り外した際に開成される電極用開口部２ｇから、溶接チャンバー２ａ内のヘリウムガスが漏出されないように図示されていない蓋によって封止するようにしている。
しかしながら当該蓋による封止作業が不完全であったりした場合には、溶接チャンバー２ａから気付かぬまま結局は大量に高価なヘリウムガスが漏洩してしまうといった事態が発生することになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の従来溶接装置が有する各種の難点を解消しようとするもので請求項１によるときは、図３（Ａ）により説示した従来の溶接装置における燃料溶接用配管系２に加えて、溶接装置の稼動休止状態にあっては、従来の供給ヘリウムガス分析配管２ｍから酸素・水分分析計２Ｂからヘリウムガスを供給するのでなく、別途付設するようにした不活性ガス供給配管から高価なヘリウムガスではなしに、新規に用意したヘリウムよりも安価なアルゴン、窒素などの不活性ガスを、酸素・水分分析計２Ｂへ供給可能とするのである。
かくして本発明では酸素・水分分析計２Ｂの測定素子を、溶接装置の稼動休止中にあっても安価な不活性ガスの継続送流により外気の付着が阻止されるようにし、溶接の再開時にあって前説の供給ヘリウムガス分析配管２ｍからヘリウムガスの供給を開始すれば、数分程度の短時間内でヘリウムガスの分析値が安定した値となることを可能とし、これにより迅速な溶接作業の再開を保証するとともに、高価なヘリウムの消費量を長期的には大幅に削減可能にしようとするのが、その目的である。
【００１１】
次に請求項２に係る燃料棒の溶接装置にあっては、上説の請求項１における構成に対し、さらに前説のシーケンサ等である制御装置１に、溶接チャンバー２ａ内のヘリウムガスが、チャンバーガス分析配管２ｈを介して酸素・水分分析計２Ｂに流れるまでは、溶接チャンバー２ａ内での溶接棒Ａの溶接が始動しないようにしたインターロックを設けるようにしている。かくして前記の不活性ガス供給配管からＡｒ、Ｎ２が酸素・水分分析計２Ｂに流れている状態では溶接が始動してしまうことがないことを保証し、もって溶接チャンバー２ａ内のヘリウムガスについての酸素・水分に対する濃度管理体制に遺漏なきことを保証しようとしている。
【００１２】
請求項３にあっては前記従来の溶接装置における大流量の減圧ヘリウムガスＨｅ２を溶接チャンバー２ａに供給するための大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒと並列状に、ヘリウムガス供給源３と溶接チャンバー２ａとの間に減圧ヘリウムガスを供給する第２流量調整器を備えた小流量低圧ヘリウムガス供給配管を設けておくのである。
このようにすることで当該請求項３にあっては前記の大流量低圧ヘリウムガス供給配管が、溶接チャンバー２ａ内への減圧ヘリウムガスＨｅ２の可及的速やかな満杯供給を実現すること専用に供し、これとは別に増設した上記の小流量低圧ヘリウムガス供給配管は、溶接チャンバー内へ外気の進入することを抑止するため専用に使用し、かくして当該両目的を一つの大流量低圧ヘリウムガス供給配管のみで兼用しようとする従来の溶接装置による前記した欠陥、すなわちヘリウムガスが溶接チャンバー２ａから無益に放出されてしまう問題を解消しようとしている。
【００１３】
さて次に請求項４の場合には、上記した請求項３と同じ目的を達成しようとしているが、請求項３の如く新規に小流量低圧ヘリウムガス供給配管を増設するのではなく、従来の大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒにおける第１流量調節器に替えて自動流量調節器を採択することで、新規な一つだけの大小流量低圧ヘリウムガス供給配管のみを配設するようにし、かくて上掲の目的だけでなくその配管構成の簡略化をも可能にしようとするのが、その目的である。
【００１４】
さらに請求項５によるときは、上記した請求項４における大流量低圧ヘリウムガス供給配管を設けるようにした構成に、前記した請求項１に係る低廉なアルゴン、窒素などの減圧ガスを供給自在とした不活性ガス供給配管を付設するようにした構成をも付加するようにし、かくして請求項１および請求項４における上掲各課題の解決を可能にしようとしている。
【００１５】
そして請求項６によるときは、上記した請求項１ないし請求項５に係る溶接装置にあって、溶接チャンバー内のヘリウムガス圧力を圧力センサによる圧力値としての電気信号として制御装置１に入力させ、当該圧力値が溶接チャンバー内のチャンバーガスが所定圧力以上に所定時間以上継続して上昇しないときは、当該チャンバーガスに何等かの原因にてガス洩れが生じていると判断し、それ以上のヘリウムガス漏失を阻止するために、ヘリウムガス供給源から溶接チャンバー内へ向けヘリウムガスを供給する配管にあって介設の開閉弁が、自動的に遮断されてしまうようにし、これによって長時間気付くことなく漏失されてしまうヘリウムガスの浪費問題を完全に解消しようとするのが、その目的である。
【００１６】
また請求項７にあっては、上記請求項６では前記請求項１ないし請求項５の構成に対して溶接チャンバー内のヘリウムガス圧力を圧力センサによる圧力値として電気信号として制御装置に入力させるようにしているものに対し、ここでは前説した従来における燃料棒の溶接装置に対して、上記の制御装置に圧力値を入力し、これにより請求項６につき説示した上記の目的を達成しようとしている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため請求項１によるときはシーケンサ等の制御装置と、これにより駆動制御される燃料棒溶接用配管系とからなり、当該燃料棒溶接用配管系が、溶接チャンバーの被覆管シール部に貫設した嵌脱用開口部から嵌入した燃料棒の被覆管と上部端栓とを、溶接チャンバーに着脱自在なるよう貫設した電極保持部の溶接電極により当該溶接チャンバー内にて溶接するようにした溶接用構成部と、この溶接チャンバー内のチャンバーガスを、チャンバーガス分析配管により導入自在とした酸素・水分分析計と、この酸素・水分分析計にヘリウムガス供給源から前記溶接チャンバーの運転休止時にあって、減圧ヘリウムを供給自在とした供給ヘリウムガス分析配管と、同上ヘリウムガス供給源から真空引きされた溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを第１流量調節器により所要多量だけ導入自在とした大流量低圧ヘリウムガス供給配管と、同上ヘリウムガス供給源から同上溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを圧力調整器によって大気圧よりも高い圧力により導入自在とすることで、当該溶接チャンバー内への大気進入を抑止可能なる所定圧力にするための高圧ヘリウムガス供給配管とからなる燃料棒の溶接装置において、前記の酸素・水分分析計に対して、不活性ガス供給源からヘリウムよりも低廉なアルゴン、窒素などの減圧不活性ガスを供給自在とした不活性ガス供給配管が付設されていることを特徴とする燃料棒の溶接装置に係るものである。
【００１８】
次に請求項２にあっては、上記請求項１の構成に加えて、前記したシーケンサ等の制御装置には、溶接チャンバー内のヘリウムガスが、前同チャンバーガス分析配管を介して酸素・水分分析計に流れるまでは、溶接チャンバー内における燃料棒の溶接が始動しないよう構成されたインターロックが設けられていることを特徴としている。
【００１９】
そして請求項３に場合には、これまた同一請求項１に明示した従来の燃料棒溶接装置の構成に対して、前同ヘリウムガス供給源から溶接チャンバーが外気と連通状態となることによる大気の逆流によって、当該溶接チャンバー内のヘリウムガスが漏出することを阻止するため、この溶接チャンバー内へ前掲ヘリウムガス供給源からの減圧ヘリウムガスを、第２流量調節器により所要少量に制御して導入自在とした小流量低圧ヘリウムガス供給配管が付設されていることを、その内容としている。
【００２０】
さらに請求項４では、シーケンサ等の制御装置と、これにより駆動制御される燃料棒溶接用配管系とからなり、当該燃料棒溶接用配管系が、溶接チャンバーの被覆管シール部に貫設した嵌脱用開口部から嵌入した燃料棒の被覆管と上部端栓とを、溶接チャンバーに着脱自在なるよう貫設した電極保持部の溶接電極により当該溶接チャンバー内にて溶接するようにした溶接用構成部と、この溶接チャンバー内のチャンバーガスを、チャンバーガス分析配管により導入自在とした酸素・水分分析計と、この酸素・水分分析計にヘリウムガス供給源から前記溶接チャンバーの運転休止時にあって、減圧ヘリウムを供給自在とした供給ヘリウムガス分析配管と、同上ヘリウムガス供給源から真空引きされた溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを第１流量調節器により所要多量だけ導入自在とした大流量低圧ヘリウムガス供給配管と、同上ヘリウムガス供給源から同上溶接チャンバー内へ減圧ヘリウムを圧力調整器によって大気圧よりも高い圧力により導入自在とすることで、当該溶接チャンバー内への大気進入を抑止可能なる所定圧力にするための高圧ヘリウムガス供給配管とからなる燃料棒の溶接装置において、上記したヘリウムガス供給源と溶接チャンバーとの間に連設された大流量低圧ヘリウムガス供給配管における第１流量調節器に替えて、自動流量調節器を介設することにより大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管を形成し、当該自動流量調節器の流量を前記制御装置による電気信号により調節することで、前記した大流量低圧ヘリウムガスを真空引き後の溶接チャンバー内へ導入する状態と、溶接チャンバーが外気と連通状態となることによる大気の逆流によって、当該溶接チャンバー内へ小流量低圧ヘリウムガスが導入する状態とに夫々切り替え自在となるようにしたことを特徴とする燃料棒の溶接装置を提供しようとしている。
【００２１】
次に請求項５では、上記請求項４の構成に対して、前記の酸素・水分分析計に対して、不活性ガス供給源からヘリウムよりも低廉なアルゴン、窒素などの減圧不活性ガスを供給自在とした不活性ガス供給配管が付設されていることを、その内容としている。
【００２２】
さらに請求項６では、溶接チャンバー内のヘリウムガス圧力を、圧力センサーにより圧力値としての電気信号としてシーケンサ等の制御装置に入力させ、当該圧力値として、溶接チャンバー内の所定圧力以上の圧力が所定時間以上継続して得られないときには、当該制御装置が溶接チャンバーからヘリウムガスが漏出していると判断して、ヘリウムガス供給源から溶接チャンバー内へ向けヘリウムガスを供給する配管にあって介設された開閉弁が、自動的に閉成遮断されるようにした請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載した燃料棒の溶接装置を提供しようとしている。
【００２３】
そして請求項７にあっては、前記した従来の燃料棒溶接装置において、溶接チャンバー内のヘリウムガス圧力を、圧力センサーにより圧力値としての電気信号としてシーケンサ等の制御装置に入力させ、当該圧力値として、溶接チャンバー内の所定圧力以上の圧力が所定時間以上継続して得られないときには、当該制御装置が溶接チャンバーからヘリウムガスが漏出していると判断して、ヘリウムガス供給源から溶接チャンバー内へ向け大流量低圧ヘリウムガス供給配管と高圧ヘリウムガス供給配管とを介して、ヘリウムガスを供給する配管にあって介設された開閉弁が、自動的に閉成遮断されるようにしたことを特徴とする燃料棒の溶接装置を提供しようとしている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に係る発明につき図１を参照して以下詳記すると、図３によって詳細に既説した従来の燃料棒溶接装置に対して、以下の如き構成が付加されている点で相違している。
すなわち、当該請求項１では新規に酸素・水分分析計２Ｂに対して、不活性ガス供給源４からヘリウムよりも低廉であるＡｒ、Ｎ２などの減圧不活性ガスＧを、制御装置１により供給自在とした不活性ガス供給配管４ａが付設されているのである。ここで図１にあって４ｂが不活性ガス供給配管４ａに介設された減圧器で、これにより上記の減圧不活性ガスＧが得られるのであり、ｖ５が第５配管切替弁であって、これを制御装置１によって切り替えることで、酸素・水分分析計２Ｂに対して、当該不活性ガス供給配管４ａと、既説した供給ヘリウムガス分析配管２ｍとの切替えを行い得るようにしてある。
【００２５】
従って上記構成の不活性ガス供給配管４ａを付設することにより、請求項１によるときは、溶接を休止している際にあって従来装置のように前記の如く供給ヘリウムガス分析配管２ｍから減圧ヘリウムガスＨｅ１を酸素・水分分析計２Ｂへ放流し続けることなく、不活性ガス供給配管４ａからＡｒ、Ｎ２等の不活性ガスを供給しておくことが出来るので、酸素・水分分析計２Ｂの測定素子に外気が付着することを抑止することが可能となる。従って高価なヘリウムを、それ本来の用法に供することなしに浪費してしまうことなく、しかもこのＡｒ、Ｎ２等の送流から、供給ヘリウムガス分析配管２ｍからヘリウムガスの送流に切り替えるようにすれば、速やかに酸素・水分分析計２Ｂによるヘリウムガス中の酸素および水分等のガス中不純物を、一定濃度以下に保持しているか否かにつき管理し得ることになる。
【００２６】
次に請求項２について説示すると、ここでは上記した請求項１の内容に対して、さらに前記のシーケンサ等による制御装置１には、溶接チャンバー２ａ内のチャンバーガスＣＧであるヘリウムガスが、上説のチャンバーガス分析配管２ｈを介して酸素・水分分析計２Ｂに流れるまでは、溶接チャンバー２ａ内における溶接が始動してしまうことのないように構成されたインターロックが設けられているのである。
かくして、上記の酸素・水分分析計２ＢによってチャンバーガスＣＧにつき、その不純物濃度が管理されないままで溶接が開始されてしまい、当該溶接の実施によって燃料棒Ａ内における不活性ガスとしてのヘリウムに酸素や水分が導入されることとなり、この結果得られた燃料棒につき、照射中の不具合が発生したり溶接品質が劣化してしまうといったことを完全に防止することができる。
【００２７】
さらに請求項３について詳記すると、当該発明ではこれまた従来の溶接装置に対し以下の構成を付加するようにしている。
すなわち図３との対比により明らかな通り、前記したヘリウムガス供給源３から、溶接チャンバー２ａが外気と連通状態となることによる大気の逆流により、当該溶接チャンバー２ａ内のヘリウムガスが大気中へ漏出してしまうことを阻止するため、この溶接チャンバー２ａ内へ上記のヘリウムガス供給源３からの減圧ヘリウムガスＨｅ４を、第２流量調節器５ａにより所要少量、すなわち前記した大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒから溶接チャンバー２ａ内へ送入される減圧ヘリウムガスＨｅ１に比し、謠かに少量となるよう制御して導入自在とした小流量低圧ヘリウムガス供給配管５ｂが配装付設されているのである。ここで図中５ｃは小流量低圧ヘリウムガス供給配管５ｂに介設された減圧器を示し、図示例にあっては第２配管切替弁ｖ２−第３配管切替弁ｖ３−第６配管切替弁ｖ６−第７配管切替弁ｖ７−第４配管切替弁ｖ４の制御装置１による作動によって、ヘリウムガス供給源３からのヘリウムガスを溶接チャンバー２ａ内へ供給させ得ることになる。
【００２８】
従って請求項３によるときは、従来装置とは違って得その大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒと新規に付設した小流量低圧ヘリウムガス供給配管５ｂとを夫々の需要に応じて使い分けすることができ、この結果溶接チャンバー２ａからヘリウムガスが漏出するといった場合に、大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒから大量のヘリウムガスを溶接チャンバー２ａ内へ供与することで、高価なヘリウムガスを浪費するといった問題を解消することが可能となる。
【００２９】
また請求項４について詳記すると、ここでは上記した請求項３の場合と実質的に同一の目的を達成しようとしているが、その構成については請求項３が新規に小流量低圧ヘリウムガス供給配管５ｂを従来装置に増設するようにしたのに対し、図２に開示の通り一つの大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管６だけで所期の効用を発揮させようとしている。
以下これを詳記するとヘリウムガス供給源３と溶接チャンバー２ａとの間にあって連設された従来溶接装置における大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒの第１流量調節２ｑに替えて、図２に明示した自動流量調節器６ａを介設することにより大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管６を形成するのであり、これにはその前段に減圧器６ｂが介設されている。
【００３０】
そこで請求項４によるときは、上記自動流量調節器６ａの流量を制御装置１による電気信号により調節することで、従来の溶接装置の如く大流量低圧ヘリウムガスを真空引き後の溶接チャンバー２ａ内へ、大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒから減圧ヘリウムガスＨｅ２を導入する状態と、溶接チャンバー２ａが外気と連通状態となることによる大気の逆流によって、溶接チャンバー２ａ内へ小流量低圧ヘリウムガス供給配管５ｂから減圧ヘリウムガスＨｅ４を導入する状態とに、夫々切り替え自在となるようにしていたことを、一つの大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管６の配設のみによって賄い得ることとなる。
【００３１】
次に請求項５について以下詳記すると、ここでは上記した請求項４の構成に対して前記した請求項１の構成を付加したところに、その特徴を具有している。すなわち上記した通りの大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管６と請求項１につき説示した不活性ガス供給配管４ａとを兼備させることによって、ここで詳記するまでもなく一つの大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管６により前説の通り溶接チャンバー２ａに対して、大流量と小流量の低圧ヘリウムガスを選択的に供給し得るだけでなく、不活性ガス供給配管４ａによる安価なＡｒ、Ｎ２などの不活性ガスを、運転休止時にあって酸素・水分分析計２Ｂへ送流させておくことによる大幅な費用削減効果をも発揮させることが可能となる。
【００３２】
さらに請求項６に係る発明につき以下説示すると、ここでは上記して来た通り請求項１ないし請求項５として明示の各構成に対して、夫々以下に詳記する如き付加構成を兼備させるようにしている。
そこで請求項６について図２を参酌することにより、まず請求項４に対して、どのような構成を付加することになるかを説示すると以下の通りである。
すなわち同図の如く溶接チャンバー２ａ内におけるヘリウムガス圧力を圧力センサー７により圧力値としての電気信号として、前説のシーケーサ等による制御装置１に入力させ、当該測知の圧力値として溶接チャンバー２ａ内における外気より高い前説した所定圧力例えば０．０３ＭＰａ程度以上の圧力が、所定時間例えば５分間以上継続して得られないことを検知した場合には、当該制御装置１が溶接チャンバー２ａからヘリウムガスが漏出していると判断して、この場合には大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管６に介設された開閉弁７ａを自動的に閉成遮断するのである。
この結果、溶接チャンバー２ａ内のチャンバーガス圧が必要とされる所定圧力に達しないことの継続検知により、ヘリウムガスが無益に溶接チャンバー２ａから漏出してしまうことによる大きな不利益を基本的に解消することができる。
【００３３】
請求項６における付加構成が請求項１に設けられる場合には、前説の内容から理解される通り、図１にあっては開示されていないが前同要領にて溶接チャンバー２ａと制御装置１間に圧力センサ７が設けられ、開閉弁７ａについては、ヘリウムガス供給源３から大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒと小流量低圧ヘリウムガス供給配管５ｂそして高圧ヘリウムガス供給配管２ｕを経て、溶接チャンバー２ａに流入する減圧ヘリウムガスＨｅ１、Ｈｅ４、Ｈｅ３を遮断することができる配管位置に介設されることになり、もちろんこれにより前同目的を達成し得ることになる。
【００３４】
さらに請求項２に請求項６の付加構成を付設する要領は上記の請求項１の場合と同じであり、これに請求項１の場合と同じであり、これに請求項２によるインターロックに基づく作用効果が重畳されることになるけれども、請求項３に請求項６の付加構成を付設した場合には、図１を参照して理解される通り前説の請求項４の場合と相違する点が、同図には開示されていないけれども、ヘリウムガス供給源３から供給される第２減圧ヘリウムガスＨｅ２と第４減圧ヘリウムガスＨｅ４と第３減圧ヘリウムガスＨｅ３との何れもが、溶接チャンバー２ａ内へ流入されることのない配管位置に介設されていればよいこととなる。
また請求項６の付加構成を請求項５に付設した場合には、前説した請求項６の付加構成を請求項４に付加した内容と実質的に同じであり、ただ請求項４に対して付加した不活性ガス供給配管４ａに関する構成と、これによる作用効果が加算される点で相違していることになる。
【００３５】
次に請求項７について以下説示すると、ここでは前同請求項６と近似した付加構成を、図３によって説示した従来の燃料棒溶接装置に採択するようにしている。
すなわち、当該近似付加構成とは、同上図を参照して溶接チャンバー２ａ内のヘリウムガス圧力を、圧力センサー７により圧力値としての電気信号としてシーケンサ等の制御装置１に入力させ、当該圧力値として、溶接チャンバー２ａ内の所定圧力以上の圧力が所定時間以上継続して得られない場合、この制御装置１が溶接チャンバー２ａからヘリウムガスが漏出していると判断することまでは前記と同じである。
そして請求項７では当該判断に基づきヘリウムガス供給源Ｂから溶接チャンバー２ａ内へ大流量低圧ヘリウムガス供給配管２ｒと高圧ヘリウムガス供給配管２ｕとを介し、図３では開示されていないが、ヘリウムガスを供給する配管に図２と同様にして介設された開閉弁７ａを自動的に閉成遮断するよう構成されることになる。
そして、当該開閉弁７ａの介設による作用効果は、もちろん請求項６につき詳記した内容と同じである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上のようにして構成されているため、請求項１では従来の溶接装置における供給ヘリウムガス分析配管とは別個に、酸素・水分分析計２Ｂに切換自在なるよう配管した不活性ガス供給配管からヘリウムガスよりも安価なＡｒ、Ｎ２の如き不活性ガスを溶接作業停止時に送流し得るようにしたことから、高価なヘリウムガスを多量に浪費してしまう従来の欠陥を解消し得ると共に、酸素・水分分析計の測定素子を大気により汚染してしまうことも阻止できるので、溶接作業の再開に際しては、供給ヘリウムガス分析配管からのヘリウムガス送流後、極めて単時間内に酸素や水分を一定濃度以下に管理することができ、当該溶接作業を効率的に実施することができる。
【００３７】
次に請求項２によるときは、上記請求項１による加えてインターロックを付設し、これにより酸素・水分分析計に溶接チャンバー内のヘリウムガスが流れることで、初めて燃料棒の溶接が始動可能となるようにしたので、不活性ガス供給配管の稼働中には、溶接開始が阻止されることになり、このため前記請求項１による作用効果について、その信頼性をより向上することが可能となる。
【００３８】
さらに請求項３にあっては、従来の溶接装置における大流量低圧ヘリウムガス供給配管と高圧ヘリウムガス供給配管だけでなく、これらに並列となるよう小流量低圧ヘリウムガス供給配管を配設するようにしたことから、上記の大流量低圧ヘリウムガス供給配管は、溶接チャンバーにヘリウムガスを大量に供給して速やかに充満させるための専用に供し、溶接チャンバー内のヘリウムガスが外気へ流出し、これにより外気が溶接チャンバー内へ進出してしまうといった状態下には、小流量低圧へリウムガス供給配管から少量のヘリウムガスを供与すること専用に供するようにしたので、これにより大流量低圧ヘリウムガス供給配管を兼用していた従来溶接装置に比し、無益に高価なヘリウムガスが溶接チャンバーから放散されるといったことを効果的に阻止することが可能となる。
【００３９】
次に請求項４では、前記の請求項３の如く従来の溶接装置に比し、さらに小流量低圧ヘリウムガス供給配管を増設するのではなしに、当該小流量低圧ヘリウムガス供給配管と大流量低圧ヘリウムガス供給配管とを、一配管としての大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管だけで賄い得るようにすることで、その配管構成と制御性の簡略化を実現可能となし、請求項３と同等の作用効果を発揮することができる。
【００４０】
さらに請求項５によるときは、上記の請求項４に係る大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管を設けた構成に、前説の請求項１に記載した不活性ガス供給配管をも付加するようにすることで、前記した請求項１と請求項４による夫々の前説各効果の発揮を兼備させることが可能である。
【００４１】
さて請求項６にあっては、上記した請求項１ないし請求項５の各項構成に対して、夫々前記の如く溶接チャンバー内のヘリウムガス圧力の経時変化を測知する圧力センサーと、その測知結果である圧力値の継続に基づく制御によって、ヘリウムガス供給源から溶接チャンバー内へのヘリウムガス供給を制御装置により作動される開閉弁にて遮断自在としたので、気付かぬ間に多量のヘリウムガスを放散してしまうといった事態の発生を未然に防止することができる。
従って前説した請求項１ないし請求項５による夫々の効果に対し、請求項６では上記の如き効果を夫々加算することが可能となる。
【００４２】
さて請求項７によるときは、上記した請求項６における加算的構成要件を前説した従来における燃料棒の溶接装置に付加しているから、上記の通り圧力センサーと開閉弁との適切なる介設によりヘリウムガスの無益な浪費を有効に防止し得ることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の主として請求項１ないし請求項３に係る制御装置と燃料棒溶接用配管系
とからなる燃料棒の溶接装置を示した配管系統図である。
【図２】本願の主として請求項４ないし請求項７に係る燃料棒の溶接装置を示した配管
系統図である。
【図３】従来例である燃料棒の溶接装置を示した配管系統図である。
【符号の説明】
１　　制御装置
２　　燃料棒溶接用配管系
２Ａ　溶接用構成部
２Ｂ　酸素・水分分析計
２ａ　溶接チャンバー
２ｂ　被覆管シール部
２ｃ　嵌脱用開口部
２ｄ　電極保持部
２ｅ　溶接電極
２ｈ　チャンバーガス分析配管
２ｍ　供給ヘリウムガス分析配管
２ｑ　第１流量調節器
２ｒ　大流量低圧ヘリウムガス供給配管
２ｔ　圧力調整器
２ｕ　高圧ヘリウムガス供給配管
３　　ヘリウムガス供給源
４　　不活性ガス供給源
４ａ　不活性ガス供給配管
５ａ　第２流量調節器
５ｂ　小流量低圧ヘリウムガス供給配管
６　　大小流量低圧ヘリウムガス兼用供給配管
６ａ　自動流量調整器
７　　圧力センサー
７ａ　開閉弁
Ａ　　燃料棒
ＣＧ　チャンバーガス
Ｇ　　減圧不活性ガス
Ｈｅ１　減圧ヘリウムガス
Ｈｅ２　減圧ヘリウムガス
Ｈｅ３　減圧ヘリウムガス
Ｈｅ４　減圧ヘリウムガス
Ｈｅ５　減圧ヘリウムガス
ａ　　被覆管
ｂ　　上部端栓
【図１】
2004045073.tif 000003
【図２】
2004045073.tif 000004
【図３】
2004045073.tif 000005