(57)【要約】【課題】端栓の凹部に対して縮径した係合リムが芯ずれを起こしても確実に外すことができる。【解決手段】アウターチューブ２の軸線方向先端側を４分割して拡径及び縮径可能な腕片２ａと、各腕片の先端に設けたスカート片５を有している。スカート片５にはリム５ｃを設ける。リム５ｃを拡径して燃料棒端栓の凹部に係合させ、縮径して凹部から離脱させる。リムは、側面視で凹部との係合部に凸曲面状の第一湾曲部９を形成する。隣り合うリムの当接部は軸線方向先端側に落ち込む凸曲面をなす第二湾曲部１４と径方向内側に向かって落ち込む凸曲面をなす第三湾曲部１５を有している。第一乃至第三湾曲部は半径０．５〜０．９ｍｍの凸曲面に設定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びて先端側が複数に分割されたアーム部と、該アーム部の先端に設けられていて拡径及び縮径可能に複数に分割されている係合リムとを備えていて、拡径した前記係合リムを燃料棒端栓の凹部内に係合させると共に、縮径することで前記係合リムを燃料棒端栓の凹部から離脱させるようにしたインターナルグリッパにおいて、
前記係合リムは外周面に沿って凸曲面状の第一湾曲部が形成され、該第一湾曲面で燃料棒端栓の凹部と係合するようにしたことを特徴とするインターナルグリッパ。
【請求項２】
隣り合う前記係合リムの当接部は軸線方向先端側に落ち込む第二湾曲部と外周面から径方向内側に向かって落ち込む第三湾曲部の少なくとも一方を有していることを特徴とする請求項１に記載のインターナルグリップ。
【請求項３】
前記第一湾曲部は半径０．５〜０．９ｍｍの凸曲面に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインターナルグリッパ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料棒収容容器内に収容された燃料棒を燃料集合体スケルトン内に引き込むために用いられるインターナルグリッパに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原子炉で使用される核燃料集合体を製造する場合、所定間隔で配設した複数の支持格子を案内管で連結してなる燃料集合体スケルトン（以下、単にスケルトンという）に、予め多数の燃料棒を製造して収容した燃料棒収容容器を対向して配設する。そして、燃料棒装荷装置の燃料棒グリッパで燃料棒収容容器から燃料棒を引き出してスケルトンに引き入れ、各支持格子の格子空間内に燃料棒を装着する。最後に上部ノズルと下部ノズルをスケルトンに取付けて燃料集合体の組み立てを完了する。
このような燃料集合体製造方法において、燃料棒のスケルトンへの挿入工程で用いる燃料棒グリッパとして、例えば特許文献１及び２に記載したものがある。特に特許文献２に記載された燃料棒グリッパは、アウターチューブが複数のスロットで分割されたフィンガを有しており、各フィンガの先端に軸線方向先端から後端側に向けてテーパ状に広がるスカート片が備えられ、スカート片の拡径端部に燃料棒端栓の凹部に係合するリム部を有している。複数のスカート片は、インナーシャフトをアウターチューブに進退させることによってフィンガと共に拡径及び縮径可能なスカート部を構成し、フィンガの拡径状態で各リム部が燃料棒端栓の凹部に係合して、燃料棒装荷装置で燃料棒を引き出してスケルトンに装着することになる。
このような燃料棒グリッパのスカート部は、リム部の基部側端面は縮径してフィンガの付け根に接続されている。そして拡径時にリム部の基端側端面が燃料棒端栓の凹部と係合することで、燃料棒を燃料棒収容容器から引き出すことになる。
ところで、燃料棒は４ｍ前後の長尺を有するために、燃料棒グリッパのアウターチューブも全体で４ｍ以上の長さを有している。しかもこのアウターチューブは各支持格子のセル内を進退するために直径がφ８ｍｍ程度になっている。そして、燃料棒グリッパのスカート部の外径は縮径状態で端栓凹部の開口部の内径に対して十分小さく形成してあるため、燃料棒をスケルトンへ装填した後で、燃料棒グリッパのスカート部を縮径すると端栓凹部の開口部に対して略同芯状態に位置するために容易に端栓凹部から離脱できることになる。
【０００３】
しかしながら、燃料棒をスケルトン内に装填した後で燃料棒グリッパのスカート部を縮径して燃料棒端栓の凹部から離脱させようとした場合、燃料棒装荷装置によって燃料棒グリッパを上下動させて多数の燃料棒の引き込みを順次行うが、経時的にピッチずれが生じることもあるために、燃料棒端栓の凹部に対して縮径したスカート部のリム部が偏心してしまい、リム部が端栓凹部内の一部に噛み込んで外れなくなることがあった。また、燃料棒グリッパは小径で全長が４ｍ以上と長いために湾曲し易く、これによって燃料棒端栓の凹部に対して縮径したスカート部のリム部が芯振れし、端栓凹部の一部に噛み込んで外れなくなることもあった。
例えば図６に示すように、燃料棒グリッパの縮径したスカート部のリム部が芯ずれして燃料棒端栓の凹部に噛み込んだ場合、芯ずれの距離（即ち端栓凹部の中心に対するリム部の中心のずれ量）が増大するにつれて引き抜き抵抗力が増大する。特に抵抗力が２０ｋｇを越えると燃料棒グリッパを端栓の凹部から離脱させることが困難になる。また、リム部は最大で２．５ｍｍの芯ずれを生じ、この場合には４５ｋｇという過大な引き抜き抵抗力が発生してしまうことになる。
このような場合、作業員が燃料棒装荷装置を停止させて手作業で燃料棒グリッパを燃料棒端栓の凹部から外していた。
【０００４】
【特許文献１】
特公平４−７０５９７号公報
【特許文献２】
特許第２５１６６５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、燃料棒に装填する核燃料ペレットがＭＯＸ燃料であると放射線量が高いために、燃料棒端栓の凹部に対して縮径したリム部が芯ずれを起こした場合、作業員が手作業で燃料棒端栓の凹部から燃料棒グリッパのリム部を外す作業を行うのは被ばく防止の観点から好ましくなかった。
本発明は、このような実情に鑑みて、燃料棒端栓の凹部に対して係合リムが芯ずれを起こしても被ばくのおそれなく確実に外すことのできるインターナルグリッパを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるインターナルグリッパは、軸線方向に延びて先端側が複数に分割されたアーム部と、該アーム部の先端に設けられていて拡径及び縮径可能に複数に分割されている係合リムとを備えていて、拡径した係合リムを燃料棒端栓の凹部内に係合させると共に、縮径することで係合リムを燃料棒端栓の凹部から離脱させるようにしたインターナルグリッパにおいて、係合リムは外周面に沿って凸曲面状の第一湾曲部が形成され、該第一湾曲面で燃料棒端栓の凹部と係合するようにしたことを特徴とする。
インターナルグリッパの拡径した係合リブに燃料棒端栓の凹部を係合させて引き抜いて燃料集合体スケルトンに装着した後に、係合リブを縮径させた際に、燃料棒端栓の凹部に対し係合リブが偏心して凹部の一部に噛み込んだ場合でも、係合リムは外周面に沿って形成された第一湾曲部で凹部と係合するために凹部との係合面積が小さくて外れ易く、燃料棒装荷装置によってインターナルグリッパを確実に離脱させることができ、燃料棒に近接した位置での作業員による手動の離脱操作を必要としない。しかも、燃料棒を引き抜く際には拡径した拡縮部の係合リムで端栓を介して燃料棒を確実に引き出すことができて不具合を生じない。
【０００７】
また、隣り合う係合リムの当接部は軸線方向先端側に落ち込む第二湾曲部と外周面から径方向内側に向かって落ち込む第三湾曲部の少なくとも一方を有していてもよい。
隣り合う係合リムの当接部に第二湾曲部を形成することで、係合リムの当接部が外側に突出しないために端栓の凹部に食い込むのを防止できる。また第三湾曲部を形成することで、端栓凹部との干渉面積を低減できる。拡縮部の係合リムから鋭利な角部をなくしたために縮径時の端栓凹部への食い込みを抑制できる。
尚、第一湾曲部は半径０．５〜０．９ｍｍの凸曲面に設定されていてもよく、この範囲内の凸曲面形状に第一湾曲面を形成することで、縮径した係合リムの端栓凹部への食い込みによる引き抜き時の抵抗力を低減できるために、より確実にインターナルグリッパを離脱できる。また、第二湾曲部や第三湾曲部の曲率半径も同様の数値範囲に設定することで係合リブの引き抜き時の抵抗力を低減できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態によるインターナルグリッパの係脱部の図、図２はインターナルグリッパと端栓との係合状態を示す図、図３は燃料棒装填装置の側面図、図４はインターナルグリッパの拡径状態の図、図５は同じく縮径状態の図である。
図１及び図２に示すインターナルグリッパ１は燃料棒を燃料集合体スケルトンに装着するための引張り部材であり、全長が例えば４ｍを越える小径長軸の棒状部材であって、アウターチューブ２（アーム部）とその内部で進退するインナーシャフト３とで構成される。アウターチューブ２は周方向に所定間隔で形成されたスリット４によって先端側領域が複数、例えば４本に分割されてそれぞれ腕片２ａ、…を構成する。各腕片２ａの先端は縮径されて端部２ｂを形成すると共にその先端側にスカート片５がそれぞれ形成されている。
図１に示すインターナルグリッパ１の先端に設けた係脱部７は、４つのスカート片５が縮径及び拡径状態で略きのこ状のスカート部６を構成しており、各スカート片５は先端面５ａから中心軸線Ｏ方向基端側に向けてテーパ状に拡径するテーパ面５ｂとその拡径端部をなす所定厚みのリム５ｃ（拡径リム）とを有している。そして、図１に示す例では、スカート部６は４つのスカート片５が縮径状態に互いに当接した状態を示しており、各スカート片５は図１（ａ）に示す正面視で略扇形をなして略１／４円錐台形状を呈しており、腕片２ａと共にアウターチューブ２の中心軸線Ｏを中心にして周方向に略９０°づつ同一形状に四分割され、中心軸線Ｏ回りに回転対称に形成されている。
【０００９】
そして、各スカート片５において、図１（ｂ）に示すように、リム５ｃは外周面が径方向の断面視で凸曲線状の第一湾曲面９を形成していて、その一端はテーパ部５ｂに他端は腕片２の端部２ｂとに連結されている。第一湾曲面９は例えば半径Ｒ１が０．５ｍｍ〜０．９ｍｍの円弧状の面を形成しているが、凸曲面であれば非円弧状であってもよい。第一湾曲面９は各スカート片５の略１／４円弧状のリム５ｃのほぼ全周に亘って形成されている。
図２において、燃料棒１０の一方の端栓１１が設けられており、この端栓１１の端面にはインターナルグリッパ１のスカート部６を受け入れるための凹部１２が形成されている。この凹部１２の端面は図４及び図５の断面で示すように凹部１２の内部に対して若干縮径した開口部１３が形成され、開口部１３の周囲は略円形の係止面１３ａを構成している。そのため、インターナルグリッパ１のリム５ｃは、端部２ｂにつながる第一湾曲面９で端栓凹部１２の係止面１３ａと係合可能とされている（図１（ｃ）及び図２、図４、図５参照）。
尚、４つのリム５ｃは拡径した状態で（中心軸線Ｏ方向から見て）各外周面が同一円周上に位置するように外周面の曲率を形成するのが好ましい。これによって拡径状態で端栓１１の凹部１２内の係止面１３ａに全体に当接することで引張り力を伝達できる。リム５ｃは拡径状態で開口部１３より大径で、縮径状態で開口部１３より小径に設定されている。
【００１０】
更に図１（ｂ）に示す、隣り合うスカート片５、５の当接面において、各リム５ｃの端部２ｂとの境界が中心軸線Ｏ方向先端側に落ち込む凸曲線を形成するように第二湾曲部１４を構成する。また図１（ａ）においても、スカート片５、５のリム５ｃ、５ｃが当接する外周面の境界はリム５ｃ、５ｃ同士が半径方向内側に凸曲線をなすように落ち込んで第三湾曲面１５を構成している。第二、第三湾曲面１４、１５の半径Ｒ２、Ｒ３を０．５ｍｍ〜０．９ｍｍの円弧状の面に形成してもよい。
そのため、インターナルグリッパ１のリム５ｃを拡径状態で端栓１１の凹部１２内で係合させた際に、凹部１２内に挿入されたスカート部６に対して第一湾曲部９と開口部１３の係止面１３ａとが係合状態になる。そして、インターナルグリッパ１を凹部１２から離脱させるために各腕片２ａ及びスカート部５を縮径させた際に、図１（ｃ）に示すようにスカート部６が凹部１２の中心軸Ｍに対して偏心している場合には、一部のスカート片５が凹部１２に噛み込んで第一湾曲部９、第二湾曲部１４、第三湾曲部１５で係止面１３ａに当接して係合することになる。
【００１１】
次に、燃料棒装填装置１８の概略構成を図３により説明する。
図３において、所定間隔に配列された複数の支持格子１９、…に制御棒案内管や計装案内管等の案内管２０、…が挿入された状態で溶接されて燃料集合体スケルトン２１が構成され、このスケルトン２１は基台２２上に水平状態で載置されて支持されている。燃料集合体スケルトン２１の長手方向一端側には燃料棒収容容器２２が配設され、脚部２３で支持されている。燃料棒収容容器２２内に収容された複数の燃料棒１０は支持格子１９の各格子空間に対向する位置に配列されている。
燃料集合体スケルトン２１に対して燃料棒収容容器２２の反対側には燃料棒装荷装置２５が設けられている。燃料棒装荷装置２５は基台２６上にインターナルグリッパ１の作動手段２７が配設され、この作動手段２７の前後には往復摺動するインターナルグリッパ１をガイドするガイド台２８が配列されている。
そして、作動手段２７によってインターナルグリッパ１を燃料集合体スケルトン２１の格子空間を通して燃料棒収容容器２２に収容された燃料棒１０の端栓１１の凹部１２に係合させ、作動手段２７でインターナルグリッパ１を引張ることで燃料棒１０を燃料棒収容容器２２から引き抜いて燃料集合体スケルトン２１の各支持格子１９の各格子空間内に装填するようにしている。
【００１２】
本実施の形態による燃料棒装填装置１８は上述のように構成されており、次にインターナルグリッパ１を用いて行う燃料棒の装填方法について説明する。
図３に示す燃料棒装填装置１８において、作動手段２７を駆動してインターナルグリッパ１を燃料集合体スケルトン２１の各支持格子１９の格子空間を通して燃料棒収容容器２２に進出させる。そして、インターナルグリッパ１のアウターチューブ２に対してインナーシャフト３を後退させることで、係脱部７のスカート片５を腕片２ａと共に縮径状態にして、スカート部６を燃料棒収容容器２２内に収容された燃料棒１０の端栓１１の凹部１２内に進出させる。
次にインナーシャフト３を前方を移動させることで、アウターチューブ２の複数に分割された腕片２ａとスカート片５を拡径させ、図２及び図４に示すように、各スカート片５のリム５ｃに形成した第一湾曲部９を全体に亘って凹部１１の開口部１３の略円形の係止面１３ａに略等間隔で係合させる。そして作動手段２７でインターナルグリッパ１を引張ることで燃料棒１０が燃料収容容器２２から引き抜かれ、燃料集合体スケルトン２１の各支持格子１９の格子空間内に装填され、図示しないディンプルとスプリングで挟持される。
【００１３】
そして、インナーシャフト３をアウターチューブ２内で後退させることで各腕片２ａとスカート片５をそれぞれ縮径させる。すると、通常はスカート部６は凹部１２の開口部１３と略同心の位置で縮径するため、抵抗力０で引き抜きを行える。
ところが、インターナルグリッパ１は例えば４ｍを越える長尺でφ８ｍｍ程度の小径であり途中で撓んでしまうために、或いは燃料棒装荷装置２５の作動手段２７の位置ずれのために、スカート部６は図１（ｃ）及び図５に示すように端栓１１の凹部１２内で開口部１３の中心軸Ｍに対して中心軸線Ｏが例えば径方向に距離Ｌだけ偏心して縮径する。そのため、スカート部６の一部のスカート片５の第一湾曲部９が凹部１２内へ噛み込んで係止面１３ａの一部に当接することがある。
この場合でも、作動手段２７によってインターナルグリッパ１を引張ると、端栓１１の係止面１３ａと係合するリム５ｃの第一湾曲面９が凸曲面であるために抜けやすく、比較的小さい力でスカート部６が係止面１３ａから離脱する。しかも各スカート片５が収縮して当接したリム５ｃの角部は図１（ｃ）に示すように第二湾曲面１４及び第三湾曲面１５によってそれぞれ凸曲面状に落ち込んでいるために、係止面１３ａからの引き抜き時に引っかかることが抑制されて抜けやすくなる。そのため、インターナルグリッパ１の引き抜き抵抗が全体に小さく抑制され、無理なく離脱させることができる。
尚、燃料棒装荷装置２５でインターナルグリッパ１を用いて燃料棒１０を燃料棒収容容器２２から引き抜く場合、１本づつ燃料棒１０を引き抜いて燃料集合体スケルトン２１に装填してもよいし、或いは略正方形をなす支持格子１９の一辺に対応する複数のインターナルグリッパ１で複数の燃料棒１０を同時に引き抜くようにしてもよい。或いは１つの支持格子１９内の全ての燃料棒１０を同時に引き抜いてもよい。
【００１４】
上述のように本実施の形態によるインターナルグリッパ１を用いれば、燃料集合体スケルトン２１に燃料棒１０を装填した後に端栓１１からインターナルグリッパ１を離脱させる際、収縮したスカート部６が偏心して凹部１２内の係止面１３ａに係合したとしても、引張り抵抗力を小さくできるために遠隔操作によって無理なく自動的に離脱させることができる。そのため、作業員が燃料棒装填装置１８を停止させて手作業で離脱作業を行う必要がないので、どのような核燃料ペレットを燃料棒に充填したとしても被爆のおそれがない。
【００１５】
【実施例】
次に本発明の実施例について説明する。
実施例１、２、３、４として上述した実施の形態によるインターナルグリッパ１を用いた。実施例１、２、３、４は第一湾曲面９，第二湾曲面１４、第三湾曲面１５の各半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（単位ｍｍ）を下記に示す値に設定した。従来例として実施の形態によるインターナルグリッパ１と同一構成のものを採用したが、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はいずれも０に設定した。
実施例１：Ｒ１＝０．５、Ｒ２＝０、Ｒ３＝０
実施例２：Ｒ１＝０．５、Ｒ２＝０．５、Ｒ３＝０．５
実施例３：Ｒ１＝０．９、Ｒ２＝０、Ｒ３＝０
実施例４：Ｒ１＝０．９、Ｒ２＝０．５、Ｒ３＝０．５
従来例  ：Ｒ１＝０、Ｒ２＝０、Ｒ３＝０
【００１６】
そして、各実施例及び従来例について、端栓１１の凹部１２の最大内径を７ｍｍ、端栓凹部の係止面１３ａの内径を６ｍｍとし、腕片２ａの端部２ｂの外径は５．７ｍｍ、インターナルグリッパのスカート片５のリム５ｃの厚みは１ｍｍ、リム５ｃの外径６．７ｍｍとした。そのため、縮径状態のスカート部６の中心軸が端栓凹部１２の中心軸に対して径方向に偏心する芯ずれ（位置ずれ）量Ｌ（図１（ｃ）参照）の最大値を２．５ｍｍとした。
インターナルグリッパの縮径状態で、端栓凹部１２内でインターナルグリッパのスカート部６が最大量Ｌ（＝２．５ｍｍ）偏心している場合で、インターナルグリッパ１の離脱に要する力を離脱時の抵抗力として測定した場合、表１に示すようになった。また実施例１乃至４と従来例について拡径状態でインターナルグリッパ１が燃料棒端栓１１を引張る力の最大値を確認的に測定した。これも表１に示す。
【００１７】
【表１】
2005037194.tif 000003
【００１８】
表１に示す結果から、実施例１乃至４はいずれも縮径時の離脱のための抵抗力が２０ｋｇ以下となり、図６に示す抵抗力の上限値を下回った。そのため無理なく離脱できる。これに対し、従来例は４５ｋｇの抵抗力であるために、離脱は困難であり、作業員の手作業による引き抜きが必要である。また、拡径時において、燃料棒１０を燃料棒収容容器２２から引き出すためには７０ｋｇ／本以上の引き抜き力が必要であるが、実施例１乃至４はいずれも最大引き抜き力が４２０ｋｇ以上であったため、全く問題なかった。
【００１９】
尚、上述の実施の形態では、インターナルグリッパ１のリム５ｃに関して第一湾曲部９、第二湾曲部１４、第三湾曲部１５を設けたが、少なくとも第一湾曲部９を設ければよく、第二湾曲部１４と第三湾曲部１５は設けなくてもよい。またアウターチューブ２に関して、腕片２ａとスカート片５は必ずしも四分割する必要はなく、少なくとも二分割以上に設定すればよい。あるいはスカート部６について拡径と縮径ができれば一体構成でもよく、必ずしも腕片２ａとスカート片５として分割して構成しなくてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係るインターナルグリッパでは、係合リムは外周面に沿って凸曲面状の第一湾曲部が形成され、該第一湾曲面で燃料棒端栓の凹部と係合するようにしたから、燃料棒端栓の凹部に対し縮径した係合リムが偏心して凹部の一部に噛み込んだ場合でも、係合リムの第一湾曲部と凹部との係合面積が小さくて外れ易く、インターナルグリッパを確実に離脱させることができ、燃料棒に近接した位置での作業員による手動の離脱操作を必要としない。しかも、燃料棒を引き抜く際には拡径した拡縮部の係合リムで端栓を介して燃料棒を確実に引き出すことができて不具合を生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるインターナルグリッパの係脱部を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は縮径状態の係脱部が端栓凹部内で偏心した噛み合い状態を示す位置関係の断面図である。
【図２】拡径状態のインターナルグリッパが端栓の凹部内に係合した状態の図である。
【図３】燃料棒充填装置の側面図である。
【図４】インターナルグリッパの係脱部が端栓凹部内で拡径状態にある縦断面図である。
【図５】インターナルグリッパの係脱部が端栓凹部内で縮径状態にある縦断面図である。
【図６】従来のインターナルグリッパの係脱部が端栓凹部内で縮径状態にある場合の偏心による芯ずれ量と係脱部を離脱させる際の抵抗力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  インターナルグリッパ
２  アウターチューブ（アーム部）
２ａ  腕片
５  スカート片
５ｃ  リム（拡径リム）
６  スカート部
７  係脱部
９  第一湾曲部
１１  端栓
１２  凹部
１３ａ  係止面
１４  第二湾曲部
１５  第三湾曲部
【図１】
2005037194.tif 000004
【図２】
2005037194.tif 000005
【図３】
2005037194.tif 000006
【図４】
2005037194.tif 000007
【図５】
2005037194.tif 000008
【図６】
2005037194.tif 000009