(57)【要約】【課題】燃料集合体及び炉内構造物の取替作業をより短時間で行いうるようにした原子炉燃料取替装置を得ること。【解決手段】原子炉圧力容器１４の上方に設けられた軌道上を走行する走行台車１０ａ及びこの走行台車１０ａ上で前記軌道と直交方向に移動する横行台車１０ｂと、この横行台車１０ｂから吊り下げられた多段伸縮式マスト１０ｃと、そのマスト先端に取り付けられた燃料掴み具４を有し、前記原子炉圧力容器の炉心部に対する燃料集合体の挿入及び取り出しを行うようにした原子炉燃料取替装置において、前記多段伸縮式マスト１０ｃを少なくとも入り子式に形成された複数のマストからなる上側マスト２１と下側マスト２２による上下２部構成とするとともに、前記上側マスト２１における内側の第２段マスト２１ｂを外側の第１段マスト２１ａに対して直接上下駆動する上側マスト伸縮機構３６を設けた。【選択図】図３
2007271511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器の上方に設けられた軌道上を走行する走行台車及びこの走行台車上で前記軌道と直交方向に移動する横行台車と、この横行台車から吊り下げられた多段伸縮式マストと、そのマスト先端に取り付けられた燃料掴み具を有し、前記原子炉圧力容器の炉心部に対する燃料集合体の挿入及び取り出しを行うようにした原子炉燃料取替装置において、前記多段伸縮式マストを少なくとも入り子式に形成された複数のマスト部からなる上側マストと下側マストによる上下２部構成とするとともに、前記上側マストにおける内側の第２段マストを外側の第１段マストに対して直接上下駆動する伸縮作動機構を設けたことを特徴とする原子炉燃料取替装置。
【請求項２】
前記伸縮作動機構は、ボールネジ、台形ネジ、ラック・ピニオン、チェーン、ワイヤ、空気駆動機構、或いは油圧駆動機構であることを特徴とする、請求項１記載の原子炉燃料取替装置。
【請求項３】
前記上側マスト及び下側マストはそれぞれ入り子式に形成された複数のマストにより構成され、それぞれのマストを貫通する通しピンを差し込むことにより一時的に固定して上側マスト及び下側マストを形成し、下側マストを構成するマストのうち最下端マストに前記多段伸縮式マストを昇降させる昇降駆動部材を接続したことを特徴とする、請求項１または２記載の原子炉燃料取替装置。
【請求項４】
前記昇降駆動部材は、ワイヤロープ、ラック・ピニオン機構、或いはチェーン機構であることを特徴とする、請求項３記載の原子炉燃料取替装置。
【請求項５】
前記通しピンは複数段にわたり段階的に進退可能であり、互いに固定するマストを順次選択することができることを特徴とする、請求項３記載の原子炉燃料取替装置。
【請求項６】
少なくとも前記下側マストの上昇により燃料集合体の少なくとも一部を上側マスト内に収納可能としたことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の原子炉燃料取替装置。
【請求項７】
前記多段伸縮式マスト全体を昇降させる昇降機構を設けたことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の原子炉燃料取替装置。
【請求項８】
最下端のマストの内周に燃料集合体との衝突を緩衝する緩衝装置を設けたことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の原子炉燃料取替装置。
【請求項９】
原子炉圧力容器の上方に設けられた軌道上を走行する走行台車及びこの走行台車上で前記軌道と直交方向に移動する横行台車と、この横行台車から吊り下げられた多段伸縮式マストと、そのマスト先端に取り付けられた燃料掴み具を有し、前記原子炉圧力容器の炉心部に対する燃料集合体の挿入及び取り出しを行うようにした原子炉燃料取替装置において、前記多段伸縮式マスト全体を昇降させるマスト昇降機構を設けたことを特徴とする原子炉燃料取替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力発電所の原子炉と燃料プール等の間での燃料集合体の移動を行う原子炉燃料取替装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、沸騰水型原子力発電所における燃料取替装置は、原子炉圧力容器の上方で水平方向にそれぞれ縦、横に走行する走行台車及び横行台車に、入り子式に構成された複数のマスト部からなり、先端に燃料掴み具が設けられた多段伸縮式マストを吊り下げた構成とし、両台車を移動させかつマストを伸縮させて燃料集合体の取替を行っている。
【０００３】
上記燃料取替装置は、マストの伸縮を行う際にマスト部同士が当接するから衝撃を発生する。その衝撃はできるだけ緩和する必要があるため、マスト部同士の継目部にはダンパーが設けられるとともに、上側マストと下側マストの２部構成とすることが提案されている。また、原子燃料の取替は原子炉を停止して行う必要があり、しかも燃料取替本数が多いことから多大の時間を要することから、原子力発電所の稼働率向上のネックとなっている。
【特許文献１】特開２００４−２４５７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料取替に要する時間を短縮するには台車の走行とマスト上下動の各速度を高めることが考えられるが、上記多段伸縮式マストの場合には、上述のように、多段伸縮式マストを伸縮するときマストの各継ぎ目で各段のマストのフランジ部が下段或いは上段のマストのフランジ部と当接する。したがって、多段伸縮式マストの各継ぎ目での衝撃力を緩和するために減速・微速移動・加速を行う必要があり、その減速・微速移動・加速の時間が燃料取替の時間の大きな割合を占め、高速部分の速度を上げても時間短縮の効果は限られたものである。また、台車走行については、速度を上げることによってマスト先端に保持されている燃料集合体の振れが大きくなる等の問題があり、原子炉ウェルと燃料プールを結ぶカナルの狭い部分で速度を上げることは困難である等の問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑み、燃料集合体及び炉内構造物の取替作業をより短時間で行いう得るようにした原子炉燃料取替装置を得ることを目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、原子炉圧力容器の上方に設けられた軌道上を走行する走行台車及びこの走行台車上で前記軌道と直交方向に移動する横行台車と、この横行台車から吊り下げられた多段伸縮式マストと、そのマスト先端に取り付けられた燃料掴み具を有し、前記原子炉圧力容器の炉心部に対する燃料集合体の挿入及び取り出しを行うようにした原子炉燃料取替装置において、前記多段伸縮式マストを少なくとも入り子式に形成された複数のマスト部からなる上側マストと下側マストによる上下２部構成とするとともに、前記上側マストにおける内側の第２段マストを外側の第１段マストに対して直接上下駆動する伸縮作動機構を設けたことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、多段伸縮式マスト全体を昇降させる昇降機構を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多段伸縮式マストの上下２部構成において上側マストに内側の第２段マストを外側の第１段マストに対して直接上下駆動する伸縮作動機構を設けることにより燃料集合体の収納時のマストの長さを従来と変わらない範囲で大きなストローク差をカバーできるようになり、マスト上部がクレーンガータと緩衝することがなく、従来の原子炉燃料取替装置の設備を大きく変えることなく高速マストへの取替が可能となる。また、燃料取替中にマスト継目部で減速する必要もなくなり、マスト下端の上下動速度を高く維持でき、上下動時間を大きく短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は、原子炉燃料取替装置１０の斜視図であり、この原子炉燃料取替装置１０は大別すると、走行台車用ガイドレール１１を走行する走行台車１０ａ、その走行台車１０ａ上に設置された横行台車用ガイドレール１２上を走行する横行台車１０ｂ、横行台車１０ｂ上に設置された多段伸縮式マスト１０ｃ、及びこれらを制御する主制御装置１０ｄから構成されている。上記多段伸縮式マスト１０ｃは、後述するように、第１段マスト２１ａ、第２段マスト２１ｂ、及び第３段マスト２１ｃからなる上側マスト２１と、第４段マスト２２ａ及び第５段マスト２２ｂからなる下側マスト２２により構成されており、上側マスト２１をガイドとして下側マスト２２を昇降させることができる構造としてあり、下側マスト２２の先端には燃料集合体のつかみ／放しを行う燃料掴み具３が設けられている。
【００１１】
図２は本実施の形態に係わる原子炉燃料取替装置１０のマストの状態を示す図であり、図２（ａ）は上側マスト２１を構成する第２段マスト２１ｂ、第３段マスト２１ｃ、及び下側マスト２２を構成する第４段マスト２２ａ、第５段マスト２２ｂを引き上げ、第１段マスト２１ａ内に収納した状態を示している。図２（ｂ）は上側マスト２１を構成する第２段マスト２１ｂ、第３段マスト２１ｃを伸展し、下側マスト２２を構成する第４段マスト２２ａ、第５段マスト２２ｂを伸展して原子炉ウエル１３内に設置した原子炉圧力容器１４内の炉心１５まで伸ばし燃料集合体１６を保持した状態を示している。また、図２（ｃ）は燃料集合体１６を吊り上げて燃料貯蔵プール１７内の燃料ラック１８に保管するためカナル１９を通過するときの状態を概略的に示しており、下側マスト２２を引き上げた状態である。上記原子炉燃料取替装置１０はオペレーションフロア２０上に敷設された走行台車用ガイドレール１１上を走行するようになっている。
【００１２】
図３（ａ）は、本発明の原子炉燃料取替装置１０における第１の実施の形態の伸縮マスト１０ｃの構造を示す図であって、上記多段伸縮マスト１０ｃは、第１段マスト２１ａ、第２段マスト２１ｂ、及び第３段マスト２１ｃからなる上側マスト２１と、第４段マスト２２ａ及び第５段マスト２２ｂからなる下側マスト２２により構成されている。上記各段のマストは中空円筒形をしており、第１段マスト２１ａ内に第２段マスト２１ｂが同心状に配設され、第２段マスト２１ｂ内に第３段マスト２１ｃが同心状に配設され、第３段マスト２１ｃ内に第４段マスト２２ａが同心状に配設され、さらに第４段マスト２２ａ内に第５段マスト２２ｂが同心状に配設され入り子式構造とされ伸縮自在としてあり、第２段マスト２１ｂ以下の全てのマストが第１段マスト２１ａの中に収納することができる構造となっている。
【００１３】
上記第５段マスト２２ｂの下端部には燃料集合体１６の掴み／放しを行う燃料掴み具２３が取り付けられている。上記第５段マスト２２ｂの頂端には上から吊り下げられたワイヤロープ２４が連結されており、ワイヤ巻き取りドラムＷにより上記ワイヤロープ２４を介して第５段マスト２２ｂの昇降ができるようにしてある。上記第５段マスト２２ｂまたは燃料掴み具２３には燃料集合体を旋回する旋回装置を内蔵させてもよい。
【００１４】
また、第４段マスト２２ａの下端部内周には、図４（ａ）のＡ部の拡大部分図に示すように、ストッパ２２ａ１が形成されており、そのストッパ２２ａ１に第５段マスト２２ｂを案内するベアリング２５及び第５段マスト２２ｂの上部側面に設けられているブロック２７が当接する時の衝撃を緩衝するダンパー２６が設けられている。また、上記第５段マスト２２ｂの頂端部には、図４（ａ）のＢ部の拡大部分図に示すように、第５段マスト２２ｂが伸展したとき第４段マスト２２ａに形成されている開口２８に挿脱され第５段マスト２２ｂを第４段マスト２２ａに結合・分離する第１の結合ピン２９が進退可能に設けられている。
【００１５】
さらに第２段マスト２１ｂの下端部内周には、図４（ｂ）のＣ部の拡大部分図に示すように、ストッパ２１ｂ１が形成されており、そのストッパ２１ｂ１に第３段マスト２１ｃを案内するベアリング３０及び第３段マスト２１ｃの頂端外周に形成されている段部２１ｃ２ が当接でき衝撃を緩衝するダンパー３１が設けられている。また、第３段マスト２１ｃの頂端部には、第３段マスト２１ｃが伸展したとき第２段マスト２１ｂに形成されている開口３２に挿脱され第３段マスト２１ｃを第２段マスト２１ｂに結合・分離する第２の結合ピン３３が進退可能に設けられている。第３段マスト２１ｃの下端部には第２段マスト２１ｂと同様にベアリング及びダンパーが設けられたストッパ２１ｃ１が設けられている（図３（ａ）参照）。
【００１６】
一方、第４段マスト２２ａの頂端部には、図３（ｂ）に示すように、その内周に第５段マスト２２ｂの頂端に係合可能な段部２２ａ２ が形成されており、外周には第３段マスト２１ｃの下端部のストッパ２１ｃ１に当接着座可能な段部２２ａ３が形成されている。また、上記第３段マスト２１ｃの頂端部には、前記第４段マスト２２ａの頂端に形成された凹部２２ａ４に係合する係止ピン３４が進退可能に設けられており、図３（ｂ）に示す収縮位置においては第３段マスト２１ｃと第４段マスト２２ａがその頂部で互いに連結されている。
【００１７】
前記第１段マスト２１ａには、図３（ａ）に示すように全マストが収縮状態時に各マストに形成された穴に貫通され各マストを固定する通しピン３５が設けられている。
【００１８】
さらに、上記第１段マスト２１ａの外側部には第２段マスト２１ｂを直接上下駆動する上側マスト伸縮機構３６が設けられている。すなわち、上記第１段マスト２１ａの外側部には上下方向に延びる左右一対のボールネジ３７（図には一方のみを示す）、及びモータ３８が配設されている。上記ボールネジ３７及びモータ３８には歯車３９、４０が設けられており、その歯車３９、４０がそれぞれ上記第１段マスト２１ａに対して回動可能に装着された中間歯車４１に噛合されている。上記ボールネジ３７にはボールナット４２が嵌合されており、そのボールナット４２が上記第１段マスト２１ａに形成されている長手方向に延びる長孔４３を介して第２段マスト２ｂに連結されている。しかして、モータ３８により歯車４０が回転されると、中間歯車４１及び歯車３９を介してボールネジ３７が回転し、そのボールネジ３７に嵌合しているボールナット４２が昇降し、ボールナット４２に連結されている第２段マスト２１ｂが昇降する。
【００１９】
なお、図３（ａ）中、符号４４はマスト全体を軸線周りに回動させるハンドルである。
【００２０】
しかして、燃料取替作業を行わないときには、図３（ａ）に示すように、第２段マスト２１ｂ乃至第５段マスト２２ｂを第１段マスト２１ａの内側に収納し通しピン３５を各段の各マストに貫通させることにより、各マストの保持が行われる。
【００２１】
そこで、燃料取替作業を行う場合には、一旦ワイヤロープ２４にマスト荷重を預けた状態で通しピン３５を１ピッチ引き抜き第５段マスト２２ｂとの係合を解除する。この状態でワイヤロープ２４を緩めてワイヤロープ２４を下降させると第５段マスト２２ｂのみ下降し、第５段マスト２２ｂの側面に設けられたブロック２７が第４段マスト２２ａの下段ストッパ２２ａ１に当接して止まる。この状態で第１の結合ピン２９を第４段マスト２２ａに形成された開口２８に挿入することにより、第５段マスト２２ｂと第４段マスト２２ａを結合し、下側マスト２２を形成する。
【００２２】
そこで、上記のようにして形成された下側マスト２２を上限位置にしてワイヤロープ４にマスト荷重を預け、通しピン３５を更に１ピッチ引き抜く。この状態でワイヤロープ４を下降させると第３段マスト２１ｃが上記進展されている下側マスト２２とともに下降する。そして、第３段マスト２１ｃの頂端外周に形成されている段部２１ｃ２が第２段マスト２１ｂのストッパ１ｂ１に着座した位置で第２の結合ピン３３を第２段マスト２１ｂに形成されている開口３２に挿入して、第３段マスト２１ｃと第２段マスト２１ｂとを結合し、上側マスト２１を形成する（図４（ｂ）のＣ部拡大図参照）。
【００２３】
そして、第３段マスト２１ｃの頂部に設けられている係止ピン３４を第４段マスト２２ａの頂端の凹部２２ａ４から引き抜き、第３段マスト２１ｃと第４段マスト２２ａとの結合を解除し、ワイヤロープ２４により第４段マスト２２ａと第５段マスト２２ｂからなる下側マスト２２を上昇させ、マストの長さを原子炉圧力容器の上部へのゲートを通過できる長さにする。このようにして、走行台車１０ａにより多段伸縮式マストが原子炉ウエル内に搬送されると、図２（ｂ）に示すように、第３段マスト２１ｃ、第４段マスト２２ａ及び第５段マスト２２ｂをフルストロークに伸展させ、さらにボールネジ３７を回転させることによりボールナット４２を介して第２段マスト２１ｂを下降させ、先端の掴み具２３が燃料集合体１６の頂部に届くようにし、上記掴み具２３により燃料集合体１６を把持する。
【００２４】
このように、炉心１５の燃料集合体１６を取り扱う場合は、上側マスト２１の第２段マスト２１ｂと第３段マスト２１ｃを伸展状態に固定し、さらに上側マスト２１を上側マスト伸縮機構３６により下降させることによって、その内側を昇降する第４段マスト２２ａ及び第５段マスト２２ｂの下降距離が伸び、その先端の掴み具３を燃料集合体１６の頂部に届くようにできる。
【００２５】
このようにして、上記掴み具２３により燃料集合体１６を把持したら、掴み具２３により燃料集合体１６を吊り下げた状態で、ワイヤロープ２４により第４段マスト２２ａ及び第５段マスト２２ｂすなわち下側マスト２２を完全に引き上げ、燃料集合体１６を第５段マスト２２ｂ内に収納するとともに、さらに上側マスト伸縮機構３６のボールねじ３７を回転させて、ボールナット４２を介して第２段マスト２１ｂを第３段マスト２１ｃとともに上昇させた状態で燃料貯蔵プール１７まで搬送し、燃料ラック１８内に吊り下げ保管する。この場合、カナル１９をマストが通過する際には、上述のように上側マスト伸縮機構３６により第２段マスト２１ｂ及び第３段マスト２１ｃを上昇させることで、第３段マスト２１ｃの下端及びその内部に収納された燃料集合体１６の下端がカナル１９に干渉することなく搬送が可能となる。かも、上側マスト伸縮機構３６の昇降動作は、下側マスト２２が炉心１５と原子炉ウエル間を昇降する時間内に行うことにより、燃料取り扱い時間が長くなることなく取り扱いが可能である。
【００２６】
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態を示す図であり、上側マスト伸縮機構３６に加えてマスト全体昇降機構を４６併設したものである。昇降機構は横行台車１０ｂ上に結合された支持台４７上にエアーシリンダ４８を設置し、そのエアーシリンダ４８のピストン４８ａに上側マスト２１の第１段マスト２１ａに結合された支持板４９を装着し、エアーシリンダの駆動によりマスト全体を昇降できるように構成されている。このようにすることによりストロークが特別に長い等の特殊な場合には、上記エアーシリンダ４８の伸縮により対応することができ、収納時のマスト全長を短くでき、燃料移送時には図５（ｂ）に示すように、エアーシリンダ４８を上方に引き延ばすことによりクレーンガータと干渉することのない燃料取替装置とすることができる。
【００２７】
さらに、図６に示すように、第５段マスト２２ｂの下端内面側に緩衝装置５０を設置することもできる。この場合には上記緩衝装置５０により走行台車１０ａ、横行台車１０ｂの走行時の燃料集合体１６の振れを抑制することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態においてはマストを円筒形としたものを示したが、角筒でもよく、またワイヤロープ２４の代わりにラック・ピニオン機構やチェーン機構を使用することもできる。また、上側マスト伸縮機構３６としては、ボールねじ３７の代わりに台形ネジ、ラック・ピニオン、チェーン、ワイヤ、空圧駆動機構、油圧駆動機構等を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る燃料取替装置の斜視図。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の燃料取替装置の作動説明図。
【図３】（ａ）は本発明による多段伸縮式マストの収縮状態における縦断面図、（ｂ）はＡ部の拡大図。
【図４】（ａ）は多段伸縮式マストの下側マストの伸展した状態を示す図、（ｂ）は上側マストの伸展した状態を示す図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施の形態の作動説明図。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１０  原子炉燃料取替装置
１０ｃ  多段伸縮式マスト
１６  燃料集合体
１８  燃料ラック
１９  カナル
２１  上側マスト
２１ａ  第１段マスト
２１ｂ  第２段マスト
２１ｃ  第３段マスト
２２  下側マスト
２２ａ  第４段マスト
２２ｂ  第５段マスト
２９  第１の結合ピン
３３  第２の結合ピン
３４  係止ピン
３５  通しピン
３６  上側マスト伸縮機構
３７  ボールネジ
４２  ボールナット
４３  長孔
４８  エアーシリンダ
５０  緩衝装置
【図１】
2007271511.tif 000003
【図２】
2007271511.tif 000004
【図３】
2007271511.tif 000005
【図４】
2007271511.tif 000006
【図５】
2007271511.tif 000007
【図６】
2007271511.tif 000008