(57)【要約】【課題】燃料交換装置のアーム支持構造において、高い作動性を確保して信頼性の向上を可能とする。【解決手段】原子炉容器３１の回転プラグ３８を貫通して配置される本体胴５１と、この本体胴５１の下部にパンタグラフ機構５６を介して連結される収納ケース５７と、収納ケース５７に収納されて原子炉容器３１内に対して燃料を保持して交換を行うジャッキ装置６６とを設け、パンタグラフ機構５６における各アーム５８，５９，６０の端部に軸受７１，７２，７３，７４を装着して連結軸６１，６２，６３，６４，６５，６６により連結し、軸受７１，７２，７３，７４の熱膨張係数より各アーム５８，５９，６０の熱膨張係数を大きく設定する。【選択図】図１
2013228266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器の上部を貫通して配置される本体胴と、
前記本体胴の下部に支持アームを介して連結される収納ケースと、
前記収納ケースに収納されて前記原子炉容器内に対して燃料を保持して交換を行うジャッキ装置と、
を備え、
前記支持アームの回動連結部に軸受が介装され、前記軸受の熱膨張係数より前記軸受の外側に配置される支持部材の熱膨張係数が大きく設定される、
ことを特徴とする燃料交換装置のアーム支持構造。
【請求項２】
前記支持部材は、前記本体胴または前記支持アームまたは前記収納ケースであることを特徴とする請求項１に記載の燃料交換装置のアーム支持構造。
【請求項３】
前記軸受の外輪に前記支持部材が所定の嵌め合いをもって嵌合し、予め設定された基準温度で前記軸受の外輪と前記支持部材とが一体に回動可能であり、前記基準温度より高い温度で前記軸受の外輪と前記支持部材とが相対回動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料交換装置のアーム支持構造。
【請求項４】
前記支持アームは、複数のアームからなるパンタグラフ機構であり、前記本体胴に対して前記収納ケースを水平移動可能に支持することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料交換装置のアーム支持構造。
【請求項５】
前記軸受は、マルテンサイト系ステンレス鋼または軸受鋼により形成され、前記支持部材は、オーステナイト系ステンレス鋼により形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料交換装置のアーム支持構造。
【請求項６】
前記支持アームの回動連結部を加熱するヒータが設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料交換装置のアーム支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、高速増殖炉に対して燃料の交換を行う燃料交換装置において、この燃料交換装置に適用されるアーム支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、高速増殖炉（ＦＢＲ：Fast Breeder Reactor）は、ナトリウムを原子炉冷却材として使用し、炉内にある燃料の核分裂により発生した熱を１次系ナトリウムにより取り出し、これを中間熱交換器に送って２次系ナトリウムに熱を伝え、これを蒸気発生器に送って蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。
【０００３】
このような高速増殖炉では、原子炉容器内に冷却材としてナトリウムが充填されていることから、このナトリウムと空気との接触を防止するため、ナトリウムの自由液面より上方に不活性ガスを充満させ、原子炉容器の上部開口を蓋により密閉している。この場合、高速増殖炉は、燃料を交換する必要があるが、蓋を取り外すことができないことから、外部から蓋を貫通して燃料交換装置を炉内まで挿入させ、この燃料交換装置を用いて燃料交換作業を行っている。
【０００４】
このような燃料交換装置としては、下記特許文献１−４に記載されたものがある。例えば、特許文献１に記載された燃料交換機は、上部蓋を貫通して本体胴を配置し、この本体胴に収納可能なパンタグラフアーム機構を介してホールドダウンチューブを連結し、このホールドダウンチューブ内に燃料集合体の掴み離しを行うグリッパ機構を収容して構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−１２８４８６号公報
【特許文献２】特許第４５９１４６０号公報
【特許文献３】特開平０６−３２４１８６号公報
【特許文献４】特開平０６−３２４１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、高速増殖炉は、原子炉容器内のナトリウムが空気と接触しないように不活性ガスを充満させ、蓋により密閉しており、外部から蓋を貫通して燃料交換装置を配置している。従来の燃料交換機は、上部蓋を貫通する本体胴に対して、パンタグラフアーム機構を介してホールドダウンチューブが連結されている。この場合、パンタグラフアーム機構は、高温のナトリウム内で作業をすることとなることから、回動連結部が固着したり、破損したりするおそれがあり、パンタグラフアーム機構が開いた状態で作動不良が発生すると、燃料の交換作業を行うことができないばかりか、この燃料交換機を上部蓋の開口から抜き取ることができなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、高い作動性を確保して信頼性の向上を可能とする燃料交換装置のアーム支持構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の燃料交換装置のアーム支持構造は、原子炉容器の上部を貫通して配置される本体胴と、前記本体胴の下部に支持アームを介して連結される収納ケースと、前記収納ケースに収納されて前記原子炉容器内に対して燃料を保持して交換を行うジャッキ装置と、を備え、前記支持アームの回動連結部に軸受が介装され、前記軸受の熱膨張係数より前記軸受の外側に配置される支持部材の熱膨張係数が大きく設定される、ことを特徴とするものである。
【０００９】
従って、本体胴の下部に支持アームを介して収納ケースが装着されることから、収納ケースが所定の位置に移動してジャッキ装置により燃料を保持可能である。そして、支持アームの回動連結部に設けられた軸受に作動不良が発生したとき、軸受の熱膨張係数よりその外側にある支持部材の熱膨張係数が大きく設定されていることから、支持アームの回動連結部を加熱すると、軸受より支持部材が大きく膨張して両者の相対移動が可能となり、支持アームを回動させることが可能となり、高い作動性を確保して信頼性を向上することができる。
【００１０】
本発明の燃料交換装置のアーム支持構造では、前記支持部材は、前記本体胴または前記支持アームまたは前記収納ケースであることを特徴としている。
【００１１】
従って、本体胴と支持アームとの回動連結部、支持アームと収納ケースとの回動連結部に軸受を介装し、軸受の熱膨張係数よりその外側の支持部材、つまり、本体胴または支持アームまたは収納ケースの熱膨張係数を大きく設定することで、軸受に作動不良が発生しても、回動連結部を加熱することで、軸受に対して本体胴または支持アームまたは収納ケースが容易に回動可能とすることができる。
【００１２】
本発明の燃料交換装置のアーム支持構造では、前記軸受の外輪に前記支持部材が所定の嵌め合いをもって嵌合し、予め設定された基準温度で前記軸受の外輪と前記支持部材とが一体に回動可能であり、前記基準温度より高い温度で前記軸受の外輪と前記支持部材とが相対回動可能であることを特徴としている。
【００１３】
従って、軸受の外輪と支持部材とを所定の嵌め合い公差をもって嵌合することで、回動連結部を加熱すると、軸受に対して支持部材を容易に回動することができる。
【００１４】
本発明の燃料交換装置のアーム支持構造では、前記支持アームは、複数のアームからなるパンタグラフ機構であり、前記本体胴に対して前記収納ケースを水平移動可能に支持することを特徴としている。
【００１５】
従って、支持アームをパンタグラフ機構とすることで、本体胴に対して収納ケースを容易に水平移動することができ、作動性を向上して燃料交換作業の作業効率を向上することができる。
【００１６】
本発明の燃料交換装置のアーム支持構造では、前記軸受は、マルテンサイト系ステンレス鋼または軸受鋼により形成され、前記支持部材は、オーステナイト系ステンレス鋼により形成されることを特徴としている。
【００１７】
従って、軸受の材料をステンレス鋼や軸受鋼、軸受の材料をステンレス鋼とすることで、高コスト化を抑制することができる。
【００１８】
本発明の燃料交換装置のアーム支持構造では、前記支持アームの回動連結部を加熱するヒータが設けられることを特徴としている。
【００１９】
従って、予め設けたヒータにより回動連結部を加熱することで、軸受に対して支持部材を容易に回動することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃料交換装置のアーム支持構造によれば、本体胴の下部に支持アームを介して収納ケースを連結してジャッキ装置を設け、支持アームの回動連結部に軸受を介装し、軸受の熱膨張係数より軸受の外側に配置される支持部材の熱膨張係数を大きく設定するので、軸受に作動不良が発生したとき、支持アームの回動連結部を加熱すると、軸受より支持部材が大きく膨張して両者の相対移動が可能となり、支持アームを回動させることが可能となり、高い作動性を確保して信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る燃料交換装置を表す概略図である。
【図２】図２は、本実施例の燃料交換装置におけるアーム支持構造を表す図１のII−II断面図である。
【図３】図３は、アーム連結部を表す断面図である。
【図４】図４は、原子力発電プラントの概略構成図である。
【図５】図５は、高速増殖炉を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃料交換装置のアーム支持構造の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００２３】
図１は、本発明の一実施例に係る燃料交換装置を表す概略図、図２は、本実施例の燃料交換装置におけるアーム支持構造を表す図１のII−II断面図、図３は、アーム連結部を表す断面図、図４は、原子力発電プラントの概略構成図、図５は、高速増殖炉を表す概略図である。
【００２４】
本実施例の原子炉は、使用した燃料よりもさらに多くの燃料を生み出す高速増殖炉（ＦＢＲ）である。
【００２５】
本実施例の原子力発電プラントにおいて、図４に示すように、原子炉格納容器１１は、内部に高速増殖炉１２、一次主冷却系中間熱交換器１３、一次主冷却系循環ポンプ１４が格納されており、これらはガードベッセル（保護容器）により保護されている。そして、この高速増殖炉１２と一次主冷却系中間熱交換器１３と一次主冷却系循環ポンプ１４とは、一次主冷却系配管１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより連結されている。従って、この高速増殖炉１２、一次主冷却系中間熱交換器１３、一次主冷却系循環ポンプ１４、各一次主冷却系配管１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより一次系ナトリウムループが形成されている。そのため、高速増殖炉１２の炉心で原子燃料が核分裂を起こして熱が発生すると、一次主冷却系循環ポンプ１４によりナトリウムが循環することで、この発生した熱がナトリウムにより吸収されて冷却される。
【００２６】
原子炉格納容器１１の外部には、蒸気発生器を構成する過熱器１６、蒸発器１７、二次主冷却系循環ポンプ１８が配置されている。そして、この過熱器１６と蒸発器１７と二次主冷却系循環ポンプ１８とは、二次主冷却系配管１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより連結されており、二次主冷却系配管１９ａが原子炉格納容器１１内に侵入し、一部が一次主冷却系中間熱交換器１３内に配設されている。従って、この過熱器１６、蒸発器１７、二次主冷却系循環ポンプ１８、各二次主冷却系配管１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより二次系ナトリウムループが形成されており、二次主冷却系循環ポンプ１８によりナトリウムが循環することで、一次主冷却系中間熱交換器１３で一次系のナトリウムの熱が二次系のナトリウムにより吸収されて冷却される。
【００２７】
なお、この二次系ナトリウムループにおける二次主冷却系配管１９ａの一部に沿って空気冷却器２０による空気冷却配管２１が付設されている。
【００２８】
過熱器１６及び蒸発器１７内を挿通するように三次冷却系配管２２が配置されている。この三次冷却系配管２２は、一端部が蒸気タービン２３と連結されており、この蒸気タービン２３は発電機２４が接続されている。また、蒸気タービン２３は、復水器２５を有しており、この復水器２５には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２６及び排水管２７が連結されている。この取水管２６は、循環水ポンプ２８を有し、排水管２７と共に他端部が海中に配置されている。そして、この復水器２５は、三次冷却系配管２２の他端部に連結されており、この三次冷却系配管２２に給水ポンプ２９が設けられている。従って、この三次冷却系配管２２、蒸気タービン２３、復水器２５により三次系水ループが形成されており、給水ポンプ２９により水が循環することで、過熱器１６及び蒸発器１７で二次系のナトリウムの熱が水により吸収されて冷却される。
【００２９】
即ち、蒸気発生器としての過熱器１６及び蒸発器１７にて、二次系の高温ナトリウムと熱交換を行って生成された蒸気は、三次冷却系配管２２を通して蒸気タービン２３に送られ、この蒸気により蒸気タービン２３を駆動して発電機２４により発電を行う。そして、蒸気タービン２３を駆動した蒸気は、復水器２５で海水を用いて冷却されて復水となり、給水ポンプ２９により過熱器１６及び蒸発器１７に戻される。
【００３０】
このように構成された原子力発電プラントに適用される高速増殖炉１２において、図５に示すように、原子炉容器３１は、有底で上部が開口した円筒形状をなし、その内部に炉内構造物３２が配置可能であり、外周部にガードベッセル（保護容器）３３が設けられている。そして、この原子炉容器３１は、上部が原子炉格納容器１１の上部構造物（ペデスタル）１１ａに吊り下げ支持される一方、下部が下部構造物１１ｂに振れ止め支持されている。また、原子炉容器３１は、下部に一次主冷却系（入口）配管１５ａの端部が連結される一方、上部に一次主冷却系（出口）配管１５ｂが連結されている。
【００３１】
原子炉容器３１は、上部開口に円盤形状をなす固定プラグ３４が図示しない締結ボルトにより着脱自在に固定されている。また、原子炉容器３１は、内部にて、上下方向にずれて連結される一次主冷却系配管１５ａ，１５ｂの間に位置し、上部炉心支持板３５と下部炉心支持板３６が所定の間隔をもって固定されている。この上部炉心支持板３５及び下部炉心支持板３６は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。
【００３２】
原子炉容器３１は、上部炉心支持板３５と下部炉心支持板３６の間に位置して炉心３７が形成されている。この炉心３７は、内部に多数の燃料集合体（炉心燃料、ブランケット燃料）が配置されている。この燃料集合体は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成されると共に、内部に多数の制御棒が配置されている。この上部炉心支持板３５、下部炉心支持板３６、炉心３７などにより炉内構造物３２が構成されている。
【００３３】
回転プラグ３８は、固定プラグ３４に回転自在に支持されており、駆動装置３９により駆動回転可能となっている。この場合、回転プラグ３８は、原子炉容器３１の中心からずれた軸心を支点にとして回転する。炉心上部機構４０は、原子炉容器３１の中心に位置し、回転プラグ３８の中心部を貫通するように設けられており、下部が炉内構造物３２まで延設されている。この炉心上部機構４０は、上部に制御棒駆動機構４１が設けられ、炉心３７まで図示しない多数の制御棒案内管が設けられ、制御棒駆動機構４１から延出された制御棒駆動軸が制御棒案内管を通って炉心３７まで延出され、制御棒を上下動させることで、原子炉の出力を制御している。
【００３４】
また、回転プラグ３８は、炉心上部支持機構４０とは別に、燃料交換装置４２が設けられている。固定プラグ３４は、炉内中継装置４３が設けられる一方、原子炉容器３１は、炉心３７に隣接して移送ポットを有する中継ラック４４が設けられている。燃料交換装置４２は、炉心３７から燃料集合体を引き抜き、中継ラック４４まで移送したり、この中継ラック４４にある新しい燃料集合体を移送して炉心３７に挿入したりするものである。炉内中継装置４３は、中継ラック４４にある燃料集合体を外部に搬出したり、外部から新しい燃料集合体を搬入して中継ラック４４に仮置きしたりするものである。
【００３５】
従って、制御棒駆動機構４１により制御棒駆動軸を移動して炉心３７（燃料集合体）に制御棒を挿入することで、炉心３７内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器３１内に充填されたナトリウムが加熱され、高温のナトリウムが一次主冷却系配管１５ｂにより排出される。即ち、燃料集合体を構成する原子燃料（例えば、プルトニウム−ウラン混合酸化物燃料ペレット）が核分裂することで中性子を放出し、放出された高速中性子が原子燃料に衝突して新たな核分裂が起こることで熱が発生し、ナトリウムがこの発生した熱を奪って冷却する。一方、核分裂した別の高速中性子がウラン２３９に吸収されることでプルトニウムが発生する。制御棒は、炉心３７内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときに炉心３７に急速に挿入される。
【００３６】
ここで、上述した燃料交換装置４２について詳細に説明する。燃料交換装置４２において、図１及び図２に示すように、本体胴５１は、円筒形状をなし、回転プラグ３８の開口部に装着されている。この本体胴５１は、下部にハウジング５２が一体に設けられ、このハウジング５２は、円筒形状をなすものの、一方側が所定の周方向の範囲にわたって切り欠かれた開口部５２ａを有している。
【００３７】
本体胴５１及びハウジング５２は、中空形状をなし、内部にスライド部材５３がガイドレール５４に沿って移動自在に支持されている。即ち、ハウジング５２は、内周面に沿ってＵ字形状をなすガイドレール５４が固定されており、両側に対向してレール部５４ａ，５４ｂが形成されている。一方、スライド部材５３は、同じくＵ字形状をなし、ガイドレール５４の内側に配置されており、左右の各ガイド部材５３ａ，５３ｂがレール部５４ａ，５４ｂをそれぞれ挟持している。また、本体胴５１は、上部に第１駆動装置（図示略）が設けられており、この第１駆動装置により上下移動可能な駆動ロッド５５が本体胴５１からハウジング５２に延出され、下端部がスライド部材５３に連結されている。従って、第１駆動装置を駆動すると、駆動ロッド５５を介してスライド部材５３をガイドレール５４に沿って上下移動することができる。
【００３８】
このスライド部材５３は、パンタグラフ機構（支持アーム）５６を介して収納ケース５７が連結されており、このパンタグラフ機構５６が作動することで、収納ケース５７を水平移動することができる。このパンタグラフ機構５６は、上下一対の略平行をなす第１、第２アーム５８，５９と、第２アーム５９に連結される第３アーム６０とからなる。この第１、第２アーム５８，５９は、ほぼ同じ形状で同じ長さを有し、基端部がスライド部材５３に連結軸６１，６２により回動自在に連結され、先端部が収納ケース５７に連結軸６３，６４により回動自在に連結されている。一方、第３アーム６０は、第１、第２アーム５８，５９のほぼ半分の長さを有し、基端部がハウジング５２に連結軸６５により回動自在に連結され、先端部が第２アーム５９の中間部に連結軸６６により回動自在に連結されている。
【００３９】
従って、スライド部材５３をガイドレール５４に沿って上下移動すると、パンタグラフ機構５６を構成する各アーム５８，５９，６０が起倒することで、収納ケース５７を水平移動することができる。即ち、図１に示す収納ケース５７の開放位置から、スライド部材５３を上昇すると、第３アーム６０が連結軸６５を支点として時計周り方向に回動し、第１、第２アーム５８，５９が反時計周り方向に回動することで、収納ケース５７がハウジング５２に接近する。そして、パンタグラフ機構５６がほぼ直線状に折畳まれると、収納ケース５７が開口部５２ａからハウジング５２内に入り込んで収容され、外径が本体胴５１の外径以下となり、回転プラグ３８の開口部を通過可能な外径となる。
【００４０】
一方、収納ケース５７がハウジング５２に収容された収納ケース５７の収納位置から、スライド部材５３を下降すると、第３アーム６０が連結軸６５を支点として反時計周り方向に回動し、第１、第２アーム５８，５９が時計周り方向に回動することで、収納ケース５７がハウジング５２から離間する。そして、パンタグラフ機構５６が開き、収納ケース５７が水平移動することができる。
【００４１】
この、パンタグラフ機構５６は、収納ケース５７の開放位置で、ハウジング５２（スライド部材５３）と収納ケース５７と第１、第２アーム５８，５９とで平行四辺形をなすことで、このパンタグラフ機構５６が作動すると、収納ケース５７を水平移動させることができる。そして、第１駆動装置によりスライド部材５３の昇降位置を制御することで、収納ケース５７の水平移動位置を制御することができる。
【００４２】
収納ケース５７は、内部に原子炉容器３１の炉心３７にある燃料集合体を保持して交換可能なジャッキ装置６６が設けられている。このジャッキ装置６６は、収納ケース５７に固定された支持軸６７に沿って上下移動自在に支持され、下端部に燃料集合体を保持可能な保持爪６８を有している。そして、本体胴５１は、上部に第２、第３駆動装置（図示略）が設けられており、この各駆動装置により軸方向に移動可能な駆動ロッド（図示略）が本体胴５１、ハウジング５２、第１アーム５８を通って収納ケース５７に延出され、ジャッキ装置６６と保持爪６８に連結されている。従って、第２駆動装置を駆動すると、駆動ロッドを介してジャッキ装置６６を支持軸６７に沿って上下移動することができ、第３駆動装置を駆動すると、駆動ロッドを介してジャッキ装置６６の保持爪６８を開閉することができる。
【００４３】
ここで、第１アーム５８の支持構造について説明する。図２及び図３に示すように、第１アーム５８は、左右の対向する連結板５８ａ，５８ｂを有して断面がコ字形状をなし、各連結板５８ａ，５８ｂの基端部５８ｃ，５８ｄがスライド部材５３内に侵入している。このスライド部材５３は、左右の連結部５３ｃ，５３ｄが一体に形成されており、第１アーム５８の基端部５８ｃ，５８ｄが嵌合している。そして、連結軸６１（６１ａ，６１ｂ）は、スライド部材５３の外側から第１アーム５８の基端部５８ｃ，５８ｄとスライド部材５３の連結部５３ｃ，５３ｄを貫通している。この場合、連結軸６１ａ，６１ｂは、第１アーム５８の基端部５８ｃ，５８ｄとの間に軸受７１，７２が介装され、スライド部材５３の連結部５３ｃ，５３ｄに、例えば、ボルトをもって固定されている。
【００４４】
この軸受７１，７２は、ほぼ同様の構造を有し、軸受７１は、内輪７１ａと、外輪７１ｂと、内輪７１ａと外輪７１ｂとの間に装着される多数のコロ（または、ボール）７１ｃと、コロ７１ｃを保持する保持器（図示略）とから構成されている。そして、内輪７１ａは、連結軸６１ａに嵌合されると共に、外輪７１ｂは、第１アーム５８の基端部５８ｃの形成された取付孔に嵌合されている。
【００４５】
一方、第１アーム５８は、各連結板５８ａ，５８ｂの先端部５８ｅ，５８ｆが収納ケース５７内に侵入している。この収納ケース５７は、断面がコ字形状をなし、左右の連結部５７ａ，５７ｂが第１アーム５８の先端部５８ｅ，５８ｆの間に嵌合している。そして、連結軸６３（６３ａ，６３ｂ）は、第１アーム５８の先端部５８ｅ，５８ｆと収納ケース５７の連結部５７ａ，５７ｂを貫通している。この場合、連結軸６３ａ，６３ｂは、第１アーム５８の先端部５８ｅ，５８ｆとの間に軸受７３，７４が介装され、収納ケース５７の連結部５７ａ，５７ｂに、例えば、ボルトをもって固定されている。なお、この軸受７３，７４は、軸受７１，７２とほぼ同様の構成となっている。
【００４６】
本実施例では、第１アーム５８におけるスライド部材５３と収納ケース５７のそれぞれの回動連結部に軸受７１，７２，７３，７４が介装されており、この軸受７１，７２，７３，７４の熱膨張係数より軸受７１，７２，７３，７４の外側に配置される支持部材としての第１アーム５８の基端部５８ｃ，５８ｄ及び先端部５８ｅ，５８ｆの熱膨張係数が大きく設定されている。
【００４７】
この場合、第１アーム５８の基端部５８ｃ，５８ｄに軸受７１，７２が装着され、連結軸６１ａ，６１ｂがこの軸受７１，７２及びスライド部材５３の連結部５３ｃ，５３ｄに嵌合する一方、第１アーム５８の先端部５８ｅ，５８ｆに軸受７３，７４が装着され、連結軸６３ａ，６３ｂがこの軸受７３，７４及び収納ケース５７の連結部５７ａ，５７ｂに嵌合している。そのため、本実施例では、本発明の支持部材が第１アーム５８に相当している。
【００４８】
本実施例では、軸受７１，７２，７３，７４は、マルテンサイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ）または軸受鋼（ＳＵＪ２）により形成され、第１アーム（支持部材）５８は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）により形成されている。
【００４９】
そして、軸受７１，７２，７３，７４の外輪（７１ｂ）に第１アーム（支持部材）５８が所定の嵌め合いをもって嵌合し、予め設定された基準温度で外輪（７１ｂ）と第１アーム５８とが一体に回動可能であり、基準温度より高い温度で外輪（７１ｂ）と第１アーム５８とが相対回動可能となっている。
【００５０】
例えば、軸受７１，７２，７３，７４と第１アーム（支持部材）５８の寸法公差が下記の表１及び表２のように設定されている。この場合、表１は、第１アーム５８にオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を採用し、軸受７１，７２，７３，７４に軸受鋼（ＳＵＪ２）を採用した場合であり、表２は、軸受７１，７２，７３，７４にマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４０４Ｃ）を採用した場合である。なお、この以下に説明する第１アーム５８と軸受７１，７２，７３，７４の寸法及び寸法公差は、一例であり、これに限定されるものではない。
【００５１】
第１アーム５８は、軸受７１，７２，７３，７４が装着される取付孔の内径１００ｍｍ、材質ＳＵＳ３０４、線膨張係数１７．６×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃となっている。一方、軸受７１，７２，７３，７４は、外径１００ｍｍ、内径５０ｍｍ、材質ＳＵＪ２、線膨張係数１２．５×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃のものと、外径１００ｍｍ、内径５０ｍｍ、材質ＳＵＳ４４０Ｃ、線膨張係数１０．２×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃の２種類となっている。
【００５２】
表１に示すように、第１アーム５８の材質をＳＵＳ３０４（線膨張係数１７．６×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃）とし、軸受７１，７２，７３，７４の材質ＳＵＪ２（線膨張係数１２．５×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃）とした場合、基準温度２００℃で、軸受７１，７２，７３，７４の公差を、外径１００ｍｍ±０μｍ／−１５μｍに設定する一方、第１アーム５８の公差を、内径１００ｍｍ−１０μｍ／−４５μｍに設定する。そのため、軸受７１，７２，７３，７４（外輪）と第１アーム５８の取付孔との最小隙間が−４５μｍ、最大隙間が＋５μｍに設定される。従って、軸受７１，７２，７３，７４（外輪）が第１アーム５８の取付孔にほぼ隙間なく嵌合することから、両者が一体に回転可能となる。そして、第１アーム５８及び軸受７１，７２，７３，７４を加熱し、加熱温度２８８℃では、軸受７１，７２，７３，７４と第１アーム５８が熱膨張するものの、第１アーム５８の線膨張係数が高いことから、軸受７１，７２，７３，７４（外輪）と第１アーム５８の取付孔との最小隙間が±０μｍ、最大隙間が＋５０μｍとなる。従って、軸受７１，７２，７３，７４（外輪）と第１アーム５８の取付孔との間に隙間が発生することから、両者が相対回転可能となる。なお、第１アーム５８と軸受７１，７２，７３，７４は、常温２０℃で、表１の公差となるように製造される。
【００５３】
【表１】
2013228266.tif 000003
【００５４】
同様に、表２に示すように、第１アーム５８の材質をＳＵＳ３０４（線膨張係数１７．６×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃）とし、軸受７１，７２，７３，７４の材質をＳＵＳ４４０Ｃ（線膨張係数１０．２×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃）とした場合、基準温度２００℃で、軸受７１，７２，７３，７４の公差を、外径１００ｍｍ±０μｍ／−１５μｍに設定する一方、第１アーム５８の公差を、内径１００ｍｍ−１０μｍ／−４５μｍに設定する。そのため、軸受７１，７２，７３，７４（外輪）と第１アーム５８の取付孔との最小隙間が−４５μｍ、最大隙間が＋５μｍに設定される。従って、軸受７１，７２，７３，７４（外輪）が第１アーム５８の取付孔にほぼ隙間なく嵌合することから、両者が一体に回転可能となる。そして、第１アーム５８及び軸受７１，７２，７３，７４を加熱し、加熱温度２６１℃では、軸受７１，７２，７３，７４と第１アーム５８が熱膨張するものの、第１アーム５８の線膨張係数が高いことから、軸受７１，７２，７３，７４（外輪）と第１アーム５８の取付孔との最小隙間が±０μｍ、最大隙間が＋５０μｍとなる。従って、軸受７１，７２，７３，７４（外輪）と第１アーム５８の取付孔との間に隙間が発生することから、両者が相対回転可能となる。なお、第１アーム５８と軸受７１，７２，７３，７４は、常温２０℃で、表２の公差となるように製造される。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
なお、上述の説明では、軸受７１，７２，７３，７４をＳＵＪ２またはＳＵＳ４４０Ｃにより形成し、第１アーム５８をＳＵＳ３０４により形成したが、この構成に限定されるものではない。即ち、軸受７１，７２，７３，７４の熱膨張係数より第１アーム５８の熱膨張係数を大きく設定することができれば、いずれの材質であってもよい。
【００５７】
また、上述の説明では、パンタグラフ機構５６における第１アーム５８の支持構造において、軸受７１，７２，７３，７４の熱膨張係数より軸受７１，７２，７３，７４の外側に配置される支持部材としての第１アーム５８の基端部５８ｃ，５８ｄ及び先端部５８ｅ，５８ｆの熱膨張係数を大きく設定したが、第２、第３アーム５９，６０とハウジング５２、スライド部材５３、収納ケース５７との回動連結部（連結軸６２，６４，６５，６６）も同様の構成となっている。
【００５８】
高速増殖炉１２にて、図１及び図２に示すように、燃料交換装置４２により原子炉容器３１内の燃料集合体を交換する作業では、ナトリウムの温度がほぼ２００℃にあるときに行われる。そのため、この２００℃では、上述したように、軸受７１，７２，７３，７４が第１アーム５８の取付孔にほぼ隙間なく嵌合することから、両者が一体に回転可能となる。また、第２、第３アーム５９，６０も同様に回転可能となる。従って、燃料交換装置４２が２００℃のナトリウム内に浸漬しても、パンタグラフ機構５６は、各アーム５８，５９，６０が円滑に作動し、原子炉容器３１内の燃料集合体を適正に交換することができる。
【００５９】
しかし、燃料交換装置４２による原子炉容器３１内の燃料集合体の交換作業は、２００℃のナトリウム内に浸漬した状態で行われることから、軸受７１，７２，７３，７４に負担がかかる。そのため、この軸受７１，７２，７３，７４に作動不良が発生するおそれがある。すると、パンタグラフ機構５６の各アーム５８，５９，６０が円滑に作動しにくくなり、収納ケース５７がハウジング５２から離間した位置で停止すると、燃料交換装置４２を抜き取ることができなくなってしまう。
【００６０】
このとき、パンタグラフ機構５６を加熱する。例えば、原子炉容器３１内に加熱装置としてヒータを設けておき、または、ヒータを下降してナトリウム内に浸漬し、このナトリウムを加熱することで、パンタグラフ機構５６を加熱する。そして、パンタグラフ機構５６が所定の加熱温度まで加熱されると、各アーム５８，５９，６０の回動連結部が加熱されることで、例えば、軸受７１，７２，７３，７４の外輪に対して第１アーム５８の取付孔が大きく膨張することから、軸受７１，７２，７３，７４（外輪）と第１アーム５８の取付孔との間に隙間が発生する。この場合、第２、第３アーム５９，６０の回動連結部も同様に、軸受（外輪）と各アーム５９，６０の取付孔との間に隙間が発生する。従って、軸受７１，７２，７３，７４の作動不良に拘わらず、各アーム５８，５９，６０の回動連結部が作動可能となり、パンタグラフ機構５６は、各アーム５８，５９，６０が円滑に作動し、原子炉容器３１内の燃料集合体を適正に交換することができる。
【００６１】
なお、パンタグラフ機構５６を加熱手段として、原子炉容器３１内に加熱装置としてヒータを設けたが、各支持アーム５８，５９，６０の回動連結部に直接ヒータを装着してもよい。
【００６２】
このように本実施例の燃料交換装置のアーム支持構造にあっては、原子炉容器３１の回転プラグ３８を貫通して配置される本体胴５１と、この本体胴５１の下部にパンタグラフ機構５６を介して連結される収納ケース５７と、収納ケース５７に収納されて原子炉容器３１内に対して燃料を保持して交換を行うジャッキ装置６６とを設け、パンタグラフ機構５６における各アーム５８，５９，６０の端部に軸受７１，７２，７３，７４を装着して連結軸６１，６２，６３，６４，６５，６６により連結し、軸受７１，７２，７３，７４の熱膨張係数より各アーム５８，５９，６０の熱膨張係数を大きく設定している。
【００６３】
従って、各支持アーム５８，５９，６０の回動連結部に設けられた軸受７１，７２，７３，７４に作動不良が発生したとき、軸受７１，７２，７３，７４の熱膨張係数よりその外側にある各支持アーム５８，５９，６０の熱膨張係数が大きく設定されていることから、各支持アーム５８，５９，６０の回動連結部を加熱すると、軸受７１，７２，７３，７４より各支持アーム５８，５９，６０が大きく膨張することで、両者の間に隙間が発生する。そのため、軸受７１，７２，７３，７４が作動しなくても、各支持アーム５８，５９，６０と軸受７１，７２，７３，７４との間で回動することができ、各支持アーム５８，５９，６０を有するパンタグラフ機構５６により燃料交換作業を行うことが可能となり、高い作動性を確保して信頼性を向上することができる。
【００６４】
また、本実施例の燃料交換装置のアーム支持構造では、軸受７１の外輪７１ｂに第１アーム５８の基端部５８ｃが所定の嵌め合い（寸法公差）をもって嵌合し、予め設定された基準温度（２００℃）で、軸受７１の外輪７１ｂと第１アーム５８の基端部５８ｃとを一体に回動可能とし、基準温度より高い加熱温度（２８８℃、２６１℃）で、軸受７１の外輪７１ｂと第１アーム５８の基端部５８ｃとを相対回動可能としている。従って、軸受７１の外輪７１ｂと第１アーム５８の基端部５８ｃとを所定の寸法公差をもって嵌合することで、軸受７１の外輪７１ｂと第１アーム５８の基端部５８ｃを加熱すると、軸受７１に対して第１アーム５８を容易に回動することができる。
【００６５】
また、本実施例の燃料交換装置のアーム支持構造では、軸受７１，７２，７３，７４をマルテンサイト系ステンレス鋼または軸受鋼により形成し、各支持アーム５８，５９，６０をオーステナイト系ステンレス鋼により形成している。従って、軸受７１，７２，７３，７４や各支持アーム５８，５９，６０の材料をステンレス鋼や軸受鋼とすることで、高コスト化を抑制することができる。
【００６６】
また、本実施例の燃料交換装置のアーム支持構造では、各支持アーム５８，５９，６０の回動連結部を加熱するヒータを設けている。従って、予め設けたヒータにより回動連結部を加熱することで、軸受７１，７２，７３，７４に対して各支持アーム５８，５９，６０を容易に回動することができる。
【００６７】
なお、上述した実施例では、パンタグラフ機構５６にて、第１アーム５８の基端部５８ｃ，５８ｄに軸受７１，７２を装着し、連結軸６１ａ，６１ｂが軸受７１，７２及びスライド部材５３の連結部５３ｃ，５３ｄに嵌合すると共に、第１アーム５８の先端部５８ｅ，５８ｆに軸受７３，７４を装着し、連結軸６３ａ，６３ｂが軸受７３，７４及び収納ケース５７の連結部５７ａ，５７ｂに嵌合している。そのため、この実施例では、第１アーム５８が発明の支持部材に相当する。そして、軸受７１，７２，７３，７４の熱膨張係数よりこの軸受７１，７２，７３，７４の外側に配置される支持部材、つまり、第１アーム５８の熱膨張係数を大きく設定している。しかし、この構成に限定されるものではない。
【００６８】
例えば、ハウジング５２、スライド部材５３、収納ケース５７側に軸受を装着し、連結軸が軸受７１，７２及び各アーム５８，５９，６０の端部に嵌合するように構成してもよく、この場合、ハウジング５２、スライド部材５３、収納ケース５７が発明の支持部材に相当し、軸受の熱膨張係数よりこの軸受の外側に配置される支持部材、つまり、ハウジング５２、スライド部材５３、収納ケース５７の熱膨張係数を大きく設定すればよい。
【００６９】
また、上述した実施例では、本体胴５１に支持アームとしてのパンタグラフ機構５６を介して収納ケース５７を連結したが、支持アームは、パンタグラフ機構５６に限定されるものではない。例えば、特許文献１〜４として記載した構成であってもよい。具体的には、パンタグラフ機構や１本のアームにより収納ケースを上下移動または旋回移動させるように構成してもよい。即ち、本体胴５１の下部に支持アーム（パンタグラフ機構５６）を介して収納ケース５７が移動自在に連結され、軸受を有する少なくとも１つの回動連結部を有する構成であればよい。
【符号の説明】
【００７０】
１２  高速増殖炉
３１  原子炉容器
３２  炉内構造物
３４  固定プラグ
３７  炉心
３８  回転プラグ
４０  炉心上部機構
４２  燃料交換装置
５１  本体胴
５２  ハウジング
５３  スライド部材
５６  パンタグラフ機構（支持アーム）
５７  収納ケース
５８  第１アーム
５９  第２アーム
６０  第３アーム
６１，６１ａ，６１ｂ，６２，６３，６３ａ，６３ｂ，６４，６５，６６  連結軸
６６  ジャッキ装置
７１，７２，７３，７４  軸受
７１ａ  内輪
７１ｂ  外輪
７１ｃ  コロ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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