(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子を吸収する物質が収納された長尺状の複数の制御棒を結束してなる結束体の結束方向断面の中心を通る軸方向の軸線を回転軸として、１／４回転対称となるように前記複数の制御棒を配置した原子炉用制御棒集合体を、
原子炉の炉心に装荷し、前記炉心を所定の期間運転した後に前記炉心から取り出すとともに、前記回転軸を中心として１／４回転させることにより、前記炉心に装荷されていた状態から１／４回転した状態で再び前記炉心に装荷することを特徴とする原子炉用制御棒集合体の装荷方法。
【請求項２】
中性子を吸収する物質が収納された長尺状の複数の制御棒を結束してなる結束体の結束方向断面の中心を通る軸方向の軸線を回転軸として、１／４回転対称となるように前記複数の制御棒を配置した原子炉用制御棒集合体を収納する収納手段と、
前記原子炉用制御棒集合体を、第１の所定の収納場所から取り出し前記収納手段まで移送して、当該収納手段に収納するとともに、前記収納手段に収納されている前記原子炉用制御棒集合体を取り出し第２の所定の収納場所まで移送して、当該第２の所定の収納場所に収納する取出移送手段と、
前記収納手段に前記原子炉用制御棒集合体を収納した後の前記取出移送手段を、前記軸線を回転軸として、所定の方向に１／４回転させるとともに、前記収納手段から前記原子炉用制御棒集合体を取り出した後の前記取出移送手段を、前記軸線を回転軸として、前記所定の方向と逆の方向に１／４回転させる回転手段とを
備えたことを特徴とする原子炉用制御棒集合体の回転装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉用制御棒集合体の装荷方法および回転装置に係り、更に詳しくは、原子炉用制御棒集合体の原子炉運転中における摩耗対策を講じた原子炉用制御棒集合体の装荷方法および回転装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、加圧水型原子炉に用いられている原子炉用制御棒集合体の構成例を示す正面図である。
【０００３】
図５は、制御棒の構成例を示す正面断面図（ａ）、およびＡ−Ａ線に沿った断面図（ｂ）である。
【０００４】
また、図６は、加圧水型原子炉に用いられている燃料集合体の構成例を示す斜視図である。
【０００５】
すなわち、加圧水型原子炉（以下「ＰＷＲ」と称する）において用いられている原子炉用制御棒集合体（以下「ＲＣＣ」と称する）１は、スパイダー２に複数本の制御棒３を、その中心軸９を回転軸として１／４回転対称になるように配置して吊設することにより構成している。このため、ＲＣＣ１を、中心軸９を中心にして１／４回転（９０°回転）した場合においても、断面の形状は同じである。
【０００６】
制御棒３は、その両端が上部端栓７および下部端栓８で封入されたステンレス鋼製の被覆管６を備え、この被覆管６内にバネ５で押圧された中性子吸収材４を収納している。
【０００７】
このようなＲＣＣ１の制御棒３を、原子炉に装荷されている燃料集合体１０内の制御棒案内シンブル１１に挿入することによって、炉心に負の反応度を投入する。制御棒案内シンブル１１は、制御棒３が挿入できるような中空管からなる。
【０００８】
一方、このように制御棒案内シンブル１１に挿入されている制御棒３を、制御棒案内シンブル１１から引き抜くことによって、炉心に正の反応度を投入する。このように、ＰＷＲでは、ＲＣＣ１の挿入引抜によって炉心の反応度を制御している。
【０００９】
ＲＣＣ１の挿入または引抜は、後述する制御棒駆動装置が、スパイダー２を駆動することによって行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のＲＣＣ１では、以下のような問題がある。
【００１１】
図７は、制御棒駆動機構から燃料集合体へ制御棒が挿入される状態を示す模式図である。
【００１２】
制御棒３は、原子炉運転中に、燃料集合体１０内の制御棒案内シンブル１１に挿入されると、制御棒３が振動し、制御棒案内シンブル１１との接触により先端部に摩耗が生じる恐れがある。
【００１３】
この摩耗が生じる原因としては、ＲＣＣ１を制御棒駆動装置１４により駆動するためのガイドの役目を果たす制御棒案内管（以下「Ｇ／Ｔ」と称する）１５と上部炉心板（以下「ＵＣＰ」と称する）１６とのギャップ１７に冷却材１９が横方向に流れ、この横方向に流れる冷却材１９により制御棒３が振動し、その影響により制御棒３の先端部付近が制御棒案内シンブル１１の内側と干渉して摩擦が生じることが考えられる。
【００１４】
この場合、特にＧ／Ｔ１５とＵＣＰ１６とを支持している２本の支持ピン１８の取付位置付近に位置する制御棒３に比べて、支持ピン１８の無い側に位置する制御棒３の摩耗が進行する傾向にある。
【００１５】
これは、Ｇ／Ｔ１５とＵＣＰ１６とのギャップ１７に流れる冷却材１９の流れが支持ピン１８によって妨げられるため、支持ピン１８の有る側に摩擦発生が少なく、一方、支持ピン１８の無い側には冷却材１９の流れが妨げられる事が無いため、摩擦発生が多くなることによるものである。
【００１６】
支持ピン１８の無い側に位置する制御棒３の摩耗は、先端部のみならず、被覆管６の下端部の範囲まで摩耗が進展して行くと考えられ、ついには貫通摩耗となり、制御棒３としての機能に支障をもたらすために、ＲＣＣ１を交換しなければならず、ＲＣＣ１の寿命が短縮化されるという問題がある。
【００１７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、原子炉運転中における制御棒の摩耗の進行を緩和し、もって、原子炉用制御棒集合体の長寿命化を図ることが可能な原子炉用制御棒集合体の装荷方法および回転装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１９】
すなわち、請求項１の発明では、中性子を吸収する物質が収納された長尺状の複数の制御棒を結束してなる結束体の結束方向断面の中心を通る軸方向の軸線を回転軸として、１／４回転対称となるように複数の制御棒を配置した原子炉用制御棒集合体を、原子炉の炉心に装荷し、炉心を所定の期間運転した後に炉心から取り出すとともに、回転軸を中心として１／４回転させることにより、炉心に装荷されていた状態から１／４回転した状態で再び炉心に装荷する。
【００２０】
請求項２の発明では、中性子を吸収する物質が収納された長尺状の複数の制御棒を結束してなる結束体の結束方向断面の中心を通る軸方向の軸線を回転軸として、１／４回転対称となるように複数の制御棒を配置した原子炉用制御棒集合体を収納する収納手段と、原子炉用制御棒集合体を、第１の所定の収納場所から取り出し収納手段まで移送して、当該収納手段に収納するとともに、収納手段に収納されている原子炉用制御棒集合体を取り出し第２の所定の収納場所まで移送して、当該第２の所定の収納場所に収納する取出移送手段と、収納手段に原子炉用制御棒集合体を収納した後の取出移送手段を、軸線を回転軸として、所定の方向に１／４回転させるとともに、収納手段から原子炉用制御棒集合体を取り出した後の取出移送手段を、軸線を回転軸として、所定の方向と逆の方向に１／４回転させる回転手段とを備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図４から図７と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２３】
本発明の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係る原子炉用制御棒集合体の装荷方法を実現するための回転装置の全体構成例を示す斜視図である。
【００２５】
すなわち、本発明の実施の形態に係る原子炉用制御棒集合体の回転装置は、ＲＣＣ取出移送装置２０と、ＲＣＣ取出移送装置回転装置２１と、ＲＣＣ収納容器２２とを備えている。
【００２６】
ＲＣＣ取出移送装置２０は、炉心から取出されて、所定の収納場所に収納されているＲＣＣ１を吊り上げ、ＲＣＣ収納容器２２まで移送し、このＲＣＣ１をＲＣＣ収納容器２２に吊り下げ、収納する。
【００２７】
ＲＣＣ取出移送装置２０は、このようにしてＲＣＣ１を、ＲＣＣ収納容器２２に収納すると、後述するＲＣＣ取出移送装置回転装置２１によって水平断面の中心を通る軸方向の軸線を回転軸として、すなわち図１に示す方向▲１▼に沿って１／４回転（９０°回転）されるようにしている。そして、この後に、ＲＣＣ収納容器２２に収納されているＲＣＣ１を、再び吊り上げる。
【００２８】
ＲＣＣ取出移送装置２０は、この状態で再びＲＣＣ取出移送装置回転装置２１によって、今度は、先に回転された方向とは逆方向、すなわち図１に示す方向▲２▼に沿って１／４回転（９０°回転）されるようにしている。ＲＣＣ取出移送装置２０は、下部の対角上の２箇所に突起物３０を備えており、これを観察することにより、回転状態および回転方向を確認できるようにしている。
【００２９】
ＲＣＣ取出移送装置２０は、この後に、ＲＣＣ１を、所定の燃料集合体１０の制御棒案内シンブル１１に、制御棒３が挿入するように吊り下げる。
【００３０】
このようにして、制御棒案内シンブル１１に制御棒３を挿入された燃料集合体１０は、図示しない燃料交換装置によって炉心内の所定の場所に装荷される。
【００３１】
ＲＣＣ取出移送装置回転装置２１は、ＲＣＣ取出移送装置２０を、ＲＣＣ取出移送装置２０の水平断面の中心を通る軸方向の軸線を回転軸として１／４回転（９０°回転）する。すなわち、ＲＣＣ収納容器２２にＲＣＣ１を収納した後のＲＣＣ取出移送装置２０を、図１に示す方向▲１▼に沿って１／４回転（９０°回転）する。その後、ＲＣＣ収納容器２２から原子炉用制御棒集合体１を吊り上げたＲＣＣ取出移送装置２０を、逆の方向、すなわち図１に示す方向▲２▼に沿って１／４回転（９０°回転）する。
【００３２】
ＲＣＣ収納容器２２は、ＲＣＣ１を収納する長尺状の容器であり、ＰＷＲプラントの既存の使用済燃料ラックでも適用可能としている。更に、ＲＣＣ収納容器２２は、上部にＲＣＣ回転用治具２３を備えている。
【００３３】
このＲＣＣ回転用治具２３は、ＲＣＣ収納容器２２の上部に脱着可能な構成としており、案内口３２と、この案内口の４辺を囲むように設けられた４箇所の挿入ガイド３３とを備えている。そして、ＲＣＣ取出移送装置２０から吊り下げられたＲＣＣ１が、この挿入ガイド３３によって案内口３２に導かれ、ＲＣＣ収納容器２２に適切に挿入されるようにしている。
【００３４】
次に、以上のように構成した本発明の実施の形態に係る原子炉用制御棒集合体の回転装置を適用した装荷方法について説明する。
【００３５】
図２は、本発明の実施の形態に係る原子炉用制御棒集合体の装荷方法を示す模式図である。
【００３６】
先ず、ＲＣＣ１は、原子炉の運転サイクル終了後に、既存の原子炉制御棒集合体交換機によって炉心から取り出され、所定の収納場所に収納される。ここでは、炉心から取り出されたＲＣＣ１は、既存の燃料ラック４０に収納される。
【００３７】
このように、既存の燃料ラック４０に収納されたＲＣＣ１は、ＲＣＣ取出移送装置２０によって吊り上げられる（ステップ１）とともに、ＲＣＣ収納容器２２の上まで移送される（ステップ２）。
【００３８】
そして、ＲＣＣ１は、ＲＣＣ収納容器２２の上から、ＲＣＣ取出移送装置２０によって吊り下げられ、ＲＣＣ収納容器２２に収納される（ステップ３）。このとき、ＲＣＣ１は、ＲＣＣ回転用治具２３に備えられた挿入ガイド３３に沿って吊り下げられることによって、案内口３２に導かれ、更に、ＲＣＣ収納容器２２にスムーズに挿入される。
【００３９】
ＲＣＣ取出移送装置２０は、このようにしてＲＣＣ１をＲＣＣ収納容器２２に収納すると、ＲＣＣ取出移送装置回転装置２１によって水平断面の中心を通る軸方向の軸線を回転軸として、図２に示す方向▲１▼に沿って１／４回転（９０°回転）される（ステップ４）。この回転状態および回転方向は、ＲＣＣ取出移送装置２０の突起物３０を観察することによって確認される。
【００４０】
次に、ＲＣＣ収納容器２２に収納されているＲＣＣ１は、このように１／４回転されたＲＣＣ取出移送装置２０によって、ＲＣＣ収納容器２２から吊り上げられる（ステップ５）。
【００４１】
ＲＣＣ取出移送装置２０は、このようにＲＣＣ１を吊り上げた状態で、ＲＣＣ取出移送装置回転装置２１によって、今度は、ステップ４とは逆方向に、すなわち図２に示す方向▲２▼に沿って１／４回転（９０°回転）される（ステップ６）。これによって、ＲＣＣ取出移送装置２０は、ステップ４にて回転される前の通常の状態、すなわち回転していない状態に戻される。一方、ＲＣＣ取出移送装置２０に吊り下げられているＲＣＣ１は、直前の運転サイクルで炉心に装荷されていた状態から、方向▲２▼に沿って１／４回転（９０°回転）した状態でＲＣＣ取出移送装置２０に保持された状態となる。なお、この回転状態および回転方向も、ＲＣＣ取出移送装置２０の突起物３０を観察することによって確認される。
【００４２】
前述したステップ６におけるＲＣＣ取出移送装置２０の方向▲２▼に沿った１／４回転が完了すると、ＲＣＣ１は、ＲＣＣ取出移送装置２０によって、所定の燃料集合体１０が収納されている燃料ラック４０に移送され、この燃料集合体１０の制御棒案内シンブル１１に、制御棒３が挿入するように吊り下げられる（ステップ７）。ＲＣＣ１は、その水平断面の中心を通る軸方向の軸線を回転軸として、１／４回転対称となるように制御棒３を配置しており、制御棒案内シンブル１１も、制御棒３の配置に合わせて設けられていることから、ＲＣＣ１は、１／４回転（９０°回転）した状態においても、燃料集合体１０の制御棒案内シンブル１１への挿入が可能である。
【００４３】
この後、制御棒案内シンブル１１に制御棒３を挿入された燃料集合体１０が、図示しない燃料交換装置によって炉心内の所定の場所に装荷されることによって、ＲＣＣ１は、直前の運転サイクルにて炉心に装荷されていた状態から、１／４回転（９０°回転）した状態で装荷される。
【００４４】
これによって、直前の運転サイクルにおいて、支持ピン１８の無い側に位置しており、その先端の摩耗が促進された制御棒３が、支持ピン１８の有る側に位置することになるために、冷却材１９の横流れが妨げられる。その結果、被覆管６の摩耗が抑制されるようになる。
【００４５】
図３は、本発明の実施の形態に係る原子炉用制御棒集合体の装荷方法によって実現されるＲＣＣの摩耗進行度を示す模式図であり、縦軸は被覆管の摩耗深さ、横軸は原子炉内における制御棒の滞在時間をそれぞれ示している。
【００４６】
図３に示す曲線Ａは、はじめに支持ピン１８の無い側に配置され、途中から支持ピン１８の有る側に配置されたる制御棒３の被覆管６の摩耗進行量を示す曲線である。一方、曲線Ｂは、はじめに支持ピン１８の有る側に配置され、途中から支持ピン１８の無い側に配置された制御棒３の被覆管６の摩耗進行量を示す曲線である。
【００４７】
許容摩耗量Ｆは、制御棒３の被覆管６の摩耗量の許容限界を示すものであり、ＲＣＣ１のいずれかの制御棒３の被覆管６がこの許容摩耗量Ｆに至る前に、このＲＣＣ１を交換する必要がある。
【００４８】
仮に、ＲＣＣ１の１／４回転を行なわずに、原子炉の運転を継続して行くと、曲線Ａに示すとおり、原子炉滞在時間Ｄにおいて、支持ピン１８の無い側に位置している制御棒３の被覆管６の摩耗進行量が許容摩耗量Ｆに達してしまう。
【００４９】
しかしながら、原子炉滞在時間Ｃにおいて、ＲＣＣ１の１／４回転を行ない、しかる後にＲＣＣ１を再装荷すると、曲線Ａに示すように、支持ピン１８の無い側に位置していた制御棒３が、１／４回転後は支持ピン１８の有る側に位置することになるので、被覆管６の摩耗進行の割合が鈍化される。その結果、ＲＣＣ１において摩耗が最も進行している制御棒３の被覆管６の摩耗量が許容摩耗量Ｆに達するまでの時間が、滞在時間Ｄから滞在時間Ｅまで延長される。
【００５０】
一方、曲線Ｂに示すように、支持ピン１８の有る側に位置していた制御棒３が、１／４回転後は支持ピン１８の無い側に位置することになるので、摩耗進行の割合が速くなる。
【００５１】
なお、請求項でいう収納手段、取出移送手段、回転手段は、本発明の実施の形態においてＲＣＣ収納容器２２、ＲＣＣ取出移送装置２０、ＲＣＣ取出移送装置回転装置２１にそれぞれ相当する。また、請求項でいう第１および第２の所定の収納場所とは、燃料ラック４０に相当する。
【００５２】
上述したように、本発明の実施の形態に係る原子炉用制御棒集合体の回転装置を適用した装荷方法においては、ＲＣＣ１を適切な時期に原子炉の炉心から取り出し、１／４回転した後に再び炉心に装荷することにより、原子炉の運転中に支持ピン１８の無い側の制御棒３に集中していた摩耗を、他の制御棒３に分散させることができる。
【００５３】
すなわち、原子炉の運転中におけるＲＣＣ１の最大摩耗の進行が抑制されるので、ＲＣＣ１の長寿命化を図ることが可能となる。
【００５４】
なお、ＲＣＣ１の構造は、もともと１／４回転対称であるので、ハード的な改造等を行なうことなく、１／４回転して再装荷することは可能である。
【００５５】
また、ＰＷＲの燃料集合体１０は、炉心内で互いに等間隔で規則的に配置され、燃料濃縮度の分布も一様である。したがって、核的な特性も、燃料集合体１０の断面中心を通る軸方向の軸線を回転軸とした１／４回転対称となるので、１／４回転したＲＣＣ１を用いても核的な影響を受けることもない。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の原子炉用制御棒集合体の装荷方法および回転装置によれば、ＲＣＣ１を適切な時期に原子炉の炉心から取り出し、１／４回転した後に再び炉心に装荷するようにしているので、原子炉運転中における制御棒の摩耗の進行を緩和することができる。これによって、原子炉用制御棒集合体の長寿命化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る原子炉用制御棒集合体の装荷方法を実現するための回転装置の全体構成例を示す斜視図。
【図２】同実施の形態に係る原子炉用制御棒集合体の装荷方法を説明するための模式図。
【図３】同実施の形態に係る原子炉用制御棒集合体の装荷方法によって実現されるＲＣＣの摩耗進行度を示す模式図。
【図４】加圧水型原子炉に用いられている原子炉用制御棒集合体の構成例を示す正面図。
【図５】制御棒の構成例を示す正面断面図（ａ）、およびＡ−Ａ線に沿った断面図（ｂ）。
【図６】加圧水型原子炉に用いられている燃料集合体の構成例を示す斜視図。
【図７】制御棒駆動機構から燃料集合体へ制御棒が挿入される状態を示す模式図。
【符号の説明】
１…原子炉用制御棒集合体（ＲＣＣ）、
２…スパイダー、
３…制御棒、
４…中性子吸収材、
５…バネ、
６…被覆管、
７…上部端栓、
８…下部端栓、
９…中心軸、
１０…燃料集合体、
１１…制御棒案内シンブル、
１４…制御棒駆動装置、
１５…制御棒案内管、
１６…上部炉心板（ＵＣＰ）、
１７…ギャップ、
１８…支持ピン、
１９…冷却材、
２０…ＲＣＣ取出移送装置、
２１…ＲＣＣ取出移送装置回転装置、
２２…ＲＣＣ収納容器、
２３…ＲＣＣ回転用治具、
３０…突起物、
３２…案内口、
３３…挿入ガイド、
４０…燃料ラック。
【図１】
0004022024.tif 000002
【図２】
0004022024.tif 000003
【図３】
0004022024.tif 000004
【図４】
0004022024.tif 000005
【図５】
0004022024.tif 000006
【図６】
0004022024.tif 000007
【図７】
0004022024.tif 000008