(57)【要約】  燃料交換キャナルを冠水させずに炉心にアクセスして燃料交換を行うために、上部炉内構造物を原子炉から取り外せるようにする吊上げ機。本発明は、上部炉内構造物の取り外しに使用する吊上げ装置と一体的な、遮蔽および換気手段を提供する。本吊上げ装置はまた、作業員が駆動棒を棒クラスタ制御集合体から分離できるようにする手段を提供することにより、原子炉の上方領域を冠水させずに保守要員を遮蔽しながら、駆動棒を上部炉内構造物とともに炉心から吊り上げられるようにする。
2016503179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器（１０）を有する原子炉の燃料交換のための上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）であって、当該原子炉容器の開口を取り囲む上部フランジ（６４）は蓋体（１２）の相手フランジによって封止され、当該原子炉容器は当該原子炉の炉心（１４）内の複数の燃料集合体（２２）の上に着座する上部炉内構造物パッケージ（２６）を取り囲み、当該上部炉内構造物パッケージは制御棒集合体駆動棒（５０）が収められた制御棒集合体駆動棒行程ハウジング（８０）を含み、当該駆動棒は当該ハウジング内で垂直経路に沿って移動し、
原子炉容器上部フランジ（６４、６６）の上に支持されると原子炉容器（１０）の開口を覆うサイズの遮蔽板（７８）であって、当該原子炉容器開口を覆う当該遮蔽板の上で作業する作業員の放射線被ばくを低減する材料から成る遮蔽板、
当該遮蔽板（７８）と一体化され、当該遮蔽板の上方を延びる吊上げ装置（８６）、および
当該遮蔽板を当該上部炉内構造物パッケージ（２６）に取り付ける手段
を含むこと
を特徴とする上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項２】
前記遮蔽板（７８）が前記制御棒集合体駆動棒（５０）にアクセスするための孔（８２）を有する、請求項１の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項３】
前記制御棒集合体駆動棒（５０）にアクセスするための前記孔（８２）のそれぞれが前記遮蔽板（７８）を貫通する管状貫通部（８４）を含み、当該管状貫通部が前記上部炉内構造物パッケージ（２６）内の前記棒行程ハウジング（８０）と整列し連結する、請求項２の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項４】
多数の前記管状貫通部（８４）が駆動棒ラッチングツール（８８）を含んでおり、当該駆動棒ラッチングツールは、前記管状貫通部（８４）内を往復移動可能であり、１本以上の前記駆動棒（５０）と結合したり、それぞれの駆動棒を対応する制御棒集合体（７２）から分離したりするように構成されている、請求項３の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項５】
前記駆動棒ラッチングツール（８８）を昇降させるように構成されたホイスト（９０）を含み、当該ホイストは前記吊上げ機（７６）に一体化されており、また当該ホイストは前記駆動棒（５０）が前記制御棒集合体（７２）から分離され、前記駆動棒ラッチングツールに取り付けられた状態で当該昇降動作を行うための十分な能力を有することを特徴とする、請求項４の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項６】
前記遮蔽板（７８）が換気・ろ過系統（９４）を含んでおり、当該換気・ろ過系統は前記遮蔽板の下方から空気を引き込み、引きこんだ空気をろ過して放射能汚染物質を除去し、当該引きこんだ空気を前記遮蔽板の上方へ排出するように構成されている、請求項１の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項７】
前記棒行程ハウジング（８０）が前記上部フランジ（６６）の上方へ延びており、前記遮蔽板（７８）が前記棒行程ハウジングの上方で前記原子炉容器（１０）の開口全体に拡がるトップハット形に構成され、前記遮蔽板が前記原子炉容器の前記上部フランジ上に支持される半径方向外向きに延びる縁部（１０２）を有することを特徴とする、請求項１の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項８】
遮蔽円筒体（１０６）を含み、当該遮蔽円筒体は前記遮蔽板（７８）の外径より大きな内径を有し、上端部に前記遮蔽板の外径より小さな直径の狭い開口（１０８）を有し、さらに前記上部炉内構造物パッケージ（２６）と実質的に同等以上の長さを有することを特徴とする、請求項１の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項９】
前記遮蔽円筒体（１０６）が前記遮蔽板（７８）を覆うように摺動自在に位置決め可能な、請求項８の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項１０】
前記吊上げ装置（８６）が、前記遮蔽円筒体（１０６）の上端部の前記狭い開口（１０８）よりも小さな外径を有する、請求項９の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項１１】
前記遮蔽板（７８）の外径より大きな内径を有する遮蔽円筒体（１０６）を含み、前記遮蔽板は前記上部炉内構造物パッケージ（２６）を吊り上げる時当該遮蔽円筒体（１０６）の狭い開口（１０８）に係合する延伸リップ（１０２）を有することを特徴とする、請求項１の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機（７６）。
【請求項１２】
原子炉容器（１０）を有する原子炉から上部炉内構造物パッケージ（２６）を取り外す方法であって、当該原子炉容器の開口を取り囲む上部フランジ（６４、６６）は蓋体（１２）の相手フランジによって封止され、当該原子炉容器は当該原子炉の炉心（１４）内の複数の燃料集合体（２２）の上に着座する当該上部炉内構造物パッケージを取り囲み、当該上部炉内構造物パッケージは制御棒集合体駆動棒（５０）が収められた複数の棒行程ハウジング（８０）を含み、当該駆動棒は当該ハウジング内で垂直経路に沿って移動することを特徴とし、
当該原子炉容器（１０）から当該蓋体（１２）を取り外すステップ、
遮蔽板（７８）を当該原子炉容器（１０）の開口の上に下ろすステップであって、
当該遮蔽板は原子炉容器上部フランジ（６４、６６）の上に支持されると当該開口を覆うサイズであり、当該原子炉容器開口を覆う当該遮蔽板の上で作業する作業員の放射線被ばくを低減する材料から成り、当該遮蔽板の上面から上方に延びる一体型吊上げ装置（８６）を含むことを特徴とするステップ、
当該遮蔽板（７８）を上部炉内構造物パッケージ（２６）に取り付けるステップ、および
当該原子炉（１０）から当該上部炉内構造物パッケージ（２６）を取り出すために当該遮蔽板（７８）を引き上げるステップ
から成る方法。
【請求項１３】
前記遮蔽板（７８）が前記制御棒集合体駆動棒（５０）にアクセスするための孔（８２）を有し、当該アクセス孔は実質的に垂直な経路に沿って往復移動可能な駆動棒ラッチングツール（８８）を含み、当該駆動棒ラッチングツールは当該孔を貫通し前記棒行程ハウジング（８０）内へ延びて駆動棒と連結したり、対応する制御棒集合体（７２）から駆動棒を分離したりすることを特徴とする請求項１２の方法であって、
当該駆動棒ラッチングツール（８８）を１本以上の前記駆動棒（５０）に取り付けるステップ、
前記駆動棒（５０）を対応する前記制御棒集合体（７２）から分離するステップ、
および
前記駆動棒（５０）を前記棒行程ハウジング（８０）内で引き上げるために当該駆動棒ラッチングツール（８８）を引き上げるステップ
から成る方法。
【請求項１４】
前記遮蔽板（７８）を引き上げるステップに先立って、遮蔽円筒体（１０６）を前記遮蔽板を覆い前記上部炉内構造物パッケージ（２６）を取り囲むように引き下げ、当該遮蔽円筒体が完全に引き下げられて前記上部炉内構造物パッケージ（２６）を取り囲む状態で当該遮蔽円筒体（１０６）を前記遮蔽板（７８）によって支持させるステップを含む、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記遮蔽円筒体（１０６）内の空気を抜き、その空気をろ過して前記遮蔽円筒体の外部へ排出することによって前記遮蔽円筒体内を負圧に維持するステップを含む、請求項１４の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して原子炉の燃料交換のための装置および方法に関し、具体的には、原子炉から上部炉内構造物を取り外したり、原子炉に上部炉内構造物を再設置したりするための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉は、直立した原子炉容器内に装荷された多数の細長い燃料集合体を有している。加圧状態の冷却材は、燃料集合体を循環することにより、燃料集合体に含まれる核分裂性物質の核反応で発生する熱を吸収する。加圧水で冷却されるかかる原子炉発電システムの一次側は、有用なエネルギーを発生させるための二次回路から隔離されるが当該二次回路と熱交換関係にある閉回路を構成する。一次側は、核分裂性物質を含む複数の燃料集合体を支持する炉心内部構造を囲む原子炉容器、熱交換蒸気発生器内の一次回路、加圧器の内部容積、加圧水を循環させるポンプおよび配管類を含み、これら配管類は蒸気発生器およびポンプをそれぞれ独立に原子炉容器に接続する。そのようなタイプの従来の原子力発電所では、原子炉容器と接続する蒸気発生器、ポンプおよび配管系から成る一次側の各部は一次側ループを形成する。
【０００３】
説明の目的のために、図１は炉心１４を密封する蓋体１２を備えた概して円筒形の圧力容器１０を有する従来の原子炉一次系を簡略化して示す。水またはホウ酸水のような冷却液は、ポンプ１６により容器１０内に圧入され、炉心１４を通過する際に熱エネルギーを吸収して、一般的に蒸気発生器と呼ばれる熱交換器１８へ送られ、伝達された熱は蒸気駆動タービン発電機のような利用回路（図示せず）へ送られる。次いで、原子炉冷却材がポンプ１６へ還流することで一次ループが完成する。一般的に、上述したような複数のループが、原子炉冷却材配管２０を介して単一の原子炉容器１０に接続されている。
【０００４】
従来設計の原子炉の例をさらに詳細に図２に示す。互いに平行で垂直に延びる複数の燃料集合体２２から成る炉心１４に加えて、説明の目的でその他の容器内部構造物を下部炉内構造物２４と上部炉内構造物２６とに分けることができる。従来設計では、下部炉内構造物は、炉心コンポーネントおよび計装体を支持し、整列させ、案内するとともに、容器内の流れ方向を定める機能を有する。上部炉内構造物は、燃料集合体２２（簡略化のため２つだけ図２に示す）を拘束するか、または燃料集合体に二次的拘束手段を提供し、計装体および例えば制御棒２８のようなコンポーネントを支持し案内する。図２に例示する原子炉の場合、冷却材は１つまたは２つ以上の入口ノズル３０から容器に流入し、原子炉容器と炉心槽３２との間に画定される環状部を流下し、下部プレナム３４において１８０°方向転換し、下部支持板３７および燃料集合体２２が着座する下部炉心板３６を上向きに貫流し、当該集合体の中および周りを流動する。下部支持板３７および下部炉心板３６の代わりに、３７と同じ高さを持つ単一構造の下部炉心支持板を配置する設計もある。炉心とその周辺領域３８を貫流する冷却材の流量は通常、毎秒約２０フィートの流速で毎分約４００，０００ガロンといった大きなものである。その結果生じる圧力降下および摩擦力が燃料集合体を上昇させようとするが、この動きは円形の上部炉心板４０を含む上部炉内構造物により制限される。炉心１４を出た冷却材は、上部炉心板４０の下側に沿って流れ、複数の孔４２を上方に流れる。冷却材はその後、上方および半径方向に流れて１つ以上の出口ノズル４４へ到達する。
【０００５】
上部炉内構造物２６は、容器または容器蓋体により支持することが可能であり、上部支持集合体４６を含む。荷重は、主として複数の支柱４８により、上部支持集合体４６と上部炉心板４０との間を伝達される。支柱は、所定の燃料集合体２２および上部炉心板４０の孔４２の上方で整列関係にある。
【０００６】
駆動シャフトまたは駆動棒５０、および中性子毒物棒のスパイダ集合体５２を一般的に含む直線方向に移動可能な制御棒２８は、制御棒案内管５４により上部炉内構造物２６を通り抜けて、整列関係にある燃料集合体２２内へ案内される。案内管は、上部支持集合体４６および上部炉心板４０の最上部に固定されている。支柱４８は、制御棒挿入能力に悪影響を与えかねない事故状況下での案内管の変形の抑制に寄与するように配列されている。
【０００７】
核分裂プロセスを制御するために、多数の制御棒２８が、燃料集合体２２の所定位置にある案内シンブル内を往復移動可能である。具体的には、燃料集合体の上部ノズルの上方に位置する制御棒機構が、複数の制御棒を支持する。この制御棒機構（棒クラスタ制御集合体とも呼ばれる）は、内部にねじ溝がある円筒形ハブ部材と半径方向に延びる複数の鉤またはアームとを有し、それらは図２に関して前述したスパイダ集合体５２を形成する。各アームは制御棒２８に相互接続されており、これにより、制御棒集合体機構７２は、制御棒２８を、全て公知の態様で、制御棒機構ハブに結合された制御棒駆動シャフト５０の駆動力により、燃料集合体２２の中の案内シンブル内で垂直方向に移動させ、燃料集合体２２内の核分裂プロセスを制御する。
【０００８】
軽水炉を使用する原子力発電所は、原子炉の燃料交換のために定期的な運転停止が必要である。新しい燃料集合体がプラントに搬送され、以前に原子炉から取り出されている使用済燃料集合体があればそれとともに、燃料貯蔵建屋に暫定貯蔵される。燃料交換のための運転停止時に、原子炉内の燃料集合体の一部が取り出され、原子炉から燃料貯蔵建屋へ移される。次に燃料集合体の別の一部が、原子炉内のある支持位置から、原子炉内の別の炉心支持位置へ移動される。取り出された燃料集合体の代わりに、新しい燃料集合体が燃料貯蔵建屋から原子炉内へ移送される。このような燃料集合体の移動は、炉心設計者が作成した全体的な燃料交換計画に従って、それぞれの燃料集合体が所定の位置に配置されるように、詳細な手順で行われる。従来の原子炉では、燃料へのアクセスに必要な原子炉内部構成機器の取り外しと、原子炉と使用済燃料貯蔵建屋内の使用済燃料プールとの間での新旧の燃料の移送とは、プラント保守要員を遮蔽するために水中で行われる。これは、燃料交換キャビティ内およびプラント建屋構造物と一体的な水路内の水位を上げることによって行う。水位を２０フィート以上にすることによって、炉内構造物と燃料集合体を移送するための遮蔽が提供される。
【０００９】
燃料交換作業は往々にして、原子力発電所の出力運転再開のためのクリティカルパスであり、したがって、この作業を迅速に行うことは、発電所所有者にとって経済的に重要な検討事項である。さらに、プラント機器と燃料集合体は高価であり、燃料集合体や燃料移送機器の不適切な取り扱いによる損傷や不必要な放射線被ばくが生じないよう注意を払う必要がある。炉心を安全かつ経済的に運転するには、各燃料集合体が正しく配置されている必要があるので、燃料交換作業の精度もまた重要である。一般的な加圧水型原子炉は、１８〜２４カ月ごとに燃料を交換する必要がある。
【００１０】
図１、２に示す従来の設計を採用した商業発電所は、典型的には出力が約１，１００メガワット以上である。最近では、ウェスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシーが、２００メガワット級のモジュール式小型炉を提案している。モジュール式小型炉は一体型の加圧水型原子炉であり、一次ループ構成機器のすべてが原子炉容器の内部に配置される。原子炉容器は、コンパクトな高圧格納容器に取り囲まれている。一体型加圧軽水炉には格納容器内の空間的な制約および低コストの要請があるため、安全性や機能性を損なうことなく補助系統の総数をできるだけ少なくする必要がある。例えば、一部のモジュール式小型炉の設計に付随するコンパクトな高圧格納容器では、移送する構成機器を内部に遮蔽できる冠水可能な大型キャビティを、原子炉容器の上方に組み入れることができない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、プラント要員および付近の機器を放射線の有害な影響から防護しつつ、格納容器を冠水させることなく、上部炉内構造物を取り外して燃料集合体にアクセスできるようにするための特別な取扱設備を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、燃料交換作業の間に格納容器を冠水・排水させる必要性および、それに伴う時間と支出を回避する、従来の原子炉にも使用可能な機器を提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
上記および他の目的は、原子炉容器の開口を取り囲む上部フランジが蓋体の相手フランジによって封止される原子炉の燃料交換のための上部炉内構造物パッケージ吊上げ機によって達成される。この原子炉容器は、原子炉炉心内の複数の燃料集合体の上方に着座する上部炉内構造物パッケージを取り囲む。この上部炉内構造物パッケージは、制御棒集合体駆動棒が収められた制御棒集合体駆動棒行程ハウジングを含み、当該ハウジング内を当該駆動棒が垂直経路に沿って移動する。上部炉内構造物パッケージ吊上げ機は、原子炉容器上部フランジに支持されると原子炉容器の開口を覆うサイズの遮蔽板を含んでいる。この原子炉容器開口を覆う遮蔽板は、その上で作業する作業員の放射線被ばくを低減する材料から成る。遮蔽板と一体化された吊上げ装置は遮蔽板の上方を延びており、遮蔽板を上部炉内構造物パッケージに取り付ける手段が、吊上げ装置を持ち上げることによって上部炉内構造物パッケージを原子炉から引き出せるようにする。
【００１４】
好ましくは、上部炉内構造物パッケージ吊上げ機の遮蔽板は、制御棒集合体駆動棒にアクセスするための孔を有し、望ましくはこの孔は遮蔽板を貫通する管状貫通部を含み、この管状貫通部は上部炉内構造物パッケージ内の棒行程ハウジングと整列し、連結する。一実施態様において、この管状貫通部のそれぞれは、対応する棒行程ハウジングに係合する円錐形案内装置を含んでいる。望ましくは、多数の管状貫通部が駆動棒ラッチングツールを含んでおり、この駆動棒ラッチングツールは、管状貫通部内で往復移動可能であり、１本以上の駆動棒と連結したり、それぞれの駆動棒を対応する制御棒集合体から分離したりするように構成されている。望ましくは、管状貫通部内の駆動棒ラッチングツールの位置を維持するための保持装置が設けられている。望ましくは、当該吊上げ機は駆動棒ラッチングツールを昇降させるように構成されたホイストを含み、このホイストは、駆動棒が制御棒集合体から分離されて駆動棒ラッチングツールに取り付けられた状態で当該昇降動作を行うための十分な能力を有する。また好ましくは、当該ホイストは吊上げ機に一体化されている。
【００１５】
別の一実施態様では、遮蔽板が換気・ろ過系統を含んでおり、この換気・ろ過系統は遮蔽板の下方から空気を引き込み、引きこんだ空気をろ過して放射能汚染物質を除去した上で遮蔽板の上方へ排出するように構成されている。さらに、上部炉内構造物パッケージ吊上げ機の一実施態様は、遮蔽板を原子炉容器の上に下ろすときに容器の上部フランジの整列スタッドに係合させて遮蔽板を整列させる手段を備えている。
【００１６】
棒行程ハウジングが原子炉容器の上部フランジの上方を延びているさらに別の一実施態様では、遮蔽板が棒行程ハウジングの上方で原子炉容器の開口全体に拡がるトップハット形に構成されており、当該遮蔽板は原子炉容器の上部フランジ上に支持される半径方向外向きに延びる縁部を有している。
【００１７】
また、好ましくは上部炉内構造物パッケージ吊上げ機は遮蔽円筒体を含んでおり、当該遮蔽円筒体は、遮蔽板の外径より大きな内径を有し、上端部に遮蔽板の外径より小さな直径の狭い開口を有し、上部炉内構造物パッケージと実質的に同等以上の長さを有する。望ましくは、当該遮蔽円筒体は遮蔽板を覆うように摺動自在に位置決めされ、当該吊上げ装置は、遮蔽円筒体の上端部の狭い開口よりも小さな外径を有する。
【００１８】
本発明はまた、原子炉容器の開口を取り囲む上部フランジが蓋体の相手フランジによって封止される原子炉から上部炉内構造物パッケージを取り外す方法も企図している。この原子炉容器は、原子炉炉心内の複数の燃料集合体の上方に着座する上部炉内構造物パッケージを取り囲む。この上部炉内構造物パッケージは、制御棒集合体駆動棒が収められた複数の棒行程ハウジングを含み、当該ハウジング内で当該駆動棒が垂直経路に沿って移動する。本方法は、原子炉容器から蓋体を取り外すステップを含む。次に本方法は、遮蔽板を原子炉容器の開口の上に下ろす。この遮蔽板は、原子炉容器上部フランジ上に支持されると原子炉容器開口を覆うサイズであり、この開口を覆う遮蔽板の上で作業する作業員の放射線被ばくを低減する材料から成る。当該遮蔽板は、その上面から上方を延びる一体型吊上げ装置を含む。次に本方法は、遮蔽板を上部炉内構造物パッケージに取り付け、当該遮蔽板を持ち上げて上部炉内構造物パッケージを原子炉から引き出す。
【００１９】
一実施態様では、遮蔽板が制御棒集合体駆動棒にアクセスするための孔を有し、このアクセス孔は実質的に垂直な経路に沿って往復移動可能な駆動棒ラッチングツールを含み、この駆動棒ラッチングツールは当該孔を貫通し棒行程ハウジング内へ延びて駆動棒に連結したり、対応する制御棒集合体から駆動棒を分離したりする。本方法はさらに、１本以上の駆動棒に駆動棒ラッチングツールを取り付けるステップ、対応する制御棒集合体から駆動棒を分離するステップ、および駆動棒ラッチングツールを引き上げることにより棒行程ハウジング内で駆動棒を引き上げるステップを含む。遮蔽板を持ち上げるステップに先立って、本方法は、遮蔽板を覆い上部炉内構造物パッケージを取り囲むように遮蔽円筒体を引き下げるステップを含むのが好ましい。遮蔽円筒体が完全に引き下げられて上部炉内構造物パッケージを取り囲んだ状態で、当該遮蔽円筒体が遮蔽板によって支持されるのが望ましい。
【００２０】
さらに別の実施態様において、本方法は遮蔽円筒体の内部を負圧に維持するステップを含む。遮蔽円筒体内を負圧に維持するステップは、当該遮蔽円筒体から空気を抜き、その空気をろ過して遮蔽円筒体の外部へ排出するステップを含むのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明の詳細を、好ましい実施態様を例にとり、添付の図面を参照して以下に説明する。
【００２２】
【図１】本発明の実施態様を適用できる従来の原子炉システムの単純化した概略図である。
【００２３】
【図２】本発明の実施態様を適用できる原子炉容器および内部構成機器の部分断面立面図である。
【００２４】
【図３】モジュール式小型炉システムを示す一部破断斜視図である。
【００２５】
【図４】図３に示す原子炉容器の拡大図である。
【００２６】
【図５】蒸気発生器を取り外し、原子炉冷却材水位を密閉フランジの高さまで下げた状態の、図４に示す原子炉容器の概略断面図である。
【００２７】
【図６】吊上げ装置と遮蔽板が一体的な組立体として上部炉内構造物の貫通フランジに取り付けられた、図５に示す原子炉容器の概略断面図である。
【００２８】
【図７】本発明の分離ツールを制御棒と係合する位置まで引き下げた状態の、図６に示す原子炉の概略断面図である。
【００２９】
【図８】本発明の一実施態様に従って分離ツールが駆動棒を棒クラスタ制御集合体から切り離した状況の、図７に示す原子炉の概略断面図である。
【００３０】
【図９】遮蔽板と吊上げ装置が一体化された組立体を覆うように遮蔽円筒体が引き下げられた、図８に示す原子炉の断面図である。
【００３１】
【図１０】原子炉容器から炉内構造物パッケージが吊り上げられた、図９に示す原子炉の概略断面図である。
【００３２】
【図１１】本発明の上部炉内構造物パッケージ吊上げ機の全体を原子炉上部炉内構造物に係合させた状態で示す部分断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図３、４は、本発明が適用される可能性があり、ペンシルベニア州クランベリー郡区に所在のウェスチングハウス・エレクトリック・カンパニーＬＬＣが提供するモジュール式小型炉を示す。ただし当然のことながら本発明は、図１、２に示す従来の加圧水型原子炉にも適用できる。図３は、圧力容器１０とその内部構成機器を示す原子炉格納容器１１の一部破断斜視図である。図４は、図３に示す圧力容器の拡大図である。加圧器５８（図１には示さず）は、ほとんどの加圧水型原子炉の設計に共通しており、一般的にはシステムの圧力を維持するために１つのループ内に組み入れられている。図３、４に示す設計のモジュール式小型炉では、加圧器５８は原子炉容器蓋体１２の上部に一体化されているため、別個に設ける必要がない。いくつかの図にわたって、同じ構成要素に対して同じ参照符号が付されている。高温側ライザー６０は、炉心１４から、高温側ライザー６０を取り囲む蒸気発生器１８に一次冷却材を導く。多数の冷却ポンプ１６が、上部炉内構造物２６の上端に近い高さで、原子炉容器１０のまわりに周方向に離隔して配置されている。原子炉冷却材ポンプ１６は、水平に設置された軸流キャンドモータポンプである。炉心１４および上部炉内構造物２６は、寸法を除いて、図１、２に関して前述した対応する構成機器と実質的に同一である。上記から、当然のことながら、容器フランジ６４の領域を優に超える高さまで原子炉を冠水させ、燃料集合体を、格納容器１１を貫通する移送キャナル６２を介して水中で使用済燃料プールへ移送する従来の燃料交換方法は、このタイプの格納容器およびコンパクトな設計には実際的でない。図３、４に示すモジュール式小型炉の運転に関しては、「Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」と題する２０１２年６月１３日に提出された米国特許出願第１３／４９５，０５０号により詳しい説明がある。
【００３４】
本発明は、上部炉内構造物パッケージ２６の取り外しに使用する吊上げ装置と一体的な、原子炉容器１０から取り外された状態の当該上部炉内構造物パッケージを遮蔽および換気する手段を提供する。本発明はまた、加圧水型原子炉の燃料交換に必要な、棒クラスタ制御集合体７２から駆動棒５０を分離する手段を作業員に提供する。しかし、上部炉内構造物パッケージにアクセスできるようにするには、図５に示すように、原子炉蓋体１２を取り外し、原子炉容器１０内の冷却材水位９６を原子炉フランジ６４の高さまで下げる必要がある。蓋体を取り外し、冷却材水位を下げたら、上部炉内構造物パッケージ２６を原子炉容器から吊り上げる吊上げ機を配置することができる。
【００３５】
この目的を達成する本発明の吊上げ機７６の一実施態様を図６〜１１に示す。これには、上部炉内構造物を取り外す前の開いた原子炉容器を覆う厚みのある遮蔽板７８が含まれる。この厚みのある遮蔽板は、放射線を遮蔽し、棒行程ハウジング８０の中で往復移動可能な制御棒駆動棒５０へのアクセスを可能にする。駆動棒には、遮蔽板７８の該棒と整列する位置に設けられた孔８２を通してアクセスする。上部炉内構造物集合体を遮蔽板とともに吊り上げられるように遮蔽板７８を上部炉内構造物集合体に取り付ける手段が設けられている。図６〜８に示す実施態様では、遮蔽板７８を中間貫通フランジ６６に取り付け、該中間貫通フランジから上部炉内構造物が吊り下げられる。中間貫通フランジ６６については、２０１２年４月２７日に提出された「Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ｆｌａｎｇｅ ｆｏｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ」と題する同時係属特許出願第１３／４５７，６８３号により詳しい説明がある。
【００３６】
管状貫通部８４は遮蔽板７８の孔８２を貫通し、この孔に設けられた円錐形案内装置８５はそれぞれ、制御棒駆動集合体の棒行程ハウジング８０のうちの１つに係合する。この案内装置は円錐形と記述したが、階段状でもよく、管状貫通部８４を案内して棒行程ハウジング８０を覆うことができれば任意の幾何学形状でよい。遮蔽板７８と一体的な吊上げ装置８６は、燃料交換時に原子炉容器１０から上部炉内構造物２６および駆動棒集合体５０を吊り上げるように設計されている。遮蔽板７８の管状貫通部８４内において選択的に作動される駆動棒ラッチングツール８８が多数設けられている。吊上げ装置８６と一体的なホイスト９０は、棒クラスタ制御集合体７２から分離された駆動棒集合体５０を引き上げるのに使用される。その際に、先ずラッチングツール８８をホイスト９０によって下降させ、駆動棒５０の上端部に連結させる。保持クリップ９２が、駆動棒ラッチングツール８８を管状貫通部８４内の所望の位置に保つ。換気系統９４（図１１にのみ示す）もまた吊上げ機７６と一体化されており、上部炉内構造物を乾燥させる際フィルタによる換気を行って、空気汚染の可能性を低くするように構成されている。上部炉内構造物吊上げ機集合体７６を原子炉容器の上に下ろす際に、容器内の整列スタッドに係合させる手段も設けられている。
【００３７】
燃料交換の際に燃料にアクセスできるようにするために、上部炉内構造物２６が取り外される。炉内構造物の取外しに先立って、原子炉が減圧され、原子炉蓋体フランジ６８を貫通フランジ６６および原子炉容器フランジ６４に固定しているボルト７４を取り外すことによって、原子炉蓋体が、あるいは多くのモジュール式小型炉の場合は蒸気発生器と加圧器が取り外される。従来の加圧水型原子炉の燃料交換のこの段階で、燃料交換キャビティが冠水状態にされ、駆動棒が棒制御クラスタ集合体から分離されて上部炉内構造物から取り外される。
【００３８】
加圧水型原子炉とコンパクトな格納容器とが一体化されたモジュール式小型炉では、燃料交換キャビティの冠水による遮蔽効果がないなかで、駆動棒を棒クラスタ制御集合体から分離しなければならない可能性がある。本発明では、作業員が、原子炉炉内構造物の放射能を帯びた構成機器から遮蔽された状態の中で、駆動棒を分離することが可能である。本発明ではその後、引き上げの際に放射能を帯びた構成機器を確実に遮蔽しながら、一体型吊上げ装置を用いて上部炉内構造物を取り外せるようにする。
【００３９】
図５〜１０は、原子炉を分解する際に本発明がどのように適用されるかを示している。原子炉を組み立てる際には、逆の手順が使われる。
【００４０】
図５に示すのは、蒸気発生器を取り外し、原子炉冷却水水位９６を原子炉容器密閉フランジ６４の高さまで下げた一体型原子炉である。この設計では、制御棒駆動機構５０の棒行程ハウジング８０が水位よりも上方へ延びる。図に示すように、制御棒クラスタ集合体７２は、炉心の燃料集合体２２内に完全に挿入される。
【００４１】
図６に示すのは、上部炉内構造物２６の貫通フランジ６６に（一体化された集合体として）取り付けられた吊上げ装置８６および遮蔽板７８である。吊上げ装置８６と遮蔽板７８は、一体的なユニットとして記述されているが、当然のことながら、それぞれ別個の部品として製造し、両者の境界面をねじ止めや溶接などの任意適当な方法で接合して一体化してもよい。遮蔽板７８は、棒行程ハウジングの上方において原子炉の開口全体に拡がる上部平面９８、垂直脚部１００、および貫通フランジ６６の上に取り付けられ半径方向外向きに延びるリムまたはフランジ１０２を有するトップハット形に構成されている。トップハット形であることにより、遮蔽板７８は棒行程ハウジング８０の高さを受け入れることができる。ただし、当然のことながら、棒行程ハウジングが遮蔽板と上部炉内構造物との連結点より上方に延びない設計の原子炉の炉内構造物では、遮蔽板７８はトップハット形とせずに一般に平坦な構成にしてもよい。吊上げ装置８６の吊上げ脚部１０４は、貫通フランジ６６のスタッドクリアランスホールを貫通し、ねじ付きカラー、ヒッチピン、Ｃ字形クランプなどの適切な留め具によってフランジに固定される。遮蔽板７８の孔８２および管状貫通部８４は、駆動棒駆動シャフトにアクセスして該棒を棒クラスタ制御集合体７２から切り離すのを可能にする。これらと同じ貫通部が、貯蔵および取扱いの際に、一体化された吊上げ機集合体７６の中で結合ツール８８を支持する。遮蔽板７８、管状貫通部８４および分離ツール８８は、プラント作業員が遮蔽板の上に立って作業する際に必要とされる望ましい遮蔽を提供する。
【００４２】
図７に示す分離ツール８８は、駆動棒５０と係合する位置まで下げられている。図８は、分離ツール８８が稼働中の加圧水型原子炉群ですでに運用されている方法を用いて、駆動棒５０を棒クラスタ制御集合体７２から分離された状態を示す。棒クラスタ制御集合体７２から分離された駆動棒５０は、ホイスト９０を用いて引き上げられ、分離ツールを支持する管状貫通部８４に保持クリップ９２によって留められる。燃料交換の残りすべての作業において、駆動棒５０はこの位置に固定されたままである。棒クラスタ制御集合体は燃料集合体の中に留まり、燃料とともに移動される。
【００４３】
次に、遮蔽板と吊上げ装置が一体化された集合体７６（図９に示す）を覆うように、遮蔽円筒体１０６が下ろされる。遮蔽円筒体は、格納容器建屋内で原子炉本体を支持する構造物によって、あるいは遮蔽板フランジ１０２の上に載る内向きに延びる上部フランジ１０８によって支持されるようにしてもよい。遮蔽円筒体１０６は、図１０に示すように、上部炉内構造物集合体２６および一体型吊上げ装置８６の周囲全体を取り囲み、遮蔽円筒体の内向きに延びる上部フランジ１０８が遮蔽板フランジ１０２の上に載ると、上部炉内構造物２６の全長を完全に覆う十分な長さがあるように設計されている。遮蔽円筒体１０６の最上部の、内向きに延びるフランジ１０８によって狭くなった開口により、図１０に示すように、遮蔽板フランジ１０２を遮蔽円筒体フランジ１０８と係合させた状態で、上部炉内構造物と遮蔽円筒体の両方を原子炉容器から吊り上げることができる。吊上げ機７６を遮蔽円筒体１０６と係合させ、上部炉内構造物２６を原子炉容器から引き出すと、集合体全体は燃料交換・貯蔵場所へ移送される。上部炉内構造物２６を引き上げる際、放射能を帯びた炉内構造物が水面９６より上に出るが、構成機器の乾燥が始まると、気中放射能汚染物質が生じる可能性がある。一体型換気・ろ過系統９４は、負圧を維持する（すなわち遮蔽円筒体１０６の内側の圧力が遮蔽円筒体の外側の圧力を下回る）ことによって気中汚染物質を確実に遮蔽円筒体内に閉じ込めるか、またはろ過系統内で確実に捕捉されるようにする。図１１は、遮蔽円筒体１０６内に捕捉され、遮蔽板７８によって支持された上部炉内構造物２６の三次元斜視図である。
【００４４】
本発明は、モジュール式小型炉への適用について記述したが、当然のことながら、従来の加圧水型原子炉や他の設計に適合性のある原子炉の燃料交換にも使用できる。従来設計の原子炉で乾式の燃料交換を行ったり、燃料交換時に要求される冠水量を減らしたりすることによって、従来のプラント燃料交換のための運転停止時のクリティカルパスにかかる時間と支出を節減できる。
【００４５】
本発明の特定の実施態様について詳しく説明してきたが、当業者は、本開示書全体の教示するところに照らして、これら詳述した実施態様に対する種々の変更および代替への展開が可能である。したがって、ここに開示した特定の実施態様は説明目的だけのものであり、本発明の範囲を何らも制約せず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載の全範囲およびその全ての均等物である。
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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