JP2016061628A - 燃料検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】沸騰水型原子炉用燃料集合体の燃料棒の表面の酸化膜厚さ測定に要する時間を短くする燃料検査装置を提供する。【解決手段】鉛直方向に伸びる円柱状の燃料棒を正方格子状に束ねかつ燃料棒を囲む筒状のセルを束ねたスペーサで燃料棒の水平方向の間隔を保持した沸騰水型原子炉用燃料集合体を検査する燃料検査装置に、棒10とプローブ20と押し付け部30とを設ける。棒10、プローブ20および押し付け部30は、複数のセルの外面で囲まれた通過領域を通過可能である。プローブ20は、棒10の先端近傍に設けられている。押し付け部30は、プローブ20を燃料棒10に押し付ける。【選択図】図1
Description
本発明は、沸騰水型原子炉用燃料集合体を検査する燃料検査装置に関する。
軽水炉の炉心には、一般的に、筒状の被覆管に核燃料を装填した燃料棒を複数本束ねた燃料集合体が装荷される。軽水炉に装荷される燃料集合体は、高温の水にさらされる。このため、燃料棒の表面に形成された酸化膜は、被覆管の腐食の要因となったり、核熱水力特性に影響を及ぼすことから、燃料棒の安全性及び健全性を評価するために、燃料棒被覆管に形成される酸化膜厚さを測定する必要がある。
沸騰水型原子炉(BWR)用燃料集合体は、角筒状のチャンネルボックスを装着した状態で原子炉に装荷される。一般に、BWR用燃料集合体の燃料棒の酸化膜厚さを測定する際には、一旦チャンネルボックスを取り外し、側面から検査用プローブを燃料棒に押し付けて測定する。
BWR用燃料集合体の燃料棒の酸化膜厚さを測定する際にチャンネルボックスを取り外し、測定後に再度取り付けると、測定に要する時間が長くなる。また、側面から検査プローブなどを燃料棒に接触させる方法でBWR用燃料集合体の燃料棒の酸化膜厚さ測定などの検査を行う場合、外周の燃料棒以外にアクセスすることは困難である。
そこで、本発明は、沸騰水型原子炉用燃料集合体の燃料棒の表面の酸化膜厚さ測定に要する時間を短くすることを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明は、鉛直方向に伸びる円柱状の燃料棒を正方格子状に束ねかつ前記燃料棒を囲む筒状のセルを束ねたスペーサで前記燃料棒の水平方向の間隔を保持した沸騰水型原子炉用燃料集合体を検査する燃料検査装置において、複数の前記セルの外面で囲まれた通過領域を通過可能な支持体と、前記通過領域を通過可能でプローブと、前記通過領域を通過可能で前記支持体に取り付けられて前記プローブを前記燃料棒に押し付ける押付手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、沸騰水型原子炉用燃料集合体の燃料棒の表面の酸化膜厚さ測定に要する時間が短くなる。
本発明に係る燃料検査装置のいくつかの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、これらの実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明に係る燃料検査装置の第1の実施の形態の側面図である。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明に係る燃料検査装置の第1の実施の形態の側面図である。
燃料検査装置は、棒10とプローブ20と押し付け部30とを有している。押し付け部30は、ヒンジ31で接続された2つの板32である。押し付け部30の一方の板32は、棒10の一方の端部に回動可能に取り付けられている。押し付け部30は、棒10の側面に向かい合うように2つ設けられている。棒10は、剛性の高い材料で形成されている。
棒10は、中空である。棒10の内部には、引張棒12が延びている。引張棒12の一方の端部は、押し付け部30の棒10に取り付けられている方ではない板32のヒンジ31とは反対側の端部に接続されている。引張棒12のもう一方の端部は、押し付け部30とは反対側の端部から出ている。
プローブ20は、押し付け部30のたとえばヒンジ31に固定されている。プローブ20は、たとえば渦電流測定用である。プローブ20の測定面は、棒10とは反対側に位置するように設けられている。
図2は、本実施の形態の燃料検査装置を測定対象の燃料集合体に挿入する際の立断面図である。図3は、本実施の形態の燃料検査装置を測定対象の燃料集合体に挿入する際の横断面図である。
測定対象の燃料集合体90は、下部タイプレート91と上部タイプレート92と燃料棒93とスペーサ94とを有している。燃料棒93は、ジルコニウム合金製の円管状の被覆管に円柱状のウランペレットを装填したものである。燃料棒93は、複数であって、互いに平行に下部タイプレート91と上部タイプレート92の間を延びている。燃料棒93の下端は、下部タイプレート91で支持されている。燃料棒93は、たとえば9行9列の正方格子状に配列されている。隣り合う燃料棒93の間は、スペーサ94によって所定の距離が保たれるようになっている。燃料集合体90は、角筒状のチャンネルボックス99を装着された状態で、原子炉の炉心に装荷される。
スペーサ94は、バンド95とセル96とを有している。それぞれの燃料棒93に対応する位置にセル96が配列されている。全てのセル96を囲むようにバンド95が設けられている。それぞれのセル96は、略円筒状である。2行2列に配置された4つのセル96の中央には空隙97が形成されている。また、これらの空隙97に対応する位置に、上部タイプレート92にも空隙が形成されている。燃料検査装置は、棒10とプローブ20と押し付け部30がスペーサ94の空隙97および上部タイプレート92の空隙を通過可能な大きさに形成されている。棒10を繰り出していくことにより、プローブ20を所定の検査位置まで移動させる。
図4は、本実施の形態の燃料検査装置を用いた検査時のプローブ近傍拡大横断面図である。図5は、本実施の形態の燃料検査装置を用いた検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。
プローブ20が所定の検査位置まで到達したら、引張棒12を引っ張る。これにより、押し付け部30が棒10の法線方向に膨らみ、ヒンジ31が燃料棒93側に移動する。このようにしてプローブ20を燃料棒93の表面に押し付けて、たとえば渦電流測定法によって燃料棒93の表面の酸化膜厚さを測定する。
プローブ20は、棒10を軸として回転可能に設けられている。棒10とともにプローブ20を回転させてもよい。適宜、回転させることにより、プローブ20を燃料棒93に垂直に押し当てて検査を行う。超音波を用いた検査の場合には、検出信号から、垂直に押し付けているかどうかを容易に判定できる。
このように本実施の形態の燃料検査装置を用いると、チャンネルボックス99を取り外すことなく燃料棒の検査を行うことができるため、検査に要する時間を短縮することができる。また、その結果、作業員の被曝が低減する。
本実施の形態では、棒10を挟んで線対称に押し付け部30を設けている。このため、1組の押し付け部30は、互いに他方が燃料棒93に押し付けられる際に支持となるため、より強く燃料棒93にプローブ20を押し付けることができる。その結果、検査精度が向上する。また、同時に2か所の測定ができるため、検査時間の短縮に寄与する。
押し付け部30として、可撓性を有する一枚の板を用いてもよい。この場合は、この板の中央部にプローブ20を取り付けておく。このような押し付け部30であっても、引張棒12を引っ張ると、板が撓み、中央部が燃料棒12に向けて移動し、プローブ20を燃料棒93に押し付けることができる。可撓性を有する板を用いた場合には、何らかの不具合で引張棒12による引張力を板に与えられなくなるとその板は伸びることになり、スペーサ94の空隙97を通れなくなる可能性は小さい。
押し付け部30は、棒10を挟んで線対称の位置に合計2つ設けているが、90度ごとに合計4つ設けてもよい。この場合は、4本の燃料棒について同時に検査することができる。
引張棒12の代わりに、ワイヤーを用いてもよい。この場合、押し付け部30は、引張棒12の抜き差しではなく、重力などで元の状態に戻るようにしておく。このワイヤーあるいは引張棒12は、棒10の内部に設ける。内部に設けておくと、燃料集合体の各部あるいは、使用済燃料プールの他の構造部材などに引っかかる可能性が小さくなる。
このワイヤーあるいは引張棒12は、棒10の外部に設けてもよい。引張棒12あるいはその代わりのワイヤーは、棒12の外部に設けてもよい。外部に設けておくと、製造およびメンテナンスが容易になる。
燃料棒96の酸化膜厚さ測定を行う場合、燃料棒96の表面に付着したソフトクラッドを除去する必要がある。そこで、たとえば、棒10の先端にブラシなどのソフトクラッドを除去する手段を設けてもよい。あるいは、燃料棒検査装置とは別に、棒の先端にブラシなどを取り付けてソフトクラッドを除去してもよい。ブラシでソフトクラッドを除去しながら、水噴射でクラッドを燃料棒96の近傍から離脱させたり、逆にパイプなどに吸引してもよい。
燃料棒93の酸化膜厚さ測定の際には、プローブ20の0点校正が必要となる場合がある。そこで、水中で標準となる燃料棒について別途測定するとよい。この校正用燃料棒は、たとえば部分長燃料棒の上部に設けたり、上部タイプレート92よりも上部に配置してもよい。
図6は、本実施の形態の燃料検査装置のプローブを検査位置まで移動させる際の姿勢を示したプローブ近傍拡大横断面図である。図6には、検査位置に到達した際のプローブの姿勢を破線で示した。
本実施の形態のように、水深数メートルで細管を扱う場合、回転方向の位置を正確に決めることは困難である。そこで本実施の形態では、プローブ20を検査位置まで移動させる際には、押付け部30を開き、検査対象の燃料棒93に対して45度回転した方向を向いてスペーサ94を通過させる。押付け部30の開いた状態での水平方向の幅が、スペーサ7の4つのセル96で囲まれた領域の最も長い空隙を通過可能のできるだけ広い状態としておく。これにより、押付け部30は、検査対象の燃料棒93に対して、棒10を中心として実質的に45度回転した姿勢となる。この状態で、検査対象位置までプローブ20を移動させた後、棒10を45度反対側に回転させることにより、プローブ20が検査対象の燃料棒93に正対する。棒10のプローブ20とは反対側の端部には、45度の角度で棒10を回転させる機構を設けておくとよい。
また、検査に際しては、回転方向の位置と同様に、軸方向の位置情報の把握も重要である。軸方向位置の把握のためには、たとえば、棒10の送り出し量を測定するエンコーダやメジャーを設けても良い。
回転方向の位置の把握の目的の一つは、プローブ20が燃料棒93の中心に接しているかどうかを確認することである。回転方向の位置の把握のためには、棒10の特定の方向に、目印を設けておいて燃料集合体90の外部からカメラなどで確認してもよい。あるいは、棒10の特定の方向に反射板を設け、外部からレーザー光を照射し、その反射光を確認する方法で棒10の回転方向の位置を把握してもよい。また、2つのプローブ20が燃料棒93に接触した状態で、プローブ20の間隔を測定することにより、棒10の回転方向の位置を把握してもよい。測定対象の2本の燃料棒93は、正方格子の互いに対角に位置しているため、プローブ20が燃料棒93の中心に接しているときに、プローブ20の間隔は最も小さくなる。つまり、プローブ20が燃料棒93に接していて、かつ、プローブ20の間隔が最小になる位置で測定を行うことにより、プローブ20が燃料棒93の中心に接していることを確認できる。プローブ20の間隔は、ヒンジ31の開き量を測定することなどによって測定することができる。
図7は、本実施の形態の変形例におけるプローブ近傍横断面図である。
この変形例では、円筒状の棒10の代わりに、角筒50を用いている。この角筒50は、燃料棒93が配置された正方格子に対して45度回転した状態で、スペーサ94の4つのセル96で囲まれた領域を通過可能なできるだけ大きな物である。つまり、角筒50は、燃料棒93が配置された正方格子に対して実質的に45度回転した状態でしか、スペーサ94の4つのセル96で囲まれた領域を通過できない。このため、押付け部30は、検査対象の燃料棒93に対して、棒10を中心として実質的に45度回転した姿勢となる。
また、この変形例では、引張棒12および押付け部30を角筒50の内部に収めればよいため、円筒状の棒10よりも広い空間であり、設計の自由度などが向上する。引張棒12および押付け部30を角筒50の内部に納め、角筒50の先端部を引張棒12よりも先に伸ばしておいてもよい。この場合、引張棒12および押付け部30が保護されて、スペーサ94などとの接触により破損する可能性を低減することができる。また、さらに角筒50の先端にテーパー部を設けておくことにより、スペーサ94などの隙間への挿入性が向上する。
[第2の実施の形態]
図8は、本発明に係る燃料検査装置の第2の実施の形態の側面図である。
[第2の実施の形態]
図8は、本発明に係る燃料検査装置の第2の実施の形態の側面図である。
本実施の形態では、第1の実施の形態の押し付け部30(図2など参照)の代わりに、気体または液体などの流体を注入して膨らむ袋、すなわち、風船40が設けられている。棒10は中空に形成されていて、風船40に気体または液体を注入し、風船から気体または液体を排出可能に設けられている。プローブ20は風船の表面に取り付けられている。
図9は、本実施の形態の燃料検査装置を用いた検査時のプローブ近傍拡大横断面図である。図10は、本実施の形態の燃料検査装置を用いた検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。
プローブ20が所定の検査位置まで到達したら、棒10から風船40に空気または水を注入する。これにより、風船40膨らみ、風船40の表面が燃料棒93側に移動する。このようにしてプローブ20を燃料棒93の表面に押し付けて、たとえば渦電流測定法によって燃料棒93の表面の酸化膜厚さを測定する。
このように本実施の形態の燃料検査装置を用いても、チャンネルボックス99を取り外すことなく燃料棒の検査を行うことができるため、検査に要する時間を短縮することができる。
風船40への気体または液体注入手段として中空の棒10を用いると、別途、気体または液体注入用のチューブなどを用いなくてもよいため部品点数の削減に寄与する。針などで容易に割ることができるゴム製の風船40を用いておくと、何らかの原因で風船40から気体または液体を排出できなくなったときには、針で風船40を割ることにより、容易に燃料集合体から取り出すことができる。
[第3の実施の形態]
図11は、本発明に係る燃料検査装置の第3の実施の形態の検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。図12は、本実施の形態の燃料検査装置の検査時のプローブ近傍拡大正面図である。
[第3の実施の形態]
図11は、本発明に係る燃料検査装置の第3の実施の形態の検査時のプローブ近傍拡大立断面図である。図12は、本実施の形態の燃料検査装置の検査時のプローブ近傍拡大正面図である。
本実施の形態では、プローブ20は支持板60に固定されている。支持板60は、軸方向、すなわち、燃料棒96と同じ方向に長い長方形の板である。支持板60は、プローブ20に対して、軸方向の両側に延びている。
このような燃料検査装置を用いると、プローブ20の燃料棒93への押付けの際、支持板60がサポートとなり、プローブ20を燃料棒93に垂直に押し付けることができる。つまり、プローブ20の一方の端部が先に燃料棒93に接触した際には、接触した先端はそれ以上燃料棒93側に移動せず、他方の先端が燃料棒93に近接して行くこととなるため、結果として支持板60は、燃料棒96に平行に位置することとなる。したがって、プローブ20の正面が支持板60と平行になるように固定しておくことにより、プローブ20と燃料棒93との接触角度を垂直にすることができる。
ここでは、第一の実施の形態に支持板60を追加した構成について説明したが、第一の実施の形態の変形例、あるいは、第二の実施の形態にも支持板60を追加してもよい。
10…棒、12…引張棒、20…プローブ、30…押し付け部、31…ヒンジ、32…板、40…風船、50…角筒、60…支持板、90…燃料集合体、91…下部タイプレート、92…上部タイプレート、93…燃料棒、94…スペーサ、95…バンド、96…セル、97…空隙、99…チャンネルボックス
Claims (5)
- 鉛直方向に伸びる円柱状の燃料棒を正方格子状に束ねかつ前記燃料棒を囲む筒状のセルを束ねたスペーサで前記燃料棒の水平方向の間隔を保持した沸騰水型原子炉用燃料集合体を検査する燃料検査装置において、
複数の前記セルの外面で囲まれた通過領域を通過可能な支持体と、
前記通過領域を通過可能でプローブと、
前記通過領域を通過可能で前記支持体に取り付けられて前記プローブを前記燃料棒に押し付ける押付手段と、
を有することを特徴とする燃料検査装置。 - 前記押付手段は、前記支持体に一方の端部が固定された板とその反対側の端部を鉛直方向に引っ張る引張手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料検査装置。
- 前記板は、少なくとも2枚であっていずれも同一の引張り手段で端部が引っ張られることを特徴とする請求項2に記載の燃料検査装置。
- 前記支持体は筒であって、前記引張手段は前記筒の内部を通過するワイヤーであることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の燃料検査装置。
- 前記押付手段は、流体を注入すると膨らむ袋であることを特徴とする請求項1に記載の燃料検査装置。
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CN109346201A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-15 | 河北工业大学 | 一种基于等效容积测量的核燃料组件内部变形检测装置 |
CN109360670A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-02-19 | 河北工业大学 | 一种自适应对中核燃料组件多功能检测装置 |
CN109373885A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-02-22 | 河北工业大学 | 一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置 |
CN111215963A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-06-02 | 吉林大学 | 一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器 |
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2014
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