JP2013181527A - 原子炉冷却材ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】異常時における高温高圧の加圧水の流通を規制することができる原子炉冷却材ポンプを提供する。
【解決手段】回転軸１を取り囲むように回転軸１の周方向に延在し、互いに独立した第一端部４１及び第二端部５１を有するシールリング３１と、第一端部４１及び第二端部５１を周方向に相対移動させるように付勢することでシールリング３１を縮径させるバネ部材６０と、常温時に固体状をなして第一端部４１と第二端部５１との間に配置されることでこれら第一端部４１及び第二端部５１の前記相対移動を規制するとともに、異常時に高温加圧水による加熱によって溶融することで、第一端部４１及び第二端部５１の相対移動を許容する可溶融部材を有する支持部７０と、を備えることを特徴とする原子炉冷却材ポンプ。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子炉冷却材ポンプに関し、特に、異常時における高温加圧水の漏洩を回避することが可能な原子炉冷却材ポンプに関する。

原子炉一次冷却材ポンプは、上下方向に延びる軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸を取り囲むハウジングとを備えている。この回転軸とハウジングとの間の空間には、上下方向に離間して配置された複数段の軸シールを備えている。そして、これら複数段のシールにより、下方側の高圧の加圧水が上方側においては大気圧となるように減圧が行われている（例えば特許文献１参照）。

実開昭６３−２２３９７号公報

ところで、原子炉一次冷却材ポンプにおいては、全交流電源喪失（ＳＢＯ：Ｓｔａｔｉｏｎ Ｂｌａｃｋ Ｏｕｔ）等の異常時に、通常運転時では例えば７０℃の加圧水が３００℃まで上昇することが予想される。この際、高温高圧の加圧水（以下、高温加圧水と称する。）が、複数の軸シールのうち最下方に位置する軸シールを突破し、最下方から２番目の軸シールに到達することも考えられる。

ここで、最下方から２番目の軸シール装置は、上記高温加圧水に耐え得るように設計することはできるものの、当該軸シール装置の周囲に配置された耐熱Ｏリングが高温加圧水により損傷を受けた場合、一次冷却材が外部に漏洩してしまうおそれがある。
したがって、全交流電源喪失時における最下方から２番目の軸シール装置への高温加圧水の到達を回避すべく、各シール装置の間における回転軸とハウジングとの間隙に、異常時の高温加圧水の流通を規制することができる構成を備えることが好ましい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、異常時における高温高圧の加圧水の流通を規制することができる原子炉冷却材ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係る原子炉冷却材ポンプは、前記支持部は、一端が前記第一端部に接続されたシリンダと、該シリンダの他端側から突出して前記第二端部に接続されるとともに、前記シリンダ内の前記一端側に第一室を画成し、該シリンダ内の他端側に第二室を画成するピストンロッドと、を有し、前記第一室内に固体状の前記可溶融部材が収容され、前記ピストンロッドに、前記第一室と前記第二室とを連通させて溶融した前記可溶融部材が通過する貫通孔が形成されていることを特徴とする。

このような特徴の原子炉冷却材ポンプによれば、常温時に固体状をなす可溶融部材が付勢力に抗してシールリングの第一端部及び第二端部の相対移動を規制することで、シールリングの径が維持される。これによって、常温時における回転軸とシールリングとのクリアランスを維持することができるため、回転軸の摺動抵抗による回転損失を抑えることができる。
一方、異常時に高温加圧水が漏洩防止シールまで到達した際には、支持部の可溶融部材が高温加圧水による加熱によって溶融する。これによって、付勢部材の付勢力に抗する支持力が消失するため、第一端部及び第二端部は付勢部材の付勢力に従って相対移動する。この結果、シールリングが縮径し、シールリングと回転軸との間隙が周方向にわたって縮小し、あるいはシールリングが周方向にわたって回転軸に密着する。

また、本発明に係る原子炉冷却材ポンプにおいて、前記支持部は、前記第一端部及び前記第二端部の間に配置された固体状の前記可溶融部材を収容する第一ベローズと、該第一ベローズに接続されて、溶融した前記可溶融部材が前記第一ベローズから移入する第二ベローズと、を有することが好ましい。

これによって、常温時に第一ベローズ内で固体状とされることでシールリングの径を維持する可溶融部材は、異常時に溶融することで第一ベローズから第二ベローズへと導入される。したがって、溶融状態の可溶融部材が高温加圧水によって流出してしまうことを回避することができる。

さらに、本発明の原子炉冷却材ポンプにおいて、前記支持部は、一端が前記第一端部に接続されたシリンダと、該シリンダの他端側から突出して前記第二端部に接続されるとともに、前記シリンダ内の前記一端側に第一室を画成し、該シリンダ内の他端側に第二室を画成するピストンロッドと、を有し、前記第一室内に固体状の前記可溶融部材が収容され、前記ピストンロッドに、溶融した前記可溶融部材が前記第一室から前記第二室へと移動する貫通孔が形成されているものであってもよい。

常温時にシリンダの第一室内で固体状とされることでシールリングの径を維持する可溶融部材は、異常時に溶融することで第一室から第二室へと貫通孔を介して移動する。これによって、ピストンロッドはシリンダの一端側へと移動するため、第一端部と第二端部との相対移動が許容され、シールリングが縮径する。したがって、溶融状態の可溶融部材が高温加圧水によって流出してしまうことを回避することができる。

本発明の原子炉冷却材ポンプによれば、異常時に支持部の可溶融部材が高温加圧水からの加熱により溶融することで、回転軸との間隙が周方向にわたって縮小し、あるいはシールリングが周方向にわたって回転軸に密着する。これによって、異常時における高温加圧水の流通を規制することが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る原子炉冷却材ポンプの縦断面図及びその系統図を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る原子炉冷却材ポンプにおける漏洩防止シールを回転軸の軸線方向から見た図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第一実施形態に係る原子炉冷却材ポンプにおける漏洩防止シールを回転軸の径方向内側から見た図である。 本発明の第一実施形態に係る原子炉冷却材ポンプにおける支持部の概略構成を説明する図である。 本発明の第二実施形態に係る原子炉冷却材ポンプにおける支持部の概略構成を説明する図である。 本発明の第三実施形態に係る原子炉冷却材ポンプにおける支持部の概略構成を説明する図である。 本発明の第一変形例に係る原子炉冷却材ポンプの漏洩防止シールを回転軸の軸線方向から見た図である。 本発明の第二変形例に係る原子炉冷却材ポンプの漏洩防止シールを回転軸の軸線方向から見た図である。

以下、本発明の第一実施形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。
まず、第一実施形態に係る原子炉冷却材ポンプ１００の全体構成について説明する。図１に示すように、原子炉冷却材ポンプ１００は、上下方向に延びる軸線Ｏ回りに回転可能に配置された回転軸１と、該回転軸１を取り囲むように配置されたハウジング２とを備えている。そして、回転軸１とハウジング２との間の空間に、軸線Ｏ方向に離間して配置された複数の軸シール１０が設けられている。

本実施形態においては、３組の軸シール１０が設けられており、これら軸シール１０は、下方から上方に向かって第一軸シール１０Ａ、第二軸シール１０Ｂ、第三軸シール１０Ｃとされている。なお、第一軸シール１０Ａは漏洩制限型シールとされており、第二軸シール１０Ｂ及び第三軸シール１０Ｃはメカニカルシールとされている。

第一軸シール１０Ａは、回転軸１の外周面に一体に固定されて径方向外側に張り出す円盤状をなす第一ランナ１１Ａと、ハウジング２に固定されたリング状をなして第一ランナ１１Ａとの間で僅かな間隙を形成する第一リング１２Ａとを備えている。第一リング１２Ａとハウジング２との間には、図示しない第一セカンダリシールが設けられている。

また、第二軸シール１０Ｂは、第一軸シール１０Ａよりも上方に設けられており、回転軸１の外周面に一体に固定されて、径方向外側に張り出す円盤状をなす第二ランナ１１Ｂと、ハウジング２に固定されたリング状をなして第二ランナ１１Ｂと摺接する第二リング１２Ｂとを備えている。第二リング１２Ｂとハウジング２との間には、図示しない第二セカンダリシールが設けられている。

さらに、第三軸シール１０Ｃは、第二軸シール１０Ｂよりも上方に設けられており、回転軸１の外周面に一体に固定されて、径方向外側に張り出す円盤状をなす第三ランナ１１Ｃと、ハウジング２に固定されたリング状をなして第三ランナ１１Ｃと摺接する間隙を形成する第二リング１２Ｂとを備えている。第三リング１２Ｃとハウジング２との間には、図示しない第三セカンダリシールが設けられている。

原子炉一次冷却材は、２００〜３００℃の高温水であり、この高温水がハウジング２内を上昇しないように、第一軸シール１０Ａの下部には充填材ポンプ１５により高圧の加圧水（シール水）が供給されている。この加圧水は、体積制御タンク１６より供給される。なお、第一軸シール１０Ａを漏洩して第二軸シール１０Ｂの下方に至った加圧水は、遮蔽弁１７及び流量計１８を経て体積制御タンク１６に戻されるようになっている。

第三軸シール１０Ｃの下方の空間、即ち、第三軸シール１０Ｃと第二軸シール１０Ｂとの間の空間には、パージ水と称される純水が供給されている。このパージ水は高所に設けられたパージ水ヘッドタンク１９から図示しない絞り及び流量計２０を経て供給される。なお、パージ水ヘッドタンク１９へは、純水メークアップタンク２１で準備された純水が純水ポンプ２２及び補給弁２３を経て供給される。この補給弁２３は、パージ水ヘッドタンク１９中の純水の水頭高さを検出するレベルコントロール装置２４によって制御されており、これによりパージ水ヘッドタンク１９の水頭高さは所定の値に維持されている。
また、上記パージ水は、第二軸シール１０Ｂ及び第三軸シール１０Ｃの潤滑と冷却をし、流量計２５及びスタンドパイプ２６を経てドレンタンク２７に回収される。

なお、第一軸シール１０Ａの下方の加圧水の温度は７０℃でその圧力は約１５．５ＭＰａとされている。第一軸シール１０Ａでは、この加圧水が約０．３ＭＰａまで減圧され、即ち、第二軸シール１０Ｂの下方の空間の加圧水の圧力は約０．３ＭＰａとなる。そして、第二軸シール１０Ｂでは、この約０．３ＭＰａの圧力が約０．０３ＭＰａまで減圧され、さらに第三軸シール１０Ｃでは、大気圧まで減圧されるようになっている。

ここで、全交流電源喪失時には、第一軸シール１０Ａの下方における通常運転時７０℃の加圧水が、原子炉一次冷却材により加熱されることで３００℃程度まで上昇することが想定される。このような高温の加圧水（以下、高温加圧水と称する。）によって第一軸シール１０Ａが突破された場合、該高温加圧水が第二軸シール１０Ｂに至り、高温加圧水の漏出を招くおそれがある。これに対して本実施形態では、例えば温度が３００℃、圧力が約１９ＭＰａの高温加圧水の第二軸シール１０Ｂへの到達を回避すべく、漏洩防止シール３０が設けられている。

この漏洩防止シール３０は、第一軸シール１０Ａと第二軸シール１０Ｂとの間におけるハウジング２と回転軸１との間隙に設けられており、本実施形態では、図３に示すように、ハウジング２に設けられた環状溝３に収容されるように設けられている。

この環状溝３は、ハウジング２の内周面から回転軸１の径方向（以下、単に径方向と称する）外側に凹むように形成されており、軸線Оを中心として回転軸１の周方向（以下、単に周方向と称する）に延在する円環状をなしている。また、環状溝３は、下方（軸線О方向一方側）を向く上側内壁面４と、該上側内壁面４に対向して上方（軸線О方向他方側）を向く下側内壁面５と、径方向内側を向き上側内壁面４及び下側内壁面５に接続された底壁面６とを有している。

さらに、環状溝３における下側内壁面５には、周方向に間隔をあけて、該下側内壁面５から下方に向かって凹み径方向内側に開口する座ぐり部７が設けられている。

本実施形態の漏洩防止シール３０は、回転軸１を取り囲むシールリング３１と、該シールリング３１を縮径させるバネ部材（付勢手段）６０と、シールリング３１の径を維持する支持部７０とを備えている。

シールリング３１は、図２及び図３に示すように、回転軸１を周囲から取り囲むように、該回転軸１の周方向に延在している。即ち、このシールリング３１は軸線Ｏを中心とした円環状をなしている。

また、シールリング３１は、その外周側の部分が例えばステンレス等からなるリング本体３２とされている。このリング本体３２における下側を向く面は、環状溝３の下側内壁面５に当接している。
さらに、リング本体３２の内周側には、例えば耐熱性を備えた樹脂からなる樹脂リング３４が設けられている。即ち、図３に示すように、リング本体３２の径方向内側を向く面には、周方向全域にわたって径方向外側に向かって凹む装着溝３３が形成されており、該装着溝３３に樹脂リング３４の外周側の部分が嵌合されている。

このようにして、樹脂リング３４はリング本体３２よりも径方向内側に向かって張り出しており、リング本体３２と樹脂リング３４が固定一体化されたシールリング３１が構成されている。なお、リング本体３２の軸線Ｏ方向の寸法に比べて樹脂リング３４の軸線Ｏ方向の寸法は小さく設定されている。

また、通常時、即ち、漏洩防止シール３０に高温加圧水が到達してない状態（以下、初期状態と称する。）においては、樹脂リング３４の内径は回転軸１の外径よりも僅かに大きく設定されており、これによって樹脂リング３４の内周面と回転軸１の外周面との間には僅かに間隙が形成されている。

このようなシールリング３１は、図２及び図４に示すように、その延在方向の両端、即ち、周方向の両端に、それぞれ独立した第一端部４１及び第二端部５１を有している。即ち、シールリング３１は、その全周にわたって一体に延在する円環状をなしているのではなく、互いに非接合とされた第一端部４１及び第二端部５１を有している。

さらに、シールリング３１は、第一端部４１側と第二端部５１側とが周方向に互いに対向するように延在している。
第一端部４１は、図４に示すように、その軸線Ｏ方向の中央部が周方向に凹む凹形状をなしている。このような第一端部４１における軸線Ｏ方向の両側の部分は一対の先端面４３とされており、該先端面４３の間において周方向に凹んだ部分が、凹底面４２とされている。即ち、第一端部４１は、一対の先端面４３と一の凹底面４２とを有している。

第二端部５１は、図４に示すように、その軸線Ｏ方向の中央部が周方向に突出する凸形状をなしている。このような第二端部５１における軸線Ｏ方向の中央部は凸面５２とされており、該凸面５２の軸線Ｏ方向両側における該凸面５２よりも周方向に後退した部分が一対の段差面５３とされている。即ち、第二端部５１は、一対の段差面５３と一の凸面５２とを有している。

上記のような第一端部４１の凹形状部分には第二端部５１の凸形状部分が周方向から嵌まり込んでいる。これにより、第一端部４１の凹底面４２と第二端部５１の凸面５２とが互いに間隔をあけて周方向に対向し、さらに、第一端部４１の一対の先端面４３と第二端部５１の一対の段差面５３とが互いに間隔をあけて周方向に対向している。

なお、第一端部４１と第二端部５１とは互いに周方向に相対移動可能とされている。即ち、第一端部４１と第二端部５１とが周方向に近接するように相対移動する際には、シールリング３１が全体として縮径する。反対に、第一端部４１と第二端部５１とが周方向に離間するように相対移動する際には、シールリング３１が全体として拡径する。

また、シールリング３１の第一端部４１における一対の先端面４３は、図２に示すように、径方向外側に延在している。即ち、第一端部４１には径方向外側に向かって突出する第一突出部４４が形成されており、先端面４３はこの第一突出部４４にわたるように径方向内側から外側に向かって延在している。これら第一突出部４４は、一対の先端面４３に対応するようにして軸線Ｏ方向に間隔をあけて一対が設けられている。
一方、シールリング３１の第二端部５１における一対の段差面５３は、図２に示すように径方向外側に向かって延在している。即ち、第二端部５１には径方向外側に向かって突出する第二突出部５４が形成されており、段差面５３はこの第二突出部５４にわたるように径方向内側から外側に向かって延在している。これら第二突出部５４は、一対の段差面５３に対応するようにして軸線Ｏ方向に間隔をあけて一対が設けられている。

バネ部材６０は、例えばコイルスプリング等の付勢部材であって、互いに周方向に対向する第一端部４１と第二端部５１とにわたって設けられている。本実施形態では、第一端部４１の先端面４３と第二端部５１の段差面５３とにわたって一対が設けられている。このバネ部材６０は、通常時において伸張状態とされており、これによって、第一端部４１及び第二端部５１に対してこれら第一端部４１と第二端部５１とを近接させる方向に向かって付勢力を作用させている。シールリング３１に対して外力が作用していない状態では、この付勢力によって第一端部４１と第二端部５１とが近接するように相対移動する結果、シールリング３１が縮径する。

支持部７０は、通常時においてはバネ部材６０の付勢力に抗してシールリング３１の第一端部４１及び第二端部５１の相対移動を規制する一方、高温加圧水の到達時には当該規制を解除して第一端部４１及び第二端部５１の相対移動を許容する部材である。
この支持部７０は、図２〜図４に示すように、第一ベローズ７１及び可溶融部材８０を有している。また、支持部７０は、図５に示すように、第二ベローズ７２及び接続部７６をさらに有している。

第一ベローズ７１及び第二ベローズ７２は、それぞれ蛇腹筒状をなすベローズ本体７３と、ベローズ本体７３に一体に取り付けられた一対の蓋部材７４とを有している。
ベローズ本体７３は、例えばステンレス等の金属からなるシート状部材によって形成された筒状体を、その延在方向に山谷が連続するように幾重にも折り畳んでなる蛇腹筒状をなしている。これによってベローズ本体７３は、その蛇腹筒状の延在方向に伸縮自在とされている。

一対の蓋部材７４は、上記ベローズ本体７３の蛇腹筒状における両端開口を閉塞する部材である。これら蓋部材７４が設けられていることによって、第一ベローズ７１及び第二ベローズ７２はその内部が密閉状態とされる。

ここで第一ベローズ７１は、シールリング３１における第一端部４１と第二端部５１との間に設けられている。即ち、第一ベローズ７１における一対の蓋部材７４のうちの一方は、シールリング３１の第一端部４１に固定されており、他方は該シールリング３１の第二端部５１に固定されている。即ち、第一ベローズ７１は、シールリング３１の第一端部４１と第二端部５１との間に挟まれるようにして、これら第一端部４１及び第二端部５１に一体に固定されている。本実施形態では特に、第一端部４１の凹底面４２と第二端部５１の凸面５２との間において、これら凹底面４２及び凸面５２に蓋部材７４がそれぞれ固定されるように第一ベローズ７１が設けられている。

また、第二ベローズ７２は、シールリング３１における第一端部４１と第二端部５１との相対移動に干渉しない位置、即ち、シールリング３１の縮径を妨げない位置に設けられており、例えばハウジング２内に設けられていてもよいし、シールリング３１の内部に設けられていてもよい。また、その他、第二ベローズ７２はハウジング２に形成された凹部内に収容されるように配置されていてもよい。

可溶融部材８０は、常温時において固体状をなす一方、異常時に漏洩防止シール３０に高温加圧水が到達した際に該高温加圧水からの加熱によって溶融する部材である。このような条件を満たす可溶融部材８０の材料としては、例えばＰＰ（ポリプロプレン）やＰＥ（ポリエチレン）等の樹脂材料や、ビスマス等の低融点金属を用いることができる。

このような材料からなる可溶融部材８０は、第一ベローズ７１内に充填されるように設けられている。これにより、常温時においては、可溶融部材８０が固体状をなすことから、一対の蓋部材７４の間隔が維持されるように支持力が作用し、即ち、第一ベローズ７１におけるベローズ本体７３の延在方向の寸法（第一ベローズ７１における回転軸１の周方向の寸法）が維持される。

接続部７６は、第一ベローズ７１と第二ベローズ７２とを接続する部材であって、より詳細には、これら第一ベローズ７１及び第二ベローズ７２の内部を互いに連通状態で接続する。本実施形態の接続部７６としては、図５に示すように、第一ベローズ７１及び第二ベローズ７２の蓋部材７４に形成された孔部７５同士を接続する配管部材が用いられている。これら蓋部材７４の孔部７５及び接続部７６を介して、第一ベローズ７１と第二ベローズ７２の内部空間同士が連通状態とされている。これによって、第一ベローズ７１の内部で溶融した可溶融部材８０が、接続部７６を介して第二ベローズ７２内部へと移入可能とされている。

次に以上のような構成の原子炉冷却材ポンプ１００における漏洩防止シール３０の作用について説明する。
漏洩防止シール３０のシールリング３１はバネ部材６０によって第一端部４１と第二端部５１とが近接する方向へと向かって付勢されている。即ち、シールリング３１はバネ部材６０によって縮径する方向へと向かって付勢されている。これに対して、通常時は、支持部７０における第一ベローズ７１内に可溶融部材８０が固体状態で存在するため、第一ベローズ７１における回転軸１の周方向の寸法が維持される。即ち、可溶融部材８０によってバネ部材６０の付勢力に抗する支持力を第一端部４１及び第二端部５１に作用させることができ、第一端部４１と第二端部５１との対向距離が一定に維持される。これによって、シールリング３１が縮径することはなく、即ち、シールリング３１と回転軸１とのクリアランスが維持される。

そして、第一軸シール１０Ａの下方の加圧水が加熱されて高温加圧水となった際に、該高温加圧水が第一軸シール１０Ａを突破して漏洩防止シール３０に到達すると、該漏洩防止シール３０が高温加圧水によって加熱される。すると、漏洩防止シール３０の支持部７０における可溶融部材８０が加熱されることで該可溶融部材８０が溶融する。

このように可溶融部材８０が固体状から溶融状態に遷移すると、バネ部材６０の付勢力に抗するだけの可溶融部材８０の支持力が消失する。これによって、第一ベローズ７１は、第一端部４１と第二端部５１との間隔を維持することができなくなり、バネ部材６０の付勢力によるシールリング３１の第一端部４１と第二端部５１との近接に従って収縮していく。またこれと同時に、溶融状態の溶融状態の可溶融部材８０が、接続部７６を介して第一ベローズ７１から第二ベローズ７２に移動する。この結果、図５（ｂ）に示すように、可溶融部材８０を非収容状態とされた第一ベローズ７１が周方向に潰れるように収縮し、第一ベローズ７１に代えて可溶融部材８０を収容する第二ベローズ７２が収縮状態から伸張状態に遷移する。即ち、第二ベローズ７２は、収容する可溶融部材８０の体積の分だけ伸張する。

このように、可溶融部材８０が高温加圧水により加熱されることで、該可溶融部材８０による支持力が消失し、シールリング３１の第一端部４１と第二端部５１とが互いに近接する。これによって、シールリング３１の周方向の寸法が小さくなり、即ち、該シールリング３１が縮径する。

このようにシールリング３１が縮径すると、シールリング３１のリング本体３２における径方向外側を向く面と環状溝３の底壁面６との間に間隙が大きくなる。するとこの間隙に、即ち、シールリング３１の径方向外側に、高温加圧水が座ぐり部７を介して流入する。これによって、シールリング３１は高温加圧水により周方向全域にわたって径方向内側に向かって押圧され、上記シールリング３１の縮径が促進される。

そして、このようなシールリング３１の縮径によって、該シールリング３１と回転軸１との間隙が縮小し、あるいは、シールリング３１の内周面、即ち、樹脂リング３４の内周面が回転軸１の外周面に密着する。これによって、高温加圧水の下方から上方に向かっての流通が規制される。

以上のように、本実施形態の原子炉冷却材ポンプ１００によれば、常温時に固体状をなす可溶融部材８０が付勢力に抗してシールリング３１の第一端部４１及び第二端部５１の相対移動を規制することで、シールリング３１の径を維持する。これによって、常温時における回転軸１とシールリング３１とのクリアランスを維持することができるため、回転軸１の摺動抵抗による回転損失を抑えることができる。

一方、異常時に高温加圧水が漏洩防止シール３０まで到達した際には、支持部７０の可溶融部材８０が高温加圧水による加熱によって溶融する。これによって、バネ部材６０の付勢力に抗する支持力が消失するため、第一端部４１及び第二端部５１はバネ部材６０の付勢力に従って相対移動する。この結果、シールリング３１が縮径し、シールリング３１と回転軸１との間隙が周方向にわたって縮小し、あるいはシールリング３１が周方向にわたって回転軸１に密着する。したがって、異常時における高温高圧の加圧水の流通を規制することが可能となり、例えば特に全交流電源損失の最大継続時間と想定される７２時間以内に一次冷却材が外部に漏洩することを回避できる。

また、常温時に第一ベローズ７１内で固体状とされることでシールリング３１の径を維持する可溶融部材８０は、異常時に溶融することで第一ベローズ７１から第二ベローズ７２へと導入される。したがって、溶融状態の可溶融部材８０が高温加圧水によって流出してしまうことを回避することができる。

さらに、シールリング３１は、ステンレス鋼からなるリング本体３２と、該ステンレス鋼の内周側に設けられて樹脂からなる樹脂リング３４とから構成されているため、リング本体３２によりシールリング３１の耐久性を担保しつつ、金属と比較して柔軟性の高い樹脂により回転軸１への密着性を担保することができる。

次に本発明の第二実施形態の原子炉冷却材ポンプ１００について図６を参照して説明する。第二実施形態については、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この第二実施形態の原子炉冷却材ポンプ１００においては、支持部９０の構成について第一実施形態の支持部７０と相違する。

即ち、第二実施形態の支持部９０は、可溶融部材８０が収容されるシリンダ９１及びピストンロッド９２を備えている。
図６に示すように、シリンダ９１は、シールリング３１における第一端部４１と第二端部５１との間に配置されており、これら第一端部４１と第二端部５１との離間方向、即ち、回転軸１の周方向に延在する円筒状をなしている。このシリンダ９１は、その一端が閉塞状態とされて第一端部４１に接続されている。本実施形態では、該シリンダ９１の一端は第一端部４１に固定一体化されている。

また、シリンダ９１の他端は一端と同様閉塞状態とされながらも、該他端の中央にはピストンロッド９２のロッド９２ｂが挿通可能な挿通孔９１ｃが形成されている。このシリンダ９１の他端は、シールリング３１の第二端部５１に対して離間して配置されており、即ち、一端とは異なり第二端部５１に固定一体化されてはいない。

ピストンロッド９２は、シリンダ９１内に配置され該シリンダ９１内の空間を２室に区画するピストン本体９２ａと、該ピストン本体９２ａに一体に設けられて、シリンダ９１の挿通孔９１ｃを介して該シリンダ９１内外にわたって延在するロッド９２ｂとを備えている。
ピストン本体９２ａは円盤状をなしており、その外周面がシリンダ９１の内壁面に対して摺動可能に接触している。これによってピストン本体９２ａは上記２室を液密に隔てながらもシリンダ９１の延在方向に移動可能とされている。

また、ピストン本体９２ａには、該ピストン本体９２ａをシリンダ９１の延在方向に貫通する複数の貫通孔９３が形成されている。この貫通孔９３は、溶融状態の可溶融部材８０が通過可能な径とされている。
なお、ピストン本体９２ａによってシリンダ９１内に区画形成される二室のうち、シリンダ９１の一端側、即ち、シールリング３１の第一端部４１側の室は、初期状態において固体状の可溶融部材８０が充填される第一室９１ａとされている。一方、シリンダ９１の他端側、即ち、シールリング３１の第二端部５１側の室は、溶融状態の可溶融部材８０が収容される第二室９１ｂとされている。

ロッド９２ｂは、ピストン本体９２ａにおけるシリンダ９１の他端側を向く面、即ち、第二室９１ｂ側の面からシールリング３１の第二端部５１に向かって延在する棒状をなしており、上述したように挿通孔９１ｃを挿通してその先端がシリンダ９１の外部に至っている。このロッド９２ｂの先端は第二端部５１に対して当接又は固定されており、即ち、ロッド９２ｂの先端は第二端部５１に対して常時接続されている。

なお、ロッド９２ｂと挿通孔９１ｃとは、互いに液密に摺接可能とされており、これによって溶融状態の可溶融部材８０がロッド９２ｂと挿通孔９１ｃとの間から漏出することがないように構成されている。このような構成としては、ロッド９２ｂと挿通孔９１ｃとの間にシール部材が介在されていてもよいし、これらロッド９２ｂ及び挿通孔９１ｃとがロッド９２ｂの進退によって伸縮するベローズによって仕切られた構成であってもよい。

可溶融部材８０は、第一実施形態と同一の材料から構成されており、本実施形態では、初期状態において支持部９０のシリンダ９１内に固体状態で充填されている。したがって、ピストンロッド９２におけるピストンはシリンダ９１の一端側に向かって移動不能とされている。これによって、固体状の可溶融部材８０による支持力がピストンロッド９２を介してシールリング３１の第二端部５１に伝達され、即ち、該支持力によってバネ部材６０の付勢力に抗してシールリング３１における第一端部４１及び第二端部５１の相対移動が規制されている。

次に以上のような構成の第二実施形態の漏洩防止シール３０の作用について説明する。
第一実施形態と同様に、漏洩防止シール３０のシールリング３１はバネ部材６０によって第一端部４１と第二端部５１とが近接する方向へと向かって付勢されている。即ち、シールリング３１はバネ部材６０によって縮径する方向へと向かって付勢されている。これに対して、通常時は、シリンダ９１内の第一室９１ａ内に可溶融部材８０が固体状態で存在するため、ピストン本体９２ａはシリンダ９１内を第一端部４１側に向かって移動不能とされている。これにより、シリンダ９１の一端とロッド９２ｂの先端との寸法、即ち、支持部９０における回転軸１の周方向の寸法が維持される。即ち、可溶融部材８０によるバネ部材６０の付勢力に抗する支持力をシリンダ９１及びピストンロッド９２を介して第一端部４１及び第二端部５１に作用させることができ、第一端部４１と第二端部５１との対向距離が一定に維持される。これによって、シールリング３１が縮径することはなく、即ち、シールリング３１と回転軸１とのクリアランスが維持される。

そして、第一軸シール１０Ａの下方の加圧水が加熱されて高温加圧水となった際に、該高温加圧水が第一軸シール１０Ａを突破して漏洩防止シール３０に到達すると、該漏洩防止シール３０が高温加圧水によって加熱される。すると、シリンダ９１の第一室９１ａ内の可溶融部材８０が加熱されることで該可溶融部材８０が溶融する。

このように可溶融部材８０が固体状から溶融状態に遷移すると、バネ部材６０の付勢力に抗するだけの可溶融部材８０の支持力が消失する。即ち、ピストンロッド９２はバネ部材６０の付勢力によって第一端部４１側に常時押圧されている状態のため、可溶融部材８０が溶融すると該可溶融部材８０がピストン本体９２ａの貫通孔９３を通過して第二室９１ｂに移動しながら、ピストンロッド９２が第一端部４１側に移動していく。すると、第一室９１ａの容積が減少するとともに可溶融部材８０が移入する第二室９１ｂの容積が増加し、これに伴って、ピストンロッド９２におけるロッド９２ｂがシリンダ９１内に向かって後退する。その結果、シールリング３１の第一端部４１と第二端部５１との相対移動、即ち、第一端部４１と第二端部５１との近接が許容される。

以上のように可溶融部材８０が高温加圧水により加熱されて溶融し、シリンダ９１の第一室９１ａから第二室９１ｂに移動することで、シールリング３１の第一端部４１と第二端部５１とが互いに近接する。これによって、シールリング３１の周方向の寸法が小さくなり、即ち、該シールリング３１が縮径する。
これにより、該シールリング３１と回転軸１との間隙が縮小し、あるいは、シールリング３１の内周面、即ち、樹脂リング３４の内周面が回転軸１の外周面に密着する。したがって、高温加圧水の下方から上方に向かっての流通を規制することができる。

次に本発明の第三実施形態の原子炉冷却材ポンプ１００について図７を参照して説明する。第三実施形態については、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この第三実施形態の原子炉冷却材ポンプ１００においては、支持部７７の構成について第一実施形態の支持部７０と相違する。
この支持部７７は、上述したベローズ本体７３及び蓋部材７４を有するベローズ７８を備えている。このベローズ７８は、一対の蓋部材７４が第一端部４１、第二端部５１に当接するように配置されており、即ち、ベローズ７８はシールリング３１における第一端部４１と第二端部５１とによって挟持されている。なおこれら蓋部材７４には孔部７５は形成されておらず、ベローズ７８の内部は密閉状態とされている。

このようなベローズ７８内部には、棒状をなす可溶融部材８０が配置されている。この可溶融部材８０の端部は、一対の蓋部材７４にそれぞれ当接しており、これによって通常時における一対の蓋部材７４の離間距離を保持している。また、ベローズ７８内部における可溶融部材８０が存在しない領域は真空状態とされている。即ち、可溶融部材６４とベローズ本体７３及び蓋部材７４との間の空間は真空状態とされており、換言すれば、真空状態とされたベローズ７８内部に可溶融部材８０が配置されている。

このような支持部７７を備えた原子炉冷却材ポンプ１００においては、通常時は可溶融部材８０が蓋部材７４の離間距離を保持している。これによって、第一端部４１及び第二端部５１は互いに近接することが規制され、即ち、ベローズ７８の支持力によってシールリング３１は縮径することなくその径が維持されている。

そして、異常時に高温加圧水が支持部７７まで到達した際には、可溶融部材８０が溶融して上記支持力が消失することにより、ベローズ７８がその延在方向に収縮する。即ち、真空状態とされたベローズ７８の内部空間が潰れるようにしてベローズ７８自体が収縮する。これによって第一端部４１及び第二端部５１の近接が許容される。

これにより、該シールリング３１と回転軸１との間隙が縮小し、あるいは、シールリング３１の内周面、即ち、樹脂リング３４の内周面が回転軸１の外周面に密着する。したがって、高温加圧水の下方から上方に向かっての流通を規制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば第一変形例として図８に示すような漏洩防止シール３０であってもよい。この漏洩防止シール３０におけるシールリング３１は、回転軸１の周方向に延在するＣ字状をなしており、互いに周方向に対向する第一端部４１と第二端部５１との間に支持部７０における第一ベローズ７１が介在されている。また、この漏洩防止シール３０では、Ｃ字状をなすシールリング３１自体が第一端部４１と第二端部５１とを近接させる方向（シールリング３１を縮径する方向）に向かって付勢する付勢手段として機能する。即ち、シールリング３１が自らを縮径させる付勢力を生じさせるＣ字バネとして機能する。

このような第一変形の漏洩防止シール３０においても、通常時は第一ベローズ７１内の固体状の可溶融部材８０の支持力によって第一端部４１と第二端部５１との相対移動を規制する一方、第一ベローズ７１内の可溶融部材８０が溶融した際には該支持力が消失する。これにより、異常時における高温加圧水の下方から上方に向かっての流通を規制することができる。

また、第二変形例として、例えば図９に示すように、シールリング３１を二分割することで該シールリング３１を二つのリング片９５から構成し、これらリング片９５同士を付勢手段としてのトーションバネ９６で接続した構成であってもよい。この場合、トーションバネ９６によって二つのリング片９５は互いに対向する第一端部４１及び第二端部５１を近接させる方向に付勢される。また、第一変形例同様、第一端部４１と第二端部５１との間に支持部７０の第一ベローズ７１が介在されている。

これによっても、通常時は第一ベローズ７１内の固体状の可溶融部材８０の支持力によって第一端部４１と第二端部５１との相対移動を規制する一方、異常時に可溶融部材８０が溶融した後は、トーションバネ９６の付勢力に従って第一端部４１及び第二端部５１が近接してシールリング３１が縮径する。したがって、異常時における高温加圧水の下方から上方に向かっての流通を規制することができる。

なお、第一変形例及び第二変形例では、第一実施形態の支持部７０を用いるのに代えて第二実施形態の支持部９０を用いてもよい。

１ 回転軸
２ ハウジング
３ 環状溝
４ 上側内壁面
５ 下側内壁面
６ 底壁面
７ 座ぐり部
１０ 軸シール
１０Ａ 第一軸シール
１１Ａ 第一ランナ
１２Ａ 第一リング
１０Ｂ 第二軸シール
１１Ｂ 第二ランナ
１２Ｂ 第二リング
１０Ｃ 第三軸シール
１１Ｃ 第三ランナ
１２Ｃ 第三リング
１５ 充填材ポンプ
１６ 体積制御タンク
１７ 遮蔽弁
１８ 流量計
１９ パージ水ヘッドタンク
２０ 流量計
２１ 純水メークアップタンク
２２ 純水ポンプ
２３ 補給弁
２４ レベルコントロール装置
２５ 流量計
２６ スタンドパイプ
２７ ドレンタンク
３０ 漏洩防止シール
３１ シールリング
３２ リング本体
３３ 装着溝
３４ 樹脂リング
４１ 第一端部
４２ 凹底面
４３ 先端面
４４ 第一突出部
５１ 第二端部
５２ 凸面
５３ 段差面
５４ 第二突出部
６０ バネ部材（付勢手段）
７０ 支持部
７１ 第一ベローズ
７２ 第二ベローズ
７３ ベローズ本体
７４ 蓋部材
７５ 孔部
７６ 接続部
８０ 可溶融部材
９０ 支持部
９１ シリンダ
９１ａ 第一室
９１ｂ 第二室
９１ｃ 挿通孔
９２ ピストンロッド
９２ａ ピストン本体
９２ｂ ロッド
９３ 貫通孔
９５ リング片
９６ トーションバネ
１００ 原子炉冷却材ポンプ
Ｏ 軸線

Claims (3)

1. 軸線回りに回転する回転軸と、
   前記回転軸を取り囲むハウジングと、
   前記回転軸と前記ハウジングとの間隙を軸線方向に区画するように設けられ、異常時における高温加圧水の前記軸線方向一方側から他方側への流通を規制する漏洩防止シールと、を備え、
   前記漏洩防止シールは、
   前記回転軸を取り囲むように該回転軸の周方向に延在し、互いに独立した第一端部及び第二端部を有するシールリングと、
   前記第一端部及び前記第二端部を前記周方向に相対移動させるように付勢することで前記シールリングを縮径させる付勢手段と、
   常温時に固体状をなして前記第一端部と前記第二端部との間に配置されることでこれら第一端部及び第二端部の前記相対移動を規制するとともに、前記異常時に前記高温加圧水による加熱によって溶融することで、前記第一端部及び前記第二端部の相対移動を許容する可溶融部材を有する支持部と、
   を備えることを特徴とする原子炉冷却材ポンプ。
2. 前記支持部は、
   前記第一端部及び前記第二端部の間に配置された固体状の前記可溶融部材を収容する第一ベローズと、
   該第一ベローズに接続されて、溶融した前記可溶融部材が前記第一ベローズから移入する第二ベローズと、を有することを特徴とする請求項１に記載の原子炉冷却材ポンプ。
3. 前記支持部は、
   一端が前記第一端部に接続されたシリンダと、
   該シリンダの他端側から突出して前記第二端部に接続されるとともに、前記シリンダ内の前記一端側に第一室を画成し、該シリンダ内の他端側に第二室を画成するピストンロッドと、を有し、
   前記第一室内に固体状の前記可溶融部材が収容され、
   前記ピストンロッドに、前記第一室と前記第二室とを連通させて溶融した前記可溶融部材が通過する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉冷却材ポンプ。

Images