JP2014013243A - 輪郭付け構造の面を有する低水頭損失のモジュール式吸込ストレーナ - Google Patents

Abstract

【課題】核反応部分の冷却水事故発生時における残骸の負荷による過度の損失水頭を防ぐことができ、過度に広大な領域を専有しない小型化された非常用炉心冷却系のストレーナエレメントを提供する。
【解決手段】非常用炉心冷却系で使用される冷却水の槽中に浸漬され、その少なくとも一つの主要な面に貫通する複数の孔部を穿設したストレーナエレメントを備え、非常用炉心冷却系にストレーナエレメントを通じて冷却水を導入する。ストレーナエレメントの冷却水に接する側は、孔部を通り抜ける程度の小さい粒子材料を捕捉する平らな堆積物の形成を防止するための輪郭付け構造を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、本出願は2004年5月14日に出願された米国暫定特許出願番号第60/570、802号の優先権主張出願である。

本発明は原子炉中の冷却液により運ばれる固形物を取り除くための吸込ストレーナに係り、特に運ばれる残骸を含んでいる状態の液体がストレーナを通過するときの水頭損失を減少できる輪郭付け構造の面を備えたモジュール式吸込ストレーナに関する。

原子力発電所は、事故発生時において重要な核反応部分に対して大量の冷却水を循環させるための非常用炉心冷却系(ECCS)が通常備えられている。沸騰水型原子炉(BWR)は、この冷却水損失事故(LOCA)に備えて、一般的に抑圧プールとして知られている一つ以上の貯水槽から水を得るようにしている。水は上記の抑圧プールから炉心までポンプで送られ、その後循環して抑圧プールに戻る。この冷却水損失事故は、核反応部品の損傷を伴うので、冷却水中に多量の固形物が導入される結果、固形物が冷却水で運ばれて上記の抑圧プールまで固形物が戻されることになる。例えば、冷却水損失事故が高圧パイプの破裂によって発生した場合には、大量の保温材、コンクリート、塗装片および他の残骸が冷却水中で運ばれる事態となる。冷却水損失事故の発生した後の加圧水炉(PWR)は、通常は水貯蔵槽(RWST)から冷却水を得た後に、警告信号発生させ、その後水貯蔵槽からの流れを止め、核反応部分を通るように水を再循環させる。すなわち加圧水炉は、事故発生後に水で充満されるまでの間、乾燥した状態になっている封じ込め部を有しており、上記の非常用炉心冷却系は封じ込め部の受皿に接続されるポンプを使用することで、核反応部分を通過するように水を循環させるように構成されている。以上のような構成にもかかわらず、加圧水炉での事故が発生すると、ポンプで送られる水の中に絶縁材、塗料片および微粒子が通常含まれる事態になる。言い換えれば、上記の双方のタイプの核反応部分によれば、冷却水は貯水槽から得られ、炉心に対してポンプで送水されるので、冷却水で運ばれる固形物により冷却が阻害されて、非常用炉心冷却系のポンプが損傷を受けることとなる。

この結果、ストレーナはポンプの上流側で、複数のストレーナが冷却貯水槽中に浸す状態で通常配置される。これらのストレーナは、冷却水の流れを過度に遅らせず、かつ容認できない程度の大きな固形物を取り除き可能にすることは重要となる。言い換えれば、ストレーナの出口側の圧力（水頭）損失は最小限に保たれなければならない。ストレーナは、非常用炉心冷却系の一部となる管に対して通常取り付けられ、抑圧槽(BWR)または受皿(PWR)にまで延長され、非常用炉心冷却系のポンプは複数のストレーナを介して水を吸引して炉心に供給するように構成される。冷却水の流動の効率化を図るためにストレーナの水頭損失を低下させるための膨大な設計努力がこれまでなされている。これらのストレーナは、孔部が穿設された空洞ディスク(BWRs)を平行に積み重ねたもの、または複数の平たんな有孔平板(PWRs)および非常用炉心冷却系のポンプによって吸引される水を通過させる中央芯材を通常含む。空洞ディスクは、定格よりも大きいサイズの残骸がストレーナの孔部を通過して、ポンプに達するのを防ぐ。本発明と同じ出願人による特に有効なストレーナの設計に関する事例として、米国特許第5、759、399号があることから、当該特許を本明細書に合体する。(以下で詳細に議論する。)

核反応部分の事故の発生時には、多量の繊維状物質が循環する冷却水中に進入する事態となる。損傷した核反応部分の管または絶縁部品から発生した上記の繊維質材料は、冷却水損失事故の場合に、非常用炉心冷却系の冷却水中に混ざり込み、ストレーナの表面上に蓄積して微細な粒子状物質を捕捉する。このようにしてストレーナの表面上に蓄積した繊維状の残骸は、たとえ固形物がストレーナの孔部を通り抜ける程度に小さくとも、ストレーナの表面上で次第に大きく成長する堆積物となり、ストレーナを通過する流れを直に妨げることになる。これまでは、このようにして発生するストレーナの閉塞に対しては、ストレーナ自体を大きくすることで、より多くの領域にわたって捕捉された残骸が行き渡り、流速を落とさないようにして、系全体でストレーナを通過する冷却水の損失水頭を減少させていた。しかしながら、通常は吸込ストレーナを配置するための核反応部分の利用可能な空間が限定されていること、およびより大きいストレーナは費用がかかることから、上記の対策は不十分な解決策である。従って、冷却水損失事故の発生後に大量に発生する残骸による負荷は、封じ込め部に割り当てられる空間に設けられるストレーナにとっては大きすぎることになる。そのうえ、より大きなストレーナは正常に動作させることが困難である結果、設置にはより費用がかかることとなる。

また、従来の非常用炉心冷却系用のストレーナは高価な方法で組み立てられる。以上のようなすべての要因の結果、原子力発電所の非常用炉心冷却系のストレーナのためのコストを、納得できる程度にまで削減すること、および限られた空間に適合できるストレーナを提供することは困難であることが判明している。

上記の従来技術の問題点を解消することのできる非常用炉心冷却系のストレーナを提供することが本発明の最大の課題である。

本発明の第1の態様によると、原子力発電所の非常用炉心冷却系のストレーナは、非常用炉心冷却系で使用される冷却水の貯水槽に浸漬されるストレーナエレメントを備え、ストレーナエレメントはその表面を貫通する孔部を有する少なくとも一つの主要な面と、冷却水に接触している外側の主要な面から非常用炉心冷却系中に孔部を通して冷却水を引き込むように主要な面の内側に動作可能に接続される吸込み口とを備え、少なくとも主要な面の外側の一部が、孔部を通り抜ける程度に小さい粒子材料による平らな堆積物の形成を防止するための輪郭付け構造を備えることを特徴としている。

より具体的には、本発明の態様による輪郭付け構成は、種々の具体的実施形態をとることができる。この実施形態としてはストレーナエレメントを覆うワイヤ製網布を含むことができる。また、実施形態によれば、複数の突起部が含まれ、これらの突起部は規則的な繰り返しのパターンにより主要な表面の外側で実質的に一定な高さで形成されるとともに、またその断面形状が実質的に半球に形成されることになる。さらに、輪郭付け構造は実質的に半球な突起部に対して交互に複数の実質的に一定の凹部を備えることができる。さらにまた、輪郭付け構造の別の実施形態によれば、ストレーナエレメントは複数の実質的な波形形状部を含む。

本発明の別の態様によると、交換単位となるモジュール式のストレーナであって、孔部を有する複数のストレーナディスクの主要な表面が、隣接するストレーナディスクの主要な表面に対して軸方向に面するように積層された積層構造が形成され、各ディスクは貫通する孔部と開口部とを有する第1のディスク部分と、貫通する孔部と開口部とを有する第2のディスク部分とを有し、第1、第2の各ディスク部分は互いに固定されることで、各ディスク部分により主要な面に直面する内部空間と、内部空間において軸方向に形成される開口部とが設けられ、各ディスクと流体的に連通するように配置される複数の接続管を設け、少なくとも一つの構造部材によってストレーナディスクが固定され、接続管をストレーナディスクの間の適所に保持し、積層構造の少なくとも一端においてストレーナディスクの中心部分に接続されて流体的に連通する管を備えることを特徴とする。本発明の一つの形態によれば、軸部はディスクの中心に位置する。

本発明のこの態様に従ったモジュールのストレーナによれば、夫々のストレーナディスクは、内部空間からストレーナの軸部への流量の調節を行うために、第1、第2のディスク部分の間において延設されるコア流量調整器を備えることができる。さらに、コア流量調節器は、各ディスク部品の開口部に固定される管状コアボスを備え、このコアボスと接続管とにより形成されるストレーナコアと内部空間との間で流体的に連通する少なくとも一つの開口部を備える。特に有効な構成によれば、積層構造となるように隣接して設けられる各ストレーナディスクのコアボスの開口部は、積層構造の端部から遠い位置のコアボスが端部に近いコアボスよりも小さくなるように設けられる。この軸部もまたディスクの中心に位置させることができる。

さらに、本発明のこの態様に従ったモジュール式のストレーナによれば、上記の態様を合体しており、隣接するディスクの主要な表面が上記の輪郭付け構造を有したストレーナエレメントを備える。
米国特許第5、696、801号明細書 米国特許第5、935、499号明細書

図1と図2は、本発明の好適な実施形態に従ってディスクを積層して構成された非常用炉心冷却系用ストレーナ10を模式的に図示している。この図1に図示されたストレーナは、図示のように互いに直面して配置される主要な表面を有した一連の空洞のディスク12a、12b、12c、12d、12e、12f、12gおよび12hを備えている。このディスク構成および構造は、図3を参照して以下に詳細に記述するが、ここで各ディスク12が互いに隣接するディスクの中央の開口部において、流体的に連通する多くの接続管14a、14b、14c、14d、14e、14fおよび14gを設けていることが理解されよう。これらの各ディスク12と各管14は、従来からのストレーナ設計に基づく部材の壁部に孔部を穿設したものである。すなわち、ディスクと接続管の各表面には、流体が通過できる程度の大きさの開口ではあるが、ストレーナの設計仕様未満の直径の粒子物質を通すのに十分な小ささの開口を有するような孔部が穿設される。典型的には、孔部は約1/8インチの径を有するが、場合によっては、これらの孔部は、0.04〜0.08インチの範囲の小ささにすることが可能であり、加工容易さの点から円形である。このストレーナ10の構造は独創的であり、その基礎となる動作原理は原子炉吸込ストレーナの一般的な動作と応用に関する記載をした前出の米国特許第5、759、399号に詳細に記載されている。

図2は、本発明の上記の実施形態のストレーナ10の交換式（モジュール式）設計についてより詳細に図示している。交換可能にするために、各ディスク12は本質的にはそれ自体で機能することができ、管状コアボス16が各ディスクから延設される。上記のように、複数の空洞のディスク12は、それらの主要な表面18の外面の側が互いに直面する位置関係となるように組み立てられる。各コアボスの端部20は、各ディスク12の互いに対向する主要な表面から突出形成される。夫々のディスクの間に設けられる接続管14は、隣接するディスクのコアボスの端部20の上にぴったりと入る。必要個数分の接続管14が各ディスク12の間に設けられ組み立てられた後に、ディスク12の各角部に穿設された孔部を通過する固定棒24を挿通し、固定棒の端に締結部材22を設けることで図示のように結合される(図3を参照のこと)。この実施形態によれば、その端部にネジ部を形成した固定棒を使用することで、締結部材22としてこのネジ部に螺合されるナットを使用して、締め付ける際にディスク12aと12hの外側の表面で発生する圧縮力によりディスク12と接続管14のすべてを堅固に固定する。ここで、ディスク12の間には締結部材によって加えられる圧縮力を受けるためのスペーサ部材が必要となることが理解されよう。これらのスペーサ部材は、種々の形態を採用できるが、実際上は各ディスク12の間隔を維持でき、かつ締結部材22で印加される圧縮力の影響でディスクが変形することを防ぐように各ディスク12の間の固定棒に合致する管部材が使用されることになる。この組立体は、さらなる剛性を確保するために、図1において一点鎖線で図示されたオプションの補強材ビーム26を備える。この補強材ビーム26は、ディスクの周囲の表面に対して通常溶接されるが、特殊用途の要求事項如何では上記の締結部材として他の方法のものを採用することができる。このように構成することで、ストレーナディスク12と接続管14はそれ自体では十分な強度を備えていないが、ストレーナを支えるための十分な強度を備える固定棒24とオプションの補強材ビーム26を固定することで全体的には十分な強度が確保される。

このストレーナ10は、ディスク12hを通して拡張されるコアボス(不図示の)の突起部の端部に溶接される吸水口28をさらに含んでいる。使用にあたり、この管28上のフランジ30は、米国特許第5、759、399号で記述されたように非常用炉心冷却系ポンプの管上(不図示の)のフランジに対して取り付けられる。すなわち、管28はストレーナディスクの内部の空洞に接続される吸込み口として機能動作可能に設けられて、ストレーナの孔部を介してディスクに外部の冷却水を引き込み、非常用炉心冷却系の中に流出させる。端部のディスク12aの外側の主要な表面12a₁によって形成されたストレーナ10の他端は閉塞される。すなわち、そのディスクのコアボスは、ディスクの表面12a₁からは延設されていない。別の構成によれば、この表面12a₁から延設されるコアボスは、ディスク12aと同じサイズと残りの表面部分に孔部が穿設された板部材(不図示)によって閉じることができる。

ストレーナ10の交換式のモジュール構成に加えて、本発明の重要な態様を包括する別の特徴は、ディスク12の主要な表面18が輪郭付け構成を備えることである。米国特許第5、759、399号で説明されるように、原子炉用のストレーナは多量の残骸が存在する状態でもストレーナを通過する適切な流体の流れを維持することが課題である。この特許によれば、残骸がストレーナの表面上で平らになって分布する結果、ストレーナ容量を最大にする方法により課題を解決している。この手法は、ストレーナ性能を向上させる点において非常に効果的であることが判明したが、本発明によれば、より小さいストレーナであっても同様の性能が提供される結果、核反応部分スペースをより効率的に利用可能にできるものである。

上述したことをここで再度繰り返せば、原子炉用ストレーナは、捕捉されると非常に高い損失水頭を引き起こしかねない残骸をどうしてでも濾過しなければならない。この残骸には、多量の繊維状の残骸(核反応部分の事故の間に破壊された絶縁物から生じる)と、非常用炉心冷却系の流動中に運ばれる他の発生源からのさまざまなサイズの固形物（塗装片、他の絶縁材、酸化物質など）が含まれる。ストレーナの孔部のサイズは、十分に小さい微細材料はストレーナを通り抜け、大きい素材は通過できないように決定されている。しかしながら、繊維物質が堆積した状態になると、本来ストレーナの孔部を通り抜けることのできるサイズの微細材料も絡み取られることとなる。ある程度の残骸堆積物にとっては、ストレーナの孔部を通り抜けることができる小さい粒子ですらも、ストレーナの表面に形成される繊維状残骸の薄層によって、捕捉されてしまうこととなる。すなわち、ストレーナは、微細物質を捕捉できる繊維物質の薄層で事実上孔部が覆われ、微細物質を捕捉した繊維物質の残骸堆積層は水の通過を妨害する状態となる。この薄い繊維状/残骸堆積層は、非常に高い損失水頭(これを通って流れることは非常に抵抗力がある状態)をもたらすことになる。周知の非常用炉心冷却系用ストレーナは、米国特許第5、696、801号と米国特許第5、935、499号などの従来技術に開示されるように、ストレーナエレメントとしてすべて扁平な有孔平板を使用している。

このストレーナ10は、上記の問題を軽減するための特徴を取り入れている。図1に図示されるように、ストレーナ10の夫々のストレーナディスク12の主要な表面は輪郭付け構造を有している。この輪郭付け構造を有する表面とする目的は、繊維状残骸物質がストレーナの表面に平らに堆積して繊維状物質の薄膜を形成して、結果として起こる損失水頭を減少させることにある。図1は、ストレーナの表面に輪郭付け構造を設ける好適な方法を図示している。この実施形態では、スクリーン網布32が夫々のディスク12の主要な表面に取り付けられている。スクリーン網布32の構造は、網戸と同様に織られたワイヤ製網布である(この網布は原子炉で使用されるので、より粗い織り方で、分厚いワイヤから通常作られることとなる)。このワイヤ製網布32は、ディスクの表面の周りを覆う位置においてリベットなどの適当な締結部材(不図示)を使用してストレーナディスク12に取り付けられる。また、ワイヤ製網布はストレーナディスクの表面へより確実に固定するために必要に応じてスポット溶接して固定しても良い。別の実施形態では、ワイヤ製網布をディスクの周りで曲げるか、またはディスクの表面に配置されるスペーサ部材を介してディスクの表面から離間して取り付けるか、双方の方法で固定することができる。この構成ではワイヤ製網布をディスクの表面からおよそ0.25インチ離間させると良い。

特殊用途のスクリーン網布32の正確な寸法は、ストレーナ10を組み込む核反応部分設置で遭遇する残骸のタイプにより決定することができる。この実施形態ではワイヤ製網布の一般的な寸法は、ワイヤ製網布が0.120インチの直径のワイヤで網布の1/4平方インチのワイヤ製網布および0.135インチの直径のワイヤから作られる網布の3/8平方インチで実行される損失水頭試験で決定される。これらの特定の試験によれば、残骸が厚さ10mmとなるか、または平坦なストレーナの薄膜の5倍の厚さになっても、取り入れられた水が孔部を穿設した板部材を容易に通り抜けることが判明した。この試験では、より太いワイヤと、より小さい網布の開口を有するワイヤ製網布が、より大きい開口を有するワイヤ製網布よりも少ない損失水頭を示す傾向があった。当業者は、特定のタイプの残骸構成(すなわち、異なる残骸構成要素の、タイプと相対的な量)に対して最適性能を得るワイヤ製網布は、実使用上で予想されるシミュレートされた運転条件と残骸構成とを使用したテストを行うことによって決定される、ことが理解されよう。この試験の模範的な仕様は、本発明の特定の動作可能な事例に関連して後述する。(これらの試験は上記の試験とはわずかに異なり、サンプルのストレーナエレメントを通過する圧力が、管直径が6インチを用いて水の高さで、16フィートの水柱となるように試験された。）

図3と図4は、本発明の代替構成になる実施形態である輪郭付け構造を有するストレーナの表面を図示している。図3は、ストレーナ10のディスク12の一つの主要な表面であるストレーナ表面12'の一部を図示している。図1と図2よりも大きい縮尺で図示した図3によれば、より明確にストレーナの表面の孔部40が図示されている。（図1と図2よりも、さらに模式図的に図示されているように、同じ方法でディスク12と接続管14の双方の表面に孔部が穿設されていることが理解されよう。) 図3に図示された表面処理は、流れ方向Fの方向とは反対にストレーナディスクの表面から突出形成される多くの突起42を含む。これらの突起42は、直径Dの半円球体である。各突起42は図3に図示したような同じ孔部直径を有する適切な厚みtの平板を適当な工作機を用いて成形することができるので製造が容易である。孔部の穿設加工後に突起状に加工すると孔部の変形が発生すること直径は加工精度を確保して所望の性能を維持しなければならないことから、孔部の穿孔と突起部とを同時に加工することが望ましい。一般に突起42は、断面図で高さAとなる半球であって、隣接している突起部は線に沿うピッチpを有する。（半球の直径はDである)当業者は、この突起部は他の形状または他の孔部の配置パターンにできることが理解できよう。典型的な突起部の寸法の範囲は、A=1/8から3/4インチでありP=0.5から1.5インチであって、特定の残骸を濾過できる組合せの値は、試験からA=3/8インチおよびP=1インチとなった。しかしながら、特定の原子炉用途としては、上記のAとPの正確な値は適切な試験から決定されるであろう。

上記の輪郭付け構造は変更が可能である。例えば、突起部42は代わりに、流れ(すなわち、丁度流れが図4で矢印Fからディスクに逆方向に流れるように指向される)の向きにディスクの表面の中に凹んだ凹部として形成することもできる。さらに、表面は凹んでいる凹部と高く形成される突起部の両方のパターンから形成することもできる。図5は、別の輪郭付け構造を図示しており、ストレーナの損失水頭を減少させることが試験で判明した構造の表面のピッチPを図示している。図5は波形形状のディスク12”の断面図であって、頂点間の距離がピッチPである。図3と図4に図示された実施形態によれば、扁平な板材を適当な工作機を使用して波形のディスクに加工することができる。上記のような理由で、各種ツーリングを使用するときに、孔部の変形の原因になるように特定の位置で穿孔と形状付け加工とが同時に行えることは望ましいこととなる。夫々の波形部の高さはAである。ピッチP=1/2インチ、高さA=1/4インチの模範的な波形のディスクを準備し上記の試験が実行された。また、ワイヤ製網布の表面処理に関する上記の試験と同様に、この特定の波形のストレーナエレメントの試験では、残骸が厚さ10mmかまたは平らなストレーナプレートに残る残骸の薄膜の5倍以上の厚さとなっても水が容易に波形板を通り抜けるようにできた。一方、正確な波形の構造は、シミュレートされた運転条件と残骸構成で試験されることによって決定しなければならないだろう。

これらの輪郭付け構造の表面を有する実施形態においてすべてに共通する事項は、混入した繊維状物質、すなわち糸状の繊維を含む物質が、ストレーナの表面に堆積するのを防ぐことである。輪郭付け構造を有するストレーナの表面を備える本発明が、平面のストレーナとの比較において、損失水頭を減少させることのできる理由は、特定の理論に制限されるものではないことを前提にして、繊維状物質がストレーナの表面の孔部が設けられた部分に堆積することを防ぐことが、繊維間の隙間を十分に大きいままに維持させることとなり、これにより、非常に小さな微粒子が堆積により捕捉されるのを防ぐことができる、ことによる、と考えられる。上記のような輪郭付け構造の表面を設けるという実施形態は、繊維状物質による平らな堆積物の形成を防止するという基準を全て満たすものである。

図6A（図中の左図）と図6B（図中の右図）を含む図6は、ストレーナ10に組み入れられたモジュールのディスク12の内の一つを図示した分解組立図である。本図において孔部をその表面のすべてに設けた第1部分50をディスク12は備えている。図6Aで図示された第1部分50はディスクの主要な表面50₁と、これと一体形成されるフランジ52、54、56および58とを有する。フランジ52、54、56および58で形成するために曲げ加工し、各切り部が接合できるようにディスク12が長方形の穿設された板部材から準備される。図中、62、64および66の3つの継ぎ目が図示されている。4番目の継ぎ目は隠されているが、同様にディスクのボディーを形成するように溶接される。主要な固定棒68、70、72、74は、ディスク基部の各適所に溶接される。固定棒のボスは、図1を参照して述べた固定棒24を受け止めるための主要な表面50₁に形成された開口部(不図示)を補強するように設けられる。また第1のディスク部分50はスペーサ部材76、78、80および82を支持する。これらのスペーサ部材は、後述する目的のために主要な表面50₁の内部に溶接される小さいスタッドが含まれる。またコアボス16もまた主要な表面の開口部84に溶接される。図2を参照して述べたようにコアボス16はわずかに表面50₁から外側にはみ出ている。このコアボアス16は、ストレーナ10の操作に関して記述するように、操作目的のためにスロット86を形成している。

また、ディスク12は第1のディスク50と同じ方法で作られる図6Bで図示された第2のディスク部分90を含む。事実上この第2のディスク部分90は第1のディスクのボディーとほとんど同じ構成を備える。主な違いは、ボス68、70、72および74と、スタッド76、78、80および82が第2のディスク部分90には設けられておらず、さらに第1のディスク50よりもわずかに大きいので、この第2のディスク部分(フランジ92と94だけが図面で図示されている)のフランジは第1のフランジ52、54、56および58の上にぴったりと嵌るように構成されている。ここで、嵌合後に重なり合うフランジの孔部は互いに一致せず、性能が損なわれるかもしれないが、フランジによって形成されるディスクの縁部はストレーナの総表面積に比べて非常にわずかな割合であるのでストレーナ全体の性能は損なわれないことになる。事実上、代替構成によればフランジには孔部を穿設せずに、ディスクの部品の製作を容易にすることもできる。

第2のディスク部分90の主要な表面90₁の角部に形成される固定棒用の開口部96、98、100および102は、固定棒のボス68、70、72および74に合致して設けられ、コアボス16は主要な表面90₁の開口部104を通過するように組み立てられる。フランジ52、54、56および58の各縁部は、表面50₁と表面90₁の間の距離を維持するように表面90の内部に位置される。また、スタッド76、78、80および80の端部は、表面90₁の内部に位置しておりストレーナの作動中に内外の圧力差が発生してもディスクの内部と外部の間で一定距離を維持する。縁部、スタッド、およびコアボス16が上記の寸法を有するので、2つのディスク部分50と90とが組み立てられるときに、コアボスの基部の端部は図2を参照して記述したように開口部104を通り抜けて、わずか表面901の外部からはみ出る。ディスク部分50と90は、開口部104の周辺の縁部にコアボスを溶接することによって一体化される。張力を保持する棒部材を突き抜けるように一体化したので、さらに2つのディスク部品50と90とを固定する必要はない。

以上のように構成されるモジュール構成のストレーナの有する利点については、自明であろう。このディスク12は、さまざまな構成とすることで異なる用途に適合させることができる。例えば、ディスク部分50と90の主要な表面の形状は長方形であるが、原子炉で利用可能なスペースに収まるように、ストレーナは不等辺四辺形であっても良い。事実上、ディスクはいかなる形状であっても良く、多角形的またはこれ以外の形状となるストレーナとして組み立てることができる。さらに、図6を参照して上述した製作方法は一例に過ぎない。本発明に応じたモジュール式のストレーナを提供するためには他の成形方法と締め具方法を用いることができる。1つの変形例によれば、ディスク部分90のフランジは、ディスク部分50のフランジの中に合致するようにしても良い。(その場合、固定棒のボスがディスクのフランジ50から少し離れていなければならない)。

さらに、このストレーナ構造は米国特許第5、759、399号に記載されたストレーナの利点を備える。すなわち当該特許で記述されるストレーナ設計によれば、ストレーナを通る流れを分配するためにストレーナディスクと中央芯材のサイズと形状が決定される。本発明によれば、コアの流れを調整しつつ、ストレーナを通しての流れを容易にすることのできるストレーナディスクのサイズと形状を備えるストレーナの製作手法が提供されることになる。当業者は、米国特許第5、759、399号で記載した一般的な動作原理に従って、非常用炉心冷却系ポンプによってディスク12の内部に冷却水が吸引され、コアボス16中に入り、スロット86を通し、管28によって吸込み口を通るようにして本発明のスレーナが動作できることが分かるであろう。

本発明では、米国特許第5、759、399号に記載の内容に従って各コアボス16のスロット86が、コアの流量調節器として機能する。この特許は、中央芯材の直径をストレーナ軸に沿って変えることによってコア流動を規制するための技術を記述している。ディスク毎に開口部のサイズを変えることによって、この特許で記載されたコア流れの調整機能が達成される。本実施形態では、スロット86が管28(図1を見よ)のストレーナ出口から離れるにつれて累進的に大きく設定されている。すなわちディスク12hでのスロットの幅(周辺周りの寸法)は、ディスク12gのスロット幅よりも大きくなり、このディスク12gのスロット幅はディスク12fのスロット幅よりも大きくなっており、以下同様の構成となっている。

当業者は、上記の機能を実現するにあたりコアボスのスロットを除いた流れ調整器を使用することができることが分かろう。例えば、複数のスロットまたは分離した孔部を使用することができ、単一のスロットのサイズを変える代わりにディスクからディスクまでの間でより多くのスロットまたは孔部を使用することができる。図示の実施形態では、コアボスは円筒筒状であるが、他の横断面形状も使用することができ、中央の軸のストレーナコアの内部空間への流れを調整するように機能させることができる。例えば、ストレーナ設置の条件如何では、コアボスが正方形であり、長方形、楕円である場合があり、あるいはいかなる不規則な形状(多角形も含む)に形成される。ここで、コア管のすべてがディスクと同じ形状である必要はない。また、ここに記載されるモジュール構成については、米国特許第5、759、399号に記述されるように異なるサイズのディスクを積み重ねてストレーナを製作することで製造が容易になることが分かるであろう。この特許で記述され、この説明で言及された特徴と操作上の特性のすべてが本明細書に合体される。

図7は加圧水炉の封じ込め部100の一部を示した外観斜視図である。通常事故が起こると、今まで乾燥していた封じ込め部の領域が水で充満されて、炉心を冷却するために貯水槽から水が吸引される。多数のストレーナ10a、lOb、lOc、lOd、10e、lOf、10g、10h、10i、lOj、10k、10l、10m、lOn、10oおよび10pがシールド壁102の背後の封じ込め部に配列される。各ストレーナは管104、106、108および110によって封じ込め部の床面112の下方に配置された非常用炉心冷却系ポンプ(不図示)に接続される。各ストレーナ10a、10b、10c、10dおよび10eは直列に管104に接続される。同様に、ストレーナ10f、10gおよび10hは直列に管106に接続される。ストレーナ10hと10iの端部の各ディスクは管に接続される。ストレーナ10i、10j および10kが直列に管108に接続され、そして、ストレーナ10l、10m、1On、10oおよびlOpが直列に管10に接続される。ストレーナ10b、lOc、lOdおよび10eのディスク12aのコア管の端部は図1に図示したディスク12hに取り付けられた吸水口28と同様の管が取り付けられることが分かるであろう。この構成は、ストレーナの両端が管に接続された各ストレーナのすべてに共通しており、このように設計されたモジュラー構成のストレーナにより隣接するストレーナの形状に多少の変動があっても容易に接続することが可能となる。本発明のモジュール構成のストレーナ構造の別の態様も図7で図示した構成から容易に明らかであって、特定の位置におけるサイズの制約条件かあっても封じ込め部の異なった位置に異なったサイズのストレーナを配設することができる。例えば、炉設計仕様によって小さい包絡線内に収まるように、ストレーナ10hは他のストレーナよりも短く構成される。さらに、ストレーナを含むディスクは図7で図示した平行四辺形ディスクであり、図6に示される角胴形である必要はないこととなる。

動作時において、図7に示される加圧水炉の封じ込め部100は事故発生時に完全に浸水する結果、冷却貯水槽が形成される。非常用炉心冷却系ポンプは、管104、106、108および110に負圧を印加することで、各管は封じ込め部からストレーナ10に対して順番に水を吸引する。冷却水損失事故発生の後に、封じ込め部110内の水は破壊された塗装片絶縁材、微細な粒子状物質および繊維状物質などの残骸で満たされるであろう。上記の米国特許第5、759、399号による原理によると、ストレーナでのコア内の流動は、流量調整スロット86の働きで個々のストレーナの表面上に夫々残骸を配付する。このとき、本発明によるディスクの輪郭付け構造の表面を組み入れることによって、ストレーナを通過する損失水頭は大いに減少されて適切な冷却水流動を供給するように機能する。

＜動作事例＞
図8は、本発明の輪郭付け構造を有するストレーナ表面の概念を評価する試験装置200について模式図的に図示し、所定の核反応部分に適用可能な輪郭付け構造の表面の各仕様のパラメータを決定するための装置である。槽202は核反応部分冷却水貯水槽を仮定している。試験では、冷却水損失事故で発生する残骸に相当する素材が槽202に投入された。電気的に駆動されるプロペラは、槽202の中の試験液の中で試験用残骸を拡散させる拡散装置204として機能する。核反応部分非常用炉心冷却系ポンプをシミュレートするためのポンプ配列206は、流体の流れの規則的な流れを可能にするように可変配圧弁208と試験ストレーナリグTSを介して槽202に水を循環させて戻すように接続される。槽202の中のバルブ出口と試験ストレーナリグTSの間の流れを禁止するように槽の底部に配置される筒状のバッフル209内に配圧弁出口が接続される。計装はセンソテック（Sensotec）GMA表示装置212に接続されるローゼマウント（Rosemount）1151微分位相差圧変換器210を含む。表示装置は圧力トランスデューサで検出される圧力差動の電圧信号に基づき表示を行うように、データク（Dataq）DI220の12ビットアナログ-デジタル変換器214に接続される。ディジタル信号はコンピュータ(不図示)で格納されたデータ収集プログラムに記憶および比較される。槽202は直径がおよそ7フィートであり深さがおよそ30インチである。それぞれ1分あたりおよそ100ガロンの最大流量を備えるポンプ配列は３個のヘイワード（Hayward、登録商標）ポンプを含む。

試験ストレーナリグTSは、それらの主要な表面が互い平行に設けられた2個の半円の空洞ディスク302、304から構成される。(ディスク304はディスク302の下方に位置しており、事実上、図8では図示されていない) 各ディスクの互いに直面する主要な表面は、図1に図示した原子炉用ストレーナ10の孔部を穿設した表面をシミュレートするために孔部を穿設している。各平行な表面の間には56mmの距離を離した状態で、ディスクが取り付けられる。各ディスクは3フィートの直径と直径10.75インチの半円の切抜き部とを有する。吸水口305が両方のディスクの空洞の内部に連通するように配置され、上記のように管14を接続することで、ディスク302、304の間の間隙の流れが内部に入るようにする。3台のポンプ配列206による各ポンプが、管305で連通するように管(不図示)に接続されて、槽202から水をディスク302と304の空洞の内部空間に水を供給する。ディスクの主要な表面以外の面には孔部が穿設されておらず、ディスク302,304の間の間隙に吸水口からの流れを強制的に指向させ、原子炉用ストレーナの孔部を穿設した表面に面する流れをシミュレートするようにしている。圧力トランスデューサ210の高い圧力端はタンク壁に付けられていて、低圧力端は、圧力トランスデューサからの圧力差分信号が孔部を有するディスクの圧力降下を表すようにパイプ305に接続されており管の圧力を検出するように接続される。また、水は室温であった。

槽は、深さ27インチの深さとなるように鉱質綿の混合物で満たされ、けい酸カルシウム絶縁材としてけい酸カルシウム対鉱質綿の体積割合が1.3：1となるように試験された。シミュレートされた残骸の負荷は、沸騰水反応炉所有グループ（Boiling Water Reactor Owners Group）によって決められているように、鉱質綿がばね板破砕機を使用して粉砕され、けい酸カルシウムがグラインダで細粉にされて準備された。すべての残骸が、ストレーナで運ばれるように浸された。試験は、ストレーナ上に異なった量の残骸が存在する状態で平たんな有孔平板と突起部を有する有孔平板の性能を比較する目的で行われた。一連の試験では、残骸荷重の残骸混合物の3つの異なった量について薄く、中型で、厚いディスク302、 304の平たんな表面と突起部を有する表面の両方について試験された。これらの試験は対応する量のけい酸カルシウムで0.75lb、1.5lb、および2.25lbの鉱質綿に対応した。突起部の効果によりすべての場合で同じ条件下で損失水頭をかなり減少することが確認された。比較のための平坦な有孔平板の損失水頭の比率との比較は夫々0.56、0.19、および0.5であった。以上から、突起部はストレーナを通過する損失水頭を約2〜5倍減少させる効果が確認された。

当業者は本発明では特定の実施形態だけについてのみ記述してあり、これ以外にも種々の構成が可能であり、請求の範囲に定義される発明の趣旨と範囲から逸脱しない範囲で様々な変形事例が可能であることを容易に理解されよう。

本発明の目的は、後述する実施形態にかかる詳細な説明、参照される付随の図面および参照符号に関連してより良好に理解されるであろう。以下は付随の詳細な説明で使用される図面の簡潔な説明である。
は、本発明の実施形態による輪郭付け構造を有する表面を備える非常用炉心冷却系用ストレーナが、非常用炉心冷却系の中に設けられ、繊維状および粒子材料が存在するときに損失水頭を減少させる様子を模式的に示した側面図である。 は、図1に示されるモジュラー式ユニットとして組み立てられる非常用炉心冷却系用ストレーナの一部を分解して示した側面図である。 は、本発明の別の好適な実施形態に従った輪郭付け構造を有する表面を備えるストレーナの一部を示した概要平面図である。 は、図3のストレーナの4-4線矢視断面図である。 は、本発明のさらに別の実施形態に従った輪郭付け構造を有する表面の断面図である。 は、図6Aと図6Bを含み、この図6は本発明の別の態様に従った2つの部分モジュールのストレーナディスク示した立体分解透視図である。 は、本発明に従ったストレーナが核反応部分の封じ込め部の一部に設けられた様子を示す外観斜視図である。 は、本発明のストレーナをテストを実行するのに使用したテスト装置の概略構成図である。

Claims (27)

1. 非常用炉心冷却系で使用される冷却水の槽中に浸漬されるとともに、複数の貫通する孔部を穿設した少なくとも一つの主要な表面を有するストレーナエレメントと、
   前記主要な表面の内側に動作可能に接続され、前記冷却水と接触する前記主要な表面の外側から前記孔部を通して前記非常用炉心冷却系に前記冷却水を吸引する吸込み口と、を備え、
   前記主要な表面の前記外側の少なくとも一部は、前記孔部を通り抜ける程度の小さい粒子材料を捕捉してしまう平らな堆積物の形成を防止する輪郭付け構造を含むことを特徴とする原子力発電所の非常用炉心冷却系用のストレーナ。
2. 前記輪郭付け構造は、前記主要な表面の前記外側の少なくとも一部を覆うワイヤ製網布を含むことを特徴とする請求項1に記載のストレーナ。
3. 前記輪郭付け構造は、複数の突起部を含むことを特徴とする請求項1に記載のストレーナ。
4. 前記突起部は、前記主要な表面の外側上に規則的な反復パターンで一定に形成されることを特徴とする請求項3に記載のストレーナ。
5. 前記突起部は、半球形状であることを特徴とする請求項4に記載のストレーナ。
6. 前記突起部と前記反復パターンで交互に一定に形成される複数の凹部を備え、前記凹部は半球形状であることを、さらに特徴とする請求項4に記載のストレーナ。
7. 前記輪郭付け構造は、前記ストレーナエレメント中の複数の同様の波形形状部を含むことを特徴とする請求項1に記載のストレーナ。
8. 複数の前記ストレーナエレメントであって、前記ストレーナエレメントの夫々はそこを貫通する孔部を有した主要な表面を有する少なくとも2枚の平面部材を含み、前記平面部材は内部空間を形成するように互いに離間されて、互いに向き合う内部の側面を有する空洞のディスクを画定し、一つの前記ディスクの主要な表面の外側が隣接する前記ディスクの主要な表面の外側に面するように複数の前記ディスクが積層されて配置される複数の前記ストレーナエレメントと、
   複数の前記ストレーナエレメントの間に配置され、前記各ディスクの前記内部空間と流体的に連通される複数の接続管と、をさらに備え、
   前記吸込み口は、前記積層された前記ディスクの端部で前記内部空間と接続され、
   前記直面する複数のディスクの前記向き合う外側は、前記輪郭付け構造を含むことを特徴とする請求項1に記載のストレーナ。
9. 前記接続管は、前記ストレーナエレメントの縁部に沿うように配置されることを特徴とする請求項8に記載のストレーナ。
10. 前記接続管は、前記ディスクの前記主要な面の中央に近い部位に配置されることを特徴とする請求項8に記載のストレーナ。
11. 前記ディスクの前記主要な表面は、円形であることを特徴とする請求項8に記載のストレーナ。
12. 前記ディスクの前記主要な表面は、多角形であることを特徴とする請求項8に記載のストレーナ。
13. 前記接続管は、その横断面形状が円形であることを特徴とする請求項8に記載のストレーナ。
14. 空洞を有する複数のストレーナディスクであって、前記ストレーナディスクの複数分が軸線に沿って積層された積層構造をなし、一つの前記ストレーナディスクの主要な表面が、隣接する前記ストレーナディスクの主要な表面に直面し、前記ストレーナディスクの夫々は、貫通する孔部および開口部を有する第1のディスク部分と、貫通する孔部および開口部を有する第2のディスク部分を備え、前記第1のディスク部分と前記第2のディスク部分は前記主要な表面が向かい合うとともに前記開口部が前記軸線に沿う内部空間を形成するように前記第1、第2のディスク部分とが互いに固定され、
    前記ストレーナディスクの前記開口部に対して流体的に連通されて接続される複数の接続管と、
    複数の前記ストレーナディスクを互いに固定し、前記接続管を前記ストレーナディスクの間で保持する少なくとも一つの構造部材と、
    前記積層された前記ストレーナディスクの開口部の一端に対して流体的に連通する管と、を備えることを特徴とするモジュール式ストレーナ。
15. 前記ストレーナディスクの夫々は、前記内部空間から前記軸線にかけての流体の流れの調整を行うためのコア流れ調整器を、前記第1のディスク部分と前記第2のディスク部分の間に延設したことを特徴とする請求項14に記載のモジュール式ストレーナ。
16. 前記開口部は、前記ストレーナディスクの中心の軸線を規定する前記ディスク部分の主要な表面に近い位置に配置され、前記コア流れ調整器は前記ディスク部分の前記開口部に固定される管状のコアボスを備え、前記コアボスと前記接続管とで形成される中心ストレーナコアと前記内部空間とを流体的に連通させる間隙を有することを特徴とする請求項15に記載のモジュール式ストレーナ。
17. 前記間隙は、前記コアボスの軸方向に延設されるスロットであることを特徴とする請求項16に記載のモジュール式ストレーナ。
18. 前記積層構造となるように隣接して設けられる前記各ストレーナディスクの内で、前記積層構造の端部から遠い位置の前記コアボスの前記間隙が、前記積層構造の端部に近いコアボスの前記間隙よりも小さいことを特徴とする請求項16に記載のモジュール式ストレーナ。
19. 隣接する前記ストレーナディスクの主要な表面は、前記孔部を通り抜ける程度の小さい粒子材料を捕捉してしまう繊維状物質の平らな堆積物の生成を防止するための輪郭付け構造を含むことを特徴とする請求項14に記載のモジュール式ストレーナ。
20. 前記ストレーナディスクの主要な表面は、前記第1、第2のディスク部分に形成されることで前記主要な表面の一部を覆うワイヤ製網布、複数の突起部、規則的な反復パターンで一定に形成される突起部と凹部および複数の同様の波形部の内の、少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項14に記載のモジュール式ストレーナ。
21. 前記第1、第2のディスク部分は、その四辺に直線的な縁部にフランジ部を形成し、孔部を穿設した主要な表面を備えた平面部材を夫々備え、前記第1のディスク部分の前記平面部材が前記第2の前記平板部材とが前記フランジ部により嵌合されることで前記内部空間が形成されるとともに、さらに四隅の近くに角部開口部を形成し、
    前記第1、第2のディスク部分の少なくとも一方には他方のディスク部分との間で位置を保つスペーサ部材が前記主要な表面の内側に取り付けられ、他方の他方のディスク部分の前記主要な表面の内側を前記スペース部材で支え、
    前記角部開口部を挿通し、前記ストレーナディスクを締結し、前記接続管を圧縮するための複数の前記構造部材である棒部材を備えることを特徴とする請求項14に記載のモジュール式ストレーナ。
22. 前記平面部材は、長方形であることを特徴とする請求項21に記載のモジュール式ストレーナ。
23. 前記第1、第2のディスク部分の少なくとも一方は、前記角部開口部に形成される補強ボスを含むことを特徴とする請求項21に記載のモジュール式ストレーナ。
24. 前記複数の構造部材は、前記ストレーナディスクの周囲に接続される補強ビーム部材をを、さらに含むことを特徴とする請求項21に記載のモジュール式ストレーナ。
25. 前記ストレーナディスクの夫々は、前記ディスク部分の中央開口部に固定される管状コアボスを含み、前記管状コアボスは少なくとも一つの間隙を有し、前記間隙は前記管状コアボスにより形成される中央ストレーナコアおよび前記接続管と、前記ストレーナディスクの前記内部空間との間において流体的に連通されて、前記内部空間から前記軸線にかけての流れの調整を行うことを特徴とする請求項21に記載のモジュール式ストレーナ。
26. 前記管状コアボスは、その軸線方向に沿って延設されるスロットを有する円筒部材を備え、その端部は前記ストレーナディスクから軸方向にはみ出て、前記接続管の内部まで延設されることを特徴とする請求項21に記載のモジュール式ストレーナ。
27. 非常用炉心冷却系で使用される冷却水の槽中に浸漬され、その複数の貫通する孔部を穿設した一つの主要な面を少なくとも有するスレーナエレメントと、
    前記主要な表面の内側に動作可能に接続され、前記主要な表面の前記複数の孔部を通して前記非常用炉心冷却系に前記冷却水を吸引して、前記主要な表面の外側が前記冷却水と接触する吸込み口と、を備え、
    前記主要な表面の前記外側の一部に、前記一部を覆うためのワイヤ製網布、複数の突起部、規則的な反復パターンで一定に形成される突起部と凹部、複数の同様の波形部の少なくとも一つを設けたことを特徴とする原子力発電所の非常用炉心冷却系のストレーナ。

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