JP2014038022A - メカニカルシール保護装置、原子炉冷却材再循環ポンプおよびメカニカルシール保護装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉水に影響を与えず、メカニカルシールの材料特性の変化を抑えることができるメカニカルシール保護装置の提供。
【解決手段】メカニカルシール保護装置４（４０，４１）は、原子炉水を循環させる原子炉冷却材再循環ポンプに設けられ、メカニカルシール１９，２０の変質を防止する装置であって、ポンプのポンプ軸７に配置されたメカニカルシール１９，２０の配置領域に、メカニカルシールを保護する冷却水（水質Ｂ）を供給する第１冷却水供給部と、配置領域とポンプの原子炉水流路との間に原子炉水と同質のパージ水（水質Ａ）を供給して、冷却水（水質Ｂ）が原子炉水流路側に流入するのを防止する第２冷却水供給部と、を備えている。その結果、原子炉水に影響を与えず、メカニカルシールの材料特性の変化を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉冷却材再循環ポンプのメカニカルシールの変質を防止するためのメカニカルシール保護装置、そのメカニカルシール保護装置を備えた原子炉冷却材再循環ポンプ、およびメカニカルシール保護装置の運転方法に関する。

原子炉冷却材再循環ポンプは渦巻型ケーシングを持つ縦型ポンプであり、原子炉水を循環させるものである。ポンプのインペラを回転駆動するポンプ軸には、原子炉水をポンプケーシング外に漏らさないため、メカニカルシールが配置されている。そして、メカニカルシールの配置領域にはパージ水が原子炉水の圧力よりも高い圧力で注入されている。パージ水の水質については、その水が原子炉水流路へ流入することから、原子炉水と同等に管理されている。原子力発電所における原子炉冷却材（原子炉水）は軽水炉であれば水が用いられ、発電に適した水質の調整を実施しており、比較的、比抵抗の高い水質が用いられている。

特開２００７−２４７６８９号公報

メカニカルシールの摺動材料として、摩耗を抑える目的で超硬合金や炭化珪素が用いられる場合がある。しかしながら、上述のような比抵抗が高い原子炉水環境で、例えば、炭化珪素を使用した場合、被抵抗値の高い水により酸化が進む可能性が懸念される。このような酸化は摩耗への影響が懸念され、これを解決することでメカニカルシールの更なる長期間使用を実現することができる。

一般に、このような場合の対処として、比抵抗値の高い水に強い摺動材料を用いることや、摺動材料へのコーテイング等が知られている（例えば、特許文献１）。しかしながら、通常製品に比べ特殊な仕様となる。また、シールする流体の水質が変化した場合には、新たな材料やコーテイングを検討しなければならず、汎用性に問題がある。また、一方、パージ水の水質については、それぞれのシステムによって必要な要求であることが多く、安易に仕様を変更することは困難である。

請求項１の発明は、原子炉水を循環させる原子炉冷却材再循環ポンプに設けられ、メカニカルシールの変質を防止するメカニカルシール保護装置であって、ポンプのポンプ軸に配置されたメカニカルシールの配置領域に、メカニカルシールを保護する第１冷却水を供給する第１冷却水供給部と、配置領域とポンプの原子炉水流路との間に原子炉水と同質の第２冷却水を供給して、第１冷却水が原子炉水流路側に流入するのを防止する第２冷却水供給部と、を備えたことを特徴とする。
請求項５の発明に係る原子炉冷却材再循環ポンプは、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のメカニカルシール保護装置を備えていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項３に記載のメカニカルシール保護装置の運転方法であって、メカニカルシール保護装置の起動時において、制御部は、分析部の分析結果に基づいて、第２冷却水領域の水質を第２冷却水の水質と同等に保持しつつ、配置領域の水質が第１冷却水の水質と同等となるまで第１冷却水の供給量を徐々に増加させることを特徴とする。

本発明によれば、原子炉水に影響を与えず、メカニカルシールの材料特性の変化を抑えることができる。

図１は本発明に係るメカニカルシール保護装置の第１の実施の形態を示す図である。 図２は、原子炉冷却材再循環ポンプ１と、それに接続されている系統の概要を示す図である。 図３は、監視装置４１の構成を説明するブロック図である。 図４は装置起動時の動作を示すフローチャートである。 図５は装置定常運転中の動作を示すフローチャートである。 図６は変形例を示す図である。 図７は本発明に係るメカニカルシール保護装置の第２の実施の形態を示す図である。 図８は本発明に係るメカニカルシール保護装置の第３の実施の形態を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明に係るメカニカルシール保護装置の第１の実施の形態を示す図である。図１では、本実施の形態のメカニカルシール保護装置を原子炉冷却材再循環ポンプのメカニカルシールに適用したものである。図２は、原子炉冷却材再循環ポンプ及びモータとそれに接続されている系統の概要を示す図である。

まず、図２を参照して、原子炉冷却材再循環ポンプ１について説明する。原子炉冷却材再循環ポンプ１は渦巻型ケーシングを持つ縦型ポンプであり、原子炉水を循環させるものである。渦巻き型のケーシング１４の内部にはインペラ１３が設けられている。インペラ１３の回転軸であるポンプ軸７、およびポンプ軸７に設けられたメカニカルシール１８は、ケーシング１４の上部に接続されたケーシングカバー１５により内包されている。メカニカルシール１８は、原子炉水を外部に漏らさないために設けられている。ポンプ軸７にはモータ軸５に連結されている。３はモータカバーである。

ケーシングカバー１５には、メカニカルシール１８の部分に冷却用パージ水（以下では、冷却水とも称する）を導入するためのパージ配管３７が設けられている。パージ水の水質については、その一部が原子炉へ流入することから原子炉水（原子炉冷却材）と同等の管理が実施されている。一般的に、原子炉水としては、比抵抗が高い純水（または超純水）が用いられている。パージ水は、通常、ケーシング１４内を流れる原子炉水よりも高い圧力で押込まれている。ケーシング１４には、再循環系配管２（２ａ，２ｂ）が接続されている。配管２ａは原子炉から水を引き込むための配管であり、隔離弁１６が設置されている。配管２ｂは吐出側の配管であり、隔離弁１７が設置されている。原子炉水は配管２ａからケーシング１４内に流れ込んで、ケーシング１４から配管２ｂに流出される。すなわち、ケーシング１４は原子炉水流路の一部を構成している。

次に、メカニカルシール保護装置の構成について説明する。図１は、原子炉冷却材再循環ポンプ１に設けられたメカニカルシール保護装置４を示す図であり、図２におけるケーシングカバー１５の部分を拡大して示したものである。破線で囲んだメカニカルシール保護装置４以外の部分の構成は、従来からのメカニカルシールの構成を示している。メカニカルシール保護装置４は、ケーシングカバー１５とケーシング１４との間に配設される分析水採取部４０と、監視装置４１とを備えている。分析水採取部４０には配管４０１，４０２，４０３および仕切り板４００が設けられている。監視装置４１は、パージ配管３７への冷却水供給および分析水採取部４０の配管４０２へのパージ水供給を制御する。

まず、メカニカルシール保護装置４の構成を説明する前に、ケーシングカバー１５内に設けられたメカニカルシールおよびそれに関連する構成について説明する。図２に示すメカニカルシール構造は、一般的に、原子炉冷却材再循環ポンプで使用されているものである。ポンプ軸７には、インペラ１３側には第１段摺動部１９が設けられ、モータ側には第２段摺動部２０が設けられている。これら一対の摺動部１９，２０が図２のメカニカルシール１８に相当する。

第１段摺動部１９は、ポンプ軸７に設けられた回転リング２１と、ケーシングカバー１５のシールケーシング１５ａ側に設けられた従動リング２２とで構成されている。第２段摺動部２０は、ポンプ軸７に設けられた回転リング２３と、ケーシングカバー１５側に設けられた従動リング２４とで構成されている。ポンプ軸７が回転すると、第１段摺動部１９では回転リング２１と従動リング２２とが摺り合わされ、かつ、第２段摺動部２０では回転リング２３と従動リング２４とが摺り合わされることで、軸封を実現している。

第１段摺動部１９の従動リング２２が設けられたシールケーシング１５ａは、第２段摺動部２０の周囲を囲むように設けられている。第１段摺動部１９と第２段摺動部２０との間には、第１段摺動部１９と、シールケーシング１５ａと、第２段摺動部２０と、ポンプ軸７とで囲まれた、シール室２７が形成されている。シール室２７には、それぞれの摺動部１９，２０が均等の条件で軸封を行うために、圧力制御のための減圧機構（例えば、オリフィス）２５，２６が設けられている。

シールケーシング１５ａとケーシングカバー１５との間の領域Ｒ５、すなわち、第１段摺動部１９および第２段摺動部２０が配置される領域には、従来の構成の場合にはパージ配管３７から冷却水としてパージ水（原子炉水と同水質の純水や超純水）が導入される。この冷却水は、減圧機構２５を介してシール室２７内に流入し、シール室２７内の冷却水は減圧機構２６を介して配管３９ａに流出している。例えば、外側領域の圧力が７MPaのとき、シール室２７内の圧力は３．５MPaとなるように減圧機構２５，２６が設定されている。ケーシングカバー１５内の流体の温度および圧力は、温度計３１および圧力計３２によって計測される。シール室内の流体の圧力は圧力計３４によって計測される。排水用配管３９ａには、温度計３３、流量計３５が設けられている。

また、メカニカルシールにおいては回転リングと従動リングとの隙間から流体が僅かに漏れ出る構造となっており、その流体が潤滑剤としての役目もしている。そのため、第１段摺動部１９の回転リング２１と従動リング２２との隙間からは冷却水がシール室２７に漏れ出ており、第２段摺動部２０の回転リング２３と従動リング２４との隙間からもシール室２７の冷却水が漏れ出ている。シール室２７から漏れ出た冷却水は、配管３９ｂによって排出される。配管３９ｂには流量計３６が設けられている。なお、第２段摺動部２０から漏れ出る冷却水量は、減圧機構２５から排出される冷却水の流量Ｑ１に比べると非常に少ない。

以上は、従来のメカニカルシール構造の部分についての説明である。本実施の形態では、上述したメカニカルシール構造に対して、図２に示す、メカニカルシール保護装置４を備えるようにした。従来の構成では、水源３８からのパージ水（純水や超純水）をパージ配管３７から供給するようにしていたが、本実施の形態では、水源３８のパージ水の水質を監視装置４１で調整して、その水質調整された水を冷却水としてパージ配管３７から供給する。また、分析水採取部４０に設けられた配管４０２からは、水源３８のパージ水を供給される。なお、以下の説明では、水質調整されたパージ水は冷却水（水質Ｂ）と呼び、水源３８から供給されるパージ水（水質Ａ）と異なる呼び方をして区別する。

前述したように、メカニカルシール（摺動部１９，２０）の摺動材料としては超硬合金や炭化珪素が用いられる。原子炉水として用いられる純水や超純水は、一般的な水（例えば、工業用水）と比べると比抵抗値が高いが、例えば、炭化珪素を使用した場合、比抵抗値の高い水（純水や超純水）により酸化が進む可能性が懸念される。酸化が進むと摺動材料の摩耗への影響が大きくなる。本実施の形態では、図２に示すようなメカニカルシール保護装置４を備え、後述するような制御を実行することにより、原子炉水への影響を与えることなく、メカニカルシールの材料特性の変化を抑えるようにした。

分析水採取部４０には、仕切り板４００が設けられている。仕切り板４００は、メカニカルシールが配置された配置領域（図２の領域Ｒ５）の冷却水（水質Ｂ）がケーシング１４側に漏れ出たり、ケーシング１４側の原子炉水（水質Ａ）が領域Ｒ５に流入したりしないように設けられたものである。そのため、仕切り板４００の内周側とポンプ軸７の間はラビリンス構造等の極力軸封できる構造が望ましい。

仕切り板４００よりも図示上側には配管４０１が設けられ、図示下側には配管４０２，４０３が設けられている。配管４０１は、仕切り板４００よりも上側のメカニカルシールが配置された領域Ｒ５の冷却水を分析用に取得するための配管である。配管４０３は、仕切り板４００よりも下側の領域Ｒ２の原子炉水（以下では分析水Ｄと呼ぶ）を分析用に取得するための配管である。以下では、配管４０１により採取された水を分析水Ｃと呼び、配管４０３で採取された水を分析水Ｄと呼ぶことにする。配管４０２は、仕切り板４００よりも下側の領域Ｒ２に水源３８からのパージ水（水質Ａ）をパージするための配管である。また、従来から設けられているパージ配管３７からは、監視装置４１で水質調整された冷却水（水質Ｂ）が供給される。

図３は、監視装置４１の構成を説明するブロック図である。監視装置４１には、水質分析装置４１０、演算／制御装置４１１、水質調整装置４１２、圧力／流量調整装置４１３を備えている。水質調整装置４１２には、水源３８からのパージ水（水質Ａ）が供給される。水質調整装置４１２は供給されたパージ水の水質を変えて、シールの摺動材料に影響を与えない水質（水質Ｂ）の冷却水、例えば、比抵抗値の低い水に変換する装置である。水質を変換する装置としては、イオン注入装置や薬品を添加して水質を調整する装置等があるが、薬品（例えば、硫酸ナトリウム）を添加して水質を調整する方法がコスト的に実用性が高い。

水質調整装置４１２における薬品添加量は、演算／制御装置４１１からの指令により、水源３８から高級されるパージ水（水質Ａ）の流量に応じて調整される。水源３８からのパージ水（水質Ａ）は水質調整装置４１２によって水質Ｂの冷却水に調整される。その冷却水は、圧力／流量調整装置４１３において圧力Ｐ４、流量Ｑ４に調整され、逆止弁４１４を介してパージ配管３７に供給される。圧力／流量調整装置４１３は、冷却水（水質Ｂ）の流量を調節できるポンプや弁等で構成される。冷却水（水質Ｂ）を原子炉内へ流入させないようにするため、流量Ｑ４はメカニカルシールから流出する流量とほぼ同等か若千小さくする必要がある。圧力Ｐ４は、冷却水をパージ配管３７からケーシングカバー１５内に流入させることができるように、ケーシングカバー１５内の圧力よりも若干高めに設定される。また、水質調整装置４１２が緊急停止した等でパージ配管３７から水が逆流しないように、パージ配管３７と圧力／流量調整装置４１３との間には逆止弁４１４が設けられている。

水質分析装置４１０には、配管４０１からの分析水Ｃおよび配管４０３からの分析水Ｄが取り込まれ、各分析水Ｃ、Ｄの水質が分析される。ここでは、領域Ｒ５に冷却水（水質Ｂ）が行き渡っているか、または、領域Ｒ２に冷却水（水質Ｂ）が漏れ出ていないかを、水質を分析することで確認している。上述のように水質Ｂの冷却水はパージ水に硫酸ナトリウムを添加して生成されるので、水質分析装置４１０では、分析水Ｃ、Ｄ中の硫酸ナトリウムの濃度を検出することで、上記のような状況を確認することができる。分析結果は、演算／制御装置４１１に入力される。演算／制御装置４１１は、入力された分析結果に基づいて、水質調整装置４１２および圧力／流量調整装置４１３を制御する。具体的な制御については後述する。

また、演算／制御装置４１１は、配管４０２へパージ水を供給する配管４１５に設けられた流量調整バルブを調整し、領域Ｒ２に供給されるパージガスの流量Ｑ３を調整する。パージ配管３７から流入した水質Ｂの冷却水は、シールケーシング１５ａと仕切り板４００との間のメカニカルシール配置領域である領域Ｒ５に流れ込む。この領域の圧力をＰ５、仕切り板４００の下側の領域Ｒ２の圧力をＰ２、シール室２７の圧力をＰ６とした場合、圧力Ｐ５が、式「Ｐ１＜Ｐ６＜Ｐ５」および「Ｐ２＜Ｐ５」が満たされていれば、領域Ｒ５の冷却水（水質Ｂ）が仕切り板４００の下側（領域Ｒ２へと流出するのを防止できる。また、仕切り板４００の隙間を介して原子炉水またはパージ水がケーシングカバー１５側へ流入するのを少なくし、領域Ｒ５では水質Ｂ、かつ、領域Ｒ２では水質Ａとなるようにするためには、Ｐ５とＰ２との差を極力小さくするのが好ましい。また、ラビリンスシールを設けることで、領域Ｒ５への水質Ａの水の流入を抑制できる。

本実施の形態のメカニカルシール保護装置４は、分析水Ｃと分析水Ｄとを水質分析装置４１０で分析して、流量Ｑ４を調整することにより、メカニカルシール廻りの水質環境を整えるように制御している。もちろん、流量Ｑ３およびＱ４を調整するようにしても良いが、制御が複雑になるので、ここでは流量Ｑ３は一定に保持し、流量Ｑ４のみを調整するようにしている。

次に、具体的な調整方法について説明する。図４は装置起動時の動作を示すフローチャートであり、図５は装置定常運転中の動作を示すフローチャートである。メカニカルシール保護装置４を起動すると、パージ配管から水質Ｂの冷却水がケーシングカバー１５内の領域Ｒ５に供給開始されるが、図４に示す装置起動時の処理フローは、冷却水の供給を開始してから、定常運転を開始できる所定の条件が整うまでの処理を示している。

図４に示す装置起動時のフローにおいては、十分な水源を確保した状況で、メカニカルシール保護装置４が起動される。メカニカルシール保護装置４を起動すると、図４の処理が開始される。ステップＳ１０では、冷却水(水質Ｂ)の流量Ｑ４が、メカニカルシールより排出されるラインの流量Ｑ１よりも十分低い流量Ｑ０に設定される。これは、パージ配管３７からの急激な流入で、水質Ｂの冷却水が原子炉水流路側（ケーシング１４側）へ流入するのを防止するためである。

ステップＳ２０では、配管４０１，４０３から採取される分析水Ｃおよび分析水Ｄの水質を、水質分析装置４１０により分析する。ステップＳ３０では、分析水Ｃの水質が水質Ｂとほぼ等しいか否かを判定する。すなわち、分析水Ｃにおける比抵抗値が、水質調整装置４１２により調整された冷却水の水質Ｂとほぼ等しいか否かを判定する。起動開始直後は、パージ配管３７から領域Ｒ５に流れ込む冷却水（水質Ｂ）の流量Ｑ４は小さいため、領域Ｒ５内に冷却水（水質Ｂ）が十分に行き渡っておらず、ステップＳ３０においてＮＯと判定される。

なお、ここでは、判定基準の水質Ｂ（比抵抗値）が水質調整装置４１２による冷却水の比抵抗値とほぼ等しいか否かを判定しているが、必ずしも、水質Ｂであるか否かの判定値（比抵抗値）をこのように設定する必要はない。すなわち、水質調整装置４１２による水質Ｂにおける比抵抗値とは別に、メカニカルシールの材料特性を変化させない薬品の濃度を別に設定し、その濃度の時の比抵抗値を判定基準としても良い。

ステップＳ３０でＮＯと判定されると、ステップＳ５０に進んで、領域Ｒ２から採取された分析水Ｄの水質が水質Ａ（水源３８のパージ水の水質であって、原子炉水の水質でもある）とほぼ等しいか否かを判定する。すなわち、仕切り板４００とポンプ軸７との隙間を介して冷却水（水質Ｂ）が漏れ出ていないか否かを判定する。漏れ出ているとステップＳ５０でＮＯと判定され、ステップＳ７０へ進む。通常、領域Ｒ５に冷却水（水質Ｂ）が行き渡り、かつ、領域Ｒ５の圧力が領域Ｒ２の圧力Ｐ２よりも大きくならない限り、冷却水（水質Ｂ）が領域Ｒ２に漏れ出ることはないので、ステップＳ５０でＮＯと判定された場合には、メカニカルシール保護装置４に不具合が生じている可能性がある。この場合、水質Ｂの冷却水が原子炉へ流入する可能性があるので、ステップＳ７０においてメカニカルシール保護装置４を停止する。そして、漏れ出たことの原因調査を行う。

一方、ステップＳ５０でＹＥＳと判定された場合には、ステップＳ８０に進んで流量Ｑ４を所定増加量ΔＱだけ増加させた後、ステップＳ２０へ戻る。水質Ｂの冷却水が領域Ｒ５内に行き渡るまでは、ステップＳ３０においてＮＯと判定され、また、ステップＳ５０においてＹＥＳと判定されるので、ステップＳ２０→ステップＳ３０→ステップＳ５０→ステップＳ８０→ステップＳ２０の処理が繰り返され、流量Ｑ４が次第に大きくなる。そして、冷却水（水質Ｂ）が領域Ｒ５に行き渡ると、ステップＳ３０でＹＥＳと判定され、ステップＳ４０へと進む。

ステップＳ４０では、領域Ｒ２から採取された分析水Ｄの水質が、水質Ａとほぼ等しいか否かを判定する。ステップＳ４０はステップＳ５０と同様に、冷却水が領域Ｒ２に漏れ出ているか否か判定するものであり、漏れ出ていてＮＯと判定されるとステップＳ７０へ進んで流量Ｑ４を停止して、メカニカルシール保護装置４を停止する。一方、ステップＳ４０でＹＥＳと判定されると、領域Ｒ５に水質Ｂの冷却水が行き渡り、かつ、領域Ｒ２は水質Ａの状態に維持されていることになり、定常運転を行う準備が整ったことになる。そのため、ステップＳ６０へ進んで、メカニカルシール保護装置４の定常運転を開始する。

図５は、定常運転時のメカニカルシール保護装置４の動作を示したものである。図５に示す処理プログラムは、定常運転に移行すると、所定時間間隔で繰り返し実行される。なお、図５のステップＳ１２０の判定処理は図４のステップＳ３０の判定処理と同様であり、ステップＳ１３０およびＳ１４０の判定処理は、図４のステップＳ４０の判定処理と同様である。

図５のステップＳ１１０では、演算／制御装置４１１は、分析水ＣおよびＤの水質データを水質分析装置４１０から取得する。次いで、ステップＳ１２０において、分析水Ｃの水質が水質Ｂとほぼ等しいか否かを判定する。ステップＳ１２０でＹＥＳと判定されると、ステップＳ１３０に進んで、分析水Ｄの水質が水質Ａとほぼ等しいか否かを判定する。

図２の領域Ｒ５に冷却水（水質Ｂ）が行き渡り、かつ、領域Ｒ２の水質が水質Ａに維持されて、望ましい水質状態となっている場合には、その状態が維持される。すなわち、ステップＳ１２０およびＳ１３０でそれぞれＹＥＳと判定されてステップＳ１５０へ進み、ステップＳ１５０において流量Ｑ４を維持する制御信号を生成した後、その制御信号を水質調整装置４１２および圧力／流量調整装置４１３へ送信する（ステップＳ１９０）。

また、ステップＳ１２０ではＹＥＳと判定され、ステップＳ１３０ではＮＯと判定された場合には、ステップＳ１６０へ進む。この場合、領域Ｒ２に領域Ｒ５の冷却水（水質Ｂ）が漏れ出ている可能性がある。そのため、ステップＳ１６０において流量Ｑ４を減少または停止する制御信号を生成し、ステップＳ１９０においてその制御信号を水質調整装置４１２および圧力／流量調整装置４１３へ送信する。例えば、領域Ｒ５への冷却水の流量Ｑ４が多すぎて領域Ｒ２に冷却水が漏れ出ていた場合には、パージ配管３７から領域Ｒ５内に供給される冷却水の流量Ｑ４を減少または停止することで、冷却水の漏れが停止し、領域Ｒ２の水質はほぼ水質Ａの状態に戻る。

ステップＳ１２０でＮＯと判定された場合（領域Ｒ５に水質Ｂの冷却水が行き渡っていない場合）には、ステップＳ１４０へ進んで、分析水Ｄの水質がほぼ水質Ａであるか否かを判定する。ステップＳ１４０でＹＥＳと判定された場合、領域Ｒ２に冷却水（水質Ｂ）が漏れ出ていないと判定できる。そのため、ステップＳ１４０でＹＥＳと判定された場合には、冷却水（水質Ｂ）が領域Ｒ５に行き渡っておらず、水質Ｂの冷却水はメカニカルシール廻りに及んでいないことが考えられる。そのため、ステップＳ１７０へ進んで、流量Ｑ４を増加させる制御信号を生成し、ステップＳ１９０においてその制御信号を水質調整装置４１２および圧力／流量調整装置４１３へ送信する。

また、ステップＳ１２０およびステップＳ１４０のいずれにおいてもＮＯと判定された場合には、メカニカルシール保護装置４または原子炉冷却材再循環ポンプ側の異常が考えられるため、流量Ｑ４を停止する制御信号を生成し、その制御信号を水質調整装置４１２および圧力／流量調整装置４１３へ送信する（ステップＳ１９０）。そして、装置停止後に調査を行う。

図４，５に示すような動作を行うメカニカルシール保護装置４を設けることで、メカニカルシール廻りの水質は水質Ｂに維持され、メカニカルシールの材料の変質を防止することができる。その結果、ポンプ運転状態でメカニカルシールの材料の変化が抑えられ、メカニカルシールの運転の長期化に資することができる。また、領域Ｒ２に水質Ｂの冷却水が漏れ出ているような場合（図５のステップＳ１３０でＮＯと判定された場合）には、流量Ｑ４を減少または停止することで、領域Ｒ２の水質が水質Ｂに維持されるようにしている。そのため、水質Ｂの冷却水が原子炉水流路側に流出するのを防止することができる。

なお、上述した実施の形態では、水源３８から供給されたパージ水（水質Ａ）を水質調整装置４１２で水質Ｂの冷却水に調整してパージ配管３７から導入するような構成とした。しかし、図６に示すように、水質Ｂの冷却水を十分な量を貯蔵できる冷却水タンク４２を設けるような構成としても良い。また、図１に示す例では、別に設けられた分析水採取部４０をケーシング１４とケーシングカバー１５との間に挿入するように設けたが、分析水採取部４０をケーシングカバー１５と一体としても良い。すなわち、ケーシングカバー１５の下側の部分に、仕切り板４００および配管４０１〜４０３を設けるようにしても良い。

−第２の実施の形態−
図７は、本発明によるメカニカルシール保護装置の第２の実施の形態を示す図であり、図２と同様の部分に関する断面図である。第２の実施の形態のメカニカルシール保護装置においては、水質調整装置を内蔵する分析水採取部４０と、パージ水（水質Ａ）の供給量を制御する制御部４４とを備えている。なお、図２においてケーシングカバー１５に設けられていたパージ配管３７は省略されている。

分析水採取部４０にはケーシング４０４が設けられ、そのケーシング４０４の内周側には仕切り板４００および保持部４０５ａが設けられている。仕切り板４００と保持部４０５ａとの間には配管４０２が設けられている。保持部４０５ａは、図７の領域Ｒ７と領域Ｒ５とを仕切る仕切り部材としても機能している。保持部４０５ａはリング状の部材であり、図示上下に貫通する流路４０５ｃを備えている。流路４０５ｃには固形の水質調整剤４０５ｂが保持されている。水質調整剤４０５ｂとしては、例えば、上述した硫酸ナトリウムを所定の形状に固めたものが用いられる。配管４０２には、流量制御用のバルブ４６を介して水質Ａのパージ水を供給する水源３８が接続されている。

制御部４４によりバルブ４６を制御することにより、配管４０２から領域Ｒ７に圧力Ｐ３，流量Ｑ３のパージ水が供給される。それにより、保持部４０５ａと仕切り板４００との間の領域Ｒ７が圧力Ｐ７に維持される。圧力Ｐ７は、Ｐ７＞Ｐ２のように保持され、かつ、領域Ｒ５の圧力Ｐ５に対してＰ５＜Ｐ２のように保持される。流路４０５ｃに設けられた水質調整剤４０５ｂは液体が通過できるような構造となっている。そのため、領域Ｒ７に供給された水質Ａのパージ水は、水質調整剤４０５ｂを通過して領域Ｒ５へと流入する。水質Ａのパージ水が水質調整剤４０５ｂを通過する際に、水質調整剤４０５ｂが溶け出してパージ水に混入する構造となっているので、水質調整剤４０５ｂを通過して領域Ｒ５へと流入したパージ水は、水質Ｂとなっている。その結果、領域Ｒ５に水質Ｂの冷却水が流入されることになる。領域Ｒ５の冷却水（水質Ｂ）は減圧機構２５を通ってシール室２７に流入する。その結果、メカニカルシール廻りは水質Ｂの環境となり、メカニカルシールの材料特性の変化を抑えることができ、メカニカルシールの運転の長期化を図ることができる。

なお、保持部４０５ａとポンプ軸７との隙間を介して水質Ａのパージ水が領域Ｒ５に流入させないようにするために、仕切り板４００とポンプ軸７との隙間を十分狭めるか、ラビリンスシール等の構造とすることが望ましい。

−第３の実施の形態−
図８は、本発明によるメカニカルシール保護装置の第３の実施の形態を示す図であり、図２と同様の部分に関する断面図である。本実施の形態においては、配管５０を介して、シール室２７に水質Ｂの冷却水を直接導入する構成としている。配管５０には、流量制御用のバルブ５３を介して水質調整装置４１２から水質Ｂの冷却水が供給されている。水質調整装置４１２は第１の実施の形態で記載したものと同様のものであり、制御部５１によって制御される。制御部５１には圧力計５２からの圧力測定値が入力され、バルブ５３を制御することにより、シール室２７への冷却水の流入量を制御している。配管５０と圧力計５２との間には、シール室２７の冷却水が逆流するのを防止するための逆止弁５４が設けられている。また、ケーシングカバー１５内には、パージ配管３７を介して水源３８からのパージ水（水質Ａ）が導入される。

本実施の形態においては、シール室２７に水質Ｂの冷却水が供給されるため、少なくとも第２段摺動部２０の回転リング２３と従動リング２４が水質Ｂの環境となるため、第２段摺動部２０の水質環境を改善することができる。なお、第１段摺動部１９に関しては、通常のパージ水（水質Ａ）の環境となるが、本実施の形態の場合には既存のポンプ側の設備を変更する必要が無く、漏えいの観点から重要である第２段摺動部２０を保護できることから、簡易的な方法として有用である。

以上説明したように、メカニカルシール保護装置４（４０，４１）は、原子炉水を循環させる原子炉冷却材再循環ポンプ１に設けられ、メカニカルシール１８（１９，２０）の変質を防止する装置であって、ポンプ１のポンプ軸７に配置されたメカニカルシール１８（１９，２０）の配置領域に、メカニカルシール（１９，２０）を保護する冷却水（水質Ｂ）を供給する第１冷却水供給部と、配置領域とポンプ１の原子炉水流路との間に原子炉水と同質のパージ水（水質Ａ）を供給して、冷却水（水質Ｂ）が原子炉水流路側に流入するのを防止する第２冷却水供給部と、を備えている。その結果、原子炉水に影響を与えず、メカニカルシールの材料特性の変化を抑えることができる。

例えば、図１，３に示すメカニカルシール保護装置４のように、配置領域Ｒ５とパージ水（水質Ａ）が供給される領域Ｒ２との間に配置され、ポンプ軸７との間に微小隙間を有して、領域Ｒ２の圧力を配置領域Ｒ５の圧力よりも高く保つ仕切り板４００を備え、第１冷却水供給部は、配置領域Ｒ５の水質および領域Ｒ２の水質をそれぞれ分析する分析部（配管４０１，４０３、水質分析装置４１０）と、配置領域Ｒ５の水質が冷却水（水質Ｂ）の水質と同等となり、かつ、領域Ｒ２の水質がパージ水（水質Ａ）の水質と同等となるように、分析部の分析結果に基づいて冷却水（水質Ｂ）の供給量を制御する演算／制御装置４１１と、を備えるようにしても良い。

また、図７に示すように、パージ水（水質Ａ）が供給される領域Ｒ７と原子炉水流路との間に設けられ、ポンプ軸７との間に微小隙間を有して、領域Ｒ７の圧力Ｐ７を原子炉水流路の圧力Ｐ２よりも高く保つ仕切り板４００を備え、第１冷却水供給部は、領域Ｒ７と配置領域Ｒ５との間に設けられ、ポンプ軸７との間の微小隙間、および領域Ｒ７から配置領域Ｒ５へと冷却水（水質Ａ）が流れる流路４０５ｃが形成されて、領域Ｒ７の圧力Ｐ７を配置領域Ｒ５の圧力よりも高く保つ保持部４０５ａと、流路４０５ｃに配置されて、該流路４０５ｃを流れるパージ水（水質Ａ）を冷却水（水質Ｂ）に変換する水質調整剤４０５ｂと、を備えるようにしても良い。この場合、図１に示すメカニカルシール保護装置４に比べて構成が簡素化され、コスト上昇を抑えることができる。

さらにまた、図８に示すように、第１冷却水供給部は、第１メカニカルシール（摺動部２０）が配置されているシールケーシング１５ａの内側領域であるシール室２７に冷却水（水質Ｂ）を供給し、シールケーシング１５ａの外側の領域にパージ水（水質Ａ）を供給するようにしても良い。

また、図１に示すメカニカルシール保護装置４の起動時において、水質分析装置４１０の分析結果に基づいて、領域Ｒ２の水質をパージ水（水質Ａ）の水質と同等に保持しつつ、配置領域Ｒ５の水質が冷却水（水質Ｂ）の水質と同等となるまで冷却水（水質Ｂ）の供給量を徐々に増加させるようにするのが好ましい。そうすることで、起動時に配置領域Ｒ５に冷却水（水質Ｂ）が急激に流入して領域Ｒ２に漏れ出すような状況を避けることができる。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。また、上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。

１：原子炉冷却材再循環ポンプ、４：メカニカルシール保護装置、７：ポンプ軸、１５：ケーシングカバー、１５ａ：シールケーシング、１８：メカニカルシール、１９，２０：摺動部、２１，２３：回転リング、２２，２４：従動リング、２７：シール室、３７：パージ配管、３８：水源、４０：分析水採取部、４１：監視装置、４２：冷却水タンク、４４，５１：制御部、４００：仕切り板、４１０：水質分析装置、４１１：演算／制御装置、４１２：水質調整装置、４１３：圧力／流量調整装置

Claims (6)

1. 原子炉水を循環させる原子炉冷却材再循環ポンプに設けられ、メカニカルシールの変質を防止するメカニカルシール保護装置であって、
   前記ポンプのポンプ軸に配置された前記メカニカルシールの配置領域に、前記メカニカルシールを保護する第１冷却水を供給する第１冷却水供給部と、
   前記配置領域と前記ポンプの原子炉水流路との間に前記原子炉水と同質の第２冷却水を供給して、前記第１冷却水が前記原子炉水流路側に流入するのを防止する第２冷却水供給部と、を備えたメカニカルシール保護装置。
2. 請求項１に記載のメカニカルシール保護装置において、
   前記配置領域と前記第２冷却水が供給される第２冷却水領域との間に配置され、前記ポンプ軸との間に微小隙間を有して、前記第２冷却水領域の圧力を前記配置領域の圧力よりも高く保つ仕切り部材を備え、
   前記第１冷却水供給部は、
   前記配置領域の水質および前記第２冷却水領域の水質をそれぞれ分析する分析部と、
   前記配置領域の水質が前記第１冷却水の水質と同等となり、かつ、前記第２冷却水領域の水質が前記第２冷却水の水質と同等となるように、前記分析部の分析結果に基づいて前記第１冷却水供給部による前記第１冷却水の供給量を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするメカニカルシール保護装置。
3. 請求項１に記載のメカニカルシール保護装置において、
   前記第２冷却水が供給される第２冷却水領域と前記原子炉水流路との間に設けられ、前記ポンプ軸との間に微小隙間を有して、前記第２冷却水領域の圧力を前記原子炉水流路の圧力よりも高く保つ第１仕切り部材を備え、
   前記第１冷却水供給部は、
   前記第２冷却水領域と前記配置領域との間に設けられ、前記ポンプ軸との間の微小隙間、および前記第２冷却水領域から前記配置領域へと前記第２冷却水が流れる流路が形成されて、前記第２冷却水領域の圧力を前記配置領域の圧力よりも高く保つ第２仕切り部材と、
   前記流路に配置されて、該流路を流れる第２冷却水を前記第１冷却水に変換する水質調整部と、を備えることを特徴とするメカニカルシール保護装置。
4. 請求項１に記載のメカニカルシール保護装置において、
   前記ポンプは、第１メカニカルシールと、該第１メカニカルシールを囲むように配置されたシールケーシングと、該シールケーシングに設けられた第２メカニカルシールとを備え、
   前記第１冷却水供給部は、前記第１メカニカルシールが配置されている前記シールケーシングの内側領域に前記第１冷却水を供給し、
   前記第２冷却水供給部は、前記シールケーシングの外側の領域に前記第２冷却水を供給することを特徴とするメカニカルシール保護装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のメカニカルシール保護装置を備える原子炉冷却材再循環ポンプ。
6. 請求項２に記載のメカニカルシール保護装置の運転方法であって、
   メカニカルシール保護装置の起動時において、
   前記制御部は、前記分析部の分析結果に基づいて、前記第２冷却水領域の水質を前記第２冷却水の水質と同等に保持しつつ、前記配置領域の水質が前記第１冷却水の水質と同等となるまで前記第１冷却水の供給量を徐々に増加させることを特徴とするメカニカルシール保護装置の運転方法。

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