JP2015017831A

JP2015017831A - ジェットポンプの皮膜形成方法及びその皮膜形成用浸漬装置

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Publication number: JP2015017831A
Application number: JP2013143558A
Authority: JP
Inventors: 祥希石崎; Yoshiki Ishizaki; 裕介青木; Yusuke Aoki; 裕紀湊; Yuki Minato; 森　啓; Hiroshi Mori; 啓森; 英寿佐々木; Eiju Sasaki; 邦彦衣笠; Kunihiko Kinugasa; 梢松川; Kozue Matsukawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: JP6173806B2

Abstract

【課題】ジェットポンプにクラッドが付着して堆積することを抑制するジェットポンプの皮膜形成技術を提供する。【解決手段】ジェットポンプの皮膜形成方法は、沸騰水型原子炉内に設けられるジェットポンプの構成部材を、酸化物系セラミックスを含む懸濁液が注入された液体タンクに浸漬させる浸漬工程Ｓ１１と、浸漬されたジェットポンプの構成部材を引き上げた後に加熱処理する加熱工程Ｓ１３と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ジェットポンプの皮膜形成技術に関する。

沸騰水型原子炉における炉内構造物であるジェットポンプは、炉心で発生した熱を取り出すため、炉心内を内部循環する冷却水による炉心の熱除去や蒸気の発生を補助する。

図１は、ジェットポンプの要部を拡大した斜視図である。
ジェットポンプ１０は、原子炉圧力容器１１と炉心シュラウド１２との間に設けられ、２本１組で構成される。１組に対して１本のライザ管１４とトラジションピース１５を介して一対のインレットミキサ５０、ディフィーザ１９とを備えている。

インレットミキサ５０は、エルボ１６、ノズル１７と、スロート１８から構成されており、取り出して炉外へ搬出することが可能である。ディフィーザ１９は、原子炉圧力容器１１のバッフルプレート２０に溶接して組み付けられている。

再循環ポンプ（図示省略）を介して再循環入口ノズル１３に戻された高速な再循環水は、ライザ管１４を経てトラジションピース１５を介して分岐する。そして、再循環水は、ノズル１７で原子炉圧力容器１１と炉心シュラウド１２との環状部分の炉水を巻き込み、スロート１８で混合される。この混合された高速水は、ディフィーザ１９により炉心下方に送り込まれる。このようにして、ジェットポンプ１０は、炉心内の冷却水を内部循環させる。

ところで、再循環水がジェットポンプ１０を通過することにより、ジェットポンプ１０の内表面に水溶液中に存在するクラッド（ＣＲＵＤ：ＣｈａｌｋＲｉｖｅｒＵｎｃｌａｓｓｆｉｅｄＤｅｐｏｓｉｔ炉水中の鉄酸化物）が付着する。

特に、インレットミキサ５０のノズル１７にクラッドが付着し堆積すると、ノズル１７の内表面厚さが増加する。これにより、ライザ管１４から所定の駆動流量が得られなくなり、流量が減少して循環効率が低下する可能性がある。

この課題を解決するために、クラッドが堆積したインレットミキサ５０を新たに取り替えることや、クラッドが堆積したインレットミキサ５０の内表面をウォータージェットで取り除く方法がある。しかし、いずれの方法も、放射性廃棄物を増大させる要因になる可能性がある。

そこで、クラッドの付着自体を抑制するため、ジェットポンプ１０の構成部材の表面に、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２などの酸化物皮膜をＣＶＤ法（化学蒸着法）により形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２）。

さらに、ジェットポンプ１０の構成部材の表面に白金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、銀、金またはそれらの金属合金の皮膜をプラズマ溶射、ＨＶＯＦ（高速フレーム溶射）、ＣＶＤ、ＰＶＤ（物理的気相成長法）、電気メッキおよび無電解メッキ等により形成する方法が提案されている（例えば、特許文献３、４）。

特開２００２−２０７０９４号公報米国特許第６６３３６２３号明細書特開２００７−１０６６８号公報米国特許出願公開第２００７／０００３００１号明細書

しかしながら、特許文献１〜４の技術は、いずれも皮膜形成によるクラッドの付着抑制効果が十分ではなく、皮膜形成を行う装置も高価であり、皮膜形成する部材の大きさ、形状に制限がある等の課題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ジェットポンプにクラッドが付着して堆積することを抑制するジェットポンプの皮膜形成方法及びその皮膜形成用浸漬装置を提供することを目的とする。

本実施形態のジェットポンプの皮膜形成方法は、沸騰水型原子炉内に設けられるジェットポンプの構成部材を、酸化物系セラミックスを含む懸濁液が注入された液体タンクに浸漬させる浸漬工程と、浸漬された前記ジェットポンプの構成部材を引き上げた後に加熱処理する加熱工程と、を含むことを特徴とする。

本発明により、ジェットポンプにクラッドが付着して堆積することを抑制するジェットポンプの皮膜形成方法及びその皮膜形成用浸漬装置が提供される。

ジェットポンプの要部を拡大した拡大図。本実施形態に係るジェットポンプの皮膜形成フロー図。本実施形態に適用されるジェットポンプの皮膜形成用浸漬装置の構成図を示し、（Ａ）はジェットポンプ設置時、（Ｂ）は浸漬時を表す図。（Ａ）は本実施形態に適用されるジェットポンプの皮膜形成用浸漬装置の上面図、（Ｂ）は液体タンクの縦断面図。（Ａ）は本実施形態に適用される熱処理架台の平面図、（Ｂ）は熱処理架台の側面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図２の皮膜形成フロー図に示されるジェットポンプの皮膜形成方法は、沸騰水型原子炉内に設けられるジェットポンプの構成部材を、酸化物系セラミックスを含む懸濁液が注入された液体タンクに浸漬させる浸漬工程と、浸漬されたジェットポンプの構成部材を引き上げた後に加熱処理する加熱工程と、を含むことを特徴とする。

ここでは、図１に示したジェットポンプ１０の構成部材であるインレットミキサ５０に対して、酸化物系セラミックスによる皮膜形成を行う方法について説明する。

まず、インレットミキサ５０をライザ管１４とディフィーザ１９とから取り外す（Ｓ１０）。

浸漬工程は、取り外したインレットミキサ５０を、酸化物系セラミックスを含む懸濁液が注入されたステンレス製の液体タンクに浸漬させる（Ｓ１１）。液体タンクの大きさ、容量は、浸漬対象となるジェットポンプ１０の構成部材の形状、大きさ、容量に応じて適宜変更する。また、浸漬工程の前に、イオン交換水等の洗浄水でインレットミキサ５０を洗浄する工程を挿入しても良い。

酸化物系セラミックスを含む懸濁液は、酸化物系セラミックスの微粒子を水、ブタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、その他の有機溶媒、またはこれらの混合物等に均一に分散させた液体である。

炉水中に存在するクラッドは、界面で電荷を帯びており、インレットミキサ５０にコーティングされる材料が同じ極性のゼータ電位であった場合、静電反発力によりインレットミキサ５０へのクラッド付着は抑制される。したがって、クラッド付着を抑制する二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、チタン酸ジルコニウム（ＴｉＺｒＯ_４）等の酸化物系セラミックスを適宜選択する。

そして、浸漬されたインレットミキサ５０を液体タンクから引き上げて乾燥させる（Ｓ１２）。そして、インレットミキサ５０を熱処理架台に設置し、熱処理炉に移送して加熱処理を行う（Ｓ１３）。これにより、インレットミキサ５０の内表面に酸化物系セラミックスからなる皮膜を形成することができる。この皮膜形成により、ジェットポンプ１０にクラッドが付着して堆積することを抑制することができる。

また、酸化物系セラミックスを含む懸濁液が注入された液体タンクに浸漬する構成をとるため、ジェットポンプ１０の構成部材の形状、大きさに制約されず低コストで皮膜形成することができる。

次に、浸漬工程における具体的な浸漬方法について説明する。
図３は、ジェットポンプの皮膜形成用浸漬装置２１（以下、単に「浸漬装置２１」とする）の構成図を示している。図３（Ａ）はインレットミキサ５０の設置時を、図３（Ｂ）はインレットミキサ５０の浸漬時を表している。

浸漬装置２１は、上部が開口された筐体内部に酸化物系セラミックスを含む懸濁液２３（以下、単に「懸濁液２３」とする）が注入された液体タンク２２を備える。なお、液体タンク２２の容量は、インレットミキサ５０を一体について皮膜形成する場合は約２００Ｌ程度必要となる。

インレットミキサ５０は、クレーンで吊り上げられて、浸漬装置２１の開口部から挿入される。そして、浸漬装置２１上面の突起部にエルボ１６（トラジションピース１５（図１）との接続口）が設置され固定される（図３（Ａ））。

液体タンク２２の下端は、マグネットスターラ２５を介してボールネジ２６に接続されている。そして、ボールネジ２６は回転数を自由に調整可能なモータ２７に直結される。

モータ２７による回転運動をボールネジ２６によって液体タンク２２を上昇・下降させる直線運動に変換することにより、液体タンク２２の上下駆動を実現する。なお、ボールネジ２６に代えて、油圧あるいは空圧シリンダー等を用いて液体タンク２２の上昇・下降を実現しても良い。

液体タンク２２を上昇させることにより、インレットミキサ５０を懸濁液２３に浸漬する（図３（Ｂ））。また、モータ２７による回転数を調整して液体タンクが上昇する高さを変更することにより、皮膜したい領域のみを浸漬させることができる。

また、液体タンク２２は、その外周面に銅製の配管２４が巻きつけるように取り付けられている。この配管２４に、浸漬装置２１の外部に設けられた熱交換器（図示省略）で熱交換された温水または冷水を流すことにより、懸濁液２３の温度を調整する。

これにより、温度によって比重が変化する懸濁液２３において皮膜形成に最適な設定温度を維持することができる。

図４（Ａ）は、浸漬装置２１の上面図を示している（適宜、図３参照）。
浸漬装置２１の上面には、インレットミキサ５０を挿入する開口部の周囲に一対の平面板２９（２９ａ、２９ｂ）が設けられている。この一対の平面板２９は、一方の平面板２９ａは固定されて、他方は平面板２９ｂの両側に設けられたガイドレール２８に沿って移動可能となっている。なお、平面板２９ｂの移動は、油圧シリンダー（図示省略）を用いて行われる。

インレットミキサ５０が開口部から挿入されて、エルボ１６部分が設置された後、平面板２９ｂを移動させてインレットミキサ５０を挟み込むことにより、インレットミキサ５０は浸漬装置２１に固定される。

また、浸漬装置２１の上面にはレーザセンサ３０が備えられている。
レーザセンサ３０は、直下に位置する懸濁液２３の液面にレーザを照射して、基準位置（レーザセンサ３０設置位置）から液面までの距離を測定する。
そして、液面までの距離の測定を単位時間あたり所定の回数（例えば、１秒間に１０回）実施することにより、基準位置から液面までの距離と経過時間のデータから液面の移動速度を図示しない速度制御装置によって求める。

そして、液面の移動速度が一定となるように、図３に示したモータ２７の回転数を調整して液体タンク２２を上下させる速度を制御する。

浸漬が終了して液体タンク２２を下降させる際、懸濁液２３からインレットミキサ５０が引き抜かれる速度（液体の下降速度）が速すぎたり或いは遅すぎたりすると均一に皮膜が形成されない恐れがある。
インレットミキサ５０は部位によって断面積が異なるため、液体タンク２２を一定速度で下降させた場合のみでは、液体の下降速度は一定とならない。このため、溶液の下降速度は、液面の移動速度に基づいて定める必要がある。

したがって、液面を一定速度で移動させることにより、溶液の下降速度を一定にすることができるため、酸化物系セラミックスを均一に皮膜することができる。

図４（Ｂ）は、液体タンク２２の縦断面図を示している（適宜、図３参照）。
マグネットスターラ２５は、液体タンク２２の下端に設置されている。そして、磁力により液体タンク２２内に投入された回転子３２を回転させて、酸化物系セラミックスを含む懸濁液２３を攪拌する。

懸濁液２３に有機溶媒を用いた場合、懸濁液２３を一定時間そのままの状態で保持すると酸化物系セラミックスが沈殿して、均一に浸漬できないおそれがある。

マグネットスターラ２５を用いて回転子３２を回転させて攪拌することにより、懸濁液２３の成分を均一にすることができる。

また、液体タンク２２は、その内部にフロートセンサ３１が取り付けられている。
フロートセンサ３１は、浸漬が終了して液体タンク２２を下降させる際、基準位置（液面の下降開始位置）から液面の距離を測定する。

そして、レーザセンサ３０同様に、液面までの距離の測定を単位時間あたり所定の回数実施することにより、基準位置から液面までの距離と経過時間のデータから液面の移動速度を求める。そして、液面の移動速度が一定となるように、モータ２７の回転数を調整して液体タンク２２を上下させる速度を制御する。

液面を一定速度で移動させることにより、溶液の下降速度を一定にすることができるため、酸化物系セラミックスを均一に皮膜することができる。

続けて、乾燥工程及び加熱工程について説明する。
液体タンク２２の下降終了後、浸漬されたインレットミキサ５０を浸漬装置２１に固定したままで約１０分程度乾燥させる。そして、固定していたインレットミキサ５０を浸漬装置２１から開放させる。

図５は、加熱処理に用いられる熱処理架台３３の構成図を示している。
図５（Ａ）は熱処理架台３３の平面図を示している。乾燥後のインレットミキサ５０はクレーンで吊り上げられ、熱処理架台３３の開口部に挿入される。

インレットミキサ５０は、エルボ１６が熱処理架台３３の上面に設置され、ガイドレール３４により移動可能な平面板により固定される。なお、一対のインレットミキサ５０を設置可能なように、二カ所の設置箇所が設けられている。

エルボ１６を熱処理架台３３に固定することにより、熱処理炉まで移送する間に、インレットミキサ５０が熱処理架台３３と接触して打痕がつくのを防止する。

図５（Ｂ）は熱処理架台３３の側面図を示している。熱処理中の変形を防止するためにインレットミキサ５０は、立てた状態で設置される。

そして、インレットミキサ５０を熱処理架台３３に取り付けた後、クレーンで吊り上げ熱処理炉（図示省略）に移送する。

熱処理前にインレットミキサ５０の上端と下端に熱電対（図示省略）を取り付けて、熱処理を開始する。熱処理は大気雰囲気・アルゴン置換雰囲気・真空雰囲気いずれも可能である。

熱処理開始後、インレットミキサ５０の上端と下端に取り付けた熱電対の温度が設定温度内に達したことを確認して、所定時間保持した後に冷却する。なお、設定温度、保持時間は、酸化物系セラミックスの種類によって異なるが、４００〜６００℃、１０分〜６０分の範囲となる。

酸化物系セラミックスの皮膜厚さが要求範囲に無いときは、浸漬工程から加熱工程まで再度繰り返して皮膜形成を行う。

以上に述べたジェットポンプの皮膜形成方法によれば、ジェットポンプの構成部材を酸化物系セラミックスを含む懸濁液が注入された液体タンクに浸漬して加熱処理を行うことにより、構成部材の内表面に酸化物系セラミックスの皮膜が形成されるため、ジェットポンプにクラッドが付着して堆積することを抑制することができる。

本発明の実施形態を説明したが、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ジェットポンプ、１１…原子炉圧力容器、１２…炉心シュラウド、１３…再循環入口ノズル、１４…ライザ管、１５…トラジションピース、１６…エルボ、１７…ノズル、１８…スロート、１９…ディフィーザ、２０…バッフルプレート、２１…皮膜形成用浸漬装置、２２…液体タンク、２３…（酸化物系セラミックスを含む）懸濁液、２４…配管、２５…マグネットスターラ、２６…ボールネジ、２７…モータ、２８、３４…ガイドレール、２９（２９ａ、２９ｂ）…平面板、３０…レーザセンサ、３１…フロートセンサ、３２…回転子、３３…熱処理架台、５０…インレットミキサ。

Claims

沸騰水型原子炉内に設けられるジェットポンプの構成部材を、酸化物系セラミックスを含む懸濁液が注入された液体タンクに浸漬させる浸漬工程と、
浸漬された前記ジェットポンプの構成部材を引き上げた後に加熱処理する加熱工程と、
を含むことを特徴とするジェットポンプの皮膜形成方法。
前記浸漬工程は、前記ジェットポンプの構成部材を前記液体タンク上方に固定して、前記液体タンクを上下駆動させて浸漬させることを特徴とする請求項１記載のジェットポンプの皮膜形成方法。
前記浸漬工程は、前記懸濁液を攪拌する攪拌工程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載のジェットポンプの皮膜形成方法。
前記浸漬工程は、前記懸濁液の温度を懸濁液が所定の比重となる温度に調節する懸濁液温度調節工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジェットポンプの皮膜形成方法。
前記浸漬工程は、前記懸濁液の表面高さを測定装置を用いて測定し、この測定値に基づいて前記液体タンクを上下させる速度を制御して浸漬させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のジェットポンプの皮膜形成方法。
沸騰水型原子炉内に設けられるジェットポンプの構成部材を、酸化物系セラミックスを含む懸濁液が注入された液体タンク上方に固定して、この液体タンクを上下駆動装置によって上下駆動させて浸漬させることを特徴とするジェットポンプの皮膜形成用浸漬装置。
前記液体タンクには、注入された懸濁液の温度を調節する懸濁液温度調節装置を設けたことを特徴とする請求項６記載のジェットポンプの皮膜形成用浸漬装置。
前記上下駆動装置は、前記懸濁液の表面高さを測定装置を用いて測定し、この測定値に基づいて前記液体タンクを上下させる速度を制御する速度制御装置によって上下駆動制御されることを特徴とする請求項６または請求項７記載のジェットポンプの皮膜形成用浸漬装置。