JP2015505953A5 - - Google Patents

Description

原子炉級の空気蓄積、表示、および排気装置

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年１１月１６日に出願され、参照によって本明細書に組み込まれる、係属中の米国特許仮出願第６１／５６０，３６０号明細書の優先権を主張するものである。

本発明は、一般に、流体配管システムの作動に関する。より詳細には、本発明は、流体配管システムを空気および他のガスを有さない状態に保つことに関する。

１９６０年代後半の商業用原子力の出現以来、業界は、さまざまな安全関連の流体システム内の高地点における空気および他のガスの蓄積に関する問題を認識している。これらのシステムは、さまざまな想定された事故シナリオを前提として核燃料損傷を防止するように設計されている。これらの流体システム内の空気およびガスの蓄積の結果、これらのシステムの機能停止、およびさらには燃料損傷を防止するためのその機能停止が生じ得る。

原子力発電所のオペレータには、連邦法によって、これらの流体システムが「完全」であることを求める、すなわち空気および／またはガスを有さないことを求める法規に適合させるために適所に適切な設計、作動、および試験の制御手段を有することを実証することが求められる。

原子力業界の現在において、配管システム内の望ましくない空気を検出する一般的な方法は、流れ排気口が存在しない場所において超音波試験（ＵＴ）検査を実施すること、または既存の排気口を使用して疑いのある場所を、システムのこれらの場所に空気が蓄積しているかどうかを知ることなく定期的に排気することである。これらの解決策は、試験または排気を行う必要がないことがある場合にも作業者の放射線暴露を必要とするため、不満足なものである。また、ＵＴプローブは、一般に、ＵＴ装置および関連する結合材料の温度制限により、対象の配管システムに連結されたままにしておくことができない。その結果、これらは、ＵＴ試験が実施されるたびに再連結されなければならないため、さらなる時間がかかり、その結果放射線へのさらなる暴露を生じさせる。

現在、原子力業界の他業界では、配管内のガス蓄積を測定し、ガス蓄積の程度を表示し、蓄積されたガスを排気するためのいくつかの解決策が存在する。しかし、これらの解決策は、特に、装置が流体配管システムの圧力バウンダリを貫通する場合、商業原子力業界の極めて特殊な要求事項の必要性を満たすことができない材料および構築方法を使用する。

本発明は、別の形の液体充填されたシステムがガスを閉じ込めているかを表示し、ガスを一次流体流路から除去し、どれだけのガスが閉じ込められているかを表示し、ガスの排気を可能にする装置である。

本発明の実施形態による、空気蓄積、分離、表示、および排気装置の立面図である。 本発明の実施形態による図１のフロート保持オリフィスの斜視図である。 本発明の実施形態による、図１に示す上側フロート止め具の斜視図である。 本発明の代替の実施形態による、空気蓄積、分離、表示、および排気装置の立面図である。 本発明のさらに別の代替の実施形態による、圧力室が収集室の隣にある、空気蓄積、分離、表示、および排気システムの概略図である。 本発明のさらに別の代替の実施形態による、圧力室が収集室の内側にある、空気蓄積、分離、表示、および排気システムの前面図である。 本発明の代替の実施形態による、図６の空気蓄積、分離、表示、および排気システム置の側面図である。 本発明の代替の実施形態による、図６の圧力室の側面図である。 本発明の代替の実施形態による、図８の線９−９に沿って切り取られた図８の圧力室の底面図である。 本発明の代替の実施形態による、図８の線１０−１０に沿って切り取られた図８の圧力室の上面図である。 本発明の代替の実施形態による、図８の線１１−１１に沿って切り取られた図８の圧力室の断面図である。

本発明は、配管システム内で使用するための、参照番号１０によって全体的に表示された、ガス蓄積、分離、表示、および排気装置を対象とする。システム管１２は、図１では想像線で示されており、本発明の一部ではないが、装置１０は、システム管１２と共に使用されるよう意図されている。

簡単にするために、用語のガスは、ガスまたはその複数のガスを示すために使用される。

次に図１を参照すれば、装置１０は、装置１０をシステム管１２に固定する管継手１６と、管継手１６に取り付け可能な直立管１８と、縦方向に配向された直立管１８内で自由に移動可能な磁気フロート２２と、対応するインジケータ３０であって、直立管１８の外側にあるが、直立管１８内の流体のレベルが変化するときに直立管１８の内側の磁気フロート２２と共に縦方向に移動し、それに応答してそのレベルをスケール３４上のインジケータ３０の位置によって表示する、インジケータ３０とを含む。スケール３４は、数列を担持する。インジケータ３０は、したがって、スケール３４上のその位置をその数列に対して対応させることによって直立管１８内の流体のレベルを表示することができる。排気弁３２が、システム管１２内に蓄積されたガスを排気するために直立管１８の上方に担持される。

本発明の装置を流体システム管に連結するために、穴１４が、ガスが蓄積しやすい、システム配管内のその最も高い局所的高度位置においてシステム管１２に穿孔される。この最も高い局所的高度位置は、配管の長さ内で、その両側の配管がより低い高度位置にある任意の点である。ガスが蓄積し得る局所的に最も高い高度位置は複数存在することがあり、本発明の装置は、その各々に設置されてよい。

管継手１６が、穴１４を覆ってシステム管１２に堅固に固着される。管継手１６は、システム管１２を直立管１８に連結するためのいくつかの構成要素を含む。特に、管継手は、穴１４を覆ってシステム管１２に直接溶接されたソコレット４０（ｓｏｃ−ｏ−ｌｅｔ）を含む。ソコレット４０は、システム管１２を管スタブ４２に連結することを可能にし、それにより、システム管１２の内部が、穴１４を通して装置１０と流体連通するようになる。管スタブ４２は、下側フランジ４６内で終端し、直立管１８は、下側フランジ４６に対応する上側フランジ４８内のその下側端部において終端する。

下側フランジ４６と上側フランジ４８の間には、下側ガスケット５６と上側ガスケット５８の間の、図２では最適に見られるフロート保持オリフィス５４が存在する。下側フランジおよび上側フランジ４６、４８は、フロート保持オリフィス５４、ならびに下側ガスケット５６および上側ガスケット５８と共に、複数のスタッド６０およびナット６２または他の固定締結具を用いて解放可能に一緒に固定され、これらの固定具は、解放を可能にするが、安全性、およびプラントを作動させている作業者に対する、本発明の装置が故障しにくいという保証を与えるのに十分な、知られている保持力ももたらす。これらの構成要素は、管継手１６の一部であり、システム管１２が直立管１８としっかりと安全に連通することを可能にする。

図２に示すようなフロート保持オリフィス５４は、１つの中央流れ穴６４、４つのより小さい流れ穴６６および環状溝６８を備えたディスク形状である。フロート保持オリフィス５４は、その両側面において同じである。穴６４および６６は、流体およびガスがシステム管１２と装置１０の間を通ることを可能にする。下側ガスケットおよび上側ガスケット５６、５８は、わずかに圧縮するがこれがさらされる予想内部圧力に対する適切なシールをもたらす材料から作製され、グラファイトおよびステンレス鋼の組み合わせなどの材料から作製されてもよい。溝６８は、同心円状の輪または単一のらせんなどの任意のパターンでフロート保持オリフィス５４に切断されてよく、ガスケット５６、５８が保持オリフィス５４の下側面および上側面に押し付けられたときにより良好なシールをもたらすよう意図されている。

直立管１８は、システム管１２からの流体およびガスと共に磁気フロート２２を収容する。磁気フロート２２は、直立管１８の内径より小さい直径を有し、それにより、ガスが直立管１８に入るとき、これは、磁気フロート２２の周りを通り、磁気フロート２２を直立管１８内で降下させる。それに応じて、磁気フロート２２は、直立管１８内でその範囲にわたって容易に移動する。ガスが直立管１８内に存在する場合、開いている排気弁３２がガスを放出し、その結果直立管１８内に流体レベルの上昇を生じさせ、上昇する流体レベルに伴って、磁気フロート２２もまた上昇する。磁気フロート２２は、その進行の下側端部にあるフロート保持オリフィス５４から、その進行の上端部にある、図３に最適に見られる上側フロート止め具７０まで上昇する。上側フロート止め具７０は、流体およびガスが磁気フロート２２の周りを流れることを可能にする４つの流れ穴７８を有する。直立管１８の底部では、磁気フロート２２の底部が中央流れ穴６４によって受けられ、穴６６は流体およびガスが磁気フロート２２の周りを通るようにさせておく。

スケール３４は、上側バンドクランプおよび下側バンドクランプ２４、２６を用いて直立管１８の外側に取り付けられる。

上側フロート止め具７０は、図３に最適に見られるように、その上側表面上に座ぐり８８を備えたスペーシングリムを有して、管キャップ７２からの隔離部分をもたらすことができ、それにより、流れ穴７８を通る流体またはガスの流れは、磁気フロート２２が、直立管１８内でのその最も上側の位置にあるときに管キャップ７２によって遮られない。直立管１８は、管キャップ７２内で終端し、管キャップ７２は、ハーフカップリング７３および短い長さの出口管７４を介して排気弁３２と連通する。管キャップ７２は、その中に形成されたボア穴を有し、それにより、直立管１８内のガスは、上側フロート止め具７０および管キャップ７２内の流れ穴７８を通って排気され得る。排気弁３２からの排気されたガスは、管からチューブへの移行カップラ８０を通ってチューブ７６まで流れる。

チューブ７６は、したがって、排気弁３２、出口管７４、管キャップ７２および上側フロート止め具７０を通して直立管１８の内部と連通し、それにより、直立管１８に入るガスは、排気弁３２の開放によってチューブ７６を通って直立管１８から排気され得る。排気弁３２は、管からチューブへの移行カップラ８０を介してチューブ７６に、ここでも好ましくは溶接によって堅固に連結される。

チューブ７６は、迅速着脱式継手内で終端し、迅速着脱式継手は、ランヤードクリップ９０およびランヤードワイヤ９２によって迅速着脱式本体８２に固定されたチューブプラグ８６を備えた迅速着脱式ステム８４を有する迅速着脱式本体８２を含む。

システム管１２が流体で充填されたとき、流体は、穴１４を流れ抜けて管継手１６を介して直立管１８に入る。直立管１８が流体で満たされている場合、磁気フロート２２は、上側フロート止め具７０の下面を押し付けるまで直立管１８内で上側限界まで上昇する。磁気フロート２２は、スケール３４上のインジケータ３０の位置によって、直立管１８内にあるガスの量を表示する。ガスがシステム管１２に入る場合、そのガスは、システム管１２内で穴１４を通って上昇し、管継手１６を通って直立管１８内、かつ磁気フロート２２の周りを流れ、直立管１８内の流体を変位させる。直立管１８内の流体とガスの間の境界は、直立管１８内のより多いガスおよびより少ない流体の結果として降下する。したがって、磁気フロート２２は降下し、再度、スケール３４に関するインジケータ３０の相対位置によって、システム管内の空気の存在を表示する。オペレータは、スケール３４上のインジケータ３０の下降に注視することができ、この下降が十分である場合、すなわち予め指定されたレベル、またはそれ以下である場合、直立管１８を弁３２およびチューブ７６を通して排気することができる。望ましくないガスが弁３２から排気されるとき、磁気フロート２２は、再度その最大位置まで上昇して、スケール３４に関するインジケータ３０の位置によって、ガスがもはや直立管１８内に存在しないことを表示する。

本発明はまた、または代替的に、次の１つまたは複数を有する：（１）遠隔レベル表示をもたらすことができる遠隔電子レベルインジケータ（図示せず）、（２）直立管内のレベルの表示に基づいて望ましくないガスを放出するための自動制御された排気弁。

図４は、排気弁３２’を作動させる電子制御スイッチ１０２に電気的にそれぞれ連結された、外部に装着された高レベルスイッチおよび低レベルスイッチ９８、１００以外は、図１に示すものに類似する本発明の代替の実施形態の正面図を示している。高レベルスイッチおよび低レベルスイッチ９８、１００は、クランプ２４’および２６’それぞれ（ならびにフロートレベルインジケータ３０を有するスケール３４）を用いて固定される。図４に示すすべての他の構成要素は、図１と同じものであり、同じ参照番号を用いてそのように表示する。排気弁３２’は、ガス収集装置（図示せず）に自動的に排気する。

図５および図６は、現在の原子炉級空気トラップの代替の実施形態を示している。これらの実施形態のいずれにおいても、圧力室および収集室が存在する。

図５に見られる２つの実施形態の第１のものでは、圧力室２１２は、収集室２１０と平行に、いずれもシステム内の高い地点の上方に置かれ、それにより、システム内の空気は、圧力室２１２および収集室２１０内へと上昇する。圧力室２１２および収集室２１０からの空気は、弁２２０を作動させる電気ソレノイド制御器２１６によるプラントオペレータの指示時に、精密排気オリフィス２１８を通して排気され得る。収集室２１０の設計は、圧力室２１２が、非溶接設計のもの、好ましくは、そのさまざまな穴およびスロットが穴穿孔器または長いエンドミルによって形成された鍛造のものでよいことを除けば、上記で説明した装置１０に類似する。しかし、上記で説明したように、そのフロート２２４は、磁気フロートでよく、そのフロートセンサ２１４はマグノレストリクティブ変換器でよい。

圧力室２１２は、各々の端部に、フロート保持オリフィス２２８をガスケット２３２間に挟む一対のフランジ２３４を有する。電気ソレノイド制御器２１６およびフロートセンサ２１４は、プラントコンピュータ２４０に結び付けられ、プラントコンピュータ２４０は、システムの状況を示す表示装置２２６を作動させる。光または他の信号が、電源、低量空気か高量空気か、システムが自動制御か手動制御か、開いているか閉じているか、および近接か遠隔かを確認する。代替的には、フロートセンサ２１４は、数列を担持するスケールと、図４に示すものに類似する、これらの数字の１つに対応する流体のレベルを表示するインジケータとを備えた手動センサになることができる。

図５の実施形態では、装置の目標は、プラント耐震解析に過度の衝撃を与えることなくかなりより多くの空気を収集できることである。収集室２１０は、壁に装着され得る。収集室２１０および圧力室２１２は、ＴＥＥコネクタ２２２を通じて局所的な高地点に至るコードクラスの配管または可撓性ホースを用いて、互いにおよびシステム配管に連結され、それにより、空気は、分離されているためにそれ自体の耐震信号を有するシステムによって、蓄積され、分離され、測定され、排気され得る。

図５の代替のシステムの変形形態が、フロートガイド２５２が収集室２５０の内側に装着された収集室２５０の前面図および側面図である図６および図７に示される。ブラケット２５４が、剛性を追加するように各々の水平板２５６を収集室２５０に連結する一対のガセット２６０を用いて、収集室２５０の側部に取り付けられた水平板２５８を支持するために対向する壁２５６に取り付けられる。

ライン２６６からの空気は、収集室２５０に入り、電気ソレノイド制御器２７０によって制御される弁２６８を通して精密排気オリフィス２７２を通して排気される。収集室２５０に入る流体はまた、穴２８６および２８８または収集室２５０とフロートガイド２５２の間の完全な流体連通を保証する他の開口部を通ってフロートガイド２５２に入る。フロートガイド２５２は、好ましくは、その端部にボルト留めされた盲フランジ２８６によって外部に対して閉じられ、盲フランジ２８６は、フロートの点検または取り換えを可能にするために取り外すことができる。

図８〜図１１は、直立管の詳細を示している。直立管２９０は、基部２９２を有する鍛造品であり、基部２９２は、好ましくは環状であり、図９に最適に見られるように、その中に形成された４つのボルト穴２９４と、中央の軸方向ボア穴２９６とを含む。中央ボア穴２９４は、２９８において径方向外側に段付けする。同様に、上部（図１０に最適に見られる）から。直立管２９０の上部のすぐ下方には、図８の線１１−１１に沿って図１１に見られるように、十字形状のくぼみ３００が直立管２９０の上部内に形成され、ここでは、中央ボア穴２９４は、径方向内側に段付けして、直立管２９０からの出口３０４において径方向外側に段付けする前にボトルネック部３０２を形成する。

流体／ガス境界面が、低レベルセンサ１００によって検出されるような下側レベルの下方まで降下するとき、センサ１００は、電子制御スイッチ１０２に信号を送信して、これに排気弁３２’を開かせ、それによって蓄積されたガスを排気させる。磁気フロート２２は、こうして、流体ガス境界面の上昇に伴って、これが高レベルセンサ９８に到達するまで上昇する。センサ９８は、電子制御スイッチ１０２に信号を送信して排気弁３２’を閉じ、それによってガスの排気を中断させる。

本発明はいくつかの利点を有する。第一に、これは、安全関連配管システムにおいて、特にこれらの要求事項が厳しい原子力業界において、望ましくないガスの蓄積周辺の問題に対する統合的解決策を提供する。これは、生産性を向上させ、不必要な排気を回避し、適時の排気を容易にし、原子力業界においては、人的な放射線暴露を低減する、蓄積されたガスの量を監視する方法を提供する。これはまた、高温度などの困難な環境内に存在し得る場所における配管システム内で蓄積されたガスの量を監視する能力も提供する。加えて、これは、配管システムが「完全」である不変の立証を提供することができ、それにより、原子力免許者に、法規要求事項との文字通りの適合性を証明する能力を提供し、全体的には品質保証目的を実現する。本発明は、経時的に空気−ガス蓄積のレベルを追跡する能力を提供する。最後に、空気−ガスが、装置内に蓄積されるとき、これは、その個々のシステムに必要とされる排気前に、空気−ガス蓄積の独立した許容レベルを事前選択する能力を提供する。

本発明は、他の知られているプロセスまたは解決策とは異なるという点で独自性のあるものである。より具体的には、本発明は、その独自性について次の事実に起因する：これは、（１）別の形の液体充填システムにおけるガスの蓄積の一定の表示をもたらし、これは、前記配管システムが原子力業界において「完全」である文字通りの適合性を証明するために特に重要であり、（２）空気−ガスをシステム管の流体流路から連続的に除去し、これを分離し、（３）適正な最少の許容水レベルが、原子力の法規要求事項を満たすように規定され得ることを確実にするために構造的寸法のカスタマイズを可能にし、（４）免許者の内部安全関連プロセスおよび手順によって特有の原子力コードおよび標準に合うように構築および設置可能であり、（５）すべての閉じ込められたガスを確認するのに必要とされる適切な排気流量が、排気プロセス中に確実に放出されるように設計され、（６）ユーザ排気装備および装置の便利なすばやい連結および連結解除を可能にし、（７）受動的監視（電気またはワイヤ無し）を可能にし、したがって故障モードをより少なくすることにより政府の規制当局に有利となる。

装置１０は、例示的な実施形態では、配管継手１６の底部からチューブプラグ８６の上部まで約３０インチ（７６．２ｃｍ）になり得る。磁気フロート２２は、約６インチ（１５．２ｃｍ）の長さになり得る。管スタブ４２および直立管１８の内径は、約２インチ（５．１ｃｍ）になり得る。弁出口管７４は、約１インチ（２．５ｃｍ）の長さおよび約０．６（１．５ｃｍ）インチの内径になり得る。チューブ７６は、約２インチ（５．１ｃｍ）の長さおよび約０．４インチ（１．０ｃｍ）の内径になり得る。

本発明は、特有の実施形態に関連して上記で説明されてきたが、本発明が、これらの開示した実施形態に限定されないことが理解されよう。本発明の数多くの改変形態および他の実施形態は、本発明が関係する当業者に想定され、本開示および付属の特許請求の範囲の両方によって対応されるよう意図され、または対応される。実際、本発明の範囲は、本明細書および添付の図における開示を利用する当業者によって理解されるように、付属の特許請求の範囲およびその法的等価物の適正な解釈および構築によって決定されなければならないことが意図される。