JP2017034798A

JP2017034798A - 電気配線貫通部モジュール

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Publication number: JP2017034798A
Application number: JP2015150908A
Authority: JP
Inventors: 慎悟伊藤; Shingo Ito; 進熊谷; Susumu Kumagai
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-09

Abstract

【課題】原子炉格納容器等の密閉性容器において、200〜700℃の高温で封止状態を維持することが可能な電気配線貫通部モジュールを提供する。【解決手段】本発明の密閉性容器の隔壁となる壁面を貫通する電気配線貫通モジュールは、金属スリーブと、無機絶縁体から成り、前記金属スリーブの内面に設けられて、密閉性容器の内外を隔てる絶縁シール部と、前記絶縁シール部を貫通し、電気配線を中継する金属素線と、を備え、前記金属スリーブと前記絶縁シール部の接合部とがロウ付けされるとともに、前記金属素線と前記絶縁シール部の前記金属素線の貫通部がロウ付けされているようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉格納容器の電気配線貫通部モジュールの耐熱構造に関する。

原子炉格納容器の電気配線貫通部は、貫通スリーブ内部のシール材で充填された部分を電気配線が貫通して格納容器の気密性を確保する構造になっており、格納容器バウンダリーのひとつになっている。個々の電気配線の交換がおこなえるようにしたモジュール型の電気配線貫通部では、さらに、モジュール及びスリーブ部の隙間部分にガスケットが使用され、気密性を確保する構造になっている。

原子炉格納容器の重大事故時には、放射性物質の閉じ込め機能を確保するため、電気配線貫通部の延性破壊や高温劣化の耐力を向上する技術が必要となる。
例えば、特許文献１には、封止部材をガラス質粉末とマイカ粉末とを混合したマイカ−ガラス系セラミックスで構成し、漏れ監視空間を有する耐熱セラミックスでなるモニタリングディスクが円筒状のスリーブ部材の内部空間内に配設され、一対の離型板が上記スリーブ部材の内部空間内に上記モニタリングディスクを挟んで両側に配設され、複数の導体が上記モニタリングディスクおよび上記一対の離型板を貫通して配設され、マイカ―ガラス系セラミックスでなる一対の封止部材が上記スリーブ部材の内部空間の上記モニタリングディスクと上記一対の離型板とのそれぞれの間に充填されて、上記複数の導体の周囲および上記スリーブ部材の内部空間を気密封止してなる密封多極絶縁端子構造体が開示されている。

特開平９−２１５１５６号公報

特許文献１に開示される封止部材は、550℃以上ではその粘度が急激に低下し流動性が過剰となるとされており、200〜700℃の発熱状態となっても封止状態を維持する必要のある電気配線貫通部モジュールに適用することができない。
また、特許文献１に開示される密封多極絶縁端子構造体は、ガラス質粉末とマイカ粉末を円形状に疎成形して導体を挿入した後に、加圧・加熱して製造しており、製造が容易でない。また、導体と封止部材の気密性の確保が難しい問題がある。

本発明の目的は、原子炉格納容器等の密閉性容器において、200〜700℃の高温でも封止状態を維持することが可能な電気配線貫通部モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の密閉性容器の隔壁となる壁面を貫通する電気配線貫通モジュールは、金属スリーブと、無機絶縁体から成り、前記金属スリーブの内面に設けられて、密閉性容器の内外を隔てる絶縁シール部と、前記絶縁シール部を貫通し、電気配線を中継する金属素線と、を備え、前記金属スリーブと前記絶縁シール部の接合部とがロウ付けされるとともに、前記金属素線と前記絶縁シール部の前記金属素線の貫通部がロウ付けされているようにした。

本発明によれば、耐熱性を高めた電気配線貫通部モジュールを提供でき、原子炉格納容器の放射性物質の閉じ込め機能を向上することができる。

電気配線貫通部モジュールの構成図である。電気配線貫通部モジュールの組み立て手順を説明する図である。原子炉格納容器の構成を説明する図である。電気配線貫通部の構成を示す図である。電気配線貫通部モジュールの他の構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、実施形態の電気配線貫通部モジュールの構成を示す図である。
電気配線貫通部モジュール１７は、後述する原子炉格納容器３（図３参照）のバウンダリーのひとつである電気配線貫通部１４（図３参照）の一部を構成している。電気配線貫通部１４は、電気配線（ケーブル）の交換が容易におこなえるように、ヘッダ１６に複数の電気配線貫通部モジュール１７が取り付けられている。

《構成》
図１に示すように電気配線貫通部モジュール１７は、ステンレス鋼等の金属から成るスリーブ２６のフランジ２８で電気配線貫通部１４のヘッダ１６に取り付けられている（図４参照）。スリーブ２６とヘッダ１６（図４参照）との間は、金属ガスケット１８によりシールされている。

電気配線貫通部モジュール１７の一端から挿入された電気配線（耐熱ケーブル）２０は、無機性または金属製の接続コネクタ２１により、電気配線（金属素線）２２に接続され、無機材料である板状の絶縁シール部１９を貫通している。絶縁シール部１９を貫通した電気配線（金属素線）２２は、接続コネクタ２１により、電気配線（耐熱ケーブル）２０に接続され、電気配線貫通部モジュール１７の他端から送出する。

絶縁シール部１９の電気配線（金属素線）２２の貫通部は、電気配線（金属素線）２２の外径より大きな径を有し、電気配線（金属素線）２２が挿入されたのちに、ロウ付けにより電気配線（金属素線）２２に接合される。また、絶縁シール部１９とスリーブ２６の接合面も、銀ロウ等のロウ付けにより接合される。これにより、電気配線貫通部モジュール１７のスリーブ２６がシールされる。

図１に示すように、電気配線（金属素線）２２は、２つの絶縁シール部１９を貫通している。２つの絶縁シール部１９の間には、高絶縁・高耐熱の多孔質セラミックスから成るモニタリング部２７が形成されている。電気配線（金属素線）２２は、モニタリング部２７を貫通しているが、電気配線（金属素線）２２は、モニタリング部２７に接合されている必要はない。

スリーブ２６に設けられた漏れ監視用貫通穴２５を介して、モニタリング部２７に外部からガス（例えば、Ｎ_２ガス）を供給し、供給ガス圧を監視する。これにより、絶縁シール部１９の電気配線（金属素線）２２の貫通部や、絶縁シール部１９とスリーブ２６の気密性を確認できる。つまり、気密性が損なわれている場合には、ガス漏れが生じて供給ガス圧が低下するので、外部の供給ガス圧の監視をおこなうことにより、電気配線貫通部モジュール１７の気密性を確認することができる。

《材質》
上記の電気配線貫通部モジュール１７の構成において、絶縁シール部１９は、アルミナセラミックス等の無機材料で形成する。アルミナセラミックスは、体積抵抗率、絶縁破壊電圧など電気的物性値が高い絶縁材であり、電気配線（金属素線）２２の間の短絡は生じない。

上記のとおり、絶縁シール部１９の電気配線（金属素線）２２の貫通部で、ロウ付けをおこなうため、絶縁シール部１９と電気配線（金属素線）２２の熱膨張係数の差が、応力歪となる。このため、絶縁シール部１９の無機材料と電気配線（金属素線）２２の熱膨張率を合わせることが望ましい。
また、絶縁シール部１９にアルミナセラミックスを使用するので、モリブデン―マンガン法（Mo-Mn法）によりセラミックス表面にメタライズ層を形成し、さらに、メタライズ層の上にニッケル層を形成することで、ロウの濡れ性を向上するようにしてもよい。

スリーブ２６は、ステンレス鋼で形成することができるが、アルミナセラミックスの絶縁シール部１９をロウ付けするので、熱膨張率が絶縁シール部１９に近い材料を使用することが望ましい。低熱膨張率の金属としては、例えば、鉄にニッケルやコバルトを配合した合金であるコバールが知られている。

《ロウ溝》
上記のとおり、絶縁シール部１９には、電気配線（金属素線）２２やスリーブ２６がロウ付けされる。このため、ロウ溝を設けてロウ材に流れをよくする。具体的には、絶縁シール部１９の貫通部の入口に座ぐり加工をおこない、ロウ溝とする。また、絶縁シール部１９のスリーブ２６との接合部には、面取りをおこない、ロウ溝を形成する。このように、ロウ溝を設けることにより、ロウ材が接合面に浸透しやすくなり、気密性が向上する。

《組み立て方法》
つぎに、図２により、電気配線貫通部モジュール１７の組み立て手順を説明する。
まず、端子処理していない電気配線（金属素線）２２にモニタリング部２７を挿入する（図２(a)参照）。ここで、多孔質セラミックのモニタリング部２７は、予め電気配線（金属素線）２２が疎通するように成形されているものとする。
その後、電気配線（金属素線）２２の一方から、絶縁シール部１９を挿入し、電気配線（金属素線）２２に仮固定する（図２(b)参照）。このとき、絶縁シール部１９の電気配線（金属素線）２２の貫通部のそれぞれのロウ溝にロウ材を付着する。

そして、モニタリング部２７を挟み込むように、絶縁シール部１９を電気配線（金属素線）２２に他方に挿入し、仮固定する（図２(c)参照）。このとき、絶縁シール部１９の電気配線（金属素線）２２の貫通部のそれぞれのロウ溝にロウ材を付着する。
つぎに、電気配線（金属素線）２２に、無機性または金属製の接続コネクタ２１を形成する端子処理をおこなう（図２(d)参照）。

最後に、電気配線（金属素線）２２に挿入し仮固定された絶縁シール部１９とモニタリング部２７を、スリーブ２６に挿入する（図２(e)参照）。このとき、絶縁シール部１９のスリーブ２６との接合面のロウ溝にロウ材を付着する。
そして、仮固定している電気配線貫通部モジュール１７を加熱してロウ溝に付着するロウ材を溶融し、絶縁シール部１９と電気配線（金属素線）２２を接合するとともに、絶縁シール部１９とスリーブ２６を接合する。

また、図２(c)または図２(d)の組み立て段階で、絶縁シール部１９と電気配線（金属素線）２２の接合をおこない、その後に、スリーブ２６とロウ付けをおこなうようにしてもよい。この２つの工程でロウ付けをおこなう場合、絶縁シール部１９と電気配線（金属素線）２２を接合するロウ材の融点温度は、絶縁シール部１９とスリーブ２６を接合するロウ材の融点温度よりも高くする。これにより、ロウ付け温度の管理温度範囲は狭くなるが、温度管理する部分が限定されるので、作業性や品質を向上することができる。

本実施形態の電気配線貫通部モジュール１７では、電気配線（耐熱ケーブル）２０を無機性または金属製の接続コネクタ２１を用いて電気配線（金属素線）２２に接続するようにしている。これにより、電気配線貫通部モジュール１７をロウ付けにより製造できるので、電気配線（耐熱ケーブル）２０の耐熱温度より高い、高温時の気密性能を向上することができる。
より具体的には、電気配線貫通部モジュール１７に電気配線（耐熱ケーブル）２０をそのまま貫通させると、電気配線（耐熱ケーブル）２０のシース材料が有機材の場合には、有機材を用いた接着剤を用いることになる。この場合には、シース材の耐熱性が低いため、電気配線貫通部モジュール１７の耐熱温度がその有機材の接着剤（エポキシ等）の限界温度(約200℃)になってしまう。しかし、本実施例の電気配線貫通部モジュール１７によれば、原子炉格納容器３の過酷事故時に200〜700℃程度の高温状態が生じても、電気配線貫通部モジュール１７のシール材が無機材で構成されているので、200℃を超える高温でもシール部を維持することができ、放射性物質を格納容器内での保持できる。

また、本実施形態の電気配線貫通部モジュール１７は、有機材を含まない構成になっているのでシール部が酸化劣化することがなく、長期間に亘って気密性能を維持することができるので、保守管理が容易になる。

つぎに、本実施形態の電気配線貫通部モジュール１７を適用した原子炉システムについて説明する。図３はコンクリート製沸騰水型原子炉の格納容器の縦断面図である。
原子炉格納容器３は、原子炉建屋１内に設置され、底部を構成するコンクリートマットの上に構築された円筒状のシェル部（円筒部）４と、シェル部４の上端部に形成されたトップスラブ７及びドライウェルヘッド１３とを有し、冷却材喪失時などに過酷事故時の圧力障壁となるとともに放射性物質の放散に対する障壁を形成する。

より詳細には、ドライウェルヘッド１３（上蓋）はトップスラブ７に取り外し可能に取り付けられている。
原子炉格納容器３のシェル部４は、鉄筋コンクリート部５、及び鉄筋コンクリート部５の内面に内張りされた鋼製ライナー６を有している。トップスラブ７も、シェル部４と同様に、鉄筋コンクリート部５、及びこの鉄筋コンクリート部５の下面に内張りされた鋼製ライナー６を有している。底部を構成するコンクリートマットの上面も、鋼製ライナー６で内張りされている。

原子炉格納容器３内には、ダイヤフラムフロア１１、及び円筒状のペデスタル１２によって、互いに分離されたドライウェル８及び圧力抑制室９が形成される。ダイヤフラムフロア１１は、原子炉格納容器３内に設置され、ペデスタル１２によって支持されている。
炉心を内蔵する原子炉圧力容器２は、ドライウェル８に位置し、ペデスタル１２に設置されている。
ペデスタル１２を取り囲む干渉の圧力抑制室９内に、冷却水が充填された圧力抑制プール１０が形成される。ペデスタル１２内に形成された複数のベント通路２４は、一端がドライウェル８に連通しており、他端が圧力抑制プール１０の冷却水中に開放されている。

原子炉格納容器３には、蒸気・給水等の配管と動力・計装等のケーブルの貫通部が設けられているが、いずれも密封性を考慮した構造となっている。電気配線貫通部１４は、これらの貫通部のひとつであり、本実施形態の電気配線貫通部モジュール１７は、電気配線貫通部１４の一部の構成となっている。

図４は、原子炉格納容器３を貫通して設けられている電気配線貫通部１４の構成を示す図である。
電気配線貫通部１４は、原子炉格納容器３のシェル部４（図３参照）における鉄筋コンクリート部５及び鋼製ライナー６を貫通する円筒状の貫通部スリーブ１５と、貫通部スリーブ１５の外側の端部に設けられたヘッダ１６と、ヘッダ１６を貫通してヘッダ１６に設けられた複数の電気配線貫通部モジュール１７とを有している。そして、電気配線貫通部モジュール１７は、複数本の電気配線（耐熱ケーブル）２０を束ねている。これらの電気配線貫通部１４は、例えば、１つの電気配線貫通部１４の中に７つの電気配線貫通部モジュール１７を含んでいる。電気配線貫通部１４と電気配線貫通部モジュール１７の間のシールには金属ガスケット１８（図示せず）が使用されている。

本実施形態の電気配線貫通部モジュール１７によれば、耐熱性を高めた電気配線貫通部モジュールを提供できるので、原子炉格納容器の放射性物質の閉じ込め機能を向上することができる。

《変形例》
つぎに、図５により、絶縁シール部１９のロウ付けの変形例を示す。この例は、電気配線（金属素線）２２とスリーブ２６の接合をおこなう絶縁シール部（１９、１９ｂ）を２重化して気密性を高めたものである。外側の絶縁シール部１９ｂは、図２(c)の工程で絶縁シール部１９を電気配線（金属素線）２２とスリーブ２６にロウ付けした後に、外側の絶縁シール部１９ｂを電気配線（金属素線）２２に挿入して、絶縁シール部１９ｂを電気配線（金属素線）２２とスリーブ２６にロウ付けをおこない組み立てる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１７電気配線貫通部モジュール
１８金属ガスケット
１９絶縁シール部
２０電気配線（耐熱ケーブル）
２１接続コネクタ
２２電気配線（金属素線）
２５漏れ監視用貫通穴
２６スリーブ
２７モニタリング部
２８フランジ

Claims

密閉性容器の隔壁となる壁面を貫通する電気配線貫通モジュールであって、
金属スリーブと、
無機絶縁体から成り、前記金属スリーブの内面に設けられて、密閉性容器の内外を隔てる絶縁シール部と、
前記絶縁シール部を貫通し、電気配線を中継する金属素線と、
を備え、
前記金属スリーブと前記絶縁シール部の接合部とがロウ付けされるとともに、前記金属素線と前記絶縁シール部の前記金属素線の貫通部がロウ付けされている
ことを特徴とする電気配線貫通モジュール。
請求項１に記載の電気配線貫通モジュールにおいて、
ロウ付けされたシール部のガス漏れを検出するモニタリング部を備え、
前記絶縁シール部は前記モニタリング部を挟んで設置され、
前記金属素線は前記絶縁シール部と前記モニタリング部を貫通している
ことを特徴とする電気配線貫通モジュール。
請求項１または２に記載の電気配線貫通モジュールにおいて、
前記金属素線と前記絶縁シール部の前記金属素線の貫通部をロウ付けするロウ材の融点温度は、前記金属スリーブと前記絶縁シール部の接合部をロウ付けするロウ材の融点温度より高い
ことを特徴とする電気配線貫通モジュール。
請求項１から３のいずれかの一項に記載の電気配線貫通モジュールにおいて、
前記金属素線は、無機性または金属製の接続コネクタにより、耐熱ケーブルに接続している
ことを特徴とする電気配線貫通モジュール。