JP3955531B2 - 圧力容器内に達する計測管用の案内管、及び案内管内への粒子の集積を圧力容器の外部で防止する方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧力容器、特に原子力設備の圧力容器内に達し、その中をいわゆる計測管が導かれる案内管に関する。本発明はまた特に放射能汚染された粒子の案内管内への集積を圧力容器の外部で防止する方法に関する。

案内管はしばしば圧力容器の基底部を貫通して圧力容器内に導入され、圧力容器内に配置された案内管上部と圧力容器から突出する案内管下部とを含む。案内管下部はその終端部が閉鎖フランジで閉鎖される。案内管は圧力容器の内室に連通し、圧力容器と同様に水が満たされる。圧力容器は特に原子炉圧力容器または原子力設備の蒸気発生器であり、そこには放射能汚染された水または蒸気が存在する。計測管は普通、圧力容器内の圧力や温度、中性子束、レベルなどを測定するための測定装置を備えている。

温度変動に基づいて水は、温度上昇の際は案内管から圧力容器の内室へ押し出される。逆に温度低下の際には、水は圧力容器から案内管へ吸い込まれる。温度変動は例えば原子炉圧力容器の種々の運転状態によって引き起こされる。特に原子力設備の始動及び停止の際には大きな温度差が生じ、例えば原子炉圧力容器内に存在する２０℃の水が３００℃に加熱される。

水が圧力容器から案内管へ流入する際、特に放射能汚染された粒子も案内管に流入する。これは閉鎖フランジによって閉鎖された案内管の下端部に沈殿する。それは圧力容器の外部で強度に放射性の放射線源を形成し、検査の際に運転員に対する軽微でない危険源となる。

したがって本発明の課題は、圧力容器の外部で案内管内への粒子の集積を回避することである。

この課題は本発明により、案内管下部と、圧力容器の内室に配設され粒子によって汚染された水が流入する案内管上部とを含む、圧力容器内に達する計測管用の案内管において、案内管上部内に、案内管上部内に流入した粒子用のセパレータが組み込まれていることによって達成される。

この構成は、温度変動の際、水は確かに特に原子炉圧力容器として構成された圧力容器から案内管へ流入可能であるが、案内管内で水は特に放射能汚染された粒子から分離し、その粒子は案内管上部内に留め置くという考えに基づいている。すなわちセパレータはセパレータ内部に集積する汚染粒子からの水の分離に役立つ。案内管上部は圧力容器の内部に存在するので、汚染粒子が圧力容器の外部で作用する放射線源を形成することはない。それにより検査の際の運転員の放射能汚染を確実に回避することができる。

好ましくは、セパレータは室底を有する分離室を含み、室底は案内管下部に対する第１の流れ接続部を備えるのがよい。第１の流れ接続部は分離室内に室底から離して配置された流出開口を備える。

室底は有利には沈殿用室底として作用し、案内管内に流入した粒子をそこに沈殿させる。室底の上部に配置された、流れ接続部の流出開口は、案内管上部から案内管下部への水の移動を、室底に沈殿した粒子が一緒に運ばれることなしに、可能にする。すなわち、流れ接続部付きの室底の配置は、一方では案内管上部内への粒子の沈殿を可能とし、同時に案内管上部と案内管下部との間の非汚染水の問題なしの交換を可能にする。

分離室は閉鎖された室として構成され、そのため室蓋を備え、分離室と圧力容器の内室との間に第２の流れ接続部を付加的に設けるのがよい。室蓋及びそれに接続される分離室の境界部の配置によって、第１の流れ接続部の流出開口内に粒子が流入することを回避できる。

上記とは異なり、上方に開放した分離室を構成し、第１の流れ接続部の流出開口への粒子の流入を適当な手段によって回避する可能性も存在する。そのような適当な手段は、好ましくは、第１の流れ接続部を分離室の内部で倒立型のサイフォンの形で実施することである。なおサイフォンは、流出開口内に達する粒子がさらに上方に位置するサイフォン湾曲部を越えることがなく、したがって案内管下部に達し得ないように設計するのがよい。

他の構成例においては、圧力容器から分離室に流入する水のための流入開口が分離室の下部領域に、特に室底の近くに配置される。すなわち、汚染された水が分離室内の室底近くに流入することによって、第１の流れ接続部の流出開口への粒子の流入、つまり案内管下部への流入が回避される。さらに好ましくは、分離室を流れ技術的に互いに接続（連通）される２つの室部分に分割し、流出開口及び流入開口を異なる室部分に配置するのがよい。

さらにまた、流入開口を室底の近くに配置することは、水が案内管から原子炉圧力容器へ押し出されるような逆向きの流れに対しても利点を発揮する。というのは、その場合、いまや分離室から流出する水のための開口として作用する流入開口を介して再び分離室から圧力容器内へ粒子が逆に流れるからである。それにより分離室の自動自己洗浄作用を達成することができる。

特に有用で簡単な実施態様においては、両流れ接続部は簡単な、特に直管として構成され、第２の流れ接続部の流入開口は第１の流れ接続部の流出開口の下方に配置される。

分離室に流入する水がもっぱら両流れ接続部を介して流入したり流出したりすることを保証するために、室底及び室蓋は案内管上部の管内壁に対してそれぞれシールされる。それにより、有利に、管内壁の一部が同時に分離室に対する境界部として作用させることができる。そこで分離室の構成のためには、室底及び室蓋を案内管上部に配置することしか必要としない。それとは異なり、室蓋または室底のみを案内管上部の管内壁に対してシールし、分離室は管内壁から離れた固有の側壁を備えることもできる。こうすることによって、組み込み部品型の分離室が例えば案内管内に上方から差し込み、室蓋または室底を管内壁の突出部にシールして配置することが可能になる。

さらに他の構成例によれば、セパレータは計測管の内部に配置される。すなわちセパレータは計測管の中空空間内に配置される。たまたま狭められた構造空間の場合であっても、この実施例では計測管と案内管の管内壁との間で特に簡単な組立が可能になる。汚染粒子が案内管下部に達しないようにするために、セパレータは案内管上部と案内管下部との間に唯一の流れ接続部を備える。そのため計測管は、好ましくは計測管と案内管の管内壁との間に配置されるパッキンリングによって取り囲まれる。

他の課題は、本発明によれば、さらに、圧力容器内に達する計測管用の案内管内への粒子の集積を圧力容器の外部で防止する方法において、粒子が案内管の、圧力容器の内部に配置された案内管上部内にセパレータによって留め置かれることによって解決される。

案内管に関連して導かれる利点及び好ましい構成は上記方法にも同様に適用される。他の好ましい構成は従属請求項に記載されている。

次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

各図において同一作用部分は同一符号を付されている。

図１において案内管２が原子炉圧力容器６の基底部４を貫通して下方から原子炉圧力容器６の内室８に導かれている。案内管２は内室８内を延びる案内管上部１０、及び原子炉圧力容器６の外部に配置された案内管下部１２を含んでいる。案内管２の案内管下部１２の終端は閉鎖フランジ１４によって閉鎖されている。案内管２を通して、原子炉圧力容器６内に配置された炉心部１８にまで延びる計測管１６が導かれる。

運転時には、原子炉圧力容器６及び案内管２は水で満たされる。温度変動に基づいて、案内管２と原子炉圧力容器６との間で水交換が行われる。典型的には案内管上部１０も案内管下部１２も約５メートルの長さを持っている。案内管２内には全体として約１０リットルの水が存在し、水交換は温度変動に基づいて水量の最大１５〜２０％に達する。案内管２内の水の冷却時、つまりそれに起因する体積減少時、水は原子炉圧力容器６から案内管２へと吸い込まれる。逆に案内管２内の水の温度上昇時、水は案内管２から原子炉圧力容器６へ押し出される。

案内管上部１０内には放射能汚染された粒子すなわち汚染粒子２２が保持されたセパレータ２０が配置されている。セパレータ２０は、汚染粒子２２が内室８から案内管下部１２内に達することを防止する。そのため、汚染粒子２２が閉鎖フランジ１４に集められ、そこで原子炉圧力容器６の外部に位置する放射線源を形成することが回避される。その場合、セパレータ２０の構成は、汚染粒子２２によって汚染された水が案内管２へ流入するのを可能にする考えに基づいている。というのは、案内管２のシールは例えば汚染キャップによって汚染粒子２２の流入を確実には阻止しないからである。セパレータ２０内で汚染粒子２２と水との間の分離が行われる。汚染粒子２２から分離された水は案内管下部１２へ非汚染水として流れ込む。案内管下部１２はセパレータ２０と流れ技術的に連通しており、それによって簡単な圧力平衡が可能となる。

セパレータ２０の特に簡単なしかし極度に効率的な構成が図２に拡大して示されている。それによればセパレータ２０は分離室２４を含んでいる。分離室２４は、上方が室蓋２６によって閉鎖され、下方が室底２８によって閉鎖されている。側方の境界部は案内管２の管内壁３０によって形成されている。室蓋２６及び室底２８は管内壁３０に対してそれぞれパッキング３２を介してシールされている。パッキング３２は特に室蓋２６及び室底２８の溝内に装着されたパッキングリングとして構成されている。

計測管１６は案内管２内の中心部を導かれ、室蓋２６及び室底２８を貫通している。

セパレータ２０は、直管として構成され分離室２４と案内管下部１２との間の水の交換を可能にする第１の流れ接続部３４を含む。第１の流れ接続部３４は分離室２４の終端部に流出開口３６を備えている。さらに上記と同様に直管として構成され分離室２４を原子炉圧力容器６の内室８に連通する第２の流れ接続部３８が配置されている。第２の流れ接続部３８は分離室２４内に配置された流入開口４０を備えている。

管として構成された両流れ接続部３４，３８はそれぞれ室底２８，室蓋２６を貫通している。両流れ接続部３４，３８は、流入開口４０が流出開口３６の下方に位置するように配置される。こうすることによって、分離室２４内に収容され粒子２２で汚染された水が、第１の流れ接続部３４を介してではなく、第２の流れ接続部３８を介して案内管下部１２に達するように確実に保証される。一緒に導かれた粒子２２は室底２８の所に沈殿する。分離室２４の上部領域には非汚染水が存在する。この上部領域には流出開口３６が配置されている。それにより、この流出開口３６を介して非汚染水のみが流出する。

温度に起因して流れ挙動が逆になると、水は案内管下部１２から分離室２４に押し出され、さらにそこから原子炉圧力容器６の中に押し出される。すなわちその場合、水は流出開口３６を介して分離室２４内に流入し、流入開口４０を介して原子炉圧力容器６の中に流出する。分離室２４の下部領域内に流入開口４０を配置することによって、汚染された水を内室８に自動的に押し戻すことができる。それにより分離室２４に粒子２２が次第に沈殿する事態を防止することができる。

図３及び図４にはセパレータ２０の変形実施例が示されている。ここには流れ技術的に重要な構成部分のみが示されており、図には例えば計測管１６が省略されている。

図３においては、分離室２４は室底２８のみを備え上方に開放した沈殿室として構成されている。そのため、第２の流れ接続部３８の必要性が無くなっている。第１の流れ接続部３４は分離室２４の内部に倒立型のサイフォン４２を備えている。すなわちサイフォン湾曲部４４は流出開口３６の上方に位置している。この構成によって、沈殿した粒子２２が上方から流出開口３６内へ落ち込み案内管下部１２に達することを回避できる。粒子２２が流出開口３６に流入するのを防止するために、流出開口３６は室底２８から離して位置させられる。さらに好ましくは、流出開口３６とサイフォン湾曲部４４の始まり部との間の管部分４５の長さＬは適切に設定される。しかも、原子炉圧力容器６と案内管２との間の、温度に起因する水交換の最大期待量は、管部分４５の内容積の大部分または全部に相当するように設定される。そうすることによって、汚染された水が流出開口３６に流入したとき、サイフォン湾曲部４４を介して粒子２２が案内管下部１２へ達することさえも排除できる。

図４に示された他の変形例においては、分離室２４は分離壁４６によって２つの部分室２４Ａ及び２４Ｂに分割されている。分離壁４６は第２の流れ接続部３８として構成された穴を有する室蓋２６から分離室２４の下部領域にまで達している。ここでも第１の流れ接続部３４は第２の部分室２４Ｂ内に達する直管として構成されている。第１の流れ接続部３４の流出開口３６は上部領域で室蓋２６の近くに位置している。分離室２４はここでも沈殿室として作用し、粒子２２は室底２８に沈殿する。穴を介して流出開口３６に粒子２２が直接流入することは分離壁４６によって確実に回避される。

図５及び図６の実施例においては、分離室２４は断面がリング状に構成され管内壁３０から離れた側壁５０を備えている。管内壁３０に対するシールは室蓋２６を介してのみ行われる。分離室２４は特に独立の構造ユニットとして構成される。

案内管下部１２への接続のために、側壁５０には室蓋２６の近くに流出開口３６としての穴が設けられている。この穴を介して水が分離室２４から側壁５０と管内壁３０との間の空間に流入することができる。案内管上部１０へ至る第２の流れ接続部３８が直管によって形成され、その流入開口４０が室底２８の領域に設けられている。

図５に示された分離室２４とは異なり、図６に示された分離室２４は管として構成され案内管下部１２に至る第１の流れ接続部３４を備えている。側壁５０に穴は設けられていない。この構成は、図６の分離室が側壁５０を備え特に独立の構造ユニットとして構成されているという条件付きで、図２に示された構成に対応する。図６の構成においては、側壁５０と管内壁３０との間の流れ空間は管によって形成された第１の流れ接続部３４の存在により不要である。

セパレータ２０が計測管１６の内部に組み込まれた特に好ましい構成が図７に示されている。計測管１６は普通、中空円筒体として構成される。室蓋２６及び室底２８は管状に構成された計測管１６の内壁５２に直接接続され、特に溶接されている。第２の流れ接続部はここでも直管として構成され、分離室２４を計測管１６の上部空間５４に連通している。この上部空間５４上で分離室２４が原子炉圧力容器６の内室８に流れ技術的に接続される。そのため例えば計測管１６内に原子炉圧力容器６に対する流れ開口が設けられるか、または計測管１６がその上端部に流れ開口を備える（それぞれ図示されていない）。

汚染粒子が案内管２の管内壁３０と計測管１６との間の空間を通して案内管下部１２に達することを防止するために、計測管１６は管内壁３０に対しパッキングリング５６によってシールされる。案内管下部１２と原子炉圧力容器６との間の唯一の流れ接続部が分離室２４である。分離室２４は計測管１６の管壁に、流出開口３６として作用し案内管下部１２への流れ接続を可能とする穴を備える。分離室２４の下方には、計測管１６の管壁に第２の穴５８が設けられており、それにより計測管１６の下部空間６０が案内管下部１２に連通する。

計測管１６内に組み込まれたセパレータ２０を備えた図７に示された変形例は組立技術的に特に簡単に実現することができる。というのは、通常、計測管１６と管内壁３０の間に形成される空間は狭く、その結果、管内壁３０と計測管１６との間の空間に管を配置することは、通常、狭いスペース事情からして高い費用を必要とすることになるからである。

原子炉圧力容器の下部領域内に組み込まれたセパレータを有する案内管の配置を示す縦断面図 図１に示されたセパレータの拡大図 開放された分離室及びサイフォン状に構成された第１の流れ接続部を有するセパレータの変形実施例を示す縦断面図 分離壁によって２つの室部分に分割された分離室を有するセパレータのさらなる変形実施例を示す縦断面図 案内管の管内壁から離れた固有の側壁を有する分離室と、一方の側壁に配置され案内管下部へ至る流出開口とを備えたセパレータの実施例を示す縦断面図 案内管下部への流れ接続部が管によって形成される、図５に示されたセパレータの類似構成を示す縦断面図 案内管によって導かれる計測管内にセパレータを配置した実施例を示す縦断面図

符号の説明

２ 案内管
４ 基底部
６ 原子炉圧力容器
８ 内室
１０ 案内管上部
１２ 案内管下部
１４ 閉鎖フランジ
１６ 計測管
１８ 炉心部
２０ セパレータ
２２ 汚染粒子
２４ 分離室
２６ 室蓋
２８ 室底
３０ 管内壁
３２ シール
３４ 第１の流れ接続部
３６ 流出開口
３８ 第２の流れ接続部
４０ 流入開口
４２ サイフォン
４４ サイフォン湾曲部
４５ 管部分
４６ 分離壁
５０ 側壁
５２ 内壁
５４ 上部空間
５６ パッキングリング
５８ 穴
６０ 空間

Claims (11)

1. 案内管下部（１２）と、圧力容器（６）の内室（８）に配設され粒子（２２）によって汚染された水が流入する案内管上部（１０）とを含む、圧力容器（６）内に達する計測管（１６）用の案内管（２）において、
   案内管上部（１０）内に、案内管上部（１０）内に流入した粒子（２２）用のセパレータ（２０）が組み込まれていることを特徴とする圧力容器内に達する計測管用の案内管。
2. セパレータ（２０）は室底（２８）を有する分離室（２４）を含み、室底（２８）は案内管下部（１２）に対する第１の流れ接続部（３４）を備え、分離室（２４）内に配置された第１の流れ接続部（３４）の流出開口（３６）は室底（２８）から離されていることを特徴とする請求項１記載の案内管。
3. 分離室（２４）は室蓋（２６）によって閉鎖され、圧力容器（６）の内室（８）への接続のために第２の流れ接続部（３８）を備えていることを特徴とする請求項２記載の案内管。
4. 分離室（２４）の下部領域に第２の流れ接続部（３８）の流入開口（４０）が配置されていることを特徴とする請求項３記載の案内管。
5. 流れ接続部（３４，３８）は管として構成され、第２の流れ接続部（３８）の流入開口（４０）は分離室（２４）内において第１の流れ接続部（３４）の流出開口（３６）の下方に配置されていることを特徴とする請求項４記載の案内管。
6. 室底（２８）及び／又は室蓋（２６）は案内管上部（１０）の管内壁（３０）に対してシールされていることを特徴とする請求項３乃至５の１つに記載の案内管。
7. セパレータ（２０）は計測管（１６）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の案内管。
8. 請求項１乃至７の１つに記載の案内管（２）を備えたことを特徴とする原子力設備の原子炉圧力容器。
9. 圧力容器（６）内に達する計測管（１６）用の案内管（２）内への粒子（２２）の集積を圧力容器（６）の外部で防止する方法において、
   粒子（２２）が案内管（２）の、圧力容器（６）の内部に配置された案内管上部（１０）内にセパレータ（２０）によって留め置かれる
   ことを特徴とする案内管内への粒子の集積を圧力容器の外部で防止する方法。
10. 粒子（２２）によって汚染された水が圧力容器（６）からセパレータ（２０）の分離室（２４）内に流入開口（４０）を介して流入し、汚染されていない水が分離室（２４）から流入開口（４０）の上部に配置された流出開口（３６）を介して案内管（２）の案内管下部（１２）内に流出することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 案内管（２）の案内管下部（１２）からセパレータ（２０）の分離室（２４）内に汚染されていない水が流入する際、粒子（２２）によって汚染された水が分離室（２４）から第２の流れ接続部（３８）を介して圧力容器（６）内に達することを特徴とする請求項９記載の方法。

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