JP4290120B2 - 照射済み核燃料集合体のための高処理能力超音波洗浄装置 - Google Patents

Description

本出願は、参照によって本明細書に援用される、２００２年７月２９日に「照射済み核燃料集合体のための高処理能力超音波洗浄装置」と題されて出願された米国仮特許出願第６０／３９８、７２６号に関し、かつその優先権を請求するものである。

本発明は、照射済み核燃料集合体を超音波洗浄するためのこれまでのシステムの改良に関する。

超音波エネルギーによる洗浄は、照射済み燃料集合体から腐食沈殿物を除去するのに成功裏に使用されてきた。当初、時には軸方向オフセット（ＡＯ）とも、或いは軸方向オフセット異常（ＡＯＡ）とも呼ばれる、腐食沈殿物誘導動力変動（ＣＩＰＳ）を軽減することが商業的な動機付けになり、加圧水型原子炉の燃料からこれら沈殿物が除去されてきた。ＣＩＰＳは、局部的な熱及び水理条件と、原子炉及び１次システムの１次側流体不純物特性との組合せにより、燃料棒の被覆に沈殿物が形成される現象である。これら沈殿物内に存在するある種の複合物は、核反応に対して有害物質として働き、これら沈殿物は一般的に原子炉の頂部部分でより厚くなるので、原子炉の軸に沿って異常な動力分布をもたらし、あるタイプの運転状態の下で利用可能な限界が減少する。ＣＩＰＳの結果、いくつかの原子炉では、炉動力レベル、したがって電気動力を長期間減少させざるを得ず、これは原子炉を運転する公益企業にとって高価なものになっている。

ＣＩＰＳの軽減に加え、腐食沈殿物を照射済み燃料集合体から除去すると、いかなる設計の原子力発電所においても、（１）発電所の１次システムの腐食沈殿物の総量が減少（「ソース・ターム減少」）し、発電所の人々にとってより少ない放射線ドーズ率（ＡＬＡＲＡ）がもたらされること、（２）燃料の検査性が向上すること並びに（３）燃料の輸送、貯蔵及び再処理中の放射能汚染物の拡散の可能性を減少させることを含む、ただしこれらに限定されるものではないが、いくつかの有利な結果がもたらされる。

オンラインでは実行できない特定の作業、例えば特定の保守作業、検査、及び原子炉の燃料補給を実行するために、発電所での発電は日常的に中断される。主原子炉の燃料補給中、燃料集合体は、炉心から取り外され、原子炉近傍の水中又は発電所の使用済み燃料プール内に貯蔵される。停止期間の後半に、いくつかの照射済み燃料集合体は、炉心に戻されるが、その他は使用済み燃料プールに残され、新しい集合体が装填される。現状の超音波燃料洗浄システムは、燃料集合体が使用済み燃料プール内にあり、洗浄可能な期間中に動作する。燃料の取外しは、一般的にクリティカル・パス停止時間中に行われるので、先ず燃料を外し、次いで前に戻り、取外しが完了してからそれを洗浄するほうが経済的である。

発電所のオーナー及び操作者が停止期間を減少させようと努力する結果、燃料補給の一部としてフル・コア・オフロードを行う発電所において、燃料集合体洗浄に利用できる時間が短くなってきている。さらに、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の世界では、かなりの割合の燃料を、燃料補給のための停止期間中を通して原子炉容器内に保持することが標準的に実行されており、これは実際には「燃料シャッフル」として知られている。燃料洗浄システムが、燃料の移動中に、燃料移動（シャッフル又はオフロード）に要する時間に重大な影響を与えることなく、燃料集合体を洗浄できるとすれば有利である。本明細書に提示する本発明の場合がそうである。

本発明の目的は単一のフィルタシステムを使用して、２個以上の洗浄チャンバを運転するための受動式システムを提供することである。

本発明の他の目的は、水中アクチュエータを必要とすることなしに、洗浄器と洗浄器の間でろ過流と冷却流を切り替えるための受動式分流器組立体を有する受動式システムを提供することである。

本発明の他の目的は、ユーザの介入を必要とせず、かつ完全に受動式である分流器組立体を有するシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、キャビテーションを起こさぬように吸込みポンプを保護する分流器組立体を有する受動式システムを提供することである。

本発明の他の目的は、両方の洗浄器が空のとき、わずかに開いてバイパス流を可能にする分流器組立体を有する受動式システムを提供することである。

本発明の他の目的は、燃料集合体を手早く挿入しかつ除去することを可能にする分流器組立体を有する受動式システムを提供することである。

本発明の他の目的は、燃料集合体の挿入及び除去の最中に、洗浄装置の底部からプールへの流路を設けてピストン力を減少させる分流器組立体を有する受動式システムを提供することである。

本発明の他の目的は、現場で取外し／取替えが可能なように設計された分流器組立体を有する受動式システムを提供することである。

本発明の他の目的は、摺動部分でのかじりの可能性を最小限にする材料を使用した分流器組立体を提供することである。

出願人は、前述の課題に応じて、現行の超音波燃料洗浄技術に対し、処理能力、使いやすさ、保守の容易さ及び可動化並びに非可動化の速度を増加させる一連の改良を展開し、それによってクリティカル・パスに著しい影響を与えることなく、燃料取外し又は燃料シャッフルと並行して燃料を洗浄することを可能にした。

以前は、燃料洗浄の処理能力を向上させるため、発電所は超音波洗浄システムを追加することができた。燃料集合体が完全に支持されるように各洗浄装置を設計し、次の燃料集合体を取ってくる前に洗浄装置が終了するのを待つのではなく、燃料取扱い装置を解放して、新しい燃料集合体を取ってくるようにした。或いは、発電所は、２つの洗浄装置と、必要に応じてその洗浄装置の間で切り替わる１つのフィルタ装置を据え付け、複数のフィルタシステムによる追加費用を避けることができた。空気で又は電気で動作するバルブがフィルタシステムからの吸込みを制御し、各洗浄装置が、充分な流量を受け燃料集合体から浮き上がった腐食沈殿物を洗い流すことを確実にした。このような解決策は、水中アクチュエータ及びバルブのアクティブ制御が必要であることから、望ましい水準を下回るものであった。

本発明は、共通のヘッダー・ホースを介して単一のフィルタシステムに接続された２つ以上の洗浄チャンバを運転するための受動的な手段を提供する。各洗浄チャンバは、ヘッダー・ホースの上流に分流器組立体を有する。分流器組立体は、燃料集合体が洗浄チャンバに挿入されたとき、その燃料集合体によって作動させられる。分流器組立体は、洗浄チャンバ内に燃料集合体があるときにはいつでも各洗浄チャンバに流れが供給されるように働く。洗浄チャンバが空のときには、分流器は、フィルタシステムからの吸込み流を遮断し、強制的に吸込み流を対向する洗浄チャンバを経由して流す。両方の洗浄チャンバが空の場合、ポンプからの吸込み圧力は、両方のチャンバ内の分流器が充分に開き、ポンプを通過する流れを保ち、ポンプをキャビテーションから保護する値にまで上昇する。

本発明を、同じ参照番号が同じ構成要素を表わす下記図面と共に説明する。

本発明による分流器組立体１０が図３〜図５に示されている。分流器組立体１０は、超音波洗浄チャンバ組立体１内に配置されている。分流器組立体１０は、その上に形成された複数の窓１１１を有する内部可動部分１１を含む。内部可動部分１１は、３０４ステンレス鋼などの鋼から形成されていることが好ましい。窓１１１は、流路を形成する。可動部分１１は、ばね組立体１２により支持されている。ばね組立体１２は、可動部分１１に４５〜６７．５ｋｇ（１００〜１５０ポンド）の間の上向きの力を与えることができる。（この力は、一般的に燃料取扱い装置上で燃料集合体重量の約１０％である、ロード・セルのトリップ・ポイントより低い値の範囲で、出来る限り高く選定できることが企図されている。）分流器１０は、固定された外側部材１３をさらに含む。固定された外側部材１３は、ニトロン６０で形成されることが好ましい。固定された外側部材１３は、複数の吸引窓１３１及び複数のプール窓１３２を含む。係合位置にあるとき、吸引窓１３１は、超音波洗浄チャンバ組立体１を、超音波洗浄チャンバ組立体１から隔離されているフィルタ・ポンプ（図示せず）に接続する。バイパス位置にあるときには、プール窓１３２が、超音波洗浄チャンバ組立体１を燃料プール（図示せず）に接続する。可動部分１１及び固定された外側部分１３は、両者が互いの面上を滑るときに、かじりが起きないように特に選定された材料で製作されている。

図１及び図２に示されているように、分流器組立体１０は超音波洗浄チャンバ組立体１内に配置されている。燃料集合体３が超音波洗浄チャンバ組立体１内に下げられると、燃料集合体３は分流器組立体１０の可動部分１１に係合する。燃料集合体３は、可動部分１１に下向きの力をかけ、それによって可動部分１１は、ばね組立体１２による偏倚力に対抗して、下向きに図１に示すバイパス位置から図２に示す係合位置まで移動する。各超音波洗洗浄チャンバ１は、少なくとも一そろいの超音波変換器（図示せず）を含む。超音波洗浄チャンバ組立体１及びフィルタシステム１５は、現場で、使用済み燃料プール内又は炉内の燃料集合体の近傍に設置できるように移動式であっても良い。

可動部分１１が、バイパス位置にあるときには、窓１１１は固定された部分１３上のプール窓１３２と整合されている。流路が、図１に示すように、超音波洗浄チャンバ組立体１と燃料プールの間に生成される。可動部分１１は、吸引窓１３１への流路を遮断する堅固な下部部分１１２を含む。バイパス位置にあるときには、吸込みライン１４及びフィルタシステム１５への流路は存在しない。

可動部分１１が燃料集合体３により、係合位置に押し込まれると可動部分上の窓１１１は、固定された外側部分１３上の吸込み窓１３２と整合される。プールへの流路が閉ざされ、図２に示すように吸込みライン１４への新しい流路が開き、それによりフィルタシステム１５への流路が開かれる。フィルタシステム１５は、ポンプ１５１と、交換式フィルタ・カートリッジを有する１つ又は複数のフィルタ１５２を含んでもよい。燃料集合体３が超音波洗浄チャンバ組立体１内に位置し、それによって図２に示すように、フィルタシステム１５への流路が開かれているとき、ポンプ１５１が、超音波洗浄チャンバ組立体１から吸引窓１３１を経由して水を引き出す。水は、フィルタ１５２に流れ込み、それにより腐食沈殿物が水から分離される。

図６は、２つの洗浄チャンバ２１及び２２をもつ組立体を示す。各チャンバ２１及び２２は、図１及び図２に示すように、分流器組立体１０に動作可能に接続された吸込みライン１４を有する。吸込みライン１４は、単独の吸込みライン１４１がチャンバ２１及び２２からフィルタシステム１５に延びるように接続される。２つ以上の洗浄チャンバを吸込みライン１４１及び単独のフィルタシステム１５に接続できることが企図されている。両方の洗浄チャンバ内の分流器がバイパス配置にあるとき（つまり、両方のチャンバが空である（例えば図１及び図５））、共通吸込みラインとプールの間の圧力差は充分に大きくなり、少なくとも１つの洗浄チャンバの可動部分１１をバイパス位置に保持するためのばね組立体１２のばね力に打ち勝つ。その場合、対応する分流器１０が下がり、これが共通吸込みライン１４１への流れを可能にする。吸込みライン１４１は可撓性のホースであること好ましいが、硬質配管は本発明の範囲において充分であると考えられる。これが有効吸込みヘッド（ＮＰＳＨ）の安全最小値を保ち、吸込みポンプにキャビテーションが発生しないようにしている。

本発明によれば、図６に示す一対の超音波洗浄チャンバ２１及び２２のような、分流器１０を有する１つ又は複数の超音波洗浄チャンバ組立体１を使用できることが企図されている。チャンバ２１及び２２は、図１及び図２に示す超音波洗浄チャンバ組立体１と同じ構造を有する。チャンバ２１及び２２は、洗浄が望まれるとき、燃料プール内に配置できるベース・プレート２３上に取り付けられる。洗浄チャンバ２１が空の時、分流器組立体１０は、フィルタシステム１５からの吸込み流を遮断するように働き、強制的に吸込み流を対抗する洗浄チャンバ２２を貫通して流す。分流器組立体１０は、図２に示すように燃料集合体３が洗浄チャンバ内にあるとき、洗浄チャンバ２１又は２２に吸込み流をもたらすだけである。

本発明を、現在最も実用的で好ましいと思われる実施例に関して説明してきたが、本発明は、開示された実施例及び要素に限定されるものではなく、その反対に、添付の特許請求の範囲の精神及び適用範囲内に含まれる様々な改変実施例、特徴の組合せ、同様の措置及び同様の要素を包含するものとする。分流器組立体１０を超音波洗浄器に関して説明してきたが、分流器組立体１０は、他の洗浄装置にも使用できることが企図されている。さらに、分流器組立体１０は、受動式流れ制御を設けることが望ましい、洗浄以外への適用も可能であることが企図されている。さらに、図面に現われる様々な構成部品の外観寸法は、限定することを意味するものではなく、その構成部品の寸法は、本明細書に現われる姿で示される寸法から変化することができる。したがって本発明は、本発明の改変実施例及び変形実施例が添付の特許請求の範囲の適用範囲から発する限りそれらを包含するものとする。

本発明による超音波洗浄チャンバ組立体内に配置された分流器組立体の略図であって、前記分流器組立体がバイパス位置にあり、それによってフィルタ・ポンプは、超音波洗浄チャンバ組立体から隔離されており、そのようなパイパス位置では、超音波洗浄チャンバ組立体内で水圧によって引き起こされる如何なる流れもプールへ／プールからバイパスされている分流器組立体の略図である。 超音波洗浄チャンバ組立体内に配置された図１の分流器組立体の略図であって、前記分流器組立体が係合位置にあり、それによってフィルタ・ポンプは、そのような係合位置にある超音波洗浄チャンバ組立体と整合されており、プールへのバイパスは閉じられている分流器組立体の略図である。 本発明の分流器組立体の分解略図である。 係合位置にあり、それによって吸込み窓を貫通する流れが開かれ、プール窓を貫通する流れが閉じられている、本発明の分流器組立体の略図である。 バイアス位置にあり、それによってプール窓を貫通する流れが開かれ、吸込み窓を貫通する流れが閉じられる、本発明の分流器組立体の略図である。 ２つの超音波洗浄チャンバをもつ超音波洗浄チャンバ組立体の略図である。

Claims (25)

1. 照射済み核燃料集合体のための改良形超音波洗浄器組立体であって、
   核燃料集合体を受け入れるハウジング組立体にして、流体を内包しているハウジング組立体と、
   所定時に前記ハウジング組立体から流体を抜き取り及びろ過するフィルタ及びポンプ組立体と、
   流路を燃料プールと前記フィルタ及びポンプ組立体への吸込みラインとの間で切り換える、前記ハウジング組立体に接続された分流器組立体にして、バイパス位置にあるとき、燃料プールへの流路を確立し、係合位置にあるとき、前記フィルタ及びポンプ組立体への前記吸込みラインへの流路を確立する分流器組立体とを有し、
   前記分流器組立体が前記パイパス位置と前記係合位置との間で移動可能であるばね偏倚された可動部材を有している、改良形超音波洗浄器組立体。
2. 前記分流器組立体が、固定された部材を有し、
   前記可動部材が前記固定された部材に対して前記パイパス位置と前記係合位置との間で移動可能である、請求項１に記載の超音波洗浄器組立体。
3. 前記ばね偏倚された可動部材が、前記燃料集合体がかける力に応答して前記バイパス位置から前記係合位置に移動する、請求項２に記載の超音波洗浄器組立体。
4. 前記固定された部材が、自身に形成された少なくとも一つのバイパス位置窓と係合位置窓を有し、
   前記ばね偏倚された可動部材が、自身に形成された少なくとも一つの窓を有し、
   前記可動部材が前記バイパス位置にある時、前記少なくとも一つの窓が前記少なくとも一つのバイパス位置窓と整合し、前記可動部材が前記係合位置にある時、前記少なくとも一つの窓が前記少なくとも一つの係合位置窓と整合する、請求項２に記載の超音波洗浄器組立体。
5. 前記分流器組立体が前記ハウジング組立体内に位置している、請求項１に記載の超音波洗浄器組立体。
6. 前記分流器組立体が前記係合位置にある時、前記燃料プールへの前記流路が閉止される、請求項１に記載の超音波洗浄器組立体。
7. 前記分流器組立体が前記バイパス位置にある時、前記フィルタ及びポンプ組立体への前記吸込みラインへの前記流路が閉止される、請求項１に記載の超音波洗浄器組立体。
8. 前記分流器組立体が前記バイパス位置にある時、前記分流器組立体が前記燃料プールへの前記流路を通る流体流れを許す、請求項１に記載の超音波洗浄器組立体。
9. 前記可動部材が前記バイパス位置へ向かってばね偏倚されている、請求項１に記載の超音波洗浄器組立体。
10. 改良形超音波洗浄器組立体であって、
    第１の核燃料集合体を受け入れるための第１のハウジング組立体にして、流体を内包している第１のハウジング組立体と、
    第２の核燃料集合体を受け入れるための第２のハウジング組立体にして、流体を内包している第２のハウジング組立体と、
    所定時に前記第１のハウジング組立体と前記第２のハウジング組立体の少なくとも一つから流体を抜き取り及びろ過するフィルタ及びポンプ組立体と、
    前記第１のハウジング組立体に接続された第１の分流器組立体にして、流路を、バイパス位置にあるときの燃料プールと、係合位置にあるときの前記フィルタ及びポンプ組立体への吸込みラインとの間で切り替える第１の分流器組立体と、
    前記第２のハウジング組立体に接続された第２の分流器組立体にして、流路を、バイパス位置にあるときの前記燃料プールと、係合位置にあるときの前記フィルタ及びポンプ組立体への前記吸込みラインとの間で切り替える第２の分流器組立体と、を備える改良形超音波洗浄器組立体。
11. 各分流器組立体が、固定された部材を有し、各可動部材が、関連する固定された部材に対して前記パイパス位置と前記係合位置との間で移動可能である、請求項１０に記載の超音波洗浄器組立体。
12. ばね偏倚された各可動部材が、対応する燃料集合体がかける力に応答して前記バイパス位置から前記係合位置に移動する、請求項１１に記載の超音波洗浄器組立体。
13. 前記固定された部材が自身に形成された少なくとも一つのバイパス位置窓と係合位置窓を有し、
    前記ばね偏倚された可動部材が自身に形成された少なくとも一つの窓を有し、
    前記可動部材が前記バイパス位置にある時、前記少なくとも一つの窓が前記少なくとも一つのバイパス位置窓と整合し、前記可動部材が前記係合位置にある時、前記少なくとも一つの窓が前記少なくとも一つの係合位置窓と整合する、請求項１１に記載の超音波洗浄器組立体。
14. 前記第１の分流器組立体が前記第１のハウジング組立体内に位置し、前記第２の分流器組立体が前記第２のハウジング組立体内に位置している、請求項１０に記載の超音波洗浄器組立体。
15. 両方の前記ハウジング組立体が空の時、両方の前記分流器がわずかに開き、バイパス流を可能にする、請求項１０又は１１又は１２又は１３に記載の超音波洗浄器組立体。
16. 前記第１の分流器組立体が前記係合位置にある時、前記第１の分流器組立体が前記第１のハウジング組立体と前記燃料プールとの間の流路を閉止する、請求項１０に記載の超音波洗浄器組立体。
17. 前記第１の分流器組立体が前記バイパス位置にある時、前記第１の分流器組立体が前記第１のハウジング組立体と前記フィルタ及びポンプ組立体への前記吸い込みラインとの間の流路を閉止する、請求項１０に記載の超音波洗浄器組立体。
18. 前記第１の分流器組立体が前記バイパス位置にある時、前記第１の分流器組立体が前記燃料プールへの前記流路を通る流体流れを許す、請求項１０に記載の超音波洗浄器組立体。
19. 各前記可動部材が前記バイパス位置へ向かってばね偏倚されている、請求項１０に記載の超音波洗浄器組立体。
20. 照射済み核燃料集合体のための超音波洗浄器組立体であって、
    照射済み核燃料集合体を収容するように構成及び配置され、流体を内包している第１のハウジング組立体と、
    前記第１のハウジング組立体内に配置された第１の超音波変換器と、
    第１の流体流路によって前記第１のハウジング組立体に流体的に接続されたフィルタ及びポンプ組立体にして、前記第１のハウジング組立体から流体を抜き取りろ過するように構成及び配置されたフィルタ及びポンプ組立体と、
    第１及び第２の位置の間を可動の第１の可動部材を有する分流器組立体にして、前記第１の可動部材が、前記第１の位置にある時、前記第２の位置にある時よりも前記第１の流体流路を通る少ない流体流れを許し、前記第１の位置に向かってばね偏倚されていて、照射済み核燃料集合体によって加えられる力に応じて前記第２の位置へ動くように構成及び配置されている、分流器組立体とを有している、超音波洗浄器組立体。
21. 前記第１のハウジング組立体と該第１のハウジング組立体を包囲している環境との間の第２の流体流路をさらに有し、前記第１の可動部材が前記第２の位置にある時、前記第２の流体流路を閉止し、前記第１の可動部材が前記第１の位置にある時、前記第２の流体流路を通る流体の流れを許している、請求項２０に記載の超音波洗浄器組立体。
22. 前記第１の可動部材が前記第１の位置にある時、前記第１の流体流路を閉止している、請求項２０に記載の超音波洗浄器組立体。
23. 前記第１のハウジング組立体が照射済み核燃料集合体を収容していない時、前記第１の可動部材が前記フィルタ及びポンプ組立体の作動に応じて第３の位置に動くように構成及び配置されており、
    前記第１の可動部材が前記第３の位置にある時、前記第１の流体流路を通る流体流れを許し、
    前記第１の可動部材が前記第３の位置にある時、前記第２の位置にある時よりも前記第１の流体流路を通る少ない流体流れを許している、請求項２２に記載の超音波洗浄器組立体。
24. 照射済み核燃料集合体を収容するように構成及び配置され、流体を内包している第２のハウジング組立体と、
    前記第２のハウジング組立体によって収容された照射済み核燃料集合体を洗浄するように前記第２のハウジング組立体に対して位置された第２の超音波変換器と、
    前記第２のハウジング組立体を前記フィルタ及びポンプ組立体に流体的に接続する第２の流体流路と、
    第３と第４の位置の間を可動であり、前記第３の位置にある時、前記第４の位置にある時よりも前記第２の流体流路を通る少ない流体流れを許している第２の可動部材とをさらに有している、請求項２０に記載の超音波洗浄器組立体。
25. 前記フィルタ及びポンプ組立体に作動接続された共通の吸い込みラインをさらに有し、
    前記第１及び第２の流体流路が前記共通吸い込みラインを通って延在しており、
    前記第２の可動部材が自身の第３の位置に向かって偏倚されていて、
    前記第２の可動部材が、前記第２のハウジング組立体内に置かれている照射済み核燃料集合体によって加えられる力に応じて前記第４の位置に動くように構成及び配置されている、請求項２４に記載の超音波洗浄器組立体。

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