JP4933249B2 - 加圧水型の原子力発電所のための加圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、概略的には、加圧水型の原子力発電所のための加圧装置に関する。
より詳しくは、本発明は、加圧水型の原子力発電所における加圧装置であって、この装置は、
− 内部空間を画定する外側ケーシングと、
− ケーシングの下方に延びたダクトであって、原子力発電所の冷却系から取水可能な上記ダクトと、
− ダクトに連通するように、ケーシングの内部空間に配置されたタップであって、このタップは溶接継ぎ目によってダクトに溶接されているような、上記タップと、
− 溶接継ぎ目を保護するためのスリーブであって、スリーブはタップの内側に配置され、ダクトと係合する下部周辺縁部を有し、スリーブがタップ及びダクトと共に形成している環状の空間は、一次冷却水によって充満することが可能になっているような、上記スリーブと、
を備えている。

放射性粒子は、溶接継ぎ目の付近において、環状の空間に蓄積する。これらの粒子は、加圧装置のベースの付近に、高い線量率を生じさせ、このために、加圧装置の点検及び保守の作業は複雑になる。

この文脈において、本発明の目的は、より容易に保守することが可能な、加圧装置を提供することである。

このために、本発明によって提供される、上述したタイプの加圧装置は、環状の空間が、スリーブの下部周辺縁部の少なくとも一部分に沿って開いていて、ダクトの内側に開かれている、ことを特徴としている。
また、加圧装置は、以下の特徴のうちの１又は複数を、単独にて又は任意の技術的に可能な組み合わせにて備える。
− 環状の空間は、スリーブの下部周辺縁部の全体に沿って開かれていること。
− タップは、ダクトとケーシングの内部空間とを連通させる、内側通路を形成していて、加圧装置は、内側通路のまわりにおいてケーシングの内側に堅固に固定された冠部を備え、スリーブは冠部に固定された上端部分を有していること。
− 冠部及び／又はスリーブの上端部分は、環状の空間をケーシングの内部空間と連通させる循環孔を備えていること。
− 循環孔の通路の横断面は、環状の空間を通る一次冷却水の流量を最大所定値に制限するために、較正されていること。
− 循環孔の通路の横断面の合計は、タップの内側通路の通路の横断面に対して、０．５％〜２％の間であること。
− 環状の空間は、スリーブの下部周辺縁部に沿って、タップの内側通路の通路の横断面に対して、２％〜１０％の間の横断面をもった通路を有していること。
− スリーブは、冠部から取り外せるように取り付けられていること。
− 加圧装置が、タップの内側通路を覆うストレーナを備え、ストレーナは、冠部から取り外せるように取り付けられていること。
− スリーブの上部端部部分は、ストレーナと冠部との間に係合していること。
本発明のその他の特徴及び利点については、添付図面に関連させて、非限定的な例示として与えられた、以下の詳細な説明によって明らかになるだろう。

図１は、加圧水型原子炉における一次冷却系１を示している。この冷却系１は、核燃料集合体が内部に配置される格納容器２と、一次側部分と二次側部分とを備えた蒸気発生器４と、一次ポンプ６と、加圧装置８とを備えている。格納容器２と、蒸気発生器４と、ポンプ６とは、一次配管系１０によって結合されている。冷却系１には、一次冷却水が収められており、この一次冷却水は、ポンプ６によって格納容器２へ向けて送出され、格納容器２を通り抜ける際に、燃料集合体との接触によって加熱され、蒸気発生器４における一次側部分を通過した後、ポンプ６の吸入口へ戻される。格納容器２において加熱された一次冷却水は、蒸気発生器４において、その熱を二次冷却水に伝達し、二次冷却水は蒸気発生器における二次側部分を通り抜ける。二次冷却水は、不図示の二次冷却系の閉ループを流れる。二次冷却水は、蒸気発生器４を通り抜ける際に蒸発して、発生させた蒸気で蒸気タービンが駆動される。

加圧装置８は、格納容器２を蒸気発生器４に結合している部分１０から取水するように、一次配管から枝分かれしたダクト１１に結合されている。加圧装置８は、ポンプ６や格納容器２に比べて高い位置に配置されている。加圧装置８は、実質的に円筒形で垂直軸線を有する、作られた外側ケーシング１２から構成されていて、ドーム１３と、下側ベース１４とを備えている。下側ベース１４は、中心孔１６を備えていて、中心孔には、タップ１８（図２）によってダクト１１が結合される。

また、加圧装置８は、ドーム１３を延通するタップ２０を備えた噴霧手段１９と、ケーシング１２の内部に配置されてタップ２０に取り付けられた噴霧ノズル２１と、タップ２０をポンプ６の吐出領域にて一次配管に結合している配管２２と、配管２２の一次冷却水がノズル２１に流れるのを選択的に許可又は禁止する不図示の手段と、を備える。
また、冷却系１は安全装置２３を備え、安全装置は、リリーフタンク２４と、タンク２４を加圧装置のドーム１３に結合する配管２５と、タンク２４と加圧装置８との間の配管２５に介装された安全弁２６とを備えている。
加圧装置８の内部空間は、タップ１８及びダクト１１によって、冷却系１に連通しており、加圧装置８は永久的に、一次冷却水で部分的に充填され、加圧装置の内側における水のレベルは、冷却系の現在の運転圧力に従って定まるようになっている。加圧装置８の屋根には、水蒸気が充満しており、その圧力は、蒸気発生器４に結合された一次配管１０を流れる水の水圧と実質的に等しい。

加圧装置の内部の圧力が過大になると、弁２６が開かれ、水蒸気はタンク２４に排出されて、タンク内で凝縮する。
加圧装置８は、数十の電気ヒータ２８を備えている。これらのヒータは、垂直に配置され、下側ベース１４に取り付けられている。ヒータは、ヒータのために設けられた孔を介してベース１４を貫通し、ヒータとベースとの間には密封手段が介装されている。
加圧装置８は、冷却系の内部の水圧を制御する機能を有する。加圧装置８は、ダクト１１を介して一次配管と連通しているという事実により、加圧装置は膨張容器として作用する。こうして、冷却系の内部を流れる水の体積が増減すると、加圧装置８の内側の水のレベルは、状況に応じて、上昇又は下降する。
水の体積の変動は、例えば、冷却系への水の注入や、冷却系の運転温度の変化の結果として生じる。
加圧装置８は、冷却系の運転圧力を増減させる機能を有する。
冷却系の運転圧力を高めるには、ヒータ２８に電力を供給して、加圧装置の下部部分に収容されている水を加熱し、沸点の温度にする。水の一部が沸騰することで、加圧装置８の屋根における圧力が高まる。蒸気は常に、冷却系１を循環する水と静水学的に平衡状態にあるという事実のために、この冷却系１の運転圧力は高まる。

冷却系１の運転圧力を低くするためには、配管２２の端部に設けられた手段を用いて、配管２２を流れる水流を許可することによって、加圧装置８の屋根に配設された噴霧ノズル２１を動作させる。ポンプ６の昇圧によって一次配管１０に詰め込まれた水を、加圧装置８の上部に放出することで、加圧装置の内部に存在している水蒸気の一部分を凝縮させる。加圧装置８の屋根における水蒸気圧力を低下させると、冷却系１の運転圧力も低下する。
図２に示すように、タップ１８は、加圧装置のケーシング１２における内部空間を、ダクト１１に連通させている。タップ１８は、略円筒形で垂直軸線を有する部分３０を備え、その下端は、溶接継ぎ目３２によってダクト１１に堅固に固定されている。円筒形部分３０は、上方へ延びており、カラーを形成している部分３４は、開口部１６の縁部に溶接されている。タップにおける実質的に円筒形の部分３０は、垂直軸線を有し、ケーシング１２の内部空間をダクト１１に結合するための、内側通路３６を画定している。
タップ１８は、フェライト鋼から鍛造された要素である。ダクト１１は、オーステナイト鋼から作られる。

加圧装置はまた、Ｘ軸線を有し、タップの内側通路を取り囲むような、円筒形の冠部３８を備える。冠部３８は、ケーシング１２の内部に配置され、ケーシング１２の内側に向けられたカラー３４における面４０に溶接されている。この面４０は、環状の形態を有し、内側通路３６を取り囲んでいる。
加圧装置はさらに、溶接継ぎ目３２を保護するためのスリーブ４２を備えている。スリーブ４２は、中心軸線Ｘを有する略円筒形の形態を有し、スリーブの内側通路３６の中に配設されている。スリーブの下端部分４４は、ダクト１１に係合していて、その下部周辺縁部４６は自由に解放されている。スリーブの上端部分４８は、ケーシング１２の内部空間の中に延びている。部分４８は、カラー５０を介して半径方向外方へ延びており、カラーは冠部３８に堅固に固定されている。
図４に示すように、冠部３８は、半径方向にかなりの厚みを有する上部部分５２と、面４０に溶接されるように厚みを減少させた下部部分５４とを有する。部分５２は、例えば、垂直軸線を有する２０個のネジ孔５８などの、孔を穿設されたユニット５６によって上側を画定されている。孔５８は、軸線Ｘのまわりに、一定間隔に分配されている。スリーブのカラー５０は、面５６の上に載っており、孔５８と合致するように配置された、孔６０を有している。
さらに、加圧装置は、ケーシング１２の内側に配置されたストレーナ６２を備え、ストレーナはタップの内側通路３６を覆っている。ストレーナ６２は、半球形の部分６４を備え、その表面全体にわたって分布するように濾過孔が穿設されており、ストレーナには、円筒形の部分６６が延設されていて、カラー６８によって冠部３８に固定されている。図４に示すように、スリーブのカラー５０は、ストレーナのカラー６８と冠部の面５６との間に係合している。

カラー６８には、ネジ孔５８に合致するように配置された孔７０が穿設されている。ネジ７２は、孔７０及び６０を延通して、孔５８に螺入されている。ネジは、ストレーナ６２とスリーブ４２との両方を冠部３８に固定している。
ストレーナ６２は、冷却系の内部にて一次冷却水によって運ばれる要素を固定する。ストレーナはまた、ディフューザーとして機能して、加圧装置に出入りする一次冷却水の流れ中に形成される渦流を破壊する。
スリーブ４２は、タップの円筒形部分３０及びダクト１１と共に、Ｘ軸線を有する環状の空間７４を形成している。

図３に示すように、環状の空間７４は、下部周辺縁部４６の全体に沿って、下向きに開かれている。
図２及び図３に示すように、スリーブの下部周辺縁部４６の領域において、ダクト１１の内面７７の周辺には、肩部７６が形成されている。肩部７６は、縁部４６の下方に延びている面７８によって上方向に画定され、縁部と肩部とにより、環状の空間７４の内側孔７９が形成されている。
面７８は、わずかに下向きに傾斜しており、曲面によって、ダクト１１の内面７７の上方に結合されている。
冠部３８の下部部分５４には、４つの孔８０が穿設されており、環状の空間７４をケーシング１２の内部空間に連通させている（図５）。さらに、カラー５０には８個の孔８２が穿設されており（図４）、環状の空間７４をケーシング１２の内部空間に連通させている。孔８０及び８２は、Ｘ軸線のまわりに、一定間隔に分配されている。
孔８２は、加圧装置を充填する間、通気口として機能する。
孔８０の通路の横断面は、環状の空間７４を通って流れる一次冷却水の流量を、所定の最大値に制限するように較正されている。
この値は、原子炉の運転温度範囲や加圧装置の幾何学形状などに応じて、ケースバイケースに選択される。

環状の空間の下部の孔７９の通路横断面は、スリーブの内側通路３６の通路横断面に対して、２％〜１０％に選択される。代表的な実施形態においては、面７８と縁部４６との間の間隔はおよそ５mmであり、通路の横断面はおよそ１０，０００mm²である。環状の空間７４における通路の横断面は代表的に、通路３６の通路の横断面に対して、１０％〜１５％の間である。
孔８０の通路の横断面の合計は、好ましくは、通路３６の通路の横断面に対して、０．５％〜２％の間である代表的な実施形態においては、孔８０の通路の横断面の合計は、およそ６００mm²である。
最後に、４つの振動防止パッド８４は、Ｘ軸線のまわりに、一定間隔に分配されていて、タップ１８の内面に溶接されている（図２及び図５）。パッドの高さは、環状の空間７４の半径方向の厚みに実質的に対応していて、スリーブ４２は通常は、パッド８４の上に自由に載っている。
上述した加圧装置は、多くの利点を有する。

環状の空間７４が、スリーブ４２の下部周辺縁部の少なくとも一部分に沿って、下向きに開かれており、もってダクト１１に開かれているという事実のために、放射性粒子は、この環状の空間に蓄積せずに、ダクト１１に放出される。
さらに、冠部３８に設けられた孔８０によって、環状の空間７４に流入する一次冷却水の流れが生じる。従って、環状の空間に蓄積することが可能な放射性粒子は、一次冷却水によって運ばれて、スリーブとタップ又はダクトとの間に放射性粒子の蓄積が生じる見込みをさらに減少させる。
さらに、環状の空間７４における下側部分は、ダクト１１の中心に向けた実質的に放射方向に向けられており、環状の空間における軸線部分と放射部分との間の移行部は曲面に沿っているので、粒子が蓄積しがちな隠れた角度は形成されない。
さらに、環状の空間の半径部分を下向きに画定している面７８は、水平に対してわずかに下向きに傾斜しているので、環状の空間を流れる一次冷却水による、粒子の運搬は容易になる。

スリーブの上部に設けられた孔８０の通路の横断面は、環状の空間を通り抜ける一次冷却水に、所定の局所的な圧力低下を生み出すように選択されている。その結果、環状の空間を通り抜ける一次冷却水の流量は、所定の最大値に制限される。また、孔８０は、スリーブのカラー５０に配置しても良い。
一次冷却水は、環状の空間の内部を、ダクト１１からケーシング１２の内側へ向けた方向（上向き）にも、ケーシング１２の内側からダクト１１へ向けた反対方向（下向き）にも、循環できることに留意されたい。孔８０と下側の孔７９との幾何学形状によって、双方向の流体の流れに対して圧力低下が生じるので、可能な２つの流れ方向において流量が制限される。
環状の空間７４における下側部分が実質的に半径方向に向けられているという事実は、一次冷却水が一次配管から加圧装置へ向けて循環するとき、環状の空間７４内における一次冷却水の流量を制限するために貢献する。また、この配置は、一次冷却水によって運ばれた放射性粒子が、環状の空間の内部に下側から侵入することを困難にする。
環状の空間７４を流れる一次冷却水の流量を制限することによって、溶接継ぎ目３２の領域における温度変化の速度を制限できる。溶接継ぎ目は、異なる材料から作られて、異なる熱膨張係数を有する、２つの構成要素（タップ１８とダクト１１）の間に介在しているので、このことは重要である。溶接継ぎ目の領域及びタップ１８の全体における熱的及び機械的な応力衝撃は、その結果、大いに制限される。

最後に、スリーブ４２を固定するために冠部３８が存在していることは、この冠部にストレーナ６２を取り付ける上で有利である。
ストレーナ６２とスリーブ４２とは、容易に分解できる。容易にアクセス可能なネジ７２を最初に取り外す。次に、ストレーナ６２を取り外し、さらに、スリーブ４２をタップ１８の上方に引き抜く。
変形例としては、孔８０によって生じる圧力低下を補足する、局所的な圧力低下を発生させるように、下側の孔７９の通路の横断面を選択することも可能である。
下側の孔７９については、下部周辺縁部４６の全周にわたって延在させることも、その一部分だけにわたって延在させることも可能である。孔７９は、連続的であっても良いし、互いに隔てられた複数の開口部に分割されていても良い。

図１は、本発明による加圧装置が含まれる、加圧水型の原子炉における冷却系統を簡略化して示した模式図である。 図２は、図１の加圧装置におけるタップについて、一部分を示した軸線断面図であって、タップの内側に配置された保護スリーブがさらに示されている。 図３は、図２における細部IIIを示した拡大図である。 図４は、図２における細部IVを示した拡大図である。 図５は、図２における矢印Ｖに沿った、スリーブの軸線に対して垂直な断面図である。

Claims (10)

1. 加圧水型の原子力発電所における加圧装置（８）であって、この装置が、
   − 内部空間を画定する外側ケーシング（１２）と、
   − ケーシング（１２）の下方に延びたダクト（１１）であって、原子力発電所の冷却系（１）から取水可能な上記ダクトと、
   − ダクト（１１）に連通するように、ケーシング（１２）の内部空間に配置されたタップ（１８）であって、このタップ（１８）は溶接継ぎ目（３２）によってダクト（１１）に溶接されているような、上記タップと、
   − 溶接継ぎ目（３２）を保護するためのスリーブ（４２）であって、スリーブはタップ（１８）の内側に配置され、ダクト（１１）と係合する下部周辺縁部（４６）を有し、スリーブ（４２）がタップ（１８）及びダクト（１１）と共に形成している環状の空間（７４）は、一次冷却水によって充満することが可能になっているような、上記スリーブと、を備え、
   環状の空間（７４）は、スリーブ（４２）の下部周辺縁部（４６）の少なくとも一部分に沿って開いていて、ダクト（１１）の内側に開かれている、
   ことを特徴とする加圧装置。
2. 環状の空間（７４）は、スリーブ（４２）の下部周辺縁部（４６）の全体に沿って開かれていることを特徴とする請求項１に記載の加圧装置。
3. タップ（１８）は、ダクト（１１）とケーシング（１２）の内部空間とを連通させる、内側通路（３６）を形成していて、加圧装置（８）は、内側通路（３６）のまわりにおいてケーシング（１２）の内側に堅固に固定された冠部（３８）を備え、スリーブ（４２）は冠部（３８）に固定された上端部分（４８）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の加圧装置。
4. 冠部（３８）及び／又はスリーブ（４２）の上端部分（４８）は、環状の空間（７４）をケーシング（１２）の内部空間と連通させる循環孔（８０）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の加圧装置。
5. 循環孔（８０）の通路の横断面は、環状の空間（７４）を通る一次冷却水の流量を最大所定値に制限するために、較正されていることを特徴とする請求項４に記載の加圧装置。
6. 循環孔（８０）の通路の横断面の合計は、タップ（１８）の内側通路（３６）の通路の横断面に対して、０．５％〜２％の間であることを特徴とする請求項５に記載の加圧装置。
7. 環状の空間（７４）は、スリーブ（４２）の下部周辺縁部（４６）に沿って、タップ（１８）の内側通路（３６）の通路の横断面に対して、２％〜１０％の間の横断面をもった通路を有していることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の加圧装置。
8. スリーブ（４２）は、冠部（３８）から取り外せるように取り付けられていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の加圧装置。
9. 加圧装置が、タップ（１８）の内側通路（３６）を覆うストレーナ（６２）を備え、ストレーナは、冠部（３８）から取り外せるように取り付けられていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の加圧装置。
10. スリーブ（４２）の上部端部部分（４８）は、ストレーナ（６２）と冠部（３８）との間に係合していることを特徴とする請求項９に記載の加圧装置。

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