JP5684909B2 - 原子力発電所の一次循環路の冷却水濾過装置および冷却水の濾過方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電所の一次循環路用の濾過装置に関する。一次循環路は濾過すべき冷却水に通じている。本発明はまた上記の冷却水の濾過方法に関する。

原子力発電所の一次循環路を貫流する冷却水は通常多数の出口開口において炉容器の内部に流入する。出口開口はたとえば沸騰水型原子炉のいわゆるＣ１−Ｃ４短管である。原子炉の運転中において出口開口には一般にたとえば流入する冷却水を分配する炉構造物がフランジ止めされる。上記の沸騰水型原子炉ではこれは給水分配器である。原子力発電所の点検停止中においてはこの給水分配器はＣ１−４短管から取り外され、その結果これらの短管もしくはその接続フランジが自由にアクセスできるようになる。

原子力発電所の運転中には原子力発電所の一次循環路の冷却水に異物が入り込むことがしばしば生じる。異物はたとえば運転中に炉容器において構造物または燃料要素から解離した微細片である。

たとえば沸騰水型原子炉を備えた原子力発電所において金属ワイヤからなる織物マットを使用することが知られている。マットは熱損失のために炉圧力容器蓋の絶縁として用いられる。金属ワイヤは０．１μｍの直径を有する。マットは炉容器に挿入され、そこで適当に切断される。この場合切断残渣はワイヤ片の形で一次側の冷却水に達する。この種の微細片は冷却水中の浮遊物となり、たとえば発電所の運転時に燃料要素の擦過傷の原因となる。微細片はその大きさが小さいこともしくは数が多いことによりたとえばマニピュレータによって冷却水循環路から個々に除去することができず、冷却水の適当な濾過によってのみ処理可能である。

炉容器の外側にある一次冷却循環路の導管に濾過装置を組み込むことが考えられる。しかしこれは原子炉の冷却系を変更することになるので労力を要する作業である。このためには費用および労力を要する当局の認可手続きが必要である。さらに濾過すべき濾過物は炉容器の外側で導管系の濾過装置に集められるので一般に高い放射能を帯びている。濾過装置の範囲ではそれに伴い炉容器の外側に場合によってはかなりの線量を発散する放射源が作られることになる。特に濾過装置の交換時には労力を要し無視できない高価な放射線保護対策を講じなければならない。

特許文献１から、一次循環路の循環水を濾過するため燃料要素の代わりに濾過装置を下側の炉保持板に装着することが知られている。

ドイツ国特許第３６０３９５１号明細書

本発明の課題は、上述の冷却水を濾過するための改良された濾過装置と改良された方法を提供することにある。

濾過装置に関しては上記の課題は請求項１に記載の濾過装置により解決される。本発明は、原子炉の内部に通じている冷却水用出口開口が発電所の点検停止中にそこに濾過装置を取り付けられるようにアクセスできるような原子力発電所に適している。換言すれば出口開口には少なくとも点検停止中に濾過装置を取り付けることができなければならない。濾過装置は炉容器の内部に取り付けられた状態において水、すなわち冷却水中にある。

本発明による濾過装置は基体を有し、これは濾過すべき冷却水用の入口を有する。濾過装置はさらに基体に交換可能に保持され入口に流体的に結合されている少なくとも１つのフィルタカートリッジを有する。本発明によれば濾過装置は炉容器の出口開口に固定可能な固定装置を有する。固定は、入口が出口開口に流体的に結合されるように行われる。

出口開口から流出する冷却水は従って入口を介してフィルタカートリッジに流れ、これを貫流し、その際水が濾過される。濾過された水は、流体的にフィルタカートリッジに通じている基体の出口から流出するかまたは直接フィルタカートリッジから出る。後者の場合換言すれば出口はフィルタカートリッジの流出口となっている。濾過装置は炉内部にあるので、流出する水は直接炉内部に達する。

従って換言すれば濾過装置が出口開口に固定されていれば、出口開口から流出する冷却水はさしあたり完全にその行路において、濾過装置の出口から炉容器の内部に達する前に入口およびフィルタカートリッジを通って濾過装置を通過しなければならない。出口開口から流出するすべての冷却水は従って先ず濾過され、完全に濾過された状態でのみ炉容器に達する。その後初めて冷却水は循環路内の次の行程を続行する。

本発明の基本的考えは、点検停止中自由にアクセス可能な出口開口に濾過装置を接続し、一次冷却循環路を点検停止中にも稼働して冷却水を点検停止中に濾過装置に導き濾過させるということにある。上述の沸騰水型原子炉ではたとえば点検停止中に接続短管あたり約５００ｌ/ｓの貫流が可能である。接続された濾過装置の計画濾過能力は短管あたり約１００ｌ/ｓである。この種の運転では公知の原子炉では純計算的に約６時間の運転時間後に全冷却水が一度交換される、すなわちＣ１−Ｃ４短管にある４つの濾過装置を通って流れる。たとえば３か月の点検停止の全期間にわたる一次循環路内の循環時間により冷却水が濾過装置を何回も循環することによりほぼ全ての微小浮遊物が一次循環路から除去される。一次循環路の水を点検停止中だけ濾過するというような構想は従来知られていない。

濾過装置は点検中にのみ利用され原子力発電所の運転中は利用されず、さらに運転中には設備に固定設置されないので、当局の認可は不要である。濾過装置の取り付けは簡単で炉の外側に置かれた導管への取り付けに比べて労力を要するものではない。濾過装置はもともと放射性物質が存在する炉心内にあり、さらに濾過装置は水中、すなわち冷却水中にあるので、放射線技術的な利点が生じる。濾過中集められた濾過物はフィルタカートリッジ内で水中に留まるので、原子炉発電所における付加的な線量負荷は生じない。濾過装置の取り付けおよび解体は水中ですなわち放射線保護のもとに行われる。取り付けられた濾過装置のフィルタカートリッジの交換も完全に水中で、従って放射線負荷を発生させずに可能である。

濾過装置は、炉容器もしくは一次循環路に混入したたとえば上述の微細ワイヤなどの異物を濾過することを可能にする。濾過装置は全点検時間中使用されるので、濾過装置の継続的な貫流により極めて高い濾過能力が得られる。水の濾過によりたとえば上述のような浮遊微粒子が原因の擦傷の形の燃料要素の損傷の回避が間接的に改良される。

炉内部の水中に濾過装置を配置することにより濾過装置は濾過工程の終了後も放射性物質と同様に水中にある炉内部からたとえば搬送用水門を通って燃料要素貯蔵槽へ移され、そこから耐放射線的に廃棄物処理することができる。これはフィルタおよび場合によっては交換されるフィルタカートリッジについても同様である。

本発明の有利な実施形態では濾過装置は沸騰水型原子炉の給水導管用に用いられる。換言すればすなわち炉容器は沸騰水型原子炉であり、出口開口は上述のようにその給水導管である。

別の有利な実施形態では基体は出口開口に固定可能なフランジを有し、フランジは入口を有する。炉の運転中に一般に出口開口に原子炉の構造物が接続されるので、たとえば上述の給水分配器がフランジ止めされるので、点検停止時における上述の構造物の解体時にこの時点では不要となる種々のフランジなどが出口開口に自由に使用できることになる。換言すれば濾過装置はすなわち炉の相応するフランジに適合したフランジもしくは対向フランジを１つだけ有すれば良い。濾過装置は次いで運転中に取り付けられた構造物と同様に自分のフランジで出口開口もしくはそのフランジに固定される。従って特に安定した確実な保持が保証される。

別の有利な実施形態ではフィルタカートリッジは濾過装置の取り付け状態において、もし濾過装置が炉容器の出口開口に取り付けられている場合には、集められた濾過物がこのカートリッジ内に重力方向にあるように調整される。換言すればこれによりフィルタカートリッジは、冷却循環路の遮断の際に濾過物が濾過装置から一次循環路に戻されることがないように形成される。フィルタカートリッジに集められた濾過物の付加的な一次貯留装置は従って不要となる。フィルタカートリッジがたとえば中空円筒状で袋穴状に、長手縁部の一方に入口開口があるように形成されていれば、濾過装置もしくはカートリッジは、その入口開口が常に上向きに従ってフィルタカートリッジの最高点を形成するように構成される。

別の有利な実施形態では濾過装置もしくはフィルタカートリッジは、出口開口への濾過装置の取り付け状態においてフィルタカートリッジが基体から取り外せるように構成されるので、集められた濾過物は交換中重力方向にカートリッジ内にある。換言すれば濾過装置は、フィルタカートリッジが取り外しの際に重力方向とは逆方向に傾動して濾過物が流出しないように構成される。たとえば上述の上向きの入口開口を有する円筒状のカートリッジは垂直方向に上方に濾過装置から取り出すことができる。従ってカートリッジはこの場合傾動させる必要はない。

別の有利な実施形態では入口は濾過装置の取り付け状態において濾過装置の下側に配置される。これはたとえば、出口開口が上向きに、従って重力方向とは逆向きにありそれゆえ濾過装置がこの上に載置されるときに必要である。濾過装置はこの場合入口から濾過装置の上側に通じる立ち上がり管を有し、この管は上側からフィルタカートリッジに通じている。たとえば濾過装置の下側に入口を設けることは、濾過物が重力方向にフィルタカートリッジに集められるかもしくは濾過装置が常に重力方向に貫流されるので濾過物が重力方向に集められるなどの上述の利点と結びつけられる。濾過装置ではたとえばフィルタカートリッジは立ち上がり管の高さに配置され、フィルタカートリッジが複数ある場合立ち上がり管からフィルタカートリッジに通じる分配器は濾過装置の上方に載置される。

有利な実施形態ではフィルタカートリッジは所望の濾過物に適合させられた濾過材を有する。たとえば原子力発電所では上述のような直径３μｍのワイヤの破片を濾過するという特殊な課題が生ずる。このためたとえば１μｍ以上のすべての部片を冷却水から濾過する濾過装置が使用される。使用される濾過装置は可変的である。

方法に関しては本発明の課題は請求項８に記載の方法により解決される。これによれば原子力発電所の運転中上述の本発明による濾過装置は固定装置によりその入口で出口開口に連結されるように固定される。冷却水は出口開口を通って循環される。濾過工程が行われた後点検停止の終了前に濾過装置は再び出口開口および炉容器から取り外される。

本発明による方法はその利点と共に既に本発明による濾過装置と関連して述べられている。

方法の有利な実施形態では冷却水量は繰り返し濾過装置を循環させられる。この場合特にすべての冷却水は、炉内部に通じているすべての出口開口にそれぞれ１つの濾過装置が設置されている場合には何回も濾過される。

有利な実施変形例では冷却水の循環が中断され、濾過物で充填されたフィルタカートリッジが水中で濾過装置から取り出され廃棄物処理される。交換時には新しいフィルタカートリッジが濾過装置に挿入され、冷却水の循環が再開される。たとえば濾過物に対して比較的小さい容量を有する小型のフィルタカートリッジを使用することができる。濾過装置はこれにより取り付け空間が小さくなる。

本発明をさらに説明するため図の実施例を参照する。図はそれぞれ概略原理図である。

図１は本発明による濾過装置を備えた検査停止時の原子力発電所の一部断面図である。 図２は本発明による代替的濾過装置の立体図である。 図３は図２における濾過装置の下部部材の取り出し図である。 図４は図２における濾過装置の上部部材の取り出し図である。 図５は図２の濾過装置に使用されるフィルタカートリッジの断面図である。

図１は原子力発電所２の一部、すなわちその炉容器４とこれに続く燃料要素貯蔵槽６を示す。原子力発電所２は点検停止時にあり、それゆえ炉容器４の上部部材開口８から −重力方向９から見て− 炉容器蓋１０が取り外され、燃料要素貯蔵槽６に一次貯蔵されている。

炉容器４は一次循環路１４を有し、これを介して運転中にまたは上述の点検停止中に冷却水１２が循環する。点検停止のため原子力発電所２の図示の全部分が冷却水１２で満たされている。一次循環路１４には炉容器４に設置された給水管１６a，ｂ並びに生蒸気管１８ａ，bが付設されている。一次循環路１４を通る冷却水１２の流れ方向は図１では矢印１５で示されている。一次循環路の稼働時には冷却水１２は給水管１６a，ｂの出口開口２０a，ｂを通って炉容器４の内部２２に入る。炉容器４の円周方向に分布配置された各４つの開口のうち図１にはそれぞれ２つしか示されていない。

出口開口２０a，ｂは炉容器４の内壁２３にあり、それぞれフランジ２４a，ｂを有しており、これに原子力発電所２の運転時に給水分配器の形の炉構造物２６が接続され、その中に給水管１６a，ｂに導かれる冷却水１２が流入する。点検停止中は炉構造物２６は取り外されるので図１では破線で示されているだけである。

本発明によれば点検停止中は各出口開口２０a，ｂには（図１では出口開口２０ｂにだけ示されている）濾過装置２８が設置される。濾過装置２８は基体２９を有する。基体には入口３０と出口３２が設けられる。入口３０と出口３２の間にはフィルタカートリッジ３４が流体が通るように接続され、これは基体２９に交換可能に保持される。さらに濾過装置２８もしくは基体２９は固定装置３６を有し、これにより出口開口２０ｂに固定されるようになっている。濾過装置２８もしくはその固定装置は、出口開口２０ｂを通って炉容器４に流入する全冷却水１２がまず入口３０およびフィルタカートリッジ３４を通って流れ、出口３２を通った後初めて炉容器４の内部２２に達するように構成されている。換言すれば出口開口２０ｂを通って流入する全冷却水１２は濾過装置２８により濾過されるようになっている。

一次循環路１４は、原子力発電所２内にある一次循環路１４の全ての冷却水１２を循環させるように構成されている。本発明によれば４つの出口開口２０a，ｂのそれぞれに１つの濾過装置２８が接続される。冷却水１２の循環時には従って一次循環路１４の全冷却水１２が濾過される。

図２は図１の炉容器４もしくは交換可能に接続された給水管１６aを備えたその内壁２３を示す。給水管は炉容器４の内部２２において上方に向かって、すなわち重力方向９に逆らってクランク状に曲げられているので、出口開口２０aは内部に冷却水１２を導く中空フランジ２４aの水平方向に走る上端にある。濾過装置２８は同様に出口開口２０aに結合された入口３０を有する。基体２９には８つのフィルタカートリッジ３４ −破線で示す− が保持されている。濾過装置２８もしくは基体２９はこの実施形態ではその下側４１に入口３０を有する下部部材４２とその上側４３に上部部材４４を有する。この実施形態ではフィルタカートリッジ３４は下部部材４２と上部部材４４との間に設置された中空円筒状のフィルタガイド４５に保持されている。

冷却水１２は一次循環路１４の稼働時にフランジ２４aを通っておよび矢印４６の方向に出口開口２０aおよび入口３０を通り、下部部材４２を通って濾過装置２８の両端面に設置された２つの立ち上がり管４８に入り、上部部材４４に流れる。この上部部材は冷却水１２を８つのフィルタカートリッジ３４に導くので、カートリッジは重力方向９に貫流される。立ち上がり管４８とフィルタガイドは上部部材４４および下部部材４２に溶接され、これらと共に基体２９を安定したユニットとして形成する。

冷却水１２はフィルタカートリッジ３４を貫流し、フィルタガイド４５の円筒ジャケットから濾過装置２８を出て行く。この例では冷却水１２が濾過装置２８を出て行くための本来の意味での具体的な出口は存在しない。出口３２はむしろ円筒ジャケット上に面状に分布されたフィルタガイド４５の流出開口により形成される。濾過装置２８は炉容器４の内部２２にあるので、流出する水はそれにもかかわらず炉内部に直接達する。矢印４６は８つのフィルタカートリッジ３４の４つだけに示されている。

図３は下部部材４２の詳細図であり、すなわち下部部材は台座５０と下側板５２から構成される。台座５０はまずフランジ５４を固定装置３６として有し、これは対向フランジとして炉容器４のフランジ２４ａに合わせられ、この上に据え付けられる。台座５０はさらに入口３０を２つの破口の形で内蔵する。下側板５２は濾過装置２８の取り付け時に台座５０に装着されるので、その下側に入口３０から下側板５２の両側に配置された破口５６に通じる冷却水１２用の流路が形成される。破口５６には立ち上がり管４８が設置される。８つの凹み５８は下側板５２を貫通するものではなく、この上に８つのフィルタガイド４５が設置され、この中にフィルタカートリッジ３４が挿入される。

図４は上部部材４４の構造を示す。上部部材は上側板６２、分配器６４および蓋板６６から構成される。下側板５２とは異なり上側板６２は立ち上がり管４８用の固定箇所並びにフィルタガイド４５用の位置に破口５６を有する。台座５０、下側板５２、立ち上がり管４８、フィルタガイド４５および上側板６２は互いに溶接され基体２９を形成する。分配器６４は基体２９に着脱自在に載置される。これにより上側板６２の内側にある８つの破口５６に８つのフィルタカートリッジ３４を装着することが可能となる。続いて分配器６４が載置され、中心保持体６８により保持される、分配器６４はこの場合冷却水１４を案内するため立ち上がり管４８にも８つのフィルタカートリッジ３４にも密着している。

続いて蓋板６６が載置され、これにより濾過装置２８が完成する。分配器６４は従って端面側で矢印４６の方向に流入する冷却水１４を立ち上がり管４８から８つのフィルタガイド４５もしくはフィルタカートリッジ３４へ分配する働きをする。

図５は炉容器４内に濾過装置２８を取り付けた状態でのフィルタカートリッジ３４を装着したフィルタガイド４５の詳細図である。濾過工程中に濾過物７０がフィルタカートリッジ３４に集められる。このフィルタカートリッジは、一次循環路１４が遮断された場合にも濾過物７０が重力方向９にフィルタカートリッジ３４内にあり、ここからもはや逸散できないように構成される。濾過物は一次循環路１４に戻ることはできない。

フィルタカートリッジ３４の交換は、濾過装置２８全体がフランジ２４aに固定されている間に行われる。フィルタカートリッジ３４の交換のため蓋板６６が取り外され、分配器６４が中心保持体６８から取り外される。フィルタカートリッジ３４は次いで重力方向９とは逆に垂直方向に上側に向かってフィルタガイド４５から取り外されるが、この場合重力方向９に対して傾斜しないようにしなければならない。従ってフィルタカートリッジ３４の交換時に濾過物７０が入口開口７２から流出して炉容器４の内部２２に達することが防がれる。

新しいフィルタカートリッジ３４の装着後に濾過装置２８は分配器６４と蓋板６６の取り付けにより再び完成される。フィルタカートリッジ３４のすべての交換は水中で、すなわち冷却水１２の中で行われる。部分的に高放射性の濾過物７０で満たされたフィルタカートリッジ３４はたとえば燃料要素貯蔵槽６に移され、そこから廃棄物処理されることができる。これらはすべて原子力発電所２内での放射線負荷を回避するために完全に水中で行われる。

２ 原子力発電所
４ 炉容器
６ 燃料要素貯蔵槽
１２ 冷却水
１４ 一次循環路
１６ａ，ｂ 給水管
２０ａ，ｂ 出口開口
２２ 炉容器内部
２４ａ，ｂ フランジ
２８ 濾過装置
２９ 基体
３０ 入口
３２ 出口
３４ フィルタカートリッジ
３６ 固定装置
４５ フィルタガイド
４８ 立ち上がり管
５４ フランジ
６４ 分配器
７０ 濾過物

Claims (10)

1. 炉容器（４）と、炉容器（４）の内部（２２）に通ずる冷却水（１２）の一次循環路（１４）用の給水管（１６ａ，ｂ）における冷却水の出口開口（２０ａ，ｂ）とを備えた原子力発電所（２）の、前記一次循環路（１４）用の濾過装置であって、前記原子力発電所（２）の点検停止中に前記出口開口（２０ａ，ｂ）に接続して、前記点検停止中に前記冷却水（１２）の濾過を行う濾過装置（２８）において、
   入口（３０）を有する基体（２９）と、
   前記基体（２９）に交換可能に保持され前記入口（３０）に流体的に結合された少なくとも１つのフィルタカートリッジ（３４）と、
   前記入口（３０）が前記出口開口（２０ａ，ｂ）に前記点検停止中に接続されて流体的に結合されるように出口開口（２０ａ，ｂ）に固定可能な固定装置（３６）と、を備えた濾過装置。
2. 炉容器（４）が沸騰水型原子炉であり、前記冷却水（１２）が前記給水管（１６ａ，ｂ）における冷却水の出口開口（２０ａ，ｂ）を通って前記炉容器（４）の内部（２２）に入る請求項１記載の濾過装置。
3. 基体（２９）が、出口開口（２０ａ，ｂ）に固定可能で入口（３０）を有するフランジ（５４）を含む請求項１または２記載の濾過装置。
4. フィルタカートリッジ（３４）が取り付け状態において、濾過物（７０）がこの中に重力方向（９）に集められるように配置される請求項１から３の１つに記載の濾過装置。
5. フィルタカートリッジ（３４）が取り付け状態において、濾過物（７０）がこの中に重力方向（９）に集められるように基体（２９）から取り外し可能に配置される請求項４記載の濾過装置。
6. 入口（３０）が取り付け状態において重力方向（９）に濾過装置（２８）の下側（４１）にあり、入口（３０）から上側（４３）に通じる立ち上がり管（４８）が上側（４３）からフィルタカートリッジ（３４）に開口している請求項１から５の１つに記載の濾過装置。
7. フィルタカートリッジ（３４）が所望の濾過物（７０）に適した濾過材を有する請求項１から６の１つに記載の濾過装置。
8. 炉容器（４）と、炉容器（４）の内部（２２）に通ずる冷却水（１２）の一次循環路（１４）用の給水管（１６ａ，ｂ）における冷却水の出口開口（２０ａ，ｂ）とを備えた原子力発電所（２）の、前記一次循環路（１４）の冷却水（１２）を前記原子力発電所（２）の点検停止中に濾過する方法において、前記点検停止中に、
   請求項１から７の１つに記載の濾過装置（２８）がその固定装置（３６）により、前記基体（２９）の入口（３０）が前記出口開口（２０ａ，ｂ）に流体的に結合されるように固定され、
   冷却水（１２）が出口開口（２０ａ，ｂ）を介して循環し、
   濾過装置（２８）が出口開口（２０ａ，ｂ）から取り外される濾過方法。
9. 冷却水（１２）の全量が何回も濾過装置（２８）を循環させられる請求項８記載の方法。
10. 冷却水（１２）の循環が中断され、
    濾過物（７０）を充填したフィルタカートリッジ（３４）が冷却水（１２）のもとで濾過装置（２８）から取り外され、
    交換時に新しいフィルタカートリッジ（３４）が濾過装置（２８）に挿入され、
    冷却水（１２）の循環が続行される請求項８または９記載の方法。
    

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