JP5752619B2 - 制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉内の制御棒を駆動する制御棒駆動機構の制御棒側の部分である先端部を洗浄する洗浄装置及び方法に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）には、原子炉圧力容器（以下、単に「原子炉」という）の底部を貫通する制御棒駆動機構ハウジングが取り付けられており、この制御棒駆動機構ハウジングの上に制御棒案内管が配置される。制御棒案内管の内部には制御棒が格納されており、制御棒は制御棒駆動機構（Control Rod Drive；以下、「ＣＲＤ」ともいう）と結合される。

ＣＲＤは、制御棒駆動機構ハウジング内に収納されており、炉心に対する制御棒の引抜き・挿入のたびに、ＣＲＤの内部に原子炉水が出入りする構造となっている。このため、原子炉水に含まれるクラッドがＣＲＤの内部機構へ侵入することを防止する必要があり、ＣＲＤの制御棒側の部分である先端部にはフィルタが取り付けられている。

一方、ＣＲＤは、炉心に対して制御棒を引き抜いたり挿入したりする設備であり、緊急時には、手動あるいは自動信号により、炉心から所定量引き抜かれた状態にある制御棒を炉心に急速に挿入して原子炉を停止する際に使用される重要な設備である。

したがって、ＣＲＤは、定期検査時に原子炉から取り外されて、消耗品交換等のメンテナンスが実施される。ＣＲＤの先端部は、一般に、放射線源となるクラッド等が付着して高線量となっているため、原子炉からの取外し作業及びメンテナンス作業に関わる作業員の被ばく線量の低減が必要となっている。また、人間が接近不可能な極めて高い放射線量のＣＲＤ（以下、「高線量ＣＲＤ」ともいう）が出現した場合、高線量ＣＲＤを原子炉から気中へ取り外すこと自体が不可能な場合もある。

このようなＣＲＤの先端部からの放射線による作業員の被ばくを低減するために、特許文献１，２には、ＣＲＤの先端部を洗浄する装置が提案されている。

特開昭５７−３４５００号公報 特開２０００−５６０８６号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載のいずれの装置も、原子炉からＣＲＤを取り外した後にＣＲＤの洗浄を実施するものであり、取外し前のＣＲＤからクラッドを除去するものではない。このため、ＣＲＤの取外し時、及びＣＲＤを取り外してから洗浄する前までの間においては、ＣＲＤからの放射線による作業員の被ばくの低減効果は得られない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、制御棒駆動機構からの放射線による作業員の被ばくをより低減することができる制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置及び方法を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、原子炉内の制御棒を駆動する制御棒駆動機構の前記制御棒側の部分である先端部を洗浄する装置であって、前記原子炉内の水中環境において、前記原子炉の底部に取り付けられるハウジング内に収納されている前記制御棒駆動機構の前記先端部に向けて水を噴射する噴射管と、前記ハウジング内に収納されている前記制御棒駆動機構の前記先端部の周辺の水を吸引する吸引管と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、原子炉内の制御棒を駆動する制御棒駆動機構の前記制御棒側の部分である先端部を洗浄する方法であって、前記原子炉内の水中環境において、前記原子炉の底部に取り付けられるハウジング内に収納されている前記制御棒駆動機構の前記先端部に向けて水を噴射し、前記ハウジング内に収納されている前記制御棒駆動機構の前記先端部の周辺の水を吸引することを特徴とする。

本発明によれば、制御棒駆動機構の先端部に付着又は滞留等して存在する放射線源となるクラッドの吸引除去が、原子炉内の水中環境で可能となり、これにより、制御棒駆動機構の先端部からの放射線量が低減される。
したがって、制御棒駆動機構からの放射線による作業員の被ばくをより低減することができる制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置及び方法を提供できる。

また、極めて高い放射線量の制御棒駆動機構が出現した場合であっても、予め原子炉内の水中環境において制御棒駆動機構の先端部に付着又は滞留等して存在するクラッドを吸引除去することができる。これにより、気中環境において人間が接近可能なレベルまで水中環境において放射線量を低減させた上で、原子炉から制御棒駆動機構を取り外すことが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置の構成を示す図である。 図１に示される制御棒駆動機構の先端部の周辺の拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置の構成を示す図である。

本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
まず、図１，２を参照しながら本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置の構成を示す図である。図２は、図１に示される制御棒駆動機構の先端部の周辺の拡大図である。なお、図２において、原子炉圧力容器（原子炉）は図示省略されている。

図１及び図２に示すように、原子炉１００の底部には、当該底部を貫通して下方に延伸する制御棒駆動機構ハウジング（ハウジング）３が取り付けられており、この制御棒駆動機構ハウジング３の上に、炉心（図示せず）に対する制御棒（図示せず）の引抜き・挿入の際に上下方向の案内の役目を果たす制御棒案内管２が配置される。

制御棒駆動機構（ＣＲＤ）３１は、制御棒駆動機構ハウジング３内に収納されており、制御棒の下端部と結合可能なカップリングスパッド７を備えている。また、ＣＲＤ３１には、制御棒を上下方向に移動させるためのロッドやピストン（図示せず）が備えられている。ピストンが上下動するとＣＲＤ３１の内部には原子炉水が出入りするため、原子炉水に含まれるクラッドがＣＲＤ３１の内部機構へ侵入しないように、ＣＲＤ３１の制御棒側の部分である先端部３２にフィルタ４，５が備えられている。

すなわち、ＣＲＤ３１は、アウターチューブ３３と、アウターチューブ３３内に同心状に配置されるインデックスチューブ１７とを備えており、アウターチューブ３３の上部にアウターフィルタ４が取り付けられており、インデックスチューブ１７内の上端から若干下方の位置にインナーフィルタ５が取り付けられている。

なお、カップリングスパッド７は、インデックスチューブ１７の上端に装着されている。

第１実施形態に係る制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置（以下、単に「洗浄装置」ともいう）は、原子炉１００内の制御棒を駆動するＣＲＤ３１の制御棒側の部分である先端部３２を洗浄して除染する装置である。ここで、先端部３２は、アウターフィルタ４及びインナーフィルタ５を含む概念として使用する。

洗浄装置は、原子炉１００内の水中環境においてＣＲＤ３１の先端部３２に向けて水を噴射する噴射管としてのアウターフィルタ４用の噴射ノズル１０及びインナーフィルタ５用の噴射ノズル１１と、ＣＲＤ３１の先端部３２の周辺の水を吸引する吸引管としての吸引ノズル９と、を備える本体部１を有している。

本体部１は、制御棒案内管２内に挿入可能な形状を呈しており、板状の取付具２０と、取付具２０の下面に固定された略円筒形状の筐体２１とを有している。噴射ノズル１０，１１及び吸引ノズル９は、筐体２１内を挿通するように設けられている。

本体部１は、制御棒案内管２の上端に設置された燃料支持金具（図示せず）を取り外して制御棒を取り外した後に、制御棒案内管２の内部に挿入されて配置される。具体的には、本体部１の取付具２０に支持具１６が取り付けられており、本体部１は、燃料交換台車又は作業台車（いずれも図示せず）から支持具１６を介して原子炉１００内に吊り下げられて、制御棒案内管２内の底部に設置される。

両噴射ノズル１０，１１の開口端側は、吸引ノズル９の側壁を貫通して吸引ノズル９の内部に配置されるように取り付けられている。噴射ノズル１０の開口端は、極力アウターフィルタ４に接近して水を噴射するとともに渦流を発生させるために、制御棒案内管２の下端部近傍に、かつ、制御棒案内管２の中心軸に対し僅かに径方向外方側に偏心して設置される。また、渦流が発生しやすいように、噴射ノズル１０の向きを仮想円筒面内においてねじれるように傾斜させてもよく、あるいは本体部１をその軸回りに所定角度範囲内で回動させるようにしてもよい。一方、噴射ノズル１１の開口端は、インナーフィルタ５に向かうようにほぼ鉛直方向下方に向けて設置される。また、噴射ノズル１０，１１の開口端側を内部に有する吸引ノズル９は、噴射ノズル１０，１１からの噴流を減衰させずにそれぞれフィルタ４，５に届かせるために、カップリングスパッド７に対して干渉せずカップリングスパッド７の外周側の水も吸引できる程度まで極力接近して配置される。

洗浄装置は、さらに、噴射ノズル１０，１１への水を供給する噴射水供給系統２２と、吸引ノズル９からの水を原子炉１００内、又は原子炉１００外に設置されたプール（図示せず）に向けて送出するポンプ１４と、ポンプ１４の下流側に設置され、吸引ノズル９からの水に含まれるクラッドを捕獲するフィルタ１５と、を有している。噴射水供給系統２２は、原子炉１００内の水、又は原子炉１００外に設置されたプール（図示せず）の水を使用して供給することができる。なお、フィルタ１５はポンプ１４の上流側に設置されていてもよい。

ここで、噴射ノズル１０，１１は、噴射水供給ホース１２を介して噴射水供給系統２２に接続されており、吸引ノズル９は、吸引水ホース１３を介してポンプ１４に接続されている。

ポンプ１４及びフィルタ１５は、原子炉１００内の水中環境に設置されることが望ましい。ポンプ１４及びフィルタ１５は、放射線源となるクラッド等が滞留するため、気中環境に設置した場合には作業員の放射線被ばくの虞が生じるからである。また、フィルタ１５は、放射線による作業者の被ばくの低減を目的として、遠隔操作により水中にて交換可能な構造とされることが望ましい。

また、本体部１の筐体２１内には、噴射ノズル１０，１１及び吸引ノズル９の開口端の周辺を撮影する照明付のカメラ８が設置されている。カメラ８は例えばビデオカメラであり、このカメラ８の使用により、洗浄装置の設置状態、及びＣＲＤ３１の先端部３２の清掃状況が、画像により監視・観察可能となっている。
なお、照明付のカメラ８は本体部１の筐体２１に固定せず、単独で設置し、監視・観察できるものでも良い。

次に、前記のように構成された第１実施形態に係る洗浄装置の作用を説明する。
第１実施形態に係る洗浄装置では、アウターフィルタ４及びインナーフィルタ５へ噴射される水は、噴射水供給系統２２から噴射水供給ホース１２を介して供給される。なお、図１及び図２中の矢印１８は、水の流れ方向を示す。

噴射水供給系統２２から供給された水は、アウターフィルタ４用の噴射ノズル１０及びインナーフィルタ５用の噴射ノズル１１から、ＣＲＤ３１の先端部３２に向けて噴射されて、先端部３２の周辺のクラッド６，１９を含む水を攪拌する。

アウターフィルタ４用の噴射ノズル１０からの噴射水は、インデックスチューブ１７の外面とアウターフィルタ４の内面との間隙において旋回流を起こし、クラッド６を浮遊させる。また、インナーフィルタ５用の噴射ノズル１１からの噴射水は、インナーフィルタ５の内部に滞留しているクラッド１９を含む水を攪拌してクラッド１９を浮遊させる。

そして、ＣＲＤ３１の先端部３２の周辺のクラッド６，１９を含む水が、ポンプ１４の作動により、吸引ノズル９に吸引され、吸引水ホース１３を介してポンプ１４に送られる。ポンプ１４から送出された水は、フィルタ１５を通過させられ、フィルタ１５において水中のクラッド６，１９が捕獲される。ポンプ１４から送出されフィルタ１５を通過した水は、原子炉１００内、又は原子炉１００外に設置されたプール（図示せず）に向けて放出される。

前記したように、第１実施形態では、原子炉１００内の水中環境においてＣＲＤ３１の先端部３２に向けて水が噴射され、ＣＲＤ３１の先端部３２の周辺の水が吸引される。

このように第１実施形態によれば、ＣＲＤ３１の先端部３２に付着又は滞留等して存在する放射線源となるクラッド６，１９の吸引除去が、原子炉１００内の水中環境で可能となり、これにより、ＣＲＤ３１の先端部３２からの放射線量が低減される。
したがって、ＣＲＤ３１からの放射線による作業員の被ばくをより低減することができるＣＲＤ３１の先端部３２の洗浄装置及び方法を提供できる。

また、極めて高い放射線量のＣＲＤ３１が出現した場合であっても、予め原子炉１００内の水中環境においてＣＲＤ３１の先端部３２に付着又は滞留等して存在するクラッド６，１９を吸引除去することができる。これにより、気中環境において人間が接近可能なレベルまで水中環境において放射線量を低減させた上で、原子炉１００からＣＲＤ３１を取り外すことが可能となる。

≪第２実施形態≫
次に、図３を参照しながら本発明の第２実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２実施形態に係る制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置の構成を示す図である。図１及び図２に示した第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して重複する説明を省略し、主に第１実施形態と相違する点について説明する。

図３に示すように、第２実施形態では、洗浄装置の本体部１ａは、噴射ノズル１０，１１、吸引ノズル９、ポンプ１４、及びフィルタ１５を備えている。本体部１ａは、制御棒案内管２内に挿入可能な形状を呈しており、板状の取付座２０と、取付座２０の下面に固定された略円筒形状の筐体２１ａとを有している。筐体２１ａの内部には、区切り板２３により区切られた上室２４と下室２５とが形成されている。

噴射ノズル１０，１１、及び吸引ノズル９は、筐体２１ａの下室２５内を挿通するように設けられており、カメラ８は、下室２５内に設置されている。一方、ポンプ１４、及びフィルタ１５は、筐体２１ａの上室２４内に設置されている。

第２実施形態において、ポンプ１４は、吸引管としての吸引ノズル９からの水を、噴射管としてのアウターフィルタ４用の噴射ノズル１０及びインナーフィルタ５用の噴射ノズル１１に向けて、フィルタ１５を介して送出するように構成されている。フィルタ１５は、ここでは、ポンプ１４の下流側に設置されているが、ポンプ１４の上流側に設置されていてもよい。

次に、前記のように構成された第２実施形態に係る洗浄装置の作用を説明する。
第２実施形態に係る洗浄装置では、ＣＲＤ３１の先端部３２の周辺の水が、ポンプ１４の作動により、吸引ノズル９に吸引されてポンプ１４に送られ、ポンプ１４から送出された水は、フィルタ１５を通過した後、噴射ノズル１０，１１に向けて送られる。

噴射ノズル１０，１１に送り込まれた水は、噴射ノズル１０，１１の開口端から、ＣＲＤ３１の先端部３２に向けて噴射されて、先端部３２の周辺のクラッド６，１９を含む水を攪拌する。そして、ＣＲＤ３１の先端部３２の周辺のクラッド６，１９を含む水が、ポンプ１４の作動により、吸引ノズル９に吸引されてポンプ１４に送られる。ポンプ１４から送出された水は、フィルタ１５を通過させられ、フィルタ１５において水中のクラッド６，１９が捕獲される。ポンプ１４から送出されフィルタ１５を通過した水は、噴射ノズル１０，１１に向けて送られ、前記のような動作が繰り返される。

前記したように、第２実施形態でも、原子炉１００内の水中環境においてＣＲＤ３１の先端部３２に向けて水が噴射され、ＣＲＤ３１の先端部３２の周辺の水が吸引される。

したがって第２実施形態によっても、前記した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
加えて、前記第１実施形態のように本体部１の外部に噴射水供給系統２２、ポンプ１４、フィルタ１５等を設ける必要が無い。これにより、流路の接続に伴うホースや継手類を削減できるため、洗浄装置の構成を簡素化することが可能となる。また、流路の接続に伴う付帯作業が減少するため、作業性向上、かつ、原価低減が図られる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、前記した実施形態では、噴射ノズル１０，１１、及び吸引ノズル９は、制御棒案内管２の内部に挿入されて配置されるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば噴射ノズル１０，１１、及び吸引ノズル９を備えた本体部１，１ａが、ＣＲＤ３１を収納する制御棒駆動機構ハウジング３に着座されて配置されてもよい。このような構成によれば、原子炉１００内の水中環境において制御棒案内管２が取り外されている場合にも、本発明が適用され得る。この場合、本体部１，１ａの下部形状を、制御棒駆動機構ハウジング３に着座して確実に装着される形状に形成することが望ましい。

また、本発明は、水圧駆動方式を採用したＣＲＤを備えるいわゆる従来型ＢＷＲ、及び水圧駆動方式に加えて微動可能な電動駆動方式を採用したＣＲＤを備えるいわゆる改良型ＢＷＲのいずれにも適用可能である。

１，１ａ 本体部
２ 制御棒案内管
３ 制御棒駆動機構ハウジング（ハウジング）
４ アウターフィルタ
５ インナーフィルタ
６，１９ クラッド
７ カップリングスパッド
８ カメラ
９ 吸引ノズル（吸引管）
１０ アウターフィルタ用の噴射ノズル（噴射管）
１１ インナーフィルタ用の噴射ノズル（噴射管）
１４ ポンプ
１５ フィルタ
１６ 支持具
１７ インデックスチューブ
２０ 取付具
２１ 筐体
２２ 噴射水供給系統
３１ ＣＲＤ（制御棒駆動機構）
３２ 先端部
３３ アウターチューブ
１００ 原子炉

Claims (7)

1. 原子炉内の制御棒を駆動する制御棒駆動機構の前記制御棒側の部分である先端部を洗浄する装置であって、
   前記原子炉内の水中環境において、前記原子炉の底部に取り付けられるハウジング内に収納されている前記制御棒駆動機構の前記先端部に向けて水を噴射する噴射管と、
   前記ハウジング内に収納されている前記制御棒駆動機構の前記先端部の周辺の水を吸引する吸引管と、
   を有することを特徴とする制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置。
2. 前記噴射管及び前記吸引管は、前記制御棒を上下方向に案内する制御棒案内管の内部に挿入されて配置されることを特徴とする請求項１に記載の制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置。
3. 前記噴射管及び前記吸引管を備えた本体部が、前記制御棒駆動機構を収納する前記ハウジングに着座されて配置されることを特徴とする請求項１に記載の制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置。
4. 前記噴射管への水を供給する噴射水供給系統と、
   前記吸引管からの水を前記原子炉内、又は前記原子炉外に設置されたプールに向けて送出するポンプと、
   を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置。
5. 前記吸引管からの水を前記噴射管に向けて送出するポンプを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置。
6. 前記ポンプの上流側又は下流側に設置され、前記吸引管からの水に含まれるクラッドを捕獲するフィルタを有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の制御棒駆動機構の先端部の洗浄装置。
7. 原子炉内の制御棒を駆動する制御棒駆動機構の前記制御棒側の部分である先端部を洗浄する方法であって、
   前記原子炉内の水中環境において、前記原子炉の底部に取り付けられるハウジング内に収納されている前記制御棒駆動機構の前記先端部に向けて水を噴射し、前記ハウジング内に収納されている前記制御棒駆動機構の前記先端部の周辺の水を吸引することを特徴とする制御棒駆動機構の先端部の洗浄方法。

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