JP6616585B2 - 汚染物質の付着を低減するためのシステム、可動装置及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、表面の付着および汚染を低減するためのシステムおよび方法に関する。
図１に示されているように、原子力発電所は、従来より、原子炉圧力容器１０を含み、原子炉圧力容器１０は、いくつかの発電システムおよび装置を収容する格納構造５０内で密閉されている。原子炉１０は、原子力を生成するための、様々な構成の燃料および原子炉内部を含み得る。例えば、容器１０は、略円筒形の炉心内に配置されるいくつかの燃料集合体を含み得る。流体冷却材および／または減速材は、原子炉１０を通って流れ得る。例えば、米国の軽水炉では、流体は、純水であってもよく、天然ウラン炉では、流体は、精製重水であってもよく、ガス冷却炉では、流体冷却材は、ヘリウムなどのガスであってもよい（この場合、減速は、他の構造によって行われる）。
容器１０は、フランジ９０の位置で上部ヘッド９５を用いて密閉し、開口することが可能である。図１に示されているように、プラント建設中ならびに定期点検および／または燃料交換のための停止時に、上部ヘッド９５は取り外すことが可能であり、作業者および／または装置は、様々な目的のために格納構造５０の内側で容器１０の内部に接近することが可能である。例えば、原子炉内部に接近することによって、燃料バンドル集合体の一部を交換することおよび／またはこれを炉心内と燃料ステージングもしくは使用済み燃料プール領域との間で移動させることが可能であり、また、格納構造５０内の他の原子炉構造における保守／設置を実行することが可能である。
このような保守の最中に、フランジ９０の上方および原子炉１０の周囲の燃料交換キャビティー２０には、流体冷却材が充填されるか、または満たされ得る。流体冷却材は、熱を除去すること、および、放射線がキャビティー２０の周囲にいる作業者（キャビティー２０の上方の作業床２５上で保守を行っている作業員など）に向かって逃れ出ないように放射線を遮断することの両方を行うことができる。このような遮蔽によって、燃料交換キャビティー２０は、放射性構造の貯蔵および燃料の取扱いのためのステージング領域ならびに原子炉１０への接近のための一般的なインターフェースに使用され得る。
マスト３およびグラップル４を有する燃料交換ブリッジ１は、停止中に、原子炉容器１０への接近によって燃料の取り出し、再装荷、入れ替え、および／または保守を実行するために使用可能である。燃料交換ブリッジ１は、原子炉容器１０が開口されたときに、フランジ９０の上方または周囲の、作業床２５の上に配置され得る。ブリッジ１は、回転および／または任意の水平もしくは垂直位置への横方向の移動を行うことが可能なトロリー２を含み得る。トロリー２は、停止中に原子炉１０内に降下され、キャビティー２０内での燃料および他の構造の移動を実行する、ホイストボックス（ｈｏｉｓｔ ｂｏｘ）およびグラップル４を有する燃料交換マスト３を含み得る。
他の停止期間および運転中に、キャビティー２０は、完全にまたは部分的に（例えば、フランジ９０の下まで）排液されてもよい。キャビティー２０は、このような排液の前は流体冷却材で満たされている場合があることから、流体冷却材の残留物および粒子状物質が、キャビティー壁２１を含むキャビティー表面に付着する場合がある。流体からのこれらの残存物（放射性または化学腐食性のものなど）は、キャビティー２０内、作業床２５上、および／または格納建屋５０の至る所の運転条件にとって望ましくない場合がある。したがって、作業者は、時として、キャビティー２０を満たす流体中の粒子状物質および不純物を低減する手段を取っている。例えば、プラント作業者は、冷却材が排液される表面上の付着を低減するために溶媒を添加するか、もしくは冷却材の化学的性質を変化させる場合があり、および／またはキャビティー２０の床上に固定された、流体に沈めることが可能な（ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ）フィルタを使用する場合がある。例えば、トライニュークリア社（Ｔｒｉ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の水中フィルタは、キャビティー２０の底に配置され、キャビティー２０内の流体を濾過または脱灰することができる。
例示的な実施形態および方法は、構造の周囲に流れを発生させることによって構造への、流体からの望ましくない物質の残着を低減する。例示的な実施形態は、流体源を使用し、この流体源から流体中の構造に対して流体を放出する。放出される流体の流れおよび構造の周囲の流体は、同じであっても、異なってもよい。例えば、両方の流体は、水であってもよいが、周囲の流体は、その中に望ましくない粒子状物質または溶解した汚染物質を有する場合があり、一方、噴射される流体は、濾過され、および／または構造からの望ましくない物質の除去を助けるために化学的に処理されてもよい。例示的な実施形態および方法は、表面への、水からの付着を防止するためにいくつかの種類の水において効果的な毎秒約２ｍ以上の流速を使用してもよい。流速は、加圧流体源および／またはローカルポンプによって発生されてもよく、噴射される流体は、流体噴射の全部または一部に関して、構造の周囲の流体（ただし、随意の濾過、温度調節、および／または化学処理が施される）から取られてもよい。
例示的な実施形態は、全体的に流体に沈められ、それでも動作することができ、様々な所望の表面に噴射する目的で流体中を移動するために流れの放出および浮力の変更のような他の移動方法を使用する。また、例示的な実施形態のシステムは、一部分に関しては流体中で機能し、他の部分に関しては流体の外で機能してもよい。例えば、多段フィルタが、可動アセンブリの内部に取り付けられ、満たされているキャビティー内の冷却水に浸漬されてもよく、この場合、水は、フィルタに通され、誘導ポンプによって２ｍ／Ｓの速度を発生させるために放散されてもよい。あるいはまたはさらに、別のフィルタおよびポンプが、キャビティーから水冷却材を吸引して、これをキャビティーの外のベースに供給してもよく、この場合、水は、化学的および熱的に処理され、付着表面に噴射するためにキャビティー内に送り返される。適切な浮力、サイズ、および噴射放出によって、流体に沈められた可動アセンブリは、洗浄される所望の表面間をまたは洗浄される所望の表面に移動することができる。
例示的な実施形態で使用可能な多段フィルタは、様々な汚染物質（流れの水質によって特異的に遊離した金属結合体（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）を含む）を除去してもよい。例示的な実施形態のフィルタは、個別に取り外し可能かつ廃棄可能ないくつかの異なる段において粗い蓄積部（ｃｏａｒｓｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）、繊維フィルタ、荷電粒子、焼結金属、樹脂などを含んでもよい。
例示的な実施形態は、添付図面（ここでは、同じ要素は、同じ参照符号によって示されている）について詳細に説明することによってより明らかとなる。なお、添付図面は、実例としてのみ示されており、したがって、これらが描いている用語を限定しない。
本文書は、特許文書であり、本文書を読んで理解する際には、一般的な、適用範囲の広い解釈規則が適用されるべきである。本文書において説明され、示されているすべてのものは、添付の特許請求の範囲に含まれる主題の例である。本明細書に開示されているすべての特定の構造的機能的詳細は、例示的な実施形態または方法を形成し、使用する仕方を説明するためのものに過ぎない。本明細書に明確に開示されていない複数の異なる実施形態は、特許請求の範囲に含まれる。したがって、特許請求の範囲は、多くの代替的な形態で実施されてもよく、また、本明細書で述べられている例示的な実施形態のみに限定されるものとして解釈されるべきではない。
第１の、第２の等の用語が、様々な要素について説明するために本明細書で使用されている場合があるが、これらの要素が、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、要素を互いに区別するためにのみ使用される。例えば、例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は、第２の要素と称されてもよく、同様に、第２の要素は、第１の要素と称されてもよい。本明細書で使用されるとき、「および／または」という用語は、１つ以上の関連する列挙された項目の任意のおよびすべての組み合わせを含む。
要素が、別の要素に「連結」、「結合」、「接合」、「付着」、または「固定」されると言われている場合、この要素は、この別の要素に直接的に連結もしくは結合されてもよいし、または、介在する要素が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、要素が、別の要素に「直接連結」または「直接結合」されると言われている場合、介在する要素は存在しない。要素間の関係について説明するために使用される他の語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「〜の間に」に対して「直接〜の間に」、「〜に隣接して」に対して「直接〜に隣接して」等）。同様に、「通信可能に接続される」などの用語は、無線接続であるか否かに関わらず、２つの装置（中間装置、ネットワークなどを含む）間の情報交換ルートのあらゆる変形例を含む。
本明細書で使用されるとき、単数形「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、言葉が「唯一の」、「単一の」、および／または「１つの」のような語によって他の方法で明示的に示されているのでない限り、単数形および複数形の両方を含むことが意図されている。本明細書で使用されるとき、「備える」、「備えている」、「含む」、および／または「含んでいる」という用語は、言明された特徴、ステップ、動作、要素、概念、および／または構成要素の存在を明確に述べているが、それら自身は、１つ以上の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、概念、および／またはこれらの群の存在または付加を排除しないことがさらに理解されるであろう。
以下に述べられている構造および動作は、図面に記載および／または示されている順序にしたがわなくてもよいことに留意すべきである。例えば、連続して示されている２つの動作および／または図は、実際には、関連する機能／作用に応じて、同時に実行されてもよいし、または、場合によっては逆の順序で実行されてもよい。同様に、以下で説明される例示的な方法の個々の動作は、以下で説明される単一の動作は別として動作のループまたは他の一連の動作を実現するために繰り返し、個々に、または連続して実行されてもよい。以下で説明される特徴および機能を任意の実現可能な組み合わせで有する任意の実施形態が、例示的な実施形態の範囲に含まれることが考えられるべきである。
本発明者らは、原子力発電施設における既存の冷却材浄化（粒子状物質の付着を低減するために冷却材の化学的性質の調整と共に、満たされているキャビティー内に固定されたスクラバによってならびに／または既存の冷却材浄化フィルタ、樹脂、および脱イオン化剤（ｄｅｉｏｎｉｚｅｒ）によって原子炉冷却材からイオンを除去することに焦点を合わせた）は、原子炉冷却材中に粒子状物質として存在する金属錯イオンを完全には除去しないことを認識してきた。このことはとりわけ、コバルト、セシウム（特に、燃料棒漏れの場合）、および亜鉛のような金属放射性同位体に関して問題となる。これらは、鉄によって容易に錯体化して、満たされている表面に付着する粒子状物質を形成し、従来の機械的および化学的な修復手段によっては効果的に除去され得ない。満たされている表面に付着したこれらの放射性同位体は、一般に、長い期間にわたって残存し、ドライアウト（ｄｒｙ−ｏｕｔ）時に浮遊するようになる場合がある。このことは、満たす最中および満たした後に当該領域の人員および装置に対して著しい放射線量の被曝をもたらし、また、再び満たすことにより表面から拡散するときに、将来の冷却材汚染にとっての蓄積物として働く。
本発明者らは、冷却材との接触中にプラント表面に付着した放射性の錯体化した金属粒子状物質は、流体力学的作用によって除去され得ることを認識してきた。付着表面において、粒子状物質は、一般に、水のような原子炉冷却材中で形成された、固定表面に隣接する境界層の性質により、それほど強い流体の流れにはさらされない。しかしながら、十分な速度の流体の流れを発生させることによって、金属粒子状物質を、表面から除去することができ、金属粒子状物質の、表面への再付着を防止することができる。したがって、付着表面に対して十分な輸送速度で冷却材を移動させることによって、金属粒子状物質を、冷却材中に保持することができる。この場合、金属粒子状物質は、従来のスクラブ（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ）および／または付加的な濾過によって除去することができ、この結果、それらの付着および放射線被曝の増加が防止される。
放射性同位体の付着を回避する新たに認識された流体力学的な解決策に必要な輸送速度を発見するために、本発明者らは、クローズドシステムにおける粒子状物質の輸送速度に関する参考文献として、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、ポワリエ（Ｐｏｉｒｉｅｒ）の「Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｔｏ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｏｌｉｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ２Ｈ−Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｔａｎｋ Ｆａｒｍ」（ＵＳ ＤｏＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＷＳＲＣ−ＴＲ−２０００−００２６３，Ｓｅｐ．２７，２０００）を頼りとした。溶液のレイノルズ数を導出するために、コバルトの粒子状物質の濃度特性に関わるオープンシステムのためにポワリエの報告にある輸送および残着速度を再活用し、このような粒子状物質の一般的な直径を使用することによって、本発明者らは、毎秒約２ｍの流速が最大で直径５ミリメートルの粒子状物質の付着を抑制することを発見した。この流速は、粒子状物質の輸送速度として予想された必要な流速を大きく下回っている（特に、オープンシステムでのその使用の観点から、およびポワリエの報告にある速度と比較して）。
本発明者らは、付着表面への、２ｍ／ｓを大きく下回る速度での流体の移動が、高レベルの、放射性粒子状物質の残着をもたらすことをさらに認識した。以下の開示は、これらの表面への放射性汚染物質の残着を防止するのに十分な約２ｍ／ｓ以上の算出された速度で、粒子状物質を含有する流体を移動させるシステムおよび方法を利用することによって、これらのおよび他の問題を独自に克服している。
本発明は、望ましくない物質の残着速度を上回る速度で表面に対して流体の流れを形成することによってこの表面への望ましくない付着を低減および／または防止するシステムおよび方法である。本発明とは異なり、以下に述べられている少数の例示的な実施形態および例示的な方法は、本発明としておよび／または本発明に関連して使用され得る様々な異なる構成の一部のみを示している。
図２は、放射性粒子を含有する流体に浸漬されている構造への、放射性粒子の付着の防止を含めて、流体冷却材中の表面への粒子状物質の残着を防止するために使用可能な、例示的な実施形態の流れ誘導システム１００の図である。図２に示されているように、システム１００は、原子炉１０の周囲または上方に配置されたベース１２０を含んでもよい。例えば、誘導システム１００は、原子炉１０の上部ヘッドが燃料炉心および原子炉内部への接近のために取り外されている、保守のための停止中に、原子炉１０のフランジ９０の周囲に配置されてもよい。例示的な実施形態のシステム１００は、可動アセンブリ１５０を含み、可動アセンブリ１５０は、接続部１０１を介して原子炉１０内および原子炉１０内の冷却材中に向かって下に伸ばされ得る。このように、例示的な実施形態の流れ誘導システム１００は、冷却材の外で最も良く機能する構成要素および／または操作インターフェース（電力接続部、ユーザインターフェース、精製冷却材源、外部移動構造など）をベース１２０に含んでもよく、一方、可動アセンブリ１５０は、可動アセンブリ１５０がベース１２０から離されて浸漬されている冷却材に流れを誘導する。あるいは、ベース１２０は、流れを誘導し、冷却材または他の粒子状汚染物質を含有する流体に露出した表面への粒子状物質の付着を防止するための単体構造を実現するために可動アセンブリ１５０に組み込まれてもよいことが理解される。
可動アセンブリ１５０は、所望の表面に向けられる毎秒約２メートル以上の冷却材の流れを発生させる。可動アセンブリ１５０は、いくつかの位置で付着を防止するために冷却材を含む空間内および冷却材中を表面に沿って移動可能である。例えば、図２に示されているように、可動アセンブリ１５０は、原子炉１０の壁のいくつかの異なる軸方向位置に到達するために、接続部１０１に沿って垂直に移動してもよい。同様に、可動アセンブリ１５０は、付着を低減するために誘導流が求められ得る任意の他の表面の半径方向または角度方向まで適切な力によって移動されてもよい。トラック１９０または他の移動経路（クレーンまたは他の移動構造によって設けられるものなど）が、さらにベース１２０の角度移動を可能にするためにフランジ９０の周囲に設けられてもよい。同様に、トラック１９０は、例示的な実施形態の流れ誘導システム１００の所望の移動および／または位置調整を実現するために作業床２５または他の領域上に配置されてもよい。
例示的な実施形態の流れ誘導システム１００は、図２において原子炉１０のフランジ９０の位置に示されているが、誘導システム１００は、他の位置に設置されてもよいことが理解される。例えば、ベース１２０は、可動アセンブリ１５０がキャビティー２０（図１）内に伸ばされ、この中で移動されるように格納作業床２５（図１）上に配置されてもよい。あるいは、例えば、システム１００は、原子力発電プラント内の使用済み燃料プールまたは新しい燃料ステージング領域で使用されてもよい。さらに、例示的な実施形態の流れ誘導システム１００は、流体汚染が流体の流れによって除去可能な任意のシステムに使用されてもよい。
図３および図４は、例示的な実施形態の流れ誘導システムの一部の図であり、図３は、例示的な実施形態の可動アセンブリを詳細に示し、図４は、例示的な実施形態のベースを詳細に示している。したがって、図３の構成要素は、図２の可動アセンブリ１５０としてまたはこれと共に使用可能であり得る。また、図４の構成要素は、図２のベース１２０としてまたはこれと共に使用可能であり得る。あるいは、図３および図４の例示的な実施形態は、例えば、別々にもしくは異なるシステムと共に使用されてもよいし、または単一の可動システムとして組み合わされてもよい。
図３に示されているように、例示的な実施形態の可動アセンブリ３００は、ある量の冷却材流体中のいくつかの異なる表面に対して、付着を低減する冷却材の流れを形成するために様々な構成要素を含んでもよい。アセンブリ３００は、位置調整のためのガイドまたは移動アームに連結されてもよい。例えば、ワイヤ、ポール、または取り外し可能に固定されたロッド３０１は、燃料交換キャビティー２０または他の空間の軸方向深さに及んでもよく、また、例示的な実施形態のアセンブリ３００は、固定されたロッド３０１に沿ったアセンブリ３００の軸方向移動のみを可能にする、キーホール、ループ、またはグロメットのような可動コネクタ３０２を介してロッド３０１に連結されてもよい。ロッド３０１は、キャビティー２０の外で他の構成要素（冷却材供給源３５４、給電部３８５などを含むベース１２０など）に連結されてもよいし、あるいは、ロッド３０１は、分離して使用されてもよい。
冷却材供給源３５４は、ポール３０１に結合されてもよいし、あるいは可動アセンブリ３００に設けられてもよい。冷却材供給源３５４は、粒子状物質を除去するための誘導流を形成するためにさらに量の冷却材または他の適合流体を供給してもよい。例えば、冷却材が、脱イオン化またはホウ酸化された軽水の場合、冷却材供給源３５４は、適合する水を供給してもよい。また、冷却材供給源３５４は、比較的清浄な流体、および最適な汚染洗浄のために化学処理され、温度調節された流体を供給してもよい。例えば、冷却材供給源３５４は、粒子状物質の溶解性およびフィルタによる除去可能性を高めるために弱酸および／または酸化剤によって処理された比較的低温の水を供給してもよい。また、冷却材供給源３５４は、例示的な実施形態の可動アセンブリ３００に対して、より高い圧力または動作圧力の流体の流れを誘導するための冷却材を供給してもよい。冷却材供給源３５４は、アセンブリ３００に直接供給してもよいし、あるいは冷却材供給接続部３５５（例えば、管またはインジェクタであってもよい）を介して接続されてもよい。
また、例示的な実施形態の可動アセンブリ３００は、ポンプ３４４または他の流体力学的な流れ誘導構造を含んでもよい。例えば、ポンプ３４４は、誘導ジェットポンプ、遠心ポンプ、水圧ポンプなどであってもよい。ポンプ３４４は、バッテリーを用いてローカルに給電されてもよいし、あるいはロッド３０１を介して遠隔の外部電源（給電部３８５など）に接続されてもよい。ポンプ３４４は、冷却材供給源３５４からの圧力および整流が、所望の冷却材の流れを形成するのに十分な場合は省略されてもよいが、ポンプ３４４は、加圧冷却材供給源３５４と共にまたは冷却材供給源３５４を伴わずに使用されてもよい。
例示的な実施形態の可動アセンブリ３００は、所望の表面（キャビティー壁２１など）に向けられる流れを形成するために、冷却材供給源３５４から供給される流体および／またはキャビティー２０からの冷却材を使用してもよい。図３の例では、アセンブリ３００は、流れ３５２を形成する際に、供給される冷却材流体および周囲の冷却材流体の両方を使用する。例えば、冷却材供給源３５４からのより低温の冷却材は、上部マニホールド３５６に流入し、熱交換器３５７の一連の管および／またはバッフルを通って流下してもよい。冷却材は、管から下部捕集マニホールド３５８に流入し、最終部分の冷却材供給接続部３５５（可撓性管または噴射装置であってもよい）に流入してもよい。このとき、ポンプ３４４は、場合によりノズルおよび／またはディフューザを介して、冷却材を加圧および加速して、表面２１に対する誘導流３５２にする。
さらに、キャビティー２０からの周囲の冷却材が、上部入口３５３を介して取り込まれ、熱交換器３５７の周囲の内部フィルタ３５０を通過されてもよい。内部フィルタ３５０は、キャビティー２０から取り込まれた周囲の冷却材から不純物および追い払われた／溶解した放射性核種の付着を濾過して除去することができ、これにより、比較的清浄な誘導された流体の流れを可能にする。フィルタ３５０として使用可能な例示的な実施形態のフィルタは、図５に関連して述べられる。冷却材供給源３５４からの冷却材が、キャビティー２０内の冷却材よりも冷たい場合、熱交換器３５７内のより低温の冷却材に起因する自然対流は、キャビティー２０から入口３５３および内部フィルタ３５０に周囲の冷却材を駆動することを助けることができる。内部フィルタ３５０によって濾過された後の、周囲の冷却材は、周囲冷却材コネクタ３４５を介してポンプ３４４に関連付けられてもよい。
ポンプ３４４は、冷却材供給接続部３５５を介して冷却材供給源３５４から供給される加速された冷却材を用いて、周囲冷却材コネクタ３４５から周囲の冷却材を取り込んでもよい。適切な流路（場合によりディフューザを含む）の使用によって、ポンプ３４４からの加速された冷却材は、周囲冷却材コネクタ３４５に吸引力を発生させることができ、これにより、さらに周囲の冷却材を入口３５３およびフィルタ３５０に吸い込む。例えば、適切なポンプ能力および流路によって、周囲の冷却材から吸い込まれる冷却材と冷却材供給源３５４からの冷却材との比率は、２対１であってもよい。
例示的な実施形態の可動アセンブリ３００は、ポンプを用いて冷却材の流れを形成するために、供給される冷却材および周囲の冷却材の両方を使用しているが、例示的な実施形態において、他の組み合わせも使用可能であることが理解される。例えば、ポンプまたはフィルタを用いずに所望の冷却材の流れを形成するために、加圧冷却材源およびノズルのみが使用されてもよい。あるいは、例えば、外部供給源を必要とせずに冷却材の流れを形成するために、ローカルに給電されるポンプおよび周囲の冷却材のみが使用されてもよい。あるいは、図３に示されているように、すべてのシステムが一緒に使用されてもよい。
誘導された冷却材の流れ３５２は、ポンプ３４４および場合によりノズルまたはディフューザの効力により任意の所望の速度で吐出または放出される。例えば、適切なポンプ能力および／または流路の狭窄によって、冷却材の流れ３５２は、２ｍ／ｓ以上となることができ、これにより、上述した所望の付着の防止および除去が行われる。冷却材の流れ３５２は、冷却材に浸漬されている間に放射性核種の付着がない状態に保つことが求められる様々な表面（キャビティー壁２１など）に向けられてもよい。
また、例示的な実施形態の可動アセンブリ３００は、冷却材の流れ３５２に起因して軸方向または他の方向に移動可能であってもよい。例えば、冷却材が、軽水で満たされているキャビティー２０への流れ３５２の状態の軽水の場合、十分な力が、ポール３０１に沿ってアセンブリ３００を上方に移動させるために、アセンブリ３００における流れ３５２（わずかに下向きの角度の流れ３５２であっても）によって生成されてもよい。流れ３５２は、ポール３０１に沿った可動アセンブリ３００の所望の上方または下方への移動（場合により、冷却材の流れ３５２によって発生した力のみによって、近傍に位置する表面の軸方向の長さの全体に及ぶ）を行うために、方向および／または強度が変更されてもよい。同様に、十分に高密度な冷却材（水のような）中で例示的な実施形態の可動アセンブリ３００を選択的に移動させるために、重力および浮力が、単独でまたは流れ３５２からの力ならびに他の移動構造および力と組み合わせて使用されてもよい。また、十分な軸方向上方への移動は、使用される場合、濾過のための、入口３５３への周囲の冷却材の流れを強化することができる。
図４に示されているように、例示的な実施形態のベース４００は、流れを形成する目的で流体冷却材を処理して可動アセンブリに供給する（場合により、可動アセンブリを移動させ、制御する）ために様々な構成要素を含んでもよい。例示的な実施形態のベース４００は、可動アセンブリ１５０による付着除去流が噴射されるか、またはこれにさらされる、冷却材が充填された空間（例えば、燃料交換キャビティー２０など）の近傍または上方に配置されてもよい。あるいは、ベース４００は、より遠くに配置されてもよい（場合により、いくつかの異なる設備に分散させて）し、または可動アセンブリ１５０内の構成要素であってもよい。
冷却材は、任意の供給源（満たされているキャビティー２０、冷却材リザーバ、プラント給水部、現場の水栓などを含む）からベース４００に供給されてもよい。例えば、吸引フィルタ４１０が、キャビティー２０内の冷却材に浸漬されてもよく、冷却材は、ポンプ４１３によってフィルタ４１０を介してベース配管４１１に吸い込まれてもよい。フィルタ４１０は、溶液中の、または冷却材中の粒子状物質としての放射性核種を効果的に除去してもよい。例えば、フィルタ４１０は、例示的な実施形態の可動アセンブリ３００において使用可能な、図５に関連して述べられる例示的な実施形態のフィルタ５００と同様であってよい。配管４１１は、流体冷却材を運ぶことが可能な任意の輸送路（プラスチック管および金属パイプを含む）であってもよい。ポンプ４１３は、任意の種類の流体駆動装置（例示的な実施形態の可動装置におけるポンプ３４４（図３）として使用可能な設計のものおよび冷却材の外で機能する、より大型の、または流体に沈めることが不可能なポンプを含む）であってもよい。
例示的な実施形態のベース４００は、可動アセンブリ１５０に供給される最適な冷却材（最適な清浄度、最適な温度、および／または最適な化学的性質を有する）を生成するためのいくつかの構成要素を含んでもよい。例えば、熱交換器４１２が、冷却材の温度を大幅に低下させるために配管４１１の途中の任意の位置に配置されてもよく、これにより、可動アセンブリ１５０に供給される冷却材は、周囲の冷却材の温度よりも低温のものとなり、より低い温度の場合に可能な自然対流移動および／または付着低減に使用され得るようになる。また、例えば、化学インジェクタシステム（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ）４２０が、所望のｐＨ、緩衝剤（ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ）、酸化剤（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、酸素化剤（ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）、ホウ素化剤（ｂｏｒａｔｉｏｎ）、界面活性剤、透明度、塩分濃度、交換カチオン、および／または樹脂濃度などを冷却材に与えるために配管４１１の途中に設置されてもよい。
図４に示されているように、化学インジェクタシステム４２０の例は、配管４１１の途中に設置されたベンチュリ４２１を含んでもよい。ベンチュリ４２１の低圧のピンチポイント（ｐｉｎｃｈ ｐｏｉｎｔ）は、停止弁４２２が開かれたときにこのピンチポイントで冷却材に注入される化学物質のための吸引力を発生させることができる。同様に、インジェクタまたはフローミキサが、所望の添加剤を冷却材に供給するためにベンチュリ４２１に使用されてもよい。停止弁４２２の向こう側には、いくつかの異なる添加剤タンクであって、特定の種類の添加剤を制御するためにそれ自体の停止弁を有するいくつかの異なる添加剤タンクがあってもよい。例えば、過酸化水素などの予備酸化剤が、弁４２３によってタンク４２４内に保持されてもよく、比較的弱い硝酸などの希酸が、弁４２５によってタンク４２６内に保持されてもよい。
弁４２３、４２５、および４２２を用いてタンク４２４および４２６の成分を所望の比率および総量で混合することによって、冷却材として使用される水は、酸を含む誘導流にさらされた表面において酸化反応を触媒または促進する希酸を含むようになってもよい。このような方法で、上記の表面の近傍の局所的な水冷却材のｐＨを５〜６の範囲に維持することができ、これにより、金属付着の除去および溶解が容易になる。表面における、金属が濃縮された酸化物はさらに、これらの条件下で、水冷却材中の過酸化水素によって可溶性イオンへと酸化されてもよい（可溶性クロム酸塩へのクロム系酸化物の酸化など）。このようにして、酸化物中の放射性核種は、例示的な実施形態のシステムのフィルタおよび既存の冷却材浄化システムによってより容易に除去されるようになってもよい。当然のことながら、他の所望の化学物質が、所望の冷却材の流れの化学的性質を達成するために任意の数の異なるタンクから注入されてもよい。
例示的な実施形態のベース４００は、接続部１０１を介して可動アセンブリ１５０に接続され、これにより、処理された冷却剤が、粒子状物質の残着を防止する流れの形成に使用するために所望の圧力で供給されるようになってもよい。同様に、電力、作業者の命令、および／または再配置／移動が、接続部１０１を介してベース４００からもたらされてもよい。
図５は、例示的な実施形態の可動アセンブリ３００のフィルタ３５０（図３）としておよび／またはベースフィルタ４１０（図４）として使用可能な例示的な実施形態のフィルタ５００の図である。図５に示されているように、フィルタ５００は、（場合により、例示的な実施形態のシステムによって冷却材中の表面付着から除去された後の）望ましくない冷却材の不純物（冷却材に溶解している金属錯体中の放射性核種を含む）を濾過して除去するように構成されたいくつかの異なる層を含んでもよい。層は、段々とより微細な汚染物質を濾過するように個別的にまたは段階的に積層されてもよい。
例えば、入口３５３（図３）の真下に、保守中に冷却材空間にしばしば落下する加工屑（ｆｉｌｉｎｇｓ）、塗料片、締結具、ぼろきれのような大きな物体を阻止するために、ピッチが広いフィルタを有する粗い蓄積部５３４があってもよい。その隣には、冷却材中の大きな粒子状物質を捕捉するより高密度のメッシュまたは繊維の層を有する繊維フィルタ５３３があってもよい。その下には、通過する冷却材からより小さな腐食性粒子を引き付けて保持する、静電ポテンシャルを有する材料（様々な表面イオンまたは荷電ポリマー鎖を有する砂または微細な砂利のような）の荷電床（ｃｈａｒｇｅｄ ｂｅｄ）５３２があってもよい。その隣には、焼結金属シートまたは微細多孔質の金属コルゲートシートを有する金属濾過床５３１が配置されてもよい。
最後に、樹脂床５３０が、２つのスクリーン５２９および５２８の間に保持されてもよい。樹脂床５３０は、非可溶性のイオン化された樹脂（従来の原子力冷却材洗練化および浄化システムで使用されているもののような）であってもよい。これらの樹脂は、アンバーライト（Ａｍｂｅｒｌｙｔｅ）、架橋ポリスチレン、およびアンバージェット（Ａｍｂｅｒｊｅｔ）のような知られている製品を含んでもよい。具体的には、樹脂床５３０は、汚染された表面が輸送速度の流速にさらされた後に冷却材中に放出された知られている金属錯体を捕捉するように適合されてもよい。スクリーン５２９および５２８は、清浄な冷却材が自由に通過することを可能にしながらも、樹脂がフィルタ５００の外に移動することを防止するのに十分な程度に微細であってもよい。予備スクリーン５２７が、スクリーン５２８の不具合の場合に樹脂５３０が逃れ出ることを防止するためにスクリーン５２８の下にあってもよい。
冷却材は、コレクタ５２６に向かって段階的にフィルタ段５３４、５３３、５３２、５３１、および５３０のそれぞれを通って流れてもよく、例えば、冷却材供給ライン３４５（図３）または配管４１１（図４）のような出口に排出されてもよい。図３の例示的な実施形態のフィルタ３５０における冷却材供給ライン３４５の場合、誘導ポンプからの吸引力は、各層における圧力降下に打ち勝つのに十分な程度に大きくてもよく、これにより、少なくとも２ｍ／ｓのより大きな組み合わされた清浄な誘導流を形成するのに十分な量の冷却材が、フィルタ５００を通過するように駆動されて濾過される。このようにして、誘導流は、冷却材に浸漬された表面上の放射性核種の粒子状物質の付着を低減することができるだけでなく、これを浄化する可動アセンブリを推進させ、例示的な実施形態のフィルタによって阻止される多くの冷却材の汚染物質が存在する可能性が高い領域の近傍で、可動アセンブリを通る冷却材を濾過することもできる。
例示的な実施形態のフィルタ５００は、容易な組み立て／解体を可能にし、使用後の、場合により放射性である成分の追加的な処理を最小限に抑える方法で構成されてもよい。例えば、段５３４、５３３、５３２、５３１、および５３０のそれぞれは、弾性フィルタセグメントであって、各セグメント端部の外周に外側フランジ５０１を有する弾性フィルタセグメントに収容されてもよい。フランジ５０１のそれぞれは、清掃および／または廃棄のために個々のセグメントがフランジ５０１において容易に取り外されることを可能にする、バックルまたは締結具のようなクイックリリース５０２を用いて互いに隣接するセグメントの間で隣接するフランジに対してシールされてもよい。フランジ５０１およびリリース５０２は、フィルタセグメントからの使用済みの汚れたフィルタエレメントの直接的廃棄が可能になるように、形状および接合構造に関して、高信頼性の廃棄システムに適合してもよい。さらに、フランジ５０１は、フィルタ５００に追加される追加の遮蔽および／または浮揚リングに適合してもよい。例えば、高密度の遮蔽リング（タングステンから作られたものなど）が、処理中の露出を最小限に抑えるためにフィルタ５００を取り囲み、フランジ５０１に接するように追加されてもよい。同様に、浮力のある浮揚リングは、冷却材中での所望の浮力および移動を可能にするためにフランジ５０１の下の、フィルタ５００のセグメントの周囲に通され、フィルタ５００および例示的な実施形態の可動アセンブリ３００（図３）の浮力を変更してもよい。
ベース１２０および／または可動アセンブリ１５０およびこれらの例示的な実施形態の構成要素３００、４００、５００を含む例示的な実施形態のシステム１００は、原子炉環境で機能するように構成されてもよい。例えば、例示的な実施形態のベース４００および例示的な実施形態の可動アセンブリ３００のすべての構造的な構成要素は、原子炉において遭遇する放射線、可変温度、および腐食環境にさらされたときに実質的にその物理的特性を維持するように設計された材料から作製されてもよい。同様に、例示的な実施形態に使用される材料は、確率的なリスク評価判定の不具合回避に関して信頼できる品質を有してもよく、また、使用後の放射能汚染および洗浄要求を最小化するために放射性核種の粒子状物質または溶質の同伴または吸着を最小化するように設計されてもよい。
例示的な実施形態は、流体に浸漬された表面上の粒子状物質の付着を防止するために様々な方法で使用されてもよい。例えば、ＢＷＲ、ＥＳＢＷＲ、ＰＷＲ、ＣＡＮＤＵ、またはＡＢＷＲのような原子力発電プラントにおいて、燃料交換キャビティーまたはチムニのような領域は、運転および／または保守の間にわたって水冷却材で満たされてもよく、また、例示的な実施形態のシステムは、冷却材中の表面に対して毎秒約２メートルの冷却水の流れを誘導するためにこのような領域に設置されてもよい。これは、冷却材に浸漬されながら流れを形成する例示的な実施形態の可動アセンブリによって達成することができる。作業者は、冷却材中の付着除去のために表面の周囲に流れを特定的に配置するように例示的な実施形態を構成し、向けてもよい。また、例示的な実施形態は、表面から粒子状物質の付着を追い払う流れのすぐ近傍で冷却水の能動的な濾過を行ってもよい。例示的な実施形態はさらに、付着を除去および溶解するｐＨ、酸化剤、交換カチオンなどを有する水の化学的性質を実現してもよい。冷却材の付着がない状態に表面を保つことによって、放射性核種は、容易には、流体に沈められた表面上に残存し得ず、または、後に、表面が他の動作の間に乾燥したときに浮遊し得なくなる。
例示的な実施形態および方法は、以上のように説明されているが、例示的な実施形態が、日常の実験によって変更され、置き換えられてもよい一方で、それにもかかわらず以下の特許請求の範囲に含まれることが、当業者によって理解されるであろう。例えば、軽水の原子炉冷却材のような流体が、一部の実施形態において表面に対する流れを形成するために使用されてもよいが、他の流体（重水のような）が、例示的な実施形態において同様に使用可能である。例示的な実施形態は、ベース、可動アセンブリ、およびフィルタの部品として示されているが、これらの部品は、所望の機能に応じて、流体に沈めることが可能な単体品として組み合わされてもよく、および／またはさらに分割もしくは完全に省略されてもよいことが理解される。様々な異なる原子炉および原子炉の設計および放射性廃棄物の管理構造は、単なる適切な寸法変更によって例示的実施形態および方法に適合する。すべてのこのような変更は、添付の特許請求の範囲内に含まれ、このような変形は、添付の特許請求の範囲からの逸脱と見なされるべきではない。
１ 燃料交換ブリッジ
２ トロリー
１０ 原子炉圧力容器
２０ 燃料交換キャビティー
２１ キャビティー壁、表面
２５ 作業床
５０ 格納建屋、格納構造
９０ フランジ
９５ 上部ヘッド
１００ 例示的な実施形態の流れ誘導システム
１０１ 接続部
１２０ ベース
１５０ 可動アセンブリ
１９０ トラック
３００ 例示的な実施形態の可動アセンブリ
３０１ ロッド、ポール
３０２ 可動コネクタ
３４４ ポンプ
３４５ 冷却材供給ライン、周囲冷却材コネクタ
３５０ 内部フィルタ
３５２ 流れ
３５３ 上部入口
３５４ 冷却材供給源
３５５ 冷却材供給接続部
３５６ 上部マニホールド
３５７ 熱交換器
３５８ 下部捕集マニホールド
３８５ 給電部
４００ 例示的な実施形態のベース
４１０ 吸引フィルタ
４１１ ベース配管
４１２ 熱交換器
４１３ ポンプ
４２０ 化学インジェクタシステム
４２１ ベンチュリ
４２２、４２３、４２５ 停止弁
４２４、４２６ 化学タンク
５００ 例示的な実施形態のフィルタ
５０１ セグメントフランジ
５０２ クイックリリース
５２６ コレクタ
５２９、５２８、５２７ スクリーン
５３０ 樹脂床
５３１ 金属濾過床
５３２ 荷電床
５３３ 繊維フィルタ
５３４ 粗い蓄積部
２ トロリー
１０ 原子炉圧力容器
２０ 燃料交換キャビティー
２１ キャビティー壁、表面
２５ 作業床
５０ 格納建屋、格納構造
９０ フランジ
９５ 上部ヘッド
１００ 例示的な実施形態の流れ誘導システム
１０１ 接続部
１２０ ベース
１５０ 可動アセンブリ
１９０ トラック
３００ 例示的な実施形態の可動アセンブリ
３０１ ロッド、ポール
３０２ 可動コネクタ
３４４ ポンプ
３４５ 冷却材供給ライン、周囲冷却材コネクタ
３５０ 内部フィルタ
３５２ 流れ
３５３ 上部入口
３５４ 冷却材供給源
３５５ 冷却材供給接続部
３５６ 上部マニホールド
３５７ 熱交換器
３５８ 下部捕集マニホールド
３８５ 給電部
４００ 例示的な実施形態のベース
４１０ 吸引フィルタ
４１１ ベース配管
４１２ 熱交換器
４１３ ポンプ
４２０ 化学インジェクタシステム
４２１ ベンチュリ
４２２、４２３、４２５ 停止弁
４２４、４２６ 化学タンク
５００ 例示的な実施形態のフィルタ
５０１ セグメントフランジ
５０２ クイックリリース
５２６ コレクタ
５２９、５２８、５２７ スクリーン
５３０ 樹脂床
５３１ 金属濾過床
５３２ 荷電床
５３３ 繊維フィルタ
５３４ 粗い蓄積部
Claims (14)
- 流体に浸漬された表面（２１）上の、汚染物質の付着を低減するためのシステム（１０）であって、
流体源と、
前記流体に浸漬されながら、前記流体源からの流体を前記表面（２１）に対して放出するように構成された装置とを備え、
前記流体源が、ベース（１２０、４００）を含み、該ベース（１２０、４００）が、ポンプ（４１３）、第１のフィルタ（４１０）、および配管（４１１）を有し、前記ポンプ（４１３）、前記第１のフィルタ（４１０）、および前記配管（４１１）が、全体として、前記装置が前記流体に浸漬されている領域から前記流体を吸い込むように構成されており、
前記装置が、前記流体源に接続された誘導ポンプ（３４４）を含む可動アセンブリ（１５０、３００）であり、
前記可動アセンブリ（１５０、３００）が、前記表面（２１）のいくつかの異なる位置に前記流体を放出するために前記流体中を移動可能であるシステム（１００）。 - 前記流体源が、
前記装置が浸漬されているキャビティー（２０）から前記流体を吸い込むように構成さ
れたポンプを含む、請求項１に記載のシステム（１００）。 - 前記装置が、前記ポンプが前記流体に浸漬されるように前記ポンプを含む、請求項２に
記載のシステム（１００）。 - 前記流体が水であり、前記装置が、直接的に前記表面（２１）に対して少なくと
も毎秒２メートルの、前記水の流速を発生させるように前記水を放出するように
さらに構成されている、請求項１に記載のシステム（１００）。 - 前記流体源および前記装置の少なくとも一方内にフィルタ（５００）をさらに備え、前
記フィルタ（５００）が、前記装置によって放出される前記流体から汚染物質を除去する
ように構成されており、前記フィルタ（５００）が、前記流体に溶解している前記汚染物
質を除去するために樹脂の少なくとも１つの段（５３０）を含む、請求項１に記載のシス
テム（１００）。 - 前記流体源が、
前記表面（２１）が浸漬されている前記流体の温度を下回る温度に前記放出される流体
を冷却する熱交換器（４１２）と、
前記放出される流体の化学的性質を変更するように構成された化学インジェクタ（４２
０）とを含む、請求項５に記載のシステム（１００）。 - 前記流体源が、熱交換器（４１２）および化学インジェクタ（４２０）をさらに含み、
前記可動アセンブリ（１５０、３００）が、吸込口（３５３）および第２のフィルタ（
３５０）を含み、前記吸込口（３５３）および前記第２のフィルタ（３５０）が、全体と
して、前記可動アセンブリ（１５０、３００）が前記流体に浸漬されている前記領域から
前記流体を吸い込むように構成されており、
前記可動アセンブリ（１５０、３００）が、前記領域内に前記流体を放出する前記誘導
ポンプ（３４４）からの力によって移動可能である、請求項１に記載のシステム（１００
）。 - 前記吸込口（３５３）および前記第２のフィルタ（３５０）が、前記誘導ポンプ（３４
４）に接続されており、これにより、前記放出される流体を形成するために、前記流体が
、前記吸込口（３５３）を介して能動的に吸い込まれ、前記第２のフィルタ（３５０）に
、前記流体源から前記流体が送り込まれるようになっている、請求項７に記載のシステム
（１００）。 - 液体が満たされた空間（２０）内で流れ（３５２）を誘導することによって汚染物質の付着を低減する可動装置（１５０、３００）であって、
前記空間（２０）から前記液体を受け入れる流入口（３５３）と、
前記液体から粒子状物質および溶解した汚染物質を濾過するように構成された多段フィルタ（３５０、５００）と、
表面（２１）に接触する前記液体の、少なくとも毎秒２メートルの流速を発生させるように前記液体を前記表面（２１）に向ける出口とを備え、
前記流入口（３５３）に接続されたポンプ（３４４）であって、前記可動装置（１５０
、３００）が前記空間（２０）内の前記液体に完全に浸漬されている間に、前記流れ（３
５２）を形成するように構成されたポンプ（３４４）をさらに備え、
供給源（３５４）から液体を受け入れるように構成された液体接続部（３５５）をさらに備え、前記ポンプ（３４４）が、前記流れ（３５２）を形成するために前記供給源（３５４）からの前記液体および前記流入口（３５３）からの前記液体を共に駆動する誘導ポンプ（３４４）である、可動装置（１５０、３００）。 - 前記供給源（３５４）からの前記液体が、前記流入口（３５３）からの前記液体とは異
なる温度、異なるｐＨ、および異なる酸化剤含有量を有する、請求項９に記載の可動装
置（１５０、３００）。 - 液体が満たされた空間（２０）内で流れ（３５２）を誘導することによって汚染物質の付着を低減する可動装置（１５０、３００）であって、
前記空間（２０）から前記液体を受け入れる流入口（３５３）と、
前記液体から粒子状物質および溶解した汚染物質を濾過するように構成された多段フィルタ（３５０、５００）と、
表面（２１）に接触する前記液体の、少なくとも毎秒２メートルの流速を発生させるように前記液体を前記表面（２１）に向ける出口とを備え、
前記フィルタ（１５０、５００）が、
粗い蓄積段（５３４）と、
繊維フィルタ段（５３３）と、
荷電床段（５３２）と、
金属濾過床段（５３１）と、
２つのスクリーン（５２８、５２９）間に固定された樹脂床段（５３０）とを含み、
前記段のそれぞれが、前記フィルタ（５００）の別個の部分であり、前記別個の部分が
、前記部分のそれぞれの端部にあるフランジ（５０１）を用いて互いに取り外し可能に取
り付けられている、可動装置（１５０、３００）。 - 前記樹脂床（５３０）が、前記表面（２１）上の付着から除去される金属溶質を前記液
体から濾過するように構成された樹脂を含む、請求項１１に記載の可動装置（１５０、３
００）。 - 液体が満たされた空間（２０）内で流れ（３５２）を誘導することによって汚染物質の付着を低減する可動装置（１５０、３００）であって、
前記空間（２０）から前記液体を受け入れる流入口（３５３）と、
前記液体から粒子状物質および溶解した汚染物質を濾過するように構成された多段フィルタ（３５０、５００）と、
表面（２１）に接触する前記液体の、少なくとも毎秒２メートルの流速を発生させるように前記液体を前記表面（２１）に向ける出口とを備え、
前記流れ（３５２）が、前記空間（２０）内で前記可動装置（１５０、３００）を移動
させる、可動装置（１５０、３００）。 - 汚染物質含有水に浸漬されている露出したシステム表面（２１）上の、汚染物質の付着
を除去する方法であって、
前記表面（２１）に接する前記水を毎秒約２メートルの速度で流すステップと、
前記流すステップの結果として前記水に溶解した汚染物質に関して前記水を濾過するス
テップとを含み、
前記流される水が、酸化剤および弱酸を含み、
前記流すステップが、前記水に完全に沈められた、前記流れ（３５２）を発生させる誘
導ポンプ（３４４）を含む可動アセンブリ（１５０、３００）によって行われる、
方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/266,302 | 2014-04-30 | ||
| US14/266,302 US10770191B2 (en) | 2014-04-30 | 2014-04-30 | Systems and methods for reducing surface deposition and contamination |
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|---|---|
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| JP6616585B2 true JP6616585B2 (ja) | 2019-12-04 |
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ID=53016538
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| EP (1) | EP2940695B1 (ja) |
| JP (1) | JP6616585B2 (ja) |
| ES (1) | ES2622860T3 (ja) |
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| FR2678260B1 (fr) | 1991-06-26 | 1994-02-18 | Otv Sa | Chaine de traitement des eaux de surface a barriere de securite, barriere de securite, et applications correspondantes. |
| US5553106A (en) * | 1994-06-15 | 1996-09-03 | Hitachi, Ltd. | Residual stress improving method for members in reactor pressure vessel |
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