JP7132182B2 - 移動式検出器の案内管 - Google Patents

Description

本発明は、沸騰水型原子炉における移動式炉心内計装（Traversing Incore Probe、以下「ＴＩＰ」と称する。）の系統のうち、移動式検出器（以下「ＴＩＰ検出器」と称する。）を案内する案内管に関する。

ＴＩＰ系統は、原子炉の中性子分布を、炉心内でＴＩＰ検出器を移動させて測定する設備である。ＴＩＰ系統においては、月に１回程度の計測器の校正のため、校正用のＴＩＰ検出器をＴＩＰ駆動装置によって原子炉内へ挿入し、原子炉内から引き抜いている。ＴＩＰ検出器は、移動式炉心内計装案内管（以下「ＴＩＰ案内管」と称する。）の内部を通って原子炉の内外に移動する。ＴＩＰ案内管は、その内部をＴＩＰ検出器が移動する管状部材であり、原子炉格納容器を貫通して原子炉圧力容器の内部に延伸する。原子炉に対するＴＩＰ検出器の移動経路には、原子炉格納容器バウンダリに該当する範囲も含まれている。すなわち、ＴＩＰ案内管の原子炉格納容器への接続部（貫通部）は、原子炉格納容器バウンダリに含まれる。

このため、原子炉格納容器に接続するＴＩＰ案内管は、設置スペース等の制約条件を考慮した構成を備えるとともに、ＴＩＰ検出器をその内部で移動させる案内機能と、原子炉格納容器バウンダリとしての機能の両方を持つ構成を備える必要がある。

従来のＴＩＰ案内管とＴＩＰ系統の構成は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のＴＩＰ系統（移動式炉心内計装装置）では、ＴＩＰ案内管（移動式炉心内計装案内管）は、原子炉圧力容器内に挿入され、牽引装置を経て、原子炉格納容器の側面を貫通し、原子炉格納容器の外方へ延伸する。

特開２０１４－２０２５８６号公報

ＴＩＰ案内管は、その内部をＴＩＰ検出器が移動できるように最小曲げ半径が設定されており、この最小曲げ半径を下回らないような曲げ半径を持つか、直管形状である必要がある。

一方、ＴＩＰ案内管の原子炉格納容器への接続部は、原子炉格納容器バウンダリに含まれるため、新規制基準適合性が評価され、シビアアクシデント（以下「ＳＡ」と称する。）時の熱膨張に対して健全性を維持する必要がある。しかし、原子炉格納容器に接続するＴＩＰ案内管は、設置スペースの制約から短尺の直管形状となり、この構造に起因して熱膨張時において過大な座屈応力が発生するので、原子炉格納容器バウンダリとしての健全性を保つのが困難であるという課題がある。原子炉格納容器に接続するＴＩＰ案内管は、全てのプラントに対して、条件（主にＴＩＰ案内管の設置スペースの条件）が異なっていても、原子炉格納容器バウンダリとしての健全性を維持し、原子炉格納容器バウンダリとしての機能を持つ（例えば、原子炉格納容器の熱膨張時にＴＩＰ案内管が座屈しないようにする）必要がある。

本発明は、移動式検出器（ＴＩＰ検出器）を内部で移動させる案内機能と、原子炉格納容器バウンダリとしての機能の両方を持つ、移動式検出器の案内管を提供することを目的とする。

本発明による移動式検出器の案内管は、伸縮性と屈曲性を持つ管状部材であるベローズと、移動式検出器が内部を移動可能であり、前記ベローズの内部に位置する移動式炉心内計装案内管と、前記ベローズの一端部に接続され、原子炉格納容器に設けられたフランジに取り付け可能な第１のフランジと、前記ベローズの他端部に接続された第２のフランジとを備える。

本発明によると、移動式検出器（ＴＩＰ検出器）を内部で移動させる案内機能と、原子炉格納容器バウンダリとしての機能の両方を持つ、移動式検出器の案内管を提供することができる。

本発明の実施例１によるＴＩＰ検出器の案内管を備えるＴＩＰ系統の概略構成を示す模式図。 本発明の実施例１によるＴＩＰ検出器の案内管の構成を示す断面図。 原子炉格納容器が熱膨張により変形したときの、ＴＩＰ検出器の案内管を示す断面図。 ベローズがボール弁側フランジに向かって管軸方向に縮んだ状態のＴＩＰ検出器の案内管を示す断面図。 ベローズが原子炉格納容器に設けられたフランジに向かって管軸方向に縮んだ状態のＴＩＰ検出器の案内管を示す断面図。 本発明の実施例２によるＴＩＰ検出器の案内管の構成を示す断面図。

本発明による移動式検出器（ＴＩＰ検出器）の案内管は、内部をＴＩＰ検出器が移動する移動式炉心内計装案内管（ＴＩＰ案内管）と、ＴＩＰ案内管を収容するベローズを備え、ＴＩＰ案内管がＴＩＰ検出器を移動させる案内機能のみを持ち、伸縮可能なベローズが原子炉格納容器バウンダリとしての機能を持つ。ＴＩＰ案内管は、既存のＴＩＰ案内管であり、ＴＩＰ検出器が移動できるように、設定された最小曲げ半径を下回らない曲げ半径を持つ形状や直管形状を取ることができる。

従来技術では、ＴＩＰ案内管は、ベローズに収容されておらず、原子炉格納容器のフランジに接続されたフランジに溶接で固定されており、原子炉格納容器が熱膨張により変形すると過大な座屈応力が発生し、原子炉格納容器バウンダリとしての健全性を保てないという課題がある。

本発明によるＴＩＰ検出器の案内管では、ＴＩＰ案内管は、原子炉格納容器のフランジから構造上切り離されており（原子炉格納容器のフランジに接続しておらず）、原子炉格納容器の熱膨張による変形は、伸縮性と屈曲性を持つベローズが吸収する。このため、原子炉格納容器が熱膨張により変形しても、ＴＩＰ案内管は、この変形の影響を受けず、原子炉格納容器バウンダリは、構造部に荷重が加わらず、強度を保ち健全性を維持できる。すなわち、本発明によるＴＩＰ検出器の案内管は、原子炉格納容器が変形しても、原子炉格納容器バウンダリの機能を維持できる。

また、本発明によるＴＩＰ検出器の案内管は、伸縮性と屈曲性を持つベローズを備えるので、ベローズを伸縮や屈曲させることにより、設置やメンテナンスに関わるスペースの制約を減らすことができる。

本発明によるＴＩＰ検出器の案内管は、既存の原子炉格納容器に設置することもできる。本発明によるＴＩＰ検出器の案内管を既存の原子炉格納容器に設置する場合には、ＴＩＰ案内管の原子炉格納容器への接続部のみを改造すればよいので、改造作業に対する制約が少ない。

また、本発明によるＴＩＰ検出器の案内管は、ＴＩＰ案内管を備えなくてもよい。この構成では、ベローズがＴＩＰ検出器を移動させる案内機能と原子炉格納容器バウンダリとしての機能を持つ。

以下、本発明の実施例によるＴＩＰ検出器の案内管を、図面を用いて説明する。

本発明の実施例１によるＴＩＰ検出器の案内管を説明する。

図１は、本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００を備えるＴＩＰ系統の概略構成を示す模式図である。このＴＩＰ系統は、ＴＩＰ検出器の案内管１００と、内部をＴＩＰ検出器（図示せず）が移動するＴＩＰ案内管５７と、ＴＩＰ牽引装置５３と、ＴＩＰ駆動装置５４と、ＴＩＰボール弁５５を備える。ＴＩＰ案内管５７は、原子炉格納容器５１の外部から原子炉格納容器５１を貫通し、ＴＩＰ牽引装置５３を経て、原子炉圧力容器５２の内部に延伸する。ＴＩＰ検出器は、ＴＩＰ駆動装置５４がＴＩＰ駆動ケーブル５６を駆動することで、ＴＩＰ案内管５７の内部を移動する。ＴＩＰボール弁５５は、ＴＩＰ案内管５７に設けられて、ＴＩＰ検出器を原子炉格納容器５１に出し入れする際に開閉する弁である。

以下では、ＴＩＰ案内管５７のうち、ＴＩＰ検出器の案内管１００の内部に位置するＴＩＰ案内管を、符号「１１０」を付けてＴＩＰ案内管１１０と称する。ＴＩＰ案内管１１０には、従来のＴＩＰ案内管（例えば、特許文献１に記載のＴＩＰ案内管）を用いることができる。

図２は、本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００の構成を示す断面図である。ＴＩＰ検出器の案内管１００は、ベローズ１２０と、ＴＩＰ案内管１１０と、格納容器側フランジ１１１と、ボール弁側フランジ１１４と、格納容器側フランジ用のプラグ１１２と、ボール弁側フランジ用のプラグ１１５を備える。ＴＩＰ検出器の案内管１００は、原子炉格納容器５１に設けられたフランジ１０（例えば、スリーブ配管のフランジ）に取り付けられる。

ベローズ１２０は、伸縮性と屈曲性を持つ金属製の管状部材である。

ＴＩＰ案内管１１０は、ベローズ１２０の内部に位置する。ＴＩＰ案内管１１０の内部は、ＴＩＰ検出器が移動可能である。

格納容器側フランジ１１１は、ベローズ１２０の一端部に溶接で接続され、原子炉格納容器５１に設けられたフランジ１０にボルトなどで取り付け可能である。格納容器側フランジ１１１は、中空部を備え、この中空部の中にＴＩＰ案内管１１０が位置する。ＴＩＰ案内管１１０は、格納容器側フランジ１１１に接続していない。

ボール弁側フランジ１１４は、ベローズ１２０の他端部に溶接で接続され、ＴＩＰボール弁５５に設けられたフランジ１３０にボルトなどで取り付け可能である。ボール弁側フランジ１１４は、中空部を備え、この中空部の中にＴＩＰ案内管１１０が位置する。ＴＩＰ案内管１１０は、ボール弁側フランジ１１４に接続していない。

格納容器側フランジ用のプラグ１１２は、ＴＩＰ案内管１１０の一端部に設けられ、原子炉格納容器５１の内部のＴＩＰ案内管５７に設けられたプラグ１１７と接続可能である。格納容器側フランジ用のプラグ１１２により、ＴＩＰ検出器の案内管１００のＴＩＰ案内管１１０は、原子炉格納容器５１の内部のＴＩＰ案内管５７と接続できる。ＴＩＰ案内管１１０は、原子炉格納容器５１に設けられたフランジ１０に接続していない。

ボール弁側フランジ用のプラグ１１５は、ＴＩＰ案内管１１０の他端部に設けられ、ＴＩＰボール弁５５を備えるＴＩＰ案内管５７に設けられたプラグ１１８と接続可能である。ボール弁側フランジ用のプラグ１１５により、ＴＩＰ検出器の案内管１００のＴＩＰ案内管１１０は、ＴＩＰボール弁５５を備えるＴＩＰ案内管５７と接続できる。ＴＩＰ案内管１１０は、ＴＩＰボール弁５５に設けられたフランジ１３０に接続していない。

本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００は、ＴＩＰ検出器を案内管１００の内部で移動させる案内機能を備える。ＴＩＰ検出器は、例えば原子炉出力を監視する出力領域モニタを校正するために、ＴＩＰ案内管１１０の内部を移動し、原子炉格納容器５１を出入りすることができる。本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００では、伸縮性と屈曲性を持つベローズ１２０の内部にＴＩＰ案内管１１０が配置されるため、ＴＩＰ案内管１１０は、任意の形状を備えることができる。

原子炉格納容器５１に設けられたフランジ１０には、Ｏリング１１３が設けられる。ＴＩＰボール弁５５に設けられたフランジ１３０には、Ｏリング１１６が設けられる。これらのＯリング１１３、１１６には、例えば、二重Ｏリングを用いることができる。

図３は、原子炉格納容器５１の内部の温度が上昇し、原子炉格納容器５１が熱膨張により変形したときの、ＴＩＰ検出器の案内管１００を示す断面図である。

原子炉格納容器５１が熱膨張すると、原子炉格納容器５１に設けられたフランジ１０は、原子炉格納容器５１に対して外側に変位する。図３には、フランジ１０がＴＩＰ案内管１１０の管軸方向（図３の右方向）に変位した例を示しているが、実際には、フランジ１０は、管軸方向だけでなく、管軸方向に交わる方向にも変位することが予想される。

本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００では、原子炉格納容器５１の熱膨張による変形は、原子炉格納容器バウンダリを構成するベローズ１２０が吸収する。ベローズ１２０は、伸縮性と屈曲性を持ち、管軸方向に限らず、上下方向や管軸に垂直な方向など、任意の方向への変位（膨張）を吸収できる。ＴＩＰ案内管１１０は、格納容器側フランジ１１１とボール弁側フランジ１１４に接続せず、原子炉格納容器５１に設けられたフランジ１０とＴＩＰボール弁５５に設けられたフランジ１３０に接続していないので、原子炉格納容器バウンダリの機能を持っていない。原子炉格納容器バウンダリとしての機能は、ベローズ１２０が持つ。

従って、本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００は、原子炉格納容器５１が熱膨張により変形しても、この変形の影響をＴＩＰ案内管１１０に与えず、原子炉格納容器バウンダリの強度を保ち健全性を維持でき、原子炉格納容器バウンダリとしての機能を備えることができる。

次に、本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００を、原子炉格納容器５１に設けられたフランジ１０から取り外す、またはフランジ１０に取り付ける工程に含まれる手順について説明する。

図４は、ベローズ１２０がボール弁側フランジ１１４に向かって管軸方向に縮んだ状態のＴＩＰ検出器の案内管１００を示す断面図である。

ＴＩＰ検出器の案内管１００をフランジ１０から取り外すときは、格納容器側フランジ１１１をフランジ１０に接続しているボルトなどを取り外し、ベローズ１２０をボール弁側フランジ１１４に向かって圧縮しながら格納容器側フランジ１１１をフランジ１０から離す。すると、図４に示すように、格納容器側フランジ１１１とフランジ１０との間に隙間ができるので、この隙間を利用して、格納容器側フランジ用のプラグ１１２を、原子炉格納容器５１の内部のＴＩＰ案内管５７に設けられたプラグ１１７から取り外すことができる。さらに、フランジ１０に設けられたＯリング１１３の脱着や交換は、従来よりも容易に実施できる。

ＴＩＰ検出器の案内管１００をフランジ１０に取り付けるときも、ベローズ１２０をボール弁側フランジ１１４に向かって圧縮することで、格納容器側フランジ用のプラグ１１２を、原子炉格納容器５１の内部のＴＩＰ案内管５７に設けられたプラグ１１７に接続でき、ベローズ１２０をフランジ１０に向かって伸ばすことで格納容器側フランジ１１１をフランジ１０に近づけて、格納容器側フランジ１１１をボルトなどでフランジ１０に接続することができる。

次に、本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００を、ＴＩＰボール弁５５に設けられたフランジ１３０から取り外す、またはフランジ１３０に取り付ける工程に含まれる手順について説明する。

図５は、ベローズ１２０が原子炉格納容器５１に設けられたフランジ１０に向かって管軸方向に縮んだ状態のＴＩＰ検出器の案内管１００を示す断面図である。

ＴＩＰ検出器の案内管１００をＴＩＰボール弁５５に設けられたフランジ１３０から取り外すときは、ボール弁側フランジ１１４をフランジ１３０に接続しているボルトなどを取り外し、ベローズ１２０を格納容器側フランジ１１１に向かって圧縮しながらボール弁側フランジ１１４をフランジ１３０から離す。すると、図５に示すように、ボール弁側フランジ１１４とフランジ１３０との間に隙間ができるので、この隙間を利用して、ボール弁側フランジ用のプラグ１１５を、ＴＩＰボール弁５５を備えるＴＩＰ案内管５７に設けられたプラグ１１８から取り外すことができる。さらに、フランジ１３０に設けられたＯリング１１６の脱着や交換は、従来よりも容易に実施できる。

ＴＩＰ検出器の案内管１００をフランジ１３０に取り付けるときも、ベローズ１２０を格納容器側フランジ１１１に向かって圧縮することで、ボール弁側フランジ用のプラグ１１５を、ＴＩＰボール弁５５を備えるＴＩＰ案内管５７に設けられたプラグ１１８に接続でき、ベローズ１２０をフランジ１３０に向かって伸ばすことでボール弁側フランジ１１４をフランジ１３０に近づけて、ボール弁側フランジ１１４をボルトなどでフランジ１３０に接続することができる。

本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００は、以上の手順を実行することで、原子炉格納容器５１に設けられたフランジ１０とＴＩＰボール弁５５に設けられたフランジ１３０から取り外す、またはフランジ１０とフランジ１３０に取り付けることができる。

本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１００は、ＴＩＰ検出器をその内部で移動させる案内機能を備えるとともに、原子炉格納容器５１の熱膨張に伴う変位が発生しても、ベローズ１２０の伸縮性と屈曲性によりＴＩＰ案内管１１０が座屈せず、原子炉格納容器バウンダリとしての機能を維持することができる。

本発明の実施例２によるＴＩＰ検出器の案内管を説明する。本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管は、実施例１によるＴＩＰ検出器の案内管と同様の構成を備えるが、ＴＩＰ案内管を備えない点が実施例１によるＴＩＰ検出器の案内管と異なる。以下では、本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管について、実施例１によるＴＩＰ検出器の案内管と異なる点を主に説明する。

図６は、本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１５０の構成を示す断面図である。ＴＩＰ検出器の案内管１５０は、伸縮性と屈曲性を持つベローズ１２０と、格納容器側フランジ１１１と、ボール弁側フランジ１１４を備え、実施例１によるＴＩＰ検出器の案内管１００が備えるＴＩＰ案内管１１０を備えない。従って、ＴＩＰ検出器の案内管１５０は、実施例１によるＴＩＰ検出器の案内管１００が備える、格納容器側フランジ用のプラグ１１２とボール弁側フランジ用のプラグ１１５も備えない。

ベローズ１２０の内部は、ＴＩＰ検出器が移動可能である。ＴＩＰ検出器は、ベローズ１２０の内部と、原子炉格納容器５１の内部のＴＩＰ案内管５７の内部と、ＴＩＰボール弁５５を備えるＴＩＰ案内管５７の内部を移動する。ベローズ１２０は、ＴＩＰ検出器を移動させる案内機能と、原子炉格納容器バウンダリとしての機能を持つ。

本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１５０では、原子炉格納容器５１の熱膨張による変形は、原子炉格納容器バウンダリを構成するベローズ１２０が吸収する。従って、本実施例によるＴＩＰ検出器の案内管１５０は、原子炉格納容器バウンダリの強度を保ち健全性を維持でき、原子炉格納容器バウンダリとしての機能を備えることができる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１０…原子炉格納容器に設けられたフランジ、５１…原子炉格納容器、５２…原子炉圧力容器、５３…ＴＩＰ牽引装置、５４…ＴＩＰ駆動装置、５５…ＴＩＰボール弁、５６…ＴＩＰ駆動ケーブル、５７…ＴＩＰ案内管、１００…ＴＩＰ検出器の案内管、１１０…ＴＩＰ案内管、１１１…格納容器側フランジ、１１２…格納容器側フランジ用のプラグ、１１３…Ｏリング、１１４…ボール弁側フランジ、１１５…ボール弁側フランジ用のプラグ、１１６…Ｏリング、１１７…原子炉格納容器の内部のＴＩＰ案内管に設けられたプラグ、１１８…ＴＩＰボール弁を備えるＴＩＰ案内管に設けられたプラグ、１２０…ベローズ、１３０…ＴＩＰボール弁に設けられたフランジ、１５０…ＴＩＰ検出器の案内管。

Claims (2)

1. 伸縮性と屈曲性を持つ管状部材であるベローズと、
   移動式検出器が内部を移動可能であり、前記ベローズの内部に位置する移動式炉心内計装案内管と、
   前記ベローズの一端部に接続され、原子炉格納容器に設けられたフランジに取り付け可能な第１のフランジと、
   前記ベローズの他端部に接続された第２のフランジと、
   前記移動式炉心内計装案内管の一端部に設けられ、前記原子炉格納容器の内部の移動式炉心内計装案内管に設けられたプラグと接続可能な第１のプラグと、
   前記移動式炉心内計装案内管の他端部に設けられた第２のプラグと、
   を備えることを特徴とする、移動式検出器の案内管。
2. 前記第１のフランジと前記第２のフランジは、それぞれ中空部を備え、
   前記移動式炉心内計装案内管は、前記第１のフランジの前記中空部の中と前記第２のフランジの前記中空部の中に位置する、
   請求項１に記載の移動式検出器の案内管。

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