(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器内のダウンカマ部に設置される金属製のタンクと、このタンクに金属製の空気配管を介して接続したベント弁と、前記空気配管に加圧止弁を介して接続され前記タンクに加圧空気を供給する空気圧縮機と、前記タンクに接続されて前記タンク内に貯留された液体を外部に吐出する金属製の吐出配管と、前記タンクの下部に逆止弁を介して設けられた液体の吸込み口とを具備したことを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は環境の悪い領域、例えば高放射線量率場や保守点検等が困難な場所に設置して使用するポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ポンプといわれる機器は日常さまざまな分野で使用されている。ポンプはその使用条件から多種多様な設計がなされ使用に供されている。しかしながら、特殊な分野では従来のポンプでは使用できないものもある。
【０００３】
例えば、超高放射線の雰囲気で使用できるポンプが存在するのか否かで、これについては、放射線の強度によっては従来のポンプの中から選定することもできるが、全く不向きな場合もある。
【０００４】
例えば、原子炉内の残留水を汲み出す場合、原子炉系にはさまざまな設備が付随しており、残留水の排出もさまざまな方法が選択できるが、定期検査時のある特定の条件下では付随設備が使用できる仮設のポンプを使用しなければならない状態がある。例としては原子炉圧力容器（以下ＲＰＶと称する）そのものの改良工事の場合などである。
【０００５】
この場合の仮設ポンプは電動ポンプが最もポピュラーなものであるが、超高放射線量率下では使用できない場合がある。放射線には原子核から出てくるα線，β線，γ線や電磁波としてＸ線などのエネルギーの高いグループがある。
【０００６】
ここで問題としている放射線はこのようなエネルギーの高いグループに属する。これらエネルギーの高い放射線は化合物などを変質させる。一方、無機の単元素物質や金属はエネルギーの高い放射線を受けても全体として変質しにくい。
【０００７】
また、超高放射線量率の環境では空気は窒素と酸素が結合して酸化窒素（ＮＯx ）を生ずる。これに湿気あるいは水分が存在すると硝酸を生ずる。積算線量が十分高いと物質を酸化腐食させるのに十分な硝酸を蓄積することがある。
【０００８】
硝酸が生じる代表的な反応は次のとおりである。
Ｎ2 ＋Ｏ2 ＋（γ線エネルギー）→２ＮＯ（酸化窒素）
２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 （二酸化窒素…ＮＯは空気中ですぐに酸化される）
２ＮＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ（水）→ＨＮＯ3 （硝酸）＋ＨＮＯ2 （亜硝酸）
発生した硝酸および亜硝酸はすぐに水に溶解する。発生量は 100万kW級ＢＷＲのＲＰＶ内 100万レントゲン当り１キログラム程度が考えられる。
【０００９】
上記の電動ポンプを考えると、大部分は金属であるが一部は電線の被覆などの絶縁物がある。また、潤滑油など化合物が用いられている。このような絶縁物や化合物は放射線の照射により時間が経てば次第に変質する。絶縁物が変質すれば、絶縁能力が低下し始める。
【００１０】
時間が経てば漏電が大きくなり、電動機を運転することが不可能になる。また、潤滑油も変質劣化すると潤滑能力が低下しポンプのシャフトが焼き付いたりする。金属も稀硝酸で酸化されたり腐食されるものは上記環境には適さない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
高放射線下では電動ポンプなどは時間と共に作動不良に陥る可能性が高くなる。電動ポンプでなくとも、回転機であればやはり作動不良に陥ることになる。このように超高放射線下で長時間の使用に耐えられるポンプは存在していない。結局、可動部分を持つと遠からず作動不良になるという課題がある。
【００１２】
また、運転をしている原子力プラントでは、定検中に照射燃料体を抜いてもＲＰＶ内は極めて高線量である。原子力プラントではＲＰＶの改良工事などを行う場合、ＲＰＶ内の炉水を抜く必要がある場合があり、このような場合に、長時間安定して使用可能なポンプが必要である。
しかしながら、このような使用環境ではポンプの保守は事実上不可能であり、したがって、メンテナンス不要であることも絶対条件となる課題がある。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、上記のような悪い環境下でも長時間の使用に耐えられ、例えば原子力プラントのＲＰＶ改良工事のような費用と労働力を必要とする大型工事のコストを引き下げ、メンテナンスを不要とした信頼性を高めることができるポンプ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は原子炉圧力容器内のダウンカマ部に設置される金属製のタンクと、このタンクに金属製の空気配管を介して接続したベント弁と、前記空気配管に加圧止弁を介して接続され前記タンクに加圧空気を供給する空気圧縮機と、前記タンクに接続されて前記タンク内に貯留された液体を外部に吐出する金属製の吐出配管と、前記タンクの下部に逆止弁を介して設けられた液体の吸込み口とを具備したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るポンプ装置の第１の実施例を図１から図３を参照しながら説明する。本実施例では本発明を総括的に説明する。
【００１７】
図１において、符号11は第１の領域例えば高線量部に設置されるタンクで、このタンク11の一面、例えば下面には逆止弁12を有する吸込水配管13と、高線量部吐出配管15が接続している。この吐出配管15は接続ジョイント24を介して第２の領域の例えば低線量部に設置される低線量部吐出配管22に接続している。この吐出配管22は吐出止弁21を介して排出配管18に接続している。
【００１８】
一方、タンク11の他面、例えば上面には高線量部空気配管14が接続している。この空気配管14は接続ジョイント24を介して第２の領域の低線量部空気配管23に接続している。この空気配管23にはベント弁27が分岐接続しており、空気配管23の先端部には並列的に真空止弁19と加圧止弁20が接続している。真空止弁19側には真空空気配管16および真空ポンプ25が接続しており、加圧止弁20側には加圧空気配管17および空気圧縮機26が接続している。
【００１９】
つぎに、図１に示したポンプ装置の各機器，配管および弁類の構成および作用について説明する。
タンク11は金属製で、超高線量部に設置し、容量は使用目的・使用場所により決定する。逆止弁12は金属製で、超高線量部に設置し、タンク11に入る方向を正方向として設置する。吸込水配管13は金属製で、超高線量部に設置し、先端は水中に設置する。高線量部空気配管14は金属製、超高線量部・高線量部に配置する。真空引，空気加圧の両方に兼用する。
【００２０】
高線量部吐出水配管15は金属製で、超高線量部・高線量部に配置する。真空空気配管16は金属あるいは有機物ホースで、低線量部に設置し、真空ポンプ25に接続する。加圧空気配管17は金属あるいは有機物ホースで、低線量部に設置し、空気圧縮機26に接続する。排水配管18は金属あるいは有機物ホースで、低線量部に設置し、排水先に接続する。
【００２１】
真空止弁19は低線量部に設置し、真空引き（減圧）操作時に開閉し、シーケンス・タイマーにより遠隔自動操作を行う。加圧止弁20は低線量部に設置し、加圧操作時に開閉し、シーケンス・タイマーにより遠隔自動操作を行う。吐出止弁21は低線量部に設置し、真空引・加圧操作時開閉、シーケンス・タイマーにより遠隔自動操作を行う。
【００２２】
低線量部吐出水配管22は金属あるいは有機物ホースで、低線量部に設置する。低線量部空気配管23は金属あるいは有機物ホースで、低線量部に設置する。配管接続部24は金属製ジョイント、低線量部に設置する。
【００２３】
真空ポンプ25は低線量部に設置し、真空引のためのポンプであり、タンクトップと水面の高度差によりポンプの真空性能および容量を決定する。空気圧縮機26は低線量部に設置し、タンク11に空気圧を加えタンク11内の水を押し出すためのポンプであり、タンクと低線量部あるいは排出先の高度差により空気圧縮機の吐出圧力および容量を決定する。ベント弁27は低線量部設置、真空引操作・加圧操作開始前開閉、シーケンス・タイマーにより遠隔自動操作を行う。
【００２４】
超高線量部は金属としているが、前述のように超高線量率の下では大量の硝酸が発生し、酸化腐食作用の強い部分であるから本発明では金属をステンレス鋼とする。
【００２５】
つぎに上記ポンプ装置の作動例を説明する。
超高線量エリアにタンク11を設置する。このタンク11内を真空ポンプ25により真空空気配管16，真空止弁19，低線量部空気配管23，配管接続部24，高線量部空気配管14を通して減圧に排気する。水は吸込水配管13および逆止弁12を通流してタンク11に吸上げられる。一定時間減圧を保ちタンク11内に水が溜まったところで真空止弁19を閉じる。ついで、ベント弁27を一定時間開き、タンク11内の減圧状態を解除する。
【００２６】
ついで、空気圧縮機26からの圧縮空気を加圧空気配管17，加圧止弁28，低線量部空気配管23，配管接続部24，高線量部空気配管14を通して一定時間タンク11に送り込んで加圧する。同時に吐出止弁21を開くとタンク11内の水は高線量部吐出水配管15，配管接続部24，低線量部吐出水配管22, 吐出止弁21，排水配管18を通して排出先に送り出される。ついで、ベント弁27を一定時間開き、タンク11内の圧縮空気を排出しつぎのタンク11の真空引に供える。この真空引および加圧操作を繰返すことにより水の排出を連続的に行う。
【００２７】
ここで一定時間としているのは、このポンプ装置の設置・使用条件により決定される時間だからであり、モックアップ設備などにより求められる。
このように、超高線量エリアには金属製タンク11とやはり金属製配管および逆止弁12があるだけであり、耐超高線量性を有している。
【００２８】
つぎに、図２により図１に示したポンプ装置の作動状況をタンク内の圧力・水位，ポンプ吐出流量について説明する。
ポンプの機能を制御するためシーケンス・タイマーにより４つの弁を制御する。弁の開閉状態をシーケンスとして上部に示す。太実線28はベント弁27の開状態を示し、29は真空止弁19の開状態を示し、30は加圧止弁20および吐出止弁21の開状態を示す。この弁の開状態に対応させるように、シーケンス・タイマーにより遠隔自動開閉操作を行う。これに対応してタンク11内の圧力・水位およびポンプ吐出流量が対応する。矢印31はこの繰返しの中の１サイクルを示す。
【００２９】
状態Ａはサイクルの初めのステップであるが、真空止弁19が開きタンク11内の圧力は下がり始めすぐに真空ポンプ25の能力一杯まで真空度が上昇し、この真空によりタンク11内に水が吸い上げられる。一定時間真空止弁19が開いていると、タンク11内の水位はほぼタンク11内に一杯になるまで直線的に上昇する。タンク11内がほぼ一杯になる時間に、つぎのステップである状態Ｂに入る。
【００３０】
このステップでは真空止弁19が閉じ、すぐにベント弁27が開く。急速に真空破壊されタンク11内の圧力は大気圧になる。このとき、タンク11内の水位は変動がない。大気圧になるまでの一定時間ベント弁27が開いた後、つぎのステップである状態Ｃに入る。
【００３１】
このステップではまず、ベント弁27が閉じ、ついで加圧止弁20および吐出止弁21が開く。加圧止弁20が開くとタンク11内の圧力はすぐに規定の圧力に達し以降加圧止弁20が閉じるまで一定圧力に保持される。タンク11内に圧力が加わると、タンク11内の水は押し出され水位は下がる。
【００３２】
水位の下がった分だけ吐出配管15，22を流れて排出先に水が排出されポンプ吐出流量が出ることになる。タンク11内の水位がほぼ下がり切ったところでつぎのステップである状態Ｄに入る。
【００３３】
このステップでは加圧止弁20および吐出止弁21が閉じ、ベント弁27が開く。タンク11内の加圧空気は急速にベント弁27から大気に放出されタンク11内は大気圧となる。大気圧になるまでの一定時間ベント弁27が開いた後、閉じる。ついで、第２サイクルに入る。このようにして１サイクルの中である一定時間だけポンプの流量ができる。
【００３４】
これらのポンプ装置は内燃機関のように真空・加圧を１サイクル行うことによりタンク１個分の水を送り出す。滑らかに連続的に水を送り出すためには１基のポンプ装置ではなく、複数基のポンプ装置を設置して個々のポンプ装置の作動時間を少しずつずらすことにより、よりいっそう脈動の少ない連続的な排出を行うことができる。ポンプ装置の組合わせはこのポンプの使用条件と設置条件により任意に選択される。
【００３５】
つぎに上記実施例に係るポンプ装置をＲＰＶ内の水を排出する場合の例について図３により説明する。
本実施例に係るポンプ装置はプロトタイプを実プラントのＲＰＶノズル改良工事において使用するもので、本発明では実機で使用されたプロトタイプ・ポンプを設計的な改良を加えたものである。
【００３６】
すなわち、図３において本実施例に係るポンプ装置１のタンク11はＲＰＶ２の内部の外周であるダウンカマ３部に設置される。ＲＰＶ２の中央部は照射燃料を取り除いた炉心４である。改良工事施工時のＲＰＶ２内の炉心４の炉心水位５は破線で示す位置であり、ダウンカマ３のダウンカマ水位６は破線で示す位置である。ＲＰＶノズル改良工事はＲＰＶ胴の下部にある工事対象ノズルを取り替える工事であり、ノズル取替時はＲＰＶの胴に孔が開く時期が存在する。
【００３７】
一方、炉心部は照射燃料は取り除いてあるとはいえ、炉心構造材が非常に強く放射化され極めて高い放射線雰囲気下にある。この炉心部からノズルの孔を通して強い放射線が作業エリアに漏洩してくる。この放射線をできるだけ遮蔽してやることが工事の成否の鍵を握っている。この遮蔽にはＲＰＶ内に水を入れてなることが施工上非常に有利である。
【００３８】
しかし、ＲＰＶダウンカマ部には遮蔽のための炉水を張っておくことはできず、ダウンカマ水位６は工事対象ノズル７の下まで下げなければならないが、炉心部には炉水を残しておくことが改良工事を実施する上で重要である。
【００３９】
このように同じ炉心内でありながら、２種類の炉水位が存在する状態を作り出す必要がある。この２種類の水位を分離するためのバウンダリーは、太めの実線で示している炉心シュラウド８とダウンカマ底板９であり、従来はこれで完全分離ができる。
【００４０】
しかし、1990年代からダウンカマ底板９にはアクセス・マンホールカバーの改良がなされダウンカマ底板９には、僅かではあるが炉水が自由に通過できる隙間ができている。従って、この２種類の炉水位を維持するには強制的にダウンカマ３の炉水を汲み上げて炉心部に移しておかなければならない。
【００４１】
この２種類の炉水位を維持するためポンプ装置が必要となる。この図では、ポンプ装置の排出先はＲＰＶの外になっているが、実際の使用例では排出先を炉心エリアとしている。ダウンカマ３に滲み込んできた炉水はポンプ装置により炉心に汲み上げられる。炉心に戻った水は水位差があるため、アクセス・マンホールカバー10を通りふたたびダウンカマ３に戻る。このように炉水は常時循環している。
【００４２】
ＲＰＶ内の水位は低線量部にある真空ポンプに対し10メートル以上の高度差を有し、絶対真空にしても吸引は不可能であり本発明によるポンプ装置が必要である。
【００４３】
この使用例では、炉心内の照射燃料は全て取り出されているが、炉心内の平均放射線量率は数百Ｓｖ／Ｈ（数万レントゲン／時）に及ぶ。電動ポンプの電源ケーブルであれば、数十日で絶縁が破壊されポンプが機能しなくなる放射線量率である。
【００４４】
つぎに図４により本発明に係るポンプ装置の第２の実施例を説明する。図４中、図１と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
【００４５】
本実施例が第１の実施例と異なる点は吸込水配管13に設けていた逆止弁12を削除して簡素化したことにある。第１の実施例で使用する逆止弁12は弁体が動き且つ弁箱と弁蓋の間がフランジ構造となっており、ガスケットあるいはパッキンが嵌め込まれている。
【００４６】
そのため、逆止弁12の故障する確率は十分低いがゼロではない。したがって、本第２の実施例によれば第１の実施例に比較しては可動部分がまったくなく、さらにフランジ構造も持たないため信頼度は抜群に高くなる。
【００４７】
本実施例の作動原理は吸込水配管13の口径に対し高線量部吐出水配管15の口径をかなり大きく採ることにより、タンク11に圧縮空気で加圧したとき、当然吸込水配管側にも流れるが配管抵抗のより少ない高線量部吐出水配管に水が流れ易く、結果としてタンク11内の水が排出先へ吐出されることになる。また、タンク11の容量が同じ場合、第１の実施例に比べ第２の実施例は汲上げ能力はかなり小さくなるが、信頼性は格段に高くなる。
したがって、第２の実施例は第１の実施例のポンプ装置より更に長時間，超高放射線雰囲気中で使用する場合に適当である。
【００４８】
つぎに図５により請求項２に対応する本発明に係るポンプ装置の第３の実施例を説明する。図５中、図１と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
本第３の実施例が第１の実施例と異なる点は、低線量部空気配管23に接続していた真空止弁19，真空空気配管16および真空ポンプ25を削除したことにある。
【００４９】
前記第１および第２の実施例ではタンク11が水面より上方に設置された条件を前提に説明しているが、この方が一般的であるためである。しかし、条件によってはタンク11が水面下に設置できる場合もある。この場合が本実施例と後述する第４の実施例である。
【００５０】
この第３の実施例ではタンク11内を真空にしなくともタンク11内の空気が抜けるようにベント弁27を開くことにより水は自然にタンク11内に侵入してくる。一定時間経た後ベント弁27を閉じ圧縮空気をタンク11に送り込めば、タンク11に入っていた水は排出先へ送り出される。
【００５１】
つぎに図６により本発明に係るポンプ装置の第４の実施例を説明する。図６中、図１と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
【００５２】
本第４の実施例が第３の実施例と異なる点は図４に示した第２の実施例と同様に吸込水配管13に設けていた逆止弁12を削除して第３の実施例よりも簡素化したことにある。したがって、本実施例の作用効果は第２および第３の実施例を総合したことにあるので、その説明は省略する。
【００５３】
なお、本発明は上記実施例に限ることなく、ポンプ装置が使用される場所，条件により真空止弁，加圧止弁またはベント弁の開閉時間を決めることができる。また、真空による真空タンクへの吸引と圧縮空気による真空タンクへの加圧により真空タンクから液体の排出を行うことができる。
【００５４】
さらに、液体中に浸漬した真空タンクを圧縮空気により加圧して真空タンクから液体の排出を行うこともできる。また、本発明のポンプ装置を複数基組み合わせて滑らかな流量を得ることもできる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、設置環境の悪い例えば超高放射線率下という特殊な条件のみでなく設置後の保守点検が困難な場所で、長時間にわたり所定の性能が要求される環境で使用することができる。また、可動部を有しないので、殆ど故障することがなく、しかも性能の劣化がないので長期間にわたり信頼性を保つことができる。
【００５６】
さらに、構成機器類は特殊なものを使用する必要がなく、作動不良を起こしても性能の回復が容易で安価に構成できる。なお、仮に作動不良を起こす部分は低放射線量率下に設置される機器であるので、これらの機器の修理や交換は容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポンプ装置の第１の実施例を示す配管系統図。
【図２】図１におけるポンプ装置の動作状態を示す波形図。
【図３】図１に示すポンプ装置を原子炉圧力容器に適用した例を示す配管系統図。
【図４】本発明に係るポンプ装置の第２の実施例を示す配管系統図。
【図５】本発明に係るポンプ装置の第３の実施例を示す配管系統図。
【図６】本発明に係るポンプ装置の第４の実施例を示す配管系統図。
【符号の説明】
１…ポンプ装置、２…原子炉圧力容器、３…ダウンカマ、４…炉心、５…炉心水位、６…ダウンカマ水位、７…工事対象ノズル、８…炉心シュラウド、９…ダウンカマ底板、10…アクセス・マンホールカバー、11…タンク、12…逆止弁、13…吸込水配管、14…高線量部空気配管、15…高線量部吐出水配管、16…真空空気配管、17…加圧空気配管、18…排出配管、19…真空止弁、20…加圧止弁、21…吐出止弁、22…低線量部吐出水配管、23…低線量部空気配管、24…配管接続ジョイント、25…真空ポンプ、26…空気圧縮機、27…ベント弁、28…ベント弁開状態、29…真空止弁開状態、30…加圧止弁・吐出止弁開状態、31…１サイクル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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