(57)【要約】【課題】原子炉内の冷却材が漏洩する可能性を低減する。【解決手段】シール端子部９は、モータカバー８に形成された円筒状のモータカバー貫通孔８５内に形成される。モータカバー貫通孔８５内には、形状記憶合金からなり中央部に円形の開口部を有するＳＭＡリング９２、および、絶縁材からなり中央部に円形の開口部を有する絶縁リング９１が嵌め込まれ、さらに、補強部材１２で補強された電線ケーブル１１がＳＭＡリング９２および絶縁リング９１のそれぞれの開口部を貫通して、その内周部に密着するように配設される。このとき、ＳＭＡリング９２は、形状記憶合金の変態開始温度以下の温度環境下で製作され、所定の形状に変形されたものがモータカバー貫通孔８５内に嵌め込まれて、シール端子部９が製作される。【選択図】図２
2015004523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インターナルポンプのモータケーシングの内部を大気から隔離するモータカバーに形成された円筒状の貫通孔内に、形状記憶合金からなり中央部に円形の開口部を有する輪環形状のＳＭＡリング、および、絶縁材からなり中央部に円形の開口部を有する輪環形状の絶縁リングが密着するように嵌め込まれ、さらに、
電線ケーブルが前記ＳＭＡリングおよび前記絶縁リングのそれぞれの開口部を貫通するとともに、前記電線ケーブルの外周部が前記ＳＭＡリングおよび前記絶縁リングのそれぞれの内周部に密着するように配設されていること
を特徴とするシール端子構造。
【請求項２】
前記ＳＭＡリングは、
前記形状記憶合金の変態開始温度以下の環境で、その中心軸を含む平面で切断したときの断面形状が長方形となるような輪環形状に製作され、その後、前記変態開始温度以下の環境で、前記ＳＭＡリングの外周部からの圧力および内周部からの圧力により圧縮変形されたものであること
を特徴とする請求項１に記載のシール端子構造。
【請求項３】
前記ＳＭＡリングは、前記貫通孔内において、前記絶縁リングよりも前記モータケーシングの内部側に配設されること
を特徴とする請求項１に記載のシール端子構造。
【請求項４】
前記ＳＭＡリングの内部は空洞になっていること
を特徴とする請求項１に記載のシール端子構造。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のシール端子構造を備えること
を特徴とするインターナルポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ：Advanced Boiling Water Reactor）のインターナルポンプに好適なシール端子構造およびそのシール端子構造を備えたインターナルポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
改良型沸騰水型原子炉では、原子炉圧力容器の下部に、冷却材（冷却水）を原子炉内で循環させるためのインターナルポンプ（原子炉冷却材再循環ポンプともいう）が複数台設置されている。インターナルポンプは、原子炉冷却材を炉心へと強制循環させ、炉心を効率よく冷却する。従って、インターナルポンプは、高水圧の水中で動作するポンプであり、インターナルポンプへは電源ケーブルなどの配線が欠かせない。
【０００３】
従って、インターナルポンプでは、内部の高水圧水が大気から密封された状態で、電源などの配線ケーブルを通すためのシール端子構造が必要となる。ここで、インターナルポンプ内部が原子炉圧力容器内部と連通していることを考慮すれば、シール端子構造は、原子炉内の冷却材の外部への漏洩を防止できるものでなければならない。
【０００４】
例えば、特許文献１には、絶縁体でモールドされた導体スタッドが高水圧水と大気とを隔てる外壁内に埋め込まれ、その導体スタッドを介して高水圧水中の導線と大気中の導線とが接続されるようにされたシール端子構造の例が示されている。このシール端子構造では、前記外壁内にモールドして埋め込まれた導体スタッドの高水圧水側の端部には、フランジが設けられている。さらに、その導体スタッドの大気側の端部は、前記外壁の大気側壁面に固定された絶縁リングを貫通して、大気側に突出している。このとき、絶縁リングの内径は、導体スタッドのフランジの外形よりも小さい。
【０００５】
以上のようなシール端子構造であれば、導体スタッドをモールドしている絶縁体が破壊された場合、導体スタッドは、高水圧により大気中に押し出されるが、高水圧水側の端部に設けられたフランジが絶縁リングを塞ぐことになる。従って、高水圧水（例えば、原子炉冷却材など）の大気中への漏洩は、最小限に抑えられるという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−４９１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、インターナルポンプ内の温度は、通常、摂氏１００度以下に抑えられているが、何らかの異常により、インターナルポンプ内に原子炉圧力容器内から高温高圧の原子炉冷却材が流入したり、インターナルポンプの周囲環境温度が上昇した場合には、導体スタッドをモールドしている絶縁体が破壊しやすい状態となる。
【０００８】
特許文献１に記載されている導体スタッドのフランジは、導体スタッドをモールドしている絶縁体の破壊に備えるものであるが、その絶縁体が破壊したとき、導体スタッドのフランジが、常に、絶縁リングを塞ぐ状態になり得るかは疑問である。例えば、モールドされた絶縁体中にひび割れが生じる程度の破壊では、導体スタッドのフランジは絶縁リングを塞ぐに至らず、むしろ、インターナルポンプ内の高水圧水は、そのひびや絶縁リングと導体スタッドとの隙間を伝って大気中へ漏洩する可能性が考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は、とくにインターナルポンプ内の温度が異常に上昇する場合に、冷却材の漏洩の可能性を低減することが可能なシール端子構造およびそのシール端子構造を備えたインターナルポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るシール端子構造は、インターナルポンプのモータケーシングの内部を大気から隔離するモータカバーに形成された円筒状の貫通孔内に、形状記憶合金からなり中央部に円形の開口部を有する輪環形状のＳＭＡリング、および、絶縁材からなり中央部に円形の開口部を有する輪環形状の絶縁リングが密着するように嵌め込まれ、電線ケーブルが前記ＳＭＡリングおよび前記絶縁リングのそれぞれの開口部を貫通するとともに、前記電線ケーブルの外周部が前記ＳＭＡリングおよび前記絶縁リングのそれぞれの内周部に密着するように配設されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、インターナルポンプ内の温度が異常に上昇したとき、冷却材がモータケーシング内へ流入した場合であっても、モータケーシング内の冷却材（高水圧水）は、ＳＭＡリングにより密封（シール）されるので、冷却材（高水圧水）の漏洩の可能性が低減される。
【００１２】
さらに、本発明に係るＳＭＡリングは、前記形状記憶合金の変態開始温度以下の環境で、その中心軸を含む平面で切断したときの断面形状が長方形となるような輪環形状に製作され、その後、前記変態開始温度以下の環境で、前記ＳＭＡリングの外周部からの圧力および内周部からの圧力により圧縮変形されたものであることを特徴とする。
【００１３】
従って、本発明では、インターナルポンプ内の温度が異常に上昇したとき、冷却材がモータケーシング内へ流入し、モータケーシング内の高圧水の温度が形状記憶合金の形状回復温度よりも高温になった場合には、ＳＭＡリングの圧縮変形された部分が元の形状に戻るので、ＳＭＡリングは、電線ケーブルの外周部や円筒状の貫通孔の内壁により強く密着することになるので、冷却材（高水圧水）の漏洩の可能性はさらに低減される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、とくにインターナルポンプ内の温度が異常に上昇したときに、原子炉内の冷却材の漏洩の可能性を低減することが可能なシール端子構造およびそのシール端子構造を備えたインターナルポンプが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】改良型沸騰水型原子炉のインターナルポンプの縦断面の概略構造の例を示した図。
【図２】本発明の実施形態に係るシール端子部の断面構造の例を模式的に示した図。
【図３】本発明の実施形態に係るシール端子部で用いられるＳＭＡリングの形状の例を示した図で、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、上面図、（ｃ）は、上面図に示されたＡ−Ａ’の位置における断面図。
【図４】ＳＭＡリングの変形前および変形後の形状の変化を断面形状で示した図。
【図５】本発明の実施形態の変形例に係るＳＭＡリングの形状の例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、改良型沸騰水型原子炉のインターナルポンプ２の縦断面の概略構造の例を示した図である。図１に示すように、インターナルポンプ２は、原子炉圧力容器１の下部に配設され、インペラ３、ディフューザ４、ポンプシャフト５、モータ６、モータケーシング７、モータカバー８、シール端子部９などにより構成される。
【００１８】
モータ６は、全閉水中型のモータであり、そのロータ６１、ステータ６２などがモータケーシング７に内包されている。このとき、モータケーシング７の上部は、原子炉圧力容器１の外壁に繋げられ、また、モータケーシング７の下部は、モータカバー８で塞がれている。そのため、モータケーシング７内は、原子炉圧力容器１の内部と連通する一方で、大気とは密封隔離されている。
【００１９】
モータカバー８は、スタッドボルト８２およびナット８３によりモータケーシング７に締め付け固定されている。そして、このモータカバー８には、モータケーシング７の密封性を確保するための補助カバー８１や、モータ６駆動用の電線ケーブルを大気中から密封されたモータケーシング７内へ通すためのシール端子部９などが配設されている。
【００２０】
モータケーシング７内は、モータ一次冷却水が充満しており、二次冷却水を用いた熱交換器により冷却される。そのため、モータケーシング７内の温度は、常に摂氏１００度以下に抑えられている。また、モータケーシング７の上部に配設されたパージ水ノズル７１からパージ水を注入することにより、原子炉冷却材がモータケーシング７内へ流入するのを防止する構造となっている。
【００２１】
一方、原子炉圧力容器１側に配設されたインペラ３およびディフューザ４は、原子炉冷却材を炉心へ強制循環させ、炉心部を冷やす。このとき、モータケーシング７内に配設されたモータ６（ロータ６１）の回転力がポンプシャフト５を介してインペラ３へ伝達され、インペラ３が回転する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態に係るシール端子部９の断面構造の例を模式的に示した図である。図２に示すように、シール端子部９は、モータカバー８に形成された円筒状のモータカバー貫通孔８５の中に配設される。このとき、シール端子部９の上側には高水圧水が充満し、また、シール端子部９の下側は大気に接している。従って、シール端子部９は、電線ケーブル１１を、高水圧水が充満しているモータケーシング７の内側から大気側へ引き出すとともに、高水圧水を大気から密封隔離する（以下、シールするともいう）役割を果たす。
【００２３】
銅などからなる導線が絶縁材で被覆されて構成される電線ケーブル１１は、モータカバー貫通孔８５を貫通するように配設され、その中に固定される。本実施形態では、電線ケーブル１１の固定に際して、その強度を確保するために、モータカバー貫通孔８５に固定される付近の電線ケーブル１１の外周部には、補強部材１２が形成されている。
【００２４】
そして、補強部材１２が形成された電線ケーブル１１は、モータカバー貫通孔８５の内壁との間に配設される絶縁リング９１、ＳＭＡ（Shape Memory Alloy：形状記憶合金）リング９２、Ｏリング９３およびモールド部材１３によって固定される。
なお、このとき、モータカバー貫通孔８５の内壁の底部には、絶縁リング９１を係止するための突起部８６が設けられている。
【００２５】
樹脂などからなる絶縁リング９１は、中央部に円形の開口部を有する輪環の形状をしており、その開口部には、電線ケーブル１１が通される。
このとき、絶縁リング９１の外径は、その外周部がモータカバー貫通孔８５の内壁に密着する大きさになっており、また、絶縁リング９１に形成された開口部の内径は、その開口部の内壁が電線ケーブル１１に形成された補強部材１２の外周部に密着する大きさとなっている。
【００２６】
なお、絶縁リング９１の一方の面（図２では、下面）には、フランジ状の突起部９１１が設けられている。このとき、絶縁リング９１およびフランジ状の突起部９１１は、モータカバー貫通孔８５の内壁および突起部８６に密着する形状となっている。
【００２７】
Ｎｉ−Ｔｉ合金などの形状記憶合金からなるＳＭＡリング９２は、絶縁リング９１と同様に、中央部に円形の開口部を有する輪環の形状をしており、その開口部には、電線ケーブル１１が通される。
このとき、ＳＭＡリング９２の外径は、その外周部がモータカバー貫通孔８５の内壁に密着する大きさになっており、また、ＳＭＡリング９２に形成された開口部の内径は、その開口部の内壁が電線ケーブル１１に形成された補強部材１２の外周部に密着する大きさとなっている。
【００２８】
従って、ＳＭＡリング９２は、その外周部がモータカバー貫通孔８５の内壁に密着し、その開口部の内壁が電線ケーブル１１に形成された補強部材１２の外周部に密着するので、ＳＭＡリング９２は、モータケーシング７内の高水圧水を大気からシールする機能を有していることになる。
【００２９】
なお、ＳＭＡリング９２が形状記憶合金であることの作用効果については、別途、図面を参照して詳しく説明する。
【００３０】
モールド部材１３は、肉太の円筒の形状をしており、その円筒内には、補強部材１２が形成された電線ケーブル１１が通される。
このとき、この円筒形状のモールド部材１３の内径は、その円筒の内壁が電線ケーブル１１に形成された補強部材１２の外周部に密着する大きさとなっている。また、モールド部材１３の外径は、その外周部がモータカバー貫通孔８５の内壁に密着する大きさになっている。また、このモールド部材１３は、最終的には、ＳＭＡリング９２の上面と接することになるので、その下面の形状は、ＳＭＡリング９２の上面に密着するような形状となっている。
【００３１】
以上のような構造を有するシール端子部９（図２参照）は、次のような手順で製作される。
【００３２】
まず、絶縁リング９１およびＳＭＡリング９２が、モータカバー貫通孔８５の中に、上部側（高水圧側）から順に押し込まれて、嵌め込まれる。このとき、絶縁リング９１は、その下面が突起部８６の上面に密着する位置まで押し込まれ、また、ＳＭＡリング９２は、その下面が絶縁リング９１の上面に密着する位置まで押し込まれる。
【００３３】
一方で、補強部材１２が形成された電線ケーブル１１が用意され、その補強部材１２の外周部にモールド部材１３が硬化により形成され、さらに、モールド部材１３の外周部に１つまたは複数のＯリング９３が嵌め込まれる。
【００３４】
次に、補強部材１２、モールド部材１３およびＯリング９３が嵌め込まれた状態の電線ケーブル１１が、絶縁リング９１およびＳＭＡリング９２が嵌め込み済のモータカバー貫通孔８５の中に通される。そして、電線ケーブル１１は、モールド部材１３の下面がＳＭＡリング９２の上面に密着する位置まで押し込まれる。
【００３５】
このとき、ＳＭＡリング９２および絶縁リング９１の開口部の内壁には、電線ケーブル１１の補強部材１２の外周部が密着する。また、ＳＭＡリング９２、絶縁リング９１、モールド部材１３およびＯリング９３の外周部は、モータカバー貫通孔８５の内壁に密着する。
【００３６】
従って、以上のようにして取り付けられたシール端子部９は、Ｏリング９３が取り付けられたモールド部材１３およびＳＭＡリング９２により、モータケーシング７内の高水圧水が２重にシールされた構造となっている。
【００３７】
図３は、本発明の実施形態に係るシール端子部９で用いられるＳＭＡリング９２の形状の例を示した図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は上面図に示されたＡ−Ａ’の位置における断面図である。前記したように、また、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＳＭＡリング９２の外観は、中央部に開口部９２２を有する輪環形状をしており、その開口部９２２には電線ケーブル１１が通される。なお、これらの図中に示されたＣ−Ｃ’は、輪環形状のＳＭＡリング９２の中心軸を表している。
【００３８】
また、ＳＭＡリング９２は、Ｎｉ−Ｔｉ合金などの形状記憶合金により形成され、本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、ＳＭＡリング９２の内部に空洞部９２１が形成されている。なお、形状記憶合金は、形状回復温度以下で形状を変化（変形）させても、形状回復温度を超える温度に加熱すると、元の形状に戻るという性質を有している。
【００３９】
図４は、ＳＭＡリング９２の変形前および変形後の形状の変化を断面形状で示した図である。なお、断面形状は、ＳＭＡリング９２をその中心軸Ｃ−Ｃ’を含む平面で切断したときの形状である。
【００４０】
ここでは、まず、図４（ａ）に示した形状を有するＳＭＡリング９２を、変態開始温度以下の温度（例えば、常温：摂氏２５度）の環境で製作する。このとき製作され、変形される前のＳＭＡリング９２の断面の外形は長方形である。そして、その内部には、空洞部９２１が形成されている。
【００４１】
その後、同じく変態開始温度以下の温度（常温）で、その製作されたＳＭＡリング９２に対し、外周部９２４側から中心軸側へ向け、また、内周部９２３側から外周部９２４側へ向けて圧力を加えるとともに、ＳＭＡリング９２の上下の面からも圧力を加え、ＳＭＡリング９２を圧縮変形させる。
【００４２】
その結果、ＳＭＡリング９２は、その断面形状は、図４（ｂ）に示すように、断面形状を表す長方形の上下の辺が内部に少し凹み、左右の辺が当該長方形の内側へ押し込まれた形状となる。従って、ＳＭＡリング９２の外周部９２４の径は小さくなり、内周部９２３の径は大きくなる。
【００４３】
ここで、図４（ｂ）の中に描かれたブロック矢印は、ＳＭＡリング９２に加える圧力の方向を示している。
なお、ＳＭＡリング９２の上下の面から加える圧力は、必須ではないが、その圧力を加えた場合には、上下の面を内側に凹ませる、言い換えれば、撓ませることにより、ＳＭＡリング９２の破断を防止する効果を期待することができる。
【００４４】
以上のようにして圧縮変形させたＳＭＡリング９２を用いて、図２に示したシール端子部９が製作される。
【００４５】
そして、以上のようにして製作されたシール端子部９においては、原子炉が異常なく稼働している限り、モータケーシング７内の温度が形状回復温度（例えば、摂氏１００度）以下に保たれているため、ＳＭＡリング９２の形状は、変形後の形状（図４（ｂ）参照）が継続して保たれる。
【００４６】
一方、インターナルポンプ２内に原子炉圧力容器１内から高温高圧の原子炉冷却材が流入したり、インターナルポンプ２の周囲環境温度が上昇するなどの異常により、モータケーシング７内の温度が上昇し、ＳＭＡリング９２の温度が形状回復温度を超えた場合には、ＳＭＡリング９２の形状は、変形前の形状（図４（ａ）参照）に戻る。
【００４７】
このように、ＳＭＡリング９２の形状が変形前の形状に戻った場合、ＳＭＡリング９２の圧縮変形させた部分が元の形状に戻るので、ＳＭＡリング９２の周囲の構成物は、ＳＭＡリング９２からの圧力を受ける。そのため、ＳＭＡリング９２の外周部９２４とモータカバー貫通孔８５の内壁との間や、ＳＭＡリング９２の開口部９２２の内壁（すなわち、内周部９２３）と電線ケーブル１１の補強部材１２の外周部との間は、互いにより強く密着させられる力が作用する。
【００４８】
その結果、モータケーシング７内の温度上昇により、例えば、モールド部材１３が劣化または破壊した場合であっても、モータケーシング７内の高水圧水は、ＳＭＡリング９２によりしっかりとシールされ、その高水圧水が外部（大気側）へ漏洩することが防止される。従って、モータケーシング７内の高水圧水の外部への漏洩の可能性は非常に小さくなると考えられる。
【００４９】
また、本実施形態では、ＳＭＡリング９２の内部に空洞部９２１を形成しているため、シール端子部９を製作する段階で、ＳＭＡリング９２の形状を変形させることが容易になる。つまり、図４（ｂ）に示すような外面が凹んだ形状のＳＭＡリング９２は、製作し易くなる。
【００５０】
（実施形態の変形例）
図５は、本発明の実施形態の変形例に係るＳＭＡリング９２ａの形状の例を示した図である。この例に係るＳＭＡリング９２ａは、その外観形状は、図３および図４に示したＳＭＡリング９２と全く同じであり、中央部に開口部９２２ａを有する輪環形状をしており、その開口部９２２ａには電線ケーブル１１が通される。なお、これらの図中に示されたＣ−Ｃ’は、輪環形状のＳＭＡリング９２ａの中心軸を表している。
【００５１】
また、ＳＭＡリング９２ａが形状記憶合金により形成されていることまでは同じであるが、図５に示す通り、ＳＭＡリング９２ａには空洞部が形成されていない点で、図３および図４に示したＳＭＡリング９２と相違している。すなわち、ＳＭＡリング９２ａは、その内部を含め、全体が形状記憶合金で形成されている。
【００５２】
なお、このような形状を有するＳＭＡリング９２ａは、図３および図４に示したＳＭＡリング９２に比べ、変形前のＳＭＡリング９２ａ（図５（ａ）参照）の製作は、空洞部が形成されない分、容易であるといえる。ちなみに、ＳＭＡリング９２ａを変形するときには、図５（ｂ）に示すように、ＳＭＡリング９２ａに加える圧力は、外周部９２４側および内周部９２３から加える圧力だけでよく、ＳＭＡリング９２の上下の面からも圧力を加える必要はない。
【００５３】
また、ＳＭＡリング９２ａは、その内部が空洞になっていないために、それ自身の強度は、図３および図４に示したＳＭＡリング９２よりも大きい。従って、シール端子部９において、モータケーシング７内の高水圧水を密封する効果は、その分大きいといえる。
【符号の説明】
【００５４】
１      原子炉圧力容器
２      インターナルポンプ
３      インペラ
４      ディフューザ
５      ポンプシャフト
６      モータ
７      モータケーシング
８      モータカバー
９      シール端子部
１１    電線ケーブル
１２    補強部材
１３    モールド部材
６１    ロータ
６２    ステータ
７１    パージ水ノズル
８１    補助カバー
８２    スタッドボルト
８３    ナット
８５    モータカバー貫通孔
８６    突起部
９１    絶縁リング
９２，９２ａ    ＳＭＡリング
９３    Ｏリング
９１１  突起部
９２１  空洞部
９２２，９２２ａ  開口部
９２３，９２３ａ  内周部
９２４，９２４ａ  外周部
【図１】
2015004523.tif 000003
【図２】
2015004523.tif 000004
【図３】
2015004523.tif 000005
【図４】
2015004523.tif 000006
【図５】
2015004523.tif 000007