(57)【要約】  本発明は、原子炉冷却材ポンプセットのための受動停止封止装置（２０、４０）に関し、一対のバイメタル片（２１、４１）を備える。バイメタル片は、バイメタル片の温度がしきい値温度よりも低いときに低温位置と呼ばれる第１の位置を有し、バイメタル片の温度がしきい値温度よりも高いときに高温位置と呼ばれる第２の位置を有する。受動停止装置は、さらにバイメタル片が高温位置のときに起動位置を有し、バイメタル片が低温位置のときに非起動位置を有するように構成された封止リング（２３）と、バイメタル片が低温位置のときに封止リングが非起動位置でロックされるように構成され、バイメタル片が高温位置のときに封止リングが解放されるように構成されたロック／アンロック手段（２５）と、ロック／アンロック手段がロックされていないときに封止リングが起動位置に拘束されるように構成された弾性手段（２４）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）であって、
しきい値温度から形状が変化し始めるように構成されている少なくとも１つのバイメタル片（２１、４１）を備え、
前記バイメタル片（２１、４１）は、前記バイメタル片の温度が前記しきい値温度よりも低いときに低温位置と呼ばれる第１の位置を有し、前記バイメタル片の温度が前記しきい値温度よりも高いときに高温位置と呼ばれる第２の位置を有し、
前記受動停止封止装置（２０、４０）は、
前記少なくとも１つのバイメタル片（２１、４１）が高温位置のときに起動位置を有し、前記少なくとも１つのバイメタル片が低温位置のときに非起動位置を有する封止リング（２３）と、
前記少なくとも１つのバイメタル片（２１、４１）が低温位置のときに前記封止リング（２３）が前記非起動位置でロックされるように構成され、前記少なくとも１つのバイメタル片（２１、４１）が高温位置のときに前記封止リング（２３）が解放されるように構成された前記少なくとも１つのバイメタル片（２１、４１）に固定されたロック／アンロック手段（２５）と、
前記ロック／アンロック手段（２５）がロックされていないときに前記封止リング（２３）が起動位置に拘束されるように構成された弾性手段（２４）と、を備えることを特徴とする原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項２】
前記受動停止封止装置は、稼働中の原子炉冷却材ポンプセットの軸封止システムに組み込まれるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項３】
前記封止リング（２３）は、前記ロック／アンロック手段（２５）と協働するように構成されているショルダー部（２６）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのバイメタル片（２１、４１）は、８０℃から２００℃の間、好ましくは１５０℃に等しいしきい値温度から形状が変化し始めるように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項５】
前記封止リング（２３）は、３００℃を超す温度に耐えるポリマー材料から作られていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項６】
前記封止リング（２３）は、ＰＥＥＫで作られていることを特徴とする請求項５に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項７】
前記封止リング（２３）は、ガラスまたは炭素繊維で充填されたＰＥＥＫ母材から作られた複合材料で作られていることを特徴とする請求項５または６に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項８】
前記封止リング（２３）は、金属材料から作られていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項９】
前記封止リング（２３）は、金属核よりもより展性がある材料によってコーティングされた前記金属核から形成された複合材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項１０】
前記金属核よりもより展性がある前記材料は、ポリマーまたはニッケルまたは銀であることを特徴とする請求項９に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項１１】
前記弾性手段（２４）は圧縮バネであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項１２】
前記受動停止封止装置は、前記封止リング（２３）の周りに分布している複数のバイメタル片（２１、４１）および複数のロック／アンロック手段（２５）を有し、前記バイメタル片（２１、４１）および前記ロック／アンロック手段（２５）は、それぞれから一定の角を有していることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項１３】
前記受動停止封止装置は、３つのバイメタル片と３つのロック／アンロック手段（２５）とを備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置（２０、４０）。
【請求項１４】
原子炉冷却材ポンプセット軸に沿って配置されたリーク経路にそって制御されたリークを設定するように構成された封止システムと、
前記封止システムに欠陥があり、前記封止リングが起動するときに、制御されたリークを作るように、前記封止システムの前記リーク経路を少なくとも部分的に遮断するように構成された請求項１から１３のいずれか一項に記載された受動停止封止装置と、
を備えることを特徴とする原子炉冷却材ポンプセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）のための原子炉冷却材ポンプセットである。
【０００２】
本発明は、より具体的には、原子炉冷却材ポンプセットに備えられている封止システムの故障によって生じる一次冷却材のリークを制御するために用いる受動停止封止装置（passive shutdown sealing device）（ＳＳＤ）に適用できる。
【背景技術】
【０００３】
停止封止装置（ＳＳＤ）は、ＳＢＯ（全交流電源喪失(Station Black Out)）と呼ばれる事故状態に引き続いて原子炉冷却材ポンプセット封止システムの故障を処理する新しい世代の加圧水型原子炉に開発されてきている。
【０００４】
従って、停止封止装置は、この事故状態において原子炉冷却材ポンプセットが停止されている後で、原子炉冷却材ポンプセット封止システムの故障によって生じる一次冷却材のリークを制御し、止めることができなければならない。
【０００５】
従来、このタイプの装置は、（例えば加圧窒素回路（pressurised nitrogen circuit）のような）補助源によって起動されており、仮に原子炉冷却材ポンプセット冷却電源が喪失すれば、トリガは原子炉計測制御による情報出力によって制御される。
【０００６】
起動源の使用を避けるために、いかなる補助起動システム、または原子炉計測制御におけるトリガ情報の発生をも必要としない受動停止封止装置が開発されている。このような受動停止封止装置は、国際公開ＷＯ２０１０／０６８６１５号公報に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この状況において、本発明は事故状況の際に封止装置の起動および正常な作動を保証するために、このような封止装置の改善を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これを達成するために、本発明は原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムのための受動停止封止装置を開示する。この装置は、しきい値温度から形状が変化し始めるように構成された少なくとも１つのバイメタル片を備え、前記バイメタル片は、前記バイメタル片の温度が前記しきい値温度よりも低いときに低温位置と呼ばれる第１の位置を有し、前記バイメタル片の温度が前記しきい値温度よりも高いときに高温位置と呼ばれる第２の位置を有し、さらに前記装置は以下を備えることを特徴とする。
−  前記少なくとも１つのバイメタル片が高温位置のときに起動位置を有し、前記少なくとも１つのバイメタル片が低温位置のときに非起動位置を有する封止リングと、
−  前記少なくとも１つのバイメタル片が低温位置のときに前記封止リングが前記非起動位置でロックされるように構成され、前記少なくとも１つのバイメタル片が高温位置のときに前記封止リングが解放されるように構成された前記少なくとも１つのバイメタル片に固定されたロック／アンロック手段と、
−  前記ロック／アンロック手段がロックされていないときに前記封止リングが起動位置に拘束されるように構成された弾性手段と、を備える。
【０００９】
本発明によれば、補助起動源を必要とすることなく、原子炉冷却材ポンプセット軸封止システムの事故によって生じる一次冷却材のリークを止めることができる。
【００１０】
本発明による装置のデザインを用いれば、すでに稼働中の原子炉冷却材ポンプセットの構成に対して簡単に取り付けることが可能になる。
【００１１】
本発明による装置によれば、また、装置の自己起動温度を調節することにより、および、より正確にはバイメタル片が形状を変えるしきい値温度を調整することにより、原子炉のそれぞれのタイプの動作制限に対して装置を適合させることができる。
【００１２】
本発明による受動停止封止装置は、また個別に、またはそれらの技術的に可能な組み合わせによる、以下の１または複数の特徴を有することができる。
−  前記装置は、稼働中の原子炉冷却材ポンプセットの軸封止システムに組み込まれるように構成されている。
−  前記リングは、前記ロック／アンロック手段と協働するように構成されているショルダー部を備える。
−  前記少なくとも１つのバイメタル片は、８０℃から２００℃の間、好ましくは１５０℃に等しいしきい値温度から形状が変化し始めるように構成されている。
−  前記封止リングは、３００℃を超す温度に耐えるポリマー材料から作られている。
−  前記封止リングは、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）で作られている。
−  前記封止リングは、ガラスまたは炭素繊維で充填されたＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）母材から作られた複合材料で作られている。
−  前記封止リングは、金属材料から作られている。
−  前記封止リングは、金属核よりもより展性がある材料によってコーティングされた金属核から形成された複合材料である。
−  前記金属核よりもより展性がある前記材料は、ポリマーまたはニッケルまたは銀である。
−  前記弾性手段は圧縮バネである。
−  前記装置は、前記リングの周りに分布している複数のバイメタル片および複数のロック／アンロック手段を有し、前記バイメタル片および前記ロック／アンロック手段は、それぞれから一定の角を有している。
−  前記装置は、３つのバイメタル片と３つのロック／アンロック手段とを備える。
【００１３】
本発明の別の目的は、以下を備える原子炉冷却材ポンプセットである。
−  原子炉冷却材ポンプセット軸に沿って配置されたリーク経路にそって制御されたリークを設定するように構成された封止システムと、
−  前記封止システムに欠陥があり、前記封止リングが起動するときに、制御されたリークを作るように、前記封止システムの前記リーク経路を少なくとも部分的に遮断するように構成された本発明による受動停止封止装置と、を備える。
【００１４】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して、情報としておよび限定することなく以下に与えられた説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】原子炉冷却材ポンプセット封止システムに組み込まれている本発明による受動停止封止装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２ａ】温度の作用による図１の受動停止封止装置の動きを示す図である。
【図２ｂ】温度の作用による図１の受動停止封止装置の動きを示す図である。
【図３】原子炉冷却材ポンプセット封止システムに組み込まれている本発明による受動停止封止装置の第２の実施形態を示す図である。
【図４ａ】温度の作用による図３の受動停止封止装置の動きを示す図である。
【図４ｂ】温度の作用による図３の受動停止封止装置の動きを示す図である。
【００１６】
より明瞭にするために、全ての図において同一または類似の要素は、同一の参照番号を付した。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
加圧水型原子炉の原子炉冷却材ポンプセットは、垂直軸を有する遠心型ポンプである。軸出口１０（図１）での運動用シールには３段階からなるシールシステムが設けられている。
【００１８】
第１段階は、ナンバーワン・シールと呼ばれている。ナンバーワン・シール（図示せず）は、静水圧封止でリークを制御している。標準動作状態の際には、矢印Ｆ１によって示されるリーク流は軸１０に沿って設定されている。
【００１９】
事故状況においては、ナンバーワン・シールの入口で流体の温度は急速に増加し、一次回路のバルブ閉鎖温度、すなわち約２８０℃に到達する。ナンバーワン・シールの性能はこの温度で低下し、毎時１０ｍ3を超えるリーク流量という非常に大きなリークの増加をもたらす。受動停止封止装置（ＳＳＤ）は、この事故状況において、ナンバーワン・シールの下流側でリーク路Ｆ１を塞ぐ（ブロックする）。
【００２０】
図１は、原子炉冷却ポンプセット封止システムに組み込まれた本発明による受動停止封止装置の第１の実施形態を示す。図１に示される受動停止封止装置は、標準動作状態下で示されている。図２ａおよび図２ｂは、本発明による封止装置の２つの状態の断面図を示す。
【００２１】
図２ａはより具体的には、原子炉冷却ポンプセットの標準動作状態下における封止装置を示す。換言すれば、封止装置の温度がしきい値未満であるときを示す。
【００２２】
図２ｂはより具体的には、原子炉冷却ポンプセットの事故動作状態の際の封止装置を示す。換言すれば、封止装置の温度がしきい値より高いときを示す。
【００２３】
本発明による停止封止装置２０は、以下を備える。
−  予め定められたしきい値温度から形状が変化し始めるように構成されている複数のバイメタル片２１（ただ１つのみを図示している）と、
−  装置２０を原子炉冷却ポンプセット、より詳細には、ナンバーワン・シールの浮動アセンブリ支持部３２に固定する支持部２２と、    
−  原子炉冷却ポンプセットのポンプ軸１０に同心して位置している封止リング２３と、  
−  封止リングを軸方向に動かし、回転表面３１でナンバーツー・シールを拘束するように構成されている圧縮バネのような弾性手段２４と、
−  封止リング２３の非起動位置のロックまたはアンロックのためのロック／アンロック手段２５と、を備える。
【００２４】
図１、２ａ、および２ｂに示される第１の実施形態においては、バイメタル片２１は、ねじ留め（screwing）手段によって支持部２２の端部の一方に固定されたフォークのような形状をしている。
【００２５】
その自由端で、バイメタル片２１は、ロック／アンロック手段２５に固定されている。ロック／アンロック手段２５は、好ましくはピンである。
【００２６】
それら（支持部およびピン）が封止リング２３と協働することができるように、支持部２２はピン２５が挿入される所にリーマ仕上げを有し、支持部２２のそれぞれの側が開放されている。ピン２５は、リーク流の温度が増加してバイメタル片２１が形状を変えるときに、それら（ピン）の軸方向に変位することができるように、リーマ仕上げの内側にスライド自由に取り付けられている。
【００２７】
本発明の好ましい１実施形態によれば、装置は、原子炉冷却ポンプセット軸１０の周囲に１２０度に分散した３つのバイメタル片を備える。
【００２８】
標準動作条件下（図１および２ａ）で、バイメタル片２１は、リーク流の温度が形状を変えるしきい値温度よりも低ければ、その低温位置にある。
【００２９】
これらの条件下では、封止リング２３は、図１または図２ａに示されるように、リングの周辺部分の内側に位置しているショルダー部２６と、ピン２５と、弾性手段の圧縮によるピン２５におけるリング２３の引張り力によって、非起動位置にロックされている。
【００３０】
事故条件下（図２ｂ）においては、リーク流の温度の増加がバイメタル片２１の温度を増加させ、その後、バイメタル片がその形状変化しきい値温度に到達したときに形状を変化させる。従って、この状況においては、バイメタル片は「作動する」。バイメタル片２１の作動は、バイメタル片２１に固定されているピン２５の位置を変更し、それ（ピン）を支持部２２のリーマ仕上げ部でスライドさせるように封止リング２３のショルダー部２６からそれ（ピン）を解放する。封止リング２３は、もはやピン２５によって軸方向に拘束されていないので、弾性手段２４がリング２３をナンバーツー・シールの回転表面３１に接触するように導く。従って、封止リングは矢印参照符号Ｆ１によって示したリーク路を封鎖する（ブロックする）。封止リング２３はナンバーワン・シールの浮動アセンブリに支持されている部分３２のリーマ仕上げの内側に、その（封止リングの）直径の外側に軸方向に沿ってガイドされる。
【００３１】
封止リング２３は起動位置で塞がれる（ブロックされる）、換言すれば、当初は、弾性手段２４によって回転表面３１と接触し、その後、装置２０の上流側の圧力の増加によって誘発された加圧器効果によって回転手段３１と接触する。
【００３２】
図３は、原子炉冷却ポンプセット封止システムに組み込まれた本発明による受動停止封止装置の第２の実施形態を示す。図３に示す受動停止封止装置は、事故条件下における封止手段２３’の位置も有して、通常動作条件下で図示されている。図４ａおよび４ｂは、図３に示す第２の実施形態による封止装置の２つの状態の断面図を示す。
【００３３】
図４ａはより具体的には、原子炉冷却ポンプセットの標準動作状態の際の封止装置の第２の実施形態を示す。換言すれば、その封止装置の温度がしきい値未満であるときを示す。
【００３４】
図４ｂはより具体的には、原子炉冷却ポンプセットの事故動作状態下の封止装置の第２の実施形態を示す。換言すれば、その封止装置の温度がしきい値より高いときを示す。
【００３５】
停止封止装置４０は以下を備える。
−  予め定められているしきい値温度から形状が変化し始めるように構成されている複数のバイメタル片４１と、
−  装置を原子炉冷却ポンプセット、より詳細には、ナンバーワン・シールの浮動アセンブリ３２の支持部に固定する支持部４２と、    
−  封止リング２３と、  
−  封止リングを軸方向に動かし、ナンバーツー・シールの回転表面３１でそれ（封止リング）を拘束するように構成されている圧縮バネのような弾性手段２４と、
−  封止リング２３の非起動位置のロックまたはアンロックのためのロック／アンロック手段２５と、を備える。
【００３６】
この第２の実施形態においては、バイメタル片４１は、支持部４２によってその直径の外側を塞がれた（ブロックされた）ディスク形状である。
【００３７】
ディスク形状のバイメタル片は、その中心に、ロック／アンロック手段２５に固定するために用いることになる穿孔を備える。
【００３８】
それら（支持部およびロック／アンロック手段）が封止リング２３と協働することができるように、支持部４２はロック／アンロック手段２５が挿入される所にリーマ仕上げを有し、支持部４２のそれぞれの側が解放されている。
【００３９】
上述した実施形態と同様に、ロック／アンロック手段２５は、リーク流の温度の増加によってバイメタル片４１が形状を変えるときに、それら（ロック／アンロック手段）が軸方向に変位することができるように、リーマ仕上げの内側にスライド自由に搭載されている。
【００４０】
標準動作条件下（図３および４ａ）で、バイメタル片４１は、リーク流の温度が形状を変えるしきい値の温度よりも低ければ、その低温位置にある。
【００４１】
これらの条件下では、封止リング２３は、リングの周辺部分の内側に位置しているショルダー部２６とロック／アンロック手段２５との協働によって、非起動位置にロックされている。従って、この停止位置では、すなわち標準動作の際には、封止リング２３は、この位置でロックされた状態のままであり、弾性手段２４は圧縮されている。
【００４２】
事故条件下（図４ｂ）においては、リーク流の温度の増加がバイメタル片４１の温度を効果的に増加させ、その後、バイメタル片がその形状変化しきい値温度に到達したときに形状を変化させる。従って、この状況においては、バイメタル片は「作動する」。バイメタル片４１の作動は、それ（ロック／アンロック手段）を支持部４２のリーマ仕上げ部でスライドさせるように、および、封止リング２３のショルダー部２６からそれ（ロック／アンロック手段）を解放するように、ロック／アンロック手段２５の位置を変更する。封止リング２３は、もはやロック／アンロック手段２５によって軸方向の所定の位置に拘束されていないので、圧縮されている弾性手段２４は、リング２３に軸方向の力を加え、これにより、それ（リング）をナンバーツー・シールの回転表面３１に接触させ、従って、矢印参照符号Ｆ１によって示したリーク路を封鎖（ブロック）する。
【００４３】
封止リング２３は、起動位置（図３の２３′を参照）で塞がれる（ブロックされる）、換言すれば、弾性手段２４および装置２０の上流側の圧力の増加によって誘発された加圧器効果によって回転手段３１と接触する。
【００４４】
本発明による封止装置のバイメタル片２１、４１は、８０℃と２００℃の間、好ましくは、１５０℃に等しい作動しきい値温度を有するように作られている。
【００４５】
装置２０または４０の封止リング２３は、高温（例えば３００℃を超える温度）に耐えるポリマー材料、例えば、ＰＥＥＫ、またはガラスもしくは炭素繊維を充填したＰＥＥＫの複合材料から作られてもよい。このような材料の使用により、封止リングを高温で弾性のある状態で得ることができ、ナンバーツー・シールの回転表面の幾何学的形状に一致させるように変形させることができるので、より良い封止品質を与える。
【００４６】
装置２０または４０の封止リング２３は、また、金属材料から作られてもよい。この場合、封止リング２３とそれに接触する部分との間の隙間の存在のため、残留リーク流が想定される。しかしながら、金属材料の使用はポンプ軸が完全に回転して停止する前に、もしその装置が起動されれば、装置、特に、封止リングをより堅牢にすることができる。
【００４７】
封止リング２３は、例えば、ポリマー、ニッケル、または銀のような金属核よりも展性がある材料を用いてコーティングされた金属核から形成された複合材料から作られてもよい。その金属核よりもより展性のある周辺材料は、異なる部分の間に存在する隙間を表面層の変形により埋めることができる。もし、表面層が軸の回転によってすり減れば、このより密度の高い金属核によってリーク流の制限を保証することができる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
2015505367.tif 000007
【図４ｂ】
2015505367.tif 000008
【国際調査報告】
2015505367.tif 000009
2015505367.tif 000010
2015505367.tif 000011
2015505367.tif 000012
2015505367.tif 000013
2015505367.tif 000014