(57)【要約】【課題】クラッドが原子炉機器の表面へ付着することを抑制し、機器の特性変化を抑え、また定検時の作業員の放射線被曝を低下させる。【解決手段】原子炉圧力容器内に配置されて冷却材を再循環する沸騰水型原子炉用ジェットポンプにおいて、原子炉圧力容器の外に配置された再循環ポンプによって駆動される駆動水を噴出するノズル２４と、原子炉圧力容器内の被駆動水とともに前記駆動水を受け入れるスロート２５と、スロートを通過した冷却材の流路が拡大するように拡大流路を形成するディフューザ２６と、を有し、ノズル２４、スロート２５およびディフューザ２６の内面の少なくとも一部に親水性皮膜を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器内に配置されて冷却材を再循環する沸騰水型原子炉用ジェットポンプにおいて、
前記原子炉圧力容器の外に配置された再循環ポンプによって駆動される駆動水を噴出するノズルと、原子炉圧力容器内の被駆動水とともに前記駆動水を受け入れるスロートと、前記スロートを通過した冷却材の流路が拡大するように拡大流路を形成するディフューザと、を有し、
前記ノズル、スロートおよびディフューザの内面の少なくとも一部に親水性皮膜を施したことを特徴とするジェットポンプ。
【請求項２】
沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設置されて冷却材を再循環するインターナルポンプにおいて、
電動モータによって駆動されるインペラと、前記インペラを通過した冷却材の流路が拡大するように拡大流路を形成するディフューザと、を有し、
前記インペラおよびディフューザの内面の少なくとも一部に親水性皮膜を施したことを特徴とするインターナルポンプ。
【請求項３】
沸騰水型原子炉の一次系配管の一部に絞り部を設け、この絞り部で発生する圧力差を計測して流量を測定する絞り流量計において、
前記絞り部はスロートと、このスロートの下流側で流路が拡大するディフーザとを有し、前記スロートおよびディフューザの内面の少なくとも一部に親水性皮膜を施したことを特徴とする絞り流量計。
【請求項４】
原子炉圧力容器内に配置され、冷却材の流れに随伴される異物を捕捉するために曲折した流路を有する異物フィルタにおいて、
前記流路の壁面の少なくとも一部に親水性材料の被膜を付着したことを特徴とする異物フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設置されるジェットポンプ、インターナルポンプおよび異物フィルタ、ならびに沸騰水型原子炉の一次系配管に配置される絞り流量計に関し、特に、クラッドが機器に付着するのを抑制できるジェットポンプ、インターナルポンプ、絞り流量計および異物フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子力発電所は大きく分けると、原子炉系とタービン系で構成されている。原子炉系は炉心燃料および炉内構造物、原子炉圧力容器などの原子炉本体のほか、再循環系、制御棒駆動系、主蒸気系を中心とした原子炉一次系と非常用炉心冷却系を含む原子炉補助系などから構成されている。
【０００３】
従来の沸騰水型原子炉には、冷却材再循環方式として炉内ジェットポンプを採用したものと、インターナルポンプを採用した改良型沸騰水型原子炉がある。この改良型沸騰水型原子炉を図１０を参照しながら説明する。
【０００４】
すなわち、図１０において符号１は原子炉圧力容器で、この原子炉圧力容器１内の中央部よりやや下方に炉心２が配置されている。この炉心２の下方には多数本の制御棒案内管３が設けられ、炉心２を形成するシュラウド４の上端開口はシュラウドヘッド５で閉塞されている。シュラウドヘッド５には遠心セパレータ６のスタンドパイプ７が立設され、遠心セパレータ６上には６体の矩形平型ドライヤ８が配置されている。
【０００５】
原子炉圧力容器１の下部には前記制御棒案内管３の内面をガイドとして炉心２内の十字ブレード型制御棒を駆動する制御棒駆動機構９が設けられている。原子炉圧力容器１の内側とシュラウド４の外側との間の底部には複数台のインターナルポンプ１０が取着されている。インターナルポンプ１０は、冷却材を炉心２へ供給する重要な機器である。
【０００６】
炉心２は多数本の燃料集合体が格子状に配列されており、燃料集合体は燃料棒を格子状に配列し、上部、下部タイプレートおよびスペーサをもって組み立てられ、全体はチャンネルボックスで包囲されている。燃料棒は低濃縮ウランをペレット状に焼き固め、燃料被覆管に挿入したものである。
【０００７】
制御棒は中性子を吸収し、核分裂の連鎖反応をコントロールするもので、十字形状をしており、原子炉圧力容器１の下部から燃料集合体の間に格子状に挿入する。挿入、引抜は制御棒に連結された制御棒駆動機構９により行なう。
【０００８】
炉心２は多数本の燃料集合体の下部が炉心支持板１１により支持され、上部が上部格子板１２により保持され、全体がシュラウド４によって包囲されている。原子炉圧力容器１の上部側面には主蒸気管１３が接続され、この主蒸気管１３を通して蒸気をタービンへ送っている。主蒸気管１３の原子炉圧力容器１の出口部では図１１に示すようにスロート２０とディフューザ２１があり、スロート２０の圧力と原子炉圧力容器１内の圧力の差圧を差圧計２２で測定し蒸気流量の測定を行なっている。
【０００９】
一方、ジェットポンプを採用した沸騰水型原子炉を図１２に示す。改良型沸騰水型原子炉で採用されているインターナルポンプに替えてジェットポンプ２３を設けている。この方式は原子炉圧力容器の外部に循環ポンプ２４を配置し、原子炉内の冷却材を加圧し炉内ジェットポンプ２３のノズル２４から高速で噴出させることによりスロート２５で周りの冷却材を吸い込み、ノズル２４から噴出される冷却材の流量の数倍大きな流量を排出するものである。ジェットポンプ２３内のディフューザ２６は、流路を徐々に拡大して流速を低下させ、冷却材の圧力を上げるものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
原子炉圧力容器内の冷却材には、原子炉圧力容器へ注入される給水に含まれるクラッドや原子炉圧力容器内の構造物から発生するクラッドが含まれている。クラッドは、長時間原子炉を運転している間に、原子炉圧力容器内に配置された機器の表面へ付着する。特に、冷却材が通過する機器の表面に付着したクラッドは表面状態を変化させ機器の特性を変化させる。また、放射化されたクラッドが機器へ付着した場合には、その機器の放射能レベルが上がり定期検査時の作業員の放射線被曝量を増加させる。
【００１１】
ジェットポンプでは、特に、ノズル内面やスロートなどの流速が速い部位にイオン化されたクラッドが付着する。この部位にクラッドが付着すると圧力損失が増加しジェットポンプの吐出流量の低下が発生する。
【００１２】
インターナルポンプでは、クラッドがインペラ羽根やディフューザ羽根表面に付着すると羽根面上の流れに影響を与えたり、摩擦損失が増加してポンプの性能を低下させる。
【００１３】
絞り流量計では、スロートにクラッドが付着すると表面粗さが粗くなり、圧力損失係数が大きくなり、測定値を過大に表示することになる。
燃料集合体の入口部に設けた細い曲折した流路を設けて異物（例えば、針金）を捕捉するフィルタを設けた構造の燃料支持金具では、流路壁面にクラッドが付着すると流路面積が減少し圧損が増加し、循環ポンプの使用電気量の増大につながり、最終的には原子力プラントの経済性に悪影響を与えることになる。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、クラッドが原子炉機器の表面へ付着することを抑制し、機器の特性変化を抑え、また定検時の作業員の放射線被曝量を低下させるジェットポンプ、インターナルポンプ、絞り流量計および異物フィルタを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の目的に沿ったものであって、請求項１に記載の発明は、原子炉圧力容器内に配置されて冷却材を再循環する沸騰水型原子炉用ジェットポンプにおいて、前記原子炉圧力容器の外に配置された再循環ポンプによって駆動される駆動水を噴出するノズルと、原子炉圧力容器内の被駆動水とともに前記駆動水を受け入れるスロートと、前記スロートを通過した冷却材の流路が拡大するように拡大流路を形成するディフューザと、を有し、前記ノズル、スロートおよびディフューザの内面の少なくとも一部に親水性皮膜を施したことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設置されて冷却材を再循環するインターナルポンプにおいて、電動モータによって駆動されるインペラと、前記インペラを通過した冷却材の流路が拡大するように拡大流路を形成するディフューザと、を有し、前記インペラおよびディフューザの内面の少なくとも一部に親水性皮膜を施したことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、沸騰水型原子炉の一次系配管の一部に絞り部を設け、この絞り部で発生する圧力差を計測して流量を測定する絞り流量計において、前記絞り部はスロートと、このスロートの下流側で流路が拡大するディフーザとを有し、前記スロートおよびディフューザの内面の少なくとも一部に親水性皮膜を施したことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、原子炉圧力容器内に配置され、冷却材の流れに随伴される異物を捕捉するために曲折した流路を有する異物フィルタにおいて、前記流路の壁面の少なくとも一部に親水性材料の被膜を付着したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここで、従来技術と共通または類似の部分、および相互に共通または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態であるジェットポンプを示す図である。この実施の形態は、図１に示すようにノズル２４の内面に親水性材料２８を被覆して親水性を持たせたジェットポンプである。特にノズル口径が最も小さくなり流速が速くなるノズル端部２９では、クラッドが付着しやすい傾向があり、この部分に親水性材料２８を被覆することが効果的である。
【００２１】
固体表面に付着する液体の接触角θに関する表面の力のバランスはＹｏｕｎｇの式により次のように表すことができる。
ｒＳ＝ｒＳＬ＋ｒＬｃｏｓθ
ここで、ｒＳは固体の表面張力、ｒＳＬは固−液界面張力、ｒＬは水の表面張力である。濡れ性の良い固体表面では、接触角θが２０°より小さくなる。
【００２２】
接触角の小さな条件として考えられるのは、上式より表面張力ｒＳの大きな固体材料（例えばタングステン）が考えられる。また、金属製のノズル端部２９を加熱してその表面を酸化する方法もある。
【００２３】
他の方法としては、イオン注入により活性化する方法、表面に細かな粗さを付加して表面積を増加する方法、濡れ性の向上した金属酸化物、例えば、酸化チタンなどを用いることができる。さらに、酸化チタン等の金属酸化物に光を照射し、光触媒反応を起こさせて、さらに親水化することもできる。
なお、ここで説明した親水性材料被膜の例およびその形成方法の例は、以下に説明する他の実施の形態にも同様に適用できる。
【００２４】
一般に親水性材料を持つ表面では、防雲効果、表面清浄化効果、帯電抑制効果、断熱効果、気泡付着抑制効果、熱交換器における効率向上効果が期待できるとされている。本実施の形態では、表面清浄化効果を利用し、ノズル表面にクラッドを付着させにくくしたものである。ノズル２４内面にクラッドが付着すると、流体が流れる流路の断面積が小さくなり圧力損失が大きくなるため、ノズル２４を流れる流量が小さくなってジェットポンプの性能が低下する。また、クラッドが付着することは壁面の表面粗さを粗くし圧力損失増加の原因ともなる。
【００２５】
本実施の形態では、親水性材料２８を被覆することによりノズル内面は製作初期の形状を維持することができ、ジェットポンプ性能の低下を抑制することができる。
【００２６】
図２は、第１の実施の形態の変形例としてのジェットポンプを示す。クラッドは流速が速い所に付着する特性があるため、流速が速くなるスロート２５の壁面に親水性材料３０を被覆したものである。
【００２７】
図３は、第１の実施の形態の他の変形例としてのジェットポンプを示す。一般にジェットポンプには、スロート２５とディフューザ２６の差圧を配管３２により差圧測定器３３で計測してジェットポンプからの吐出流量を測定するものがある。従来のジェットポンプではスロート２５やディフューザ２６の壁面にクラッドが付着することで圧力損失係数が大きくなり、流量を大きく見積もることがある。本実施の形態では、親水性材料３１をスロート２５からディフューザ２６までの壁面に被覆することにより、クラッドの付着を抑制し、圧力損失係数の変化を抑え、流量測定の精度を維持することができる。
【００２８】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態である原子炉再循環ポンプ（インターナルポンプ）を示す図である。原子炉再循環ポンプは、インペラ３４、ディフューザ３５、シャフト３８、電動モータ３７で構成されており、ディフューザ３５は原子炉圧力容器１に設けられたノズル３６に取り付けられており、モータ３７とインペラ３４はシャフト３８で連結されている。インペラ３４はモータ３７により回転する。インペラ３４が回転することにより、冷却材は原子炉圧力容器１の内側を図４の上方から下方へ流れる。この流れにより、インペラ３４の羽根表面、およびディフューザ３５の羽根表面には、高速で冷却材が流れる。
【００２９】
原子炉の運転継続により、この羽根表面には冷却材に含まれるクラッドが付着し、表面粗さの変化や羽根形状の変化によりポンプの性能が変化する。この原子炉再循環ポンプは炉心２へ冷却材を供給する重要なポンプであることから、このような性能の変化は好ましくない。この実施の形態の原子炉再循環ポンプは、インペラ３４の羽根表面、ディフューザ３５の羽根表面に親水性材料を被覆することによりクラッドが付着せずポンプの性能が変化しないようにしたものである。
【００３０】
［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態である絞り流量計を示す図である。図５は図１１の絞り流量計に相当する。クラッドは流速が速い部分に付着する性質があるので、スロート２０の表面が最も付着する可能性がある。本実施の形態は、スロート２０およびディフューザ２１の内表面に親水性材料３９を被覆してクラッドが付着することを抑制した絞り流量計である。本実施の形態では蒸気通過部を示したが、水が通過する絞り流量計にも適用できる。
【００３１】
［第４の実施の形態］
図６は、デブリフィルタの説明図である。このデブリフィルタは、原子炉圧力容器１内の、例えば炉心２の下部に配置され、Ｖ字形に曲がった流路壁面４４で構成されている。冷却材は冷却材入り口４０より入り出口４１から流出する。冷却材に含まれる異物４３はＶ字形の部分にひっかかり異物が下流へ流れないようにしたものである。
【００３２】
図７は本発明の第４の実施の形態を示すもので、図６のデブリフィルタの流路壁面４４の内表面に親水性材料４５を付着させている。図８（ａ）のようにクラッド４６のような汚れが付着した場合、親水性の皮膜を付着させた表面では図８（ｂ）のように冷却材４７が親水性材料４５表面とクラッド４６の間に入り込んでクラッド４６を浮かせて洗い流し、クラッドが付着にくくなり、圧損の増大を抑制できる。
【００３３】
図９は、第４の実施の形態の変形例のデブリフィルタを示す。このような屈曲した流路の場合、クラッドは渦が発生する、入口部と曲がり部に付着しやすい。そこで、この変形例は、親水性の皮膜をクラッドが付着しやすい入口部４８と曲がり部４９に限定的に付着した。このよにすることにより、クラッドが付着しにくくなり、圧損の増大を抑制できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、原子炉内機器を長時間使用しても機器表面にクラッドが付着しにくいため、性能の低下や測定精度の低下が抑制され、長時間にわたり品質が確保できる。また、放射化された腐食生成物が機器表面に付着しにくいため、定期検査時に機器を取り外し検査する際の作業員の放射線被曝線量を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るジェットポンプの一実施の形態を示す模式的縦断面図。
【図２】図１のジェットポンプの変形例を示す模式的縦断面図。
【図３】図１のジェットポンプの他の変形例を示す模式的縦断面図。
【図４】本発明に係るインターナルポンプの一実施の形態を示す部分縦断面図。
【図５】本発明に係る絞り流量計の一実施の形態を示す模式的部分縦断面図。
【図６】一般的な異物フィルタの例を示す模式的部分縦断面図。
【図７】本発明に係る異物フィルタの一実施の形態を示す模式的部分縦断面図。
【図８】図７の異物フィルタの部分拡大縦断面図であって、（ａ）は異物フィルタに異物が付着した当初の状態を示す図、（ｂ）は冷却材の流れによって異物が流れていく途中の状態を示す図。
【図９】図２の異物フィルタの変形例を示す模式的縦断面図。
【図１０】一般的な改良型沸騰水型原子炉の縦断面図。
【図１１】一般的な改良型沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器、主蒸気管および差圧測定器を示す模式的縦断面図。
【図１２】一般的な沸騰水型原子炉の縦断面図。
【符号の説明】
１…原子炉圧力容器、２…炉心、３…制御棒案内管、４…シュラウド、５…シュラウドヘッド、６…遠心セパレータ、７…スタンドパイプ、８…矩形平型ドライヤ、９…制御棒駆動機構、１０…インターナルポンプ、１１…炉心支持板、１２…上部格子版、１３…主蒸気管、１４…給水管、１５…支持スカート、１６…ぺデスタル、１７…制御棒駆動機構取扱機、１８…上蓋、１９…原子炉格納容器、２０…スロート、２１…ディフューザ、２２…差圧測定器、２３…ジェットポンプ、２４…ノズル、２５…スロート、２６…ディフューザ、２７…再循環ポンプ、２８…親水性材料、２９…ノズル端部、３０…親水性材料、３１…親水性材料、３２…圧力測定配管、３３…差圧測定器、３４…インペラ、３５…ディフューザ、３６…ノズル、３７…電動モータ、３８…シャフト、３９…親水性材料、４０…冷却材入り口、４１…冷却材出口、４３…異物、４４…流路壁面、４５…親水性材料、４６…クラッド、４７…冷却材の流れ方向、４８…入口部、４９…曲がり部。
【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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【図７】
2005049161.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005049161.tif 000011
【図１０】
2005049161.tif 000012
【図１１】
2005049161.tif 000013
【図１２】
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