化学プローブ組立体及び原子炉内で化学プローブ組立体を用いる方法
【課題】化学プローブ組立体及び原子炉内で化学プローブ組立体を用いる方法を提供すること。
【解決手段】電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）プローブ組立体は、運転中の原子炉において冷却材の化学的性質に起因した材料のＥＣＰを監視するのに用いることができる。例示的な実施形態の組立体は、潜在的に複数の異なる原子炉材料についての構成要素ＥＣＰを検出する少なくとも１つのＥＣＰプローブと、ＥＣＰプローブを覆う冷却材用流体流路を提供する構造体と、ＥＣＰプローブによって検出されたＥＣＰデータを外部受信機に送信又は搬送する信号送信機とを含む。
【解決手段】電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）プローブ組立体は、運転中の原子炉において冷却材の化学的性質に起因した材料のＥＣＰを監視するのに用いることができる。例示的な実施形態の組立体は、潜在的に複数の異なる原子炉材料についての構成要素ＥＣＰを検出する少なくとも１つのＥＣＰプローブと、ＥＣＰプローブを覆う冷却材用流体流路を提供する構造体と、ＥＣＰプローブによって検出されたＥＣＰデータを外部受信機に送信又は搬送する信号送信機とを含む。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
図１に示すように、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）などの従来の原子炉は、ほぼ円筒形状の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１２を含むことができる。ＲＰＶ１２は、下端部において下部ヘッド２８により閉鎖され、上端部において取り外し可能な上部ヘッド２９により閉鎖することができる。円筒形炉心シュラウド３４は、原子炉心３６を囲むことができ、該原子炉心は、核分裂により出力を発生する複数の核燃料要素を含む。シュラウド３４は、一方端において、シュラウド支持体３８により支持することができ、他方端において、取り外し可能シュラウドヘッド３９及びセパレータ管組立体を含むことができる。燃料バンドルは、炉心３６のベースに位置付けられた炉心プレートにより整列させることができる。１つ又はそれ以上の制御ブレード２０は、炉心３６内に上向きに延びて、炉心３６の燃料要素内の核分裂連鎖反応を制御するようにすることができる。加えて、１つ又はそれ以上の計装管５０は、下部ヘッド２８を通してなど、ＲＰＶ１２の外部から原子炉心３６内に延びて、中性子モニター及び熱電対などの計装器を外部の位置から炉心３６内に挿入し且つ密閉可能にすることができる。
【０００２】
水などの流体冷却材は、炉心３６及び炉心プレート４８を通って上方に循環され、燃料要素の核分裂によって発生する熱により少なくとも部分的に蒸気に転換される。蒸気は、セパレータ管組立体及び蒸気乾燥器構造体１５において分離及び乾燥され、ＲＰＶ１２の上部付近の主蒸気ノズル３を通ってＲＰＶ１２から流出する。ＲＰＶ１２を通って循環され且つ内部で沸騰される冷却材は、典型的には純粋であり、冷却材の化学的性質を向上させる一部の添加剤を除いて脱イオン化される。ＲＰＶ１２内の構成要素及び燃料に対して不活性の安定した冷却材の化学的性質を維持する試みがなされているが、冷却材の化学的性質は、運転上の要求事項に適合するよう調整され、構成要素障害を通じて変更することができる。例えば、可溶性中性子吸収体を冷却材に添加し、炉心３６内の核反応を良好に制御することができ、さもなければ、核分裂生成物が炉心３６内の燃料要素の障害により意図せずに冷却材内に漏洩され、又は高温の被覆材−冷却材反応により燃料要素内に水素が生成される可能性がある。
【０００３】
従来、上記で検討した原子炉内部に対する冷却材の化学的性質の影響を把握するため、並びに冷却材の化学的性質を運転要件に適合するよう成功裏に調整するために、幾つかの機構を通じて冷却材の化学的性質が監視されている。例えば、種々の冷却材条件における材料の腐食及び亀裂形成を反映した電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）すなわち原子炉内で使用される材料の特性は、循環している冷却材と接触したＥＣＰプローブにより監視することができる。ＲＰＶ１２へのアクセスは、運転中及び冷却材循環中は制限されて困難であり、その結果、ＥＣＰ監視に利用可能であるのは特定の位置だけになる可能性がある。ＥＣＰプローブは、計装管５０内の種々の位置に配置され、計装管内のサンプリング孔を通じて循環している冷却材と接触して構成要素のＥＣＰを測定することができる。下部ヘッド２８のドレイン管路（図示せず）又は他の冷却材配管内に別のＥＣＰプローブを配置し、構成要素のＥＣＰに対する冷却材の化学的性質をサンプリングすることができる。例えば、ＥＣＰプローブは、軽減監視システム（Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）マニホールド又は再循環配管システム（Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｐｉｐｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）内に配置され、そこを流れる冷却材と接触し構成要素のＥＣＰを測定することができる。同様に、冷却材は、冷却材ループ保守整備中のＲＰＶ１２から取り出され、実験室用オートクレーブ中の原子炉レベル状態にまで引き上げられ、ＲＰＶ１２外部のＥＣＰプローブを用いてＥＣＰをサンプリングすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，６２３，６１１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１９２，４１４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
例示的な実施形態は、運転中の原子炉において冷却材の化学的性質から生じる構成要素の電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）特性を監視するのに用いることができるＥＣＰプローブ組立体に関する。例示的な実施形態の組立体は、潜在的に複数の異なる原子炉材料についての構成要素ＥＣＰを検出する少なくとも１つのＥＣＰプローブと、ＥＣＰプローブを覆う冷却材用流体流路を提供する構造体と、ＥＣＰプローブによって検出されたＥＣＰデータを外部受信機に送信又は搬送する信号送信機とを含む。ＥＣＰプローブは、何らかの数及び／又はタイプのものとすることができ、原子炉冷却材に曝される、ステンレス鋼、ジルコニウム合金、その他を含む異なる構成要素材料のＥＣＰを検出するようになる。ＥＣＰプローブは更に、イオン濃度、ｐＨ、その他を含む冷却材の化学的性質を検出し、冷却材に曝される材料の腐食又は亀裂電位を測定することができる。ＥＣＰプローブは、流体流路内で構造体内に収容され、冷却材が接触してＥＣＰ検出が最大になるようにすることができる。ＥＣＰプローブ組立体は、流体流量及びＥＣＰ検出を強化するために、冷却材入口においてベンチェリ又は他の構造を含むことができる。ＥＣＰデータは、有線又は無線信号送信機を通じて外部受信機に送信することができ、その結果、原子炉内部にアクセスすることなく、運転中の原子炉内の材料の健全性を評価することができるようになる。
【０００６】
例示的な方法は、原子炉及び設備において例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体を設置及び利用する段階を含む。例示的な方法は、設備内の所望の位置にＥＣＰプローブ組立体を固定する段階と、ＥＣＰデータを受け取り及び／又は処理してこれに基づいて設備を運転させることができる受信機にＥＣＰプローブを通信可能に接続する段階とを含む。設置位置は、所望の位置に近接した設備内の構成要素及び／又は所望の位置での予想される流体状態に基づいて決定することができる。例えば、ＥＣＰプローブ組立体は、炉心シュラウド壁３４上又は原子炉圧力容器１２内の炉心の上部に設置することができ、ここは、
冷却材の化学的性質が原子炉運転に大きな影響を及ぼす場所であるが、これまでは達成することができなかった。ＥＣＰプローブ組立体は、延長部を含むことができ、該延長部を通じて組立体を所望の位置の近傍構造に固定できるようになる。例示的な方法は、流体がＥＣＰプローブ組立体を通って流れるようにＥＣＰプローブ組立体を位置決めすることができる。例示的な方法は更に、通信導管が炉心シュラウド壁３４を下り炉心プレート４８に延び、更に炉心プレート４８を超えて計装管５０に延びることにより、原子炉内でＥＣＰプローブと計装管との間に通信導管を接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来の原子炉圧力容器及びその内部の図。
【図２】例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体の図。
【図３】例示的な方法において原子炉に設置された例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体の図。
【図４】例示的な方法において原子炉に設置された例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体の別の図。
【図５】例示的な方法において原子炉内でＥＣＰプローブから計装管まで通る導管の図。
【図６】例示的な方法において原子炉内で計装管を接合する導管の図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下では、添付図面を参照しながら例示的な実施形態を詳細に説明する。しかしながら、本明細書で開示される特定の構造及び機能の詳細事項は、単に例示的な実施形態を説明する目的で表しているに過ぎない。例示的な実施形態は、多くの代替形態で具現化することができ、本明細書で記載される例示的な実施形態にのみ限定されるものと解釈すべきではない。
【０００９】
第１、第２、その他の用語は、本明細書で様々な要素を説明するのに用いることができるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでないことは理解されるであろう。これらの用語は、単に、ある要素を別の要素と区別するのに使用される。例えば、例示的な実施形態の技術的範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、また同様に第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で用いる場合に「及び／又は」という用語は、関連する記載項目の１つ又はそれ以上のいずれか及び全ての組合せを含む。
【００１０】
ある要素が別の要素と「接続」、「結合」、「嵌合」、「取り付け」、又は「固定」されていると言及される場合、ある要素は他方の要素に直接接続又は結合することができ、或いは、介在する要素が存在できる点は理解される。これとは対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続」又は「直接結合」されていると言及される場合には、介在する要素は存在しない。要素間の関係を説明するのに使用される他の用語も同様に解釈すべきである（例えば、「〜間」と「〜間に直接」、「隣接」と「直近」、その他）。
【００１１】
本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び／又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００１２】
幾つかの代替の実施においては、記載された機能／動作は、図に記載された順序又は本明細書において説明した順序とは異なる順序で行うことができる点に留意されたい。例えば、連続して示した２つの図は、含まれる機能／動作に応じてほぼ同時に実施することができ、又は逆の順序で実施することもできる。
【００１３】
本出願の発明者らは、従来の電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）監視装置及び方法に関して、これまでに認識されていない特定の幾つかの問題を抱えている。例えば、原子炉圧力容器内の複数の位置において原子炉冷却材中の材料に関するＥＣＰデータの収集及び伝送は、運転中の原子炉圧力容器へのアクセスが制限されることに起因して実施可能ではない場合がある。計装管においてＥＣＰプローブに利用しやすい冷却材は、化学的性質、温度、圧力、その他が異なる場合があり、炉心、シュラウド溶接部付近、蒸気乾燥器の下、その他など、原子炉圧力容器の他の重要な位置にある材料とは異なる材料ＥＣＰ特性値がもたらされる。その上、これらの異なる位置近傍の放射線レベルは様々であり、材料ＥＣＰに対する影響が計装管の直ぐ近くよりも大きい場合もある。このため、冷却材の化学的性質によるＥＣＰ損傷を受けやすい他の原子炉圧力容器内部に放射線及び冷却材がどれほど影響を及ぼすかを正確に判定することは難しい可能性がある。更に、複数の計装管におけるＥＣＰプローブの配置は、複数の計装管内にＥＣＰプローブを配置することにより管内の他のタイプの計装器に利用可能なスペースが制限され、及び／又はこのような管への冷却材漏洩の可能性が高くなる場合がある。以下で検討する例示的な実施形態及び方法は、原子力発電プラントにおいて、原子炉内の複数の位置において改善された材料ＥＣＰ監視、改善された炉心冷却材の化学的性質の制御、計装管の使用スペースの低減、及び／又は以下で検討する他の利点又は検討していない他の利点を含む、幾つかの利点を達成するために従来のＥＣＰ監視に関してこれまで認識されていないこれらの影響に独自に対処する。
【００１４】
（例示的な実施形態）
図２は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００の例図である。図２に示すように、ＥＣＰプローブ組立体１００は、少なくとも１つのＥＣＰプローブ１５０を含む。例えば、ＥＣＰプローブ組立体は、４つのＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、又は他のいずれかの所望の数のプローブを含むことができる。ＥＣＰプローブ１５０は、公知のタイプのＥＣＰプローブとすることができる。例えば、引用により全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，１９２，４１４号は、冷却材中のステンレス鋼のＥＣＰを測定するためにステンレス鋼電極を備えたＥＣＰプローブを開示している。ステンレス鋼構成要素のＥＣＰ、すなわち損傷の可能性は、冷却材と接触したときにステンレス鋼電極に発生する電圧によって測定することができる。或いは、例えば、双方とも引用により全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第６，２２２，３０７号及び第６，６２３，６１１号は、ｐＨレベルのような冷却材特性に基づいて、ジルカロイのような他の材料のＥＣＰを測定するプラチナ及び／又はジルコニウム合金先端を備えた他のタイプのＥＣＰプローブを開示している。
【００１５】
ＥＣＰプローブ１５０ａ、ｂ、ｃ、ｄは、同じタイプ又は異なるタイプとすることができる。例えば、ＥＣＰプローブ１５０ａ及び１５０ｄは、ステンレス鋼に関してＥＣＰを測定することができ、ＥＣＰプローブ１５０ｃはインコネルに関してＥＣＰを測定することができ、ＥＣＰプローブ１５０ｂは更に、ジルコロイに関してＥＣＰを測定することができる。例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００において、例えば、対象の原子炉で使用される材料のタイプ、原子炉内に設置されている例示的な実施形態に最も近い構成要素の材料のタイプ、及び／又は冷却材化学的性質の予想される特定のタイプに基づいて、ＥＣＰプローブ１５０のあらゆる数及びそのタイプの組み合わせを用いることができる。例えば、ＥＣＰプローブ１５０ｃ及び１５０ｄは、セラミックボール状構造内にクラスター化された鉄フェライトセンサ粒子を有するセラミックボール状プローブとすることができ、ＥＣＰプローブ１５０ａ及び１５０ｂは、セラミックボール状プローブ１５０ｄ及び１５０ｃと同様に位置付けられた円筒プローブ内のプラチナ粒子を有するプラチナ形センサとすることができる。
【００１６】
ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄは、原子炉運転中のように、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００を通る冷却材流体流１６０と接触するようにＥＣＰプローブ組立体１００内に装着される。例えば、ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、及び１５０ｄは、該ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、及び１５０ｄにおける活性電極が冷却材流体流１６０に対面するようにアライメントハウジング１５５内に装着することができる。或いは、１つ又はそれ以上のＥＣＰプローブ１５０は、冷却材流体流１６０に対してある角度又は垂直に位置することができる。アライメントハウジング１５５は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００の構造体１１０内でＥＣＰプローブ１５０と堅固に整列することができる。例えば、アライメントハウジング１５５は、溶接されるか、或いは、例えば、平頭ネジ、ピン、タング、磁石、接着剤、その他とすることができるファスナー１０１により構造体１１０に固定することができる。
【００１７】
構造体１１０は、ＥＣＰ監視のためＥＣＰプローブ１５０を作動冷却材と接触した状態に維持するように、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００を通る冷却材流体流１６０を収容し送り込むように全体的に密閉することができる。スクリーンメッシュ又は有孔プレートのような出口フィルター１９０は、冷却材流体流１６０を構造体１１０から流出させ、場合によっては冷却材内に係脱する可能性があるＥＣＰプローブ組立体１００の何れかの部分を捕らえることができる。検出ウィンドウ１５１（図４）は、ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、及び１５０ｄ、その他を覆って構造体１１０内に含めることができる。検出ウィンドウ１５１は、光又は特定のタイプの放射線に対して透過性にすることができ、その結果、プローブは、アルファ、ベータ、及びチェレンコフ放射線のような電磁放射線を含む、原子炉内の放射線を検出することができるようになる。例えば、検出ウィンドウ１５１は、最大曝露を許容するよう覆いのない開口とすることができる。
【００１８】
或いは、構造体１１０は、該構造体１１０内で要求に応じて冷却材流量、圧力、その他を調整するための他の孔又は開口を含み、もしくは形成することができる。構造体１１０は、ほぼ矩形の断面を備えて図示されており、例えば、約４インチ×３インチの矩形断面寸法を有することができる。勿論、構造体１１０は、円筒形、方形、円錐形、その他を含む、少なくとも１つのＥＣＰプローブ１５０及び冷却材流１６０を収容する何らかの形状又はサイズにすることができる。構造体の形状及びサイズは、液体冷却材流１６０の所望の流量又は質量流量を得るため、対象の原子炉内で所望の位置決めを得るため、及び／又は他のいずれかの所望の運転特性を得るために変えることができる。
【００１９】
例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００は更に、構造体１１０内で冷却材流体流１６０が流れる入口及び出口１９０を含む。入口は、例示的な実施形態の組立体１００を通る液体の冷却材流１６０の速度を増大させ、及び／又は液体冷却材流１６０を原子炉のより大きな流れ断面から集めて平均の冷却材化学的性質を良好に推定するベンチェリ１２０を含むことができる。或いは、所望の冷却材の流量及び容量をもたらすために、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体においてベンチェリ１２０の代わりに又はこれと組み合わせて、ディフューザ、チョークプレート、フィルター、その他を含む他の入口構造を用いることができる。ベンチェリ１２０又は他の何らかの構造は、ファスナー１０１又は、例えば、溶接又は摩擦を含む、他のいずれかの接合機構を用いて構造体１１０に固定することができる。
【００２０】
流体冷却材が例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００を通って流れると、１つ又はそれ以上のＥＣＰプローブ１５０は、冷却材流中の関連材料のＥＣＰを示す電気的信号又は他の信号を生成する。これらの信号は、例えば、配線又は他の回路を含むことができる伝送媒体１４１を通って送信することができる。伝送媒体１４１はまた、ＥＣＰプローブ１５０からの信号を電磁波によって、例えば外部受信機に送信する無線送信機を含むことができる。ＥＣＰプローブ１５０は、外部電力なしで作動することができるが、電気的又は他の伝送媒体１４１は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００のあらゆる構成要素に電力を供給することができる。伝送媒体は、ＥＣＰプローブ１５０に通信可能に接続され、通信ポート１４０を通じて組立体１００から出ることができる。
【００２１】
アクセスプレート１３０は、構造体１１０から取り外し可能にすることができ、特に組立体１００が取り外しできない又は他のアクセスができない区域に設置されている場合に、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００内部の構成要素に特別にアクセスできるようにする。例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００は更に、本体中間の延長部１７０及び／又は下部延長部１７５など、１つ又はそれ以上の外部固定構造を含むことができる。延長部１７０及び／又は１７５は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００の外部構成要素への接合、締結、結束、その他を可能にし、組立体１００を原子炉内の特定の垂直位置に堅固に固定させるようにすることができる。例えば、本体中間延長部１７０は、そこを貫通するボルトを収容し、組立体１００をフランジに接合することができる。このようにして、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００は、所望の位置に固定され、原子炉運転中の再配置又は冷却材流１６０の損失を伴うことなく特定の原子炉構成要素付近の冷却材ＥＣＰ特性を測定することができる。勿論、所望の位置特性を確保するために、例示的な実施形態の組立体と共に他の接合／固定装置及び機構も使用可能である。
【００２２】
例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体と共に使用可能な上述の構成要素は、原子炉内の作動条件に耐えるように設計された材料から製造することができる。例えば、ベンチェリ１２０、構造体１１０、アライメントハウジング１５５、及び／又は延長部１７５、１７０のいずれも、高い放射能レベル及びタイプを有する高圧／高温の水性環境においてその物理的特性を実質的に維持する、ジルカロイ、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル合金、その他から製作することができる。或いは、例えば、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体で使用される材料は、材料の不適合性及び汚損を最小限にするように、プローブが設置されている材料に一致するよう選択することができる。
【００２３】
従って、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体は、運転中の原子炉のような幾つかの過酷な環境で使用可能である。例示的な実施形態に関連して上記で検討した幾つかの機能は、ＥＣＰプローブ組立体の特定の応用及び／又は所望の作動特性に基づいて再構成又は省略することができる。例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００は、以下で検討する例示的な方法に従って設置及び使用することができるが、例示的な実施形態のプローブ組立体に関して、他の用途及び設置位置を適用可能である点は理解される。
【００２４】
（例示的な方法）
例示的な方法は、原子炉において例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００のようなＥＣＰプローブ組立体を設置する段階を含む。例示的な方法は、原子力発電プラント内にＥＣＰプローブ組立体を設置するための位置を決定する段階を含む。運転中の原子炉内で流れている冷却材と接触するあらゆる位置を選ぶことができる。この位置は、計装管のアクセス又は他の原子炉容器アパーチャのアクセスには依存しない。例えば、図３に示すように、シュラウドヘッド３９の直ぐ下にあるフランジにおいて炉心シュラウド３４の内側円周面の付近の位置は、炉心シュラウド３４内の溶接部に近接していること、これらの構成要素及び溶接部が受ける放射線レベルが高いこと、及び／又はその位置の直ぐ下で炉心３６（図１）から出た後に高い熱エネルギーを冷却材が処理することによるその位置での冷却材の化学的性質に起因して、関心のある位置とすることができる。炉心シュラウド３４上の位置付近には容器アパーチャ又は他のアクセス点が存在しないか、又は僅かしか存在しない場合があるので、ここに設置された例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体は、プラント運転及び監視の改善のために固有のデータを集めることを可能にすることができる。このような位置として、ＥＣＰプローブ組立体は、炉心シュラウド壁３４上の主要な溶接継手の熱影響域付近の金属化学的性質を検出することができ、ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄは、正確なＥＣＰ測定を行うために、検出された金属面から約０．２５インチ以内に離れて垂直方向で整列することができる。冷却材中の材料ＥＣＰ特性の同様の関心事項に基づいて、原子力プラント及び／又は原子炉内の他の位置を選ぶことができる。
【００２５】
ＥＣＰプローブ組立体は、所望の位置に設置され、その位置において材料ＥＣＰ特性を受け取り且つ監視することができる。設置は、プラント製作中、燃料供給停止中、又はその位置にアクセス可能である他のいずれかの期間中に行うことができる。ＥＣＰプローブ組立体は、原子炉内の構成要素を安全に位置決めする幾つかの公知の方法によって設置することができる。例えば、ＥＣＰプローブ組立体１００は、図３における炉心シュラウド３４の表面に溶接することができる。或いは、図４に示すように、例えば、下部延長部（図２）をラグボルト及び／又はピン１７０を用いてシュラウドヘッド３９の直ぐ下の炉心シュラウド３４のフランジにボルト締めすることができる。ガスナー、ネジ、タング／レセプタ嵌合、或いは、結束、摩擦、又は接着を含む機構を用いることを含む、ＥＣＰプローブ組立体を所望の位置に設置及び固定する幾つかの代替の方法が実施可能である。
【００２６】
所望の位置に設置されると、ＥＣＰプローブ組立体１００を通る冷却材流１６０を生じる原子炉内の発電運転又は他の事象を開始することができる。必須ではないが、流体冷却材が原子炉容器を通って流れるときに、該流体冷却材がＥＣＰプローブ組立体１００を通って流れるのを可能にするよう、既知の冷却材流１６０に対してＥＣＰプローブ１００を設置することができる。例えば、冷却材流１６０の組立体の通過を確保するために、ＥＣＰプローブ組立体１００からの冷却材出口の周りにクリアランスを維持することができる。運転中にＥＣＰプローブ組立体１００内で個々のＥＣＰプローブと接触する冷却材は、材料ＥＣＰ特性について監視することができる。例えば、ステンレス鋼及びジルカロイのＥＣＰを測定するＥＣＰプローブは、活性冷却材と接触し、ＥＣＰプローブ組立体１００の位置にて冷却材からステンレス鋼又はジルカロイのＥＣＰを検出することができる。ＥＣＰプローブ検出により、実際の原子炉材料に対してのＥＣＰプローブ１００の位置付近での冷却材の影響に起因した材料腐食及び可能性のある亀裂形成を正確に推定することができる。
【００２７】
ＥＣＰプローブは、例えば、原子炉の外部にあるユーザ受信機により検出される電磁信号を用いて、腐食、ｐＨ、他の自由イオン、その他を反映した電圧を含むデータを設置されたＥＣＰプローブ組立体内の送信機を通してユーザに直接送信することができる。例示的な方法において設置されたＥＣＰプローブ組立体が信号を送信するために配線接続を必要とする場合、例示的な方法において伝送導管が更に設置される場合がある。例えば、図４に示すように、伝送導管２００は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００において図２に示す通信ポート１４０から、炉心シュラウド３４の壁の下方に炉心プレート４８上に設置することができる。伝送導管２００は、例えば、伝送媒体１４１を隔離及び分離する耐放射線強化された１インチ又はそれよりも小さいパイプ又は管体とすることができ、該伝送媒体は、管体内でＥＣＰプローブからのＥＣＰデータを搬送する無機絶縁配線とすることができる。
【００２８】
図４に示す伝送導管２００は、ＥＣＰプローブ組立体１００からの通信ルートを提供するため、他の特徴要素への屈曲、方向転換、又は接合を行うことができる。１つ又はそれ以上の留め具は、炉心シュラウド３４の壁又は他の構成要素に対して伝送導管２００を固定及び／又は案内し、例えば、伝送導管２００の緩み又は振動を防ぐようにすることができる。
【００２９】
図５に示すように、伝送導管２００は、炉心シュラウド３４の壁の下方に炉心プレート４８まで延び、ここで屈曲され、すなわち炉心プレート４８上で炉心プレート４８を通過する計装管に通される。この経路設定では、伝送導管２００は、原子炉を通る冷却材流への影響を最小限にすることができ、及び／又は原子炉運転を妨げないようにすることができる。伝送媒体１４１（図２）は、原子炉冷却材に曝露されることなく伝送導管２００を完全に通り抜けることができる。放射線及び／又は熱遮蔽を伝送導管２００内に設け、伝送媒体１４１上に対する原子炉運転状態を最小限にすることができる。例えば、上記で検討したように、伝送媒体１４１は無機絶縁配線とすることができる。
【００３０】
図６に示すように、ここでは伝送導管２００が計装管５０に接合されており、伝送媒体１４１は、伝送導管２００から計装管５０内に通過することができる。この接合は、冷却材が計装管５０に侵入するのを防ぐために、例えば、溶接２５０によってシールすることができる。次いで、伝送媒体１４１は、計装管５０の下方に原子炉の外部に送給され、原子炉圧力容器１２の外にあるドライウェル内に配置された従来のデータ収集システム処理装置に通信可能に接続することができる。或いは、伝送導管２００は、外部にデータを送給するために、計装管又は他の原子炉容器内で使用される他のいずれかのアパーチャに連結することができる。
【００３１】
ＥＣＰプローブ組立体１００の設置、並びに原子炉運転中の設置位置における材料ＥＣＰに関するＥＣＰプローブ組立体からのデータを構成し且つ受け取ると、プラントオペレータは、プラント構成要素に対する冷却材の化学的性質の影響を正確に評価することができる。例示的な方法は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体をプラント運転中にアクセスできない複数の位置に設置可能にし、また、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体は所望のＥＣＰプローブタイプで構成することができるので、運転中の原子炉内で、複数の異なる構成要素に関する複数の異なる位置での様々な材料のＥＣＰを遠隔で評価することができる。プラントオペレータは、プラント運転中に設置されたＥＣＰプローブ組立体から受け取ったデータに基づいて、プラント化学構成要素を調整して、構成要素の健全性の向上、構成要素損傷の低減、その他を行うようにすることができる。
【００３２】
以上、例示的な実施形態及び方法を説明してきたが、当該例示的な実施形態は、これ以上の発明的活動もなく日常的な経験を介して例示的な実施形態を変更できることは、当業者には理解されるであろう。種々の変形形態は、例示的な実施形態の技術的思想及び範囲から逸脱するものとみなすべきではなく、当業者には明らかであるこのような全ての修正は、以下の請求項の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３３】
３ 主蒸気ノズル
１２ 原子炉圧力容器（ＲＰＶ）
１５ 蒸気乾燥器構造体
２０ 制御ブレード
２８ 下部ヘッド
２９ 上部ヘッド
３４ 炉心シュラウド、炉心シュラウド壁
３６ 原子炉心、炉心
３８ シュラウド支持体
３９ セパレータ管組立体、シュラウドヘッド
４８ 炉心プレート
５０ 計装管
１００ 例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体、ＥＣＰプローブ組立体、組立体
１１０ 構造体
１２０ ベンチェリ
１３０ アクセスプレート
１４０ 通信ポート
１４１ 伝送媒体
１５０ ＥＣＰプローブ
１５０ａ ＥＣＰプローブ
１５０ｂ ＥＣＰプローブ
１５０ｃ ＥＣＰプローブ， セラミックボール状プローブ
１５０ｄ ＥＣＰプローブ， セラミックボール状プローブ
１５１ 検出ウィンドウ
１５５ アライメントハウジング
１６０ 冷却材流体流、液体冷却材流、流体冷却材流
１７０ 本体中間延長部
１７５ 下部延長部
２００ 伝送導管
【背景技術】
【０００１】
図１に示すように、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）などの従来の原子炉は、ほぼ円筒形状の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１２を含むことができる。ＲＰＶ１２は、下端部において下部ヘッド２８により閉鎖され、上端部において取り外し可能な上部ヘッド２９により閉鎖することができる。円筒形炉心シュラウド３４は、原子炉心３６を囲むことができ、該原子炉心は、核分裂により出力を発生する複数の核燃料要素を含む。シュラウド３４は、一方端において、シュラウド支持体３８により支持することができ、他方端において、取り外し可能シュラウドヘッド３９及びセパレータ管組立体を含むことができる。燃料バンドルは、炉心３６のベースに位置付けられた炉心プレートにより整列させることができる。１つ又はそれ以上の制御ブレード２０は、炉心３６内に上向きに延びて、炉心３６の燃料要素内の核分裂連鎖反応を制御するようにすることができる。加えて、１つ又はそれ以上の計装管５０は、下部ヘッド２８を通してなど、ＲＰＶ１２の外部から原子炉心３６内に延びて、中性子モニター及び熱電対などの計装器を外部の位置から炉心３６内に挿入し且つ密閉可能にすることができる。
【０００２】
水などの流体冷却材は、炉心３６及び炉心プレート４８を通って上方に循環され、燃料要素の核分裂によって発生する熱により少なくとも部分的に蒸気に転換される。蒸気は、セパレータ管組立体及び蒸気乾燥器構造体１５において分離及び乾燥され、ＲＰＶ１２の上部付近の主蒸気ノズル３を通ってＲＰＶ１２から流出する。ＲＰＶ１２を通って循環され且つ内部で沸騰される冷却材は、典型的には純粋であり、冷却材の化学的性質を向上させる一部の添加剤を除いて脱イオン化される。ＲＰＶ１２内の構成要素及び燃料に対して不活性の安定した冷却材の化学的性質を維持する試みがなされているが、冷却材の化学的性質は、運転上の要求事項に適合するよう調整され、構成要素障害を通じて変更することができる。例えば、可溶性中性子吸収体を冷却材に添加し、炉心３６内の核反応を良好に制御することができ、さもなければ、核分裂生成物が炉心３６内の燃料要素の障害により意図せずに冷却材内に漏洩され、又は高温の被覆材−冷却材反応により燃料要素内に水素が生成される可能性がある。
【０００３】
従来、上記で検討した原子炉内部に対する冷却材の化学的性質の影響を把握するため、並びに冷却材の化学的性質を運転要件に適合するよう成功裏に調整するために、幾つかの機構を通じて冷却材の化学的性質が監視されている。例えば、種々の冷却材条件における材料の腐食及び亀裂形成を反映した電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）すなわち原子炉内で使用される材料の特性は、循環している冷却材と接触したＥＣＰプローブにより監視することができる。ＲＰＶ１２へのアクセスは、運転中及び冷却材循環中は制限されて困難であり、その結果、ＥＣＰ監視に利用可能であるのは特定の位置だけになる可能性がある。ＥＣＰプローブは、計装管５０内の種々の位置に配置され、計装管内のサンプリング孔を通じて循環している冷却材と接触して構成要素のＥＣＰを測定することができる。下部ヘッド２８のドレイン管路（図示せず）又は他の冷却材配管内に別のＥＣＰプローブを配置し、構成要素のＥＣＰに対する冷却材の化学的性質をサンプリングすることができる。例えば、ＥＣＰプローブは、軽減監視システム（Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）マニホールド又は再循環配管システム（Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｐｉｐｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）内に配置され、そこを流れる冷却材と接触し構成要素のＥＣＰを測定することができる。同様に、冷却材は、冷却材ループ保守整備中のＲＰＶ１２から取り出され、実験室用オートクレーブ中の原子炉レベル状態にまで引き上げられ、ＲＰＶ１２外部のＥＣＰプローブを用いてＥＣＰをサンプリングすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，６２３，６１１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１９２，４１４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
例示的な実施形態は、運転中の原子炉において冷却材の化学的性質から生じる構成要素の電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）特性を監視するのに用いることができるＥＣＰプローブ組立体に関する。例示的な実施形態の組立体は、潜在的に複数の異なる原子炉材料についての構成要素ＥＣＰを検出する少なくとも１つのＥＣＰプローブと、ＥＣＰプローブを覆う冷却材用流体流路を提供する構造体と、ＥＣＰプローブによって検出されたＥＣＰデータを外部受信機に送信又は搬送する信号送信機とを含む。ＥＣＰプローブは、何らかの数及び／又はタイプのものとすることができ、原子炉冷却材に曝される、ステンレス鋼、ジルコニウム合金、その他を含む異なる構成要素材料のＥＣＰを検出するようになる。ＥＣＰプローブは更に、イオン濃度、ｐＨ、その他を含む冷却材の化学的性質を検出し、冷却材に曝される材料の腐食又は亀裂電位を測定することができる。ＥＣＰプローブは、流体流路内で構造体内に収容され、冷却材が接触してＥＣＰ検出が最大になるようにすることができる。ＥＣＰプローブ組立体は、流体流量及びＥＣＰ検出を強化するために、冷却材入口においてベンチェリ又は他の構造を含むことができる。ＥＣＰデータは、有線又は無線信号送信機を通じて外部受信機に送信することができ、その結果、原子炉内部にアクセスすることなく、運転中の原子炉内の材料の健全性を評価することができるようになる。
【０００６】
例示的な方法は、原子炉及び設備において例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体を設置及び利用する段階を含む。例示的な方法は、設備内の所望の位置にＥＣＰプローブ組立体を固定する段階と、ＥＣＰデータを受け取り及び／又は処理してこれに基づいて設備を運転させることができる受信機にＥＣＰプローブを通信可能に接続する段階とを含む。設置位置は、所望の位置に近接した設備内の構成要素及び／又は所望の位置での予想される流体状態に基づいて決定することができる。例えば、ＥＣＰプローブ組立体は、炉心シュラウド壁３４上又は原子炉圧力容器１２内の炉心の上部に設置することができ、ここは、
冷却材の化学的性質が原子炉運転に大きな影響を及ぼす場所であるが、これまでは達成することができなかった。ＥＣＰプローブ組立体は、延長部を含むことができ、該延長部を通じて組立体を所望の位置の近傍構造に固定できるようになる。例示的な方法は、流体がＥＣＰプローブ組立体を通って流れるようにＥＣＰプローブ組立体を位置決めすることができる。例示的な方法は更に、通信導管が炉心シュラウド壁３４を下り炉心プレート４８に延び、更に炉心プレート４８を超えて計装管５０に延びることにより、原子炉内でＥＣＰプローブと計装管との間に通信導管を接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来の原子炉圧力容器及びその内部の図。
【図２】例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体の図。
【図３】例示的な方法において原子炉に設置された例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体の図。
【図４】例示的な方法において原子炉に設置された例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体の別の図。
【図５】例示的な方法において原子炉内でＥＣＰプローブから計装管まで通る導管の図。
【図６】例示的な方法において原子炉内で計装管を接合する導管の図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下では、添付図面を参照しながら例示的な実施形態を詳細に説明する。しかしながら、本明細書で開示される特定の構造及び機能の詳細事項は、単に例示的な実施形態を説明する目的で表しているに過ぎない。例示的な実施形態は、多くの代替形態で具現化することができ、本明細書で記載される例示的な実施形態にのみ限定されるものと解釈すべきではない。
【０００９】
第１、第２、その他の用語は、本明細書で様々な要素を説明するのに用いることができるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでないことは理解されるであろう。これらの用語は、単に、ある要素を別の要素と区別するのに使用される。例えば、例示的な実施形態の技術的範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、また同様に第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で用いる場合に「及び／又は」という用語は、関連する記載項目の１つ又はそれ以上のいずれか及び全ての組合せを含む。
【００１０】
ある要素が別の要素と「接続」、「結合」、「嵌合」、「取り付け」、又は「固定」されていると言及される場合、ある要素は他方の要素に直接接続又は結合することができ、或いは、介在する要素が存在できる点は理解される。これとは対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続」又は「直接結合」されていると言及される場合には、介在する要素は存在しない。要素間の関係を説明するのに使用される他の用語も同様に解釈すべきである（例えば、「〜間」と「〜間に直接」、「隣接」と「直近」、その他）。
【００１１】
本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び／又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００１２】
幾つかの代替の実施においては、記載された機能／動作は、図に記載された順序又は本明細書において説明した順序とは異なる順序で行うことができる点に留意されたい。例えば、連続して示した２つの図は、含まれる機能／動作に応じてほぼ同時に実施することができ、又は逆の順序で実施することもできる。
【００１３】
本出願の発明者らは、従来の電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）監視装置及び方法に関して、これまでに認識されていない特定の幾つかの問題を抱えている。例えば、原子炉圧力容器内の複数の位置において原子炉冷却材中の材料に関するＥＣＰデータの収集及び伝送は、運転中の原子炉圧力容器へのアクセスが制限されることに起因して実施可能ではない場合がある。計装管においてＥＣＰプローブに利用しやすい冷却材は、化学的性質、温度、圧力、その他が異なる場合があり、炉心、シュラウド溶接部付近、蒸気乾燥器の下、その他など、原子炉圧力容器の他の重要な位置にある材料とは異なる材料ＥＣＰ特性値がもたらされる。その上、これらの異なる位置近傍の放射線レベルは様々であり、材料ＥＣＰに対する影響が計装管の直ぐ近くよりも大きい場合もある。このため、冷却材の化学的性質によるＥＣＰ損傷を受けやすい他の原子炉圧力容器内部に放射線及び冷却材がどれほど影響を及ぼすかを正確に判定することは難しい可能性がある。更に、複数の計装管におけるＥＣＰプローブの配置は、複数の計装管内にＥＣＰプローブを配置することにより管内の他のタイプの計装器に利用可能なスペースが制限され、及び／又はこのような管への冷却材漏洩の可能性が高くなる場合がある。以下で検討する例示的な実施形態及び方法は、原子力発電プラントにおいて、原子炉内の複数の位置において改善された材料ＥＣＰ監視、改善された炉心冷却材の化学的性質の制御、計装管の使用スペースの低減、及び／又は以下で検討する他の利点又は検討していない他の利点を含む、幾つかの利点を達成するために従来のＥＣＰ監視に関してこれまで認識されていないこれらの影響に独自に対処する。
【００１４】
（例示的な実施形態）
図２は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００の例図である。図２に示すように、ＥＣＰプローブ組立体１００は、少なくとも１つのＥＣＰプローブ１５０を含む。例えば、ＥＣＰプローブ組立体は、４つのＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、又は他のいずれかの所望の数のプローブを含むことができる。ＥＣＰプローブ１５０は、公知のタイプのＥＣＰプローブとすることができる。例えば、引用により全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，１９２，４１４号は、冷却材中のステンレス鋼のＥＣＰを測定するためにステンレス鋼電極を備えたＥＣＰプローブを開示している。ステンレス鋼構成要素のＥＣＰ、すなわち損傷の可能性は、冷却材と接触したときにステンレス鋼電極に発生する電圧によって測定することができる。或いは、例えば、双方とも引用により全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第６，２２２，３０７号及び第６，６２３，６１１号は、ｐＨレベルのような冷却材特性に基づいて、ジルカロイのような他の材料のＥＣＰを測定するプラチナ及び／又はジルコニウム合金先端を備えた他のタイプのＥＣＰプローブを開示している。
【００１５】
ＥＣＰプローブ１５０ａ、ｂ、ｃ、ｄは、同じタイプ又は異なるタイプとすることができる。例えば、ＥＣＰプローブ１５０ａ及び１５０ｄは、ステンレス鋼に関してＥＣＰを測定することができ、ＥＣＰプローブ１５０ｃはインコネルに関してＥＣＰを測定することができ、ＥＣＰプローブ１５０ｂは更に、ジルコロイに関してＥＣＰを測定することができる。例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００において、例えば、対象の原子炉で使用される材料のタイプ、原子炉内に設置されている例示的な実施形態に最も近い構成要素の材料のタイプ、及び／又は冷却材化学的性質の予想される特定のタイプに基づいて、ＥＣＰプローブ１５０のあらゆる数及びそのタイプの組み合わせを用いることができる。例えば、ＥＣＰプローブ１５０ｃ及び１５０ｄは、セラミックボール状構造内にクラスター化された鉄フェライトセンサ粒子を有するセラミックボール状プローブとすることができ、ＥＣＰプローブ１５０ａ及び１５０ｂは、セラミックボール状プローブ１５０ｄ及び１５０ｃと同様に位置付けられた円筒プローブ内のプラチナ粒子を有するプラチナ形センサとすることができる。
【００１６】
ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄは、原子炉運転中のように、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００を通る冷却材流体流１６０と接触するようにＥＣＰプローブ組立体１００内に装着される。例えば、ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、及び１５０ｄは、該ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、及び１５０ｄにおける活性電極が冷却材流体流１６０に対面するようにアライメントハウジング１５５内に装着することができる。或いは、１つ又はそれ以上のＥＣＰプローブ１５０は、冷却材流体流１６０に対してある角度又は垂直に位置することができる。アライメントハウジング１５５は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００の構造体１１０内でＥＣＰプローブ１５０と堅固に整列することができる。例えば、アライメントハウジング１５５は、溶接されるか、或いは、例えば、平頭ネジ、ピン、タング、磁石、接着剤、その他とすることができるファスナー１０１により構造体１１０に固定することができる。
【００１７】
構造体１１０は、ＥＣＰ監視のためＥＣＰプローブ１５０を作動冷却材と接触した状態に維持するように、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００を通る冷却材流体流１６０を収容し送り込むように全体的に密閉することができる。スクリーンメッシュ又は有孔プレートのような出口フィルター１９０は、冷却材流体流１６０を構造体１１０から流出させ、場合によっては冷却材内に係脱する可能性があるＥＣＰプローブ組立体１００の何れかの部分を捕らえることができる。検出ウィンドウ１５１（図４）は、ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、及び１５０ｄ、その他を覆って構造体１１０内に含めることができる。検出ウィンドウ１５１は、光又は特定のタイプの放射線に対して透過性にすることができ、その結果、プローブは、アルファ、ベータ、及びチェレンコフ放射線のような電磁放射線を含む、原子炉内の放射線を検出することができるようになる。例えば、検出ウィンドウ１５１は、最大曝露を許容するよう覆いのない開口とすることができる。
【００１８】
或いは、構造体１１０は、該構造体１１０内で要求に応じて冷却材流量、圧力、その他を調整するための他の孔又は開口を含み、もしくは形成することができる。構造体１１０は、ほぼ矩形の断面を備えて図示されており、例えば、約４インチ×３インチの矩形断面寸法を有することができる。勿論、構造体１１０は、円筒形、方形、円錐形、その他を含む、少なくとも１つのＥＣＰプローブ１５０及び冷却材流１６０を収容する何らかの形状又はサイズにすることができる。構造体の形状及びサイズは、液体冷却材流１６０の所望の流量又は質量流量を得るため、対象の原子炉内で所望の位置決めを得るため、及び／又は他のいずれかの所望の運転特性を得るために変えることができる。
【００１９】
例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００は更に、構造体１１０内で冷却材流体流１６０が流れる入口及び出口１９０を含む。入口は、例示的な実施形態の組立体１００を通る液体の冷却材流１６０の速度を増大させ、及び／又は液体冷却材流１６０を原子炉のより大きな流れ断面から集めて平均の冷却材化学的性質を良好に推定するベンチェリ１２０を含むことができる。或いは、所望の冷却材の流量及び容量をもたらすために、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体においてベンチェリ１２０の代わりに又はこれと組み合わせて、ディフューザ、チョークプレート、フィルター、その他を含む他の入口構造を用いることができる。ベンチェリ１２０又は他の何らかの構造は、ファスナー１０１又は、例えば、溶接又は摩擦を含む、他のいずれかの接合機構を用いて構造体１１０に固定することができる。
【００２０】
流体冷却材が例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００を通って流れると、１つ又はそれ以上のＥＣＰプローブ１５０は、冷却材流中の関連材料のＥＣＰを示す電気的信号又は他の信号を生成する。これらの信号は、例えば、配線又は他の回路を含むことができる伝送媒体１４１を通って送信することができる。伝送媒体１４１はまた、ＥＣＰプローブ１５０からの信号を電磁波によって、例えば外部受信機に送信する無線送信機を含むことができる。ＥＣＰプローブ１５０は、外部電力なしで作動することができるが、電気的又は他の伝送媒体１４１は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００のあらゆる構成要素に電力を供給することができる。伝送媒体は、ＥＣＰプローブ１５０に通信可能に接続され、通信ポート１４０を通じて組立体１００から出ることができる。
【００２１】
アクセスプレート１３０は、構造体１１０から取り外し可能にすることができ、特に組立体１００が取り外しできない又は他のアクセスができない区域に設置されている場合に、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００内部の構成要素に特別にアクセスできるようにする。例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００は更に、本体中間の延長部１７０及び／又は下部延長部１７５など、１つ又はそれ以上の外部固定構造を含むことができる。延長部１７０及び／又は１７５は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００の外部構成要素への接合、締結、結束、その他を可能にし、組立体１００を原子炉内の特定の垂直位置に堅固に固定させるようにすることができる。例えば、本体中間延長部１７０は、そこを貫通するボルトを収容し、組立体１００をフランジに接合することができる。このようにして、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００は、所望の位置に固定され、原子炉運転中の再配置又は冷却材流１６０の損失を伴うことなく特定の原子炉構成要素付近の冷却材ＥＣＰ特性を測定することができる。勿論、所望の位置特性を確保するために、例示的な実施形態の組立体と共に他の接合／固定装置及び機構も使用可能である。
【００２２】
例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体と共に使用可能な上述の構成要素は、原子炉内の作動条件に耐えるように設計された材料から製造することができる。例えば、ベンチェリ１２０、構造体１１０、アライメントハウジング１５５、及び／又は延長部１７５、１７０のいずれも、高い放射能レベル及びタイプを有する高圧／高温の水性環境においてその物理的特性を実質的に維持する、ジルカロイ、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル合金、その他から製作することができる。或いは、例えば、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体で使用される材料は、材料の不適合性及び汚損を最小限にするように、プローブが設置されている材料に一致するよう選択することができる。
【００２３】
従って、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体は、運転中の原子炉のような幾つかの過酷な環境で使用可能である。例示的な実施形態に関連して上記で検討した幾つかの機能は、ＥＣＰプローブ組立体の特定の応用及び／又は所望の作動特性に基づいて再構成又は省略することができる。例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００は、以下で検討する例示的な方法に従って設置及び使用することができるが、例示的な実施形態のプローブ組立体に関して、他の用途及び設置位置を適用可能である点は理解される。
【００２４】
（例示的な方法）
例示的な方法は、原子炉において例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００のようなＥＣＰプローブ組立体を設置する段階を含む。例示的な方法は、原子力発電プラント内にＥＣＰプローブ組立体を設置するための位置を決定する段階を含む。運転中の原子炉内で流れている冷却材と接触するあらゆる位置を選ぶことができる。この位置は、計装管のアクセス又は他の原子炉容器アパーチャのアクセスには依存しない。例えば、図３に示すように、シュラウドヘッド３９の直ぐ下にあるフランジにおいて炉心シュラウド３４の内側円周面の付近の位置は、炉心シュラウド３４内の溶接部に近接していること、これらの構成要素及び溶接部が受ける放射線レベルが高いこと、及び／又はその位置の直ぐ下で炉心３６（図１）から出た後に高い熱エネルギーを冷却材が処理することによるその位置での冷却材の化学的性質に起因して、関心のある位置とすることができる。炉心シュラウド３４上の位置付近には容器アパーチャ又は他のアクセス点が存在しないか、又は僅かしか存在しない場合があるので、ここに設置された例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体は、プラント運転及び監視の改善のために固有のデータを集めることを可能にすることができる。このような位置として、ＥＣＰプローブ組立体は、炉心シュラウド壁３４上の主要な溶接継手の熱影響域付近の金属化学的性質を検出することができ、ＥＣＰプローブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄは、正確なＥＣＰ測定を行うために、検出された金属面から約０．２５インチ以内に離れて垂直方向で整列することができる。冷却材中の材料ＥＣＰ特性の同様の関心事項に基づいて、原子力プラント及び／又は原子炉内の他の位置を選ぶことができる。
【００２５】
ＥＣＰプローブ組立体は、所望の位置に設置され、その位置において材料ＥＣＰ特性を受け取り且つ監視することができる。設置は、プラント製作中、燃料供給停止中、又はその位置にアクセス可能である他のいずれかの期間中に行うことができる。ＥＣＰプローブ組立体は、原子炉内の構成要素を安全に位置決めする幾つかの公知の方法によって設置することができる。例えば、ＥＣＰプローブ組立体１００は、図３における炉心シュラウド３４の表面に溶接することができる。或いは、図４に示すように、例えば、下部延長部（図２）をラグボルト及び／又はピン１７０を用いてシュラウドヘッド３９の直ぐ下の炉心シュラウド３４のフランジにボルト締めすることができる。ガスナー、ネジ、タング／レセプタ嵌合、或いは、結束、摩擦、又は接着を含む機構を用いることを含む、ＥＣＰプローブ組立体を所望の位置に設置及び固定する幾つかの代替の方法が実施可能である。
【００２６】
所望の位置に設置されると、ＥＣＰプローブ組立体１００を通る冷却材流１６０を生じる原子炉内の発電運転又は他の事象を開始することができる。必須ではないが、流体冷却材が原子炉容器を通って流れるときに、該流体冷却材がＥＣＰプローブ組立体１００を通って流れるのを可能にするよう、既知の冷却材流１６０に対してＥＣＰプローブ１００を設置することができる。例えば、冷却材流１６０の組立体の通過を確保するために、ＥＣＰプローブ組立体１００からの冷却材出口の周りにクリアランスを維持することができる。運転中にＥＣＰプローブ組立体１００内で個々のＥＣＰプローブと接触する冷却材は、材料ＥＣＰ特性について監視することができる。例えば、ステンレス鋼及びジルカロイのＥＣＰを測定するＥＣＰプローブは、活性冷却材と接触し、ＥＣＰプローブ組立体１００の位置にて冷却材からステンレス鋼又はジルカロイのＥＣＰを検出することができる。ＥＣＰプローブ検出により、実際の原子炉材料に対してのＥＣＰプローブ１００の位置付近での冷却材の影響に起因した材料腐食及び可能性のある亀裂形成を正確に推定することができる。
【００２７】
ＥＣＰプローブは、例えば、原子炉の外部にあるユーザ受信機により検出される電磁信号を用いて、腐食、ｐＨ、他の自由イオン、その他を反映した電圧を含むデータを設置されたＥＣＰプローブ組立体内の送信機を通してユーザに直接送信することができる。例示的な方法において設置されたＥＣＰプローブ組立体が信号を送信するために配線接続を必要とする場合、例示的な方法において伝送導管が更に設置される場合がある。例えば、図４に示すように、伝送導管２００は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体１００において図２に示す通信ポート１４０から、炉心シュラウド３４の壁の下方に炉心プレート４８上に設置することができる。伝送導管２００は、例えば、伝送媒体１４１を隔離及び分離する耐放射線強化された１インチ又はそれよりも小さいパイプ又は管体とすることができ、該伝送媒体は、管体内でＥＣＰプローブからのＥＣＰデータを搬送する無機絶縁配線とすることができる。
【００２８】
図４に示す伝送導管２００は、ＥＣＰプローブ組立体１００からの通信ルートを提供するため、他の特徴要素への屈曲、方向転換、又は接合を行うことができる。１つ又はそれ以上の留め具は、炉心シュラウド３４の壁又は他の構成要素に対して伝送導管２００を固定及び／又は案内し、例えば、伝送導管２００の緩み又は振動を防ぐようにすることができる。
【００２９】
図５に示すように、伝送導管２００は、炉心シュラウド３４の壁の下方に炉心プレート４８まで延び、ここで屈曲され、すなわち炉心プレート４８上で炉心プレート４８を通過する計装管に通される。この経路設定では、伝送導管２００は、原子炉を通る冷却材流への影響を最小限にすることができ、及び／又は原子炉運転を妨げないようにすることができる。伝送媒体１４１（図２）は、原子炉冷却材に曝露されることなく伝送導管２００を完全に通り抜けることができる。放射線及び／又は熱遮蔽を伝送導管２００内に設け、伝送媒体１４１上に対する原子炉運転状態を最小限にすることができる。例えば、上記で検討したように、伝送媒体１４１は無機絶縁配線とすることができる。
【００３０】
図６に示すように、ここでは伝送導管２００が計装管５０に接合されており、伝送媒体１４１は、伝送導管２００から計装管５０内に通過することができる。この接合は、冷却材が計装管５０に侵入するのを防ぐために、例えば、溶接２５０によってシールすることができる。次いで、伝送媒体１４１は、計装管５０の下方に原子炉の外部に送給され、原子炉圧力容器１２の外にあるドライウェル内に配置された従来のデータ収集システム処理装置に通信可能に接続することができる。或いは、伝送導管２００は、外部にデータを送給するために、計装管又は他の原子炉容器内で使用される他のいずれかのアパーチャに連結することができる。
【００３１】
ＥＣＰプローブ組立体１００の設置、並びに原子炉運転中の設置位置における材料ＥＣＰに関するＥＣＰプローブ組立体からのデータを構成し且つ受け取ると、プラントオペレータは、プラント構成要素に対する冷却材の化学的性質の影響を正確に評価することができる。例示的な方法は、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体をプラント運転中にアクセスできない複数の位置に設置可能にし、また、例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体は所望のＥＣＰプローブタイプで構成することができるので、運転中の原子炉内で、複数の異なる構成要素に関する複数の異なる位置での様々な材料のＥＣＰを遠隔で評価することができる。プラントオペレータは、プラント運転中に設置されたＥＣＰプローブ組立体から受け取ったデータに基づいて、プラント化学構成要素を調整して、構成要素の健全性の向上、構成要素損傷の低減、その他を行うようにすることができる。
【００３２】
以上、例示的な実施形態及び方法を説明してきたが、当該例示的な実施形態は、これ以上の発明的活動もなく日常的な経験を介して例示的な実施形態を変更できることは、当業者には理解されるであろう。種々の変形形態は、例示的な実施形態の技術的思想及び範囲から逸脱するものとみなすべきではなく、当業者には明らかであるこのような全ての修正は、以下の請求項の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３３】
３ 主蒸気ノズル
１２ 原子炉圧力容器（ＲＰＶ）
１５ 蒸気乾燥器構造体
２０ 制御ブレード
２８ 下部ヘッド
２９ 上部ヘッド
３４ 炉心シュラウド、炉心シュラウド壁
３６ 原子炉心、炉心
３８ シュラウド支持体
３９ セパレータ管組立体、シュラウドヘッド
４８ 炉心プレート
５０ 計装管
１００ 例示的な実施形態のＥＣＰプローブ組立体、ＥＣＰプローブ組立体、組立体
１１０ 構造体
１２０ ベンチェリ
１３０ アクセスプレート
１４０ 通信ポート
１４１ 伝送媒体
１５０ ＥＣＰプローブ
１５０ａ ＥＣＰプローブ
１５０ｂ ＥＣＰプローブ
１５０ｃ ＥＣＰプローブ， セラミックボール状プローブ
１５０ｄ ＥＣＰプローブ， セラミックボール状プローブ
１５１ 検出ウィンドウ
１５５ アライメントハウジング
１６０ 冷却材流体流、液体冷却材流、流体冷却材流
１７０ 本体中間延長部
１７５ 下部延長部
２００ 伝送導管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転中の原子炉において使用可能な電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）プローブ組立体（１００）であって、
運転中の原子炉内の流体が接触したときに、構成要素材料のＥＣＰを検出するよう構成された少なくとも１つのＥＣＰプローブ（１５０）と、
前記ＥＣＰプローブ（１５０）を収容し且つ前記流体を密閉して、該流体が前記組立体を通って流れて前記ＥＣＰプローブ（１５０）に接触するようになる構造体（１１０）と、
前記ＥＣＰプローブ（１５０）からの構成要素材料についてのＥＣＰを送信するよう構成された少なくとも１つの信号伝送媒体（１４１）と、
を備える組立体（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのＥＣＰプローブ（１５０）が複数のＥＣＰプローブ（１５０）であり、該複数のＥＣＰプローブ（１５０）の第１のＥＣＰプローブ（１５０ａ）及び第２のＥＣＰプローブ（１５０ｂ）が異なる構成要素材料のＥＣＰを検出するように構成されている、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項３】
前記第１のＥＣＰプローブ（１５０ａ）がステンレス鋼を含み且つステンレス鋼のＥＣＰを検出し、前記第２のＥＣＰプローブ（１５０ｂ）がジルコニウム合金を含み且つジルコニウム合金のＥＣＰを検出する、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項４】
前記第１のＥＣＰプローブ（１５０ａ）及び第２のＥＣＰプローブ（１５０ｂ）の少なくとも１つが、プラチナ及び鉄フェライトセンサを含み、流体のｐＨに起因した構成要素材料のＥＣＰを検出する、請求項２に記載の組立体（１００）。
【請求項５】
前記構造体（１１０）が、単一の流体入口と単一の流体出口とを含み、単一の流体流路（１６０）を提供するようにする、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項６】
前記信号伝送媒体（１４１）を外部回路に通信可能に接続するよう構成された通信ポート（１４０）を更に備え、前記信号伝送媒体（１４１）が導線であり、前記流体のＥＣＰが導線上で電気信号として送信される、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項７】
原子炉において電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）プローブ組立体（１００）を設置する方法であって、
ＥＣＰプローブ組立体（１００）を原子炉圧力容器（１２）の内部に所望の方向及び位置で固定する段階を含み、
前記ＥＣＰプローブ組立体（１００）が、
原子炉内で冷却材が接触したときに、構成要素材料のＥＣＰを検出するよう各々が構成された複数のＥＣＰプローブ（１５０）と、前記ＥＣＰプローブ（１５０）を収容し且つ前記冷却材を密閉して、該冷却材が前記組立体（１００）を通って流れて前記ＥＣＰプローブ（１５０）に接触するようになる構造体（１１０）と、前記ＥＣＰプローブ（１５０）からの冷却材のＥＣＰを送信するよう構成された少なくとも１つの信号伝送媒体（１４１）と、
を備え、前記方法が更に、
前記ＥＣＰプローブ（１５０）を前記原子炉圧力容器（１２）の外部にある受信機に通信可能に接続する段階を含む、方法。
【請求項８】
前記原子炉圧力容器（１２）内で前記所望の位置に近接する構成要素、前記所望の位置における予想される冷却材状態、及び前記所望の位置における予想される放射線レベルに基づいて、前記所望の位置を決定する段階を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記所望の位置が、原子炉シュラウド壁（３４）の主溶接継手の熱影響域の周りで前記原子炉圧力容器（１２）内の炉心（３６）上部の前記原子炉シュラウド壁（３４）上にある、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記通信可能に接続する段階が、ＥＣＰプローブと前記原子炉内の計装管（５０）との間に通信導管（２００）を接続する段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１】
運転中の原子炉において使用可能な電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）プローブ組立体（１００）であって、
運転中の原子炉内の流体が接触したときに、構成要素材料のＥＣＰを検出するよう構成された少なくとも１つのＥＣＰプローブ（１５０）と、
前記ＥＣＰプローブ（１５０）を収容し且つ前記流体を密閉して、該流体が前記組立体を通って流れて前記ＥＣＰプローブ（１５０）に接触するようになる構造体（１１０）と、
前記ＥＣＰプローブ（１５０）からの構成要素材料についてのＥＣＰを送信するよう構成された少なくとも１つの信号伝送媒体（１４１）と、
を備える組立体（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのＥＣＰプローブ（１５０）が複数のＥＣＰプローブ（１５０）であり、該複数のＥＣＰプローブ（１５０）の第１のＥＣＰプローブ（１５０ａ）及び第２のＥＣＰプローブ（１５０ｂ）が異なる構成要素材料のＥＣＰを検出するように構成されている、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項３】
前記第１のＥＣＰプローブ（１５０ａ）がステンレス鋼を含み且つステンレス鋼のＥＣＰを検出し、前記第２のＥＣＰプローブ（１５０ｂ）がジルコニウム合金を含み且つジルコニウム合金のＥＣＰを検出する、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項４】
前記第１のＥＣＰプローブ（１５０ａ）及び第２のＥＣＰプローブ（１５０ｂ）の少なくとも１つが、プラチナ及び鉄フェライトセンサを含み、流体のｐＨに起因した構成要素材料のＥＣＰを検出する、請求項２に記載の組立体（１００）。
【請求項５】
前記構造体（１１０）が、単一の流体入口と単一の流体出口とを含み、単一の流体流路（１６０）を提供するようにする、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項６】
前記信号伝送媒体（１４１）を外部回路に通信可能に接続するよう構成された通信ポート（１４０）を更に備え、前記信号伝送媒体（１４１）が導線であり、前記流体のＥＣＰが導線上で電気信号として送信される、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項７】
原子炉において電気化学的腐食電位（ＥＣＰ）プローブ組立体（１００）を設置する方法であって、
ＥＣＰプローブ組立体（１００）を原子炉圧力容器（１２）の内部に所望の方向及び位置で固定する段階を含み、
前記ＥＣＰプローブ組立体（１００）が、
原子炉内で冷却材が接触したときに、構成要素材料のＥＣＰを検出するよう各々が構成された複数のＥＣＰプローブ（１５０）と、前記ＥＣＰプローブ（１５０）を収容し且つ前記冷却材を密閉して、該冷却材が前記組立体（１００）を通って流れて前記ＥＣＰプローブ（１５０）に接触するようになる構造体（１１０）と、前記ＥＣＰプローブ（１５０）からの冷却材のＥＣＰを送信するよう構成された少なくとも１つの信号伝送媒体（１４１）と、
を備え、前記方法が更に、
前記ＥＣＰプローブ（１５０）を前記原子炉圧力容器（１２）の外部にある受信機に通信可能に接続する段階を含む、方法。
【請求項８】
前記原子炉圧力容器（１２）内で前記所望の位置に近接する構成要素、前記所望の位置における予想される冷却材状態、及び前記所望の位置における予想される放射線レベルに基づいて、前記所望の位置を決定する段階を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記所望の位置が、原子炉シュラウド壁（３４）の主溶接継手の熱影響域の周りで前記原子炉圧力容器（１２）内の炉心（３６）上部の前記原子炉シュラウド壁（３４）上にある、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記通信可能に接続する段階が、ＥＣＰプローブと前記原子炉内の計装管（５０）との間に通信導管（２００）を接続する段階を含む、請求項７に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２７９５３（Ｐ２０１２−１２７９５３Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２６８５８０（Ｐ２０１１−２６８５８０）
【出願日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【出願人】（５０８１７７０４６）ジーイー−ヒタチ・ニュークリア・エナジー・アメリカズ・エルエルシー (101)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥ−ＨＩＴＡＣＨＩ ＮＵＣＬＥＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ＡＭＥＲＩＣＡＳ， ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６８５８０（Ｐ２０１１−２６８５８０）
【出願日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【出願人】（５０８１７７０４６）ジーイー−ヒタチ・ニュークリア・エナジー・アメリカズ・エルエルシー (101)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥ−ＨＩＴＡＣＨＩ ＮＵＣＬＥＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ＡＭＥＲＩＣＡＳ， ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
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