本發(fā)明涉及配置于原子能設(shè)施的內(nèi)含放射性核素的冷卻流體的循環(huán)路內(nèi)的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備。

背景技術(shù)：

以往，作為上述的原子能設(shè)施，例如存在專利文獻(xiàn)1記載的原子能電站(Atomic power plant)。

該原子能電站具備：一次冷卻回路，其使作為內(nèi)含放射性核素的冷卻流體的一次冷卻氦，在高溫氣體爐與熱交換器之間循環(huán)；二次冷卻回路，其使作為發(fā)電工作流體的二次冷卻氦在熱交換器與發(fā)電設(shè)備之間循環(huán)。

在該原子能電站中，通過在一次冷卻回路循環(huán)的一次冷卻氦，將在高溫氣體爐產(chǎn)生的熱量傳遞至熱交換器，在該熱交換器中，使一次冷卻氦的熱量向在二次冷卻回路循環(huán)的二次冷卻氦轉(zhuǎn)移，將轉(zhuǎn)移至該二次冷卻氦的熱量輸送至發(fā)電設(shè)備以供發(fā)電。

在這樣的原子能電站中，通常在一次冷卻回路配置回轉(zhuǎn)器(Cirulator)(旋轉(zhuǎn)設(shè)備)，以便使一次冷卻氦加速循環(huán)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開平10-319169號公報

在上述的原子能電站的回轉(zhuǎn)器中，由于與內(nèi)含放射性核素的一次冷卻氦接觸的旋轉(zhuǎn)翼、翼軸使用多晶合金(普通晶粒直徑材料)，因此在反復(fù)應(yīng)該使一次冷卻氦在高溫氣體爐與熱交換器之間循環(huán)的運轉(zhuǎn)的過程中，導(dǎo)致一次冷卻氦中內(nèi)含的放射性核素，例如銀向構(gòu)成旋轉(zhuǎn)翼、翼軸的多晶合金的深層擴散浸透。

即，在以往的原子能電站的回轉(zhuǎn)器中，為了防止操作人員受到來自擴散浸透至多晶合金深層的銀的伽馬射線等的輻射，必須在維修檢查時設(shè)定作業(yè)時間的限制、或使用遠(yuǎn)程裝置，其結(jié)果，存在導(dǎo)致維護成本高的問題，而解決該問題是現(xiàn)有的課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是著眼于上述現(xiàn)有的課題所做出的，目的在于提供一種原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其能夠防止放射性核素向構(gòu)成與內(nèi)含放射性核素的冷卻流體接觸的旋轉(zhuǎn)翼、翼軸的材料的深層擴散浸透，其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)維護成本的降低。

在此，如圖5所示，公知放射性核素相對于材料的擴散是材料的原子和放射性核素的原子例如銀(Ag)原子通過熱而替換位置的現(xiàn)象，從材料的表面S向作為晶粒C的分界線的晶粒邊界Ca擴散的速度，比向晶粒C的中央擴散的速度快。

本發(fā)明的發(fā)明人們根據(jù)該現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了通過增大晶粒的粒徑、或進行單晶化來減少單位體積中晶粒(晶粒邊界)的數(shù)量、即減少擴散速度快的晶界的面積，從而能夠減少因擴散而增加的每個單位體積的Ag含量。

另外，本發(fā)明的發(fā)明人們也著眼于晶格擴散系數(shù)，發(fā)現(xiàn)了將該晶格擴散系數(shù)比Ni小的元素大量地添加(摻雜)于普通的Ni基合金而減小晶格擴散系數(shù)(改變合金組成)，也能夠減小擴散量，因此完成了本發(fā)明。

此時，作為包含晶界擴散系數(shù)以及晶格擴散系數(shù)雙方的擴散系數(shù)，使用“有效擴散系數(shù)”的用語。

本發(fā)明是一種原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，配置于原子能設(shè)施的內(nèi)含放射性核素的冷卻流體的循環(huán)路內(nèi)，具備：外殼；以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其在所述外殼內(nèi)具備：與經(jīng)過所述外殼的內(nèi)部的內(nèi)含所述放射性核素的冷卻流體接觸的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸，所述外殼以及所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中至少所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的所述旋轉(zhuǎn)翼及所述翼軸，由比多晶合金的有效擴散系數(shù)小的低有效擴散系數(shù)合金構(gòu)成。

在本發(fā)明的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，例如，即使在冷卻流體中內(nèi)含有在原子反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生的核裂變產(chǎn)物、因堆芯構(gòu)造材料腐蝕而產(chǎn)生的放射性腐蝕產(chǎn)物等放射性核素，并被導(dǎo)入至外殼的內(nèi)部，與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸接觸并且附著，由于外殼以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中至少旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸由比多晶合金(普通晶粒直徑材料)的有效擴散系數(shù)小的低有效擴散系數(shù)合金構(gòu)成，因此能夠?qū)⒎派湫院怂財U散浸透至旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸的深層的情況抑制為較少。

此外，由于外殼以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中至少旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸幾乎不被放射性核素污染，因此能夠減少設(shè)施解體時的放射性廢棄物的量。

在本發(fā)明中，能夠得到以下非常優(yōu)異的效果：能夠防止放射性核素向至少構(gòu)成旋轉(zhuǎn)翼、翼軸的材料的深層擴散浸透，因此能夠?qū)崿F(xiàn)維護成本的降低。

附圖說明

圖1是示出具備本發(fā)明的一個實施例的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的原子能電站的冷卻回路的簡要結(jié)構(gòu)說明圖。

圖2是將圖1的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)部位以剖面示出的側(cè)視說明圖。

圖3是示出一個實施例的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的效果的曲線圖。

圖4是示出其他實施例的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的效果的曲線圖。

圖5是示意地示出多晶合金的表面附近的晶粒以及晶粒邊界的圖。

具體實施方式

以下，基于附圖對本發(fā)明進行說明。

圖1以及圖2示出本發(fā)明的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的一個實施例，在該實施例中，列舉采用本發(fā)明的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備作為原子能電站的回轉(zhuǎn)器的情況為例進行說明。

如圖1所示，該原子能電站具備：一次冷卻回路(循環(huán)路)2，其使作為內(nèi)含放射性核素的冷卻流體的一次冷卻氦在高溫氣體爐1與熱交換器3之間循環(huán)；二次冷卻回路4，其使作為發(fā)電工作流體的二次冷卻氦在熱交換器3與未圖示的發(fā)電設(shè)備之間循環(huán)。

在該原子能電站中，通過在一次冷卻回路2循環(huán)的一次冷卻氦，將因高溫氣體爐1內(nèi)的核燃料的核裂變所產(chǎn)生的高溫(約950℃)的熱量傳遞至熱交換器3，在該熱交換器3中，使一次冷卻氦保有的熱量向在二次冷卻回路4循環(huán)的二次冷卻氦轉(zhuǎn)移，并將轉(zhuǎn)移至該二次冷卻氦的量熱輸送至發(fā)電設(shè)備以供發(fā)電。

在這樣的原子能電站中使用的回轉(zhuǎn)器(旋轉(zhuǎn)設(shè)備)10，是在高溫氣體爐1及熱交換器3之間的一次冷卻回路2中，使將熱量轉(zhuǎn)移至二次冷卻氦后的一次冷卻氦加速并返回至高溫氣體爐1的設(shè)備，如圖2所示，該回轉(zhuǎn)器10具備：外殼11，其具有導(dǎo)入口11a以及排出口11b；葉輪(旋轉(zhuǎn)翼)12，其收容于外殼11內(nèi)；以及馬達(dá)13。

葉輪12固定于馬達(dá)13的輸出軸13a(翼軸)，并與該輸出軸13a一同構(gòu)成旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，該葉輪12借助馬達(dá)13的輸出而旋轉(zhuǎn)，對從外殼11的導(dǎo)入口11a導(dǎo)入至內(nèi)部的來自熱交換器3的一次冷卻氦進行加速，并將其從排出口11b朝向高溫氣體爐1排出。

在該情況下，回轉(zhuǎn)器10的外殼11以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中至少旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a，由比多晶合金(普通晶粒直徑材料)的有效擴散系數(shù)低的低有效擴散系數(shù)合金、即：使熔融金屬凝固時的冷卻速度變慢，或者實施熱處理而使晶粒直徑粗化而減小有效擴散系數(shù)的粗晶粒直徑材料構(gòu)成。

此時，回轉(zhuǎn)器10的外殼11以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中至少旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a，能夠使用使熔融金屬從一個方向凝固進行單晶化而減小有效擴散系數(shù)的單晶材料。

在該實施例的回轉(zhuǎn)器10中，即使在一次冷卻氦中內(nèi)含有在高溫氣體爐1內(nèi)產(chǎn)生的核裂變產(chǎn)物、因堆芯構(gòu)造材料腐蝕而產(chǎn)生的放射性腐蝕產(chǎn)物等放射性核素，并被導(dǎo)入至外殼11的內(nèi)部，與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a接觸并且附著，由于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a由有效擴散系數(shù)比多晶合金(普通晶粒直徑材料)小的粗晶粒直徑材料、單晶材料構(gòu)成，因此能夠?qū)⒎派湫院怂財U散浸透至旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸的深層的情況抑制為較少。

其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)維護成本的降低，此外，由于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a幾乎不被放射性核素污染，因此能夠減少設(shè)施解體時的放射性廢棄物的量。

因此，在對回轉(zhuǎn)器10的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a使用了多晶合金(普通晶粒直徑材料)的情況下的放射性核素含量、與使用了上述粗晶粒直徑材料的情況下的放射性核素含量進行比較后，如圖3的曲線圖所示，可知在使用了多晶合金(普通晶粒直徑材料)的情況下，放射性核素從表面擴散浸透至深處，與此相對，在使用了粗晶粒直徑材料的情況下，放射性核素不擴散浸透至深層。

特別是在使用了有效擴散系數(shù)降低至多晶合金(普通晶粒直徑材料)的1/100的單晶材料的情況下，可知深層的放射性核素含量降低至1/10。

因此能夠證實：在該實施例的回轉(zhuǎn)器10中，能夠防止放射性核素向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a的深層擴散浸透。

在上述的實施例中，示出了旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a由有效擴散系數(shù)比多晶合金(普通晶粒直徑材料)小的粗晶粒直徑材料、單晶材料構(gòu)成的情況，但作為其他實施例，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a，除了能夠使用將比Ni的晶格擴散系數(shù)小的元素添加于Ni而成的晶格擴散系數(shù)降低材料之外，作為又一其他實施例，還能夠使用包含將減小有效擴散系數(shù)而成的單晶材料的粗晶粒直徑材料、與將比Ni的晶格擴散系數(shù)小的元素添加于Ni而成的晶格擴散系數(shù)降低材料組合后的材料。

因此，在對回轉(zhuǎn)器10的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a使用了多晶合金(普通晶粒直徑材料)的情況下的放射性核素含量、與使用了上述其他實施例中的晶格擴散系數(shù)降低材料的情況下的放射性核素含量進行比較后，如圖4的曲線圖所示，可知在使用了多晶合金(普通晶粒直徑材料)的情況下，放射性核素從表面擴散浸透至深處，與此相對，在使用了晶格擴散系數(shù)降低材料的情況下，放射性核素不擴散浸透至深層。

因此，能夠證實：即使在該實施例的回轉(zhuǎn)器10中，也能夠防止放射性核素向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a的深層擴散浸透。

在上述的實施例中，雖然列舉采用本發(fā)明的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備為原子能電站的回轉(zhuǎn)器的情況為例進行了說明，但不限定于此，也能夠采用為核燃料再處理設(shè)施、燃料加工設(shè)施中的離心式的回轉(zhuǎn)器(泵)、軸流式的回轉(zhuǎn)器(泵)、汽輪機(Steam turbine)、燃?xì)廨啓C(Gas turbine)、氣體壓縮機(Gas compressor)。

另外，在上述的實施例中，雖然形成為僅旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的葉輪12以及輸出軸13a采用了比多晶合金的有效擴散系數(shù)小的低有效擴散系數(shù)合金的結(jié)構(gòu)，但不限定于此，作為其他結(jié)構(gòu)，也可以在外殼11使用比多晶合金的有效擴散系數(shù)小的低有效擴散系數(shù)合金。

本發(fā)明的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，不限定于上述的實施例的結(jié)構(gòu)，例如，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼也可以是葉片，除此之外，也可以在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中包括渦輪圓盤、軸承、密封部件。

本發(fā)明的第一方式是一種原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，配置于原子能設(shè)施的內(nèi)含放射性核素的冷卻流體的循環(huán)路內(nèi)，具備：外殼；以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其在所述外殼內(nèi)具備：與經(jīng)過所述外殼的內(nèi)部的內(nèi)含所述放射性核素的冷卻流體接觸的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸，所述外殼以及所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中至少所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的所述旋轉(zhuǎn)翼及所述翼軸，由比多晶合金的有效擴散系數(shù)小的低有效擴散系數(shù)合金構(gòu)成。

在本發(fā)明的第二方式中，所述低有效擴散系數(shù)合金是包含使所述多晶合金的晶粒直徑粗化而減小有效擴散系數(shù)而成的單晶材料的粗晶粒直徑材料。

在本發(fā)明的第三方式中，所述低有效擴散系數(shù)合金是將比Ni的晶格擴散系數(shù)小的元素添加于Ni而成的晶格擴散系數(shù)降低材料。

在本發(fā)明的第四方式中，所述低有效擴散系數(shù)合金是將包含使所述多晶合金的晶粒直徑粗化而減小有效擴散系數(shù)而成的單晶材料的粗晶粒直徑材料、與將比Ni的晶格擴散系數(shù)小的元素添加于Ni而成的晶格擴散系數(shù)降低材料組合后的材料。

在本發(fā)明的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，在原子能設(shè)施中，除了具備原子反應(yīng)堆的原子能電站之外，還包括核燃料再處理設(shè)施、燃料加工設(shè)施。

另外，在本發(fā)明的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)設(shè)備除了離心式的回轉(zhuǎn)器(泵)、軸流式的回轉(zhuǎn)器(泵)之外，還包括汽輪機、燃?xì)廨啓C、氣體壓縮機。

此外，在本發(fā)明的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，內(nèi)含放射性核素的冷卻流體能夠使用氦、水、鈉。

在本發(fā)明的原子能設(shè)施的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，例如，即使在原子反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生的核裂變產(chǎn)物、因堆芯構(gòu)造材料腐蝕而產(chǎn)生的放射性腐蝕產(chǎn)物等放射性核素內(nèi)含于冷卻流體，并被導(dǎo)入至外殼的內(nèi)部，與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸接觸并且附著，由于外殼以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中至少旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸，由比多晶合金(普通晶粒直徑材料)的有效擴散系數(shù)小的低有效擴散系數(shù)合金構(gòu)成，因此也能夠?qū)⒎派湫院怂財U散浸透至旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸的深層的情況抑制為較少。

此外，由于外殼以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中至少旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)翼以及翼軸幾乎不被放射性核素污染，因此能夠減少設(shè)施解體時的放射性廢棄物的量。

附圖標(biāo)記說明：1...高溫氣體爐；2...一次冷卻回路(循環(huán)路)；10...回轉(zhuǎn)器(旋轉(zhuǎn)設(shè)備)；11...外殼；12...葉輪(旋轉(zhuǎn)翼)；13...馬達(dá)；13a...輸出軸(翼軸)。