JP2001525551A - 加圧水形原子炉の一次回路への中性子吸収流体の注入装置およびその一次回路における中性子吸収性の増大方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 加圧水形原子炉の一次冷却回路（５）に中性子吸収流体（Ｂ）を注入するために、搬送ポンプ（３）および注入管（１０）を介して加圧水形原子炉の一次回路（５）に接続可能な中性子吸収流体（Ｂ）の貯蔵タンク（１）を設ける。貯蔵タンク（１）および搬送ポンプ（３）は、圧力配管（８）を介して、一次回路（５）から導き出された第１圧力（ｐ₁）を供給される。搬送ポンプ（３）は例えばタービン（１１）で駆動される。本発明はまた、一次回路（５）から導き出された第１圧力（ｐ₁）を供給される貯蔵タンク（１）から中性子吸収流体（Ｂ）を注入して、一次回路（５）における中性子吸収性を増大する方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、加圧水形原子炉の原子炉圧力容器を含む一次回路における中性子吸
収性を増大するための技術に関する。

【０００２】 本発明はまず、搬送ポンプおよび注入管を介して加圧水形原子炉の一次回路に
接続できる中性子吸収流体の貯蔵タンクを備えた加圧水形原子炉の一次回路への
中性子吸収流体の注入装置に関する。また本発明は、貯蔵タンクから一次回路に
中性子吸収流体を注入して加圧水形原子炉の一次回路における中性子吸収性を増
大する方法に関する。

【０００３】 加圧水形原子炉のある故障状態において、冷却材を案内する一次回路にホウ酸
あるいはホウ酸水を注入することおよびこのようにして原子炉を中期的に遮断す
ること（補助ホウ酸注入系）が知られている。そのホウ素は熱中性子を吸収する
ためにないしは冷却材内における中性子吸収性を高めるために使われる。

【０００４】 ヨーロッパ特許出願公開第０４０５７２０号明細書に、水の密度差を基にして
、自然循環によって所望のホウ素濃度を発生ないし維持するようにした受動安全
注入系が記載されている。その自然循環系統は複雑で、多くの種々の損傷状態に
十分に確実に適合させられない。

【０００５】 ドイツ特許第２２０７８７０号明細書に、特に原子炉安全容器の外に設置され
た能動補助ホウ酸注入系が記載されている。これは主に、ホウ酸水貯蔵タンクと
、補助ホウ酸水ポンプと、ホウ酸水を一次回路に注入する注入管とから成ってい
る。補助ホウ酸水ポンプで発生すべき搬送圧力（全水頭）は、たいていの故障状
態において、漏洩が生じて一次回路内の冷却材圧力が低下するので、通常運転中
における冷却材回路内の冷却材圧力より低い。しかしそれにもかかわらず、補助
ホウ酸水ポンプは、特に一次回路内の冷却材圧力がほんの僅かしか低下しないよ
うな事故状態にも対処するべく、非常に高い搬送圧力を発生しなければならない
。

【０００６】 ドイツ特許出願公開第４３４４３２３号明細書に、安全注入系および能動補助
ホウ酸注入系を、これらが共通の供給ライン上で動作するようにまとめた加圧水
形原子炉が開示されている。その補助ホウ酸注入系は、ホウ酸水タンクおよび補
助ホウ酸水ポンプを有し、これらは原子炉安全容器の外に配置されている。その
ホウ酸水タンク内に貯蔵されているホウ酸水は、供給ラインを介して一次回路の
主冷却材管に注入される。この補助ホウ酸注入系の補助ホウ酸水ポンプも、上述
の公知の補助ホウ酸注入系と同様に、一次回路の冷却材管内における冷却材圧力
(以下において対抗圧力あるいは冷却材対抗圧力と呼ぶ)に対抗し、一次回路にホ
ウ酸水を注入するために、高い搬送圧力を発生しなければならない。

【０００７】 本発明の課題は、加圧水形原子炉に故障が生じた際に、損傷を制限するための
上述した公知の能動補助ホウ酸注入系から出発して、一次回路内における冷却材
圧力にほとんど無関係に、特に冷却材対抗圧力が非常に大きな場合に、中性子吸
収流体を確実且つ安全に一次回路に注入する働きをする装置を提供することにあ
る。本発明の場合、公知の能動補助ホウ酸注入系に比べ、考え得る多くの故障状
態において、一次回路に中性子吸収流体を注入するために、ほんの僅かな搬送圧
力を発生すれば済むようにしようとしている。

【０００８】 また本発明の課題は、公知の方法に比べてほんの僅かな搬送圧力しか必要とせ
ずに、貯蔵タンクから一次回路に中性子吸収流体を確実に且つ安全に注入して、
加圧水形原子炉の一次回路における中性子吸収性を増大する方法を提供すること
にある。これによって、本発明は、一次回路内における実際の冷却材対抗圧力と
無関係に、広い範囲で、確実に且つ安全に作動するようにしようとしている。

【０００９】 装置に向けられた課題は、本発明に基づき、貯蔵タンクおよび搬送ポンプに、
圧力配管を介して、一次回路から導き出された第１圧力を供給することによって
解決される。

【００１０】 その流体は、ホウ素同位元素Ｂ１０で豊富化されているホウ酸である。

【００１１】 その圧力配管は、例えば一次回路から、この一次回路内の冷却材における有効
圧力と呼ぶ圧力がかかっている第１個所で分岐している。

【００１２】 一次回路に流体を注入するには、特に流体を注入すべき一次回路の第２個所に
、冷却材に加わる対抗圧力と少なくとも同じ大きさの第２圧力が必要である。本
発明に基づく装置の場合、第１圧力が第２圧力の主要成分となっており、従って
第２圧力は、その大部分を特別に発生する必要がない。従って本発明に基づく装
置は、一次回路内における冷却材の対抗圧力が非常に高い場合でも、その対抗圧
力によって、一次回路全体における圧力、従って貯蔵タンクおよび搬送ポンプに
おける第１圧力もほぼ同じ大きさだけ増大し、確実に作動するという利点を生ず
る。従って、搬送ポンプは、主に第１圧力と、一次回路内における対抗圧力との
差圧で与えられる小さな搬送圧力を発生するだけでよい。この差圧は、例えば配
管内における流れ損失および場合によっては一次回路内における冷却材ポンプの
全水頭で条件付けられて生ずる。

【００１３】 本発明に基づく装置によれば、非常に大きな搬送圧力を発生する必要がなくな
るので、この装置を装備した加圧水形原子炉の安全性が高まる利点がある。

【００１４】 貯蔵タンクおよび搬送ポンプは、例えば直列に接続される。この直列回路の一
端に、例えば注入管が開口し、他端から、例えば圧力配管が出ている。

【００１５】 本発明に基づく装置の特別な実施態様においては、貯蔵タンクおよび／又は搬
送ポンプは加圧水形原子炉の安全容器内に設置される。これによって、原子炉の
安全性が一層高められる。

【００１６】 本発明に基づく装置の特に有利な実施態様において、搬送ポンプはタービンで
駆動される。そのタービンは、例えばフランシスタービンである。

【００１７】 このタービンによる駆動方式は、電気駆動方式に比べて、電気エネルギ供給の
ための配線が不要であるという利点を生ずる。

【００１８】 タービンは、特に供給ポンプで搬送される媒体で駆動される。たいていの加圧
水形原子炉の供給ポンプは媒体、例えば水を、たとえ故障したときでも、タービ
ンおよびこれに結合された搬送ポンプを駆動するのに十分な最低流量で搬送する
。

【００１９】 タービンを貫流する流量を調整するための制御弁を設けると有利である。これ
により、タービンの回転数、従って搬送ポンプで発生される流量および搬送圧力
を制御できる。特にこれにより、タービンをゆっくり始動することができる。

【００２０】 方法に係る本発明の課題は、貯蔵タンクに、一次回路から導き出した第１圧力
を供給することによって解決される。

【００２１】 一次回路への中性子吸収流体の注入は、特に正にこの一次回路にかかっている
冷却材圧力、いわゆる有効圧力あるいはその一部によって支援される。これによ
って、本発明に基づく方法は、一次回路において流体の注入個所における冷却材
の対抗圧力が非常に高い場合でも、その対抗圧力に伴って貯蔵タンク内の第１圧
力も増大するので、有利に採用できる。

【００２２】 本発明に基づく方法は、例えば２つの過程で実施できる。即ちまず貯蔵タンク
に第１圧力を供給し、それから一次回路に中性子吸収流体を注入する。

【００２３】 この実施態様において、本発明に基づく方法の機能確実性が高められる。

【００２４】 配管内あるいは一次回路の主冷却材ポンプにおける流れ損失のために、貯蔵タ
ンク内の第１圧力が一次回路における対抗圧力と幾分異なることがある。この場
合、中性子吸収流体を一次回路に注入するために必要なエネルギは、例えば媒体
の流れエネルギから得られる。その媒体は、例えばタービンを介して、中性子吸
収流体の搬送ポンプを駆動する。これによって、例えばその搬送ポンプに対して
補助的な電気エネルギが不要になるという利点が生ずる。

【００２５】 媒体は、例えば給水ポンプで搬送される。加圧水形原子炉の給水ポンプで発生
される流れは、考え得るすべての状態において、流体を一次回路に注入するのに
必要なエネルギを準備するに足りるエネルギを含んでいる。

【００２６】 本発明に基づく方法において、ホウ酸を含む中性子吸収流体が有利に採用され
る。本発明の特に有利な実施態様において、ホウ酸は質量数１０のホウ酸同位元
素（Ｂ１０）で豊富化されている。これによって、中性子吸収流体を貯蔵するタ
ンクの容積を特に小さくできる。

【００２７】 以下図を参照して本発明に基づく装置の実施例を詳細に説明する。

【００２８】 図１には、中性子吸収流体Ｂ、例えばホウ素同位元素Ｂ１０で豊富化されたホ
ウ酸、ホウ酸水を貯蔵するタンク１と、これに直列接続された搬送ポンプ３とが
示されている。加圧水形原子炉の冷却材（水）を案内する一次回路５は、高温ラ
インに符号５Ａを付し、低温ラインに符号５Ｂを付して示されている。貯蔵タン
ク１は第１止め弁７および圧力配管８を介して一次回路５の高温ライン５Ａに接
続される。通常運転中に、第１止め弁７は閉じられ、貯蔵タンク１は無圧状態に
されている。

【００２９】 例えば事故が生じた際、貯蔵タンク１には、第１止め弁７を開くことにより第
１圧力ｐ₁が供給される。この第１圧力ｐ₁は、一次回路５の高温ライン５Ａにお
ける冷却材圧力（以下有効圧力ｐ_Hと呼ぶ）に関係している。例えば止め弁７お よび／又は圧力配管８における損失を除けば、第１圧力ｐ₁は有効圧力ｐ_Hと同じ
である（ｐ₁≒ｐ_H）。

【００３０】 第２止め弁９、搬送ポンプ３および注入管１０を介して、貯蔵タンク１は一次
回路５の低温ライン５Ｂに接続可能であり、具体的には第２止め弁９が開いた際
に接続される。

【００３１】 搬送ポンプ３はタービン１１で駆動される。第１止め弁７が開かれ、同時に第
２止め弁９が開かれた場合、駆動されている搬送ポンプ３によって、中性子吸収
流体Ｂが流れ方向１２に、一次回路５の低温ライン５Ｂに注入される。

【００３２】 搬送ポンプ３は搬送圧力ｐ_Fを発生する。注入管１０の低温ライン５Ｂへの開 口個所に、本質的に第１圧力ｐ₁と搬送圧力ｐ_Fとの合計である第２圧力ｐ₂がか かっている（ｐ₂＝ｐ₁＋ｐ_F）。この第２圧力ｐ₂が低温ライン５Ｂにおける対抗
圧力ｐ_Kより大きいとき、低温ライン５Ｂに流体Ｂを注入することができる。即 ちｐ₂＞ｐ_Kは一次回路への流体の注入条件である。本発明に基づく装置の全般的
機能性に条件を付けない場合には、単純に高温ライン５Ａおよび低温ライン５Ｂ
にほぼ同じ冷却材圧力がかかっている（ｐ_K≒ｐ_H）と推定される。その場合、搬
送ポンプ３は次の式に応じて、ほんの僅かな搬送圧力ｐ_Fを発生すればよい。 ｐ_F＝ｐ₂−ｐ₁＞ｐ_K−ｐ₁≒ｐ_K−ｐ_H≒０

【００３３】 搬送ポンプ３は回転ポンプとして形成され、安全上から１０〜１５バールの搬
送圧力および５〜１０ｌ／ｓの流量に対して設計されている。

【００３４】 タービン１１は、加圧水形原子炉の供給（給水）ポンプ１３で搬送される媒体
Ｗで駆動される。その媒体Ｗ（水）は供給ポンプ１３によって、詳細に示してい
ないタンク１５から汲み上げられ、流れ方向１６にタンク１５に戻される。

【００３５】 このタンク１５は、加圧水形原子炉の安全容器内に存在する炉心水浸用水槽で
ある。

【００３６】 例えばフランシスタービンとして形成したタービン１１を介して搬送ポンプ３
を駆動すると、搬送ポンプ３は周囲条件にほとんど左右されない。給水ポンプ１
３によって常に十分な駆動動力が供給されるからである。従って中性子吸収流体
を注入する装置は、安全上の観点を考慮に入れて、安全容器内に設置される。

【００３７】 タービン１１を貫流する媒体Ｗの流量は、制御弁１７によって調整できる。こ
れにより、特にタービン１１、従って搬送ポンプ３はゆっくり始動し、搬送ポン
プ３を調節できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に基づく中性子吸収流体の注入装置の概略構成図。

【符号の説明】

１ 貯蔵タンク ３ 搬送ポンプ ５ 一次回路 １０ 注入管 １３ 供給（給水）ポンプ １７ 制御弁

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送ポンプ（３）および注入管（１０）を介して加圧水形原
   子炉の一次回路（５）に接続された中性子吸収流体（Ｂ）の貯蔵タンク（１）を
   備えた、加圧水形原子炉の一次回路（５）への中性子吸収流体（Ｂ）の注入装置
   において、貯蔵タンク（１）および搬送ポンプ（３）が、圧力配管（８）を介し
   て、一次回路（５）から導き出された第１圧力（ｐ₁）を供給されることを特徴 とする加圧水形原子炉の一次回路への中性子吸収流体の注入装置。
2. 【請求項２】 貯蔵タンク（１）および／又は搬送ポンプ（３）が加圧水形
   原子炉の安全容器内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 搬送ポンプ（３）がタービン（１１）で駆動されることを特
   徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 【請求項４】 タービン（１１）がフランシスタービンであることを特徴と
   する請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 タービン（１１）が、供給ポンプ（１３）で搬送される媒体
   （Ｗ）で駆動されることを特徴とする請求項３又は４記載の装置。
6. 【請求項６】 タービン（１１）を貫流する流量を調整するための制御弁（
   １７）が設けられていることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】 貯蔵タンク（１）から一次回路（５）に中性子吸収流体（Ｂ
   ）を注入して加圧水形原子炉の一次回路（５）における中性子吸収性を増大する
   方法において、貯蔵タンク（１）に一次回路（５）から導き出された第１圧力（
   ｐ₁）を供給することを特徴とする加圧水形原子炉の一次回路における中性子吸 収性の増大方法。
8. 【請求項８】 まず貯蔵タンク（１）に第１圧力（ｐ₁）を供給し、それか ら一次回路（５）に中性子吸収流体（Ｂ）を注入することを特徴とする請求項７
   記載の方法。
9. 【請求項９】 中性子吸収流体（Ｂ）を一次回路（５）に注入するために必
   要なエネルギを、媒体（Ｗ）の流れエネルギから得ることを特徴とする請求項７
   又は８記載の方法。
10. 【請求項１０】 媒体（Ｗ）を供給ポンプ（１３）で搬送することを特徴と
    する請求項９記載の方法。
11. 【請求項１１】 中性子吸収流体（Ｂ）がホウ酸を含んでいることを特徴と
    する請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 【請求項１２】 ホウ酸が質量数１０のホウ酸同位元素（Ｂ１０）で豊富化
    されていることを特徴とする請求項１１記載の方法。