JP2006523832A - 原子力施設および原子力施設の運転方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧力室（６）と、復水室（８）と、この圧力室（６）に結合されたフラッド槽（１０）とを含んでなる原子力施設に関する。本発明によれば、サイホン方式で構成されるオーバーフロー管路（３０）を介してフラッド槽（１０）が復水室（８）に結合されている。この構成によって、復水室（８）は、差圧の限界値に至るまで、フラッド槽（１０）に対して、従って圧力室（６）に対して、気密に閉鎖されたままとなり、差圧の限界値を上まわると均圧が可能となることが保証されている。

Description

本発明は、１つの圧力室と１つの復水室と圧力室に結合された１つのフラッド槽とを有する原子力施設、特に沸騰水型原子炉施設に関する。本発明はさらに、このような原子力施設を運転するための方法に関する。

特許文献１からこのような沸騰水型原子炉施設を読み取ることができ、そこでは１つの格納容器の内部に１つの原子炉圧力容器と１つの復水室とこの復水室上に配置して１つのフラッド槽が設けられている。フラッド槽は上方で、圧力室を形成する格納容器内部空間に対して開放されている。圧力室は通常運転のとき復水室に対して密封閉鎖されており、均圧は行われない。特許文献１には“ＳＷＲ１０００”と称されるコンセプトが述べられている。このコンセプトの目的は、高い運転安全性を達成し、その際、受動的に働く構成要素、すなわち外部エネルギー供給に左右されず、主に付加的に可動部品およびそれに伴って発生する部品なしでも間に合う構成要素、を極力利用することである。通常運転外の特定状況のとき圧力室内での圧力上昇または圧力低下のゆえに圧力室と復水室との間の差圧が許容限界値を上まわることがある。ＳＷＲ（沸騰水炉）１０００コンセプトではそうした場合復水室と圧力室との間で均圧するために、Ｕ形に構成される１つの配管が設けられており、この配管は復水室の内部を圧力室と結合し、通常運転のとき冷却水が満たされ、こうして閉鎖されている。

フラッド槽内にある冷却水は運転の過程で温められ、それゆえに一定の時間間隔で冷却されねばならない。このためフラッド槽冷却液用と復水室冷却液用に１つの共通する冷却回路が設けられている。その際、復水室からの冷却液は１つの熱交換器を介してフラッド槽内に圧送され、そこから再び復水室内に戻される。しかしその際、フラッド槽と復水室との間で異なる圧力が優勢であることがあり、通常運転中均圧が起きるべきでないとの問題が生じる。このような均圧は、例えば冷却材喪失事故時、冷却システムの機能性を考慮して避けねばならない。
独国特許出願公開第１１２５５４号明細書

そこで本発明の課題は、施設の安全な運転を可能にすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する原子力施設、特に沸騰水型原子炉施設によって解決される。それによれば、１つのサイホンの方式に構成される１つのオーバーフロー管路を介してフラッド槽が復水室と結合されている。

オーバーフロー管路とはこの場合特に単一の直接的配管のことであり、好ましくは配管内には例えば逆止め弁、弁、ポンプまたは熱交換器等の他の構成要素が介装されていない。オーバーフロー管路はそれゆえに、フラッド槽の最大液面高さを上まわり、フラッド槽が「オーバーフロー」するとき、復水室への冷却液の単純で安全な帰還を保証する。それに加えてオーバーフロー管路のサイホン状、つまりＵ形構成に基づいて通常運転のときフラッド槽と復水室との間で均圧は防止される。というのもサイホン状構成に基づいてオーバーフロー管路は少なくとも部分的に冷却液が充填されており、復水室はフラッド槽に対して気密に閉鎖されているからである。フラッド槽は同時に圧力室に対して開放されており、すなわちフラッド槽と圧力室との間で開放気体交換、従って均圧が可能であるので、この措置によって同時に、オーバーフロー管路を介して復水室と圧力室との間で均圧が起きるのは防止されている。単一の配管として構成されることによって高い運転安全性が与えられている。というのも機能性にとって能動的構成要素が不可欠でなく、機能原理は物理的および熱力学的法則性のみに立脚しているからである。

主に、オーバーフロー管路は２つのサイホン脚部を含み、かつ通常運転状態のときオーバーフロー管路に液がそこまで充填される毛管上昇高さを有する。この毛管上昇高さは、圧力室と復水室との間の限界差圧以降にこれら両方の室の間で均圧、つまり気体交換が起き得るように設計されている。この構成が有する決定的利点として、圧力室と復水室との間で均圧を行わねばならないような通常運転状態とは異なる圧力事情もこうして考慮される。これが該当するのは、例えば、圧力室内に現れる負圧が許容負圧限界値を上まわるときである。つまり均圧が予定されていないような場合、復水室と圧力室との間の隔壁のコンクリート構造体は相応に高い差圧用に設計されねばならないであろう。その際、サイホン状オーバーフロー管路を有する構成は、所定の限界差圧に至るまでクロージャーが絶対的に気密であり、限界差圧を上まわると均圧のために開放気体路、従って流路が安全かつ確実に解放されるという本質的利点を有する。これとは異なり、例えば逆止め弁等の場合常に漏れ流の虞があり、既に触れたＳＷＲ１０００コンセプトでは漏れ流は是が非でも避けねばならない。

例えば仮想冷却材喪失事故の場合に冷却システムの有効性が損なわれることのないようにするために、このような事故時に圧力室内に現れる蒸気量が確実に復水室内に送られることを引き続き保証しておかねばならない。その際に圧力室内に超過圧が現れるので、超過圧限界値を上まわると他の１つの機溝を介して復水室と圧力室との間で均圧が行われるようにオーバーフロー管路は配置されかつ構成されている。他の機溝は主に１つの復水管であり、この復水管は圧力室を復水室と結合しかつ液面高さより下方で復水室に通じており、通常運転状態のときこの液面高さに至るまで復水室に液が充填されている。これにより復水管が液面高さに至るまで液を充填されており、超過圧限界値を上まわると復水管を介して均圧が行われ、つまり冷却材喪失事故の場合復水室の液中に蒸気が導入されてそこに復水できるように液面高さは設計されている。それゆえにこうした場合均圧は専ら復水管を介して行われ、オーバーフロー管路を介してではない。その逆に、負圧限界値を上まわると均圧は一般に専らオーバーフロー管路を介して行われる。というのも、圧力室内に負圧が現れると、均圧が起き得る前に、まず貯蔵液の大部分は復水室から復水管を介して圧力室に流出しなければならないであろうからである。この流出は時間を要するので、その間に復水室と圧力室との間に許容外の圧力差が生じる虞がある。

それゆえに、復水室と圧力室との間で特定の限界差圧以降にオーバーフロー管路中にある液が押し出され、こうして開放流路が形成されるように、オーバーフロー管路は配置および／または構成されている。この限界差圧は超過圧限界値より上にあり、この超過限界値以降に圧力室から復水管を介して復水室内への流れ結合が解放されている。各限界値を上まわるや、均圧は圧力室内が負圧のとき専らオーバーフロー管路を介して、もしくは圧力室が超過圧のとき専ら復水管を介して、行われることがこうして保証される。

合目的１構成において復水室は液面高さの上方に１つの気体空間を有し、この気体空間にオーバーフロー管路の第１末端が通じている。こうして、復水室からオーバーフロー管路内に液が吸い込まれることのないことが保証されている。好ましくは第１末端は復水室の天井内にまたはそのすぐ下に配置されている。

受動的安全性を考慮してさらに、好ましい１構成において、オーバーフロー管路は壁構造体内部の少なくとも部分領域に、有利には大部分に、埋封されている。それゆえに、配管破損時でも配管の場合でもオーバーフロー管路の機能性が保証されている。

合目的１展開においてフラッド槽は１つのオーバーフロー竪穴を有し、オーバーフロー管路の第２末端は特にオーバーフロー竪穴の底領域でオーバーフロー竪穴に通じている。過剰の液はフラッド槽の液リザーバからオーバーフロー竪穴内に流れる。主に、液からの気体成分の分離が起きて、気体成分が復水室に達しないかまたはごく僅かな気体成分が達するだけとなるように、オーバーフロー竪穴は構成されている。オーバーフロー管路の第２末端をオーバーフロー竪穴の底に配置することによって、オーバーフロー管路が液で満たされていることが保証されている。

好ましくは、オーバーフロー管路は１つの上側サイホン弧部を有し、このサイホン弧部はオーバーフロー竪穴の底より上の高さに配置されている。この措置により、オーバーフロー竪穴は完全に空にすることができず、オーバーフロー竪穴内に最低液高さが生じ、この高さは上側サイホン弧部の高さにほぼ一致する。これにより一定の予備液が用意され、オーバーフロー管路内に現れることのある蒸発減等はこの予備液によって補償される。

本課題はさらに、本発明によれば、請求項１０の特徴を有する方法によって解決される。施設を考慮して挙げられる諸利点、好ましい諸構成は、意味に即して方法にも転用することができる。さらに、本方法の好ましい諸構成は従属請求項に述べられている。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を詳細に説明する。

一部が示されている格納容器２は、コンクリート製の１つの壁構造体４を有しており、この壁構造体によって１つの圧力室６と、１つの復水室８と、１つのフラッド槽１０とが形成されている。フラッド槽１０は圧力室６に対して開放されており、すなわちこれら両方の領域の間で気体交換、従って均圧が可能であり、フラッド槽１０内と圧力室６内とで同じ圧力条件が優勢である。

フラッド槽１０は、１つの隔壁１２によって１つの貯蔵槽１４と１つのオーバーフローまたは分離竪穴１６とに仕切られている。オーバーフロー竪穴１６の底１８に１つの小さな第２隔壁２０が配置されており、底領域は１つの分離室２２と１つの流出室２４とに区分されている。貯蔵槽１４は冷却液Ｆが充填されている。

復水室８は通常、液面高さＨに至るまで冷却液Ｆで満たされている。冷却液Ｆの上方は１つの気体空間２６である。

復水室８は、一方で１つの復水管２８を介して圧力室６と結合され、他方で１つのオーバーフロー管路３０を介してフラッド槽１０のオーバーフロー竪穴１６と結合されている。復水管２８はその下側傾斜末端が復水室８の冷却液Ｆに浸漬する。復水管２８の第２末端が圧力室６に通じている。それゆえに復水管はほぼ液面高さＨに至るまで水が充填されており、復水室８は圧力室６から気密に分離されている。

オーバーフロー管路３０はその第１末端３２が復水室８の気体空間２６に、しかも復水室８の天井３６で直接に、通じている。オーバーフロー管路３０の第２末端３４はオーバーフロー竪穴１６内で、しかも特にそのオーバーフロー竪穴１６の底１８で、流出室２４に通じている。両方の末端３２、３４は単一の配管を介して互いに結合されており、この配管は１つの下側サイホン弧部４０を介して結合される２つのサイホン脚部３８と１つの上側サイホン弧部４２とを有する。図から読み取ることができるように、オーバーフロー管路３０はほぼ完全に壁構造体４内に配置されており、配管破損時でも、オーバーフロー管路３０によって限定された流路は存続する。

上側サイホン弧部４２は底１８より上方の高さに配置されており、これにより流出室２４内に例えば０．５ｍの最低液高さが保証されている。両方のサイホン弧部４０、４２の間の距離が毛管上昇高さＳを限定し、この毛管上昇高さに至るまで両方の脚部３８は冷却液Ｆで満たされている。毛管上昇高さＳを選択することによって差圧値が決定され、この差圧値を超えると、オーバーフロー管路３０内にある液Ｆが押し出され、復水室８とフラッド槽１０との間に開放流路が成立する。毛管上昇高さが例えば１０ｍであると、オーバーフロー管路３０は約１０⁵Ｐａ（１．０ｂａｒ）の圧力差に至るまで閉鎖されている。

原子炉運転時、フラッド槽１０内にある冷却液Ｆの冷却が時々必要になる。このため冷却液Ｆは、復水室８から図示しない１つのポンプと図示しない１つの熱交換器とを介してフラッド槽１０内に圧送される。貯蔵槽１４内の液高さが第１隔壁１２を越えると、過剰な液Ｆはオーバーフロー竪穴１６内に流れ、そこでまず分離室２２内に溜まる。分離室２２は、僅かな質量流が現れるだけの場合、第１隔壁１２を越えて流れ落ちる冷却液Ｆから気体成分を分離するのに役立つ。液Ｆは引き続き第２隔壁２０を越えて流出室内に流れる。質量流が多い場合分離室１６は、そこに液・逆流が生じ、こうして伴送される気体成分（空気泡）が上昇し、オーバーフロー管路３０内に達しないように構成されている。流出室２４内で上側サイホン弧部４２によって確定された最低液面高さを上まわるや、冷却液Ｆはオーバーフロー管路３０を介して流出する。つまりこの方法では冷却液Ｆは全体として復水室８とフラッド槽１０との間を循環する。その際、オーバーフロー管路３０の特殊構成によってフラッド槽１０は復水室８から気密に分離されている。

図に示す状況は通常運転の状況に相当する。通常運転から離れて、圧力室６と復水室８との間に大きな圧力差の現れ得る状態が生じることがある。それゆえに、例えば冷却材喪失事故において復水管２８を介して蒸気が圧力室６から復水室８に送られるので、復水室８内が超過圧のときオーバーフロー管路３０を介して均圧を行ってはならない。むしろ、圧力室６内で超過圧限界値を上まわると復水管２８を介して均圧を行わねばならない。少なくともこの超過圧限界値に達する前は、オーバーフロー管路３０が絶対的に気密閉鎖されたままでなければならない。

その逆に、圧力室６内が負圧の場合、復水管２８を介して均圧がごく遅くにはじめて起きることがある問題が生じる。というのも、気体交換のために、従って均圧のために開放流路が復水管２８を介して提供される前に、まず最初にほぼ総量の冷却液Ｆが復水室８から圧力室６に移されねばならないからである。

それゆえに、圧力室６内で過度に高い負圧値を避けるために、圧力室６内で負圧限界値を上まわると気体交換、従って均圧はオーバーフロー管路３０を介して行われるようになっている。オーバーフロー管路３０は特定限界差圧以降、超過圧が存在するのか負圧が存在するのかにかかわりなく、流路を解放する。それゆえに、オーバーフロー管路３０がそれ以降に解放される決定的限界差圧は毛管上昇高さＳを介して、復水管２８を介した均圧がそれ以降に行われる決定的超過圧限界値よりも大きく設定することができる。その際、差圧は超過圧限界値よりも主に約（０．２〜０．８）１０⁵Ｐａ（０．２ｂａｒ〜０．８ｂａｒ）上である。限界値の高さの決定的基準は、既に触れたように一方で毛管上昇高さＳであり、他方で液面高さＨと結び付いた復水管２８内の液柱の高さである。それゆえに、毛管上昇高さＳは一次近似で復水管２８内の液柱高さよりも大きくなければならず、この液柱高さは復水管２８の流出端と液面高さＨとの距離によって決まっている。

従ってオーバーフロー管路３０の特殊な配置および構成のゆえに、外部エネルギー供給なしにかつ可動部品なしに物理的法則性のみに基づいて完全に機能する確実かつ単純に働く受動的要素によって、あらゆる運転状態において安全技術上の損失なしに施設の安全な運転が可能である。その際、冷却システムの機能性を考慮してオーバーフロー管路３０がフラッド槽１０を復水室８に対して絶対的に気密閉鎖することを強調することができる。

特にＳＷＲ１０００コンセプトに従って構成される沸騰水型原子炉施設の格納容器の一部を概略的に示す図である。

符号の説明

２ 格納容器
４ 壁構造体
６ 圧力室
８ 復水室
１０ フラッド槽
１２ 第１隔壁
１４ 貯蔵槽
１６ オーバーフロー竪穴
１８ 底
２０ 第２隔壁
２２ 分離室
２４ 流出室
２６ 気体空間
２８ 復水管
３０ オーバーフロー管路
３２ 第１末端
３４ 第２末端
３６ 天井
３８ サイホン脚部
４０ 下側サイホン弧部
４２ 上側サイホン弧部
Ｈ 液面高さ
Ｆ 冷却液
Ｓ 毛管上昇高さ

Claims (12)

1. 圧力室（６）と、復水室（８）と、この圧力室（６）に結合されたフラッド槽（１０）とを備えた原子力施設、特に沸騰水型原子炉施設において、サイホン方式で構成されているオーバーフロー管路（３０）を介して前記フラッド槽（１０）と前記復水室（８）とが結合されていることを特徴とする施設。
2. 前記オーバーフロー管路（３０）が２つのサイホン脚部（３８）を含み、かつ通常運転状態のとき前記オーバーフロー管路（３０）に液（Ｆ）がそこまで充填される毛管上昇高さ（Ｓ）を有し、前記圧力室（６）と前記復水室（８）との間の差圧の限界値を超えると、前記復水室（８）と前記圧力室（６）との間で均圧が起きるように毛管上昇高さ（Ｓ）が設計されていることを特徴とする請求項１記載の施設。
3. 前記圧力室（６）内に現れる負圧限界値を上まわると、前記オーバーフロー管路（３０）を介して前記圧力室（６）と前記復水室（８）との間で均圧が行われ、前記圧力室（６）内に現れる超過圧限界値を上まわると、他の機溝（２８）を介して均圧が行われるように、前記オーバーフロー管路（３０）が構成されていることを特徴とする請求項２記載の施設。
4. 前記他の機溝として復水管（２８）が設けられており、この復水管が前記圧力室（６）を前記復水室（８）と結合し、かつ液面高さ（Ｈ）より下方で前記復水室に通じており、通常運転状態のときこの液面高さに至るまで前記復水室（８）に液（Ｆ）が充填されており、こうして前記復水管（２８）が液面高さ（Ｈ）に至るまで液（Ｆ）が充填されており、超過圧限界値を上まわると前記復水管（２８）を介して前記圧力室（６）と前記復水室（８）との間で均圧が行われるように、液面高さ（Ｈ）が設計されていることを特徴とする請求項３記載の施設。
5. 前記復水室（８）が気体空間（２６）を有し、この気体空間に前記オーバーフロー管路（３０）の第１末端（３２）が通じていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の施設。
6. 前記第１末端（３２）が前記復水室（８）の天井（３６）内にまたはそのすぐ下に配置されていることを特徴とする請求項５記載の施設。
7. 前記オーバーフロー管路（３０）が、壁構造体（４）内部の少なくとも部分領域に埋封されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の施設。
8. 前記フラッド槽（１０）がオーバーフロー竪穴（１６）を有し、前記オーバーフロー管路（３０）の第２末端（３４）がこのオーバーフロー竪穴（１６）に通じ、特にこのオーバーフロー竪穴（１０）の底（１８）に配置されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の施設。
9. 前記オーバーフロー管路（３０）が上側サイホン弧部（４２）を有し、このサイホン弧部が前記オーバーフロー竪穴（１６）の底（１８）より上の高さに配置されていることを特徴とする請求項８記載の施設。
10. 復水室（８）と圧力室（６）とを備えた原子力施設、特に沸騰水型原子炉施設を運転するための方法において、前記復水室（８）と前記圧力室（６）との間の差圧の限界値を上まわるとオーバーフロー管路（３０）を介して均圧を行い、このオーバーフロー管路が、前記圧力室（６）に対して開放されたフラッド槽（１０）を前記復水室（８）と結合するとともにサイホン方式で構成されており、通常運転状態のときこのオーバーフロー管路（３０）に少なくとも部分的に液（Ｆ）が充填されており、差圧の限界値を上まわるとこの液が前記オーバーフロー管路（３０）から流出することを特徴とする方法。
11. 前記圧力室（６）内に現れる負圧限界値を上まわると、前記液（Ｆ）が前記オーバーフロー管路（３０）から押し出され、これにより前記圧力室（６）と前記復水室（８）との間で均圧するために開放気体路が前記オーバーフロー管路を介して形成されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 前記圧力室（６）内に現れる超過圧限界値を上まわると、前記圧力室（６）を前記復水室（８）と結合する復水管（２８）を介して開放気体路が均圧のため解放されることを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。

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