JP2009145342A - 受動的逆止め弁システム - Google Patents

Abstract

【課題】ウェットウェルとドライウェルとを動作可能に接続する真空破壊装置を含む逆止め弁システムを提供する。
【解決手段】逆止め弁システムはドライウェル１００に、水の放流プール１１０が設けられてもよい。真空破壊装置１０４を包囲するために、ドライウェル１００に筐体構造１０６が設けられる。筐体構造１０６は、放流プール１１０の中へ延出する１本以上の放流管１０８を有してもよく、放流プール１１０の容積は、１本以上の放流管１０８の内部容積より大きくてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉の逆止め弁システムに関する。

原子炉の従来の弁システムは、ウェットウェルとドライウェルとを動作可能に接続する真空破壊装置を含んでもよい。ドライウェルは、原子炉の圧力容器を収納してもよい。ウェットウェルは、ドライウェルの中へ放出される過剰な熱を吸収する圧力抑制プールを含んでもよい。その結果、ドライウェルからの蒸気は、ウェットウェルの圧力抑制プールにより凝縮されてもよい。ウェットウェルの圧力がドライウェルの圧力より高くなった場合、ウェットウェルの圧力を低下するために、真空破壊装置は一時的に開放する。しかし、開閉動作が繰り返された後、時間の経過に伴って真空破壊装置に漏れ経路が形成される場合がある。これにより、ドライウェルからの高温の蒸気は、所期の受動的格納容器冷却系を通って流れるのではなく、漏れ経路を経てウェットウェルの中へ直接流入する。従って、漏れ経路は、冷却材損失事故の後、相対的に高い格納容器圧力を発生させる。
米国特許第６，６１８，４６１号公報 米国特許第５，８９６，４３１号公報

本発明は、受動的逆止め弁システムに関する。一実施形態においては、受動的逆止め弁システムは、ウェットウェルとドライウェルとを動作可能に接続する真空破壊装置を含む。ドライウェルに放流プールが設けられてもよい。真空破壊装置を包囲するために、ドライウェルに筐体が設けられる。筐体は、放流プールの中へ延出する１本以上の放流管を有してもよく、放流プールの容積は、１本以上の放流管の内部容積より大きくてもよい。

実施形態の特徴及び利点は、添付の図面と関連させて詳細な説明を読むことにより更に明らかになるであろう。添付の図面は、実施形態を表すことを意図されており、特許請求の範囲の所期の範囲を限定すると解釈されるべきではない。特に指示のない限り、添付の図面は、実物大に示されていると考えられるべきではない。図を明瞭にするため、図面の種々の寸法は誇張されている場合がある。

１つの要素又は層が別の要素又は層「の上にある」、別の要素又は層「に接続される」、別の要素又は層「に結合される」、あるいは別の要素又は層「を被覆する」と表現される場合、一方の要素又は層は、他方の要素又は層のすぐ上に位置するか、他方の要素又は層に直接接続されるか、他方の要素又は層に直接結合されるか、あるいは他方の要素又は層を直接被覆してもよいが、それら２つの要素又は層の間に介在する要素又は層が存在してもよいことを理解すべきである。これに対し、１つの要素が別の要素又は層「のすぐ上にある」、別の要素又は層「に直接接続される」又は別の要素又は層「に直接結合される」と表現される場合には、介在する要素又は層は存在しない。本明細書において、同一の図中符号は同一の要素を示す。本明細書中において使用される用語「及び／又は」は、列挙される１つ以上の関連する項目の任意の組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。

本明細書中において種々の要素、構成要素、領域、層及び／又は部分を説明するために用語「第１」、「第２」、「第３」などが使用されてもよいが、それらの要素、構成要素、領域、層及び／又は部分は、それらの用語により限定されてはならないことが理解されるであろう。それらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層又は部分を別の領域、層又は部分と識別するためにのみ使用される。従って、以下に論じられる第１の要素、構成要素、領域、層又は部分は、実施形態の教示から逸脱することなく第２の要素、構成要素、領域、層又は部分と呼ばれてもよい。

本明細書において、例えば「下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」などの空間に関連する用語は、１つの要素又は特徴と別の要素又は特徴との図示されるような関係の説明を容易にするために使用されてもよい。それらの空間に関連する用語は、図示される向きに加えて、使用中又は動作中の装置の種々の異なる向きも包むことが意図されることは理解されるであろう。例えば、図中の装置を反転させた場合、他の要素又は特徴の「下方」又は「下」にあると説明された要素は、他の要素又は特徴の「上方」の向きになるであろう。従って、用語「下方」は上方及び下方の双方の向きを含んでもよい。装置は上下以外の向き（９０°回転又は他の向き）に規定されてもよく、その場合、本明細書中において使用される空間に関連する用語は相応して解釈されるであろう。

本明細書中において使用される用語は、種々の実施形態を説明することを目的とし、実施形態を限定することを意図されていない。本明細書中において使用される場合の単数形「１つの」及び「その」は、文脈上、特に指示のない限り、複数形も同様に含むことが意図される。更に、本明細書中において使用される場合の用語「具備する」は、記載される特徴、数値、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、数値、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらの組み合わせの存在又は追加を除外しないことが更に理解されるだろう。

本明細書中において、実施形態は、実施形態のうち理想化された実施形態（及び中間的構造）の概略図である横断面図を参照して説明される。従って、例えば製造技術及び／又は許容差の結果としての図の形状からの変形は予測されるべきである。従って、実施形態は、図示される領域の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造の結果としての形状の偏差を含むと解釈されるべきである。例えば、三角形として図示される埋め込み領域は、通常、埋め込み領域から非埋め込み領域への２元変化ではなく、縁部に丸形の又は湾曲した特徴及び／又は埋め込み濃度の勾配を有する。同様に、埋め込み方法によっては、埋め込みにより形成された埋設領域は、埋設領域と埋め込みが実行された面との間の領域になる場合もある。従って、図示される領域は概略的な性質を有し、それらの形状は、装置の１つの領域の実際の形状を示すことを意図されず且つ実施形態の範囲を限定することを意図されない。

特に定義されない限り、本明細書中において使用される全ての用語（技術科学用語を含む）は、実施形態が属する技術分野の当業者により一般に理解されている意味と同一の意味を有する。更に、一般に使用されている辞書において定義される用語を含む用語は、関連技術の説明におけるそれらの意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、特に指示のない限り、理想化された意味又は過度に形式的な意味で解釈されないことが理解されるであろう。

図１は、本発明の一実施形態に係る受動的逆止め弁システムを示した概略図である。図１を参照すると、経済的簡易沸騰水型軽水炉は、ウェットウェル１０２に隣接するドライウェル１００を含んでもよい。ダイアフラムフロア１１４は、ウェットウェル１０２の上部をドライウェル１００から分離する。ドライウェル１００側のダイアフラムフロア１１４に、放流プール１１０が設けられてもよい。放流プール１１０の中に落下する塵芥を減少するため又は塵芥の落下を防止するために、放流プール１１０の上方にスクリーン１１６が設けられてもよい。また、ドライウェル１００側のダイアフラムフロア１１４に重力駆動冷却系プール１１８が設けられてもよい。相対的に低い水位が検出された場合に、重力駆動冷却系プール１１８からの水が重力によって原子炉圧力容器（図示せず）に供給されるように、重力駆動冷却系は原子炉圧力容器の上方に設けられてもよい。真空破壊装置１０４は、ドライウェル１００とウェットウェル１０２とを接続するようにダイアフラムフロア１１４に設置される。筐体１０６は真空破壊装置１０４を包囲し、放流プール１１０の中へ延出する放流管１０８を有してもよい。放流管１０８は、放流プール１１０の中へ垂直に又は傾斜して延出してもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る複数の放流管を有する筐体を示した斜視図である。図２を参照すると、筐体１０６は、平行に延出する２本以上の放流管１０８を有してもよい。更に、放流管１０８のうち１本以上は傾斜して延出してもよい。

ドライウェル１００は、（１）上部ドライウェルボリューム及び（２）下部ドライウェルボリュームという２つのボリュームを含んでもよい。上部ドライウェルボリュームは、原子炉圧力容器（図示せず）の上部を取囲み、主蒸気配管及び給水配管（図示せず）、重力駆動冷却系プール及び配管（図示せず）、受動的格納容器冷却系配管（図示せず）、隔離復水器系配管（図示せず）、安全逃がし弁及び配管（図示せず）、減圧弁及び配管（図示せず）、ドライウェル冷却装置及び配管（図示せず）、並びに他の種々の系を収容する。下部ドライウェルボリュームは、原子炉圧力容器支持構造（図示せず）の下方にあり、原子炉圧力容器（図示せず）の下部、微細運動制御棒駆動装置（図示せず）、原子炉圧力容器（図示せず）の下方の他の種々の系及び機器、並びに容器底部ドレン配管（図示せず）を収容する。

上部ドライウェルボリュームは、取り外し自在の鋼ヘッド（図示せず）を有する円筒形の鉄筋コンクリート構造及びコンクリートが充填された鋼けたから構成されたダイアフラムフロア１１４であってもよい。原子炉圧力容器支持構造（図示せず）は、下部ドライウェルボリュームを上部ドライウェルボリュームから分離してもよい。２つのドライウェルボリュームの間に、上部ドライウェルと下部ドライウェルとを接続するベント（図示せず）を介する開いた連通経路が存在していてもよい。ベントは、原子炉圧力容器支持構造（図示せず）にあらかじめ組み込まれていてもよい。ドライウェルヘッド、機器ハッチ、作業員用ロック、配管、電気回線及び計器回線などを通すためのライナを貫通する穴には、シール及び漏れ防止結合部が設けられてもよい。

ドライウェル１００は、ドライウェル１００の内側の任意の一次系パイプの破裂と関連する圧力遷移及び温度遷移に耐えるように設計される。また、ドライウェル１００は、例えばドライウェル１００内部において蒸気が受動的格納容器冷却系（図示せず）、重力駆動冷却系、燃料及び補助プール冷却系（図示せず）により凝縮される状況、並びに原子炉圧力容器（図示せず）の冷却材喪失事故後の冠水に続いて破損箇所から冷水がなだれ落ちる状況などの格納容器減圧事象と関連する負の差圧にも耐えるように設計される。

ウェットウェル１０２は、ガスボリューム及び圧力抑制プール水ボリューム（図示せず）を含んでもよい。ウェットウェル１０２は、複数の垂直／水平ベントモジュール（例えば１２モジュール）を有するベント系（図示せず）を介してドライウェル１００に接続されてもよい。各モジュールは、圧力抑制プール水（図示せず）の中へ延出する複数（例えば３本）の水平ベント管を有する垂直流鋼管を含んでもよい。各ベントモジュールは、ドライウェル１００をウェットウェル１０２から分離するベント壁１２０に組み込まれてもよい。ウェットウェル境界は、ベント壁１２０と円筒形の格納容器壁（図示せず）との間の環状領域であり、上部の境界はドライウェルダイアフラムフロア１１４により規定される。ウェットウェル１０２のライナの湿潤面はステンレス鋼であってもよく、その他の面は炭素鋼であってもよい。圧力抑制プール水（図示せず）は、ウェットウェル領域の内側に配置されてもよい。垂直／水平ベント系（図示せず）は、ドライウェル１００を圧力抑制プール（図示せず）に接続してもよい。

ドライウェル１００内部でパイプが破損した場合、ドライウェル１００の中の圧力が増加することにより、非凝縮性ガス、蒸気及び水の混合物は必然的に受動的格納容器冷却系（図示せず）又は垂直／水平ベント管（図示せず）のいずれかを通って圧力抑制プール（図示せず）へ押しやられる。圧力抑制プールにおいて、蒸気は急速に凝縮されてもよい。蒸気及び水と共に搬送された非凝縮性ガスは、ウェットウェル１０２の自由ガススペースボリュームに収容されてもよい。

安全逃がし弁（図示せず）は、放流配管（急冷放流装置を具備する）を通して蒸気を圧力抑制プール（図示せず）の中へ放出してもよい。安全逃がし弁の動作は間欠的であってもよく、弁の閉鎖及びその後に続く弁放流配管における蒸気の凝縮によって部分真空が発生され、それにより、圧力抑制プールの水が排水管（図示せず）の中へ引き込まれてもよい。安全逃がし弁の放流管における再冠水水位を制限し、それにより、その後の弁作動及び水清浄化遷移の結果として起こる最大安全逃がし弁放流気泡圧力を制御するために、弁の放流配管に真空逃がし弁（図示せず）が設けられてもよい。

水平ベント（図示せず）の上部列の最上部及び受動的格納容器冷却系の戻りベント（図示せず）を適切に水没させるために、圧力抑制プール（図示せず）には十分な体積の水が存在してもよい。冷却材喪失事故の後、原子炉圧力容器（図示せず）の水位が活性燃料（図示せず）の最上部の約１ｍ上方の位置まで降下した場合、適切に水没させておくことは有益であろう。そのような事象が発生した場合、圧力抑制プールからの水は、原子炉圧力容器（図示せず）と圧力抑制プールとの間の均圧ラインを介して原子炉圧力容器（図示せず）に流入する。重力駆動冷却系を含めた貯蔵水は、活性燃料の最上部を少なくとも１ｍ越えるまで原子炉圧力容器を冠水させるのに十分であろう。

冷却材喪失事故の後、受動的格納容器冷却系（図示せず）は、ドライウェル１００から崩壊熱を除去してもよい。冷却材喪失事故の後にドライウェル１００へ放出された蒸気を凝縮するために、受動的格納容器冷却系は、大気圧にある水の大型プールの中で格納容器の外側に配置された複数の高架熱交換器（例えば６つの復水器）を使用してもよい。蒸気と非凝縮性ガスとの混合物は、各復水器の管側熱伝達面へ搬送されてもよい。熱伝達面において、蒸気は凝縮する。凝縮物は、重力によって１つ以上の重力駆動冷却系プール１１８に戻ってもよい。非凝縮性ガスは、ベントライン（図示せず）を経て圧力抑制プール（図示せず）へ放出されてもよい。受動的格納容器冷却系の復水器は、格納容器の境界の延長であってもよい。受動的格納容器冷却系の復水器は、隔離弁を有していなくてもよく、冷却材喪失事故の直後に動作を開始してもよい。それらの相対的に低圧の受動的格納容器冷却系復水器は、熱効率の高い熱除去機構を構成してもよい。受動的格納容器冷却系の動作に、強制循環機器は使用しなくともよい。受動的格納容器冷却系の復水器を取り囲むプールにおけるボイルオフによって発生される蒸気は、大気中に排出されてもよい。プールの貯蔵水は、少なくとも７２時間にわたり崩壊熱除去を処理するのに十分であってもよい。

ドライウェル１００とウェットウェル１０２との間に、１つ以上の真空破壊装置１０４が設けられてもよい。真空破壊装置１０４はプロセス起動弁であってもよい。ドライウェルとウェットウェルとの間に真空破壊装置系を設ける目的は、ドライウェル１００とウェットウェル１０２との間のダイアフラムフロア１１４及びベント壁１２０の一体性並びにドライウェル構造及びライナの一体性を保護することである。真空破壊装置１０４は、圧力抑制プール水（図示せず）のドライウェル１００の中への逆あふれを更に減少又は防止してもよい。１つの真空破壊装置１０４の故障（例えば必要に応じた開閉動作が不可能になった場合）に備えるために、予備真空破壊装置系（図示せず）が設けられてもよい。

経済的簡易沸騰水型軽水炉の動作中、ドライウェル１００とウェットウェル１０２との間に負の圧力差が発生し、ウェットウェルの圧力がドライウェルの圧力を上回る場合がある。その結果、ウェットウェル１０２からドライウェル１００へガスが流れ、ドライウェル圧力とウェットウェル圧力とを均等にするように、真空破壊装置１０４が開放してもよい。図１及び図２を参照すると、筐体１０６は真空破壊装置１０４を取り囲み、１本以上の放流管１０８を通してガス流れを搬送する。放流管１０８のガス流れ出口は、放流プール１１０の水面から「h」の深さまで放流プール１１０に水没していてもよい。放流プール１１０はダイアフラムフロア１１４に配置されてもよい。塵芥の侵入を減少又は防止するために、放流プール１１０の上方にスクリーン１１６が設置されてもよい。放流プール１１０が逃がし穴１１２まで十分に充満されるのを保証するように、ドライウェル壁及び天井から凝縮物を回収するために、放流プール１１０は屋根で覆われてもよい。

放流プール１１０の逃がし穴１１２は、放流管１０８が「h」以下の深さまで水没するように保証してもよい。例えば、「h」は約４〜６インチであってもよい。放流管１０８の流れ面積は、真空破壊装置１０４の流路面積以上であってもよい。例えば、放流管１０８の流れ面積は約１ｆｔ^２であってもよい。放流管１０８の長さ「H」は、受動的格納容器冷却系のベントライン（図示せず）の水没長さの約２〜３倍以上であってもよい。例えば、放流管１０８の長さ「H」は、約２〜３ｍ以上であってもよい。放流プール１１０の表面積は、放流管１０８の流れ面積の約４０〜６０倍以上であってもよい。例えば、放流プール１１０の表面積は約４０〜６０ｆｔ^２であってもよい。更に、放流プール１１０内の水の体積は、放流管１０８の内部容積より大きくてもよい。

前述のように、ウェットウェル圧力P_WWがドライウェル圧力P_DWより高くなった場合に、真空破壊装置１０４は開放してもよい。水の密度をrとし且つ重力加速度をgとするときに、(P_WW - P_DW) > (0.445psi + rgh)である場合、ウェットウェル１０２からのガスは放流管１０８を通って流れ、放流管１０８の内部の水柱を追い出し、ドライウェル１００の中へ放出してもよい。先に述べた通り、「h」は約４〜６インチであってもよいので、放流管１０８の中の水柱は約４〜６インチであってもよい。

一方、従来の経済的簡易沸騰水型軽水炉においてドライウェル圧力P_DWがウェットウェル圧力P_WWを超えると、真空破壊装置に漏れ経路が形成されていた場合、ドライウェルからのガスはウェットウェルの中へ直接流入することがある。これに対し、本発明に係る逆止め弁システムを採用すると、ドライウェル圧力P_DWがウェットウェル圧力P_WWを超えたが(P_DW - P_WW) < rgHである場合、より高いドライウェル圧力は放流プール１１０から放流管１０８の中へ水を押し出し、その結果、rgx（尚、h < x < H）の静水頭を有する水柱が形成される。従って、水柱は高いドライウェル圧力P_DWに抗し、それにより、特に真空破壊装置１０４に漏れ経路が形成されている場合に、ドライウェル１００内部のガスがウェットウェル１０２に直接流入するのを阻止する。更に、放流管１０８の長さ「H」は２〜３ｍ以上であってもよく、これは、受動的格納容器冷却系のベントラインの水没長さ（例えば約１ｍ）の２〜３倍であるので、ドライウェル圧力のほうが高い場合、ドライウェルガスは、放流管１０８の静水頭を越えて、真空破壊装置１０４を通って流れるのではなく、受動的格納容器冷却系（図示せず）を通って流れるように方向転換されてもよい。

実施形態を開示したが、他の変形も可能であることを理解すべきである。そのような変形は、本発明の実施形態の趣旨の範囲からの逸脱としてみなされてはならず、当業者には明らかであろうと考えられる全てのそのような変形は、特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。

本発明の一実施形態に係る受動的逆止め弁システムを示した概略図である。 本発明の一実施形態に係る複数の放流管を有する筐体を示した斜視図である。

符号の説明

１００…ドライウェル
１０２…ウェットウェル
１０４…真空破壊装置
１０６…筐体
１０８…放流管
１１０…放流プール
１１２…逃がし穴
１１６…スクリーン

Claims (10)

1. ウェットウェル（１０２）とドライウェル（１００）とを動作可能に接続する真空破壊装置（１０４）と；
   前記ドライウェル（１００）にある放流プール（１１０）と；
   前記ドライウェル（１００）にあり且つ前記真空破壊装置（１０４）を包囲し、前記放流プール（１１０）の中へ延出する１本以上の放流管（１０８）を有する筐体（１０６）とを具備し、前記放流プール（１１０）の容積は、前記１本以上の放流管（１０８）の内部容積より大きい逆止め弁システム。
2. 前記筐体（１０６）は複数の放流管（１０８）を含む請求項１記載の逆止め弁システム。
3. 前記複数の放流管（１０８）は平行に延出する請求項２記載の逆止め弁システム。
4. 前記１本以上の放流管（１０８）は、前記放流プール（１１０）の表面の約４インチ下方に延出する請求項１記載の逆止め弁システム。
5. 前記１本以上の放流管（１０８）は約２ｍ以上の長さを有する請求項１記載の逆止め弁システム。
6. 前記真空破壊装置（１０４）は、前記ウェットウェル（１０２）の圧力が前記ドライウェル（１００）の圧力より高い場合に開放する請求項１記載の逆止め弁システム。
7. 前記１本以上の放流管（１０８）は、前記真空破壊装置（１０４）の流れ面積以上の流れ面積を有する請求項１記載の逆止め弁システム。
8. 前記放流プール（１１０）は、前記１本以上の放流管（１０８）の流れ面積の少なくとも約４０倍の表面積を有する請求項１記載の逆止め弁システム。
9. 前記放流プール（１１０）は、前記１本以上の放流管（１０８）の底部開口部の約４インチ上方に逃がし穴（１１２）を有する請求項１記載の逆止め弁システム。
10. 前記放流プール（１１０）を被覆するスクリーン（１１６）を更に具備する請求項１記載の逆止め弁システム。

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