JP2010271148A

JP2010271148A - 原子炉格納構造

Info

Publication number: JP2010271148A
Application number: JP2009122496A
Authority: JP
Inventors: Nobuki Uta; 信喜宇多; Hideo Fukuda; 秀朗福田; Hiroshi Matsuoka; 寛松岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-02
Also published as: CA2761517A1; KR20120012472A; US20120051486A1; EP2434495A1; WO2010134280A1

Abstract

【課題】デブリ濾過体にデブリが付着することを抑止すると共に、開口部を簡素な構成とする。
【解決手段】原子炉が格納された室内下部において下階に連通する複数の開口部を有する原子炉格納室と前記下階に設けられ、非常用冷却液が貯留されたサンププールと前記サンププールの下部に設けられたサンプとを備える原子炉格納容器と、前記サンプに設けられたデブリ濾過体と、前記サンプから前記非常用冷却液を吸い込んで前記原子炉格納室の上部から吐出するポンプ体とを備え、原子炉格納室の上部から吐出された前記非常用冷却液が、前記原子炉格納室の開口部から前記サンププールに再流入するようにされ、前記非常用冷却液が循環するように構成された原子炉格納構造であって、複数の開口部１１ｂ，１１ｃのうち、吸込部１３に最も近い開口部１１ｂに、該開口部１１ｂからサンププール１２に再流入する非常用冷却液Ｗの流量を制限する堰３０を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、加圧水型原子炉に用いて好適な原子炉格納構造に関するものである。

周知のように、加圧水型原子炉においては、一次冷却材（軽水）が沸騰しないように加圧されており、この一次冷却材を原子炉の核分裂反応によって生じた熱エネルギーで加熱し、高温となった一次冷却材を蒸気発生器に送って二次冷却材（軽水）を沸騰させ、高温・高圧の蒸気によりタービン発電機を回して発電している。

このような加圧水型原子炉においては、一次冷却材の喪失事故発生時に、原子炉が過熱状態になるのを防止するため、次のような保安構造が採用されている。すなわち、この保安構造は、原子炉が格納された室内下部において下階に連通する開口部を有する原子炉格納室と前記下階に設けられ、非常用冷却液が貯留されたサンププールとサンププールの下部に設けられたサンプとを備える原子炉格納容器と、サンプから非常用冷却液を吸い込んで原子炉格納室の上部から吐出するポンプ体とを備えたものであって、原子炉格納室の上部から吐出された非常用冷却液が、原子炉格納室の開口部からサンププールに再流入するようにされ、非常用冷却液が循環するように構成されている。

ところで、上記の保安構造においては、一次冷却材の喪失事故発生時に、高圧の一次冷却材の噴出により、断熱材片や金属片のデブリが生じてサンププールに流入するために、サンプにサンプスクリーン等のデブリ濾過体を設けて、デブリが再循環ポンプに混入しないようにしている。しかしながら、デブリ濾過体に多量のデブリが付着すると、再循環ポンプの負荷が増大したり、循環効率が低下したりするために、このようなデブリ付着を避けることが望ましい。

例えば、下記特許文献１に開示される原子炉格納構造は、原子炉格納室の床部の開口に、非常用冷却水の一時貯留槽として機能する第二サンプを設けると共に、この第二サンプからサンププールへの水流出部に第二スクリーンを設けている。すなわち、デブリを第二スクリーンで補足して、サンププールに流出しないようにすることで、サンプのスクリーンにデブリが付着することを抑止している。

特開平７−２６０９７７号公報

しかしながら、上記のような加圧水型原子炉においては、開口の全てに第二サンプを設けることができないという問題があった。すなわち、例えば、サンププールと原子炉格納室との間に設けられた昇降階段の開口部には、構造上、上記のような第二サンプを設けることができない。また、このような開口部を閉塞可能に構成することも考えられるが、保守性の低下を招くと共に、非常用冷却材の循環効率の低下を招くという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、デブリ濾過体にデブリが付着することを抑止すると共に、開口部が簡素な構成となる原子炉格納構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る原子炉格納構造は、原子炉が格納された室内下部において下階に連通する複数の開口部を有する原子炉格納室と前記下階に設けられ、非常用冷却液が貯留されたサンププールと前記サンププールの下部に設けられたサンプとを備える原子炉格納容器と、前記サンプに設けられたデブリ濾過体と、前記サンプから前記非常用冷却液を吸い込んで前記原子炉格納室の上部から吐出するポンプ体とを備え、前記原子炉格納室の上部から吐出された前記非常用冷却液が、前記原子炉格納室の開口部から前記サンププールに再流入するようにされ、前記非常用冷却液が循環するように構成された原子炉格納構造であって、前記複数の開口部のうち、前記吸込部に最も近い開口部に、該開口部から前記サンププールに再流入する前記非常用冷却液の流量を制限する堰を備えることを特徴とする。

この構成によれば、複数の開口部のうち、吸込部に最も近い開口部に、該開口部からサンププールに再流入する非常用冷却液の流量を制限する堰を備えるので、他の開口部からサンププールに流入する非常用冷却液の流量が増加する。そして、他の開口部は、堰が設けられた開口部よりも吸込部から離間しているので、流入したデブリが吸込部に向かう途中で沈降し易く、デブリ濾過体に到達し難い。すなわち、デブリがデブリ濾過体に到達し易い開口部の流量を制限すると共に、デブリがデブリ濾過体に到達し難い開口部の流量を増加させるので、サンププールに流入するデブリのうち、デブリ濾過体に到達するデブリを少なくすることができる。
また、吸込部に最も近い開口部においては、堰がデブリを捕捉するので、該開口部からデブリが流入し難くなり、デブリ濾過体に到達し難くなる。
従って、デブリ濾過体に到達するデブリを抑制して、デブリ濾過体にデブリが付着することを抑止することができる。
また、開口部にサンプ構造を設けたり、封止機構を設けたりするよりも、簡素な構成とすることができる。
よって、デブリ濾過体にデブリが付着することを抑止すると共に、開口部を簡素な構成とすることができる。

また、前記複数の開口部のうち、二以上の開口部に前記堰を備えることを特徴とする。
この構成によれば、複数の開口部のうち、二以上の開口部に堰を備えるので、吸込部の位置関係を考慮して、開口部の流量を調整することが可能となる。換言すれば、サンププールへの非常用冷却材の流入量分布を調整することが可能となる。
また、各堰において、デブリを捕捉するので、サンププールに流入するデブリを低減させることができる。

また、任意の二つの開口部のうち、前記吸込部に近い一方の開口部の堰が、前記吸込部から離れた他方の開口部の堰よりも高くされていることを特徴とする。
この構成によれば、サンププールへの非常用冷却材の流入量分布を微調整することが可能となる。

また、前記堰は、上端から下端に向かうに従って漸次厚くなっていることを特徴とする。
また、前記堰は、前記原子炉格納容器と一体に構成されていることを特徴とする。
これら構成によれば、堰の強度を大きくすることができる。これにより、大型のデブリが衝突した場合や非常用冷却液から大きな流体力が作用した場合であっても、堰に破損が生じることを抑制し、デブリ濾過体にデブリが付着することを継続して抑止することができる。

本発明に係る原子炉格納構造によれば、デブリ濾過体にデブリが付着することを抑止すると共に、開口部を簡素な構成とすることができる。

本発明の第一実施形態に係る原子炉格納構造１の概略構成図である。本発明の第一実施形態に係る原子炉格納構造１の要部断面図であって、図１におけるＩ−Ｉ線断面図である。本発明の第一実施形態に係る原子炉格納構造１の要部断面図であって、図１におけるII−II線断面図である。本発明の第一実施形態に係る原子炉格納構造１の要部拡大断面図である。本発明の第一実施形態に係る原子炉格納構造１の第一の作用説明図である。本発明の第一実施形態に係る原子炉格納構造１の第二の作用説明図である。本発明の第一実施形態に係る原子炉格納構造１の変形例を示す図である。本発明の第二実施形態に係る原子炉格納構造２の要部拡大断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る原子炉格納構造１の概略構成図であり、図２は、図１におけるＩ−Ｉ線断面図であり、図３は、II−II線断面図である。
図１に示すように、原子炉格納構造１は、原子炉５を格納する原子炉格納容器１０と、再循環ポンプ（ポンプ体）２０とを備えている。

原子炉格納容器１０は、原子炉５を格納する原子炉格納室１１と、非常用冷却水（非常用冷却液）Ｗが貯留されたサンププール１２とを備えている。
原子炉格納室１１は、原子炉５と共に、不図示の蒸気発生器や加圧器等を格納している。この原子炉格納室１１の床部１１ａには、図１及び図２に示すように、下階へと連通する矩形状の開口部１１ｂ，１１ｃが設けられている。
なお、開口部１１ｂには、堰３０が設けられているが、これについては後述する。

図１に示すように、サンププール１２は、非常用冷却水Ｗが貯留されたものである。このサンププール１２は、原子炉格納容器１０の下階に設けられており、具体的には、原子炉格納容器１０の地階に設けられている。
このサンププール１２には、図１及び図３に示すように、底部１２ａにおいて、この底部１２ａよりも一段低く再循環サンプ（吸込部）１３が設けられており、この再循環サンプ１３の開口部をサンプスクリーン（デブリ濾過体）１４が覆っている。

サンプスクリーン１４は、一面が開放された箱状に形成されており、開放された一面側を再循環サンプ１３の開口部に重ねるようにして設置されている。また、サンプスクリーン１４の全面積を破損物捕捉のために有効に活用するように、図１に示すように、サンプスクリーン１４の全体が水没するようになっている。
なお、このような構成のサンプスクリーン１４に代えて、貫通孔を有するプレート部材を多段に積み重ねて構成してもよい。

再循環ポンプ２０は、図１に示すように、再循環サンプ１３に開口した吸込側配管２０ａと接続されると共に、原子炉格納室１１の上部１１ｆに配設され、スプレイノズル２０ｃを有する吐出側配管２０ｂと接続されている。

このような構成により、原子炉格納構造１は、原子炉５の配管部分５ａに破断が起きるような一次冷却材の喪失事故が生じると、再循環ポンプ２０を作動させてサンププール１２の非常用冷却水Ｗを、再循環サンプ１３から吸い込むと共に、原子炉格納室１１の上部１１ｆに設けられたスプレイノズル２０ｃから吐出させて、原子炉５に供給するようになっている。
そして、原子炉５の冷却を行った非常用冷却水Ｗが床部１１ａに落下して、開口部１１ｂ，１１ｃからサンププール１２に再流入するようになっており、サンププール１２の非常用冷却水Ｗが再循環するように構成されている。

図４は、原子炉格納構造１の要部拡大断面図である。
このような原子炉格納構造１は、図４に示すように、床部１１ａから上方に突出して、サンププール１２に再流入する非常用冷却水Ｗの流量を制限する堰３０を備えている。

堰３０は、開口部１１ｂ，１１ｃのうち、循環サンプ１３に近い開口部１１ｂの縁部に設けられている。なお、循環サンプ１３から離間する開口部１１ｃには、堰３０に相当するものは設けられていない。

この堰３０は、図２に示すように、開口部１１ｂの縁部に沿って矩形状に形成されて、開口部１１ｂを囲繞している。この堰３０の縦断面形状は、図４に示すように、矩形となっており、上端３０ａから下端３０ｂまで略同一の厚さを有している。

次に、上記の構成からなる原子炉格納構造１の動作について、図を用いて説明する。
一次冷却材の喪失事故が起きると、高圧の一次冷却材の噴出によって、断熱材片や金属片等からなるデブリＤが原子炉格納室１１に飛散する（図１参照）。
これと同時に、再循環ポンプ２０が作動して、再循環デプリ１３の非常用冷却水Ｗを吸い込む。そして、この非常用冷却水Ｗを原子炉格納室１１の上部１１ｆに設けられたスプレイノズル２０ｃから原子炉５に供給する。原子炉５に供給された非常用冷却水Ｗは、原子炉５を冷却した後に床部１２ａに落下する。

床部１２ａに落下した非常用冷却水Ｗは、図５に示すように、開口部１１ｃからサンププール１２に再流入する（矢印Ａ）。この際、床部１２ａに飛散したデブリＤは、非常用冷却水Ｗによって流され、非常用冷却水Ｗと共にサンププール１２に流入する。
一方、開口部１１ｂにおいては、堰３０が非常用冷却水Ｗを堰き止めて、開口部１１ｂからサンププール１２に再流入することを阻害する。

サンププール１２に再流入した非常用冷却水Ｗは、再循環サンプ１３に向けて流れていく。
一方、サンププール１２に流入したデブリＤは、図６に示すように、着水の衝撃により、サンププール１２内で舞い上がるようにして流れた後に、再循環サンプ１３までの流れの過程において沈降し、床部１２ａに堆積する。すなわち、サンププール１２における流路下流に進むに従って、デブリＤが漸次床部１２ａに堆積し、スクリーン１４に到達するデブリＤが僅かな量となる。

ところで、床部１２ａに落下する非常用冷却水Ｗの量に対して、開口部１１ａの流量が下回ると、床部１２ａ上に非常用冷却水Ｗが貯留され、次第にその水位が上昇していく。この床部１２ａ上における非常用冷却水Ｗの水位が、堰３０よりも高くなると、図６に示すように、堰３０を非常用冷却水Ｗが超流し、開口部１１ｂを介してサンププール１２に再流入する（矢印Ｂ）。
この際においても、堰３０は、堰３０の高さより下方に位置するデブリＤ（図６）を堰き止め続けるため、開口部１１ｂからデブリＤが流入するのを抑制し、デブリＤがスクリーン１４に付着することを抑止する。

このように、デブリＤの殆どがサンプスクリーン１４に到達せず、デブリＤがサンプスクリーン１４に殆ど付着することがないため、再循環ポンプ２０に負荷が生じたり、循環効率が低下したりすることなく、非常用冷却水Ｗが良好に循環して、原子炉５の保安が良好に継続されることとなる。

以上説明したように、原子炉格納構造１によれば、二つの開口部１１ｂ，１１ｃのうち、再循環サンプ１３に最も近い開口部１１ｂに、サンププール１２に再流入する非常用冷却水Ｗの流量を制限する堰３０を備えるので、他の開口部１１ｃからサンププール１２に流入する非常用冷却水Ｗの流量が増加する。
一般に、他の開口部１１ｃは、堰３０が設けられた開口部１１ｂよりも再循環サンプ１３から離間しているので、この他の開口部１１ｃから流入したデブリＤは、再循環サンプ１３に向かう途中で沈降し易く、スクリーン１４に到達し難い。反対に、再循環サンプ１３に近い開口部１１ｂからデブリＤが流入すると、沈降して床部１２ａに堆積する前に、スクリーン１４に到達してしまうことが多く、デブリＤがスクリーン１４に付着し易い。
しかしながら、デブリＤがスクリーン１４に到達し易い開口部１１ｂの流量を制限すると共に、デブリＤがスクリーン１４に到達し難い開口部１１ｃの流量を増加させるので、サンププール１２に流入するデブリＤのうち、スクリーン１４に到達するデブリＤを少なくすることができる。

また、再循環サンプ１３に最も近い開口部１１ｂにおいては、堰３０がデブリＤを捕捉するので、開口部１１ｂからデブリＤが流入し難くなり、スクリーン１４に到達し難くなる。
従って、スクリーン１４に到達するデブリＤを低減させて、スクリーン１４にデブリＤが付着することを抑止することができる。

また、開口部１１ｂ，１１ｃにサンプ構造を設けたり、封止機構を設けたりすることなく、簡素な構成とすることができる。
よって、スクリーン１４にデブリＤが付着することを抑止すると共に、開口部１１ｂ，１１ｃを簡素な構成とすることができる。

図７は、上述した堰３０の変形例である堰３１の拡大断面図である。
図７に示すように、堰３１は、上端３１ａから下端３１ｂに向かうに従って漸次厚くなっている点が、上述した堰３０と相違する。
この堰３１によれば、上端３１ａから下端３１ｂに向かうに従って漸次厚くなっているので、床部１１ａに沿った水平方向の荷重に対して発生する応力が小さくなる。これにより、大型のデブリＤが衝突した場合や非常用冷却液Ｗから大きな流体力が作用した場合であっても、堰３１に破損が生じることを抑制し、サンプスクリーン１４にデブリＤが付着することを継続して抑止することができる。

（第二実施形態）
図８は、本発明の第二実施形態に係る原子炉格納構造２の要部拡大断面図である。なお、図８において、図１〜図７と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。

原子炉格納構造２は、開口部１１ｂに堰３０を備えるほか、開口部１１ｃに堰３２を備えている。
堰３２は、堰３０と同様に、開口部１１ｃの縁部に沿って矩形状に形成されて、開口部１１ｃを囲繞している。この堰３２の縦断面形状は、図４に示すように、矩形となっており、上端３２ａから下端３２ｂまで略同一の厚さを有している。

このような堰３２は、堰３０の下端３０ｂから上端３０ａまでの高さと比べて、下端３２ｂから上端３２ａまでの高さが小さくされている。より具体的には、堰３０，３２は、非常用冷却水Ｗの循環が定常状態となった場合において、床部１１ａ上における非常用冷却水Ｗの水面から堰３０，３２の上端３０ａ，３２ａまでの距離ｈ１，ｈ２が所定のものとなるように設定されている。

次に、上記の構成からなる原子炉格納構造２の動作について、図を用いて説明する。
非常用冷却水Ｗの循環が定常状態となると、床部１１ａ上において非常用冷却水Ｗが略一定の水位となって貯留される。この状態において、非常用冷却水Ｗは、堰３０，３１を越流して、サンププール１２へと再流入する。
この際、堰３０，３２は、堰３０，３２の高さより下方に位置するデブリＤ（図６）をそれぞれ堰き止め続けるため、開口部１１ｂ，１１ｃからデブリＤが流入するのを抑制し、デブリＤがスクリーン１４に付着することを抑止する。

また、堰３２は、堰３０よりも高さが小さくされているために、開口部１１ｃの流量が開口部１１ｂよりも多くなる。より具体的には、開口部１１ｂ，１１ｃの流量は、それぞれ距離ｈ１，ｈ２の１．５乗に比例することとなり、その差分だけ開口部１１ｃの流量が開口部１１ｂよりも多くなる。

すなわち、デブリＤがスクリーン１４に到達し易い開口部１１ｂの流量が少なくなるため、開口部１１ｂを介してサンププール１２に流入するデブリＤが少なくなる。
一方、デブリＤがスクリーン１４に到達し難い開口部１１ｃの流量が増えるため、開口部１１ｃを介してサンププール１２に流入するデブリＤが多くなる。開口部１１ｃを介して流入したデブリＤは、再循環サンプ１３に向かう途中で沈降する。

このように、デブリＤの殆どがサンプスクリーン１４に到達せず、デブリＤがサンプスクリーン１４に殆ど付着することがないため、再循環ポンプ２０に付加が生じたり、循環効率が低下したりすることなく、非常用冷却水Ｗが良好に循環して、原子炉５の保安が良好に継続されることとなる。

以上説明したように、原子炉格納構造２によれば、二つの開口部１１ｂ，１１ｃのうち、再循環サンプ１３に近い一方の開口部１１ｂの堰３０が、再循環サンプ１３から離れた他方の開口部１１ｃの堰３２よりも高くされているので、上述した効果と同様の効果得ることができる。

また、堰３０，３２の高さが異なるので、開口部１１ｂ，１１の流量が調整され、サンププール１２への非常用冷却水Ｗの流入量分布を調整することが可能となる。

なお、本実施の形態では、二つの開口部１１ｂ，１１ｃを有する原子炉格納室１１の場合について説明したが、三つ以上設ける構成としてもよい。この際、堰を設けない開口部があってもよいが、任意の二つの開口部のうち、再循環サンプ１３に近い一方の開口部の堰が、再循環サンプ１３から離れた他方の開口部の堰よりも高くすれば、スクリーン１４へデブリＤが到達することを抑止することができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、堰３０が開口部１１ｂを囲繞するようにしたが、他の構造体、例えば、壁部近傍に開口部が形成されている場合には、壁部と共に囲繞するように構成してもよい。すなわち、必ずしも堰３０のみで開口部を囲繞する必要はない。

また、上述した実施の形態では、Ｌ／Ｄの比率を１．２としたが、１．０〜１．５の範囲に設定してもよい。

また、上述した実施の形態では、邪魔板を湾曲形状、又は、屈曲形状に構成した場合について説明したが、真直形状に構成してもよい。この場合においても、開口部１１ｂから再循環サンプ１３までの到達距離を大きくすることができるため、多くのデブリを沈降させることができ、サンプスクリーン１４にデブリが付着することを抑止することができる。

１…原子炉格納構造
５…原子炉
１０…原子炉格納容器
１１…原子炉格納室
１１ａ…床部
１１ｂ〜１１ｄ…開口部
１１ｆ…上部
１２…サンププール
１３…再循環サンプ（吸込部）
１４…サンプスクリーン（デブリ濾過体）
２０…再循環ポンプ（ポンプ体）
Ｗ…非常用冷却水（非常用冷却液）

Claims

原子炉が格納された室内下部において下階に連通する複数の開口部を有する原子炉格納室と前記下階に設けられ、非常用冷却液が貯留されたサンププールと前記サンププールの下部に設けられたサンプとを備える原子炉格納容器と、
前記サンプに設けられたデブリ濾過体と、
前記サンプから前記非常用冷却液を吸い込んで前記原子炉格納室の上部から吐出するポンプ体とを備え、
前記原子炉格納室の上部から吐出された前記非常用冷却液が、前記原子炉格納室の開口部から前記サンププールに再流入するようにされ、前記非常用冷却液が循環するように構成された原子炉格納構造であって、
前記複数の開口部のうち、前記吸込部に最も近い開口部に、該開口部から前記サンププールに再流入する前記非常用冷却液の流量を制限する堰を備えることを特徴とする原子炉格納構造。
前記複数の開口部のうち、二以上の開口部に前記堰を備えることを特徴とする請求項１に記載の原子炉格納構造。
任意の二つの開口部のうち、前記吸込部に近い一方の開口部の堰が、前記吸込部から離れた他方の開口部の堰よりも高くされていることを特徴とする請求項２に記載の原子炉格納構造。
前記堰は、上端から下端に向かうに従って漸次厚くなっていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の原子炉格納構造。
前記堰は、前記原子炉格納容器と一体に構成されていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の原子炉格納構造。