JP2012230033A

JP2012230033A - 原子炉格納容器の冷却装置

Info

Publication number: JP2012230033A
Application number: JP2011099121A
Authority: JP
Inventors: Masato Yamada; 雅人山田; Mika Tawara; 美香田原; Tomohisa Kurita; 智久栗田; Yoshihiro Kojima; 良洋小島; Mitsuo Komuro; 三男小室; Junya Noda; 隼也野田; Hideo Hirai; 秀男平井; Takuya Miyagawa; 卓也宮川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-11-22

Abstract

【課題】原子炉及び原子炉格納容器の減圧・除熱能力を長期にわたって維持できる受動的な原子炉格納容器の冷却装置を提供する。
【解決手段】原子炉格納容器２を内包する建屋３と、前記建屋３の外部に設置され静的格納容器冷却装置１１と熱交換器１２を収容する熱交換器室１０と、前記熱交換器室１０の下部に設けられ前記熱交換器１２からのドレン水を貯留するドレン室１３及びポンプ室１４と、前記原子炉格納容器２の内部と前記熱交換器１２とを接続する蒸気逃し管７と、を有する原子炉格納容器２の冷却装置であって、前記熱交換器室１０は前記建屋３の外部の地表面に設置されるとともに、前記ドレン水は前記ポンプ室１４内のポンプ１５により圧力容器に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉格納容器の冷却装置に関し、特に、静的格納容器冷却装置を備えた原子炉格納容器の冷却装置に関する。

原子力プラントにおいて一次系配管の破断又は減圧弁の開放等により冷却材が原子炉格納容器内へ放出された場合、冷却材が減圧によって高温の蒸気となるため、原子炉格納容器内の圧力が上昇する。従来、圧力上昇を抑制し格納容器の健全性を確保するため、発生した蒸気を格納容器内の圧力抑制プールに誘導し凝縮させる方法や、格納容器上部から格納容器スプレイにより内部に散水し、蒸気を凝縮させる方法が知られている。これらの方法では、圧力抑制プールやスプレイ水へ蓄積された熱はポンプ等の動的機器により、熱交換器を介して最終的に外部へ放出されている。

近年、安全系の信頼性向上を図るために、格納容器内の圧力抑制方法についても、従来のような動的機器ではなく、格納容器の内部又は外部にアイソレーションコンデンサ（ＩＣ）や静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）を設け、重力などの自然に存在する受動的な力を駆動力として格納容器の除熱を行う方法が提案されている（特許文献１、２）。

特開平８−２０１５５９号公報特開２００９−７４９８０号公報

上述した従来の受動的な駆動力を利用した冷却装置において、アイソレーションコンデンサプールやＰＣＣＳ冷却水プールは、満水状態で通常３日間程度の除熱能力を有する水量が確保されている。しかしながら、地震等による亀裂によってプール水が漏洩したり、除熱期間が長期化する場合、追加の給水が必要となるが、その際、電源喪失等による給水設備の故障や、高放射線環境によるアクセス制限によって追加の給水が困難となる可能性がある。
その場合、格納容器内の除熱・減圧が困難になり格納容器内雰囲気の外部放出を余儀なくされたり（格納容器ベント）、原子炉内の残留熱の除去機能が失われる恐れがある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、事故時に原子炉及び原子炉格納容器の減圧・除熱を長期にわたって行うことができる受動的な原子炉格納容器の冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置は、原子炉格納容器を内包する建屋と、前記建屋の外部に設置され静的格納容器冷却装置と熱交換器を収容する熱交換器室と、前記熱交換器室の下部に設けられ前記熱交換器からのドレン水を貯留するドレン室及びポンプ室と、前記原子炉格納容器の内部と前記熱交換器とを接続する蒸気逃し管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、前記熱交換器室は前記建屋の外部の地表面に設置されるとともに、前記ドレン水は前記ポンプ室内のポンプにより圧力容器に供給されることを特徴とする。

本発明によれば、静的格納容器冷却装置が収容される熱交換器室を建屋外部の地表面に設置することにより、静的格納容器冷却装置の冷却水の水位が低下した場合でも追加給水を容易に実施することできるとともに、ドレン室内に貯留されたドレン水を圧力容器の冷却のために有効に活用することができる。

第１の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置の全体構成図。第２の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置の全体構成図。

以下、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本第１の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置を図１により説明する。
（構成）
第１の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置は、図１に示すように、圧力容器１と、圧力容器１の周囲に設けられた原子炉格納容器２と、原子炉格納容器２を内包する建屋３と、圧力抑制水が満たされた圧力抑制室４と、圧力容器１で発生した蒸気をタービン（図示せず）に導く主蒸気管５と、主蒸気管５等に設けられた減圧弁９と、給水管６と、給水管６に接続された高圧注水タンク８と、建屋３の外部の地表面に設置され内部に熱交換器１２と静的格納容器冷却装置１１を収容する熱交換器室１０と、熱交換器室１０下方の地下に設けられたドレン室１３及びポンプ室１４と、から構成される。

原子炉格納容器２の内部と熱交換器１２は蒸気逃し管７により接続され、ドレン室１３はポンプ１５及び逆止弁を介して例えば給水管６に接続され、緊急時にドレン室１３のドレン水を圧力容器１に給水できるように構成されている。また、ドレン室１３内の非凝縮ガスは配管１９を通して圧力抑制室４に排出される。

静的格納容器冷却装置１１には静的格納容器冷却装置１１内に冷却水を補給するための給水口２２と、放射性物質を捕捉するフィルタ２１を介して静的格納容器冷却装置１１内の蒸気を外部へ排出する排出管２０が設置されている。また、静的格納容器冷却装置１１の下部には熱交換機１２の伝熱管１８が複数本配置され、蒸気逃し管７を介して導入された蒸気を凝縮し、凝縮されたドレン水はドレン室１３に導かれる。
また、熱交換器室１０、ドレン室１３及びポンプ室１４はいずれも気密の放射線遮蔽体から構成されている。

なお、図１に示す例では熱交換器室１０は地表面に設置されているが半地下構造としてもよく、また、ポンプ室１４は建屋３の内部に設置してもよい。

（作用）
このように構成された原子炉格納容器の冷却装置において、事故時に減圧弁９や開放弁（図示せず）等を介して原子炉格納容器２内に冷却材が放出され圧力が上昇した場合、原子炉格納容器２内の蒸気は圧力抑制室４に導かれ凝縮する。やがて圧力抑制室４の水温が飽和温度に達すると圧力抑制機能を喪失し、代わって静的格納容器冷却装置１１が機能しはじめ、原子炉格納容器２内の蒸気を蒸気逃し管７を介して熱交換器１２、伝熱管１８に導き蒸気を凝縮する。
これにより原子炉格納容器２内を減圧・除熱し、蒸気が直接外部に放出する事態（格納容器ベント）を防止する。

静的格納容器冷却装置１１には通常冷却水が満たされているが、亀裂等によって冷却水が漏洩したり、除熱期間が長期化する場合には冷却水の水位が低下する。その場合は、冷却水の水位低下に応じて図示しない給水設備（給水車又は給水タンク等）から追加の冷却水を給水口２２から静的格納容器冷却装置１１に補充する。

一方、ドレンタンク１３に貯留されたドレン水はポンプ室１４内のポンプ１５によって給水管６等を介して圧力容器１内に注入され原子炉の残留熱を除去する。ポンプ１５はポンプ室１４内又は外部に設置された非常用電源（図示せず）によって駆動される。
なお、圧力容器１には畜圧注水タンク８からも冷却材が先行して注入される。また、ドレン水は給水管６に限らず、高圧又は低圧炉心注水系等の配管に接続してもよい。

静的格納容器冷却装置１１内の冷却材は熱交換により高温になり蒸気が発生するが、蒸気は放射性物質を捕捉するフィルタ２１を介して排出管２０から熱交換器室１０の外部へ放出される。また、排出管２０の先端は外部から雨水や異物が混入しないように例えば逆Ｕ字構造または両端開放管の側部を排出管２０の先端と接続しているシュノーケル形としている。

（効果）
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、静的格納容器冷却装置１１が収容される熱交換器室１０を建屋外部の地表面に設置したので、静的格納容器冷却装置１１の冷却水の水位が低下した場合でも給水口２２を通して追加給水を容易に実施することできるとともに、ドレンタンク１３内に貯留されたドレン水を圧力容器１の冷却水として継続的に供給することが可能となる。

さらに、本実施形態の冷却装置は新設のみならず既設の原子力プラントにも大規模な工事を必要とせずに付設することが可能であり、原子力プラントの安全性、信頼性を高めることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置を図２により説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本第２の実施形態では、ポンプ１５の駆動源として静的格納容器冷却装置１１から放出される蒸気により発電する小型の蒸気タービンを用いることを特徴としている。

本実施形態に係る冷却装置は、熱交換器室１０に隣接して小型の蒸気タービン３１を収容するタービン室３０を設置し、静的格納容器冷却装置１１から放出される蒸気を排出管３２を介して蒸気タービン３１に導き、この蒸気タービン３１の回転軸に連結された発電機（図示せず）によって発生した電力をケーブル３４を介してポンプ１５に供給してポンプ１５を駆動する。

また、蒸気タービン３１で凝縮した水は配管３３を介して静的格納容器冷却装置１１に戻されるとともに、非凝縮ガスはフィルタ２１、排出管３５を介して外部に排出される。
なお、本実施形態ではタービン室３０は熱交換器室１０の上部に設置されているが、これに限定されず側面に設置してもよい。

本第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態の効果に加え、静的格納容器冷却装置からの放出蒸気を利用することにより、外部電源を用いずにドレン水を圧力容器に注入し圧力容器の除熱を長期にわたって継続することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組合せ、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…圧力容器、２…原子炉格納容器、３…建屋、４…圧力抑制室、５…主蒸気管、６….給水管、７…蒸気逃し管、８…高圧注水タンク、９…減圧弁、１０…熱交換器室、１１…静的格納容器冷却装置、１２….熱交換器、１３…ドレンタンク、１４…ポンプ室、１５…ポンプ、１８…伝熱管、１９…配管、２０…排出管、２１…フィルタ、２２…給水口、３０…タービン室、３１…蒸気タービン、３２…排出管、３３…配管、３４…ケーブル、３５…排出管。

Claims

原子炉格納容器を内包する建屋と、前記建屋の外部に設置され静的格納容器冷却装置と熱交換器を収容する熱交換器室と、前記熱交換器室の下部に設けられ前記熱交換器からのドレン水を貯留するドレン室及びポンプ室と、前記原子炉格納容器の内部と前記熱交換器とを接続する蒸気逃し管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、
前記熱交換器室は前記建屋の外部の地表面に設置されるとともに、前記ドレン水は前記ポンプ室内のポンプにより圧力容器に供給されることを特徴とする原子炉格納容器の冷却装置。
前記ポンプを非常用電源によって駆動することを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器の冷却装置。
前記熱交換器室に隣接してタービンを収容するタービン室を設け、前記静的格納容器冷却装置から放出される蒸気によって前記タービンを駆動し、当該タービンによって生成した電力により前記ポンプを駆動することを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器の冷却装置。