JP2012233724A

JP2012233724A - 原子炉隔離時冷却系

Info

Publication number: JP2012233724A
Application number: JP2011100777A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Arita; 節男有田; Atsushi Fushimi; 篤伏見; Koji Ando; 浩二安藤
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-29

Abstract

【課題】原子炉の崩壊熱による蒸気を利用して原子炉を長期にわたって冷却できる原子炉隔離時冷却系を提供する。
【解決手段】原子炉隔離時冷却系は、原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンである隔離時冷却タービン１３を駆動することによって原子炉隔離時冷却ポンプ１２を駆動する。原子炉隔離時冷却系の真空ポンプ１４と復水ポンプ１５は、原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で駆動する第２の蒸気タービン１５及び第３の蒸気タービン１７によってそれぞれ駆動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、主蒸気隔離弁が作動され原子炉が隔離・閉鎖された場合（原子炉隔離時）に原子炉に冷却水を送り、炉心の冷却並びに炉水位を維持する原子炉隔離時冷却系（ＲＣＩＣ系）に関する。

原子力発電所においては、外部交流電源以外に、非常時に動作する非常用交流電源がある。これらのすべての交流電源が喪失する事態が発生した場合にも原子炉（炉心）を冷却できるようにするために、ＲＣＩＣ系は原子炉の崩壊熱による蒸気で駆動するＲＣＩＣタービンによりＲＣＩＣポンプを駆動するようになっている。ＲＣＩＣ系にはＲＣＩＣポンプ以外に、少なくとも真空ポンプ、復水ポンプ及び電動弁があり、すべての交流電源が喪失した場合に、これらは蓄電池（バッテリ）で駆動するようになっている。例えば、原子炉の崩壊熱による蒸気で駆動するＲＣＩＣタービンに発電機を設置し、発電機の出力電圧を利用して上記蓄電池を充電させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−６６８９７号公報

真空ポンプ、復水ポンプの駆動源である蓄電池の容量が枯渇する、つまり放電しきってしまうと、原子炉の崩壊熱による蒸気が発生していても真空ポンプや復水ポンプが停止することにより、原子炉への冷却水注入機能が停止し、冷却機能が喪失してしまう可能性がある。特許文献１に記載のものでは、ＲＣＩＣタービンに発電機を設置し、発電機の出力電圧を利用して上記蓄電池を充電させている。つまり、発電機は外部交流電源及び非常用交流電源の補助電源になっている。蓄電池に高電圧遮断機、中電圧遮断機、初期励磁機、照明、制御電源、制御機器等が接続されており、原子炉スクラム後の原子炉の崩壊熱では、これら負荷を駆動するための十分な充電ができない可能性がある。万一、外部交流電源及び非常用交流電源が喪失する様な事象が発生する場合には、このことが顕著になる。このため、原子炉を長期にわたって冷却することができなくなるという問題が生じる。

本発明の目的は、原子炉の崩壊熱による蒸気を利用して原子炉を長期にわたって冷却できる原子炉隔離時冷却系を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明の原子炉隔離時冷却系は、原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンを駆動することによって原子炉隔離時冷却ポンプを駆動するようにした原子炉隔離時冷却系であって、原子炉隔離時冷却系の真空ポンプと復水ポンプは原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で駆動する第２及び第３の蒸気タービンによってそれぞれ駆動されるようにしたものである。
かかる構成により、原子炉の崩壊熱による蒸気を利用して原子炉を長期にわたって冷却できるものとなる。

（２）また、本発明の原子炉隔離時冷却系は、原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンを駆動することによって原子炉隔離時冷却ポンプを駆動するようにした原子炉隔離時冷却系であって、該原子炉隔離時冷却ポンプに真空ポンプと復水ポンプを直結し、前記蒸気タービンによって真空ポンプと復水ポンプを駆動するようにしたものである。
かかる構成により、原子炉の崩壊熱による蒸気を利用して原子炉を長期にわたって冷却できるものとなる。

（３）また、本発明の原子炉隔離時冷却系は、原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンを駆動することによって原子炉隔離時冷却ポンプを駆動するようにした原子炉隔離時冷却系であって、前記蒸気タービンに直結した発電機からの出力電圧を直流電圧に変換する電力変換機を備え、該電力変換機の出力である直流電圧によって原子炉隔離時冷却系の真空ポンプと復水ポンプを駆動するようにしたものである。
かかる構成により、原子炉の崩壊熱による蒸気を利用して原子炉を長期にわたって冷却できるものとなる。

本発明によれば、原子炉の崩壊熱による蒸気を利用して原子炉隔離時冷却系の真空ポンプと復水ポンプを駆動することが可能になり、原子炉の崩壊熱によって蒸気が発生している間は原子炉を冷却し続けることが可能になる。

本発明の第一の実施形態である原子炉隔離時冷却系の一構成図である。本発明の第一の実施形態の変形例である。本発明の第二の実施形態である原子炉隔離時冷却系の一構成図である。

図面を参照して本発明の各実施形態を説明する。以下に説明する本発明の実施形態は、
（１）原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンを駆動することによって原子炉隔離時冷却ポンプを駆動するようにした原子炉隔離時冷却系において、原子炉隔離時冷却系の真空ポンプと復水ポンプは原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で駆動する第２及び第３の蒸気タービンによってそれぞれ駆動されることを特徴とする第一の実施形態と、
（２）原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンを駆動することによって原子炉隔離時冷却ポンプを駆動するようにした原子炉隔離時冷却系において、前記蒸気タービンに直結した発電機からの出力電圧を直流電圧に変換する電力変換機を備え、該電力変換機の出力である直流電圧によって原子炉隔離時冷却系の真空ポンプと復水ポンプを駆動することを特徴とする第二の実施形態に大別して説明する。
〔第一の実施形態〕
図１は第一の実施形態であり、原子炉隔離時冷却系の主要構成を示す。

原子炉格納容器１内に原子炉圧力容器２とサプレッションプール３が設置され、原子炉隔離時にはタービン（図示していない）に接続される主蒸気ライン２１が内側主蒸気隔離弁４及び外側主蒸気隔離弁５によって遮断される。原子炉隔離時には内側電動弁６及び外側電動弁７が開き、原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気がＲＣＩＣタービン１３、復水ポンプ用タービン１５、真空ポンプ用タービン１７に供給される。これら１３、１５、１７は蒸気タービンである。動弁１１、２０も開状態になる。原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気によってＲＣＩＣタービン１３が駆動されことにより、ＲＣＩＣタービン１３に直結されているＲＣＩＣポンプ１２が駆動さる。これにより初期水源として復水タンク１０の水がＲＣＩＣポンプ１２によって原子炉圧力容器２内に供給され、原子炉が冷却される。

復水タンク１０の水がなくなる場合には、最終水源として電動弁９が開きサプレッションプール３内の水が、ＲＣＩＣポンプ１２によって原子炉圧力容器２内に供給され、原子炉が冷却される。復水ポンプ用タービン１５も原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で駆動され、復水ポンプ用タービン１５に直結されている復水ポンプ１４が駆動さる。これにより真空タンク１９の水がＲＣＩＣポンプ１２に供給され、さらにＲＣＩＣポンプ１２によって原子炉圧力容器２内に供給され、原子炉が冷却される。なお、８は取水口である。

真空ポンプ用タービン１７も原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で駆動され、真空ポンプ用タービン１７に直結されている真空ポンプ１６が駆動さる。真空ポンプ１６はＲＣＩＣタービン１３、復水ポンプ用タービン１５、真空ポンプ用タービン１７から排出される蒸気はコンデンサー１８により回収、凝縮する。コンデンサー１８は蒸気我漏出しないように負圧に保持する。真空ポンプ１６はコンデンサー１８の真空保持を図っており、非凝縮性ガスをサプレッションプール３に排気する。

外部交流電源２２、非常用交流電源２８が機能している間は、電動弁６、７、９、１１、２０はこれら電源の出力電圧を駆動源として起動されるが、これら電源が喪失した場合は蓄電池２７の出力電圧を駆動源として起動される。なお、２３、２９は遮断機、２４，３０は変圧器である。２５，３１は直流変換器であり、交流電圧を直流電圧に変換する。外部交流電源２２、非常用交流電源２８が機能している間は、電動弁６、７、９、１１、２０及びその他負荷に該直流電圧が供給されると共に蓄電池２７が充電される。

原子炉隔離時には電動弁６、７、９、１１、２０が起動され、閉状態から開状態になるが、閉操作をするまでは開状態を維持するタイプの電動弁である。このため、電動弁６、７、９、１１、２０が開状態後に外部交流電源２２、非常用交流電源２８が喪失し、さらに蓄電池の容量が枯渇しても、その状態は維持され、原子炉の崩壊熱によって蒸気が発生している間は、ＲＣＩＣタービン１３、復水ポンプ用タービン１５、真空ポンプ用タービン１７に蒸気が供給され続けるため、ＲＣＩＣポンプ１２、復水ポンプ１４及び真空ポンプ１６の働きにより原子炉を冷却し続けることが可能になる。復水ポンプ１４及び真空ポンプ１６が蓄電池２７の負荷にならないように構成しており、蓄電池２７から負荷への電力供給をより一層長くできるようになる。

原子炉の冷却が進んで原子炉の崩壊熱が低くなって蒸気発生がなくなると、ＲＣＩＣタービン１３、復水ポンプ用タービン１５、真空ポンプ用タービン１７が停止して原子炉冷却が停止するが、その後何らかの要因で再度原子炉の崩壊熱によって蒸気が発生すると、これによってＲＣＩＣタービン１３、復水ポンプ用タービン１５、真空ポンプ用タービン１７が再度駆動される。この結果、ＲＣＩＣポンプ１２、復水ポンプ１４及び真空ポンプ１６が再度駆動され原子炉冷却を再開することが可能になる。このように、原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気を利用して蒸気タービンでポンプを駆動して原子炉冷却を原子炉の崩壊熱に応じて原子炉を冷却することができる。つまり、原子炉の崩壊熱が高くなれば発生する蒸気を利用して自動的に原子炉を冷却することが可能になる。

図２は、図１に変形例であり、ＲＣＩＣポンプ１２、復水ポンプ１４及び真空ポンプ１６をＲＣＩＣタービン１３に直結して、ＲＣＩＣタービン１３の駆動によってこれらのポンプが駆動される。図１の実施例と同様な効果があるが、さらに図１の実施例と比べ、蒸気タービンの台数を１台にでき、工事コストを低減できるというメリットがある。この場合にも、原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気を利用して蒸気タービンでポンプを駆動して原子炉冷却を原子炉の崩壊熱に応じて原子炉を冷却することができる。つまり、原子炉の崩壊熱が高くなれば発生する蒸気を利用して自動的に原子炉を冷却することが可能になる。
〔第二の実施形態〕
以上の発明は原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気を利用して蒸気タービンでポンプを駆動して原子炉冷却する場合について説明したが、上記蒸気タービンに発電機を取り付けて発電機の出力電圧を利用してポンプを起動して原子炉冷却する場合について、図３を用いて説明する。図３において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンであるＲＣＩＣタービン１３が駆動される。ＲＣＩＣポンプ１２はＲＣＩＣタービン１３に直結されており、ＲＣＩＣタービン１３が駆動されることで、ＲＣＩＣポンプ１２も駆動する。さらに、ＲＣＩＣタービン１３には発電機３３が取り付けられているため、原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって蒸気が発生している間は発電機３３によって交流電圧が出力される。この交流電圧は変圧器３４を介し、直流変換器３５によってする直流電圧に変換される。この直流電圧は電動駆動の復水ポンプ３６及び真空ポンプ３７に供給される。つまり、発電機３３、変圧器３４、直流変換器３５は、復水ポンプ３６及び真空ポンプ３７の駆動電源確保として専用に備えられることになる。復水ポンプ３６及び真空ポンプ３７の働きは、図１と同様であり、ＲＣＩＣポンプ１２、復水ポンプ３６及び真空ポンプ３７の働きにより原子炉を冷却し続けることが可能になる。復水ポンプ１４及び真空ポンプ１６が蓄電池２７の負荷にならないように構成しており、蓄電池２７から負荷への電力供給をより一層長くできるようになる。復水ポンプ１４及び真空ポンプ１６の電気容量が大きいために、この効果は大である。

原子炉の冷却が進んで原子炉の崩壊熱が低くなって蒸気発生がなくなると、ＲＣＩＣタービン１３が停止して発電機３３の出力電圧もなくなる。これによって原子炉冷却が停止するが、その後何らかの要因で再度原子炉の崩壊熱によって蒸気が発生すると、これによってＲＣＩＣタービン１３が再度駆動され、発電機３３の出力である交流電圧も得られる。この結果、ＲＣＩＣポンプ１２、復水ポンプ３６及び真空ポンプ３７が再度駆動され原子炉冷却を再開することが可能になる。このように、原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気を利用して原子炉冷却を原子炉の崩壊熱に応じて原子炉を冷却することができる。つまり、原子炉の崩壊熱が高くなれば自動的に原子炉を冷却することが可能になる。本実施例では、復水ポンプ３６及び真空ポンプ３７を電動駆動のポンプとすることで、図１の実施例と比べ、蒸気タービンの台数を１台にでき、かつ蒸気タービンとポンプの直結もＲＣＩＣポンプ１２とＲＣＩＣタービン１３のみになるため、工事時に発生する軸調整が不要になると共に、工事コストを低減できるというメリットがある。さらに、復水ポンプ３６及び真空ポンプ３７は蓄電池２７の負荷としていないために、たとえ蓄電池２７の容量が枯渇したとしても、原子炉の崩壊熱によって蒸気が発生する限り原子炉の崩壊熱に応じて原子炉を冷却することができる。

１…原子炉格納容器
２…原子炉圧力容器
３…サプレッションプール
６、７、９、１１、２０…電動弁
１３…ＲＣＩＣタービン
１５…復水ポンプ用タービン
１７…真空ポンプ用タービン
１２…ＲＣＩＣポンプ
１４、３６…復水ポンプ
１６、３７…真空ポンプ
３４…変圧器
３５…直流変換器
２７…蓄電池

Claims

原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンを駆動することによって原子炉隔離時冷却ポンプを駆動するようにした原子炉隔離時冷却系であって、
該原子炉隔離時冷却系の真空ポンプと復水ポンプは、原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で駆動する第２及び第３の蒸気タービンによってそれぞれ駆動することを特徴とする原子炉隔離時冷却系。
原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンを駆動することによって原子炉隔離時冷却ポンプを駆動するようにした原子炉隔離時冷却系であって、
該原子炉隔離時冷却ポンプに真空ポンプと復水ポンプを直結し、
前記蒸気タービンによって真空ポンプと復水ポンプを駆動することを特徴とする原子炉隔離時冷却系。
原子炉隔離時に原子炉の崩壊熱によって発生する蒸気で蒸気タービンを駆動することによって原子炉隔離時冷却ポンプを駆動するようにした原子炉隔離時冷却系であって、
前記蒸気タービンに直結した発電機からの出力電圧を直流電圧に変換する電力変換機を備え、
該電力変換機の出力である直流電圧によって原子炉隔離時冷却系の真空ポンプと復水ポンプを駆動することを特徴とする原子炉隔離時冷却系。