JP2013195318A - 使用済燃料貯蔵施設および原子炉施設 - Google Patents

Abstract

【課題】全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料の崩壊熱を除去するために必要な使用済燃料貯蔵プールのプール水量を確保する。
【解決手段】使用済燃料貯蔵施設は、使用済燃料を貯蔵し冷却水を保有する使用済燃料貯蔵プール２と、使用済燃料貯蔵プール２の上方を覆う天井板１２を有して使用済燃料貯蔵プール２を格納する建屋と、蒸発した冷却水を冷却し凝縮水を生じさせる冷却機能部２００である天井板１２と、その下面で凝縮水を捕捉し使用済燃料貯蔵プール２に移送する凝縮水移送部３００とを備える。凝縮水移送部３００は、天井板１２の下方に配設され、使用済燃料貯蔵プール２の真上に受け板開口１３ａが形成されて受け板開口１３ａに向かって下方向の勾配を有し、冷却水が蒸発した後に天井板１２の下面において凝縮して落下する凝縮水を捕捉し、受け板開口１３ａから使用済燃料貯蔵プール２に落下させる凝縮水受け板１３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、使用済燃料を貯蔵する使用済燃料貯蔵施設および原子炉施設に関する。

原子炉などの核分裂反応を利用する施設で核分裂用燃料として使用された使用済燃料は、通常、使用済燃料の冷却水（以下「プール水」という。）で満たされた貯蔵プールに一旦保管される。

図７は、原子力発電所における使用済燃料貯蔵プールまわりの通常の構成を示す立断面図である。原子力発電所では、原子炉建屋７内に設置されている使用済燃料貯蔵プール２の内部に使用済燃料１が保管されている。使用済燃料１から発生する崩壊熱は、使用済燃料貯蔵プール２内のプール水２ａに伝達される。

プール水２ａは使用済燃料貯蔵プール２からオーバーフローしてスキマサージタンク３に流入する。使用済燃料プール冷却浄化系ポンプ４を介してろ過脱塩装置５に送られ不純物を除去され、さらに熱交換器６で冷却された後に、使用済燃料貯蔵プール２に再び戻される。

熱交換器６で熱交換された熱は、熱交換器６の２次系から図示しない原子炉機器冷却系を経て海に放出される。

このように使用済燃料貯蔵プール２への冷却水の供給は、プール水２ａをポンプ等の動的機器により循環させることによって行っている。なんらかの事象により全電源が喪失した場合には非常用ディーゼル発電機が起動し動的機器を作動させるが、さらにそうした設備も動作しなくなった場合は、使用済燃料貯蔵プール２への注水が不可能となる。この結果、プール水２ａが崩壊熱により蒸発し続け、使用済燃料貯蔵プール２内の水位が低下し、この事象が継続する場合は、使用済燃料冷却用の冷却水が喪失し、使用済燃料が損傷する可能性がある。

こうした事象に対して、例えば特許文献１に記載された技術が知られている。この技術によれば、原子力発電所において原子炉が設置されている原子炉建屋内では、原子炉において蒸気が生成されているため、外部電源や非常用ディーゼル発電機に頼らずに、生成されている蒸気を利用して蒸気インジェクタを動作させて動力源を確保し、動的機器を稼動させる。

また、特許文献２では、蒸気インジェクタを直接利用して、冷却水のあるプールへ注水するという技術が開示されている。さらに、特許文献３では、使用済燃料貯蔵プールのある建屋屋上にタンクを設けて、非常時にそのタンクから使用済燃料貯蔵プールに注水する系統を設けるという技術が開示されている。

特開平３−２２９１９６号公報 特開平７−５５９７８号公報 特開２００９−１８０６８５号公報

前記背景技術で記載したように、特に、プラントの全電源喪失のような事象が発生した場合には、使用済燃料貯蔵プールに冷却水を循環させる系統が使用できなくなる。

全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料冷却用の冷却水が喪失し使用済燃料が損傷する事態を避けるために、使用済燃料の崩壊熱を除去する必要がある。このためには、使用済燃料貯蔵プールのプール水が減少しないよう使用済燃料貯蔵プール内のプール水量を確保にしておく必要がある。

特許文献１や特許文献２で開示されている技術は、蒸気が生成されている条件や場所では有効と成り得るが、系統が複雑になるとともに、蒸気が生成されていない条件や場所では稼動が困難となる。また特許文献３で開示されている技術は、屋上タンク内の冷却水が無くなった場合には、なんらかの方法で屋上タンクに注水する必要がある。

本発明は上記の課題を解決するために考案されたものであり、全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料の崩壊熱を除去するために必要な使用済燃料貯蔵プールのプール水量を確保することができる使用済燃料貯蔵施設を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係る使用済燃料貯蔵施設は、使用済燃料を貯蔵し冷却水を保有する使用済燃料貯蔵プールと、前記使用済燃料貯蔵プールの上方を覆う天井板を有して前記使用済燃料貯蔵プールを格納する建屋と、前記冷却水が蒸発した後に前記天井板下面において凝縮して落下する凝縮水を捕捉し、前記使用済燃料貯蔵プールに移送する凝縮水移送部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る原子炉施設は、原子炉容器と、前記原子炉容器を格納する原子炉格納容器と、使用済燃料を貯蔵し冷却水を保有する使用済燃料貯蔵プールと、原子炉格納容器と、前記使用済燃料貯蔵プールを格納して前記使用済燃料貯蔵プールの上方を覆う天井板を有する建屋と、前記冷却水が蒸発した後に前記天井板下面において凝縮して落下する凝縮水を捕捉し、前記使用済燃料貯蔵プールに移送する凝縮水移送部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料の崩壊熱を除去するために必要な使用済燃料貯蔵プールのプール水量を確保することができる。

本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第１の実施形態の構成を示す立断面図である。 本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第２の実施形態の構成を示す立断面図である。 本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第３の実施形態の構成を示す立断面図である。 本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第４の実施形態の構成を示す立断面図である。 本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第５の実施形態の構成を示す立断面図である。 本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第６の実施形態の構成を示す立断面図である。 原子力発電所における使用済燃料貯蔵プールまわりの通常の構成を示す立断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る使用済燃料貯蔵施設および原子炉施設の実施形態について説明する。ここで、同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

[第１の実施形態]
図１は、本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第１の実施形態の構成を示す立断面図である。

炉心１０１を収納する原子炉容器１０２が原子炉格納容器１０３に格納されている。原子炉格納容器１０３は、密閉建物である原子炉建屋７内に設置されている。

また、原子炉建屋７内には、使用済燃料貯蔵プール２が設けられており、使用済燃料貯蔵プール２は冷却水であるプール水２ａを保有している。使用済燃料貯蔵プール２には、炉心１０１において燃焼した後に原子炉容器１０２から取り出された使用済燃料１が保管されており、使用済燃料貯蔵プール２のプール水２ａに浸漬している。

本実施形態は、冷却機能部２００と凝縮水移送部３００とを備える。

冷却機能部２００は、原子炉建屋天井７ａおよび天井板１２を有する。原子炉建屋天井７ａは、原子炉建屋７の天井であり、原子炉建屋７の一部を構成する。また、天井板１２は、原子炉建屋天井７ａの下面に設けられており、原子炉建屋７の一部を構成する。天井板１２は、原子炉建屋７の天井の下面の全面に設けられており、広い面積を有することから、天井を介しての外気との熱交換の面積を確保することができる。

冷却機能部２００は、以上のような構成において冷却機能を有する部分を示す機能的部分である。

凝縮水移送部３００は、凝縮水受け板１３を有する。凝縮水受け板１３は、天井板１２の下方に設けられており、使用済燃料貯蔵プール２の真上に受け板開口１３ａが形成されている。凝縮水受け板１３は、この受け板開口１３ａに向かって下方向の勾配を有する。

受け板開口１３ａは、使用済燃料貯蔵プール２から蒸発したプール水２ａが天井板１２に到達するための通路を構成する。

使用済燃料貯蔵プール２から蒸発したプール水２ａは、受け板開口１３ａを経由して天井板１２に到達し、天井板１２および原子炉建屋７の天井を介しての外気との熱交換により冷却され凝縮し落下する。凝縮し落下したプール水２ａは、凝縮水受け板１３の上面で捕捉される。また、受け板開口１３ａの上部で落下したプール水２ａは直接使用済燃料貯蔵プール２に落下する。

凝縮水受け板１３が受け板開口１３ａに向かって下方向の傾斜を持っていることから、凝縮水受け板１３により捕捉されたプール水２ａは、受け板開口１３ａに向かって流れ、受け板開口１３ａにおいて使用済燃料貯蔵プール２に落下する。

本実施形態では、このように、外部の動力を必要とせずに、使用済燃料貯蔵プール２から蒸発したプール水２ａを回収することにより、使用済燃料貯蔵プール２に貯留されるプール水２ａの貯留量を維持することができ、これにより、使用済燃料１の冷却機能を維持することができる。

以上のように、全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料の崩壊熱を除去するために必要な使用済燃料貯蔵プールのプール水量を確保することができる。

[第２の実施形態]
図２は、本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第２の実施形態の構成を示す立断面図である。なお、使用済燃料貯蔵プール２と同様に収納されている原子炉格納容器１０３は省略している。

本実施形態では、図に示すように、蒸発したプール水２ａの冷却機能部２００は、原子炉建屋７の一部を構成する天井がその要素であり、天井は天井板を兼ねている。すなわち、天井は鋼製のドーム形状のドーム型天井１５であり、半径方向の外側に向かって、下側に下り勾配を有する天井となっている。

また、凝縮水を使用済燃料貯蔵プール２に移送する凝縮水移送部３００は、凝縮水受け板１３、凝縮水収集部１７および凝縮水移送管１８を有する。

凝縮水受け板１３は、ドーム型天井１５の下方に配設され、受け板開口１３ａが形成されている。また、受け板開口１３ａから水平方向の外側に向かって下方向の勾配を有しており、冷却水が蒸発した後にドーム型天井１５の下面において凝縮し落下した凝縮水を捕捉し、外周側に移送する。

凝縮水収集部１７は、凝縮水受け板１３の周辺に配設され、凝縮水受け板１３により外周側に移送された凝縮水を集める機能を有する。

凝縮水移送管１８は、凝縮水収集部１７により集められた凝縮水を使用済燃料貯蔵プール２に移送する経路を構成する。

本実施形態では、このように、外部の動力を必要とせずに、使用済燃料貯蔵プール２から蒸発したプール水２ａを回収することにより、使用済燃料貯蔵プール２に貯留されるプール水２ａの貯留量を維持することができ、これにより、使用済燃料１の冷却機能を維持することができる。

以上のように、全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料の崩壊熱を除去するために必要な使用済燃料貯蔵プールのプール水量を確保することができる。

[第３の実施形態]
図３は、本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第３の実施形態の構成を示す立断面図である。

本実施形態では、図に示すように、蒸発したプール水２ａの冷却機能部２００は、原子炉建屋７の一部を構成する原子炉建屋天井７ａおよび傾斜付天井板１４を有する。

傾斜付天井板１４の下面には、使用済燃料貯蔵プールの直上で下方向に突出する突出部１４ａが形成されており、傾斜付天井板１４の下面は、突出部１４ａに向かって下がるように傾斜している。

また、凝縮水を使用済燃料貯蔵プール２に移送する凝縮水移送部３００の機能は、傾斜付天井板１４が担っている。

使用済燃料貯蔵プール２から蒸発したプール水２ａは、傾斜付天井板１４に到達し、傾斜付天井板１４および原子炉建屋天井７ａを介しての外気との熱交換により冷却され凝縮する。傾斜付天井板１４の下面は、突出部１４ａに向かって下がるように傾斜していることから、凝縮したプール水２ａは、傾斜付天井板１４の傾斜に沿って突出部１４ａまで流れ、突出部１４ａにおいて落下する。

突出部１４ａは、使用済燃料貯蔵プール２の直上に設けられていることから、凝縮したプール水２ａは使用済燃料貯蔵プール２に回収される。

本実施形態では、このように、外部の動力を必要とせずに、使用済燃料貯蔵プール２から蒸発したプール水２ａを回収することにより、使用済燃料貯蔵プール２に貯留されるプール水２ａの貯留量を維持することができ、これにより、使用済燃料１の冷却機能を維持することができる。

以上のように、全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料の崩壊熱を除去するために必要な使用済燃料貯蔵プールのプール水量を確保することができる。

[第４の実施形態]
図４は、本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第４の実施形態の構成を示す立断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。

冷却機能部２００は、原子炉建屋天井７ａ、天井板１２および複数のフィン１９を有する。複数のフィン１９は天井板１２の上面から上方に突出するように形成されている。フィン１９は、外気に直接接触するように原子炉建屋天井７ａを貫通している。コンクリートは鋼に比べて熱伝導率が小さいが、天井板１２からフィン１９の外気に直接接触する部分までフィン１９の熱伝導により放熱できるため冷却機能が確保される。

フィン１９が設けられていることにより、冷却機能がさらに向上する。

以上のように、構成された本実施形態は、全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料の崩壊熱を除去するために必要な使用済燃料貯蔵プールのプール水量を確保することができる。

[第５の実施形態]
図５は、本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第５の実施形態の構成を示す立断面図である。本実施形態は、第４の実施形態の変形である。

冷却機能部２００は、さらに、保護天井２０と、冷却ファン２１を有する。保護天井２０は、フィン１９の上方を覆うように設置されている。冷却ファン２１は、フィン１９と保護天井２０間に形成される空間内の空気の流動を促進するように設けられる。冷却ファン２１の容量は、空間内の空気が順次置換できればよく、強制冷却を目的とするものでなければ容量は小さいものでよく、電源は現場に仮設の小容量の電源を設けるか、あるいは、屋外であることから外部から仮設のケーブルで供給することができる。

以上の構成により、冷却機能部２００の冷却機能がさらに向上する。

以上のように、構成された本実施形態は、全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料の崩壊熱を除去するために必要な使用済燃料貯蔵プールのプール水量を確保することができる。

[第６の実施形態]
図６は、本発明に係る使用済燃料貯蔵施設の第６の実施形態の構成を示す立断面図である。本実施形態は、第５の実施形態の変形である。

冷却機能部２００は、さらに、保護天井開口２０ａおよび煙突２２を有する。保護天井開口２０ａは保護天井２０に設けられた開口である。煙突２２は、保護天井開口２０ａから上方に延びて上端が開放されている。

保護天井開口２０ａの位置は、フィン１９と保護天井２０間に形成される空間内の空気の流動の促進を考慮して決められる。

以上の構成により、フィン１９と保護天井２０間に形成される空間内の空気の流動は、自然循環により確保され、冷却機能部２００の冷却機能の信頼性が向上する。

以上のように、構成された本実施形態は、全電源喪失事象が継続するような非常の事態においても、使用済燃料の崩壊熱を除去するために必要な使用済燃料貯蔵プールのプール水量を確保することができる。

［その他の実施形態］
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。たとえば、各実施形態では、使用済燃料貯蔵プールが原子炉建屋内に設けられている原子炉施設の場合を説明したが、使用済燃料貯蔵プールが原子炉建屋以外の建屋に設けられている場合でもよい。あるいは、原子炉施設以外でも使用済燃料貯蔵プールが密閉建物内に設けられている場合にも、本発明は適用できる。

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよく、たとえば、異なる実施形態の冷却機能部と凝縮水移送部どうしを組み合わせてもよい。

さらに、これらの実施形態は、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、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同様に、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ものである。

１…使用済燃料
２…使用済燃料貯蔵プール
２ａ…プール水
３…スキマサージタンク
４…使用済燃料プール冷却浄化系ポンプ
５…ろ過脱塩装置
６…熱交換器
７…原子炉建屋（建屋）
７ａ…原子炉建屋天井
１２…天井板
１３…凝縮水受け板
１３ａ…受け板開口
１４…傾斜付天井板
１４ａ…突出部
１５…ドーム型天井
１７…凝縮水収集部
１８…凝縮水移送管
１９…フィン
２０…保護天井
２０ａ…保護天井開口
２１…冷却ファン
２２…煙突
１０１…炉心
１０２…原子炉容器
１０３…原子炉格納容器
２００…冷却機能部
３００…凝縮水移送部

Claims (10)

1. 使用済燃料を貯蔵し冷却水を保有する使用済燃料貯蔵プールと、
   前記使用済燃料貯蔵プールの上方を覆う天井板を有して前記使用済燃料貯蔵プールを格納する建屋と、
   前記冷却水が蒸発した後に前記天井板下面において凝縮して落下する凝縮水を捕捉し、前記使用済燃料貯蔵プールに移送する凝縮水移送部と、
   を備えることを特徴とする使用済燃料貯蔵施設。
2. 前記凝縮水移送部は、
   前記天井板の下方に配設され、前記使用済燃料貯蔵プールの真上に受け板開口が形成されて、前記受け板開口に向かって下方向の勾配を有し、前記冷却水が蒸発した後に前記天井板の下面において凝縮し落下した凝縮水を捕捉し、前記受け板開口から前記使用済燃料貯蔵プールに落下させる凝縮水受け板を、有することを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料貯蔵施設。
3. 前記凝縮水移送部は、
   前記天井板の下方に配設され、受け板開口が形成されてその受け板開口から水平方向の外側に向かって下方向の勾配を有し、前記冷却水が蒸発した後に前記天井板の下面において凝縮し落下した凝縮水を捕捉し、外周側に移送する凝縮水受け板と、
   前記建屋内であって前記凝縮水受け板の周辺に配設され、前記凝縮水受け板により外周側に移送された凝縮水を集める凝縮水収集部と、
   前記凝縮水収集部から前記使用済燃料貯蔵プールへの冷却水の移送経路を構成する凝縮水移送管と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料貯蔵施設。
4. 前記建屋の天井板は、半径方向の外側に向かって下り勾配を有する鋼製のドーム型天井であることを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料貯蔵施設。
5. 使用済燃料を貯蔵し冷却水を保有する使用済燃料貯蔵プールと、
   前記使用済燃料貯蔵プールの上方を覆う天井板を有して前記使用済燃料貯蔵プールを格納する建屋と、
   を備え、
   前記天井板の下面には、前記使用済燃料貯蔵プールの直上で下方向に突出する突出部が形成され、当該天井板の下面が前記突出部に向かって下がるように傾斜している、
   ことを特徴とする使用済燃料貯蔵施設。
6. 前記天井板の上面に形成されたフィンをさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の使用済燃料貯蔵施設。
7. 前記天井板の上面に配置されたコンクリート遮へい部をさらに有し、前記フィンの上端は、前記コンクリート遮へい部の上面よりさらに上方にあることを特徴とする請求項６に記載の使用済燃料貯蔵施設。
8. 前記フィンの上方を覆う保護天井と、前記フィンと前記保護天井間の空間内の空気の流動を促進する冷却ファンと、をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の使用済燃料貯蔵施設。
9. 前記保護天井は保護天井開口を有し、前記保護天井開口から上方に延びる煙突を備えることを特徴とする請求項８に記載の使用済燃料貯蔵施設。
10. 原子炉容器と、
    前記原子炉容器を格納する原子炉格納容器と、
    使用済燃料を貯蔵し冷却水を保有する使用済燃料貯蔵プールと、
    原子炉格納容器と、前記使用済燃料貯蔵プールを格納して前記使用済燃料貯蔵プールの上方を覆う天井板を有する建屋と、
    前記冷却水が蒸発した後に前記天井板下面において凝縮して落下する凝縮水を捕捉し、前記使用済燃料貯蔵プールに移送する凝縮水移送部と、
    を備えることを特徴とする原子炉施設。

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