JP2014174046A

JP2014174046A - 原子炉格納容器

Info

Publication number: JP2014174046A
Application number: JP2013048119A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yaka; 広行屋嘉; Kohei Usuda; 浩平薄田
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】ドライウェルヘッドフランジのシールの耐久温度を向上させることができる原子炉格納容器を提供することにある。
【解決手段】
原子力プラントの原子炉格納容器は、格納容器１２と、ドライウェルヘッド１３と、ドライウェルフランジＤＨＦを備える。リング状の高線膨張リング１は、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの内面に設置され、ドライウェルヘッドフランジより線膨張係数の高い材料で構成される。リング状の低線膨張リング５は、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの外面に設置され、ドライウェルヘッドフランジより線膨張係数の低い材料で構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子力プラントの原子炉格納容器に係り、特に、ドライウェルヘッドフランジによるシール構造を有する原子炉格納容器に関する。

原子炉格納容器のドライウェルヘッドフランジは、平フランジ部を樹脂製のＯリングでシールする構造である。これは樹脂製のＯリングはメタルシールなどと比べて、小さな力で大きく変形するため、あたり面の精度が悪い場合や面圧を大きくできない場合でも良好なシールを実現できるためである。

ここで、本技術分野の背景技術として、シールを使用可能な雰囲気温度を向上させるために、樹脂製Ｏリングの部分を局所的に冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のものでは、配管同士を接続するフランジの周方向の溝内に、膨張黒鉛を含むガスケットを配置するとともに、そのガスケットに径方向に隣接させて少なくとも１輪のＯリングを配置し、Ｏリングは、内部に作動流体が流れることが可能な空洞を有し、Ｏリングに作動流体を供給する入口配管と作動流体の出口配管とを接続し、Ｏリング内に作動流体を供給してフランジ締結部を冷却している。

特開２０１１−１３２９７５号公報

しかしながら、特許文献１記載のものであっても、格納容器内が原子力発電所の当初建設時に前提とされた設計基準等に基づく設計条件を超える高温になった場合、樹脂製Ｏリングは高温劣化してしまいシールを維持できない可能性がある。冷却機構を設けるなどの対策はあるが、非常に可能性は低いものの、温度上昇する想定での対策が求められる。

本発明の目的は、ドライウェルヘッドフランジのシールの耐久温度を向上させることができる原子炉格納容器を提供することにある。

本発明は、格納容器ドライウェルヘッドフランジを備えた原子力プラントの原子炉格納容器であって、前記ドライウェルヘッドフランジの内面に設置され、前記ドライウェルヘッドフランジより線膨張係数の高い材料で構成されたリング状の高線膨張リングと、前記ドライウェルヘッドフランジの外面に設置され、前記ドライウェルヘッドフランジより線膨張係数の低い材料で構成されたリング状の低線膨張リングとの少なくとも一方を備えるようにしたものである。
かかる構成により、ドライウェルヘッドフランジのシールの耐久温度を向上させることができるものとなる。

本発明によれば、ドライウェルヘッドフランジのシールの耐久温度を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態による原子炉格納容器の全体構成を示す断面図である。本発明の第１の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。本発明の第２の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。本発明の第３の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。本発明の第４の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。本発明の第５の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。本発明の第６の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。

以下、図１及び図２を用いて、本発明の第１の実施形態による原子炉格納容器の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による原子炉格納容器の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による原子炉格納容器の全体構成を示す断面図である。

ここでは、軽水炉のなかでも、沸騰水型原子炉を例に説明する。沸騰水型原子炉には、炉心が入った円筒形状の圧力容器１１がある。圧力容器１１の中で核反応を熱源として蒸気が生成される。圧力容器１１は、円筒形状の格納容器１２の内部に収納される。格納容器１２の上部には、格納容器１２の蓋であるドライウェルヘッド１３と呼ばれる鋼製のドーム状構造物のシールが取り付けられる。

圧力容器１１及び円筒形状の格納容器１２の大部分は、フロアー１０よりも下部に位置している。格納容器１２の上部は、フロアー１０よりも上方に突出している。

ドライウェルヘッド１３は、格納容器１２の上部から原子炉のメンテナンスするための開口部であり、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦによって接合されている。本発明は、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの温度が上がる場合に機能するものである。

次に、図２を用いて、本実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジＤＨＦ周辺の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。

円筒形状の格納容器１２の上部には、格納容器フランジ部１２ａが一体的に設けられている。また、半球形状のドライウェルヘッド１３の下部には、ドライウェルヘッドフランジ部１３ａが一体的に設けられている。例えば、格納容器フランジ部１２ａの上面には、同心の２本の溝が形成され、この溝には、それぞれ、樹脂製Ｏリング２Ａ，２Ｂが収納される。その上で、格納容器フランジ部１２ａの上部にドライウェルヘッドフランジ部１３ａが設置され、両者がボルト３とナット４によって締め付けられることで、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦが構成される。ドライウェルヘッドフランジＤＨＦでは、２つの樹脂製Ｏリング２Ａ，２Ｂを用いてシールを維持するように、格納容器１２とドライウェルヘッド１３が接合されている。

さらに、本実施形態では、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの内面に高温に耐える高温耐久ガスケット６Ａを配し、ガスケット６Ａを圧縮するように、ジュラルミンまたは黄銅あるいはＳＵＳ３０４など、格納容器１２及びドライウェルヘッド１３の線膨張係数よりも高線膨張の素材で作成されたリング状の構造物である高線膨張リング１を内面に配置する。

高温耐久ガスケット６Ａは、円環のバンド状である。そして、高温耐久ガスケット６Ａは、格納容器フランジ部１２ａとドライウェルヘッドフランジ部１３ａとの接触部の内周を全域に亘って接触する位置に密着している。高温耐久ガスケット６Ａの内周には、リング状の高線膨張リング１が密着している。

また、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの外面に高温に耐える高温耐久ガスケット６Ｂを配し、ガスケット６Ｂを圧縮するように、タングステンまたはスーパーインバーなど、格納容器１２及びドライウェルヘッド１３の線膨張係数よりも低線膨張の素材で作成されたリング状の構造物である低線膨張リング５を外面に配置する。

高温耐久ガスケット６Ｂは、円環のバンド状である。そして、高温耐久ガスケット６Ｂは、格納容器フランジ部１２ａとドライウェルヘッドフランジ部１３ａとの接触部の外周を全域に亘って接触する位置に密着している。高温耐久ガスケット６Ｂの外周には、リング状の低線膨張リング５が密着している。

ドライウェルヘッドフランジＤＨＦが高温になった場合に、樹脂製Ｏリング２Ａ，２Ｂが熱分解し、溶融するため、格納容器フランジ部１２ａとドライウェルヘッドフランジ部１３ａの間の樹脂製Ｏリング２ａ，２Ｂシール性が低下することになる。このようにドライウェルヘッドフランジＤＨＦが高温になった場合でも、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦは、高線膨張リング１と低線膨張リング５の熱膨張差から生じる接触圧力によりシールされる。

高線膨張リング１として例えばアルミを用いた場合、その線膨張係数は２３×１０^−６／Ｋであり、鉄系の格納容器１２及びドライウェルヘッド１３の線膨張係数１２×１０^−６／Ｋとの差により、ガスケット６Ａ（例えば、Ｃｕメタルジャケット）が圧縮される。また、低線膨張リング５として例えばタングステンを用いた場合、その線膨張係数は４．５×１０^−６／Ｋであり、格納容器１２及びドライウェルヘッド１３の線膨張係数１２×１０^−６／Ｋとの差により、ガスケット６Ｂ（例えば、Ｃｕメタルジャケット）が圧縮される。このように２枚のガスケット６Ａ，６Ｂが圧縮されることで、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦはシールされる。

なお、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの温度が低下すると、ガスケット６Ａ，６Ｂに対する圧縮力が低下するため、ガスケット６Ａ，６Ｂによるシール性は低下するが、このとき、Ｏリング２Ａ，２Ｂを構成した樹脂が再度硬化することで、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦはシールされるため、シール性が維持できる。

なお、外面の低線膨張リング５はボルトに格納容器１２と同材料の管状位置決め器具７を通した上に設置し、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦとの熱膨張差による相対位置の変化が小さくなるようにする。位置決め器具７が無い場合、格納容器１２と低線膨張リング５の高さ方向の熱伸び差が生じる。ただし、常温時に低線膨張リング５がドライウェルヘッドフランジＤＨＦより前記熱伸び差以上に高い位置まで長ければ、位置決め器具７は無くても良い。

また、高線膨張リング１には、位置決め器具を設けずシールプレート９に直接置いているが、高温時に格納容器１２よりも高線膨張リング１が高く伸び、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの内面に高線膨張リング１が存在できるためであり、高さ方向の相対変位を防止するために位置決め器具を設けても良い。

また、前記位置決め器具７は上から吊るす形式としても低線膨張リング５および高線膨張リング１を高温時にドライウェルヘッドフランジＤＨＦの位置にとどめることが可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、ドライウェルヘッドフランジが高温状態となると、線膨張係数の異なるリング状の構造が内外面の両面から接触し、この接触圧力によってシールを維持でき、これにより高温時の原子炉格納容器の信頼性を向上させることができる。

次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジＤＨＦ周辺の構成について説明する。なお、本実施形態による原子炉格納容器の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図３は、本発明の第２の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。なお、図１，２と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態は、図２に示した実施形態から、内面の高温耐久ガスケット６Ａを除いたものである。高線膨張リング１がドライウェルヘッドフランジＤＨＦの内面に追従しない場合でも、外側の低線膨張リング５と高温耐久ガスケット６Ｂによりシールが維持される。

本実施形態では、図２に示した内面の高温耐久ガスケット６Ａを除いているので、メンテナンス性が向上する。また、設置時の嵌め合いをきつくすることができ、熱膨張差による接触圧力を高めることができる。加えて、高温時に高線膨張リング１は降伏応力が低下するため、高温耐久ガスケット６Ａを配置せずとも十分にドライウェルヘッドフランジＤＨＦの内面に追従する。さらに加えて、高温耐久ガスケット６Ａとして機能する表面材料を有した高線膨張リング１とすることでよりシール効果を高められる。その例としては、高線膨張リング１の母材を高温時の降伏応力が高いＡ７０７５とし、表面を高温時の降伏応力が低い純アルミニウムとする構成などがあげられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ドライウェルヘッドフランジが高温状態となると、線膨張係数の異なるリング状の構造が内外面の両面から接触し、この接触圧力によってシールを維持でき、これにより高温時の原子炉格納容器の信頼性を向上させることができる。また、メンテナンス性を向上できる。

次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジＤＨＦ周辺の構成について説明する。なお、本実施形態による原子炉格納容器の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図４は、本発明の第３の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。なお、図１，２と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態は、図２に示した実施形態に対して、上側のドライウェルヘッドフランジ部１３ａの、内周側の樹脂製Ｏリング２Ａより内周側の位置に、亜鉛などの低融点金属８を埋設する。

これにより、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦ周辺が低融点金属８の融点を超える状況が長く続いた際、樹脂製Ｏリング２によるシール性が劣化する頃低融点金属８が溶解し、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦと高線膨張リング１と低線膨張リング５が形成する隙間に流れ込む。溶けて隙間に充填された低融点金属８は温度が低下した後に凝固し、シールとして機能する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ドライウェルヘッドフランジが高温状態となると、線膨張係数の異なるリング状の構造が内外面の両面から接触し、この接触圧力によってシールを維持でき、これにより高温時の原子炉格納容器の信頼性を向上させることができる。また、温度低下後のシール性を向上できる。

次に、図５を用いて、本発明の第４の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジＤＨＦ周辺の構成について説明する。なお、本実施形態による原子炉格納容器の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図５は、本発明の第４の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。なお、図１，２と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、内周側の高線膨張リング１のみを設置する。図２に示した低線膨張リング５は用いない。なお、高線膨張リング１は、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの外面に低線膨張リング５を配置しない状況でも高い接触圧力が得られるよう、高線膨張リング１の断面形状をクサビ形とするなどして接触する面積を減らし、シールを維持するようにしている。なお、高線膨張リング１の形状としては、図２に示したような矩形断面でも良い。

なお、高線膨張リング１は、シールプレート９から格納容器１２と同材料の位置決め器具７により立ち上げて設置し、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦとの熱膨張差による相対位置の変化が小さくなるようにする。なお、この例では高膨張リング１の断面形状をクサビ型としているが、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの内面に突起を設けても同様の効果が得られる。

樹脂製Ｏリング２は、その断面形状を長方形として、１条のＯリングのみを用いているが、図２に示したように、２条のＯリングを用いるようにすることもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ドライウェルヘッドフランジが高温状態となると、線膨張係数の異なるリング状の構造が内外面の両面から接触し、この接触圧力によってシールを維持でき、これにより高温時の原子炉格納容器の信頼性を向上させることができる。また、構成を簡単にしてシール性を維持できる。

次に、図６を用いて、本発明の第５の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジＤＨＦ周辺の構成について説明する。なお、本実施形態による原子炉格納容器の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図６は、本発明の第５の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。なお、図１，２と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、ボルト３Ａ及びナット４Ａにより固定されるドライウェルヘッドフランジＤＨＦの外面に低線膨張リング５を配置している。ここで、外面に低線膨張リング５によるシールを施したとしても、ボルト部のねじ山や座面から漏えい恐れがある。そこで、本実施形態では、ボルト３Ａとナット４Ａの座面の精度を向上することでシール性を持たせ、ねじ山に液状シールを適用し、ボルト部をシールしたうえで、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦの外面に低線膨張リング５を配置し、外面のシールを有効に機能させる。

なお、高線膨張リング１はシールプレート９から、低線膨張リング５はフロアー１０から、それぞれ格納容器１２と同材料の位置決め器具７Ａ，７Ｂにより立ち上げて設置し、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦとの熱膨張差による相対位置の変化が小さくなるようにする。なお、ねじ部のシールを実施しない場合でも、外面に低線膨張リング５を配置することで、熱応力が高められるため、内面の高線膨張リング１によるシールがより効果的となる。

次に、図７を用いて、本発明の第５の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジＤＨＦ周辺の構成について説明する。なお、本実施形態による原子炉格納容器の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図７は、本発明の第５の実施形態による原子炉格納容器に用いるドライウェルヘッドフランジ周辺の構成の要部構成を示す拡大断面図である。なお、図１，２と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦから離れた位置でシールするようにしている。本例では、外面には、２つの低線膨張リング５Ａ，５Ｂを設置し、フランジＤＨＦより離れた位置に、格納容器１２と同材料の位置決め器具７Ｂ，７Ｃにより設置する。

高線膨張リング１Ａは、断面コ字状として、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦから離れた位置の２箇所で格納容器１２およびドライウェルヘッド１３の内面に接触する。

ここで、格納容器１２およびドライウェルヘッド１３の板厚はフランジ部に比べて薄いため、高線膨張リング１と低線膨張リング５に格納容器１２およびドライウェルヘッド１３の壁が良く追従し、良好なシールを実現する。

なお、高線膨張リング１Ａは、シールプレート９から、低線膨張リング５はフロアー１０およびドライウェルヘッドフランジＤＨＦからそれぞれ格納容器１２と同材料の位置決め器具７Ａにより立ち上げて設置し、ドライウェルヘッドフランジＤＨＦとの熱膨張差による相対位置の変化が小さくなるようにする。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…高線膨張リング
２…樹脂製Ｏリング
３…ボルト
４…ナット
５…低線膨張リング
６…高温耐久ガスケット
７…位置決め器具
８…低融点金属
９…シールプレート
１０…フロアー
１１…圧力容器
１２…格納容器
１２ａ…格納容器フランジ部
１３…ドライウェルヘッド
１３ａ…ドライウェルヘッドフランジ部
ＤＨＦ…ドライウェルヘッドフランジ

Claims

格納容器ドライウェルヘッドフランジを備えた原子力プラントの原子炉格納容器であって、
前記ドライウェルヘッドフランジの内面に設置され、前記ドライウェルヘッドフランジより線膨張係数の高い材料で構成されたリング状の高線膨張リングを備えることを特徴とする原子炉格納容器。
請求項１に記載の原子炉格納容器において、
前記ドライウェルヘッドフランジの外面に設置され、前記ドライウェルヘッドフランジより線膨張係数の低い材料で構成されたリング状の低線膨張リングを備えることを特徴とする原子炉格納容器。
請求項２に記載の原子炉格納容器において、
前記ドライウェルヘッドフランジと前記低線膨張リングとの間に配置された第１のガスケットとの少なくとも一方を備えることを特徴とする原子炉格納容器。
請求項３に記載の原子炉格納容器において、
前記ドライウェルヘッドフランジと前記高線膨張リングとの間に配置された第２のガスケットを備えることを特徴とする原子炉格納容器。
請求項１に記載の原子炉格納容器において、
前記ドライウェルヘッドフランジは、格納容器の上部に設けられた格納容器フランジ部と、ドライウェルヘッドの下部に設けられたドライウェルヘッドフランジ部と、前記格納容器フランジ部と前記ドライウェルヘッドフランジ部との間に設置される樹脂製Ｏリングとから構成され、
前記ドライウェルヘッドフランジ部に設置され、融点が前記樹脂製Ｏリングの熱分解温度より低い低融点金属を備えることを特徴とする原子炉格納容器。
請求項１に記載の原子炉格納容器において、
前記高線膨張リングは、その断面形状をクサビ形としたことを特徴とする原子炉格納容器。
請求項１に記載の原子炉格納容器において、
前記ドライウェルヘッドフランジは、格納容器の上部に設けられた格納容器フランジ部と、ドライウェルヘッドの下部に設けられたドライウェルヘッドフランジ部と、前記格納容器フランジ部と前記ドライウェルヘッドフランジ部との間に設置される樹脂製Ｏリングと、前記格納容器フランジ部と前記ドライウェルヘッドフランジ部を締め付け固定するボルト及びナットとから構成され、
前記低線膨張リングは、前記ボルト及びナットにより固定される前記ドライウェルヘッドフランジの外面に配置されるとともに、
前記ボルト及びナットの座面の精度を向上し、ねじ山に液状シールを適用したことを特徴とする原子炉格納容器。
請求項１に記載の原子炉格納容器において、
前記ドライウェルヘッドフランジは、格納容器の上部に設けられた格納容器フランジ部と、ドライウェルヘッドの下部に設けられたドライウェルヘッドフランジ部と、前記格納容器フランジ部と前記ドライウェルヘッドフランジ部との間に設置される樹脂製Ｏリングとから構成され、
前記低線膨張リングは、前記ドライウェルヘッドフランジから離れた位置の、前記格納容器および前記ドライウェルヘッドの外面に設置された２つの低線膨張リングからなり、
前記高線膨張リングは、断面コ字状として、前記ドライウェルヘッドフランジから離れた位置の２箇所で前記格納容器および前記ドライウェルヘッドの内面に接触するように設置されたことを特徴とする原子炉格納容器。