JP2014522462A - 核化学設備の非常供給のためのアセンブリおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は核技術設備の非常供給のための方法およびアセンブリに関する。該アセンブリは複数個の固設された装置を有するコンテナ（１０）および少なくとも1個のエンジン（２２）、発電機（２６）、ポンプ（２４）、燃料タンク（１４）および変圧器（３４）を含み、該ポンプおよび該発電機はその作動のために該エンジンと機能的に結合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は少なくともエンジン、発電機、ポンプおよび燃料タンク並びに変圧器を含む複数個の固設され、ないしは組み込まれた装置を備えたコンテナを有し、ポンプおよび発電機がその作動のためにエンジンと機能的に結合されている核化学設備の非常供給のためのアセンブリに関する。また本発明は核化学設備から独立のポンプおよび／または発電機を利用して行う核化学設備の非常供給のための方法に関する。

核化学設備、例えば原子力発電所は、例えば地震、妨害工作、攻撃またはその他の影響によって発生する事故の場合に、環境にとって重大な危険である。しかも事故の際に確認されることだが、ポンプ建屋のような供給設備の例えば地震による機械的破損または浸水が生じるならば、発電所経営者や災害救援隊も、消防隊または技術援助組織も原子力発電所の冷却系の全面的停止をコントロールできない。また停電またはチェルノブイリの事故が示したような設備の誤操作の場合も、同様な危険が生じる。

化学事故の制圧の分野、船舶事故および洋上分野で使用するためのドイツ特許公開DE19739138A1によるエネルギー供給装置は、エンジン、油圧ポンプ、燃料タンクおよび発電機が設けられたコンテナ状のハウジングを有する。その場合ポンプおよび発電機はその作動のためにエンジンと機能的に結合されている。

国際出願公開WO2010/090634A1は、外壁に燃料タンクを固定することができるモジュール構造のエネルギー供給アセンブリに関するものである。

米国特許公開US4992669Aの目的も2個のコンテナを含むモジュール式エネルギーシステムに関するものであり、一方のコンテナにエンジン、他方のコンテナに発電機が配置されている。エンジンと発電機はコンテナの壁体を貫くシャフトによって連結される。

車室内にポンプ、エンジン、発電機および変圧器が配置された車両が米国特許公開US2008/0217443A1により明かである。

本発明の根底にあるのは、事故の場合に核技術設備から独立の自給自足システムによって、環境被害が最小化されるに至るまで運転が維持されることを保証する、核技術設備の非常供給のためのアセンブリおよび方法を提供するという課題である。

同時にコンテナが安定した姿勢で輸送され、配置されることが保証されなければならない。

課題の解決のために、本発明はおおむね少なくとも
‐エンジン
‐発電機
‐ポンプ
‐燃料タンク
‐変圧器
‐場合によっては除染区域
を含む複数個の固設され、ないしは組み込まれた装置を有するコンテナを備え、ポンプおよび発電機がその作動のためにエンジンと機能的に結合されており、燃料タンクがコンテナの重心区域に配置されていることを特徴とする核技術設備の非常供給のためのアセンブリを提示する。

方法に関して、本発明は少なくとも
‐エンジン
‐発電機
‐ポンプ
‐燃料タンク
‐変圧器
‐場合によっては除染区域
を含む複数個の固設され、ないしは組み込まれた装置を有する供給コンテナを使用し、ここにおいて該ポンプが核技術用ポンプの冷却水回路に組み入れられ、および／または該ポンプが外部水源から冷却水を核技術設備の冷却水回路またはその一部に圧送し、および／または発電機が核技術設備の少なくとも1個の冷却水ポンプに接続されることを特徴とする。

発電装置を備えたコンテナは先行技術（ドイツ実用新案DE20309849U）に属するが、しかしこれは自給自足システムではない。

同じことが家屋隔室として利用されるコンテナ（ドイツ特許公開DE2200851A1）にも当てはまる。これに対して本発明によれば自給自足システムが提供される。

本発明の学説に基づき、‐停電によるにせよ、管路網の少なくとも部分的な破損によるにせよ‐核化学設備の冷却系の故障の場合に、冷却系を再び有能化するか、または迂回路をとって交換することが可能である。

本発明に基づく学説は、本発明に基づき形成された供給コンテナを所定の待機時間内に的確に使用することによって、余熱を確実に排出するのに必要な冷却が再び回復されるように、核技術設備から独立の非常供給システムを提供する。使用場所で直接に機能し、かつ使用し得る可動システムが提供される。

供給コンテナの中核は、特に液状石油化学燃料または植物油で運転することができる高出力の排気ガスターボジーゼルエンジンの形のエンジンである。

エンジンは２個の軸端を有し、ここに一方ではポンプが接続され、その際カップリングギヤが静粛な始動とポンプ回転数の適応を保証する。このポンプによって、核技術設備の冷却系の故障したポンプに取って代わることができる。

他方の軸端には発電用発電機が接続される。必要な電流値に変成するために、電流はコンテナに組み込まれた変圧器または変圧器制御端末に送出される。

発生された電流は、例えばまだ無傷だが停止しているポンプを再び再作動するために、核技術設備の停止した電流網の代替物として利用することができる。

自給自足系を提供するために、供給コンテナはさらに燃料を収容するための固設され、ないしは組み込まれたタンクを有する。その場合設置された緩衝付きタンク、例えばスチールタンクの容量は少なくとも10m³、特に15m³とすべきである。輸送時に内容物が動揺運動を引き起こさないように、仕切り板によってタンクを幾つかの鎮静区域に分割することができる。

タンクの大きな容量に基づき、容積15m³でエンジンの消費が例えば135l/hの場合は、システムは108時間、即ち4.5日自給自足で働くことができる。

さらに発展させて、第一のコンテナとしての供給コンテナのほかに、同じく燃料油を収容することができる第二のコンテナを補助的に使用できるようにした。さらに第二のコンテナは核技術設備の維持に必要な設備材料またはその他の部品の収納のための造作を備えることができる。

ポンプは特に汚水にさらされた横置き渦巻ケーシング自吸ポンプである。ポンプはカップリングギヤを介してエンジンの軸端の一方と結合され、自家駆動装置なしで回転する。ポンプによって冷却材、即ち水を、接続するパイプまたはホース系統を経て目的の場所に送ることができる。

発電機はダイナモ方式で電流を発生し、次いでこの電流をコンテナ内にある変圧器制御端末に、そして必要な定格値で負荷機器に送る。負荷機器はおおむね停止した冷却水ポンプである

取付け物‐部品ともいう‐は核技術設備、特に原子力発電所の電力規定、特にその電力需要に同調させてある。その場合電力供給能力は後述の用途がカバーされるように選定されている。

核技術設備の現存する冷却水管の所定の場所に接続スリーブを取り付け、閉止かつ閉塞されたハンドバルブでこれを閉じることができる。次に、故障した冷却水ポンプに代わるためのポンプと連結された吸込み管および吐出し管がこの場所に接続される。こうして供給コンテナ内にあるポンプによって冷却水が引き続き冷却水回路に送られる。接続スリーブがない場合は、部品の使用開始の前に例えばいわゆる「ホットタッピング（hot tappi-ng）」が設けられる。この場合は圧力下の導管に穴あけされ、ストップバルブを含む連接管が単一工程で取り付けられる。続いて供給コンテナ内にあるポンプを始動し、冷却回路を再び回復することができる。

現存する冷却水系の一部が物理的に破壊されているならば、吸込み側で水を気密の吸込みホースまたはパイプにより外部水源からポンプで吸引し、次いで圧力を高めて吐出しホースにより無傷の冷却系の一部に圧送することができる。まず破損した管路部分を閉止し、連接片例えば継ぎ足しスリーブを取り付けなければならない。外部水源とは湖沼水、河川水、冷却塔貯留水、貯水池の水、海水もしくは現存する飲用水または下水網である。

しかし核技術設備の冷却水系のポンプの電流に原因する故障の場合は、コンテナの発電機または変圧器に接続することによって、このポンプを始動することも可能である。さらに圧力制御系および付属の測定・制御系のバルブを制御する緩衝蓄電池に充電することができる。

別の変法として、ポンプを運転し、かつまた発電機により電流を発生することが挙げられる。これによって下記の応用の可能性が生まれる。
‐ポンプを運転すれば、冷却回路のブリッジングを行い、または例えば燃料プール冷却装置の冷却回路を維持することができる。
‐発電機を運転すれば、現存する冷却水回路の故障した冷却水ポンプを再起動／作動することができる。
‐ポンプも発電機も運転すれば、冷却回路のブリッジングを行い、同時に故障した冷却水ポンプを始動することができる。

本発明に基づき供給コンテナは主要部品として
‐エンジン、例えばジーゼルエンジン、
‐発電機、
‐第一ストップバルブまでの基本配管を含むポンプ、例えば高出力ポンプ。
‐燃料タンク、
‐放射線防護および除染が施される変圧器制御端末
を内蔵する。

さらにコンテナは少なくとも接続および組立用材料として下記を含むべきである。
‐現存する管路に接続スリーブを溶接するための、溶接トーチを含む溶接装備、
‐様々なパイプ用工具セット、
‐溶接取付け物およびバルブ、
‐ホットタッピング式接続スリーブ穴あけ器具、
‐接続スリーブおよびストップバルブ、
‐検定済みガイガーカウンタおよび線量計、自己防護用の放射線防護服、酸素および呼吸防護器具、
‐電線網から独立の無故障のコミュニケーション装置。

さらに発展させて、供給コンテナに同じくとりわけ40フィートまたは45フィート・コンテナである第２のコンテナを配属することとした。幾つかの材料または部品を例示すれば、第２のコンテナは、総じて核技術設備の非常供給のために直接または間接に使用される接続および組立用材料、例えば
‐特殊強電流ケーブル、
‐消火ホース、
‐カップリングおよび付属品、
‐溶接トーチを含む溶接装備、
‐パイプ用工具、
‐接続用取付け物およびバルブ、
‐接続スリーブおよびストップバルブを有するホットタッピング式接続スリーブ穴あけ器具、
‐ガイガーカウンタ、線量計、放射線防護服、酸素および呼吸防護器具、
‐燃料タンク
を含むべきである。

燃料タンクがコンテナの重心区域、特に中央区域に設置されるという本発明の学説に基づき、安定した配置が可能である。さらに敷地の浸水の場合は、液圧式自動高さ調整テレスコープ形支柱が部品を水の侵入から守ることができる。

トラック、船舶、鉄道、飛行機またはヘリコプターによる輸送が直ちに可能である。

本発明に基づくアセンブリは自給自足式であり、核技術設備の冷却のために核技術設備が所要の冷却水を入手できない場合に、冷却を保証するのに十分な水源を必要とする。その場合海水に耐える汚水ポンプが使用されるから、水質は重要でない。燃料タンクの大きな容量に基づき、修理作業を遂行するのに十分な核技術設備の冷却または電流供給がある期間にわたり可能であることを保証する、ある期間にわたる持続運転が可能である。

コンテナは放射、破損および爆発防止が与えられるように設計すべきである。さらに場合によっては汚染粒子を人から取り除くことができるように、除染区域にシャワーを組み入れるべきである。

変圧器制御端末に基づき電線網の変動に対応することができ、その際複数の電流回線を個別に制御し、出力をポンプの規定に適応させることができる。その場合変圧器制御端末はバルブおよび測定・制御系計器の制御のための緩衝蓄電池の充電機能を受け持つことができる。

本発明のその他の細部、利点および特徴は特許請求の範囲、特許請求の範囲に見られる特徴‐単独でおよび／または組合せとして‐だけでなく、図面に見られる実施例の下記の説明からも明らかである。

供給コンテナの概略構成図である。 補助コンテナの概略構成図である。 図１による供給コンテナの別の態様の概略構成図である。 本発明に基づく供給コンテナの第１の使用例の概略態様図である。 本発明に基づく供給コンテナの第２の使用例の概略態様図である。 本発明に基づく供給コンテナの第３の使用例の概略態様図である。

管路網またはポンプの破損によるにせよ、停電によるにせよ、冷却水系が故障した核技術設備、例えば原子力発電所の運転を自給自足で維持することができる供給コンテナ１０が、図１にごく原理的に斜視図で示されている。

供給コンテナ１０‐以下コンテナと略称する‐は、基本的に3つの区域に区分された40フィート・コンテナである。完成され、取付け物を備えたコンテナ１０の重心区域にある第１の区域１２に防弾燃料タンク１４が内蔵されている。単に数字を例示すれば、燃料タンクは少なくとも10m³の最小容量を有することが可能である。タンク１４、即ちその内部容積を鎮静区域に分割するために、タンク１４の中に仕切り板１６、１８がある。これによってコンテナ１０の輸送時に燃料の動揺運動が起こらないことが保証される。

図１の図示で中央区域１０の左横に第２の区域２０がある。この区域は機械室と呼ぶことができ、とりわけ大出力排気ガスターボジーゼルエンジンの形の少なくとも1台のエンジン２２、汚水にさらされた特に横置き渦巻ケーシング自吸ポンプの形のポンプ２４および発電機２６が配置されている。さらにポンプ２４から閉止可能な吸込みおよび吐出し管２８、３０が出ており、これらの管は供給すべき核技術設備の冷却系と後述のように連結することができる。

燃料タンク１４の図示右側にある第３の区域３２は、変圧器３４およびとりわけ除染シャワーを備えた放射線防護室３６を有する。

コンテナ１０の端面側は開き戸３８、４０、４２、４４で閉じることができる。

本発明に基づくコンテナ１０の別の原理図が図３に見られ、区域１０、２０、３０の概要が記載されている。さらに中央区域１０としての防弾燃料タンク１４と、放射線防護室と呼ばれ、少なくとも変圧器３４がある右側区域３２との間の熱処理鋼板コンテナ壁の細部が示されている。

燃料タンク１４と放射線防護室の間の隔壁は例えば厚さ10mmの燃料側鋼板４６、例えば厚さ10mmのケブラープレート４８および例えば厚さ20mmの鋼板５０からなることが詳細図で明かである。また適当な厚さの鋼板５０が第３の区域３２、即ち放射線防護室および機械室、即ち区域２０も取り囲む。

場合によっては使用時に40フィート・コンテナ１０に、同じく40フィート・コンテナである第２のコンテナ５２が増設される。このコンテナは燃料タンク５４および後述の種類の接続および組立用材料を納めるための棚５６、５８を収容する。

燃料タンク１４または５４の大きな容量に基づき、数日の期間にわたって自給自足で働くことができる非常供給システムが提供される。タンク１４の容積が15m³であるとして、例えばエンジンの消費が毎時22135リットルならば、これを少なくとも108時間連続的に運転することができる。また同様な容積の燃料タンク５４を有する補助コンテナ５２が利用されるならば。合計約9日分の燃料貯蔵量となる。

燃料供給に基づき、エンジン２２、とりわけジーゼル設備を全負荷で300時間運転し得ることが保証される。その場合全負荷とはポンプ２４および発電機２６の同時運転を意味する。ポンプまたは発電機のいずれかを運転する部分運転の場合は、エンジン２２を70%の部分負荷で約4.000時間、即ち約半年間運転することができる。これによって核技術設備の冷却系を余熱の排出のために、環境被害が排除されるに至るまで十分に運転し得ることが保証される。

エンジン２２については、すべての液状石油化学燃料または植物油による運転が可能であるように設計すべきであることが指摘される。

エンジン２２は２つの軸端を有し、その一方はポンプ２４と、他方は発電機２６と連結されている。発電機２６は、制御により所要の定格値で負荷機器に供給できるように、変圧器３４に接続されている。また電線網の変動に対応し、複数の電流回線を個別に制御し、出力を核技術設備にあるポンプの規定に適応させることが可能である。

コンテナ１０の部品の設計は核技術設備５９の電力規定に対して行われ、その電力需要に同調させてある。故障の場合に下記の応用例をカバーすることが可能である。

核技術設備の冷却系が故障した場合、下記の変法が可能である。閉止または閉塞されたハンドバルブで閉じた接続スリーブを、現存する冷却水管の所定の場所に予め取り付けることができる。故障した冷却水ポンプ６４に代わるためのポンプ２４と連結された吸込み管６０および吐出し管６２がこの場所に接続される。冷却水回路を引き続き循環させることができる。同様に図４の図示では、故障したポンプ６４と、吐出し管６２と連結された接続スリーブとの間の連絡が、ストップバルブ６６によって遮断されている。

第２の変法が図４で明らかである。接続スリーブがない場合は、適当なホットタッピング・パイプ穴あけが行われる。ホットタッピングとは、圧力下の管路に穴あけして、ストップバルブを含む接続スリーブを単一工程で取り付けることである。次いで非常システムのポンプを始動し、冷却回路を再び回復することができる。その結果、図４に見られるようなフローチャートになる。

しかし核技術設備５９の既存の冷却水回路の一部が破損しているならば、ポンプ２４の吸込み側が外部水源に接続される（管路６８）。これは湖沼水、河川水、貯水池の水または海水もしくは核技術設備５９または地方自治体の現存する飲用水または下水網である。ポンプ２４によって吸込み水圧が高められ、吐出しホース７０を経て核技術設備５９の無傷の冷却系へ圧送される。破損した管路部分がまず閉止され、接続用の穴あけスリーブが配置される。

別の変法が図６で明かである。まだ作動中のポンプ７２の電流に原因する故障の場合には、変圧器制御装置３６によりこのポンプに電流が供給され、コンテナ１０のポンプ２４自体によって冷却水の給送を行う必要はない。

要約すれば次のことが確認される。
１．コンテナ１０は主要部品として下記を収容すべきである。
‐エンジン２２、
‐発電機２０、
‐基本配管を備えたポンプ２４、
‐燃料タンク１４、
‐放射線防護を施した変圧器または制御端末および場合によってはシャワー付きの除染区域３６。
２．さらに第一または基本装備として下記がコンテナ１０に備え付けられるべきである。
‐現存する管路に接続スリーブを溶接するための、溶接トーチを含む溶接装備、
‐パイプ用工具、
‐特に呼び幅DIN100の接続用取付け物およびバルブ、
‐接続スリーブおよびストップバルブを有する「ホットタッピング」接続スリーブ取付け器具、
‐検定済みのガイガーカウンタおよび線量計、
‐放射線防護服、酸素および呼吸防護器具、
‐独立かつ無故障のコミュニケーション器具。
３．同じく４０フィート・コンテナであり得る第２のコンテナは次のように接続および組立て用材料を収容すべきである。
‐故障したポンプを再び始動するための特殊強電流ケーブル、
‐現存する冷却系を有能化するか、または核技術設備に水を自給自足で送り込むための堅牢な消火ホースおよびカップリング並びに付属品（気密の吸込みパイプ／ホース）、
‐現存する管路に接続スリーブを溶接するための、溶接トーチを含む溶接装備、
‐パイプ用工具、
‐特に呼び幅DIN100の溶接取付け物およびバルブ、
‐接続スリーブおよびストップバルブを有する「ホットタッピング」接続スリーブ取付け器具、
‐検定済みのガイガーカウンタおよび線量計、
‐放射線防護服、
‐自己防護用の酸素および呼吸保護器具、
‐少なくとも容量10m³、とりわけ15m³の燃料タンク、
‐その他の消費材料。

本発明に基づくシステムは自給自足式であり、機能するには十分な水源を必要とする。その場合海水に耐える汚水ポンプ２４が使用される予定であるから、水質は問題でない。単数または複数のコンテナ１０、５２に貯蔵される燃料量は、補充せずに多数の日数にわたり持続運転が可能であるように設定すべきである。

主な用途の焦点は核技術設備の故障した冷却回路であって、余熱を確実に排出することが保証されるように、この冷却回路を再び作動させることである。

これは特に現存する冷却水回路に取って代わり、またはこれを有能化することにより、および／または故障した冷却水ポンプを再び始動するために電流回路をブリッジングすることによって達成される。

単数または複数のコンテナ１０、５２は特に放射、破損および爆発防護を有するべきである。汚染粒子を人から除去するために、除染シャワーを組み入れるべきである。変圧器制御端末は電線網の変動に対応し、複数の電流回路を個別に制御し、出力をポンプの規定に適応させることができる。さらに変圧器制御端末はバルブおよび測定・制御系計器の制御のための緩衝蓄電池の充電機能を受け持つことができる。変圧器制御端末は可変であり、必要とされる定格値に調整することができる。

コンテナ１０、５２は移動可能であり、従って設置場所にとらわれず、自給自足式であり、堅牢であって構造的束縛を必要としない。建設的な、簡単かつコンパクトな構造は、故障しにくいことを保証し、基本的に全世界での使用が可能である。また核技術設備以外での使用、例えば電流、水／飲用水、廃水浄化および熱が必要とされる災害地域での使用も可能である。そこで部品を使用課題に適応させ、コンテナを適当に装備しなければならない。

車室内にポンプ、エンジン、発電機および変圧器が配置された車両が米国特許公開US2008/0217443A1により明かである。
米国特許出願US-2001/0032032は、可動式の動力供給アセンブリを開示し、該アセンブリ内には駆動ユニットと発電機が配置される。更に、接続スリーブを介して外部から充填可能な冷却タンクを設けてもよい。
ドイツ特許公開DE-102007009393A1には、軍事的ないしは人道的な展開のための可動式コンテナーモジュールが開示されている。
又、日本特許公開公報（特開平８−２４８１６７号）にはその主題として、原子炉非常用炉停止系が開示されている。

方法に関して、本発明は少なくとも
‐エンジン
‐発電機
‐ポンプ
‐燃料タンク
‐変圧器
‐場合によっては除染区域
を含む複数個の固設され、ないしは組み込まれた装置を有する供給コンテナを使用し、ここにおいて該ポンプが核技術設備の冷却水回路に組み入れられ、および／または該ポンプが外部水源から冷却水を核技術設備の冷却水回路またはその一部に圧送することを特徴とする。

Claims (8)

1. 少なくとも
   ‐エンジン（２２）、
   ‐発電機（２６）、
   ‐ポンプ（２４）、
   ‐燃料タンク（１４）、
   ‐変圧器（３４）
   を含む複数個の固設された装置を有し、該ポンプおよび該発電機がその作動のために該エンジンと機能的に結合されているコンテナ（１０）を備えた核技術設備（５９）の非常供給のためのアセンブリにおいて、該燃料タンク（１４）が該コンテナ（１０）の重心区域に配置されていることを特徴とするアセンブリ。
2. 該エンジン（２２）が２つの軸端を有するジーゼルエンジン、特に排気ガスターボジーゼルエンジンであり、一方の軸端がとりわけ汚水にさらされた自吸ポンプ、特に渦巻ケーシングポンプの形の該ポンプ（２４）と、他方の軸端が該発電機（３４）と連結されていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
3. 少なくとも10m³、特に15m³の容量を有する該燃料タンク（１４）が防弾式に設計され、特に仕切り板（１６、１８）によって鎮静区域に分割されていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
4. 該コンテナ（１０）がシャワーを備えた除染区域（３６）を有することを特徴とする上記請求項の少なくとも1つに記載のアセンブリ。
5. 該コンテナ（１０）が熱処理鋼板隔壁を有する少なくとも４０フィート・コンテナであり、該コンテナの中央区域に該燃料タンク（１４）が配置され、該コンテナの縦方向に見て該燃料タンクの一方の側に該エンジン（２２）、該発電機（２６）および該ポンプ（２４）が、該燃料タンクの他方の側に該変圧器（３４）および場合によって存在する除染区域が配置されていることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載のアセンブリ。
6. 該変圧器（３４）が放射線防護を施してコンテナ内に配置されていることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載のアセンブリ。
7. 核技術設備から独立のポンプおよび／または発電機を利用して行う核技術設備の非常供給のための方法において、少なくとも
   ‐エンジン、
   ‐発電機、
   ‐ポンプ、
   ‐燃料タンク、
   ‐変圧器
   を含む複数個の固設された装置を有する供給コンテナを使用し、ここにおいて該ポンプが核技術ポンプの冷却水回路に組み込まれ、および／または該ポンプが外部水源から冷却水を核技術設備の冷却水回路または冷却水回路の一部に圧送し、および／または該発電機が核技術設備の少なくとも１個の冷却水ポンプに接続されることを特徴とする方法。
8. 該変圧器が制御装置に接続されており、該制御装置によって核技術設備の電源、例えば蓄電池が給電されることを特徴とする請求項７に記載の方法。

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