JP2015036687A - 原子炉安全システムにおけるデブリ低減システム - Google Patents

Abstract

【課題】過渡状況または冷却材漏れ事故の間に、安全系が必要な冷却材を供給し、熱を除去し、圧力を低減することによって、炉心、原子炉および格納容器内の過熱および損傷を防ぐデブリ除去システムを提供する。
【解決手段】原子炉圧力容器と、材源内の冷却材が原子炉圧力容器内に注入され得るように、原子炉圧力容器に接続された緊急冷却材源と、原子炉圧力容器および緊急冷却材源を収容する格納建造物と、格納建造物の内側で緊急冷却材源の外側のフィルタ１５０を有し、フィルタ１５０は、捕える、濾す、逸らす、その他の方法で、冷却材からデブリを濾過することによりデブリを除去させる。
【選択図】図２

Description

本発明は原子炉安全システムにおけるデブリ低減システムに関する。

図１は、原子力を生み出す燃料４１および原子炉内部構造物の各種構成を含む、原子炉圧力容器４２を収容する、従来型の原子力発電所格納建造物３６の概略図である。原子炉４２は、上部ドライウェル５４および下部ドライウェル３を含むドライウェル５１内に存在し、ドライウェル５１は、外側の構成要素および職員のための原子炉４２を取り囲む空間、および当該原子炉４２の下部の空間を提供する。プラントにおける冷却能力の損失を伴う過渡状況の場合に、原子炉２６に流体冷却材を提供するために、複数の異なるプールおよび流路が、格納容器３６内部に、緊急炉心冷却系を構成する。

例えば、格納容器３６は、環状、または別の形状で、原子炉４２を取り囲んで圧力抑制プール５９を保持する、圧力抑制チャンバ５８を含み得る。格納容器３６の過熱および過加圧を防ぐため、圧力抑制プール５９は濃縮および放熱のために蒸気を圧力抑制プール５９に迂回させるのに使用される、緊急蒸気放出口を含み得る。また、圧力抑制プール５９は、流体を圧力抑制プール５９に排水する、または圧送する流体が、ドライウェル５４に流れることを可能にする流路も含み得る。圧力抑制プール５９は、冷却材の事故による損失の後、熱または圧力を格納容器３６から取り除くための、別の熱交換器または排水管をさらに含んでもよい。損失分の給水および／または別の緊急冷却材供給を補うために、緊急炉心冷却系ラインおよびポンプ１０が、冷却材を圧力抑制プール５９から原子炉４２に注入する。

ＥＣＣＳライン１０を介して原子炉４２へ注入するため、または格納容器３６の外側で熱交換するため、あるいは他の用途で、冷却材を圧力抑制プール５９から取り込むラインは、従来、圧力抑制プール５９に見られるデブリを濾過するために、圧力抑制プール５９の吸入ストレーナを使用する。例えば、Ｃａｒｒらの米国特許出願公開第２０１１／０２１５０５９号明細書、およびＢｉｌａｎｉｎらの米国特許出願公開第２００６／０２１９６４５号明細書が、ＥＣＣＳポンプおよび原子炉４２にデブリが入らないようにするために、圧力抑制プール５９に浸して使用されるストレーナを説明している。米国ＮＲＣから２０１２年３月２９日発行の「Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｓａｆｅｔｙ Ｉｓｓｕｅｓ：Ｉｓｓｕｅ １９１Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｂｒｉｓ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ＰＷＲ Ｓｕｍｐ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（Ｒｅｖ．２）（ＮＵＲＥＧ−０９３３，Ｍａｉｎ Ｒｅｐｏｒｔ ｗｉｔｈ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｓ １−３４）」が、圧力抑制プール５９からのデブリの、原子炉ならびに、緊急システムの化学反応および操作への影響を、さらに説明している。これらの参考文献それぞれの全開示は、本明細書に組み込まれる。

図１に示されるように、重力駆動冷却系プール３７を含む別の緊急冷却系が、原子炉４２と共に使用可能である。緊急冷却系は、パイプ５７および／または静的格納容器冷却系プール６５を介して、原子炉４２に、冷却材をさらに提供する。説明される安全系の一部のまたは全てが、各種原子炉設計において、それぞれ、必要な冷却材を供給し、熱を除去し、かつ／または圧力を低減することによって、炉心４１、原子炉４２、および格納容器３６内の全ての他の構造の過熱および損傷を防ぐという効果を得るために、単独または任意の組合せで使用され得る。

米国特許第８３１７０３５号明細書

例示的な実施形態が、原子炉内の冷却材からデブリを除去する濾過システムおよび方法を含む。例示的な実施形態は、何らかの原子炉容器と、関連づけられた冷却材源とを含む多種多様な原子炉配置において、使用可能である。当該冷却材源には、漏出したまたは放出された冷却材が流れ込むことができ、例えば、圧力抑制プールである。例示的な実施形態は、冷却材が材源の方向に流れるであろう特定の位置で、材源の外側に設置される１つまたは複数のフィルタを含む。例示的な実施形態は、吸収、その他の方法で冷却材の流れを妨げることなく、冷却材の流れとデブリ除去を容易にする、固定流路を有する燃料集合体タイプのフィルタ等のフィルタを使用することができる。

例示的な設置位置には、圧力抑制プールに排水するパイプ、床格子もしくは職員のプラットフォーム格子、主蒸気配管または蒸気発生器の周囲の領域、および／または、冷却材を流出させる流路内の別の位置が含まれ得る。例示的な実施形態におけるフィルタは、漏出時、過渡時、その他の、通常は冷却材に占有されない領域を通って冷却材を流すような動作時にのみフィルタが冷却材に接触する「屋外（ｏｐｅｎ−ａｉｒ）」や、何もない空間である位置に設置され得る。このような位置とは、例えば例えば原子炉のドライウェル内である。

例示的な方法は、冷却材の冷却材源への流路として知られている位置にフィルタを取り付けることによって、例示的な濾過システムを設置することを含む。設置される任意のフィルタの設置および整備は、燃料補給のための動作停止期間等の、任意の整備期間に行われ得る。例示的な方法は、１つまたは複数のフィルタを、冷却材の内部以外の位置に設置することができる。したがって、この方法は、冷却材環境用の特別な適応を全く必要としなくてよいため、例えば、冷却材が水の場合、潜水または水中活動が、設置のために必要とされ得ない。

例示的な実施形態は、添付図面の詳細な説明によって、より明らかになるであろう。添付図面において、同様の要素が、同様の参照符号によって表される。参照符号は、説明のためにのみ付されるものであり、符号によって示される用語を限定するものではない。

関連技術の原子炉格納容器および内部構造物の概略図である。 例示的な実施形態のシステムを利用した原子炉格納容器の概略図である。 例示的な実施形態のフィルタの説明図である。

本明細書は特許文献であり、これを読んで理解する際は、構造物についての一般の広義の規則が適用されるべきである。本文献に説明され、示される全てが、添付の特許請求の範囲に含まれる主題の例である。ここに開示される、いかなる具体的な構造的および機能的な詳細は、例示的な実施形態の製造方法または方法の使用方法を説明することを目的としているに過ぎない。本明細書に特に開示されていない複数の異なる実施形態が特許請求の範囲に含まれる。したがって、特許請求の範囲は多くの代替形態で実現することができ、ここで明記される例示的な実施形態のみに限定して解釈されるべきではない。

第１、第２等の用語が、本明細書で種々の要素を説明するために使用され得るが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、単に、ある要素を別の要素から区別するために使用される。例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、例えば、第１の要素を第２の要素と呼ぶこともできるし、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶこともできる。本明細書において、用語「および／または」は列挙された関連する項目の１つまたは複数のあらゆる組合せを含む。

要素が、別の要素に「接続された」、「連結された」、「結合された」、「取り付けられた」、または「固定された」と表現される場合、当該要素は、当該別の要素に直接接続または連結される場合もあるし、あるいは介在要素が存在する場合もあることが理解されるであろう。これに対して、要素が、別の要素に「直接に接続されている」または「直接に連結されている」と表現される場合、介在要素は存在しない。要素間の関係を記述するために使用される他の用語（例えば、「間で」に対して「間で直接に」、「隣接した」に対して「直接に隣接した」等）は、同様に解釈されるべきである。同様に、「通信可能に接続された」等の用語は、無線で、またはその他の方法で接続された中継装置、ネットワーク等を含む２つの装置間にある、情報交換経路の全てのバリエーションを含む。

本明細書において、文言が、「唯一の」、「単一の」、および／または「１つの」のような用語で明確に示さない限り、単数形（「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」）は、単数形および複数形の両方を含むことが意図されている。さらに、本明細書で使用される用語「備える」、「備えている」、「含む」、および／または「含んでいる」は、記載された特徴、ステップ、操作、要素、見解、および／または構成要素が存在することを明示しているのであり、それ自体が、１つまたは複数の別の特徴、ステップ、操作、要素、構成要素、見解、および／またはそれらの群の存在または付加を排除するものではない。

また、以下に説明される構成および操作が、記述および／または図示された順序と異なる順序で起こる可能性があることにも留意すべきである。例えば、連続して記載される２つの操作、および／または、示される複数の図が、含まれる機能／動作に応じて、実際は同時に実行される場合もあるし、逆順に実行される場合もある。同様に、以下に記述される例示の方法内の個別の操作は、ループ、その他の一連の操作を提供するために、以下に記述される単一の操作とは別に、繰り返し、単独で、または連続して実行され得る。任意の実行可能な組合せで、以下に記述される特徴および機能を有する任意の実施形態が、例示的な実施形態の範囲に含まれる。

出願人は、原子力発電所のための、既存のデブリ低減システムでの問題を認識している。特に、出願人は、冷却材源に配置される各種ストレーナおよびフィルタの操作が、プラントの安全性に対して最も重要であるのに、冷却材源に配置される各種ストレーナおよびフィルタが、容易に目詰まりする可能性があること、および／または、これらの各種ストレーナおよびフィルタは、緊急時に、細かいデブリが原子炉に注入されるのを十分に防げない可能性があることを認識している。プラントの構成要素の故障、および／またはほとんど使われない安全システムの操作に起因して、このような細かいデブリが、過渡状況で容易に作り出され得る。圧力抑制プール内に浸されたストレーナが目詰まりすると、原子炉への冷却材の緊急注入に支障が来たされる可能性がある。同様に、緊急注入中に細かいデブリが、原子炉内に入ることが可能である場合、このデブリが原因で、さらなるシステム障害、さらに燃料損傷の拡大さえも発生する可能性がある。

本発明は、原子炉用の冷却材の外部の位置に設置される、少なくとも１つのフィルタ装置を使用する原子炉環境でのデブリ低減のためのシステムおよび方法である。本発明は、冷却材からデブリを除去する際に効果的であるが、冷却材と接触する際には、冷却材の流れを実質的に妨げないフィルタを使用する。以下に説明される例示的な実施形態は、本発明で使用可能な異なる選択肢をわずか数個例示する。

図２は、実施形態の一例である、濾過システム１００の設置を示す、原子炉格納容器の概略図である。図１および図２が、同様の番号が付された構成要素を収容する、異なる格納容器の設計を示すが、どちらの設計も、複数の他の格納容器の設計と同様に、例示的な実施形態のシステムで使用可能であることが理解される。

図２に示されるように、１つまたは複数のデブリフィルタ１５０が、原子炉圧力容器４２を囲むドライウェル５１に取り付けられている。フィルタ１５０は、冷却材がドライウェル５１から、圧力抑制プール５９等の冷却材源に流れ得る領域で、全ての冷却材源の外側に戦略的に配置される。例えば、フィルタ１５０は、流体冷却材がドライウェル５１に流れ込もうとする所である、ドライウェル５１内部の床８０に沿って配置され得る。ドライウェル５１は、プラットフォーム、職員の通路、階段、および／または格子を含む。あるいは、例えば、フィルタ１５０は、圧力抑制プール５９に流れる降水管８１への経路に配置され得、圧力抑制プール５９は、流体冷却材が圧力抑制プール５９に入る前に流れる所である、トーラスまたは圧力抑制チャンバ５８に収容される。

例示的な実施形態のシステム１００が、床８０および降水管８１のフィルタ１５０を示すが、例示的な実施形態において、他の認識された冷却材の濾過用の流路が使用可能であることが理解される。別の格納容器の設計または異なる過渡状況において、冷却材の流れは他の位置でも起こり得るため、このような冷却材の流れにフィルタ１５０を配置することによって、他の位置で濾過が行われ得る。例えば、主蒸気配管、原子炉圧力容器底部、および／または噴射ポンプの領域が、原子炉の緊急冷却用に、冷却材源に流す流体冷却材の流れを受ける可能性がある場合、フィルタ１５０は、これらの周囲に配置されることが可能である。このように、使用者は、特定の過渡現象および格納容器の構成に対して、緊急冷却材源への任意の起こり得る冷却材流路を判断し、さらに、このような過渡現象が発生する前に、フィルタ１５０を格納容器のこれらの領域に設置することが可能である。

例示的な実施形態のシステム１００が、圧力抑制プール５９の水中ではなく、例えば冷却材の外側に設置されるフィルタ１５０を使用することができるため、フィルタ１５０は、冷却材源に存在する沈殿物または他の材料によって目詰まりする可能性がない。冷却材源の外側のフィルタ１５０は、非常に早く、そして格納容器内部から冷却材の流れが生じる場所に非常に近くで、冷却材をさらに濾過することができる。したがって、フィルタ１５０は、フィルタ１５０の目詰まりを比較的少なく保ったまま、過渡状況において存在する冷却材の流れのみを遮断および濾過し得、かつ、フィルタ１５０は、デブリ、特に細かいデブリが、格納容器内における冷却材源への冷却材の流れに混入されることを妨げ得る。例えば、降水管８１の先端に配置されるフィルタ１５０は、冷却材漏れからドライウェル５１への冷却材の流れを、このような冷却材が圧力抑制プール５９に流れ得る前に濾過することができる。これにより、過渡状況において、全てのデブリが、圧力抑制プール５９に流れ込むことみ、さらに最終的には原子炉４２等の任意の注入地点に流れ込むことを妨げること、あるいは、そのようなデブリを減少させることが可能である。

例示的な実施形態のシステム１００が、ドライウェル５１のアクセス可能な領域内に設置されるフィルタ１５０を使用することが可能なため、システム１００の設置および整備は、プラント建設中、定期保守中、または燃料供給のための停止中に実現され得る。例えば、過渡期間に床８０または降水管８１等の流体の流路となり得る野外環境に設置されたフィルタ１５０に、職員が容易にアクセスすることが可能であり得る。したがって、職員は、圧力抑制プール５９に排水したり、または水中保守を実行したりする必要無しに、フィルタ１５０を定期的に点検し、清掃し、かつまたは取り替えることが可能である。

複数の異なるフィルタの材料および構成が、フィルタ１５０として利用可能である。フィルタ１５０は、設置領域での予測される流量およびデブリの種類に基づいて選択され得る。例えば、燃料体に関して使用される流路を有するフィルタのような、剛性のある開放された流路を有するフィルタが、図２におけるフィルタ１５０として設置され得る。このようなフィルタ１５０の例は、図３に示される。図３のフィルタ１５０は、Ｅｌｋｉｎｓらと共有される米国特許第８３１７０３５号明細書に記載されており、その内容の全ては本明細書に組み込まれている。Ｅｌｋｉｎｓらによるフィルタは、一般に再循環する原子炉冷却材で見つかる細かいデブリを捕集するのに効果的である。この冷却材は、過渡状況の間に原子炉４２の外側に漏れる場合があり、あるいは特にエネルギー過渡状況の間に作り出され得る。それ以外の状況においては、フィルタ１５０は、ＥＣＣＳライン１０を介して冷却材が原子炉４２に注入され得るように、圧力抑制プール５９等の冷却材源への流体の流れを許容し、あるいは、混入したデブリによる目詰まりまたは他の損傷を与える可能性が低い状態で、温度および圧力を緩和するために使用される。同様に、有孔金属板、金網、繊維ガラスフィルタ等の、別のストレーナ、スクリーン等が、予測される冷却材の流れに応じてフィルタ１５０に使用され得る。

例示的な実施形態および方法がこのように記述されたが、当業者であれば、通常行われる実験によって、以下の請求項の範囲内で、当該例示的な実施形態を変更し、置換することが可能であることを理解されるであろう。例えば、単に寸法を適切に設定すること、および例示的な実施形態を適切に配置することによって、各種の異なる原子炉および格納容器の設計は例示的な実施形態および方法に適合し、これらも、特許請求の範囲内である。このような変更例は、特許請求の範囲から逸脱したものとみなされるべきではない。

３ 下部ドライウェル
２６ 原子炉
１０ ＥＣＣＳライン
３６ 格納建造物
３７ 重力駆動冷却系プール
４１ 炉心
４２ 原子炉
５１ ドライウェル
５４ 上部ドライウェル
５７ パイプ
５８ 圧力抑制チャンバ
５９ 圧力抑制プール
６５ 静的格納容器冷却系プール
８０ ドライウェル床
８１ 降水管
１００ 例示的な実施形態の濾過システム
１５０ フィルタ

Claims (19)

1. 原子炉冷却材からデブリを除去するためのシステムであって、
   原子炉圧力容器と、
   材源内の冷却材が前記原子炉圧力容器に注入され得るように、前記原子炉圧力容器に接続された緊急冷却材源と、
   前記原子炉圧力容器および前記緊急冷却材源を収容する格納建造物（３６）と、
   前記格納建造物（３６）内および前記緊急冷却材源の外側の少なくとも１つのフィルタ（１５０）であって、前記冷却材からデブリを濾過するように構成されているフィルタ（１５０）と
   を備えるシステム。
2. 前記フィルタ（１５０）が、前記冷却材が流れ得る複数の剛性のある開放された流路を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記冷却材が水であり、前記フィルタ（１５０）が金属のみで製造される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記緊急冷却材源が、前記原子炉圧力容器の周囲と下方に一定量の冷却材を収容する圧力抑制プール（５９）であり、
   前記システムが、
   前記格納建造物（３６）の内部から前記圧力抑制プール（５９）に排水する少なくとも１つの管をさらに備え、
   前記フィルタ（１５０）が前記圧力抑制プール（５９）から最も離れた前記管の端に配置される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記フィルタ（１５０）が、格納建造物内の開放された床の下方に配置される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記原子炉圧力容器を囲み、前記緊急冷却材源を前記原子炉圧力容器から分離するドライウェルをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
7. 前記冷却材が前記原子炉から前記緊急冷却材源に流れる際の漏出時にのみ、前記冷却材と接触するように、前記フィルタ（１５０）が前記格納建造物の内部に配置される、請求項１に記載のシステム。
8. 床格子を有し、かつ圧力抑制プールおよびドライウェルを収容する、原子炉格納建造物におけるデブリ低減のためのシステムであって、前記圧力抑制プールと、前記ドライウェルとが複数の降水管を通じて流体接続されており、前記システムが、
   前記ドライウェルと前記降水管の１つとの交差部分の実質的に全体に設置される第１のフィルタ（１５０）と、
   前記床格子の下に設置される第２のフィルタ（１５０）と、を備えるシステム。
9. 前記フィルタ（１５０）が、水が流れ得る複数の剛性のある開放された流路を含む、請求項８に記載のシステム。
10. 前記フィルタ（１５０）が、金属のみで製造され、実質的に水を吸収しない、請求項９に記載のシステム。
11. ドライウェルで漏出する原子炉水の流路に設置される第３のフィルタ（１５０）をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
12. 原子炉冷却材からデブリを除去する方法であって、
    原子炉システムから冷却材が流出する際に、前記冷却材が流れる前記原子炉から冷却材源への流路を識別するステップと、
    前記流路および前記冷却材源の外側に冷却材のフィルタ（１５０）を設置するステップと、
    を含む方法。
13. 前記設置するステップが、前記原子炉の動作停止期間に行われる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記冷却材源が、過渡状況の間に前記原子炉に注入される冷却材を保持する圧力抑制プールである、請求項１２に記載の方法。
15. 前記流路が、前記原子炉の格納建造物内の少なくとも１つの床格子、および前記原子炉のドライウェルを前記圧力抑制プールに接続する降水管を通過する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記設置するステップが、前記ドライウェルと前記降水管の１つとの交差部分の実質的に全体に、第１の冷却材のフィルタ（１５０）を設置することと、前記床格子の下に第２のフィルタ（１５０）を設置することと、
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記フィルタ（１５０）が、冷却材が流れ得る複数の剛性のある開放された流路を含む、請求項１２に記載の方法。
18. 前記フィルタ（１５０）が、金属のみで製造され、実質的に冷却材を吸収しない、請求項１７に記載の方法。
19. 前記設置するステップが、前記冷却材が前記原子炉から前記冷却材源に流れる際の漏出時にのみ、前記冷却材と接触するように、前記原子炉の前記格納建造物の内部に前記フィルタ（１５０）を設置することを含む、請求項１２に記載の方法。