JP2015197394A - 原子炉プラント、原子炉プラント冷却設備および原子炉プラント冷却設備運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】格納容器スプレイを作動させることにより原子炉格納容器内に冷却水を注入した場合に、原子炉格納容器内の圧力抑制プールの水位が上昇してウェットウェルベント配管排出口が水没することを防いで、格納容器スプレイの作動を継続可能とする冷却設備ならびにその運転方法を提供する。【解決手段】原子炉プラントは、原子炉格納容器１２と、ドライウェル１３内の格納容器スプレイスパージャ３２と、格納容器スプレイスパージャ３２に冷却水を供給する格納容器スプレイ配管３３と、原子炉格納容器１２の外に配置されて原子炉事故時に圧力抑制プール１５内の冷却水を導入して溜める外部タンク３４と、外部タンク３４内の冷却水を格納容器スプレイ配管３３に送る格納容器スプレイ戻し配管３７と、圧力抑制プール１５から移送される冷却水を冷却する熱交換器３９と、を有する。【選択図】図１

Description

この発明の実施形態は、原子炉プラントおよびその冷却設備ならびにその冷却設備の運転方法に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）プラントにおいて、過酷事故時に水蒸気や非凝縮性ガスの発生により、原子炉格納容器内の圧力が上昇し、それにより原子炉格納容器の過圧破損が懸念される事態がありうる。

従来のＢＷＲプラントでは、復水補給水系（ＭＵＷＣ，Make-Up Water System (Condensate)）などの常用系ポンプで格納容器スプレイを作動させることにより原子炉格納容器内の圧力上昇を抑制する設計としている（特許文献１参照）。

特開平９−３１８７８３号公報

格納容器スプレイを作動させることにより原子炉格納容器内に冷却水を注入した場合に、原子炉格納容器内の圧力抑制プールの水位が上昇してウェットウェルベント配管排出口が水没すると、原子炉格納容器ベントをできなくなる。したがって、原子炉格納容器ベントが可能な状態を維持するためには、ウェットウェルベント配管排出口が水没する前に格納容器スプレイの作動を止める必要がある。しかし、格納容器スプレイの作動を止めると原子炉格納容器内の除熱ができず、原子炉格納容器内の圧力を抑制できない場合も想定される。

この発明の実施形態は、かかる課題を解決するためのものであって、原子炉事故時に、格納容器スプレイを作動させることにより原子炉格納容器内に冷却水を注入した場合に、原子炉格納容器内の圧力抑制プールの水位が上昇してウェットウェルベント配管排出口が水没することを防いで、格納容器スプレイの作動を継続可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る原子炉プラントは、炉心を収容する原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器を格納するドライウェルと、原子炉事故時に前記ドライウェルと連通して前記ドライウェル内の蒸気を導入してその蒸気を凝縮する冷却水を溜めた圧力抑制プールを備えたウェットウェルと、を形成する原子炉格納容器と、前記ドライウェル内に冷却水を散布する格納容器スプレイスパージャと、前記格納容器スプレイスパージャに前記原子炉格納容器の外から冷却水を供給する格納容器スプレイ配管と、前記原子炉格納容器の外に配置されて、原子炉事故時に前記圧力抑制プール内の冷却水を導入してその冷却水を溜める外部タンクと、前記外部タンク内の冷却水を前記格納容器スプレイ配管に送る格納容器スプレイ戻し配管と、前記圧力抑制プールから移送されて前記外部タンクを経由して前記格納容器スプレイ戻し配管に送られる冷却水を冷却する熱交換器と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る原子炉プラント冷却設備は、原子炉圧力容器を格納するドライウェルと、原子炉事故時に前記ドライウェルと連通して前記ドライウェル内の蒸気を導入してその蒸気を凝縮する冷却水を溜めた圧力抑制プールを備えたウェットウェルと、を形成する原子炉格納容器を備えた原子炉プラントの冷却設備であって、前記ドライウェル内に冷却水を散布する格納容器スプレイスパージャと、前記格納容器スプレイスパージャに前記原子炉格納容器の外から冷却水を供給する格納容器スプレイ配管と、前記原子炉格納容器の外に配置されて、原子炉事故時に前記圧力抑制プール内の冷却水を導入してその冷却水を溜める外部タンクと、前記外部タンク内の冷却水を前記格納容器スプレイ配管に送る格納容器スプレイ戻し配管と、前記圧力抑制プールから移送されて前記外部タンクを経由して前記格納容器スプレイ戻し配管に送られる冷却水を冷却する熱交換器と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る原子炉プラント冷却設備運転方法は、原子炉圧力容器を格納するドライウェルと、原子炉事故時に前記ドライウェルと連通して前記ドライウェル内の蒸気を導入してその蒸気を凝縮する冷却水を溜めた圧力抑制プールを備えたウェットウェルと、を形成する原子炉格納容器を備えた原子炉プラントの冷却設備の運転方法であって、原子炉事故時に、前記原子炉格納容器の外部から前記ドライウェル内に冷却水を導入してその冷却水を散布する格納容器スプレイ工程と、前記格納容器スプレイ工程の途中で、前記圧力抑制プール内の冷却水を前記原子炉格納容器の外に配置された外部タンク内に移送する移送工程と、を有し、前記格納容器スプレイ工程は、前記外部タンク内の冷却水を前記ドライウェル内に導入する工程を含むこと、を特徴とする。

この発明の実施形態によれば、原子炉事故時に、格納容器スプレイを作動させることにより原子炉格納容器内に冷却水を注入した場合に、原子炉格納容器内の圧力抑制プールの水位が上昇してウェットウェルベント配管排出口が水没することを防ぎ、格納容器スプレイの作動を継続可能とすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る原子炉プラントの構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る原子炉プラントの構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る原子炉プラントの構成を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る原子炉プラントの構成を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る原子炉プラントについて説明する。ここで、互いに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。

なお、各実施形態の構成を示す模式図において、各種配管に設けられる弁は図示を省略している。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る原子炉プラントの構成を示す模式図である。

この実施形態は沸騰水型原子炉プラントであって、原子炉圧力容器１０内に炉心１１が収容されている。原子炉圧力容器１０は、原子炉格納容器１２内に収容されている。原子炉格納容器１２はドライウェル１３とウェットウェル１４に区画されていて、原子炉圧力容器１０はドライウェル１３内に配置されている。ウェットウェル１４には、常時、冷却水が溜められていて、圧力抑制プール１５が形成されている。ドライウェル１３とウェットウェル１４の間は、上下に延びる複数の圧力抑制ベント管１６で連絡しており、圧力抑制ベント管１６の上端はドライウェル１３で開口し、圧力抑制ベント管１６の下部はウェットウェル１４内の圧力抑制プール１５内で開口している。

圧力抑制プール１５の通常時の水面２０の位置よりも上方のウェットウェル１４にベント排出口２１が形成されている。事故時にウェットウェル１４内の気体を原子炉格納容器１２外に排出するためのウェットウェルベント配管２２がベント排出口２１に接続され、ウェットウェルベント配管２２の出口部に排気筒２３が配置されている。また、ウェットウェルベント配管２２の途中に、フィルタなどを含む非常用ガス処理設備２４が設置されている。なお、原子炉プラントの通常運転時には、ウェットウェルベント配管２２の途中に設けられた図示しないウェットウェルベント弁が閉じられていて排気筒２３からの排気は行わない。

原子炉格納容器１２の外に蒸気タービン２７が配置され、原子炉の通常運転時に炉心１１の熱で発生した蒸気が、主蒸気配管２８を通じて蒸気タービン２７に送られるように構成されている。蒸気タービン２７で仕事を終えた蒸気は主復水器２９で凝縮するように構成されている。主復水器２９で凝縮してできた復水は給水ポンプ３０で昇圧され、給水配管３１を通って原子炉圧力容器１０に戻されるように構成されている。なお、通常のＢＷＲプラントでは給水ポンプの上流側に復水ポンプを設けているが、ここでは復水ポンプの機能を含めて一つの給水ポンプ３０として示している。

ドライウェル１３内の上部に格納容器スプレイスパージャ３２が配置され、格納容器スプレイ配管３３を通じて、原子炉格納容器１２の外の残留熱除去系（図示せず）などから供給された冷却水をドライウェル１３内に散布できるようになっている。

原子炉格納容器１２の外に外部タンク３４が配置されている。外部タンク３４には放射性物質を含む水が導入され得るため、外部タンク３４から放射性物質が拡散しないよう構成される。例えば外部タンク３４の気密性が確保されているか、外部タンク３４の水が外部タンク３４導入前または外部タンク３４内部にて十分に冷却されるよう構成されている、放射性物質が揮発しないように水質を制御する設備が付属される、等の構成が考えられる。

本実施形態においては、外部タンク３４は、圧力抑制プールサージタンクである。圧力抑制プール１５内の冷却水を外部タンク３４に移送するために、移送配管３５および移送ポンプ３６が配置されている。また、外部タンク３４内の冷却水を格納容器スプレイ配管３３に送るための格納容器スプレイ戻し配管３７および格納容器スプレイ戻しポンプ３８が配置されている。外部タンク３４内に熱交換器３９が配置され、この熱交換器３９により、外部タンク３４内の冷却水の熱を海水や大気等に放熱できるようになっている。

圧力抑制プールサージタンクは、原子炉プラントの定期検査のときなどに、圧力抑制プール１５内の点検のために圧力抑制プール１５内の冷却水を一時的に移送して溜めておくためのタンクである。定期検査のときに一時的に圧力抑制プールサージタンク内に溜めた冷却水は、格納容器スプレイ配管３３を経由せず、図示しない戻し配管を通じて、圧力抑制プール１５に戻せるようになっている。

上記構成の原子炉プラントで、冷却材喪失事故などが起きた場合、主蒸気配管２８や給水配管３１に設けられた図示しない弁が閉じられ、原子炉格納容器１２は外部から隔離される。ドライウェル１３内の気体は圧力抑制ベント管１６を通じて圧力抑制プール１５内に放出される。圧力抑制プール１５内に放出された蒸気は凝縮し、原子炉格納容器１２内の圧力上昇が抑制される。また、図示しない非常用炉心冷却系などにより炉心が冷却される。また、格納容器スプレイ配管３３を通じて格納容器スプレイスパージャ３２に冷却水が供給され原子炉格納容器１２内が冷却される。

冷却材喪失事故などが起きた場合であっても、原子炉格納容器１２内の圧力が所定のレベル以下に維持される場合は、ウェットウェルベント配管２２を通じた排気は行わない。しかし、原子炉格納容器１２内の圧力が所定のレベルを超える場合は、ウェットウェルベント配管２２を通じた排気を行って、原子炉格納容器１２内の圧力が過度に高まるのを防止する。ここで、ウェットウェルベント配管２２を通じた排気を行うためには、圧力抑制プール１５内の冷却水の水面２０をベント排出口２１よりも下方に維持する必要がある。

この実施形態では、圧力抑制プール１５内の冷却水を、移送配管３５を通じて外部タンク３４に導く。外部タンク３４内の冷却水は熱交換器３９によって冷却されている。この冷却された冷却水は、格納容器スプレイ戻し配管３７および格納容器スプレイ配管３３を通じて格納容器スプレイスパージャ３２に送られる。したがって、格納容器スプレイによる原子炉格納容器１２内の冷却を継続しながらも、圧力抑制プール１５内の冷却水の水面２０の上昇を抑制することができる。そして、原子炉格納容器１２内の圧力上昇を抑制、または圧力低下を促進するために、ウェットウェルベント配管２２を通じた排気を行うことも可能である。

上記実施形態の説明では外部タンク３４内に熱交換器３９を配置するものとしたが、変形例として、移送配管３５または格納容器スプレイ戻し配管３７に熱交換器を配置して、移送配管３５または格納容器スプレイ戻し配管３７内部の冷却水を冷却するようにしてもよい。

［第２の実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態に係る原子炉プラントの構成を示す模式図である。この実施形態は第１の実施形態の変形であって、事故時に高圧の圧力抑制プール１５内の冷却水を移送して溜める外部タンク３４（図１参照）として、蒸気タービン２７の排気を凝縮する主復水器２９を流用する。圧力抑制プール１５内の冷却水を主復水器２９に移送するために、移送配管３５および移送ポンプ３６が配置されている。また、主復水器２９内の冷却水を格納容器スプレイ配管３３に送るための格納容器スプレイ戻し配管３７および格納容器スプレイ戻しポンプ３８が配置されている。主復水器２９内に熱交換器３９が配置されている。

この実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、格納容器スプレイによる原子炉格納容器１２内の冷却を継続しながらも、圧力抑制プール１５内の冷却水の水面２０の上昇を抑制することができる。そして、原子炉格納容器１２内の圧力上昇を抑制、または圧力低下を促進するために、ウェットウェルベント配管２２を通じた排気を行うことも可能である。

上記実施形態の説明では主復水器２９内に熱交換器３９を配置するものとしたが、変形例として、移送配管３５または格納容器スプレイ戻し配管３７に熱交換器を配置して、移送配管３５または格納容器スプレイ戻し配管３７内部の冷却水を冷却するようにしてもよい。

［第３の実施形態］
図３は、本発明の第３の実施形態に係る原子炉プラントの構成を示す模式図である。この実施形態は第１の実施形態の変形であって、事故時に高圧の圧力抑制プール１５内の冷却水を移送して溜める外部タンク３４（図１参照）として、復水貯蔵タンク４１を用いる。

復水貯蔵タンク４１は、給水配管３１に接続され、一次系冷却水を補充するための冷却水を常時溜めておくタンクである。すなわち、復水貯蔵タンク４１内の冷却水を給水配管３１に供給するための復水補充配管４２が、復水貯蔵タンク４１と給水配管３１とを接続している。

圧力抑制プール１５内の冷却水を復水貯蔵タンク４１に移送するために、移送配管３５および移送ポンプ３６が配置されている。また、復水貯蔵タンク４１内の冷却水を格納容器スプレイ配管３３に送るための格納容器スプレイ戻し配管３７および格納容器スプレイ戻しポンプ３８が配置されている。復水貯蔵タンク４１内に熱交換器３９が配置されている。

この実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、格納容器スプレイによる原子炉格納容器１２内の冷却を継続しながらも、圧力抑制プール１５内の冷却水の水面２０の上昇を抑制することができる。そして、原子炉格納容器１２内の圧力上昇を抑制、または圧力低下を促進するために、ウェットウェルベント配管２２を通じた排気を行うことも可能である。

上記実施形態の説明では復水貯蔵タンク４１内に熱交換器３９を配置するものとしたが、変形例として、移送配管３５または格納容器スプレイ戻し配管３７に熱交換器を配置して、移送配管３５または格納容器スプレイ戻し配管３７内部の冷却水を冷却するようにしてもよい。

［第４の実施形態］
図４は、本発明の第４の実施形態に係る原子炉プラントの構成を示す模式図である。この実施形態は第３の実施形態の変形であって、事故時に高圧の圧力抑制プール１５内の冷却水を移送して溜める外部タンク３４（図１参照）として、純水タンク４５を用いる。

純水タンク４５は、復水貯蔵タンク４１への冷却水（純水）の補充や飲み水として使用する純水を常時溜めておくためのタンクである。純水タンク４５内の冷却水を復水貯蔵タンク４１に供給するための純水補充配管４６が、純水タンク４５と復水貯蔵タンク４１とを接続し、純水補充配管４６の途中に純水補充ポンプ４７が配置されている。

圧力抑制プール１５内の冷却水を純水タンク４５に移送するために、移送配管３５および移送ポンプ３６が配置されている。また、純水タンク４５内の冷却水を格納容器スプレイ配管３３に送るための格納容器スプレイ戻し配管３７および格納容器スプレイ戻しポンプ３８が配置されている。純水タンク４５内に熱交換器３９が配置されている。

この実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、格納容器スプレイによる原子炉格納容器１２内の冷却を継続しながらも、圧力抑制プール１５内の冷却水の水面２０の上昇を抑制することができる。そして、原子炉格納容器１２内の圧力上昇を抑制、または圧力低下を促進するために、ウェットウェルベント配管２２を通じた排気を行うことも可能である。

上記実施形態の説明では純水タンク４５内に熱交換器３９を配置するものとしたが、変形例として、移送配管３５または格納容器スプレイ戻し配管３７に熱交換器を配置して、移送配管３５または格納容器スプレイ戻し配管３７内部の冷却水を冷却するようにしてもよい。

［他の実施形態］
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。これら実施形態は、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。

１０ 原子炉圧力容器
１１ 炉心
１２ 原子炉格納容器
１３ ドライウェル
１４ ウェットウェル
１５ 圧力抑制プール
１６ 圧力抑制ベント管
２０ 水面
２１ ベント排出口
２２ ウェットウェルベント配管
２３ 排気筒
２４ 非常用ガス処理設備
２７ 蒸気タービン
２８ 主蒸気配管
２９ 主復水器
３０ 給水ポンプ
３１ 給水配管
３２ 格納容器スプレイスパージャ
３３ 格納容器スプレイ配管
３４ 外部タンク（圧力抑制プールサージタンク）
３５ 移送配管
３６ 移送ポンプ
３７ 格納容器スプレイ戻し配管
３８ 格納容器スプレイ戻しポンプ
３９ 熱交換器
４１ 復水貯蔵タンク
４２ 復水補充配管
４５ 純水タンク
４６ 純水補充配管
４７ 純水補充ポンプ

Claims (8)

1. 炉心を収容する原子炉圧力容器と、
   前記原子炉圧力容器を格納するドライウェルと、原子炉事故時に前記ドライウェルと連通して前記ドライウェル内の蒸気を導入してその蒸気を凝縮する冷却水を溜めた圧力抑制プールを備えたウェットウェルと、を形成する原子炉格納容器と、
   前記ドライウェル内に冷却水を散布する格納容器スプレイスパージャと、
   前記格納容器スプレイスパージャに前記原子炉格納容器の外から冷却水を供給する格納容器スプレイ配管と、
   前記原子炉格納容器の外に配置されて、原子炉事故時に前記圧力抑制プール内の冷却水を導入してその冷却水を溜める外部タンクと、
   前記外部タンク内の冷却水を前記格納容器スプレイ配管に送る格納容器スプレイ戻し配管と、
   前記圧力抑制プールから移送されて前記外部タンクを経由して前記格納容器スプレイ戻し配管に送られる冷却水を冷却する熱交換器と、
   を有することを特徴とする原子炉プラント。
2. 前記圧力抑制プール内の冷却水の通常時の水面位置の上方のウェットウェルに配置されたベント排出口に接続されて、原子炉事故時に前記原子炉格納容器内の気体を前記原子炉格納容器の外に排出可能なウェットウェルベント配管、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の原子炉プラント。
3. 前記外部タンクは、原子炉停止時に前記圧力抑制プール内の冷却水を移送して貯蔵可能な圧力抑制プールサージタンクであること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子炉プラント。
4. 前記原子炉格納容器の外に配置されて、前記原子炉圧力容器内で生成された蒸気の供給を受けて駆動される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンと前記原子炉圧力容器とを接続する主蒸気配管と、
   をさらに備え、
   前記外部タンクは、前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮する主復水器であること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子炉プラント。
5. 前記原子炉格納容器の外に配置されて、前記原子炉圧力容器内で生成された蒸気の供給を受けて駆動される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンと前記原子炉圧力容器とを接続する主蒸気配管と、
   前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮する主復水器と、
   前記主復水器で生成された水を前記原子炉圧力容器に戻す給水配管と、
   をさらに備え、
   前記外部タンクは、復水補充配管を介して前記給水配管に接続された復水貯蔵タンクであること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子炉プラント。
6. 前記原子炉格納容器の外に配置されて、前記原子炉圧力容器内で生成された蒸気の供給を受けて駆動される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンと前記原子炉圧力容器とを接続する主蒸気配管と、
   前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮する主復水器と、
   前記主復水器で生成された水を前記原子炉圧力容器に戻す給水配管と、
   復水補充配管を介して前記給水配管に接続された復水貯蔵タンクと、
   をさらに備え、
   前記外部タンクは、純水補充配管を介して前記復水貯蔵タンクに接続された純水タンクであること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子炉プラント。
7. 原子炉圧力容器を格納するドライウェルと、原子炉事故時に前記ドライウェルと連通して前記ドライウェル内の蒸気を導入してその蒸気を凝縮する冷却水を溜めた圧力抑制プールを備えたウェットウェルと、を形成する原子炉格納容器を備えた原子炉プラントの冷却設備であって、
   前記ドライウェル内に冷却水を散布する格納容器スプレイスパージャと、
   前記格納容器スプレイスパージャに前記原子炉格納容器の外から冷却水を供給する格納容器スプレイ配管と、
   前記原子炉格納容器の外に配置されて、原子炉事故時に前記圧力抑制プール内の冷却水を導入してその冷却水を溜める外部タンクと、
   前記外部タンク内の冷却水を前記格納容器スプレイ配管に送る格納容器スプレイ戻し配管と、
   前記圧力抑制プールから移送されて前記外部タンクを経由して前記格納容器スプレイ戻し配管に送られる冷却水を冷却する熱交換器と、
   を有することを特徴とする原子炉プラント冷却設備。
8. 原子炉圧力容器を格納するドライウェルと、原子炉事故時に前記ドライウェルと連通して前記ドライウェル内の蒸気を導入してその蒸気を凝縮する冷却水を溜めた圧力抑制プールを備えたウェットウェルと、を形成する原子炉格納容器を備えた原子炉プラントの冷却設備の運転方法であって、
   原子炉事故時に、前記原子炉格納容器の外部から前記ドライウェル内に冷却水を導入してその冷却水を散布する格納容器スプレイ工程と、
   前記格納容器スプレイ工程の途中で、前記圧力抑制プール内の冷却水を前記原子炉格納容器の外に配置された外部タンク内に移送する移送工程と、
   を有し、
   前記格納容器スプレイ工程は、前記外部タンク内の冷却水を前記ドライウェル内に導入する工程を含むこと、
   を特徴とする原子炉プラント冷却設備運転方法。

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