JP2017133872A

JP2017133872A - 原子炉格納容器の冷却設備

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Publication number: JP2017133872A
Application number: JP2016012329A
Authority: JP
Inventors: 大樹佐藤; Daiki Sato; 浩二安藤; Koji Ando
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-01-26
Also published as: JP6533750B2

Abstract

【課題】過酷事故時でも自然循環力により原子炉格納容器内のガスを冷却可能とすることは勿論、冷却性能が低下することがないこと。
【解決手段】本発明の原子炉格納容器の冷却設備は、課題を解決するために、原子炉格納容器内の凝縮性ガス及び非凝縮性ガスから成る被冷却ガスを冷却させて凝縮させる複数の伝熱管と、複数の伝熱管を収納し被冷却ガスを内外に吸気及び排気するための吸気口及び排気口を有するケーシングと、複数の伝熱管のそれぞれに冷却材を供給及び回収する複数の伝熱管入口及び出口配管と、複数の伝熱管入口配管へ冷却水を供給及び回収する冷却水入口及び出口ヘッダとを備え、ケーシング内に被冷却ガスを吸気するための吸気口が、ケーシングの側面上部に相対向するように設けられていると共に、ケーシング外に被冷却ガスを排気するための排気口が、ケーシングの底面に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は原子炉格納容器の冷却設備に係り、特に、過酷事故時に自然循環力を利用して原子炉格納容器内を冷却するものに好適な原子炉格納容器の冷却設備に関する。

原子力発電所の過酷事故時における原子炉格納容器内の冷却として、原子炉格納容器内設備へ電源が供給されない環境でも被冷却ガスを循環させ、冷却を可能とする冷却設備が期待される。

ファン等の動力を用いなくとも、被冷却体である凝縮性ガスと、この凝縮性ガスよりも密度の大きい非凝縮性ガスから成る混合気体を冷却して生じる自然循環力を利用した冷却設備がある（例えば、特許文献１参照）。

上述した自然循環力を利用した冷却設備の除熱性能向上には、被冷却ガスの供給流量を増加させることが望ましく、被冷却ガスの作動抵抗の低減が試みられている。

一般的な自然循環力を利用した冷却設備は、被冷却体中の凝縮性ガスを冷却させて凝縮させるための複数の伝熱管と、この伝熱管を収納し被冷却ガスの吸気及び排気用の開口部を有するケーシングと、それぞれが前記伝熱管に接続され、この伝熱管に冷却材を供給する冷却材入口配管と、それぞれが前記伝熱管に接続され、この伝熱管から冷却材を回収する冷却材出口配管とを備えている。

特開２００３−２４０８８８号公報

一般的な自然循環力を利用した冷却設備は、原子炉格納容器内に設置され、冷却水は原子炉格納容器外からポンプ等を用いて供給されている。その構造は、被冷却ガスの作動抵抗を低減し自然循環力を維持するために、伝熱管を収納するケーシングの上面に被冷却ガス吸気用の開口部（吸気口）を設けている。

しかしながら、ケーシング上面に被冷却ガス吸気用の開口部を設けると、過酷事故時の原子炉格納容器内の環境状況によっては、ケーシング内への異物混入や格納容器冷却スプレイ水の直接混入が想定されることから、結果的に、自然循環力を利用した冷却設備の除熱性能が低下するという課題がある。

また、過酷事故時の原子炉格納容器内は高温であり、熱交換器の伝熱管出口で受熱した冷却水が蒸発することで発生した気泡が、伝熱管出口部に滞留し冷却水の供給流量が低下する懸念がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過酷事故時でも自然循環力により原子炉格納容器内のガスを冷却可能とすることは勿論、冷却性能が低下することがない原子炉格納容器の冷却設備を提供することにある。

本発明の原子炉格納容器の冷却設備は、上記目的を達成するために、原子炉格納容器内の凝縮性ガス及び非凝縮性ガスから成る被冷却ガスを冷却させて凝縮させる複数の伝熱管と、該複数の伝熱管を収納し前記被冷却ガスを内外に吸気及び排気するための吸気口及び排気口を有するケーシングと、前記複数の伝熱管のそれぞれに冷却材を供給する複数の伝熱管入口配管と、前記複数の伝熱管のそれぞれから冷却材を回収する複数の伝熱管出口配管と、前記複数の伝熱管入口配管へ冷却水を供給する冷却水入口ヘッダと、前記複数の伝熱管出口配管から回収した冷却水を合流させる冷却水出口ヘッダと、前記冷却水入口ヘッダに接続された冷却水供給配管と、前記冷却水出口ヘッダに接続された冷却水排水配管とを備え、前記ケーシング内に前記被冷却ガスを吸気するための前記吸気口が、前記ケーシングの側面上部に相対向するように設けられていると共に、前記ケーシング外に前記被冷却ガスを排気するための前記排気口が、前記ケーシングの底面に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、過酷事故時でも自然循環力により原子炉格納容器内のガスを冷却可能とすることは勿論、冷却性能が低下することがない原子炉格納容器の冷却設備を得ることができる。

本発明の原子炉格納容器の冷却設備の実施例１の概略構成を示す斜視図である。本発明の原子炉格納容器の冷却設備の実施例１のシステム構成を示す図である。

以下、図示した実施例に基づいて、本発明の原子炉格納容器の冷却設備の実施例１を説明する。

図１に、本発明の原子炉格納容器の冷却設備の実施例１を示す。

該図に示す如く、本実施例の原子炉格納容器の冷却設備は、原子炉格納容器９（図２参照）内の凝縮性ガス及び非凝縮性ガスから成る被冷却ガスを冷却させて凝縮させる複数（本実施例では３本）の伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃと、この３本の伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃを収納し被冷却ガスを内外に吸気及び排気するための吸気口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び排気口２ｅを有するケーシング２と、３本の伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃのそれぞれに冷却材を供給する複数（本実施例では３本）の伝熱管入口配管３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、３本の伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃのそれぞれから冷却材を回収する複数の伝熱管出口配管４Ａ、４Ｂ、４Ｃと、３本の伝熱管入口配管３Ａ、３Ｂ、３Ｃへ冷却水を供給する冷却水入口ヘッダ５と、３本の伝熱管出口配管４Ａ、４Ｂ、４Ｃから回収した冷却水を合流させる冷却水出口ヘッダ６と、冷却水入口ヘッダ５に接続された冷却水供給配管７と、冷却水出口ヘッダ６に接続された冷却水排水配管８とを備えて概略構成されている。

そして、本実施例では、ケーシング２内に被冷却ガスを吸気するための吸気口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが、ケーシング２の側面上部の前後、左右それぞれ（４面）に相対向するように設けられていると共に、ケーシング２外に被冷却ガスを排気するための排気口２ｅが、ケーシング２の底面に設けられている。

また、冷却水入口ヘッダ５が重力方向と平行に設置され、この冷却水入口ヘッダ５の上部で冷却水供給配管７に接続されていると共に、冷却水出口ヘッダ６が重力方向と平行に設置され、この冷却水出口ヘッダ６の上部で冷却水排水配管８に接続されている。

更に、本実施例では、ケーシング２の側面上部に設けられている吸気口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及びケーシング２の底面に設けられている排気口２ｅは、ケーシング２の構造上及び設置上可能な限り大きく形成されている。

図２に、上述した本実施例の自然循環を利用した原子炉格納容器の冷却設備のシステム構成を示す。

図２に示すように、本実施例の自然循環を利用した原子炉格納容器９の冷却設備は、原子炉格納容器９内に設置されるものであり、原子炉格納容器９内の被冷却ガスは、自然循環力により本実施例の原子炉格納容器９の冷却設備へと吸排気される。被冷却ガスを冷却するために伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃへと供給される冷却水は、原子炉格納容器９外からポンプ（図示せず）等により供給される。この冷却水は、本実施例の原子炉格納容器９の冷却設備で受熱後、原子炉格納容器９外へと排水される。

次に、図１を用いて、本実施例の原子炉格納容器９の冷却設備での自然循環力による被冷却ガスの動作機能を説明する。

図１において、原子炉格納容器９内の被冷却ガスは、凝縮性ガスと、この凝縮性ガスより密度が大きい非凝縮性ガスとの混合ガスで構成される。被冷却ガスは、ケーシング２の側面上部に設けられている吸気口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃの表面へと流入する。この際、被冷却ガスによって運ばれる原子炉格納容器９内の異物や格納容器冷却スプレイ水は、重力の影響により上部から下部へと流れるが、吸気口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはケーシング２上面ではなく、上部側面に設けられているため、ケーシング２内に直接混入することはない。

なお、本実施例では、ケーシング２内に被冷却ガスを吸気するための吸気口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが、ケーシング２の側面上部の前後、左右それぞれ（４面）に相対向するように設けられているが、製作または構造上ケーシング２上面に吸気口を設ける場合、ケーシング２上面の吸気口上部に、ケーシング２へ被冷却ガスが流入することを妨げないようにシールド材（図示せず）を設けることで、原子炉格納容器９内の異物や格納容器スプレイ水がケーシング２内に直接混入することはない。

伝熱管入口配管３Ａ、３Ｂ、３Ｃから伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃへ冷却水が供給されると、被冷却ガスは冷却水との熱交換によって温度は低下し、伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃの外表面で被冷却ガス中の凝縮性ガスは凝縮する。この際、冷却水は、伝熱管出口配管４Ａ、４Ｂ、４Ｃを経由して、本実施例の原子炉格納容器９の冷却設備外へと移送される。

凝縮性ガスの凝縮により被冷却ガスの体積が減少した分、本実施例の原子炉格納容器９の冷却設備周囲の凝縮性ガスと非凝縮性ガスで構成される混合ガスが、冷却設備の内部の伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃへと再び流入する。

被冷却ガスの温度低下により繰り返し凝縮性ガスは凝縮するが、非凝縮性ガスは伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃの周囲に残留するため、伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃの周囲に残留する非凝縮性ガス濃度は増加する。非凝縮性ガスの密度は凝縮性ガスの密度より大きいため、凝縮により凝縮性ガスの割合が低下するにつれて、伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃの周囲に存在する凝縮性ガスと非凝縮性ガスの混合気体の密度は、本実施例の原子炉格納容器９の冷却設備外の凝縮性ガスと非凝縮性ガスの混合気体の密度より大きくなり、重力により冷却設備の下方向に移動することで排気口２ｅから排気される。

本実施例の原子炉格納容器９の冷却設備における冷却水は、図２に示すように、原子炉格納容器９外より冷却水供給配管７を経由して、冷却水入口ヘッダ５に移送される。冷却水入口ヘッダ５に供給された冷却水は、複数の伝熱管入口配管３Ａ、３Ｂ、３Ｃに分岐して移送され、各伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃに流入し原子炉格納容器９内の被冷却ガスにより受熱する。受熱により温度が上昇した冷却水は、各伝熱管出口配管４Ａ、４Ｂ、４Ｃを経由して冷却水出口ヘッダ６で合流し、冷却水排水配管８を通って、原子炉格納容器９外へと排水される。

また、伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃでの受熱により、万一、冷却水が伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内で沸騰して蒸発しても、冷却水出口ヘッダ６から冷却水排水配管８への冷却水の流れは上向きのため、発生した気泡も滞留することなく冷却水とともに排出される。

なお、本実施例では、伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、伝熱管入口配管３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、伝熱管出口配管４Ａ、４Ｂ、４Ｃを、各々３本として説明したが、それらの具体的な本数は問わない。

このような本実施例によれば、過酷事故時でも自然循環力により原子炉格納容器９内のガスを冷却可能とする機能を有した上で、原子炉格納容器９内の異物や格納容器スプレイ水がケーシング２内へ直接混入することで伝熱効率が著しく低下することや、伝熱管１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内で冷却水が沸騰し特定の箇所に気泡が滞留することで、冷却水の供給流量が著しく低下することのない原子炉格納容器の冷却設備を提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例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、上記した実施例は本発明を分かり易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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例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。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…伝熱管、２…ケーシング、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…吸気口、２ｅ…排気口、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ…伝熱管入口配管、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ…伝熱管出口配管、５…冷却水入口ヘッダ、６…冷却水出口ヘッダ、７…冷却水供給配管、８…冷却水排水配管、９…原子炉格納容器。

Claims

原子炉格納容器内の凝縮性ガス及び非凝縮性ガスから成る被冷却ガスを冷却させて凝縮させる複数の伝熱管と、該複数の伝熱管を収納し前記被冷却ガスを内外に吸気及び排気するための吸気口及び排気口を有するケーシングと、前記複数の伝熱管のそれぞれに冷却材を供給する複数の伝熱管入口配管と、前記複数の伝熱管のそれぞれから冷却材を回収する複数の伝熱管出口配管と、前記複数の伝熱管入口配管へ冷却水を供給する冷却水入口ヘッダと、前記複数の伝熱管出口配管から回収した冷却水を合流させる冷却水出口ヘッダと、前記冷却水入口ヘッダに接続された冷却水供給配管と、前記冷却水出口ヘッダに接続された冷却水排水配管とを備え、
前記ケーシング内に前記被冷却ガスを吸気するための前記吸気口が、前記ケーシングの側面上部に相対向するように設けられていると共に、前記ケーシング外に前記被冷却ガスを排気するための前記排気口が、前記ケーシングの底面に設けられていることを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。
請求項１に記載の原子炉格納容器の冷却設備において、
前記ケーシングに設けられている前記被冷却ガスを吸気するための前記吸気口が、前記ケーシングの上面に形成されている場合には、この吸気口上部に、被冷却ガスがケーシング内へ流入することを妨げないようにシールド部材が設置されていることを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。
請求項１又は２に記載の原子炉格納容器の冷却設備において、
前記冷却水入口ヘッダが重力方向と平行に設置され、該冷却水入口ヘッダの上部で前記冷却水供給配管に接続されていると共に、前記冷却水出口ヘッダが重力方向と平行に設置され、該冷却水出口ヘッダの上部で冷却水排水配管に接続されていることを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の原子炉格納容器の冷却設備において、
前記ケーシングの側面上部に設けられている前記吸気口、及び前記ケーシングの底面に設けられている前記排気口は、前記ケーシングの構造上及び設置上可能な限り大きく形成されていることを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。