JP2017219436A

JP2017219436A - ｐＨ制御システム

Info

Publication number: JP2017219436A
Application number: JP2016114411A
Authority: JP
Inventors: 通尚文野; Michinao Fumino
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-12-14

Abstract

【課題】放射性有機ヨウ素を抑制するために必要なｐＨ調整剤を原子炉格納容器に安定的に供給する。【解決手段】冷却水を貯留可能な圧力抑制室にｐＨ調整剤を供給するｐＨ制御システムであって、加圧用空気を貯留する加圧用空気ボンベと、ｐＨ調整剤を貯留するｐＨ調整剤タンクと、を備え、ｐＨ調整剤タンクと圧力抑制室との間には、圧力調整器及び流量調整器のうち少なくとも一方を設け、加圧用空気ボンベとｐＨ調整剤タンクとの間には、圧力調整器を設けている。【選択図】図３

Description

本発明は、原子炉格納容器ｐＨ制御系において、交流電源喪失時にもｐＨ調整剤を安定的に供給するｐＨ制御システムに関する。

特許文献１には、原子炉格納容器にｐＨ調整剤を必要量供給するためのシステムが記載されている。ｐＨ調整剤の供給は、圧縮空気による圧送で行われ、交流電源喪失時に原子炉格納容器内に供給できる構成となっている。

特開２０１５−１７５７７５号公報

特許文献１には、交流電源喪失時にも動作可能な原子炉格納容器用ｐＨ調整システムが記載されているが、必要な薬剤の量を安定的に供給することができない場合がある。一方、効果的にヨウ素を除去するためには、定格量をドライウェル内に供給する必要がある。定格量を確保できない場合、ｐＨ調整剤を圧力抑制プール全体に散布することができなくなり、期待されるヨウ素抑制効果が得られない。

本発明は、放射性有機ヨウ素を抑制するために必要なｐＨ調整剤を原子炉格納容器に安定的に供給することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、冷却水を貯留可能な圧力抑制室にｐＨ調整剤を供給するｐＨ制御システムであって、加圧用空気を貯留する加圧用空気ボンベと、ｐＨ調整剤を貯留するｐＨ調整剤タンクと、を備え、ｐＨ調整剤タンクと圧力抑制室との間には、圧力調整器及び流量調整器のうち少なくとも一方を設け、加圧用空気ボンベとｐＨ調整剤タンクとの間には、圧力調整器を設けている。

本発明によれば、交流電源喪失時においても必要なｐＨ調整剤を安定的に格納容器内に供給することができ、放射性有機ヨウ素の発生を抑制することができる。

ｐＨ制御システムを備えた原子炉建屋の概略構成図である。図１に示す原子炉格納容器の内部を示す概略構成図である。実施例１のｐＨ制御システムを示す模式構成図である。実施例２のｐＨ制御システムを示す模式構成図である。実施例３のｐＨ制御システムを示す模式構成図である。

はじめに、原子炉建屋として沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を備えた原子炉建屋について説明する。なお、本明細書において「ｐＨ」とは、水素イオン濃度指数をいう。

図１は、ｐＨ制御システムを備えた原子炉建屋の概略を示したものである。

図１に示すように、原子炉建屋１内には、天井部に燃料交換機７、オペレーションフロア２（運転床）、オペレーションフロア２の直下に使用済燃料プール３、使用済燃料仮置きプール６、原子炉格納容器１０及び図示しないその他の安全系の機器が設けられている。原子炉格納容器１０は、原子炉圧力容器１１、ドライウェル１９、圧力抑制プール１４を保有する圧力抑制室１３（ウェットウェル）、原子炉圧力容器１１より発生する蒸気を図示しないタービンへ供給するための主蒸気供給配管４、図示しない復水器等より供給される冷却水（例えば、ホウ酸水又は純水等）を原子炉圧力容器１１へ供給するための冷却水供給配管５等から構成されている。

また、原子炉圧力容器１１内には、図示しない複数の燃料集合体が装荷された炉心、燃料集合体の核反応を制御するため炉心へ挿入可能な複数の制御棒、炉心上部に燃料集合体の核反応により発生する蒸気を液体の水と分離する気液分離器、及び気液分離器の上部に蒸気乾燥器が設けられている。燃料集合体は、横断面四角形状のチャンネルボックス内に、ステンレス鋼製の被覆管内に燃料ペレット（例えば、ＭＯＸ燃料）が複数充填された燃料棒を正方格子状に配列している。

原子炉圧力容器１１内は、冷却水で満たされている。冷却水は、冷却水供給配管５を介して炉心下部より炉心内に入り、燃料集合体に沿って上昇し、燃料集合体内に束ねられた燃料棒による核反応により加熱され、水の一部が蒸気となり上昇する。液体の水と蒸気とは、上記気液分離器により分離され、さらに、上記蒸気乾燥器により乾燥され、湿分が除去される。乾燥後の蒸気は、主蒸気供給配管４を介してタービンへと供給され、タービンを駆動し、タービンに連結された発電機により発電される。発電に使用された蒸気は、復水器で凝縮されて水となり、その後、図示しない給水ポンプにより昇圧され、冷却水供給配管５を介して再び原子炉圧力容器１１へと循環供給される。

なお、使用済燃料プール３の上部空間は、比較的堅牢な例えば壁厚１．５ｍ以上の鉄筋コンクリート製又は鋼板コンクリート製の屋根構造体で覆われている。また、燃料交換機７は、使用済み燃料集合体を炉心より抜き取り使用済燃料プール３に移送する場合と、燃料集合体の炉心に挿入する場合とに用いられる。

また、原子炉建屋１内のオペレーションフロア２上には、ｐＨ制御ユニット２０が設置されている。このｐＨ制御ユニット２０は、後述の加圧用空気ボンベ及びｐＨ調整剤供給配管２９とともに、ｐＨ制御システムを構成している。ｐＨ調整剤供給配管２９は、例えば水酸化ナトリウム溶液等のｐＨ調整剤を圧力抑制室１３内の圧力抑制プール１４に供給する。この際、加圧用空気ボンベから加圧用空気を送ることにより、ｐＨ調整剤がｐＨ調整剤供給配管２９に圧送される。

このように、ｐＨ制御システムは、ｐＨ調整剤を圧送するためのポンプ等を必要としない。そのため、仮に、異常時において交流電源が喪失された場合（電源喪失時）においても、ｐＨ調整剤を圧力抑制プール１４へ供給することが可能となる。なお、ｐＨ制御ユニット２０の設置場所は、オペレーションフロア２に限らず、原子炉建屋１内であって原子炉格納容器１０外であれば他の場所であってもよい。

図２は、図１の原子炉格納容器１０内の概略構成を示したものである。

図２に示すように、原子炉格納容器１０は、原子炉圧力容器１１、ドライウェル１９及び圧力抑制室１３から構成されている。通常運転では、原子炉圧力容器１１から主蒸気供給配管４を介してタービンへと蒸気が送られ、発電が行われている。ここで、原子炉に何らかの異常が発生し原子炉圧力容器１１の内圧が急激に上昇した場合、原子炉圧力容器１１内を減圧する必要がある。そのため、逃し安全弁１７が、主蒸気供給配管４の途中より分岐する配管に設けられている。逃し安全弁１７から排気された蒸気は、配管を通して圧力抑制室１３内の圧力抑制プール１４へ導かれ、ここで蒸気は冷却され凝縮される。これにより、効果的に原子炉圧力容器１１内を減圧することができる。さらに、ベントガスには放射性物質が含まれているが、圧力抑制プール１４の水中を通気することにより、水のフィルタ効果を期待することができ、放射性物質の拡散防止が可能な構成となっている。

また、原子炉冷却水再循環系や図示しない原子炉冷却水浄化系等の一次冷却水を内包する配管が破断した場合には、ドライウェル１９内に蒸気と水の混合物が放出される。この場合でも、逃がし安全弁１７と同様に、放出された蒸気と水の混合物は、ドライウェルベント管１８により圧力抑制プール１４内へと導かれる。圧力抑制プール１４内の水は、ＥＣＣＳポンプ１６により汲み出され、ＥＣＣＳ配管８を介して複数のスプレイノズルを有するスプレイ設備１２により圧力抑制室１３内に散布される。ここで、ＥＣＣＳは、ＥｍｅｒｇｅｎｃｙＣｏｒｅＣｏｏｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍ（非常用炉心冷却系）の略称である。

また、異常事象が長期化した場合には、原子炉格納容器１０の減圧を実施するため、原子炉格納容器ベント管１５（ドライウェルベント管）から大気へと放出することもできる。この場合、圧力抑制プール１４の水のフィルタ効果が期待できるため、大気への放射性物質の放出は、可能な限り低く抑えられる。但し、このとき、逃がし安全弁１７及び原子炉格納容器ベント管１５より圧力抑制プール１４へ導入されるベントガスは、圧力抑制プール１４内の水により凝縮されると共に、ベントガスに含まれる放射性物質である有機ヨウ素が水中に残留することになる。この水中に残留する有機ヨウ素は、ｐＨ制御ユニット２０よりｐＨ調整剤供給配管２９を介して圧力抑制プール１４へ供給されるｐＨ調整剤により除去される。

以下、実施例のｐＨ制御システムについて、図面を用いて詳細に説明する。

図３は、本実施例のｐＨ制御システムの構成を示したものである。

本図に示すように、ｐＨ制御システムは、加圧用空気ボンベ１０１と、ｐＨ調整剤タンク１０７と、ｐＨ制御ユニット１１４と、を有している。加圧用空気ボンベ１０１とｐＨ調整剤タンク１０７とは、加圧用空気供給配管１０３で接続されている。ｐＨ調整剤タンク１０７と圧力抑制室１１２とは、ｐＨ調整剤供給配管１１１で接続されている。圧力抑制室１１２には、圧力抑制プール１１３が設けられている。

加圧用空気供給配管１０３には、加圧用空気圧力調節弁１０４（圧力調整器）及び加圧用空気作動弁１０５が設けられている。加圧用空気ボンベ１０１には、加圧用空気ボンベ用圧力計１０２が設けられている。ｐＨ調整剤タンク１０７には、ｐＨ調整剤タンク用圧力計１０６が設けられている。ｐＨ調整剤供給配管１１１には、ｐＨ調整剤注入用空気作動弁１０８、ｐＨ調整剤供給配管用流量計１０９、ｐＨ調整剤供給配管用流量調節弁１１０（流量調整器）、第一の逆止弁１１５及び第二の逆止弁１１６が設けられている。仮に、圧力抑制室１１２の内圧が上昇した場合であっても、ｐＨ調整剤の逆流を防止可能となっている。なお、本実施例では２つの逆止弁を設ける構成としているが、これに限らず１つの逆止弁を設ける構成としてもよい。

なお、加圧用空気ボンベ用圧力計１０２を設ける代わりに、加圧用空気ボンベ１０１と加圧用空気圧力調節弁１０４との間に圧力計を設けてもよい。まとめると、当該圧力計は、加圧用空気ボンベ１０１側の圧力を測定する計器である。

ｐＨ制御ユニット１１４は、加圧用空気ボンベ用圧力計１０２、ｐＨ調整剤タンク用圧力計１０６及びｐＨ調整剤供給配管用流量計１０９により検出した信号を用いて、加圧用空気圧力調節弁１０４及びｐＨ調整剤供給配管用流量調節弁１１０の開度を調節する制御をする。なお、ｐＨ制御ユニット１１４は、ｐＨ調整剤流量制御用計装システムとして中央制御室など設置してもよい。加圧用空気圧力調節弁１０４及びｐＨ調整剤供給配管用流量調節弁１１０の開度に応じた流量及び圧力の加圧用空気が、加圧用空気供給配管１０３よりｐＨ調整剤タンク１０７に流入する。ｐＨ調整剤タンク１０７内に貯留されるｐＨ調整剤は、ｐＨ調整剤供給配管１１１へと押し出される。このとき、ｐＨ調整剤注入用空気作動弁１０８が連動して駆動されることにより、ｐＨ調整剤がｐＨ調整剤供給配管１１１を流れ、圧力抑制プール１１３内に送られる。

なお、本実施例のｐＨ制御ユニット１１４は、交流電源喪失時においても動作可能とするため、加圧用空気圧力調節弁１０４（ｐＨ調整剤注入用の弁）及び加圧用空気作動弁１０５（ｐＨ調整剤加圧用の弁）を空気作動弁としている。空気作動弁には、例えば、ダイアフラム式の空気作動弁又はシリンダー式の空気作動弁が用いられる。

ｐＨ調整剤タンク１０７内には、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性の水溶液が貯蔵されている。

過酷事故の際は、加圧用空気作動弁１０５が開き、加圧用空気ボンベ１０１に貯蔵されている加圧用空気が加圧用空気供給配管１０３を通り、ｐＨ調整剤タンク１０７に供給される。このとき、ｐＨ調整剤注入用作動弁１０８が連動して駆動され、ｐＨ調整剤がｐＨ調整剤供給配管１１１を介して圧力抑制プール１１３に注入される。

要求されるｐＨ調整剤を一定量で供給するためには、（１）ｐＨ調整剤タンク１０７から圧力抑制室１１２に供給されるｐＨ調整剤を一定量とするか、又は（２）加圧用空気ボンベ１０１からｐＨ調整剤タンク１０７に供給される加圧用空気を一定量とする制御が求められる。

以下、それぞれの制御方法について説明する。

（１）ｐＨ調整剤を一定量とする制御
ｐＨ調整剤タンク１０７から圧力抑制室１１２までの流量制御のために、ｐＨ調整剤供給配管１１１に設置されたｐＨ調整剤供給配管用流量計１０９からの信号を用いて、ｐＨ制御ユニット１１４により、ｐＨ調整剤供給配管１１１に設置されたｐＨ調整剤供給配管用流量調節弁１１０を操作する制御をすることにより、ｐＨ調整剤タンク１０７から圧力抑制室１１２までの流量を一定に保ちながらｐＨ調整剤を圧力抑制プール１１３に供給できる。

上記のｐＨ調整剤の流量制御により、規定の流量を得るために必要なｐＨ調整剤タンク１０７の圧力が自動的に定められる。

（２）加圧用空気を一定量とする制御
加圧用空気ボンベ１０１からｐＨ調整剤タンク１０７の圧力制御のために、加圧用空気ボンベ１０１に設置された加圧用空気ボンベ用圧力計１０２、及びｐＨ調整剤タンク１０７に設置されたｐＨ調整剤タンク用圧力計１０６の信号を用いて、ｐＨ制御ユニット１１４により、加圧用空気供給配管１０３に設置された加圧用空気圧力調節弁１０４を操作する制御をすることにより、加圧用空気ボンベ１０１からｐＨ調整剤タンク１０７までの圧力を一定に保ちながら加圧用空気をｐＨ調整剤タンク１０７に供給することができる。

なお、上記２つの制御を用いれば、ｐＨ調整剤を更に安定的に圧力抑制プール１１３に供給することができる。

本実施例のｐＨ制御システムの起動は、図示しないプラント状態信号により原子炉の炉心損傷が判明した場合には、運転員の判断で手動起動する。また、炉心損傷が生じていない場合においても、予防的に起動させてもよい。

本実施例によれば、仮に、交流電源喪失等の異常時においても、加圧用空気によりｐＨ調整剤を圧力抑制プール１１３に供給でき、圧力抑制プール１４内の水中に残留する有機ヨウ素を除去することが可能となる。

図４は、本実施例のｐＨ制御システムの構成を示したものである。図４においては、図３に示す構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。

図４においては、ｐＨ制御システムは、減圧弁１１７（圧力調整器）及び流量制限オリフィス１１８（流量調整器）から構成される。本構成においては、過酷事故時に中央制御室などのｐＨ調整剤流量制御用計装システムが利用できないことを想定して、圧力計や流量計等の計器を設けない構成としている。

減圧弁１１７を加圧用空気供給配管１０３に設置することにより、圧力を一定に保ちながら加圧用空気をｐＨ調整剤タンク１０７に供給することが可能となる。また、事前に絞り調整をした流量制限オリフィス１１８をｐＨ調整剤供給配管１１１に設置することにより、ｐＨ調整剤を供給する時間スケールで圧力抑制室１１２の圧力が大きく変化しない場合には、ｐＨ調整剤を安定的に圧力抑制プール１１３に供給することができる。

図５は、本実施例のｐＨ制御システムの構成を示したものである。

図５においては、実施例１（図３）と異なり、ｐＨ調整剤供給配管用流量計１０９及びｐＨ調整剤供給配管用流量調節弁１１０に代えて、ｐＨ調整剤供給配管１１１にｐＨ調整剤供給配管用圧力調節弁１１９（圧力調整器）が設けられている。

また、ｐＨ制御系全体の圧力を制御するために、圧力抑制室１１２に圧力計１２０が設けられている。これらの計器からの信号を用いて、ｐＨ制御ユニット１１４により、ｐＨ調整剤供給配管１１１に設置されたｐＨ調整剤供給配管用圧力調節弁１１９と加圧用空気圧力調節弁１０４（圧力調整器）とを連動させる制御をすることにより、加圧用空気ボンベ１０１から圧力抑制室１１２までの流量を一定に保ちながらｐＨ調整剤を圧力抑制プール１１３に供給することができる。

１：原子炉建屋、２：オペレーションフロア、３：使用済燃料プール、４：主蒸気供給配管、５：冷却水供給配管、６：使用済燃料仮置きプール、７：燃料交換機、８：ＥＣＣＳ配管、１０：原子炉格納容器、１１：原子炉圧力容器、１２：スプレイ設備、１３：圧力抑制室、１４：圧力抑制プール、１５：原子炉格納容器ベント管、１６：ＥＣＣＳポンプ、１７：逃し安全弁、１８：ドライウェルベント管、１９：ドライウェル、２０：ｐＨ制御ユニット、２９：ｐＨ調整剤供給配管、１０１：加圧用空気ボンベ、１０２：加圧用空気ボンベ用圧力計、１０３：加圧用空気供給配管、１０４：加圧用空気圧力調節弁、１０５：加圧用空気作動弁、１０６：ｐＨ調整剤タンク用圧力計、１０７：ｐＨ調整剤タンク、１０８：ｐＨ調整剤注入用空気作動弁、１０９：ｐＨ調整剤供給配管用流量計、１１０：ｐＨ調整剤供給配管用流量調節弁、１１１：ｐＨ調整剤供給配管、１１２：圧力抑制室、１１３：圧力抑制プール、１１４：ｐＨ制御ユニット、１１５：第一の逆止弁、１１６：第二の逆止弁、１１７：減圧弁、１１８：流量制限オリフィス、１１９：ｐＨ調整剤供給配管用圧力調節弁、１２０：圧力計。

Claims

冷却水を貯留可能な圧力抑制室にｐＨ調整剤を供給するｐＨ制御システムであって、
加圧用空気を貯留する加圧用空気ボンベと、
前記ｐＨ調整剤を貯留するｐＨ調整剤タンクと、を備え、
前記ｐＨ調整剤タンクと前記圧力抑制室との間には、圧力調整器及び流量調整器のうち少なくとも一方を設け、
前記加圧用空気ボンベと前記ｐＨ調整剤タンクとの間には、圧力調整器を設けた、ｐＨ制御システム。
前記ｐＨ調整剤タンクと前記圧力抑制室との間には、流量調整器を設けた、請求項１記載のｐＨ制御システム。
前記ｐＨ調整剤タンクと前記圧力抑制室との間には、圧力調整器を設けた、請求項１記載のｐＨ制御システム。
前記流量調整器又は前記圧力調整器は、ｐＨ制御ユニットにより制御されるものである、請求項２又は３に記載のｐＨ制御システム。
前記ｐＨ制御ユニットは、前記加圧用空気ボンベ側の圧力を測定する計器と、ｐＨ調整剤タンク用圧力計と、からの信号を用いて制御をする、請求項４記載のｐＨ制御システム。
前記ｐＨ制御ユニットは、更にｐＨ調整剤供給配管用流量計からの信号を用いて制御をする、請求項５記載のｐＨ制御システム。