JP2021067509A - 原子力プラント - Google Patents
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Abstract
Description
図5は、従来の原子力プラントの原子炉格納容器まわりの構成の例を示す立断面図である。図5において、炉心1は原子炉圧力容器2の内部に収納されている。原子炉圧力容器2は、原子炉格納容器3内に収納されている。原子炉格納容器3は円筒形状をしている(図6を参照。)。
さらに、ドライウェル4とウェットウェル5の外部に外部ウェル32が設けられている。外部ウェル32はドライウェル共通部壁4bを介してドライウェル4と隣接し、ウェットウェル共通部壁5aを介してウェットウェル5と隣接している。外部ウェル32の天井部は平板でこの部分を外部ウェル32のトップスラブ32aと呼ぶ。外部ウェル32内の雰囲気は窒素により置換され酸素濃度を低く制限されている。酸素濃度は例えば3.5%以下に制限されている。外部ウェル32はドライウェル4およびウェットウェル5と同等の耐圧性と気密性を有している。
さらに、外部ウェル32内に内部に水を貯えたスクラビングプール33が設けられ、上部は上蓋33aで覆われている(図7参照)。上蓋33aとプール水の間には空間33bがある。上蓋33aの上部に空間33bに開口した第1の出口配管33cが設けられている。第1の出口配管33cの一端に金属ファイバーフィルター34が接続して設けられている。さらに、金属ファイバーフィルター34に接続して他端が外部ウェル32の内部に開口する第2の出口配管34aがある。
次に、図5に基づいて静的格納容器冷却系(PCCS)12の構成を説明する。原子炉格納容器3および外部ウェル32の上部に冷却水プール13が設けられ、内部に冷却水14を蓄えている。冷却水プール13はプール型とタンク型の例がある。図5ではプール型のものを表示している。プール型の場合は上部は上蓋で覆われている。
2の内部を通り、先端がウェットウェル5の内部の圧力抑制プール6に浸漬するように設置されている(特許文献1の図1を参照)。このように凝縮水戻り配管21は外部ウェル32の内部を通るように設置されるので、凝縮水が漏洩してCsI等の放射性物質が直接環境に放出されない構造となっている。本従来例では、凝縮水戻り配管21の先端は、一例として圧力抑制プール6に浸漬するように設置されているが、この例には限定されない。ドライウェル4の内部に導く例やLOCAベント管8の内部に導かれている例もある。
また、本従来例では、下部ドライウェルを冠水するためにペデスタル61の壁を貫通し一端が下部ドライウェル(ペデスタルキャビティ)61a内に導かれ他端が圧力抑制プール6内に開口する冠水配管68が設けられている。冠水配管68の下部ドライウェル61a内の部分には冠水弁67が設けられている。また、冠水配管68には逆止弁69が設けられている。逆止弁69を設けたことでドライウェル4内の圧力が上昇した場合でも下部ドライウェル61a内の高温水が圧力抑制プール6に逆流することを防止できる。冠水配管68の設置位置はLOCAベント管8と重ならないようにたとえば、LOCAベント管とLOCAベント管の中間の位置として全体で10個設置されている(図6を参照)。
図8は、従来の静的格納容器冷却系内の熱交換器の例を示す立断面図である。図8により、従来の静的格納容器冷却系12の熱交換器16の構造について横型熱交換器の例で説明する。
次に、このように構成された従来の静的格納容器冷却系12の機能について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる原子力プラントの原子炉格納容器まわりの構成を示す立断面図である。また、図2は、本発明の第1の実施形態に係わる原子力プラントの原子炉格納容器まわりの構成を示す平面図である。図1および図2に示す実施形態は、RCCVと呼ばれる原子炉格納容器を使用しているが、原子炉格納容器の型式はRCCVに限定されない。圧力抑制プールによる圧力抑制機能を持つ全ての圧力抑制型の原子炉格納容器に普遍的に適用される。また、材質もSC造や鋼製など他のものも使用可能である。
3の一部を構成する。ウェットウェル5は内部に圧力抑制プール6を形成している。圧力抑制プール6の上方にはウェットウェル気相部7が形成されている。ドライウェル4とウェットウェル5の外壁部は一体化して原子炉格納容器3の円筒状の外壁部を構成している。ドライウェル4の天井部は平板になっておりこの部分をドライウェル4のトップスラブ4aと呼ぶ。原子炉格納容器3内の雰囲気は窒素で置換されている。これにより通常運転中の原子炉格納容器3内の酸素濃度は例えば3.5%以下に制限される。
本実施形態においては、さらに、ドライウェル4とウェットウェル5の外部に外部ウェル32を設ける。外部ウェル32はドライウェル共通部壁4bを介してドライウェル4と隣接し、ウェットウェル共通部壁5aを介してウェットウェル5と隣接している。外部ウェル32の天井部は平板でこの部分を外部ウェル32のトップスラブ32aと呼ぶ。外部ウェル32内の雰囲気は窒素で置換されている。これにより通常運転中のアウターウェル32内の酸素濃度は例えば3.5%以下に制限される。外部ウェル32はドライウェル4およびウェットウェル5と同等の耐圧性と気密性を有する。外部ウェル32の材質は鉄筋コンクリート製(RC)、SC造、鋼製など原子炉格納容器3と同じもの全てが使用可能である。鉄筋コンクリート製の場合は、原子炉格納容器3と同様に内面にライナーが敷設される。図2に示すように、本実施形態における外部ウェル32の平面形状は円形で原子炉格納容器3のドライウェル共通部壁4bとウェットウェル共通部壁5aの周囲を完全に取り囲むように構成されているが、外部ウェル32の平面形状はこれに限定されない。原子炉格納容器3のドライウェル共通部壁4bとウェットウェル共通部壁5aの周囲を完全に取り囲むように隣接していれば任意の形状で良い。例えば、台形、多角形、楕円形などがある。
さらに、外部ウェル32内に内部に水を貯えたスクラビングプール33を設け、上部を上蓋33aで覆う(図7を参照)。上蓋33aとプール水の間には空間33bを設ける。上蓋33aの上部に空間33bに開口した出口配管33cを設ける。出口配管33cの一端に金属ファイバーフィルター34を接続して設ける。さらに、金属ファイバーフィルター34に接続して他端がアウターウェル32の内部に開口する第2の出口配管34aを設ける。空間33bは静的格納容器冷却系12のベント管22から原子炉格納容器3内のガスがベントされる際に水位上昇が発生した場合に必要となる。また、上蓋33aは地震時のスロッシングで水が流出することを防止するために必要である。スクラビングプール33と金属ファイバーフィルター34は図では1個のみを表示しているが複数個設置することもある。例えば、静的格納容器冷却系12の熱交換器16を4基設置し、ガスベント管22を4本設置し、スクラビングプール33と金属ファイバーフィルター34を4基設置する。あるいは、熱交換器16を4基設置し、ガスベント管22を2本に統合し、スクラビングプール33と金属ファイバーフィルター34を2基設置するなどが考えられる。スクラビングプール33、上蓋、空間33bは一体化したタンクとしても良い。
次に、静的格納容器冷却系(PCCS)12について説明する。図1に示すように原子炉格納容器3および外部ウェル32の上部に冷却水プール13が設けられ内部に冷却水14を蓄えている。冷却水プール13はプール型とタンク型のいずれでも良い。図1ではプール型のものを表示している。プール型の場合は上部を上蓋で覆う。また、冷却水プール13の上部の気相部分には環境へ蒸気を放出する排気口15が設けられている。
また、本実施形態では、下部ドライウェルを冠水するためにペデスタル61の壁を貫通し一端が下部ドライウェル61b内に導かれ他端が圧力抑制プール6内に開口する冠水配管68を設ける。冠水配管68の下部ドライウェル61b内の部分には冠水弁67を設ける。また、冠水配管68には逆止弁69を設ける。逆止弁69を設けたことでドライウェル4内の圧力が上昇した場合でも下部ドライウェル61b内の高温水が圧力抑制プール6に逆流することを防止できる。冠水配管68の設置位置はLOCAベント管8と重ならないように例えば、LOCAベント管とLOCAベント管の中間の位置として全体で10個設置する(図2を参照)。
本実施形態では、さらに、アウターウェル32の内部に格納容器内雰囲気希釈システム(以下、iCADと略記する。)80を設ける。iCAD80は送風手段81、吸気配管82及び排気配管83からなる。送風手段81は送風し得る全てのものが使用可能である。例えば、コンプレッサー、ポンプ、ファンなどが使用可能である。送風手段81の送風量は例えば約100m3/hである。但し、この送風量は設計によって変動する。送風手段81には吸気配管82と排気配管83が接続している。吸気配管82の他端はアウターウェル32の内部に開口している。排気配管83の他端は原子炉格納容器3の気相部に開口している。本実施形態ではウェットウェル気相部7に開口している例を示している。吸気配管82には入口弁84を設ける。入口弁84は電動弁を一例として示しているが他の弁も使用可能である。例えば、空気作動弁、爆破弁、逆止弁、バネ弁などの弁が使用可能である。排気配管83には出口弁85を設ける。出口弁85は一例として逆止弁を示しているが他の弁も使用可能である。例えば、電動弁、空気作動弁、爆破弁、バネ弁などの弁が使用可能である。ただし、送風手段81自体に閉鎖機能がある場合は入口弁84及び出口弁85は必須ではない。iCAD80には電源86から電力を供給する。電源86は恒設のものを設けてもよいが時間余裕がある場合は可搬式の電源を使用してもよい。
本実施形態では、さらに、アキュムレーター87を設ける。アキュムレーター87の内部には蓄圧された窒素ガスが保存されている。アキュムレーター87の容量は例えば原子炉格納容器3の設計圧力(例えば、310kPa)において窒素ガスを約100m3放出可能である。アキュムレーター87の体積は例えば15m3である。アキュムレーター87には原子炉格納容器3の気相部に開口した注入配管88が接続している。注入配管88には注入弁89が設けられている。注入弁89は一例として電動弁を示しているが空気作動弁及び爆破弁も使用可能である。
このように構成される本実施形態では、過酷事故時に高温化した燃料被覆管の金属−水反応で発生する大量の水素とドライウェル4内に通常運転時に存在していた窒素と酸素はウェットウェル気相部7に移行する。原子炉圧力容器1内で発生した大量の水素は主に逃がし安全弁72の逃がし配管73をとおりウェットウェル気相部7に移行する(図5を参照)。ドライウェル4内の窒素、水素、酸素などの非凝縮性ガスは過酷事故時に発生する大量の蒸気に押し出されてLOCAベント管8をとおりウェットウェル気相部7に移行する。また、ウェットウェル気相部7には通常運転時に存在していた大気圧の窒素と酸素がある。大量の水素とドライウェル4内の非凝縮性ガスがウェットウェル気相部7に追加で移行することによりウェットウェル気相部7の圧力上昇が発生する。ウェットウェル気相部7内の非凝縮性ガスは短期では自らの圧力上昇により長期では過酷事故時に圧力抑制プール6のプール水から発生する蒸気とともにウェットウェル気相部7に開口したウェットウェル・ガス供給配管48をとおり静的格納容器冷却系12の熱交換器16に流入する。蒸気は熱交換器16の伝熱管19で凝縮されて凝縮水となり出口プレナム18と凝縮水戻り配管21をとおり圧力抑制プール6に還流する。伝熱管19で凝縮されない非凝縮性ガスは出口プレナム18とガスベント配管22をとおりスクラビングプール33に導かれ最終的にほぼ全てアウターウェル32の内部に移行する。その結果、ドライウェル4内とウェットウェル気相部7内はほぼ蒸気だけで占められることになる。また、静的格納容器冷却系12の伝熱管19、出口プレナム18、ガスベント配管の内部にはアウターウェル32に移行しきれなかった非凝縮性ガスが蒸気とともに存在する。その割合は非凝縮性ガスが約50%、蒸気が約50%である。このうち非凝縮性ガスが占める体積は10m3程度で非常にわずかである。これは静的格納容器冷却系12の伝熱管19、出口プレナム18、ベント配管22の体積の合計が20m3程度しかないためである。また、この混合ガスの酸素濃度は蒸気によって希釈され1%程度まで低下している。
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。
Claims (2)
- 炉心と、
前記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収納するドライウェルと、前記ドライウェルとLOCAベント管を介して連結された圧力抑制プールを下部に収納し上部にウェットウェル気相部を有するウェットウェルと、前記ウェットウェル気相部内のガスを前記ドライウェルに環流する真空破壊弁と、を有する原子炉格納容器と、
前記原子炉格納容器内で前記原子炉圧力容器をRPVスカートを介して支えてその内部にペデスタルキャビティを形成するペデスタルと、
前記ドライウェルと前記ウェットウェルの外部に設けられ前記ドライウェルとドライウ
ェル共通部壁を介して隣接し前記ウェットウェルとウェットウェル共通部壁を介して隣接し前記ドライウェル共通部壁とウェットウェル共通部壁の周囲を完全に取り囲み前記ドライウェルおよび前記ウェットウェルと同等の耐圧性と気密性を有する外部ウェルと、
前記外部ウェル内に設けられ内部に水を蓄えたスクラビングプールと、
前記ドライウェルおよび前記外部ウェルの上部に設置されて冷却水を貯留する冷却水プールと、
入口プレナムと出口プレナムと伝熱管とを有し少なくとも一部が前記冷却水に水没した熱交換器と、
一端が前記熱交換器の前記入口プレナムに接続されもう一端が前記ウェットウェル気相部に接続されて前記ウェットウェル気相部内のガスを前記熱交換器に導くウェットウェル・ガス供給配管と、
一端が前記熱交換器の前記出口プレナムに接続され前記外部ウェル内を通りもう一端が前記原子炉格納容器内に接続されて前記熱交換器内の凝縮水を前記原子炉格納容器内に導く凝縮水戻り配管と、
一端が前記熱交換器の前記出口プレナムに接続され前記外部ウェル内を通りもう一端が前記外部ウェル内の前記スクラビングプール内の水に浸漬して設置され前記熱交換器内のガスを前記外部ウェルに放出するガスベント配管と、
を有する静的格納容器冷却系と、
送風手段と、一端が前記送風手段に接続されもう一端が前記アウターウェルの内部に開口した吸気配管と、一端が前記送風手段に接続されもう一端が前記原子炉格納容器の内部に開口した排気配管と、を有し前記アウターウェル内の低酸素濃度のガスを前記原子炉格納容器内に注入する格納容器内雰囲気希釈システムと、
を備えたことを特徴とする原子力プラント。 - 高圧の窒素を内部に蓄えたアキュムレーターと一端が前記アキュムレーターに接続されもう一端が前記原子炉格納容器の内部に開口した注入配管と前記注入配管に設けられた注入弁と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の原子力プラント。
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