JP3227832B2 - 軽水炉の非常用炉心冷却水注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽水炉の非常用炉心冷
却水注入装置に係り、特に、一次冷却水の水位が低下し
た際に、受動的に作動して冷却水を原子炉内に注入して
安全性を確保する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非常用炉心冷却系設備は、一次冷却水喪
失事故が発生した時に、一次冷却水を原子炉圧力容器内
に注入して炉心の冠水状態を保持するものであり、蓄
圧注入系、高圧注入系、低圧注入系、自動減圧系
等がある。

【０００３】これらの設備では、原子炉圧力容器内の水
位の異常低下を水位計測装置により検出して電気信号を
出力させ、この電気信号により電気または空気圧等の動
力を供給して弁を開放作動させて、非常用冷却水タンク
から冷却水（またはほう酸水）を原子炉圧力容器内に注
入するようにしている。したがって、非常時には、信号
伝送のための装置や動力によって作動する装置と、非常
用炉心冷却系を確実に作動させるために信頼性の高い動
力源とを確保することが必要である。

【０００４】近年、原子炉システムの簡素化をねらいと
して、受動的安全システムを大幅に取り入れた新しい思
想に基づく原子炉の開発が要望されている。これらの原
子炉に用いられる受動的安全システムは、外部からのエ
ネルギあるいは信号、操作なしに、それ自体の有するメ
カニズムによって安全機能の達成を確保しようとしてい
る。

【０００５】受動的安全システムに関連する技術とし
て、特開昭６２−１０８１９２号公報「軽水冷却型原子
炉」が提案されている。その技術の概略を説明すると、
原子炉圧力容器の上方位置に、非常用給水系の給水タン
クを連設しておくとともに、非常用給水系の途中にポン
プの吐出圧力低下時に管路を開放する制御弁を配設し
て、炉心を冠水状態にしている一次冷却水またはほう酸
水の一部をポンプで吸引し続けるようになし、ポンプの
吐出圧力を直接制御弁に伝送して非常用給水系の管路を
閉じておき、原子炉圧力容器の水位低下により気体の吸
引現象が生じてポンプの吐出圧力が低下した場合に、制
御弁が受動的に管路を開放することによって、冷却水や
ほう酸水の供給を自動的に開始して炉心の冠水状態を維
持するようにしたものである。

【０００６】そして、この技術によれば、原子炉水位の
低下事故あるいはポンプ停止時に、受動的に給水系が作
動して給水がなされることによって、炉心の冠水状態を
保持することができるようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ポンプを作動
させるためには、原子炉運転中における電動モータ等の
駆動源の停電事故の発生を防止する必要があり、また、
連続的に回転し続ける部分にあっては、安全性を確保す
るためにそのメンテナンスを考慮しなければならない等
の解決すべき課題が残されている。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、冷却水供給系を遮断している部分を、自然力のみ
によって受動的に開放して給水を行なうことにより、原
子炉の安全性を確保することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の複数の手段を提案している。第１の手段は、給水タン
クに貯留されている非常用冷却水を重力により原子炉圧
力容器内に流下させる軽水炉の非常用炉心冷却水注入装
置であって、給水タンクと原子炉圧力容器とを接続する
給水用配管に介在状態に配され管路の開閉をする制御弁
と、該制御弁に接続されその開閉作動を行なう弁作動手
段とを具備し、該弁作動手段が、原子炉圧力容器におけ
る液相部分及び気相部分に接続状態の昇降タンクと、該
昇降タンクを昇降可能に支持し荷重減少時に昇降タンク
を上方移動させる荷重支持手段と、昇降タンクと制御弁
との間に介在状態に配され昇降タンクの上方移動時に制
御弁を開放作動させる弁駆動部とから構成されるものと
している。第２の手段は、第１の手段に、弁作動手段に
おける荷重支持手段に、昇降タンクの重量を受ける弾発
部材が配される構成を付加した軽水炉の非常用炉心冷却
水注入装置としている。第３の手段は、第１または第２
の手段に、弁作動手段における弁駆動部に、制御弁を開
放方向に駆動するリンク機構が配される構成を付加した
軽水炉の非常用炉心冷却水注入装置としている。第４の
手段は、第３の手段に、リンク機構と制御弁との結合部
分に、開放方向への移動を遅らせる係合状態の長穴及び
ピンが配される構成を付加した軽水炉の非常用炉心冷却
水注入装置としている。

【００１０】

【作用】第１の手段にあって、原子炉圧力容器内の水位
が通常の状態である場合には、昇降タンクの内部水位が
同レベルとなって、昇降タンクの水量の多い状態が維持
され、その重量によって昇降タンクが下がった状態を継
続し、制御弁により非常用給水系の管路の閉塞が行なわ
れる。原子炉圧力容器内の水位が低下した場合には、昇
降タンクの内部水位が同レベルまで下がることによって
重量が減少して昇降タンクが上昇し、弁駆動部により制
御弁の開放が行なわれて、給水タンクと原子炉圧力容器
の内部とが連通した状態となり、重力により給水タンク
から原子炉圧力容器内に非常用冷却水の供給がなされ
て、炉心の冠水状態の保持が行なわれる。第２の手段に
あっては、第１の手段による作用に付加して、弾発部材
の弾発力による上方への駆動力が昇降タンクの重量を上
回ると、昇降タンクが上昇し始めて、制御弁の開放が行
なわれる。第３の手段にあっては、第１の手段及び第２
の手段による作用に付加して、弁作動手段から制御弁へ
の駆動力の伝達が、リンク機構を介して行なわれる。第
４の手段にあっては、第３の手段による作用に付加し
て、リンク機構が移動を開始した場合に、長穴及びピン
の結合部分で力の伝達が遅れ、原子炉圧力容器の水位が
管理限界を超えると、原子炉圧力容器への給水が行なわ
れる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る軽水炉の非常用炉心冷却
水注入装置の一実施例について、図１ないし図３に基づ
いて説明する。各図において、符号１は原子炉圧力容
器、２は炉心、３は一次系配管、４Ａ，４Ｂは隔離弁、
５は原子炉格納容器、５ａは原子炉ペデスタル、５ｂは
隔離床板、５ｃは外側隔壁、５ｄはサプレッションチェ
ンバ、５ｅは上部ドライウエル、５ｆは下部ドライウエ
ル、５ｇは環状プレナム部、５ｈは連通口、５ｉは放圧
口、６は蒸気逃し管、６ａはスパージャ、１１は給水タ
ンク、１２は給水用配管、１３Ａ，１３Ｂは制御弁、１
４は弁作動手段、１５は昇降タンク、１６Ａ，１６Ｂは
連通配管（サイホン管）、１７は荷重支持手段、１８は
弁駆動部、Ａは液相部分、Ｂは気相部分、Ｐはプール水
である。

【００１２】該一実施例における非常用炉心冷却水注入
装置にあっては、非常用冷却水を重力によって原子炉圧
力容器１の中に注水して、炉心２の冠水状態を維持する
ものに適用している。

【００１３】そして、非常用炉心冷却水注入装置は、図
１に示すように、原子炉格納容器５の外方でかつ上方位
置（高所）に配される給水タンク１１と、該給水タンク
１１と原子炉圧力容器１との間に接続状態に配されかつ
原子炉格納容器５の側壁を貫通して布設される給水用配
管１２と、該給水用配管１２及び蒸気逃し管６の途中に
介在状態に配され管路の開閉を行なうための制御弁１３
Ａ，１３Ｂと、該制御弁１３Ａ，１３Ｂに接続されその
その開閉作動を行なうための弁作動手段１４とを具備し
ている。

【００１４】前記弁作動手段１４は、図２に示すよう
に、原子炉圧力容器１の内部に形成される通常運転液位
Ｈ及び下限液位Ｌの高さ寸法Ｔに対応して例えばこれよ
りも大きな上下寸法を有する昇降タンク１５と、該昇降
タンク１５及び原子炉圧力容器１の内部間を上下の２箇
所で接続するための連通配管（サイホン管）１６Ａ，１
６Ｂと、昇降タンク１５を昇降可能な状態に支持し昇降
タンク１５の荷重減少時に昇降タンク１５を上方移動さ
せる荷重支持手段１７と、昇降タンク１５と制御弁１３
Ａ，１３Ｂとの間に接続状態に配されて昇降タンク１５
の上方移動時に制御弁１３Ａ，１３Ｂを開放作動させる
ための弁駆動部１８とから構成される。

【００１５】さらに詳しく説明すると、昇降タンク１５
及び連通配管１６Ａ，１６Ｂは、原子炉圧力容器１の内
部圧力が印加されるために、十分な耐圧性を有するもの
とすることが必要であるが、連通配管１６Ａ，１６Ｂに
あっては、昇降タンク１５の上下移動を妨げない程度の
変形性（撓み性）が付与される。そして、下方位置の連
通配管１６Ａは、原子炉圧力容器１の内部側の開口位置
が、液相部分Ａの下限液位Ｌよりも下方となるように設
定され、上方位置の連通配管１６Ｂは、その開口位置
が、通常運転液位Ｈの近傍または気相部分Ｂとなるよう
に設定される。また、下方位置の連通配管１６Ａは、昇
降タンク１５の内底部近傍に開口位置が設定され、上方
位置の連通配管１６Ｂは、昇降タンク１５の内部上方に
開口位置が設定される。

【００１６】前記荷重支持手段１７は、図２に示すよう
に、昇降タンク１５と支持構造物１７ａとの間に配され
昇降タンク１５の重量を受けて荷重減少時に上方に移動
させるための弾発部材１７ｂと、昇降タンク１５の回り
に配され上下移動を許容するとともに水平方向の移動を
拘束して耐震性を付与するための昇降ガイド１７ｃとを
有している。

【００１７】前記弁駆動部１８は、図２及び図３に示す
ように、昇降タンク１５と制御弁１３Ａ，１３Ｂの弁棒
１３ｄとの間に接続状態に配されるリンク機構１８ａ
と、該リンク機構１８ａと弁棒１３ｄとの結合部分に配
される係合状態の長穴１８ｂ及びピン１８ｃとを有し
て、昇降タンク１５が下方に位置している場合に、弁棒
１３ｄの上下方向の自由な移動を許容し、昇降タンク１
５が上方に移動した場合に、図３の鎖線で示すように、
リンク機構１８ａ及びピン１８ｃが弁棒１３ｄを引き上
げて制御弁１３Ａ，１３Ｂを開放状態とするように設定
される。

【００１８】なお、制御弁１３Ａ，１３Ｂは、図３に示
すように、弁箱１３ａの内部に弁座１３ｂ及び弁体１３
ｃが配され、押えばね１３ｅの弾発力によって弁棒１３
ｄを押して弁座１３ｂの閉塞状態を保持し、かつ、シー
ル部１３ｆによって外部から弁室１３ｇを隔離する構造
等とされる。そして、押えばね１３ｅの弾発力は、原子
炉圧力容器１の通常の内部圧力印加時に、弁座１３ｂの
閉塞状態を維持し得るものが適用される。また、蒸気逃
し管６に配される制御弁１３Ｂにあっては、原子炉圧力
容器１の内部圧力が上限値を超えた際に管路を開放する
ものとされる。

【００１９】このような非常用炉心冷却水注入装置にあ
っては、原子炉圧力容器１における液相部分Ａ及び気相
部分Ｂに、連通配管１６Ａ，１６Ｂを介して昇降タンク
１５が接続されるために、昇降タンク１５の中に、液相
部分Ａの液位と同じ高さの液位が形成される。

【００２０】したがって、原子炉の通常運転時にあって
は、原子炉圧力容器１の液相部分Ａが図２の通常運転液
位Ｈとなって、昇降タンク１５の中に一次冷却水がほぼ
充満状態に送り込まれ、昇降タンク１５の重量によって
荷重支持手段１７の弾発部材１７ｂが弾性変形した状態
となり、弁駆動部１８のリンク機構１８ａが図３の実線
で示すように、下がった位置を維持する。この場合に
は、長穴１８ｂの存在によって弁棒１３ｄとリンク機構
１８ａとの間で力の伝達が行なわれない。

【００２１】一方、一次系配管３の一部に、図１に示す
破断箇所Ｘ，Ｙが生じ、ここからの漏洩に基づいて一次
冷却水が失われて原子炉圧力容器１の液位が低下する
と、これに連動して昇降タンク１５における液相部分１
５ａが低下して、昇降タンク１５の全体重量が減少する
ため、弾発部材１７ｂの弾発力によって昇降タンク１５
が平衡する位置まで若干上昇して停止する。昇降タンク
１５の上方移動量が弁駆動部１８の長穴１８ｂの範囲内
である場合には、制御弁１３Ａ，１３Ｂの弁棒１３ｄの
上方移動が行なわれず、したがって制御弁１３Ａ，１３
Ｂが開放されることはない。

【００２２】液相部分Ａが下限液位Ｌまで低下するよう
な事態が生じると、昇降タンク１５の総重量が著しく減
少して、弾発部材１７ｂによって昇降タンク１５が押し
上げられ、図３に鎖線で示すように、リンク機構１８ａ
が上方に移動することによって、弁棒１３ｄが強制的に
持ち上げられ、弁体１３ｃが弁座１３ｂから離間して、
蒸気逃し管６及び給水用配管１２の管路が開放される。

【００２３】給水用配管１２による管路が開放された場
合には、原子炉圧力容器１における気相部分Ｂと給水タ
ンク１１の貯留液との圧力差によって、原子炉圧力容器
１への給水がなされる。このときの気相部分Ｂの圧力
は、蒸気逃し管６の管路が制御弁１３Ｂによって開放さ
れるため、両ドライウエル５ｅ，５ｆの圧力にプール水
Ｐの液位とスパージャ６ａとの水頭差を加えた圧力に近
似するものとなっており、給水タンク１１による給水圧
力が相対的に大きなものとなるため、重力によって給水
タンク１１から原子炉圧力容器１の内部にほう酸水等の
非常用冷却水が順次注入され、炉心２の冠水状態の保持
が行なわれるものである。

【００２４】また、一次冷却水の漏洩及び損失が非常に
大きい場合には、原子炉圧力容器１の圧力低下が著しく
なって水頭差が形成されるが、一次冷却水の漏洩が少量
で液層部分Ａが下限液位Ｌまで低下した場合には、原子
炉圧力容器１の内部圧力が高いままであることが考えら
れるため、弁駆動部１８の調整によって蒸気逃し管６の
管路を先に開放して、水頭差の形成を補助するように設
定される。

【００２５】これらの非常時の給水にあっては、電気や
空気圧等の駆動源が使用されず、昇降タンク１５の重量
減少、弾発力による上昇、リンク機構１８ａによる制御
弁１３Ａ，１３Ｂの開放操作等、自然力によって受動的
に行なわれ、停電等の影響を受けることがない。

【００２６】〔他の実施態様〕本発明にあっては、実施
例に代えて次の技術を採用することができる。 ａ）弾発部材１７ｂを板ばねや引っ張りばねとするこ
と。 ｂ）昇降タンク１５と支持構造物１７ａとの間にスナッ
バ等を配して、昇降タンク１５の上下移動性や耐震性を
確保すること。

【００２７】

【発明の効果】請求項１に係る軽水炉の非常用炉心冷却
水注入装置にあっては、以下の効果を奏する。 （１） 給水タンクと原子炉圧力容器とを接続する給水
用配管に介在させられる制御弁と、その開閉作動を行な
う弁作動手段とを具備し、弁作動手段が、原子炉圧力容
器における液相部分及び気相部分に接続状態の昇降タン
クと、昇降タンクを昇降可能に支持する荷重支持手段
と、昇降タンクの上方移動時に制御弁を開放作動させる
弁駆動部とから構成されるものとすることにより、一次
冷却水の水位が低下した際に、受動的作動によって冷却
水を原子炉圧力容器内部に注入して、炉心を冠水状態に
して原子炉の安全性を確保することができる。 （２） 非常時の給水にあっては、電気や空気圧等の駆
動源が使用されず、自然力によって受動的に行なわれ、
停電等の影響を受けることがない。 請求項２に係る軽水炉の非常用炉心冷却水注入装置にあ
っては、弁作動手段における荷重支持手段に、昇降タン
クの重量を受ける弾発部材が配される構成の採用によ
り、請求項１の注入装置に以下の効果が付加される。昇
降タンクの重量を弾発部材の弾発力で支持しておくこと
により、重量変化が生じた場合の検出を容易にし、か
つ、給水を確実に実施することができる。請求項３に係
る軽水炉の非常用炉心冷却水注入装置にあっては、弁作
動手段における弁駆動部に、制御弁を開放方向に駆動す
るリンク機構が配される構成の採用により、請求項１ま
たは請求項２の注入装置に以下の効果が付加される。弁
作動手段から制御弁への駆動力の伝達が、リンク機構を
介して行なわれることにより、接続距離及び方向の自由
性を向上させることができる。請求項４に係る軽水炉の
非常用炉心冷却水注入装置にあっては、リンク機構と制
御弁との結合部分に、開放方向への移動を遅らせる係合
状態の長穴及びピンが配される構成の採用により、請求
項３の注入装置に以下の効果が付加される。結合部分で
の力の伝達を遅らせることにより、原子炉圧力容器の水
位が管理限界を超えるまでの液位の設定を容易にし、必
要時に原子炉圧力容器への給水を速やかに実施すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軽水炉の非常用炉心冷却水注入装
置の実施例を示す正断面図である。

【図２】図１に示す弁作動手段の部分の正断面図であ
る。

【図３】図２に示す制御弁及び弁駆動部の正断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 原子炉圧力容器 ２ 炉心 ３ 一次系配管 ４Ａ，４Ｂ 隔離弁 ５ 原子炉格納容器 ５ａ 原子炉ペデスタル ５ｂ 隔離床板 ５ｃ 外側隔壁 ５ｄ サプレッションチェンバ ５ｅ 上部ドライウエル ５ｆ 下部ドライウエル ５ｇ 環状プレナム部 ５ｈ 連通口 ５ｉ 放圧口 ６ 蒸気逃し管 ６ａ スパージャ １１ 給水タンク １２ 給水用配管 １３Ａ，１３Ｂ 制御弁 １３ａ 弁箱 １３ｂ 弁座 １３ｃ 弁体 １３ｄ 弁棒 １３ｅ 押えばね １３ｆ シール部 １３ｇ 弁室 １４ 弁作動手段 １５ 昇降タンク １５ａ 液相部分 １６Ａ，１６Ｂ 連通配管（サイホン管） １７ 荷重支持手段 １７ａ 支持構造物 １７ｂ 弾発部材 １７ｃ 昇降ガイド １８ 弁駆動部 １８ａ リンク機構 １８ｂ 長穴 １８ｃ ピン Ａ 液相部分 Ｂ 気相部分 Ｐ プール水

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給水タンクに貯留されている非常用冷却
   水を重力により原子炉圧力容器内に流下させる非常用炉
   心冷却水注入装置であって、給水タンクと原子炉圧力容
   器とを接続する給水用配管に介在状態に配され管路の開
   閉をする制御弁と、該制御弁に接続されその開閉作動を
   行なう弁作動手段とを具備し、該弁作動手段が、原子炉
   圧力容器における液相部分及び気相部分に接続状態の昇
   降タンクと、該昇降タンクを昇降可能に支持し荷重減少
   時に昇降タンクを上方移動させる荷重支持手段と、昇降
   タンクと制御弁との間に介在状態に配され昇降タンクの
   上方移動時に制御弁を開放作動させる弁駆動部とから構
   成されることを特徴とする軽水炉の非常用炉心冷却水注
   入装置。
2. 【請求項２】 弁作動手段における荷重支持手段に、昇
   降タンクの重量を受ける弾発部材が配されることを特徴
   とする請求項１記載の軽水炉の非常用炉心冷却水注入装
   置。
3. 【請求項３】 弁作動手段における弁駆動部に、制御弁
   を開放方向に駆動するリンク機構が配されることを特徴
   とする請求項１または２記載の軽水炉の非常用炉心冷却
   水注入装置。
4. 【請求項４】 リンク機構と制御弁との結合部分に、開
   放方向への移動を遅らせる係合状態の長穴及びピンが配
   されることを特徴とする請求項３記載の軽水炉の非常用
   炉心冷却水注入装置。