JP3493052B2 - 冷却水の分配装置 - Google Patents

冷却水の分配装置

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JP3493052B2 JP07652094A JP7652094A JP3493052B2 JP 3493052 B2 JP3493052 B2 JP 3493052B2 JP 07652094 A JP07652094 A JP 07652094A JP 7652094 A JP7652094 A JP 7652094A JP 3493052 B2 JP3493052 B2 JP 3493052B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉に関し、特に、
原子炉、蒸気発生器及び関連機器を収容するのに用いら
れる鋼製格納容器の受動式の（即ち、人力、動力等を用
いない）冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】１９９
１年９月１７日にウエスチングハウス・エレクトリック
・コーポレイションに付与された米国特許第５，０４
９，３５３号では、水で冷却される原子炉で用いられる
能動式の（即ち、動力を用いる）冷却装置のうちいずれ
かが故障した場合でも、原子力発電所の鋼製格納容器を
冷却するのに用いられる受動式格納容器冷却装置が記載
されている。この米国特許に記載されている冷却装置
は、炉心の崩壊熱を全て鋼製格納容器から安全且つ迅速
に除去すると共に鋼製格納容器内の圧力の過度の増大を
防止する受動式熱シンクとしても使用できる。
【０００３】更に上述の米国特許第５，０４９，３５３
号に記載されているように、必要な冷却及び熱シンクが
得られるよう、鋼製格納容器とコンクリート製遮蔽建屋
との間の自然な空気の循環と重力供給による冷却水を組
合わせて用いている。能動式の原子炉一次冷却系のうち
のいずれかの故障または事故の場合に、受動式格納容器
冷却装置は、原子炉の安全且つ順序正しい運転停止を可
能にするのに十分な冷却を生じさせるよう利用できる。
【０００４】 この受動式格納容器冷却装置で用いられ
る重力により供給される冷却水は、コンクリート製遮蔽
建屋の屋根に組み込まれた大容量（４００，０００ガロ
ン）の環状タンクから引き出され、水は重力により鋼製
格納容器シェルの外面全体上を流れるようになる。水は
自然法則における重力により排水されるので、ポンプや
人力による作用は、必要な冷却効果を得るのに不要であ
る。冷却水貯蔵タンクは、数日間にわたって冷却水の要
求を満たすよう設計されており、その後、水がタンクに
追加され、或いは空気による冷却によって残留熱を鋼製
格納容器から除去するのに十分であり、これは大抵の場
合に行われている。
【０００５】鋼製格納容器の外面からの最も効率的な熱
の除去を行うために、受動方式による冷却水が均一な薄
膜の状態で表面全体上を流れ、それによりホットスポッ
トが表面上に発生しないようにすると共に水の冷却効果
を最大限にすることが重要である。しかしながら、鋼製
格納容器の外面上に冷却水を均一に分配することは困難
であるが、その理由は次の通りである。即ち、鋼製格納
容器のドームは、湾曲面をもつ楕円体ドームであり、鋼
の表面は、鋼を可能なかぎり滑らかにする二次加工が行
われているが、依然として、冷却水を、“チャンネリン
グ”させ、即ち、或る特定の方向へ導き、或いは均一な
薄膜の状態で表面上を流れさせないようにする多くの表
面の凸凹及び粗い領域を有するからである。これら表面
の凸凹及び変化は、所望の水膜の厚さと比べて大きい。
又、もし「チャンネリング」が鋼製格納容器の頂部近傍
で生じると、チャンネリングは、容器の側部の下方に引
き続き生じ、それにより有効に冷却が行われず、ホット
スポット発生の原因となる広い領域を生じることとなる
ことが観察されている。
【０００６】鋼製格納容器の湾曲面上に冷却水の均一な
膜を生じさせる従来法が改良されたが、この問題を完全
には解決していない。上述の米国特許第５，０４９，３
５３号に記載されているように、この問題の一対策は、
鋼製格納容器の外面を特別の伝熱性で湿潤可能な亜鉛を
基材とする塗料で被覆していた。この塗料は、裸の状態
の鋼面と比べて冷却水の流れを促進するが、チャンネリ
ング及びホットスポットが依然として生じていた。
【０００７】従って、本発明の目的は、鋼製格納容器の
外部の受動式冷却で用いるのに適当であって、鋼製格納
容器の表面全体上に冷却水の薄い均一の膜を生じさせる
冷却水分配装置を提供することにある。
【０００８】本発明のもう１つの目的は、信頼性が高
く、所与の冷却水の量から最大限の冷却効果を生じさせ
る冷却水分配装置を提供することにある。
【０００９】 本発明の更にもう１つの目的は、簡単で
且つ鋼製格納容器の種々の寸法及び形状に容易に適合で
き、鋼製格納容器の表面の製造又は二次加工のばらつき
に対応可能な冷却水分配装置を提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、以下の詳細な説明及
び添付の図面から明らかになろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、格納容
器の湾曲面上に冷却水を分配するための装置において、
冷却水源と、前記湾曲面に固定されていて、前記冷却水
源から半径方向外方に且つ下方に延びる複数の案内要素
と、前記湾曲面に固定されていて、前記半径方向案内要
素と交差する複数の円周方向集水要素と、各々一対の隣
り合う半径方向案内要素と一対の隣り合う円周方向集水
要素との間に位置した複数の集水箱と、各集水箱の両側
に沿って延びていて、前記湾曲面に固定された複数の分
配チャンネルと、前記分配チャンネル内の冷却水を前記
湾曲面上に分配するよう前記分配チャンネルの少なくと
も一方の側壁に設けられた複数の堰とから成ることを特
徴とする分配装置にある。
【００１２】
【実施例】本発明に関連して用いられる受動式格納容器
冷却装置は図１に示されており、これを用いると、一次
原子炉冷却系のうち一又は二以上に問題が生じたり、故
障が起きた場合でも、熱が鋼製原子炉格納容器から外部
環境へ放出され、格納容器の設計圧力及び温度を越えな
いようになる。
【００１３】図１に示すように、受動式格納容器冷却装
置は、原子炉２及び蒸気発生器３を封入した鋼製格納容
器１を含む。鋼製格納容器１は、球形又は楕円形のドー
ム最上部４、外面５、及び円筒形側壁６を有する。加圧
水型原子炉２を利用する典型的な１８００ＭＷ級原子力
発電所に関しては、所要の内部圧力に耐えるために鋼製
格納容器の円筒形側壁６の直径は約１３０フィート（４
０ｍ）、鋼製壁の肉厚は約１．６２５インチ（４．１３
ｃｍ）であるのが良い。
【００１４】コンクリート製遮蔽建屋７が鋼製格納容器
１を包囲してており、鋼製格納容器１の外面５と遮蔽建
屋７との間の環状の間隔は４．４フィート（１３４．２
ｃｍ）である。遮蔽建屋７は、その最上部に、且つその
周りに半径方向に位置した空気入口８を備えている。空
気入口８は好ましくは、ルーバを備える一連の等間隔を
置いた入口開口部から成る。
【００１５】冷却水源９が遮蔽建屋７の上部内において
環状タンク内に支持されている。
【００１６】 遮蔽建屋７の最上部１０は、加熱空気及
び水蒸気の排出手段である上方に延びる中央煙突１１を
有する。煙突１１は、加熱された空気をさらに上昇さ
せ、それにより、遮蔽建屋７内における空気の自然循環
を促進するのに役立つ。一実施例では、煙突は又、遮蔽
建屋の最上部よりも約５０フィート（１５ｍ）高く、鋼
製格納容器１の最上部よりも約６５フィート（１９．５
ｍ）高い。
【００１７】鋼製エアーバッフル又は空気そらせ板１２
が、遮蔽建屋７の内壁面と鋼製格納容器１の外壁面との
間に配置されていて、鋼製格納容器１と遮蔽建屋７との
間に一対の環状空間２１，２２を構成し、格納容器１の
冷却を助長する有効且つ効率的な空気の流れを可能にし
ている。図１に矢印で示すように、周囲の外気が空気入
口８を通って遮蔽建屋７内へ引き込まれて外側環状空間
２１を通って下方へ流れ、次に、鋼製格納容器１の外面
５に沿いながら内側環状空間２２を通って上方へ流れ、
しかる後に中央煙突１１を通って排出される。
【００１８】このような外部冷却用空気の自然通風によ
る格納容器の冷却方式は、原子炉２内部の一次冷却系の
うち一つに一時的な故障又は問題が生じた場合には不十
分なことがある。したがって、本発明は、遮蔽建屋７の
最上部１０に位置した重力供給方式の冷却水源９から冷
却水を鋼製格納容器１の外面５に供給する補助冷却装置
に関する。冷却水は最初、直接的な熱伝導により外面５
を冷却することになろう。冷却水は温度が上がると、蒸
発を始めて上方へ流れる冷却空気流となる。これによ
り、鋼製格納容器１の外面を適度な予想熱束時における
通常の水の沸点よりも充分低く冷却する蒸発冷却作用が
得られる。このようになる理由は、冷却空気が外面５上
に拡散し、それにより、外面５を離れる水蒸気の分圧が
下がって加熱された冷却水の飽和温度が下がるからであ
る。
【００１９】遮蔽建屋７の最上部１０の冷却水源９から
の冷却水の放出の意図は、数日間にわたって冷却能力を
発揮させることにあり、その後、冷却水を補給するよう
にする。
【００２０】図２には、冷却水を鋼製格納容器１のドー
ム最上部４の湾曲面上に分配する構成の好ましい実施例
が示されている。冷却水は貯蔵タンク９から管により導
入され、かかる管は冷却水をドーム最上部４の中央に位
置決めされたスロット付き分配筒状体２０内へ送り込
む。分配筒状体２０のスロットは、もし分配筒状体２０
が傾斜していたり心ずれしている場合であっても、各ス
ロットからの流れが実質的に均一であるよう寸法決めさ
れている。図２に示すように、複数の鋼製案内要素１３
がドーム最上部４の湾曲面に溶接され、分配筒状体２０
から半径方向外方且つ下方へ延び、それによりドーム最
上部４上に８つのパイ形のセグメント又は部分を形成し
ている。
【００２１】 鋼板で構成されている複数の円周方向集
水要素１４がドーム最上部４から下方へ下った途中のと
ころでドーム最上部４の外面５に溶接されている。集水
要素１４は、ドーム４の全周にわたって延び、半径方向
案内要素１３と交差している。集水箱１５が一対の隣り
合う半径方向案内要素１３と一対の円周方向集水要素１
４との間に位置決めされており、この集水箱は、半径方
向案内要素１３の間でドーム最上部４上を流れてから円
周方向集水要素１４によって集められ、次に集水箱１５
内へ差し向けられた冷却水を受け入れる。冷却水が集水
箱１５内へ流入すると、この冷却水は、集水箱１５か
ら、集水箱１５の両側に沿って延びていて鋼製格納容器
１の湾曲外面５に固定された複数の分配チャンネル１６
内へ再分配される。
【００２２】 図２、図３及び図４に示すように、分配
チャンネル１６は、集水箱１５の各側に取り付けられた
漸増長さの４つの平行なチャンネルから成る。集水箱１
５の各側の４つの平行なチャンネル１６は、一端が集水
箱１５に取り付けられると共に他端が格納容器で支持さ
れる単一の組立体として構成されている。分配チャンネ
ル１６は好ましくは、集水箱１５の各側につき４つから
成るユニットの形で製造されているが、各チャンネル１
６内において連続で均一の冷却水の流れが確保されるの
に充分な勾配が得られるよう現場で調節できるブラケッ
ト１９により外面５に固定されている。格納容器１上に
支持体を設けるため、格納容器が加圧されるか温度差の
発生により変形しても、分配チャンネル１６に過剰な応
力がかかることがない。単一の分配チャンネル１６が図
３に示すように集水箱１５の前壁に取り付けられてい
る。冷却水は、切削加工により集水箱１５の壁に形成さ
れた一連のＶ字形の堰１７により集水箱１５から分配チ
ャンネル１６の全てに導入される。この構成により、分
配チャンネル１６の各々の中への冷却水の均一の流れが
得られる。各分配チャンネル１６の一方の側には、互い
に等間隔を置いた複数のＶ字形堰１８が設けられ、これ
ら堰１８は、分配チャンネル１６内に取り込まれた冷却
水を円周方向集水要素１４のすぐ前で鋼製格納容器１の
湾曲外面５上に分配する。
【００２３】 半径方向案内要素１３、円周方向集水要
素１４、集水箱、及び分配チャンネルの構成を鋼製格納
容器１の湾曲面の下方へ次々に繰り返し設け、冷却水の
均一の薄膜が鋼製格納容器１の外面５全体を覆って得ら
れるようにする。分配チャンネル１６の側壁に設けられ
たＶ字形堰１８はこれを越えて冷却水を上方へ送り出
し、それにより外面５が最大限に覆われるようにする。
好ましくは、集水箱１５の堰１７を集水箱１５にボルト
留めして、最終的に冷却水が分配チャンネル１６に向か
い均一に分配されるようにする。冷却水の流れの制御の
ためにＶ字形の堰１７，１８を用いるのが好ましいが、
所望ならば、別の形状の堰を使用することができる。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却水分配装置を用いる原子力発電所
の受動式格納容器冷却装置の部分断面側面図である。
【図２】本発明の冷却水分配装置で用いられる種々の構
成要素の全体構成を示す鋼製格納容器のドームの一部の
平面図である。
【図３】本発明の冷却水分配装置で用いられる集水箱の
うちの１つの拡大平面図である。
【図４】図３に示す４−４線における断面図である。
【図５】図３に示す５−５線における断面図である。
【図６】本発明の冷却水分配装置で用いられる分配チャ
ンネルの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 鋼製格納容器 ２ 原子炉 ３ 蒸気発生器 ５ 格納容器外面 １３ 半径方向案内要素 １４ 円周方向集水要素 １５ 集水箱 １６ 分配チャンネル １７ 堰
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−265672（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−317690（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−122300（ＪＰ，Ａ) 米国特許5049353（ＵＳ，Ａ) 米国特許5169596（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 9/00 G21C 13/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 格納容器の湾曲面上に冷却水を分配する
    ための装置において、冷却水源と、前記湾曲面に固定さ
    れていて、前記冷却水源から半径方向外方に且つ下方に
    延びる複数の案内要素と、前記湾曲面に固定されてい
    て、前記半径方向案内要素と交差する複数の円周方向集
    水要素と、各々一対の隣り合う半径方向案内要素と一対
    の隣り合う円周方向集水要素との間に位置した複数の集
    水箱と、各集水箱の両側に沿って延びていて、前記湾曲
    面に固定された複数の分配チャンネルと、前記分配チャ
    ンネル内の冷却水を前記湾曲面上に分配するよう前記分
    配チャンネルの少なくとも一方の側壁に設けられた複数
    の堰とから成ることを特徴とする分配装置。
  2. 【請求項２】 冷却水源は湾曲面上に設けられたスロッ
    ト付き分配筒状体であることを特徴とする請求項１の分
    配装置。
  3. 【請求項３】 案内要素の数は８つであることを特徴と
    する請求項１の分配装置。
  4. 【請求項４】 集水箱の数は８つであることを特徴とす
    る請求項１の分配装置。
  5. 【請求項５】 集水箱の側壁は、冷却水を分配チャンネ
    ル内に分配する堰を備えていることを特徴とする請求項
    １の分配装置。
  6. 【請求項６】 各分配チャンネルには４つの堰が設けら
    れていることを特徴とする請求項１の分配装置。
  7. 【請求項７】 堰はＶ字形であることを特徴とする請求
    項１の分配装置。
  8. 【請求項８】 分配チャンネルは連続で均一の冷却水の
    流れが確保されるように勾配を調節可能であることを特
    徴とする請求項１の分配装置。
JP07652094A 1993-03-22 1994-03-22 冷却水の分配装置 Expired - Lifetime JP3493052B2 (ja)

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