JP4311932B2 - 格納容器と該格納容器を有する沸騰水型原子炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には原子炉に関し、より具体的には、沸騰水型原子炉の格納システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
１つの公知の沸騰水型原子炉は、格納建造物又は格納容器内に配置された原子炉圧力容器（ＲＰＶ）と、閉込め冷却システム（ＣＣＳ）とを含んでいる。一般的な格納容器は、ドライウェルと格納容器内に設けられた閉鎖型ウェットウェルの両方を含んでいる。ウェットウェルは、パイプ破断又は冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）が生じた場合に、原子炉に対する２次冷却水ソースとなる。ＣＣＳは、格納容器の外部に設置された冷却水槽内に沈められている熱交換機を有する受動式閉込め冷却システム（ＰＣＣＳ）を含む。
【０００３】
ＬＯＣＡが生じた場合、高圧の流体即ち蒸気が、ＲＰＶから格納容器へと放出される。蒸気は、格納容器内に保持されており、ＰＣＣＳへと流れてＰＣＣＳの熱交換機内で復水される。復水器内で凝縮された蒸気復水は、ＲＰＶ又は格納容器へと還流される。ＲＰＶ内部では、復水が炉心崩壊熱によって蒸気へと変換され、蒸気は、格納容器へと還流する。これにより、ＬＯＣＡに続く期間にわたって、炉心が水によって冷却される連続的処理が生じる。
【０００４】
次に、格納容器は、ＬＯＣＡが生じた場合に比較的高圧及び高温の蒸気を受けられるような大きさと構成にされる。格納容器又は格納建造物は一般的に、蒸気放出を閉じ込めるように構成された、厚い強化コンクリートで形成された大容積構造体である。大容積は、蒸気を減圧制御するための膨張領域を与える。格納容器は、約２気圧（ａｔｍ）ないし約３ａｔｍ（約２０２キロパスカル（ｋＰａ）ないし３０３ｋＰａ）の低圧を閉じ込めるように構成されている。格納容器はまた、放射性蒸気を閉じ込める放射能バウンダリとしても有効である。格納容器、及び格納容器用の支持台の建設は、原子炉建設サイトで、多くの時間及び資源を必要とする複雑な工事である。
【特許文献１】
米国特許公開第２００２−００８５６６０
【０００５】
【発明の開示】
１つの態様において、沸騰水型原子炉用の金属製格納容器が提供される。この格納容器は、底部ヘッドと、取り外し可能な上部ヘッドと、底部ヘッドから上部ヘッドまで延びるほぼ円筒形の側壁とを含む。底部ヘッド、上部ヘッド、及び円筒形側壁は、原子炉圧力容器を受け入れかつ封じ込める大きさにされた格納空洞を形成する。格納容器は、少なくとも約５０ａｔｍ（５０．７×１０²ｋＰａ）の圧力定格を有する。
【０００６】
別の態様においては、沸騰水型原子炉が提供され、該原子炉は、原子炉圧力容器と、該原子炉圧力容器内に設置された炉心と、金属製格納容器とを含む。原子炉圧力容器は、格納容器の内側に封じ込められている。金属製格納容器は、底部ヘッドと、取り外し可能な上部ヘッドと、底部ヘッドから上部ヘッドまで延びるほぼ円筒形の側壁とを含む。底部ヘッド、上部ヘッド、及び円筒形側壁は、原子炉圧力容器を受け入れかつ封じ込めることができる大きさにされた格納空洞を形成する。格納容器は、約５０ａｔｍの圧力定格を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の例示的な実施形態による小型の金属製格納容器を備える沸騰水型原子炉が、下記により詳細に説明される。小型の格納容器は、公知の格納容器より小さく、現場から離れて工場製作しておき、現場で敏速に据え付けることができる。この小型の格納容器は、比較的低い圧力定格に設計された大きな抑制水槽を有する、公知の比較的大きく高価なコンクリート又は鋼製の格納容器の代わりに使用される。小型の格納容器は、比較的高い圧力定格を持ち、抑制水槽を備えていない乾式である。
【０００８】
小型の乾式格納容器を備える沸騰水型原子炉はまた、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）に備える貯蔵冷却材を分離し保持している単純な安全システムを採用している。安全システムは、外部ソースから冷却材を補充する必要なく分離復水器及び均圧管を使用して、炉心冷却及び崩壊熱伝達を維持することが可能である。
【０００９】
次に図面を参照すると、図１は、本発明の実施形態による沸騰水型原子炉１０の概略図である。原子炉１０は、支持台１６上に据えられた格納容器１４内に設置された原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１２を含む。炉心１８（図２に示す）は、原子炉圧力容器１２内に設置されている。
【００１０】
格納容器１４は、底部ヘッド２０と、上部ヘッド２２と、底部ヘッド２０から上部ヘッド２２まで延びるほぼ円筒形の側壁２４とを含む。底部ヘッド２０、円筒形側壁２４、及び上部ヘッド２２は、格納空洞２６を形成する。空洞２６は、ＲＰＶ１２を格納容器１４内に封じ込めておくのに十分な大きさを有している。ＲＰＶ１２と格納容器１４との間の領域は、ドライウェル２８を形成する。
【００１１】
側壁２４は、取り外し可能な上部ヘッド２２と係合する上部フランジ３０を含む。上部フランジ３０によって、上部ヘッド２２の取り付けが容易になる。側壁２４は、底部ヘッド２０に溶接され、密圧バウンダリを形成する。側壁２４、上部ヘッド２２、及び底部ヘッド２０は、任意の適切な金属、例えば１つの実施形態においては低合金鋼から、鍛造及び機械加工される。低合金鋼は、ニッケル、クロム、ケイ素、マンガン、タングステン、モリブデン、及びバナジウムのような合金材料を少量含み、機械的性質を改善されている。別の実施形態において、側壁２４、上部ヘッド２２、及び底部ヘッド２０は、ステンレス鋼で被覆して、防錆性が改善される。
【００１２】
格納容器１４は、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）において予見される、蒸気、水、及びガスの混合物のような高圧流体を閉じ込めておくことができる。円筒形側壁２４は、高圧の蒸気、水、及びガスの混合物を閉じ込めておくのに十分な厚さを有する。例示的な実施形態において、円筒形側壁２４の厚さは約１５センチメートル（ｃｍ）ないし約３０ｃｍであり、格納容器１４は、約５０ａｔｍ（５０．７×１０²ｋＰａ）から約１５０ａｔｍ（１５１×１０²ｋＰａ）までの圧力の流体を閉じ込めることができる。高圧流体を閉じ込める能力は、圧力定格と呼ばれる。別の実施形態において、円筒形側壁２４の厚さは１５ｃｍより小さいか又は３０ｃｍより大きくすることができる。厚さが１５センチメートルより小さい側壁２４は、ＬＯＣＡの間に閉込め圧力が５０ａｔｍより低いと予測される場合に使用することができ、厚さが３０ｃｍより大きい側壁２４は、ＬＯＣＡの間に閉込め圧力が１５０ａｔｍを超えると予測される場合に使用することができる。
【００１３】
格納容器１４は、ＲＰＶ１２から比較的小さな間隔しか置いていない。例示的な実施形態では、格納容器の側壁２４は、ＲＰＶ１２から約１メートル離れており、空洞２６は、ＲＰＶ１２の容積より僅かに大きい容積を有する。ＲＰＶ１２の容積を越える部分の空洞２６の容積は、ＬＯＣＡの間にＲＰＶ１２から漏れ出る高圧ガス、例えば蒸気の膨張に対して使用できる容積である。約１５０ａｔｍまでの高圧流体を閉じ込めることができる格納容器１４の能力によって、格納容器１４の大きさを公知の格納装置よりも小さくすることができる。別の実施形態において、側壁２４は、ＲＰＶ１２からの間隔を１メートルより大きく又は１メートルより小さくされる。間隔が大きければ大きいほど、蒸気の膨張及び減圧に使用できる格納空洞２６内の容積が大きくなる。間隔が小さければ小さいほど、蒸気の膨張に使用できる格納空洞２６内の容積が小さくなり、通常このことは、圧力が高くなり、より厚い側壁２４が必要になると言い換えることができる。空洞２６の容積は、ＲＰＶ１２の容積の４倍の容積より小さいか又は等しい。
【００１４】
１つの実施形態において、側壁２４及び底部ヘッド２０は、支持台１６から離れた場所で、鍛造及び機械加工してほぼ完全な一体化ユニットにされる。より具体的には、側壁２４及び底部ヘッド２０は、支持台１６が原子炉サイトに建設されている間に、遠隔地の製造施設において製作される。側壁２４及び底部ヘッド２０は、ＲＰＶ１２及びその関連の内部構成部品を実質的に即座に受け入れられるように準備して、原子炉サイトに搬送される。格納容器１４内部に又はそれを貫通して構成部品を取り付けるために、原子炉サイトで溶接及び機械加工が施される場合もある。
【００１５】
例示的な実施形態において、側壁２４は、複数の貫通孔３２（１つのみ示されている）を含む。側壁貫通孔３２は、主蒸気管３４と他の配線配管類、例えば給水管、所望の電気配線、及び機械／油圧システム配管等が、格納容器１４を貫通してＲＰＶ１２に通じるのを容易にする。各貫通孔３２は、密封シールされ、高圧流体を格納容器１４内に閉じ込めるのを助ける。
【００１６】
分離弁３６は、貫通孔３２をシールするのを容易にする。分離弁３６は、側壁貫通孔３２に結合されている。例示的な実施形態では、第１の分離弁３８が側壁２４とＲＰＶ１２との間で格納空洞２６内に設置され、第２の分離弁４０は、側壁２４の外側に、側壁貫通孔３２に隣接して設置される。側壁２４は更に、側壁貫通孔３２を囲むパイプガード４２を含んでいる。パイプガード４２は、側壁２４から第２の分離弁４０まで延び、格納容器１４へ排水するように構成されている。
【００１７】
図２を参照すると、閉込め冷却システム（ＣＣＳ）４４が格納容器１４に結合されている。ＣＣＳ４４は、冷却復水器水槽４６、分離復水器４８、入口管５０、及び復水排水管５２を含む。冷却復水器水槽４６は、格納容器１４の外側に設置されている。分離復水器４８は、冷却水槽４６内に沈められている。入口管５０は、格納容器１４から分離復水器４８まで延びて、復水器４８とドライウェル２８との間の流体連通を行う。ＬＯＣＡが生じた場合に、蒸気はドライウェル２８から流れ出して、入口管５０を通って復水器４８の上部ドラム５４に流れ、各復水器４８の凝縮セクション５６に入り、そこで蒸気は冷却され復水されて下部ドラム５８内に収集される。復水排水管５２は、復水器４８の下部ドラム５８から弁６０まで延びている。通気管６２は、下部ドラム５８から放射性廃棄物タンク（図示しない）まで延びている。注入管６４は、弁６０からドライウェル２８まで延び、復水は、復水排水管５２、弁６０、注入管６４を通ってドライウェル２８へと排水される。別の実施形態では、注入管６４はＲＰＶ１２内へ延び、復水は直接ＲＰＶ１２へと還流される。
【００１８】
ＲＰＶ１２は、格納容器のドライウェル２８内に設置される。ドライウェル２８は、正常運転状態の下では乾燥しているが、ＬＯＣＡの際には水で満たされることができる。ドライウェル２８は、少なくとも１つの遠隔作動ドライウェル弁６６によって、ＲＰＶ１２と流体連通する。ＬＯＣＡの際には、ドライウェル弁６６は、ＲＰＶの低水位上に開かれて、水がドライウェル２８からＲＰＶ１２へと流れ込むことができる。
【００１９】
原子炉のＬＯＣＡが生じた場合には、高圧蒸気が格納容器の空洞２６内に放出される。格納容器１４は、圧力サージを大きさがＲＰＶ１２に比較的似ている格納容器空洞２６内に封じ込める。より具体的には、格納容器空洞２６は、ＲＰＶ１２の容積より僅かに大きいが、ＲＰＶ１２の容積の約４倍より小さい容積を有し、圧力が約５０ａｔｍから約１５０ａｔｍまでの高圧蒸気を閉じ込めることができる。蒸気はドライウェル２８から入口管５０を通り復水器４８へ流れ、そこで蒸気が冷却され復水される。次いで復水は、復水排水管５２及び注入管６４を通ってＲＰＶに還流される。ドライウェル２８に回収された水は、弁６６を通ってＲＰＶ１２に導かれ、それによって炉心を冷却する。
【００２０】
上記の沸騰水型原子炉１０は、ＬＯＣＡに備える貯蔵冷却材を分離して保持する小型の乾式格納容器１４を有する。格納容器は、外部ソースから原子炉冷却材を補充する必要なく、分離冷却復水器４８を使用して炉心冷却及び崩壊熱伝達を維持することができる。格納容器によって、分離復水器による残留熱除去、及び分離復水器の排出管及び／又は均圧管による復水の原子炉への還流が容易になる。その上、格納容器１４によって、容積を小さくした高圧格納容器の、遠隔地でのモジュール式の製作が容易になり、建設時間及び費用が低減される。
【００２１】
本発明を、様々な特定の実施形態によって説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態による、沸騰水型原子炉の概略図。
【図２】 図１に示される格納容器の概略図。
【符号の説明】
１０ 沸騰水型原子炉
１２ 原子炉圧力容器（ＲＰＶ）
１４ 格納容器
１６ 支持台
２０ 底部ヘッド
２２ 上部ヘッド
２４ 側壁
２６ 格納空洞
３２ 貫通孔
３４ 主蒸気管
３６ 分離弁

Claims (10)

1. 原子炉圧力容器（１２）を含む沸騰水型原子炉（１０）用の金属製格納容器（１４）であって、
   底部ヘッド（２０）と、
   取り外し可能な上部ヘッド（２２）と、
   前記底部ヘッドから前記上部ヘッドまで延びるほぼ円筒形の側壁（２４）と、
   を含み、
   前記底部ヘッド、上部ヘッド、及び円筒形側壁は、前記原子炉圧力容器を受け入れかつ封じ込める大きさにされた格納空洞（２６）を形成し、前記格納容器は、少なくとも５０気圧の流体を閉じ込めることができる能力を有する、
   ことを特徴とする格納容器（１４）。
2. 前記格納容器は、１５０気圧又はそれ以下の圧力の流体を閉じ込めることができる能力を有することを特徴とする、請求項１に記載の格納容器（１４）。
3. 前記金属製格納容器は、低合金鋼からなることを特徴とする、請求項１に記載の格納容器（１４）。
4. 前記格納空洞（２６）は、前記原子炉圧力容器の容積の４倍より小さい容積を含むことを特徴とする、請求項１に記載の格納容器（１４）。
5. 遠隔作動弁（６６）によって前記原子炉圧力容器（１２）から分離されているドライウェル（２８）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の格納容器（１４）。
6. 前記側壁は、複数の貫通孔（３２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の格納容器（１４）。
7. 前記側壁は、前記複数の貫通孔（３２）の少なくとも１つを囲む少なくとも１つのパイプガード（４２）を含み、該パイプガードは、前記格納容器内に排水することを特徴とする、請求項６に記載の格納容器（１４）。
8. 前記側壁貫通孔（３２）に結合された複数の分離弁（３６）を更に含み、該分離弁は、前記側壁（２４）と前記原子炉圧力容器（１２）との間で前記格納空洞（２６）内に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の格納容器（１４）。
9. 前記底部ヘッド（２０）及び側壁（２４）は、一体化ユニットであることを特徴とする、請求項１に記載の格納容器（１４）。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の格納容器（１４）と、
    該原子炉圧力容器内に設置された炉心（１８）と、
    を有する沸騰水型原子炉（１０）。

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