JP4474349B2 - 異物捕獲設備を内蔵した原子炉格納容器 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉格納容器内のサプレッションプール内の冷却水を水源としている配管系統の吸込口の詰まりを軽減する異物捕獲設備を備えた原子炉格納容器に関するものである。

原子力発電所にて用いられる原子炉格納容器は、原子炉圧力容器と原子炉圧力容器で冷却材から発生した高温高圧な蒸気を通す主蒸気配管等の冷却材配管が格納されている。その原子炉格納容器内には、ドライウェルと称せられる空間とサプレッションチェンバ（ウエットウェルともいう。）と称せられる空間とに分けられている。意図しない事象として、主蒸気配管等の冷却材配管からドライウェル内に蒸気が漏れ出た場合には、ドライウェルの雰囲気を蒸気とともにベント管を通じてサプレッションチェンバのサプレッションプール内に吹き出させ、その蒸気をサプレッションプール内の冷却水で凝縮して原子炉格納容器内の圧力を安全に低下させる。

さらには、原子炉圧力容器内で余剰と成った蒸気を主蒸気配管から安全弁を経由してクエンチャを通してサプレッションプール内の冷却水中に排出して凝縮して原子炉圧力容器内や原子炉格納容器内の圧力を安全に低下させる。

原子炉格納容器内での冷却材配管破断による冷却材喪失時（蒸気の漏洩時）に、その破断口から流出する冷却材により破断口に近接している個所に設置されている保温材がその流出勢力で破損して異物となり、ドライウェルからベント管をとおり非常用炉心冷却水の水源であるサプレッションプール内に流入する。

サプレッションプール内の冷却水に流入した異物が、サプレッションプール内の冷却水を水源としている残留熱除去系統や非常用炉心冷却系のポンプに吸い込まれてそのポンプに悪影響を与える。その悪影響を緩和するために、サプレッションプール内の非常用炉心冷却系の配管入口にはポンプストレーナが設置されている。

しかし、サプレッションプール内の非常用炉心冷却系のポンプストレーナが閉塞する事象が発生した。それを受けて、非常用炉心冷却系のポンプストレーナの目詰まりを防ぐ対策として、ストレーナの大型化や、ドライウェルにあるベント管の入口にフィルタをかぶせてサプレッションプールに異物が入り込むのを回避する例（例えば、特許文献１参照）、サプレッションプール内にあるベント管出口とポンプストレーナの間にサプレッションプール全域に渡る異物の捕獲手段を設置する例（例えば、特許文献２参照）、サプレッションプール内のベント管の出口である水平ベント管に異物の捕獲手段を設置する例（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。

特開平７−２４８３９２号公報 特開２００２−１６８９８５号公報

こうした残留熱除去系統や非常用炉心冷却系のポンプストレーナの目詰まりを防ぐ対策を用意する際に、従来の公知例で挙げられている、サプレッションプール全域に渡る異物捕獲手段を設置する場合、広域に装備された異物捕獲手段がクエンチャやベント管を通してサプレッションプール内に排出される蒸気の流勢でサプレッションプール内の冷却水を広範囲に攪拌する作用の抵抗となって、サプレッションプール内の冷却水で蒸気を効率よく凝縮する効果を低減させてしまう可能性がある。

また、ベント管の水平ベント管、出口側近傍に局部的に異物捕獲手段を設置する場合、ＭＡＲＫ−II型格納容器であれば１０８個もの異物捕獲手段の設置が必要であり、更に水平ベント管出口近傍に設置された異物捕獲手段は、水平ベント管から流れ出る蒸気の流れの抵抗となって、水平ベント管から流れ出る蒸気の流勢でサプレッションプール内の冷却水を攪拌して蒸気を効率よく凝縮する作用を抑制させてしまう可能性がある。

したがって、本発明の目的は、効率よく蒸気を凝縮して安全を確実に確保でき、且つサプレッションプールの冷却水を水源としている系統のポンプへの悪影響を防止でき、溶接による金属製ライナーの損傷部分を補うことが可能な原子炉格納容器を提供することにある。

本発明の目的を達成するための手段は、原子炉圧力容器を格納し、表面に金属製ライナーを張ったコンクリート壁で構成される原子炉格納容器と、前記原子炉格納容器内に設けたサプレッションプールと、前記原子炉格納容器のドライウェル内の雰囲気を前記サプレッションプール内に導くベント管と、前記ベント管を通じてきた前記雰囲気を前記サプレッションプールの内周囲側から前記サプレッションプール内へ水平に吐出するベント管出口と、前記サプレッションプールの外周囲を囲う壁側から前記サプレッションプール内の冷却水を吸い込む複数の吸込口を有する配管系統と、前記配管系統の吸込口に設けられたポンプストレーナと、前記ポンプストレーナの個々を覆うように、前記原子炉格納容器の壁と底部に張られた前記金属製ライナーに溶接して設けた複数の網目構造物と、前記金属製ライナーに対して前記溶接部の反対側であって、前記金属製ライナー外側の前記コンクリート壁に溶接部保護材を設けることを特徴とする。

本発明によれば、サプレッションプールの冷却水を吸い込む系統の吸込口ごとに個々に分散して異物捕獲設備を装備しているので、異物捕獲設備がベント管出口から吐出される流体の抵抗になりにくく、その冷却水が効率よく攪拌されて蒸気の効率の良い凝縮に貢献できる上、その吸込口に流入しようとする異物は異物捕獲設備で捕獲される。

そのため、サプレッションプールの冷却水を水源としている系統のポンプへの悪影響防止と、冷却材喪失時に於ける原子炉格納容器の圧力の過度な上昇を効率よく防ぐことを両立できる。また、溶接による金属製ライナーの損傷部分を補うことが可能である。

発明を実施するための最良の形態においては、原子炉格納容器１１内のサプレッションプール６内に装備する異物捕獲設備１０を、サプレッションプール６内の冷却水３２を水源とする系統の各吸込口の個々に覆うようにして設けて、個々の吸込口に異物捕獲設備
１０を分散装備したものである。

原子力発電所の原子炉格納容器１１内には、原子炉圧力容器２が中央部で円筒状のペデスタル３３に支持されて格納されている。その原子炉圧力容器２内には、核燃料が装備された炉心１が原子炉圧力容器２内の冷却材に浸されて設けられている。

原子炉格納容器１１の壁３４は、コンクリート製の壁３４表面に金属製のライナー２８を一体に張って気密に構成されている。その原子炉格納容器１１は、ダイヤフラムフロア１２によってドライウェルとサプレッションチェンバ５に区画されている。そのドライウェルは上部ドライウェル３と下部ドライウェル４に分かれている。その上部ドライウェル３内には、原子炉圧力容器２内の炉心１で加熱された冷却材による高圧高温の蒸気を原子炉圧力容器２の外側に流すための主蒸気配管２１が冷却材配管として通されている。その主蒸気配管２１の途中には、冷却材喪失時に閉鎖される主蒸気隔離弁２０が設けられている。その主蒸気配管２１には、蒸気エネルギーを低下させないように保温材が施工されている。

サプレッションチェンバ５は、ダイヤフラムフロア１２とペデスタル３３と原子炉格納容器１１の壁３４とに囲われている。サプレッションチェンバ５内には、冷却水３２が蓄えられていて、サプレッションプール６を形成している。

サプレッションプール６内の冷却水３２の水面下には、複数のクエンチャ８が配置され、サプレッションプール６底部に固定設置されている。そのクエンチャ８には、主蒸気配管２１との間で排気管３５が接続されている。その排気管３５には、安全弁２７が装備され、原子炉圧力容器２内に余剰蒸気が発生している場合には、安全弁２７を開いて、その余剰な蒸気を排気管３５経由でクエンチャ８に送り込んで、そのクエンチャ８から冷却水３２中に放出する。この放出によって放出された蒸気は冷却水３２で凝縮されて蒸気分圧を低下させる。このことによって余剰蒸気で原子炉圧力容器２や主蒸気配管２１の内圧が安全に制御される。

ペデスタル３３には、垂直に複数のベント管７が通されている。ベント管７の上端である入口は上部ドライウェル３に通じ、ベント管７の途中では下部ドライウェル４に通じている。ベント管７の下部には、上下多段の配置で水平ベント管７ａがベント管７の出口として水平に接続されている。その水平ベント管７ａの端部がサプレッションプール６内の冷却水３２中にベント管７の出口として水平に向けて開口している。

原子炉格納容器１１の外側にはサプレッションプール６内の冷却水３２を水源とする２系統の高圧炉心注水系統２３，２６と３系統の残留熱除去系統２２，２４，２５が配管系統が配備されている。その２系統の高圧炉心注水系統２３，２６の残留熱除去系配管１７と３系統の残留熱除去系統２２，２４，２５の高圧炉心注水系配管１４との冷却水３２の吸込口には、サプレッションプール６内の冷却水３２中に配置したポンプストレーナ９が接続されている。

２系統のいずれの高圧炉心注水系統２３，２６においても、ポンプストレーナ９に接続された高圧炉心注水系配管１４は原子炉圧力容器２内に連通接続されている。その高圧炉心注水系配管１４の途中には、高圧炉心注水系配管１４に吸い込んだサプレッションプール６内の冷却水３２を原子炉圧力容器２内に圧送する高圧炉心注水系ポンプ１３を備えている。

また、３系統の残留熱除去系統２２，２４，２５も、ポンプストレーナ９に接続された残留熱除去系配管１７は原子炉圧力容器２内に連通接続されている。その残留熱除去系配管１７の途中には、残留熱除去系配管１７に吸い込んだサプレッションプール６内の冷却水３２を原子炉圧力容器２内に圧送する残留熱除去系ポンプ１５と圧送途中の冷却水３２を冷却する熱交換器１６とを備えている。

サプレッションプール６内の水面下には、網目構造の異物捕獲設備１０が装備されている。異物捕獲設備１０は、捕獲しようとする異物が通れない大きさの網目を有する金網を、一個のポンプストレーナ９を囲うことが出来る形状に作成した網目構造物である。金網によらず、金属板に異物が通れない穴を多数開けた網目構造物であっても良い。

その異物捕獲設備１０は、原子炉格納容器１１の壁３４と底面とに施工されている金属製のライナー２８に接合された状態で、ポンプストレーナ９を囲っている。一個のポンプストレーナ９を一個の異物捕獲設備１０で囲って、各ポンプストレーナ９ごとに独立した異物捕獲設備１０が個々に装備されることによって、個々の異物捕獲設備１０が小型で、サプレッションプール６内に分散して装備されることになる。

このような異物捕獲設備１０を備えた原子炉格納容器１１において、主蒸気配管２１が破断して、破断口から高温高圧の蒸気が噴出すると、上下部各ドライウェル３，４内の圧力が上昇する。それと共に、その破断口からの蒸気の噴出勢力で、主蒸気配管２１の周囲に施工されていた保温材が粉砕されて異物１８として上部ドライウェル３内に飛散する。

上下部各ドライウェル３，４内に噴出した蒸気は上下部各ドライウェル３，４内の気体と混合して雰囲気を形成する。その雰囲気はベント管７を通じて水平ベント管７ａからサプレッションプール６内の冷却水３２中に流体として吹き出される。その吹き出しによって雰囲気中の蒸気や気体は冷却水３２によって冷却され、蒸気は凝縮し、不凝縮気体のみがサプレッションプール６内に蓄積される。このようにして、蒸気分圧や気体の温度が低下して、原子炉格納容器１１内の圧力が安全な領域に維持される。

水平ベント管７ａから吹き出された雰囲気によってサプレッションプール６内の冷却水３２は攪拌されて成層化現象を起こすことなく、噴出された雰囲気中の蒸気の凝縮や気体の温度低下を効率よく行える。異物捕獲設備１０は水平ベント管７ａが装備されているペデスタル３３とは離れた原子炉格納容器１１の壁３４側に、図２や図３のように、分散小型化して設置されているので、その異物捕獲設備１０が水平ベント管７ａから吹き出る雰囲気の流勢を低下させる抵抗になることが極力避けられると共に冷却水３２の攪拌流をサプレッションプール６内の隅々にまで極力行き渡らせることが出来る。そのため、異物捕獲設備１０がサプレッションプール６内の冷却水３２の攪拌を阻害する要因になりにくい。

上下部各ドライウェル３，４内の雰囲気がサプレッションプール６内に噴出される際には、上部ドライウェル３内に飛散した保温材などの異物１８も、その雰囲気に同伴されて、サプレッションプール６内の冷却水３２中に、図５中の黒点表示であらわした異物１８のように、噴出してくる。そのサプレッションプール６内の異物１８は、高圧炉心注水系ポンプ１３と残留熱除去系ポンプ１５とが作動した際には、各ポンプストレーナ９から残留熱除去系配管１７や高圧炉心注水系配管１４にサプレッションプール６内の冷却水３２が吸い込まれて原子炉圧力容器２内に注水され、原子炉圧力容器２内を冷却する。

その際に、サプレッションプール６内の異物１８が冷却水３２と同伴して残留熱除去系配管１７や高圧炉心注水系配管１４に吸い込まれようとするが、異物捕獲設備１０は、図４のように、その異物１８を捕獲して各ポンプストレーナ９側への流入を阻止する。そのため残留熱除去系配管１７や高圧炉心注水系配管１４に異物１８が流入せずに高圧炉心注水系ポンプ１３や残留熱除去系ポンプ１５や熱交換器１６に悪影響を与えない。また、各ポンプストレーナ９も詰まらないので、各ポンプストレーナ９を目詰まりしないように大型化する必要性も無い。異物捕獲設備１０を通過してしまった異物１８が存在したとしても、各ポンプストレーナ９によって、その異物１８を捕獲して異物１８の高圧炉心注水系統２３，２６と残留熱除去系統２２，２４，２５内への侵入を二重に防止する。

異物捕獲設備１０は、各ポンプストレーナ９を個別に囲って、そのほぼ全面を異物１８の捕獲領域に用いられるため、捕獲面積が広くて詰まりにくい。そのため、各ポンプストレーナ９だけで異物１８の高圧炉心注水系統２３，２６と残留熱除去系統２２，２４，
２５内への侵入を防止するものに比べても長時間にわたって、高圧炉心注水系統２３，
２６と残留熱除去系統２２，２４，２５内と正常に作動させて、原子炉圧力容器２内の冷却を長時間維持できる。そのため、原子力発電所の長時間の安全の維持に貢献できる。

図５は、異物捕獲設備１０を内蔵した原子炉格納容器１１の他の実施例を示した図である。各ポンプストレーナ９の周りに異物捕獲設備１０を設置すると、残留熱除去系ポンプ１５と高圧炉心注水系ポンプ１３の吸い込み口での圧力損失が二重となる。異物１８による各ポンプストレーナ９の閉塞による圧力損失に加えて、各ポンプストレーナ９と異物捕獲設備１０との二重化による圧力損失が加わると、異物捕獲設備１０の網目の大きさにも寄るが、残留熱除去系ポンプ１５と高圧炉心注水系ポンプ１３の吸い込み圧力は余計に低下し、残留熱除去系統２２，２４，２５や高圧炉心注水系統２３，２６の作動時に、必要な流量を確保できない場合が考えられる。

そのような場合が懸念される場合には、各ポンプストレーナ９を削除して異物捕獲設備１０に各ポンプストレーナ９の役割をはたさせ、残留熱除去系ポンプ１５と高圧炉心注水系ポンプ１３の吸い込み圧力の低下を抑制する。この場合にも、異物捕獲設備１０は各ポンプストレーナ９より異物１８の捕獲面積が大きく、また、異物１８を捕獲し残留熱除去系ポンプ１５と高圧炉心注水系ポンプ１３の目詰まりを防ぐという同様の機能を有することになるので、残留熱除去系統２２，２４，２５や高圧炉心注水系統２３，２６は長時間にわたって異物１８からの悪影響を受けずに原子力発電所の安全を長時間にわたって維持できる。

図６は異物捕獲設備１０の原子炉格納容器１１内の設置方法を示した図である。原子炉格納容器１１の壁３４や底部はコンクリート部３１に金属製のライナー２８を張った構造となっている。異物捕獲設備１０は各ポンプストレーナ９全体を覆うように配置し、異物捕獲設備１０のライナー２８に接する部分は溶接による溶接部２９で接続する。しかし、異物捕獲設備１０をライナー２８に溶接する部分は、溶接による熱で薄くなってしまう。そこで、溶接によるライナー２８の損傷部分を補うために、ライナー２８の溶接部保護材３０を溶接部２９の反対側に配置し、ライナー２８の外側のコンクリート部分に埋め込むこととする。

本発明は、原子力発電所の原子炉格納容器内のサプレッションプールの冷却水を水源とする配管系統の冷却水吸込口に適用される。

原子力発電所における原子炉格納容器の縦断面図である。 図１に示した異物捕獲設備とポンプストレーナの平面配置図である。 図１に示したサプレッションプール内の水平ベント管と異物捕獲設備とポンプストレーナとの関係を示した縦断面配置図である。 図１における異物捕獲設備に捕獲された異物の状況を示した図である。 本発明の他の実施例によるサプレッションプール内の水平ベント管と異物捕獲設備との関係を示した縦断面配置図である。 本発明の実施例における異物捕獲設備のサプレッションプール内での据付構造を示した異物捕獲設備部分の縦断面図である。

符号の説明

１…炉心、２…原子炉圧力容器、３…上部ドライウェル、４…下部ドライウェル、５…サプレッションチェンバ、６…サプレッションプール、７…ベント管、７ａ…水平ベント管、８…クエンチャ、９…ポンプストレーナ、１０…異物捕獲設備、１１…原子炉格納容器、１２…ダイヤフロムフロア、１３…高圧炉心注水系ポンプ、１４…高圧炉心注水系配管、１５…残留熱除去系ポンプ、１６…熱交換器、１７…残留熱除去系配管、１８…異物、１９…真空破壊弁、２０…主蒸気隔離弁、２１…主蒸気配管、２２，２４，２５…残留熱除去系統、２３，２６…高圧炉心注水系統、２７…安全弁、２８…ライナー、２９…溶接部、３０…溶接部保護材、３１…コンクリート部、３２…冷却水、３３…ペデスタル、３４…格納容器の壁、３５…排気管、３６…連通口。

Claims (2)

1. 原子炉圧力容器を格納し、表面に金属製ライナーを張ったコンクリート壁で構成される原子炉格納容器と、
   前記原子炉格納容器内に設けたサプレッションプールと、
   前記原子炉格納容器のドライウェル内の雰囲気を前記サプレッションプール内に導くベント管と、
   前記ベント管を通じてきた前記雰囲気を前記サプレッションプールの内周囲側から前記サプレッションプール内へ水平に吐出するベント管出口と、
   前記サプレッションプールの外周囲を囲う壁側から前記サプレッションプール内の冷却水を吸い込む複数の吸込口を有する配管系統と、
   前記配管系統の吸込口に設けられたポンプストレーナと、
   前記ポンプストレーナの個々を覆うように、前記原子炉格納容器の壁と底部に張られた前記金属製ライナーに溶接して設けた複数の網目構造物と、
   前記金属製ライナーに対して前記溶接部の反対側であって、前記金属製ライナー外側の前記コンクリート壁に溶接部保護材を設けることを特徴とする異物捕獲設備を内蔵した原子炉格納設備。
2. 請求項１において、前記配管系統は、高圧炉心注水系統と残留熱除去系統である異物捕獲設備を内蔵した原子炉格納設備。

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