JP5801358B2

JP5801358B2 - 原子炉格納容器の冷却装置

Info

Publication number: JP5801358B2
Application number: JP2013176881A
Authority: JP
Inventors: 浩▲祥▼ ▲神▼谷
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: JP2015045569A

Description

本発明は、動的機器を用いずに原子炉格納容器を冷却可能な原子炉格納容器の冷却装置に関する。

原子炉格納容器を冷却すべく、トーラス（圧力抑制室）が圧力格納容器に並設されている。原子炉内格納容器内圧力が蒸気等で上昇した場合に、トーラスは、その蒸気をトーラス内に導いて冷却することで、原子炉格納容器内の圧力を低下させる。また、トーラスは、原子炉冷却材喪失事故時の非常用炉心冷却系の水源として、水を貯蔵している。

ところで、格納容器内圧力が蒸気等で上昇すると、トーラス内に導かれた蒸気と熱交換した水の水温を下げるべく、ＲＨＲ（残留熱除去系等）の冷却系で熱を排出する。しかしながら、ＲＨＲ（残留熱除去系統等）は、動的機器であるため、電源喪失等により使用不能となることがあった。

そこで、動的機器を用いずにトーラスを冷却可能な設備が知られている（例えば、特許文献１）。この設備では、熱交換器が原子炉格納容器内に設置される。そして、冷却水プールに設けられた冷却水と、原子炉格納容器内の蒸気とが熱交換器で熱交換することで、原子炉格納容器内の蒸気を凝縮している。

特開２０１１−２３２１７９号公報

ところで、特許文献１の設備では、熱交換器で蒸気と熱交換した冷却水は、冷却水プールに還流された後、冷却水プールに貯留されている冷却水と混合されることで冷却されるが、冷却水プールの水温が高くなると、冷却効果は大きく低減してしまう。

本発明は、斯かる事情に鑑み、動的機器を用いずに冷却効果を出来る限り維持可能な原子炉格納容器の冷却装置を提供することを課題とする。

本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置は、原子炉格納容器よりも上方に設けられ、冷却水を貯留する冷却水貯留部と、原子炉格納容器又はトーラスに並設される冷却部と、冷却部の上部と冷却水貯留部とを接続する給水管と、冷却部の下部と冷却水貯留部とを接続する排水管と、排水管から排出された冷却水を熱交換する熱交換部とを備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、冷却材喪失事故等が発生することで原子炉圧力容器から蒸気が発生すると、原子炉格納容器内の圧力は、発生した蒸気により上昇する。トーラスは、貯留している水を用いて、原子炉格納容器内に発生した蒸気を凝縮する。トーラスが蒸気を凝縮することで、トーラス内の水の温度は上昇する。これにより、原子炉圧力容器内の圧力は低下する。

ところで、冷却水は、冷却水貯留部、給水管、冷却部、排水管及び熱交換部に満たされている。冷却部は、トーラス内の水又は原子炉格納容器内の蒸気と熱交換する。これにより、冷却部に存在する冷却水の温度が上昇する。すると、冷却部にある冷却水の密度は、温度上昇により小さくなる。これにより、冷却水は、冷却水貯留部から、給水管、冷却部、及び排水管を通って再度冷却水貯留部に還流する。そして、熱交換部が排水管から排出された冷却水の熱交換をすることで、排水管から排出された冷却水の温度は低下する。これにより、動的機器を用いずに冷却効果を維持することができる。

また、上記原子炉格納容器の冷却装置の一態様として、冷却部は、トーラスの表面を被覆して設けられてもよい。

かかる構成によれば、冷却部は、トーラス内の水と冷却水とを熱交換するので、トーラス内の水の温度上昇を防ぐことができる。

また、上記原子炉格納容器の冷却装置の他態様として、冷却部は、原子炉格納容器内の圧力抑制プールに貯留されている水に浸沈されてもよい。

かかる構成によれば、冷却部は、圧力抑制プールに貯留されている水に浸沈されるので、圧力抑制プールに貯留されている水と冷却水との熱交換をすることができる。これにより、圧力抑制プールに貯留されている水が温度上昇したとしても、直接的に熱交換することができる。したがって、圧力抑制プールに貯留されている水の温度上昇を防ぐことができる。

また、上記原子炉格納容器の冷却装置の他態様として、冷却部は、原子炉格納容器の表面に沿って設けられてもよい。

かかる構成によれば、冷却部は、原子炉格納容器の表面に沿って、原子炉格納容器内の蒸気と冷却水との熱交換をするので、原子炉格納容器内の蒸気を凝縮させることができる。

以上の如く、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置によれば、動的機器を用いずに冷却効果を出来る限り維持できるというすぐれた効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る原子炉格納容器と原子炉格納容器の冷却装置との概略斜視図を示す。同実施形態に係る原子炉格納容器と原子炉格納容器の冷却装置との概略断面図を示す。同実施形態に係る熱交換部近傍の概略部分図を示す。本発明の第２実施形態に係る熱交換部近傍の概略断面図を示す。本発明の第３実施形態に係る原子炉格納容器と原子炉格納容器の冷却装置との概略断面図を示す。本発明の第４実施形態に係る原子炉格納容器と原子炉格納容器の冷却装置との概略断面図を示す。

まず、本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１の各構成を説明するのに先立って、原子炉１００の構成について図１及び図２を用いて説明する。

図１及び図２に示すように、原子炉１００は、原子炉建物１５０内に設けられる。そして、原子炉１００は、原子炉格納容器１１０内に原子炉圧力容器１２０を内包して設けられる。トーラス１３０（圧力抑制室）は、原子炉格納容器１１０の周囲にドーナツ状に設けられ、圧力格納容器と複数のベント管１４０を用いて接続される。トーラス１３０には、原子炉格納容器１１０内で発生した蒸気を水に凝縮するための水１３２が貯留され、ベントヘッダ１３４およびダウンカマ１３６等を介して原子炉格納容器１１０内の蒸気をトーラス１３０内の水１３２に接触させることが可能になっている。なお、図１において、トーラス１３０は、一部切断された状態に示されているが、実際のトーラス１３０は切断されていない。

次に、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置における第１の実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、原子炉格納容器の冷却装置１は、原子炉格納容器１１０よりも上方に設けられ、冷却水６０を貯留する冷却水貯留部１０と、原子炉格納容器１１０又はトーラス１３０に並設される冷却部２０と、冷却部２０の上部と冷却水貯留部１０とを接続する給水管３０と、冷却部２０の下部と冷却水貯留部１０とを接続する排水管４０と、排水管４０から排出された冷却水６０を熱交換する熱交換部５０とを備える。

冷却水貯留部１０は、冷却水６０を冷却するのに充分な量を貯留可能な容量で設けられる。本実施形態において、冷却水貯留部１０は、原子炉建物１５０の屋上に設けられる。そして、冷却水貯留部１０は、給水管３０及び排水管４０に接続され、給水管３０及び排水管４０を通して冷却水６０を還流可能に構成される。

冷却部２０は、トーラス１３０の表面を被覆して設けられる。具体的に、冷却部２０は、図３に示すように、軸方向に沿って、トーラス１３０の表面のうち、ベント管１４０の間の表面のそれぞれを被覆するように複数設けられる。冷却部２０のそれぞれは、内部を空洞に構成されることで、冷却水６０を内部に満たすことが可能になっている。また、冷却部２０のそれぞれは、トーラス１３０内の水１３２と熱交換することが可能なように、熱伝導率の高い金属等で構成されるのが好ましい。

給水管３０は、図１に示すように、冷却水貯留部１０に接続される給水上部管３１と、冷却部２０の上部に接続される給水下部管３２と、給水上部管３１及び給水下部管３２に接続される給水円管３３とを有する。

給水上部管３１は、一端を冷却水貯留部１０に接続され、他端を給水円管３３に接続される。給水上部管３１の一端は、冷却水貯留部１０のより下方に貯留されている水を給水するように設けられる。本実施形態において、給水上部管３１は、２本設けられる。

給水下部管３２は、一端を給水円管３３に接続され、他端を冷却部２０の上部に接続される。これにより、給水下部管３２は、複数設けられる冷却部２０のそれぞれに対応して複数設けられる。

給水円管３３は、トーラス状（ドーナツ状）に設けられる。また、給水円管３３は、複数の冷却部２０に給水下部管３２を接続可能な径で形成される。本実施形態において、給水円管３３は、原子炉格納容器１１０を挿通可能な径で形成される。これにより、給水円管３３は、全ての冷却部２０に冷却水６０を供給可能になっている。

排水管４０は、図１に示すように、冷却部２０の下部に接続される排水下部管４２と、冷却水貯留部１０に接続される排水上部管４１と、排水上部管４１及び排水下部管４２に接続される排水円管４３とを有する。

排水下部管４２は、一端を冷却部２０の下部に接続され、他端を排水円管４３に接続される。これにより、排水下部管４２は、複数設けられる冷却部２０のそれぞれに対応して複数設けられる。

排水上部管４１は、一端を排水円管４３に接続され、他端を冷却水貯留部１０に接続される。排水上部管４１の他端は、冷却水貯留部１０のより水面に近い位置に水を排水するように設けられる。本実施形態において、排水上部管４１は、給水上部管３１と同じように２本設けられる。

排水円管４３は、トーラス１３０（ドーナツ状）に設けられる。また、排水円管４３は、複数の冷却部２０に排水下部管４２を接続可能な径で形成される。これにより、排水円管４３は、全ての冷却部２０から冷却水６０を排出可能になっている。

熱交換部５０は、排水管４０から排出された冷却水６０を熱交換して、給水管３０から冷却部２０に供給可能な水温に冷却すべく設けられる。熱交換部５０は、排水管４０と給水管３０との間に設けられ、排水管４０から排出された比較的温度の高い冷却水６０を、比較的温度の低い冷却水６０に冷却可能に構成される。本実施形態において、熱交換部５０は、２つの排水管４０に合わせて２つ設けられる。そして、熱交換部５０は、冷却水貯留部１０の周縁部に接続される排水管４０から排出された冷却水６０を熱交換して冷却する。また、熱交換部５０は、冷却水貯留部１０の中央部に接続される給水管３０に熱交換された冷却水６０を供給する。

本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１の作用について説明する。

まず、原子炉格納容器１１０内で冷却材喪失等の事故が発生すると、原子炉格納容器１１０内には蒸気が発生する。原子炉格納容器１１０内で発生した蒸気は、ベントヘッダ１３４及びダウンカマ１３６を用いて、ベント管１４０を介してトーラス１３０内に貯留されている水１３２により凝縮される。これにより、原子炉格納容器１１０内の圧力上昇が抑制される。

一方、トーラス１３０内に貯留されている水１３２の温度は、蒸気との熱交換により上昇する。冷却部２０は、トーラス１３０内に貯留されている水１３２の温度上昇に対して、トーラス１３０内の水１３２と冷却水６０との間の熱交換をする。冷却部２０に存在する冷却水６０は、熱交換による温度上昇により、密度の小さい状態になる。すると、冷却水貯留部１０に貯留されている水との間で密度差が発生する。これにより、冷却部２０に存在する水は、排水管４０を通って冷却水貯留部１０に排出される。一方、給水管３０が冷却部２０に接続されていることから、冷却水貯留部１０から新たな冷却水６０が供給される。これにより、冷却部２０は、トーラス１３０内の水１３２との熱交換を繰り返す。

排水管４０から排出された比較的温度の高い冷却水６０は、熱交換部５０を通ることで再度冷却される。給水管３０は、熱交換部５０で冷却された比較的温度の低い冷却水６０を冷却部２０に供給する。

以上より、本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１は、原子炉格納容器１１０よりも上方に設けられ、冷却水６０を貯留する冷却水貯留部１０と、原子炉格納容器１１０又はトーラス１３０に並設される冷却部２０と、冷却部２０の上部と冷却水貯留部１０とを接続する給水管３０と、冷却部２０の下部と冷却水貯留部１０とを接続する排水管４０と、排水管４０から排出された冷却水６０を熱交換する熱交換部５０とを備える。

かかる構成によれば、冷却材喪失事故等が発生することで原子炉圧力容器１２０から蒸気が発生すると、原子炉格納容器１１０内の圧力は、発生した蒸気により上昇する。トーラス１３０は、貯留している水１３２を用いて、原子炉格納容器１１０内に発生した蒸気を凝縮する。トーラス１３０が蒸気を凝縮することで、トーラス１３０内の水１３２の温度は上昇する。これにより、原子炉格納容器１１０内の圧力は、低下する。

ところで、冷却水６０は、冷却水貯留部１０、給水管３０、冷却部２０、排水管４０及び熱交換部５０に満たされている。冷却部２０は、トーラス１３０内の水１３２又は原子炉格納容器１１０内の蒸気と熱交換する。これにより、冷却部に存在する冷却水６０の温度が上昇する。すると、冷却部２０にある冷却水６０の密度は、温度上昇により小さくなる。これにより、冷却水６０は、冷却水貯留部１０から、給水管３０、冷却部２０、及び排水管４０を通って再度冷却水貯留部１０に還流する。そして、熱交換部５０が排水管４０から排出された冷却水６０の熱交換をすることで、排水管４０から排出された冷却水６０の温度は低下する。これにより、動的機器を用いずに冷却効果を維持することができる。

また、上記原子炉格納容器の冷却装置１の一態様として、冷却部２０は、トーラス１３０の表面を被覆して設けられる。

かかる構成によれば、冷却部２０は、トーラス１３０内の水１３２と冷却水６０とを熱交換するので、トーラス１３０内の水１３２の温度上昇を防ぐことができる。

次に、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置１における第２実施形態について、図４を参照して説明する。なお、図４において、図１乃至図３の符号と同一の符号を付した部分は、第１実施形態と同一の構成又は要素を表す。

本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１は、トーラス１３０の外壁を二重にした上で、外壁で挟まれた間に冷却水６０を供給可能な点で第１の実施形態と相違する。すなわち、トーラス１３０は、内壁と外壁の間に空洞を形成し、内壁及び外壁の間に冷却水６０を供給可能な点で第１実施形態と相違する。本実施形態では、トーラス１３０の外壁が冷却部２０となる。そして、給水下部管３２は、トーラス１３０の外壁を貫通して接続され、トーラス１３０上部に接続される。また、排水上部管４１は、トーラス１３０の外壁を貫通して接続され、トーラス１３０下部に接続される。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１の構成は以上の通りであり、本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１の作用については、トーラス１３０の外壁と内壁との間（冷却部２０）を冷却水６０が通過する点で相違する以外は、第１実施形態と同様である。

以上より、本実施形態係る原子炉格納容器の冷却装置１は、冷却部２０は、トーラス１３０の表面を被覆して設けられる。

かかる構成によれば、冷却部２０は、トーラス１３０内の水１３２と冷却水６０との熱交換をするので、トーラス１３０内の水１３２の温度上昇を防ぐことができる。

次に、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置１における第３実施形態について、図５を参照して説明する。なお、図５において、図１乃至図４の符号と同一の符号を付した部分は、第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成又は要素を表す。

本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１は、第１実施形態における冷却部２０が、管形状に形成されている点で上記実施形態と相違する。そして、本実施形態に係る原子炉１００には、トーラス１３０が設けられず、原子炉格納容器１１０内に圧力抑制プール１７０が設けられる。また、本実施形態に係る排水管４０及び給水管３０のそれぞれには、給水円管３３、給水下部管３２、排水円管４３及び排水上部管４１が設けられず、給水上部管３１及び排水下部管４２が冷却部２０で直接的に接続される。本実施形態において、給水管３０及び排水管４０は、それぞれ１本ずつ設けられる。そして、熱交換部５０は、１つ設けられる。

冷却部２０は、原子炉格納容器１１０内の圧力抑制プール１７０に貯留されている水に浸沈される。具体的に、冷却部２０は、原子炉格納容器１１０内を貫通して設けられ、原子炉格納容器１１０内で、圧力抑制プール１７０に貯留されている水に浸沈される。その他の構成は、第１及び第２実施形態と同じである。

冷却部２０は、圧力抑制プール１７０に貯留されている水と冷却水６０とを熱交換することで、圧力抑制プール１７０の水の温度を低下させる。冷却部２０に存在する冷却水６０は、熱交換により温度上昇することで、密度の小さい状態になる。これにより、冷却水６０が、冷却水貯留部１０と、冷却部２０との間を還流する。したがって、冷却部２０は、圧力抑制プール１７０に貯留されている水の熱交換を継続する。その他の作用は、第１実施形態及び第２実施形態と同じである。

以上より、本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１では、冷却部２０は、原子炉格納容器１１０内の圧力抑制プール１７０に貯留されている水に浸沈される。

かかる構成によれば、熱交換部５０は、圧力抑制プール１７０に貯留されている水に浸沈されるので、圧力抑制プール１７０に貯留されている水と冷却水６０とを熱交換することができる。これにより、圧力抑制プール１７０に貯留されている水が温度上昇したとしても、直接的に熱交換することができる。したがって、圧力抑制プール１７０に貯留されている水の温度上昇を防ぐことができる。

次に、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置１における第４実施形態について、図６を参照して説明する。なお、図６において、図１乃至図５の符号と同一の符号を付した部分は、第１実施形態乃至第３実施形態と同一の構成又は要素を表す。

本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１では、冷却部２０は、原子炉格納容器１１０の表面に沿って設けられる点で上記実施形態と相違する。具体的に、冷却部２０として、原子炉格納容器１１０の例えば鉄製のライナを二重にした上で、二重のライナ間の内部に冷却水６０を供給可能な点で上記実施形態と相違する。すなわち、ライナは、内壁１１１と外壁の間に空洞を形成し、内壁及び外壁の間に冷却水６０を供給可能な点で上記実施形態と相違する。本実施形態では、ライナの外壁が冷却部２０となる。そして、給水管３０は、原子炉格納容器１１０上部のライナの外壁及びコンクリート外壁１１２を貫通して接続され、冷却水貯留部１０に接続される。また、排水管４０は、原子炉格納容器１１０下部のライナの外壁及びコンクリート外壁１１２を貫通して接続され、冷却水貯留部１０に接続される。

本実施形態において、給水円管３３、給水下部管３２、排水上部管４１及び排水円管４３は設けられない。そして、本実施形態において、給水管３０は１つ設けられ、排水管４０は２つ設けられる。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１では、二重のライナの間を流れる冷却水６０により、ライナ内の蒸気が凝縮される。冷却水６０は、ライナ内の蒸気との熱交換により、冷却水貯留部１０、給水管３０、排水管４０、及び冷却部２０（ライナの周囲）の間を還流する。

以上のように、原子炉格納容器の冷却装置１では、冷却部２０は、原子炉格納容器１１０の表面に沿って設けられる。

かかる構成によれば、冷却部２０は、原子炉格納容器１１０の表面に沿って、原子炉格納容器１１０内の蒸気と冷却水６０との熱交換をするので、原子炉格納容器１１０内の蒸気を凝縮させることができる。

なお、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置１は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

例えば、本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１おいて、熱交換部５０は、熱交換可能に設けられれば、どのように設けられてもよい。例えば、熱交換部５０は、図１、図２、図５、及び図６に示すように水冷式であってよく、一方で、図示しないように、熱交換部５０は、排水及び外空気の間で熱交換する空冷式であってもよい。例えば、熱交換部５０は、冷却水貯留部１０とは別に設けられ、上部から冷却水６０の排水を導入した後、導入した排水と外空気との間で熱交換をした上で、下部から冷却（熱交換）された冷却水６０を冷却水貯留部１０に排出するような構成でもよい。

また、本実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置１において、排水管４０及び給水管３０の本数は、原子炉格納容器１１０及びトーラス１３０の冷却に必要な本数設けられればよく、上記実施形態に限定されない。

１原子炉格納容器の冷却装置
１０冷却水貯留部
２０冷却部
３０給水管
３１給水上部管
３２給水下部管
３３給水円管
４０排水管
４１排水上部管
４２排水下部管
４３排水円管
５０熱交換部

Claims

原子炉格納容器よりも上方に設けられ、冷却水を貯留する冷却水貯留部と、原子炉格納容器又はトーラスに並設される冷却部と、冷却部の上部と冷却水貯留部とを接続する給水管と、冷却部の下部と冷却水貯留部とを接続する排水管と、排水管から排出された冷却水を熱交換する熱交換部とを備えることを特徴とする原子炉格納容器の冷却装置。
冷却部は、トーラスの表面を被覆して設けられることを特徴とする請求項１に記載の原子炉格納容器の冷却装置。
冷却部は、原子炉格納容器内の圧力抑制プールに貯留されている水に浸沈されることを特徴とする請求項１に記載の原子炉格納容器の冷却装置。
冷却部は、原子炉格納容器の表面に沿って設けられることを特徴とする請求項１に記載の原子炉格納容器の冷却装置。