JP6057696B2 - ベント装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉を格納する原子炉格納容器に接続されるベント装置に関するものである。

従来、原子炉格納容器と、容器内の圧力を計測する圧力計と、容器内の酸素及び水素濃度を計測するモニタと、原子炉格納容器内に窒素ガスを注入する不活性ガス注入系と、原子炉格納容器ベント設備とを備える原子炉格納設備が知られている（例えば、特許文献１参照）。この原子炉格納設備では、原子炉格納容器内が設計耐圧力となったとき、ベント設備を開作動させると共に、不活性ガス注入系から窒素ガスを注入させている。また、この原子炉格納設備では、原子炉格納容器内が大気圧となったとき、ベント設備を閉作動させると共に、不活性ガス注入系からの窒素ガスの注入を停止する。

特開平８−２１１１８４号公報

ここで、特許文献１に記載された原子炉格納設備では、水素等の可燃性ガスの濃度を抑制するために、窒素ガスを注入する。このとき、原子炉格納設備は、原子炉格納容器内が設計耐圧力から大気圧となるまで窒素ガスを供給する。

一方で、ベントの開放時において、ベント設備に設けられる配管は冷えた状態となっている。この状態で、原子炉格納容器内から、内部雰囲気が排出ガスとしてベント設備に排出されると、排出ガスは、冷えた配管によって、排出ガス中に含まれる蒸気等の凝縮性ガスが凝縮する。この場合、排出ガスは、凝縮性ガスが凝縮された分、排出ガス中に含まれる水素の濃度が上昇する。このとき、特許文献１のように、排出ガス中の水素濃度を低減するために、原子炉格納容器内が設計耐圧力から大気圧となるまで窒素ガスを供給すると、窒素ガスの消費量が多くなってしまう。このため、窒素ガスを封入したボンベ等を多く用意しなければならず、また、間欠的にベント設備が使用される場合は、窒素ガスが不足してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、イナートガスの消費量を抑制しつつ、原子炉格納容器からの排出ガスを安全に排出することができるベント装置を提供することを課題とする。

本発明のベント装置は、原子炉を格納する原子炉格納容器に接続されるベント管と、前記ベント管に接続され、前記原子炉格納容器からの排出ガスが流入するタンクと、前記タンクに接続され、前記タンクに流入した前記排出ガスを前記タンクの外部に排出する排出管と、前記タンクに接続され、前記タンクの内部にイナートガスを供給するイナートガス供給管と、前記イナートガス供給管に設けられる開閉弁と、前記ベント管及び前記排出管のいずれか一方に設けられ、管温度が基準となる基準管温度よりも高いと、閉弁信号を出力する感温素子と、前記開閉弁及び前記感温素子に接続され、前記感温素子から前記閉弁信号を取得した場合、前記開閉弁を閉弁制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、制御部は、ベント管及び排出管のいずれか一方の管温度が基準管温度よりも高ければ、開閉弁を閉弁することから、タンク内へのイナートガスの供給を停止することができる。つまり、管温度が基準管温度よりも高ければ、管内を流通する排出ガス中に含まれる蒸気等の凝縮性ガスが凝縮され難いことから、排出ガス中に含まれる水素等の可燃性ガスの濃度が上昇し難い。このため、イナートガスを供給せずとも、排出ガスを排出管から安全に排出できることから、イナートガスの消費を抑制することができる。なお、感温素子としては、例えば、バイメタルまたは熱電対等が適用される。また、イナートガス（不活性ガス）としては、例えば、窒素ガス等が適用される。

この場合、前記制御部に接続され、ベントの開放を許可するベント開放信号を出力するベント開放入力部をさらに備え、前記感温素子は、前記管温度が前記基準管温度以下となると、開弁許可信号を前記制御部へ向けて出力し、前記制御部は、前記ベント開放信号及び前記開弁許可信号の両方を取得すると、前記開閉弁を開弁制御することが好ましい。

この構成によれば、制御部は、ベント管及び排出管のいずれか一方の管温度が基準管温度以下であり、且つ、ベントの開放が許可されれば、開閉弁を開弁することから、タンク内へイナートガスを供給することができる。つまり、管温度が基準管温度以下であれば、管内を流通する排出ガス中に含まれる蒸気等の凝縮性ガスが凝縮されることから、排出ガス中に含まれる水素濃度が上昇する。このため、イナートガスを供給することにより、水素濃度を低減できることから、排出ガスを排出管から安全に排出することができる。

この場合、前記感温素子は、前記排出管に設けられることが好ましい。

この構成によれば、感温素子を、排出ガスの流れ方向の下流側となる排出管に設けることができる。ここで、ベント管及び排出管は、排出ガスの流れ方向の上流側から下流側にかけて、排出ガスにより加熱されることから、排出管の管温度が基準管温度よりも高ければ、ベント管の管温度も基準管温度よりも高い状態となる。よって、感温素子は、排出管の管温度に基づいて、閉弁信号を制御部へ向けて出力することで、ベント管及び排出管が基準管温度よりも高い状態のときに閉弁信号を出力することができる。

この場合、前記感温素子は、バイメタルであることが好ましい。

この構成によれば、バイメタルは、厳しい環境下、つまり感温素子が水没したり、感温素子に放射線が照射されたりするような環境下であっても作動を確保できることから、ベント装置自体を、信頼性の高い構成にすることができる。

この場合、前記開閉弁は、電磁弁であることが好ましい。

この構成によれば、制御部により開閉弁を制御することができるため、運転員の負荷を低減しつつ、開閉弁を好適に開閉することができる。

図１は、本実施例に係るベント装置の概略構成図である。 図２は、本実施例に係るベント装置の制御部の制御動作に関するフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施例に係るベント装置の概略構成図である。図１に示すように、本実施例のベント装置１０は、原子炉５を格納する原子炉格納容器１に接続されている。なお、原子炉５は、沸騰水型原子炉または加圧水型原子炉のいずれであってもよく、特に限定されない。

原子炉格納容器１に接続されるベント装置１０は、異常発生時において、原子炉格納容器１内で発生したガスを、原子炉格納容器１の外部に排出ガスとして排出するための装置である。ベント装置１０は、ベント管１１と、タンク１２と、排出管１３と、イナートガス供給管１４と、開閉弁１５と、感温素子１６と、制御部２０とを有する。

ベント管１１は、その一方の端部が原子炉格納容器１の内部に接続されており、他方の端部がタンク１２の内部に接続されている。このベント管１１には、ベント開閉弁１７が設けられている。ベント開閉弁１７は、制御部２０に接続されており、制御部２０は、ベント開閉弁１７を開閉制御する。このベント管１１は、原子炉格納容器１の内部からタンク１２の内部へ向けて排出ガスを案内する。

タンク１２は、その内部に水を溜めている。このため、タンク１２の内部は、鉛直方向の下方側となる液相（水）と、鉛直方向の上方側となる気相（雰囲気）とに分かれている。ベント管１１の他方の端部は、タンク１２の内部に溜められた水に没して配置される。このため、ベント管１１を介して原子炉格納容器１の内部から排出された排出ガスは、水中を通過した後、雰囲気に流入する。このとき、排出ガスは、水中を通過することで、排出ガス中に含まれる塵埃等が除去される。

排出管１３は、その一方の端部がタンク１２の内部に接続されている。排出管１３の一方の端部は、タンク１２の気相側に配置される。このため、排出管１３は、タンク１２の気相側に流入した排出ガスを、排出管１３の他方の端部から外部へ向けて排出する。

イナートガス供給管１４は、イナートガスとして、例えば、窒素ガスを供給する。イナートガス供給管１４は、その一方の端部がタンク１２の内部に接続されている。イナートガス供給管１４の一方の端部は、タンク１２の気相側に配置される。このため、イナートガス供給管１４は、イナートガスをタンク１２の気相側に供給し、イナートガスと排出ガスとを混合させることが可能となっている。

開閉弁１５は、イナートガス供給管１４に設けられている。開閉弁１５は、電磁弁で構成され、制御部２０に接続されている。制御部２０は、開閉弁１５を開閉制御することで、タンク１２へのイナートガスの供給と停止とを実行可能となっている。

感温素子１６は、排出管１３の外周面に取り付けられている。感温素子１６は、例えば、バイメタルを含んで構成されており、排出管１３の管温度が基準となる基準管温度よりも高い場合に、閉弁信号を出力可能にスイッチングする一方で、排出管１３の管温度が基準管温度以下の場合に、開弁許可信号を出力可能にスイッチングしている。つまり、感温素子１６は、開弁許可信号を出力する場合には、閉弁信号を出力せず、一方で、閉弁信号を出力する場合には、開弁許可信号を出力していない。

制御部２０は、開閉弁１５、感温素子１６及びベント開閉弁１７が接続されており、開閉弁１５及びベント開閉弁１７の開閉制御を実行したり、感温素子１６に基づく制御を実行したりしている。また、この制御部２０には、ベント開放ボタン２１が接続されている。ベント開放ボタン２１は、運転員によって操作され、ベントの開放が許可された場合に操作されるベント開放入力部として機能している。ベント開放ボタン２１は、運転員によって操作されると、制御部２０へ向けてベント開放信号を出力する。なお、本実施例では、ベント開放ボタン２１として説明したが、ベント開放信号を出力可能な構成であれば、ボタンに限らない。

次に、図２を参照して、ベント装置１０に係る制御部２０の制御動作について説明する。図２は、本実施例に係るベント装置の制御部の制御動作に関するフローチャートである。ここで、制御部２０によるベント開放制御と、ベント開放制御時におけるイナートガスの供給制御について説明する。先ず、ベント開放制御について説明する。

運転員がベント開放ボタン２１を操作することで、ベント開放ボタン２１から制御部２０へ向けてベント開放信号が出力されると、制御部２０は、ベント開放信号を取得する。制御部２０は、ベント開放信号を取得すると、ベント開閉弁１７を開放することで、原子炉格納容器１からベント管１１を介してタンク１２へ排出ガスを流入させる。なお、ベント開放ボタン２１は、運転員が所定の判断基準に基づいて操作しており、例えば、原子炉格納容器１内の圧力が所定の圧力であるか否か、または、異常発生から所定の時間が経過しているか否か等の判断に基づいて操作が行われる。

続いて、図２を参照し、ベント開放制御時におけるイナートガスの供給制御について説明する。なお、この制御は、所定の周期毎に繰り返し実行される。

先ず、制御部２０は、ベント開放ボタン２１から出力されるベント開放信号を取得しているか否かを判定する（ステップＳ１）。制御部２０は、ベント開放信号を取得していると判定する（ステップＳ１：Ｙｅｓ）と、感温素子１６から出力される開弁許可信号を取得しているか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的に、制御部２０は、ステップＳ２において、感温素子１６から出力される開弁許可信号を取得し、閉弁信号を取得しておらず、一方で、感温素子１６から出力される開弁許可信号を取得しておらず、閉弁信号を取得しているかを判定する。制御部２０は、ベント開放信号を取得していないと判定する（ステップＳ１：Ｎｏ）と、後述するステップＳ４へ進む。

制御部２０は、ステップＳ２において、開弁許可信号を取得していると判定する（ステップＳ２：Ｙｅｓ）と、つまり、開弁許可信号を取得し、閉弁信号を取得していないと判定すると、開閉弁１５の開弁制御を実行し（ステップＳ３：開弁制御）、処理を終了する。このように、制御部２０は、ベント開放信号と開弁許可信号の両方を取得した場合、つまり、ベントが開放され、且つ、排出管１３の管温度が基準管温度以下である場合、開閉弁１５を開弁することで、タンク１２にイナートガスを供給する。

一方で、制御部２０は、ステップＳ２において、開弁許可信号を取得していないと判定する（ステップＳ２：Ｎｏ）と、つまり、開弁許可信号を取得せず、閉弁信号を取得していると判定すると、開閉弁１５の閉弁制御を実行し（ステップＳ４：閉弁制御）、処理を終了する。このように、制御部２０は、ベント開放信号と開弁許可信号の両方を取得しない場合、つまり、ベントが開放されない、または排出管１３の管温度が基準管温度よりも高い場合、開閉弁１５を閉弁することで、タンク１２へのイナートガスの供給を停止する。

以上のように、本実施例の構成によれば、制御部２０は、排出管１３の管温度が基準管温度よりも高ければ、開閉弁１５を閉弁することから、タンク１２内へのイナートガスの供給を停止することができる。つまり、排出管１３の管温度が基準管温度よりも高ければ、ベント管１１及び排出管１３内を流通する排出ガス中に含まれる蒸気等の凝縮性ガスが凝縮され難いことから、排出ガス中に含まれる水素等の可燃性ガスの濃度が上昇し難い。このため、ベント装置１０では、イナートガス供給管１４を介してイナートガスを供給しなくとも、排出ガスを排出管１３から安全に排出できることから、イナートガスの消費を抑制することができる。

また、本実施例の構成によれば、制御部２０は、排出管１３の管温度が基準管温度以下であり、且つ、ベントの開放が許可されれば、開閉弁１５を開弁することから、タンク１２内へイナートガスを供給することができる。つまり、排出管１３の管温度が基準管温度以下であれば、ベント管１１及び排出管１３内を流通する排出ガス中に含まれる蒸気等の凝縮性ガスが凝縮されることから、排出ガス中に含まれる水素濃度が上昇する。このため、ベント装置１０では、イナートガス供給管１４を介してイナートガスを供給することにより、水素濃度を低減できることから、排出ガスを排出管１３から安全に排出することができる。

また、本実施例の構成によれば、感温素子１６を排出管１３に設けることができる。このため、排出ガスの流れ方向の下流側となる排出管１３の管温度が基準管温度よりも高ければ、排出ガスの流れ方向の上流側となるベント管１１の管温度も基準管温度よりも高い状態となる。よって、感温素子１６は、排出管１３の管温度に基づいて閉弁信号を制御部２０へ向けて出力することで、ベント管１１及び排出管１３が基準管温度よりも高い状態のときに閉弁信号を出力することができる。なお、本実施例では、排出管１３に感温素子１６を設けたが、この構成に限定されず、ベント管１１に設けてもよい。

また、本実施例の構成によれば、感温素子１６をバイメタルを含む構成とすることができるため、厳しい環境下、つまり感温素子１６が水没したり、感温素子１６に放射線が照射されたりするような環境下であっても作動を確保できることから、ベント装置１０自体を、信頼性の高い構成にすることができる。なお、感温素子１６としては、バイメタルを適用したが、この構成に限定されず、熱電対を適用してもよい。

１ 原子炉格納容器
５ 原子炉
１０ ベント装置
１１ ベント管
１２ タンク
１３ 排出管
１４ イナートガス供給管
１５ 開閉弁
１６ 感温素子
１７ ベント開閉弁
２０ 制御部
２１ ベント開放ボタン

Claims (4)

1. 原子炉を格納する原子炉格納容器に接続されるベント管と、
   前記ベント管に接続され、前記原子炉格納容器からの排出ガスが流入するタンクと、
   前記タンクに接続され、前記タンクに流入した前記排出ガスを前記タンクの外部に排出する排出管と、
   前記タンクに接続され、前記タンクの内部にイナートガスを供給するイナートガス供給管と、
   前記イナートガス供給管に設けられる開閉弁と、
   前記ベント管及び前記排出管のいずれか一方に設けられ、管温度が基準となる基準管温度よりも高いと、閉弁信号を出力する一方で、前記管温度が前記基準管温度以下となると、開弁許可信号を出力する感温素子と、
   ベントの開放を許可するベント開放信号を出力するベント開放入力部と、
   前記開閉弁、前記感温素子及び前記ベント開放入力部に接続され、前記感温素子から前記閉弁信号を取得した場合、前記開閉弁を閉弁制御する一方で、前記ベント開放信号及び前記開弁許可信号の両方を取得すると、前記開閉弁を開弁制御する制御部と、を備えることを特徴とするベント装置。
2. 前記感温素子は、前記排出管に設けられることを特徴とする請求項１に記載のベント装置。
3. 前記感温素子は、バイメタルであることを特徴とする請求項１または２に記載のベント装置。
4. 前記開閉弁は、電磁弁であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のベント装置。

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