JP6434992B2 - 原子炉内の加圧コンテナのための受動的減圧システム - Google Patents

原子炉内の加圧コンテナのための受動的減圧システム Download PDF

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Description

本発明は、加圧コンテナのための減圧システムに関し、主に、原子炉において安全システムとして一般に設置されるホウ酸水の注入用のアキュムレータに関する。
原子炉は、内部の核反応が停止させられた長時間後でも熱を発生する。この残留熱は、それらの完全性を維持するために特別な冷却システムによって除去されなくてはならない。万が一この熱が抽出されることができなければ、温度が水素の爆発性雰囲気を発生するに足るほど上昇し、炉心溶融および環境への放射性物質の可能な放出に終わる。
全電力喪失の場合、炉心の冷却を維持するための唯一の手法は、「自然循環」と呼ばれるものによる。これは、リアクタからの流出水と蒸気発生器管からの返流水との間の温度差の効果によって冷却システムパイプにおける流れを作り出す物理的プロセスである。蒸気発生器は、炉心からの熱が交換され、清浄な蒸気として外部へと抽出される場所である。この蒸気は、炉心と外部環境との間の直接的な連通を回避しつつ、大気中に放散させられ得る。
これらの事故を緩和するために設計されたシステムは一般に、とりわけ、リアクタへのホウ酸水の注入システムを含む。それらのミッションは、冷却を維持するためにリアクタにおける水位を回復すること、加えて、水中のホウ素の濃度を維持すること、リアクタを臨界値下に保つよう適切な停止余裕を保証することである。
このシステムは、ある特定の量のホウ酸水を含有する1つ以上のアキュムレータからなり、それは所与の圧力で窒素により加圧される。これらのアキュムレータは、隔離弁(デフォルトで開かれている)と逆止弁とを介してリアクタに接続される。
通常の状況下では、リアクタにおける圧力が、アキュムレータにおける圧力より高い。これらの状況下では、逆止弁は閉じられたままであり、注入は行われない。しかしながら、減圧事故後、リアクタの圧力がアキュムレータの内部の圧力を下回る場合、この加圧された窒素が、ホウ酸水が完全に空になるまでホウ酸水をリアクタへと注入し始める。空になると、オペレータは、隔離弁を閉じ、この注入を停止させなければならない。
事故が電力の全喪失のような、より深刻なイベントと同時に起こる場合、注入機器の制御が失われる。それは、リアクタにおける圧力がある特定の値を下回り続ける場合、加圧された窒素がリアクタ冷却回路の内部に達する、ということを意味する。
冷却システムの内部のこの窒素は、リアクタの化学物質または放射線アクティビティに何の悪影響も有しない。しかしながら、その窒素は不凝結ガスであり、それは最終的に、回路のより高いパーツ、主に蒸気発生器管の上部に達する。不凝結ガスのこの蓄積は、熱を外方に抽出するための唯一の利用可能な手法である自然再循環流の途絶を引き起こす。この窒素は、炉心の後続の冷却を甚だしく複雑化させ、炉心溶融の確率を著しく増大させる。
この窒素がリアクタおよび蒸気発生器管に到達するのを防止するために、たった2つの戦略が取られ得る。
第1の戦略は、水の注入の終了時に、アキュムレータをリアクタに接続する弁を閉じることである。この戦略は、いくつかの欠点を有する。すなわち、これらの弁は、通常開かれていて、擬似的な閉鎖を避けるために恒久的に切断される。それらにエネルギー付与することおよびそれらに閉鎖命令を与えることが必要である。しかしながら、電力なしの事故シナリオ中、閉鎖は不可能である。たとえそれがポータブルシステムによって達成されることができたとしても、隔離が、あまりにもすぐになされるのでホウ酸水の注入が完全に行われないか、窒素がリアクタに到達してしまったときにあまりにも遅くなされるか、のいずれかであり得る。
第2の戦略は、逃がし弁によって窒素を大気へとベントすることである。このアプローチは、上記と同様の欠点に苦しむ。
したがって、それらの動作のために何の外部エネルギーをも要求せずに、リアクタへの望ましくない窒素の進入を防止する、何らかの自動システムに対するニーズは明白である。さらにシステムは、その動作のための適切な時間を自動的に認識すべきである。これは、一方でそれらの無人動作を、他方でリアクタへの冷却水の注入の効果を最大化することを、可能にする。これはまた、窒素がリアクタシステムの中に達しないことを保証すべきである。
まず、この説明では原子力発電所において一般に使用される安全システムに言及し、それは本発明を含む。しかしながら、この減圧システムが他の応用例においても使用され得ることに注意すべきである。
本発明に係る減圧システムにより、上述された問題および不利点が解消され、以下において説明される他の利点が可能になる。
本発明に係る加圧コンテナのための減圧システムは、開放ばねを有する空気圧アクチュエータを備える主弁を備え、主弁は、一方の側ではガスで満たされた加圧コンテナに、他方の側では大気に接続され得る。この開放ばねは、所定の機械圧力で既定され、加圧コンテナの内部の圧力が所定の機械圧力より高い場合、主弁は閉じられたままであり、加圧コンテナの内部の圧力がばねの所定の機械圧力より低い場合、この主弁が開き、大気へのコンテナの減圧を可能にする。
好ましくは、本発明に係る加圧コンテナのための減圧システムは、加圧コンテナと主弁との間に接続されたソレノイド弁もまた備え得、加圧コンテナと主弁との間に接続された少なくとも手動弁もまた備え得る。
有利に、本発明に係る加圧コンテナのための減圧システムは、回路中のガスの侵入を防止するための1つの冗長性として、排気されたガスによって、この圧力容器のアウトレットに接続された隔離弁を閉じ得るために、この弁のアクチュエータと連動させられる空気圧モーターに、この主弁のアウトプットを接続する、空気圧ラインもまた備え得る。
基本的なシステムに対し動作上の顕著な利点を有する代替の実現によると、この主弁は、ハウジングの内部に設けられ、このハウジングは、
−加圧コンテナへの接続と、
−加圧コンテナからのガスが蓄積される加圧チャンバと、
−加圧ガスチャンバにおける圧力の影響下にあり、この開放ばねに関連づけられる、遮断要素と、
−少なくとも1つのガスアウトレットとを備え、加圧チャンバの内部の圧力が所定の機械圧力を超える場合、遮断要素が、開放ばねのはたらきに対し、加圧チャンバとガスアウトレットとの間の連通を閉じる。そして、加圧チャンバの内部の圧力が所定の機械ばね圧力より小さい場合、その圧力チャンバがガスアウトレットと連通し、加圧ガスコンテナが大気へと排気されることを可能にする。
好ましくは、圧力チャンバはフローターを備え、それは、加圧チャンバの中への液体の存在のケースにおいて、圧力容器のガスアウトレットとの連通接続を閉じる。
さらに、本発明に係る加圧コンテナのための減圧システムは、第1のエアインレットを通じた空気の注入により、ガスアウトレットに接続された加圧容器の連通を閉じる、第2の閉鎖ばねに関連づけられたピストンもまた備え得る。そして、第2のインプットエアを通じて空気を注入することにより、ガスアウトレットとの加圧コンテナの連通を開く、第3のばねに関連づけられた開放ピストンもまた備え得る。
さらに、本発明に係る加圧コンテナのための減圧システムは、好ましくは、この遮断要素とそれらの開放ばねとに関連づけられたねじ山付きのディスクもまた備え、よって、遮断要素に対するそれの位置が、この開放ばねによって及ぼされる所定の機械圧力を既定する。
好ましくは、発明に係る減圧システムは、ハウジングの内部に配置された複数のパーツ、および、これらのパーツ間に作製されたねじ山付きの穴の中に収納されたいくつかのねじもまた備える。これらのねじは、使用されるねじ山の倍数である距離によって、これらのパーツの互いに対する相対的な位置を調節することができる。
本発明に係る減圧システムは、少なくとも以下の利点を有する。
−それは、それらの主要な動作のために何の外部電源をも要求せず、たとえ電力の全喪失を伴おうとも、事故シナリオにおいてそれらの役割を適切に果たすことを可能にする。
−システムの回復のための適切な時間に、および、すべてのホウ酸水が注入された場合にのみ、そのはたらきを行い、リアクタ回路の中へのガスの進入を防止し、人間の支援なしに自動的にこのはたらきを行う。
−主弁が困難なアクセスの領域に設置され得ることを考慮して、通常動作中に、および、外部の空気の圧力により、リモートポジショニングがこの弁を開くまたは閉じることを可能にさせられる。
−圧縮された空気が利用可能でない場合、開放または閉鎖ピストンをプッシュし得る何らかの単純な追加のメカニズムによる、手動のポジショニング特徴がさらに利用可能である。
−特に代替の実現における、その単純さおよびロバストな設計は、原子力発電所における安全システムのために要求される、そのコンポーネントの高い信頼性を結果として生じる。
−この単純な設計はまた、デバイスがそのコンポーネントへと容易に分解され得、すべてがそれらの完全な表面にわたり十分に点検され得るので、デバイスのメンテナンスを容易にする。その動作の容易な調節および確認もまた考慮される。
−それが、これらのアキュムレータにおいて一般に設置されるアウトプット手動ベント弁に接続される必要があるのみであるがゆえの、既存の設備におけるそれの容易な設置手法。そして、本発明のシステムは、小さい体積および重量を提示する。これらの変数は、原子力分野においてなされる一般の地震学研究において常に考慮されるべきである。
開示されているもののより良い理解のために、いくつかの図面が添付され、そこでは、模式図的に、および単に非限定的な例として、実現の2つの実際的なケースが示される。
第1の実現に係る本発明を含む、典型的には原子力発電所において使用される、安全注入アキュムレータのシステム図である。 第2の実現に係る本発明を含む、典型的には原子力発電所において使用される、安全注入アキュムレータのシステム図である。 第2の実現に係るハウジングであって、それらの内部に主弁を設けるハウジングの断面図である。
第1の実現の説明
図1において見られ得るように、本発明に係る減圧システムが設置された回路は、アキュムレータとも呼ばれる圧力容器1を備え、これは、ガス、たとえば窒素、によって加圧された、ホウ酸水を含有する容器である。この回路はまた、アキュムレータ1における超過圧力安全弁2、アキュムレータ1とリアクタ(図面には示されず)との間の隔離弁3、リアクタからアキュムレータ1への反対方向の冷却流体の流れを防止する逆止弁4、アキュムレータ1にガスをインテーク/ベントするための1つの弁5を備える。
上述されたこれらの要素は、それらの一般の文脈において、本発明のシステムの動作の理解を向上させるために、図面に示され、ここで説明される、ということに注意すべきである。しかし、これらの要素は、本発明の一部ではない
本発明に係る減圧システムは、アクチュエータまたはピストンを有し、かつ、調節可能な機械圧力の開放ばね(この図面には示されていない)を有する、主弁(メインバルブ)8を備え、よって、アクチュエータの中に圧力が存在しない場合、弁は自動的に開かれる。
本発明の減圧システムはまた、好ましくは3方向ソレノイド弁7を備え、よって、このソレノイド7がエネルギー付与された場合、流体はポイントac間を流れ、ソレノイド7がエネルギー付与されないと、流体はポイントbc間を流れる。要求に応じて弁を開くまたは閉じることが可能であるように、追加のソレノイド弁が追加され得る。その最小限の構成において、ソレノイドはそれらのポイントbc間で、直接的に管により置き換えられ得る。
本発明の減圧システムはまた、減圧システムを主供給ラインから隔離するために、好ましくは2つの手動隔離弁6aおよび6bを備える。
追加の機能としてそれは、排気されたガスを空気圧モーターMに供給する空気圧ライン9を設置され得、空気圧モーターMは弁3のアクチュエータと連動させられ、それはこの弁の緊急の閉鎖を可能にする。
第1の実現の動作
システムの動作を、弁8に、そして特に、それらの空気圧アクチュエータとそれらの開放ばねとを中心に説明する。それらの間では、以下の拮抗条件が満たされる。すなわち、ばねは、弁を開こうとする所定の機械力Faを有する。このはたらきに対し、アクチュエータは、他の変数の中で、それが与えられる圧力に従属する、閉じる力Fcを及ぼす。この圧力がある特定の値を上回る限りは、Fc>Faであり、弁は、無期限に閉じられたままであろう。
事故状況中、および、アキュムレータ1からの注入が開始された後、ホウ酸水がそれを出ていくにつれ、ガス圧が漸進的に減少するだろう。注入が完了し、アキュムレータ1の中にもはやホウ酸水が存在しない場合、圧力はより低い値に到達するだろう。
すると、圧力がFa>Fcにし始めるはずであり、したがって、開放ばねが弁8を開き始める。弁が開かれれば開かれるほど、アクチュエータはより減圧され、ばねは弁を開くより大きな力を有するので、開放の開始直後、ポジティブフィードバックが主弁8を完全に開くであろう。
それらの効果は、ガスがリアクタ冷却材回路に到達し得るのを防止しながらの、アキュムレータ1の完全な減圧である。弁3上の空気圧モーターMが存在する場合、排出されたガスは、隔離弁3を閉じるのにさえも十分であり得、それはシステムを、より安全な位置のままにしておく。
3方向ソレノイド弁7は、アキュムレータの完全な減圧後に初期構成を回復するために含まれる。これらの状況下で、主弁8は、開いたままにされ、弁5を通じてのアキュムレータ1の補充が起きないようにする。
主弁8を閉じるために、ソレノイド7にエネルギー付与し、供給源からのガスをa−cダクトを通ってアクチュエータへと開くことが必要であろう。こうして、主弁8は再度閉じられ、今やアキュムレータ1は、弁5を通じて再度加圧され得る。これはまた、弁6bを手動で閉じることにより達成されることもできる。
作動圧力がアキュムレータにおいて確立されると、ソレノイド7のエネルギー奪取がダクトb−cを再調整し、システムは再利用のために再度整えられる。
第2の実現の説明
図2および図3には、本発明に係る減圧システムの第2の実現が示される。
この実現では、図3において見られ得るように、そして以下において説明されるように、主弁8がハウジング80の内部に設けられる。
このハウジング80は、図1におけるのと同様に隔離弁6bの後に設置される。この実現では、ソレノイド弁はもはや不要であり、その場所においてそれは、弁5のアクチュエータとハウジング80における第1のインプットエア200との間の単純な管であり得る。この接続は、以下において説明されるように、インテーク弁5が開かれる場合、ハウジング80に設けられた主弁8は同時に閉じられる、ということを意味する。(弁5とは異なる)独立制御がまた、追加のソレノイドによって使用され得る。
図3は、このハウジング80の内部の要素を詳細に示す。
このハウジング80は、加圧チャンバ20へのガスのインレットを可能にする、アキュムレータへの接続100を備える。この加圧チャンバ20は、アキュムレータ1の同一の内圧をサポートする。
それの上側、それの軸の中心には、閉鎖シリンダ60および遮断要素30が存在し、それらは、それらの間のOリングによってチャンバを閉じる。閉鎖領域の後、遮断要素30は、中心管へとつながるいくつかの小さな穴を有する。
閉鎖シリンダ60はまた、遮断要素30の誘導のミッションを有し、ピストン70に対する密封面としての役割も果たす。追加の機能はまた、遮断要素30のストロークの制限端として働くことであり得る。
この実現において、遮断要素30、開放ばね10、および調節ディスク90は、第1の実現の主弁8の同一の機能を行うものとみなされ得る。このディスク90は、遮断要素30と螺合によって連結させられる。
開放ばね10のためのベースおよびハウジングである部品110もまた存在する。この開放ばね10は、調節ディスク90および遮断要素30を押し下げる。この部品110は、部品120および130によって保持され、それらは、ねじ140によってロックされる。それらのサイジングおよびポジショニングは、開放ばね10に対する適切な作用点と許容可能な遮断要素30の開放ストロークとを得るのに適したものであるべきである。
図3において見られるように、ハウジング80は、両者間のねじ山により中心ボディ210に取り付けられた上部ハウジング170を備える。かくして、上部ハウジング170は、システムの内部要素の保護である。
要素170の内部には、遮断要素30を無条件に開くために使用されるピストンアセンブリが存在する。要素210の底部には、遮断要素30を無条件に閉じるための別のピストンアセンブリが存在する。
ハウジング80はまた、メインボディ210に結合された下部ボディ220を備える。この下部ボディ220は、圧力チャンバ20の内部を既定する。下部ボディ220とメインボディ210との間の接合は種々の手法で行われ得るが、好ましい実現は、フランジのような密封材としての、両者間のOリングおよび十分なねじによる。これらのねじおよびOリングは、図3には示されていない。
圧力チャンバ20の底側には、中空からなるか、または、低密度および高強度の材料によって満たされた、フローターデバイス40が存在する。加圧チャンバ20の底側には、ねじ山付きのパージプラグ50がそれらの対応するOリングとともに存在し、それは、チャンバ20を減圧するために使用され得、システムのキャリブレーション中にテスト圧力を供給するポイントであり得る。
第2の実現の動作
この第2の実現に係る減圧システムの動作は、以下のとおりに説明される。加圧チャンバ20において十分な圧力が存在する限り、この圧力が、遮断要素30および調節ディスク90の重み、プラス開放ばね10により及ぼされる力、によって及ぼされる力Faを打ち消し、圧倒するように、遮断要素30に上向きの力Fcを及ぼす。Fc>Faである限り、圧力チャンバ20におけるより高い圧力が、弁を無期限に閉じられたままにする。
事故状況中、アキュムレータ1のホウ酸水が空になるにつれ、アキュムレータ1の内部では、ガスが膨張し、圧力が減少するであろう。すべてのホウ酸水がアキュムレータ1を出ていった場合、それは残留圧力を残すであろう。この残留圧力は、遮断要素30の底部への変位を可能にする開放ばね10の力を打ち消すことができない。結果的にガスは、アキュムレータ1の大気圧への全減圧まで、それらの穴および中心キャビティを通り、最終的にはアウトレットポート180を通り抜けるであろう。
この状態に到達すると、遮断要素30は、その下方位置に残り、システムを開かれたままにする。この遮断要素30は、圧力チャンバ20の再加圧、および、加圧された空気を第1のインレット200を通じて注入することにより、または他の機械的プッシュにより、ピストン70をアクチュエートすることによって、その元通りの位置に戻ることしかできない。続いて、ピストン70が、上部へとスライドし、調節ディスク90を押し上げ、調節ディスク90が、この遮断要素30を、それが、弁を閉じるそれらの上部位置へと達するまで、引っ張る。
閉鎖ピストン70は、第2のばね800により、および第1のインレット200の減圧後に、そのデフォルトの状態に戻る。
開放ピストン150は、メンテナンスまたは他の動作上の理由により要求された場合に、弁を無条件に開き得、アキュムレータ1を減圧する。これは、加圧された空気が第2のインプット190を通じて注入された場合に達成され得る。続いて、このピストン150が、部品110、開放ばね10、ディスク90、および遮断要素30を押し下げ、圧力チャンバ20からエアアウトレット180への通路をちょうど開く。
減圧されると、第3のばね160が、ピストン150をそのデフォルトの位置に戻す。空気の圧力の代わりに、ピストン150が同一のエアインレット190から十分な長さを有するねじ山付きの単純なねじまたは他のプッシュ要素によってプッシュされた場合に、同一の開放の効果が機械的に達成され得る。
遮断要素30と調節ディスク90との間の相対的な位置は、第1者を第2者にわたり回転させることによって得られ、開放ばね10における機械圧力を、かくして、システムがアクチュエートする際の加圧チャンバ20の圧力を、決定する。
パーツ120と130との間の、そしてまたメインボディ210との、相対的なポジショニングを容易にするために、ねじ山付きのいくつかのねじ140が、ねじ山付きのパーツ120および130およびメインボディ210の間に配設される。この固定手法は、使用されるねじ山の倍数である距離における、これらの要素のそれら自身の間での微細なポジショニングを可能にする。
最後に、フローター40は、逆止弁4における故障のケースにおける弁の閉鎖のミッションを有する。それらの減圧アクチュエーションの後、この開かれた弁は、リアクタ冷却材漏出のポイントとなり得る。
フローター40の動作は、漏出した冷媒にわたる単純な浮遊による自律的および自動的なものである。上限に到達すると、フローターの上側のキャビティが、その開放位置における遮断要素30全体を含有することができるので、内部と外部との間の圧力の単純な差が、弁を閉じられたままにする。
発明の特定の実現が言及されているが、説明された減圧システムには数多くの変形および変更の余地があること、述べられたすべての詳細は、添付の請求項によって区画される保護の範囲から逸脱せずに、他の技術的に同等なものと置き換えられ得ることが、当業者に明らかである。

Claims (10)

  1. 加圧コンテナのための減圧システムであって、前記加圧コンテナと、一方の側がそれの内部にガスを収容する前記加圧コンテナ(1)に接続され、他方の側が大気に接続されてなり、開放ばね(10)を有する空気圧アクチュエータを備える主弁(8)とを具備することによって特徴づけられ、前記開放ばね(10)は所定のスプリング機械圧力で既定され、前記加圧コンテナ(1)の内部の圧力が前記所定の機械圧力より大きい場合、前記主弁(8)は閉じられたままであり、前記加圧コンテナ(1)の内部の圧力が前記所定の機械圧力より小さい場合、前記主弁(8)が開放するとともにその開放を維持し、加圧されたガスが前記加圧コンテナ(1)から大気中へと放出されることを可能にする、減圧システム。
  2. 前記圧力容器(1)と前記主弁(8)との間に接続された少なくとも1つのソレノイド弁(7)もまた備える、請求項1に記載の加圧コンテナのための減圧システム。
  3. 前記圧力容器(1)と前記主弁(8)との間に接続された少なくとも1つの手動弁(6a、6b)もまた備える、請求項1に記載の加圧コンテナのための減圧システム。
  4. 前記圧力容器(1)のアウトプットに接続された隔離弁(3)の空気圧モーター(M)に前記主弁(8)のアウトプットを接続し得る、空気圧ライン(9)もまた備える、請求項1に記載の加圧コンテナのための減圧システム。
  5. 前記主弁(8)が、
    −前記加圧コンテナ(1)への接続(100)と、
    −前記加圧コンテナ(1)からのガスが蓄積される加圧チャンバ(20)と、
    −前記加圧チャンバ(20)からのガス圧を受ける遮断要素(30)であって、前記開放ばね(10)に関連づけられる、遮断要素(30)と、
    −少なくとも1つのガスアウトレット(180)とを備えるハウジング(80)の内部に設けられ、
    前記加圧チャンバ(20)の内部の圧力が前記開放ばね(10)の前記所定の機械圧力より大きい場合、前記遮断要素(30)が、前記開放ばね(10)のはたらきに対し、前記加圧チャンバ(20)と前記ガスアウトレット(180)との間の連通を閉じ、前記加圧チャンバ(20)の内部の圧力が前記開放ばね(10)の前記所定の機械圧力より小さい場合、前記開放ばねは前記遮断要素(30)をその底部側に移動し、前記加圧チャンバ(20)が単数または複数の前記ガスアウトレット(180)と連通し、前記加圧コンテナ(1)からのガスが大気へと放出されるままにしておく、請求項1に記載の加圧コンテナのための減圧システム。
  6. 前記加圧チャンバ(20)は、流体が前記加圧チャンバ(20)の内部に入る場合に前記アウトレットガス(180)との前記加圧コンテナ(1)の接続からの連通を閉じるフローター(40)を備える、請求項5に記載の加圧コンテナのための減圧システム。
  7. 第1のエアインレット(200)を通じて空気を注入することにより単数または複数の前記ガスアウトレット(180)との前記加圧コンテナ(1)の連通接続を閉じる、第2のばね(800)に関連づけられた閉鎖ピストン(70)もまた備える、請求項5に記載の加圧コンテナのための減圧システム。
  8. 第2のエアインレット(190)を通じて空気を注入することにより単数または複数の前記ガスアウトレット(180)との前記加圧コンテナ(1)の接続からの連通を開く、第3のばね(160)に関連づけられた開放ピストン(150)もまた備える、請求項5に記載の加圧コンテナのための減圧システム。
  9. 前記遮断要素(30)と前記開放ばね(10)とに関連づけられた調節ディスク(90)をさらに備え、前記遮断要素(30)に対するそれの相対的な位置が前記開放ばね(10)のためのデフォルトの機械圧力を既定する、請求項5に記載の加圧コンテナのための減圧システム。
  10. 前記ハウジング(80)の内部に配置された複数のパーツ(110、120、130)、および、前記パーツ(110、120、130)において作製されたねじ山付きの穴の中に収容されたいくつかのねじ(140)をさらに備え、前記パーツ(110、120、130)の間での相対的な位置を前記ねじ(140)で既定させる、請求項5に記載の加圧コンテナのための減圧システム。
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