JP6582573B2 - 原子力発電プラント及び原子力発電プラントの制振方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電プラント及び原子力発電プラントの制振方法に関するものである。

原子炉圧力容器やその中の核燃料が損傷または溶融する過酷事故が生じた際、これらを補修したり、除去したりする作業が必要となる。このような状態のとき、原子炉格納容器の内部は極めて高い放射線量となっている。つまり、原子炉圧力容器や原子炉格納容器へ接近する作業は容易でない。このため、原子炉格納容器を冠水させ、放射線量を低減させた上で作業を行うことが想定される。

ＭＡＲＫ−ＩやＭＡＲＫ−Ｉ改良型と呼ばれる沸騰水型原子炉（例えば特許文献１参照）では、原子炉格納容器が、原子炉圧力容器を収納するドライウェルと、内部にプールが形成されるサプレッションチェンバと、ドライウェルとサプレッションチェンバとを接続するベント管とを備えている。このような沸騰水型原子炉で、上述のような過酷事故が生じた場合には、原子炉格納容器を冠水させて作業を行うことになる。

特開平４−３４８２９９号公報

ところで、苛酷事故の核燃料の処理には数十年の時間を要すると考えられ、この間、原子炉格納容器は常に冠水された状態となる。冠水された原子炉格納容器の見かけ上の慣性質量が非常に大きくなるため、冠水期間中に大きな地震が発生すると、サプレッションチェンバとドライウェルとを接続する細いベント管等に大きな負荷がかかる。苛酷事故においてベント管等にどのような損傷が発生しているかを完全に想定することは難しく、冠水期間中に発生した地震により、ベント管等の損傷が拡大することが懸念される。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、原子力発電プラントにおいて、苛酷事故後に発生する地震による損傷拡大を防止することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、サプレッションチェンバと、サプレッションチェンバを収容するトーラス室を有する原子炉建屋とを備える原子力発電プラントであって、上記トーラス室にダンパ液を供給するダンパ液供給手段を備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記ダンパ液供給手段が、上記ダンパ液を貯留する貯留槽と、上記サプレッションチェンバの内部水位を計測する水位計測手段と、上記水位計測手段の計測水位が基準値を超えたときに上記貯留槽と上記トーラス室とを接続する流路を開放する開閉弁とを備えるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記トーラス室の外壁あるいは内壁を覆う漏水防止壁を有するという構成を採用する。

第４の発明は、冷却液が充填されたサプレッションチェンバを有する原子力発電プラントの制振方法であって、上記サプレッションチェンバを収容するトーラス室にダンパ液を供給するダンパ液供給工程を有するという構成を採用する。

第５の発明は、上記第４の発明において、上記サプレッションチェンバに冷却液が充満されたことを検出する充満検出工程を有し、上記充満検出工程の後に上記ダンパ液供給工程を実行するという構成を採用する。

第６の発明は、上記第４または第５の発明において、上記ダンパ液供給工程より前に、上記トーラス室の外壁あるいは内壁を覆う漏水防止壁を形成する防水壁形成工程を有するという構成を採用する。

本発明によれば、トーラス室にダンパ液を供給することによって、冷却水が充填されたサプレッションチェンバをダンパ液に浸すことができる。このため、苛酷事故後に大きな地震が発生した場合であっても、ダンパ液によってサプレッションチェンバの揺れを抑え、ベント管等への負荷を低減することができる。したがって、本発明によれば、原子力発電プラントにおいて、苛酷事故後に発生する地震による損傷拡大を防止することが可能となる。

本発明の一実施形態である原子力発電プラントの概略構成を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態である原子力発電プラントの制振方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態である原子力発電プラントの制振方法を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態である原子力発電プラントの制振方法を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る原子力発電プラント及び原子力発電プラントの制振方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明においては、本発明を沸騰水型原子炉の１つであるＭＡＲＫ−Ｉ型の沸騰水型原子炉を有する電子力発電プラントに適用した例について説明する。なお、本発明は、ＭＡＲＫ−Ｉ型に限られず、ＭＡＲＫ−Ｉ改良型を有する原子力発電プラントに適用することも可能である。

図１は、原子力発電プラント１の一部を示す縦断面図である。また、図１は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図２においては、後述の原子炉建屋２は省略されている。図１に示すように、原子力発電プラント１は、原子炉建屋２と、原子炉格納容器３と、ベントヘッダ４と、ダウンカマ５と、支持部６と、原子炉圧力容器７と、漏水防止壁８と、トーラス室注水設備９（ダンパ液供給手段）とを備えている。また、原子力発電プラント１は、図１に示していないが、一般的な原子発電プラントと同様に、発電設備や多数の配管等を備えている。

原子炉建屋２は、原子炉格納容器３と、ベントヘッダ４と、ダウンカマ５と、支持部６と、原子炉圧力容器７と、不図示の炉心とを収納する建屋であり、鉄筋コンクリートにより形成されている。この原子炉建屋２の下部には、後述する原子炉格納容器３のサプレッションチェンバ３ｂが収容されるトーラス室２ａが設けられている。なお、図示していないが、原子炉建屋２には、他に非常用炉心冷却系ポンプ、浄化設備、燃料プール、機器仮置きプール、非常用ガス処理系設備等が収納されている。

原子炉格納容器３は、原子炉圧力容器を収容するドライウェル３ａと、ドライウェル３ａの周囲に設けられるサプレッションチェンバ３ｂと、ドライウェル３ａとサプレッションチェンバ３ｂとを接続するベント管３ｃとを備えている。

ドライウェル３ａは、丸底フラスコ形状とされた鋼鉄製の容器であり、原子炉建屋２の内壁内に設置されている。サプレッションチェンバ３ｂは、断面形状が図１に示すように円形であり、平面視形状が図２に示すように多角形の環状形状とされた鋼鉄製の容器である。なお、過酷事故によりサプレッションチェンバ３ｂに破損が生じていなければ、このサプレッションチェンバ３ｂの内部には、ダウンカマ５の下端の開口５ａよりも僅かに高い位置が水面となるように、水が貯留されている。ベント管３ｃは、ドライウェル３ａとサプレッションチェンバ３ｂとの間に設けられており、ドライウェル３ａに蒸気が漏れ出したときに蒸気をサプレッションチェンバ３ｂに導く鋼鉄製の管である。このベント管３ｃは、図２に示すように、８本設けられている。各ベント管３ｃは、等間隔で配列されている。

ベントヘッダ４は、サプレッションチェンバ３ｂの内部にサプレッションチェンバ３ｂと同心円状に配置される環状の管である。このベントヘッダ４は、全てのベント管３ｃの先端に接続されている。

ダウンカマ５は、ベント管３ｃに接続されたベントヘッダ４に取り付けられている。このダウンカマ５は、逆Ｕ字形状の管部材であり、下方に向く両端に開口５ａが設けられ、頂部がベントヘッダ４と接続されている。なお、サプレッションチェンバ３ｂの内部にプールが形成されている場合には、このプールの水面下にダウンカマ５の開口５ａが配置される。このダウンカマ５を介して、サプレッションチェンバ３ｂの内部空間とベント管３ｃとが接続されている。このようなダウンカマ５は、図２に示すように、ベントヘッダ４に沿って等間隔で複数設けられている。

支持部６は、ドライウェル３ａの底部に設けられた鉄筋コンクリート部材であり、原子炉圧力容器７を支持する。原子炉圧力容器７は、支持部６上に固定されてドライウェル３ａの内部に配置されている。この原子炉圧力容器７は、鋼鉄製の容器であり、内部に炉心を収納している。不図示の炉心は、核燃料や制御棒によって構成されており、原子炉圧力容器７の内部で支持されている。

漏水防止壁８は、トーラス室２ａの外壁に対して固定されており、トーラス室２ａを側方から覆うように設置されている。この漏水防止壁８は、例えば鋼鉄により形成されている。また、漏水防止壁８の高さは、トーラス室２ａを超える高さに設定されている。このような漏水防止壁８は、トーラス室注水設備９によってトーラス室２ａに注水された水Ｗ（ダンパ液）がトーラス室２ａの外部に漏出することを防止する。

トーラス室注水設備９は、タンク９ａ（貯留槽）と、供給配管９ｂと、開閉弁９ｃと、水位計９ｄ（水位計測手段）とを備えている。タンク９ａは、トーラス室２ａに供給する水Ｗを貯留する容器である。なお、本実施形態では、トーラス室２ａに水Ｗが供給されるとサプレッションチェンバ３ｂの頂部までが水Ｗに浸るようにされている。このため、タンク９ａの容量は、トーラス室２ａに供給された水Ｗがサプレッションチェンバ３ｂよりも水面が高くなるように設定されている。

また、タンク９ａは、原子炉建屋２の内部に設置しても、外部に設置しても良い。ただし、原子炉建屋２の外部に設置することにより、既存のトーラス室注水設備９を持たない原子力発電プラント１にトーラス室注水設備９を追加することが容易となる。さらに、タンク９ａは、トーラス室２ａよりも上方に設置することが望ましい。これによって、タンク９ａからトーラス室２ａに水Ｗを供給するときに、ポンプ等の送水設備を用いる必要がない。

供給配管９ｂは、タンク９ａとトーラス室２ａとを接続する流路である。この供給配管９ｂは、例えば、漏水防止壁８の液密性を低下させないように、タンク９ａからトーラス室２ａの上階室２ｂを通じてトーラス室２ａに接続されている。開閉弁９ｃは、供給配管９ｂの途中部位に設置されている。この開閉弁９ｃは、サプレッションチェンバ３ｂが満水であることを示す信号が水位計９ｄから入力されたときに供給配管９ｂを開放する。つまり、本実施形態においては、サプレッションチェンバ３ｂの水位がサプレッションチェンバ３ｂの満水を示す基準値を超えたときに開閉弁９ｃが開放され、供給配管９ｂを介して水Ｗがタンク９ａからトーラス室２ａに供給される。

続いて、図３〜図５を参照して、原子力発電プラント１の制振方法について説明する。なお、ここでの説明は、トーラス室注水設備９を持たない既存の原子力発電プラント１に対して制振機能を付与する工程について説明する。

まず、トーラス室注水設備９の設置を行う（ステップＳ１）。ここでは、例えば、水Ｗが貯留されていないタンク９ａを原子炉建屋２の外部に設置し、さらにタンク９ａとトーラス室２ａとを接続すると共に途中部位に開閉弁９ｃが配置された供給配管９ｂを設置する。その後、水位計９ｄを設置すると共に、水位計９ｄと開閉弁９ｃとを電気的に接続する。その後、タンク９ａに必要量の水Ｗを貯留しておく。

続いて、漏水防止壁８を形成する（ステップＳ２）。ここでは、トーラス室２ａの外壁に対して漏水防止壁８を取り付ける。なお、漏水防止壁８は、トーラス室２ａの内壁に取り付けることも可能である。また、漏水の可能性がある箇所を予め特定し、この特定の箇所にのみ漏水防止壁８を形成するようにしても良い。ただし、苛酷事故の場合には、原子炉建屋２も予期せぬ損傷を受けている可能性があるため、トーラス室２ａの外壁あるいは内壁の全面に漏水防止壁８を取り付けておくことが望ましい。このようなステップＳ２は、本発明の防水壁形成工程に相当する。

これらのステップＳ１とステップＳ２とは、苛酷事故が発生するより前の平常時において行う。これによって、苛酷事故が生じた場合に、水Ｗをトーラス室２ａに供給する体制を整えることができる。

その後、サプレッションチェンバ３ｂが冷却水Ｙ（図４参照）で満たされるまでは待機状態が続く（ステップＳ３）。このステップＳ３は、サプレッションチェンバ３ｂに冷却水Ｙ（冷却液）が充満されたことを検出する工程であり、本発明の充満検出工程に相当する。なお、サプレッションチェンバ３ｂが冷却水Ｙによって充満されているか否かは、水位計９ｄの出力信号に基づいて判定される。そして、苛酷事故が生じ、サプレッションチェンバ３ｂに冷却水Ｙ（冷却液）が充満されると、トーラス室注水設備９からタンク９ａに貯留された水Ｗがトーラス室２ａに供給される（ステップＳ４）。つまり、サプレッションチェンバ３ｂが満水になった後にトーラス室２ａへの注水を実行する。このようなステップＳ４は、本発明のダンパ液供給工程に相当する。

例えば、原子炉圧力容器７の一部が損傷するような苛酷事故が生じた場合には、図４（ａ）に示すように、原子炉圧力容器７の内部に供給された冷却水Ｙを循環させるよう、サプレッションチェンバ３ｂと原子炉圧力容器７とを接続する循環経路２１を形成し、この循環経路２１に浄化装置２２や熱交換器２３を設置する。これによって、燃料が常に冷却水Ｙに浸り、放射線量の低減させることができ、また燃料の冷却を行うことができる。このとき、サプレッションチェンバ３ｂは、循環経路の最下段となるため、冷却水Ｙが常に充満された状態となる。

このように冷却水Ｙがサプレッションチェンバ３ｂに充満されると、水位計９ｄが満水を検知し、図４（ｂ）に示すように、これによって開閉弁９ｃが供給配管９ｂを開放する。このように供給配管９ｂが開放され、タンク９ａから水Ｗがトーラス室２ａに供給され、サプレッションチェンバ３ｂが頂部まで水Ｗに浸る。

このように本実施形態の原子力発電プラント１及び原子力発電プラント１の制振方法によれば、トーラス室２ａに水Ｗを供給することによって、冷却水Ｙが充填されたサプレッションチェンバ３ｂを水Ｗに浸すことができる。このため、苛酷事故後に大きな地震が発生した場合であっても、水Ｗによってサプレッションチェンバ３ｂの揺れを抑え、ベント管３ｃ等への負荷を低減することができる。したがって、本実施形態の原子力発電プラント１によれば、苛酷事故後に発生する地震による損傷拡大を防止することが可能となる。

また、本実施形態の原子力発電プラント１及び本実施形態の原子力発電プラント１の制振方法においては、トーラス室注水設備９が、水Ｗを貯留するタンク９ａと、サプレッションチェンバ３ｂの内部水位を計測する水位計９ｄと、水位計９ｄの計測水位が基準値を超えて満水を示す場合に、供給配管９ｂを開放する開閉弁９ｃとを備えている。このような本実施形態の原子力発電プラント１によれば、水Ｗをタンク９ａから圧送する動力源を必要としない簡易な構成で、さらにサプレッションチェンバ３ｂが満水となったときに自動で水Ｗをトーラス室２ａに供給することができる。

また、本実施形態の原子力発電プラント１及び本実施形態の原子力発電プラント１の制振方法においては、トーラス室２ａの外壁を覆う漏水防止壁８が形成されている。このため、トーラス室２ａに供給した水Ｗがトーラス室２ａから漏出することを防止し、確実にトーラス室２ａに水Ｗを溜めておくことが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、水Ｗをダンパ液として用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の液体をダンパ液として用いることも可能である。例えば、制振性能を向上させるのであれば、油等をダンパ液として用いることも可能である。

また、上記実施形態においては、タンク９ａから水Ｗをトーラス室２ａに供給する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、原子炉圧力容器７に供給する冷却水の一部を原子炉圧力容器７に供給することなくトーラス室２ａに供給するようにしても良い。

１ 原子力発電プラント
２ 原子炉建屋
２ａ トーラス室
２ｂ 上階室
３ 原子炉格納容器
３ａ ドライウェル
３ｂ サプレッションチェンバ
３ｃ ベント管
４ ベントヘッダ
５ ダウンカマ
５ａ 開口
６ 支持部
７ 原子炉圧力容器
８ 漏水防止壁
９ トーラス室注水設備（ダンパ液供給手段）
９ａ タンク
９ｂ 供給配管
９ｃ 開閉弁
９ｄ 水位計（水位計測手段）
２１ 循環経路
２２ 浄化装置
２３ 熱交換器
Ｗ 水（ダンパ液）
Ｙ 冷却水

Claims (4)

1. サプレッションチェンバと、サプレッションチェンバを収容するトーラス室を有する原子炉建屋とを備える原子力発電プラントであって、
   前記トーラス室にダンパ液を供給するダンパ液供給手段を備え、
   前記ダンパ液供給手段は、
   前記ダンパ液を貯留する貯留槽と、
   前記サプレッションチェンバの内部水位を計測する水位計測手段と、
   前記水位計測手段の計測水位が基準値を超えたときに前記貯留槽と前記トーラス室とを接続する流路を開放する開閉弁と
   を備える
   ことを特徴とする原子力発電プラント。
2. 前記トーラス室の外壁あるいは内壁を覆う漏水防止壁を有することを特徴とする請求項１記載の原子力発電プラント。
3. 冷却液が充填されたサプレッションチェンバを有する原子力発電プラントの制振方法であって、
   前記サプレッションチェンバを収容するトーラス室にダンパ液を供給するダンパ液供給工程を有し、
   前記サプレッションチェンバに冷却液が充満されたことを検出する充満検出工程を有し、前記充満検出工程の後に前記ダンパ液供給工程を実行する
   ことを特徴とする原子力発電プラントの制振方法。
4. 前記ダンパ液供給工程より前に、前記トーラス室の外壁あるいは内壁を覆う漏水防止壁を形成する防水壁形成工程を有することを特徴とする請求項３記載の原子力発電プラントの制振方法。

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