JP6716479B2 - 非常用炉心冷却系およびそれを用いた沸騰水型原子力プラント - Google Patents
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Description
図12において、それぞれの動的安全区分は、高圧炉心冷却系(HPCF;high pressure core flooder system)1と、残留熱除去系(RHR)3と共用される低圧炉心冷却系(LPFL;low pressure flooder system)2と、これらの動的安全系に電源を供給する非常用ディーゼル発電機(EDG)4dとを具備している。非常用ディーゼル発電機(EDG)4dは原子炉補機冷却系(RCW)および原子炉補機海水冷却系(RSW)によって冷却される。残留熱除去系3の数は3個である。残留熱除去系3も原子炉補機冷却系(RCW)および原子炉補機海水冷却系(RSW)によって冷却される。静的安全区分の数は1個で、アイソレーション・コンデンサー(IC)5と静的格納容器冷却系(PCCS)7とを具備している。
図13は、従来の静的格納容器冷却系の構成の例を示す立断面図である。図13において、炉心101は原子炉圧力容器(RPV)102の内部に収納されている。原子炉圧力容器102は原子炉格納容器30内に収納されている。原子炉格納容器30は円筒形状をしている(図14を参照。)。
図15は、従来の静的格納容器冷却系の熱交換器の例を示す立断面図である。図15により、従来の静的格納容器冷却系12の熱交換器16の構造について横型熱交換器の例で説明する。
次に、従来の静的格納容器冷却系12の冷却材喪失事故時の機能について図16に基づいて説明する。図16に、冷却材喪失事故時に、動的安全系による原子炉への注水を継続しつつ従来の静的格納容器冷却系を使用して原子炉格納容器の冷却を行った場合の、原子炉格納容器の圧力の解析結果を示す。静的格納容器冷却系により多くの蒸気を供給するため、減圧弁(DPV)(図示せず。)を作動させている。減圧弁は、本来は、強制的に開口部を作り原子炉圧力容器内の蒸気をドライウェル40内に放出し原子炉圧力容器102を減圧するためのものである。減圧弁はESBWR(高経済性単純化沸騰水型原子炉)において採用されている。ここでの評価プラントは135万kWeクラスのABWRで冷却材喪失事故時に原子炉に1系統の低圧炉心冷却系で注水している条件である。
次に、図17に基づいて、従来の動的安全BWRの代表例であるABWRの非常用炉心冷却系の構成について説明する。
次に、図18に基づき従来の空冷注水系(AIS)6について説明する。図18において、従来の空冷注水系6は、電動ポンプ6aと、吸い込み配管6cと、注入配管6bと、エアフィンクーラー(AFC)61と、循環ポンプ65と、循環配管66とから構成される。電動ポンプ6a、吸い込み配管6cおよび注入配管6bの構成は、従来の電動の動的非常用炉心冷却系の構成と同じである。
図1〜図4により本発明による非常用炉心冷却系の第1の実施形態を説明する。
図1は本発明の第1の実施形態における非常用炉心冷却系の構成を示したものである。本実施形態の非常用炉心冷却系(ECCS)は、動的非常用炉心冷却系用の第1、第2、第3の動的安全区分と静的非常用炉心冷却系を含む第4の静的安全区分との合計4つの安全区分から構成される。第1、第2の動的安全区分にはそれぞれ、1系統のみの電動駆動の低圧炉心冷却系として低圧炉心冷却系(LPFL)2を、低圧炉心冷却系2とポンプと配管の一部を共用した残留熱除去系として残留熱除去系(RHR)3を、低圧炉心冷却系2および残留熱除去系3に給電する非常用電源(EPS)4を設置している。低圧炉心冷却系2と残留熱除去系3はポンプと配管の一部を共用しているので、図ではLPFL2/RHR3と表している。
次に、図2により、第1の実施形態に用いる改良型静的格納容器冷却系(APCCS)8の構成について説明する。
次に、図3により、第1の実施形態に用いる改良型静的格納容器冷却系8の構成の変形例について説明する。図3の例では、ドライウェルガス供給配管20を設置するが、隔離弁20a(図2)は設置しない。また、ウェットウェルガス供給配管48および逆止弁49(図2)も設置しない。この場合は、ウェットウェル気相部70内のガスは、真空破壊弁90を通り、一旦ドライウェル40内に移行して、ドライウェル40内のガスとともにドライウェルガス供給配管20によって熱交換器16の入口プレナム17に導かれる。
次に、図4により、冷却材喪失事故時に動的安全系による原子炉への注水を継続しつつ改良型静的格納容器冷却系8を使用して原子炉格納容器30の冷却を行った場合の、原子炉格納容器30の圧力の解析結果を示す。プラント出力は135万kWeクラスのABWRで、冷却材喪失事故時に空冷注水系6で原子炉への注水を行いつつ改良型静的格納容器冷却系8で原子炉格納容器30の冷却を行う条件である。空冷注水系6の容量は低圧炉心冷却系2と同一としている。
一方、従来の静的格納容器冷却系は、動的な非常用炉心冷却系の作動時に原子炉格納容器の冷却はできず、残留熱除去系の共通原因故障による信頼性の限界をおぎなうことができなかった。(段落[0059]、[0034]、[0035]及び図16を参照)。このような特徴を有する従来の静的格納容器冷却系と区別するため、冷却材喪失事故の際に前記空冷注水系の作動時に前記残留熱除去系の一つに単一故障を考え前記残留熱除去系の残りの一つにオンラインメンテナンスを考えても前記原子炉格納容器の冷却が可能であり(段落[0092]、[0093]及び図4を参照)N−2の安全基準を満たすことができる特徴を有する静的格納容器冷却系を改良型静的格納容器冷却系と呼んでいる。
次に、図5により本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、第1安全区分と第2安全区分の非常用電源として非常用ディーゼル発電機(EDG)4dを設けている。また、第3の安全区分の非常用電源としてガスタービン発電機(GTG)9を設けている。さらに、第3の安全区分の1系統のみの電動駆動の動的安全系として低圧空冷注水系(LAIS)7を設けている。低圧空冷注水系7は電動ポンプによる低圧の注水系である。低圧空冷注水系7の容量は低圧炉心冷却系2と同一である。その他については第1の実施形態と同様である。低圧空冷注水系7の電動ポンプの冷却はエアフィンクーラー61(図18を参照。)による空冷で行うので、原子炉補機海水冷却系は使用しない。
次に、図6により本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、第3の安全区分の1系統のみの電動駆動の動的安全系として高圧空冷注水系(HAIS)10を設けている。高圧空冷注水系10は電動ポンプによる高圧の注水系である。高圧空冷注水系10の容量は高圧炉心冷却系(HPCF)1と同一である。その他については第2の実施形態と同様である。高圧空冷注水系10の電動ポンプの冷却はエアフィンクーラー61(図18を参照。)による空冷で行うので、原子炉補機海水冷却系は使用しない。
次に、図7により本発明の第4の実施形態について説明する。本実施形態では、動的安全系の安全区分を第1安全区分から第4安全区分まで4個設ける。また、静的安全系の区分を第5安全区分に設ける。第1安全区分から第3安全区分の構成は第2の実施形態(図5)と同じである。第4安全区分の構成は第3安全区分の構成と同じである。第5安全区分の構成は第1の実施形態(図1)の第4安全区分と同じである。
次に、図8により本発明の第5の実施形態について説明する。本実施形態では、動的安全系の安全区分を第1安全区分から第4安全区分まで4個設ける。また、静的安全系の区分を第5安全区分に設ける。第1安全区分および第2安全区分の構成は第2の実施形態(図5)と同じである。第3安全区分および第4安全区分には、1系統のみの電動駆動の動的安全系として高圧空冷注水系(HAIS)10とガスタービン発電機(GTG)9をそれぞれ設ける。第5安全区分の構成は第1の実施形態(図1)の第4安全区分と同じである。本実施形態では、動的安全系の安全区分の数が4となり、低圧炉心冷却系(LPFL)2が2系統、高圧空冷注水系10が2系統の構成となっている。
次に、図9により本発明の第6の実施形態について説明する。本実施形態では、動的安全系の安全区分を第1安全区分から第4安全区分まで4個設ける。また、静的安全系の区分を第5安全区分に設ける。第1安全区分および第2安全区分の構成は第2の実施形態(図5)と同じである。第3安全区分には、1系統のみの電動駆動の動的安全系として低圧空冷注水系(LAIS)7とガスタービン発電機(GTG)9を設ける。第4安全区分には、1系統のみの電動駆動の動的安全系として高圧空冷注水系(HAIS)10とガスタービン発電機9を設ける。第3安全区分の構成と第4区分の構成は相互に入れ替えてもよい。第5安全区分の構成は第1の実施形態(図1)の第4安全区分と同じである。
次に、図10により本発明の第7の実施形態について説明する。本実施形態では、動的安全系の安全区分を第1安全区分から第4安全区分まで4個設ける。また、静的安全系の区分を第5安全区分に設ける。この構成は基本的に第6の実施形態(図9)と同様である。本実施形態が第6の実施形態と異なる点は、例えば、第1安全区分にさらにタービン駆動の原子炉隔離時冷却系(RCIC)11を設けていることである。原子炉隔離時冷却系11は、高圧状態で原子炉圧力容器内に注水する系統(高圧注水系)の一つである。
次に、図11により本発明の第8の実施形態について説明する。本実施形態では、動的安全系の安全区分を第1安全区分から第5安全区分まで5個設ける。また、静的安全系の区分を第6安全区分に設ける。第1安全区分および第2安全区分の構成は、第2の実施形態(図5)と同じである。第3安全区分および第4安全区分には、それぞれ1系統のみの電動駆動の動的安全系として、高圧空冷注水系10とガスタービン発電機9を設ける。第5安全区分にはタービン駆動の原子炉隔離時冷却系11を設ける。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (10)
- 炉心を収容する原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器を収納するドライウェルと、圧力抑制プールを下部に収納し上部にウェットウェル気相部を有するウェットウェルと、前記ドライウェルと前記圧力抑制プールとを連結するLOCAベント管と、前記ドライウェルと前記ウェットウェルの外部に設けられ前記ドライウェルとドライウェル共通部壁を介して隣接し前記ウェットウェルとウェットウェル共通部壁を介して隣接する外部ウェルと、前記外部ウェル内に設けられ内部に水を蓄えたスクラビング・プールと、から成る原子炉格納容器と、
を有する沸騰水型原子力プラントに供する非常用炉心冷却系であって、
当該非常用炉心冷却系は、
それぞれに1系統のみの電動駆動の動的安全系を具備する少なくとも3個の動的安全区分と、
電動駆動を必要としない静的安全系を具備する少なくとも1個の静的安全区分と、
前記動的安全区分のそれぞれに設けられ前記電動駆動の動的安全系に電源を供給する非常用電源と、
を有し、
前記少なくとも3個の動的安全区分のうちの2個のみが、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として残留熱除去系と共用される低圧炉心冷却系を有し、
前記残留熱除去系と共用される低圧炉心冷却系を有する前記2個の動的安全区分以外の残りの動的安全区分は、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として空冷注水系を有し、
前記静的安全区分に設けられ冷却材喪失事故の際に前記空冷注水系の作動時に前記残留熱除去系の一つに単一故障を考え前記残留熱除去系の残りの一つにオンラインメンテナンスを考えても前記原子炉格納容器の冷却が可能でありN−2の安全基準を満たすことができる改良型静的格納容器冷却系を有し、
前記改良型静的格納容器冷却系は、
前記原子炉格納容器の外部に設置されて冷却水を貯留する冷却水プールと、
入口プレナムと出口プレナムと伝熱管とを有し少なくとも一部が前記冷却水プール内の前記冷却水に水没した熱交換器と、
一端が前記熱交換器の前記入口プレナムに接続され前記外部ウェル内を通りもう一端が前記原子炉格納容器の気相部に接続されて前記原子炉格納容器内のガスを前記熱交換器に導くガス供給配管と、
一端が前記熱交換器の前記出口プレナムに接続され前記外部ウェル内を通りもう一端が前記原子炉格納容器内に接続されて前記熱交換器内の凝縮水を前記原子炉格納容器内に導く凝縮水戻り配管と、
一端が前記熱交換器の前記出口プレナムに接続し前記外部ウェル内を通りもう一端が前記外部ウェル内の前記スクラビング・プール内に水没して設置され前記熱交換器内の非凝縮性ガスを前記外部ウェルに放出するガスベント配管と、
を備えたこと、を特徴とする非常用炉心冷却系。 - 前記動的安全区分の数は3であり、
前記3個の動的安全区分のうちの2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、前記残留熱除去系と共用される前記低圧炉心冷却系と、非常用ディーゼル発電機とを有し、
前記3個の動的安全区分のうちの他の1個が、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、低圧空冷注水系と、ガスタービン発電機とを有すること、
を特徴とする請求項1に記載の非常用炉心冷却系。 - 前記動的安全区分の数は3であり、
前記3個の動的安全区分のうちの2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、前記残留熱除去系と共用される低圧炉心冷却系と、非常用ディーゼル発電機とを有し
前記3個の動的安全区分のうちの他の1個が、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、高圧空冷注水系と、ガスタービン発電機とを有すること、
を特徴とする請求項1に記載の非常用炉心冷却系。 - 前記動的安全区分の数は4であり、
前記4個の動的安全区分のうちの2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、前記残留熱除去系と共用される前記低圧炉心冷却系と、非常用ディーゼル発電機とを有し、
前記4個の動的安全区分のうちの他の2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、低圧空冷注水系と、ガスタービン発電機とを有すること、
を特徴とする請求項1に記載の非常用炉心冷却系。 - 前記動的安全区分の数は4であり、
前記4個の動的安全区分のうちの2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、前記残留熱除去系と共用される前記低圧炉心冷却系と、非常用ディーゼル発電機とを有し
前記4個の動的安全区分のうちの他の2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、高圧空冷注水系と、ガスタービン発電機とを有すること、
を特徴とする請求項1に記載の非常用炉心冷却系。 - 前記動的安全区分の数は4であり、
前記4個の動的安全区分のうちの2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、前記残留熱除去系と共用される前記低圧炉心冷却系と、非常用ディーゼル発電機とを有し、
前記4個の動的安全区分のうちの他の1個が、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、低圧空冷注水系と、ガスタービン発電機とを有し、
前記4個の動的安全区分のうちのさらに他の1個が、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、高圧空冷注水系と、ガスタービン発電機とを有すること、
を特徴とする請求項1に記載の非常用炉心冷却系。 - 前記動的安全区分の数は4であり、
前記4個の動的安全区分のうちの2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、残留熱除去系と共用される前記低圧炉心冷却系と、非常用ディーゼル発電機とを有し、
前記4個の動的安全区分のうちの他の2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、高圧空冷注水系と、ガスタービン発電機とを有し、
前記4個の動的安全区分のうちの少なくとも1個は、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系に加えてさらに、前記原子炉圧力容器から供給される主蒸気によって駆動されるタービン駆動の原子炉隔離時冷却系を備えていること、
を特徴とする請求項1に記載の非常用炉心冷却系。 - 前記動的安全区分の数は5であり、
前記5個の動的安全区分のうちの2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、残留熱除去系と共用される低圧炉心冷却系と、非常用ディーゼル発電機とを有し
前記5個の動的安全区分のうちの他の2個が、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として、高圧空冷注水系と、ガスタービン発電機とを有し、
さらに、前記5個の動的安全区分のうちの残りの1個が、原子炉圧力容器から供給される主蒸気によって駆動されるタービン駆動の原子炉隔離時冷却系を備えていること、
を特徴とする請求項1に記載の非常用炉心冷却系。 - 前記静的冷却系の安全区分に、前記改良型静的格納容器冷却系に加えてアイソレーション・コンデンサーを具備することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の非常用炉心冷却系。
- 炉心と、
前記炉心を収容する原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器を収納するドライウェルと、圧力抑制プールを下部に収納し上部にウェットウェル気相部を有するウェットウェルと、前記ドライウェルと前記圧力抑制プールとを連結するLOCAベント管と、前記ドライウェルと前記ウェットウェルの外部に設けられ前記ドライウェルとドライウェル共通部壁を介して隣接し前記ウェットウェルとウェットウェル共通部壁を介して隣接する外部ウェルと、
前記外部ウェル内に設けられ内部に水を蓄えたスクラビング・プールと、から成る原子炉格納容器と、
非常用炉心冷却系と、
を有する沸騰水型原子力プラントであって、
前記非常用炉心冷却系は、
それぞれに1系統のみの電動駆動の動的安全系を具備する少なくとも3個の動的安全区分と、
電動駆動を必要としない静的安全系を具備する少なくとも1個の静的安全区分と、
前記動的安全区分のそれぞれに設けられ前記電動駆動の動的安全系に電源を供給する非常用電源と、
を有し、
前記少なくとも3個の動的安全区分のうちの2個のみが、それぞれ、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として残留熱除去系と共用される低圧炉心冷却系を有し、
前記残留熱除去系と共用される低圧炉心冷却系を有する前記2個の動的安全区分以外の残りの動的安全区分は、前記1系統のみの電動駆動の動的安全系として空冷注水系を有し、
前記静的安全区分に設けられ冷却材喪失事故の際に前記空冷注水系の作動時に前記残留熱除去系の一つに単一故障を考え前記残留熱除去系の残りの一つにオンラインメンテナンスを考えても前記原子炉格納容器の冷却が可能でありN−2の安全基準を満たすことができる改良型静的格納容器冷却系を有し、
前記改良型静的格納容器冷却系は、
前記原子炉格納容器の外部に設置されて冷却水を貯留する冷却水プールと、
入口プレナムと出口プレナムと伝熱管とを有し少なくとも一部が前記冷却水プール内の前記冷却水に水没した熱交換器と、
一端が前記熱交換器の前記入口プレナムに接続され前記外部ウェル内を通りもう一端が前記原子炉格納容器の気相部に接続されて前記原子炉格納容器内のガスを前記熱交換器に導くガス供給配管と、
一端が前記熱交換器の前記出口プレナムに接続され前記外部ウェル内を通りもう一端が前記原子炉格納容器内に接続されて前記熱交換器内の凝縮水を前記原子炉格納容器内に導く凝縮水戻り配管と、
一端が前記熱交換器の前記出口プレナムに接続し前記外部ウェル内を通りもう一端が前記外部ウェル内の前記スクラビング・プール内に水没して設置され前記熱交換器内の非凝縮性ガスを前記外部ウェルに放出するガスベント配管と、
を備えたこと、を特徴とする沸騰水型原子力プラント。
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