JPH0511593B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〓産業上の利用分野〓 本発明は、例えば、加圧水型原子炉を有する原
子力発電プラントの非常用炉心冷却設備に適用す
ることができる蓄圧型注水タンクに関するもので
ある。以下、原子力発電プラントの非常用炉心冷
却設備の蓄圧型注水タンクについて説明するが、
当業者なら容易に想到しうるように、本発明の蓄
圧型注水タンクは原子力発電プラント以外の、放
水を必要とする任意のプラントに適用しうるもの
である。

〓従来の技術〓 第８図は、蒸気発生器及び一次冷却材ポンプを
それぞれ２基づつ有する２ループ原子力発電プラ
ントの一次冷却系を示す系統図である。加圧水型
原子炉の一次冷却系設備は、原子炉容器１、蒸気
発生器２、一次冷却材ポンプ３、これ等を接続す
る一次冷却材配管からなる一次冷却系閉ループ
６、及び加圧器４で構成されている。

原子炉容器１の中の炉心１０で加熱された一次
冷却材は、原子炉容器１から高温側配管５を経て
蒸気発生器２内のＵ字形伝熱管８へ搬送され、そ
こで該伝熱管８の周囲を流れる二次冷却材に熱交
換する。そして、蒸気発生器２で冷却された一次
冷却材は一次冷却材ポンプ３により水頭が付与さ
れ、低温側配管７を経て再び原子炉容器１内に戻
される。尚、蒸気発生器２では、放射性物質を含
まない二次冷却系の水冷却材が蒸気に変換され、
図示しないタービン系へ供給される。

ところで、一次冷却系圧力の大巾な低下をもた
らし、非常用炉心冷却設備が作動するような事
故、例えば、一次冷却系の配管等の破断事故に伴
う一次冷却材喪失事故時には、配管破断箇所９か
らの一次冷却材の系外への流出により炉心１０は
一旦露出し、その後は非常用炉心冷却系の作動に
より、即ち、蓄圧器１２、低圧注入ポンプ１８及
び高圧注入ポンプ１９による一次冷却系内への注
水により、やがて炉心１０は再び冠水される。

この場合、原子炉は事故発生直後に停止される
が、原子炉停止後も引き続き炉心崩壊熱を除去す
る必要がある。仮に炉心が十分に冷却されず長期
に渡り炉心の露出状態が続く場合には、崩壊熱に
より炉心熔融のような最悪の事態に至ることも想
定される。従つて、一次冷却材喪失事故時には一
次冷却系内に注入された非常用炉心冷却水を効率
良く、且つ早期に炉心に供給し蓄積させることが
重要である。

このため、従来の加圧水型原子力プラントの非
常用炉心冷却設備は、事故発生直後に緊急且つ大
量の非常用冷却水を一次冷却系ループの低温側配
管７に注入し原子炉容器１に蓄積せしめる蓄圧系
注入設備、即ち蓄圧型注水タンク１２と、その後
長期に渡る炉心崩壊熱による冷却材の蒸発放散分
を補給するための低圧注入ポンプ１８と、高圧注
入ポンプ９とから構成されている。

ここで、蓄圧系注水設備の注水タンク１２は、
第８図に示すように内部に非常用冷却水として注
入水１３を保有し、液面上部には加圧された窒素
ガス１１が封入されている。また、液相部は逆止
弁１５を介して配管１００により低温側配管７に
接続されており、一次冷却材喪失事故時には一次
冷却系の圧力が注水タンク１２の保持圧力（加圧
封入ガスの圧力）以下に低下すると、逆止弁１５
が自動的に作動し注入水１３を一次冷却系に多量
に注入するものである。

また、注水タンク１２がその注入水１３を放出
した後も、長期に渡り、炉心１０に非常用冷却水
を供給する必要があるために、大容量の水源タン
ク（図示しない）に保有された水を一次冷却系に
注入する、低圧注入ポンプ１８及び高圧注入ポン
プ１９が設置されている。

二種類のポンプ１８，１９が設置されている理
由は、ポンプヘツドは低いが、比較的に大流量の
低圧注入ポンプ１８と、少流量ではあるが、比較
的高い一次系圧力の時にも注入可能な高ヘツドの
高圧注入ポンプ１９とを組み合わせることで、
種々の一次冷却系圧力変化にも適切な安全注入が
実施できることによる。

この従来の非常用炉心冷却設備から、典型的な
一次冷却材喪失事故時に、どのように一次冷却系
圧力が変化し非常用炉心冷却水が注入されるかに
ついて第８図及び第９図を参照して説明する。

通常運転中、一次冷却系は高圧に保たれている
が（第９図のＡ）、一次冷却系の低温側配管７の
破断（一次冷却材喪失事故の発生）と共に、一次
冷却水が破断箇所９から噴出し、一次冷却系の圧
力は急速に曲線２０で示すように低下する。この
間に、原子炉容器１内の水冷却材は空になるが、
一次冷却系圧力が注水タンク１２の保持圧力（第
９図のＢ）以下に低下した段階で、注水タンク１
２からの注入水１３が逆止弁１５及び配管１００
を通り低温側配管７に自動的に注入される。注水
タンク１２からの注入流量は第９図に曲線２１で
示すように変化し、注入水１３を放出し終わつ
て、注入は終了する。一方、一次冷却系の圧力低
下を検知し、低圧注入ポンプ１８及び高圧注入ポ
ンプ１９の作動を開始し、注水を長期間継続して
行う（第９図の曲線２２，２３）。

注水により一度空になつた原子炉容器１の下部
プレナム部１７がまず満水になり（この段階をリ
フイル段階と呼ぶ）、その後ダウンカマー部１６
が満水となつてこのダウンカマー部１６の水頭に
より、炉心１０は次第に冠水されていく（この段
階を炉心再冠水段階と呼ぶ）。炉心１０が冠水さ
れる速度が緩やかである原因は、冠水により、高
温の原子炉炉心１０で蒸気が発し、その蒸気が一
次冷却系外に放出されるのに圧力損失を生じるか
らである。従つて、リフイル段階及び炉心再冠水
段階の初期においては多量の注水を行い、できる
だけ早期に下部プレナム部１７、ダウンカマー部
１６を満水にする必要があるが、炉心再冠水段階
の初期以降では、炉心冠水速度が緩やかなため
に、それほど多量の注水は必要としない。

〓発明が解決しようとする問題点〓 このように従来のものには、所望の注水を行う
ために蓄圧型注水タンク、低圧注入ポンプ及び高
圧注入ポンプという３種の装置が必要で、系統の
複雑化並びにそれに伴う信頼性の低下及びコスト
上昇という問題があつた。本発明はかかる問題点
を速やかに解決する蓄圧型注水タンクの提供を目
的とするものである。

〓問題点を解決するための手段〓 この目的を達成するために、本発明による蓄圧
型注水タンクは、内部に注入水を加圧し保持する
タンク部と、該タンク部内の所定高さレベルに配
設され、該タンク部内を上側及び下側隔室に２分
する仕切・案内板とを備える。上側隔室には浮子
を設けると共に、仕切・案内板には、前記上側及
び下側隔室を互いに連通させる第１流路孔と、上
端が前記上側隔室に開口し下端がタンク部底部か
ら外部に出る中空管とを設け、該中空管の上端開
口の内径は前記浮子の直径よりも大であり、且つ
該中空管は中空管内部と前記下側隔室とを連通さ
せる第２流路孔をタンク部底部の近傍に有し、前
記上側隔室内の水位の低下に伴い前記仕切・案内
板により前記浮子を前記中空管の上端開口を閉塞
する位置に案内するように構成している。

〓作用〓 通常、タンク部内の注入水は仕切板よりも上方
の液面レベルを維持しており、浮子はこの液面に
浮いていて中空管の上端開口を遮蔽していない。
この状態で注入動作が開始されると、上側隔室内
の高速注入水が前記上端開口から中空管に入つて
タンク部外に放出され、また、下側隔室内の注入
水も第１流路孔を介して加圧されることにより第
２流路孔から中空管内に入りタンク部外に放出さ
れる。放出に伴つて上側隔室における液面が低下
し、浮子が仕切・案内板により案内されて移動し
中空管の上端開口を遮蔽する段階になると、下側
隔室内の低速注入水のみが第１流路孔を介して加
圧されることにより第２流路孔から中空管内に入
りタンク部外に低速で放出されることになる。こ
の低速放出段階が従来の低圧注入ポンプを代用す
ることになる。

〓実施例〓 次に、本発明の好適な実施例について添付図面
を参照して詳細に説明するが、図中、同一符号は
同一又は対応部分を示すものとする。

第１図は、蒸気発生器及び一次冷却材ポンプを
それぞれ２基づつ有する２ループプラントの一次
冷却系に実施された本発明を示しており、加圧水
型原子炉の一次冷却系設備は、従来同様に原子炉
容器１、蒸気発生器２、一次冷却材ポンプ３、こ
れ等を接続する一次冷却材配合管からなる一次冷
却系閉ループ６、及び加圧器４で構成されてい
る。

原子炉容器１内の炉心１０で加熱された一次冷
却材は、原子炉容器１から高温側配管５を経て蒸
気発生器２内のＵ字形伝熱管８へ搬送され、そこ
で該伝熱管８の周囲を流れる二次冷却材に熱交換
する。そして、蒸気発生器２で冷却された一次冷
却材は一次冷却材ポンプ３により水頭が付与さ
れ、低温側配管７を経て再び原子炉容器１内に供
給される。蒸気発生器２では、放射性物質を含ま
ない二次冷却系の水冷却材が蒸気に変換され、図
示しないタービン系へ供給される。

この一次冷却系設備に接続される非常用炉心冷
却設備は、事故発生直後に緊急且つ大量の非常用
冷却水を一次冷却系ループの低温側配管７に注入
し原子炉容器１に蓄積せしめる注水タンク１２
と、高圧注入ポンプ１９とから構成されている。
注水タンク１２は第１図に示すように竪型であ
り、タンク部１２ａに内部に非常用冷却水として
注入水を保有し、液面上部には加圧された窒素ガ
ス１１が封入されている。また、液相部は逆止弁
１５を介して配管１００により低温側配管７に接
続されており、該配管１００に前述した高圧注入
ポンプ１９を有する配管１０１が接続されてい
る。

第２図に示すように、注水タンク１２内には、
浮力により注入水の液面３２上に浮く浮子２４、
注入水の減少時に該浮子２４の案内となる仕切板
（仕切・案内板）２６、及び該仕切板２６の中央
開口に上端が接続され、下端がタンク部１２ａに
出る中空管２８を設置してある。従つて、タンク
部１２ａ内は仕切板２６により上側隔室１２ｂと
下側隔室１２ｅとに区画される。注入水の水位が
減少するに連れて、浮子２４が仕切板２６の傾斜
壁によつて案内され、中空管２８の上端開口２８
ａに接近し遮蔽するので、注入流量が途中で大き
く減少し且つ注入継続期間が延びる。そのため、
仕切板２６を境界として上側隔室１２ｂのものは
高速注入水２５、下側隔室１２ｃのものは低速注
入水２７と呼ぶことができる。

仕切板２６には多数の流路孔２６ａが穿設され
ており、上側隔室１２ｂ及び下側隔室１２ｃを連
通可能にしている。注水タンク１２内における中
空管２８の下部には低速注入水２７の排出のため
の下部流路孔２９が適数個設けられている。下部
流路孔２９の流路総断面積の調整によつて、中空
管２８内をを下降する流れ３０の流量と下部流路
孔２９を通る流れ３１の流量との比率を適切に設
定することができる。

このような注水タンク１２を有する非常用炉心
冷却設備について、一次冷却材配管が破断し、一
次冷却材の喪失事故が発生した場合の挙動を説明
する。例えば、一次冷却系の低温側配管７に破断
箇所９が発生し、冷却材の喪失により一次冷却系
圧力が低下して行くと、従来同様に逆止弁１５が
作動して自動的に注入が開始される。このような
注入開始初期の段階においては、第３図に示すよ
うに、注水タンク１２内の高速注入水２５の液面
３２は仕切板２６の中央開口、即ち中空管２８の
上端入口よりも相当に上方にあるので、中空管２
８の上端入口より上方の高速注入水２５の流れ３
０も、下方の低速注入水２７の流れ３１も有効で
あり、従つて、注水タンク１２からそれぞれ流路
孔２６ａ及び２９を介して注入水が一次冷却系配
管に高速注入される。

高速注入が進行し、注水タンク１２内の液面３
２のレベルが徐々に低下すると、液面３２に浮い
ている浮子２４も下降し、レベルが仕切板２６の
上縁よりも下がると、第４図に点線で示すよう
に、浮子２４は仕切板２６の傾斜壁に沿つて中空
管２８の上端入口に案内され、該入口を遮断す
る。このような浮子２４の作用により、中空管２
８の入口から入つて管内部を流下する流れ３０が
なくなるので、これ以降の注水タンク１２からの
流出は、中空管２８の下部にある流路孔２９を通
る流れ３１のみとなる。従つて、下部流路孔２９
の総断面積を中空管２８の断面積より小さく設定
しておくことにより、浮子２４による中空管入口
の遮断以降の流出量はそれ以前の流量に比して大
巾に低下することとなる。また、このように浮子
２４が中空管入口を遮蔽するので、注水タンク１
２内の加圧ガス１１が中空管２８を通つて注水タ
ンク１２外へ流出することはなく、加圧ガス１１
は仕切板２６下方の下側隔室１２ｃ内の低速注入
水２７に有効に作用する。この低速注入段階は第
５図に示されている。

尚、浮子２４を案内する仕切板２６及び中空管
２８としては、第２図〜第５図に図示したもの以
外に、例えば第６図イ，ロ及びハに示すような
種々の形状のものを使用することができ、これ等
も上述のものと実質的に同様に作用する。

次に、本発明による注水タンク１２からの注水
特性を前述した従来方式と比較して第７図に示
す。一次冷却材喪失事故の発生と共に、一次冷却
系圧力は曲線２０で示すように値Ａから急速に低
下し、注水タンク１２の作動圧力Ｂに達すると、
注入が開始される。その後、従来の注水タンクの
場合には曲線３３で示すように注水は時間Ｄで早
期に終了するが、本発明による注水タンク１２を
備えた非常用炉心冷却設備にあつては、時間Ｄに
至る前に、液面３２のレベルが低下した時点Ｃで
浮子２４が中空管２８の注入水入口を遮蔽するの
で、注水タンク１２からの注入水の流出面積が減
少して、曲線３４で示すように注入流量が
400T／Ｈ程度まで減少し、しかも注入終了が時
点Ｅまで延長する。このように、時点Ｃ〜Ｅ間の
曲線３４の部分における注入は、第９図の曲線２
２と比較すると、従来の低圧注入ポンプ１８（第
８図）による注入を兼ねていることが分かる。
尚、高圧注入ポンプ１９からの注入は曲線２３で
示すように従来と同様でよい。

〓発明の効果〓 以上のように、本発明による蓄圧型注水タンク
を使用すれば、注入水の流出流量が注水途中で減
少し且つ注水時間が延長するので、従来の非常用
炉心冷却設備に不可欠であつた低圧注入ポンプを
省略することが可能となり、その分だけ系統が簡
素化され、高信頼度が得られ、且つ低コスト化が
実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による蓄圧型注水タンクを有
する非常用炉心冷却設備を備えた原子炉一次冷却
系の概要図、第２図は本発明による蓄圧型注水タ
ンクの注入開始前の状態を示す概略断面図、第３
図は第２図の蓄圧型注水タンクの高速注入段階で
の概略断面図、第４図は高速注入→低速注入移行
時の蓄圧型注水タンクの概略断面図、第５図は低
速注入段階での蓄圧型注水タンクの概略断面図、
第６図イ，ロ、及びハは仕切板及び中空管の種々
の変形例を示す概略図、第７図は、加圧水型原子
炉一次冷却材喪失事故時に、本発明の蓄圧型注水
タンクから一次冷却系へ注入される流量特性を従
来の場合と比較して示す曲線図、第８図は、従来
の蓄圧型注水タンクを有する非常用炉心冷却設備
を備えた原子炉一次冷却系の概要図、第９図は、
加圧水型原子炉一次冷却材喪失事故時に、従来の
蓄圧型注水タンクから一次冷却系へ注入される流
量特性を示す曲線図である。 １２……注水タンク、１２ａ……タンク部、１
２ｂ……上側隔室、１２ｃ……下側隔室、２４…
…浮子、２５……高速注入水、２６……仕切板
（仕切・案内板）、２６ａ……第１流路孔、２７…
…低速流路孔、２８……中空管、２８ａ……上端
開口、２９……第２流路孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に注入水を加圧し保持するタンク部と、
   該タンク部内の所定高さレベルに配設され、該タ
   ンク部内を上側及び下側隔室に２分する仕切・案
   内板とを備え、前記上側隔室には浮子を設けると
   共に、前記仕切・案内板には、前記上側及び下側
   隔室を互いに連通させる第１流路孔と、上端が前
   記上側隔室に開口し下端がタンク部底部から外部
   に出る中空管とを設け、該中空管の上端開口の内
   径は前記浮子の直径よりも大であり、且つ該中空
   管は中空管内部と前記下側隔室とを連通させる第
   ２流路孔をタンク部底部の近傍に有し、前記上側
   隔室内の水位の低下に伴い前記仕切・案内板によ
   り前記浮子を前記中空管の上端開口を閉塞する位
   置に案内するように構成した蓄圧型注水タンク。