JPH07181279A

JPH07181279A - 浮揚式原子力プラント

Info

Publication number: JPH07181279A
Application number: JP5326605A
Authority: JP
Inventors: Seiya Tateno; 誠也立野; Kenji Tominaga; 研司富永; Yasutaka Iwata; 安隆岩田; Kanehiro Ochiai; 兼寛落合; Shizuka Hirako; 静平子
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-07-21

Abstract

(57)【要約】【目的】原子力プラントの信頼性向上や設備の合理化や
プラントの経済性向上を図ることを目的にしている。【構成】原子炉建屋４に装備されたバルク室１とを備え
て水に浮揚設置される浮揚式原子力プラントにおいて、
圧力抑制プール３を有する原子炉圧力抑制室の外周囲に
鋼製の原子炉格納容器２の壁を隔壁として原子炉格納容
器と原子炉建屋４との間隙に設けられた外周プール１０
と、前記外周プール１０と前記水との間に装備された連
結配管１４，１５と、前記圧力抑制プール水の水面と前
記水の水面が同一レベルと成るように調整された前記バ
ルク室１内の空間容積とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浮揚式原子力プラント
に係り、特に圧力抑制型の原子炉格納容器の冷却材喪失
事故時の冷却に好適なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】事故時における格納容器外への熱除去に
関する従来技術としては、特開昭63−191096号公報に示
す方式がある。

【０００３】それは、原子炉格納容器の外周に清浄水を
満たしたプールを設け、プラントの異常時に格納容器表
面を伝熱面として高温の圧力抑制プールから低温の外周
プールに熱を伝える概念であるが、最終的にはプール水
の蒸発により除去する方法である為に外周プールの水温
は最終的には１００℃となっていた。

【０００４】このため、必要除熱量を達成するためには
相応の大きな伝熱面積が必要となり原子炉格納容器を大
型化する必要があった。

【０００５】又、特開昭63−315989号公報に示す方式で
は、格納容器外側の空間に海水を導入して格納容器を冷
却する概念であるが、この方式においては海水の循環を
動的機器であるポンプで行っており、静的な冷却は出来
ない。

【０００６】また、格納容器壁面に冷却フィンを設置
し、動的な冷却において除熱効果を促進することとして
いる。

【０００７】本公知例において静的に格納容器を冷却し
ようとすると、格納容器壁面に設けたフィンが外周プー
ル水の自然循環を阻害し、静的な冷却ではかえって除熱
効果を阻害する。

【０００８】特開平2−82194号公報では、格納容器外側
の空間に海水を導入して格納容器を静的に冷却する概念
が提案されている。

【０００９】この方式においては、格納容器内側の圧力
抑制室の水面と海水面をほぼ同一高さに合わせる必要が
あり、海水面から適切な深さの岩盤面を有する地点にの
み有効な為にプラントの立地場所が限定されるという課
題がある。

【００１０】また、この方式では海水面が潮位や高潮等
で上昇すると、格納容器に外圧が加わり格納容器の座屈
要因の一つとなり、一方、潮位により海水面が下がると
除熱面積が減少するという課題がある。

【００１１】特開平2−82194号では、格納容器内側の圧
力抑制プール水面と海水面（外部プール水面）を同一高
さに設定することに留意しておらず、格納容器の座屈現
象が特に厳しくなるものと考えられる。

【００１２】特開昭57−135394号では、建屋下部にバル
ク室を設けた浮揚式原子力発電所と護岸との接続構造に
ついて権利化がなされている。

【００１３】本公知例では、原子炉格納容器の外側に外
周プールは接地されておらず、また外周プールと海を連
絡する連絡配管も設置されておらず、格納容器壁面を介
して自然放熱で事故時の熱を除去することは不可能であ
る。

【００１４】特開平3−158790 号では、原子炉格納容器
の壁面を介して事故時の熱を外周プールに伝え、更にこ
の熱を連絡配管を介して海に除去する方法が示されてい
る。本案では、格納容器の上部空間であるドライウェル
空間から壁面を解し格納容器の熱を除去する方法が提示
されているが、本案ではドライウェル空間の蒸気が凝縮
され非凝縮性の空気の割合が多くなると急激に蒸気凝縮
熱伝達率が劣化し熱を除去できなくなるという欠点があ
る。

【００１５】また、ドライウェル壁面で外周プールと接
触する為に原子炉格納容器に直接外周プールの水頭圧が
加わり、原子炉格納容器の健全性を損う恐れが生じる。
この対策として、原子炉格納容器の板厚を増加する方策
もあるが、このことは熱伝導を阻害するとともに設備費
の増加に連がるので得策ではない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、従来のプラ
ントの動的システムによる原子炉格納容器冷却システム
に対し、将来の軽水炉の開発動向としては、なるべく機
構・構造を簡単化し、自然の力を採用することが期待さ
れている。

【００１７】本発明の目的は、原子力プラントの信頼性
向上や設備の合理化やプラントの経済性向上を図ること
を目的にしている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明では、海上に原子
炉建屋を浮揚し、この特徴を生かして無尽蔵の海水を原
子炉格納容器の冷却媒体として利用することに着目し、
原理的に完全な静的な（受動的）熱除去機能を達成しう
る。

【００１９】本発明ではバージ式（浮揚式）プラントを
採用することにより、潮位や高潮等の外部因子によらず
圧力抑制プール水面と外界の水面を同一レベルに設定す
ることにより、伝熱面積を常に最大とし、かつ原子炉格
納容器に外圧が加わるのを避けるものである。また、外
周プールと外界の水とを連結配管で結ぶことにより、外
周プールに低温の外界からの水を循環させるものであ
る。

【００２０】

【作用】本発明の特徴は、原子力発電所を浮体構造のバ
ージに乗せて浮揚式にすることにより、立地条件（地盤
条件，耐震条件、他）に依らず建屋配置設計を標準設計
とするとともに、従来サイト敷地条件の制約を受けてい
た取放水路設計を標準設計仕様としたことである。

【００２１】更に、浮揚式プラントとすることにより、
ゆきとどいた製造設備を有する臨海地区の工場でプラン
トを組み立てた後バージを洩行することにより、品質向
上と工期短縮を図ることが可能である。

【００２２】また、本発明の特徴は原子炉格納容器の鋼
製壁面を通して、圧力抑制室から熱が格納容器外周プー
ルへ伝達し、格納容器に放出された熱を最終的に外界の
水へ伝達させることである。

【００２３】即ち、本発明では原子炉格納容器の熱を外
界の水へ逃す際に、格納容器内の熱の蓄積部である圧力
抑制プールから鋼製格納容器壁面を介し外周プールに熱
を伝え、更に外周プールの温水は外界の水との自然循環
により熱は伝えられ、動的機器なしに残留熱の除去を達
成することができる。

【００２４】

【実施例】

（１）実施例１の構成図１及び図２は、本発明の浮揚式プラントの自然放熱型
格納容器を示すものである。

【００２５】本発明は図１に示すように建屋下部にバー
ジ用の浮体機能を有する複数のバルク室１を有し、プラ
ント建設後サイトまで洩行しプラント運転中も海上に浮
いた状態で使用する。

【００２６】バルク室１はコンクリート製又は鉄製で複
数に区画された小部屋から構成され、積載するプラント
設備の重量に応じてその空間容積を設定することができ
る。また、プラントの重量とバルク室１容積のバランス
で決まる喫水線（海水の水面）は原子炉格納容器２内の
圧力抑制プール水３面と同一となるように設計されてい
る。

【００２７】なお、上記２つの水面はバージ用のバルク
室１の一部にポンプで水を注水あるいは排水することに
より微調整し、同一に設定することができる。

【００２８】建屋の浮揚方法については、原子炉建屋４
のみをバージ式とし、タービン建屋５やその他の建屋は
陸上（又は人工島）に設置することができる。

【００２９】この場合、熱応力やバージ式（浮揚式）プ
ラント８の上下揺動を吸収できるように原子炉とタービ
ンを結ぶ主蒸気配管６や給水配管７等はフレキシブル性
を有する。

【００３０】あるいは、原子炉建屋４とタービン建屋５
をそれぞれ別のバージ、あるいは同一バージに搭載する
ことができる。

【００３１】この場合は、前記の熱応力やバージプラン
ト８の上下揺動の課題をなくすことができる。

【００３２】原子炉建屋４バージは図１に示すように、
原子炉圧力容器９を取り囲む原子炉格納容器２及び圧力
抑制プール３から構成され、その外側に外周プール１０
が設置されている。

【００３３】この外周プール１０は更に、海洋１１と連
絡配管で連結し、その配管を仕切り弁１２，１３で仕切
っている。

【００３４】外周プール１０と海１１を結ぶ連絡配管
は、冷たい海水を外周プールに導く下部連絡配管１４と
暖まった外周プール水を海に戻す上部連絡配管１５で構
成される。

【００３５】これらの上下連絡配管は、それぞれ１本
（または複数本）の配管から構成され、配管の途中には
電動駆動の仕切り弁１２，１３が設置されている。

【００３６】通常プラント運転状態においては、この仕
切り弁は閉鎖し、海水１１が外周プール１０に流入しな
いように外周プールは空の状態で維持しておく。

【００３７】（２）実施例１の運転操作万一の冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）を仮想すると、破断
口からドライウェル空間に放出されたブローダウン蒸気
はベント管を経由し圧力抑制プールに導かれ、ここで凝
縮させることにより急激な圧力上昇を防止する。

【００３８】ＬＯＣＡ後、長期に亘り炉心の崩壊熱で発
生する蒸気を同様に圧力抑制プールで凝縮することによ
り、圧力抑制プールの水温は徐々に上昇していく。

【００３９】この過程において、連絡配管１４，１５に
設置した仕切り弁１２，１３を開放し冷たい海水１１を
外周プール１０に導入する。

【００４０】ここでＬＯＣＡ後、約半日〜１日の崩壊熱
は圧力抑制プール３で吸収することが可能なので、上記
仕切り弁１２，１３は十分な時間余裕をもって開放操作
すれば良い。

【００４１】外周プール１０水は、原子炉格納容器２の
鋼製壁を介し圧力抑制プール３から熱を受け温度が上昇
する。

【００４２】外周プール水の温度が上昇してくると、海
水との温度差に伴う自然循環の駆動力により上部連絡配
管１５と下部連絡配管１４を介してひとりでに海水と混
合し外周プール１０の温度上昇を緩和するように作用す
る。

【００４３】（３）実施例１の除熱特性効果圧力抑制プール３から外周プール１０への熱移動量ＱはＱ＝Ｋ・Ａ・(Ｔ_sp−Ｔ_op) …（１）Ｋ：熱伝達係数Ａ：伝熱面積Ｔ_sp：圧力抑制プール水温Ｔ_op：外周プール水温で表され、圧力抑制プール水温と外周プール水温との温
度差が熱移動量Ｑに大きく影響している。

【００４４】ここで、図３は本発明による外周プール１
０除熱能力の変化を示している。

【００４５】１６は外周プールから海への除熱量、１７
は圧力抑制プールから外周プールへの除熱量を示してい
る。

【００４６】外周プール１０から海１１への除熱量１６
は連絡配管口径を関数として外周プール水温が高いほど
海との温度差が増加し、それにより、自然駆動力が増加
するため除熱量は増加する。

【００４７】一方、圧力抑制プールから外周プールへの
除熱量１７は（１）式に示した通り、外周プール水温が
低いほど圧力抑制室プール水温との温度差が増加し、そ
れにより除熱量が増加する。

【００４８】したがって、外周プールから海への除熱量
１６と圧力抑制プールから外周プールへの除熱量１７と
の釣り合った点として本発明の除熱量が決定する。

【００４９】また、図４，図５はそれぞれ従来の外周プ
ール型格納容器を用いた場合と本発明による浮揚式プラ
ントの自然放熱型原子炉格納容器を用いた場合の冷却喪
失事故（ＬＯＣＡ）後の温度変化を示したものである。

【００５０】１８は圧力抑制プール水温、１９は外周プ
ール水温、２０は圧力抑制プールと外周プールとの温度
差を示したものである。

【００５１】図４においては、外周プール水温が事故後
上昇し、その後一定となっている。これは外周プール１
０が大気開放のため１００℃で沸騰するため、その温度
で一定となることを示す。

【００５２】一方、本発明による図５においては、海１
１と外周プール１０を連結することによって外周プール
と海との自然循環力により外周プールが海で冷却される
ことにより低く保たれている。

【００５３】従って、本発明では海水の循環による冷却
により、外周プール水温が従来の公知例の１００℃より
低く維持され、それにより、圧力抑制プールとの温度差
２０が従来の外周プール型格納容器を用いた場合より大
きくなる。

【００５４】すなわち、（１）式のＴ_spとＴ_opの差が大
きくなり圧力抑制プール３から外周プール１０への移動
熱量が大きくなるということである。

【００５５】また、従来の公知例では外周プールによる
冷却が適用不可能であった大型出力プラント（１０００
ＭＷｅ以上）への適用も可能となる。

【００５６】（４）実施例１のその他の効果本発明によれば、浮揚式プラントにおいて原子炉格納容
器内の熱を原子炉格納容器壁面を通して外周プールに伝
達でき、さらにこの熱が連絡配管により海へ放熱される
と共に次の効果がある。

【００５７】地盤深さに依らず、圧力抑制プール水
面と海水面を同一レベルにすることができ、海水冷却に
よる自然放熱面積を最適設計とすることができる。

【００５８】潮位，高潮等の自然条件で圧力抑制プ
ール水位より外周プール水位が高くなることにより、原
子炉格納容器に過大な外圧が加わり座屈することを回避
することができる。

【００５９】岩盤の深さ，地震条件等の立地条件に
依らず標準プラントを適用できる。設備が整った臨海部の工場で製造組み立てができる
ので、品質向上及び工期短縮を図ることができる。

【００６０】原子炉格納容器内の除熱が自然の力に
より成されるため、原子炉冷却機能の信頼性が向上す
る。

【００６１】また、図６に示す実施例２のように仕切り
弁１２，１３の代わりに仕切装置として冷凍設備２１を
使用したものも考えられる。

【００６２】冷凍設備２１は連絡配管２２，冷凍機２
３，電源２４から構成されている。プラント通常運転時
には冷凍機２３により、配管内の流体（水または海水）
を氷結させ、海水１１が外周プール１０へ侵入するのを
阻止し、プラント異常時には電気信号により電源２４を
停止し、それにより配管内の氷結部が外気温度により溶
解し、海水が外周プールに流入し循環を開始するもので
ある。

【００６３】図７に示す実施例３は、実施例１及び２の
原子炉格納設備で下部連絡配管１４の出口を配管の替わ
りに設けたスパージャ２５を示している。

【００６４】スパージャ２５を設置することにより、プ
ラント異常時に外周プール１０水が海水１１と循環する
際に、スパージャ２５の複数の開口部より冷たい海水を
周方向に一様に注入する。

【００６５】また、上部連絡配管１５もスパージャの開
口部に合わせ複数の開口部を設置し外周プール１０空間
の周方向温度分布を一様にすることを可能とする。

【００６６】これにより圧力抑制プールから外周プール
への熱伝達を一様にすることができ、熱除去量の向上を
図ることができる。

【００６７】図８に示す実施例４は、格納容器冷却のた
めの海水を導入する連絡配管に静的な開閉機構を設けた
実施例を示す。

【００６８】連絡配管１４，１５の配置および基本的な
原子炉建屋内構造は、図１及び図２に示した実施例と同
一であるが、原子炉格納容器２と外周プール１０の間に
圧力伝達機構２６を設ける。

【００６９】図９に圧力伝達機構２６の詳細図を示す
が、シリンダー２７及び内部を長手方向に摺動するピス
トン２８により構成され、かつピストンの脱落を防止す
るためシリンダー２７の両端内面にストッパー２９を設
けている。

【００７０】この圧力伝達機構２６は、一端を原子炉格
納容器２雰囲気に接続し、他端を外周プール１０内冷却
水に接するよう設置され、原子炉格納容器２内の圧力を
外周プール１０内冷却水に伝達することを可能としてい
る。

【００７１】外周プール１０と海１１を連絡する連絡配
管１４，１５には、閉止キャップ３０が設置される。

【００７２】本閉止キャップ３０は、あらかじめ、事故
時あるいは原子炉停止時に格納容器冷却が必要となる状
態における原子炉格納容器２内圧力と、海洋からの連絡
配管設置深度に応じた静水圧との差圧により脱落される
ように取り付けられている。これらの機構により、事故
時あるいは原子炉停止時に原子炉格納容器２内圧力が外
周プール１０に伝達され、さらに外周プール１０圧力に
より連絡配管１４，１５に設置されていた閉止キャップ
３０が外れ、自動的に外周プール１０と海洋１１が連絡
される。

【００７３】このことにより、実施例１と同様の原理に
より原子炉格納容器２の冷却が行われる。

【００７４】以下に説明する実施例５では、連絡配管１
４，１５により外周プール１０と海洋１１を連絡する実
施例の代替案として、図１０に外周プール１０，海洋１
１の連絡配管の開閉機構として角３１を利用した実施例
を示す。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、浮揚式プラントにおい
て原子炉格納容器内の熱を原子炉格納容器壁面を通して
外周プールに伝達でき、さらにこの熱が連絡配管により
海へ放熱されると共に次の効果がある。

【００７６】（１）岩盤の深さ，地震条件等の立地条件
に依らず標準プラントを適用できる。（２）設備が整った臨海部の工場で製造組み立てができ
るので、品質向上及び工期短縮を図ることができる。

【００７７】（３）地盤深さに依らず、圧力抑制プール
水面と海水面を同一レベルにすることができ、海水冷却
の自然放熱面積を最適設計とすることができる。

【００７８】（４）原子炉格納容器内の除熱が自然の力
により成されるため、原子炉冷却機能の信頼性が向上す
る。

【００７９】（５）本発明によれば、動的構造部に対す
る機能要求の軽減による大幅なシステム自体の安全・信
頼性向上が図れると共に、設備自体の合理化、及び通常
時の安全系機器と海水との接触を防止することによるメ
ンテナンス性の向上に伴うプラントの経済性向上を図る
ことが可能となる。

【００８０】（６）外周プールが海と連絡しているた
め、外周プール水温を従来よりも低くできるため（従来
１００℃が本案では５０〜７０℃）、原子炉格納容器内
の除熱効果が向上し、安全性が向上する。これにより、
従来６００ＭＷｅ程度の中型炉への適用が限界であると
されてきた自然放熱型原子炉格納容器除熱系、１３５０
ＭＷｅ級の大型炉にも適用できる見通しを得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である浮揚式プラントの縦断
面図である。

【図２】本発明の一実施例である自然放熱型格納容器の
縦断面図である。

【図３】本発明による外周プールの除熱特性の評価を示
すグラフ図である。

【図４】従来の事故後の圧力抑制室と外周プールとの温
度とその差を示すグラフ図である。

【図５】本発明の事故後の圧力抑制室と外周プールとの
温度とその差を示すグラフ図である。

【図６】本発明の実施例２による冷凍方式による外周プ
ールと海との仕切装置の外観図である。

【図７】本発明の実施例３による下部連絡配管出口のス
パージャの斜視図である。

【図８】本発明の実施例４による原子力プラントの縦断
面図である。

【図９】図８中の圧力伝達機構の拡大断面図である。

【図１０】本発明の実施例５による原子力プラントの縦
断面図である。

【符号の説明】

１…バルク室、２…原子炉格納容器、３…圧力抑制プー
ル、４…原子炉建屋、５…タービン建屋、６…主蒸気配
管、７…給水配管、８…浮揚式プラント、９…子炉圧力
容器、１０…外周プール、１１…海、１２，１３…仕切
り弁、１４…下部連絡配管、１５…上部連絡配管、１６
…外周プールから海への除熱量、１７…圧力抑制プール
から外周プールへの除熱量、１８…圧力抑制プール水
温、１９…外周プール水温、２０…圧力抑制プールと外
周プールの温度差、２１…冷凍設備、２２…連絡配管、
２３…冷凍機、２４…電源、２５…スパージャ、２６…
圧力伝達機構、２７…シリンダー、２８…ピストン、２
９…ストッパー、３０…閉止キャップ、３１…角。

フロントページの続き (72)発明者岩田安隆茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者落合兼寛茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者平子静茨城県日立市幸町三丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉心を内蔵した原子炉圧力容器と、前記圧
力容器を格納するドライウェルと、異常時に前記ドライ
ウェルに放出される蒸気をベント管を介して導入して凝
縮を行う圧力抑制プール水を内蔵した圧力抑制室と、前
記圧力容器と前記圧力抑制室を格納する鋼製の原子炉格
納容器と、前記原子炉格納容器が据付けられる原子炉建
屋と、前記原子炉建屋に装備されたバルク室とを備えて
水に浮揚設置される浮揚式原子力プラントにおいて、前
記圧力抑制室の外周囲に鋼製の原子炉格納容器壁を隔壁
として前記原子炉格納容器と前記原子炉建屋との間隙に
設けられた外周プールと、前記外周プ−ルと前記水との
間に装備された連結配管と、前記圧力抑制プール水の水
面と前記水の水面が同一レベルと成るように調整された
前記バルク室内の空間容積とを備えることを特徴とした
浮揚式原子力プラント。
【請求項２】請求項１において、外周プールと水とを連
絡する連結配管には仕切装置が装備され、前記連結配管
は上部連絡配管とそれより下方の下部連絡配管とで構成
され、前記外周プールを乾燥状態にて前記仕切装置によ
り海から隔離し、又は防錆剤入り純水を入れて前記仕切
装置により海から隔離し、プラント異常時に前記仕切装
置を開放することにより前記外周プールに海水を導入自
在としたことを特徴とした浮揚式原子力プラント。
【請求項３】請求項２において、仕切装置は連結配管に
装備された仕切り弁であることを特徴とした浮揚式原子
力プラント。
【請求項４】請求項２において、仕切装置は連結配管に
装備された冷凍機による氷結手段であることを特徴とし
た浮揚式原子力プラント。
【請求項５】請求項２において、仕切装置は原子炉系の
異常等に対応する過渡信号に基づく信号により開動作を
生じさせる機構を備えた動的な弁であることを特徴とし
た浮揚式原子力プラント。
【請求項６】請求項２において、仕切装置は異常時の原
子炉格納容器内圧力の外周プール内への伝達機構と、連
結配管に管路を閉じるように装備されており、前記異常
時における前記外周プール内の圧力の増圧により開動作
するキャップとから成ることを特徴とした浮揚式原子力
プラント。
【請求項７】請求項２において、上部連結配管と下部連
結配管との外周プール内の開口は周方向に分散されて複
数個備わることを特徴とした浮揚式原子力プラント。
【請求項８】請求項２において、上部連結配管と下部連
結配管との両配管を平面的に且つ放射状に設置したこと
を特徴とした浮揚式原子力プラント。
【請求項９】請求項１又は請求項２において、原子炉建屋の一部にしみ入った原子炉建屋外からの水を
処理する空間を設け、この空間に外周プールと原子炉建
屋外の水との連結配管の仕切り弁を設けたことを特徴と
する浮揚式原子力プラント。
【請求項１０】請求項１において、バルク室への水の給
排水設備を備えていることを特徴とした浮揚式原子力プ
ラント。