JPH07504502A - 原子炉圧力容器の過圧事故に対する安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 原子炉圧力容器の過圧事故に対する安全装装置に関する。

一般に原子力設備特に加圧水彩原子炉の原子力設備において原子炉炉心のすべて の冷却装置が故障するという殆どありそうもない事故の際に、原子炉炉心が過熱 されるという危険がある。加圧水彩原子力設備の場合、−次回路における許容で きない過圧は噴霧装置およびブロー装置を備えた加圧系統によって防止される。

ブロー容器は、加圧器弁、ブロー弁、安全弁および容積制御系統の安全弁が開い た際に放出される蒸気を＃！縮するために使用される。ブロー容器は約３分の２ まで水で充填され、その上には窒素のクツシランが存在している。加圧水彩原子 炉の場合−次回路には（通常運転において）例えば１５８バールの圧力がかかつ ている。

本発明は、原子炉の冷却回路特に加圧水彩原子炉の一次回路におけるブロ一応動 圧力を、殆どありそうもない原子炉炉心の過熱事故の際に一次回路圧力が３０バ ール以下の値に自動的に下げられるように、温度に関係して大きく減少するとい う考えから出発している。従って本発明の課題は、この基準を満足し、炉心過熱 事故の際に原子炉圧力容器の過圧事故に対するバリヤを形成するような安全装置 を作ることにある。

本発明によればこの課題は冒頭に述べた形式の安全装置において、−圧力容器の 内部に突出しその壁を貫通して導かれている圧力管が、圧力容器内部室内に配置 され可溶ソール体によって密封されている少なくとも一つの圧力平衡開口を有し 、 −可溶シール体が、例えば６００〜７００℃の範囲の限界温度では溶融して圧力 平衡開口を開放し、通常運転中では圧力平衡開口を閉鎖状態に保つ溶融ろうから 成っている、 ことによって解決される。

本発明の有利な実施態様は請求項２ないし１１に記載されている。

有利な実施態様においては、圧力管はブロー管であり、圧力平衡開口は圧力放出 開口である。この場合、安全装置は直接圧力を消滅するために使用され、圧力管 は圧力容器の外側でブロー配管としてブロー容器に開口している。圧力管は間接 的に圧力を消滅するために、系統圧力を減少するために容器外部に設けられてい るブロー弁を制御する圧力制御管であってもよい、測定個所および圧力管の組立 に関しては、本発明の有利な実施Ｍ様では、圧力管が懸垂方式で圧力容器の蓋接 続短管を気密に貫通して導かれ、可溶シール体によって密封されている孔明き管 ヘッドで圧力容器の内部に突出している。この孔明き管ヘッドは例えば上側格子 板の直ぐ近（に設けられ、炉心あるいは炉心上部範囲の過熱の際に温度上昇を極 めて迅速に「感知」する。

蓋ブッシングが必要とされないような本発明の他の有利な実施Ｂ様においては、 圧力管の可溶シール体で密封されている孔明き管ヘッドは原子炉炉心の下に特に 下側炉心格子の内部に位置決めされ、圧力管は球欠状底の内部室内において下方 に敷設され、続いて（炉心容器と圧力容器壁との間の）環状室内を上方に、主冷 却材配管接続短管間における壁範囲に設置された圧力密のブッシングまで敷設さ れている。下側炉心格子は原子炉炉心の直ぐ近（に設けられ炉心容器に金属・伝 導的に結合されているので、孔明き管ヘッドはこの個所でも炉心過熱を確実に迅 速に「感知」できる。

圧力管がブロー管として形成されている場合には、孔明き管ヘッドが管閉塞プラ グによって端面側が閉しられ、孔明き管ヘッドがその管内周壁に互いに隣接する 複数個の圧力平衡開口を有し、これらの圧力平衡開口が管内周壁にろう付けされ た可溶スリーブによって密封されていると特に有利である。その場合冗長性を持 たせて十分大きなブロー断面開口を得るという理由から、管軸方向に隣接する複 数個の輪状列の圧力平衡開口を設けると好適である。管閉塞プラグは特に、圧力 容器の内部における通常の冷却材流ができるだけ僅かしか影響されないようにす るために、尖端が丸められた円錐形状をしている。

圧力管として既に上述したように圧力制御管が使用される場合には、管並びにそ の圧力放出開口の貫流開口断面積はブロー管の場合よりも小さくされる。圧力制 御管として形成された圧力管がその圧力容器の内部に突出した先端が特に蓋によ って閉じられ、その円周壁に少なくとも一つの圧力平衡孔を有し、この圧力平衡 孔の内部に金属球体が可溶シール体中に埋設されていると有利である。その場合 圧力平衡孔は、溶融状態において金属球体が圧力制御管の内部室の中に落下する ようにその孔軸線が斜め内側に向けられている傾斜孔であることが推奨される。

可溶シール体に対する溶融ろうとしては、比較的高い銀成分（例えばＡｌ５０％ ）の優賞ろう銀合金が有利であることが判明している。ろう合金によって有利に は例えば７００’Ｃである所望の限界温度範囲が得られる。ｉｌろうはこれが応 動温度以下では耐熱性を有し放射線に対しても強いという利点を有する。

以下図面に示した複敞の実施例を参照して本発明の詳細な説明する。

図１は、ブロー配管として形成されその孔明き管ヘッドが下側炉心格子の範囲に 位置している圧力管を備えた原子炉圧力容器の断面図、図２は図１における部分 ■の拡大詳細図、図３はブロー管として形成され懸垂方式で圧力容器の蓋接続短 管を圧力密に貫通して導かれている圧力管の第２の実施例の断面図、図４は図３ における部分■の拡大詳細図、図５は、圧力制御管として形成された圧力管、そ の下端における溶融ろうによって密封された孔明き管へノド、圧力管の上端にお ける蓋ブッシング、それに接続された制御配管および概略的に示されているブロ ー弁を備えた原子炉圧力容器の上部範囲の一部断面図、 図６は図４における部分Ｖの拡大詳細図である。

図１に断面図で概略的に示されている加圧水彩原子力設備の原子炉圧力容器（以 下単に圧力容器と呼ぶ）１は、例えば１３００ＭＷの総電気出力に相応した３７ ６５ＭＷの原子炉熱出力用に設計されている。燃料集合体（図には唯一個の燃料 集合体３しか示されていない）で構成されている原子炉炉心２は、入口接続短管 ４を介して流入し環状室５の中を下向きに流れる（ｆｉれ矢印ｒ１参照）軽水で 冷却される。この冷却水は下側ブレナム６から孔明き下側格子７を通って上向き に燃料集合体３の冷却通路を通って流れ（流れ矢印ｆ２参照）、その中で温まり 、そして上側ブレナム８から出口接続短管９およびそれに接続されている（部分 的に示されている）いわゆる高温−次回路配管１０を通って図示していない蒸気 発生器に流れ、そこで冷却水はその熱を熱交換管を介して二次冷却材に放出する 。

原子炉炉心２、上側ブレナム８および出口接続短管９を通る冷却水流は上述した 流れ矢印ｆ２によって明らかにされている。蒸気発生器から冷却済み冷却水（− 次冷却材とも呼ぶ）がいわゆる低温−次回路配管（図示せず）を介して圧力容器 １の人口接続短管４に戻されるので、通常運転においては連続循環回路が生ずる 。

通常運転において一次冷却材は一次回路内において従って圧力容器ｌの内部にお いても約１５８バールの圧力下にあり、出口接続短管９における冷却材温度は約 ３２９°Ｃである。原子炉圧力容器１はその組込物と共に、この圧力負荷および 温度負荷に対して安全性の向上を加算して設計されている。圧力容器は、球欠状 底１１と上端における環状フランジ１２とを備えたポット状の容器下部ＩＡと、 その環状フランジ１２に対向フランジ１３を介して気密にボルト結合されている （蓋締結ボルトは図示されておらずボルト貫通孔１４だけが示されている）湾曲 蓋ＩＢとから成っている。＆ｌｌ込物については主要なものだけ、即ち下側バレ ル形フィルタ１５、その上に僅かな間隔を隔てて位置し炉心容器１６の底を形成 している上述の下側格子７だけを挙げる。炉心容器１６は支持フランジ１６．１ で環状フランジ１２の環状肩部１７に懸架され、その下側部分の中に唯一の燃料 集合体３で示されている炉心２を収容している。炉心２は上側格子板１８によっ て覆われ、この格子板１Ｂの上に上側支持板１９．１を有する案内構造物１９が 支持されている。燃料集合体の一部に制御棒２０が入り込んでいる。この制御棒 ２０は蓋ＩＢの上側に配置され詳細に図示されていない制御駆動装置によって原 子核反応を制御するために下降あるいは上昇される。四ループ形設備の場合、圧 力容器ｌの円周にわたって分布して平面２１−２１内に４本の出口接続短管９お よび４本の入口接続短管４がそれぞれ交互に設けられている。超臨界圧力下に維 持され従って液状である一次冷却材は通常運転において炉心２を覆っているだけ でなく、上側ブレナム８もほぼ上側支持板１９．１まで充満している。従ってそ れ自体は（燃料集合体３のように）熱を発生せずガンマ線によっていわゆるガン マ線加熱される組込物に対してもの存効な冷却が保証される。圧力容器内におけ る水位がすべての冷却装置および非常冷却装置の殆どありそうもない休止に基づ いて低下すると、構造物温度（通常は約４００’Ｃ）が上昇し始め、特に水位が 上側格子板１８まであるいはそのすぐ下側まで低下すると、熱が特に放射および 伝導によって圧力容器１に強く放出される。この過熱は非常に早い時期に本発明 に基づく安全装置によって、上述した不十分な炉心冷却の際におりる圧力容器ｌ の過圧事故を確実に避けるために利用される。

このために圧力容器１の中にその壁２２を貫通して挿入された圧力管２３が設け られている。この圧力管２３は、全体を符号２４で表した圧力容器の内部室の中 に配置され可溶シール体２５によ、って密封された少なくとも一つの圧力平衡開 口２６を有している（図１および図２参照）、圧力管２３はブロー管であり、圧 力平衡開口２６は圧力放出開口であり、図２には複数個の圧力平衡開口２６を備 えた孔明き管へノド２７が示されている。

図１および図２において、圧力管２３の可溶シール体２５によって密封された孔 明き管ヘンド２７は原子炉炉心２の下側に位置決めされ、特に下側炉心構造物あ るいは格子７の内部に詳しくは格子板７．１の直ぐ下に位置決めされている。

その格子板の上には燃料集合体３がその下端あるいは基板で支持されている。孔 明き管へノド２７はその可溶シール体２５と共に、炉心の過熱に橿めて迅速に速 く反応する温度センサを形成している。このために可溶シール体２５は、例えば ６００〜７００°Ｃの範囲の限界温度で溶融して圧力平衡開口２６を解放し、こ れに対して通常運転中においては圧力平衡開口２６を閉鎖状態に保つ溶融ろうか ら成っている。溶融ろうとしては、例えば銀を５０％含む高銀合金を基礎とする 硬質ろうが、その応動温度まであるいはその近くまで疲労現象が現れず差圧によ り生ずる力に耐えるので、特に良好に使用される。更にこの種のろうは放射線に も強い、圧力管２３はその第１の管部片２３．１が孔明き管へノド２７から下側 格子７および隣接するバレル形フィルタ１５を貫通して垂直に下方に即ち球欠状 底１１の内部室内に導かれている。圧力管２３はそれから内周面に対して間隔を 隔てて円弧状に炉心容器１６の外周面と圧力容器の下部ＩＡの内周面との間の環 状室５まで第２の管部片２３．２として敷設され、第２の折り曲げ個所２３ｂ（ 第１の折り曲げ個所は符号２３ａを付されている）から真っ直ぐな管部片２３． ３として垂直に上方に第３の折り曲げ個所２３ｃまで敷設されている。ここで圧 力管２３の方向が軸平行の垂直方向から軸垂直の水平方向に変化し、圧力管は図 示されていない圧力密のブッシングを通って外側に導き出されている（図１に示 されていないブロー容器に通じている外側管部片２３ｏ　４参照）。

孔明き管ヘッド２７（図２参照）は端面側が管閉塞プラグ２８で閉じられている 。孔明き管ヘッド２７は特にその管内周壁２９に互いに隣接する多数の圧力平衡 開口２６を備えている。これらの多数の圧力平衡開口２６は管内周壁２９にろう 付けされた上述の可溶スリーブ２５によって密封されている。可溶スリーブ２５ は圧力管２３の小径＃ｊ３０にぴったりはめ込まれ、その縮径によって形成され た肩部３１への接触支持によって軸方向に固定されている。軸方向に隣接する複 数個の輪状の列ここでは三つの圧力平衡開口列３２が設けられている。各圧力平 衡開口列３２は圧力管２３の円周にわたって分布された４個の圧力平衡開口２６ を有している。管閉塞プラグ２８は図示されているように尖端が丸められた円錐 形状をしており、これは圧力管２３の先端にはめ込まれ、環状溶接継目３３によ って固定されている。

図１および図２（および後述する図３）における圧力管２３はブロー管であるの で、その間口２６はブロー開口であり、圧力管２３は圧力容器ｌの外側において ブロー蒸気をブロー容器の中に放出するか供給するブロー弁（図示せず）に通じ ている。このブロー弁の開放は、圧力管２３から取り入れられる制御圧が最小値 例えば３０バールに達したときに開くように圧力制御式に行われると良い０通常 運転において圧力管２３の内部は無圧であるかまたは通常の大気圧がかかワてい る。

図３および図４における第２の実施例において、圧力管２３は懸垂方式で圧力容 器１の蓋接続短管３４を気密に貫通して導かれ、可溶シール体ないし可溶スリー ブ２５によって密封されている孔明き管ヘッド２７が圧力容器１の内部２４の中 に突出している（図１参照）、蓋接続短管３４はその先端が円錐状に広げられた 保護管３５によって下向きに延長され、孔明き管２３はその長さ方向に分布して 、孔明き管２３を軸方向に熱膨張可能に保護管３５ないし蓋接続短管３４の内周 面を滑って移動できるように案内する案内リング３６が設けられている。１接続 短管３４の外側端には圧力管２３に対する圧力密のブッシングが設けられている 、このブッシングハウジング３７はその下端が型接続短管３４の上端にねじ込ま れ圧力密に溶接されている（環状溶接継目３日参照）、ブッシングハウジング３ ７は円錐状の環状パツキン３９およびこの環状パツキン３９をそのシール座に押 しつける止めナツト４１付きナツト４０に対する受け部を形成している０円錐状 の環状座面６０を備えた圧力管２３の鍔６１に第１のシールリング６２がその下 側球状端６３で押しつけられている。この下側球状端６３はブッシングハウジン グ３７の内周面における円錐面６４にも押しつけられている。第１のシールリン グ６２の上端は円錐状／球状に成形されている０球状部分６２ａは圧力管２３に 押しつけられ、ｉｌｌのシールリング６２の環状円錐面６２ｂには第２のシール リング６５が下側に突出した球状／円錐状端６５ａで押しつけられ、その球状部 分はブッシングハウジング３７の円錐状の内周面６４に押しつけられている。従 って圧力管２３の外周面およびブッシングハウジング３７の内周（内周面６４） に圧力管２３ないしブッシングハウジング３７に関して二つのシールリング６２ ／６５の二つの環状シール座６３／６０．６３／６４ないし６２／２３．６５／ ６４が生じ、更に第１のシールリング６２と第２のシールリング６５との間に環 状のシール座６２　ｂ　／　６５　ａが生ずる。

ブッシングハウジング３７の環状フランジ４２にブロー配管４３が環状フランジ ４３．２で圧力密にフランジ結合されている０図３の実施例における孔明き管ヘ ッド２７は図２の実施例と同様に形成されている６図１および図２における実施 例の図３における実施例とは異なる利点は、燃料集合体の交換の際および容器蓋 ＩＢを外す際に例えば図３における実施例の場合のように圧力管２３を取り外す 必要がないことにある。この図３の実施例の場合、圧力管２３が上側格子板まで ないしはこの格子板の近くまで繰り出され、炉心の過熱が早い時期に極めて迅速 に認識できるという利点がある。

図５および図６における第３の実施例において、圧力管２３０は系統圧力を制御 するために圧力容器の外部に設けられている弁４４を制御する圧力制御管である 。このために圧力管２３０は型接続短管３４を圧力密に貫通して導かれている（ 図３参照）、圧力制御配管４６の圧力密の接続部４５の範囲に図３の実施例と同 様に圧力密のねし結合部および溶接結合部が設けられている。圧力制御配管４６ は例えば三方弁として形成されているブロー弁４４の制御ピストン４７に接続さ れ、配管４８を介してブロー弁４４にかかっている系統圧力がブロー弁４４によ って、このブロー弁４４が制御ピストン４７にかかっている制御圧力によってそ の投入位置に変位されたとき、配管４９を介して（図示されていない）ブロー容 器に放出される。

圧力制御管２３０は圧力管２３（図１〜Ｔｊ！Ｊ３図参照）に比べてその直径が 小さく、またこの圧力制御管も、例えば６００〜７００℃の範囲における限界温 度において溶かされ圧力制御配管２３０を開放するが、通常運転中においては圧 力平衡開口５１を閉鎖状態に保つ溶融ろうから成っている可溶シール体５０の形 をした「温度センサ」を有している。特に圧力制御管２３０（図６参照）はその 圧力容器１（図４図）の内部に突出した端部が蓋５２によって閉じられ、その円 周壁に少な（とも一つの圧力平衡孔５１を有している。この圧力平衡孔５１の内 部において金属球体５３が可溶シール体５０の中に埋設されている。圧力平衡孔 ５１は、可溶シール体が溶融した場合に球体５３が圧力制御管２３０の内部室の 中に落下するように、その軸線５１′が図示されているように斜め内側に向けら れた傾斜孔であると特に有利である０図には球体５３の両側の埋設部が示されて おり、即ち用にろう５０は球体５３の外側並びに内側において圧力平衡孔５１を 閉じている。

図５（図１と同じ部品にはそれと同一符号が付されている）には、圧力制御管２ ３０が制御棒２０に対して軸平行にいわば測定棒として案内構造物１９およびそ の下側に配置された上側格子板１８を貫通して燃料集合体３の頭部まで導かれ、 そこで必要なヒートクリアランスをもって収容孔５４に挿入されている。この領 域において、冷却材レベルが（原子炉の冷却装置および非常冷却装置の殆どあり 得ない故障の際）上側格子板１８のレベルまであるいはそれよりも低く低下した とき、過熱温度が孔明き管ヘッド２７によって橿めて迅速に検出される。この過 熱温度が例えば７００°Ｃの限界温度に達すると、可溶シール体５０が溶融し、 球体５３が差圧によって圧力制御管２３０の中に押し込まれるので、いまや開放 された圧力平衡開口５１を介して圧力が制御ピストン４７まで放出される。これ はブロー弁４４を開き、間接的に制御されるブロー容器への圧力放出が始まり、 この圧力放出は下限（１（３０バール以下）に到達するまで続けられる。

国際調査報告 １７４１１１．１．　”’口ε　９３１００１Ｂ！フロントページの続き （７２）発明者　ザイデルベルガー、ハルトムードドイツ連邦共和国　デー−８ ５２０エルランゲン　リーメンシュナイダーシュトラーセ（７２）発明者　ハウ 、ゲルハルト ドイツ連邦共和国　デー−８５１０フユルトジクムントーナタンーシュトラーセ ６ （７２）発明者　ホルマン、ヨーゼフ ドイツ連邦共和国　デー−８６０２シュリュツセルフエルト　ローゼンシュトラ ーセ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．不十分な炉心冷却の際の原子炉圧力容器の過圧事故に対する安全装置におい て、 −圧力容器（１）の内部（２４）に突出しその壁を貫通して導かれている圧力管 （２３、２３０）が、圧力容器内部室（２４）内に配置され可溶シール体（２５ 、５０）によって密封されている少なくとも一つの圧力平衡開口（２６、５１） を有し、 −可溶シール体（２５、５０）が、例えば６００〜７０００℃の範囲の限界温度 では熔融し圧力平衡開口（２６、５１）を開放し、通常運転中には圧力平衡開口 を閉鎖状態に保つ溶融ろうから成っている、ことを特徴とする原子炉圧力容器の 過圧事故に対する安全装置。 ２．圧力管（２３、２３０）がブロー管であり、圧力平衡開口（２６）が圧力放 出間口であることを特徴とする請求項１記載の安全装置。 ３．圧力管（２３０）が、系統圧力を制御するために圧力容器外部に設けられて いるブロー弁（４４）を制御する圧力制御管であることを特徴とする請求項１記 載の安全装置。 ４．圧力管（２３）が懸垂方式で圧力容器（１）の蓋接続短管（３４）を気密に 貫通して導かれ、可溶シール体（２５）によって密封されている孔明き管ヘッド （２７）で圧力容器（１）の内部（２４）に突出していることを特徴とする請求 項１ないし３の１つに記載の安全装置。 ５．圧力管（２３）の可溶シール体（２５）で密封されている孔明き管ヘッド（ ２７）が原子炉炉心（２）の下側に特に下側炉心格子（７）の内部に位置決めさ れ、圧力管（２３）が球欠状底（１１）の内部室（６）内において下がって敷設 され、続いて炉心容器（６）と圧力容器壁（２２）との間の環状室（５）中を上 方に向かって、主冷却材配管接続短管（４、９）間における圧力容器壁範囲に設 置された圧力密のブッシングまで延びて敷設されていることを特徴とする請求項 １ないし３の１つに記載の安全装置。 ６．孔明き管ヘッド（２７）が管閉塞プラグ（２８）によって端面側が閉じられ 、孔明き管ヘッド（２７）がその管円周壁（２９）に互いに隣接する複数個の圧 力平衡開口（２６〕を有し、圧力平衡開口（２６）が管円周壁（２９）にろう付 けされた可溶スリーブ（２５）によって密封されていることを特徴とする請求項 １ないし５の１つに記載の安全装置。 ７．管軸方向に隣接する複数個の輪状の列（３２）の圧力平衡開口（２６）が設 けられていることを特徴とする請求項６記載の安全装置。 ８．管閉塞プラグ（２８）が尖端が丸められた円錐形状をしていることを特徴と する請求項６又は７記載の安全装置。 ９．圧力管（２３）が圧力容器（１）の外側でブロー配管（４３）としてブロー 容器の中に開口していることを特徴とする請求項１、２、４ないし８の１つに記 載の安全装置。 １０．圧力制御管（２３０）として形成された圧力管がその圧力容器（１）の内 部（２４）に突出した先端が特に蓋（５２）によって閉じられ、その円周壁に少 なくとも一つの圧力平衡孔（５１）を有し、この圧力平衡孔（５１）の内部に金 属球体（５３）が可溶シール体（５０）中に埋設されていることを特徴とする請 求項３記載の安全装置。 １１．圧力平衡孔（５１）が、溶融状態において球体（５３）が圧力制御管（２ ３０）の内部室の中に落下するように孔軸線（５１′）が斜め内側に向けられて いる傾斜孔であることを特徴とする請求項１０記載の安全装置。