JPS60135791A - 原子炉格納容器内漏洩検出装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、原子力発電プラントの原子炉格納容器内の圧
力配管破断に対し、事前に生ずる微小漏洩を確実に検出
することによシ、大破断事故を未然に防止する原子炉格
納容器内漏洩検出装［４に関する。　。

〔発明の技術的背景〕

一般に、沸騰水□型原子力発電プラントにおける原子炉
圧力容器に接続される主な圧力配管は第１図に示す通り
である。

すなわち、原子炉圧力容器１には給水配管２が接続され
、冷却材である水が供給される。圧力容器１内の炉心３
で加熱されて発生した蒸気は主蒸気管４によシ原子炉格
納容器５を貫通してタニピン（図示せず）へ導ひかれる
。また、炉心３の循環水量を増し、炉心全効果的に冷却
し安定した運転を行なうために原子炉圧力容器ｌ内に設
置されたジェットポンプと再循環ポンプ６により構成さ
れる再循環ジインの吸込側配管７と一吐出側配管８が原
子炉圧力容器１に接続されている。

原子炉格納容器５は上記の圧力配管が万一破断した場合
、破断口から噴出する放射能を含む蒸気をこの中に閉じ
込め、ベントパイプ９を通、じてサフレツションフール
１０へ導き凝縮させることによりｍ境に放射能？含んだ
蒸気が漏洩することを防止する役目金持っている。原子
炉格納容器５は通常、厚さ３０．位の鋼鉄叛を溶接して
作られておシ、その外側は厚さ１．２ｍ位のコンクリー
ト塗工１で覆われて力る。また、給水配管２や主蒸気管
４にはそれぞれ原子炉格納容器５の内外に遮断弁１２、
主蒸気遮断弁１３がＩ４１７＃）伺けられており、破断
事故時には原子炉格納容器５及びコンクＩＪ−卜ｉ１１
の配管頁通孔を塞ぐようになっている。

原子炉格納容器５は以上の通９、配管破断事故時に噴出
する蒸気全原子炉格納容器５内に閉じ込め、環境へ放射
能を含んだ蒸気が漏洩することを防止する役目を持って
いるため、密閉構造となっている。

このため、原子炉格納容器５円は、平常運転時は格納容
器クーラー１４で、また配管破断事故時は格納容器スプ
レィ１５で、冷却するように形成されている。従って、
平常運転時に万一、各種圧力配管に微小亀裂Ｃが生じて
、冷却材の微小漏洩が発生すると、微小亀裂Ｃから噴出
した蒸気は原子炉格納容器５内へ閉じ込められ、湿度の
上昇をもたらすと同時に格納容器クーラー１４で凝縮さ
れてクーラーのドレン水となる。このドレン水はドｌ／
ン水サンプ１６へ流入する。

第２図は、以上に説明した、格納容器クーラー１４ドレ
ン水サング１６および圧力配管の微小亀裂Ｃと、ドレン
水サンプ１６の流量測定系統を示したも゛のである。

すなわち、格納容器クーラー１４内には冷却器１７があ
り、プロペラファン１８にょシ吸込まｎ　ｆｃ　漏洩蒸
気を含む原子炉格納容器５内の雰囲気はこの冷却器１７
で冷却される。この際、漏洩蒸気は凝縮さｎてドレン配
管１９７）ｋらドレン水としてドレン水サンプ１６へ排
出される。ドレン水サン１１６にはサイホン管２０があ
りドレン水サンプ１６内の水位が一定しベル以上捷でた
まると、サイホンの原理にエリ、ドレン水け、ドレン水
サンプ１６カら排出されタービン流量計２１で検出され
るように形成されてｈる。

〔背景技術の問題点〕

しかし、従来のドレン水サンプの流量測定系統には以下
の８つの不具合があった。

１ず第一に、ドレン水すンフ−１６へは格納容器クーラ
ー１４のドレン水以外にも、原子炉格納容器５内に存在
するポンプやバルブの軸封水が流入しており、格納容器
クーラー１４のドレン水量のみを単独に測定できな区め
で、漏洩蒸気の量が少ないと漏洩を検出することが峻し
かった。第二にサイホン管２０ヲ用いているので１．ト
゛レン水の排出が間欠的で流量を連続的に測定できな（
八ため、迅速な漏洩検出が田無であったっ第三に、流量
測定にタービン流量計２１ｉ用いているので、漏洩が無
く長期間作動していな込と、タービン流量計２１の軸受
が固層するおそれもあシ、またゴミや鉄サビが流入する
と羽根にから１つて故障しやすい等の欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明はこ扛らの点に鑑みてなされたものであり、原子
力発電ツーラントの原子炉格納容器内の圧力配管破断を
、事前に生ずる微小漏洩を確実に検出することにより検
知し、大破断事故ケ未然に防止することのできる原子炉
格納容器内漏洩検出装置６を提供することを目的として
いる。

〔発明の概要〕

本発明の原子炉格納容器内漏洩検出装置谷は、格納容器
クーラーのドレン配管に多孔θ型流脅−計全接続し、ド
レン水量の連続監視を行かい、丑た更に、コンビウータ
を用いてクーラーの凝縮能力、クーラー出入口温度等の
ネ１ｌｉＬＥｋ行ない冷却材の漏洩検出の鞘ｆ現向上１
は刀・す、また更に、所足のレベルを超える漏洩全検出
した場合にはただちに原子炉をスクラムし、原子力覚ｔ
ｆｆ　７−ラントｋ　？８　幅停止状態に導くことにな
９、万一、それ以降に圧力配管の大破断が生じても大事
故に至ることを未然に防止するように形成したことを特
徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例？、ｉ２３図７１１）ら７図について説
明する。

従来と同一部分には同一符号を付しである。

第８図は第１および第２の発明の実施例を示（〜でいる
。

本発明の原子炉格納容器内漏洩検出装置の第１の発明は
、第３図に示−ｒ、ｃうに、格納容器クーラー１４のド
レン配管１９の排出端部に、直接、多孔管型流量計２２
を接続してｂる。

この多孔管型流量計２２は側面に複数個の小孔をあけた
多孔管２３と、多孔管２３の下端に接続された差圧計２
４とにより構成されている。差圧計２４の他端は格納容
器雰囲気中へ開放されている。多孔管２３から流出した
ドレン水は再びドレン配管１９ａへ接続され、ドレン水
すング１６へと排出される。

ここで、多孔管型流量計２２について第４図を参照して
その原理を説明する。

多孔管２３の側面に！／′ｉ複数個の小孔２５．２５が
ありており、多孔管２３の水位がｂまＨの高さにあると
すると、１番目の小孔２５カら流出する水の流＃ｑ１は
次式で表わされる。

ｑ１＝−ｉｉｆｉ下７ｉＴ　・・・・・・・・・・・・
　（ｔ１ここで、＋ｌｉは１番目の小孔２５の直径、△
ｈｉは水面〃・ら測った小孔２５の位置、ｇけ重力の加
速度、πは円周率であシ、関数ψは次式で定義される。

つま９小孔２５が水面上にあるときは流量ｑｉはゼロで
ある。

多孔管２３の側面には全部でＮ個の小孔２５があめてい
るので多孔管２３から流出する流量Ｑ６はＮ１固の小孔
２５から流出する流量の総和となるうすなわち ＝　、ｆ　（Ｈ） で表わされ、水位Ｈの関数となり、差圧計２４で精度良
く測定できる。

多孔管Δν流量計２２の特徴は小孔２５の直径や穴の配
置等を適当に選ぶことに工ｐ１測定９１１〉囲を広くと
才１．ることである。多孔管型流量計２２の代表的ガ特
性の一例を第５図に示す。グラフかられかる通り低流量
域で感度が高く、流量が多く、＝＝と出フｊ電圧の変化
を小さくして、測定範囲を広くと−でいるのが特徴であ
る。

以上に説明したように、多孔管型流量計２２は測定範囲
が広く、連続４１１１定が可能であり、原理も簡単で＠
軸性が高論ので、圧力配管に微小亀裂が生じて格納容器
クーラー１５による凝縮ドレンが増加するのを連続的に
監視して確実に検出することができる。

第２の発明は更に次のように構成さｎている。

本発明の原子炉格納容器内漏洩検出装置の第２の発明に
は、第３図に示すように、多孔管型流量計２２で格納容
器クーラー１４のドレン水＃を監視する一方、格納容器
クーラー１４の空気取入口に温度センサー２６と湿度セ
ンサー２７を、また、冷気吹出口に温度センサー２８と
湿度センサー２９が設置されている。温度センサー２６
．２８としては熱電対、湿度センサー２７．２９として
は半導体セラミック湿度センサーが用いられている。

平常運転時に原子炉格納各器内の空気は窒素で置換され
てｂるので、湿度は窒素雰囲気に含まれる水蒸気の湿度
である。

いま、窒素ガス１　ＫＰと水蒸気ｊｃＫＰの混会気体（
１＋Ｘ）ＫＰの窒素雰囲気の絶対湿度は　である。

また、この窒素雰囲気の全圧がＰのとき、窒素の分圧を
ＰＮ、水蒸気の分圧をｐｗとすれば、ＤＡＬＴＯＮ　の
法則から パ：　ＰＮ　十’ｐｗ　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）の関係
がある。

全圧力Ｐは格納容器内圧力計３０　（第７図）で測足さ
ｎる。

窒素雰囲気の温度Ｔに対する水蒸気の飽和圧力をＰＷｅ
　とするとき ＝　ＰＷ　／　Ｐｗ　ｓ　・旧・・・・・・・・山・・
・…・・・・・・山（６）を相対湿度と言い、絶対湿度
Ｘとは の関係がある。

ここで、係数０．６２２は窒素と水蒸気の気体定数の比
である。

水蒸気をこれ以上含むことができないとき相対湿度ｙ＝
ｔとなり、このとき絶対湿りｉｘｅは−Ｐｗｓ で表わされる。

Ｐｗｓは温度の関数であり、温肝が低下するとＰｗｓ　
も小さくなるためＸ８は減少する。っ壕り、格納容器ク
ーラー１４で原子炉格納容器５内の窒素雰囲気が温四Ｔ
１からＴ２へ冷却されると、絶対湿度はＸＢ、η・らｘ
８２へ減少し、余った水蒸気が凝縮水、［；１１ち、格
納′％器クーラー（４のド１／ン水となる。

従って、原子炉格納容器５内の窒素ガタ量をＷＫ９とす
ると、格納容器クーラー１４のドレン水量。

け Ｑ＝Ｗ　（Ｘ＋　−ｘｓ２）　・・・・旧聞・・・・曲
・　（９）となる。

Ｑは（４）式に示した通り、多孔管型加彊：計２２によ
り実測される。Ｗは原子炉格納容器５の容積によって決
まるので既知である。

第７図に示す通り、格納容器クーラー１４へ吸込寸れる
窒素雰囲気の絶対湿度Ｘ、ば（７）式金使って、湿度セ
ンサー２７の測定値ｙ１　と７Ｉ４度センサー２６の測
定イｉｌｊ、　Ｔ　Ｉ（’）ＩＳＬｉａ　テロ　’；ｌ
：＋　ｐｕｓ、　トカラコｙ　ヒｘ　−タのＣ１部分で
オンライン計測し、ＸＢ、も（８）式を使って温度セン
サー２８の測定値Ｔ２からＰｗｓ２をめ、同様に０２部
分でオンラインｇｔｉｌＩ４１Ｉされる。

格納容器クーラー１４からドレン水が出るには湿度セン
サ−２９の測定値ｙ、が１．０になっていることが必侠
である。平常運転時には路網容器クーラー１４の凝縮能
力は格納容器クーラー１４の出口温度２８が一定温１Ｊ
ｊ　Ｔ　ｔになるようにマイクロコンピュータを用いて
コントロールする。一般の原子力発電プラントには格納
容器クーラーｔ４は複数台設置されているので第７図の
破線枠内に相当する上記のシヌテムも複数組設置する。

次に、本発明の原子炉格納容器内漏洩検出装置の作用効
果について第７図を参照しながら説明する。

原子炉格納客器５内の圧力配管で微小亀裂Ｃを生ずると
、漏洩する蒸気によります格納容器潤の絶対湿度Ｘ、が
増加し、これは温州センサー２７の出力信号ｙ１の変化
としてコンピュータで検知される。しかし、プラント運
転中（ｄ原子炉熱出力が変動するため、格納容器クーラ
ー１４の入口温度Ｔ１は変動しており、（７）式を用い
てＸ、をコンピュータのＣ１部分で計算する。

第７図はコンピュータとしてアナログコンピュータを使
用した場合の実細例でるる。マイクロコンピュータを使
用した賜金は第７図の破紗内部分全ソフトウェアプログ
ラムで記述構成することができるが、基本論理演算式は
破線内のブロック図と同等となる。アナログコンピュー
タを構成するアナログ演算素子は加減乗除ができる回路
素子がモジュール化されて市販されているので、これを
用いて構成できる。例えばアナログ演算回路Ｃ８は信号
ｙ、と信号Ｐｗｓ、の粘を１素子で演算し、信号ｙＩ％
　Ｐｗｓ、をめ、次いで信号Ｐと信号ｙ１Ｐｗｓ、の差
を演算し信号（Ｐ−７１−Ｐｗｓ、）をめ、さらに４６
号ｙ１　・Ｐｗｓ、を信号（”ｙ＋Ｐｗ日、）で除して
、定数０．６２２をめるアナログ演算回路Ｃ７も同様の
構成であり、（９）式に対応してクーラーのドンン水扇
をめるアナログ演算回路Ｃ５は減算素子と乗９．素子で
構成できる。

絶対湿度Ｘ、から計算されるドレン流紹、Ｑの増加の度
合が設定値Ｑｌり上の時は、比較回路Ｃ４でドレン水耐
市”Ｑとアラーム設定１直Ｑｌの大小を比較して、Ｑ＞
Ｑｌの場合はアラーム信号ａ１を発する。才たドレン水
ｔｊｔ　Ｑがスクラム設定値Ｑ、２を超えた時には比軸
回路Ｃ３でスクラム信号ａ２を発する。アラーム信号ａ
１は０８回路Ｃ８全通りアラームを発する。

次に、絶対Ｉ′！ｌｌ！要Ｘ、が増加すると格ｆ＋’ｈ
答器クーラー１４の出口温度を一定温関Ｔ、になる、５
ｒにコントロールしているので（９）式に１７１つて格
浪ノ１芥器クーラー１４で漏洩した蒸気が凝縮されてド
レン水を生ずる。これは（４）式で表わされる多孔型流
策計２２に付設された差圧計２４の出力′屯田ＱＣ１の
増加として検出される。信号Ｑｉは打点レコーダ３１で
記録するとともに比較回路Ｃ６でアラーム設定値Ｑ、　
１とと大小を比較し、ＱＩｉ〉ＱＩ　の場合はアラーム
信号ａ３を発する。また、信号Ｑｄがヌクラム設定値Ｑ
２ｅ超えた時には比較回路Ｃ７でスクラム信号ａ、を発
する。

アラーム信号ａ、とアラーム信号ａ３のどちらかが発せ
られた場合はＯＲ回路Ｃ８でアラーム信号ＡＬＭｔを発
する。また、ヌクラム信号ａ、とスクラム信号ａ、が共
に発生した場合はＡＮＤ回路Ｃ３からスクラム信号５ｃ
１７発して原子炉をスクラムして核反応をヌトソプさせ
る。

先に説明した通り、格納容器クーラーは複数台装置され
ているので第７図の破線枠内に相当する上記のシステム
は５系統複数組設置されており、アラーム信号はＡＬＭ
ＩからへＬＭ５まで５つ、スクラム信号もＳ、ａｔから
８０５まで５つあり、それぞれどれか１つでも信号が出
た場合にはＯＲ回路Ｃ１ｏからアラーム信号１を発して
拡声器３１からアラーム音を発するか、または、ＯＲ回
路Ｃ１１からヌクラム信号ａ６を発する。

以上の様に原子炉のスクラムを２段購えとするのけ不要
なヌクラムを防止するためである。

また、アラームを発した時には、格納容器内監視カメラ
その他の手段でｎＢ洩を確認する動作を開始し、漏洩を
確認した場合にはすみやかに原子炉をスクラムする。

〔発明の効果〕

このように、本発明の原子炉格納容器内漏洩検出装置自
゛では、微小亀裂を生じて格納容器内の湿曵が増）Ｊｌ
）する程度の段階で、湿度の増加あるいけ格納容器クー
ラーのドレン水の増加を検出して原子炉を確実にスクラ
ムすることができる。１ｇ４子炉をスクラムすると、第
６図に示す通り炉心熱出力は数秒で定格運転時の数パー
セントに低下するので、内循環ポンプを作動させて炉心
を冷却しつつ、４態停止状態へ移行することにより、炉
心の核燃料は約１分で充分に冷却される。核燃料が充分
冷却されれば、微小亀裂が進展して圧力配管の大破断へ
至るような事態に至っても冷却１材である温水が破断Ｐ
より流出するのみでもはや核燃料が破損して放射能が格
納容器内へ大量に放出されるような大事故に至ることは
ない。現在せで（ζ得られている膨大なデータによると
、那子力発電プラントで用いられる様な厚肉の圧力配管
が破断する場合には必ずその前兆として微小亀裂が発生
し、従来の原子力発電１プラントの設計基準であった、
瞬時大破断は現実にはあり？４ないことがわかってさた
。

従って２＄：発明による原子炉格納容器内漏洩検出装置
を原子力発電プラントに設置することにより大破断事故
の前兆である微小亀裂の段階で原子炉の運転をヌトソプ
し、炉心の冷却等の事故防止対策がとれるので大手故を
未然に幣止することができる。これは原子炉の安全性の
向上に寄与すること大でありオだ非常用炉心冷却系統の
容景削派や圧力配管の大破断を想定した大がかりな配置
ムチ打ち防止金具が不要となるため、原子力発娼“プラ
ントの建設コヌト削減にも大きくｊ￥献することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原子炉格納容器の構造を示す断面図、第
２図は従来の格納容器クーラーとドレンサンプ及びドレ
ンサンプの諸量測定系統を示す概略図、第３１′Ｘｌは
本発明に係る原子炉格納容器内漏洩検出装！”Ｃの一実
施例を示す断面図、第４１Ｖ１は本発明に係る原子炉格
納容器内漏洩検出装置に用いる多孔管型前置Ｈの構造を
示す部分切断断面図、第５図は多孔管型加４計の特性の
一ダ１を示す概略図、第６図は原子炉ヌクラム後の後心
熱出力の急速な低下を示す概略図、第７図は本発明に係
る原子炉格納容器内漏洩検出装置の信号処理演算回路の
一実籏例を示すブロック図である。 ５・・・原子炉格納容器、】５・・・格納容器クーラー
、１６・・・ドレン水サンプ、１９・・・ドレン配量、
２２・・・多孔賃型流計計、２３・・・多孔管、２４・
・・差圧計、２６・・・温度センサー、２７・・・湿度
センサー、３０・・・格納容器内圧力計。 出１頴人代理人　猪　股　清 第　１　図 第　２　図 第　３　図 第　４　図 ９ａ ＠　５図 流量　Ｑ　〔）／分〕 スクラム後の時間（１″′ゾノ 第７図 「 １（ ■ ■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉格納容器のドライウェル内に設けられた格納
   容器クーラと、この格納容器クーラによって凝縮して排
   出されるドレンの量を連続的に検出して冷却材の漏洩全
   監視する多孔管型流量計とを有する原子炉格納容器内漏
   洩検出装置。 ２、原子炉格納容器のドライウェル内に格納容器クーラ
   を設け、この格納容器クーラの空気取入口に温度センサ
   ーおよび湿度センサーを設け、冷気吹出口に温度センサ
   ーを設け、前記各センサーから送られて来る信号から前
   記格納容器クーラの出入口の絶対湿度差を演算し、その
   演算結果から蒸気凝縮量を演算し冷却材の漏洩を監視す
   るコンピータを設けてなる原子炉格納容器内漏洩検出装
   置。 ８、原子炉格納容器のドライウェル内に設けられた格納
   容器クーラと、この格納容器クーラによって凝縮して排
   出されるドレンの量全連続的に検出して冷却材の漏洩を
   監視する多孔管型流量計とを設け、前記格納容器クーラ
   の空気取入口に温度センサーおよび湿度センサーを設け
   、冷気吹出口に温度センサーを設け、前記各センサーか
   ら送られて来る信号から前記格納容器クーラーの出入口
   の絶対湿度差を演算し、その演算結果から蒸気凝縮量を
   演算し、冷却材の漏洩を監視するコンピータを設け、こ
   のコンピータお工び前記多孔管型Ｒ量計、Ｃシ共に漏洩
   有の信号を受けた時にスクラム信号を発するスクラム発
   振器を設けてなる原子炉格納容器内漏洩検出装置。