JPS6330786A - 蓄圧型注水装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 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
蓄圧型注水装置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装置につい
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装置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ちのであ
る。

［従来の技術］ 第７図は、蒸気発生器及び−次冷却材ポンプをそれぞれ
２基づつ有する２ル一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
Ｏ１は、原子炉容器１、蒸気発生器２、−次冷却材ボン
プ３、これ等を゛接続する一次冷却材配管からなる一次
冷却系閉ルーブ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がら高温側配管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と熱交換する。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。

ところで、−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、−次
冷却系の配管等のＦ６．Ｕｒ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、その後は後述する
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。従って、−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カ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
ンク又は蓄圧器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１９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７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１４によ
り低温側配管７に連通しており、−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（図示せず）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
ンプヘッドは低いが、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ッ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−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６図及び第７
図を参照して説明する。

通常運転中、−次冷却系は高圧に保たれているが（第６
図のＡ）、−次冷却系の低温側配管７の破断（−次冷却
材喪失事故の発生）と共に、−次冷却水が破Ｆｌｉ箇所
９から噴出し、−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、−次冷却系圧力が注水タンク１２の保
持圧力（第６図のＢ）以下に低下した段階で、注水タン
ク１２からの注入水１３が逆止弁１５及び配管１４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６図に曲線２１で示すように変化し
、注入水１３を放出し終わって、注入は終了する。一方
で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６図の曲線２２．２３）。

−度空になった原子炉容器１の下部プレナム部１７がま
ず注水により満水になり（この段階をリフィル段階と呼
ぶ）、その後ダウンカマ一部１６が満水となって、この
ダウンカマ一部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で蒸気が発生し、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。

従って、リフィ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ブレナム
部１７、ダウンカマ一部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点があった。

本発明は、系統を簡素化し、それに伴い信頼性の向上及
びコスト低減を可能とする蓄圧型注水装置の提供を目的
とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この目的から本発明は、注入水を加圧して保有する蓄圧
型注水タンクと、逆止弁を有して該蓄圧型注水タンクの
底部の注入水出口に接続された注入水放出配管とを備え
る蓄圧型注水装置において、前記蓄圧型注水タンク内に
、前記注入水出口を取り囲むように、所定の高さを有す
る内筒を設置すると共に、該内筒の内部と外部との注入
水を、前記内筒の下方部位に位置し所定の流路断面積を
有する通水部で連通させたことを特徴とするものである
。

［作用］ 例えば−次冷却系の冷却材喪失事故により、−次冷却系
の内圧が逆止弁の作動圧力以下に低下すると、逆止弁が
自動的に開弁して、注水タンク内の注入水は注入水放出
配管を介して一次冷却系に注入される。この注入開始初
期には、通水部の絞り作用のため主に内筒内部の注入水
が、また、多少の内筒外部の注入水が注入水出口から注
入水放出配管を経て一次冷却系に高速注入される。

従って、内筒の内部及び外部においては、注入水の注入
量の差により液面レベルにも差がでてくる。そのため、
高速注入がしばらく継続しても注入量の差により内筒外
部の液面は、まだ比較的高位置にある。その結果、内筒
内部の注入水の残景が少なくなりその注入量が減少する
と、注入は、内筒の下方部位にある通水部３通しての内
筒外部からの流れが主体となる。この流れは、内筒内部
から直接注入水出口に向かう流れが高速注入であるのに
対して比較的に低流量である。

このように、注入水放出配管を流れる注入水の流量が注
入途中で低減し、蓄圧型注水装置は低速放出段階に移行
することになる。この低速放出段階が従来の低速注入ポ
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−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−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、加圧木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、−次
冷却材ボンブ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ブ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ボンブ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−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
せしめる蓄圧型注水タンク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を介して注入水
放出配管１４により低温側配管７に連通しており、該配
管１４に、前述した高圧注入ポンプ１９とその付属弁装
置とを有する配管１４ａが接続されている。

本発明によれば、従来の低圧注入ポンプ及びその付属弁
装置（第７図参照）を不要とすべく、注水タンク１２内
には、複数のフローホール（通水部）２７を下部に有す
る所定直径及び長さの内筒２４が、配管１４に連通ずる
注入水出口１２ａを囲繞するように設置されており、逆
止弁１５が開いて注水タンク１２内の注入水が配管１４
を経由して放出され一次冷却系に注入される場合、この
内筒２４の作用によって、注入流量を途中で減少させ且
つ注入継続時間を延ばすようになっている。

即ち、内筒２４が設置されているために、注水タンク１
２内の注入水は、内筒２４内の高速注入用保有水１３ａ
と、内筒２４外の低速注入用保有水１３ｂとに分けられ
、また、内筒下部にフローホール２７が設けられている
ために、保有水１３ａ及び１３ｂはフローホール２７を
介して連通している。内筒２４内を下降する流量と、フ
ローホール２７を通る流量との比率は、フローホール２
７の総流路断面績によって定まるので、所望の流路特性
に従ってフローホール２７の大きさを選定する。実施例
ではこのフローホール？、７は実質的に円形の流孔であ
るが、勿論、楕円、スリットのような円形以外の任意の
形状でもよく、また、注水タンク１２の底面と内筒２４
の下縁との間に存在する隙間の形態でもよい。

このような内筒２４を内蔵した注水タンク１２を有する
非常用炉心冷却設備について、第１図〜第５図を参照し
ながら、例えば−次冷却材配管が破断し、−次冷却材の
喪失事故が発生した場合の挙動を説明する。第２図〜第
５図は上述した非常用炉心冷却設備の諸段階の作動状況
を説明する概要図であり、第２図は一次冷却系の圧力が
蓄圧型注水タンク１２に連通した逆止弁１５（第１図）
の作動圧力より高い通常時もしくは注入開始前の状態を
示している。この状態では、注水タンク１２内の液面３
０は内筒２４のほぼ上縁のレベルに留とまっている。

−次冷却系の低温側配管７に破Ｕｒ＠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、第３図に示すように自
動的に注入が開始される。この注入開始初期の段階にお
いては、フローホール２７の絞り作用のため矢印２８で
示すように主に内筒２４内の保有水１３ａが、また、矢
印２９で示すように内筒Ｚ４外の多少の保有水１３ｂが
注入水出口１２ａ及び配管１４を経て一次冷却系に高速
注入される。従って、保有水１３ａ及び１３ｂの注入量
の差により液面レベルにも符号３０ａ及び３０ｂで示す
ように差がでてくる。

この高速注入がしばらく継続しても、上述した注入量の
差により内筒２４の外部の液面３０ｂは、第４図に示す
ようにまだ比較的高位置にある。そのため、保有水１３
ａの残量が少なくなりその注入量が減少すると、注入は
、第５図から諒解されるように内筒下部のフローホール
２７を通しての保有水１３ｂの流れ２９が主体となる。

この流れ２９は、流れ２８が高速注入であるのに対して
比較的に低流量である。

第４図において、注水タンク１２の内筒Ｚ４内に常に液
面３０ａが存在するようにフローボール２７の大きさ及
び内筒２４の高さと調節することにより、内部の窒素ガ
ス１１の抜けが防止される。ここで、内筒内部のｌｖｉ
、面３０Ｌｌとフローホール２７との間のレベル差をｈ
、注水タンク内圧をＰ、保有水の比重をγ、フローホー
ル２７がらの流れ２日により発生する圧力損失をΔＰＬ
とすると、フローホール２７のレベルでの圧力Ｐｐは、
液面３０ａがフローホール２７からＨの高さに存在すれ
ば、次式で表される。

ｐｐ＝ｐ十γ・ｈ−ΔＰＬ＝Ｐ＋γ・Ｈ・　・　・　（
１）Ｈが常に正であれば液面３０ａは常に存在すること
になる。そのためには、 γ　・ｈ−Δ　Ｐ＋−＞Ｏ・　　・　　・　く　２　）
であればよい、（２）式を満たすようにΔＰＬ、つまり
フローホール２７の穴径及びレベル差ｈ（即ち、タンク
高さ）を選択すればよい、これにより、注入途中で流れ
が大流址から小流旦に変化する蓄圧型注水タンクが形成
される。

第６図は、上述した蓄圧型注水タンクからの注入特性（
点線３４）を従来方式と比較して示している。

第６図において、−次冷却材喪失事故の発生と共に、−
次冷却系圧力は曲線２０で示すように値Ａがら急速に低
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、従来の非常用炉心冷却系の場合に
は曲線２１で示すように注水は時間Ｃで早期に終了する
のに対し、本発明に従つて内筒付き注水タンク１２を備
えた非常用炉心冷却設備にあっては、時間Ｃに至る前に
、注水タンク１２からの注入流量が大流量から小流量に
切替わり、曲線３４で示すように注入流量が４００　Ｔ
　／　Ｈ程度まで減少し、しかも注入終了が時点りまで
延長する。

このように、時点Ｃ−Ｄ間の曲線３４の部分における注
入は、第６図の曲線２２と比較すると、従来の低圧注入
ポンプ１８（第７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装置を使用すれ
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
あっ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（ヒされ、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装置を有する非常用
炉心冷却設備を備えた原子炉−次冷却系の概要図、第２
図〜第５図は本発明による蓄圧型注水装置の種々の作動
段階を説明する略図であり、第２図は注入開始前の状態
を示す概略図、第３図は高速注入段１（ｆｆでの概略図
、第４図は高速注入−低速注入移行時の概略メ、第５図
は低速注入段階での概略図である。第６図は、加圧木型
原子炉−次冷却材喪失事故時に、本発明の蓄圧型注水装
置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７図は、従来の蓄圧型注水装置
を有する非常用炉心冷却設備を備えた原子炉−次冷却系
の概要図である。 １２　・・蓄圧型注水タンク　１２ａ・・・注入水出口
１３・・・注入水　　　　　１４・・・注入水放出配管
１３ａ・・・内筒内部の注入水〈保有水）１３ｂ・・・
内筒外部の注入水（保有水）１５・・・逆止弁　　　　
　２４・・・内筒２７・・・通水部〈フローホール） 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 注入水を加圧して保有する蓄圧型注水タンクと、逆止弁
   を有して該蓄圧型注水タンクの底部の注入水出口に接続
   された注入水放出配管とを備える蓄圧型注水装置におい
   て、前記蓄圧型注水タンク内に、前記注入水出口を取り
   囲むように、所定の高さを有する内筒を設置すると共に
   、該内筒の内部と外部との注入水を、前記内筒の下方部
   位に位置し所定の流路断面積を有する通水部で連通させ
   たことを特徴とする蓄圧型注水装置。