JPWO2019146279A1 - 原子炉圧力容器の冷却装置 - Google Patents

Abstract

冷却時間を短縮するとともに、原子炉圧力容器１の圧力容器上蓋（１ａ）の構造健全性を確保することができる原子炉圧力容器の冷却装置を提供する。本発明の原子炉圧力容器の冷却装置は、原子炉圧力容器の圧力容器上蓋と保温材（２）との間に、一端から供給される冷却水が通流され、炉心を収納する原子炉圧力容器の圧力容器上蓋の外面に螺旋状に配設して圧力容器上蓋を冷却水により冷却し、圧力容器上蓋に設けられたヘッドスプレイノズル（４）に冷却水を供給する冷却水配管（３）を備えるようにした。これにより、原子炉の運転停止時に、原子炉圧力容器の圧力容器上蓋を迅速に冷却して検査期間を短縮するとともに、圧力容器上蓋の温度分布変化を緩やかにした。

Description

本発明は、原子炉圧力容器の冷却装置に関する。

原子力発電所では、一定間隔で原子炉を停止して、原子炉およびその附属設備、蒸気タービン等の発電設備の健全性を確認する定期検査を実施している。これにより、原子力発電所の事故・故障の防止を図り、原子力発電所が安定・安全運転し、安定した電気の供給を行っている。例えば、沸騰水型原子炉の定期検査では、原子炉圧力容器の上蓋を開放して検査作業を行う。

運転中の沸騰水型原子炉の圧力容器内の蒸気および炉水は、約270℃の高温かつ、約７MPaの高圧の状態となっている。さらに、圧力容器や炉水の熱容量と崩壊熱のため、運転停止（核分裂停止）してから原子炉が冷温停止するまでに、数日を要する。
この原子炉の冷却期間も定期検査の工程に含まれるため、原子力発電所の設備利用率の点では、冷却期間は短い方が望ましい。

このため、特許文献１には、原子炉圧力容器の周囲に設けられた保温材と原子炉圧力容器との間に冷却水を循環させて原子炉圧力容器の上蓋を冷却することが開示され、冷却時間を短縮して検査作業の所要時間を短縮している。

特開平９−１５３６８号公報

上記の先行技術によれば、原子炉圧力容器の発生熱を逃がさないように設けられた保温材の内側に、冷却エレメントを設けているので、原子炉圧力容器の圧力容器上蓋の強制冷却が可能となり、検査作業の所要時間を短縮することができる。しかし、圧力容器上蓋の内側と外側の温度差が大きくなるため、圧力容器上蓋に熱応力歪が生じる問題がある。また、設備利用率の点では、より冷却期間を短縮することが望ましい。

本発明は、冷却時間を短縮するとともに、原子炉圧力容器の圧力容器上蓋の構造健全性を確保することができる原子炉圧力容器の冷却装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の原子炉圧力容器の冷却装置は、一端から供給される冷却水が通流され、炉心を収納する原子炉圧力容器の圧力容器上蓋の外面に配設して前記圧力容器上蓋を前記冷却水により冷却し、前記圧力容器上蓋に設けられたヘッドスプレイノズルに前記冷却水を供給する冷却水配管を備えるようにした。

本発明によれば、原子炉の運転停止時に、原子炉圧力容器の上蓋を迅速に冷却できるので、早期に原子炉圧力容器の上蓋を開放することができ、検査期間を短縮することができるとともに、上蓋の温度分布変化を緩やかにすることができるので、原子炉圧力容器の上蓋の構造健全性を確保することができる。

第１実施形態の冷却装置を備えた原子炉圧力容器の構成を示す図である。 第２実施形態の冷却装置を備えた原子炉圧力容器の構成を示す図である。 螺旋形状に配設された冷却水配管を示す図である。 放射形状に配設された冷却水配管を示す図である。 環形状に配設された冷却水配管を示す図である。 複数の流路から成る冷却水配管を有する冷却装置を備えた原子炉圧力容器の構成を示す図である。 環形状冷却水配管の他の形状を示す図である。 冷却水配管にスプレイ機構を設けた冷却装置を備えた原子炉圧力容器の構成を示す図である。 冷却水配管が設けられた保温材の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態の冷却装置を備えた原子炉圧力容器１の構成を示す図である。図１は、改良型沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１を示し、原子炉圧力容器１の全体の高さは、約２０ｍある。
原子炉圧力容器１は、上下に分割されており、上部は圧力容器上蓋１ａであり、下部は容器としての圧力容器胴１ｂと圧力容器下部鏡板１ｃとが一体構成されている。

圧力容器上蓋１ａと圧力容器胴１ｂとの接続面は、フランジ構造となっている（不図示）。このフランジ部では、圧力容器上蓋１ａと圧力容器胴１ｂの間に設置された図示しない金属Ｏリングにより、原子炉圧力容器１内の高圧蒸気をシールしている。この構造により、圧力容器上蓋１ａと圧力容器胴１ｂが直接接触していないために互いの熱は伝わり難い。

圧力容器胴１ｂの中には、図示しない燃料棒を含む炉心が収納されている。
原子炉運転中は、原子炉圧力容器１の約３分の２の高さまで炉水があり（約１４ｍ）、炉心が水中で核熱を発して炉水を沸騰させて蒸気を作る。原子炉圧力容器１の上３分の１にはこの蒸気が溜る。発生する蒸気および炉水は約２８０℃の高温、かつ、約７ＭＰａの高圧の状態にある。

このため、圧力容器上蓋１ａの内部は、約２８０℃の高温かつ、約７ＭＰａの高圧の蒸気で満たされた状態となっている。
圧力容器上蓋１ａの外側には、熱を逃がさないように保温材２で囲まれており、圧力容器上蓋１ａの外表面もほぼ２８０℃となっている。

圧力容器上蓋１ａの頂部には、冷却水を圧力容器上蓋１ａの内部に噴霧するヘッドスプレイノズル４が設けられている。
実施形態の冷却装置では、ヘッドスプレイノズル４から噴霧される冷却水を、原子炉冷却材浄化系（CUW）や残留熱除去系から供給するようにしている。

つぎに、原子炉冷却材浄化系（CUW）の概要を説明する。
原子炉冷却材浄化系（CUW）は、原子炉の運転時や停止時に、炉水の腐食生成物、核分裂生成物、溶解性無機物質などの不純物を除去する装置である。

原子炉圧力容器１の下部から取水された炉水は、原子炉冷却材浄化系再生熱交換器１３、および、原子炉補機冷却系熱交換器１４によって５０℃程度まで冷却されたのち、濾過脱塩装置１５によって浄化される。浄化された炉水は、原子炉冷却材浄化系再生熱交換器１３により再加熱されて、原子炉圧力容器１に還流する。この炉水の再加熱により、原子炉冷却材浄化系による熱影響を緩和している。

より詳細には、原子炉冷却材浄化系再生熱交換器１３の再加熱側の流路には、浄化された炉水が原子炉冷却材浄化系再生熱交換器１３を通流することをバイパスする再生熱交換器バイパス弁１６および再生熱交換器バイパス配管１７が設けられている。また、濾過脱塩装置１５に並列に、濾過脱塩装置１５の通流をバイパスする濾過脱塩装置バイパス弁１９および濾過脱塩装置バイパス配管２０が設けられている。
隔離弁１８は、原子炉圧力容器1と原子炉冷却材浄化系再生熱交換器１３の間に設けられ、原子炉圧力容器1を隔離する。

ヘッドスプレイノズル給水弁２１は、ヘッドスプレイノズル給水配管６により供給される原子炉冷却材浄化系からの給水を開閉する弁であり、ヘッドスプレイを行う際に開かれ、通常運転時には閉じられている。
原子炉冷却材浄化系給水弁２２は、原子炉冷却材浄化系からの給水を開閉する弁であり、通常運転時に開いて、原子炉冷却材浄化系で浄化された炉水が、図示しないタービンからの復水給水系に還流され、原子炉圧力容器１に給水される。

定期検査のために原子炉を冷温停止する際には、まず通常運転状態からタービンや発電機を解列した後、全ての制御棒を炉心に挿入して原子炉を未臨界状態とする。次いで、
図示しないタービンバイパス弁を開いて原子炉圧力容器1内の蒸気を逃がすことにより原子炉圧力容器１内の減圧操作が行われ、最終的に大気圧まで減圧する。このとき、炉水温度は飽和温度の低下に伴い低下するため、原子炉圧力容器１の内壁温度もそれに従って低下する。

圧力容器上蓋１ａや圧力容器胴１ｂは、核熱による蒸気圧を保持するために肉厚を大きくして強度を確保している。このため、熱容量も大きい。
圧力容器胴１ｂは、炉水に触れているため、炉水に冷やされて炉水温度に近い温度降下を呈する。
しかし、圧力容器上蓋１ａは、保温材２で囲まれ、かつ、内側が蒸気で満たされているために、圧力容器上蓋１ａの温度はなかなか低下しない。

図１の原子炉圧力容器１では、第１実施形態の冷却装置により、圧力容器上蓋１ａを強制冷却する。
第１実施形態の冷却装置は、圧力容器上蓋１ａと保温材２の間に、圧力容器上蓋１ａを覆うように配した冷却水配管３を設置して構成されている。

冷却水配管３には、ヘッドスプレイノズル給水配管６に接続され、冷却水配管分岐弁８を介して、原子炉冷却材浄化系の冷却水が給水される。そして、図１の矢印に示す方向に通流した冷却水が、冷却水戻り弁９を介してヘッドスプレイノズル４に注水するように配設されている。

より具体的には、冷却水配管３は、圧力容器上蓋１ａのフランジ側から頂部に向けて、圧力容器上蓋１ａの外表面を螺旋状（スパイラル状）に配設されている。
冷却水配管３は、ステンレス鋼等、機能を維持するために十分な耐食性と伝熱性を有する材料で形成され、その肉厚は、冷却水の圧力に対応する強度を確保する程度とする。
また、冷却水配管３は、圧力容器上蓋１ａの外表面に密着して接触するように設けるか、あるいは、圧力容器上蓋１ａの外表面から一定距離だけ離れて設ける。

図１では、冷却水配管３を一本の配管のように図示しているが、複数本の配管を連結して冷却水が通流する配管を形成するようにしてもよい。
例えば、すでに運転している既存プラントの圧力容器上蓋１ａに冷却水配管３を装着する場合には、圧力容器上蓋１ａに対する冷却水配管３の接触面の曲率と、圧力容器上蓋１ａの外曲面の曲率とが、一致するように複数の配管を用意する。そして、圧力容器上蓋１ａと配管の接触面とが熱伝導に優れた熱伝導材で介して接続するように取り付けるか、あるいは、圧力容器上蓋１ａの外表面から一定距離だけ離れて配管を設置し、複数の配管を冷却水が通流するように接合する。

つぎに、冷却水配管３に冷却水を通流して圧力容器上蓋１ａの外面を冷却するとともに、冷却水配管３を通流した冷却水をヘッドスプレイノズル４に注水して圧力容器上蓋１ａの内面を冷却する様子を詳細に説明する。
実施形態１の冷却装置は、原子炉冷却材浄化系で浄化された炉水を冷却水とするために、図１の原子炉冷却材浄化系給水弁２２を閉じる。そして、ヘッドスプレイノズル給水弁２１、冷却水配管分岐弁８、冷却水戻り弁９が開かれ、ヘッドスプレイノズル分岐弁１１が閉じた状態となっている。

言うまでもないが、実施形態１の冷却装置は、図１において、冷却水配管分岐弁８、冷却水戻り弁９を閉じ、ヘッドスプレイノズル分岐弁１１を開いた状態では、原子炉冷却材浄化系によるヘッドスプレイを行うことができる。

図１において、冷却水配管３には、原子炉冷却材浄化系から冷却水が供給され、図１の矢印の方向に通流する。冷却水配管３の冷却水は、圧力容器上蓋１ａのフランジ側から頂部に向けて螺旋状に配設された冷却水配管３を通流する。冷却水は、通流過程で、圧力容器上蓋１ａから受熱することで、圧力容器上蓋１aを冷却する。

冷却水は、螺旋状の冷却水配管３を通流して圧力容器上蓋１ａから受熱することで、温度上昇する。このため、圧力容器上蓋１ａの頂部よりもフランジ側の方の受熱量が大きくなる。
これにより、構造上厚みが大きく、熱容量が大きいフランジ側の冷却量が多くなるので、圧力容器上蓋１ａの温度分布の均一化を図ることができる。
また、圧力容器上蓋１ａのフランジ側の温度低下が大きくなるので、圧力容器胴１ｂと圧力容器上蓋１ａのフランジ側との温度差が小さくなる。これにより、径方向の熱応力の差が小さくなり、フランジ部への熱応力差の影響を小さくできる。

螺旋状の冷却水配管３を通流した冷却水は、ヘッドスプレイノズル４に注水され、圧力容器上蓋１ａの内側に噴霧される。圧力容器上蓋１ａの内部では、噴霧された冷却水の気化熱により蒸気が冷却され、圧力容器上蓋１ａの内部の蒸気温度が低下する。これにより、圧力容器上蓋１ａの内側表面では、蒸気からの受熱量が低下する。つまり、圧力容器上蓋１ａは、冷却水により内側から冷却される。

このとき、圧力容器上蓋１ａの内部では、頂部のヘッドスプレイノズル４から冷却水が噴霧されるので、冷却水の気化熱による圧力容器上蓋１ａの冷却能力は、圧力容器上蓋１ａのフランジ側より頂部側の方が大きくなる。
このように、圧力容器上蓋１ａの内面では、フランジ側より頂部側の方が温度低下は大きく、圧力容器上蓋１ａの外面では、頂部側よりフランジ側の方が温度低下は大きくなっている。したがって、圧力容器上蓋１ａ全体では、均一に温度低下することで温度分布を均一化できるので、熱応力による歪みの発生を低減し、圧力容器上蓋１ａの構造健全性を確保できる。

冷却水配管３を通流した冷却水のスプレイ（噴霧）開始時に、スプレイ水（冷却水）の温度と炉水の温度の差が大きい場合には、圧力容器上蓋１ａの急激な温度変化を避けるために冷却水の流量（原子炉冷却材浄化系からの取得流量）を原子炉冷却材浄化系の定格流量より下げる。炉水の温度が一定温度まで低下したら、圧力容器上蓋１ａと炉水の温度差が過大となることを防止するために冷却水の流量（原子炉冷却材浄化系からの取得流量）をさらに下げる。

炉水の温度が大気圧での沸騰がない温度まで低下したら、図示しない残留熱除去系の並列運転を開始して、炉水の温度をこの温度で一定とするように調節する。また、このとき、圧力容器上蓋１ａと圧力容器胴１ｂとの間のフランジ（胴フランジ）温度と炉水温度の差の制限値を設け、両者の差がこの制限値を超えないように、図示しない残留熱除去系の流量を調整する。

圧力容器胴１ｂの温度が一定温度を下回ったら、原子炉冷却材浄化系（冷却水）の流量を定格流量の半分程度まで上げ、圧力容器上蓋１ａの冷却を促進する。
最終的に炉水の温度が十分に低下し、原子炉圧力容器１内の圧力が大気圧となったら、原子炉冷却材浄化系（冷却水）の流量を定格流量に戻す（上げる）。
圧力容器上蓋１ａが十分に冷却された時には、ヘッドスプレイノズル給水弁２１を閉じて、原子炉冷却材浄化系の冷却水による圧力容器上蓋１ａの冷却を終了する。

このように、保温材２に覆われた圧力容器上蓋１ａを第１実施形態の冷却装置により、圧力容器上蓋１ａの外面を強制冷却するとともに、圧力容器上蓋１ａの内部の蒸気温度を冷却液の噴霧により低下させて圧力容器上蓋１ａの受熱量を小さくすることで、圧力容器上蓋１ａの冷却時間を短縮することができる。

第１実施形態の冷却装置により、圧力容器上蓋１ａの強制冷却を行うことができるが、炉水により冷却されている圧力容器胴１ｂや圧力容器下部鏡板１ｃの温度と同じ温度となるように、冷却することが望ましい。

このため、第１実施形態の冷却装置は、圧力容器胴１ｂの温度（炉水温度）を検出し、圧力容器上蓋１ａの外面と内面の平均温度が、炉水温度に近くなるように、冷却水配管３に供給する冷却水の流量を調整する。流量調整は、ヘッドスプレイノズル給水弁２１の開閉時間を制御してもよいし、原子炉冷却材浄化系の流量を調整してもよい。

これにより、圧力容器上蓋１ａと圧力容器胴１ｂとを含む原子炉圧力容器１の温度分布の均一化を図ることができるので、原子炉圧力容器１の熱応力の発生を低減でき、構造健全性確保が可能となる。

また、原子炉冷却材浄化系では、浄化した炉水を原子炉冷却材浄化系再生熱交換器１３により再加熱しているが、浄化した炉水を冷却水として、ヘッドスプレイノズル４に給水する際には、再生熱交換器バイパス弁１６を開いて、浄化した炉水の再加熱を抑止してもよい。

これにより、原子炉補機冷却系熱交換器１４によって冷却された炉水を冷却水として、冷却水配管３に給水されるようになるので、圧力容器上蓋１ａの外面の冷却性能を向上することができる。
この際、冷却水配管３の冷却水は、圧力容器上蓋１ａから受熱して温度上昇するので、ヘッドスプレイノズル４から噴霧された冷却水の温度と炉水の温度（圧力容器上蓋１ａ内の温度）の差が小さくなり、温度差による影響が小さくなる。

原子炉冷却材浄化系の冷却水をヘッドスプレイノズル４に給水して、スプレイを行う既設の原子炉においても、圧力容器上蓋１ａの外面に冷却水配管３を設け、ヘッドスプレイノズル４への冷却水の供給を開閉する弁（ヘッドスプレイノズル分岐弁１１に相当する弁）に並列接続するように、冷却水配管分岐弁８と冷却水戻り弁９を介して冷却水配管３を接続することで、実施形態１の冷却装置とすることができる。

≪第２実施形態≫
図１の冷却装置では、ひとつの冷却水の流路が形成されて、圧力容器上蓋１ａの外側を冷却水の顕熱で冷却し、圧力容器上蓋１ａの内側を冷却液の潜熱で冷却しているので、一方の冷却能力を高めると、他方の冷却能力も高まる。
つぎに、圧力容器上蓋１ａの外側の冷却能力と内側の冷却能力を調整可能な冷却装置の構成を図２により説明する。

図２は、第２実施形態の冷却装置を示す図であり、原子炉圧力容器１の圧力容器上蓋１ａの周りのみを示している。
図１の第１実施形態の冷却装置とは、冷却水を原子炉冷却材浄化系に還流する冷却水排水管７を備え、管路の途中に、弁の開閉を制御して、冷却水の一定量をヘッドスプレイノズル４に給水せずに原子炉冷却材浄化系に還流する冷却水排水弁１０を設ける点が異なる。他の構成は、図１と同様であるので、ここでは説明しない。

図２の冷却装置において、ヘッドスプレイノズル分岐弁１１と冷却水排水弁１０を閉じ、冷却水配管分岐弁８と冷却水戻り弁９を開いて、原子炉冷却材浄化系の冷却水を冷却水配管３に供給する場合には、図１で説明した第１実施形態の冷却装置と同様に圧力容器上蓋１ａを冷却する。

第２実施形態の冷却装置は、冷却水配管分岐弁８とヘッドスプレイノズル分岐弁１１と冷却水戻り弁９と冷却水排水弁１０の弁開度を調整して、冷却水の流量を調整することで、圧力容器上蓋１ａの外側の冷却能力と内側の冷却能力を以下のとおり調整する。

・圧力容器上蓋の内側の冷却能力を増す場合
増量する内側の冷却能力に応じてヘッドスプレイノズル分岐弁１１の弁開度を増し、冷却水をヘッドスプレイノズル４に直接給水する。このとき、圧力容器上蓋１ａの内側に噴霧される流量の冷却水が原子炉冷却材浄化系から供給されるように、原子炉冷却材浄化系の系統流量を調整する。
これにより、ヘッドスプレイノズル４では、直接給水された冷却水と冷却水配管３を通流した冷却水とが合わせて噴霧されるので、圧力容器上蓋１ａの内側の冷却能力を増すことができる。

・圧力容器上蓋の内側の冷却能力を減らす場合
減量する内側の冷却能力に応じて冷却水排水弁１０の弁開度を開き、冷却水配管３を通流し、ヘッドスプレイノズル４に給水される冷却水の一部を冷却水排水管７により原子炉冷却材浄化系に還流する。
これにより、ヘッドスプレイノズル４に給水される冷却水の水量が減るので、圧力容器上蓋１ａの内側の冷却能力を減らすことができる。

また、減量する内側の冷却能力に応じて冷却水戻り弁９の弁開度を絞り、ヘッドスプレイノズル４に給水される冷却水を減らしてもよい。余剰の冷却水は、冷却水排水弁１０を経由して冷却水排水管７から原子炉冷却材浄化系に還流する。

・圧力容器上蓋の外側の冷却能力を増す場合
増量する外側の冷却能力に応じて冷却水配管分岐弁８の弁開度を大きくし、冷却水配管３を通流する冷却水量を増す。そして、冷却水の増量分がヘッドスプレイノズル４に給水されないように、冷却水戻り弁９の弁開度を調整する。余剰の冷却水は、冷却水排水弁１０を調整して冷却水排水管７から原子炉冷却材浄化系に還流する。
これにより、冷却水配管３を通流する冷却水量が増すので、圧力容器上蓋１ａの外側の冷却能力を増すことができる。

・圧力容器上蓋の外側の冷却能力を減らす場合
減量する外側の冷却能力に応じて冷却水配管分岐弁８の弁開度を小さくし、冷却水配管３を通流する冷却水量を減らす。そして、冷却水配管３を通流してヘッドスプレイノズル４に給水する冷却水を補うように、ヘッドスプレイノズル分岐弁１１の弁開度を調整して、冷却水をヘッドスプレイノズル４に直接給水する。
これにより、冷却水配管３を通流する冷却水量が減るので、圧力容器上蓋１ａの外側の冷却能力を減らすことができる。

上記のとおり、第２の実施形態の冷却装置は、圧力容器上蓋１ａの外側の冷却能力と内側の冷却能力との間で、圧力容器上蓋１ａの内側の冷却能力を外側の冷却能力より相対的に高める場合には、ヘッドスプレイノズル分岐弁１１を開いて原子炉冷却材浄化系の冷却水をヘッドスプレイノズル４に直接給水するようにする。そして、圧力容器上蓋１ａの外側の冷却能力を内側の冷却能力より相対的に高める場合には、冷却水がヘッドスプレイノズル４に給水されないように冷却水排水弁１０を開いて原子炉冷却材浄化系に還流する。

図２の第２実施形態の冷却装置によれば、冷却水配管３を通流する冷却水量の調整とヘッドスプレイノズル４の噴霧量の調整とにより、圧力容器上蓋１ａの外側と内側の冷却性能を調整できるので、圧力容器上蓋１ａを均一に温度低下させることができる。

加えて、圧力容器上蓋１ａの外面のみを冷却する必要がある場合は、冷却水戻り弁９を全閉にするとともに冷却水排水弁１０を全開にして、冷却水排水管７を用いて、冷却水配管３を通流した冷却水を全て原子炉冷却材浄化系に還流する。これにより、ヘッドスプレイノズル４への冷却水の給水を行うことなく、圧力容器上蓋１ａの外面のみを冷却することが可能となる。

図１の第１実施形態の冷却装置と図２の第２実施形態の冷却装置では、圧力容器上蓋１ａのフランジ側から頂部に向けて、圧力容器上蓋１ａの外表面を螺旋形状（スパイラル形状）に配設されている冷却水配管３を示したが、冷却水配管３の形状は、これに限定されない。図３から図５により、冷却水配管３の他の形状を説明する。

図３は、冷却水配管３を２条の螺旋形状に配設した状態を、圧力容器上蓋１ａの頂部からみた図である。冷却水は、周囲（フランジ側）から央部（頂部）に向かって通流する。

冷却水の受熱量は、螺旋形状の通流に従って減少するので、圧力容器上蓋１ａの周方向に温度分布が生じるが、図１に示した１条の螺旋形状の冷却水配管３に比べ、図３の２条の螺旋形状に配設された冷却水配管３の方が周方向に均一な冷却を行える。冷却水配管３を多条の螺旋形状とすることで、圧力容器上蓋１ａの周方向の温度分布がより均一になる。

図４は、冷却水配管３を放射形状に配設した状態を、圧力容器上蓋１ａの頂部からみた図である。冷却水は、周囲（フランジ側）から央部（頂部）に向かって通流する。
これにより、周方向における冷却水の受熱量分布（流量分布）が均一になるので、圧力容器上蓋１ａの周方向の温度分布が均一になる。

図５は、冷却水配管３を冷却水配管３ａ、３ｂ、３ｃの３重の環形状とし、周方向に２分割して配設した状態を、圧力容器上蓋１ａの頂部からみた図である。冷却水は、円弧状の冷却水配管３ａ、３ｂ、３ｃのフランジ側配管に接続する一端から頂部の配管に接続する他端に周方向の並列に一方向通流する。
これにより、圧力容器上蓋１ａのフランジ側から頂部の温度分布を平坦化することができる。周方向の分割数を増やせば、圧力容器上蓋１ａの周方向の温度分布を平坦化することができる。

図６は、図３から図５に示した冷却水配管３を複数の冷却水流路を形成するように配設した冷却装置を備えた原子炉圧力容器の構成を示す図である。
冷却水配管３ａ、３ｂ、３ｃの複数配管のそれぞれに、冷却水配管分岐弁８ａ、８ｂ、８ｃと冷却水戻り弁９ａ、９ｂ、９ｃと冷却水排水弁１０ａ、１０ｂ、１０ｃを設けるようにした。冷却水配管３ａ、３ｂ、３ｃは、ここでは、図５の３重の環形状の冷却水配管３に対応するものとして説明する。

例えば、圧力容器上蓋１ａのフランジ側に設けられた冷却水配管３ａのみに冷却水が通流するように、冷却水配管分岐弁８ａと冷却水戻り弁９ａを開き、冷却水配管分岐弁８ｂ、８ｃと冷却水戻り弁９ｂ、９ｃを閉じる。これにより、熱容量の大きい圧力容器上蓋１ａのフランジ部を冷却することができるので、圧力容器上蓋１ａの温度分布の均一化を図ることができる。

図６の冷却装置によれば、圧力容器上蓋１ａの外面と内部および炉水温度により、冷却水配管３の冷却水配管分岐弁８ａ、８ｂ、８ｃと冷却水戻り弁９ａ、９ｂ、９ｃと冷却水排水弁１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、ヘッドスプレイノズル分岐弁１１のそれぞれの開閉を行うことで、原子炉圧力容器１の温度分布を均一に冷却でき、定期点検にかかる時間を短縮することができる。

図７は、図５における環形状冷却水配管３の他の形状を示す図である。
図７の冷却装置は、環形状の冷却水配管３を圧力容器上蓋１ａの周方向にジグザクに配設したものである。これにより、圧力容器上蓋１ａに配設する配管が長くなることから、圧力容器上蓋１ａの冷却効率が上昇する効果が得られる。

≪第３実施形態≫
原子炉では、事故時の原子炉格納容器内の温度や圧力上昇を抑えるために、図示しない原子炉格納容器スプレイ装置を設けているが、圧力容器上蓋１ａは、保温材２に覆われているため、原子炉格納容器スプレイ装置の噴霧に直接触れることがない。また、保温材破損時に、保温材内の高温空気が流出することで、周辺機器を破損する可能性がある。
原子炉格納容器スプレイ装置の冷却機能の補完および、保温材破損時の圧力容器上蓋１ａの冷却を行うために、冷却装置の冷却水配管３に、スプレイ機構５を設ける。

図８は、図１の冷却装置の冷却水配管３にスプレイ機構５を設けた冷却装置を備えた原子炉圧力容器の構成を示す図である。
原子炉格納容器スプレイ装置が作動された際に、冷却水配管３に冷却水を通流し、冷却水の一部を、圧力容器上蓋１ａと保温材２の間の空間に噴霧する。この噴霧された冷却水により、圧力容器上蓋１ａと保温材２の間の空気が冷却されるとともに、圧力容器上蓋１ａに滴下した冷却水の蒸発により、圧力容器上蓋１ａが冷却される。
これにより、保温材２（圧力容器上蓋１ａ）からの輻射熱が低減して、原子炉格納容器内の温度や圧力上昇を抑えることができる。

図８では、ひとつのスプレイ機構５を設けた構成が示されているが、複数のスプレイ機構５を設け、スプレイ機構５が圧力容器上蓋１ａの周方向に配置されるように、圧力容器上蓋１ａの外面で冷却水配管３を周回配管してスプレイ機構５を周方向に配設した後に、圧力容器上蓋１ａのフランジ側から頂部側に螺旋形状の冷却水配管３を配設するとなおよい。

≪第４実施形態≫
上記では、実施形態の冷却装置は、圧力容器上蓋１ａと保温材２の間に、圧力容器上蓋１ａを覆うように配した冷却水配管３により構成され、冷却水配管３が、圧力容器上蓋１ａの外表面に密着して接触するように設けるか、あるいは、圧力容器上蓋１ａの外表面から一定距離だけ離れて設けることを説明した。
しかし、これに限らず、保温材２の内面に冷却水配管３を設ける構成としてもよい。

図９は、冷却水配管３が設けられた保温材２の構成を示す図である。
冷却水配管３を構成する配管は、冷却水配管固定部１２によって保温材２に固定され、保温材２と冷却水配管３とを一体として取り扱いを可能とする。冷却水配管３を保温材２と一体とすることで、保温材を改装すれば既設の原子炉プラントにも実施形態の冷却装置が適用可能となる。

より詳細には、冷却水配管固定部１２の寸法は、冷却水配管３および前記冷却水配管固定部１２が圧力容器上蓋１ａの外表面に接触しない程度とし、保温材２の内部空間の気体を偏りなく冷却するように、冷却水配管３は配置される。

また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

１ 原子炉圧力容器
１ａ 圧力容器上蓋
１ｂ 圧力容器胴
１ｃ 圧力容器下部鏡板
２ 保温材
３、３ａ、３ｂ、３ｃ 冷却水配管
４ ヘッドスプレイノズル
５ スプレイ機構
６ ヘッドスプレイノズル給水配管
７ 冷却水排水管
８、８ａ、８ｂ、８ｃ 冷却水配管分岐弁
９、９ａ、９ｂ、９ｃ 冷却水戻り弁
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 冷却水排水弁
１１ ヘッドスプレイノズル分岐弁
１２ 冷却水配管固定部
１３ 原子炉冷却材浄化系再生熱交換器
１４ 原子炉補機冷却系熱交換器
１５ 濾過脱塩装置
１６ 再生熱交換器バイパス弁
１７ 再生熱交換器バイパス配管
１８ 隔離弁
１９ 濾過脱塩装置バイパス弁
２０ 濾過脱塩装置バイパス配管
２１ ヘッドスプレイノズル給水弁
２２ 原子炉冷却材浄化系給水弁

Claims (15)

1. 一端から供給される冷却水が通流され、炉心を収納する原子炉圧力容器の圧力容器上蓋の外面に配設して前記圧力容器上蓋を前記冷却水により冷却し、前記圧力容器上蓋のヘッドスプレイノズルに前記冷却水を給水する冷却水配管を備える
   ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
2. 請求項１に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
   前記冷却水配管は、前記冷却水が前記圧力容器上蓋のフランジ部から頂部に向けて通流する形状を有する
   ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
3. 請求項２に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
   前記冷却水配管は、圧力容器上蓋の外面に螺旋形状に配設される
   ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
4. 請求項２に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
   前記冷却水配管は、圧力容器上蓋の外面に放射形状に配設される
   ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
5. 請求項１に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
   前記冷却水配管は、前記冷却水が並行に通流する複数の環形状の配管から成り、
   前記複数の環形状配管のうち、フランジ側の配管に冷却水を通流する
   ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
6. 請求項１に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
   前記冷却水配管は、原子炉冷却材浄化系の冷却水を通流する
   ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
7. 請求項６に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
   前記冷却水配管は、原子炉冷却材浄化系の再生熱交換器の通流をバイパスした冷却水を通流する
   ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
8. 請求項１に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
   前記冷却水配管の冷却水通流量は、炉水の温度と圧力容器上蓋の温度により変わる
   ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
9. 請求項１に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
   前記ヘッドスプレイノズルに冷却水を直接給水するヘッドスプレイ分岐弁を有し、
   前記冷却水配管は、ヘッドスプレイ分岐弁と並列に、前記ヘッドスプレイノズルに冷却水を給水する
   ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
10. 請求項９に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
    前記圧力容器上蓋の内面温度と外面温度に応じて前記ヘッドスプレイ分岐弁を開いて、前記冷却水配管を通流した冷却水と前記ヘッドスプレイ分岐弁により直接給水された冷却水とを前記ヘッドスプレイノズルに給水して、前記ヘッドスプレイノズルの噴霧量を増加する
    ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
11. 請求項１に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
    前記冷却水配管から分岐し、前記冷却水配管の冷却水が前記ヘッドスプレイノズルに給水されないように排水する冷却水排水管
    を備えることを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
12. 請求項１１に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
    前記冷却水排水管から排水する冷却水の排水量を調整する冷却水排水弁を有し、
    前記圧力容器上蓋の内面温度と外面温度に応じて前記冷却水排水弁を開いて前記ヘッドスプレイノズルへの冷却水の給水量を減らし、前記ヘッドスプレイノズルの噴霧量を減少する
    ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
13. 請求項１に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
    前記冷却水配管は、前記圧力容器上蓋の外面と前記圧力容器上蓋の保温材との間に設けられる
    ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
14. 請求項１３に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
    前記冷却水配管は、前記保温材の内側に設けられる
    ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。
15. 請求項１３に記載の原子炉圧力容器の冷却装置において、
    前記冷却水配管の配管途中にスプレイノズル機構が設けられ、
    前記スプレイノズル機構により、前記圧力容器上蓋に前記冷却水配管の冷却水を噴霧する
    ことを特徴とする原子炉圧力容器の冷却装置。

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