JP2003270374A - 格納容器スプレイ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、原子力発電プラントにおける
原子炉冷却材喪失時の炉心再冠水過程において、原子炉
格納容器内の圧力及び温度の上昇を、自動で抑制可能な
格納容器スプレイ制御装置を提供することにある。 【解決手段】原子炉格納容器圧力高信号２７及び原子炉
水位ＴＡＦ以下信号２８を信号受信部２９で受信し、制
御部内のロジックの条件成立により代替注水設備である
復水補給水ポンプ１８又は消火系ポンプ２１を起動し
て、代替注水設備出口弁１９，ドライウェルスプレイ注
入隔離弁１３，ドライウェルスプレイ流量調節弁１４を
開くことにより、復水貯蔵槽２０又はろ過水槽２２の水
を原子炉格納容器ドライウェル３にスプレイする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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及び温度を低下させる原子
炉格納容器熱除去系の原子炉格納容器スプレイ冷却機能
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の原子力発電プラントにおいては、
原子炉の出力運転中に原子炉圧力容器に接続する配管が
破断する等の万が一の場合、破断により高温の原子炉冷
却材が原子炉圧力容器外に流出し、炉心の冷却能力が低
下する事象（以下、ＬＯＣＡという）が発生した場合で
も、速やかに非常用炉心冷却系が起動して原子炉圧力容
器への注水を開始し、炉心を冷却して燃料の重大な損傷
を防止できるようになっている。

【０００３】また、ＬＯＣＡ時に原子炉格納容器内に放
出される冷却材や崩壊熱等のエネルギーによって原子炉
格納容器内の圧力及び温度が上昇した場合には、原子炉
格納容器熱除去系を手動起動し、サプレッションプール
水と２次冷却水との熱交換を行ってサプレッションプー
ル水から除熱冷却するとともに、原子炉格納容器内に冷
却したサプレッションプール水をスプレイして原子炉格
納容器内の蒸気を凝縮するとともに雰囲気と熱交換し、
原子炉格納容器内の圧力及び温度を低下させることがで
きるようになっている。この凝縮水と熱交換により暖ま
ったスプレイ水は、サプレッションプールに流れ込み、
原子炉格納容器熱除去系により除熱・冷却できるように
なっている。

【０００４】また、原子炉格納容器内の圧力及び温度を
低下させるための原子炉格納容器熱除去系が使用できな
い場合には、復水補給水系あるいは消火系により構成さ
れる代替注水設備を手動起動し、原子炉格納容器内へ復
水貯蔵槽の水あるいはろ過水槽の水をスプレイして、原
子炉格納容器内の圧力及び温度を低下させることができ
るようになっている。

【０００５】図６にＬＯＣＡ時に起動する非常用炉心冷
却系，原子炉格納容器熱除去系及び代替注水設備の概略
系統図を示す。原子炉圧力容器１と再循環配管４を格納
し、原子炉格納容器ドライウェル３とサプレッションプ
ール５をベント管６で接続された構成をもつ原子炉格納
容器２と、サプレッションプール５を水源として、サプ
レッションプール側吸込弁２４，非常用炉心冷却系ポン
プ２３及び非常用炉心冷却系注入隔離弁２５を持つ非常
用炉心冷却系と、サプレッションプール５を水源として
原子炉格納容器熱除去系ポンプ７，熱交換器８，熱交換
器出口弁１０，熱交換器バイパス配管９，熱交換器バイ
パス弁１１を持ち、原子炉格納容器熱除去系配管１２か
ら原子炉圧力容器１内へ注水するための炉心注水注入隔
離弁１５，原子炉格納容器ドライウェル３へスプレイす
るためのドライウェルスプレイ注入隔離弁１３及びドラ
イウェルスプレイ流量調節弁１４、サプレッションプー
ル５へスプレイするためのサプレッションプールスプレ
イ注入隔離弁１６，サプレッションプール５へ注入する
ためのサプレッションプール注入隔離弁１７を持つ原子
炉格納容器熱除去系と、復水貯蔵槽２０を水源とする復
水補給水系ポンプ１８とろ過水槽２２を水源とする消火
系ポンプ２１を持ち、原子炉格納容器熱除去系配管１２
に接続するための代替注水設備出口弁１９を持ち、原子
炉格納容器熱除去系に接続された代替注水設備から構成
されている従来技術の構成において、原子炉圧力容器１
に接続された再循環配管４が破断するＬＯＣＡが発生し
た場合、原子炉圧力容器１内の冷却材は原子炉格納容器
２の原子炉格納容器ドライウェル３へ流出する。この流
出した冷却材は、その後ベント管６を通ってサプレッシ
ョンプール５に達する。

【０００６】原子炉圧力容器１内の原子炉水位は冷却材
の流出により低下する。また、原子炉格納容器２内の圧
力及び温度は冷却材の流入により上昇する。このとき非
常用炉心冷却系が原子炉水位低又は原子炉格納容器圧力
高の信号により起動する。

【０００７】非常用炉心冷却系には高圧系と低圧系があ
り、原子炉圧力容器１内が高圧のときには、サプレッシ
ョンプール５を水源として、サプレッションプール側吸
込弁２４，非常用炉心冷却系ポンプ２３，非常用炉心冷
却系注入隔離弁２５を通して原子炉圧力容器１内への注
入を行う。また、原子炉圧力容器１内が低圧のときに
は、サプレッションプール５を水源として原子炉格納容
器熱除去系ポンプ７，熱交換器バイパス配管９，熱交換
器バイパス弁１１，原子炉格納容器熱除去系配管１２，
炉心注水注入隔離弁１５を通して原子炉圧力容器１内へ
注水される。これにより、原子炉圧力容器１内の炉心を
継続的に冷却して燃料の重大な損傷を防止することがで
きる。

【０００８】ＬＯＣＡ時に原子炉格納容器内に放出され
る崩壊熱等のエネルギーによって原子炉格納容器２内の
圧力及び温度が上昇した場合には、サプレッションプー
ル５を水源とする原子炉格納容器熱除去系ポンプ７を起
動し、熱交換器出口弁１０を開し、熱交換器バイパス弁
１１を閉して熱交換器８によりサプレッションプール水
と二次冷却水の熱交換を行ってサプレッションプールか
ら除熱冷却し、ドライウェルスプレイ注入隔離弁１３，
ドライウェルスプレイ注入調節弁１４及びサプレッショ
ンプールスプレイ注入隔離弁１６を開するとともに炉心
注水注入隔離弁１５を閉止することにより原子炉格納容
器２内へサプレッションプール水をスプレイする。これ
により、原子炉格納容器２内の蒸気を凝縮するとともに
雰囲気から熱交換して、原子炉格納容器２内の圧力及び
温度を低下させることができる。

【０００９】万が一、原子炉格納容器熱除去系による原
子炉格納容器スプレイが実施できないような場合には、
手動操作により復水補給水ポンプ１８あるいは消火系ポ
ンプ２１を起動し、代替注水設備出口弁１９，ドライウ
ェルスプレイ注入隔離弁１３，ドライウェルスプレイ注
入調節弁１４を開して、復水貯蔵槽２０あるいはろ過水
槽２２の水を原子炉格納容器ドライウェル３にスプレイ
することにより、原子炉格納容器２内の蒸気を凝縮する
とともに雰囲気から熱交換して、原子炉格納容器２内の
圧力及び温度を低下させることができる。

【００１０】このような原子炉格納容器内へ水をスプレ
イすることにより、原子炉格納容器内の圧力及び温度の
上昇を抑制するための従来技術には、特開平９−105795
号公報などがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】特開平９−１０５７９
５号公報の従来技術では、消火系の水を蓄圧タンクに一
度貯留する消火系機能向上策により、万が一の原子炉圧
力容器破損時に、原子力発電プラントの運転員が手動で
消火系を起動し、大容量の水を原子炉格納容器内にスプ
レイすることにより、スプレイする液滴が小さくなるこ
とによる気体性放射性物質の除染効果の向上と原子炉格
納容器内の圧力，温度の抑制を可能にしている。

【００１２】この従来技術を用いた場合において、ＬＯ
ＣＡが発生し、かつ、非常用炉心冷却系による注水が遅
れ、炉心が露出した後に炉心が再冠水する場合には、ま
ず炉心の露出により燃料の温度が上昇し、その後炉心の
再冠水により燃料の熱が冷却材へ伝達して燃料温度が低
下する一方、多量の高温蒸気が発生して破断した配管等
から蒸気が原子炉格納容器ドライウェルに流出するた
め、原子炉格納容器ドライウェルの圧力及び温度が上昇
する。このとき原子炉格納容器ドライウェルの健全性に
対して影響を与える制限値以内に保たれるものの、制限
値に対する余裕が減少する。

【００１３】本発明の目的は、ＬＯＣＡが発生したのち
非常用炉心冷却系による注水が遅れるなどの発生確率が
非常に小さい多重故障が発生した場合に、炉心露出後の
炉心再冠水過程において生ずる原子炉格納容器ドライウ
ェル内の圧力及び温度の上昇を、自動で抑制可能な格納
容器スプレイ制御装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、原子炉圧力容器を格納する原子炉格納
容器と、非常用炉心冷却系と、原子炉格納容器熱除去系
と、復水補給水系及び消火系とからなり、原子炉格納容
器熱除去系に接続された代替注水設備による代替原子炉
格納容器スプレイが可能な原子力発電プラントにおい
て、原子炉格納容器圧力高信号及び原子炉水位がＴＡＦ
（有効燃料棒頂部）以下信号を受信する信号受信部と、
信号受信部で受信した信号により代替注水設備の復水補
給水ポンプや消火系ポンプの起動信号，代替注水設備出
口弁の開信号，代替注水設備が接続されている原子炉格
納容器熱除去系のドライウェルスプレイ注入隔離弁やド
ライウェルスプレイ流量調節弁の開信号，炉心注水注入
隔離弁の閉信号を自動的に出力する制御部とを備え、こ
れらの信号により復水貯蔵槽内あるいはろ過水槽内の低
温の水を原子炉格納容器内にスプレイする。

【００１５】この構成により、ＬＯＣＡが発生し、かつ
原子炉水位がＴＡＦ以下になったことを検知して、代替
注水設備による原子炉格納容器スプレイを自動で起動
し、原子炉格納容器内へ低温の水を炉心再冠水に先立っ
てスプレイすることにより、炉心再冠水時に発生し原子
炉格納容器内に流出する蒸気を凝縮して圧力及び温度の
上昇を抑制することができる。

【００１６】さらに、上記の構成において、本発明では
原子炉格納容器圧力高信号と原子炉水位ＴＡＦ以下信号
に加え、非常用炉心冷却系起動信号を受信する信号受信
部と、この信号により代替注水設備の復水補給水ポンプ
や消火系ポンプの起動信号，代替注水設備出口弁の開信
号，代替注水設備が接続されている原子炉格納容器熱除
去系のドライウェルスプレイ注入隔離弁やドライウェル
スプレイ流量調節弁の開信号，炉心注水注入隔離弁の閉
信号を自動的に出力する制御部を設け、これらの信号に
より復水貯蔵槽内あるいはろ過水槽内の低温の水を原子
炉格納容器内にスプレイすることを特徴とする。

【００１７】この構成により、ＬＯＣＡが発生し、かつ
原子炉水位がＴＡＦ以下になり、かつ原子炉圧力容器へ
の注水が開始したことを検知して、代替注水設備による
原子炉格納容器スプレイを自動で起動し、原子炉格納容
器内へ低温の水を炉心再冠水に先立ってスプレイするこ
とにより、炉心再冠水時に発生し原子炉格納容器内に流
出する蒸気を凝縮して圧力及び温度の上昇を抑制するこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。なお、上記従来の技術と同様の構成要素に
ついては同一符号を付け詳細な説明を省略する。

【００１９】図１に示すように原子炉格納容器圧力高信
号２７と原子炉水位ＴＡＦ以下信号２８を受信する信号
受信部２９と内部ロジックに従って信号を処理する制御
部３０とポンプや弁を作動させるための復水補給水系ポ
ンプ起動信号３１，消火系ポンプ起動信号３２，代替注
水設備出口弁開信号３３，ドライウェルスプレイ注入隔
離弁開信号３４，ドライウェルスプレイ流量調節弁開信
号３５，炉心注水注入隔離弁閉信号３６の各出力信号に
より構成される。

【００２０】図２は制御部３０内のロジックの例であ
る。本ロジックは原子炉格納容器圧力高信号２７と原子
炉水位ＴＡＦ以下信号２８を結ぶＡＮＤ回路３７とタイ
マ回路３８を有し、復水補給水系ポンプ起動信号３１，
消火系ポンプ起動信号３２，代替注水設備出口弁開信号
３３，ドライウェルスプレイ注入隔離弁開信号３４，ド
ライウェルスプレイ流量調節弁開信号３５，炉心注水注
入隔離弁閉信号３６の出力信号から構成される。

【００２１】以下、具体的実施例について説明する。Ｌ
ＯＣＡが発生した場合には、原子炉格納容器圧力高信号
２７及び原子炉水位ＴＡＦ以下信号２８の両信号を信号
受信部２９で受信し、制御部３０のＡＮＤ回路３７に入
力される。ここで、原子炉格納容器圧力高信号２７は原
子炉格納容器温度高信号でも良い。

【００２２】両信号が同時に入力されたことによりＡＮ
Ｄ回路３７はタイマ回路３８へ信号を出力する。タイマ
回路３８はＡＮＤ回路３７からの出力信号が一定時間継
続されることを確認する。これにより炉心露出後に燃料
温度が上昇するまでの時間を設定して、燃料温度の上昇
を検知するとともに、信号の不要なＯＮ−ＯＦＦ動作を
防止する。

【００２３】このタイマ回路３８から復水補給水系ポン
プ起動信号３１，消火系ポンプ起動信号３２，代替注水
設備出口弁開信号３３，ドライウェルスプレイ注入隔離
弁開信号３４，ドライウェルスプレイ流量調節弁開信号
３５，炉心注水注入隔離弁閉信号３６を出力し、各制御
対象のポンプの起動及び弁の開閉を行うことにより代替
注水設備による代替原子炉格納容器スプレイが可能にな
る。

【００２４】なお、本実施例では、原子炉格納容器圧力
高信号２７及び原子炉水位ＴＡＦ以下信号２８を信号受
信部で受信する構成としているが、それぞれ原子炉格納
容器圧力信号及び原子炉水位信号を信号受信部で受信し
て制御部に受け渡し、制御部で原子炉格納容器圧力高及
び原子炉水位ＴＡＦ以下の設定値と比較するロジックと
しても良い。

【００２５】また、別の実施例では、図３及び図４に示
すように原子炉格納容器圧力高信号２７及び原子炉水位
ＴＡＦ以下信号２８に加えて非常用炉心冷却系起動信号
２６を信号受信部２９で受信する。これにより露出した
炉心が再冠水することを検知する。信号受信部２９から
の信号は、制御部３０のＡＮＤ回路３７に入力される。
ここで、原子炉格納容器圧力高信号２７は原子炉格納容
器温度高信号でも良い。また、非常用炉心冷却系の起動
信号はポンプの起動信号，系統流量信号，ポンプの吐出
圧力信号でも良い。

【００２６】これらの信号が同時に入力されたことによ
りＡＮＤ回路３７はタイマ回路３８へ信号を出力する。
タイマ回路３８はＡＮＤ回路３７からの出力信号が一定
時間継続されることを確認する。これにより炉心露出後
に燃料温度が上昇するまでの時間を設定して、燃料温度
の上昇を検知するとともに、信号の不要なＯＮ−OFF動
作を防止する。

【００２７】このタイマ回路３８から復水補給水系ポン
プ起動信号３１，消火系ポンプ起動信号３２，代替注水
設備出口弁開信号３３，ドライウェルスプレイ注入隔離
弁開信号３４，ドライウェルスプレイ流量調節弁開信号
３５，炉心注水注入隔離弁閉信号３６を出力し、各制御
対象のポンプの起動及び弁の開閉を行うことにより代替
注水設備による代替原子炉格納容器スプレイが可能にな
る。

【００２８】なお、本実施例では、原子炉格納容器圧力
高信号２７及び原子炉水位ＴＡＦ以下信号２８を信号受
信部で受信する構成としているが、それぞれ原子炉格納
容器圧力信号，原子炉水位信号，非常炉心冷却系の系統
流量信号又はポンプの吐出圧力信号を信号受信部で受信
して制御部に受け渡し、制御部で原子炉格納容器圧力
高，原子炉水位ＴＡＦ以下，非常炉心冷却系の系統流量
高又はポンプの吐出圧力高の設定値と比較するロジック
としても良い。

【００２９】図５にＬＯＣＡ時の原子炉格納容器内圧力
の挙動を示す。実線が本発明による効果、破線が従来技
術によるものである。ここで示す原子炉格納容器２内圧
力の挙動は、非常用炉心冷却系などによる注水が何らか
の原因によって遅れることにより、炉心の一部が露出し
たなどの万が一の場合のものである。

【００３０】原子炉格納容器圧力の挙動は、原子炉冷却
材の喪失発生ａから非常用炉心冷却系による注水開始さ
れることによる原子炉水位回復開始ｃまでの高温冷却材
流入過程ｆ，原子炉水位回復開始ｃから炉心再冠水達成
ｄまでの炉心再冠水過程ｇ，炉心再冠水達成ｄから原子
炉格納容器熱除去系による原子炉格納容器冷却開始ｅま
でのスプレイ水流入過程ｈ，原子炉格納容器熱除去系に
よる原子炉格納容器冷却開始ｅ以降の原子炉格納容器冷
却過程ｉに分けられる。

【００３１】本発明を適用することにより、炉心露出ｂ
後の炉心再冠水過程ｇにおける原子炉格納容器圧力の上
昇が従来技術による圧力挙動に比較して大きく低下す
る。また、温度に対しても同様の効果が期待できる。

【００３２】なお、本発明の内容は、上記実施例に限ら
ず、非常用炉心冷却系の系統構成及び原子炉格納容器型
式の異なる原子力発電プラントなどにも制御装置の入出
力信号や制御ロジックを一部変更して適用することが可
能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、代替注水設備を使用し
て、ＬＯＣＡ時の炉心再冠水過程における原子炉格納容
器内の圧力及び温度の上昇を自動で抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による格納容器スプレイ制御装置の一実
施例の概略系統図。

【図２】図１の制御ロジックを示す図。

【図３】本発明による格納容器スプレイ制御装置の他の
実施例の概略系統図。

【図４】図３の制御ロジックを示す図。

【図５】ＬＯＣＡ時の原子炉格納容器内圧力の挙動を示
す図。

【図６】ＬＯＣＡ時に起動する非常用炉心冷却系，原子
炉格納容器熱除去系及び代替注水設備の概略系統図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…原子炉格納容器、３…原子炉
格納容器ドライウェル、４…再循環配管、５…サプレッ
ションプール、６…ベント管、７…原子炉格納容器熱除
去系ポンプ、８…熱交換器、９…熱交換器バイパス配
管、１０…熱交換器出口弁、１１…熱交換器バイパス
弁、１２…原子炉格納容器熱除去系配管、１３…ドライ
ウェルスプレイ注入隔離弁、１４…ドライウェルスプレ
イ流量調節弁、１５…炉心注水注入隔離弁、１６…サプ
レッションプールスプレイ注入隔離弁、１７…サプレッ
ションプール注入隔離弁、１８…復水補給水系ポンプ、
１９…代替注水設備出口弁、２０…復水貯蔵槽、２１…
消火系ポンプ、２２…ろ過水槽、２３…非常用炉心冷却
系ポンプ、２４…サプレッションプール側吸込弁、２５
…非常用炉心冷却系注入隔離弁、２６…非常用炉心冷却
系起動信号、２７…原子炉格納容器圧力高信号、２８…
原子炉水位ＴＡＦ以下信号、２９…信号受信部、３０…
制御部、３１…復水補給水系ポンプ起動信号、３２…消
火系ポンプ起動信号、３３…代替注水設備出口弁開信
号、３４…ドライウェルスプレイ注入隔離弁開信号、３
５…ドライウェルスプレイ流量調節弁開信号、３６…炉
心注水注入隔離弁閉信号、３７…ＡＮＤ回路、３８…タ
イマ回路、ａ…原子炉冷却材の喪失発生、ｂ…炉心露
出、ｃ…原子炉水位回復開始、ｄ…炉心再冠水達成、ｅ
…原子炉格納容器熱除去系による原子炉格納容器冷却開
始、ｆ…高温冷却材流入過程、ｇ…炉心再冠水過程、ｈ
…スプレイ水流入過程、ｉ…原子炉格納容器冷却過程。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 均 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 Ｆターム(参考） 2G002 AA03 BA01 BA07 DA01 EA04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉圧力容器を格納する原子炉格納容器
   と、非常用炉心冷却系と、原子炉格納容器熱除去系と、
   復水補給水系及び消火系とからなり、原子炉格納容器熱
   除去系に接続された代替注水設備による代替原子炉格納
   容器スプレイが可能な原子力発電プラントの格納容器ス
   プレイ制御装置において、 原子炉水位が低下したことを示す信号及び原子炉格納容
   器圧力が上昇したことを示す信号を受信する信号受信部
   と、該信号受信部で受信した信号により原子炉格納容器
   熱除去系の弁，代替注水設備の弁及びポンプを自動で作
   動させる制御部とを備えた格納容器スプレイ制御装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記信号受信部は非常
   用炉心冷却系起動信号を受信し、前記制御部は前記信号
   受信部で受信した信号を用いて原子炉格納容器熱除去系
   の弁，代替注水設備の弁及びポンプを自動で作動させる
   格納容器スプレイ制御装置。