JP2006017641A - 原子炉冷却材再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インターナルポンプの冷却水系を簡素化することにより下部ドライウェル内の作業性及びアクセス性を改善することができるとともに、電源区分の故障時等においても、従来のプラントよりも炉心流量を大きく減少させることなく、インターナルポンプの台数を削減することが可能な原子炉冷却材再循環装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数台のインターナルポンプ３と１個のインターナルポンプ熱交換器１１とを冷却水配管１０により接続し、かつインターナルポンプ熱交換器１１の内部に、インターナルポンプ３毎に対応して仕切られた冷却水供給用の流路を設ける。インターナルポンプ３の設置位置を、原子炉圧力容器の底部中心から見て周方向にほぼ１０等分された位置として設定し、そのほぼ１０等分された位置に９台以下、４台以上のインターナルポンプを設置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、沸騰水型軽水炉の原子炉冷却材再循環装置に係り、特に原子炉内蔵型冷却材再循環ポンプ（以下、「インターナルポンプ」という。）の台数を削減し、電源区分の故障時等における安全対策の向上、インターナルポンプの冷却水系簡素化等を図った原子炉冷却材再循環装置に関する。

一般に、沸騰水型原子炉の原子炉冷却材再循環装置においては、原子炉圧力容器に冷却材の循環系統を設け、原子炉冷却材をシュラウド内の炉心へ強制循環させることにより、炉心部における熱除去及び蒸気発生を行なっている。また、原子炉冷却材の流量を変化させることにより炉心の核的反応度を調整してプラント出力を制御している。冷却材の循環系統としては、原子炉圧力容器の外部に冷却材循環ループを設けた所謂外部再循環方式と、原子炉圧力容器内にインターナルポンプを設けたインターナルポンプ方式とが知られている。

図８は、インターナルポンプ方式を適用した原子炉圧力容器内の構成を示す縦断面図であり、図９は、インターナルポンプの配置を示した原子炉圧力容器下部の平面図である。

これらの図に示すように、原子炉圧力容器１内には炉心２が設けられており、炉心２は炉心シュラウド８によって囲まれている。インターナルポンプ３は、原子炉圧力容器１の底部に設けられたノズル４に溶接したモータケーシング７内に収容されている。

そして一般的に、１０台のインターナルポンプ３が原子炉圧力容器１の下鏡部に円周上にほぼ均等に配置され、冷却材を炉心２に強制循環させるようになっている。

図１０は、インターナルポンプ３の電源系とモータ冷却系の構成を示す系統図である（なお、代表的に、２台のインターナルポンプ３の系統のみを図示している）。

この図１０に示すように、インターナルポンプ３は、静止型電源装置９からインターナルポンプ３の図示しないモータに電流の供給を受け、可変速運転される。

インターナルポンプ３のモータを一定温度に保つ為に、各インターナルポンプ３にはモータ冷却水配管１０及びインターナルポンプ熱交換器１１からなるモータ冷却系２６が設けられており、インターナルポンプ３の駆動力を利用してモータ冷却水を循環している。また、モータ冷却系２６は、インターナルポンプ３が停止しても補機冷却系１２による冷却により自然循環が生じ、モータ部の温度を許容温度以下に保つことができる構成となっている（例えば特許文献１、２参照）。

また、１０台のインターナルポンプ３は、交互にＡ系電源１８及びＢ系電源１９の区分により給電しており、かつ各々のインターナルポンプ熱交換器１１に冷却水を供給する補機冷却系ポンプ２０の電源区分１８，１９と同一にしている。これは１区分の電源系の故障により５台のインターナルポンプ３と同一区分の補機冷却系１２の通水が停止しても、残る５台分のインターナルポンプ３を運転することができ、急激な炉心流量の減少を緩和することができる為である。

図１１は、原子炉格納容器５内におけるインターナルポンプ３のレイアウトを示したものであり、図１２は、下部ドライウェル６内のインターナルポンプ保守エリアの横断面を示したものである。

これらの図に示すように、原子炉圧力容器１の下部に下部ドライウェル６が形成されており、この下部ドライウェル６のエリア内に、インターナルポンプ３を下部ドライウェル６内からアクセストンネル２１を通して原子炉格納容器５の外部に搬出し、或いはインターナルポンプ３の据付け及び分解点検等の作業を行なう為、インターナルポンプ引き抜き用スペース１３が設けられている。

インターナルポンプ３の保守点検等によりインターナルポンプ３廻りで作業を行なう場合には、下部ドライウェル６内のプラットフォーム２３から梯子１６または階段１７を使用して歩廊１４にアクセスする。すなわち、歩廊１４に作業員がアクセスする為に、歩廊１４に開口部１５を設け、梯子１６または階段１７により作業員がアクセスするように構成されている。

また、歩廊１４の周辺にはインターナルポンプ３の据付時及び分解点検等の作業を行なう為の引抜用スペース１３が設けられている。
特開平１０−１０２７３号公報 特開２００３−１５６５８５号公報

インターナルポンプ３の保守点検を行なう場合には、下部ドライウェル６内でインターナルポンプ３の引き抜き及び据付等を行なう必要があるが、インターナルポンプ３を作業するスペースへのアクセス通路上に開口部１５が設けられ、かつ開口部１５の近傍にインターナルポンプ３の保守スペース１３が設けられていることから、下部ドライウェル６内での移動時に、インターナルポンプ保守点検作業と干渉する場合がある。

これを解決する為に、インターナルポンプ３の改良による台数の減少が可能であれば、下部ドライウェル６内でのインターナルポンプの保守スペースの作業性を向上させることができる。しかしながら、従来の設計ではインターナルポンプが１０台設置されており、単にインターナルポンプの台数を減少させる設定とする場合には、原子炉圧力容器の形状及び下部ドライウェル内の機器配置の大幅な見直しが必要となる。

また、下部ドライウェル６内でのインターナルポンプ３の保守点検作業性を改善する為に、各インターナルポンプ３にモータ冷却系２６を通して接続されているインターナルポンプ熱交換器１１を複数のインターナルポンプ３で共用し、保守点検スペースを確保することも考えられるが、複数のインターナルポンプ３の冷却水配管を合流させた場合には、インターナルポンプ３の各々の運転状態に応じた安定な冷却能力を保つことが困難となる。例えば片側のポンプがトリップした状態、或いは回転数が相違した状態で、インターナルポンプ３の冷却水配管が合流していると、ポンプ毎の推力の相違により、片側には冷却水の循環が行われず、モータ部の温度を許容温度以下に保てない恐れがある。

更に、このような構成で隣り合う２台のインターナルポンプを、１個のインターナルポンプ熱交換器で冷却する場合には、１区分の電源区分の故障により７台以上のインターナルポンプ３が運転不能になる恐れがあり、従来のプラントよりも電源区分の故障による炉心流量の減少の幅が大きくなる可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、インターナルポンプの冷却水系を簡素化することにより下部ドライウェル内の作業性及びアクセス性を改善させることができるとともに、電源区分の故障時等においても、従来のプラントよりも炉心流量を大きく減少させることなく、インターナルポンプの台数を削減することが可能な原子炉冷却材再循環装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明では、沸騰水型軽水炉における原子炉圧力容器の底部周辺位置に複数台設置され、それぞれモータを備えたインターナルポンプと、この各インターナルポンプに駆動用電流を供給する電源設備と、前記各インターナルポンプを冷却する為に設置された冷却水配管及びインターナルポンプ熱交換器と、これらのインターナルポンプ熱交換器に冷却水を供給する補機冷却系ポンプとを備えた原子炉冷却材再循環装置において、複数台の前記インターナルポンプと１個の前記インターナルポンプ熱交換器とを冷却水配管により接続し、かつ前記インターナルポンプ熱交換器の内部に、前記インターナルポンプ毎に対応して仕切られた冷却水供給用の流路を設けたことを特徴とする原子炉冷却材再循環装置を提供する。

また、本発明では、沸騰水型軽水炉における原子炉圧力容器の底部周辺位置に複数台設置され、それぞれモータを備えたインターナルポンプと、この各インターナルポンプに駆動用電流を供給する電源設備と、前記各インターナルポンプを冷却する為に設置された冷却水配管及びインターナルポンプ熱交換器と、これらのインターナルポンプ熱交換器に冷却水を供給する補機冷却系ポンプとを備えた原子炉冷却材再循環装置において、前記インターナルポンプの設置位置として、前記原子炉圧力容器の底部中心から見て周方向にほぼ１０等分された位置を設定し、そのほぼ１０等分された位置に９台以下、４台以上のインターナルポンプを設置したことを特徴とする原子炉冷却材再循環装置を提供する。

本発明によれば、複数台の前記インターナルポンプと１個の前記インターナルポンプ熱交換器とを冷却水配管により接続し、かつインターナルポンプ熱交換器の内部に、インターナルポンプ毎に対応して仕切られた冷却水供給用の流路を設けることにより、インターナルポンプの冷却水系を簡素化することができ、下部ドライウェル内の作業性及びアクセス性を改善させることができるとともに、電源区分の故障時等においても、従来のプラントよりも炉心流量を大きく減少させることがない。

また、インターナルポンプの設置位置として、原子炉圧力容器の底部中心から見て周方向にほぼ１０等分された位置を設定し、そのほぼ１０等分された位置に９台以下、４台以上のインターナルポンプを設置することにより、インターナルポンプの台数を削減することが可能となる。

以下、本発明に係る原子炉再循環装置の実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。なお、従来の構成と対応する構成部分とは対比を容易とするため、同一符号を付して説明する。

［第１実施形態］（図１，２）
図１は、本発明の第１実施形態を示す説明図であり、原子炉圧力容器１下部の横断面図である。図２は、インターナルポンプの流量及び揚程を示す作用説明図である。

図１に示すように、本実施形態の原子炉再循環装置では、基本的に、沸騰水型軽水炉における原子炉圧力容器１の底部周辺位置に、それぞれモータを備えた複数台のインターナルポンプ３が等間隔で配置されている。そして、各インターナルポンプ３には、図示しないが、駆動用電流を供給する電源設備、各インターナルポンプ３を冷却する為に設置された冷却水配管、インターナルポンプ熱交換器、これらのインターナルポンプ熱交換器に冷却水を供給する補機冷却系ポンプとが備えられる。

このような原子炉冷却材再循環装置において、インターナルポンプの設置位置を、原子炉圧力容器の底部中心から見て周方向にほぼ１０等分された位置として設定し、そのほぼ１０等分された位置に９台以下、４台以上のインターナルポンプが設置される。図１の例では、インターナルポンプ３が８台設置されている。

すなわち、本実施形態では、図９に示した従来の原子炉再循環装置に比べて、インターナルポンプ３が２台省略した構成とされている。この場合、例えば、インターナルポンプ３に駆動用の電流を供給する静止型電源装置の容量を大きくするとともに、周波数を高く設定している。このように、従来のインターナルポンプ３を１０台使用する場合よりも各インターナルポンプ３の流量及び揚程を増加させることにより、従来と同一の形状で従来よりも少ない台数のインターナルポンプによって原子炉の出力に応じた炉心流量を供給することを可能としている。

図２により各インターナルポンプ３の機能を具体的に説明する。例えば従来のインターナルポンプ特性の回転数がｎｓである場合の運転点に対し、本実施形態では、回転数増加後のインターナルポンプ特性の回転数ｎが、ｎｓ＞ｎに設定され、１台のインターナルポンプ特性が高い方向にシフトされている。

このように構成した本実施形態の原子炉冷却材再循環装置によれば、設置するインターナルポンプ３の配置が１０台の設置時と同一とした構成のままで、原子炉圧力容器１の形状及び下部ドライウェル内の機器配置を変える必要なく、インターナルポンプ３の台数を削減させることができる。

［第２実施形態］（図３）
図３は、本発明の第２実施形態を示す説明図であり、インターナルポンプ３を設置可能な形状のノズルの閉止構造を示している。なお第１実施形態と同一の構成部分には、図１と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、原子炉圧力容器の底部中心から見て周方向にほぼ１０等分された位置のうち、インターナルポンプ３が設置されている箇所以外の位置に、インターナルポンプ３を設置可能な形状のノズル４が、閉止状態で設けられている。

このような構成によると、原子炉圧力容器下部に９台以下のインターナルポンプを設置した場合に、インターナルポンプ１０台分のノズル４を設置し、インターナルポンプを減少させた台数分のノズル４に溶接による閉止板２４を設け、将来的に出力増加等により炉心流量を増加させる必要が生じた場合に、ポンプを容易に追設することができる。

なお、溶接による閉止板２４の代わりにボルト等により着脱自在なフランジを用いることも可能である。

［第３実施形態］（図４）
図４は、本実施形態による下部ドライウェルの断面を示している。なお、第１実施形態と同一の構成部分には、図１と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態は、原子炉圧力容器１の底部中心から見て周方向にほぼ１０等分された位置のうち、インターナルポンプ３が８台設置されている。このうち、インターナルポンプ３が設置されない、いずれかの位置の下方の保守点検用歩廊１４に、インターナルポンプ３の保守点検用に突出させた通路１４ａが設けられている。この通路１４ａの近傍に、インターナルポンプ３の保守点検に使用する歩廊１４へのアクセス手段として梯子１６または階段１７が設けられている。

このような構成によると、図４に示すように、原子炉圧力容器１の下部には、個々のインターナルポンプ３の据付時及び分解点検等の作業を行なう為の引抜用スペース１３があるが、インターナルポンプ３の台数を８台として２台削減したことにより、従来設置していた個所のインターナルポンプ３の据付及び分解点検等の作業に使用していた引抜用スペースであった部分を通路１４ａとし、この通路１４ａと干渉しない位置に、梯子１６または階段１７等の連絡手段を設けることにより、アクセス手段として利用して作業性を向上させることができる。

［第４実施形態］（図５，６）
図５は、下部ドライウェル部分の横断面構成を示す図であり、図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ異なるインターナルポンプ熱交換器１１の構成を示している。なお、第１実施形態と同一の構成部分には図１と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、本実施形態は、複数台（例えば２台）のインターナルポンプと１個のインターナルポンプ熱交換器１１とが、冷却水配管１０により接続されている。

そして、インターナルポンプ熱交換器１１の内部に、インターナルポンプ３毎に対応して仕切られた冷却水供給用の流路が設けられている。

図６（Ａ）、（Ｂ）の例では、冷却水の自然対流による熱交換器の効率化からインターナルポンプ熱交換器１１が縦型の熱交換器とされ、このインターナルポンプ熱交換器１１の内部には、例えば中央位置の仕切板２５が設けられ、インターナルポンプ熱交換器１１内部でそれぞれのインターナルポンプ３の冷却水毎に仕切られる構造になっている。すなわち、インターナルポンプ熱交換器１１の内部に仕切板２５を設けることにより、異なるインターナルポンプ３に接続する冷却水が熱交換器内部で合流しない構造になっている。

また、自然対流による流れが促進されるように、冷却水配管１０の入口側１０ａは上部に配置され、出口側１０ｂは下部に配置されている。一方、インターナルポンプ３の冷却水を導く補機冷却系１２は縦型熱交換器の管側１２ａまたは胴側１２ｂの何れに接続することも可能であり、図６（Ａ）、（Ｂ）では両方のケースを示している。

なお、図６（Ａ）の構成では、補機冷却系１２からの冷却水が、インターナルポンプ熱交換器１１の下部を通り、また図６（Ｂ）の構成では、冷却水の自然対流による流れが促進されるように補機冷却系１２からの冷却水が、インターナルポンプ熱交換器１１の下部から流入し、上部から排出される。

このような構成によれば、インターナルポンプ熱交換器１１内部でそれぞれのインターナルポンプ３の冷却水毎に仕切られる構造になっていることから、インターナルポンプ３の個別の運転状態に応じて安定した冷却能力を保つことができる。また、インターナルポンプ熱交換器１１の削減に伴い、下部ドライウェル６内のインターナルポンプ３廻りのスペースが改善され、合わせてインターナルポンプ３の保守点検作業量も低減させることができる。

［第５実施形態］（図７）
図７は本発明の第５実施形態を示す説明図であり、各インターナルポンプ熱交換器の電源区分等を示している。

本実施形態では、インターナルポンプを８台設置した場合において、各インターナルポンプ熱交換器１１に接続した複数（２台）のインターナルポンプ３に駆動用電力を供給する電源の区分（Ａ区分１８、Ｂ区分１９）と、インターナルポンプ熱交換器１１に冷却水を供給する補機冷却系ポンプ２０の電源区分（Ａ系電源１８、Ｂ系電源１９）とが、同一とされている。

そして、隣り合う２台のインターナルポンプ３が１個のインターナルポンプ熱交換器１１で冷却を行なう場合には、インターナルポンプ熱交換器１１に通水する補機冷却系ポンプ２０に給電する電源区分とインターナルポンプ３の電源区分とを同一とすることで、Ａ系電源１８あるいはＢ系電源１９が故障により停止した場合においても、半数のインターナルポンプ３を運転することができる。

これにより、１区分の電源区分の故障において、インターナルポンプ３が偶数設置の場合には、半数のインターナルポンプ３が運転可能となり、電源の故障による炉心流量の減少幅は、従来のプラントと同程度に緩和させることができる。

このような構成によれば、下部ドライウェル６内のインターナルポンプ３廻りのスペースが改善され、インターナルポンプ３の電源区分の配置を見直すことで、１区分の電源故障時においても、従来と同程度の炉心流量の減少幅を維持することができ、合わせてインターナルポンプ３の保守点検作業量の低減も図れる。

本発明の第１実施形態に係るインターナルポンプ台数削減時の原子炉圧力容器の断面図。 本発明の第１実施形態に係るインターナルポンプの回転数、全揚程、流量の水力特性を示す関係図。 本発明の第２実施形態に係るインターナルポンプ設置部位のノズル。 本発明の第３実施形態に係るインターナルポンプ及び保守点検用歩廊の平面配置図。 本発明の第４実施形態に係るインターナルポンプ及びインターナルポンプ熱交換器の平面配置図。 本発明の第４実施形態に係るインターナルポンプ熱交換器の概略図。 本発明の第５実施形態に係るインターナルポンプ及びインターナルポンプ熱交換器、電源区分構成の平面配置図。 インターナルポンプを使用した沸騰水型原子力発電プラントの従来例を示す概略系統図。 従来のインターナルポンプの平面配置図。 インターナルポンプの電源系とモータ冷却系の系統図。 原子炉圧力容器及び原子炉格納容器の断面図。 従来のインターナルポンプ及び保守点検用歩廊の平面配置図。

符号の説明

１ 原子炉圧力容器
２ 炉心
３ インターナルポンプ
４ ノズル
５ 原子炉格納容器
６ 下部ドライウェル
７ モータケーシング
８ シュラウド
９ 静止型電源装置
１０ 冷却水配管
１１ インターナルポンプ熱交換器
１２ 補機冷却系
１３ インターナルポンプ引抜用スペース
１４ 保守点検用歩廊
１４ａ 通路
１５ 開口部
１６ 梯子
１７ 階段
１８ Ａ系電源
１９ Ｂ系電源
２０ 補機冷却系ポンプ
２１ アクセストンネル
２２ サプレッションプール
２３ 下部ドライウェル内プラットフォーム
２４ 閉止板
２５ 仕切板
２６ モータ冷却系

Claims (5)

1. 沸騰水型軽水炉における原子炉圧力容器の底部周辺位置に複数台設置され、それぞれモータを備えたインターナルポンプと、この各インターナルポンプに駆動用電流を供給する電源設備と、前記各インターナルポンプを冷却する為に設置された冷却水配管及びインターナルポンプ熱交換器と、これらのインターナルポンプ熱交換器に冷却水を供給する補機冷却系ポンプとを備えた原子炉冷却材再循環装置において、複数台の前記インターナルポンプと１個の前記インターナルポンプ熱交換器とを冷却水配管により接続し、かつ前記インターナルポンプ熱交換器の内部に、前記インターナルポンプ毎に対応して仕切られた冷却水供給用の流路を設けたことを特徴とする原子炉冷却材再循環装置。
2. 前記各インターナルポンプ熱交換器に接続した複数のインターナルポンプに駆動用電力を供給する電源の区分と、前記インターナルポンプ熱交換器に冷却水を供給する補機冷却系ポンプの電源区分とを同一とした前記請求項１記載の原子炉冷却材再循環装置。
3. 沸騰水型軽水炉における原子炉圧力容器の底部周辺位置に複数台設置され、それぞれモータを備えたインターナルポンプと、この各インターナルポンプに駆動用電流を供給する電源設備と、前記各インターナルポンプを冷却する為に設置された冷却水配管及びインターナルポンプ熱交換器と、これらのインターナルポンプ熱交換器に冷却水を供給する補機冷却系ポンプとを備えた原子炉冷却材再循環装置において、前記インターナルポンプの設置位置として、前記原子炉圧力容器の底部中心から見て周方向にほぼ１０等分された位置を設定し、そのほぼ１０等分された位置に９台以下、４台以上のインターナルポンプを設置したことを特徴とする原子炉冷却材再循環装置。
4. 前記原子炉圧力容器の底部中心から見て周方向にほぼ１０等分された位置のうち、前記インターナルポンプが設置されている箇所以外の位置に、前記インターナルポンプを設置可能な形状のノズルを閉止状態で設けた請求項３記載の原子炉冷却材再循環装置。
5. 前記原子炉圧力容器の底部中心から見て周方向にほぼ１０等分された位置のうち、前記インターナルポンプが設置されている箇所以外のいずれかの位置の下方に、前記インターナルポンプの保守点検に使用する通路を設け、この通路の近傍に、前記インターナルポンプの保守点検に使用する歩廊へのアクセス手段として梯子または階段を設けた前記請求項１乃至４のいずれかに記載の原子炉冷却材再循環装置。

Images