JP2013064660A - 非常用復水器及びこれを備えた原子炉システム - Google Patents

Abstract

【課題】
電源喪失時などで冷却ポンプが作動しない場合でも、原子炉を長時間有効に冷却できる非常用復水器を提供すること。
【解決手段】
上記課題を解決するために、本発明の非常用復水器は、非常用水タンクを複数有すると共に、それぞれの該各非常用水タンクにはバッファタンクを有し、該各非常用水タンクと各バッファタンクは、それぞれの気相部が気相部配管で連結され、かつ、前記各非常用水タンクの気相部間は連結配管で連結され、この連結配管で連結された少なくとも２つの前記非常用水タンクの液相部は、それぞれ気相部が気相部配管で連結されていない前記バッファタンクの液相部に、それぞれ液相部クロス配管で連結されて形成され、前記２つの非常用水タンクの圧力差を利用して前記バッファタンクの水を前記液相部クロス配管を介して前記非常用水タンクに注水することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は非常用復水器及びこれを備えた原子炉システムに係り、特に、原子炉出口の主蒸気配管からの蒸気を非常用水タンク内の非常用復水器で凝縮された冷却水が、原子炉入口の主給水配管に戻されるものに好適な非常用復水器及びこれを備えた原子炉システムに関する。

沸騰水型原子炉を有する原子力プラントでは、蒸気タービン設備での原子炉冷却が期待できない非常時には、原子炉と蒸気タービン設備を隔離して、隔離時炉心冷却設備によって原子炉が冷却される。

図１に、従来の非常用復水器型の型隔離時冷却設備の構成例を示す。
該図に示す如く、原子炉１には、主給水配管２と主蒸気配管３が接続されており、主給水配管２からの冷却水が原子炉１の内部の燃料で加熱され、発生した蒸気は主蒸気配管３から排出されて蒸気タービンを駆動する。原子炉１は原子炉格納容器４で囲まれ、主蒸気配管３に隔離弁５、主給水配管２に逆止弁６がそれぞれ設置されており、隔離弁５を閉じることにより、原子炉格納容器４の内外を隔離することができる。

原子炉格納容器４の上部には非常用水タンク７が設けられ、非常用水タンク７内の凝縮器８の一方の配管が原子炉格納容器４内部の主蒸気配管３と連結され、非常用水タンク７内の凝縮器８の他方の配管が原子炉格納容器４内部の主給水配管２に連結されている。

これにより、原子炉格納容器４の内外が隔離された場合でも、原子炉１を冷却することが可能となっている。

このような隔離時炉心冷却設備としては、特許文献１に記載されているタービン駆動ポンプ型と特許文献２及び３に記載されている非常用復水器型の２種類がある。

特許文献１に記載されているタービン駆動ポンプ型は、原子炉出口の主蒸気配管からの蒸気で作動するタービン駆動ポンプを用いて、復水貯蔵槽若しくは圧力抑制プールの冷却水を原子炉入口の主給水配管に戻すものである。

一方、特許文献２に記載されている非常用復水器型は、原子炉出口の主蒸気配管からの蒸気を非常用水プール内の非常用復水器で凝縮させて冷却水とし、この冷却水を原子炉入口の主給水配管に戻すものである。

更に、特許文献３に記載されている非常用復水器型は、復水器に水源から非常用電源に依存しない注水ポンプを用いて冷却水を供給するものである。

これらは、いずれも特別な外部動力源を必要とせず、特許文献１及び２では、原子炉からの蒸気だけを駆動源とするため、電源喪失時などで冷却ポンプが作動しない場合でも、主給水配管に冷却水を供給して原子炉を冷却することができる。

特開２００５−１７２４８２号公報 特開平０８−１３６６８５号公報 特開平０８−２４８１６６号公報

ところで、隔離時炉心冷却設備の機能を最大限活用し、性能を向上するためには、電源や動的機器を用いることなく、静的手段によって原子炉を長時間冷却できることが望ましい。

特に、非常用復水器を用いて原子炉を冷却する場合、時間の経過とともに非常用水タンクの水が蒸発枯渇して非常用復水器が作動しなくなるため、非常用水タンクへの注水手段を設けることができれば、非常用復水器を長時間作動させて、原子炉を有効に冷却することができる。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、電源喪失時などで冷却ポンプが作動しない場合でも、原子炉を長時間有効に冷却できる非常用復水器及びこれを備えた原子炉システムを提供することにある。

本発明の非常用復水器は、上記目的を達成するために、原子炉の主蒸気配管に一方が連結されると共に、他方が前記原子炉に冷却水を給水する主給水配管に連結され、前記主蒸気配管の主蒸気を凝縮して前記主給水配管に戻す凝縮器と、該凝縮器を内蔵する非常用水タンクとを備えた非常用復水器において、前記非常用水タンクを複数有し、このうちの１つの前記非常用水タンクにバッファタンクをそれぞれの気相部で連結すると共に、他の前記非常用水タンクと前記バッファタンクをそれぞれの液相部で連結し、２つの前記非常用水タンクの圧力差を利用して前記バッファタンクの水を前記非常用水タンクに注水するか、
若しくは前記非常用水タンクを複数有すると共に、それぞれの該各非常用水タンクにはバッファタンクを有し、該各非常用水タンクと各バッファタンクは、それぞれの気相部が気相部配管で連結され、かつ、前記各非常用水タンクの気相部間は連結配管で連結され、この連結配管で連結された少なくとも２つの前記非常用水タンクの液相部は、それぞれ気相部が気相部配管で連結されていない前記バッファタンクの液相部に、それぞれ液相部クロス配管で連結されて形成され、前記２つの非常用水タンクの圧力差を利用して前記バッファタンクの水を前記液相部クロス配管を介して前記非常用水タンクに注水することを特徴とする。

また、本発明の原子炉システムは、上記目的を達成するために、原子炉と、該原子炉を囲う原子炉格納容器と、該原子炉格納容器の外部に設置され、前記原子炉の主蒸気配管に一方が連結されると共に、他方が前記原子炉に冷却水を給水する主給水配管に連結され、前記主蒸気配管の主蒸気を凝縮して前記主給水配管に戻す凝縮器及び該凝縮器を内蔵する非常用水タンクから成る非常用復水器とを備えた原子炉システムにおいて、前記非常用復水器は、上記構成の非常用復水器であることを特徴とする。

本発明によれば、電源喪失時などで冷却ポンプが作動しない場合でも、非常用水タンクへの静的手段を用いた注水が可能となり、原子炉の長時間冷却が可能となる。

従来の非常用復水器の隔離時冷却設備の概略構成を示す図である。 本発明の非常用復水器の実施例１を示す構成図である。 本発明の実施例１の非常用復水器の各機器の動作と各部の状態量の変化を説明するための図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の非常用復水器を説明する。尚、符号は、従来と同一のものは、同符号を使用する。

本発明の非常用復水器の実施例１を図２に示す。図２に示す実施例１においては、特に図示していないが、非常用水タンク内に収納されている凝縮器は、図１と同様に原子炉からの主蒸気配管及び主給水配管に連結されている。また、実施例１では、非常用復水器が２系統（Ａ、Ｂ）有する場合を示す。

該図に示す本実施例の非常用復水器は、凝縮器８Ａを内蔵する非常用水タンク７Ａとバッファタンク９Ａが、それぞれの気相部が気相部配管１０Ａで連結され、一方、凝縮器８Ｂを内蔵する非常用水タンク７Ｂとバッファタンク９Ｂが、それぞれの気相部が気相部配管１０Ｂで連結されている。また、バッファタンク９Ａと非常用水タンク７Ｂは、それぞれの液相部がクロス配管１１Ａで連結され、一方、バッファタンク９Ｂと非常用水タンク７Ａは、それぞれの液相部がクロス配管１１Ｂで連結されている。更に、クロス配管１１Ａには逆止弁１２Ａが、クロス配管１１Ｂには逆止弁１２Ｂがそれぞれ設けられ、それぞれ非常用水タンク７Ｂからバッファタンク９Ａへ、非常用水タンク７Ａからバッファタンク９Ｂへの水の逆流を防止している。

非常用水タンク７Ａと非常用水タンク７Ｂは、一端がそれぞれの気相部に接続されている連結配管１３Ａ、１３Ｂを有し、この連結配管１３Ａ、１３Ｂの他方が三方弁１４に連結されている。三方弁１４に設けられた大気開放配管１５は、大気に開放されている。三方弁１４は、連結配管１３Ａと大気開放配管１５、連結配管１３Ｂと大気開放配管１５を交互に繋ぐ弁であり、連結配管１３Ａと連結配管１３Ｂの圧力差によってピストン構造などで機械的に切り替わる構造となっている。即ち、三方弁１４の一方を大気圧に開放すると共に、連結配管１３Ａ、１３Ｂに結合する三方弁１４の残りの二方の圧力差が規定値以上になると、圧力の高い一方と大気圧に開放した一方が連通し、圧力の低い一方と大気圧に開放した一方の連通が遮断するように三方弁１４が切り替わる構造となっている。

また、非常用水タンク７Ａと非常用水タンク７Ｂのそれぞれの気相部には、非常用水タンク７Ａ、７Ｂに規定値以上の圧力が掛ると動作する安全弁１６Ａ、１６Ｂが設けられており、非常用水タンク７Ａ、７Ｂ内の圧力が規定値以上になったら安全弁１６Ａ、１６Ｂが動作して非常用水タンク７Ａ、７Ｂを大気に開放するようになっている。

更に、バッファタンク９Ａとバッファタンク９Ｂは、それぞれ別置きの注水源１７Ａ、１７Ｂと液相部で連結され、注水源１７Ａからバッファタンク９Ａへ、注水源１７Ｂからバッファタンク９Ｂへそれぞれ重力注水が可能となっている。尚、別置きの注水源１７Ａ、１７Ｂは、本非常用復水器型隔離時冷却設備の稼働時には、気相部を大気開放しておくものである。

次に、図３を用いて実施例１の代表的な場合における各機器の動作と各部の状態量の変化を説明する。

該図において、時刻（１）は、三方弁１４が、Ａ系統閉、Ｂ系統開（大気開放）に切り替わった直後とする。非常用水タンク７Ａは満水状態（水位Ｌ１）、非常用水タンク７Ｂは水位低状態（水位Ｌ０）で、同様に、バッファタンク９Ａは満水状態（水位ＢＬ１）、バッファタンク９Ｂは水位低状態（水位ＢＬ０）とする。非常用水タンク７Ｂは、凝縮器８Ｂからの熱で水温の高い状態（水温Ｔ１：飽和温度）にあり、非常用水タンク７Ａは、バッファタンク９Ｂからの注水後で水温の低い状態（水温Ｔ０）にあるとする。圧力はともに大気圧（圧力Ｐ０）である。

時刻（１）では、非常用水タンク７Ａの水温は飽和温度以下の低温であるため、凝縮器からの熱で徐々に温度が上昇し、時刻（２）で飽和温度Ｔ１になる。この間、沸騰がないため、非常用水タンク７Ａの圧力はほとんど上昇せず、水位もほとんど変化しない。一方、非常用水タンク７Ｂの水は飽和温度Ｔ１にあるため、時刻（１）後も沸騰を続け、温度はＴ１で変わらないが、時刻（２）で水位は給水を要する水位ＬＬに到達する。

また、バッファタンク９Ｂと連結して注水源１７Ｂが設置されており、ともに圧力は大気圧であることから、注水源１７Ｂからバッファタンク９Ａに重力注水され、バッファタンク９Ａの水位が回復する。

時刻（２）に過ぎると、非常用水タンク７Ａの水は沸騰を始め、圧力がＰ０から徐々に上昇する。このとき、非常用水タンク７Ａとバッファタンク９Ａの気相部は連通しているため、バッファタンク９Ａの圧力も同様に上昇する。非常用水タンク７Ａと非常用水タンク７Ｂの圧力差が、非常用水タンク７Ｂとバファタンク９Ａの水位によるヘッド差以上になると、バファタンク９Ａから非常用水タンク７Ｂへの注水が始まる。非常用水タンク７Ｂの水位上昇とバファタンク９Ａの水位低下にともなって、両者のヘッド差は増大し、非常用水タンク７Ａとバッファタンク９Ａの圧力が高まる。時刻（３）に達し、この圧力が、非常用水タンク７Ｂの満水に対応する圧力Ｐ１になったとき、三方弁１４が切り替わるようにしておく。

時刻（３）直後の状態は、時刻（１）において、Ａ系統とＢ系統が逆になった状態である。従って、時刻（３）以降は、Ａ系統とＢ系統で上記した時刻（１）から（３）の状態を交互に繰り返すことになる。

以上より、非常用水タンク７Ａと７Ｂに注水が繰り返され、電源喪失時にも注水源１７Ａと１７Ｂが枯渇するまで非常用復水器の凝縮器８Ａ、８Ｂの機能は持続する。注水源１７Ａと１７Ｂは低い位置に置くことが可能であるため、注水口１８Ａと１８Ｂを設けておくことにより、外部の水源から繋ぎこんで水を補給することが可能である。

万が一、用いている弁などの故障で本システムが機能しなくなった場合でも、非常用水タンクには設定圧力Ｐ２の安全弁１６Ａ、１６Ｂが設けられているため、圧力がＰ２以上になることはない。各安全弁を複数設けておけば、安全弁の単一故障の場合にも対応可能である。従って、従来の非常用復水器型隔離時冷却設備の機能を有し、これを下回ることはない。

尚、バッファタンク９Ａ、９Ｂに、非常用水タンク７Ａ、７Ｂから水蒸気が流入した場合、バッファタンク９Ａ、９Ｂで凝縮がおこると、バッファタンク９Ａ、９Ｂ内の圧力は上昇せず、非常用水タンク７Ｂ、７Ａに注水できない。

そこで、バッファタンク９Ａ、９Ｂ内の水面には、水領域と水蒸気領域を隔てる断熱構造の仕切り板１９Ａ、１９Ｂを設けている。この仕切り板１９Ａ、１９Ｂは、中空構造の仕切り板とすることにより、水面に浮かべることも可能である。

その他、外部への放熱による圧力降下を避けるため、バッファタンク９Ａ、９Ｂ、配管１０Ａ、１０Ｂ、非常用水タンク７Ａ、７Ｂも、外周を断熱構造とすることが望ましい。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は沸騰水型原子炉以外、加圧水型原子炉にも容易に適用できる。この場合、主蒸気配管の代わりに原子炉冷却材の出口配管を用いれば良い。

また、例えば、上記した実施例は、非常用水タンクを例にして説明したが、これに限定されるものではなく、水タンクであれば、その適用は妨げない。

また、例えば、上記した実施例は、本発明を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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…原子炉、２…主給水配管、３…主蒸気配管、４…原子炉格納容器、５…隔離弁、６、１２Ａ、１２Ｂ…逆止弁、７、７Ａ、７Ｂ…非常用水タンク、８、８Ａ、８Ｂ…凝縮器、９Ａ、９Ｂ…バッファタンク、１０Ａ、１０Ｂ…気相部配管、１１Ａ、１１Ｂ…クロス配管、１３Ａ、１３Ｂ…連結配管、１４…三方弁、１５…大気開放配管、１６Ａ、１６Ｂ…安全弁、１７Ａ、１７Ｂ…注水源、１８Ａ、１８Ｂ…注水口、１９Ａ、１９Ｂ…仕切り板。

Claims (8)

1. 原子炉の主蒸気配管に一方が連結されると共に、他方が前記原子炉に冷却水を給水する主給水配管に連結され、前記主蒸気配管の主蒸気を凝縮して前記主給水配管に戻す凝縮器と、該凝縮器を内蔵する非常用水タンクとを備えた非常用復水器において、
   前記非常用水タンクを複数有し、このうちの１つの前記非常用水タンクにバッファタンクをそれぞれの気相部で連結すると共に、他の前記非常用水タンクと前記バッファタンクをそれぞれの液相部で連結し、２つの前記非常用水タンクの圧力差を利用して前記バッファタンクの水を前記非常用水タンクに注水することを特徴とする非常用復水器。
2. 原子炉の主蒸気配管に一方が連結されると共に、他方が前記原子炉に冷却水を給水する主給水配管に連結され、前記主蒸気配管の主蒸気を凝縮して前記主給水配管に戻す凝縮器と、該凝縮器を内蔵する非常用水タンクとを備えた非常用復水器において、
   前記非常用水タンクを複数有すると共に、それぞれの該各非常用水タンクにはバッファタンクを有し、該各非常用水タンクと各バッファタンクは、それぞれの気相部が気相部配管で連結され、かつ、前記各非常用水タンクの気相部間は連結配管で連結され、この連結配管で連結された少なくとも２つの前記非常用水タンクの液相部は、それぞれ気相部が気相部配管で連結されていない前記バッファタンクの液相部に、それぞれ液相部クロス配管で連結されて形成され、前記２つの非常用水タンクの圧力差を利用して前記バッファタンクの水を前記液相部クロス配管を介して前記非常用水タンクに注水することを特徴とする非常用復水器。
3. 請求項２に記載の非常用復水器において、
   前記連結配管に三方弁を設け、該三方弁の一方を大気圧に開放すると共に、前記連結配管に結合する前記三方弁の残りの二方の圧力差が規定値以上になると、圧力の高い一方と大気圧に開放した一方が連通し、圧力の低い一方と大気圧に開放した一方の連通が遮断するように前記三方弁が切り替わることを特徴とする非常用復水器。
4. 請求項２又は３の非常用復水器において、
   前記液相部クロス配管に逆止弁を設け、前記非常用水タンクから前記バッファタンクへの水の逆流を防止することを特徴とする非常用復水器。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の非常用復水器において、
   前記各バッファタンクのそれぞれの液相部と注水配管で連結される注水原を設け、該注水源と前記バッファタンクの液面差に基づいて前記注水源からバッファタンクへ重力注水を可能とすると共に、前記注水配管に逆止弁を設け、前記バッファタンクから注水源への水の逆流を防止することを特徴とする非常用復水器。
6. 請求項２乃至５のいずれか１項に記載の非常用復水器において、
   前記各非常用水タンクに規定値以上の圧力で動作する安全弁を設け、前記非常用水タンク内の圧力が規定値以上になったら前記安全弁が動作して前記非常用水タンクを大気に開放することを特徴とする非常用復水器。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の非常用復水器において、
   前記バッファタンクの液面に、水領域と水蒸気領域を隔てる断熱構造の仕切り板を設けたことを特徴とする非常用復水器。
8. 原子炉と、該原子炉を囲う原子炉格納容器と、該原子炉格納容器の外部に設置され、前記原子炉の主蒸気配管に一方が連結されると共に、他方が前記原子炉に冷却水を給水する主給水配管に連結され、前記主蒸気配管の主蒸気を凝縮して前記主給水配管に戻す凝縮器及び該凝縮器を内蔵する非常用水タンクから成る非常用復水器とを備えた原子炉システムにおいて、
   前記非常用復水器は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の非常用復水器であることを特徴とする原子炉システム。

Images