JP2020008541A - 事故時の原子炉の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】事故時に、原子炉の温度、圧力、水位を正常に保ち、放射能を出さないで、原子炉を連続的に運転できること。装置を軽量、安価、にし予備電力、予備水を少なくし、原子炉の停止、運転再開がボタン一つで自動的に２０秒程度で完成し要員やその訓練を無くすること。【解決手段】冷却装置には冷却器と調整器があり常時冷却器は水を上部まで入れ、調整器は水を１０％空気を９０％入れ待機する。待機中原子炉と冷却装置の圧力を等しくする。これにより各弁は同じ圧力の開閉となり、循環ポンプも同じ圧力の水の循環となるので機器を小型化し電力も少なく出来る。調整器の空気を抜いて冷却器に原子炉の蒸気を入れ冷却して水に変えて原子炉に戻す。原子炉の温度、圧力、水位を制御する機器を決め、冷却で全てを解決するようにしない。この場合、冷却装置の圧力と原子炉の圧力が等しいので事故時の停止、事故原因修理後の運転再開は全自動で２０秒程度で行う。【選択図】図１

Description

本発明は原子炉が事故時に過熱し爆発の危険性が出た時、稼働させる冷却装置（以下本文では冷却装置は本発明の冷却装置を意味する）に関する。

原子炉の事故時、爆発を防ぐためベント（以下本文ではベントとは放射能を含んだ蒸気を空中に放出する事を意味する）により住民に大きな被害をもたらしていた。
原子炉の事故時に原子炉本体を保護する発明はベントすることを前提に考案されたものが多い。

従来の事故時のみ使用する冷却システムは事故対応のため、蒸気弁と給水弁を閉じた状態である事が条件として明記されず、冷却システムを稼働すれば、温度、圧力、水位、はそれに付随して低下するので別々に制御していなかった。
事故時、多くの保守要員を必要とし、その訓練と費用は多く、従来の事故の経過を見れば分かるように心理的な動揺により簡単な観察、判断も出来ない。

特開２０１４−０７１０５４号広報 特開２０１４−０８５２２７号広報 特開２０１５−０７８８４７号広報 特開２０１５−１９４４１６号広報

事故時、原子炉爆発の危険を避けるためにベントする事なく原子炉の温度、圧力、水位を常時の基準値に保つこと。
事故時原子炉の給水弁と蒸気弁を閉じた状態で連続運転できる冷却装置を開発すること、この時使用する電力、水、要員を少なくし、装置を小型、軽量、安価、安全にしさらに、事故修理完了後の運転再開の時間を短縮する事が課題である。

原子炉には加圧型と沸騰水型があるが、原子炉を冷却することは同じなので本発明では沸騰水型原子炉について記述する。
事故時原子炉が過熱した場合、事故時のみ使用する冷却システムにより原子炉の温度を下げ、蒸気を水に戻して安全を確保する。
この場合全ての冷却装置の弁の負荷を少なくするために、冷却装置の内部圧力と原子炉の圧力を同じにし、弁を小型軽量安価にする。

常時は冷却装置の冷却器の上部まで水を満たし、調整器には原子炉と同じ圧力の空気を蓄え、装置全体を原子炉の圧力と同じ圧力にして事故を待つ。
事故時、調整器の空気の量を空気圧ポンプと空気弁で制御して冷却器と原子炉の圧力が等しい状態で原子炉の水位を制御する。
原子炉の温度を冷却装置の冷却水の流量と循環ポンプの流量で制御する。
原子炉の水位が下がる場合は給水口から給水する。
このように原子炉の温度、水位、圧力、の目標値に対し制御する機器が決められているため従来のように冷却すれば全て低下するのでよしではない。

事故時原子炉の蒸気弁と給水弁を閉じ、発電機や復水器を停止した状態で原子炉の温度、圧力、水位を規定値に保ち原子炉を連続運転させる。
本発明の冷却装置は７０気圧、４００度の水を６０気圧３００度にする程度で、高温高圧の蒸気を低温の冷却水で冷却するため、冷却が容易で冷却器は小さくなり、冷却器の入口と出口の圧力差も１気圧以下のため非常用電源は従来の原子炉の給水機と復水器の０．５％程度である。

事故対応の設備が小型安価でありボタン一つで自動的に稼働するため保守要員の必要は無く、安定までの時間は２０秒程度であり、事故時の原子炉の温度、水位、圧力、の変動は無く、制御目的とこれを制御するための機器がはっきり関連付けされているので、従来のように冷却すれば全てが解決するような曖昧な制御ではない。
事故時のみ使用する、電力、水、は従来の０．５％程度であるが、念のため多少の予備を持つことは良い。
事故原因を修理後はボタン一つで２０秒程度で運転再開出来る。

は本発明の冷却装置を原子炉に取り付けた場合の原理図である。

図１において原子炉１は既設の沸騰水型原子炉である。（加圧式でも同じである）
既設の蒸気弁と給水弁の原子炉側に、本発明の冷却装置の蒸気弁７と給水弁４を設置し、事故時既設の蒸気弁と給水弁を閉じた状態で本発明の冷却装置を運転する。

常時の待機状態では、給水口１５から水を入れて冷却器１７の上部まで水を満たし、調整器５に水１３を１０％空気１１を９０％程度入れた状態で、空気弁１０と空気ポンプ９を操作して空気１１の圧力を原子炉１の内部圧力と等しくする。
その後原子炉１の圧力と同じになるよう空気１１の量を常時制御し続ける。
その後蒸気弁７と給水弁４と給水弁１６と空気弁１０を閉じ事故発生まで待機する。
事故時には、蒸気弁７給水弁４給水弁１６空気弁１０を開いて調整器５の空気１１を抜き、冷却器１７に原子炉１の蒸気２を入れて冷却し冷却器１７の蒸気２１を水２２に変えて循環ポンプ６で原子炉１に給水する。
冷却器１７の冷却管１８に冷却水１９、２０または空気を通して蒸気２１を冷却する。

調整器５にセパレーター１２を取り付け、調整器５の水１３と空気１１を分離する。
空気ポンプ９は調整器５に空気を送り、調整器５の空気１１の圧力を原子炉１の圧力と同じにしながら、空気弁１０と空気ポンプ９を制御して原子炉１の水位を調整する。
このように原子炉１の水位は調整器５の空気弁１０と空気ポンプ９によって制御し、温度は冷却器１７の冷却水１９，２０の量と循環ポンプ６の出力により制御し、圧力は温度に比例するので温度を制御すれば制御できるが、圧力だけ高く温度が低い状態で圧力だけ低くしたい場合には調整器の空気１１を抜いて原子炉１の蒸気を冷却器１７に入れ、循環ポンプ６の出力を上げる。

これにより原子炉１の蒸気２の温度は常時の目標値より低下するが、圧力も低下する。
通常ではありえない事であるが、水が少なくなった時は給水口１５から給水する。
通常ではありえない事であるが、水または蒸気が多すぎる場合は給水口１５から放出する。
この場合も放出した水や蒸気を一時別のタンクに蓄えて冷却し蒸気等を大気に放出しない。

図１の場合冷却器１７は蒸気を外に冷却管１８を内部に入れた場合であるが、逆に冷却水を外に蒸気管１８を内部に入れても同じ動作になる。
事故時上記の設備を稼働するには、ボタン一つで自動的に行い保守要員を必要とせず、安定状態までの時間も２０秒程度である。

１ 原子炉
２ 蒸気
３ 水
４ 給水弁
５ 調整器
６ 循環ポンプ
７ 蒸気弁
８ パイプ
９ 空気ポンプ
１０ 空気弁
１１ 空気
１２ セパレーター
１３ 水
１４ パイプ
１５ 給水口
１６ 給水弁
１７ 冷却器
１８ 冷却管
１９ 冷却水
２０ 冷却水
２１ 蒸気
２２ 水

Claims (2)

1. 従来構造の原子炉に別に独立した本発明の冷却装置を設置し原子炉の事故時、従来構造の原子炉の蒸気弁と給水弁を閉じた状態でも、上記冷却装置を稼働させることを特徴とする原子炉の冷却装置
2. １、本発明の冷却装置は、従来構造の原子炉の蒸気弁と給水弁を閉じた場合でも、蒸気および水を通す蒸気弁と給水弁を持つこと。
   ２、本発明の冷却装置は蒸気または水を冷却する冷却器を持ち、この冷却器には常時上部まで水を入れること。
   ３、本発明の冷却装置は調整器を持ち、調整器に常時水を１０％程度入れ、空気または窒素ガスを９０％程度入れること。
   ４、正常運転中は本発明の冷却装置の全ての弁を閉じた状態で原子炉の圧力と本発明の冷却装置の内部圧力を等しくすること。
   ５、事故時原子炉の既設の蒸気弁と給水弁を閉じた状態で原子炉の温度を制御目標として冷却装置の冷却水の量と循環ポンプの水量を制御し、原子炉の圧力を制御目標として調整器の空気または窒素ガスの量を制御し、原子炉の水位を制御目標として冷却装置の給水口からの水の出し入れを制御すること。
   ただし、事故が軽微な場合は原子炉の既設の蒸気弁と給水弁を開いて本発明の冷却装置を並列運転する場合もある。
   上記１，２，３，４，５，の条件を同時に使用する原子炉の冷却装置
   上記項目１，２，を同時に使用する原子炉の冷却装置

Images