JPH03180799A - 原子炉系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は原子炉およびそれの格納容器に関するものであ
って、更に詳しく言えば、）種以上の機能障害の発生時
に格納容器から受動的に熟を除去するための技術に関す
る。

１９８９年３月２０日に提出されかつ本発明の場合と同
じ譲受人に譲渡された米国特許出願第０７／３２５７２
９号明細書中には、原子炉容器内における冷却材の喪失
や主蒸気管の破損のごとき事故の発生に際し、かかる事
故に伴って発生する初期熱を放散させると共に、崩壊熱
くすなわち、数日間または数週間にわたり燃料棒の崩壊
反応によって発生する熱〉をも放散させるように働く原
子炉系が開示されている。

以前に開示された原子炉系においては、初期熱の放散は
次のようにして行われる。原子炉の圧力容器内において
発生した蒸気は密閉空間を成すサプレッションプール内
に放出される。かかる蒸気が凝縮する結果、熱はサプレ
ッションプール内の水に伝達される。圧力容器内の圧力
が所定のレベルにまで低下した後、重力作動冷却系プー
ル内の水が重力の作用下で圧力容器内に流入し、そして
圧力容器内に起こった冷却材の喪失を回復させる。

なお、重力作動冷却系プールの高さは圧力容器内におけ
る低下後の圧力値に打勝つだけの水頭を生み出すのに十
分なものである。以前の原子炉系においては、圧力容器
よりも上方に配置された大量の水の中に１台以上の隔離
凝縮器が沈められている。かかる水は大気中に開放され
ている結果、隔離凝縮器を通過する加熱された媒質から
の熱伝達によって生じた蒸気は大気中に放出することが
できる。このような熱伝達は、圧力容器と隔離凝縮器の
入口側とを連結する隔離管路を通して圧力容器からの蒸
気が隔離′ａ縮器内に流入することによって達成される
。この場合、隔離凝縮器は初期熱を放散させるために役
立つのである。隔′ｌｉ凝縮器からの復水は、隔離凝縮
器の出口側と圧力容器とを連結する帰り管路によって圧
力容器に戻される。

また、原子炉系内の減圧管路が開放されることにより、
圧力容器を包囲するドライウェル内に蒸気を放出するこ
とができる。やがて、圧力容器の冷却により、ドライウ
ェル内の蒸気圧力は圧力容器内の蒸気圧力よりも高くな
る。その結果、ドライウェルからの蒸気が減圧管路、圧
力容器および隔離管路を通って隔離凝縮器内に流れ込み
、そこにおいて凝縮されることになる。このようにして
、一定期間にわたって崩壊熱が放散させられるのである
。

以前に開示された原子炉系の構成および動作は、事故が
発生した際に隔離凝縮器によって冷却が行われるための
一条件として、隔離管路および帰り管路の一方または両
方並びに隔離凝ｍ器のガス抜き管路中に存在する弁を自
動的もしくは手動的に開放することを必要とするもので
ある。しかるに、自動化制御および（または〉人間の関
与は正しく機能しないことがあるのであって、隔離凝縮
器の動作はそれらの弁が機能するという条件下において
受動的であるに過ぎない。また、格納空間から隔Ｎ凝縮
器を通して熱の放散が開始されるのは事故の発生からあ
る程度の時間が経過した後であることにも注意されたい
。

発明の目的および要約 本発明の目的の１つは、事故または機能障害の発生時に
原子炉およびそれの格納空間から熱を除去するための原
子炉系における熱除去能力を改善することにある。

また、正しく機能しないことのある自動化制御および（
または〉人間の関与が排除されるようにして格納空間か
らの熱除去を行うための完全に受動的な手段を提供する
ことも本発明の目的の１つである。

更にまた、原子炉の格納空間内に配置され、かつ常に熱
交換可能な状態で格納空間と連通している結果、格納空
間内に存在する加熱された流体が格納容器の構造の健全
性に影響を及ぼす前に該流体を冷却手段に導いて冷却す
ることができるような熱除去手段を提供することも本発
明の目的の１つである。

本発明に従って簡単に述べれば、内部に原子炉の圧力容
器を収容した格納容器を含むような原子炉系が提供され
る。かかる原子炉系は、冷却材の喪失や主蒸気管の破損
のごとき事故の発生時に放出された蒸気を凝縮させて圧
力容器内の圧力を低下させるために役立つサプレッショ
ンプールを含んでいる。また、蒸気は格納空間内にも直
接に放出され、それによって圧力容器内の圧力は一層低
下させられる。

圧力容器内の圧力が所定の値にまで低下すると、かかる
所定の圧力値に対抗して水の流入を可能にするだけの水
頭を生み出すのに十分な高さに配置された重力作動冷却
系プール内の水が圧力容器内に流入し、それによって燃
料棒が水中に沈められる。また、１台以上の隔離凝縮器
が圧力容器よりもある距離だけ高い位置に配置された大
量の水の中に沈められている。少なくとも１台の隔離凝
縮器の入口は、格納容器の内部に配置された開放流入導
管に連結されている。その結果、事故が発生して蒸気が
格納容器内に放出された場合にはいつでも、格納空間内
の蒸気は隔離凝縮器に流入して冷却されることになる。

隔Ｍ凝縮器が沈められた大量の水は大気中に開放されて
いるから、隔離凝縮器内における蒸気の凝縮は水を沸騰
させ、それによって生じた蒸気は環境汚染の危険なしに
大気中に放出される。隔８ｉ凝縮器内において起こる冷
却の結果として生じた復水はサプレッションプールに戻
され、また蒸気中に存在する非凝縮性ガスは復水から分
離されてサプレッションプールに戻される。

本発明の実施の一態様に従えば、内部に原子炉を収容し
た格納容器を含むような原子炉系において、（ａ）熱交
換器、（ｂ）前記熱交換器を包囲する水プール、（ｃ）
前記水プールからの蒸気を前記格納容器の外部環境に逃
がすためのガス抜き手段、（ｄ）前記格納容器の内部に
配置されかつ前記熱交換器に連通ずる開放流入導管であ
って、前記格納容器内に存在する加熱された流体を前記
熱交換器内に導入して冷却するために役立つ開放流入導
管、並びに（ｅ）冷却された流体を前記熱交換器から前
記格納容器内の回収空間に戻すための流体戻し手段の諸
要素を含むことを特徴とする原子炉系が提供される。加
熱された流体を隔離凝縮器内に導入するための開放流入
導管および冷却された流体を回収空間に戻すための手段
が使用される結果、事故の発生時には、格納空間内の熱
の放散を即座に開始する完全に受動的な手段が得られる
ことになる。なお、回収空間はサプレッションプールか
ら戒り、また冷却された流体を回収空間に戻すための手
段は非閉塞性の冷却流体戻し導管から成るのが好都合で
ある。

更にまた、冷却流体戻し導管中に復水／非凝縮性ガス分
離手段を配置することもできる。それにより、かかる分
離手段から得られた非凝縮性ガスはガス抜き管路を通し
てサプレッションプールに戻される。

本発明の別の実施の態様に従えば、内部に原子炉の圧力
容器を収容した格納容器を含むような原子炉系において
、（ａ）複数の熱交換器、（ｂ）前記熱交換器の各々を
包囲する水プール、（ｃ）前記水プールからの蒸気を前
記格納容器の外部環境に逃がすためのガス抜き手段、（
ｄ）前記格納容器の内部に配置されかつ少なくとも１台
の熱交換器に連通ずる開放流入導管であって、前記格納
容器内に存在する加熱された流体を前記１台の熱交換器
内に導入して冷却するために役立つ開放流入導管、（ｅ
）冷却された流体を前記１台の熱交換器から前記格納容
器内の回収空間に戻すための流体戻し手段、（ｆ）前記
圧力容器と少なくとも１台の別の熱交換器とを連結し、
それによって前記圧力容器内に存在する加熱された流体
を前記別の熱交換器に輸送して冷却するための隔離管路
、並びに（ｇ）前記別の熱交換器と前記圧力容器とを連
結し、それによって冷却された流体を前記別の熱交換器
から前記圧力容器に戻すための帰り管路の諸要素を含む
ことを特徴とする原子炉系が提供される。

本発明の上記およびその他の目的、特徴並びに利点は、
添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば自
ら明らかとなろう。なお、図面中においては、同じ構成
要素は同じ参照番号によって指示されている。

好適な実施の態様の詳細な説明 第１図には、米国特許出願第０７／３２５７２９号に基
づく原子炉系１０が示されている。かかる原子炉系１０
は格納容器１４によって規定される格納空間内に配置さ
れた圧力容器１２を含んでいる。なお、図中には格納容
器１４の一部分のみが示されているが、言うまでもなく
、格納容器１４は機能障害または事故の結果としてその
内部に発生することのあるいかなる圧力にも耐えるだけ
の強度を持った強化構造物である。所望の目的のために
使用すべき蒸気は主蒸気管路１６を通して使用地点にま
で輸送されるが、この主蒸気管路１６には減圧弁３２お
よび安全リリーフ弁２０が設けられている。圧力容器１
２は格納空間のドライウェル１８内に配置されており、
またドライウェル１８は水２４の入ったサプレッション
プール２２を含む環状構造物によって包囲されている。

圧力容器の破裂または下流位置における主蒸気管路の破
損が発生した場合には、排出管２８を通して蒸気をサプ
レッションプール２２内に導入して凝縮させることによ
り、圧力容器１２内の圧力容器を低下させることができ
る。また、主蒸気管路の大規模な破損または圧力容器の
破裂の結果として格納空間内に流入した高圧蒸気は、水
２４の表面よりも下方の位置においてサプレッションプ
ール２２の室内に通じる水平のガス抜き穴とドライウェ
ルとを連絡するガス抜き管（図示せず〉を通してサプレ
ッションプール２２内に流入することもテ できる、かかる手段は、１９８９年ｊ月１１日に提出さ
れかつ本件の出願人によって所有された「格納容器から
の受動的な熱除去」と称する米国特許出願の明細書中に
記載されている。サプレッションプール２２の大きさは
、水２４の表面上に圧縮可能なヘッドスペースを付与す
る実質的な量の気体空間２６を有するように設定されて
いる。

サプレッションプール２２よりも一定の距離だけ上方の
位置には、圧力容器の破裂に際して燃料棒の上端よりも
実質的に上方の深さまで注水を行うのに十分な量の水３
６を含んだ重力作動冷却系プール３４が配置されている
。重力作動冷却系ブール３４と圧力容器１２とを連結す
る管路中には、通常は閉鎖された制御弁３８が設けられ
ている。

更にまた、サプレッションプール２２と圧力容器１２と
は均等化管！＋５４により連結されていて、この管路中
には通常は閉鎖された弁５６および逆止め弁５８が設け
られている。逆止め弁５８は、弁５６が開いている場合
、圧力容器１２または重力作動冷却系ブール３４からサ
プレッションプール２２に水が逆流するのを防止するた
めに役立つ。

第１図の原子炉系はまた、大量の水５０の入った隔離プ
ール４８内に沈められた隔離凝縮器４０をも含んでいる
。隔離プール４８は、煙突５２を通して大気中に開放さ
れている。隔離凝縮器４０の入口は隔離管路４２および
隔離弁４４を介して圧力容器１２に連結されている。他
方、隔離凝縮器４０の出口は隔Ｆｔり管路４６によって
圧力容器１２に連結されている結果、復水は隔離凝縮器
４０から圧力容器１２に戻すことができる。隔離帰り管
路４６中には弁４７および復水／非凝縮性ガス分離室６
０が設けられている。かかる分離室６０から得られた非
凝縮性ガスは、通常は閉鎖されたガス抜き弁６４を含む
ガス抜き管路６２を通してサプレッションプール２２内
に放出される。圧力容器内における冷却材の喪失または
主蒸気管の破損のごとき機能障害が発生すると、安全リ
リーフ弁２０が開放され、従って原子炉からの蒸気はサ
プレッションプール２２内に導かれる９それによって蒸
気が凝縮する結果、実質的な量の初期熱の放散が遠戚さ
れる。このようにして蒸気が放出されることによって、
圧力容器１２内の圧力が低下し、また減圧弁３２が開放
されることによっても圧力は更に低下することになる。

その結果、重力作動冷却系プール３４内の水頭が圧力容
器１２内における低下した圧力に打勝つのに十分なもの
となるから、冷却水が重力作動冷却系プール３４から圧
力容器１２内に流入し、それによって炉心が完全に水中
に沈められることになる。なお、弁３８は減圧弁３２と
ほぼ同時に開放される。

熱の放散はまた、隔離凝縮器４０においても行われる。

通常、隔離弁４４は開いており、また弁４７および６４
は閉じている。事故が発生すると、弁４７および６４が
開放される結果、圧力容器１２からの蒸気は隔離凝縮器
４０内に流入し、それにより冷却されて凝縮する。その
際に伝達される熱によって水５０の一部が沸騰するが、
こうして生じた蒸気は煙突５２によって大気中６ご放出
される。長期にわたる崩壊熱の放散は隔離凝縮器４０に
おいて行われる。隔離凝縮器４０からの復水は隔離帰り
管路４６を通して圧力容器１２に戻される一方、非凝縮
性ガスはガス抜き管路６２を通してサプレッションプー
ル２２に戻される。圧力容器１２内の圧力が格納空間内
の圧力よりも低いレベルにまで低下すると、減圧弁３２
が開いているため、格納空間内に存在する蒸気は減圧弁
３２を通って圧力容器１２内に流入し、次いで隔離凝縮
器４０に移動して冷却される。かかる原子炉系において
は複数の隔離凝縮器を使用することができるが、１基の
原子炉に対応して４台の隔離凝縮器が使用されるのが最
も普通である。

第１図の原子炉系においては、放熱のために役立つ隔離
凝縮器との連絡（とりわけ、格納空間と隔離凝縮器との
連絡）は圧力容器を介してのみ達成されることが認めら
れよう。更にまた、格納空間と隔離凝縮器との連絡は、
圧力容器内の圧力が格納空間内の圧力よりも低くなって
初めて遠戚されるのである。本発明は第１図の原子炉系
の改良に関するものであって、事故の発生に際して格納
容器内に存在する蒸気を隔離凝縮器によって即座に冷却
することを可能にすると共に、自動的または手動的な制
御に頼らずに動作する完全に受動的な熱除去系を実現し
、それによって事故発生の直後において格納空間内に放
熱応答が確実に得られるようにするものである。本発明
においては、第１図の原子炉系に含まれる複数の隔離凝
縮器のうちの少なくとも１台（通例は２台）が第２図に
示されるごとくに構成される。

第２図に関連して説明すれば、原子炉系１０は第１図の
原子炉系と共通するｍｔ要素を含んでいるから、それら
を指示するためには同じ参照番号が使用されている。と
は言え、第２図の原子炉系においては、第１図の原子炉
系において使用された弁の全てが使用されているわけで
はないことに注意されたい９本発明に従えば、隔離管路
４２は圧力容器１２に連結されているのではなく、開放
流入導管を成している。すなわち、開放流入導管４２の
開放端は開放流入導管４２および隔離凝縮器４０内への
対流による蒸気の流入を容易にするため格納空間内の高
所に配置されている一方、それの他端は隔離凝縮器４０
の入口に連結されている。隔離凝縮器４０から流出する
復水を導くための隔離帰り管路４６は冷却流体戻し導管
から戒っていて、それの一端は隔りｌ縮器４０の出口に
連結されており、またそれの他端は格納容器の回収空間
〈すなわち、サプレッションプール２２〉内に位置して
いる。開放流入導管４２および冷却流体戻し導管４６は
いずれも非閉塞性のものであって、隔離凝縮器４０内へ
の蒸気の流入または隔離凝縮器４０からの復水の流出を
妨げることのある弁やその他の部品を全く含んでいない
。なお、冷却流体戻し導管４６の下端はサプレッション
プール２２内の通常の水位よりも一定の距離だけ下方の
位置に沈められている。

冷却流体戻し導管４６中に設けられた分離室６０は、冷
却流体戻し導管４６内の流れを遮ることのある部品を全
く含んでいない。これは、単に、隔離凝縮器４０の出口
において復水を集めて冷却流体戻し導管４６内に直接に
流出させるために役立つものに過ぎない。分離室６０は
また、空気のごとき非凝縮性ガスを集め、そしてガス抜
き管路６２を通してそれをサプレッションプール２２内
に導く、なお、ガス抜き管路６２の下端はサプレッショ
ンプール２２内の通常の水位よりも下方に沈められてい
るが、それは冷却流体戻し導管４２の下端よりも上方に
位置している。

サプレッションプール２２、重力作動冷却系プール３４
、均等化管路５４、安全リリーフ弁２０、減圧弁３２お
よびバキュームブレーカ弁３０の目的および動作は、第
１図の原子炉系の場合と同じである。第２図に示された
ような構成を有する少なくとも１台の隔離凝縮器を原子
炉系内に設けることの主たる利点は、かかる原子炉系が
原子炉格納空間内に侵入する大量の熟を即座に処理し得
ると共に、それの動作が他の放熱手段や放熱装置に依存
しないことにある。すなわち、かかる原子炉系は自動化
制御または人間の関与を必要としない完全に受動的なも
のであるから、然の存在に対して即座の応答を示し得る
のである。

本発明の別の実施の態様の従えば、複数の隔離凝縮器を
含む原子炉系が提供される。この場合、少なくとも１台
の隔離凝縮器は第２図に示されたような構成のものであ
り、また少なくとも１台の別の隔離凝縮器は第１図に示
されたような構成のものである。このように構成の相異
なる隔離凝縮器を使用すれば、初期熱および崩壊熱の両
方を放散させるという目的を果たすのに際し、原子炉系
の融通性を最大限にまで高めることができる。

以上、添付の図面を参照しながら本発明の好適な実施の
態様を説明したが、本発明はかかる特定の実施の態様の
みに限定されるわけではない、すなわち、前記特許請求
の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱するこ
となしに各種の変更態様が可能であることは当業者にと
って自明であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は米国特許出願系０７／３２５７２９号明細書中
に開示された構成の原子炉系を示す略図、そして第２図
は本発明に基づく格納空間からの受動的熱除去能力を有
する原子炉系を示す略図である。 図中、１０は原子炉系、１２は圧力容器、１４は格納容
器、１６は主蒸気管路、１８はドライウェル、２０は安
全リリーフ弁、２２はサプレッションプール、２４は水
、２６は気体空間、２８は排出管、３０はバキュームブ
レーカ弁、３２は減圧弁、３４は重力作動冷却系プール
、３６は水、３８は制御弁、４０は隔離凝縮器、４２は
開放流入導管、４６は冷却流体戻し導管、４８は隔離プ
ール、５０は水、５２は煙突、５４は均等化管路、５６
は弁、５８は逆止め弁、６０は分離室、そして６２はガ
ス抜き管路を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部に原子炉を収容した格納容器を含むような原子
   炉系において、（ａ）熱交換器、（ｂ）前記熱交換器を
   包囲する水プール、（ｃ）前記水プールからの蒸気を前
   記格納容器の外部環境に逃がすためのガス抜き手段、（
   ｄ）前記格納容器の内部に配置されかつ前記熱交換器に
   連通する開放流入導管であって、前記格納容器内に存在
   する加熱された流体を前記熱交換器内に導入して冷却す
   るために役立つ開放流入導管、並びに（ｅ）冷却された
   流体を前記熱交換器から前記格納容器内の回収空間に戻
   すための流体戻し手段の諸要素を含むことを特徴とする
   原子炉系。 ２、前記格納容器内にサプレッションプールが存在し、
   かつ前記サプレッションプール内に一定量の水が含まれ
   る場合において、冷却された流体が戻される前記回収空
   間が前記サプレッションプールから成る請求項１記載の
   原子炉系。 ３、一端が前記熱交換器の出口に連結されかつ他端が前
   記回収空間内に位置しているような非閉塞性の冷却流体
   戻し導管から前記流体戻し手段が成る請求項２記載の原
   子炉系。 ４、前記冷却流体戻し導管の前記他端の出口が前記サプ
   レッションプール内の通常の水位よりも一定の距離だけ
   下方の位置に沈められている請求項３記載の原子炉系。 ５、前記冷却流体戻し導管中に配置された復水／非凝縮
   性ガス分離手段が追加包含されていて、前記分離手段か
   らの復水は前記冷却流体戻し導管の前記他端に導かれる
   一方、前記分離手段からの非凝縮性ガスは一端が前記分
   離手段に連結されかつ他端が前記サプレッションプール
   内に位置するガス抜き管路によって導かれる請求項４記
   載の原子炉系。 ６、前記ガス抜き管路の前記他端の出口が前記サプレッ
   ションプール内の通常の水位よりも一定の距離だけ下方
   に沈められている請求項５記載の原子炉系。 ７、前記ガス抜き管路の前記他端の出口を前記サプレッ
   ションプール内の通常の水位よりも下方に沈めた深さが
   前記冷却流体戻し導管の前記他端の出口を沈めた深さよ
   りも小さい請求項６記載の原子炉系。 ８、内部に原子炉の圧力容器を収容した格納容器を含む
   ような原子炉系において、（ａ）複数の熱交換器、（ｂ
   ）前記熱交換器の各々を包囲する水プール、（ｃ）前記
   水プールからの蒸気を前記格納容器の外部環境に逃がす
   ためのガス抜き手段、（ｄ）前記格納容器の内部に配置
   されかつ少なくとも１台の熱交換器に連通する開放流入
   導管であって、前記格納容器内に存在する加熱された流
   体を前記１台の熱交換器内に導入して冷却するために役
   立つ開放流入導管、（ｅ）冷却された流体を前記１台の
   熱交換器から前記格納容器内の回収空間に戻すための流
   体戻し手段、（ｆ）前記圧力容器と少なくとも１台の別
   の熱交換器とを連結し、それによって前記圧力容器内に
   存在する加熱された流体を前記別の熱交換器に輸送して
   冷却するための隔離管路、並びに（ｇ）前記別の熱交換
   器と前記圧力容器とを連結し、それによつて冷却された
   流体を前記別の熱交換器から前記圧力容器に戻すための
   帰り管路の諸要素を含むことを特徴とする原子炉系。