JPH0587967A - 原子炉、その格納容器受動的冷却装置、並びに放射線漏洩減少方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受動的冷却を行う原子炉において、この受動
的冷却に必要とされる空気流を阻害することなく、漏洩
放射線量レベルを減少する方法及び装置を提供する。 【構成】 放射性物質を含むガスは貫通室２４から取り
入れられて、格納容器構造１０と遮蔽構造１２との間の
通路２０に送られる前に、フィルタ４６を通される。通
路２０内には、排出エアフォイル部１５、４０により低
圧力領域が形成される。この低圧力領域の作用によりガ
スを貫通室２４から吸引する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、原子炉の分野に関し、特に、
かかる原子炉からの放射線漏洩を減少するための改良型
装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術の説明】原子炉からの放射線の放出及び最大
放射線量（媒質に対する放射線被曝量の尺度）はＮＲＣ
（米国原子力委員会）により綿密に規制されている。典
型的な原子炉系統においては、このような放射線量の放
出を制限するために、通常幾つかの主要設備を含む該原
子炉系統の炉心の周囲に格納容器構造が設けられてい
る。しかし、放射線量レベルの更なる減少が要求もしく
は望まれる幾つかの場合においては、上記一次格納容器
構造を囲繞するように第２の格納容器構造が付加的に設
けられると共に、フィルタ及びファンが上記２つの格納
容器構造間に付加的に設けられる。

【０００３】また、原子炉の炉心により発生される熱を
消散する目的で、受動的冷却を利用している原子炉系統
がある。このような受動的冷却系においては、第２の格
納容器構造は実際的ではない。その理由は、この第２の
格納容器構造で、第１の格納容器に対する空気流が阻止
され、冷却が阻害されるからである。

【０００４】従って、このような受動的冷却に必要とさ
れる空気流を阻害することなく、受動的冷却を利用して
いる原子炉において漏洩放射線量レベルを減少すること
ができる方法或は装置に対する必要性が存在する。

【０００５】

【発明の概要】本発明は、特に事故状態下で、放射線の
放出もしくは漏洩及びそれに起因する原子炉施設外放射
線量（off-site dose)を大きく減少するために、現存の
格納容器冷却系の特性を利用する方法及び装置に向けら
れている。原子炉施設の貫通室(penetration room)から
取り込まれる空気は、放射性物質を除去するための木炭
フィルタを通される。フィルタから排出された空気は、
次いで、原子炉の上方の高い位置の箇所で原子炉プラン
トから排出される格納容器受動的冷却空気流と合流され
る。格納容器の受動的冷却空気流内に生ずる低圧領域
は、木炭フィルタを介して貫通室から空気を上記冷却空
気流内に取り込むのに必要な駆動力を発生する作用をす
る。更に、浮上性のある温風もしくは熱気の高い位置で
の排出で、消散による原子炉近傍での放射性被曝が更に
低減される。

【０００６】従って、本発明の目的は、原子炉の受動的
冷却系から放射線の放出もしくは漏洩を減少するための
方法及び装置を提供することにある。本発明の他の目的
は、原子炉温度上昇期間中における原子炉の貫通室内へ
の放射線漏洩量の大部分を除去する方法及び装置を提供
することにある。これ等の目的及び他の目的並びに利点
は、以下の好適な実施例に関する詳細な説明から当業者
には明らかになるであろう。

【０００７】

【好適な実施例の詳細な説明】以下、図面を参照し、本
発明の好適な実施例と関連して詳細に説明すが、図面
中、同じ参照数字は同じ要素を表すものとする。図１に
は、現在、原子力施設において使用されている典型的な
受動的冷却系が示してある。原子炉の主要な構成要素
は、格納容器構造１０内に格納されており、一方、該格
納容器構造１０は更に全体遮蔽構造１２により包囲され
ている。受動的冷却系において、格納容器構造１０の上
部部分は、バッフル１４により囲繞されており、該バッ
フル１４は格納容器構造１０と遮蔽構造１２との間に配
置されている。遮蔽構造１２は、１つ又は複数の空気入
口（開口）１６を備え、また、格納容器構造１０は、遮
蔽構造１２から上向きに突出して通常大気中に開口して
いる熱気排出ポート１８を備えている。

【０００８】このようにして、格納容器構造１０と遮蔽
構造１２との間には通路２０が画成され、それにより、
冷却ガスもしくは空気は、入口１６を介し遮蔽構造１２
内に流入し、バッフル１４の外側面に沿い、該バッフル
１４と遮蔽構造１２との間を下向きに流れ、バッフル１
４の底部の下側を通り、次いで、格納容器構造１０とバ
ッフル１４との間を経て上向きに流れ、最後に、熱気排
出ポート１８を介して大気中に流出することができる。
熱気の上昇流において、格納容器構造１０を介して消散
する熱は、格納容器構造１０とバッフル１４との間に存
在するガスを加熱し、その結果、該ガスは上昇し熱気排
出ポート１８を経て大気に流出する。熱ガスの上昇流に
伴って発生する部分的もしくは局所的圧力減少で、冷却
ガスが入口１６を介して通路２０内に更に引き込まれ
る。原子炉内に発生し格納容器構造１０から消散しなけ
ればならない熱が多くなればなる程、格納容器構造１０
とバッフル１４との間のガスはより迅速に加熱され、通
路２０を流れる冷却ガスの流速も増加する。

【０００９】この種の受動的冷却系の一例は、他の米国
特許第４,７５３,７７１号明細書の図４に開示してあ
る。

【００１０】このような受動的冷却系が設けられている
ために、運転中、格納容器構造１０から通路２０内に漏
洩する放射性物質或はガスは、一般に、熱気排出ポート
１８を経て遮蔽構造１２の頂部から流出することにな
る。

【００１１】更に、格納容器構造からの漏洩放射線の大
部分は、実際上、電気配線、導管、パイプ等々が存在す
る貫通室内部に、及び貫通室を経て発生すると考えられ
る。このような貫通室は、受動的冷却系から分離されて
おり、従って、該貫通室内部への漏洩放射線は受動的冷
却系を介して格納容器構造物の頂部から取り出されるこ
とはない。加えるに、事故により多量の熱が発生する傾
向があるので、事故によっても、格納容器構造１０内の
圧力が増加する傾向がある。この増加圧力及び熱は、放
射線漏洩の増加に至ることになる。

【００１２】図１の右下部分の領域が、図２に簡略な形
態で拡大して示されており、そしてこの図２には、本発
明の一実施例が示してある。図２を参照するに、図１に
おけると同様、格納容器構造１０と遮蔽構造１２との間
には、バッフル１４により通路２０が画成されている。
受動的冷却系で使用されているバッフル１４は、多くの
場合、通路２０内における圧力により生ずる流れを改善
する目的で、下縁部に取り付けられた翼状部もしくはエ
アフォイル部１５を備えている。

【００１３】典型的な原子炉プラントにおいては、床２
２により、通路２０は、１つ又は複数の貫通室２４から
分離されている。幾つかの機械的配管２６及び電気配線
２８は、一般に、格納容器構造１０から貫通室２４内に
入り該貫通室２４を貫通し、しかる後、遮蔽構造１２か
ら取り出されている。放射線漏洩の主たる原因は、格納
容器構造１０のこのような中断部もしは中断箇所にある
と考えられる。

【００１４】更に、このような貫通室２４は一般に、通
常のＨＶＡＣ系即ち換気空調系の運転のための入口３０
及び出口３２を有している。最後に、標準の原子炉にお
いては、格納容器構造１０の内部で、床２２に隙間を設
けることが要求される。この隙間は、格納容器構造が、
該格納容器構造内部における状態に依存し移動、膨張及
び収縮することを許容するためのものである。その結
果、通路２０を閉止し貫通室２４から封止するために
は、付加的なフランジ３４を設けなければならない。

【００１５】さて、本発明を具現する装置、その変更及
び改良について説明すると、現存の翼状部１５と関連
し、バッフル１４の下側部分の一体部分として付加的な
排出エアフォイル部（educto/airfoil）４０を構成する
のが好ましい。通路２０内におけるガス流の通常の方向
に対するこの排出エアフォイル部４０の形状により、格
納容器構造１０とバッフル１４との間で、且つ排出エア
フォイル部４０の後縁近傍で通路２０内に低圧力領域の
生成が助勢される。尚、排出エアフォイル部４０の正確
な形状は、当業者には明らかなように、必要に応じ変更
することができる。

【００１６】ダクト４２は、その一端が貫通室２４内に
開口し、他端が、通路２０内の低圧領域、或はその近傍
に開口するような形態で設けられている。１つの好適な
実施例においては、図２に示すように、ダクト４２の上
端には、バッフル１４を貫通した後に、排出エアフォイ
ル部４０の後縁又はその近傍で該排出エアフォイル部４
０と一体に形成されている。格納容器構造１０を介する
熱の消散に伴うガスの加熱及び排出エアフォイル部４０
の翼作用の組み合わせにより生ずる低圧領域は、ダクト
４２から付加的に気体物質を引き出し、それにより、貫
通室２４からダクト４２内にガスを吸い込むように作用
する。この有利な空気流の生成及び維持を助勢するため
に、付加的な配管（入口管）４４を設け、通路２０を、
ガスが下向きの方向に流れる該通路２０の箇所から貫通
室２４に接続する。かくして、冷気は、通路２０の外部
から貫通室２４内に引き込まれ、然る後、ダクト４２を
介し通路２０の対流空気流内に注入され、最終的には、
通路２０の空気流によって、遮蔽構造１２の頂部に設け
られている熱気排出ポート１８を介して大気に放出され
ることになる。

【００１７】ダクト４２には、それと一体に、フィルタ
４６が設けられており、このフィルタ４６は、ダクト４
２を通る気体物質を、通路２０内に流入する前にろ過す
る働きをする。このフィルタは、格納容器構造１０から
漏洩する恐れのある放射性物質の大部分を除去する効果
のある非常に微細な機械的フィルタ、木炭フィルタ或は
それ等の組み合わせとすることができる。

【００１８】更に、湿度が高いと、一般の木炭フィルタ
の有効性が阻害される可能性があるので、本発明の１つ
の好適な実施例においては、加熱用フィン４８を、格納
容器構造１０から貫通室２４内のダクト４２中に突出す
るように設けることができる。この加熱用フィン４８
は、格納容器構造１０の内部からの熱を、フィルタ４６
に流入する前のダクト４２内に流入する気体物質に伝達
し、それにより該気体物質を熱して、その相対湿度を減
少する働きをする。

【００１９】他方、格納容器構造１０から貫通室２４へ
の全熱入力を減少し、それにより、貫通室２４を比較的
に低い温度に維持し、受動的に配管４４を介するガスの
吸引を助勢する目的で、貫通室２４と格納容器構造１０
との間に絶縁部５０を付加的に設けることができる。

【００２０】フィルタ４６を流れる連続的なガス流もし
くは空気流は、殆どのフィルタの有効性もしくは効率を
減少する。従って、一対の事故時開放弁（fail-open va
lve)５２及び５４を、それぞれ、ダクト４２及び配管４
４に設置することができる。この事故時開放弁５２及び
５４は、それぞれ、ダクト４２及び配管４４に沿う任意
の箇所に配設することができ、閉状態おいては、ダクト
４２及び配管４４を通るガスの流れを阻止する作用をす
る。従って、１つの好適な実施例において、本発明の装
置は、事故や格納容器構造１０内における異常な熱上昇
が生じない場合には利用されないことになる。事故や異
常な熱上昇が生じた場合には、事故時開放弁５２及び５
４は、自動的に或は手動で開弁されて、それにより、格
納容器構造１０からの過剰の熱を、加熱用フィン４８に
より、通路２０内の空気流を加速したりダクト４２内に
流入する気体物質を加熱するのに利用することができ
る。同時に、通常のＨＶＡＣ系に対する入口３０及び出
口３２も、通常、このような事故或は熱上昇期間中は閉
ざされる。

【００２１】格納容器構造１０からの放射線漏洩を減少
する更に他の適宜な手段として、一般に、電気配線貫通
部や、設備及び作業員ハッチで用いられている二重シー
ル間の空間を加圧して、放射源からの漏洩を除去するた
めに、圧縮空気びん（図示せず）を使用することができ
よう。

【００２２】フィルタが設けられたダクト系を介し気体
物質を受動的冷却系の通路２０内に導入するという本発
明の概念は、付加的に設けた排出エアフォイル部４０が
存在しない場合でも有効であると考えられるが、受動的
冷却系の駆動力として作用する通路２０内の圧力差を増
すためには、このような排出エアフォイル部４０の使用
が有利である。本発明による装置が動作するためには、
フィルタ４６による流れ抵抗を克服するのに充分な圧力
差を発生しなければならない。典型的なフィルタにおい
ては、この圧力差は水柱５ｃｍ(２インチ)程度であろ
う。

【００２３】本発明の排出エアフォイル部４０は、格納
容器構造１０とバッフル１４との間に種々の方法の内の
任意の仕方で配設することができる。例えば、図２に示
した実施例においては、排出エアフォイル部４０は、翼
面がバッフル表面から外向きに延在するように、バッフ
ルに直接取り付けられている。ダクト４２の出口端をこ
のような排出エアフォイル部４０と一体的に形成するに
は、ダクト４２を、バッフル１４の周囲やバッフル１４
を貫通するように屈曲する必要があろう。

【００２４】他方、図３及び図４に示した別の実施例に
おいては、一対の排出エアフォイル部５６及び５８が格
納容器構造１０とバッフル１４との間に取り付けられ
て、ダクト４２の両側で通路２０を、２つの翼面間に挟
むように配置されている。この実施例においては、ダク
ト４２の出口は排出エアフォイル部５６及び５８と一体
に構成されてはおらず、該ダクト４２の出口は、低圧領
域が発生している該排出エアフォイル部間の箇所で開口
している。従って、ダクト４２を、バッフル１４の周囲
や該バッフル１４を貫通して曲げる必要はない。この実
施例においてはダクト４２は垂直な管として構成するこ
とができる。

【００２５】上の説明から明らかなように、ここに開示
した方法及び装置は、通常及び事故状態下で、放射線の
放出及びその結果生ずる原子炉施設外(off-site)放射線
量を顕著に減少する１つの手段を提供するものである。
以上、本発明をその実施例と関連して説明したが、本発
明は、単なる例示の目的でここに開示した実施例に制限
されるものではないと理解されたい。本発明の範囲内
で、種々の均等物或は設計変更が可能であり、これ等の
均等物や設計変更は本発明に包含されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来より知られている受動的冷却を用いた典型
的な原子炉の断面図。

【図２】本発明の装置の一実施例を示す簡略断面図。

【図３】本発明の装置の第２の実施例の簡略断面図。

【図４】図３の面４−４における同図に示した実施例の
断面図。

【符号の説明】

１０ 格納容器構造 １２ 遮蔽構造 １４ バッフル １５ 翼状部（エアフォイル部） １６ 空気入口（開口） １８ 熱気排出ポート ２０ 通路 ２４ 貫通室 ４０ 排出エアフォイル部 ４２ ダクト ４４ 入口管 ４６ フィルタ ４８ 加熱用フィン ５０ 絶縁部 ５２ 事故時開放弁 ５４ 事故時開放弁 ５６ エアフォイル部 ５８ エアフォイル部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナウム・アイ・アルパー アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、モン ロービル、コルゲート・ドライブ 1194

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遮蔽構造、該遮蔽構造内の格納容器構
   造、及び通路を有する原子炉で前記格納容器構造を冷却
   するために使用すべく、前記通路において、冷却ガス
   が、１つ又は複数の開口を介し前記原子炉の前記遮蔽構
   造の上部部分に取り込まれ、前記格納容器構造の外側
   で、前記遮蔽構造内に設けられている円筒状のバッフル
   の外面に沿い下方向に流され、次いで該バッフルの底部
   の周囲を通り、しかる後、前記格納容器構造と前記バッ
   フルとの間を上向きに、前記遮蔽構造に設けられている
   熱気排出ポートへと流れる、格納容器受動的冷却装置に
   おいて、 入口端及び出口端を有すると共に、前記格納容器構造と
   前記遮蔽構造との間で前記受動的冷却装置の下側に配設
   されている貫通室を、前記格納容器構造と前記バッフル
   との間に位置する前記通路内の箇所に接続する、ダクト
   と、 該ダクトを通流するガスをろ過するために、同ダクトと
   一体的に設けられて放射性物質を除去することが可能な
   フィルタと、 前記冷却ガスが下方向に流れる箇所で前記通路を前記貫
   通室に接続する入口管と、 を備えるように改良した原子炉の格納容器受動的冷却装
   置。
2. 【請求項２】 格納容器構造及び外部遮蔽構造を有する
   原子炉で使用するための受動的施設外放射線漏洩減少装
   置であって、 前記遮蔽構造の頂部に設けられた熱気排出ポートと、 前記遮蔽構造の上部部分にある１つ又は複数の開口と、 前記遮蔽構造内部で且つ前記格納容器構造の外部に設け
   られて、前記遮蔽構造、前記１つ又は複数の開口及び前
   記格納容器構造と協働して通路を画成するバッフルであ
   って、該通路により、冷却ガスを、前記１つ又は複数の
   開口を介し前記遮蔽構造内に引き入れ、前記バッフルの
   外面に沿い下方向に流し次いで該バッフルの底部の周囲
   を通り、しかる後、前記格納容器構造と前記バッフルと
   の間を上方向に流れ、前記熱気排出ポートを介して前記
   遮蔽構造から流出する、前記バッフルと、 入口端及び出口端を有すると共に、前記格納容器構造と
   前記遮蔽構造との間で前記通路の下方に配設された貫通
   室を、前記格納容器構造と前記バッフルとの間に位置す
   る前記通路内の箇所に接続する、ダクトと、 該ダクトを通流するガスをろ過するために、前記ダクト
   と一体的に設けられて放射性物質を除去することが可能
   なフィルタと、 前記通路を、前記ダクトの出口端よりも前記格納容器構
   造から更に離れている箇所で前記貫通室に接続する入口
   管と、 を含む、原子炉の受動的施設外放射線漏洩減少装置。
3. 【請求項３】 格納容器構造と外部遮蔽構造とを有し、
   更に受動的施設外放射線量減少装置を備える原子炉であ
   って、 前記遮蔽構造の頂部に設けられた熱気排出ポートと、 前記遮蔽構造の上部部分に設けられた１つ又は複数の開
   口と、 前記遮蔽構造内に設けられて該遮蔽構造及び前記格納容
   器構造と協働して通路を画成するバッフルであって、該
   通路により、冷却ガスを、前記１つ又は複数の開口を介
   して前記遮蔽構造内に引き込み、前記バッフルの外面に
   沿い下方向に流し次いで該バッフルの底部の周囲を通
   し、しかる後、前記格納容器構造と前記バッフルとの間
   を、前記熱気排出ポートへと上方向に流すことができ
   る、前記バッフルと、 入口端と事故時開放弁とを有するダクトであって、前記
   入口端は、前記格納容器構造と前記遮蔽構造との間で前
   記通路の下方に配設されている貫通室内に配置され、前
   記ダクトは、前記貫通室を、前記遮蔽構造と前記バッフ
   ルとの間に位置する前記通路内の出口箇所に接続する、
   前記ダクトと、 該ダクトを通流するガスをろ過するために同ダクトと一
   体的に設けられて放射性物質を除去することが可能なフ
   ィルタと、 前記入口端と前記フィルタとの間で前記格納容器構造に
   隣接して前記貫通室内に位置し、前記格納容器構造から
   内向きに前記ダクト内部に突出して前記格納容器構造か
   らの熱を前記ダクト内のガスに伝達する１つ又は複数の
   加熱用フィンを有する前記ダクトの一部と、 前記ダクトが前記格納容器構造に連接する箇所を除き前
   記貫通室を前記格納容器構造から絶縁するように設けら
   れた絶縁部と、 前記格納容器構造と前記バッフルとの間の箇所で前記通
   路内に設けられて、前記通路をガスが流れる際に前記ダ
   クトの出口箇所に低圧力領域を発生するように配列され
   た１つ又は複数のエアフォイル部と、 前記ダクトよりも前記格納容器構造から更に離間した箇
   所で前記貫通室に前記通路を接続する入口管と、 を備える原子炉。
4. 【請求項４】 １つ又は複数の開口を備えた遮蔽構造
   と、格納容器構造と、通路とを有し、該通路において、
   冷却ガスが、前記１つ又は複数の開口を介して前記原子
   炉の前記遮蔽構造の上部部分内に引き入れられ、前記遮
   蔽構造内に設けられた円筒状のバッフルの外面に沿い下
   方向に流され、次いで該バッフルの底部の周囲を流れ、
   しかる後、前記格納容器構造と前記バッフルとの間で、
   前記遮蔽構造に設けられた熱気排出ポートに向かい上向
   きに流れる構成の原子炉からの受動的放射線漏洩減少方
   法であって、 前記格納容器構造と前記遮蔽構成との間で前記通路の下
   方に配設された貫通室からのガスをろ過し、 ろ過されたガスを、前記格納容器構造と前記バッフルと
   の間の出口箇所で前記通路に受け渡し、 前記ガスは、前記格納容器構造と前記バッフルとの間の
   箇所で前記通路内に設けられた１つ又は複数のエアフォ
   イル部を用いて前記出口端に低圧力領域を発生すること
   により前記通路内に引き込まれる、 ように改良した原子炉の受動的放射線漏洩減少方法。