JPH0740073B2 - 自動減圧系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水型原子力発電所における非常用炉心冷却
系の自動減圧系に係り、特に、給水系事故時についても
自動起動するように改良した自動減圧系に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、沸騰水型原子力発電所では種々の安全設備が２
重、３重に装備され、極めて高度な安全対策が施されて
いる。

万一原子力発電所内に重大事故やその他異常事態が発生
した場合でも核分裂生成物が外部環境に放出されたり、
一般公衆に放射線被曝のリスクを僅かでも与えることが
ないように配慮されている。

沸騰水型原子力発電所では上述の安全設備の１つとして
非常用炉心冷却系（ECCS:Emergency Core Cooling Syst
em）や原子炉格納容器がある。

非常用炉心冷却系は冷却水再循環系配管の破断に伴う冷
却材喪失事故（LOCA:Loss of Coolant Accident）が生
じた場合にも炉心を十分に冷却し、この炉心に装荷され
た炉心燃料の温度を規定値以下に抑えるものである。

また原子炉格納容器は万一、炉心冷却が十分に行なわれ
ない場合にも、炉心燃料から核分裂生成物が外部環境に
放出されないように封じ込めるものである。

沸騰水型原子力発電所における最大事故として想定され
る冷却材喪失事故（LOCA）としては、原子炉の運転中に
再循環配管が瞬時に完全破断した場合が挙げられる。

この再循環配管は原子炉圧力容器内の冷却材に再循環ポ
ンプにより、強制的な循環流を生ぜしめ、炉心燃料を有
効に冷却させるものである。しかし、この再循環配管が
大破断した場合を想定すると、通常運転時約70気圧の高
圧に保持されている原子炉圧力容器内の冷却材はこの配
管破断口から急激に流出するため、原子炉内の水位が低
下して炉心部が露出した状態になる。この配管破断事故
と同時に各種安全設備が作動し、原子炉の核反応は停止
される。

そして、原子炉運転中に既に炉心に装荷された核分裂生
成物の核反応に伴う大量の崩壊熱が残留するために露出
した炉心は急速に溶融され、この炉心部からかなりの核
分裂生成物が放出されるという最悪事態を招くことにな
る。

非常用炉心冷却系（ECCS）は再循環配管破断事故に対す
る安全設備であり、この冷却系は高圧炉心スプレイ系、
低圧炉心スプレイ系、低圧注水系および自動減圧系の相
互に独立した複数の系統より構成されている。

上記高圧炉心スプレイ系はサプレッションプール水等を
高圧ポンプにより原子炉圧力容器内に導入し、炉心の核
燃料物質に直接冷却材をスプレイして注入し、炉心を再
冠水させ、炉心燃料が溶融するのを防止するものであ
る。

この高圧炉心スプレイ系では原子炉水位が回復しない場
合でかつ原子炉圧力が十分に低いときは上記低圧炉心ス
プレイ系の低圧ポンプにより炉心部にサプレッションプ
ール水をスプレイする。同時に上記低圧注水系を起動せ
しめサプレッションプール水を炉水に注入して炉心を冠
水させる。

非常用炉心冷却系は例えば低圧注水系に３台、高圧スプ
レイ系および低圧スプレイ系が各１台のポンプを設けて
いる。このことは、再循環配管が瞬時完全破断する大配
管破断時に必要とされる非常用炉心冷却系のポンプ台数
が１〜２台であることからすればかなり余裕をもってポ
ンプを配設していることを示している。

このように現在の沸騰水型原子力発電所は事故に対し十
分な安全対策を施し、多重の安全設備を張り巡らしてい
る。

ところで、上記再循環配管に部分的に破損するような局
所的破断に伴う冷却材喪失事故（以下、これを中小破断
事故という。）が発生した場合は、上述の高圧スプレイ
系は直ちに作動するが、低圧注水系等低圧系は作動しな
い。

すなわち、中小破断事故では再循環配管の破断面積が小
さく、かつ液相での破断であるために原子炉の炉内圧力
は高圧状態に維持されている。このため高圧ポンプは作
動するが低圧ポンプは原子炉圧力容器内の圧力が低下す
るまで作動し得ないためである。

上記高圧ポンプは例えば第４図の符号Ａで示す特性を有
し、いかなる原子炉の炉圧力に対しても冷却材の注入は
可能である。一方低圧ポンプは例えば第４図符号Ｂで示
す特性を有し、原子炉圧力が高い場合は冷却材の注入が
殆ど不可能となる。

したがって、第４図に示すように中小配管破断事故が発
生した場合は低圧ポンプは機能し得ず、この低圧ポンプ
を有する低圧注水系等の低圧系は起動しない。その結果
高圧スプレイ系の１台の高圧ポンプのみが作動する。

したがって、この高圧ポンプの故障を想定する場合には
この原子炉の圧力を強制的に減圧する安全手段が必要と
なる。このための安全手段が自動減圧系である。

自動減圧系は高圧炉心スプレイ系では原子炉圧力容器の
水位の回復ができない場合に自動起動されて原子炉圧力
容器内圧力を低下させ、低圧炉心スプレイ系および低圧
注水系による原子炉圧力容器への冷却材注入を可能にす
るものであり、原子炉圧力容器内の高圧蒸気を主蒸気逃
し安全弁を開弁させてサプレッションプールへ放出して
減圧している。

自動減圧系は自動起動信号により自動起動するようにな
っているが、従来ではこの自動起動信号は第５図に示す
起動信号形成回路により形成されていた。

すなわち、第５図に示すように従来の起動信号形成回路
は原子炉水位低信号１とドライウェル圧力高信号２とOR
ゲート３の出力がANDゲート４へ入力されるように構成
されていた。また、ORゲート３には炉心スプレイポンプ
運転信号５と低圧注水ポンプ運転信号６が入力されるよ
うになっている。ANDゲート４の出力側はそのANDゲート
４の出力信号には所定時間の時間遅れを付与する遅延
器、例えばタイマー７が接続され、このタイマー７の出
力信号は自動減圧系起動信号（以下、ADS起動信号と略
す）８として図示しない主蒸気逃し安全弁へ送出され
る。

そして、このADS起動信号８により冷却材喪失事故（LOC
A）発生時には主蒸気逃し安全弁が自動的に開放され、
原子炉圧力容器内の高圧蒸気をサプレッションプールに
放出して減圧する。冷却材喪失事故が再循環配管の中小
破断事故に起因するものであるときは、万一、高圧炉心
スプレイ系の故障が重なっても上述の低圧炉心スプレイ
系と低圧注水系により炉心部は冷却され、かつ冠水さ
れ、原子炉の安全性が維持される。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、給水喪失を想定した場合には上述した従
来の起動信号形成回路では次のような問題が提起され
る。

すなわち、原子炉圧力容器への給水を供給する給水系が
何からの原因により故障して、原子炉圧力容器への給水
が停止する給水事故を想定した場合には、事故発生当初
は原子炉圧力容器より、主蒸気管を通して蒸気が流出す
るために、原子炉水位が比較的緩慢に低下して行く。こ
の原子炉水位の低下が所定水位、例えばレベル−２に達
すると、主蒸気管の全閉のため、原子炉圧力容器はその
蒸気の逃し場を失ってますます高圧状態となる。

この圧力が所定の高圧に上昇すると主蒸気逃し安全弁が
作動して、その高圧蒸気を原子炉格納容器内下部に設置
されたサプレッションプールに放出し、原子炉圧力容器
内圧力を減圧せしめる。所定低圧まで減圧されるとこの
自動逃し安全弁は閉止し、原子炉圧力容器内圧力はサイ
クリンクに上昇、下降を繰り返す。いずれにしても原子
炉圧力容器はかなり高圧状態に維持されるので非常用炉
心冷却系の低圧注水系等の低圧系による冷却材注入が作
動することができない。

一方、上記主蒸気逃し安全弁の作動の都度、原子炉圧力
容器内の蒸気はサプレッションプール内に放出されるの
で、炉水位が低下していく。この状態を放置すれば炉心
は露出し、最悪の場合は炉心溶融事故に至るようにな
る。本来は、原子炉圧力容器が異常高圧に達した段階で
高圧スプレイ系が起動して冷却材を注入し、上述の炉心
溶融は回避されるのであるが、ここではこの高圧スプレ
イ系も故障するという非常に厳しい万一の場合を重ねて
想定する。

さらに、給水事故時には原子炉圧力容器から原子炉格納
容器への冷却材の原子炉格納容器内の圧力を検出する圧
力検出器は、この原子炉格納容器外の異常高圧を検出す
ることができず、ドライウェル内圧力高信号は発信され
ない。

このために、自動起動信号は送信されず、自動減圧系は
運転員の手動起動に頼ることになる。

したがって、給水喪失事故と高圧スプレイ系の事故が万
一重なると、運転員は極めて高い精神的ストレス下にお
かれ、しかも、かような苛酷な状況下で運転員は自動減
圧系を手動により起動しなければならない。

万全の安全対策を講じる見地からはこのような極めて厳
しい条件下においてもこの自動減圧系の自動起動が強く
望まれる。

〔発明の目的〕

本発明は上述した事情に鑑みなされたものであり、主蒸
気管破断事故と高圧炉心スプレイ系の事故が２重に発生
する極めて苛酷な状況を想定した場合においても、非常
用炉心冷却系の自動減圧系を確実に自動起動せしめると
共に、この自動減圧系により減圧された原子炉圧力容器
内へ、低圧系により確実に冷却材を注入することがで
き、炉心溶融という最悪の事態を未然かつ確実に防止す
ることができる自動減圧系を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉圧力容器内の圧力を減圧して、低圧炉
心スプレイ系または低圧注水系による原子炉圧力容器へ
の冷却材の注入を可能にする自動減圧系において、原子
炉圧力容器内の炉水位が所定水位以下に低下したときに
得られる原子炉水位低信号と、低圧炉心スプレイ系およ
び低圧注水系が起動したときに得られる両系の両ポンプ
運転信号のいずれか一方を共に受けたとき、並びに、上
記原子炉水位低信号と、上記両ポンプ運転信号のいずれ
か一方と、原子炉格納容器ドライウェル内の圧力が所定
圧以上の高圧に昇圧したときに得られるドライウェル圧
力高信号とを共に受けたときに、所定時間をおいて自動
起動するようにしたことに特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について第１図〜第３図を参照
して説明する。

第１図は本発明の一実施例の起動信号形成回路の構成を
示しており、ドライウェル圧力高信号11と、原子炉水位
低信号12と、ORゲート13からの出力信号とを第1ANDゲー
ト14の入力としている。

ORゲート13は低圧炉心スプレイポンプ運転信号15と低圧
注水ポンプ運転信号16とを入力とし、原子炉水位低信号
12とORゲート13からの出力信号とを第2ANDゲート17の入
力としている。

第１、第2ANDゲート14,17には、第１タイマー18、第２
タイマー19をそれぞれ接続し、各タイマー18,19よりADS
起動信号20を出力するようになっている。これら両タイ
マー18,19はADS起動信号20の出力を所定時間t₁,t₂遅延
させて、ADS起動信号20が誤信号であるか否か、プラン
ト運転員に判断時間を与えており、例えば第２タイマー
19の遅延時間t₂を12分に整定している。これは第１タイ
マー18の遅延時間t₁を２分として、これにプラント運転
の特機時間の10分を加算したものであり、現状の設計コ
ードでは自動減圧系の起動遅れを最大限12分に整定して
いるからである。

遅延時間t₁が２分と短時間であるのは、第１タイマー18
が冷却材喪失事故時に起動するものであり、この場合、
原子炉圧力容器内の炉水位は急激に低下するので、至急
に自動減圧系を起動する必要があるからである。

一方、給水系の事故時には原子炉圧力容器内の炉水位は
比較的緩慢に低下するので、自動減圧系を至急に起動さ
せる必要がないために、第２タイマー19の遅延時間t₂を
比較的長時間に整定している。

上記ドライウェル圧力高信号11は図示しない原子炉格納
容器のドライウェル内の圧力が所定の高圧に昇圧したと
きに、これを検出する図示しない圧力検出器より出力さ
れる信号であり、図示しない主蒸気管、もしくは再循環
系配管が原子炉格納容器のドライウェル内で破断して、
冷却材を流出させる冷却材喪失事故が発生した場合に出
力される。

原子炉水位低信号12は図示しない原子炉圧力容器内の炉
水位が所定水位より低下した場合に、これを検出する図
示しない炉水位検出器より出力される信号であり、上記
冷却材喪失事故発生時のほかに、原子炉圧力容器内に給
水を給水する給水系の事故により、給水が停止した場合
にも出力される。

また、低圧炉心スプレイ系および低圧注水系の両ポンプ
運転信号15,16は原子炉水位低信号12を受けて両ポンプ
がそれぞれ起動したときにそれぞれ出力される信号であ
り、低圧炉心スプレイ系および低圧注水系が動作し得る
ことを示す信号である。

次に本実施例の作用について説明する。

まず、給水系の事故が発生した場合について述べる。

この場合、原子炉圧力容器で発生した蒸気は主蒸気管を
通して図示しないタービンへ引き続き給気されているの
で、原子炉圧力容器への給水が停止すると、原子炉圧力
容器の炉水位は比較的緩慢に低下する。

炉水位の低下が所定水位以下に達すると、図示しない炉
水位検出器より原子炉水位低信号12が出力される。

原子炉水位低信号12は低圧炉心スプレイ系および低圧注
水系と、第１図で示す自動減圧系の起動信号形成回路に
与えられる。これにより、低圧炉心スプレイ系および低
圧注水系のポンプが起動して、ポンプ運転信号15,16を
それぞれ起動信号形成回路のORゲート13に与える。万
一、両ポンプのうち、いずれか一方が動作しないときで
もORゲート13のOR条件を満すことができる。

したがって、自動減圧系の起動信号形成回路の第2ANDゲ
ート17は原子炉水位低信号12およびORゲート13からの出
力信号を共に受けて、AND条件を満足させ、第２タイマ
ー19を起動し、その遅延時間t₂経過後にADS起動信号20
を出力する。

ADS起動信号20は自動減圧系の図示しない主蒸気逃し安
全弁に与えられて、これを開放し、原子炉圧力容器内の
高圧蒸気をサプレッションプールに放出し、原子炉圧力
を低下させ、低圧炉心スプレイ系および低圧注水系によ
る原子炉圧力容器への冷却材注入を可能にする。すなわ
ち、高圧炉心スプレイ系が駆動しない場合であっても、
炉水位の回復を図ることができる。

第２タイマー19の遅延時間t₂を12分に整定した場合に、
炉水位が低下し始めたときから自動減圧系が自動起動す
る前後までの炉水位と、炉心に装荷される燃料の被覆管
の最高温度の変動を第２図、第３図にそれぞれ示す。こ
の図から明らかなように、自動減圧系の起動後は炉水位
がほぼ原状に回復され、燃料被覆管温度も制限値よりも
十分に抑制され、炉心の健全性を保持している。

次に、配管破断による冷却材喪失事故が発生した場合に
ついて述べる。

この場合、配管の破断口より冷却材が原子炉格納容器の
ドライウェル内に吐出されて、ドライウェル内の圧力が
昇圧して所定高圧を超えると、これを検出する圧力検出
器からドライウェル圧力高信号11が自動減圧系の起動信
号形成回路の第1ANDゲート14に与えられる。このドライ
ウェル圧力高信号11のみでは第1ANDゲート14のAND条件
を満足させないので、第１タイマー18は起動しない。

配管破断口からの冷却材の流出が続いて、原子炉圧力容
器内の炉水位が所定水位以下に急激に低下し、炉水位検
出器から原子炉水位低信号12が出力されると、この原子
炉水位低信号12が起動信号形成回路の第1ANDゲート14
と、低圧炉心スプレイおよび低圧注水とに与えられ、両
ポンプを起動する。

これにより、起動した両ポンプによりポンプ運転信号1
5,16が起動信号形成回路のORゲート13に与えられ、ORゲ
ート13からの出力信号が第１、第２両ANDゲート14,17に
与えられる。第１、第２両ANDゲート14,17は各AND条件
を満足させるので、第１、第２タイマー18,19をそれぞ
れ起動する。

第１タイマー18の遅延時間t₁が２分で、第２タイマー19
の遅延時間12分より短かいので、第１タイマー18が２分
の遅延時間t₁経過後に逸早くタイムアップし、ADS起動
信号20を図示しない主蒸気逃し安全弁に与えて、これを
開放し、原子炉圧力容器内の高圧蒸気をサプレッション
プールに放出する。

これにより、原子炉圧力が低下し、低圧炉心スプレイお
よび低圧注水による原子炉圧力容器への冷却材注入を可
能にする。

したがって、本実施例によれば、高圧炉心スプレイ系の
故障下にあっても、冷却材喪失事故時は勿論のこと、給
水系の事故時にあっても自動減圧系を確実に自動起動す
ることができる。

これにより、給水系事故と高圧炉心スプレイ系事故とが
万一重なって発生し、プラント運転員が極度の精神的ス
トレス下におかれても、プラント運転員による自動減圧
系の手動起動は不要となるので、手動起動に伴う誤判断
や誤操作等、人的過誤の介入を未然に、かつ確実に防止
することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、原子炉水位低信号と、低
圧炉心スプレイ系および低圧注水系の両系の両ポンプ運
転信号のいずれか一方の信号とを共に受けたとき、並び
に、これらの信号と、ドライウェル圧力高信号とを共に
受けたときに自動減圧系を自動起動するようにした。

したがって、本発明は、高圧炉心スプレイ系が故障して
いる場合であっても、冷却材喪失事故が重ねて発生した
ときは勿論のこと、給水系の事故が重ねて発生したとき
であっても、自動減圧系を自動起動することができる。

これにより、高圧炉心スプレイ系と給水系の事故が重な
って発生するような万一の事態が生じた場合であって
も、プラント運転員に頼らずに自動減圧型を自動起動す
ることができる。このために、極度の緊張状態下におけ
るプラント運転員による人的過誤の介入を未然に、かつ
確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の起動信号形成回路のブロッ
ク線図、第２図は第１図で示す実施例の作用を説明する
ために原子炉水位変化の一例を表すグラフ、第３図は第
１図で示す実施例の効果を説明するために被覆管最高温
度の変化の一例を表すグラフ、第４図は一般的な高圧炉
心スプレイ系と低圧系のポンプ特性を示すグラフ、第５
図は従来の起動信号形成回路図である。 １……原子炉水位低信号、２……ドライウェル圧力高信
号、３……OR回路、４……AND回路、５……低圧炉心ス
プレイポンプ運転信号、６……低圧注水ポンプ運転信
号、７……タイマー、11……ドライウェル圧力高信号、
12……原子炉水位低信号、13……ORゲート、14……第1A
NDゲート、15……低圧炉心スプレイポンプ運転信号、16
……低圧注水ポンプ運転信号、17……第2ANDゲート、18
……第１タイマー、19……第２タイマー、20……ADS起
動信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉圧力容器内の圧力を減圧して、低圧
   炉心スプレイ系または低圧注水系による原子炉圧力容器
   への冷却材の注入を可能にする自動減圧系において、原
   子炉圧力容器内の炉水位が所定水位以下に低下したとき
   に得られる原子炉水位低信号と、低圧炉心スプレイ系お
   よび低圧注水系が起動したときに得られる両系の両ポン
   プ運転信号のいずれか一方を共に受けたとき、並びに、
   上記原子炉水位低信号と、上記両ポンプ運転信号のいず
   れか一方と、原子炉格納容器ドライウェル内の圧力が所
   定圧以上の高圧に昇圧したときに得られるドライウェル
   圧力高信号とを共に受けたときに、所定時間をおいて自
   動起動するようにしたことを特徴とする自動減圧系。