JP6731386B2

JP6731386B2 - 原子炉設備

Info

Publication number: JP6731386B2
Application number: JP2017184676A
Authority: JP
Inventors: 坂田　英之; 英之坂田; 晃桐田; 隆史荻野; 怜竹井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: JP2019060684A

Description

本発明は、再循環ストレーナ逆洗機構を有する原子炉設備に関する。

事故発生時の原子炉建屋内では、配管破断などにより、保温材、コンクリート片、コンクリートから染み出した化学成分などの多様な異物（以下、デブリと称する）が発生する。発生したデブリは、内部を冷却するために散布される冷却液とともに、原子炉建屋の下部に設置されている再循環プール（ＲＷＳＰ）に流れ込む。再循環プールは、冷却液の流速がサンプ近傍で局所的に増加し、冷却液のサンプへの流入が加速するように構成されている。そして、サンプスクリーン（濾過器）が、サンプ流入孔を覆うことにより、そこに到来したデブリを濾しとり、デブリがサンプに流入しないように構成されている。

ところで、サンプスクリーンに到来して堆積するデブリが多過ぎる場合、サンプ流入孔の一部が閉塞され、冷却液がサンプに流入する際の圧力損失が過大となり、安全系ポンプの有効吸込みヘッド（ＮＰＳＨ）が不足してしまうことが問題となっている。この問題を解決する手段としては、例えば、サンプの閉塞が想定を上回った場合に、冷却液を逆流させることによってサンプスクリーンを逆洗し、デブリによる目詰まりを一旦解消させる手段が挙げられる。特許文献１では、この逆洗を行うために、加圧流体を供給する流体供給源を新たに設けた洗浄システムが開示されている。

特開２０１７−９０１８７号公報

しかしながら、特許文献１の洗浄システムでは、新たな配管を敷設し、逆洗専用のポンプ等を設ける必要があり、配置条件の制約から、実施することは困難であると考えられる。また、特許文献１の洗浄システムでは、逆洗を繰り返し行う場合、その度に逆洗用の流体を補給する必要があり、コストの上昇が避けられないという新たな問題も発生する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、既存の冷却設備を用いて、デブリの堆積による、冷却液がサンプに流入する際の圧力損失の増大を抑えることを可能とした、原子炉設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。

（１）本発明の一態様に係る原子炉設備は、原子炉を格納する原子炉格納室、及び、該原子炉格納室の下階に設けられ、内部に第１の水が貯留され、床面にサンプスクリーンを備えた再循環プール室（ＢＷＲの場合は圧力抑制室のプールに相当）、を有する原子炉格納容器と、前記原子炉格納容器の外部に設けられ、一端が前記サンプスクリーンを介して前記再循環プール室に接続され、他端が前記原子炉格納室に接続された、第１開閉弁を有する循環用配管と、前記循環用配管のうち、前記サンプスクリーンと前記第１開閉弁の間の部分に付設され、前記第１の水を前記原子炉格納室側に圧送可能なポンプと、第２の水が収容され、収容空間の下端が、鉛直方向において前記再循環プール室の前記第１の水の水面よりも上側に位置するタンクと、前記タンクと前記循環用配管とを接続し、第２開閉弁を有する逆洗用配管と、を備えている。

（２）前記（１）に記載の原子炉設備において、前記逆洗用配管は、前記第２開閉弁を有する配管と、前記第２開閉弁を有していない配管とに分岐し、それぞれ前記循環用配管に接続されており、前記第２開閉弁を有する配管の接続位置が、前記第２開閉弁を有していない配管の接続位置より、前記再循環プール室に近いことが好ましい。

（３）前記（１）または（２）に記載の原子炉設備において、前記ポンプが、前記第２開閉弁を有する配管の接続位置より、前記再循環プール室から遠い位置で、前記循環用配管に接続されていることが好ましい。

（４）前記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の原子炉設備において、前記ポンプが、前記第２開閉弁を有していない配管の接続位置より、前記再循環プール室に近い位置で、前記循環用配管に接続されていることが好ましい。

（５）前記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の原子炉設備において、前記第２開閉弁を有していない配管が、前記タンク内に収容されている前記第２の水の量に応じて、自動で開閉する第３開閉弁を有することが好ましい。

（６）前記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の原子炉設備において、前記第２開閉弁を有していない配管が、前記循環用配管から前記タンクに向かう方向のみに水を流すように取り付けられた、逆止弁を有することが好ましい。

本発明の原子炉設備は、デブリによるサンプスクリーンの閉塞率が高くなり過ぎた場合に、サンプスクリーンを逆洗する機構を備えている。サンプスクリーンの逆洗は、第１開閉弁を閉じて通常の冷却液の循環を止め、第２開閉弁を開けることにより、タンクからサンプスクリーンへ向けて加圧流体を流して行われる。逆洗により、サンプスクリーンを閉塞しているデブリが除去されるため、デブリの堆積による、冷却液がサンプに流入する際の圧力損失の増大をお抑え、安全系ポンプでＮＰＳＨが不足してしまう問題を回避することができる。

本発明の原子炉設備における逆洗機構は、従来の原子炉設備におけるポンプ、循環用配管等の既存の冷却設備に、逆洗用流体用のタンクを付設しただけのシンプルな構成を有しており、配置条件が制約される場合であっても適用可能である。

また、本発明の原子炉設備は、通常の冷却液が一時的にタンクに収容され、サンプスクリーンの閉塞率が高まった時に、この冷却液が逆洗用の加圧流体として利用されるように構成されている。したがって、逆洗を行う度に外部から加圧流体を供給する必要がなく、タンクの放水と充水を繰り返して実施することが可能であるため、逆洗に伴うコストの上昇が抑えられる。

本発明の第一実施形態に係る原子炉設備の縦断面図である。（ａ）〜（ｄ）本発明の第一実施形態に係る、原子炉設備の動作について説明する図である。

以下、本発明を適用した実施形態に係る原子炉設備について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

＜第一実施形態＞
［原子炉設備の構成］
本発明の第一実施形態に係る原子炉設備１００は、加圧水型、沸騰水型のいずれであってもよいが、以下では、加圧水型の構造を例にして説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る原子炉設備１００の構成を、模式的に示す縦断面図である。図１に示すように、原子炉設備１００は、主に、原子炉格納容器（ＣＶ）１０、再循環ポンプ設備、発電設備等で構成されている。

原子炉格納容器１０は、原子炉５１が格納される原子炉格納室５０と、原子炉格納室５０の下階に設けられ、内部に冷却水（冷却液）Ｌ_１を貯留する再循環プール室６０（沸騰水型の場合には圧力調整プール室）とを備えている。原子炉格納室５０と再循環プール室６０との境界部分（隔壁）５０Ａには、開口部７０が形成されており、この開口部７０を介して両者が連通している。再循環プール室の床面（底面）６０Ａには、サンプ６１が設けられ、サンプ６１の開口部にサンプスクリーン３２が取り付けられている。本実施形態では、サンプ６１が１つ設けられている場合を例示しているが、サンプ６１の数については、２つ以上であってもよい。

本実施形態に係る原子炉格納容器１０は、頂部がドーム状に形成された円筒状の容器であって、原子炉５１の他に、加圧器５２および蒸気発生器５３が格納されている。一次冷却材（軽水）は、この加圧器５２で加圧され、さらに原子炉５１の核分裂反応によって生じた熱エネルギーで加熱される。高温高圧となった一次冷却材は、蒸気発生器５３に送られ、二次冷却材（軽水）を沸騰させる。

原子炉格納容器１０の外部には、発電設備として、タービン、発電機、および復水器が設けられている。タービンは、蒸気発生器５３で沸騰した二次冷却材（蒸気）が送られることによって回転し、発電機を駆動する。タービンを回転させた蒸気は、復水器で復水され、二次冷却材となって蒸気発生器５３に送られる。このようにして、二次冷却材（軽水）は、蒸気発生器５３、タービン、および復水器の間を循環する。

サンプ６１は、図１に示すように、再循環プール室の床面６０Ａのうち、原子炉格納室５０側からの平面視において開口部７０と重ならない位置に設けられていることが好ましい。この場合、開口部７０を通って再循環プール室６０に流入した冷却液Ｌが、再循環プール室６０を横断してサンプ６１に流入することになるため、局所的な滞留の発生を抑えることができる。

再循環ポンプ設備は、再循環プール室６０に貯留された冷却水Ｌ_１を、サンプ６１から吸い込んで原子炉格納室５０の上部まで誘導し、そこから原子炉格納室５０内に吐出するように構成されている。具体的な再循環ポンプ設備としては、例えば図１に示すように、サンプ６１から原子炉格納室５０の天井部にわたって配設された循環用配管２１、循環用配管２１の途中に設けられたポンプ２２、および原子炉格納室５０の天井部に設けられたシャワーノズル２３を備えているものが挙げられる。ポンプ２２は、循環用配管２１に付設され、再循環プール室６０に貯留されている冷却水Ｌ_１を、原子炉格納室５０側に圧送する機能を有している。

再循環プール室６０に貯留された冷却水Ｌ_１は、ポンプ２２によりサンプ６１から汲み上げられ、配管２１を通り、シャワーノズル２３から吐出される。そして、シャワーノズル２３から吐出された冷却水Ｌ_１は、原子炉格納室５０に格納された機器を冷却した後に、開口部７０を通って再循環プール室６０に流入する。このようにして、冷却水Ｌ_１は、サンプ６１、配管２１、シャワーノズル２３、原子炉格納室５０、再循環プール室６０の間を循環する。

再循環ポンプ設備には、サンプスクリーン３２に対し、通常時とは反対側から水Ｌ_２を注入し、サンプスクリーンの逆洗を行う逆洗機構２０が付設されている。逆洗機構２０は、主に、水Ｌ_２を収容するタンク２４と、逆洗用の水Ｌ_２の流路となる循環用配管２１と、水Ｌ_２を圧送するポンプ２２と、循環用配管２１とタンク２４とを接続する逆洗用配管２５と、で構成される。以下では、原子炉格納室５０へ通水する冷却用の水（冷却水、冷却液）Ｌ_１、逆洗用の水Ｌ_２を、それぞれ、第１の水Ｌ_１、第２の水Ｌ_２と呼んで区別することがあるが、両者は実質的に同じ液体である。

循環用配管２１とポンプ２２は、上述したように冷却水を循環させる機構として、原子炉設備１００に元々備わっているものであり、それらを逆洗機構２０に併用することができる。つまり、循環用配管２１は、原子炉格納容器１０の外部に設けられ、一端が再循環プール室６０に接続され、他端が原子炉格納室５０に接続されている。循環用配管２１は、その一部分に冷却用の水（第１の水）Ｌ_１の流量を調整する第１開閉弁２６を有している。ポンプ２２は、循環用配管のうち、サンプスクリーン３２と第１開閉弁２６の間の部分に付設されている。

タンク２４は、循環用配管２１から分岐した逆洗用配管２５に接続されている。逆洗用配管２５は、第２開閉弁２７を有しており、これを開けたときに、タンク２４内の第２の水Ｌ_２が、循環用配管２１内に流れ出すように構成されている。

逆洗用配管２５は、図１に示すように、タンク２４と第２開閉弁２７との間に分岐点Ｊを有し、この分岐点Ｊから、第２開閉弁を有する配管２５Ａと、第２開閉弁を有していない配管２５Ｂとに分岐していてもよい。この場合、分岐した配管２５Ａ、２５Ｂは、それぞれ循環用配管２１に接続され、第２開閉弁を有する配管２５Ａの接続位置Ａが、第２開閉弁を有していない配管２５Ｂの接続位置Ｂより、再循環プール室６０に近い位置となる。

なお、図１では、第２開閉弁を有する配管２５Ａ、第２開閉弁を有していない配管２５Ｂが、１本ずつある場合について例示しているが、それぞれの本数について限定されることはない。

タンク２４としては、１トレン分のサンプスクリーン全体体積以上に相当する容量を有するものが用いられる。

タンク２４は、逆洗用の水（第２の水）Ｌ_２を収容し、図１に示すように、収容空間の下端２４ａが、鉛直方向Ｖにおいて、再循環プール室６０の冷却用の水の水面Ｌ_１ａよりも上側に位置するように設置されている。

このように設置されていることにより、再循環プール液面Ｌ_１ａよりも高いところにタンクの液面があることになり、ポンプ２２が停止した後でも、タンクヘッドにて水が落水することで、サンプスクリーン３２側への通水が行われる。つまり、ポンプ２２を使わずとも、通水が可能になる。タンクの液面と再循環プール液面Ｌ_１ａとの高低差は、大きいほど好ましい。

なお、通常時における冷却用の水の水面Ｌ_１ａは、所定の位置にあるように調整されており、事故時の水面Ｌ_１ａの位置は、これより低くなる。仮に、一次冷却水が全て漏れた場合の水面Ｌ_１ａは、最大水位となる。

図２（ａ）〜（ｄ）は、逆洗処理の過程における原子炉格納室５０と逆洗機構２０の状態を模式的に示した断面図である。逆洗機構２０の動作について、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、サンプスクリーン３２にデブリＤが堆積し、サンプスクリーン３２が閉塞された状態になり、冷却用の水Ｌ_１の循環が滞った時点（安全系ポンプのＮＰＳＨが不足する状況が発生した時点）で、逆洗処理が開始される。この時点で、タンク２４内には十分な量の逆洗用の水Ｌ_２が収容されているものとする。サンプスクリーン３２の閉塞度合は、ポンプの吸込み圧力をモニターすることによって判断することができる。

サンプスクリーン３２が閉塞された時点で、ポンプ２２が停止し、第１開閉弁２６が閉じ、循環用配管２１が遮断されることにより、通常の冷却水Ｌ_１の循環が止められる。また、循環流路の遮断と同時に、第２開閉弁２７が開き、逆洗用配管２５が開通することにより、タンク２４から逆洗用の水Ｌ_２が流れ出す。

通常の冷却水Ｌ_１の循環が止められているため、図２（ｂ）に示すように、タンク２４から逆洗用配管２５を通って、循環用配管２１に流れ出す逆洗用の水Ｌ_２が、冷却用の水Ｌ_１を押し返すとともに、循環用配管２１内を逆流し、サンプ６１内に注入される。

注入された逆洗用の水Ｌ_２は、サンプ６１内で唯一開口しているサンプスクリーン３２に集中し、サンプスクリーン３２を通って再循環プール室６０側に放出される。逆洗用の水Ｌ_２がサンプスクリーン３２を通る際の圧力によって、サンプスクリーン３２に堆積していたデブリＤが、浮き上がって再循環プール室６０内に吹き出され（逆洗され）、その結果として、サンプスクリーン３２の閉塞状態が解消され、通常の冷却水Ｌ_１の循環（通水）が可能な健全な状態となる。

第１開閉弁２６を閉じ、ポンプ２２を駆動することにより、冷却水Ｌ_１の循環が再開される。このとき、第２開閉弁２７を閉じることにより、冷却水Ｌ_１の循環再開後の初期段階では、図２（ｃ）に示すように、冷却用の水Ｌ_１の一部が、逆洗用配管２５のうち第２開閉弁を有していない方の配管２５Ｂを通り、タンク２４に注入（充水）される。

第２開閉弁を有していない配管２５Ｂには、循環用配管から前記タンクに向かう方向のみに水が流れるように取り付けられた、逆止弁２８が設けられていることが好ましい。さらに、第２開閉弁を有していない配管２５Ｂには、タンク２４が満水になった時点で充水が止まるように、タンク２４内の水Ｌ_２の量を検知して自動で開閉する第３開閉弁（不図示）が設けられていてもよい。

タンク２４が満水になった時点で、図２（ｄ）に示すように、冷却用の水Ｌ_１の逆洗用配管への流れが止まり、冷却用の水Ｌ_１の全てが循環用配管２１を流れ、原子炉格納室５０へ送水される。仮に、サンプスクリーン３２が再びデブリＤで閉塞された場合には、上記手順による逆洗を繰り返す。

以上のように、本実施形態に係る原子炉設備１００は、デブリＤによるサンプスクリーン３２の閉塞率が高くなり過ぎた場合に、サンプスクリーン３２を逆洗する機構を備えている。サンプスクリーン３２の逆洗は、第１開閉弁２６閉じて通常の冷却水Ｌ_１の循環を止め、第２開閉弁２５を開けることにより、タンク２４からサンプスクリーン３２へ向けて加圧流体を流して行われる。逆洗により、サンプスクリーン３２を閉塞しているデブリＤが除去されるため、デブリＤの堆積による、冷却水Ｌ_１がサンプ６１に流入する際の圧力損失の増大をお抑え、安全系ポンプでＮＰＳＨが不足してしまう問題を回避することができる。

本実施形態の原子炉設備１００における逆洗機構２０は、従来の原子炉設備におけるポンプ、循環用配管等の既存の冷却設備に、逆洗用流体用のタンクを付設しただけのシンプルな構成を有しており、配置条件が制約される場合であっても適用可能である。

また、本実施形態の原子炉設備は、通常の冷却水が一時的にタンクに収容され、サンプスクリーンの閉塞率が高まった時に、この冷却水が逆洗用の加圧流体として利用されるように構成されている。したがって、逆洗を行う度に外部から加圧流体を供給する必要がなく、タンクの放水と充水を繰り返して実施することが可能であるため、逆洗に伴うコストの上昇が抑えられる。

１００・・・原子炉設備
１０・・・原子炉格納容器
２０・・・逆洗機構
２１・・・循環用配管
２２・・・ポンプ
２３・・・シャワーノズル
２４・・・タンク
２５・・・逆洗用配管
２５Ａ・・・第２開閉弁を有する配管
２５Ｂ・・・第２開閉弁を有していない配管
２６・・・第１開閉弁
２７・・・第２開閉弁
２８・・・逆止弁
３２・・・サンプスクリーン
５０・・・原子炉格納室
５１・・・原子炉
５２・・・加圧器
５３・・・蒸気発生器
６０・・・再循環プール室
６０Ａ・・・床面
６１・・・サンプ
Ｄ・・・デブリ
Ｌ_１・・・冷却用の水（第１の水）
Ｌ_２・・・逆洗用の水（第２の水）

Claims

原子炉を格納する原子炉格納室、及び、該原子炉格納室の下階に設けられ、内部に第１の水が貯留され、床面にサンプスクリーンを備えた再循環プール室、を有する原子炉格納容器と、
前記原子炉格納容器の外部に設けられ、一端が前記サンプスクリーンを介して前記再循環プール室に接続され、他端が前記原子炉格納室に接続された、第１開閉弁を有する循環用配管と、
前記循環用配管のうち、前記サンプスクリーンと前記第１開閉弁の間の部分に付設され、前記第１の水を前記原子炉格納室側に圧送可能なポンプと、
第２の水が収容され、収容空間の下端が、鉛直方向において前記再循環プール室の前記第１の水の水面よりも上側に位置するタンクと、
前記タンクと前記循環用配管とを接続し、第２開閉弁を有する逆洗用配管と、を備えていることを特徴とする原子炉設備。
前記逆洗用配管は、前記第２開閉弁を有する配管と、前記第２開閉弁を有していない配管とに分岐し、それぞれ前記循環用配管に接続されており、
前記第２開閉弁を有する配管の接続位置が、前記第２開閉弁を有していない配管の接続位置より、前記再循環プール室に近いことを特徴とする請求項１に記載の原子炉設備。
前記ポンプが、前記第２開閉弁を有する配管の接続位置より、前記再循環プール室から遠い位置で、前記循環用配管に接続されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の原子炉設備。
前記ポンプが、前記第２開閉弁を有していない配管の接続位置より、前記再循環プール室に近い位置で、前記循環用配管に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の原子炉設備。
前記第２開閉弁を有していない配管が、前記タンク内に収容されている前記第２の水の量に応じて、自動で開閉する第３開閉弁を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の原子炉設備。
前記第２開閉弁を有していない配管が、前記循環用配管から前記タンクに向かう方向のみに水を流すように取り付けられた、逆止弁を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の原子炉設備。