JPS621532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉安全格納容器のような、閉空
間内に存在する大気と、同一空間内にあるガス状
物質との混合を防止又は禁止する方法に関する。

この明細書中において、閉空間とは、一般的
に、構造的な封じ込め手段によつて、大部分又は
完全に密封された区域を意味している。この様な
区域は、例えば、密閉された建物、密閉された格
納容器、或いは建物内で実質的に封じ込められた
領域である。

工業においては、技術設備はしばしば密封され
た空間内に収容されている。然しながら、運転上
の混乱や事故が発生すると、例えば、プラントの
パイプライン系又は、この様なプラント或いは設
備と関係付けられた容器中に収容されている物質
が放出されることがある。これは、破裂或いは漏
れが発生することによつて起こる。もし漏れ出し
た物質が、プラントを取囲んでいる大気と化学的
或いは物理的に反応するような物質である場合に
は、これは、プラントに対して、非常に大きな危
険を与える可能性を有するものとなる。もし、物
質がベンジン、アルコール等の様な引火性、揮発
性液体、或いは、メタン、水素等の様な引火性気
体である場合には、その物質がプラントから流出
する時間が長くなり、例えば空気中の酸素と混合
する時間があるほど、通常又は爆発型燃焼が発生
する危険が大きくなる。

もし存在する物質が化学的に攻撃性のあるガス
である場合には、ガスが十分に濃い濃度で広がる
と、存在場所から大きく離れた所のプラントの構
成要素又は部品ですら、攻撃され或いは危険に曝
される危険性がある。

又、もし化学エンジニアリングプラントによつ
て放出され、又は、これに続いて形成されたガス
又はガス混合物が毒性物質である場合には、この
毒性物質をプラントの限定された領域に閉込める
ことができれば、安全性が本質的に増大する。即
ち、これによつて、毒性物質が、通気ダクト、天
窓、ドア及び通路等を介して放出されるのを防止
するか、制限するか、或いは少なくとも遅らせる
ことができ、大災害を想定した保護措置を準備し
て、うまく実行することが可能となる。

化学工業において考えられる事故の例として、
容器又はプロセス管路からの塩素ガスの放出を例
に取つて説明する。この毒性ガスは、特に地面に
近い所に放出された場合に非常に危険である。も
し同時に発生した火事による等して、少なからず
加熱されると、このガスは建物の上方又は横の方
向に迅速に広がり、再び冷却されて迅速に下降し
て、環境の地面近くに破滅的に広がることとな
る。これによつて、特に、気温の逆転現象及び風
の好ましからざる状態が広がつている場合には、
市街地全体に脅威を与え、その結果、住民の避難
の様な大災害に対して想定されている保護措置す
ら実行できないこととなる。又、他方において、
常温で相対的に重い問題のガスが、最初は例えば
下方に、又は、例えば通路や門を通つて、低い区
域に横方向に流出し、それから上方の領域に放出
されることも考えられる。又、換気装置が閉じら
れていても、このガスが通気ダクトを通り抜け
て、事故処理の機会を確保する為に接近可能状態
に残されている区域に到達する可能性もある。こ
の様な何れの場合においても、ガスの放出を制限
し、或いは遅らせることは、非常に効果的な保護
手段となる。

同様に、軽水炉を備えた原子力発電所も、特有
の危険に曝されている。この軽水炉は、「通常
の」水が冷却材として使用された一次冷却材系を
有している。

軽水炉の場合、重大事故の発生に対しては、軽
水炉を自動的に停止すること及び他の特定の補助
手段を切替えることによつて、技術的な安全手段
が施されている。

一次冷却材ライン中で発生した破裂或いは漏れ
は、冷却材喪失事故（LOCA）と呼ばれており、
重大事故に分類されている。この様な冷却材喪失
事故が発生すると、例えば、炉心領域で金属―水
反応によつて短時間に分子状水素が形成される。

空気―水混合物の爆発性は、そこに存在する反
応の相手の濃度に大きく依存している。この様な
場合に、空気の割合と該空気中の利用できる酸素
の割合が十分に高い濃度に到達している場合に
は、水素の高い割合によつて、極めて容易に点火
されるガス混合物の形成が起こる。然しながら、
燃焼又は爆発の場合は、もし水素と混合される大
気又は該大気に含まれる酸素の量が、そこに存在
する水素の全部と反応するには不充分であるか、
部分的にのみ十分である場合には、その影響が限
られたものとなる。もし、初めから、高水素濃度
の場所に、補助空気従つて補助酸素を供給するこ
とによつて、その様な状況における混合を制限
し、或いは避けることができれば、これによつ
て、問題の事故の危険性を明らかに減小させるこ
とができる。僅か２、３時間の時間を得ること
が、本質的な役割を果しており、これによつて、
短寿命の核分裂生成物が、自然減衰により殆ど分
解されてしまう。

空気中の酸素と反応する物質の引火或いは爆発
を妨げるため、運転中は、原子炉の安全格納容器
を不活性ガスで充満してしまうことが提案されて
いる。然しながら、これは、通常の運転に際し
て、かなりの不利益となり、全ての発電所におい
て実現するのは明らかに不可能である。

本発明は、前記従来の欠点を解消するべくなさ
れたもので、閉空間内に存在する大気と同一空間
内にあるガス状物質との混合を防止又は禁止する
方法を提供することを目的とする。

本発明は、原子炉安全格納容器の様な、閉空間
内に存在する大気と同一空間内にあるガス状物質
との混合を防止または禁止する方法において、前
記空間内のある領域における大気の密度を変化さ
せて、この密度変化により、本質的に安定な、沿
直方向に層状化された大気が形成されるようにし
て、前記目的を達成したものである。

本発明の方法は、閉空間内に本質的に安定な、
熱的層状化及び／又は混合物の層状化の形成を可
能とする。本発明による方法により、大気が層状
化される様、密度の変化が引き起こされる。層状
化された大気が形成されると、解析及び実験結果
が示しているように、大気の各層間の密度の相違
は拡散過程によつて非常にゆつくり平衡状態とな
る。

本発明による方法は、極めて単純な方法によつ
て実現される。

基本的には、本発明は、密度を変化させるため
の二つの可能性を提供しており、これは、気体又
は液体を導入するか、或いは、熱の供給及び／又
は排出によつて実現される。この二つの可能性
を、同時に又は続けて実現することも又、可能で
ある。気体の供給によつて本発明による方法を特
に簡単に実現する方法は、空間の天井領域に加熱
手段を設け、及び／又は、空間の底部領域に冷却
手段を設けることである。これらの手段は、空間
の上方領域、例えば天井と、空間の下方領域、例
えば底部に備えられる。例えば水蒸気又は水によ
つて、外側から加熱し或いは冷却する様に構成す
ることも可能である。

本発明の更に利点を有する改良は、実施態様項
に示されている。

以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

本発明の第１実施例を、第１図を参照して、加
圧水型原子炉の安全格納容器内に発生した冷却材
喪失事故を例に取つて説明する。

第１図において、符号１３は、原子炉の安全格
納容器を示している。この安全格納容器の内部
は、隔壁によつて、空間２〜１０に示すような、
流体的に結合された幾つかの領域に区分されてい
る。各空間は、その近くの空間と、オーバーフロ
ー開口を介して接続されている。

前記空間３，５，８及４，７，１０には、一次
冷却材ライン１４によつて空間９中に配置された
原子炉圧力容器RDBと接続された蒸気発生器DE
が収容されている。符号１は、一次冷却材ライン
の破裂が発生したと仮定された場所を示してい
る。

気体供給ライン１１及び１２は、安全格納容器
１３の内部に導かれている。気体供給ライン１１
の先端は、安全格納容器の下方領域、即ち、空間
８および１０内に開口している。気体供給ライン
１２は、安全格納容器１３のキユーポラを通つ
て、安全格納容器の上方領域、即ち、空間２中で
終つている。

通常、気体供給ライン１１及び１２は、コンク
リート壁によつて保護されるよう、その内側に配
管されており、所定の場所で安全格納容器の外側
に出るようにされている。必要であれば、分岐管
を用いることができる。各気体供給ラインの制御
は、サンプル測定システムの場合の様に、二重化
された遠隔機器によつて実行される。

一次冷却材ライン１４の破裂箇所１で、冷却材
及び水素を放出する冷却材喪失事故が発生した場
合、放出された水素は、まず空間１０内に広が
り、ついでこの区間１０と繋つた他の空間５から
９へ流出していく。

本発明による方法は、水素が格納容器全体に分
布することを防止し、又は、少くとも禁止するこ
とを可能とする。第１実施例の場合、これは、安
全格納容器１３内の大気の密度より小さい密度の
気体を、安全格納容器１３の上方領域に導入する
べく設けられた気体供給ライン１２を用いること
によつて達成される。供給ガスがヘリウムである
と仮定する。気体供給ライン１２から供給された
ヘリウムは、安全格納容器１３のキユーポラの領
域中に広がり、そこで、既に存在する大気と混合
する。この様にして、安全格納容器１３の上方領
域中における大気の密度が減小し、安全格納容器
１３の下方領域における大気の密度の値より小と
なる。

例えばヘリウムの供給によつて引起こされる圧
力低下は、空間２の容積と、一方では、通常、設
備空間と呼ばれている空間３から１０間の圧力バ
ランスを取るための流れを生じさせる。これは、
加圧されたヘリウムを大気とともに空間２から空
間３及び４に導入することを意味しており、一
方、空間２中の空気は、自然対流によつて残存す
るヘリウムと混合する。この過程によつて、空間
２，３及び４が、下方にある空間５から１０よ
り、小さい密度を持つようになり、その結果、安
定した層状化が達成される。もし、ヘリウムガス
が豊富に存在する大気の密度と、空間５から１０
中に広がる大気の密度の差が十分大きなものであ
る場合には、安定した層状の境界防御層が形成さ
れ、対流による空間５から１０中の水素と、空間
２中に大量に含まれる酸素との混合が防止され
る。

従つて、一次冷却材ライン１４中の漏れ箇所１
から流出する水素と反応可能な酸素は、空間５か
ら１０中の大気に含まれる酸素のみとなる。事故
の場合、この領域における酸素の割合は、明らか
に通常の運転中に比べて少ないものである。

供給されるヘリウムガスの量を固定する場合に
は、漏れた水素のために空間５から１０中で発生
する、補正されるべき密度の変化及び大気の組成
に対する依存性も考慮されねばならないことに留
意する必要がある。事故自体によつて引起こされ
るこのような状況は、本発明の方法によつて、重
い気体、好ましくは不活性ガスを、気体供給ライ
ン１１から導入し、水素によつて引起こされる密
度の変化を少なくとも部分的にバランスを取るよ
うにすることによつて、効果的に対応することが
できる。

本発明をこの様な方法によつて採用する場合に
は、前記気体供給ライン１１及び１２を介して気
体を同時に供給すると、空間２及び５から１０中
の圧力増加を等しくするか、又は、制御されたオ
ーバーフローが達成されるような、前記のオーバ
ーフロー過程が行われる可能性があることに留意
するべきである。

次に、化学プラントを模式的に示した第２図を
参照して、本発明による方法を化学プラントに用
いた、本発明の第２実施例を詳細に説明する。本
実施例において、縦置きされたボイラー２０１
は、タンク２０２に接続されている。さらに、ボ
イラー２０１の上端及び下端は、化学反応炉２０
３に接続されている。ボイラー２０１、タンク２
０２及び化学反応炉２０３を有する化学プラント
は、建物２０５内に装置されている。建物２０５
の下方領域には、冷却手段２１５が備えられてお
り、又、その、上方領域中には、加熱手段２１４
が備えられている。気体供給ライン２１３′の先
端は、建物２０５の下方領域、ほぼ建物２０５の
３分の１の高さの所に開口している。この気体供
給ライン２１３′は、特に番号を付されていない
バルブを介して気体供給手段２１３に接続されて
いる。気体供給ライン２１２′の先端は、建物の
上方領域、ほぼ建物２０５の３分の２の高さに開
口するようにされており、この気体供給ライン
は、特に番号を付されていないバルブを介して気
体供給手段２１２に接続されている。補助設備を
収容するための、窓２０８を有する建物２０７
が、建物２０５の隣に配置されている。この補助
設備を収容する建物２０７には、制御盤２１１が
配置されており、この建物２０７は、歩行可能な
連絡通路２０９によつて、反応炉を収容する建物
２０５と接続されている。

化学プラントを収容する建物２０５と補助設備
を収容する建物２０７の間には、模式的に示され
た空気循環用フアン２０４、及び、例えば加熱或
いは冷却手段を有する空調ユニツト２１０があ
る。前記空気循環用フアン２０４から、建物２０
５及び２０７に延びる接続ラインがある。これ等
の接続ラインの一部は、空気循環用フアン２０４
の吸入側に接続され、他方は、空気循環用フアン
２０４の吐出側に接続されている。空気循環用フ
アン２０４の吸入側に接続された接続ラインは、
建物２０５及び２０７の上方領域から大気を引き
出し、この大気は接続ラインの他方を通つて、建
物２０５及び２０７の下方領域に導入される。

建物２０５及び２０７の上方領域と流体的に結
合され、空気循環用フアン２０４の吸入側に通じ
る接続ラインは、気体供給ライン２１７′を介し
て、前記気体供給手段２１２と流体的に接続され
ている。

気体供給ライン２１６′は、前記気体供給手段
２１３と、建物２０５及び２０７の下方領域に通
じる、空気循環用フアン２０４の吐出側に接続さ
れた前記接続ラインとを流体的に接続している。

これらの気体供給ライン２１６′及び２１７′を
介して流れる流量の割合を制御するため、気体供
給ライン２１６′及び２１７′中には、制御バルブ
が備えられている。

第２図中に示された加熱手段２１４及び冷却手
段２１５の位置は、単に例示したものである。例
えば、冷却手段２１５は、建物２０５の床に設置
された冷却コイルの形で与えることも可能であ
る。

化学プラントの運転中に混乱或いは事故が発生
し、例えば、ボイラ２０１の上端から、空気の密
度より高い密度のガス状物質が放出されると、こ
のガス状物質は、建物２０５の内側で沈降する。
事故発生が検知され次第、気体供給ライン２１
３′を介して、気体供給手段２１３から気体が導
入される。

この気体供給手段２１３から供給される気体の
種類は、化学プロセスの種類及び化学プロセスが
発生するガス状物質の種類によつて決まる。建物
２０５の中に通じている気体供給ライン、特に、
気体供給ライン２１３′の、第２図に示した様な
位置は、化学プラントの構造および建物２０５内
の位置関係によつて決まる。

実施例の場合の様に、危険性を有するガス状物
質の密度が雰囲気温度における空気の密度よりも
大であると予測される時には、気体供給手段２１
３が、建物２０５内の雰囲気温度の状態における
危険性を有するガス状物質の密度よりも高い密度
の気体を含んでいることが望ましい。漏れがボイ
ラー２０１の上端で発生し、危険性を有するガス
状物質が解放された場合、気体供給手段２１３か
ら供給される気体は、気体供給ライン２１３′中
に備えられたバルブを制御することによつて、気
体供給ライン２１３′を通つて建物２０５の内部
に導入される。建物内部に導入された気体は、建
物２０５の底部に沈む。時間が経過するにつれ
て、気体供給ライン２１３′を通つて建物２０５
内に流入する気体は、建物の下方領域を充満し、
又は、濃くなる。ボイラー２０１の上端から流れ
出して沈降している危険性を有するガス状物質
は、導入された気体が分布している建物２０５の
領域に到達する。始めに仮定した如く、危険性を
有するガス状物質は、雰囲気温度の状態下では、
導入された気体よりも低い密度を有しているの
で、危険性を有するガス状物質は、導入された気
体の上に浮かぶことになる。更に、気体の供給に
よつて、危険性を有するガス状物質を建物２０５
の上方領域に追いやつて、建物２０５の上方領域
に位置させ、建物２０５の下方領域から離れた状
態に維持することが可能となる。

気体供給ライン２１３′を通つて供給された気
体だけでなく、ボイラー２０１の上端から放出さ
れて存在する、危険性を有するガス状物質も又、
建物２０５内に存在する空気と少なくとも部分的
に混合して、密度の差の関係が幾らか変化するこ
とにも留意するべきである。実施例の場合、供給
気体と建物２０５の下方領域中に存在する空気の
混合物の平均密度は、供給気体自体の密度よりも
低いが、毒性物質と混合された上方領域中の大気
の密度よりも高くなる。後者の大気は、更に、軽
いガスを追加的に導入したり、又は、上方領域を
加熱することによつて、軽くすることができる。

気体の導入及び危険なガス状物質の発生は、建
物２０５内の圧力を上昇させることも考慮される
べきである。本実施例の場合の様に、空調ユニツ
トへの接続ラインが備えられている場合には、危
険性を有するガス状物質が、これらの接続ライン
を通つて流出する可能性がある。流出の場合に
は、例えば、気体供給ライン２１７′を通して、
低密度気体を空調ユニツトに繋がる接続ラインに
導入し、又、既に気体供給ライン２１３′を通し
て供給されているのと同一の気体を、気体供給ラ
イン２１６′を通して導入することによつて、実
質的に防止することができる。これは、本質的
に、高い密度を有する気体が、建物２０５の下方
領域に流入し、一方、低密度を有する気体が、建
物２０５の上方領域に到達することを意味してい
る。この様にして、建物２０５内の密度の層状化
された関係を維持し、場合によつては強化するこ
とすら可能である。

安全性のため、補助設備を収容している建物２
０７と空調ユニツト２１０とを流体的に接続して
いる接続ラインは、気密状態で閉じられるブロツ
ク手段を含んでおり、これによつて、建物２０７
内で働いている人間が危険に曝されないようにし
ている。他方、もし、現実の危険を避けるため、
建物２０７中に誰も残つていない場合には、空調
ユニツト２１０に繋つている接続ラインを通し
て、建物２０７内を、少なくとも気体供給手段２
１２及び２１３のいずれか一方にある気体によつ
て充満し、補助設備を収容している建物２０７内
に、危険性を有するガス状物質が入ることがない
ように保証することも可能である。

又、他の手段として、建物２０５の下方領域に
配置された冷却手段２１５を稼動して、この領域
にある気体混合物の平均密度を更に高めることも
できる。状況によつては、建物２０５の上方領域
におけるガス混合物の密度を減小させるべく、加
熱手段２１４を稼動することも考えられる。この
場合には、当然、建物２０５内の圧力条件を考慮
に入れる必要がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による方法の第１実施例が採
用された、加圧水型の原子炉を含む安全格納容器
を模式的に示す断面図、第２図は、本発明による
方法の第２実施例が採用された、化学的プロセス
を遂行するためのプラントを模式的に示す断面図
である。 ２〜１０…空間、１１，１２…気体供給ライ
ン、１３…安全格納容器、２０５，２０７…建
物、２１２，２１３…気体供給手段、２１２′，
２１３′…気体供給ライン、２１４…加熱手段、
２１５…冷却手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉安全格納容器のような、閉空間内に存
   在する大気と、同一空間内にあるガス状物質との
   混合を防止又は禁止する方法において、前記空間
   内のある領域における大気の密度を変化させて、
   この密度変化により、本質的に安定な、沿直方向
   に層状化された大気が形成されるようにしたこと
   を特徴とする、閉空間内に存在する大気と同一空
   間内にあるガス状物質との混合を防止又は禁止す
   る方法。 ２ 前記空間内の上方領域における大気の密度を
   減少させるようにした特許請求の範囲第１項に記
   載の方法。 ３ 前記空間内の上方領域における大気の密度
   を、気体又は気体混合物を供給することによつ
   て、減小させるようにした特許請求の範囲第２項
   に記載の方法。 ４ 前記供給気体が、不活性ガス、好ましくはヘ
   リウムである特許請求の範囲第３項に記載の方
   法。 ５ 前記空間内の上方領域における大気の密度
   を、前記上方領域における大気の温度を高めるこ
   とによつて、減小させるようにした特許請求の範
   囲第２項に記載の方法。 ６ 前記空間内の上方領域における大気の温度を
   高めるために、前記上方領域における大気の温度
   より高温の気体又は液体を、前記上方領域に供給
   するようにした特許請求の範囲第５項に記載の方
   法。 ７ 前記空間内の上方領域における大気の温度を
   高めるために、前記上方領域に配設された、少な
   くとも一つの加熱手段を用いるようにした特許請
   求の範囲第５項に記載の方法。 ８ 前記空間内の上方領域における大気の温度を
   高めるために、前記空間の天井及び／又は壁を、
   少なくとも部分的に加熱するようにした特許請求
   の範囲第５項に記載の方法。 ９ 前記温度を高める操作を、閉空間の外側か
   ら、直接又は間接的に行うようにした特許請求の
   範囲第５項乃至第８項のいずれか一項に記載の方
   法。 １０ 前記空間内の上方領域における大気の密度
   を、気体、気体混合物又は液体を前記上方領域に
   供給し、同時に又は続けて、前記上方領域の大気
   の温度を高めることによつて、減小させるように
   した特許請求に範囲第２項に記載の方法。 １１ 前記空間内の下方領域における大気の密度
   を増大させるようにした特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 １２ 前記空間内の下方領域における大気の密度
   を、気体又は気体混合物を供給することによつて
   増大させるようにした特許請求の範囲第１１項に
   記載の方法。 １３ 前記供給気体が、不活性ガスである特許請
   求の範囲第１２項に記載の方法。 １４ 前記空間内の下方領域における大気の密度
   を、前記下方領域における大気の温度を低めるこ
   とによつて、増大させるようにした特許請求の範
   囲第１１項に記載の方法。 １５ 前記空間内の下方領域における大気の温度
   を低めるために、前記下方領域における大気の温
   度より低温の気体又は液体を、前記下方領域に供
   給するようにした特許請求の範囲第１４項に記載
   の方法。 １６ 前記空間内の下方領域における大気の温度
   を低めるために、前記空間の底部及び／又は壁
   を、少なくとも部分的に冷却するようにした特許
   請求の範囲第１４項に記載の方法。 １７ 前記温度を低める操作を、閉空間の外側か
   ら、直接又は間接的に行うようにした特許請求の
   範囲第１４項又は第１５項に記載の方法。 １８ 前記空間内の下方領域における大気の密度
   を、気体、気体混合物又は液体を前記下方領域に
   供給し、同時に又は続けて、前記下方領域の大気
   の温度を低めることによつて、増大させるように
   した特許請求の範囲第１１項に記載の方法。 １９ 前記空間内の上方領域における大気の密度
   を減小させ、同時に又は続けて、下方領域におけ
   る大気の密度を増大させるようにした特許請求の
   範囲第２項乃至第１８項のいずれか一項に記載の
   方法。