JPH0576599B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は原子炉格納容器内の可燃性ガスの濃度
を制御する装置（以下FCSと略す）に係り、特に
原子力発電設備に例えば１台設置して、これを事
故の発生したプラントに運搬して使用できるよう
にな可搬式の可燃性ガス濃度制御装置に関するも
のである。

〔発明の背景〕

FCSは原子炉における冷却材喪失事故時（以下
LOCAと略す）に原子炉格納容器内に発生する可
燃性ガス（水素及び酸素）を可燃限界濃度（水素
4Vol％、酸素5Vol％）に到達する以前に、これ
らを積極的に燃焼させることにより可燃性ガスの
濃度を制御する装置である。

可燃性ガスの発生するメカニズムは、LOCA時
に燃料棒が露出しヒートアツプした時に起こる水
−金属反応による水素の発生、及び、核分裂生成
物による水の放射線分解に伴う水素及び酸素の発
生がある。

従来これらの対策として、水−金属反応による
水素の発生に対してはあらかじめ格納容器内を不
活性ガス（窒素ガス）で置換しておき、酸素濃度
を抑え、また水の放射線分解による水素、酸素の
発生に対してはFCSにより対処するという方法が
一般的であつた。

第６図、第７図は従来のFCSを示したもので、
通常１プラントに２基設置されている。系統はブ
ロア１、ヒータ２、再結合器３、冷却器４、気水
分離器５、主配管６、再循環配管７、入口流量制
御弁８、再循環流量制御弁９、再循環流量制御弁
１０から成つている。機能の概略は、ブロア１で
ドライウエル１１から可燃性ガスを吸込み、ヒー
タ２で約720℃に加熱し、再結合器３に導く。再
結合器３で水素、酸素が再結合し、生成した水蒸
気は冷却器４で水に戻される。気水分離器５は水
と未燃焼のガスを分離し、また分離したガスの一
部を再循環配管７に分岐し、吸込配管に戻す機能
を持つている。再循環配管７は大破断事故等でド
ライウエル内の可燃性ガス濃度が高くなつた場
合、再結合が過度に進展し、システムが破損する
のを防止する為の設備である。気水分離器５を出
た水及び未燃焼ガスは残留熱除去系から冷却器４
の冷却のために供給されたスプレイ冷却水と共に
サプレツシヨンチエンバ１２に戻る。サプレツシ
ヨンチエンバ１２は、前記FCSからの戻りガスに
より圧力が高くなるとバキユームプレーカ１３が
開放してドライウエル１１内にガスが流入し圧力
バランスを保持するようになつている。吸込ガス
流量は入口流量制御弁９、及び再循環流量制御弁
１０の自動制御により一定に制御される。又、再
結合器３の出口ガス温度も自動制御装置に制御さ
れる。

本系統の運転は事故後30分以内にまず格納容器
隔離弁１４，１５を開放し、次にヒータ２の電源
を投入し暖機を開始する。暖機開始後３時間以内
に再結合器３は所定の温度に達するので、流量を
通常運転状態に設定し、運転状態に入るものであ
る。

水の放射線分解に関しては水の放射線分解によ
る水素、酸素の発生は、核分裂生成物が崩壊を終
えるまで続くわけではなく、気相中の水素濃度が
ある程度高くなると静水中（非沸騰水中）では水
分解し発生する水素、酸素量と再結合し減少する
水素、酸素量が平衡状態となり、実質的には水分
解はそれ以上進展しなくなるということが明らか
になつた。従つて、水の放射線分解による水素、
酸素の発生に対処したFCSは必要ないとの考え方
が一般化し、最近のプラント合理化案ではFCSの
削除という案が出され、実施に移されようとして
いる。

しかし、この場合でも安全余裕の確保のため全
部削除するのではなく、原子力発電所に少なくと
も１基は配置し、事故時にはこれを事故プラント
に搬入するようにして万一の場合に対処するとい
う考え方が固まりつつある。これを従来のFCSを
単に可搬式としたもので達成しようとした場合、
従来FCSはプラント毎に設置されることを前提と
して設計されているため、電源、冷却系等はプラ
ント側から供給を受けなければならず、各プラン
トにこれらの設備を設けることはせつかく可搬式
としてFCSを削除しても、その効果が十分生かさ
れないという欠点があり、この欠点の解決が急が
れている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、FCSを運転するのに必要な機
能を全てFCS自身に持たせ、かつそれを運搬車と
一体になつた可搬式の可燃性ガス濃度制御装置を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉格納容器内内のドライウエル
と配管ジヨイントを介して接続自在な上流側の主
配管と、前記主配管を通つてきた流体に駆動力を
付与するブロアと、前記主配管を通つてきた流体
を運搬車の排気熱により加熱するヒータと、前記
加熱された前記流体を再結合処理する再結合器
と、前記再結合器から出された前記流体を冷却す
るクローズド再循環方式の冷却設備と、前記冷却
設備を通過した前記流体を気水分離する気水分離
器と、前記気水分離器を通過した前記流体を前記
原子炉格納容器内のサプレツシヨンチエンバへ供
給する通路として前記サプレツシヨンチエンバと
他の配管ジヨイントを介して接続自在な後流側の
主配管とを備えた原子炉格納容器内の可燃性ガス
の濃度を制御する装置及び前記原子炉格納容器内
の可燃性ガスの濃度を制御する装置への電力供給
系統とを前記運搬車に装備した可搬式の可燃性ガ
ス濃度制御装置である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の具体的な一実施例を第１図〜第
５図により説明する。

本発明の実施例では主系統がブロア１、ヒータ
２、再結合器３、冷却器４、気水分離器５、主配
管６、主配管ジヨイント部２７から構成される。
これらは従来FCSと同じで、又機能も同じであ
る。

本発明の実施例では構造的にヒータ２、冷却器
４、配管ジヨイント２７、電源系、及び運搬車に
特徴があるので以下それらについて詳述する。

(a) ヒータ ヒータ２は熱源として運搬車のエンジンから排
気管２３で導かれる排気ガスが用いられる。すな
わち、ヒータ２は再結合器３の廻りをらせん状配
管１６が囲つており、らせん状配管１６内をドラ
イウエル１１内の雰囲気ガスが通過するようにし
て再結合により発生する熱をガスが受熱し易くな
つている。このらせん状配管１６は第４図に示す
ように２重配管構造になつていて、内部の管に運
搬車の排気ガスを通過させることにより、排気ガ
スとドライウエル１１からの雰囲気ガスとの間で
熱交換ができる構造になつている。

また本系統にはヒータ２の温度調節するため排
気ガスをらせん状配管１６に通さず直接出口排気
管２３に導くバイパス管１７と、そのバイパス流
量を調節するバイパス流量制御弁１８、およびバ
イパス流量制御弁１８に信号を送るヒータ温度計
１９とを設けている。

再結合器３の入口温度は約720℃までヒーテイ
ングを必要とする。現在の一般的な車のエンジン
直後の排気ガス温度は約800℃である。従つて加
熱しないよう排気管２３に断熱材を巻いておけば
らせん状配管１６の排気ガス温度を720℃以上に
保持するのは可能である。

なお、熱容量的にFCSが定格で運転した場合に
720℃までヒートアツプするのに要する熱量が排
気ガスから供給できるかという点に関しても以下
に示すように十分可能であることがわかつた。

電源は発電機により、FCSの必要電力を供給し
ている状態という条件における熱量収支。

FCSのヒータを除いた必要電力は約50kw／ｈ
（本発明ではヒータの熱源は車の排気ガスを利用
している）であるから、これを発生するに要する
エンジンの必要出力Ｐは、 Ｐ＝50×10³×1.36×10^-3（PS／ｗ）＝68PSこれ
に発電機、その他の効率を考慮し、エンジンは
100PSで運転しているとする。

又、エンジンの燃料消費率を200g／PS・ｈと
すると、100PSのエンジンの１時間当たりの燃料
消費率Ｗは、 Ｗ＝0.2×100＝20Kg／ｈ となる。

ガソリンの発熱量は約10，000kcal／Kgである
から100PS出力のエンジンでは１時間当たり、 10000×20＝２×10⁵kcal／ｈ 発熱する。このうち、排気ガスとして放散され
るのは約35％であるから、 ２×10⁵×0.35＝70000kcal／ｈ となる。

一方、FCSが定格運転している時の流量は250
m³／ｈであるから、この流量を700℃（20℃→720
℃）加熱するのに要する熱量はガスの比熱を
0.25kcal／Kg、密度を1.2Kg／m³（20℃空気）と
すると、 Ｑ＝250×1.2×0.25×700＝50000kcal／ｈとな
る。

従つて100PSで運転しているエンジンであれ
ば、そのエンジンの排気ガスにより、定格運転で
運転しているFCSの流量を、再結合反応するのに
必要な720℃まで加熱するのに十分な熱量を有し
ていることがわかる。

なお実際にはFCSが定格運転を開始すれば再結
合器３からの反応熱も、ヒータ２の熱源として利
用できるので上記した程のエンジンの出力は要し
ない。

(b) 冷却器 冷却器４が主要構成である冷却設備は、冷却器
４、ラジエータ２０、フアン２１、ポンプ２２及
び排気類からなるクローズド循環方式の構成を有
し、その冷却設備は、再結合器３から冷却器４に
入つてきた高温の水蒸気を冷却して水に戻すた
め、再び再結合器３から冷却器４に入つてきた高
温のガス流体を冷却してサプレツシヨンチエンバ
へ低温化して戻すため、並びに再結合器３からサ
プレツシヨンチエンバへの流路配管の温度条件を
緩和するために設けられている。この冷却設備に
より、再結合処理後の流体に対して外部からの冷
却水の供給なしに冷却が可能となる。すなわち、
冷却器４内にスプレイされた水はラジエータ２０
に導かれて、冷却され、ポンプ２２により再び冷
却器４にスプレイされる。ラジエータ２０の容量
は再結合器４の出口温度約770℃から、サプレツ
シヨンチエンバ１２に戻す温度120℃まで降下す
るのに必要な熱量約50，000kcal／ｈを放散する
容量のものとする必要がある。

(c) 配管ジヨイント 本発明は可搬式であるため、ドライウエル１１
から吸込み、サプレツシヨンチエンバ１２に戻す
ための配管６はその接続部をジヨイント構造とし
なければならない。FCSはPCVバウンダリを形
成するので、漏洩については十分注意する必要が
あるが、事故時にFCSを起動する必要のある期間
はPCV内の圧力がほぼ大気圧に戻っているから、
配管ジヨイントはフランジによるボルト止構造で
十分である。また、配管６のジヨイント部２７
（第１図参照）の手前の部分の一部をフレキシブ
ル管とすることによりジヨイント部の接続を容易
に行える構造にできる。

(d) 電源系統 ブロア１、バルブ９，１８、フアン２１、ポン
プ２２等を駆動する電源系統は、運搬車のエンジ
ン２４により駆動される発電機２５から供給され
る。FCSのヒータ２の電力を除いた必要電力は約
50kw／ｈであるから、これを駆動するエンジン
出力は68PSであり、更に発電機２５、及び駆動
ギア２６の効率を考慮しても、エンジン出力は
100PSで十分である。100PSのエンジンは一般の
乗用車の平均出力であり、エンジンを特に大きく
するという必要はない。発電機２５の駆動は運搬
車の走行用ギアから発電機駆動用のギアに切替え
ることにより行う。従つて、若干変速機の改造が
必要となる。

(e) 運搬車 運搬車は100PS以上のエンジンを擁し、且つ
FCS、発電機を積載する大きさのものが必要であ
るから、中型トラツク（４〜4.5トン）程度のも
のが妥当である。運搬車にはクレーン車と同様に
車体を安定させるためのビームアームを設けてい
る。稼動中はこのビームアームを使用して車体を
安定化させる。また運搬車の排気管２３は排気口
２７がジヨイント構造になつており、運転中は建
屋の排気口開口部と接続され、排気は屋外に放出
されるようになつている。なお、排気管２３は一
部がフレキシブルになつており、ジヨイント部で
の接続がし易い構造になつている。

次に、このような本発明の実施例でのFCSの操
作、機能について詳細に説明する。

上述の本発明の実施例によるFCSを事故プラン
トに設置する場合、設置場作は運搬車が進入可能
な広い場所を必要とすることから、原子炉建屋ア
ウターボツクス廃棄物貯蔵庫のトラツクエリア、
あるいは大物搬入口が考えられる。FCS設置場所
には格納容器ドライウエル１１に通じる配管、及
びサプレツシヨンチエンバ１２に通じる配管を開
口させておき、搬入した本発明のFCSの吸込配管
及び戻り配管を前記配管に接続する。また、運搬
車の排気管２３に屋外に開口した排気口に接続す
ることにより排気ガスが建屋外に導かれるように
している。FCSを所定の位置に搬入したならビー
ムアームを出し、運搬車が動かないよう固定す
る。次に、FCSの主配管６の吸込部と出口部を配
管ジヨイント２７で接続し、さらに隔離弁１４，
１５を開ける。さらに運搬車の変速機を発電機２
５の駆動用ギア２６に切替え運搬車のエンジン２
４を起動し、発電及びヒータ２の暖機を開始す
る。従つてこの時点でブロア１、冷却水ポンプ２
２は起動する。ヒータ２が所定の温度（約720℃）
に達したなら、バイパス流量制御弁１８をコント
ロールして通常運転を開始する。

以上述べた本発明の実施例によれば、従来の
FCSを単に可搬式とした場合などと比較し、以下
に示すように特有の効果を達成できる。

(1) プラント設計の合理化 従来のFCSを単に事故プラントに搬入する場合
は電源設備、冷却設備はプラント毎に用意する必
要があるが、本発明によるFCSではFCSが必要と
する機能を全てFCS自身が持つのでFCSのための
電源設備、冷却設備を各プラントに設ける必要は
なくサイト全体のコストは大巾に低減できる。ま
た、FCSのための電源も必要ないから、非常用デ
イーゼル発電機等の所内電源容量も低減すること
が可能となる。

(2) 運転のための準備作業の簡易化 本発明では冷却器４の冷却水はクローズド再循
環方式であるから外部から冷却水を供給する必要
がなく、このため冷却水配管の接続作業が不要に
なり設置作業が簡単になる。

(3) 安全性の向上 本発明では冷却器４の冷却水はクローズド再循
環方式であるから外部から冷却水を供給する為の
配管の接続がない。従つて接続部から冷却水の漏
洩がなく安全性が向上する（冷却水は直接PCV
雰囲気に触れるので放射能を含んでいる可能性が
ある。）。

(4) メンテナンス性の向上 原子炉建屋から分離して待機する本発明の可搬
式FCSでは、電源設備、冷却系設備がFCS自身に
備えられているので、プラント運転状態の如何に
よらずこれら機器、系統のメンテナンスが可能と
なる。

(5) 運転性の向上 本発明では電源設備、冷却系設備はFCS自身が
持つので事故時に所内電源の使用状況、RHR系
（原子炉残留熱除去系）の運転モード状況（従来
FCSを単に搬入した場合はRHR系から冷却水の
供給を受けることになる）に依らず任意にFCSを
運転することが可能となり運転性が向上する。

第８図〜第１３図は本発明の変形例を示したも
のである。各図において第１図〜第７図と同一符
号を付した部分は同一若しくは相当する部分を示
している。以下これらについて説明する。

第８図及び第９図に示す実施例は冷却器４の冷
却水を直接格納容器雰囲気に触れるスプレイ方式
でなく、チユーブ式熱交換方式としたものであ
る。すなわち、冷却器４胴側（又はチユーブ側）
には再結合器３から出た未燃焼ガスが、チユーブ
側（又は胴側）には冷却水が循環し、熱交換をす
るという構造にしたものである。

この実施例によれば、冷却水は直接格納容器雰
囲気に触れることはないので、核分裂生成物を含
まないクリーンな状態で冷却水を循環させること
ができる。従つて、例えばポンプ２２のシール部
等から系外に冷却水が漏洩するようなことが仮に
あつたとしても、周辺が汚染される可能性はな
い。

第１０図及び第１１図に示す実施例は冷却器４
を空冷とした場合のものである。冷却器４は複数
のチユーブ２８から成つており各々のチユーブに
はフインがついている。再結合器４を出たガスは
各各のチユーブ２８を通過する間にフアン２１か
ら送風される冷風により冷却される。本実施例で
は、動的機器がフアン２１だけなので構造が簡単
になり、また系外に漏洩する可能性のある冷却水
などは使用されないので、安全性は非常に高くな
る。

第１２図及び第１３図に示す実施例は、運搬車
のエンジン２４により駆動される発電機２５を積
載せずにブロア１、ポンプ２２、フアン２１等の
駆動電力源を所内電源から供給するようにしたも
のである。この場合、電源ケーブル２９がFCS本
体に設けておいて、これを所内電源コンセントに
接続して電力の供給を受ける。本実施例によれ
ば、運搬車のエンジンから駆動される専用発電
機、及びこれを駆動する機構は不要となり運搬車
の構造が簡単になるから保守点検が容易になる。

以上述べたように、本発明の第１図から第５
図、第８図〜第１１図の各実施例ではFCSが必要
とする機能をFCS自身が持つようにしたのでプラ
ント毎のFCSのための電源設備や冷却系設備が不
要となり、サイト全体のコストが大巾に低減す
る。

また、FCSのための電源が必要ないことから非
常用デイーゼル発電機等の所内電源容量を低減す
ることも可能となる。

本発明の全ての実施例では冷却器４の冷却水は
クローズドした再循環方式としているから、外部
から冷却水を供給する必要がなく、配管の接続作
業が不要になり、設置作業が簡単になる。

また、本発明の全ての実施例では冷却器４の冷
却水はクローズドした再循環方式であるから、外
部から冷却水を供給する為の配管の接続がなく、
従つて接続部から冷却水の漏洩がなく安全性も向
上する。

本発明の全ての実施例では、可搬式FCSを原子
炉建屋から分離して事故に備えるものであるか
ら、原子炉建屋から離れた分離位置でプラント運
転状態の如何によらずに機器、系統のメンテナン
スが可能となる。

さらに本発明の第１図〜第５図、第８図〜第１
１図の各実施例では、電源設備や冷却設備はFCS
自身が持つので事故時に所内電源の使用状況、
RHR系の運転モード状況（従来FCSを単に搬入
した場合はRHR系から冷却水の供給は受けるこ
とになる）によらず、また本発明の全ての実施例
にあつては、RHR系の運転モード状況によらず
任意にFCSを運転することが可能となり、運転性
が向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、FCS（可燃性ガス濃度制御装
置）を運転するのに必要な機能の外部への依存性
を低くまとめて運搬車と一体にした可搬式の可燃
性ガス濃度制御装置を提供できる。したがつて、
発電所に本発明装置を一台設けるだけで、どのプ
ラントで事故が起きても対応でき、１発電所にお
ける可燃性ガス濃度制御装置の設置コストが従来
に比べ大幅に低減される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明装置の１実施例を示す
図で、第１図及び第２図は系統図、第３図は要部
の構造を説明する説明図、第４図は再結合器の部
分の断面図、第５図は全体構造を説明する図、第
６図は従来装置の系統図、第７図は第６図の要部
の構造を説明する図、第８図及び第９図は本発明
の第２の実施例を示す系統図、第１０図及び第１
１図は本発明の第３実施例を示す系統図、第１２
図及び第１３図は本発明の第４実施例を示す系統
図である。 １……ブロア、２……ヒータ、３……再結合
器、４……冷却器、５……気水分離器、６……主
配管、７……再循環配管、８……冷却水止弁、９
……入口流量制御弁、１０……再循環流量制御
弁、１１……ドライウエル、１２……サプレツシ
ヨンチエンバ、１３……バキユームブレーカ、１
４……隔離弁（吸込側）、１５……隔離弁（吐出
側）、１６……らせん状２重配管、１７……排気
ガスバイパス管、１８……バイパス流量制御弁、
１９……温度計、２０……ラジエータ、２１……
フアン、２２……ポンプ、２３……排気管、２４
……エンジン、２５……発電機、２６……発電機
駆動ギア、２７……配管ジヨイント、２８……冷
却器チユーブ、２９……外部電源用ケーブル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉格納容器内のドライウエルと配管ジヨ
   イントを介して接続自在な上流側の主配管と、前
   記主配管を通つてきた流体に駆動力を付与するブ
   ロアと、前記主配管を通つてきた流体を運搬車の
   排気熱により加熱するヒータと、前記加熱された
   前記流体を再結合処理する再結合器と、前記再結
   合器から出された前記流体を冷却するクローズド
   再循環方式の冷却設備と、前記冷却設備を通過し
   た前記流体を気水分離する気水分離器と、前記気
   水分離器を通過した前記流体を前記原子炉格納容
   器内のサプレツシヨンチエンバへ供給する通路と
   して前記サプレツシヨンチエンバと他の配管ジヨ
   イントを介して接続自在な後流側の主配管とを備
   えた原子炉格納容器内の可燃性ガスの濃度を制御
   する装置及び前記原子炉格納容器内の可燃性ガス
   の濃度を制御する装置への電力供給系統とを前記
   運搬車に装備した可搬式の可燃性ガス濃度制御装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、電力供給系
   統に接続される電源設備は、運搬車のエンジンに
   より駆動され、前記運搬車に装備されている発電
   機であることを特徴とする可搬式の可燃性ガス濃
   度制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記冷却設備の冷却は冷却対象の流体を通す
   ためのフインを付けた複数本のチユーブ、及び前
   記チユーブに送風するフアンからなる空冷により
   行われることを特徴とする可搬式の可燃性ガス濃
   度制御装置。