トップ :: G 物理学 :: G21 核物理;核工学




【発明の名称】 受動的格納容器冷却システムを改良するシステム及び方法
【発明者】 【氏名】イー・クォン・チューン

【氏名】ロバート・イー・ギャンブル

【氏名】アタムビル・シン・ラオ

【要約】 【課題】復水器からの排水を改良した冷却システム(62)を提供する。

【解決手段】原子炉格納容器冷却システム(62)はドライウェル(18)とウェットウェル(20)を有する原子炉格納容器(14)と原子炉格納容器に外側に位置する水の冷却プール(24)に浸漬された冷却復水器(26)と復水器から前記ウェットウェル内に配置されたサプレッションプール(22)に延伸する通気管路(42)と復水器から前記ドライウェル内に配置された復水排水槽(38)に延伸する排水管路(36)とを含む。排水管路の端部(68)は垂直に排水槽内のプールの表面下に浸漬される。流れを改善するため、送風機(70)を排水管路内に配置しても良い。また、ドライウェルガス再循環サブシステム(46)と吸引管内に位置した弁(52)と吸引管路に結合された送風機(50)とドライウェルと連通する吐出管路(54)とを含んでも良い。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 ドライウェル(18)とウェットウェル(20)を具備する原子炉格納容器(14)と、原子炉格納容器に外側に位置する水の冷却プール(24)に浸漬された冷却復水器(26)と、前記復水器から前記ウェットウェル内に配置されたサプレッションプール(22)に延伸する通気管路(42)と、前記復水器から前記ドライウェル内に配置され水のプール(64)を具備する復水排水槽(38)に延伸し、端部(68)が垂直に前記排水槽内の前記水のプールの表面下に浸漬された少なくとも1本の排水管路(36)とを具備する原子炉格納容器冷却システム(62)。
【請求項2】 前記少なくとも1本の排水管路(36)に位置する送風機(70)を更に具備する請求項1記載の格納容器冷却システム(62)。
【請求項3】 各排水管路(36)はU字型管ループシール(40)具備し、前記排水管路の端部(68)は前記排水槽(38)内の前記水のプール(64)の表面上方に位置する請求項2記載の格納容器冷却システム(62)。
【請求項4】 少なくとも1つのジェットポンプ装置(72)を更に具備し、各々のジェットポンプ装置は吸引管路(74)と前記吸引管路と連通するポンプ(76)と前記ポンプから排水管路(36)内に位置するジェットポンプノズル(80)に延伸する吐出管路(78)と前記排水管路内に位置し前記ジェットポンプノズルが上流に位置するベンチュリ部(82)とを具備する請求項1記載の格納容器冷却システム(62)。
【請求項5】 各排水管路(36)はU字型管ループシール(40)具備し、前記排水管路の端部(68)は前記排水槽(38)内の前記水のプール(64)の表面上方に位置し、前記ベンチュリ部(82)は前記ループシールの入り口に位置する請求項4記載の格納容器冷却システム(62)。
【請求項6】 前記少なくとも1本の排水管路(36)は冷却復水器(26)と連通する少なくとも3本の排水管路具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路は送風機(70)を具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路はジェットポンプ装置(72)を具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路は重力駆動吸引ポンプ(86)を具備する請求項1記載の格納容器冷却システム(62)。
【請求項7】 前記少なくとも1本の排水管路(36)は冷却復水器(26)と連通する少なくとも3本の排水管路具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路は送風機(70)を具備する請求項6記載の格納容器冷却システム(62)。
【請求項8】 前記少なくとも1本の排水管路(36)は冷却復水器(26)と連通する少なくとも3本の排水管路具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路はジェットポンプ装置(72)を具備する請求項6記載の格納容器冷却システム(62)。
【請求項9】 前記通気管路(42)に結合されたドライウェルガス再循環サブシステム(46)を更に具備し、前記ドライウェルガス再循環サブシステムは前記通気管路に結合され連通する吸引管路(48)と、前記吸引管内に位置する少なくとも1つの弁(52)と、前記吸引管路と結合された少なくとも1つの送風機(50)と、前記ドライウェル(18)と連通する吐出管路(54)とを具備する請求項1記載の格納容器冷却システム(62)。
【請求項10】 各排水管路(36)はU字型管ループシール(40)具備し、前記排水管路の端部(68)は前記排水槽(38)内の前記水のプール(64)の表面上方に位置する請求項9記載の格納容器冷却システム(62)。
【請求項11】 原子炉圧力容器(12)と、原子炉圧力容器内に位置する炉心(16)と、ドライウェル(18)とウェットウェル(20)を具備し前記原子炉圧力容器が内部に位置する原子炉格納容器(14)と、原子炉格納容器に外側に位置する水の冷却プール(24)に浸漬された冷却復水器(26)と、前記復水器から前記ウェットウェル内に配置されたサプレッションプール(22)に延伸する通気管路(42)と、前記復水器から前記ドライウェル内に配置され水のプール(64)を具備する復水排水槽(38)に延伸する端部(68)が垂直に前記排水槽内の前記水のプールの表面下に浸漬された少なくとも1本の排水管路(36)とを具備する原子炉(10)。
【請求項12】 前記少なくとも1本の排水管路(36)に位置する送風機(70)を更に具備する請求項11記載の原子炉(10)。
【請求項13】 各排水管路(36)はU字型管ループシール(40)具備し、前記排水管路の端部(68)は前記排水槽(38)内の前記水のプール(64)の表面上方に位置する請求項12記載の原子炉(10)。
【請求項14】 少なくとも1つのジェットポンプ装置(72)を具備し、各々のジェットポンプ装置は吸引管路(74)と前記吸引管路と連通するポンプ(76)と前記ポンプポンプから排水管路(36)内に位置するジェットポンプノズル(80)に延伸する吐出管路(78)と前記排水管路内に位置し前記ジェットポンプノズルが上流に位置するベンチュリ部(82)とを具備する請求項11記載の原子炉(10)。
【請求項15】 各排水管路(36)はU字型管ループシール(40)具備し、前記排水管路の端部(68)は前記排水槽(38)内の前記水のプール(64)の表面上方に位置し、前記ベンチュリ部(82)は前記ループシールの入り口に位置する請求項14記載の原子炉(10)。
【請求項16】 前記少なくとも1本の排水管路(36)は冷却復水器(26)と連通する少なくとも3本の排水管路具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路は送風機(70)を具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路はジェットポンプ装置(72)を具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路は重力駆動吸引ポンプ(86)を具備する請求項11記載の原子炉(10)。
【請求項17】 前記少なくとも1本の排水管路(36)は冷却復水器(26)と連通する少なくとも3本の排水管路具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路は送風機(70)を具備する請求項16記載の原子炉(10)。
【請求項18】 前記少なくとも1本の排水管路(36)は冷却復水器(26)と連通する少なくとも3本の排水管路具備し、前記少なくとも3本の排水管路のうちの少なくとも1本の排水管路はジェットポンプ装置(72)を具備する請求項16記載の原子炉(10)。
【請求項19】 前記通気管路(42)に結合されたドライウェルガス再循環サブシステム(46)を更に具備し、前記ドライウェルガス再循環サブシステムは前記通気管路に結合され連通する吸引管路(48)と、前記吸引管内に位置する少なくとも1つの弁(52)と、前記吸引管路と結合された少なくとも1つの送風機(50)と、前記ドライウェル(18)と連通する吐出管路(54)とを具備する請求項11記載の原子炉(10)。
【請求項20】 各排水管路(36)はU字型管ループシール(40)具備し、前記排水管路の端部(68)は前記排水槽(38)内の前記水のプール(64)の表面上方に位置する請求項19記載の原子炉(10)。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、原子炉に関し、特に、原子炉における受動的格納容器冷却システムに関する。
【0002】
【発明の背景】公知の沸騰水型原子炉は格納容器内に配置された原子炉圧力容器(RPV)と受動的格納容器冷却システム(PCCS)とを含む。格納容器はドライウェルと格納容器内に配置された密閉ウェットウェルとを含む。PCCSは格納容器上部に位置する冷却プール内に浸漬された受動的格納容器冷却復水器を含む。
【0003】管が破断すると、炉心崩壊熱によって発生された蒸気がRPVからドライウェルへと放出される。蒸気はウェットウェル内の圧力よりも高い圧力を持つため元々ドライウェル内に収容されている不凝結ガスを運ぶPCC入口管路内に流れ込む。蒸気は復水器管部内で凝縮され、不凝結ガスは復水器の下部ドラムからウェットウェル内の圧縮プールの表面下に開放しているガス通気管路を介して排気される。凝縮性ガスは圧縮プールを上昇した後で、圧縮プール上方のウェットウェル空間に侵入する。
【0004】復水器の下部ドラムに集められた凝縮水は排水管路を介して排水槽又は復水貯蔵槽に流入する。U字型管ループシール又は水抜き装置はドライウェル内の蒸気や不凝結ガスの逆流を規制し、それらが排水管路を逆流し下部ドラムに流入し復水器を迂回して通気管路を介してウェットウェル内に進入するのを防止する。排水槽は凝縮水をRPVに排水するためにRPVに接続された分離放出管路を持つ。RPV内においては、凝縮水は崩壊熱によって蒸気に変化し、蒸気はドライウェルに逆流する。この連続的な過程において、管破断後のある期間、炉心が水冷される。
【0005】しかしながら、このように連続的に不凝結ガスをウェットウェルに戻すと格納容器に比較的高い圧力が蓄積される。しかも、圧縮プール水の上層を不凝結ガスがPCCからウェットウェルに放出する度に加熱すると、格納容器内の圧力は徐々に上昇する可能性がある。
【0006】U字型管ループシール上方に配置された排水管路に接続されたバイパス管路がBilling他による米国特許第5,282,230号に記載されている。バイパス管路は常閉バイパス弁を含み、直接ドライウェル内に開放している。バイパス管路は凝縮水や不凝結ガスを下部ドラムから排水管路の上部及びバイパス管路を介してドライウェルに運ぶ。一旦、バイパス弁が開放されると、PCCの動作は蒸気が凝縮水に吸い込まれ凝縮水は重力でドライウェル内に落下するという自然循環に依存する。しかしながら、長期的なPCCの除去率は自然循環によって制御される。これによって、事故後回復処理速度が制限される可能性がある。しかも、取水管やPCC復水器が自然循環を妨げれば、炉心内における金属・水反応によって生成される水素ガスが上部に滞留する可能性がある。
【0007】重力駆動吸引ポンプがCheungによる米国特許第6,097,778号に記載されている。このプンプは凝縮水の位置エネルギーを変換して凝縮性ガス及び不凝結ガスを復水器管の下流の部位から吸引し復水器の外側の部位に放出する。この技術の利点は、装置が可動部品を含まない受動的な装置であり、外部パワーを使用しないことである。しかしながら、吸引ポンプの駆動力、つまり位置エネルギーは凝縮水排水率に依存する。凝縮水排水率は原子炉崩壊パワーに依存する。原子炉崩壊パワーは原子炉の運転停止後、時間経過とともに減少する。結果として、吸引ポンプの位置エネルギー駆動力が減少する。
【0008】公知の受動的格納容器冷却システムに比較して復水器を介した流れを改良した原子炉用の受動的格納容器冷却システムを提供するのが好ましい。また、効果的に不凝結ガスをドライウェルとウェットウェルの間で再分配する原子炉用の受動的格納容器冷却システムを提供するのが好ましい。
【0009】
【発明の概要】一実施例において、原子炉格納容器冷却システムはドライウェルとウェットウェルを有する原子炉格納容器と原子炉格納容器の外側に位置する水の冷却プールに浸漬された冷却復水器と復水器から前記ウェットウェル内に配置されたサプレッションプールに延伸する通気管路と復水器から前記ドライウェル内に配置された復水排水槽に延伸する少なくとも1本の排水管路とを含む。復水排水槽は水のプールを含む。排水管路の端部は垂直に排水槽内の水のプールの表面下に浸漬される。流れを改善するため、送風機を排水管路内に配置する。
【0010】他の実施例において、復水器を介する流れを改善するため、排水管路はジェットポンプ装置を含んでも良い。ジェットポンプ装置は吸引管路と吸引管路と連通するポンプとポンプから排水管路内に位置するジェットポンプノズルに延伸する吐出管路と排水管路内に位置しジェットポンプノズルが上流に位置するベンチュリ部とを含む。
【0011】他の実施例において、流れを改善するため、格納容器冷却システムは通気管路に結合されたドライウェルガス再循環サブシステム含む。ドライウェルガス再循環サブシステムは通気管路に結合され連通する吸引管路と吸引管内に位置する少なくとも1つの弁と吸引管路と結合された少なくとも1つの送風機とドライウェルと連通する吐出管路とを含む。
【0012】上記の原子炉格納容器冷却システムは公知の受動的格納容器冷却システムと比較して改善された復水器を介する流れを有する。更に、上記の原子炉格納容器冷却システムは効果的にドライウェル及びウェットウェル間に不凝結ガスを再分配する。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例による原子炉10の概略図である。原子炉10は原子炉格納容器14内に位置する原子炉圧力容器12を含む。炉心16は原子炉圧力容器12内に位置する。
【0014】原子炉格納容器14は原子炉圧力容器12を収容するドライウェル18と密閉ウェットウェル20とを含む。サプレッションプール22は密閉ウェットウェル20内に位置する。水の冷却器復水プール24は原子炉格納容器14の外部に位置する。複数の格納容器冷却復水器26(2つ図示)は冷却プール24内に浸漬されている。格納容器冷却復水器26はドライウェル18に連通する入口管路28を含む。蒸気や不凝結ガスはドライウェル18から入口管路28を介して復水器26の上部ドラム30に流出し、復水部32に流入する。復水部32においては、蒸気が下部ドラム34内に凝縮され集められる。復水排水管路36は復水器26の下部ドラム34から復水排水槽38に延伸する。入射管路39は復水排水槽38から原子炉圧力容器12と復水排水管に延伸し入射管路39を介して原子炉圧力容器12に延伸する。排水管路36はU字型ループシール又は水抜き装置40を含み蒸気や不凝結ガスの逆流を規制し、それらが復水排水管路36を介して復水器26内に逆流するのを防止する。不凝結ガス通気管路42は下部ドラム34からウェットウェル20に延伸する。通気管路42の出口端44はサプレッションプール22内に浸漬されている。
【0015】ドライウェルガス再循環サブシステム46は不凝結ガスがウェットウェル20内に蓄積されるのを防止する。ドライウェルガス再循環サブシステム46は復水器26の下流であって不凝結ガス通気管路42の出口端44上方の位置にて不凝結ガス通気管路42に接続及び連通されている吸引管路48と吸引管路48に接続された1つ以上の送風機50(1つ図示)と少なくとも1つの弁52(2つ図示)と吐出管路54とを含む。吐出管路54は第1端56と第2端58とを含む。吐出管路54の第1端56は送風機50に接続され、第2端58はドライウェル18に開口している。弁52として、任意の適当な弁が使用できる。例えば、花火型点火弁が使用できる。
【0016】送風機50ドライウェル雰囲気を復水器26を介して強制循環にて循環させる。特に、不凝結ガスは復水器26の復水部32から不凝結ガス通気管路42と吸引管路48を介して循環し、ウェットウェル20に放出される代わりに、ドライウェル18に戻される。
【0017】ドライウェルガス再循環サブシステム46は一度作動されると原子炉格納容器14の閉鎖ループ延長部として機能する。ロックドオープンメインテナンスブロック弁60は吸引管路48及び吐出管路54上の原子炉格納容器14の外側に位置する。ブロック弁60はドライウェルに立ち入ることなくサブシステム46の如何なる部品の点検を可能する。
【0018】図2は図1に示す格納容器冷却システム62の他の実施例を示す概略図である。本実施例において、ドライウェルガス再循環サブシステム46は完全に原子炉格納容器14内に位置する。上述したように、格納容器冷却システム62はドライウェル18及びウェットウェル20を持つ原子炉格納容器14を含む。冷却復水器26は格納容器14に外側に位置する冷却プール24内に浸漬されている。復水器26はドライウェル18に連通し上部ドラム30に接続されている入口管路28と復水部32と下部ドラム34とを含む。不凝結ガス通気管路42は復水器26の下部ドラム34から通気管路42の出口端44をサプレッションプール22に浸漬されているウェットウェル20に延伸する。復水排水管路36は復水器26の下部ドラム34から復水排水槽38に延伸し、U字型管ループシール40を含む。ループシールの高さはHLOOPと定義される。復水排水槽38は水のプール64を含み、復水排水管路36はプール64の表面上方の復水排水槽38に進入する。
【0019】ドライウェルガス再循環サブシステム46は不凝結ガス通気管路42に接続及び連通された吸引管路48と吸引管路48に接続された送風機50と点火弁52と吐出管路54とを含む。
【0020】図3は本発明の他の実施例による格納容器冷却システム62の直管ループシール66を示す概略図である。本実施例において、復水排水管路36は水の排水槽プール64の表面下距離HSUBに位置する復水排水槽38に垂直に浸漬されている。本実施例の利点は復水排水管路36を通過する流れの定常水頭に流れの方向によってバイアスをかけることである。
【0021】復水排水管路36と復水排水槽38の断面積をそれぞれAPIPE及びATANKと定義し、順方向の流れ方向を凝縮水及び不凝結ガスの復水器26から排水管路36を介した排水槽38及びドライウェル18への流れと定義する。順方向の流れのなめには、排水管路36内の水位を排水管路36の出口端68に下げるために、排水管路36内の圧力はドライウェル18内の圧力よりも高くなければならない。排水槽38内の水位は排水管路36から流入する水の体積によって上昇する。排水管路の出口端68の没水度はHSUB*(1+APIPE/(ATANK−APIPE))となる。これは順方向の流れが発生するための排水管路36内の圧力とドライウェル18内の圧力間の定常水頭差に相当する。(APIPE/ATANK)>>1の実施例又は、排水槽38内の水位が入射管路39の位置によって制御される実施例にお【0022】
【外1】

【0023】逆方向の流れ方向はドライウェル18から排水槽38を介する排水管路36内への流れとして定義される。逆方向の流れを発生させるためには、排水槽38内の水位を排水管路出口高度まで降下させるためドライウェル18内の圧力は排水管路36内の圧力よりも十分高くなければならない。この場合、排水管路36内の水位は排水槽38からの流入水の体積により上昇する。排水管路36内の水柱の長さはHSUB*ATANK/APIPEである。これは逆方向の流れが発生するためのドライウェル18内の圧力と排水管路36内の圧力間の定常水頭差に相当する。
【0024】排水槽38と排水管路36間の適切な面積比率を使用することによって、直管ループシール66(図3に示す)における逆方向の流れのための定常水頭はHSUB*ATANK/APIPEとなる。この値はU字型管ループシール40(図2に示す)の2*HLOOPより大きくなり得る。同一面積比率で、直管ループシール66における順方向の流れのための定常水頭はHSUBとなる。この値は面積増倍係数のためにU字型管ループシール40におけるHLOOPの数分の1になり得る。したがって、図3に示す直管ループシール66の利点は順方向の流れのための定常水頭が低くなるということである。
【0025】図4は本発明の他の実施例による復水排水管路36内の送風機70を含む格納容器冷却システム62の一部を示す概略図である。送風機70は復水器26を介する流れを改善し、不凝結ガスを再循環させて復水排水槽38を介してドライウェル18に戻す。送風機70は復水器26(図2に示す)の下部ドラム34と水の排水槽プール64の間において復水排水管路36に接続されている。上記したように、直管ループシール66によって排水槽38に接続されている排水管路36における送風機70に対する水頭要求はU字型管ループシール40によって排水槽38に接続されている排水管路36における送風機70に対する水頭要求よりも低い。他の実施例においては、格納容器冷却システム62は1つ以上の送風機70を排水管路36に含む。
【0026】図5は本発明の他の実施例による排水槽38内に延伸する3本の排水管路36を含む格納容器冷却システム62の一部を示す概略図である。それぞれの排水管路36は送風機70を含む。
【0027】図6は本発明の他の実施例による復水排水管路36内にジェットポンプ72を含む格納容器冷却システム62の一部を示す概略図である。ジェットポンプ72は吸引管路74と吸引管路74に結合され連通するポンプ76とポンプ76から排水管路36内に位置するジェットポンプノズル80に延伸する吐出管路78と排水管路36内に位置するベンチュリ部82とを含む。ジェットポンプノズル80は排水管路36内のベンチュリ部82の上流に位置する。吸引管路74の端部84は水の排水槽プール64内に位置する。
【0028】ジェットポンプ吸引管路74は吐出管路78を介してポンプ76によって循環させられ高速でジェットポンプノズル80を介して排水管路36内のベンチュリ部82内に注入させられる水を排水槽38から吸引する。高速な噴射速度の水により低圧力がベンチュリ部82内に生ずる。凝縮水と不凝結ガスの混合物はベンチュリ部82を介して吸引され排水槽38内に放出される。凝縮水は排水槽38に集められ、不凝結ガスはドライウェル18に吐出される。上記したように、直管ループシール66によって排水槽38に接続されている排水管路36におけるジェットポンプ72に対する水頭要求はU字型管ループシール40によって排水槽38に接続されている排水管路36におけるジェットポンプ72に対する水頭要求よりも低い。他の実施例においては、排水管路36は1つ以上のジェットポンプ72含む。
【0029】図7は本発明の他の実施例による排水槽38内に延伸する3本の復水排水管路36を含む格納容器冷却システム62の一部を示す概略図である。それぞれの復水排水管路36はジェットポンプ72を含む。
【0030】図8は排水槽38内に延伸する3本の排水管路36を含む格納容器冷却システム62の一部を示す概略図である。本発明の他の実施例によれば、ジェットポンプ72は第1の排水管路36に位置し、送風機70は第2の排水管路36に位置し、重力駆動吸引ポンプ86は第3の排水管路36に位置する。重力駆動吸引ポンプ86は復水器26の下部ドラム34から排水管路36のベンチュリ部82内に延伸する吸引管路88を含む。重力駆動吸引ポンプは米国特許第6,097,778号にさらに詳細に記載されている。
【0031】上述の原子炉格納容器冷却システム62は公知の受動的格納容器冷却システムと比較して復水器26を介する流れを改善する。さらに、上述の格納容器冷却システム62はドライウェル18とウェットウェル20間に効果的に不凝結ガスを再分配する。
【0032】本発明は種各の特定な実施例において説明してきたが、本発明の精神と範囲に逸脱することなく変更できることは当業者には明白になるであろう。
【出願人】 【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
【氏名又は名称原語表記】GENERAL ELECTRIC COMPANY
【出願日】 平成14年2月12日(2002.2.12)
【代理人】 【識別番号】100093908
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 研一
【公開番号】 特開2002−277581(P2002−277581A)
【公開日】 平成14年9月25日(2002.9.25)
【出願番号】 特願2002−33329(P2002−33329)