(57)【要約】【課題】従来の残留熱除去装置の基本的な構成を変更することなく除熱能力を高めることにより、コンパクトで除熱能力の高い原子炉の残留熱除去システム及び除去方法を提供する。【解決手段】原子炉容器１と、前記原子炉容器１を取り囲む格納容器４と、格納容器４の周囲を環状空間６ａを介して取り囲むコンクリートサイロ５と、前記環状空間６ａに設けられた環状のヒートコレクタ７とを備える原子炉の残留熱除去システム６において、前記環状空間６ａの外周壁面の下方に複数のノズル１２を設けるとともに、前記ノズル１２から液化二酸化炭素を前記環状空間６ａに噴出させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器と、前記原子炉容器を取り囲む格納容器と、前記格納容器の周囲を環状空間を介して取り囲むコンクリートサイロと、前記環状空間に設けられた環状のヒートコレクタとを備える原子炉の残留熱除去システムにおいて、
前記環状空間の外周壁面の下方に複数のノズルを設けるとともに、前記ノズルから液化二酸化炭素を前記環状空間に噴出させることを特徴とする残留熱除去システム。
【請求項２】
前記複数のノズルは、各ノズルが前記環状空間の外周壁面の接線方向に対し傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１記載の残留熱除去システム。
【請求項３】
前記コンクリートサイロの底面の中心部が外周部よりも低いことを特徴とする請求項１又は２記載の残留熱除去システム。
【請求項４】
前記環状空間に接続されているスタックに分岐スタックを設け、当該分岐スタックの空気流路出口にファンを設けたことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の残留熱除去システム。
【請求項５】
前記ノズルを前記環状空間の外周壁面の上方に設けたことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の残留熱除去システム。
【請求項６】
原子炉容器と、前記原子炉容器を取り囲む格納容器と、格納容器の周囲を環状空間を介して取り囲むコンクリートサイロと、前記環状空間に設けられた環状のヒートコレクタとを備える原子炉の残留熱除去システムにおいて、
前記環状のヒートコレクタは内部に空洞が形成されているとともに、前記ヒートコレクタの下方に複数のノズルを設け、前記ノズルから液化二酸化炭素を前記空洞に噴出させることを特徴とする残留熱除去システム。
【請求項７】
前記複数のノズルに液化二酸化炭素を供給する配管のそれぞれに開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の残留熱除去システム。
【請求項８】
前記環状空間への空気取入れ口近傍に温度計を設置し、その測定温度により前記開閉弁を制御することを特徴とする請求項７乃至記載の残留熱除去システム。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれかに記載の残留熱除去システムを用いて、原子炉の残留熱を除去することを特徴とする残留熱除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉が停止した際に発生する残留熱を除去するための原子炉の残留熱除去システム及び除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉では、運転中の緊急時又は保守点検時に、燃料の核分裂反応を停止することにより原子炉を停止させるが、その際、原子炉は停止後も残留崩壊熱が発生するため、残留熱を短時間で除去する必要がある。
【０００３】
従来の液体金属冷却原子炉及びその残留熱除去システムの例を図８により説明する。
【０００４】
この液体金属冷却原子炉は、炉心１、中性子吸収制御装置２、液体金属が収納される原子炉容器３、格納容器４、格納容器４の外側の環状空間６ａに配置されるヒートコレクタ７、スタック８、熱交換器２１、電磁ポンプ２２、反射体２３から構成される。
【０００５】
原子炉を停止する際は、炉心１内に中性子吸収制御装置２を挿入して、燃料が核分裂を生じるために必要な中性子を吸収することにより停止される。しかし、原子炉停止後も、一定時間残留崩壊熱が炉心１から発生し続けるため、原子炉容器３内の冷却材の温度は、速やかには低下しない。
【０００６】
この液体金属冷却原子炉は、液体金属冷却材および隣接する構造物の熱容量は大きいため、残留崩壊熱の冷却を促進する効果を持つ。たとえば、液体金属冷却材に蓄積した残留崩壊熱は原子炉容器３から格納容器４に伝達される。その結果、格納容器４の温度が上昇する。この格納容器４内の熱も、格納容器４から外側に隔たって配置されたコンクリートサイロ５に向かって外向きに伝達される。しかし、これらのコンクリートサイロ５は、長期間、高温にさらされると、熱膨張によるひび割れが生じるなど、強度が落ちる傾向がある。
【０００７】
この残留崩壊熱による原子炉プラント構成材料の過熱を防止するため、一般に、原子力プラントは、残留熱除去システムを有しているが、図８に示す液体金属冷却原子炉では、残留熱除去システムとして原子炉容器補助冷却システム（Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ａｕｘｉｌｉａｒｙ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＲＶＡＣＳ）と呼ばれる、空気の自然対流、熱伝導、輻射などの受動的な固有プロセスを利用して、炉心で発生する崩壊熱を除去するシステムを有している（特許文献１）。
【０００８】
図８に示す残留熱除去システムでは、通常運転時に炉心１で発生した熱および原子炉停止時に炉心１で発生した崩壊熱は、まず、原子炉容器３壁から格納容器４壁へ、輻射およびそれら２つの壁の間に封入されたアルゴン等の不活性ガスによる熱伝導や対流によって伝達される。上記輻射のプロセスの際、熱伝達効率を増大させるために、原子炉容器３の外側壁および格納容器４の内側壁は、表面加工を施すなど、高輻射率になるように工夫されている。
【０００９】
次に、格納容器４に到達した熱は、格納容器４とコンクリートサイロ５との間の環状空間６ａに上昇空気流路１９と下降空気流路２０を形成するために設置されているヒートコレクタ７と呼ばれる壁との間での輻射によってヒートコレクタ７へ、ならびに環状空間６内での自然対流によって格納容器４の外側表面から環状空間６ａを流れる空気へ伝達される。
【００１０】
さらにヒートコレクタ７から環状空間６ａの外側のコンクリートサイロ５壁への輻射、ならびに環状空間６ａ内での自然対流によってヒートコレクタ７およびコンクリートサイロ５壁から空気へ熱が伝達される。環状空間６ａ内の空気は、環状空間６内の空気流路の端点に設置されたスタック８から大気へ放出される。
【００１１】
なお、格納容器外側の環状空間に仕切り壁を設けて空気を対流させて熱伝達を促進させる残留熱除去システムは、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平２−２９６１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
一般的に原子炉は、冗長性を持たせるため複数種類の残留熱除去系を有することが望ましいが、上記の従来の残留熱除去システムでは、１系統の残留熱除去系しか有していないため、残留熱を除去するのに長時間必要とした。
【００１４】
また、原子炉の熱出力を増大させた原子力プラントでは、上述した従来の残留熱除去システムだけでは、崩壊熱を除去できないことが予想されている。この場合、別途、異なる残留熱除去系を追加する必要があるが、新たな残留熱除去系を付設することは、プラントの大型化とコスト増につながる問題があった。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、従来の残留熱除去システムの基本的な構成を変更することなく除熱能力を高めることにより、信頼性及び除熱能力が高い原子炉の残留熱除去システム及び除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の残留熱除去システムは、原子炉容器と、前記原子炉容器を取り囲む格納容器と、前記格納容器の周囲を環状空間を介して取り囲むコンクリートサイロと、前記環状空間に設けられた環状のヒートコレクタとを備える原子炉の残留熱除去システムにおいて、前記環状空間の外周壁面の下方に複数のノズルを設けるとともに、前記ノズルから液化二酸化炭素を前記環状空間に噴出させることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の残留熱除去システムは、原子炉容器と、前記原子炉容器を取り囲む格納容器と、格納容器の周囲を環状空間を介して取り囲むコンクリートサイロと、前記環状空間に設けられた環状のヒートコレクタとを備える原子炉の残留熱除去システムにおいて、前記環状のヒートコレクタは内部に空洞が形成されているとともに、前記ヒートコレクタの下方に複数のノズルを設け、前記ノズルから液化二酸化炭素を前記空洞に噴出させることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の残留熱除去方法は、本発明の残留熱除去システムを用いて、原子炉の残留熱を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、従来の残留熱除去システムの基本的な構成を変更することなく除熱能力を高めることにより、信頼性及び除熱能力が高い原子炉の残留熱除去システム及び除去方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る残留熱除去システムの全体構成図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るノズルの構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る残留熱除去システムの全体構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る残留熱除去システムの全体構成図。
【図５】（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る残留熱除去システムの全体構成図、（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る残留熱除去システムの全体構成図。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る残留熱除去システムの全体構成図。
【図８】従来の残留熱除去装置の全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る原子炉用残留熱除去システム及び除去方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る原子炉用残留熱除去システムを、図１を参照して説明する。
図１（ａ）において、原子力プラントは、炉心１、中性子吸収制御装置２、冷却材である液体金属が収容される原子炉容器３、原子炉容器３を取り囲むように設けられ、間隙にアルゴン等の不活性ガスが封入された格納容器４、格納容器４とコンクリートサイロ５との間の環状空間６ａに設けられた残留熱除去システム６とから構成される。また、原子炉容器３内には、熱交換器２１、電磁ポンプ２２、反射体２３が配置されている。
【００２３】
残留熱除去システム６は、格納容器４とコンクリートサイロ５との間の環状空間６ａ内で空気流路を形成するための環状のヒートコレクタ７と、格納容器４の外部に設けられ、環状空間６ａに二酸化炭素ガスを供給する液化二酸化炭素ガスが収納されている高圧のガス容器９と、環状空間６ａの外周壁面の下方、すなわちコンクリートサイロ５の内周壁面の下方に円周状に設けられた複数のノズル１２と、スタック８から構成される。
【００２４】
ガス容器９内の高圧の液化二酸化炭素ガスは、配管１０、開閉弁１１をとおして、ノズル１２から環状空間６ａに噴射される。
【００２５】
なお、図１（ｂ）には一つのノズルへの配管のみが図示されており、他の配管は省略されている。また、配管１０は断熱構造とすることが望ましく、さらに、ガス容器９は複数設けてもよい。
【００２６】
このように構成された本実施形態の残留熱除去システムにおいて、事故時又は定検時に原子炉が停止すると、開閉弁１１が開き、ガス容器９内の液化二酸化炭素ガスがノズル１２から噴出し、環状空間６ａの下方に放出されると液化二酸化炭素ガスは断熱膨張によって固化し、粉体状のドライアイスとなり噴射される。
【００２７】
環状空間６ａ内の空気が下降空気流路２０から上昇空気流路１９に変わる近傍で、空気とドライアイスが接触するため、ドライアイスの昇華による冷却効果が生じる。したがって、自然対流により格納容器４と上昇空気との熱伝達が促進されるので、炉心１からの残留熱の除熱能力が大幅に向上する。
【００２８】
本第１の実施形態によれば、ヒートコレクタ等による除熱系統に加え、格納容器外周の環状空間に液化二酸化炭素ガスを噴射する除熱系統を付加したことにより、従来の残留熱除去システムの基本的な構成を変更することなく残留熱の除熱能力を大幅に向上させることができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る原子炉用残留熱除去システムを、図２を参照して説明する。
本第２の実施形態では、図２に示すように各ノズル１２をコンクリートサイロ５の内周壁面の接線方向に対し所定角度傾斜させる構造としている。
【００３０】
本第２の実施形態によれば、各ノズル１２をコンクリートサイロ５の内周壁面に対し所定角度傾斜させて配置することにより、環状空間６ａ内に形成されたドライアイスが渦巻状に流れ、乱流を促進する。これにより、ドライアイスと環状空間６ａ内の空気との熱伝達がより促進されるので、残留熱の除熱能力がさらに向上する。
【００３１】
（第３の実施形態）  
本発明の第３の実施形態に係る原子炉用残留熱除去システムを、図３を参照して説明する。
本第３の実施形態では、図３に示すように、コンクリートサイロ５の底面１３の中心が外周部よりも低くなるように傾斜をつけた構造としている。
【００３２】
本第３の実施形態によれば、コンクリートサイロ５の底面１３に落下したドライアイスを底面の傾斜により中心に集め滞留させることにより、炉心の残留熱を均一にかつ効率的に除熱することができるので、残留熱の除熱能力がさらに向上する。
【００３３】
（第４の実施形態）  
本発明の第４の実施形態に係る原子炉用残留熱除去システムを、図４を参照して説明する。
本実施形態では、図４に示すように、スタック８の途中に分岐スタック１４を設け、分岐スタック１４の出口に吸い込みファン１５を設置している。また、スタック８の出口には逆止弁１６を設けている。
【００３４】
本第４の実施形態によれば、吸い込みファン１５を事故時又は原子炉停止時に駆動させ、環状空間６ａ内の空気を強制的に循環させることにより、対流による熱伝達の効果を向上させる。これにより、残留熱の除熱能力がさらに向上する。
【００３５】
（第５の実施形態）  
本発明の第５の実施形態に係る原子炉用残留熱除去システムを、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒートコレクタ７の内部を空洞構造とし、ヒートコレクタ７内の下部にノズル１２を配置し、ヒートコレクタ７の上部をスタック８に接続する。
【００３６】
上記構成により、液化二酸化炭素ガスはヒートコレクタ７内部に噴射されドライアイスが形成されると、ヒートコレクタ７内部に滞留していたガスがドライアイスと置換され、ドライアイスの昇華によりヒートコレクタ７が冷却される。
【００３７】
本第５の実施形態によれば、ヒートコレクタ７を空洞構造とし、ヒートコレクタ７内にノズルを設けたことにより、格納容器４とヒートコレクタ７の間の輻射効果が向上し、ヒートコレクタ７に断熱効果が生じると。そのため、残留熱の除熱能力がさらに向上する。
【００３８】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る原子炉用残留熱除去システムを、図６を参照して説明する。
本実施形態では、図６に示すように、環状空間６ａの空気取入れ口に温度計１７を設置している。
【００３９】
この温度計１７で環状空間６ａに流入する空気の温度を計測し、ノズル１２から噴射される液化二酸化炭素ガスの量および噴射させるノズル１２の数を調整する。噴射する液化二酸化炭素ガスの量及び噴射させるノズルの数は開閉弁１１で調節される。  本第６の実施形態によれば、液化二酸化炭素ガスをより効率的に利用することができるとともに、ドライアイスによる配管、ノズルの詰まりを防止することができる。そのため、残留熱を効率的に除去することができる。
【００４０】
（第７の実施形態）  
本発明の第７の実施形態に係る原子炉用残留熱除去システムを、図７を参照して説明する。
本実施形態では、図７に示すように、環状空間６ａの空気取入れ口付近にノズル１２を配置している。
【００４１】
このノズル１２から噴射された液化二酸化炭素ガスにより形成されたドライアイスがコンクリートサイロ５の内壁に沿って落下するため、ドライアイスとコンクリートサイロ５の熱伝達により、コンクリートサイロ５の壁面が冷却される。  
本第７の実施形態によれば、コンクリートサイロ５の壁面が冷却されることにより、コンクリートサイロ５とヒートコレクタ７の間の輻射効果が向上するので、残留熱の除熱能力がさらに向上する。
【００４２】
以上、本発明を第１乃至第７の実施形態により説明したが、これらを適宜組み合わせて原子炉用残留熱除去システムを構成してもよい。例えば、コンクリートサイロ５の内周壁面の上方及び下方にノズル１２を設けてもよく、また、コンクリートサイロ５の内周壁面とヒートコレクタ７の両方にノズル１２を設けてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１…炉心、２…中性子吸収制御装置、３…原子炉容器、４…格納容器、５…コンクリートサイロ、６…残留熱除去システム、６ａ…環状空間、７…ヒートコレクタ、８…スタック、９…ガス容器、１０…配管、１１…開閉弁、１２…ノズル、１３…底面、１４…分岐スタック、１５…吸い込みファン、１６…逆止弁、１７…温度計、１８…空気の流れ、１９…上昇空気流路、２０…下降空気流路、２１…熱交換機、２２…電磁ポンプ、２３…反射体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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