(57)【要約】      （修正有）【課題】熱交換器の大型化や複数台設置することなしに、非凝縮性ガスが存在した場合でも静的原子炉格納容器冷却設備の除熱性能の低下を、動力などを用いず抑制可能な静的原子炉格納容器除熱系の提供。【解決手段】本発明の静的原子炉格納容器除熱系は、原子炉格納容器１の外部に設置された熱交換器１３と、一端が前記熱交換器に接続され、他端が前記原子炉格納容器内のドライウェル５の内部に位置し、前記ドライウェル内の蒸気を前記熱交換器に引き込む蒸気引き込み配管と、前記熱交換器から前記原子炉格納容器内のサプレッションプール８に繋がる凝縮水排出管と、内部に冷却水が満たされ、前記熱交換器が収納配置されている蒸気冷却プール１４とを備えた静的原子炉格納容器除熱系において、前記原子炉格納容器内のドライウェルの内部に位置する前記蒸気引き込み配管の開口部に、蒸気と非凝縮性ガスを分離する非凝縮性ガス分離フィルタ１５が設置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉格納容器の外部に設置された熱交換器と、一端が前記熱交換器に接続され、他端が前記原子炉格納容器内のドライウェルの内部に位置し、前記ドライウェル内の蒸気を前記熱交換器に引き込む蒸気引き込み配管と、前記熱交換器から前記原子炉格納容器内のサプレッションプールに繋がる凝縮水排出管と、内部に冷却水が満たされ、前記熱交換器が収納配置されている蒸気冷却プールとを備えた静的原子炉格納容器除熱系において、
前記原子炉格納容器内のドライウェルの内部に位置する前記蒸気引き込み配管の開口部に、蒸気と非凝縮性ガスを分離する非凝縮性ガス分離フィルタが設置されていることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項２】
請求項１に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記非凝縮性ガス分離フィルタは、前記原子炉格納容器の壁面より所定距離離れて設置されていることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記蒸気引き込み配管のドライウェル内の開口部は、横方向に開口していることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記蒸気冷却プールは、前記原子炉格納容器の上部に設置されていることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記蒸気冷却プールは、前記原子炉格納容器の側方で、かつ、前記サプレッションプールの水面より上方に設置されていることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記非凝縮性ガス分離フィルタは、その上流部にエアロゾル捕集装置を備えていることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項７】
請求項６に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記エアロゾル捕集装置は、繊維状の金属フィルタ、ヘパフィルター或いは吸着材のうちの１つから成ることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記非凝縮性ガス分離フィルタは、その上流部によう素捕集装置を備えていることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項９】
請求項８に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記よう素捕集装置は、銀が添着されたゼオライト、銀シリカゲル、銀アルミナ或いはＫＩ３添着炭のうちの１つから成ることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記非凝縮性ガス分離フィルタは、その下流部に、前記非凝縮性ガス分離フィルタを前記蒸気が透過した後の非凝縮性ガスが流れる流路となるチムニを備えていることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記非凝縮性ガス分離フィルタは、板状、チューブ状或いは中空糸状のうちの１つの形状を成していることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記非凝縮性ガス分離フィルタは、高分子膜、セラミック膜或いはグラフェン膜のうちの１つから成ることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項１３】
請求項１２に記載の静的原子炉格納容器除熱系において、
前記高分子膜は、ポリイミドを主成分とした高分子膜であり、前記セラミック膜は、窒化ケイ素を主成分としたセラミック膜であり、前記グラフェン膜は、炭素を主成分とした酸化グラフェン膜であることを特徴とする静的原子炉格納容器除熱系。
【請求項１４】
原子炉格納容器と、該原子炉格納容器内に設置され、炉心を内包する原子炉圧力容器と、該原子炉圧力容器に接続され、該原子炉圧力容器内で発生した蒸気をタービンに送る主蒸気管と、前記原子炉格納容器の外部に設置された熱交換器、一端が前記熱交換器に接続され、他端が前記原子炉格納容器内のドライウェルの内部に位置し、前記ドライウェル内の蒸気を前記熱交換器に引き込む蒸気引き込み配管、前記熱交換器から前記原子炉格納容器内のサプレッションプールに繋がる凝縮水排出管及び内部に冷却水が満たされ、前記熱交換器が収納配置されている蒸気冷却プールを備えた静的原子炉格納容器除熱系とを備え、
前記原子炉格納容器の内部は、ダイヤフラムフロアによってドライウェルとウェットウェルに区画され、前記ドライウェルと前記ウェットウェルは、ベント管によって相互に連通され、前記ベント管の排気部は、前記ウェットウェル内の前記サプレッションプールの水面下に開口している原子力プラントにおいて、
前記静的原子炉格納容器除熱系は、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の静的原子炉格納容器除熱系であることを特徴とする原子力プラント。
【請求項１５】
原子炉格納容器と、該原子炉格納容器内に設置され、炉心を内包する原子炉圧力容器と、該原子炉圧力容器に接続され、該原子炉圧力容器内で発生した蒸気をタービンに送る主蒸気管と、前記原子炉格納容器の外部に設置された熱交換器、一端が前記熱交換器に接続され、他端が前記原子炉格納容器内のドライウェルの内部に位置し、前記ドライウェル内の蒸気を前記熱交換器に引き込む蒸気引き込み配管、前記熱交換器から前記原子炉格納容器内のサプレッションプールに繋がる凝縮水排出管及び内部に冷却水が満たされ、前記熱交換器が収納配置されている蒸気冷却プールを備えた静的原子炉格納容器除熱系とを備え、
前記蒸気冷却プールは、前記原子炉格納容器の側方で、かつ、前記サプレッションプールの水面より上方に設置されていることを特徴とする原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静的原子炉格納容器除熱系及び原子力プラントに係り、特に、原子炉格納容器に放出された蒸気を原子炉格納容器外部で冷却、凝縮させて、凝縮した蒸気を原子炉格納容器に戻すものに好適な静的原子炉格納容器除熱系及び原子力プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力発電プラントは事故が発生しても、その事故を収束させるための多様な安全系設備を備えている。例えば、沸騰水型原子炉では、炉心を内包する原子炉圧力容器をさらに取り囲むように配置された原子炉格納容器内部で主蒸気配管が破断する冷却材喪失事故が発生した場合、主蒸気配管の破断口から流出する蒸気は、原子炉格納容器内部のドライウェルと呼ばれる領域に放出される。その後、ドライウェルに貯まった蒸気を、同じく原子炉格納容器内部のウェットウェルと呼ばれる領域にあるサプレッションプールに導いて冷却、凝縮させる。
【０００３】
このような構成をとることで、主蒸気配管の破断口から放出された蒸気を原子炉格納容器内部に閉じ込めると同時に、蒸気放出による原子炉格納容器の圧力上昇を抑制している。しかし、サプレッションプール水により蒸気を凝縮させると、サプレッションプール水の温度が上昇し、その温度に見合う飽和蒸気圧の分だけ原子炉格納容器の圧力は上昇する。
【０００４】
そこで、さらに長期間の原子炉の安全性を確保するためには、サプレッションプール水の冷却設備も必要となる。
【０００５】
従来の原子炉では、一般的に残留熱除去系の機能の一部として、サプレッションプール内の水をポンプで熱交換器に送り、この熱交換器を通して原子炉格納容器の外部に放熱させた後、サプレッションプールに戻す系統などを持っている。
【０００６】
一方、近年では、安全系機器のメンテナンス性を向上させるため、ポンプなどの動的機器を用いない静的な安全系設備が提案されている。また、静的な安全系設備は、機器の動作に交流電源を必要としないため、交流電源喪失事故時にも動作が可能である。
【０００７】
このような静的な安全系設備の１つとして、原子炉格納容器に放出された蒸気を原子炉格納容器外部で冷却、凝縮させて、凝縮した蒸気を原子炉格納容器に戻す静的原子炉格納容器除熱系が特許文献１等で提案されている。
【０００８】
この特許文献１に記載されている静的原子炉格納容器除熱系は、ポンプなどの動的機器を用いることなく、ドライウェルとウェットウェルの圧力差により原子炉格納容器内の蒸気を抜き出し、原子炉格納容器外部にある蒸気冷却プールの中に設置した熱交換器により蒸気を冷却、凝縮させ、サプレッションプールに戻すものである。
【０００９】
一般的に、原子炉格納容器外部にある蒸気冷却プールは、熱交換器と共に原子炉格納容器の上部に設置される。そして、蒸気の熱を原子炉格納容器外部の蒸気冷却プール水に放出することで、サプレッションプールの温度上昇を抑制している。
【００１０】
沸騰水型原子力発電プラントの原子炉格納容器の内部は、水素発生時の水素爆発を防止するため、窒素雰囲気となっている。また、発生確率は非常に小さいが、原子炉の炉心を冷却が不十分になった場合を想定した過酷事故が発生した場合には、炉心に存在する金属（主にジルカロイ）の酸化反応によって水素が発生し、原子炉格納容器に流入する。蒸気の中に、窒素や水素のような非凝縮性ガスが存在すると、熱交換器の除熱性能が大幅に低下することが知られている。
【００１１】
そのため、静的原子炉格納容器除熱系においても、窒素や水素の存在により、熱交換器での除熱性能の低下が起きるので、性能低下を考慮して蒸気冷却用の熱交換器の容量を、予め大きくしておく必要がある。
【００１２】
この問題を解決するため、特許文献１では、蒸気冷却用の熱交換器を２台設置し、流れを旋回させることで生じる遠心力を利用して非凝縮性ガスを分離し、１台の熱交換器で非凝縮性ガスを含んだ蒸気を凝縮させ、残りの１台の熱交換器で非凝縮性ガスを除去した蒸気を凝縮させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１２−５２８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、原子炉格納容器内の非凝縮性ガスにより、静的原子炉格納容器除熱系の除熱性能の低下が起き、その性能低下を考慮すると熱交換器を大型化する必要があるが、熱交換器の大型化はコストを増加させる。
【００１５】
また、これら熱交換器は、一般的に原子炉格納容器の上部に設置されるが、このような高所に配置される機器が大型化することは、耐震設計上も好ましくない。特許文献１に記載の静的原子炉格納容器除熱系おいては、熱交換器を２台とすることで、熱交換器を全体的には小型化しているが、熱交換器を２台設置することによりコストの増加を招いてしまう。
【００１６】
また、特許文献１に記載の静的原子炉格納容器除熱系は、流れを旋回させることで生じる遠心力を利用して非凝縮性ガスを分離しているが、蒸気と非凝縮性ガスを完全に分離することは難しいため、非凝縮性ガスの分離機構を通過した後の蒸気にも、かなりの量の非凝縮性ガスが残ることとなる。
【００１７】
更に、静的原子炉格納容器除熱系による原子炉格納容器の冷却を実現するためには、動作に交流電源などを必要とする動的な機器を使用しないことが必要となる。
【００１８】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、コストの増大を招く熱交換器の大型化や複数台設置することなしに、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的原子炉格納容器冷却設備の除熱性能の低下を、動力などを用いず静的な力のみで抑制可能な静的原子炉格納容器除熱系及び原子力プラントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の静的原子炉格納容器除熱系は、上記目的を達成するために、原子炉格納容器の外部に設置された熱交換器と、一端が前記熱交換器に接続され、他端が前記原子炉格納容器内のドライウェルの内部に位置し、前記ドライウェル内の蒸気を前記熱交換器に引き込む蒸気引き込み配管と、前記熱交換器から前記原子炉格納容器内のサプレッションプールに繋がる凝縮水排出管と、内部に冷却水が満たされ、前記熱交換器が収納配置されている蒸気冷却プールとを備えた静的原子炉格納容器除熱系において、前記原子炉格納容器内のドライウェルの内部に位置する前記蒸気引き込み配管の開口部に、蒸気と非凝縮性ガスを分離する非凝縮性ガス分離フィルタが設置されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の原子力プラントは、上記目的を達成するために、原子炉格納容器と、該原子炉格納容器内に設置され、炉心を内包する原子炉圧力容器と、該原子炉圧力容器に接続され、該原子炉圧力容器内で発生した蒸気をタービンに送る主蒸気管と、前記原子炉格納容器の外部に設置された熱交換器、一端が前記熱交換器に接続され、他端が前記原子炉格納容器内のドライウェルの内部に位置し、前記ドライウェル内の蒸気を前記熱交換器に引き込む蒸気引き込み配管、前記熱交換器から前記原子炉格納容器内のサプレッションプールに繋がる凝縮水排出管及び内部に冷却水が満たされ、前記熱交換器が収納配置されている蒸気冷却プールを備えた静的原子炉格納容器除熱系とを備え、前記原子炉格納容器の内部は、ダイヤフラムフロアによってドライウェルとウェットウェルに区画され、前記ドライウェルと前記ウェットウェルは、ベント管によって相互に連通され、前記ベント管の排気部は、前記ウェットウェル内の前記サプレッションプールの水面下に開口している原子力プラントにおいて、前記静的原子炉格納容器除熱系は、上記した静的原子炉格納容器除熱系であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、コストの増大を招く熱交換器の大型化や複数台設置することなしに、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的原子炉格納容器冷却設備の除熱性能の低下を、動力などを用いず静的な力のみで抑制可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例１を備えた沸騰水型の原子プラントを示す構成図である。
【図２】本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例１における蒸気引き込み管の端部の拡大図である。
【図３】本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例１における非凝縮性ガス分離フィルタの一例を示す概略斜視図である。
【図４】本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例１における非凝縮性ガス分離フィルタの他の例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例１における非凝縮性ガス分離フィルタの更に他の例を示す概略斜視図である。
【図６】本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例２を備えた沸騰水型の原子プラントを示す構成図である。
【図７】本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例３における蒸気引き込み管の端部の拡大図である。
【図８】本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例４における蒸気引き込み管の端部の拡大図である。
【図９】本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例５における非凝縮性ガス分離フィルタを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の静的原子炉格納容器除熱系及び原子力プラントを説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例１を備えた沸騰水型の原子プラントの概略構成を示すものである
図１に示す沸騰水型の原子プラントは、改良型沸騰水型原子炉に適用した例であり、以下のようなシステム構成を持っている。
【００２５】
即ち、本実施例の沸騰水型の原子力プラントは、原子炉格納容器１と、この原子炉格納容器１内に設置され、炉心２を内包する原子炉圧力容器３と、この原子炉圧力容器３に接続され、原子炉圧力容器３で発生した蒸気をタービン（図示せず）に送る主蒸気管４と、後述する静的原子炉格納容器除熱系とから概略構成され、その一部が地面２６中に埋設されている。
【００２６】
原子炉格納容器１の内部は、鉄筋コンクリート製のダイヤフラムフロア１２によってドライウェル５とウェットウェル７に区画されている。ウェットウェル７は、内部にプール水を貯めている領域のことを言う。このウェットウェル７内のプールのことをサプレッションプール８と呼ぶ。ドライウェル５とウェットウェル７は、ベント管１１によって相互に連通されており、ベント管排気部１１ａは、ウェットウェル７内のサプレッションプール８の水面下に開口している。
【００２７】
万が一、配管類の一部が損傷し、原子炉格納容器１内に蒸気が放出される配管破断事故（一般的にＬＯＣＡの名称で知られ、配管が通るドライウェル５で発生する）が発生した場合、ドライウェル５の圧力が配管の破断口から流出する蒸気により上昇する。
【００２８】
静的原子炉格納容器除熱系を持たない原子炉では、その際、ドライウェル５内に放出された蒸気は、ドライウェル５とウェットウェル７の圧力差により、ベント管１１を通ってウェットウェル７内のサプレッションプール８の水中に導かれる。
【００２９】
サプレッションプール８の水で蒸気を凝縮することで、原子炉格納容器１内の圧力上昇を抑制している。この際に、蒸気内に放射性物質が含まれていた場合、サプレッションプール８のプール水のスクラビング効果により大半の放射性物質が除去される。
【００３０】
サプレッションプール８で蒸気を凝縮し、サプレッションプール８内のプール水を残留熱除去系（図示せず）で冷却することで、原子炉格納容器１の温度上昇と圧力上昇を防止し、事故を収束させることができる。
【００３１】
しかし、非常に低い可能性ではあるが、残留熱除去系が機能を喪失した場合、サプレッションプール８のプール水の温度が上昇する。サプレッションプール８のプール水の温度が上昇するに伴い、原子炉格納容器１内の蒸気の分圧は、プール水の温度の飽和蒸気圧まで上昇するため、原子炉格納容器１の圧力が上昇する。
【００３２】
一方、静的原子炉格納容器冷却系を持つ原子炉では、ドライウェル５内に放出された蒸気は、配管破断事故の直後の蒸気発生量が多い極初期はベント管１１を通してウェットウェル７内のサプレッションプール８の水中で蒸気を冷却、凝縮させるが、その後は、原子炉格納容器１の外部（本実施例では原子炉格納容器１の上部）に設置した熱交換器１３で蒸気を冷却、凝縮させる。
【００３３】
本実施例での静的原子炉格納容器冷却系は、原子炉格納容器１の上部（外部）に設置された熱交換器１３と、一端が熱交換器１３に接続され、他端が原子炉格納容器１内のドライウェル５の内部に位置し、ドライウェル５内の蒸気を熱交換器１３に引き込む蒸気引き込み配管１６と、熱交換器１３から原子炉格納容器１内のサプレッションプール８に繋がる凝縮水排出管１７と、内部に蒸気冷却プール冷却水１８が満たされ、熱交換器１３が収納配置されている蒸気冷却プール１４とから構成されている。
【００３４】
そして、本実施例では、ドライウェル５の内部の空間に蒸気引き込み管１６を開口させ、そのドライウェル５側の蒸気引き込み管１６の端部に非凝縮性ガス分離フィルタ１５を設置し、蒸気引き込み管１６の逆側を熱交換器１３に接続している。この非凝縮性ガス分離フィルタ１５により炉内の非凝縮性ガスが分離され、熱交換器１３には蒸気のみが供給される。非凝縮性ガスが熱交換器１３内に無いことにより除熱性能が向上するため、熱交換器１３を小型化することができる。
【００３５】
また、熱交換器１３は、蒸気冷却プール１４に蓄えられて蒸気冷却プール冷却水１８により外部から冷却されている。それにより、熱交換器１３内の蒸気は、冷却され凝縮して水に戻り、重力により凝縮水排出管１７を通って、ウェットウェル７内のサプレッションプール８に排出される。
【００３６】
また、熱交換器１３を高所となる原子炉格納容器１の上部に配置することで、ヘッド差により凝縮した水が排出されやすくなるため、蒸気引き込み管１６から蒸気を引き込む力が強くなり、冷却能力が向上する。
【００３７】
また、上記した戻り水は、熱交換器１３により冷却されているため、サプレッションプール８や原子炉格納容器１の温度上昇を防止することができる。
【００３８】
また、熱交換器１３によって加熱された蒸気冷却プール冷却水１８は、やがて沸騰する可能性があるが、蒸気冷却プール１４を外部に開放しておく（蒸気冷却プール１４の上部に開口部１４ａが設けられている）ことで、外部に熱を逃がすことができる。その際、蒸気冷却プール冷却水１８には放射性物質は含まれていないため、外部への放射性物質の放出は起きない。
【００３９】
なお、図１において、６は蒸気逃し安全弁、７ａはウェットウェル気相部、９は蒸気逃し安全弁排気管、１０はクエンチャである。
【００４０】
本実施例における蒸気引き込み管１６の端部構造を図２に示す。
【００４１】
該図に示すように、本実施例の静的原子炉格納容器除熱系の熱交換器１３に、ドライウェル５内の蒸気を引き込むための蒸気引き込み管１６の一端が接続されているが、蒸気引き込み管１６の他端に形成されている開口部２２に設置された非凝縮性ガス分離フィルタ１５は、原子炉格納容器上部壁面１９より一定（所定）の距離（例えば０．５ｍ）離して設置されている。
【００４２】
また、本実施例では、上記した蒸気引き込み管１６の開口部２２は、横方向（水平方向）に向けて開口している。なぜなら、非凝縮性ガス分離フィルタ１５を蒸気が透過することで、非凝縮性ガス分離フィルタ１５の近辺には、非凝縮性ガス分離フィルタ１５を透過しない非凝縮性ガス（水素や窒素）が滞留する恐れがある。
【００４３】
非凝縮性ガス（水素や窒素）の滞留が起きた場合、非凝縮性ガス分離フィルタ１５を透過する蒸気流量が低下する恐れがあるため、本実施例のように、蒸気引き込み管１６の開口部２２を原子炉格納容器上部壁面１９から離して横方向に開口することで、非凝縮性ガスを非凝縮性ガス分離フィルタ１５の近傍から密度差を利用し排除することができ、蒸気透過量を維持することができる。
【００４４】
例えば、窒素は、蒸気との混合物に比べて重いため、非凝縮性ガス分離フィルタ１５を蒸気が透過した後は、密度差により下方に流れることで非凝縮性ガス分離フィルタ１５の近傍に滞留することがない。
【００４５】
また、万が一、水素が発生した場合は、水素は蒸気との混合物に比べて軽いため、非凝縮性ガス分離フィルタ１５を蒸気が透過した後は、密度差により上方に流れる。非凝縮性ガス分離フィルタ１５と原子炉格納容器上部壁面１９との間に一定の距離を持つことにより、水素が非凝縮性ガス分離フィルタ１５の近傍に滞留することはない。
【００４６】
また、蒸気引き込み管１６の開口部２２が横方向（水平方向）に開口していることにより、ガスの種類によらず密度差に応じて適切にガスが滞留せずに流れるような構造となっている。
【００４７】
なお、原子炉格納容器１内の非凝縮性ガスの量は、窒素が殆どを占めるため、窒素を排除できる配置とすることが最も望ましい。
【００４８】
蒸気を透過させて熱交換器１３に供給したい蒸気の分子は、透過させたくない非凝縮性ガスの分子に比べて小さい。そこで、非凝縮性ガス分離フィルタ１５の材料としては、分子サイズの差を利用して選択的にガスを透過することができる分子ふるいの機構を持つフィルタを利用することで、蒸気を選択的に透過することができる。
【００４９】
このような用途に最適な分離膜（非凝縮性ガス分離フィルタ１５）として、ポリイミドを主成分とした高分子膜、窒化ケイ素を主成分としたセラミック膜、炭素を主成分とした酸化グラフェン膜等の分子ふるいにより分離が可能な膜の使用が望ましい。また、その他、蒸気を透過し、主に窒素を透過しない膜であるならば、それらの使用でも構わない。
【００５０】
次に、本実施例の静的原子炉格納容器除熱系に用いられる上記した非凝縮性ガス分離フィルタ１５について、図３、図４及び図５を用いて説明する。
【００５１】
本実施例の静的原子炉格納容器除熱系に用いられる非凝縮性ガス分離フィルタ１５の形状としては、図３に示すような板状、図４及び図５に示すようなチューブ状及び中空糸状がある。
【００５２】
即ち、図３に示す板状の非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａは、複数の板状部材１５Ａ１が等間隔に配置されて複数の空間部１５Ａ２を形成し、この空間部１５Ａ２を間隔を置いて非凝縮性ガスを含む蒸気が通ることで蒸気と非凝縮性ガスが分離され、分離された非凝縮性ガスがフィルタ上流側空間２０を通り下方へ排出され、蒸気がフィルタ下流側空間２１を通り下方へと流れ熱交換器１３へ導かれるものである。
【００５３】
また、図４に示すチューブ状の非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ｂは、縦方向に複数配置されたチューブ状部材１５Ｂ１が、その上下端を支え板１５Ｂ２及び１５Ｂ３で支持されて形成され、チューブ状部材１５Ｂ１の上部開口部から流入した非凝縮性ガスを含む蒸気が、チューブ状部材１５Ｂ１を通ることで蒸気と非凝縮性ガスが分離され、分離された非凝縮性ガスがフィルタ上流側空間２０（チューブ状部材１５Ｂ１内）を通り下方へ排出され、蒸気がフィルタ下流側空間２１（チューブ状部材１５Ｂ１間）を通り水平方向へと流れ熱交換器１３へ導かれるものである。
【００５４】
更に、図５に示す中空糸状の非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ｃは、横方向（水平方向）に複数配置された中空糸状部材１５Ｃ１が、その左右端を支え板１５Ｃ２及び１５Ｃ３で支持されて形成され、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ｃの上方から流入した非凝縮性ガスを含む蒸気は、複数の中空糸状部材１５Ｃ１間を通ることで蒸気と非凝縮性ガスが分離され、分離された非凝縮性ガスがフィルタ上流側空間２０（中空糸状部材１５Ｃ１間）を通り下方へ排出され、蒸気がフィルタ下流側空間２１（中空糸状部材１５Ｃ１内）を通り水平方向へと流れ熱交換器１３へ導かれるものである。
【００５５】
なお、上述した非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃは、その形状に問わず、フィルタ上流側空間２０とフィルタ下流側空間２１を完全に仕切る構造（原子炉格納容器１内の空間と蒸気引き込み管１６のラインが、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃで仕切られている構造）となっており、静的原子炉格納容器除熱系で冷却したい蒸気量に応じて非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃの表面積の大きさを決定しても構わない。また、フィルタ上流側空間２０は、原子炉格納容器１内の気体に晒されている空間であり、事故時に発生した蒸気を、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃを介してフィルタ下流側空間２１へと放出可能である。
【００５６】
図３、図４及び図５に示すフィルタ上流側空間２０でのガスは、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃの底部から上部への流れであっても、上部から底部への流れであっても、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃの分離性能に影響することはない。また、フィルタ下流側空間２１は、蒸気引き込み管１６と連結しており、透過した蒸気は熱交換器１３へと流れる。
【００５７】
このような本実施例の構成とすることにより、静的原子炉格納容器除熱系において、原子炉格納容器１内に窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも、静的原子炉格納容器除熱系の除熱性能の低下を抑制することができる。それにより、熱交換器１３を小型化することができ、コストを低減し、耐震性能を向上させることができる。
【００５８】
従って、本実施例によれば、コストの増大を招く熱交換器１３の大型化や複数台設置することなしに、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的原子炉格納容器冷却設備の除熱性能の低下を、動力などを用いず静的な力のみで抑制可能となる。
【実施例２】
【００５９】
本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例２について、図６を用いて説明する。
【００６０】
図６に示す実施例２では、実施例１と比較し静的原子炉格納容器除熱系、即ち、熱交換器１３が収納されている蒸気冷却プールの配置位置のみを変更したもので、他の構成は実施例１と同様である。ここでは、実施例１との違いのみを説明する。
【００６１】
本実施例の静的原子炉格納容器除熱系は、蒸気冷却プール１４及びその内部に設置される熱交換器１３を、原子炉格納容器１の上方ではなく、実施例１と比較して原子炉格納容器１の下方に配置している。
【００６２】
具体的には、熱交換器１３が設置された蒸気冷却プール１４は、原子炉格納容器１の側方で、かつ、サプレッションプール８の水面より上方の地面２６上に設置されている。
【００６３】
上記した本実施例の構成であっても、実施例１と同様に、非凝縮性ガス分離フィルタ１５は、原子炉格納容器１の側壁や床面から離れた位置に設置することが望ましい。
【００６４】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、原子炉格納容器１の下方、即ち、原子炉格納容器１の側方で、かつ、サプレッションプール８の水面より上方に設置することで、熱交換器１３を流れる駆動力は減少するが、機器を原子炉格納容器１の下方に配置できるため、耐震性能が向上する。
【実施例３】
【００６５】
本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例３について、図７を用いて説明する。
【００６６】
図７に示す実施例３においても、静的原子炉格納容器除熱系の配置構成は、実施例１若しくは実施例２と同様であり、ここでは実施例１若しくは実施例２との違いのみを説明する。
【００６７】
過酷事故が万が一発生した場合は、原子炉格納容器１内の気体はエアロゾル状の放射性物質を含む可能性が有る。
【００６８】
そこで、本実施例では、非凝縮性ガス分離フィルタ１５の上流部にエアロゾル捕集装置２３を設置し、極力大きなエアロゾル粒子を捕集する体系とするものである。
【００６９】
なお、エアロゾル捕集装置２３には、繊維状の金属フィルタやヘパフィルターまたは吸着材などが有効である。
【００７０】
この構成により、エアロゾル粒子の非凝縮性ガス分離フィルタ１５への吸着による目詰まりを防止することができ、かつ、強い放射線に晒されることによる非凝縮性ガス分離フィルタ１５の劣化を防止することができる。
【００７１】
また、原子炉格納容器１内の非凝縮性ガスの主成分は窒素であり、これは蒸気との混合物に比べて重いため、非凝縮性ガス分離フィルタ１５に蒸気が透過された後は、密度差によって受動的に下方に流れる。
【００７２】
そこで、本実施例でのエアロゾル捕集装置２３は、例えば図３、図４及び図５のような、非凝縮性ガスを含む蒸気が上から下へ流れる構造とする場合、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの上部に設置することが望ましい。
【００７３】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、原子炉格納容器１内の非凝縮性ガスによる静的原子炉格納容器除熱系の性能が低下しないため、静的原子炉格納容器除熱系の熱交換器１３を小型化できる。また、非凝縮性ガス分離フィルタ１５の劣化の可能性を低減できる。
【実施例４】
【００７４】
本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例４について、図８を用いて説明する。
【００７５】
図８に示す実施例４においても、静的原子炉格納容器除熱系の配置構成は、実施例１若しくは実施例２と同様であり、ここでは実施例１若しくは実施例２との違いのみを説明する。
【００７６】
過酷事故が万が一発生した場合は、原子炉格納容器１内の気体はガス状のよう素を含む可能性が有る。
【００７７】
そこで、非凝縮性ガス分離フィルタ１５の上流部によう素捕集装置２４を設置し、極力ガス状よう素を捕集する体系とするものである。
【００７８】
なお、よう素捕集装置２４には銀が添着されたゼオライトや銀シリカゲル、銀アルミナ、ＫＩ３添着炭などが有効である。
【００７９】
この構成により、反応性の高いガス状よう素が、よう素捕集装置２４での物理吸着および化学吸着が可能となり、非凝縮性ガス分離フィルタ１５の劣化を防止することができる。
【００８０】
また、実施例３と同様に、よう素捕集装置２４は、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの上部に設置することが望ましい。
【００８１】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、原子炉格納容器１内の非凝縮性ガスによる静的原子炉格納容器除熱系の性能が低下しないため、静的原子炉格納容器除熱系の熱交換器１３を小型化できる。また、非凝縮性ガス分離フィルタ１５の劣化の可能性を低減できる。
【実施例５】
【００８２】
本発明の静的原子炉格納容器除熱系の実施例５について、図９を用いて説明する。
【００８３】
図９に示す本実施例は、図３に示した板状の非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａの変形例である。
【００８４】
図９に示す実施例５においても、静的原子炉格納容器除熱系の配置構成は、実施例１若しくは実施例２と同様であり、ここでは、図３に示す板状の非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａとの違いのみを説明する。
【００８５】
該図に示す本実施例では、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａによって蒸気が透過された後の非凝縮性ガスが流れる流路を、チムニ２５によって下方に延長するものである。即ち、本実施例での非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａは、その下流部に、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａを蒸気が透過した後の非凝縮性ガスが流れる流路となるチムニ２５を備えている。
【００８６】
非凝縮性ガスの主成分は窒素であるため、非凝縮性ガスを含む蒸気よりも重いため、密度差により下方に流れる。本実施例のチムニ２５により流路を限定することにより、周囲との密度差で下降気流を生じる駆動力が強まることから、非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ａにより多くの蒸気を供給できるようになる。
【００８７】
なお、本実施例のチムニ２５は、実施例１の図３の変形例として記載したが、図４や図５のような形の非凝縮性ガス分離フィルタ１５Ｂや１５Ｃにおいても、下方に向かう流路にチムニ２５を設置した場合と同様の機能が期待できる。
【００８８】
また、実施例３や実施例４と同様に、非凝縮性ガス分離フィルタ１５の上部に、エアロゾル捕集装置２３やよう素捕集装置２４を設置してもよい。
【００８９】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、原子炉格納容器１内の非凝縮性ガスによる静的原子炉格納容器除熱系の性能が低下しないため、静的原子炉格納容器除熱系の熱交換器１３を小型化できる。また、熱交換器１３に供給できる蒸気流量が増加するため、より除熱性能が向上する。
【００９０】
なお、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１…原子炉格納容器、２…炉心、３…原子炉圧力容器、４…主蒸気管、５…ドライウェル、６…蒸気逃し安全弁、７…ウェットウェル、７ａ…ウェットウェル気相部、８…サプレッションプール、９…蒸気逃し安全弁排気管、１０…クエンチャ、１１…ベント管、１１ａ…ベント管排気部、１２…ダイヤフラムフロア、１３…熱交換器、１４…蒸気冷却プール、１４ａ…蒸気冷却プールの開口部、１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ…非凝縮性ガス分離フィルタ、１５Ａ１…板状部材、１５Ａ２…空間部、１５Ｂ１…チューブ状部材、１５Ｂ２、１５Ｂ３…支え板、１５Ｃ１…中空糸状部材、１５Ｃ２、１５Ｃ３…支え板、１６…蒸気引き込み管、１７…凝縮水排出管、１８…蒸気冷却プール冷却水、１９…原子炉格納容器上部壁面、２０…フィルタ上流側空間、２１…フィルタ下流側空間、２２…蒸気引き込み管の開口部、２３…エアロゾル捕集装置、２４…よう素捕集装置、２５…チムニ、２６…地面。
【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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【図９】
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