(57)【要約】【課題】原子炉圧力容器内で崩壊熱により発生する水蒸気を処理する際において放射性物質による原子炉格納容器内の汚染を低減できる原子力プラントの水蒸気処理システムを提供する。【解決手段】ケーシング内に複数の管状の水蒸気分離膜３を配置した水蒸気分離装置２を原子炉格納容器２５のドライウェル２６に配置する。水蒸気分離膜３の一端部が水蒸気供給管１１および主蒸気配管３０により、水蒸気分離膜３の他端部が水蒸気排出管９により原子炉圧力容器２４に連絡される。水蒸気分離装置２内の、水蒸気分離膜３の外側の領域に連絡される水蒸気排出管１３が原子炉格納容器２５の外部に配置された隔離時冷却系タービン６に接続される。隔離時冷却系タービン６に連結されて冷却水供給管１８に接続された隔離時冷却系ポンプ７は冷却水供給管２２により原子炉圧力容器２４に接続される。隔離時冷却系タービン６に接続された水蒸気排出管１７が圧力抑制室２７内の圧力抑制プール２８に達している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器を取り囲む原子炉格納容器内のドライウェルに配置されて前記原子炉圧力容器に連絡され、内部に、前記原子炉圧力容器内で発生する水蒸気を透過する環状の複数の水蒸気分離膜を収納した水蒸気分離装置と、前記水蒸気分離装置に接続され、前記水蒸気分離膜を透過した前記水蒸気を前記水蒸気分離装置の外部に排気する水蒸気排出管とを備えたことを特徴とする原子力プラントの水蒸気処理システム。
【請求項２】
原子炉格納容器で取り囲まれた原子炉圧力容器内で冷却水の水面より上方に配置されて前記原子炉圧力容器に開放され、内部に、前記原子炉圧力容器内で発生する水蒸気を透過する環状の複数の水蒸気分離膜を収納した水蒸気分離装置と、前記水蒸気分離装置に接続され、前記水蒸気分離膜を透過した前記水蒸気を前記水蒸気分離装置の外部で前記原子炉圧力容器の外部に排気する水蒸気排出管とを備えたことを特徴とする原子力プラントの水蒸気処理システム。
【請求項３】
前記水蒸気分離装置の上流に配置されて前記水蒸気分離装置に連絡され、前記原子炉圧力容器内で発生する水蒸気が通過するヨウ素除去装置を備えた請求項１または２に記載の原子力プラントの水蒸気処理システム。
【請求項４】
前記水蒸気排出管が前記原子炉格納容器の外部に配置された隔離時冷却系タービンに接続され、前記隔離時冷却系タービンに接続された他の水蒸気排出管が前記格納容器内に形成された圧力抑制プール内に達しており、隔離時冷却系ポンプが前記隔離時冷却系タービンに連結され、前記隔離時冷却系ポンプから吐出される冷却水を導く冷却水供給管が前記原子炉圧力容器に接続される請求項１または２に記載の原子力プラントの水蒸気処理システム。
【請求項５】
前記水蒸気排出管が前記原子炉格納容器の外部に配置されたプール内の復水器に接続され、前記水蒸気排出管で導かれて前記復水器で生成される凝縮水を導く凝縮水供給管が前記原子炉圧力容器に接続される請求項１または２に記載の原子力プラントの水蒸気処理システム。
【請求項６】
前記水蒸気排出管が前記原子炉格納容器内に形成された圧力抑制プール内に達している請求項１または２に記載の原子力プラントの水蒸気処理システム。
【請求項７】
前記水蒸気排出管が前記原子炉格納容器内のドライウェルに開放されている請求項１または２に記載の原子力プラントの水蒸気処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力プラントの水蒸気処理システムに係り、特に、沸騰水型原子力プラントに適用するのに好適な原子力プラントの水蒸気処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力プラントでは、運転停止時における原子炉圧力容器内の温度および圧力を制御するために、原子炉隔離時冷却系の炉心冷却装置が常用および非常用系として備えられている。原子炉内で崩壊熱によって発生する水蒸気を利用した原子炉隔離時冷却系の一例が、特開２０１２−２３３７２４号公報に記載されている。この原子炉隔離時冷却系では、タービンおよびタービンに連結されたポンプが原子炉格納容器外に設置されており、原子炉内で崩壊熱によって発生した水蒸気をタービンに導いてこのタービンを回転させる。これにより、ポンプが回転され、復水貯蔵タンクおよび圧力抑制室内のサプレッションプールの冷却水を原子炉内の炉心に注水して炉心内の燃料集合体を冷却する。タービンから排出された水蒸気は、サプレッションプール内の冷却水によって凝縮される。
【０００３】
原子炉隔離時冷却系以外の、原子炉圧力容器内の温度および圧力を制御するシステムとして、非常用復水器系がある。非常用復水器系の一例が第２９６５３１２号公報に記載されている。非常用復水器系の設備、すなわち、復水器は、原子炉格納容器の外部においてプールの水中に設置されている。この非常用復水器系では、原子炉隔離時において、原子炉内で崩壊熱により発生した水蒸気がプール内の復水器で凝縮され、生成された凝縮水が重力により原子炉圧力容器に導かれる。この凝縮水が原子炉圧力容器内に供給されることにより、炉心内の燃料集合体が冷却される。
【０００４】
もし、原子炉隔離時冷却系および非常用復水器系などの炉心冷却システムが十分に機能しなかった場合には、崩壊熱により水蒸気が発生し、原子炉圧力容器内が高圧になる。このとき、原子炉圧力容器に接続された主蒸気配管に設けられた主蒸気逃がし安全弁が作動して、原子炉圧力容器内の水蒸気が圧力抑制室内の圧力抑制プールに導かれて凝縮される。この主蒸気逃がし安全弁の一例が特許第３４１１６５４号公報に記載されている。また、沸騰水型原子力プラントは、そのような機能を有する主蒸気逃がし安全弁とは別に、バネ駆動でドライウェルに直接蒸気を開放する安全弁も備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２３３７２４号公報
【特許文献２】第２９６５３１２号公報
【特許文献３】特許第３４１１６５４号公報
【特許文献４】特開２０００−２７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
沸騰水型原子力プラントでは、通常運転時に、原子炉圧力容器内で放射化された腐食生成物が発生している。この放射化された腐食生成物は、原子炉隔離時冷却系などの、通常運転時でも使用される炉心冷却装置の機器および配管等の内面に付着する。また、原子炉隔離時冷却系などの炉心冷却装置において、原子炉格納容器の外部に配置された配管が、万が一、破断した場合には、放射化された腐食生成物が原子炉格納容器外に漏洩する可能性がある。
【０００７】
このような炉心冷却装置および原子炉格納容器外の汚染を防ぎ、また、原子力プラントの定期検査の簡素化を行うために、発明者らは、放射化された腐食生成物を原子炉圧力容器の外に放出せずに水蒸気のみを原子炉圧力容器の外部に放出することが有効であると考え、水蒸気分離膜の利用を考えた。原子炉圧力容器内の水蒸気を水蒸気分離膜を透過させて分離することにより、放射化された腐食生成物を原子炉圧力容器内に残し、水蒸気透過膜を透過した水蒸気を原子炉圧力容器外に排気することができる。水蒸気分離膜としては、セラミックなどの無機膜およびポリイミドなどの高分子膜が一般産業向けに開発されている。
【０００８】
原子炉格納容器内雰囲気制御装置が特開２０００−２７８２号公報に記載されている。水蒸気分離膜を内部に設けた水蒸気分離膜ろ過装置が、原子炉格納容器の外部に配置され、配管により原子炉格納容器に接続される。特開２０００−２７８２号公報は、原子炉格納容器内で一次系水が漏洩した場合に原子炉格納容器内の汚染を抑制すること目的としている。このため、特開２０００−２７８２号公報に記載された原子炉格納容器内雰囲気制御装置は、水蒸気分離膜ろ過装置以外にも、内部に酸素ガス分離膜を設けた酸素ガス分離膜ろ過装置を原子炉格納容器の外部に設置している。酸素ガス分離膜ろ過装置も原子炉格納容器に接続されている。一次系水の漏洩により原子炉格納容器内で発生した水蒸気は、水蒸気分離膜を透過して除湿装置に排出される。
【０００９】
特開２０００−２７８２号公報に記載された原子炉格納容器内雰囲気制御装置では、
原子炉圧力容器内で崩壊熱により発生した水蒸気を処理することができないため、炉心冷却装置及び原子炉格納容器内の汚染を防ぐことができない。
【００１０】
本発明の目的は、原子炉圧力容器内で崩壊熱により発生する水蒸気を処理する際において放射性物質による原子炉格納容器内の汚染を低減できる原子力プラントの水蒸気処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、原子炉圧力容器を取り囲む原子炉格納容器内のドライウェルに配置されて原子炉圧力容器に連絡され、内部に、原子炉圧力容器内で発生する水蒸気を透過する環状の複数の水蒸気分離膜を収納した水蒸気分離装置と、水蒸気分離装置に接続され、水蒸気分離膜を透過した水蒸気を水蒸気分離装置の外部に排気する水蒸気排出管とを備えたことにある。
【００１２】
原子力プラントの運転が停止されて原子炉圧力容器内で核燃料物質の崩壊熱により発生して放射性物質を含む水蒸気が、水蒸気分離装置の管状の各水蒸気分離膜内に供給され、この水蒸気が水蒸気分離膜を透過することにより放射性物質が水蒸気から分離されるので、水蒸気分離膜を透過した水蒸気が排出される蒸気排出管の、放射性物質による汚染が防止され、かつ、その放射性物質による原子炉格納容器内の汚染が低減される。
【００１３】
上記した目的は、原子炉格納容器で取り囲まれた原子炉圧力容器内で冷却水の水面より上方に配置されて原子炉圧力容器に開放され、内部に、原子炉圧力容器内で発生する水蒸気を透過する環状の複数の水蒸気分離膜を収納した水蒸気分離装置と、水蒸気分離装置に接続され、水蒸気分離膜を透過した水蒸気を水蒸気分離装置の外部で原子炉圧力容器の外部に排気する水蒸気排出管とを備えることによっても達成することができる。
【００１４】
原子力プラントの運転が停止されて原子炉圧力容器内で核燃料物質の崩壊熱により発生して放射性物質を含む水蒸気が、水蒸気分離装置の管状の各水蒸気分離膜内に供給され、この水蒸気が水蒸気分離膜を透過することにより放射性物質が水蒸気から分離されるので、水蒸気分離膜を透過した水蒸気が排出される蒸気排出管の、放射性物質による汚染が防止され、かつ、その放射性物質による原子炉格納容器内の汚染が低減される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、原子力プラントの運転が停止されて原子炉圧力容器内で核燃料物質の崩壊熱により水蒸気が発生した場合において、原子炉圧力容器内で発生したその水蒸気に含まれる放射性物質による原子炉格納容器内の汚染を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【図２】本発明の他の好適な実施例である実施例２の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【図３】本発明の他の好適な実施例である実施例３の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【図４】本発明の他の好適な実施例である実施例４の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【図５】本発明の他の好適な実施例である実施例５の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【図６】本発明の他の好適な実施例である実施例６の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【図７】本発明の他の好適な実施例である実施例７の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【図８】本発明の他の好適な実施例である実施例８の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【図９】本発明の他の好適な実施例である実施例９の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【図１０】本発明の他の好適な実施例である実施例１０の原子力プラントの水蒸気処理システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラントの水蒸気処理システムを図１を用いて説明する。
【００１９】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１が適用される沸騰水型原子力プラントを説明する。沸騰水型原子力プラントは、原子炉格納容器２５内に原子炉圧力容器２４を設置し、原子力圧力容器２４に主蒸気配管３０を接続している。原子炉格納容器２５は、内部に、互いに分離されたドライウェル２６及び圧力抑制室２７を形成している。冷却水が充填された圧力抑制プール２８が圧力抑制室２７内に設けられている。原子炉圧力容器２４はドライウェル２６に配置される。主蒸気配管３０は、原子炉格納容器２５を貫通しており、原子炉格納容器２５の内外において隔離弁３１，３２を設けている。主蒸気配管３０は、図示されていないが、発電機に連結されたタービンに接続されている。沸騰水型原子力プラントは、復水貯蔵タンク２９を原子力格納容器２５の外部に設置している。
【００２０】
本実施例の水蒸気処理システム１は、水蒸気分離装置２、隔離時冷却系タービン６、隔離時冷却系ポンプ７及び循環ポンプ８を有する。水蒸気分離装置２は、ドライウェル２６内に配置され、複数の管状の水蒸気分離膜３を有している。水蒸気分離膜３は管状の中空子膜である。すなわち、水蒸気分離膜３は細い管である。水蒸気分離装置２はケーシングを有しており、ケーシング内には入口ヘッダ部５及び出口ヘッダ部４が設けられる。ケーシング内に配置された各管状の水蒸気透過膜３の一端部は、ケーシング内に設置されて入口ヘッダ部５を画定する一つの仕切板に取り付けられ、及び入口ヘッダ部５に連絡される。ケーシング内に配置された各管状の水蒸気透過膜３の他端部は、ケーシング内に設置されて出口ヘッダ部４を画定する他の仕切板に取り付けられ、及び出口ヘッダ部４に連絡される。水蒸気分離装置２のケーシングには、水蒸気分離膜３を加熱するヒーター（図示せず）が設けられる。隔離弁３１の上流で主蒸気配管３０に接続される水蒸気供給管１１が、水蒸気分離装置２のケーシングに接続されて入口ヘッダ部５に連絡される。開閉弁１２が水蒸気供給管１１に設置される。水蒸気分離装置２のケーシングに接続されて出口ヘッダ部４に連絡される水蒸気排出管９が、原子炉圧力容器２４に接続されて原子炉圧力容器２４内の冷却水液面よりも上方のドーム領域に連絡される。循環ポンプ８が水蒸気排出管９に設けられる。開閉弁１０が循環ポンプ８の上流で水蒸気排出管９に設けられる。
【００２１】
水蒸気排出管１３が、水蒸気分離装置２のケーシングに接続されてケーシング内の、入口ヘッダ部５と出口ヘッダ部４の間で各水蒸気分離膜３の外側に形成される領域に連絡される。水蒸気排出管１３は、原子炉格納容器２５を貫通し、原子炉格納容器２５の外部に設置された隔離時冷却系タービン６の水蒸気入口に接続される。水蒸気排出管１３には、原子炉格納容器２５の内外に配置された隔離弁１５および１６が設置されている。流量調節弁１４が、隔離弁１６の下流で水蒸気排出管１３に設けられる。隔離時冷却系タービン６の水蒸気出口に接続された水蒸気排出管１７が圧力抑制室２７内に達しており、水蒸気排出管１７の先端部が圧力抑制プール２８内の冷却水中に浸漬されている。
【００２２】
隔離時冷却系ポンプ７は隔離時冷却系タービン６に連結されている。冷却水供給管２２が、隔離時冷却系ポンプ７の冷却水吐出口に接続され、原子炉格納容器２５を貫通してドライウェル２６を通って原子炉圧力容器２４に接続される。開閉弁２３がドライウェル２６内で冷却水供給管２２に設けられる。隔離時冷却系ポンプ７の冷却水供給口に接続された冷却水供給管１８が、復水貯蔵タンク２９に接続される。開閉弁１９が冷却水供給管１８に設けられる。冷却水２９Ａが復水貯蔵タンク２９に充填されている。開閉弁１９の上流で冷却水供給管１８に接続された冷却水供給管２０が、原子炉格納容器２５を貫通して圧力抑制プール２８に連絡される。開閉弁２１が冷却水供給管２０に設けられる。
【００２３】
沸騰水型原子力プラントの通常運転時では、隔離弁３１，３２が開いており、原子炉圧力容器２４内で発生した蒸気が、主蒸気配管３０を通してタービンに供給される。これにより、タービンが回転してタービンに連結された発電機も回転し、発電が行われる。このとき、開閉弁１０，１２、隔離弁１５，１６が閉じている。さらに、開閉弁１９，２１も閉じている。
【００２４】
１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、隔離弁３１，３２が全閉になり、原子炉圧力容器２４から主蒸気配管３０を通してタービンへの蒸気の供給が停止される。沸騰水型原子力プラントの運転が停止されても、原子炉圧力容器２４内の炉心に装荷された各燃料集合体の燃料棒に含まれた核燃料物質の崩壊熱により、原子炉圧力容器２４内の冷却水が加熱されて水蒸気が発生する。水蒸気の発生により原子炉圧力容器２４内の圧力が上昇する。この圧力上昇を抑制するために、開閉弁１０，１２，１９および隔離弁１５，１６を開き、循環ポンプ８を駆動する。このとき、開閉弁２１は閉じている。崩壊熱により原子炉圧力容器２４内で発生した水蒸気は、原子炉圧力容器２４から主蒸気配管３０に排出され、水蒸気供給管１１を通って水蒸気分離装置２に供給される。水蒸気分離装置２において、入口ヘッダ部５に流入した水蒸気は、各管状の水蒸気分離膜３内に供給され、水蒸気分離膜３を透過する。水蒸気分離膜３を透過した水蒸気は、水蒸気分離装置２のケーシング内で各水蒸気分離膜３の外側に形成される領域に達し、水蒸気排出管１３を通して隔離時冷却系タービン６に供給される。水蒸気分離膜３内に供給された水蒸気の一部は、出口ヘッダ部４に排出され、循環ポンプ８で昇圧されて水蒸気排出管９を通って原子炉圧力容器２４内に戻される。
【００２５】
原子炉圧力容器２４から水蒸気供給管１１に排出された水蒸気は、放射化された腐食生成物等の放射性物質を含んでいる。水蒸気分離装置２の水蒸気分離膜３は、水蒸気に含まれた放射性物質を透過せず、水蒸気のみを透過する。水蒸気分離膜３内に流入した放射性物質は、出口ヘッダ部４に排出された水蒸気と共に原子炉圧力容器２４に戻される。
【００２６】
隔離時冷却系タービン６に水蒸気が供給されると、隔離時冷却系タービン６が回転し、隔離時冷却系ポンプ７も回転する。隔離時冷却系ポンプ７の回転により、復水貯蔵タンク２９内の冷却水２９Ａが、隔離時冷却系ポンプ７に達して昇圧され、冷却水供給管２２を通して原子炉圧力容器２４に供給される。隔離時冷却系タービン６から排出された水蒸気は、水蒸気排出管１７を通して圧力抑制プール２８内の冷却水中に排出され、凝縮される。原子炉圧力容器２４内の水蒸気が、水蒸気分離装置２の水蒸気分離膜３を透過して隔離時冷却系タービン６を回転させ、圧力抑制プール２８で凝縮されるため、原子炉圧力容器２４内の冷却水の液面が低下する。しかしながら、隔離時冷却系ポンプ７で昇圧された冷却水２９Ａが原子炉圧力容器２４内に供給されるので、原子炉圧力容器２４内の冷却水の減少が生じない。原子炉圧力容器２４内に供給された温度の低い冷却水２９Ａによって、炉心内の燃料集合体が冷却される。
【００２７】
復水貯蔵タンク２９内の冷却水２９Ａの原子炉圧力容器２４への供給により、復水貯蔵タンク２９内の冷却水２９Ａの水位が設定水位まで低下した場合には、開閉弁２１を開いて開閉弁１９を閉じる。このため、圧力抑制プール２８内の冷却水が、冷却水供給管２０，１８を経て隔離時冷却系ポンプ７で昇圧される。昇圧されたこの冷却水は、冷却水供給管２２を通して原子炉圧力容器２４に供給される。
【００２８】
以上に述べた水蒸気処理システム１を用いた水蒸気の処理方法をさらに具体的に説明する。
【００２９】
水蒸気分離装置２に設置された管状の水蒸気分離膜３は、セラミック膜の一種で、厚さ１．０μｍ、長さ１．５ｍ、外径１ｃｍの中空糸膜である。このような複数の水蒸気分離膜３が、縦１．５ｍ、横１．５ｍおよび高さ１．５ｍ（３．３８ｍ3）の大きさの、水蒸気分離装置２のケーシング内に束ねられて設置される。このとき、水蒸気分離膜３の総面積が２１１９ｍ2となる。中空子膜の水蒸気透過係数は、１５０℃において、約２×１０-7ｍｏｌ／ｓ・ｍ2・Ｐａである。中空子膜の水蒸気透過係数は、一般的に水蒸気を処理する温度が高いほど高くなる。
【００３０】
沸騰水型原子力プラントの運転停止により原子炉圧力容器２４内の圧力が上昇したとき、水蒸気分離装置２に設けられたヒーターに通電し水蒸気分離膜３を１５０℃まで加熱する。原子炉圧力容器２４内の水蒸気温度は２８０℃であり、中空子膜の耐熱温度は８００℃である。原子炉圧力容器２４内の水蒸気の供給により水蒸気分離膜３の温度が１５０℃以上に保たれている場合には、水蒸気分離装置２のヒーターへの通電を停止する。水蒸気を原子炉圧力容器２４から水蒸気分離装置２に供給するために、前述したように開閉弁１０，１２、隔離弁１５，１６を開く。さらに、開閉弁１９を開く。原子炉圧力容器２４内の水蒸気が、水蒸気分離装置２に供給され、水蒸気分離膜３に接触する。水蒸気分離膜３は、水蒸気分圧が高い領域から水蒸気分圧が低い領域へ水蒸気を透過する。このため、水蒸気は、水蒸気分離膜３の内側から水蒸気分離膜３の外側に向かって管状の水蒸気分離膜３を透過する。原理的に、水蒸気は、水蒸気分圧の低い領域（水蒸気分離膜３の外側の領域）の水蒸気分圧が高い領域（水蒸気分離膜３の内側の領域）の水蒸気分圧になるまで水蒸気分離膜３を透過し続ける。水蒸気に含まれた放射性物質が水蒸気分離膜３の内部に溜まることを防止するために、循環ポンプ８の駆動により、常に、水蒸気が、水蒸気供給管１１から水蒸気排出管９に向かって管状の水蒸気分離膜３の内部を流れるようにする。
【００３１】
原子炉圧力容器２４内の圧力は、沸騰水型原子力プラントの通常運転時で７．０ＭＰａであり、原子炉圧力容器２４の耐圧は９．０ＭＰａである。中空子膜の耐圧は１８〜３１ＭＰａである。原子炉圧力容器２４内で崩壊熱により生成される水蒸気量は、約７０ｔ／ｈである。水蒸気分離装置２内に配置された中空子膜の総面積が２１１９ｍ2、中空子膜の水蒸気透過係数が２×１０-7ｍｏｌ／ｓ・ｍ2・Ｐａ、中空子膜内の圧力が７．０ＭＰａ、および水蒸気分離装置２内で中空子膜の外側領域の圧力が４．５ＭＰａであるとき、水蒸気分離装置２の全中空子膜による水蒸気の処理能力は７０ｔ／ｈとなり、中空子膜を透過する水蒸気の流速は０．０１２ｍ／ｓとなる。
【００３２】
水蒸気分離膜３を透過した水蒸気は、隔離時冷却系タービン６を駆動し、隔離時冷却系ポンプ７を回転させる。隔離時冷却系タービン６の駆動圧力は１．１〜８．２ＭＰａであり、隔離時冷却系タービン６に供給される水蒸気の圧力が１．１ＭＰａ以上に保たれるように、流量調整弁１４の開度を制御する。隔離時冷却系タービン６から排出された水蒸気は、圧力抑制プール２８の冷却水によって凝縮される。
【００３３】
本実施例では、流量調整弁１４の開度を調節することにより、管状の水蒸気分離膜３の内側の水蒸気分圧と水蒸気分離装置２のケーシング内で管状の水蒸気分離膜３の外側領域の水蒸気分圧の差が常に制御された状態で、原子炉圧力容器２４内の水蒸気に含まれる放射化された腐食生成物等の放射性物質は、水蒸気分離膜３を透過しない。このため、放射性物質を原子炉圧力容器２４内に閉じ込めたまま、水蒸気は、水蒸気分離膜３を透過し、水蒸気排出管１３および水蒸気排出管１７を通って圧力抑制プール２８の冷却水中に排出される。このように、原子炉圧力容器２４内で崩壊熱により発生した水蒸気が水蒸気分離膜３を透過して圧力抑制プール２８内に放出されるので、原子炉圧力容器２４の圧力上昇を抑制することができる。水蒸気分離膜３を透過した水蒸気は放射性物質を含んでいないため、水蒸気排出管１３、隔離時冷却系タービン６および水蒸気排出管１７のそれぞれの内面における放射性物質による汚染が防止される。また、放射性物質を含まない水蒸気が水蒸気排出管１７を通して圧力抑制プール２８の冷却水中に排出される。このため、圧力抑制プール２８の冷却水、および圧力抑制室２７の内面の放射性物質による汚染が低減される。
【００３４】
また、水蒸気分離膜３を透過した水蒸気により隔離時冷却系タービン６が駆動され、隔離時冷却系ポンプ７が回転されるため、復水貯蔵タンク２９内の冷却水２９Ａおよび圧力抑制プール２８の冷却水を、冷却水供給管２２を通して原子炉圧力容器２４内に注入することができる。原子炉圧力容器２４内の炉心の燃料集合体が、冷却水供給管２２を通して注入される冷却水により冷却される。原子炉圧力容器２４内の水蒸気の圧力抑制プール２８への放出による原子炉圧力容器２４内の水位低下は、隔離時冷却系ポンプ７による冷却水の原子炉圧力容器２４への注入により、防止される。このため、原子炉圧力容器２４内の水位が所定の水位に保持され、炉心内の燃料集合体の冷却を継続して行うことができる。
【００３５】
主蒸気管３０を通して蒸気が供給されるタービンがトリップした場合にも、隔離弁３１，３２が閉じられるので、前述したように、水蒸気処理システム１において水蒸気分離膜３を透過した水蒸気の排出、および透過した水蒸気による隔離時冷却系タービン６の駆動および隔離時冷却系ポンプ７による冷却水の原子炉圧力容器２４への注入が行われる。
【実施例２】
【００３６】
本発明の他の好適な実施例である実施例２の原子力プラントの水蒸気処理システムを図２を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システムは沸騰水型原子力プラントに適用される。
【００３７】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１Ａは、実施例１の原子力プラントの水蒸気処理システム１において隔離時冷却系タービン６および隔離時冷却系ポンプ７を、プール３３内の冷却水３５中に配置された復水器３４に替えた構成を有する。プール３３は原子炉格納容器２５の外部に設置され、原子炉圧力容器２４よりも上方に配置される。隔離弁１５および１６が設けられて原子炉格納容器２５を貫通する水蒸気排出管１３の一端部は、水蒸気処理システム１と同様に、水蒸気分離装置２のケーシングに接続されてケーシング内の、各水蒸気分離膜３の外側の領域に連絡される。水蒸気排出管１３の一端部は復水器３４に接続される。復水器３４は複数の伝熱管（図示せず）を有し、これらの伝熱管の外面はプール３３内の冷却水３５に接触している。復水器３４に接続された凝縮水供給管２２Ａが、原子炉格納容器２５を貫通してドライウェル２６を通って原子炉圧力容器２４に接続される。開閉弁２３がドライウェル２６内で、給水ポンプ３６および開閉弁３７が原子炉格納容器２５の外部で凝縮水供給管２２Ａにそれぞれ設けられる。水蒸気処理システム１Ａの他の構成は水蒸気処理システム１と同じである。
【００３８】
水蒸気処理システム１Ａの水蒸気分離装置２のケーシングは、実施例１で用いられる水蒸気分離装置２のケーシングと同じ大きさを有している。本実施例で水蒸気分離装置２のケーシング内に設置された管状の水蒸気分離膜３は、セラミック膜の一種で、実施例１と同じ仕様を有する管状の中空糸膜である。ケーシング内の全水蒸気分離膜３の総面積は２１１９ｍ2である。
【００３９】
例えば、１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、または、タービントリップが生じたとき、隔離弁３１，３２が全閉になる。循環ポンプ８が駆動され、原子炉圧力容器２４内で崩壊熱により発生した蒸気は、主蒸気配管３０および水蒸気供給管１１を通り水蒸気分離装置２内の入口ヘッダ部５を経て管状の水蒸気分離膜３の内部に供給される。これらの水蒸気分離膜３は１５０℃に加熱されている。各水蒸気分離膜３内の水蒸気はそれぞれの水蒸気分離膜３を透過してケーシング内の、各水蒸気分離膜３の外側の領域に達し、水蒸気排出管１３に排出される。水蒸気分離膜３の水蒸気透過係数が２×１０-7ｍｏｌ／ｓ・ｍ2・Ｐａ、水蒸気分離膜３内の圧力が７．０ＭＰａ、および水蒸気分離装置２内で水蒸気分離膜３の外側領域の圧力が４．５ＭＰａであるとき、水蒸気分離装置２の全水蒸気分離膜３による水蒸気の処理能力は７０ｔ／ｈとなる。各水蒸気分離膜３を透過する水蒸気の量は、水蒸気排出管１３に設けられた流量調整弁１４の開度を制御することにより調節される。水蒸気分離装置２に供給された蒸気の一部は、各水蒸気分離膜３から出口ヘッダ４に排出され、水蒸気排出管９を通って原子炉圧力容器２４に戻される。
【００４０】
水蒸気排出管１３に排出された水蒸気は、復水器３４の各伝熱管内に導かれ、プール３３内の冷却水３５によって冷却されて凝縮し、凝縮水になる。水蒸気の凝縮により暖められたプール３３内の冷却水３５は水蒸気になって大気に放出される。水蒸気の大気放出によりプール３３内の冷却水３５の水位が設定水位まで低下したとき、補給水系から冷却水がプール３３内に補給される。復水器３４の各伝熱管内で生成された凝縮水は、凝縮水供給管２２Ａに排出され、給水ポンプ３６の駆動により原子炉圧力容器２４に注入される。原子炉圧力容器２４内の圧力は水蒸気排出管１３内の圧力４．５ＭＰａよりも高いので、給水ポンプ３６を用いて原子炉圧力容器２４への凝縮水の注入が行われる。
【００４１】
隔離時冷却系ポンプ７による冷却水の原子炉圧力容器２４への注入を除いて、本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。具体的には、水蒸気排出管１３、復水器３４の各伝熱管および凝縮水供給管２２Ａの内面が放射性物質により汚染されることを防止できる。また、復水器３４で生じた凝縮水が原子炉圧力容器２４に注入されるので、原子炉圧力容器２４内の水蒸気の水蒸気分離装置２への排出による原子炉圧力容器２４内の冷却水の水位の低下が防止され、炉心内の燃料集合体の冷却を凝縮水の注入により継続して行うことができる。
【実施例３】
【００４２】
本発明の他の好適な実施例である実施例３の原子力プラントの水蒸気処理システムを図３を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システムは沸騰水型原子力プラントに適用される。
【００４３】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１Ｂは、実施例１の原子力プラントの水蒸気処理システム１において隔離時冷却系タービン６、隔離時冷却系ポンプ７および冷却水供給管１８，２０および２２を削除した構成を有する。水蒸気処理システム１Ｂでは、水蒸気分離装置２のケーシングに接続された水蒸気排出管１３は原子炉格納容器２５内に配置され、水蒸気排出管１３の先端部は圧力抑制プール２８の冷却水中に浸漬されている。逃し安全弁３８が開閉弁１２の替りに水蒸気供給管１１に設けられている。水蒸気処理システム１Ｂの他の構成は水蒸気処理システム１と同じである。水蒸気処理システム１Ｂの水蒸気分離装置２は、原子炉格納容器２５のドライウェル２６に配置されている。
【００４４】
水蒸気処理システム１Ａの水蒸気分離装置２のケーシングは、実施例１で用いられる水蒸気分離装置２のケーシングと同じ大きさを有している。本実施例で水蒸気分離装置２のケーシング内に設置された管状の水蒸気分離膜３は、セラミック膜の一種で、実施例１と同じ仕様を有する管状の中空糸膜である。ケーシング内の管状の水蒸気分離膜３の総面積は２１１９ｍ2である。
【００４５】
例えば、１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、または、タービントリップが生じたとき、隔離弁３１，３２が全閉になる。水蒸気分離膜３が１５０℃に加熱される。このとき、原子炉圧力容器２４は密閉状態にあり、原子炉圧力容器２４内で崩壊熱により水蒸気が発生するため、原子炉圧力容器２４内の圧力が上昇する。原子炉圧力容器２４内の圧力が逃し安全弁３８の作動設定圧力（７．５〜８．０ＭＰａ）以上、例えば、７．５ＭＰａに増加したとき、逃し安全弁３８が開放され、原子炉圧力容器２４内の水蒸気が主蒸気配管３０を通って水蒸気供給管１１に排出される。この水蒸気は、水蒸気分離装置２内の入口ヘッダ部５を通って管状の水蒸気分離膜３内に流入し、水蒸気分離膜３を透過する。水蒸気分離膜３の水蒸気透過係数が２×１０-7ｍｏｌ／ｓ・ｍ2・Ｐａ、水蒸気分離膜３内の圧力が７．５ＭＰａ、および水蒸気分離装置２内で水蒸気分離膜３の外側領域の圧力が０．１ＭＰａ（大気圧）であるとき、水蒸気分離装置２の全水蒸気分離膜３による水蒸気の処理能力は２０３ｔ／ｈとなる。このとき、水蒸気分離膜３を透過する水蒸気の流速は０．０３３ｍ／ｓとなる。
【００４６】
圧力が逃し安全弁３８が開放されたとき、開閉弁１０が開いて循環ポンプ８が駆動される。水蒸気分離膜３を透過しなかった一部の水蒸気は、出口ヘッダ部４および水蒸気排出管９を通り、循環ポンプ８で昇圧されて原子炉圧力容器２４に戻される。水蒸気に含まれた放射性物質が管状の水蒸気分離膜３の内部に堆積しないように、循環ポンプ８の駆動により、水蒸気が常に管状の水蒸気分離膜３の内部を流れている。水蒸気分離膜３を透過した水蒸気は水蒸気排出管１３を通って圧力抑制プール２８の冷却水中に放出されて凝縮される。原子炉圧力容器２内の圧力が設定圧力以下に低下すると、逃し安全弁３８が閉じられる。このとき、循環ポンプ８が停止し、開閉弁１０も閉状態となる。崩壊熱により生成される水蒸気により、原子炉圧力容器２４内の圧力が設定圧力を超えたとき、逃し安全弁３８が開放される。
【００４７】
水蒸気分離膜３を透過した水蒸気が圧力抑制プール２８で凝縮されるので、水蒸気分離装置２のケーシング内で管状の水蒸気分離膜３の外側領域の圧力は、ほぼ０．１ＭＰａの大気圧に維持される。また、水蒸気が水蒸気分離膜３を透過することにより、原子炉圧力容器２４内の圧力が７．０Ｍｐａまで低下した場合においても、水蒸気分離膜３は１８９ｔ／ｈ（流速０．０３１ｍ／ｓ）で崩壊熱により発生した水蒸気を処理することができる。崩壊熱で発生した水蒸気で水蒸気分離膜３を透過した水蒸気を水蒸気排出管１３による圧力抑制プール２８の冷却水中への放出により、原子炉圧力容器内の水位が設定水位よりも低下したとき、原子炉圧力容器内の水位が設定水位になるまで、図示されていない冷却水の注入系統により、圧力抑制プール１８の冷却水を原子炉圧力容器２４に注入することができる。
【００４８】
隔離時冷却系ポンプ７による冷却水の原子炉圧力容器２４への注入を除いて、本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。具体的には、水蒸気排出管１３の内面が放射性物質により汚染されることを防止でき、圧力抑制プール２８が放射性物質により汚染されることを低減できる。本実施例の水蒸気処理システム１Ｂは、隔離時冷却系タービン６、隔離時冷却系ポンプ７、プール３３および復水器３４が不要であるため水蒸気処理システム１及び１Ａよりも小型化される。
【実施例４】
【００４９】
本発明の他の好適な実施例である実施例４の原子力プラントの水蒸気処理システムを図４を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システムは沸騰水型原子力プラントに適用される。
【００５０】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１Ｃは、実施例３の水蒸気処理システム１Ｂにおいて水蒸気排出管１３をドライウェル２６に開放した構成を有する。水蒸気分離装置２は、ドライウェル２６に配置されている。水蒸気分離装置２のケーシングに接続された水蒸気排出管１３は、圧力抑制プール２８まで伸びていなく、ドライウェル２６に開放されている。水蒸気処理システム１Ｃの他の構成は水蒸気処理システム１Ｂと同じである。
【００５１】
水蒸気処理システム１Ｃの水蒸気分離装置２のケーシングは、実施例１で用いられる水蒸気分離装置２のケーシングと同じ大きさを有している。本実施例で水蒸気分離装置２のケーシング内に設置された管状の水蒸気分離膜３は、セラミック膜の一種で、実施例１と同じ仕様を有する管状の中空糸膜である。ケーシング内の管状の水蒸気分離膜３の総面積は２１１９ｍ2である。
【００５２】
例えば、１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、または、タービントリップが生じたとき、隔離弁３１，３２が全閉になる。水蒸気分離膜３が１５０℃に加熱される。原子炉圧力容器２４内で崩壊熱により生成された水蒸気によって、原子炉圧力容器２４内の圧力が逃し安全弁３８の作動設定圧力（９．０ＭＰａ）に達したとき、逃し安全弁３８が開放され、原子炉圧力容器２４内の水蒸気が主蒸気配管３０を通って水蒸気供給管１１に排出される。この水蒸気は、水蒸気分離装置２内の入口ヘッダ部５を通って管状の水蒸気分離膜３内に流入し、水蒸気分離膜３を透過する。原子炉圧力容器２４の耐圧は９．０ＭＰａである。
【００５３】
水蒸気分離膜３の水蒸気透過係数が２×１０-7ｍｏｌ／ｓ・ｍ2・Ｐａ、水蒸気分離膜３内の圧力が９．０ＭＰａ、および水蒸気分離装置２内で水蒸気分離膜３の外側領域の圧力が０．１ＭＰａ（大気圧）であるとき、水蒸気分離装置２の全水蒸気分離膜３による水蒸気の処理能力は２４４ｔ／ｈとなる。このとき、水蒸気分離膜３を透過する水蒸気の流速は０．０４０ｍ／ｓとなる。
【００５４】
圧力が逃し安全弁３８が開放されたとき、開閉弁１０が開いて循環ポンプ８が駆動される。水蒸気分離膜３を透過しなかった一部の水蒸気は、出口ヘッダ部４および水蒸気排出管９を通り、循環ポンプ８で昇圧されて原子炉圧力容器２４に戻される。水蒸気に含まれた放射性物質が管状の水蒸気分離膜３の内部に堆積しないように、循環ポンプ８の駆動により、水蒸気が常に管状の水蒸気分離膜３の内部を流れている。
【００５５】
複数のベント管（図示せず）のそれぞれの一端部がドライウェル２６に開放されている。これらのベント管の他端部は、圧力抑制プールの冷却水中に浸漬されている。水蒸気分離膜３を透過した水蒸気は水蒸気排出管１３を通ってドライウェル２６に放出される。ドライウェル２６に放出された水蒸気は、各ベント管を通って圧力抑制プールの冷却水中に放出されてこの冷却水により凝縮される。
【００５６】
崩壊熱で発生した水蒸気で水蒸気分離膜３を透過した水蒸気を水蒸気排出管１３による圧力抑制プール２８の冷却水中への放出により、原子炉圧力容器内の水位が設定水位よりも低下したとき、原子炉圧力容器内の水位が設定水位になるまで、図示されていない冷却水の注入系統により、圧力抑制プール１８の冷却水を原子炉圧力容器２４に注入することができる。
【００５７】
水蒸気分離膜３を透過した水蒸気が圧力抑制プール２８で凝縮されるので、水蒸気分離装置２のケーシング内で管状の水蒸気分離膜３の外側領域の圧力は、ほぼ０．１ＭＰａの大気圧に維持される。また、水蒸気が水蒸気分離膜３を透過することにより、原子炉圧力容器２４内の圧力が７．０Ｍｐａまで低下した場合においても、水蒸気分離膜３は１８９ｔ／ｈ（流速０．０３１ｍ／ｓ）で崩壊熱により発生した水蒸気を処理できる。
【００５８】
本実施例は実施例３で生じる各効果を得ることができる。水蒸気排出管１３からドライウェル２６に放出される水蒸気は放射性物質を含んでいないので、この水蒸気の放出により、ドライウェル２６内に配置された機器及び配管の放射性物質による汚染を防止することができる。また、その水蒸気が放出される圧力抑制プール２８が放射性物質により汚染されることを低減できる。水蒸気排出管１３が短くなるので、本実施例の水蒸気処理システム１Ｃは水蒸気処理システム１Ｂよりもさらに小型化される。
【実施例５】
【００５９】
本発明の他の好適な実施例である実施例５の原子力プラントの水蒸気処理システムを図５を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システムは沸騰水型原子力プラントに適用される。
【００６０】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１Ｄは、実施例１の水蒸気処理システム１において水蒸気分離装置２を水蒸気分離装置２Ａに替え、さらに、水蒸気分離装置２Ａを原子炉圧力容器２４内の冷却水の水面よりも上方のドーム領域に配置した構成を有する。水蒸気分離装置２Ａは、水蒸気分離装置２のように入口ヘッダ部５及び出口ヘッダ部４を形成していない。水蒸気分離装置２Ａのケーシング内に配置された管状の複数の水蒸気透過膜３の両端部は、ケーシング内に対向して設けられた、管板に相当する各仕切板（図示せず）に取り付けられる。このため、各水蒸気透過膜３の両端部はドライウェル２６に開放されており、各水蒸気透過膜３はそのケーシング内で一対の仕切板の間に配置されている。水蒸気分離装置２Ａのケーシングに接続された水蒸気排出管１３は、原子炉圧力容器２４及び原子炉格納容器２５を貫通して原子炉格納容器２５の外部に配置された隔離時冷却系タービン６に接続されている。本実施例では、水蒸気分離膜３を加熱するヒーターが水蒸気分離装置２Ａのケーシングに取り付けられていない。水蒸気処理システム１Ｄの他の構成は水蒸気処理システム１と同じである。
【００６１】
水蒸気分離装置２Ａに設置された管状の水蒸気分離膜３は、セラミック膜の一種で、厚さ１．０μｍ、長さ１．０ｍ、外径１ｃｍの中空糸膜である。これらの水蒸気分離膜３が束ねられて配置される水蒸気分離装置２Ａのケーシングの大きさ（一対の仕切板間の大きさ）は、縦１．３ｍ、横１．３ｍおよび高さ１．０ｍであり、容積が１．６９ｍ3である。このケーシング内の全水蒸気分離膜３の総面積は１０８０ｍ2である。
【００６２】
例えば、１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、または、タービントリップが生じたとき、隔離弁３１，３２が全閉になる。隔離弁３１，３２が閉じられるとき、開閉弁１５，１６，１９が開く。原子炉圧力容器２４内で崩壊熱によって発生して原子炉圧力容器２４内のドーム領域に達した水蒸気は、各水蒸気分離膜３内に流入し、各水蒸気分離膜３を透過する。水蒸気分離膜３は水蒸気により約２８０℃に加熱されている。管状の水蒸気分離膜３を透過した水蒸気は、ケーシング内で一対の仕切板間に形成されて水蒸気分離膜３の外側に存在する領域に達し、ケーシングに接続された水蒸気排出管１３に排出される。原子炉圧力容器２４内のドーム領域に存在する水蒸気は、管状の水蒸気分離膜３内を流動しており、水蒸気に含まれる放射性物質が水蒸気分離膜３の内面に堆積しない。なお、ドーム領域内の水蒸気に含まれる放射性物質の量は、その水蒸気の量に比べて極わずかである。
【００６３】
水蒸気分離膜３の水蒸気透過係数が２×１０-7ｍｏｌ／ｓ・ｍ2・Ｐａ、水蒸気分離膜３内の圧力が７．０ＭＰａ、および水蒸気分離装置２Ａ内で水蒸気分離膜３の外側領域の圧力が２．０ＭＰａであるとき、水蒸気分離装置２Ａの全水蒸気分離膜３による水蒸気の処理能力は７０ｔ／ｈとなる。このとき、水蒸気分離膜３を透過する水蒸気の流速は、０．０２２ｍ／ｓである。各水蒸気分離膜３を透過する水蒸気の量は、水蒸気排出管１３に設けられた流量調整弁１４の開度を制御することにより調節される。本実施例では、水蒸気排出管１３内の圧力が隔離時冷却系タービン６の駆動圧力である１．１ＭＰａ以上になるように、流量調整弁１４の開度を調節する。
【００６４】
水蒸気排出管１３に排出された水蒸気は、隔離時冷却系タービン６を駆動し、隔離時冷却系ポンプ７を回転させる。この結果、復水貯蔵タンク２９内の冷却水２９Ａが、実施例１と同様に、原子炉圧力容器２４内に注入される。復水貯蔵タンク２９内の冷却水２９Ａの水位が設定水位まで低下したとき、開閉弁２１が開いて開閉弁１９を閉じる。圧力抑制プール２８内の冷却水が原子炉圧力容器２４内に注入される。
【００６５】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は水蒸気分離装置２Ａを実施例１の水蒸気分離装置２よりもコンパクト化することができる。また、水蒸気の温度で水蒸気分離膜３を加熱できるので、水蒸気分離装置２Ａのケーシングにヒーターを取り付ける必要がなくなる。水蒸気分離装置２を原子炉圧力容器２４内に配置することによって、実施例１のように、循環ポンプ８を設置する必要が無くなり、水蒸気処理システム１Ｄがコンパクトになる。
【実施例６】
【００６６】
本発明の他の好適な実施例である実施例６の原子力プラントの水蒸気処理システムを図６を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システムは沸騰水型原子力プラントに適用される。
【００６７】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１Ｅは、実施例２の水蒸気処理システム１Ａにおいて水蒸気分離装置２を実施例５に用いられた水蒸気分離装置２Ａに替え、水蒸気分離装置２Ａを原子炉圧力容器２４内の冷却水の水面よりも上方のドーム領域に配置した構成を有する。本実施例における水蒸気分離装置２Ａの構成は実施例５の水蒸気分離装置２Ａの構成と同じである。水蒸気分離装置２Ａのケーシングに接続された水蒸気排出管１３は、原子炉圧力容器２４及び原子炉格納容器２５を貫通して原子炉格納容器２５の外部に配置された復水器３４に接続されている。水蒸気処理システム１Ｅの他の構成は水蒸気処理システム１Ａと同じである。
【００６８】
本実施例で用いられる水蒸気分離装置２Ａに設置された管状の水蒸気分離膜３は、セラミック膜の一種で、実施例５と同じ仕様を有する中空糸膜である。このような水蒸気分離膜３が束ねられて配置される、本実施例における水蒸気分離装置２Ａのケーシングの大きさも実施例５と同じであり、容積が１．６９ｍ3である。このケーシング内の全水蒸気分離膜３の総面積は１０８０ｍ2である。
【００６９】
例えば、１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、または、タービントリップが生じたとき、隔離弁３１，３２が全閉になる。このとき、開閉弁１５，１６，２３，３７が開く。原子炉圧力容器２４内で崩壊熱によって発生して原子炉圧力容器２４内のドーム領域に達した水蒸気は、約２８０℃に加熱された各水蒸気分離膜３内に流入し、各水蒸気分離膜３を透過する。水蒸気分離膜３を透過した水蒸気は水蒸気排出管１３に排出される。
【００７０】
水蒸気分離膜３の水蒸気透過係数が２×１０-7ｍｏｌ／ｓ・ｍ2・Ｐａ、水蒸気分離膜３内の圧力が７．０ＭＰａ、および水蒸気分離装置２Ａ内で水蒸気分離膜３の外側領域の圧力が２．０ＭＰａであるとき、水蒸気分離装置２Ａの全水蒸気分離膜３による水蒸気の処理能力は７０ｔ／ｈとなる。このとき、水蒸気分離膜３を透過する水蒸気の流速は、０．０２２ｍ／ｓである。
【００７１】
水蒸気排出管１３に排出された水蒸気は、復水器３４の各伝熱管内に導かれ、プール３３内の冷却水３５によって冷却されて凝縮し、凝縮水になる。この凝縮水は、給水ポンプ３６の駆動により凝縮水供給管２２Ａを通って原子炉圧力容器２４に注入される。
【００７２】
本実施例は実施例２で生じる各効果を得ることができる。本実施例は水蒸気分離装置２Ａを実施例１の水蒸気分離装置２よりもコンパクト化することができる。また、水蒸気の温度で水蒸気分離膜３を加熱できるので、水蒸気分離装置２Ａのケーシングにヒーターを取り付ける必要がなくなる。
【実施例７】
【００７３】
本発明の他の好適な実施例である実施例７の原子力プラントの水蒸気処理システムを図７を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システムは沸騰水型原子力プラントに適用される。
【００７４】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１Ｆは、実施例３の水蒸気処理システム１Ｂにおいて水蒸気分離装置２を実施例５に用いられた水蒸気分離装置２Ａに替え、水蒸気分離装置２Ａを原子炉圧力容器２４内の冷却水の水面よりも上方のドーム領域に配置した構成を有する。本実施例における水蒸気分離装置２Ａの構成は実施例５の水蒸気分離装置２Ａの構成と同じである。水蒸気分離装置２Ａのケーシングに接続された水蒸気排出管１３は原子炉格納容器２５内に配置され、水蒸気排出管１３の先端部は圧力抑制プール２８の冷却水中に浸漬されている。逃し安全弁３９が水蒸気排出管１３に設けられている。水蒸気処理システム１Ｆの他の構成は水蒸気処理システム１Ｂと同じである。
【００７５】
本実施例で用いられる水蒸気分離装置２Ａに設置された管状の水蒸気分離膜３は、セラミック膜の一種で、実施例５と同じ仕様を有する中空糸膜である。このような水蒸気分離膜３が束ねられて配置される、本実施例における水蒸気分離装置２Ａのケーシングの大きさも実施例５と同じであり、容積が１．６９ｍ3である。このケーシング内の全水蒸気分離膜３の総面積は１０８０ｍ2である。
【００７６】
例えば、１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、または、タービントリップが生じたとき、隔離弁３１，３２が全閉になる。原子炉圧力容器２４内で崩壊熱によって発生して原子炉圧力容器２４内のドーム領域に達した水蒸気は、約２８０℃に加熱された各水蒸気分離膜３内に流入し、各水蒸気分離膜３を透過する。水蒸気分離膜３を透過した水蒸気は水蒸気排出管１３に排出される。水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力が７．５ＭＰａ未満であるので、作動設定圧力が７．５〜８．０ＭＰａである逃し安全弁３９は閉じている。水蒸気の水蒸気分離膜３の透過により、水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力が、徐々に上昇する。水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力の上昇によって、水蒸気分離膜３を透過する水蒸気の量が減少し、原子炉圧力容器２４内の圧力も上昇する。水蒸気が水蒸気分離膜３を透過することにより、水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力が逃し安全弁３９の作動設定圧力である７．５ＭＰａになったとき、逃し安全弁３９が作動して開き、水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側に存在する水蒸気が開いた逃し安全弁３９を通過し、圧力抑制プール２８の冷却水中に放出されて凝縮される。この結果、水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側の圧力が作動設定圧力である７．５ＭＰａ未満になり、逃し安全弁３９が閉じる。水蒸気の水蒸気分離膜３の透過により、水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力が、作動設定圧力である７．５ＭＰａになったとき、逃し安全弁３９が開いて水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側に存在する水蒸気が圧力抑制プール２８の冷却水中に放出される。このように、逃し安全弁３９の閉状態及び開状態が繰り返されて水蒸気分離膜３を透過した水蒸気の圧力抑制プール２８の冷却水中への放出停止及び放出開始が繰り返される。
【００７７】
原子炉圧力容器２４の内圧が７．５ＭＰａで逃し安全弁３９が作動したときにおける、水蒸気分離装置２の全水蒸気分離膜３による水蒸気の処理能力は１０４ｔ／ｈ（水蒸気分離装置２内で水蒸気分離膜３の外側領域の圧力が０．１ＭＰａ）であり、原子炉圧力容器２４の内圧が７．０ＭＰａに低下して逃し安全弁３９が閉じる直前における、水蒸気分離装置２の全水蒸気分離膜３による水蒸気の処理能力は７０ｔ／ｈ（水蒸気分離装置２内で水蒸気分離膜３の外側領域の圧力が０．１ＭＰａ）である。
【００７８】
本実施例は実施例５で生じる効果を得ることができる。隔離時冷却系タービン６、隔離時冷却系ポンプ７、プール３３および復水器３４が不要であるため、本実施例の水蒸気処理システム１Ｂは水蒸気処理システム１Ｄ及び１Ｅよりも小型化される。本実施例は水蒸気分離装置２Ａを実施例１の水蒸気分離装置２よりもコンパクト化することができる。また、水蒸気の温度で水蒸気分離膜３を加熱できるので、水蒸気分離装置２Ａのケーシングにヒーターを取り付ける必要がなくなる。
【００７９】
逃し安全弁３９の替りに開閉弁を水蒸気排出管１３に設けてもよい。この開閉弁は、沸騰水型原子力プラントが正常に運転されて原子炉圧力容器２４内の圧力が設定圧力に保持されているときには閉じられおり、沸騰水型原子力プラントが停止された後、崩壊熱により発生した水蒸気によって原子炉圧力容器２４内の圧力が設定圧力を超えたとき、その開閉弁が自動または手動で開けられる。これにより、原子炉圧力容器２４内の水蒸気が、水蒸気分離装置２Ａに導かれ、水蒸気分離膜３を透過して圧力抑制プール２８内の冷却水中に放出される。
【実施例８】
【００８０】
本発明の他の好適な実施例である実施例８の原子力プラントの水蒸気処理システムを図８を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システムは沸騰水型原子力プラントに適用される。
【００８１】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１Ｇは、実施例４の水蒸気処理システム１Ｃにおいて水蒸気分離装置２を実施例５に用いられた水蒸気分離装置２Ａに替え、水蒸気分離装置２Ａを原子炉圧力容器２４内の冷却水の水面よりも上方のドーム領域に配置した構成を有する。本実施例における水蒸気分離装置２Ａの構成は実施例５の水蒸気分離装置２Ａの構成と同じである。
【００８２】
本実施例で用いられる水蒸気分離装置２Ａに設置された管状の水蒸気分離膜３は、セラミック膜の一種で、実施例５と同じ仕様を有する中空糸膜である。このような水蒸気分離膜３が束ねられて配置される、本実施例における水蒸気分離装置２Ａのケーシングの大きさも実施例５と同じであり、容積が１．６９ｍ3である。このケーシング内の全水蒸気分離膜３の総面積は１０８０ｍ2である。
【００８３】
例えば、１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、または、タービントリップが生じたとき、隔離弁３１，３２が全閉になる。原子炉圧力容器２４内で崩壊熱によって発生して原子炉圧力容器２４内のドーム領域に達した水蒸気は、約２８０℃に加熱された各水蒸気分離膜３内に流入し、各水蒸気分離膜３を透過する。水蒸気分離膜３を透過した水蒸気は水蒸気排出管１３に排出される。水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力が９．０ＭＰａ未満であるので、作動設定圧力が９．０ＭＰａである逃し安全弁３９は閉じている。水蒸気の水蒸気分離膜３の透過により、水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力が、徐々に上昇する。水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力の上昇によって、水蒸気分離膜３を透過する水蒸気の量が減少し、原子炉圧力容器２４内の圧力も上昇する。原子炉圧力容器２４内の圧力が９．０ＭＰａになったとき、水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力が９．０ＭＰａになり、逃し安全弁３９が開く。水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側に存在する水蒸気が逃し安全弁３９を通過し、ドライウェル２６に放出される。この結果、水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側の圧力が作動設定圧力である９．０ＭＰａ未満になり、逃し安全弁３９が閉じる。原子炉圧力容器２４内の圧力の上昇に伴う水蒸気の水蒸気分離膜３の透過により、水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側での圧力が９．０ＭＰａになったとき、逃し安全弁３９が開いて水蒸気排出管１３の、逃し安全弁３９よりも上流側に存在する水蒸気がドライウェル２６に放出される。このように、逃し安全弁３９の閉状態及び開状態が繰り返されて水蒸気分離膜３を透過した水蒸気のドライウェル２６への放出停止及び放出開始が繰り返される。
【００８４】
水蒸気排出管１３からドライウェル２６に放出された水蒸気は、実施例４と同様に、ベント管を通して圧力抑制プール２８の冷却水中に放出されて凝縮される。
【００８５】
本実施例では、水蒸気分離膜３により９７ｔ／ｈで水蒸気が処理される。
【００８６】
本実施例は実施例５で生じる効果を得ることができる。水蒸気排出管１３が短くなるので、本実施例の水蒸気処理システム１Ｇは水蒸気処理システム１Ｆよりもさらに小型化される。本実施例は水蒸気分離装置２Ａを実施例１の水蒸気分離装置２よりもコンパクト化することができる。また、水蒸気の温度で水蒸気分離膜３を加熱できるので、水蒸気分離装置２Ａのケーシングにヒーターを取り付ける必要がなくなる。
【実施例９】
【００８７】
本発明の他の好適な実施例である実施例９の原子力プラントの水蒸気処理システムを図９を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システムは沸騰水型原子力プラントに適用される。
【００８８】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１Ｈは、実施例１の水蒸気処理システム１においてヨウ素ガストラップ（ヨウ素ガス除去装置）４０を追加した構成を有する。ヨウ素ガストラップ４０は、入口ヘッダ部５の上流に配置され、水蒸気分離装置２のケーシングに設置される。水蒸気供給管１１がヨウ素ガストラップ４０に接続され、ヨウ素ガストラップ４０は入口ヘッダ部５に連通している。水蒸気処理システム１Ｈの他の構成は実施例１の水蒸気処理システム１と同じである。ヨウ素ガストラップ４０は水蒸気分離装置２のケーシングに設置しないで水蒸気供給管１１に設けてもよい。
【００８９】
例えば、１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、または、タービントリップが生じたとき、隔離弁３１，３２が全閉になる。原子炉圧力容器２４内で崩壊熱によって発生して原子炉圧力容器２４内のドーム領域に達した水蒸気は、主蒸気配管３０および水蒸気供給管１１を通ってヨウ素ガストラップ４０に供給される。水蒸気に含まれたヨウ素がヨウ素ガストラップ４０で除去され、ヨウ素が除去された水蒸気が入口ヘッダ部５を通して水蒸気分離装置２内の管状の水素ガス分離膜３内に供給される。
【００９０】
水蒸気処理システム１Ｈによる水蒸気の処理は水蒸気処理システム１と同様に行われる。このため、ここでは、水蒸気処理システム１Ｈにおける水蒸気の処理の説明は省略する。本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。ヨウ素ガストラップ４０の設置によって、水蒸気分離膜３の劣化を防ぐことができ、水蒸気分離装置２の水蒸気透過性能の低下を防ぐことができる。
【実施例１０】
【００９１】
本発明の他の好適な実施例である実施例１０の原子力プラントの水蒸気処理システムを図９を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システムは沸騰水型原子力プラントに適用される。
【００９２】
本実施例の原子力プラントの水蒸気処理システム１Ｉは、実施例５の水蒸気処理システム１Ｄにおいてヨウ素ガストラップ（ヨウ素ガス除去装置）４０および４０Ａを追加した構成を有する。ヨウ素ガストラップ４０は、水蒸気分離装置２Ａ内の管状の各水蒸気分離膜３の一端部に対向するように水蒸気分離装置２Ａのケーシングに取り付けられる。ヨウ素ガストラップ４０Ａは、水蒸気分離装置２Ａ内の管状の各水蒸気分離膜３の他端部に対向するように水蒸気分離装置２Ａのケーシングに取り付けられる。水蒸気処理システム１Ｉの他の構成は水蒸気処理システム１Ｄと同じである。
【００９３】
例えば、１つの運転サイクルでの沸騰水型原子力プラントの運転が終了して沸騰水型原子力プラントが停止されたとき、または、タービントリップが生じたとき、隔離弁３１，３２が全閉になる。原子炉圧力容器２４内で崩壊熱によって発生して原子炉圧力容器２４内のドーム領域に達した水蒸気は、ヨウ素ガストラップ４０，４０Ａに供給される。水蒸気に含まれたヨウ素がヨウ素ガストラップ４０，４０Ａで除去され、ヨウ素が除去された水蒸気が水蒸気分離装置２内の管状の水素ガス分離膜３内に供給される。
【００９４】
水蒸気処理システム１Ｉによる水蒸気の処理は水蒸気処理システム１Ｄと同様に行われる。このため、ここでは、水蒸気処理システム１Ｈにおける水蒸気の処理の説明は省略する。本実施例は実施例５で生じる各効果を得ることができる。また、ヨウ素ガストラップ４０および４０Ａを設置しているので、実施例９と同様に、水蒸気分離膜３の劣化を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００９５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ…水蒸気処理システム、２，２Ａ…水蒸気分離装置、３…水蒸気分離膜、４…出口ヘッダ部、５…入口ヘッダ部、６…隔離時冷却系タービン、７…隔離時冷却系ポンプ、１３…水蒸気排出管、２４…原子炉圧力容器、２５…原子炉格納容器、２６…ドライウェル、２７…圧力抑制室、２８…圧力抑制プール、２９…復水貯蔵タンク、３３…プール、３４…復水器、４０，４０Ａ…ヨウ素ガストラップ。
【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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【図１０】
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