(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉格納容器を包囲するように配され、水平に広がるスラブにより仕切られた複数の階が形成されるとともに、当該複数の階を貫通して少なくとも最上階まで上下に延びる階段室が設けられた原子炉建屋と、
前記スラブに設けられ当該スラブにより仕切られた上下の階を前記階段室とは異なる位置で連通可能なハッチと、
前記階段室と前記複数の階のそれぞれとを連通させる複数の扉用開口と、
前記複数の扉用開口にそれぞれ設けられて前記扉用開口の開放状態と前記扉用開口の閉止状態の間を互いに移行する複数の扉機構と、
前記原子炉建屋の最上階に配置されて水素ガスを酸素と再結合させる水素処理装置と、
前記複数の階にそれぞれ設けられた水素検出器および煙検出器と、
前記水素検出器の出力および前記煙検出器の出力に応じて複数の扉機構の少なくともいずれかを開閉させて前記原子炉建屋内の循環経路を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする原子炉施設。
【請求項２】
前記制御部は、
前記複数の階にそれぞれ設けられた前記水素検出器の一つから水素検知信号が出力されたときに、前記水素検知信号が出力された漏えい階および前記最上階を含む対象階のそれぞれについて、前記煙検出器からの出力がないことを条件に、前記扉用開口の開指令信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の原子炉施設。
【請求項３】
前記扉機構は、
枠側電磁石を有して前記扉用開口の縁に沿って固定された扉枠と、
前記扉用開口を開放可能かつ閉鎖可能な階段室扉と、
前記扉枠に前記階段室扉を開閉可能に結合し、前記開指令信号が解除された場合には、弾性体の復元力によって前記階段室扉を閉鎖方向に駆動するドアクローザと、を具備し、
前記階段室扉は、前記枠側電磁石が励磁されたときに同時に励磁され前記枠側電磁石に反発する扉側電磁石と当該階段室扉自身を開状態のまま床に固定するストッパ機構とを有することを特徴とする請求項２に記載の原子炉施設。
【請求項４】
前記対象階は、前記水素検知信号が出力された漏えい階および前記漏えい階より上方のすべての階を含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の原子炉施設。
【請求項５】
前記対象階は、前記水素検知信号が出力された漏えい階および前記最上階のみであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の原子炉施設。
【請求項６】
原子炉施設において原子炉格納容器から水素ガスが原子炉建屋内に漏出する事故時に前記水素ガスを処理する事故処理方法であって、
ハッチを開放状態、各階段室扉を全閉状態とし前記原子炉建屋の最上階の空間内に設置された水素処理装置を処理可能とした状態において、水素検出器からの信号が発信されたときに、煙検出器の出力の発生がある場合は階段室扉を閉鎖のままとし、煙検出器の出力の発生がない場合は所定の範囲の対象扉機構に開指令信号を制御部が発する判定ステップと、
前記開指令信号が発せられた場合に、前記対象扉機構がそれぞれの階段室扉を開き、前記原子炉建屋内の循環流路を形成する循環流路形成ステップと、
前記循環流路形成ステップの結果、最上階に流入した雰囲気気体中の水素ガスを水素処理装置が除去する水素ガス処理ステップと、
を有することを特徴とする事故時処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原子炉施設およびその事故時の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉施設において、原子炉の万が一の事故により、原子炉建屋の内部に水素が漏洩した場合に備え、建屋換気のための建屋ベント設備の設置が進められている。図１１は、従来の原子炉施設の構成を示す立断面図である。図１１では、原子炉建屋１０内に設置しようとする建屋ベント設備６も示している。
【０００３】
仮に、主蒸気管等の一次系配管（図示せず）が原子炉格納容器３の内部で破断したとすると、一次系配管から高温・高圧の一次冷却材が放出され、気化して水蒸気となることから、原子炉格納容器３内部の圧力・温度が急激に上昇することになる。このような事象の下において、原子炉圧力容器１内で冷却材として使用される水は、放射線により水素と酸素に分解される。さらに、図示しない炉心内の燃料被覆管の温度が上昇する場合には、燃料被覆管材料であるジルコニウムと冷却材の水蒸気の間で反応が起こり（以下、金属−水反応という）、短時間で水素が大量に発生する。
【０００４】
このようにして発生した水素は、破断した配管の破断口等から冷却材と共に原子炉格納容器３内に放出され、水素濃度を上昇させるとともに内部圧力も上昇させる。このような状況で原子炉格納容器３内の圧力が高い状態が継続すると、原子炉格納容器３から原子炉建屋１０へ水素と放射性物質を含むガスの漏洩に至る可能性がある。
【０００５】
通常、電源が使用できる場合は、非常用ガス処理系４が作動し、原子炉建屋１０内の水素を含む内部ガス中の放射性物質がフィルタ４ｂで除去された後に、ガスはブロア４ａにより外気に排気される。電源喪失、電源復旧の遅れなどにより、非常用ガス処理系４が作動しないかまたは作動が遅れる場合は、原子炉建屋１０内の水素濃度の上昇を検知して、原子炉建屋１０の天井に設けた建屋ベント設備６を開放して、原子炉建屋１０内の水素を大気中に放出する方法も検討されている。
【０００６】
建屋ベントによる水素の排気が十分でない場合、原子炉建屋１０内に漏洩した水素は雰囲気中の酸素と混合し、水素濃度が１２．５〜１７ｖｏｌ％を超えたところで爆轟を生じる可能性がある。電源喪失時に水素爆轟を防止するために、触媒式の水素処理設備と水素処理用ダクトを用いる方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２３３７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されているように、水素処理室を原子炉建屋１０内に新たに設けること、および建屋躯体構造物に水素処理用ダクトの貫通部を追設することを、すでに建設されている原子力プラントに対し適用することは容易ではない。
【０００９】
特に、水素処理用ダクトを通る空気の循環の駆動力を得るために上昇管を原子炉格納容器３に接して設けるとしているが、原子炉格納容器は遮蔽用のコンクリートで囲まれており、上昇管設置の工事は既設炉に対しては非常に困難である。
【００１０】
さらに、原子炉建屋１０には大型機器の搬出入を行うために、各階の天井／床部分に数メートル四方以上のサイズを有するハッチ１４ｃが設けられており、通常運転時にはハッチ１４ｃが開放されている例も多い。原子炉建屋１０への水素漏えい時に水素を含む建屋内雰囲気ガスを水素処理用ダクトに選択的に流通させようとする場合には、通常運転時にハッチ１４ｃを閉鎖するかあるいは、水素処理用ダクトに用いられる上昇管と下降管の流路面積をハッチ１４ｃの開口面積並みに大きく設定しなければ、水素を含む漏えいガスはむしろハッチ１４ｃを通って建屋全体に拡散・希釈され、水素処理室を設ける意味は小さくなる。
【００１１】
水素漏えいによる局所的な水素濃度の上昇を抑制するためには、原子炉建屋１０内の空気による水素の希釈が有効であるが、水素処理用ダクトの循環を優先するためにハッチ１４ｃを閉鎖し建屋内空気の循環・混合による水素の希釈を阻害するのは局所的水素濃度の上昇緩和の観点からは逆効果となる。
【００１２】
本発明の実施形態は上記課題を解決するためになされたもので、最小限の設備追加で、原子炉建屋内の水素漏えい時に局所的な水素濃度の上昇を緩和することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本実施形態に係る原子炉施設は、原子炉格納容器を包囲するように配され、水平に広がるスラブにより仕切られた複数の階が形成されるとともに、当該複数の階を貫通して少なくとも最上階まで上下に延びる階段室が設けられた原子炉建屋と、前記スラブに設けられ当該スラブにより仕切られた上下の階を前記階段室とは異なる位置で連通可能なハッチと、前記階段室と前記複数の階のそれぞれとを連通させる複数の扉用開口と、前記複数の扉用開口にそれぞれ設けられて前記扉用開口の開放状態と前記扉用開口の閉止状態の間を互いに移行する複数の扉機構と、前記原子炉建屋の最上階に配置されて水素ガスを酸素と再結合させる水素処理装置と、前記複数の階にそれぞれ設けられた水素検出器および煙検出器と、前記水素検出器の出力および前記煙検出器の出力に応じて複数の扉機構の少なくともいずれかを開閉させて前記原子炉建屋内の循環経路を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本実施形態は、原子炉施設において原子炉格納容器から水素ガスが原子炉建屋内に漏出する事故時に前記水素ガスを処理する事故処理方法であって、ハッチを開放状態、各階段室扉を全閉状態とし前記原子炉建屋の最上階の空間内に設置された水素処理装置を処理可能とした状態において、水素検出器からの信号が発信されたときに、煙検出器の出力の発生がある場合は階段室扉を閉鎖のままとし、煙検出器の出力の発生がない場合は所定の範囲の対象扉機構に開指令信号を制御部が発する判定ステップと、前記開指令信号が発せられた場合に、前記対象扉機構がそれぞれの階段室扉を開き、前記原子炉建屋内の循環流路を形成する循環流路形成ステップと、前記循環流路形成ステップの結果、最上階に流入した雰囲気気体中の水素ガスを水素処理装置が除去する水素ガス処理ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、原子炉建屋内の水素漏えい時に局所的な水素濃度の上昇を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る原子炉施設の構成を示す立断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る原子炉施設の階段室扉の開閉制御の例を示すブロック線図である。
【図３】第１の実施形態に係る原子炉施設の階段室扉の扉開閉機構の例を示す鳥瞰図である。
【図４】第１の実施形態に係る原子炉施設の階段室扉の扉開閉機構のストッパ機構を示す立断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る原子炉施設の階段室扉の扉開閉機構のストッパ機構の作動を説明するための立断面図であり、（ａ）は動作前、（ｂ）は落下準備、（ｃ）は落下状態、（ｄ）は持ち上げ状態を示す。
【図６】第１の実施形態に係る事故時処理方法の手順を示すフロー図である。
【図７】第１の実施形態に係る原子炉施設の原子炉建屋内のガスの流れを示す立断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る原子炉施設の階段室扉の扉開閉機構のストッパ機構を示す立断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る原子炉施設の階段室扉の開閉制御の例を示すブロック線図である。
【図１０】第３の実施形態に係る原子炉施設の構成と、ガスの流れを示す立断面図である。
【図１１】従来の原子炉施設の構成を示す立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る原子炉施設および事故時処理方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る原子炉施設の構成を示す立断面図である。原子炉施設１００は、図示しない炉心を収納する原子炉圧力容器１と、原子炉圧力容器１を格納する原子炉格納容器３と、原子炉格納容器３を包囲するように配された原子炉建屋１０を有する。原子炉圧力容器１は、原子炉建屋１０の基礎１１に支持されたＲＰＶペデスタル２に支持されている。
【００１９】
原子炉建屋１０は、基礎１１、屋根１２、外壁１３、および複数のスラブ１４を有する。外壁１３は、屋根１２の周囲から鉛直下方に基礎１１まで延びて周方向に広がっている。原子炉建屋１０内は、原子炉格納容器３の外側であって、基礎１１、屋根１２および外壁１３に囲まれた空間が形成されている。
【００２０】
この空間内には、高さ方向に互いに間隔をあけて複数のスラブ１４が設けられており、外壁１３の内側に水平に広がっている。複数のスラブ１４によって、基礎１１と屋根１２との間を上下に複数の階に仕切っている。それぞれのスラブ１４の上面は、それぞれのスラブ１４の上の空間に対応する階の床１４ａである。また、それぞれのスラブ１４の下面は、それぞれのスラブ１４の下の空間に対応する階の天井１４ｂである。
【００２１】
複数のスラブ１４のそれぞれには、互いに隣接する上下の階を互いに連通するハッチ１４ｃが形成されている。ハッチ１４ｃは、原子炉施設１００の停止中の定期点検や改造工事などの際の資材の搬出入のために用いられる。ハッチ１４ｃは、スラブ１４に形成された開口であるが、使用しないときには図示しない蓋によって閉鎖され、この蓋の上面は床と同様の通路等になっている。本実施形態では、原子炉施設１００の通常運転時には、ハッチ１４ｃに蓋をせずに開放状態として、上下の階の雰囲気が互いに連通するようにしている。ハッチ１４ｃは、その水平方向の位置（すなわち各階における平面図状の位置）が以下で述べる階段室１５ａとは異なる位置に設けられるており、スラブ１４により仕切られた上下の階を階段室１５ａとは異なる位置で連通可能に構成される。
【００２２】
また、原子炉建屋１０は、外壁１３の内側で複数の階を貫通して少なくとも最上階１７すなわち通常、オペフロ階といわれるエリアまで上下に延びる階段室１５ａを形成する階段室壁１５を有する。階段室壁１５には、それぞれの階に対応する扉用開口１５ｂが形成されている。扉用開口１５ｂの上端の高さは、その階の天井１４ｂの高さより低い位置である。
【００２３】
それぞれの扉用開口１５ｂには、後述する扉機構３０（図３）が取り付けられている。扉機構３０は、階段室扉３１を有する。階段室扉３１は、火災時に火災の拡大を防止するための防火扉であり、煙が検知された場合は、煙が検知された階の階段室扉３１は自動的に閉鎖する。また、扉機構３０は、水素検知信号が発せられた場合に、所定の扉が自動的に開く。詳細は、図２で説明する。
【００２４】
最上階１７は、最上部に配されたスラブ１４と、外壁１３の一部である最上階外壁１３ａと、屋根１２に囲まれた空間である。最上階１７には、水素処理装置７が設けられている。水素処理装置７は、たとえば触媒式水素再結合器であり、触媒の作用により流入する気体中の水素を酸素と結合させて水に変換する。
【００２５】
原子炉施設１００には、非常用ガス処理系４が設けられている。非常用ガス処理系４の配管４ｃの吸い込み口は、最上階１７内で開口している。配管４ｃは、原子炉建屋１０の外側に通じている。配管４ｃの原子炉建屋１０の外側の部分には、非常用ガス処理系４のブロア４ａおよびフィルタ４ｂが設けられている。配管４ｃのフィルタ４ｂの出口の部分は、排気筒５内まで延びており、排気筒５内で開口している。また、原子炉建屋１０の屋根１２には、建屋ベント設備６が設けられており、最上階１７に水素ガスが蓄積された場合に、原子炉建屋１０の外部にこの水素ガスを放出可能に構成されている。
【００２６】
原子炉建屋１０の各階の天井１４ｂには、水素検出器２１が設けられている。水素検出器２１は、通常、同一の階に互いに分散して複数個所に設置されている。水素検出器２１は、特に、原子炉格納容器３の図示しない配管貫通部の配管に設けられた弁類等の設置されている部屋の天井に設けられている。なお、水素検出器２１の数は、１つの場合であってもよい。
【００２７】
また、原子炉建屋１０の各階の天井１４ｂには、煙検知器２２も設けられている。煙検知器２２は、通常、同一の階に互いに分散して複数個所に設置されている。なお、煙検知器２２の数は、１つの場合であってもよい。
【００２８】
図２は、階段室扉３１の開閉制御の例を示すブロック線図である。たとえば最上階１７ではないＸ階に、Ｘ階第１水素検出器ないしＸ階第ｎ水素検出器のｎ個の水素検出器２１が設けられおり、このいずれかで水素検知の信号が発生した場合を示している。なお、ここで、Ｘ階は最上階ではないとする。また、図２中で、Ｎ階と表記したのは、最上階１７を意味している。
【００２９】
また、出力信号は、それぞれの扉の開閉の指令信号と表記しているが、詳細には、制御部２５から、それぞれの扉用開口１５ｂの開閉状態の指令信号として扉機構３０に発せられ、それぞれの扉機構３０の階段室扉３１の開閉状態を指令するものとなっている。図２中では、この内容を簡略化して、直接に階段室扉３１の開閉状態の指令信号として表記している。
【００３０】
Ｘ階のいずれかの水素検出器２１から水素検知の信号が発生した場合、Ｘ階階段室扉の開指令信号、（Ｘ＋１）階階段室扉の開指令信号、さらにその上階ないし最上階階段室扉の開指令信号が発せられる。この結果、水素検知の信号が発生された漏えい階１６およびそれ以上の最上階１７までの階段室扉３１が、それぞれの階段室扉３１を有する各扉機構３０（図３参照）の動作により開くことになる。
【００３１】
一方、Ｘ階煙検知器ないし最上階煙検知器のいずれから煙検知の信号が発生した場合は、煙検知の信号が発生した階については、その階の階段室扉の開指令信号が解除されるとともに、閉指令信号が発せられる。この結果、煙検知の信号が発生した漏えい階１６の階段室扉３１のみが閉鎖することになる。
【００３２】
なお、図２は一例であり、煙を検知しない状態で水素を検知した場合には階段室扉３１を開放し、煙を検知した場合には当該階の階段室扉３１を開放せず閉鎖状態とする条件が確保されれば、具体的なロジックは図２と異なってもよい。
【００３３】
また、開指令信号が発せられる対象とする階段室扉３１が、漏えい階１６その上方の階の全てのみの場合を示したが、これには限定されない。すなわち、漏えい階１６およびその上方の階の全てが含まれていれば、漏えい階１６より下方の階が含まれていてもよい。
【００３４】
図３は、階段室扉の扉開閉機構の例を示す鳥瞰図である。扉機構３０は、階段室扉３１、電源３２、階段室扉３１が閉鎖時の受け側となる扉枠３４、ドアクローザ３７を有する。制御部２５は、各階の水素検知信号および煙検知信号を入力として受け入れて、図２に示す論理演算を行い、対象とする階段室扉の電源に開閉指令信号を出力する。扉機構３０は、制御部２５からの開閉指令を受けた電源が、後述するそれぞれの電磁石の電磁コイル電源を入り切りすることによって、扉用開口１５ｂの開放状態と扉用開口１５ｂの閉止状態の間を互いに移行する。
【００３５】
扉枠３４は、扉用開口１５ｂの縁に沿って固定されている。扉枠３４には枠側電磁石３５が取り付けられている。また、階段室扉３１には枠側電磁石３５に対向する位置に扉側電磁石３６が取り付けられている。枠側電磁石３５および扉側電磁石３６の取り付け位置は、階段室扉３１が扉枠３４に回動可能に支持されているヒンジ３１ａから離れた位置とする。枠側電磁石３５の電磁コイルおよび扉側電磁石３６の電磁コイルは、それぞれ励磁されたときは、枠側電磁石３５の電磁コイルと扉側電磁石３６の電磁コイル間に反発力が働くように構成されている。
【００３６】
ドアクローザ３７は、２つの腕が回動可能に結合され、それぞれの腕の端部が扉枠３４および階段室扉３１にそれぞれ結合している。ドアクローザ３７は、ばね部を有し、前記開指令信号が解除され、枠側電磁石３５の電磁コイルと扉側電磁石３６の電磁コイル間に反発力が働かない場合は、弾性体であるばね部の復元力によって階段室扉３１を閉鎖方向に駆動し、階段室扉３１が閉鎖して扉枠３４に密着するように階段室扉３１に作用する。
【００３７】
後述するストッパ機構３８は、階段室扉３１が開いているべき状態では、床に形成された嵌め穴３８ａと結合することによって階段室扉３１の開状態を維持する。
【００３８】
図４は、ストッパ機構を示す立断面図である。ストッパ機構３８は、階段室扉３１の下部に設けられている。ストッパ機構３８は、階段室扉３１の下部に形成されたガイド穴１３ｂの直上に設けられたストッパ用電磁石３８ｂ、ガイド穴１３ｂ内に配されたピン３８ｃ、ピン３８ｃを支持する上側支持部材３８ｄおよび下側支持部材３８ｅを有する。
【００３９】
上側支持部材３８ｄは、複数の板状部分からなり、ぞれぞれの板状部分は、一方をガイド穴１３ｂの内壁にヒンジ３８１ｄにより、ヒンジ３８１ｄの水平軸を中心に回動可能に接続されている。上側支持部材３８ｄは、内壁への接続部を中心にして、水平な状態と、他方の端部が鉛直下方になる状態間を移行可能であり、ストッパ用電磁石３８ｂの励磁状態では水平、無励磁状態では鉛直となるように形成されている。
【００４０】
下側支持部材３８ｅは、ガイド穴１３ｂの上側支持部材３８ｄの下方の内壁に水平に取付けられている。下側支持部材３８ｅは、複数の板状部分から構成されている。なお、下側支持部材３８ｅは、中央に開口を有する円板状でもよい。
【００４１】
ピン３８ｃは、円柱状のロッド部３８１ｃと、頭部３８２ｃを有する。頭部３８２ｃは、ロッド部３８１ｃの上部にあり水平方向に広がっている。上側支持部材３８ｄが水平でその上方に頭部３８２ｃがある場合は、ピン３８ｃは落下しないように形成されている。ピン３８ｃの頭部３８２ｃが上側支持部材３８ｄの上面に載っている状態において、ピン３８ｃのロッド部３８１ｃの下端と床１４ａ上面の間の距離が確保できるように、上側支持部材３８ｄの取り付け位置とロッド部３８１ｃの長さの組合せが設定されている。図４は、ピン３８ｃの頭部３８２ｃが上側支持部材３８ｄの上面に載っている状態を示している。
【００４２】
下側支持部材３８ｅの上方に頭部３８２ｃがある場合は、ピン３８ｃは落下しないように形成されている。ピン３８ｃの頭部が下側支持部材３８ｅの上面に載っている状態は、後述するようにピン３８ｃは、嵌め穴３８ａの直上にある場合であるが、このとき、ピン３８ｃは、嵌め穴３８ａ内に挿入されているように、下側支持部材３８ｅの取り付け位置とピン３８ｃの長さの組合せが設定されている。
【００４３】
ピン３８ｃの少なくとも頭部３８２ｃの材料は磁性体である。また、上側支持部材３８ｄの少なくともガイド穴１３ｂへの取付け部と反対側の端部の材料は磁性体である。ピン３８ｃが嵌め穴３８ａ内に挿入された状態で、ストッパ用電磁石３８ｂの電磁コイルが励磁された場合、まず、ピン３８ｃがガイド穴１３ｂ内を最上部まで上昇し、次に、上側支持部材３８ｄが鉛直な状態から水平な状態に変化する。ピン３８ｃが最上部に上昇した後に上側支持部材３８ｄが水平状態となる順序関係は、たとえば、上側支持部材３８ｄが水平状態になることを妨げる図示しないストッパを、ピン３８ｃが最上部に上昇したときに解除する機構を備えることにより実現可能である。
【００４４】
図５は、第１の実施形態に係る原子炉施設の階段室扉の扉開閉機構のストッパ装置の作動を説明するための立断面図であり、（ａ）は動作前、（ｂ）は落下準備、（ｃ）は落下状態、（ｄ）は持ち上げ状態を示す。
【００４５】
図５（ａ）に示すように、原子炉施設１００の通常運転状態においては、ピン３８ｃは階段室扉３１の内部に収容されている。（ｂ）に示すように、制御部２５から階段室扉３１の開放指示が出ると、扉側電磁石３６の電磁コイルと枠側電磁石３５の電磁コイルに通電され、扉側電磁石３６と枠側電磁石３５間の反発力によって階段室扉３１が開放方向に移動を始める。
【００４６】
また併せて、ストッパ機構３８においては、ストッパ用電磁石３８ｂの電磁コイルへの電源供給が止まり無励磁となり、上側支持部材３８ｄへの吸着力が喪失する。この結果、ピン３８ｃが下方に移動するとともに、上側支持部材３８ｄは外れ自重により鉛直方向に垂れ下がり、ピン３８ｃが落下する。ピン３８ｃの下端は、床１４ａと接しながら階段室扉３１の開放に合わせて移動する。
【００４７】
ピン３８ｃが、床１４ａに設けられた嵌め穴３８ａの位置まで移動すると、（ｃ）に示すように、ピン３８ｃが嵌め穴３８ａに落ち込む。この結果、階段室扉３１はこの時点の開度で固定される。階段室扉３１が開放状態で固定されている状態では、電源３２からの電力供給は停止している。
【００４８】
制御部２５に煙検知信号が送られた場合には、（ｄ）に示すように、ストッパ用電磁石３８ｂへの電力供給が電源３２から行われ、ストッパ用電磁石３８ｂの電磁コイルが励磁され、ピン３８ｃを磁力で引き上げる。また、ストッパ用電磁石３８ｂの電磁コイルが励磁されることによって、上側支持部材３８ｄが元の位置に戻される。この結果、ピン３８ｃは嵌め穴３８ａから抜けて、ストッパ機構３８が解除される。ストッパ機構３８が解除されると、階段室扉３１はドアクローザ３７によって閉鎖される。
【００４９】
図６は、第１の実施形態に係る事故時処理方法の手順を示すフロー図である。
【００５０】
原子炉施設１００の通常運転状態において、ハッチ１４ｃを開放状態、各階段室扉３１を全閉状態とし、かつ水素処理装置７を処理可能状態としておく（ステップＳ０１）。
【００５１】
原子炉施設１００の通常運転状態において、水素が発生する事故により水素検知信号が発生した場合を想定する（ステップＳ０２）。すなわち、原子炉格納容器３内からたとえば、図示しない配管貫通部に設けられた弁類等を経由して水素ガスが原子炉建屋１０に万が一漏れ出る場合を想定する。ここで、水素ガスが漏れ出ている階を漏えい階１６と呼ぶ。なお、漏えい階１６は、最上階１７よりは下の階であるものとする。漏えい階１６に水素ガスが漏れ出ると、水素ガスは漏えい階１６の天井まで上昇する。天井には、水素検出器２１が設けられているため、漏えい階１６に設けられた水素検出器２１から水素検知信号が発せられる。
【００５２】
制御部２５は、水素検知信号を受けると、煙検知信号の同時発生の有無を判定（ステップＳ０３）、煙検知信号が発生している場合（ステップＳ０３  ＹＥＳ）は、階段室扉３１は閉鎖のままとして制御部２５から階段室扉３１の閉鎖指令信号を発しない。また、煙検知信号が発生していない場合（ステップＳ０３  ＮＯ）は、制御部２５は扉機構３０に対して階段室扉３１の開指令信号を発信する。
【００５３】
図７は、原子炉建屋内のガスの流れを示す立断面図である。制御部２５が扉機構３０に対して階段室扉３１の開指令信号を発信すると、漏えい階１６およびその上方の階の階段室扉３１がそれぞれ所定の開度まで自動的に開く。この結果、原子炉建屋１０内に循環流路が形成される（ステップＳ０４）。
【００５４】
前述のように、水素ガスは比重が小さいので、水素ガスを含む雰囲気気体は天井１４ｂまで上昇して天井１４ｂに集まる。天井１４ｂから梁１４ｄの底面の高さまで溜まると、梁１４ｄを超えて広がって、ハッチ１４ｃを通過して上の階に移行する。ハッチ１４ｃは、最上階である最上階１７まで連続していることから、水素ガスを含む雰囲気気体は最終的に最上室１７に流入する。
【００５５】
漏えい階１６のレベル以上の階段室扉３１が開いているため、最上階１７から階段室１５ａを下降して、各階段室扉３１から各階に流入する。このように、全体として、ハッチ１４ｃを上昇し、階段室１５ａを下降する原子炉建屋１０内を循環する流路が形成される。
【００５６】
最上階１７内は、屋根１２よび最上階外壁１３ａを介して最上階１７内の雰囲気気体と外気との熱交換により、最上階１７内に流入した雰囲気気体は冷却される。この結果、最上階１７内における雰囲気気体の自然循環が生ずる（ステップＳ０４）。
【００５７】
循環流路が形成されて、実際に原子炉建屋１０内の雰囲気気体が循環する第１の要因は、各階においてのハッチ１４ｃから上の階へ流出する雰囲気気体の密度と、扉用開口１５ｂから流入する雰囲気気体の密度の差である。すなわち、各階においてのハッチ１４ｃから流出する雰囲気気体中の水素ガスの割合に対して扉用開口１５ｂから流入する雰囲気気体中の水素ガスの割合が小さいこと、また、漏えい階１６に流入する水素ガスの温度が高く、かつ最上階１７の雰囲気気体が屋根１２および最上階外壁１３ａを介して外気に冷却されることから温度が異なることによる雰囲気気体の密度差である。
【００５８】
第２の要因は、階段室扉３１が開いている各階においての雰囲気気体の出口と入口との高さの差である。出口はハッチ１４ｃであるので、各階の天井１４ｂの高さである。一方、入口である扉用開口１５ｂの上端の高さは、スラブ１４の下面である天井１４ｂより低い位置にある。すなわち、階段室扉３１が開いている各階においての雰囲気気体の出口より入口との高さが低くなっている。
【００５９】
この第１の要因と第２の要因の組合せによって、原子炉建屋１０内の雰囲気気体の自然循環力が生ずる。
【００６０】
ここで、水素処理装置７が最上階１７の床上に設置されているとは限らず、床レベルより上方に設置されている場合もある。この場合でも、最上階１７内における雰囲気気体の自然循環により、水素ガスを含む雰囲気気体は最上階１７内を循環していることから、水素処理装置７に到達することができる。
【００６１】
循環流路が形成され、最上階１７に流入した雰囲気気体中の水素ガスは、水素処理装置７により処理される（ステップＳ０６）。最上階１７には、水素処理装置７が設けられており、水素処理装置７に到達した雰囲気気体中の水素を酸素と結合させ水に変換する。
【００６２】
このように、原子炉格納容器３から原子炉建屋１０内に水素が漏えいすると、漏えい階１６およびそれよりも上方の階の階段室扉３１が自動的に開放され、原子炉建屋１０内の雰囲気気体の循環流が形成され、漏えい階１６での水素ガスの漏えい個所近傍の水素濃度を希釈し、高水素濃度領域の形成を阻害する。最上階１７への水素ガスの移行を促進し、最上階１７に設けられた水素処理装置７が、水素の処理速度を向上させる。また、火災が発生した場合には階段室扉３１が自動的に閉鎖されるため防火区分が維持される。
【００６３】
以上のように、本実施形態によって、最小限の設備追加で、原子炉建屋内の水素漏えい時に局所的な水素濃度の上昇を緩和することができる。
【００６４】
［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る原子炉施設の階段室扉の扉開閉機構のストッパ機構を示す立断面図である。本実施形態は、第１の実施形態のストッパ機構を変形させたものである。
【００６５】
本第２の実施形態におけるストッパ機構４８は、上側支持部材４８ｆ、支持部材用電磁石４８ｇ、バネ４８ｈ、下側支持部材４８ｊを有する。上側支持部材４８ｆは、磁性体であり、階段室扉３１に形成された穴に出入り可能に形成されている。穴の奥には支持部材用電磁石４８ｇが配されている。上側支持部材４８ｆは、バネ４８ｈに結合されており、バネ４８ｈは、上側支持部材４８ｆを、ピン３８ｃの頭部３８２ｃを支持する位置に押し出されている。支持部材用電磁石４８ｇの電磁コイルが励磁された場合は、上側支持部材４８ｆは、穴の奥に入り、ピン３８ｃの頭部３８２ｃを支持する状態ではなくなる。
【００６６】
本実施形態では、ピン３８ｃが最上部に上昇した後に上側支持部材４８ｆがロッド部３８１ｃ側に押し出される順序関係は、ストッパ用電磁石３８ｂの電磁コイルを励磁するタイミングと、支持部材用電磁石４８ｇの電磁コイルを励磁するタイミングをずらすことにより容易に実現ができる。なお、以上は、開放指示が出されると、支持部材用電磁石４８ｆの電磁コイルが励磁される場合を示したが、逆の場合であってもよい。この場合は、バネ４８ｈの働く方向を逆にすればよい。
【００６７】
下側支持部材４８ｊは、その板状の各部分が、穴に一部が挿入されて階段室扉３１から支持されている。このようにすることにより板状の各部分の取り外しが可能となり、ストッパ機構４８のメンテナンスが容易となる。
【００６８】
［第３の実施形態］
図９は、第３の実施形態に係る原子炉施設の階段室扉の開閉制御の例を示すブロック線図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態においては、たとえばＸ階のいずれかの水素検出器２１から水素検知の信号が発生した場合、Ｘ階階段室扉の開指令信号、Ｘ＋１階階段室扉の開指令信号、さらにその上階ないし最上階階段室扉を含む階段室扉の開指令信号が発せられる。一方、本第２の実施形態では、Ｘ階のいずれかの水素検出器２１から水素検知の信号が発生した場合、Ｘ階階段室扉の開指令信号、および最上階階段室扉のみの開指令信号が発せられる。
【００６９】
図１０は、ガスの流れを示す立断面図である。Ｘ階階段室扉の開指令信号により漏えい階１６の階段室扉３１が開く。また、最上階階段室扉の開指令信号により最上階１７の階段室扉３１が開く。この結果、漏えい階１６と最上階１７を結ぶ循環流路が構成される。
【００７０】
本実施形態の場合、水素ガスを含む雰囲気気体が、拡散以外に他の階に分散することなく、最上階１７に流入するので、水素ガス処理装置７が設けられている最上階１７に水素ガスを含む雰囲気気体が到達する時間を早めることができる。
【００７１】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、各実施形態においては、制御部２５は各階の水素検知信号および煙検知信号を入力とし演算を行い対象とする階段室の扉機構３０を開閉するための指令を出力するものとして記載したが、これに限らず、水素検出器の出力および前記煙検出器の出力に応じてハッチ１４ｃおよび階段室扉機構３０の少なくともいずれかを開閉させるための指令を出力して原子炉建屋内の循環経路を制御するように構成してもよい。
【００７２】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１…原子炉圧力容器、２…ＲＰＶペデスタル、３…原子炉格納容器、４…非常用ガス処理系、４ａ…ブロア、４ｂ…フィルタ、４ｃ…配管、５…排気筒、６…建屋ベント設備、７…水素処理装置、１０…原子炉建屋、１１…基礎、１２…屋根、１３…外壁、１３ａ…最上階外壁、１３ｂ…ガイド穴、１４…スラブ、１４ａ…床、１４ｂ…天井、１４ｃ…ハッチ、１４ｄ…梁、１５…階段室壁、１５ａ…階段室、１５ｂ…扉用開口、１６…漏えい階、１７…最上階、２１…水素検出器、２２…煙検知器、２５…制御部、３０…扉機構、３１…階段室扉、３１ａ…ヒンジ、３２…電源、３４…扉枠、３５…枠側電磁石、３６…扉側電磁石、３７…ドアクローザ、３８…ストッパ機構、３８ａ…嵌め穴、３８ｂ…ストッパ用電磁石、３８ｃ…ピン、３８ｄ…上側支持部材、３８ｅ…下側支持部材、４８…ストッパ機構、４８ｆ…上側支持部材、４８ｇ…支持部材用電磁石、４８ｈ…バネ、４８ｊ…下側支持部材、１００…原子炉施設、３８１ｃ…ロッド部、３８２ｃ…頭部、３８１ｄ…ヒンジ
【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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【図１１】
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