(57)【要約】【課題】緊急時において運転員の操作や電源系統を必要とする能動的な機器を用いることなく、全て受動的な機器による静的作動によって、迅速にかつ確実に格納容器を冷却する。【解決手段】冷却水貯蔵タンク９と、原子炉格納容器２の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部８と、前記散水ノズル部８と冷却材貯蔵タンク９を接続する散水配管１１と、を有する原子炉格納容器２の冷却装置であって、前記散水ノズル部８は、下部に複数の溶融金属流出孔２４が設けられた容器１３と、前記容器１３内の下部に充填された低融点金属１４とからなる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、
前記散水ノズル部は、下部に複数の溶融金属流出孔が設けられた容器と、前記容器内の下部に充填された低融点金属とからなることを特徴とする原子炉格納容器の冷却装置。
【請求項２】
冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、
前記散水ノズル部は、下部に複数の溶融金属流出孔が設けられた容器と、前記容器内に収納された上下動移動可能なシール部材と、前記容器壁に設けられ前記シール部材が下方へ移動したとき冷却水を散水する複数の冷却水散水孔と、前記シール部材の下部に充填された低融点金属と、からなることを特徴とする原子炉格納容器の冷却装置。
【請求項３】
冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、
前記散水ノズル部は、上下動移動可能なシール部材が収納された容器と、前記容器壁に設けられ前記シール部材が下方へ移動したとき冷却水を散水する複数の冷却水散水孔と、前記シール部材の下部に設置された形状記憶合金と、からなることを特徴とする原子炉格納容器の冷却装置。
【請求項４】
冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、
前記散水ノズル部は、下方が拡径している容器と、前記容器内に収納され複数の冷却水流出孔を有するガイドと、前記ガイドの下部に配置され下方が拡径しているとともに上下動移動可能なシール部材と、前記シール部材の下部に充填された低融点金属と、前記容器の下部壁面に設けられた複数の溶融金属流出孔と、からなることを特徴とする原子炉格納容器の冷却装置。
【請求項５】
冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、
前記散水ノズル部は、下方が拡径している容器と、前記容器内に収納され複数の冷却水流出孔を有するガイドと、前記ガイドの下部に配置され下方が拡径しているとともに上下動移動可能なシール部材と、前記シール部材の下部に設置された形状記憶合金と、前記容器の下部壁面に設けられた複数の冷却水散水と、からなることを特徴とする原子炉格納容器の冷却装置。
【請求項６】
前記シール部材に、当該シール部材を中央に位置決めする支持部を設けたことを特徴とする請求項４又は５記載の原子炉格納容器の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉格納容器の冷却装置に関し、特に、受動的な駆動力を利用した原子炉格納容器の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおいて配管の破断等により冷却材が原子炉格納容器内へ放出された場合、冷却材が減圧によって高温の蒸気となるため、原子炉格納容器内の圧力が上昇する。従来、圧力上昇を抑制し格納容器の健全性を確保するため、発生した蒸気を格納容器内の圧力抑制プールに誘導し凝縮させる方法や、格納容器上部から格納容器スプレイにより内部に散水し、蒸気を凝縮させる方法が知られている。これらの方法では、圧力抑制プールやスプレイ水へ蓄積された熱はポンプ等の動的機器により、熱交換器を介して最終的に外部へ放出されている。
【０００３】
近年、安全系の信頼性向上を図るために、格納容器内の圧力抑制方法についても、従来のような動的機器ではなく、重力などの自然に存在する受動的な力を駆動力として格納容器の除熱を行う方法が提案されている（特許文献１）。図９にその具体例を示す。原子炉圧力容器１を内包する格納容器２と建屋３の間に、格納容器２を取り囲む形で環状の空気流路４があり、格納容器２内に冷却材が放出されて圧力、温度が上昇した場合、空気流路４の下部から流入した空気は格納容器２の表面から加熱され上昇し、格納容器２の熱を奪いながら煙突効果によって格納容器２上部の煙突５から排気される。
【０００４】
さらに、格納容器２の上部には冷却水貯蔵タンク６が設置され、タンク６に連通する上部散水管７から冷却水を格納容器２の上部表面へ散水する。水は重力によってそのまま格納容器２の側面を流れ落ちる過程で壁面からの熱伝達によって蒸発し、空気とともに環状流路４を上昇して煙突５から排出される。これらの効果により、動的機器を用いることなく格納容器２の内部を冷却、減圧することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８１３４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の受動的な駆動力を利用した冷却装置では、重力により水を格納容器の上部表面に散水して格納容器の除熱を行うため、動力機器の故障を考慮する必要がない。
【０００７】
しかしながら、冷却水貯蔵タンクの水を運転員による開放弁類の開放操作や制御システムからの電気的な信号により行う場合は、誤操作または弁類の誤作動により散水できない可能性があった。
【０００８】
また、開放弁として雰囲気温度が高温になったときに溶融して開放する低融点金属を利用した開放弁を用いることも考えられるが、過酷事故時に格納容器が高温になっても雰囲気温度はある時間遅れをもって昇温するので、適切なタイミングで格納容器を冷却することは困難であった。
【０００９】
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、過酷事故時に格納容器か高温になったときに、迅速にかつ確実に格納容器を冷却することができる受動的な駆動力を利用した原子炉格納容器の冷却装置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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置は、冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、前記散水ノズル部は、下部に複数の溶融金属流出孔が設けられた容器と、前記容器内の下部に充填された低融点金属とからなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置は、冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、前記散水ノズル部は、下部に複数の溶融金属流出孔が設けられた容器と、前記容器内に収納された上下動移動可能なシール部材と、前記容器壁に設けられ前記シール部材が下方へ移動したとき冷却水を散水する複数の冷却水散水孔と、前記シール部材の下部に充填された低融点金属と、からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置は、冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、前記散水ノズル部は、上下動移動可能なシール部材が収納された容器と、前記容器壁に設けられ前記シール部材が下方へ移動したとき冷却水を散水する複数の冷却水散水孔と、前記シール部材の下部に設置された形状記憶合金と、からなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置は、冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、前記散水ノズル部は、下方が拡径している容器と、前記容器内に収納され複数の冷却水流出孔を有するガイドと、前記ガイドの下部に配置され下方が拡径しているとともに上下動移動可能なシール部材と、前記シール部材の下部に充填された低融点金属と、前記容器の下部壁面に設けられた複数の溶融金属流出孔と、からなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置は、冷却水貯蔵タンクと、原子炉格納容器の上部外壁面に設置された少なくとも１つの散水ノズル部と、前記散水ノズル部と冷却材貯蔵タンクを接続する散水配管と、を有する原子炉格納容器の冷却装置であって、前記散水ノズル部は、下方が拡径している容器と、前記容器内に収納され複数の冷却水流出孔を有するガイドと、前記ガイドの下部に配置され下方が拡径しているとともに上下動移動可能なシール部材と、前記シール部材の下部に設置された形状記憶合金と、前記容器の下部壁面に設けられた複数の冷却水散水と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、緊急時において運転員の操作や電源系統を必要とする能動的な機器を用いることなく、全て受動的な機器による静的作動によって、迅速にかつ確実に格納容器を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置の全体構成図。
【図２】（ａ）は第１の実施形態に係る散水ノズル部の断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は動作時の構成図。
【図３】（ａ）は第２の実施形態に係る散水ノズル部の断面図、（ｂ）は動作時の構成図。
【図４】第３の実施形態に係る散水ノズル部の断面図。
【図５】第３の実施形態の変形例を示す図。
【図６】第４の実施形態に係る散水ノズル部の断面図。
【図７】第４の実施形態の変形例を示す図。
【図８】第５の実施形態に係る散水ノズル部の断面図。
【図９】従来の原子炉格納容器の冷却装置の全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る原子炉格納容器の冷却装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
本第１の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却装置を図１及び図２により説明する。
【００１８】
（構成）
図１は原子炉格納容器２の冷却装置の全体構成図で、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は散水ノズル部８の構成図である。
本第１の実施形態に係る冷却装置は、建屋３の外側に設置され蓄圧タンク１０に接続された冷却水貯蔵タンク９と、原子炉格納容器２の上部外壁面に設置された散水ノズル部８と、散水ノズル部８と冷却材貯蔵タンク９を接続する散水配管１１と、から構成される。
【００１９】
散水ノズル部８は原子炉格納容器２の上部外壁面に１個又は複数個設置されるが、図１では、１個の例を示している。散水ノズル部８を複数個設置する場合は、例えば、格納容器２の上部頂点を中心に同心状に配置する。
【００２０】
散水ノズル部８は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、円筒形の容器１３と、容器１３の周方向壁面に設けられた複数の冷却水散水孔１７と、容器１３の周方向下部壁面に設けられた複数の溶融金属流出孔１８と、容器１３の内部に収納されるＯリング１６を備えたシール部材１５と、シール部材１５の下部に充填され原子炉格納容器２の上部外壁面に接する低融点金属１４とから構成される。また、円筒形の容器１３の上部には散水配管１１が接続されている。
【００２１】
複数の冷却水散水孔１７は、シール部材が容器の下部へ移動したときに冷却水が冷却水散水孔１７から散水できる位置に設けられる。
【００２２】
（作用）
このように構成された冷却装置の作用を説明する。
通常時において、冷却水貯蔵タンク９の水は蓄圧タンク１０の圧力により散水ノズル部８内のシール部材１５上部の空間に加圧された状態で満たされている（図２（ａ））。
【００２３】
万一、格納容器２内で配管破断のような事故が発生した場合、格納容器２内に高温の蒸気が放出され、格納容器２の壁温は徐々に上昇する。これにより原子炉格納容器２の上部外壁面に接している低融点金属１４が熱せられ、徐々に融けはじめ、溶けた低融点金属１４は溶融金属流出孔１８から格納容器壁面に沿って流出する。低融点金属１４が流出するにつれ、シール部材１５が水圧により下方に押され、冷却水散水孔１７より下方まで移動すると、冷却水散水孔１７が開放され、冷却水１９が図２（ｃ）に示すように格納容器２の上部上面に散布され、格納容器２が冷却される（図２（ｃ））。
【００２４】
（効果）
このように本第１の実施形態によれば、緊急時において運転員の操作や電源系統を必要とする能動的な機器を用いることなく、全て受動的な機器による静的作動によって、迅速にかつ確実に格納容器を冷却することができる。これにより、原子力プラントの安全性及び信頼性を向上させることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、冷却水貯蔵タンク９を散水ノズル８部よりも高い位置に設置することにより、蓄圧タンク１０を省略することができる。
【００２５】
また、図１に示すように、散水配管１１に常時開の隔離弁１２ａを取り付けてもよく、また、蓄圧タンク１０と冷却水貯蔵タンク９の間に減圧弁１２ｂを取り付けてもよい。さらに、前記蓄圧タンク１０と冷却水貯蔵タンク９は一体型としてもよい。また、容器１３は円筒形以外の形状、例えば、楕円形状又は多角形状としてもよい。
【００２６】
さらに、低融点金属１４を原子炉格納容器２の外壁面に直接接触させるようにしてもよいが、低融点金属１４の下部に伝熱板を設置してもよい。
【００２７】
［第２の実施形態］
本第２の実施形態に係る冷却装置を図３により説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２８】
本第２の実施形態では、シール部材１５の下部に低融点金属１４の代わりに形状記憶合金２０を配置したことを特徴としている。形状記憶合金２０は、通常温度ではＬ字状の形状で（図３（ａ））、冷却水散水孔１７を塞ぐ位置でシール部材１５を保持する。また、高温時には、形状記憶合金２０は変形し平面状となる（図３（ｂ））。
【００２９】
万一、格納容器２内で配管破断のような事故が発生した場合、格納容器２の壁温度が上昇するにつれて形状記憶合金２０が熱せられ、Ｌ字状の形状が平面状に変形するにつれて、シール部材１５が水圧により下方に押され、冷却水散水孔１７より下方まで移動すると、冷却水散水孔１７が開放され冷却水が散布される。
【００３０】
本第２の実施形態によれば、形状記憶合金を用いたことにより、容器に溶融金属流出孔を設ける必要がないため、容器の構成が簡素化される。
【００３１】
［第３の実施形態］
本第３の実施形態に係る冷却装置を図４、図５により説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３２】
（構成）
本第３の実施形態に係る散水ノズル部８は、下方に向かって拡径する円筒形の容器１３と、容器１３の内部に収納される冷却材散水孔２２ａを有するガイド２２と、ガイド２２の下部に設置され下方に向かって拡径するシール部材２３と、シール部材２３の下部に充填された低融点金属１４と、容器１３の周方向下部に設けられた複数の溶融金属流出孔２４と、から構成される。
【００３３】
（作用）
このように構成された散水ノズル部８において、万一、格納容器２内で配管破断のような事故が発生した場合、格納容器２の壁温度が上昇するにつれて低融点金属１４が熱せられ、徐々に融けはじめ、溶けた低融点金属１４は溶融金属流出孔２４から格納容器壁面に沿って流出する。同時に、シール部材２３はガイド２２とともに水圧により下方に押され、シール部材２３は円筒形容器２１の拡径部に移動し、円筒形容器２１内壁とシール部材２３との間に間隙が生じる。
【００３４】
これにより、円筒形容器２１下方の拡径部とシール部材２３の間の間隙にガイド２２の冷却材散水孔２２ａを介して冷却水１９が流入し、低融点金属１４が流出した後の溶融金属流出孔２４から冷却水が格納容器２外壁面に散布され、格納容器２が冷却される。
【００３５】
（効果）
本第３の実施形態によれば、ガイドを設けたことにより冷却水を周方向に均一に供給することができるとともに、溶融金属流出孔を冷却水の散水孔として共用することができるので、容器の構成が簡素化される。
【００３６】
（変形例）
また、図５に示すように、溶融金属に代えて形状記憶合金２０を用いることができる。この形状記憶合金２０の構成、作用は上記第２の実施形態と同様である。
【００３７】
［第４の実施形態］
本第４の実施形態に係る冷却装置を図６及び図７により説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３８】
（構成）
本第４の実施形態に係る冷散水ノズル部８は、下方が拡径している円筒形の容器１３と、容器１３の内部に収納される冷却材散水孔２２ａを有するガイド２２と、ガイド２２の下部に設置されるシール部材２３と、シール部材２３を中央に位置決めする支持部２５と、シール部材２３の下部に充填された低融点金属１４と、円筒形容器１３下部の周方向に設けられた複数個の溶融金属流出孔２４と、から構成される。支持部２５はシール部材２３から容器の内面に向けて複数本放射状に配置される。
【００３９】
（作用）
このように構成された散水ノズル部８において、万一、格納容器２内で配管破断のような事故が発生した場合、格納容器２の壁温度が上昇するにつれて低融点金属１４が熱せられ、徐々に融けはじめ、溶けた低融点金属１４は冷却水と溶融金属流出孔２４から格納容器壁面に沿って流出する。同時に、シール部材１５はガイド２２とともに水圧により下方に押され、支持部２５に支持されたシール部材１５は円筒形容器２１の拡径部に移動し、容器２１の拡径部とシール部材１５との間に間隙が生じる。
【００４０】
これにより、円筒形容器２１の拡径部とシール部材２３の間隙にガイド２２の冷却材散水孔２２ａを介して冷却水１９が流入し、低融点金属１４が流出した後の溶融金属流出孔２４から冷却水が格納容器２外壁面に散布され、格納容器２が冷却される。
【００４１】
なお、支持部２５と円筒容器２１の内壁との間には適切なギャップが設けられ、部材１５の上下方向の移動を拘束しない構造となっている。
【００４２】
（効果）
本第４の実施形態によれば、シール部材に支持部を設けたことにより、容器の拡径部とシール部材との間に偏りのない間隙を確実に形成し、ガイドからの冷却水を周方向に均一に供給することができる。また、溶融金属流出孔を冷却水の散水孔として共用することができるので、容器の構成が簡素化される。
【００４３】
（変形例）
また、図７に示すように、溶融金属に代えて第２の実施形態の形状記憶合金２０を用いることができる。この形状記憶合金２０の構成、作用は上記第２の実施形態と同様である。
【００４４】
［第５の実施形態］
本第５の実施形態に係る冷却装置を図８により説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４５】
本第５の実施形態に係る散水ノズル部８は、シール部材１５を省略し、シール機能を有する低融点金属１４を容器１３の下部に充填している。その際、例えば、低融点金属１４にＯリングを装着したり、溶融金属を容器１３の下部に充填し冷却固化させることにより低融点金属１４と容器１３の内壁との間をシールする。
【００４６】
このように構成された散水ノズル部８において、万一、格納容器２内で配管破断のような事故が発生した場合、格納容器２の壁温度が上昇するにつれて低融点金属１４が熱せられ溶融すると、冷却水が溶融金属排出孔から排出され、冷却材が散布され、格納容器２が冷却される。
本第５の実施形態によれば、シール部材を省略できるため、容器の構成がさらに簡素化される。
【００４７】
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。これら新規な実施形態は、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、組合せ、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ともに、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。
【符号の説明】
【００４８】
１…原子炉圧力容器、２…原子炉格納容器、３…建屋、４…空気流路、５…煙突、６…冷却水貯蔵タンク、７…散水管、８…散水ノズル部、９…冷却水貯蔵タンク、１０…蓄圧タンク、１１…散水配管、１２…隔離弁、１３…容器、１４…低融点金属、１５…シール部材、１６…Ｏリング、７…冷却水散水孔、１８…溶融金属流出孔、１９…冷却水、２０…形状記憶合金、２１…容器、２２…ガイド、２３…シール部材、２４…溶融金属流出孔、２５…支持部。
【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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