(57)【要約】【課題】設計温度を超える格納容器雰囲気や局所加熱源に対して電気配線貫通部の温度を設計温度以内とすることにより放射性物質の漏洩を抑制する。【解決手段】原子炉格納容器２の電気配線貫通部１１の過熱防止のための電気配線貫通機構１０は、格納容器貫通スリーブ３と、格納容器貫通スリーブ３および電気配線貫通部１１とともに密閉空間１８を構成する水止め部１３と、格納容器貫通スリーブ３に接続され密閉空間１８に冷却用の冷却水を供給するための注水管１５と、格納容器貫通スリーブ３に接続され密閉空間１８から電気配線貫通部１１を冷却した冷却水を排出するための排出管１６とを有する。また、事故時に密閉空間１８に冷却水を供給する冷却水供給機構をさらに備えてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉格納容器を電気配線が貫通する電気配線貫通部の事故時の過熱を防止するための電気配線貫通機構であって、
原子炉格納容器を貫通して前記原子炉格納容器に取り付けられた格納容器貫通スリーブと、
前記電気配線貫通部と対向して前記原子炉格納容器の内側に配置され、前記格納容器貫通スリーブおよび前記電気配線貫通部とともに密閉空間を構成するように、前記格納容器貫通スリーブ内側を塞いで設けられた水止め部と、
前記密閉空間に冷却水を供給するために、前記密閉空間を形成する範囲の前記格納容器貫通スリーブに接続された注水管と、
前記密閉空間から前記電気配線貫通部を冷却した冷却水を排出するために、前記密閉空間を形成する範囲の前記格納容器貫通スリーブに接続された排出管と、
を有することを特徴とする電気配線貫通機構。
【請求項２】
前記密閉空間に冷却水を供給する冷却水供給機構を有することを特徴とする請求項１に記載の電気配線貫通機構。
【請求項３】
前記密閉空間内の冷却水の自然循環を促進するために、前記注水管と前記格納容器貫通スリーブとの接続部と、前記排出管と前記格納容器貫通スリーブとの接続部との間で前記密閉空間を部分的に仕切る仕切り板を、さらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気配線貫通機構。
【請求項４】
前記注水管および前記排出管は前記密閉空間内に差し込まれて前記密閉空間内の各開放端で開放されており、前記排出管の前記密閉空間内の開放端は、前記注水管の前記密閉空間内の開放端より、鉛直方向に高い位置にある、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電気配線貫通機構。
【請求項５】
前記冷却水供給機構は、
前記原子炉格納容器の上方外部に設けられた凝縮熱交換器プールと、
上部ヘッダーおよび下部ヘッダーと、前記熱交換器プール内に浸漬されて前記上部ヘッダーおよび前記下部ヘッダーに接続された伝熱管とを具備する凝縮熱交換器と、
前記上部ヘッダーと前記原子炉格納容器とを接続する蒸気流入管と、
前記下部ヘッダーに設けられた下部接続部と前記原子炉格納容器内の少なくとも１か所とを接続する凝縮水ドレン管と、
前記下部ヘッダーの前記下部接続部よりも上方に設けられた上部接続部と前記原子炉格納容器内の少なくとも１か所とを接続するガス排出管と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電気配線貫通機構。
【請求項６】
前記冷却水供給機構は、
前記原子炉格納容器外に配設されて前記密閉空間内に冷却水を補給する給水装置と、
前記密閉空間の外側に配置されて前記密閉空間内の冷却水を循環させるポンプと、
前記密閉空間の外側に配置されて前記ポンプにより循環される冷却水を冷却する冷却器と、
前記密閉空間と、前記ポンプと、前記冷却器とを接続する冷却管と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電気配線貫通機構。
【請求項７】
前記電気配線貫通機構は、第１の電気配線貫通機構と第２の電気配線貫通機構とを含み、
前記第１の電気配線貫通機構は前記第２の電気配線貫通機構より鉛直方向に高い位置に配置され、
前記第１の電気配線貫通機構の排出管は前記第２の電気配線貫通機構の注水管に接続されている、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電気配線貫通機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉施設および原子炉格納容器の電気配線貫通機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に原子力発電所においては、原子炉事故時を想定しても、放射性物質が原子炉格納容器の外に漏れ出すことが無いように対策を施すと共に、格納容器漏洩検査を実施し、漏洩率が規定値以下となることを確認している。
【０００３】
また、原子炉圧力容器および原子炉格納容器の内部状態を計測するための電線が原子炉格納容器を貫通する必要があり、原子炉格納容器を貫通する電気配線貫通部を有している。この貫通部は構造が複雑であるため原子炉格納容器の漏洩想定箇所とされ、その対策も講じられている。
【０００４】
原子炉冷却材喪失事故などが起こった場合、原子炉圧力容器から原子炉格納容器内に高温・高圧の原子炉冷却材が放出され、原子炉格納容器内の温度・圧力が上昇する。あるいは電源喪失に起因する事象による原子炉冷却材の喪失によっても、同様に原子炉格納容器内の温度・圧力が上昇する。
【０００５】
上述のような事故の際に、電気配線貫通部において、原子炉格納容器から外部に放射性物質を放散させないためのバウンダリとなるのは、電気配線貫通部の一部を構成する樹脂などによる封止部である。
【０００６】
この部分は原子炉格納容器の最高使用圧力および温度条件において十分シール性が保たれるため、直ちに漏洩することは避けられるが、シビアアクシデント時などの設計圧力を超える事象や原子炉格納容器内で発生した過熱蒸気による加熱などの局所的な加熱には対策が必要である。
【０００７】
このような原子炉格納容器の貫通部における局所的な冷却および漏洩防止対策として、特許文献１では、検査用の加圧孔を利用した冷却方法が、また、特許文献２では、電気配線貫通部を覆うように加圧室を設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１０４０８９号公報
【特許文献２】特開平２−１９０７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の原子力発電所においては、原子炉冷却材喪失事故に対して非常用炉心冷却装置などによって炉心が冷却されることを想定している。しかしながら、極めて低い確率ではあるが、非常用炉心冷却装置が作動せず、その他の炉心への注水装置も利用できない事態も想定され、このような場合、最終的には炉心溶融に至る可能性が考えられる。
【００１０】
溶融した炉心の冷却に関しては圧力容器内保持・圧力容器外保持などの方法が提案されている。しかし、溶融炉心は一様な挙動で移動し、冷却されることを想定しており、原子炉圧力容器および原子炉格納容器内に核分裂生成物や溶融炉心が付着し、それに伴って発生する過熱蒸気や放射熱による加熱などによって飽和温度を超える温度に上昇した加熱源が生じることや、これに対する貫通部の冷却手段などは考えられていない。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、設計温度を超える格納容器雰囲気や局所加熱源に対して電気配線貫通部の温度を設計温度以内とすることにより漏洩率を低く維持し、放射性物質の漏洩を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明は、原子炉格納容器を電気配線が貫通する電気配線貫通部の事故時の過熱を防止するための電気配線貫通機構であって、原子炉格納容器を貫通して前記原子炉格納容器に取り付けられた格納容器貫通スリーブと、前記電気配線貫通部と対向して前記原子炉格納容器の内側に配置され、前記格納容器貫通スリーブおよび前記電気配線貫通部とともに密閉空間を構成するように、前記格納容器貫通スリーブ内側を塞いで設けられた水止め部と、前記密閉空間に冷却水を供給するために、前記密閉空間を形成する範囲の前記格納容器貫通スリーブに接続された注水管と、前記密閉空間から前記電気配線貫通部を冷却した冷却水を排出するために、前記密閉空間を形成する範囲の前記格納容器貫通スリーブに接続された排出管と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、設計温度を超える格納容器雰囲気や局所加熱源に対して電気配線貫通部の温度を設計温度以内とすることにより漏洩率を低く維持し、放射性物質の漏洩を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気配線貫通機構を含む原子炉格納容器の立断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電気配線貫通機構の立断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電気配線貫通機構を含む原子炉格納容器の立断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電気配線貫通機構の立断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る電気配線貫通機構を含む原子炉格納容器の立断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る電気配線貫通機構の立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明に係る原子炉施設および原子炉格納容器の電気配線貫通機構の実施形態について説明する。ここで、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。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気配線貫通機構を含む原子炉格納容器の立断面図である。また、図２は、本実施形態に係る電気配線貫通機構の立断面図である。
【００１７】
炉心１ａを収納する原子炉容器１は、原子炉格納容器２の内部に格納されている。
【００１８】
原子炉格納容器２には、ケーブル５が貫通する電気配線貫通機構１０が複数設けられている。電気配線貫通機構１０の内外には、ケーブル５の接続用の端子箱６がそれぞれ設けられている。
【００１９】
電気配線貫通機構１０は、電気配線貫通部１１、格納容器貫通スリーブ３、水止め部１３、注水管１５および排出管１６を有する。
【００２０】
具体的には、原子炉格納容器２を複数個所で格納容器貫通スリーブ３が貫通しており、その一端である格納容器貫通スリーブ端部４で閉じている。原子炉格納容器２と格納容器貫通スリーブ３とは、たとえば溶接で接続されている。
【００２１】
格納容器貫通スリーブ３には、電気配線貫通部１１が設けられており、ケーブル５の貫通部分を気密に封止する封止部１２を有する。原子炉格納容器２、格納容器貫通スリーブ３および電気配線貫通部１１は、事故時の放射性物質の障壁を構成する。
【００２２】
格納容器貫通スリーブ３の内側には電気配線貫通部１１と対向して、格納容器貫通スリーブ３の内側を塞ぐようにして水止め部１３が設けられ、格納容器貫通スリーブ３および電気配線貫通部１１とともに密閉空間１８を構成している。
【００２３】
密閉空間１８を構成する範囲の格納容器貫通スリーブ３には、注水管１５と排出管１６とが接続されている。注水管１５は、事故時に密閉空間１８に冷却水を供給するために、一端が密閉空間１８に開放されている。また、排出管１６は、密閉空間１８から電気配線貫通部１１を冷却した冷却水を排出するために、一端が密閉空間１８に開放されている。
【００２４】
密閉空間１８内の冷却水の自然循環を促進するために、注水管１５と格納容器貫通スリーブ３との接続部と、排出管１６と格納容器貫通スリーブ３との接続部との間には、仕切り板１４が設けられており、密閉空間１８を部分的に仕切っている。仕切り板１４は、密閉空間１８の下方で格納容器貫通スリーブ３との間に開口を有しており、仕切り板１４に仕切られた密閉空間１８の２つの空間は下方で相互に連通している。
【００２５】
注水管１５と格納容器貫通スリーブ３との接続部と、排出管１６と格納容器貫通スリーブ３との接続部のいずれを格納容器貫通スリーブ３の原子炉格納容器２に対して内側とするかは、格納容器貫通スリーブ３への入熱がどの部分が大きいかで決めればよい。また、電気配線貫通部１１自体からの発熱がある場合もあり、これを含めていずれにするのが自然循環上有利かを考慮して定められる。
【００２６】
したがって、注水管１５と格納容器貫通スリーブ３との接続部と、排出管１６と格納容器貫通スリーブ３との接続部との間を直接短絡して流れる流路はない。
【００２７】
また、排出管１６の密閉空間１８内の開放端は、注水管１５の密閉空間１８内の開放端より、鉛直方向に高い位置にある。
【００２８】
原子炉格納容器２の上方外部には、凝縮熱交換器３０と凝縮熱交換器プール５０が設置されている。凝縮熱交換器３０は上部ヘッダー３１、下部ヘッダー３２および伝熱管３３を有している。伝熱管３３は、凝縮熱交換器プール５０内に浸漬されて、上部ヘッダー３１および下部ヘッダー３２に接続されている。
【００２９】
蒸気流入管４１が上部ヘッダー３１と原子炉格納容器２とを接続しており、蒸気流入管４１の一端は原子炉格納容器２内に開放されている。
【００３０】
また、凝縮水ドレン管４３が下部ヘッダー３２と原子炉格納容器２内部とを接続している。ここで、凝縮水ドレン管４３は途中で分岐して、分岐した凝縮水ドレン管４３は注水管１５に接続されている。注水管１５に冷却水を供給する冷却水供給機構１００は、以上のように、蒸気流入管４１、凝縮熱交換器３０および凝縮水ドレン管４３を有する。
【００３１】
なお、凝縮水ドレン管４３は凝縮熱交換器３０で凝縮した凝縮水を原子炉格納容器２の内部に移送するものである。凝縮水ドレン管４３の一端は目的に応じて開放する場所を決めればよくたとえばドライウェル２ａ底部に溜まった溶融した燃料を冷却できるようにする場合は原子炉容器１の下方のドライウェル２ａの下部に開放していてもよいし、ドライウェル２ａおよびウェットウェル２ｂの両方に開放されていてもよい。
【００３２】
さらに、ガス排出管４２が下部ヘッダー３２に設けられた接続部と原子炉格納容器２内部とを接続している。下部ヘッダー３２に設けられたガス排出管４２との接続部の高さは、下部ヘッダー３２に設けられた凝縮水ドレン管４３との接続部の高さより高い位置にある。これは、ガスとドレン水とを分離して排出するためである。
【００３３】
次に、以上のように構成された本実施形態の作用を説明する。
【００３４】
今、原子炉冷却材喪失事故が発生した場合、ドライウェル２ａ内に原子炉冷却材の蒸気が放出され、放出された蒸気の一部は、蒸気流入管４１を流れ、上部ヘッダー３１を経由して伝熱管３３に流入する。伝熱管３３は、凝縮熱交換器プール５０内に浸漬していることから伝熱管３３内部の蒸気は冷却されて凝縮し、ドレン水となる。
【００３５】
この際、原子炉格納容器２内に封入されていた窒素ガスのような不凝縮ガスは、そのまま、下部ヘッダー３２からガス排出管４２に流出し、最終的にウェットウェル２ｂ内のプールで解放され、ウェットウェル２ｂの液面上方の上部空間に収容される。
【００３６】
凝縮したドレン水は、下部ヘッダー３２から凝縮水ドレン管４３に流出し、凝縮水ドレン管４３を経由した後にこれに接続されている注水管１５から密閉空間１８内に流入する。密閉空間１８内は、注水管１５から流入したドレン水により徐々に液面が上昇し、密閉空間１８の排出管１６側の液面が、ほぼ排出管１６の密閉空間１８内の開放端の高さとなって以降は、注水管１５から流入した分が排出管１６から密閉空間１８外に排出される。
【００３７】
このように密閉空間１８内にドレン水が溜まることにより原子炉格納容器２内の高温の雰囲気が直接に電気配線貫通部１１に接触することを防止することができる。また、ドレン水が注水管１５から流入することにより密閉空間１８内で温度が上昇したドレン水は排出されることから、冷却対象である電気配線貫通部１１が高温状態となることはなく、この結果、電気配線貫通部１１の格納バウンダリとしての機能を損なうことがない。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、設計温度を超える格納容器雰囲気や局所加熱源に対して電気配線貫通部の温度を設計温度以内とすることにより漏洩率を低く維持し、放射性物質の漏洩を抑制することができる。
【００３９】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電気配線貫通機構を含む原子炉格納容器の立断面図である。
【００４０】
本実施形態においては、排出管１６と格納容器貫通スリーブ３との接続部は第１の実施形態と同様に格納容器貫通スリーブ３の原子炉格納容器２の内側の部分にあるが、注水管１５と格納容器貫通スリーブ３との接続部は、第１の実施形態と異なり、格納容器貫通スリーブ３の原子炉格納容器２の外側の部分にある。したがって、本実施形態においては、冷却水供給機構１００は、原子炉格納容器２の外側に設けられている給水装置２１、冷却器２２およびポンプ２３を有する。
【００４１】
注水管１５は、事故の初期に、密閉空間１８内に冷却水を充填するための注水経路である。注水管１５の上流は、給水装置２１に接続されている。
【００４２】
また、格納容器貫通スリーブ３の原子炉格納容器２の外側の部分には、冷却器２２およびポンプ２３が設けられている。冷却器２２で冷却された冷却水は、ポンプ２３により冷却管２４ａを経由して密閉空間１８に送られる。密閉空間１８からは密閉空間１８内を冷却した冷却水が冷却管２４ｂにより冷却器２２に戻り、この冷却管２４ａ、２４ｂの回路は閉ループを構成する。
【００４３】
給水装置２１からの給水ラインには、逆流を防止するための逆止弁２１ａが設けられている。
【００４４】
図４は、本実施形態に係る電気配線貫通機構の立断面図である。ポンプ２３から送られる冷却水を注入する冷却管２４ａは、格納容器貫通スリーブ３を気密に貫通し、密閉空間１８の上部で開口している。また、冷却器２２に戻る冷却管２４ｂは、格納容器貫通スリーブ３を気密に貫通し、密閉空間１８の下部で開口している。
【００４５】
以上のように構成された本実施形態においては、事故時には、原子炉格納容器２の外部の給水装置２１から積極的に密閉空間１８内に冷却水を送ることにより、早期に密閉空間１８内を高温の雰囲気から保護することができる。
【００４６】
また、引き続き、外部の冷却器２２で熱を除去された冷却水を密閉空間１８に送り冷却を継続することができるので、設計温度に余裕をもって電気配線貫通部１１を保護することができる。また、冷却水は密閉空間１８の下部に注入され、密閉空間１８の上部から流出するため、高温状態で停滞する部分がなく、冷却効果がさらに確保される。
【００４７】
以上のように、本実施形態によれば、設計温度を超える格納容器雰囲気や局所加熱源に対して電気配線貫通部の温度を設計温度以内とすることにより漏洩率を低く維持し、放射性物質の漏洩を抑制することができる。
【００４８】
［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係る電気配線貫通機構を含む原子炉格納容器の立断面図である。
【００４９】
原子炉格納容器２には、鉛直方向に高さの異なる複数の電気配線貫通機構１０が設けられている。上方に設けられた電気配線貫通機構１０の注水管１５は、原子炉格納容器２の外側に設けられている。したがって、上方に設けられた電気配線貫通機構１０の冷却水供給機構１００は、原子炉格納容器２の外側に設けられている。
【００５０】
また、上方の電気配線貫通機構１０の排出管１６は原子炉格納容器２の内側に設けられている。
【００５１】
一方、下方に設けられた電気配線貫通機構１０の注水管１５および排出管１６は、いずれも原子炉格納容器２の内側に設けられている。
【００５２】
また、上方に設けられた電気配線貫通機構１０の排出管１６は、下方に設けられた電気配線貫通機構１０の注水管１５に接続されており、上方に設けられた電気配線貫通機構１０に注水管１５から冷却水が供給される。すなわち、冷却水は、上方の電気配線貫通部１１を冷却した後、上方の電気配線貫通機構１０の排出管１６から流出する。そして、連通管１７を経由して、下方に設けられた電気配線貫通機構１０の注水管１５から密閉空間１８に流入し、下方の電気配線貫通部１１を冷却する。
【００５３】
したがって、上方の電気配線貫通機構１１の排出管１６および連通管１７は、下方の電気配線貫通機構１０の冷却水供給機構１００の一部を構成する。
【００５４】
外部からの冷却水は、原子炉格納容器２内で凝縮したドレン水よりサブクール度が大きいため、上方の電気配線貫通機構１０と下方の電気配線貫通機構１０をシリーズに冷却することができる。また、外部からの注水を必要以上に行うことは、原子炉格納容器２内の空間容積を減少させるなど望ましくない影響もあるが、本実施形態では、外部から原子炉格納容器２内への過剰な冷却水の持ち込みを抑制する効果もある。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、設計温度を超える格納容器雰囲気や局所加熱源に対して電気配線貫通部の温度を設計温度以内とすることにより漏洩率を低く維持し、放射性物質の漏洩を抑制することができる。
【００５６】
［第４の実施形態］
図６は、本発明の第４の実施形態に係る電気配線貫通機構の立断面図である。
【００５７】
本実施形態では、注水管１５および排出管１６は、その格納容器貫通スリーブ３との接続部が、格納容器貫通スリーブ３の下方に設けられている。
【００５８】
また、注水管１５の密閉空間１８内の開放端の鉛直方向の高さは、排出管１６の密閉空間１８内の開放端の鉛直方向の高さより低くなっている。排出管１６の密閉空間１８内の開放端の鉛直方向の高さが高いことにより、密閉空間１８内に存在していたガスの排出が容易となり、密閉空間１８内の冷却水の量が増大する。
【００５９】
以上のように、本実施形態によれば、設計温度を超える格納容器雰囲気や局所加熱源に対して電気配線貫通部の温度を設計温度以内とすることにより漏洩率を低く維持し、放射性物質の漏洩を抑制することができる。
【００６０】
［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。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。
【００６１】
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】
【００６２】
１・・・原子炉容器、１ａ・・・炉心、２・・・原子炉格納容器、２ａ・・・ドライウェル、２ｂ・・・ウェットウェル、３・・・格納容器貫通スリーブ、４・・・格納容器貫通スリーブ端部、５・・・ケーブル、６・・・端子箱、１０・・・電気配線貫通機構、１１・・・電気配線貫通部、１２・・・封止部、１３・・・水止め部、１４・・・仕切り板、１５・・・注水管、１６・・・排出管、１７・・・連通管、１８・・・密閉空間、２１・・・給水装置、２１ａ・・・逆止弁、２２・・・冷却器、２３・・・ポンプ、２４・・・冷却管、２４ａ、２４ｂ・・・冷却管、３０・・・凝縮熱交換器、３１・・・上部ヘッダー、３２・・・下部ヘッダー、３３・・・伝熱管、４１・・・蒸気流入管、４２・・・ガス排出管、４３・・・凝縮水ドレン管、５０・・・凝縮熱交換器プール、１００・・・冷却水供給機構
【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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