(57)【要約】【課題】シビアアクシデント時に冷却機能を喪失した冷却系統に外部から冷却水を安定的に供給する。【解決手段】原子力発電所の冷却系統に冷却水を供給する可搬式冷却装置Ａにおいて、前記可搬式冷却装置Ａは、熱交換器８と、前記熱交換器８の一次側に接続された一次側出口配管１４及び一次側入口配管１６と、前記熱交換器８の二次側に接続された二次側出口配管１１及び二次側入口配管１５と、前記一次側出口配管１４に設けられた一次ポンプ７と、前記一次ポンプ７の上流側の一次側出口配管１４に接続された一次側分岐配管１３と、前記二次側出口配管１１に接続された二次側分岐配管１２と、一端が前記一次側分岐配管１３に接続され、他端が前記二次側分岐配管１２に接続される加圧器１０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電所の冷却系統に冷却水を供給する可搬式冷却装置において、
前記可搬式冷却装置は、熱交換器と、前記熱交換器の一次側に接続された一次側出口配管及び一次側入口配管と、前記熱交換器の二次側に接続された二次側出口配管及び二次側入口配管と、前記一次側出口配管に設けられた一次ポンプと、前記一次ポンプの上流側の一次側出口配管に接続された一次側分岐配管と、前記二次側出口配管に接続された二次側分岐配管と、一端が前記一次側分岐配管に接続され、他端が前記二次側分岐配管に接続される加圧器と、を備えたことを特徴とする原子力発電所の可搬式冷却装置。
【請求項２】
前記一次ポンプの有効吸込ヘッドが低下した場合に、前記二次側分岐配管から高圧の冷却水を前記加圧器に供給し、前記一次側出口配管を加圧することを特徴とする請求項１記載の原子力発電所の可搬式冷却装置。
【請求項３】
前記二次側分岐配管を前記二次側入口配管に接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の原子力発電所の可搬式冷却装置。
【請求項４】
原子力発電所の冷却系統に冷却水を供給する可搬式冷却装置において、
前記可搬式冷却装置は、熱交換器と、前記熱交換器の一次側に接続された一次側出口配管及び一次側入口配管と、前記熱交換器の二次側に接続された二次側出口配管及び二次側入口配管と、前記一次側出口配管に設けられた一次ポンプと、前記一次ポンプの上流側の一次側出口配管に接続された一次側分岐配管と、圧縮空気を貯蔵する空気貯蔵タンクと、一端が前記一次側分岐配管に接続され、他端が配管を介して前記空気貯蔵タンクに接続される加圧器と、を備えたことを特徴とする原子力発電所の可搬式冷却装置。
【請求項５】
前記一次ポンプの有効吸込ヘッドが低下した場合に、前記空気貯蔵タンクから高圧空気を前記加圧器に供給し、前記一次側出口配管を加圧することを特徴とする請求項４記載の原子力発電所の可搬式冷却装置。
【請求項６】
前記一次側出口配管及び一次側入口配管は、可撓性の配管により前記冷却系統に接続されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の原子力発電所の可搬式冷却装置。
【請求項７】
前記冷却系統は、前記可搬式冷却装置に水張りのための冷却水を供給するサージタンクを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の原子力発電所の可搬式冷却装置。
【請求項８】
前記冷却系統は、前記可搬式冷却装置が冷却対象とする機器以外の機器を当該冷却系統から隔離する隔離弁を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の原子力発電所の可搬式冷却装置。
【請求項９】
前記可搬式冷却装置を車両又は船舶に搭載することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の原子力発電所の可搬式冷却装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の可搬式冷却装置を用いて原子力発電所の冷却系統に冷却水を供給することを特徴とする原子力発電所の可搬式冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はシビアアクシデント時に冷却機能を喪失した冷却系統に外部から冷却水を供給するための原子力発電所の可搬式冷却装置及び可搬式冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所等においてシビアアクシデントが発生した場合、原子炉や使用済燃料プールから発生する熱を最終的に放出するための最終ヒートシンク機能が喪失する可能性がある（例えば、海水ポンプの故障等）。この最終ヒートシンクの機能喪失に対処するため、可搬式ポンプ、給水車又は船舶等により施設外部から既設の冷却系統に冷却水を供給する可搬式冷却装置が提案されている。
【０００３】
これにより最終ヒートシンクの機能喪失時においても、既設の冷却系統を介して原子炉や使用済燃料プールに冷却水を直接注水することにより、原子炉や使用済燃料プールを冷却することが可能となる。
【０００４】
ただし、原子炉等の冷却に際しては、蒸気を放出しながら冷却をおこなうため（フィードアンドブリード）、可搬式冷却装置を使用する場合、蒸発による冷却水減少に相当する量の冷却水を注水する必要があり、安定的かつ長期的に冷却するためには最終的に冷却水の蒸発を考慮した冷却手段の確立が必要となる。
【０００５】
このような冷却手段として、例えば既設の冷却系統へ冷却水を循環させる仮設冷却ポンプ、冷却水を冷却する仮設熱交換器及び仮設熱交換器に冷却水を供給する仮設海水ポンプを船舶に搭載した可搬式冷却装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−３６９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の可搬式冷却装置では、可搬式冷却装置の既設冷却系統への接続位置は、圧力損失とポンプ吸込部の静水頭を考慮して有効吸込ヘッド（ＮＰＳＨ）を十分確保できる位置に設置することを前提条件としている。
【０００８】
しかしながら、シビアアクシデント時に原子力発電所等の施設に近接することが困難となる場合、施設近傍の位置まで可搬式冷却装置を近接させることができず接続配管の延長を余儀なくされ圧力損失が増加する場合があり、既設冷却系統に十分な冷却水を供給できなくなる可能性がある。
【０００９】
また、既設冷却系統の冷却水を可搬式冷却装置の水張りに使用した後に既設冷却系統の水位が規定の静水頭よりも低下する場合には、有効吸込ヘッド不足により可搬式冷却装置のポンプにキャビテーション等の障害が発生し、原子炉や使用済燃料プールを安定的に冷却することができなくなる可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、シビアアクシデント時に冷却機能を喪失した冷却系統に外部から冷却水を安定的に供給することができる原子力発電所の可搬式冷却装置及び可搬式冷却方法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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る原子力発電所の可搬式冷却装置は、原子力発電所の冷却系統に冷却水を供給する可搬式冷却装置において、前記可搬式冷却装置は、熱交換器と、前記熱交換器の一次側に接続された一次側出口配管及び一次側入口配管と、前記熱交換器の二次側に接続された二次側出口配管及び二次側入口配管と、前記一次側出口配管に設けられた一次ポンプと、前記一次ポンプの上流側の一次側出口配管に接続された一次側分岐配管と、前記二次側出口配管に接続された二次側分岐配管と、一端が前記一次側分岐配管に接続され、他端が前記二次側分岐配管に接続される加圧器と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の実施形態に係る原子力発電所の可搬式冷却装置は、原子力発電所の冷却系統に冷却水を供給する可搬式冷却装置において、前記可搬式冷却装置は、熱交換器と、前記熱交換器の一次側に接続された一次側出口配管及び一次側入口配管と、前記熱交換器の二次側に接続された二次側出口配管及び二次側入口配管と、前記一次側出口配管に設けられた一次ポンプと、前記一次ポンプの上流側の一次側出口配管に接続された一次側分岐配管と、圧縮空気を貯蔵する空気貯蔵タンクと、一端が前記一次側分岐配管に接続され、他端が配管を介して前記空気貯蔵タンクに接続される加圧器と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、シビアアクシデント時に冷却機能を喪失した冷却系統に外部から冷却水を安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る可搬式冷却装置の系統構成図。
【図２】第１の実施形態に係る加圧器の構成図。
【図３】第２の実施形態に係る可搬式冷却装置の系統構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る原子力発電所の可搬式冷却装置及び可搬式冷却方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る可搬式冷却装置を、図１及び図２を用いて説明する。
【００１７】
（全体構成）
本実施形態に係る可搬式冷却装置Ａはコンテナ６内に収容され、コンテナ６は大型の車両２１に搭載され、シビアアクシデント時に原子力発電所の建屋１の近傍に移動される。
【００１８】
図１は、可搬式冷却装置Ａを収容したコンテナ６を搭載した車両２１が建屋１の近傍に配置され、建屋１内の既設冷却系統の一つである原子炉補機冷却系統Ｂにフレキシブル配管等からなる可撓性の一次配管１７ａ、１７ｂを介して接続されている例を示す系統構成図である。
【００１９】
なお、本実施形態では、既設冷却系統として原子炉補機冷却系統Ｂに可搬式冷却装置Ａを接続する例について説明するが、これに限定されず、他の既設冷却系統又は緊急時用に新設した冷却系統に接続してもよいことはもちろんである。
【００２０】
可搬式冷却装置Ａは、一次ポンプ７、熱交換器８、加圧器１０及びそれらを接続する配管から構成される。このうち、原子炉補機冷却系統Ｂに接続される一次側系統Ｃは熱交換器８の一次側に接続される一次側出口配管１４及び一次側入口配管１６、一次ポンプ７、加圧器１０に接続される一次側分岐配管１３とから構成され、二次側系統Ｄは、熱交換器８の二次側に接続される二次側出口配管１１及び二次側入口配管１５、加圧器１０に接続される二次側分岐配管１２とから構成される。
【００２１】
また、二次側系統Ｄの二次側入口配管１５及び二次側出口配管１１は、可撓性の二次配管１８ａ、１８ｂを介して可搬式冷却装置Ａの外部に設けられた二次ポンプ９及び放水ピット１９にそれぞれ接続される。
【００２２】
また、熱交換器８と一次ポンプ７の間の一次側出口配管１４には一次側分岐配管１３の一端部が接続され、一次側分岐配管１３の他端部は加圧器１０に接続されている。また、二次側出口配管１１には二次側分岐配管１２の一端部が接続され、二次側分岐配管１２の他端部は加圧器１０に接続されている。
【００２３】
なお、本実施形態ではコンテナ６を大型の車両２１に搭載する例を説明したが、建屋１が海等の水源に近接している場合は、車両２１の代わりに船舶を用いてもよい。
【００２４】
（加圧器）
加圧器１０は、図２に示すように、シェル状の容器２６内に膨張又は収縮するブラダ２５（例えば、ゴム製の隔膜）が内包され、二次側分岐配管１２が容器２６に、一次側分岐配管１３はブラダ２５にそれぞれ接続されており、一次側と二次側の冷却水は加圧器１０内のブラダ２５により分離され、ブラダ２５の膨張又は収縮により二次側から一次側へ圧力伝達が行われる。
【００２５】
なお、加圧器１０の二次側から一次側への圧力伝達手段としてピストンを用いてもよく、また、一次側への圧力伝達を調整するため加圧器１０を複数並列に接続してもよい。さらに、圧力伝達を効率的に行うために、二次側分岐配管１２を二次側出口配管１１の代わりに二次側入口配管１５に接続してもよい（図示せず）。
【００２６】
（作用）
このように構成された本実施形態において、最終ヒートシンク機能が喪失するようなシビアアクシデントが発生した場合、可搬式冷却装置Ａを搭載した車両を建屋１の近傍へ移動させ、可搬式冷却装置Ａの一次側系統Ｃを可撓性の一次配管１７ａ、１７ｂにより、建屋１内の原子炉補機冷却系統Ｂに接続するとともに、二次側系統Ｄを可撓性の二次配管１８ａ、１８ｂにより二次ポンプ９及び放水ピット１９に接続する。
【００２７】
次に、可搬式冷却装置Ａの一次側系統Ｃをサージタンク４内の水で水張りし、水張り完了後に原子炉補機冷却系統Ｂの熱負荷２（例えば、原子炉、格納容器又は燃料プール等）を冷却する。熱負荷２が図１に示すように１箇所のみであれば、隔離弁５ａ及び５ｂを閉操作し、原子炉補機冷却系ポンプ３及びサージタンク４等の機器を可搬式冷却装置Ａの冷却系統から隔離する。これにより、冷却効率を向上させることができる。
【００２８】
また、サージタンク４の水量不足や配管損傷等でサージタンク４による水張りを十分に行うことができない場合は、外部水源（図示せず）からの水を外部水張り口２０を介して可搬式冷却装置Ａの一次側系統Ｃに注入し水張りを行う。
【００２９】
この可搬式冷却装置Ａを用いて原子炉補機冷却系統Ｂ内の熱負荷２を冷却する過程で、一次ポンプ７の有効吸込ヘッド（ＮＰＳＨ）が不足する場合がある。その場合、二次ポンプ９により昇圧された水を二次側分岐配管１２から加圧器１０に供給することで、圧力を一次側分岐配管１３を介して一次側出口配管１４に伝達し、一次側出口配管１４を加圧する。
【００３０】
また、微小漏洩や配管内の残留空気の圧縮等により一次側系統Ｃの容積が変化し、これにより伝達圧力が不足する場合がある。その場合にも、同様に二次ポンプ９により昇圧された冷却水を二次側分岐配管１２から加圧器１０に供給することで、圧力を一次側分岐配管１３を介して一次側出口配管１４に伝達する。
これにより、キャビテーションの発生等、一次ポンプ７の運転リスクを回避することができる。
【００３１】
さらに、有効吸込ヘッド不足や容積変化が大きい場合には、加圧器１０を複数並列に配置し、圧力伝達量を適宜調節可能にするようにしてもよい。
また、上述したように本実施形態に係る可搬式冷却装置Ａを稼働させる場合、冷却効率を向上させるために、原子炉補機冷却系統Ｂの不要な機器を隔離することが望ましい。
【００３２】
本実施形態では、原子炉補機冷却系ポンプ３の上流に設置しているサージタンク４内の水を可搬式冷却装置Ａの一次側系統Ｃの水張りに使用した後は、隔離弁５ａ及び５ｂを作動させて、原子炉補機冷却系ポンプ３及びサージタンク４を原子炉補機冷却系統Ｂから隔離する。なお、サージタンク４が隔離弁５ａよりも上流に設置されている場合は、水張り後にサージタンク４に付設された隔離弁５ｃを閉操作して、サージタンク４を原子炉補機冷却系統Ｂから隔離するようにしてもよい。
【００３３】
（効果）
本実施形態によれば、所定の静水頭を確保できない場合に、一次ポンプ７の上流側の一次側出口配管１４を加圧することにより有効吸込ヘッド（ＮＰＳＨ）を増大させ、キャビテーションの発生等、一次ポンプ７の運転リスクを回避することができる。これにより、サージタンク４の水位低下に対応できるとともに、可搬式冷却装置Ａの配置場所の制約が緩和されることで、最終ヒートシンク機能が喪失する事態が発生したとしても、施設の熱負荷を長期的かつ安定的に冷却することができる。
また、可搬式冷却装置Ａの稼働時に、原子炉補機冷却系統Ｂの不要な機器を隔離することで、冷却効率を向上させることができる。
【００３４】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る可搬式冷却装置を、図３を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。
【００３５】
第１の実施形態では加圧器１０を二次側分岐配管１２から供給される冷却水により加圧しているが、本実施形態は、二次側分岐配管１２を省略し、空気圧縮機２２を用いて加圧を行う。
【００３６】
（構成）
本第２の実施形態に係る可搬式冷却装置Ａは、図３に示すように、空気圧縮機２２が空気貯蔵タンク２３と配管２８を介して加圧器１０に接続され、配管２８には圧力計２４が設けられている。
【００３７】
これらの空気圧縮機２２、空気貯蔵タンク２３、配管２８及び圧力計２４は、他の機器と共にコンテナ６内に収納され、車両２１に搭載される。
【００３８】
なお、加圧器１０への圧力伝達手段としてピストンを用いてもよく、また、一次側系統Ｃへの圧力伝達を適宜増減するため加圧器１０を複数並列に接続してもよい（図示せず）。
【００３９】
また、建屋１が海等の水源に近接している場合は、車両２１の代わりに船舶を用いてもよい。
さらに、空気圧縮機２２の代わりに窒素ガスボンベを用いて空気貯蔵タンク２３を蓄圧してもよい。
【００４０】
（作用）
空気圧縮機２２によって供給される空気は空気貯蔵タンク２３に貯蔵され、圧力が規定圧に達したら空気圧縮機２２を停止する一方、圧力が規定圧以下となったら再度空気圧縮機２２を起動する。空気貯蔵タンク２３内の圧力は配管２８に設置している圧力計２４で確認する。なお、空気圧縮機２２の起動及び停止は圧力計２４の指示値に基づいて自動的に規定圧に制御するようにしてもよい。
【００４１】
そして、一次ポンプ７の有効吸込ヘッド（ＮＰＳＨ）が不足する事態が発生した場合、規定圧の空気が貯蔵された空気貯蔵タンク２３から空気を加圧器１０へ供給し、圧力を一次側分岐配管１３を介して加圧器１０の上流側の一次側出口配管１４に伝達し、キャビテーションの発生等、一次ポンプ７の運転リスクを回避する。
【００４２】
また、有効吸込ヘッド（ＮＰＳＨ）が大幅に不足する場合や、微小漏洩や配管内の残留空気の圧縮による容積変化により圧力伝達が大幅に低下する場合には、加圧器を複数並列に配置し、圧力伝達量を適宜調節可能にするようにしてもよい。
また、可搬式冷却装置Ａを稼働させる場合に、原子炉補機冷却系統の不要な機器を隔離することが望ましいことは第１の実施形態と同様である。
【００４３】
（効果）
本第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様の作用効果を奏するほか、空気圧縮機２２及び空気貯蔵タンク２３を用いたことで、加圧器１０の圧力調整を直接的かつ効率的に行うことができる。また、圧力の補充時のみ空気圧縮機２２を運転することで、省エネ化及び省力化を図ることができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。この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】
【００４５】
Ａ…可搬式冷却装置、Ｂ…原子炉補機冷却系統、Ｃ…一次側系統、Ｄ…二次側系統、１…建屋、２…熱負荷、３…原子炉補機冷却系ポンプ、４…サージタンク、５ａ、５ｂ、５ｃ…隔離弁、６…コンテナ、７…一次ポンプ、８…熱交換器、９…二次ポンプ、１０…加圧器、１１…二次側出口配管、１２…二次側分岐配管、１３…一次側分岐配管、１４…一次側出口配管、１５…二次側入口配管、１６…一次側入口配管、１７ａ、１７ｂ…一次配管、１８ａ、１８ｂ…二次配管、１９…放水ピット、２０…外部水張り口、２１…車両、２２…空気圧縮機、２３…空気貯蔵タンク、２４…圧力計、２５…ブラダ、２６…容器、２８…配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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