(57)【要約】【課題】外部動力や特別な操作を必要とすることなく、所定量の冷却液を原子炉内又は格納容器内に間欠的に供給可能な冷却システムを提供する。【解決手段】実施形態によれば、冷却システムは、原子炉内又は格納容器内で発生した蒸気が凝縮して生じた冷却液を受けて、当該冷却液を貯留可能なタンク１２と、当該タンク１２に貯留された冷却液が所定の量に達したときに、下側に流出させるトラップ流出管２０とを有する。トラップ流出管２０は、第１の堰２２より上流側においてタンク１２と共に冷却液を貯留可能な第１トラップ通路２１と、第１の堰２２より下流側に設けられた第２の堰２７と当該第１の堰２２との間において冷却液を貯留可能な第２トラップ通路２６と、第２の堰２７より下流側において下側に延びており、冷却液を原子炉内又は格納容器内に導く下側延伸通路２９とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内又は当該原子炉を格納する格納容器内で発生した蒸気が凝縮して生じた冷却液を受けて、当該冷却液を貯留可能なタンクと、
当該タンクに貯留された冷却液が所定の量に達したときに、下側に流出させるトラップ流出管と、
を備え、
当該トラップ流出管は、
第１の堰より上流側において前記タンクと共に冷却液を貯留可能な第１トラップ通路と、
第１の堰より下流側に設けられた第２の堰と、当該第１の堰との間において冷却液を貯留可能な第２トラップ通路と、
第２の堰より下流側において下側に延びており、冷却液を前記原子炉内又は前記格納容器内に導く下側延伸通路と、
を有することを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記トラップ流出管内のうち第１トラップ通路に貯留された冷却液と第２トラップ通路に貯留された冷却液との間に挟まれた水封空間から空気を吸入する空気抜き用サイホンを、
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記空気抜き用サイホンは、
第１の堰より上側に配置されており、前記水封空間から空気を吸入可能な空気吸入口と、
第２トラップ通路に配置されており、当該第２トラップ通路に貯留された冷却液が流入可能な中間口と、
前記下側延伸通路のうち前記中間口より下側に配置されており、当該中間口からの冷却液を排出すると共に、前記空気吸入口からの空気を排出可能な排出口と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記タンクは、前記格納容器内に配置されており、当該格納容器内で凝縮して生じた冷却液が流入するよう構成されている
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冷却システム。
【請求項５】
前記タンクより上側に配置されており、前記原子炉で発生した蒸気を凝縮させる非常用復水器を、さらに備え、
前記タンクは、当該非常用復水器から凝縮して生じた冷却液の供給を受ける
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冷却システム。
【請求項６】
前記タンクの底部から下側に延びており、当該タンク内に貯留されている冷却液を、前記格納容器内に流出させる常時流出管を、
さらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の冷却システム。
【請求項７】
前記下側延伸通路から流出した冷却液を受けて当該冷却液を下側に導くインジェクタと、
前記タンク内に貯留されている冷却液を前記インジェクタのうち前記下側延伸通路の径方向外側に導くインジェクタ流出管を、
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項８】
炉心を収容する原子炉と、
当該原子炉を格納する格納容器と、
前記原子炉内又は前記格納容器内で発生した蒸気が凝縮して生じた冷却液を受けて、当該冷却液を貯留可能なタンクと、
当該タンクに貯留された冷却液が所定の量に達したときに、下側に流出させるトラップ流出管と、
を備え、
当該トラップ流出管は、
第１の堰より上流側において前記タンクと共に冷却液を貯留可能な第１トラップ通路と、
第１の堰より下流側に設けられた第２の堰と、当該第１の堰との間において冷却液を貯留可能な第２トラップ通路と、
第２の堰より下流側において下側に延びており、冷却液を前記原子炉内又は前記格納容器内に導く下側延伸通路と、
を有することを特徴とする原子力発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、冷却液を原子炉内又は格納容器内に供給する冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラント等においては、従来から外部動力や外部電源を用いることなく、原子炉等を冷却するシステムが提案されている。例えば、原子炉に事故が発生したときに崩壊熱による炉心の過熱を防止するため、当該原子炉を冷却するシステム、いわゆる緊急炉心冷却システム（ＥＣＣＳ）がある。緊急炉心冷却システムは、例えば、一次冷却材喪失事故のように、通常の原子炉冷却が不可能となった場合に、炉心に冷却液を供給して、当該炉心の残留熱を除去する。
【０００３】
このような冷却システムにおいては、外部からの機械的動力や電力等の供給がなくとも作動して、原子炉を冷却することが求められている。例えば、下記の特許文献１に記載の原子炉冷却システムにおいては、原子炉圧力容器内で発生した蒸気により蒸気タービンを駆動し、当該蒸気タービンから得られた動力によりポンプを作動させることにより、蒸気タービンを駆動した後、凝縮して生じた冷却液を、再び原子炉圧力容器内に供給する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５５６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、外部動力を用いることなく原子炉に冷却液を供給するシステムには、原子炉圧力容器内で発生した蒸気を、格納容器内で凝縮させて、タンクに集め、当該タンクに貯留された冷却液を、冷却液の密度差等を用いて自然循環により原子炉に供給する技術が検討されている。
【０００６】
しかし、タンクに貯留された冷却液を、単に重力の作用により原子炉圧力容器等に供給するのでは、供給される冷却液の流量や流速が小さいため、炉心全体を冷却することの困難が予想される。冷却液の流量や速度を増大させるためには、タンク等に所定の量の冷却液が貯留された後、当該冷却液を原子炉に供給することも考えられるが、これには、原子炉への冷却液の供給を制御する弁と、当該弁を操作する手段が必要となる。緊急時において、このような弁を、貯留された冷却液の量に応じて開閉等の操作を行うことは困難である。
【０００７】
本発明の実施形態は、上記事情に鑑みてなされたものであって、外部動力や特別な操作を必要とすることなく、所定の量の冷却液を原子炉内又は格納容器内に間欠的に供給可能な冷却システム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】
【０００８】
本発明の実施形態の冷却システムは、原子炉内又は当該原子炉を格納する格納容器内で発生した蒸気が凝縮して生じた冷却液を受けて、当該冷却液を貯留可能なタンクと、当該タンクに貯留された冷却液が所定の量に達したときに、下側に流出させるトラップ流出管と、を備え、当該トラップ流出管は、第１の堰より上流側において前記タンクと共に冷却液を貯留可能な第１トラップ通路と、第１の堰より下流側に設けられた第２の堰と、当該第１の堰との間において冷却液を貯留可能な第２トラップ通路と、第２の堰より下流側において下側に延びており、冷却液を前記原子炉内又は前記格納容器内に導く下側延伸通路と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の実施形態の原子力発電プラントは、炉心を収容する原子炉と、当該原子炉を格納する格納容器と、前記原子炉内又は前記格納容器内で発生した蒸気が凝縮して生じた冷却液を受けて、当該冷却液を貯留可能なタンクと、当該タンクに貯留された冷却液が所定の量に達したときに、下側に流出させるトラップ流出管と、を備え、当該トラップ流出管は、第１の堰より上流側において前記タンクと共に冷却液を貯留可能な第１トラップ通路と、第１の堰より下流側に設けられた第２の堰と、当該第１の堰との間において冷却液を貯留可能な第２トラップ通路と、第２の堰より下流側において下側に延びており、冷却液を前記原子炉内又は前記格納容器内に導く下側延伸通路と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、外部動力や特別な操作を必要とすることなく、所定の量の冷却液を間欠的に原子炉内又は格納容器内に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の冷却システムとその周辺構成を模式的に示す断面立面図である。
【図２】第１の実施形態の冷却システムを模式的に示す断面立面図である。
【図３】第１の実施形態の冷却システムの動作について説明する図であり、第１トラップ通路の冷却液の液面が、第１の堰に達した状態を示す断面立面図である。
【図４】第１の実施形態の冷却システムの動作について説明する図であり、第２トラップ通路の冷却液の液面が上昇して、第２の堰に達した状態を示しており、空気抜き用サイホンが作動した状態を示す断面立面図である。
【図５】第１の実施形態の冷却システムの動作について説明する図であり、第１トラップ通路にある冷却液と第２トラップ通路にある冷却液がつながって、タンク内にある冷却液が流出管を通って流出している状態を示す断面立面図である。
【図６】第２の実施形態の冷却システムを模式的に示す断面立面図である。
【図７】第３の実施形態の冷却システムとその周辺構成を模式的に示す断面立面図である。
【図８】第３の実施形態の冷却システムを模式的に示す断面立面図である。
【図９】第４の実施形態の冷却システムとその周辺構成を模式的に示す断面立面図である。
【図１０】第５の実施形態の冷却システムとその周辺構成を模式的に示す断面立面図である。
【図１１】第６の実施形態の冷却システムを模式的に示す断面立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１３】
〔第１の実施形態〕
第１の実施形態の冷却システムについて、図１〜図５を用いて説明する。図１は、本実施形態の冷却システムとその周辺構成を模式的に示す断面立面図である。図２は、本実施形態の冷却システムを模式的に示す断面立面図である。
【００１４】
図３は、本実施形態の冷却システムの動作について説明する図であり、第１トラップ通路の冷却液の液面が、第１の堰に達した状態を示す断面立面図である。図４は、本実施形態の冷却システムの動作について説明する図であり、第２トラップ通路の冷却液の液面が上昇して、第２の堰に達した状態を示しており、空気抜き用サイホンが作動した状態を示す断面立面図である。図５は、本実施形態の冷却システムの動作について説明する図であり、第１トラップ通路にある冷却液と第２トラップ通路にある冷却液がつながって、タンク内にある冷却液が流出管を通って流出している状態を示す断面立面図である。
【００１５】
なお、各図において、鉛直方向のうち上側を「鉛直上側」と記して矢印Ｕで示し、下側を「鉛直下側」と記して矢印Ｄで示す。なお、鉛直方向に直交する方向を、単に「水平方向」と記す。
【００１６】
（冷却システムの概略構成）
本実施形態の冷却システム１０は、原子力発電プラント１に設けられている。原子力発電プラント１は、原子炉５と、当該原子炉５を格納する格納容器２を有している。原子炉５は、内部に図示しない炉心を収容している。格納容器２は、原子炉圧力容器を含む原子炉５と、その関連設備を収容している。当該関連設備には、例えば、主蒸気系の配管７や、当該配管７に設けられた主蒸気逃し安全弁（以下、単に「安全弁」と記す）８がある。なお、安全弁８は、原子炉５内を含む主蒸気系に圧力上昇が生じた場合に開くよう制御される。
【００１７】
原子炉５内において、冷却液は、炉心からの熱を受けて気化して蒸気となる。事故等により原子炉５内を含む主蒸気系の圧力が上昇して所定の値を超えると、安全弁８が開かれる。原子炉５内にある冷却液の蒸気は、配管７及び安全弁８を通って格納容器２内のドライウェル２ｃに放出される。ドライウェル２ｃに放出された蒸気は、例えば、容器内空間を画定する内壁２ａにおいて冷却されて凝縮する。このようにして、原子炉５内において発生した冷却液の蒸気は、格納容器２内において凝縮して、再び冷却液（いわゆる凝縮水）となる。
【００１８】
冷却システム１０は、格納容器２内において発生した蒸気が凝縮して生じた冷却液を貯留可能なタンク１２を有している。本実施形態において、タンク１２は、格納容器２内に配置されており、当該格納容器２内で凝縮して生じた冷却液が流入するよう構成されている。より具体的には、タンク１２は、格納容器２内のうち、鉛直方向に延びる内壁２ａの近傍に設けられており、原子炉圧力容器の頂部５ａより水平方向外側に配置されている。タンク１２は、鉛直上側に図示しない開口を有している。内壁２ａにおいて凝縮して鉛直下側に流れる冷却液は、図に矢印Ｆ１で示すようにタンク１２内に流入する。換言すれば、本実施形態のタンク１２は、原子炉５から蒸気として放出され、格納容器２内において凝縮して生じた冷却液の供給を受ける。
【００１９】
本実施形態の冷却システム１０は、上述したタンク１２に加えて、タンク１２内に貯留された冷却液が所定の量に達したときに、当該冷却液を鉛直下側に流出させる配管（以下、単に「トラップ流出管」と記す）２０を有している。トラップ流出管２０は、その内部に冷却液が流通可能な通路（以下、内部通路と記す）を有している。なお、トラップ流出管２０のうち内部通路を画定する壁面を、以下に「内壁」と記す。
【００２０】
トラップ流出管２０の内部通路は、鉛直下側が凸となるよう湾曲している部分２１，２６と、鉛直上側が凸となるよう湾曲している部分２３，２８とを交互に有している。トラップ流出管２０は、いわゆるサイホンとして構成されており、冷却液を貯留可能な通路部分（以下、「トラップ通路」と記す）２１，２６を２つ有している。２つのトラップ通路２１，２６は、図２に示す断面（立面）において略Ｕ字状をなしている。
【００２１】
なお、２つのトラップ通路２１，２６のうち、上流側すなわちタンク１２側にあるものを、以下に「第１トラップ通路２１」と記し、下流側すなわち冷却液の供給対象である原子炉５側にあるものを、以下に「第２トラップ通路２６」と記す。第１トラップ通路２１と第２トラップ通路２６には、冷却液が貯留される。トラップ流出管２０は、いわゆる二重トラップ管として構成されている。
【００２２】
第１トラップ通路２１は、タンク１２の下流側に設けられている。第１トラップ通路２１は、タンク１２の底部１２ａに接続されている。第１トラップ通路２１は、タンク１２内と連通しており、図に矢印Ｆ１で示すようにタンク１２内に流入した所定の量の冷却液を、当該タンク１２と共に貯留可能に構成されている。
【００２３】
第１トラップ通路２１のうち下流側は、鉛直上側に延びている。なお、第１トラップ通路２１の下流側を画定する内壁を、以下に「第１の堰」と記して符号２２を付す。つまり、第１トラップ通路２１は、第１の堰２２より上流側において冷却液を貯留する。第１トラップ通路２１に貯留されている冷却液は、その液面３１が鉛直上側に上昇すると、当該第１の堰２２を超えて、第２トラップ通路２６に流入する。
【００２４】
なお、トラップ流出管２０の内部通路のうち、第１トラップ通路２１と第２トラップ通路２６との間に設けられて当該トラップ通路２１，２６同士を接続する通路について、以下に「第１接続通路」と記して符号２３を付す。
【００２５】
第２トラップ通路２６は、第１の堰２２より下流側に設けられており、第１接続通路２３を介して第１トラップ通路２１と連通している。第２トラップ通路２６は、第１トラップ通路２１から第１の堰２２を超えて流入した冷却液を受けて、当該冷却液を貯留可能に構成されている。
【００２６】
第２トラップ通路２６のうち下流側は、鉛直上側に延びている。なお、第１の堰２２より下流側に設けられており、且つ第２トラップ通路２６の下流側を画定する内壁を、以下に「第２の堰」と記して符号２７を付す。つまり、第２トラップ通路２６は、第２の堰２７より上流側、詳細には、第１の堰２２と第２の堰２７との間において、冷却液を貯留する。第２トラップ通路２６に貯留されている冷却液は、その下流側の液面３３が鉛直上側に上昇すると、当該第２の堰２７を超えて、後述する下側延伸通路２９に流入する。
【００２７】
トラップ流出管２０は、第２の堰２７より下流側において、冷却液の供給対象すなわち原子炉５に向かうに従って鉛直下側に位置するよう延びている通路（以下、下側延伸通路と記す）２９を有している。第１トラップ通路２１及び第２トラップ通路２６を通り、第２の堰２７を超えて下側延伸通路２９に流入した冷却液は、重力の作用により当該下側延伸通路２９を鉛直下側に流れて、原子炉５に向けて導かれる。
【００２８】
なお、トラップ流出管２０の内部通路のうち、第２トラップ通路２６と下側延伸通路２９との間には、第２トラップ通路２６と下側延伸通路２９とを接続する通路を、以下に「第２接続通路」と記して符号２８を付す。
【００２９】
以上のように構成されたトラップ流出管２０の内部通路は、タンク１２内の冷却液が貯留される底部１２ａと連通している。タンク１２が矢印Ｆ１で示すように冷却液（凝縮水）を受けると、タンク１２内に加えて、第１トラップ通路２１にも、冷却液が貯留される。
【００３０】
なお、第２トラップ通路２６には、前回、トラップ流出管２０がサイホンとして作動したときに、第２の堰２７を超えることができず、原子炉５に向けて供給されなかった冷却液が残っている。
【００３１】
トラップ流出管２０内の第１接続通路２３には、図２〜図４に示すように、第１トラップ通路２１に貯留されている冷却液と、第２トラップ通路２６に貯留されている冷却液により、空気が挟まれた空間（以下、水封空間と記す）３０が形成される。
【００３２】
タンク１２内に貯留される冷却液の量が増大するに従って、第１トラップ通路２１に貯留されている冷却液の液面３１（図２参照）が上昇する。当該液面３１の上昇により、水封空間３０にある空気は圧縮される。すなわち水封空間３０の容積が減少すると共に、当該水封空間３０にある空気圧力が上昇する。水封空間３０にある空気は、第１トラップ通路２１にある冷却液と、第２トラップ通路２６にある冷却液とを遮断しているため、トラップ流出管２０がサイホンとして機能する妨げとなる。
【００３３】
（空気抜き用サイホンの構成）
そこで、本実施形態の冷却システム１０は、水封空間３０から空気を抜くためのサイホン（以下、単に「空気抜き用サイホン」と記す）４０を有している。空気抜き用サイホン４０は、同じくサイホンとして構成されたトラップ流出管２０の作動を補助する、いわゆる「補助サイホン」として構成されており、以下にその詳細を説明する。
【００３４】
図２に示すように、本実施形態の空気抜き用サイホン４０は、３つの開口４１，４４，４８を有する管として構成されている。具体的には、空気抜き用サイホン４０は、水封空間３０から空気を吸入するための開口（以下、空気吸入口と記す）４１と、吸入された空気及び冷却液を排出する開口（以下、単に「排出口」と記す）４８とを有している。
【００３５】
加えて、空気抜き用サイホン４０は、空気吸入口４１と排出口４８との間に設けられて第２トラップ通路２６の冷却液が流入する開口（以下、中間口と記す）４４を有している。空気吸入口４１、中間口４４、排出口４８は、互いに連通している。なお、本実施形態において、空気抜き用サイホン４０は、トラップ流出管２０の内部通路に設けられている。
【００３６】
空気吸入口４１は、第１接続通路２３に配置されており、より具体的には、第１の堰２２より鉛直上側に配置されている。すなわち、空気吸入口４１は、第１接続通路２３に水封空間３０が形成されたときに当該水封空間３０に面するような位置に配置されている。なお、空気吸入口４１は、第１接続通路２３のうちなるべく鉛直上側に配置されることが好ましい。
【００３７】
中間口４４は、第２トラップ通路２６に配置されており、より具体的には、第２トラップ通路２６の鉛直上側の内壁のうち最も低い部分２５より鉛直下側に配置されている。すなわち、中間口４４は、第２トラップ通路２６に冷却液が溜まったときに、当該冷却液に面するよう配置されている。
【００３８】
中間口４４からの冷却液と空気吸入口４１からの空気が合流する合流部４３は、当該中間口４４より鉛直上側に設けられている。これにより、空気吸入口４１から空気抜き用サイホン４０に流入した空気は、合流部４３を通って排出口４８に向けて流れる。
【００３９】
排出口４８は、下側延伸通路２９内に配置されており、より具体的には、中間口４４より鉛直下側に配置されている。空気抜き用サイホン４０のうち排出口４８と中間口４４との間に冷却液が充填されると、当該冷却液にはサイホン作用が生じて、中間口４４から流入した冷却液は、より下側にある排出口４８から排出される。
【００４０】
このとき、空気吸入口４１からは、水封空間３０にある空気が吸入される。当該空気は、合流部４３において中間口４４からの冷却液と合流して、冷却液と共に排出口４８から下側延伸通路２９内に排出される。
【００４１】
（冷却システムの動作）
以上に説明した本実施形態の冷却システムの動作について、図１〜図５を用いて説明する。
【００４２】
図１及び図２に矢印Ｆ１で示すように、本実施形態の冷却システム１０は、原子炉５からドライウェル２ｃに蒸気として放出され、格納容器２内において蒸気が凝縮して生じた冷却液（凝縮水）をタンク１２で受ける。タンク１２内と、これに連通しているトラップ流出管２０の第１トラップ通路２１には、冷却液が貯留される。
【００４３】
なお、第２トラップ通路２６には、前回、冷却液を原子炉５に供給した際に、第２の堰２７を超えられなかった冷却液が貯留されている。第２トラップ通路２６に貯留されている冷却液と、第１トラップ通路２１に貯留されている冷却液との間には、空気で満たされた水封空間３０がある。
【００４４】
タンク１２内にさほど冷却液が貯留されておらず、当該水封空間３０の空気圧力が比較的低い場合、図２に示すように、タンク１２内に貯留されている冷却液の液面１１と、第１トラップ通路２１の下流側の冷却液の液面３１との間には、ほぼ高低差が生じない。同様に、第２トラップ通路２６の上流側の液面３２と下流側の液面３３との間にも、ほぼ高低差が生じない。
【００４５】
タンク１２内に貯留される冷却液の量が増大するに従って、第１トラップ通路２１の下流側の冷却液の液面３１が上昇する。当該液面３１が上昇するに従って、水封空間３０にある空気が圧縮される。図２及び図３に示すように、当該空気の圧力を受けて、第２トラップ通路２６のうち、上流側の液面３２が下降すると共に下流側の液面３３が上昇する。
【００４６】
図３に示すように、第１トラップ通路２１に貯留された冷却液の液面３１が、第１の堰２２より僅かに鉛直上側に達すると、第１トラップ通路２１にある冷却液は、第１の堰２２を超えて第２トラップ通路２６に流入する。これにより、第２トラップ通路２６に貯留される冷却液の量が増大する。
【００４７】
第１トラップ通路２１からの冷却液が第２トラップ通路２６に流入するに従って、第２トラップ通路２６の上流側の液面３２と下流側の液面３３は、高低差を保ったまま双方共に上昇する。このとき、空気抜き用サイホン４０内の冷却液も、下流側の液面３３と同じ高さまで上昇している。第２トラップ通路２６の上流側の液面３２が上昇するに従って、水封空間３０の空気は圧縮され、圧力が上昇する。
【００４８】
図４に示すように、第２トラップ通路２６の下流側の液面３３が、第２の堰２７より僅かに鉛直上側に達し、第２トラップ通路２６にある冷却液が第２の堰２７を超えて下側延伸通路２９に流出すると、空気抜き用サイホン４０内の冷却液も排出口４８から流出する。このとき、空気抜き用サイホン４０のうち、中間口４４からは、冷却液が流入する。すなわち、サイホン作用により中間口４４から排出口４８に向かう冷却液の流れが生じる。当該流れにより、空気吸入口４１からは、水封空間３０にある空気が吸入される。空気吸入口４１から吸入された空気は、合流部４３を通って、中間口４４からの冷却液と共に排出口４８に向けて流れ、当該排出口４８から下側延伸通路２９に排出される。
【００４９】
水封空間３０にある空気が減少することにより、図５に示すように、第１トラップ通路２１の冷却液と第２トラップ通路２６の冷却液がつながり、当該冷却液にはサイホン作用が生じる。当該冷却液は、第２の堰２７を超えて下側延伸通路２９を下流側に流れる。これにより、タンク１２内に貯留されていた冷却液のうち所定の量が、トラップ流出管２０内を通って原子炉５内に供給される。
【００５０】
所定の量の冷却液が原子炉５内に供給されると、図２に示すように、タンク１２内の液面１１及び第１トラップ通路２１の液面３１の位置が低下して、タンク１２からの冷却液の流出が止まる。
【００５１】
その後、図２に矢印Ｆ１で示すようにタンク１２が冷却液の供給を受けることにより、液面１１，３１は、上昇し、タンク１２内に貯留された冷却液が、所定の量に達したときに、再び、空気抜き用サイホン４０及びトラップ流出管２０がサイホンとして作動して、当該冷却液を原子炉５内に供給する。
【００５２】
（まとめ）
以上に説明したように、本実施形態の冷却システムは、図１に示すように格納容器２内に設けられて、原子炉５内に所定の量の冷却液を、間欠的に供給するものである。冷却システム１０は、原子炉５から蒸気として放出され、格納容器２内において凝縮して生じた冷却液（凝縮水）の供給を受けて、当該冷却液を貯留するタンク１２と、当該タンク１２に貯留された冷却液を、供給対象である原子炉５内に導くトラップ流出管２０とを有する。
【００５３】
トラップ流出管２０は、図２に示すように、第１の堰２２より上流側において当該タンク１２と共に冷却液を貯留可能な第１トラップ通路２１と、第１の堰２２より下流側に設けられた第２の堰２７と、当該第１の堰２２との間において冷却液を貯留可能な第２トラップ通路２６と、第２の堰２７より下流側において、冷却液の供給対象に向かうに従って鉛直下側に位置するよう延びている下側延伸通路２９とを有するものとした。
【００５４】
タンク１２内に貯留される冷却液の量が増大するに従って、第１トラップ通路２１に貯留されている冷却液の液面３１が上昇する。第１トラップ通路２１にある冷却液が、第１の堰２２を超えて第２トラップ通路２６に流入すると、第２トラップ通路２６の下流側の冷却液の液面３３が上昇する。
【００５５】
第２トラップ通路２６にある冷却液が第２の堰２７を超えて、下側延伸通路２９に流出するときに、第１トラップ通路２１にある冷却液と第２トラップ通路２６にある冷却液がつながれば、当該冷却液には、サイホン作用が生じる。タンク１２内に貯留されていた冷却液を下側延伸通路２９から原子炉５内（供給対象）に供給することができる。
【００５６】
本実施形態によれば、外部動力や特別な操作を必要とすることなく、トラップ流出管２０内の冷却液にサイホン作用を生じさせて、所定の量の冷却液を間欠的に原子炉５内又は格納容器２内に供給することができる。間欠的に供給することにより、一度に供給される冷却液の流量や速度を増大させて、原子炉５等を良好に冷却することが可能となる。
【００５７】
また、本実施形態の冷却システムは、トラップ流出管２０内のうち第１トラップ通路２１に貯留された冷却液と第２トラップ通路２６に貯留された冷却液との間に挟まれた水封空間３０から、空気抜き用サイホン４０が空気を吸入するものとした。水封空間３０をなくし、第１トラップ通路２１にある冷却液と第２トラップ通路２６にある冷却液とを確実につなげて、当該冷却液にサイホン作用を生じさせることができる。
【００５８】
本実施形態の空気抜き用サイホン４０は、第１の堰２２より鉛直上側に配置されており、前記水封空間３０から空気を吸入可能な空気吸入口４１と、第２トラップ通路２６に配置されており、当該第２トラップ通路２６に貯留された冷却液が流入可能な中間口４４と、下側延伸通路２９のうち中間口４４より鉛直下側に配置されており、中間口４４からの冷却液を排出すると共に、空気吸入口４１からの空気を排出可能な排出口４８とを有するものとした。
【００５９】
トラップ流出管２０において、第２トラップ通路２６にある冷却液が、第２の堰２７を超えると、中間口４４から流入した冷却液が排出口４８から排出されると共に、空気吸入口４１から吸入された空気が当該排出口４８から排出される。この態様によれば、第２トラップ通路２６にある冷却液が第２の堰２７を超えたときに、トラップ流出管２０を自動的にサイホンとして作動させることができる。
【００６０】
なお、本実施形態において、トラップ流出管２０内には、空気抜き用サイホン４０（図２参照）が設けられているものとしたが、本発明に係る冷却システムは、この態様に限定されるものではない。トラップ流出管２０は、冷却液を貯留可能な第１トラップ通路２１及び第２トラップ通路２６と、下側延伸通路２９とを有していれば良い。タンク１２内に貯留された冷却液の液圧により、第１トラップ通路２１にある冷却液と第２トラップ通路２６にある冷却液とをつなげることができれば、空気抜き用サイホン４０が備えられていなくとも、トラップ流出管２０をサイホンとして作動させることができる。
【００６１】
また、本実施形態において、タンク１２は、図１に示すように、格納容器２内に設けられ、格納容器２内において凝縮して生じた冷却液（凝縮水）が供給されるものとしたが、タンク１２に冷却液を供給する態様は、これに限定されるものではない。タンク１２に供給される冷却液は、原子炉５から蒸気として放出されたものであれば良く、以下にその一例について説明する。
【００６２】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の冷却システムについて図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の冷却システムを模式的に示す断面立面図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一又は対応する符号を付して説明を省略する。
【００６３】
本実施形態の冷却システム１０Ｂは、原子炉５が主復水器（図示せず）から隔離された場合に、原子炉５で発生した蒸気を凝縮させる非常用復水器１４を有している。非常用復水器１４は、原子炉隔離時冷却系（ＲＣＩＣ）を構成するものであり、原子炉５が主復水器（図示せず）から隔離された場合に、原子炉５で発生した蒸気が導かれる。冷却システム１０Ｂは、原子炉５において発生した蒸気を非常用復水器１４に導く配管（以下、蒸気配管と記す）１３を有している。蒸気配管１３は、原子炉５から鉛直上側に延びており、非常用復水器１４に接続されている。非常用復水器１４は、図に矢印Ｆ３で示すように、当該蒸気配管１３を介して原子炉５からの蒸気を受け、当該蒸気を凝縮させる。
【００６４】
非常用復水器１４は、冷却液を貯留するタンク１２より鉛直上側に配置されている。冷却システム１０Ｂは、非常用復水器１４において凝縮して生じた冷却液をタンク１２に導く配管（以下、凝縮水配管と記す）１５を有している。凝縮水配管１５は、非常用復水器１４から鉛直下側に延びており、タンク１２に接続されている。タンク１２は、当該凝縮水配管１５を介して非常用復水器１４からの冷却液を受け、当該冷却液を貯留する。
【００６５】
本実施形態によれば、原子炉５で発生した蒸気を非常用復水器１４で効率よく冷却液にしてタンク１２に貯留することができる。冷却システム１０Ｂは、タンク１２に貯留された冷却液が所定の量に達すると、トラップ流出管２０がサイホンとして作動して、タンク１２からの冷却液を原子炉５内に供給する。冷却システム１０Ｂは、外部動力や特別な操作を必要とすることなく、原子炉５を冷却することができる。
【００６６】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の冷却システムについて図７及び図８を用いて説明する。図７は、本実施形態の冷却システムとその周辺構成を模式的に示す断面立面図である。図８は、本実施形態の冷却システムを模式的に示す断面立面図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一又は対応する符号を付して説明を省略する。
【００６７】
図７に示すように、本実施形態の冷却システム１０Ｃは、タンク１２の底部１２ａから鉛直下側に延びており、タンク１２内に貯留されている冷却液を、重力の作用により、原子炉５に向けて流出させる配管（以下、常時流出管と記す）１６を有している。タンク１２内の底部１２ａに冷却液が貯留されている限り、常時流出管１６は、当該底部１２ａにある冷却液を鉛直下側に流す。
【００６８】
本実施形態において、原子炉５の水平方向外側には、鉛直方向に延びるペデスタル壁１８が設けられている。ペデスタル壁１８の水平方向内側には、原子炉５の圧力容器の下側部分５ｃが配置されている。格納容器２内のうちペデスタル壁１８の内側には、圧力容器のうち少なくとも下側部分５ｃに面しており且つ冷却液を貯留可能な空間（以下、下側空間と記す）１９が形成されている。
【００６９】
常時流出管１６は、ペデスタル壁１８を貫通して下側空間１９に延びている。常時流出管１６から流出した冷却液は、下側空間１９に貯留される。下側空間１９に所定の量、冷却液が貯留されると、当該冷却液に圧力容器の下側部分５ｃが冠水する。
【００７０】
図８に示すように、タンク１２内には、矢印Ｆ１で示すように凝縮して生じた冷却液が供給される。タンク１２の底部１２ａには、冷却液が貯留される。常時流出管１６は、タンク１２内と連通している。底部１２ａに貯留されている冷却液は、重力の作用により常時流出管１６内を通って鉛直下側に流出する。
【００７１】
これにより、原子炉５の下側空間１９に冷却液が貯留され、圧力容器の下側部分５ｃを冠水させることができる。なお、常時流出管１６内を通って流出する冷却液の流量は、常時流出管１６の内径や、タンク１２との接続部の流路断面積を変えることにより調整される。
【００７２】
常時流出管１６内を通って流出する流量が、タンク１２内に供給される流量に比べて小さい場合、タンク１２内の冷却液の液面１１は、上昇する。タンク１２内に貯留される冷却液の量が所定の量に達したときに、トラップ流出管２０がサイホンとして作動して、タンク１２内の冷却液の大部分を、原子炉５内に供給する。本実施形態においても、外部動力や特別な操作を必要とすることなく、タンク１２内に供給された冷却液により、原子炉５を冷却することができる。
【００７３】
〔第４の実施形態〕
第４の実施形態の冷却システムについて図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の冷却システムとその周辺構成を模式的に示す断面立面図である。なお、第１、第２及び第３の実施形態と略共通の構成については、同一又は対応する符号を付して説明を省略する。
【００７４】
図９に示すように、本実施形態の冷却システム１０Ｅは、第１の実施形態と同様に、タンク１２、トラップ流出管２０Ｅを有している。さらに、冷却システム１０Ｅは、タンク１２より鉛直上側に配置されて原子炉５で発生した蒸気を凝縮させる非常用復水器１４と、原子炉５において発生した蒸気を非常用復水器１４に導く蒸気配管１３と、非常用復水器１４において凝縮して生じた冷却液を、タンク１２に導く凝縮水配管１５とを有している。タンク１２は、非常用復水器１４から当該凝縮水配管１５を通して凝縮して生じた冷却液の供給を受ける。
【００７５】
本実施形態のトラップ流出管２０Ｅは、ペデスタル壁１８を貫通して下側空間１９に延びている。トラップ流出管２０Ｅは、タンク１２に貯留された所定の量の冷却液を、間欠的に下側空間１９に流出させる。一方、本実施形態の常時流出管１６Ｅは、タンク１２と原子炉５とを接続しており、タンク１２内に貯留されている冷却液を、重力の作用により常時、原子炉５内に導く。
【００７６】
本実施形態においては、タンク１２内に貯留される冷却液の量が所定の量に達したときに、トラップ流出管２０Ｅがサイホンとして作動して、タンク１２内の冷却液の大部分を、原子炉５の鉛直下側にある下側空間１９に供給する。本実施形態によれば、外部動力や特別な操作を必要とすることなく、原子炉５内及び格納容器２内を冷却することができる。本実施形態は、原子炉５の炉心溶融物が圧力容器の下側部分５ｃを貫通して下側空間１９に落下した場合に、当該炉心溶融物を冷却するのに適している。
【００７７】
〔第５の実施形態〕
第５の実施形態の冷却システムについて図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態の冷却システムとその周辺構成を模式的に示す断面立面図である。なお、第１〜第４の実施形態と略共通の構成については、同一又は対応する符号を付して説明を省略する。
【００７８】
図１０に示すように、本実施形態において、上述した非常用復水器１４は、タンク１２より鉛直上側であって格納容器２の外に配置されている。一方、格納容器２内には、事故時において格納容器２内の圧力を低下させるための圧力抑制室１７が形成されている。
【００７９】
本実施形態の冷却システム１０Ｇは、原子炉５からドライウェル２ｃに放出された蒸気を非常用復水器１４に導く蒸気配管１３Ｇと、非常用復水器１４において凝縮した冷却水をタンク１２に導く凝縮水配管１５とを有している。タンク１２は、格納容器２を貫通して延びる凝縮水配管１５を通して、非常用復水器１４からの凝縮した冷却液の供給を受ける。
【００８０】
本実施形態の冷却システム１０Ｇにおいて、常時流出管１６Ｇは、前記タンク１２の底部１２ａから鉛直下側に圧力抑制室１７まで延びている。常時流出管１６Ｇは、当該タンク１２内に貯留されている冷却液を、圧力抑制室１７に流出させる。
【００８１】
一方、トラップ流出管２０Ｅは、タンク１２から鉛直下側にペデスタル壁１８を貫通して延びている。トラップ流出管２０Ｅは、タンク１２に貯留された所定の量の冷却液を、間欠的に当該下側空間１９に流出させる。この態様によっても原子炉５を冷却することが可能である。
【００８２】
〔第６の実施形態〕
第６の実施形態の冷却システムについて図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態の冷却システムを模式的に示す断面立面図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一又は対応する符号を付して説明を省略する。
【００８３】
本実施形態の冷却システムは、トラップ流出管２０の下側延伸通路２９から流出した冷却液を受けて当該冷却液を鉛直下側に導くインジェクタ６０を有している。インジェクタ６０は、その上流側の端部が、下側延伸通路２９の下流側端部２９ｃの径方向外側に位置するよう構成されている。
【００８４】
さらに、冷却システムは、タンク１２内に貯留されている冷却液をインジェクタ６０のうち下側延伸通路２９の下流側端部２９ｃの径方向外側に導くインジェクタ流出管５０とを有している。インジェクタ流出管５０は、タンク１２の上面１２ｅより鉛直下側に配置されている。
【００８５】
このように構成された冷却システムにおいて、トラップ流出管２０がサイホンとして作動して、下流側端部２９ｃから冷却液の流出が始まると、当該冷却液の流れによりインジェクタ６０がインジェクタ流出管５０内にある空気を吸入し、排出する。インジェクタ流出管５０がサイホンとして作動すると、タンク１２内の冷却水がインジェクタ流出管５０を通ってインジェクタ６０に流れる。これにより、タンク１２から流出する冷却液の流量を増大させることができる。
【００８６】
また、トラップ流出管２０が破損や閉塞によりサイホンとして作動しない場合においても、タンク１２内の冷却液の液面１１が、インジェクタ流出管５０より鉛直上側に位置することにより、タンク１２内に貯留された冷却液の重力により、インジェクタ流出管５０がサイホンとして作動して、タンク１２の冷却液をインジェクタ６０に流出させることができる。これにより、タンク１２の溢水を防ぐことができる。
【００８７】
〔他の実施形態〕
上述した各実施形態において、タンク１２は、図１に示すように格納容器２内に配置されているものとしたが、本発明に係るタンクは、この態様に限定されるものではない。タンク１２は、原子炉で発生した蒸気が凝縮して生じた冷却液を受けることが可能なものであれば良く、格納容器２の外に配置して、格納容器２外を延びている配管を通して冷却液の供給を受けることもできる。
【００８８】
また、上述した各実施形態において、タンク１２が受ける冷却液は、図１に示すように原子炉５内から蒸気として放出され、格納容器２内において当該蒸気が凝縮して冷却液となるものとしたが、本発明は、この態様に限定されるものではない。当該蒸気は、原子炉５外であって格納容器２内において発生するものとしても良い。
【００８９】
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、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、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】
【００９０】
１  原子力発電プラント、２  格納容器、２ａ  内壁、２ｃ  ドライウェル、５  原子炉、５ａ  頂部、５ｃ  下側部分、７  配管、８  安全弁、１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｅ，１０Ｇ  冷却システム、１１  液面、１２  タンク、１２ａ  底部、１２ｅ  上面、１３，１３Ｇ  蒸気配管、１４  非常用復水器、１５  凝縮水配管、１６，１６Ｅ，１６Ｇ  常時流出管、１７  圧力抑制室、１８  ペデスタル壁、１９  下側空間、２０，２０Ｅ  トラップ流出管、２１  第１トラップ通路（トラップ通路、内部通路、部分）、２２  第１の堰、２３  第１接続通路（内部通路、部分）、２５  部分、２６  第２トラップ通路（トラップ通路、内部通路、部分）、２７  第２の堰、２８  第２接続通路（内部通路、部分）、２９  下側延伸通路（内部通路、部分）、２９ｃ  下流側端部、３０  水封空間、３１，３２，３３  液面、４０  空気抜き用サイホン、４１  空気吸入口（開口）、４３  合流部、４４  中間口（開口）、４８  排出口（開口）、５０  インジェクタ流出管、６０  インジェクタ。
【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】
2017058178.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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