(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器の外側に差圧測定管（８）が設けられ、該測定管（８）は臨界水位（Ｋ）の上側で互いに結合した第１管脚（８Ａ）と第２管脚（８Ｃ）から成る逆Ｕ字形管の形をなし、前記第１管脚（８Ａ）が臨界水位（Ｋ）の高さで原子炉圧力容器の内部室（４）に連通し、第１管脚（８Ａ）と第２管脚（８Ｃ）の間に存在し差圧を検出する測定装置（１８）が設けられ、該装置（１８）が、所定の差圧を超過した際に原子炉圧力容器の冷却を開始することを特徴とする沸騰水形原子炉設備の原子炉圧力容器の冷却装置。
【請求項２】
第１管脚（８Ａ）が少なくとも臨界水位（Ｋ）の近くの下部部位において外被管（１２）により包囲され、該外被管（１２）が原子炉圧力容器の内部室（４）に連通していることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
外被管（１２）が、第１流れ経路（１４Ａ）を経て原子炉圧力容器の内部室（４）に臨界水位（Ｋ）の下側で接続され、第２流れ経路（１４Ｂ）で内部室（４）に臨界水位（Ｋ）の上側で接続されたことを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
第１管脚（８Ａ）の下端（１０）が開き、かつ外被管（１２）の内部に臨界水位（Ｋ）の高さで配置されたことを特徴とする請求項２又は３記載の装置。
【請求項５】
差圧測定管（８）が原子炉圧力容器の外側に配置されたスタンドパイプ（１６）に接続され、該パイプ（１６）が原子炉圧力容器の内部室（４）に連通することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の装置。
【請求項６】
外被管（１２）の第１、第２流れ経路（１４Ａ、１４Ｂ）がスタンドパイプ（１６）に接続されたことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
差圧測定管（８）の最高点に排気装置（３０）が設けられたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
【請求項８】
測定装置（１８）が、原子炉圧力容器の周りに配置された外部室（６）に開口する浸水系配管（２８）の遮断弁（２６）を制御することを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
【請求項９】
測定装置（１８）が圧縮ガス管（２４）の空気弁（２２）に接続され、該弁（２２）が遮断弁（２６）にこれを制御するために接続されたことを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
第１測定管（１８Ａ）が第１管脚（８Ａ）を、第２測定管（１８Ｂ）が第２管脚（８Ｃ）を各々測定装置（１８）に流体的に接続することを特徴とする請求項１から９の１つに記載の装置。
【請求項１１】
差圧測定管（８）が設けられ、この差圧測定管（８）が臨界水位（Ｋ）の上側で互いに結合された第１管脚（８Ａ）と第２管脚（８Ｃ）とから成る逆Ｕ字形管の形をなし、正常運転中、水で満たされ、第１管脚（８Ａ）が臨界水位（Ｋ）の高さで原子炉圧力容器の内部室（４）に連通し、原子炉圧力容器の水位が臨界水位（Ｋ）を下回ったとき、水が第１管脚（８Ａ）から流出し、これにより生ずる第１管脚（８Ａ）と第２管脚（８Ｃ）との間の差圧が、冷却を開始させるための基準として使用されることを特徴とする沸騰水形原子炉設備における原子炉圧力容器の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水形原子炉設備の原子炉圧力容器の冷却装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最新の沸騰水形原子炉設備に対する基本的形態は、例えば非特許文献１に示されている。そこに記載の沸騰水形原子炉は、特に受動式安全装置により特徴づけられる。原子炉圧力容器は特に浸水系貯水槽を有する格納容器内に配置され、その浸水系貯水槽から浸水系配管が原子炉圧力容器内に開口している。非常時、浸水系配管を経て浸水系貯水槽から冷却水が、重力だけで原子炉圧力容器内に導入される。原子炉圧力容器のこの「内部冷却」が故障した際、原子炉圧力容器はその代わりに外部から水に浸して冷却される。この「外部冷却」の作動開始は、内部浸水よりも低い水位（臨界水位）で受動的に行わねばならない。
【０００３】
沸騰水形原子炉の原子炉圧力容器は、運転中標準水位迄水で満たされる。この標準水位の上側に蒸気室が続く。安全運転の保障、特に原子炉の十分な冷却の保障に対する重要な基準はその水位にある。水位が臨界水位を下回ると、特別な冷却処置が始まる。水位を監視すべく、通常原子炉に対し平行に延びるスタンドパイプが設けられ、該パイプは、その中に原子炉圧力容器の水位に対応した水位を生ずるよう、原子炉圧力容器の内部室に連通している。原子炉圧力容器の実際水位の検出は、スタンドパイプ内の圧力測定で行われる。水位を検出するこの種装置は、例えば特許文献１や２で知られている。しかしそれら装置の場合、スタンドパイプの配管系内に非凝縮性ガスが集まり、測定結果を大きく狂わせる恐れがある。非凝縮性ガスの障害を除去する方法は、特許文献３に記載されている。これら公知の水位測定装置は、非常に高い経費を要する欠点がある。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５４７５７２０号明細書
【特許文献２】
米国特許第４７１６０１４号明細書
【特許文献３】
欧州特許第０７６６８１３号明細書
【非特許文献１】
シーメンス  パワー−ジャーナル（Siemens Power-Journal）、１９９６年２月、ｐｐ．１８−２２、「シーメンス製品ＳＷＲ１０００“未来の沸騰水形原子炉”」
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、臨界水位を下回わったときも、原子炉圧力容器を運転可能なように簡単且つ確実に冷却することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に基づき、原子炉圧力容器の外側に差圧測定管を設け、該測定管を臨界水位の上側で互いに結合した第１管脚と第２管脚とから成る逆Ｕ字形管の形とし、その第１管脚を臨界水位の高さで原子炉圧力容器の内部室に連通させ、第１管脚と第２管脚との間に存在する差圧を検出する測定装置を設け、該装置が、所定の差圧を超過した際に原子炉圧力容器の冷却を開始するよう構成することで解決される。
【０００７】
本発明のこの形態は、臨界水位の下回りをいわば直接検出するという基本的思想によっている。そのため、特に逆Ｕ形管の形をなす差圧測定管を設け、その第１管脚を原子炉圧力容器の内部室に接続する。正常運転中、差圧測定管は完全に水で満たししておく。第１、第２両管脚間に、特にほぼ臨界水位の高さでは、殆ど差圧は存在しない。このことは、差圧が０．１バールよりずっと小さいことを意味する。原子炉圧力容器内の水位が臨界水位を下回わると、第１管脚を原子炉圧力容器に連通させたことにより、第１管脚から水が流出し、原子炉圧力容器から蒸気が流入する。第１管脚と原子炉圧力容器との流体的接続とは、原子炉圧力容器が臨界水位を下回わったとき、第１管脚からの水の少なくとも部分的な流出を保障するような内部室とのあらゆる接続を意味する。いまや空になった第１管脚と、なお水で満たされている第２管脚との差圧が著しく増大する。典型的に差圧は０．５〜１バールの大きさの値迄増大する。差圧を測定装置で検出し、測定装置で原子炉圧力容器を外部冷却するのに適した処置を開始させる。
【０００８】
この装置の大きな利点は、臨界水位を下回った際、測定装置が差圧のかなり大幅な増大を確実に疑いなしに検出することにある。そのために重要なのは、水が第２管脚から完全に流出することである。臨界水位を下回わったのを検出するために、高価な評価技術と特別な操縦技術は不要である。これに伴い、測定ないし検量誤差が生ずる恐れはなくなる。同時に全体として、緊急冷却の受動的検出と開始が行える。ここで受動式とは、臨界水位を下回わったことを検出する全装置が、何らの電子制御回路や他の能動的に制御される部品なしに構成でき、かつ監視員の操作も不要なことを意味する。この結果、高度の安全性が得られる。
【０００９】
本発明の有利な実施態様では、第１管脚の、少なくとも臨界水位近傍の下部部位で外被管により包囲し、該外被管を原子炉圧力容器の内部室に連通させる。従って差圧測定管を、内側管としての第１管脚と、これと同心的に配置された外側管としての外被管とから成る二重管の形に形成する。外被管と原子炉圧力容器の内部室との連通により、外被管内に、原子炉圧力容器内の水位に相当した水位が生ずる。この結果、原子炉圧力容器内の水位が低下すると、外被管の上部部位が徐々に蒸気で満たされ、この結果、内側管、即ち第１管脚が加熱される。この処置により、大きな機械的荷重を生じる、上述の凝縮衝撃の発生を防止できる。臨界水位を下回わったとき、そのような加熱がないなら、内側管は冷たい水が流出した後、直ちに高温蒸気を供給され、その蒸気が低温の内側管で凝縮して、上述の凝縮衝撃をひき起こしてしまう。
【００１０】
外被管と原子炉圧力容器の内部室とを、特に目的に適うよう接続可能とするため、外被管を第１流れ経路を経て原子炉圧力容器の内部室に臨界水位の下側で接続し、第２流れ経路で内部室に臨界水位の上側で接続すると有利である。
【００１１】
形態をできるだけ単純化する意味で、第１管脚の下端、即ち内側管の下端を開き、外被管の内部に臨界水位の高さで配置する。この形態により、下端開口端の配置に伴い簡単に、所望の高さに臨界水位を形成できる。第１管脚は、外被管を経て原子炉圧力容器に間接的に接続される。
【００１２】
本発明の有利な実施態様では、差圧測定管を圧力容器外に配置したスタンドパイプに接続し、該パイプを原子炉圧力容器の内部室に連通させる。スタンドパイプを原子炉圧力容器の内部室に、臨界水位下にある下側開口部位を経て、かつ臨界水位上にある上側開口部位を経て各々接続するとよい。スタンドパイプは通常既に存在し、例えば一般的な方式で原子炉圧力容器の水位を測定すべく使用されている。スタンドパイプに差圧測定管を接続することで、差圧測定管を既存の設備に、原子炉圧力容器に貫通開口を開けることなく簡単に追加装備できる。
【００１３】
形態をできるだけ単純にするため、外被管の第１、第２両流れ経路をスタンドパイプに接続する。スタンドパイプを第１、第２両開口部位を経て原子炉圧力容器に接続することで、初めにスタンドパイプ内・外被管内に、原子炉圧力容器内の水位に相当する水位を形成する。即ち、外被管をスタンドパイプに連通させ、かつこのスタンドパイプを原子炉圧力容器の内部室に連通させる。
【００１４】
差圧測定管に初めて水を充填する際に気体が集まるのを防止するため、差圧測定管の最高点に排気装置を設けるとよい。
【００１５】
本発明の有利な実施態様では、測定装置は、原子炉圧力容器の周りに配置した外部室に開口する浸水系配管の遮断弁を制御する。即ち、必要に応じ原子炉圧力容器を外から浸水状態にする。この外部浸水により、熱を原子炉圧力容器の壁から外に導き出せる。その冷却を受動的に実行するために、測定装置を圧縮ガス管の空気弁に接続し、該ガス管を遮断弁にこれを制御すべく接続するとよい。通常６バールの加圧窒素を供給する窒素供給装置を用い、該装置を種々の制御機器および弁を操作するために用いる。圧縮ガス管を経ての遮断弁の操作により、機器の費用が安価となり、最大で約１バール迄の非常に小さな差圧で、遮断弁の操作に対し必要なエネルギが得られるという利点が生ずる。
【００１６】
全体として完全受動式の動作、即ち何らの外部エネルギの供給なしに、かつ監視員の操作なしの動作を可能とするため、測定装置は、差圧変化を長さ変化に変換する所謂受動インパルス発生器の形に形成する。即ちインパルス発生器は圧力エネルギを並進運動エネルギに変換する。この運動で空気弁を制御する。この構成に関し、好ましい実施態様では、測定装置は、一方では第１測定管を経て第１管脚に、他方では第２測定管を経て第２管脚に連通している。第１、第２両管脚にかかる圧力は、それら両測定管を経て測定装置に伝達される。
【００１７】
方法に係る本発明の課題は、請求項１１記載の方法で解決される。装置に関して上述した利点と有利な実施態様とは、本発明に基づく方法にも適用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、原子炉圧力容器の内、横側の外壁２のみを部分的に示す。この外壁２は、原子炉圧力容器の内部室４を外部室６から分けている。正常運転中、原子炉圧力容器の内部室４は標準水位Ｎ迄水を満たされている。内部室４は、水位の上を蒸気で満たされている。水位が臨界水位Ｋを下回わると、原子炉圧力容器の十分な冷却を確保すべく、外部冷却を自動的に、純粋に受動的に作動させる。
【００２０】
この冷却処置の動作に要する主な構成要素は、外部室６中に外壁２に対し平行に逆Ｕ形管の形で設けられた差圧測定管８の配置構造である。この測定管８は第１管脚８Ａを有し、該脚８Ａは上部湾曲接続管部分８Ｂを経て第２管脚８Ｃに移行している。第１、第２両管脚８Ａ、８Ｃは、好適には互いに平行に、かつ外壁２に対し平行に延びている。第１、第２両管脚８Ａ、８Ｃは臨界水位Ｋの範囲で下から上に向かって標準水位Ｎの下側の高さ迄延びている。第２管脚８Ｃは先端がほぼ閉じており、第１管脚８Ａは内部室４に連通している。即ち、差圧測定管８は一端が閉じ、他端は内部室４に連通している。ここで重要なのは、第１管脚８Ａが内部室４に臨界水位Ｋの範囲で連通していることである。
【００２１】
図１の実施例において、第１管脚８Ａは内部室４に間接的に連通している。詳しくは、第１管脚８Ａはその下部部位が外被管１２内に延び、下端１０が外被管１２内で終えている。外被管１２は第１管脚８Ａを同心的に包囲している。第１管脚８Ａの下端１０が開いており、第１管脚８Ａから外被管１２への流れ経路が生じている。外被管１２は、その上端で第１管脚８Ａに気密に接続している。
【００２２】
更に外被管１２は、第１流れ経路１４Ａを経て臨界水位Ｋの下側でスタンドパイプ１６に開口している。外被管１２の上部部位は臨界水位Ｋの上側で第２流れ経路１４Ｂを経て同様にスタンドパイプ１６に連通している。またスタンドパイプ１６は原子炉圧力容器の内部室４に、下側開口部位１６Ａを経て臨界水位Ｋの下側で、内側開口部位１６Ｂを経て臨界水位Ｋの上側で各々接続している。下側開口部位１６Ａに、まずスタンドパイプ１６のサイフォン状部位がつながっている。スタンドパイプ１６は、それから外壁２に対し平行に、従って差圧測定管８に対しても平行に、上向きに上側開口部位１６Ｂ迄延びている。
【００２３】
図１は、差圧測定管８とスタンドパイプ１６と外壁２とを、図１が尺度通りでないことを明示すべく、二重の一点斜線で破断している。全体的に、下側開口部位１６Ａと上側開口部位１６Ｂと高低差は原子炉形式に応じ約１０ｍである。
【００２４】
この装置は、両管脚８Ａ、８Ｃ間の差圧を検出する測定装置１８を備える。該装置１８は、第１測定管１８Ａを経て、湾曲した第１流れ経路１４Ａに、その流れ経路１４Ａがスタンドパイプ１６に開口する範囲で接続している。測定装置１８は、また第２測定管１８Ｂを経て第２管脚８Ｃの下端に接続している。この第２管脚８Ｃの下端は、流体的な継手を含めて測定装置１８で閉鎖している。両管脚８Ａ、８Ｃ内にかかる圧力値が、第１、第２両測定管１８Ａ、１８Ｂを経て流体的に測定装置１８に伝わる。
【００２５】
測定装置１８は、第１、第２両測定管１８Ａ、１８Ｂを経て伝達される圧力値の変化を軸方向運動に変換する受動インパルス発生器を形成している。そのため測定装置１８に、例えば概略的に示す圧力板１９を設けている。該板１９の片側に第１管脚８Ａからの圧力が、反対側に第２管脚８Ｃからの圧力が加わる。両管脚８Ａ、８Ｃ間の差圧が変化した際、圧力板１９の軸方向移動が起こる。この板１９の軸方向移動は、圧縮ガス管２４に配置した空気弁２２に作用する。圧縮ガス管２４には、通常６バールの圧力の窒素を用意してある。圧縮ガス管２４は、浸水系配管２８を開閉すべく設けた遮断弁２６に通じている。
【００２６】
差圧測定管８、即ち湾曲接続管部分８Ｂの最高点には排気弁３０がある。
【００２７】
正常運転中、原子炉圧力容器は湾曲接続管部分８Ｂの上側に位置する標準水位Ｎ迄満たされている。差圧測定管８を初めて満たす際、内部室４から水が、下側開口部位１６Ａとスタンドパイプ１６と第１流れ経路１４Ａを経て、第１管脚８Ａの下端に侵入する。これに伴い、差圧測定管８はその第１、第２両側管脚８Ａ、８Ｂが水で完全に満たされる。差圧測定管８内に存在する空気は、最初の運転開始の際、排気弁３０を経て逃がされる。従って差圧測定管８内に気体は全く存在しない。この正常運転状態において、第１、第２両測定管１８Ａ、１８Ｂを経て測定装置に伝達される第１、第２両管脚８Ａ、８Ｃにおける圧力値は、両管脚８Ａ、８Ｃ内に存在する水柱の圧力で定まる。第１、第２両測定管１８Ａ、１８Ｂがほぼ同じ高さで両管脚８Ａ、８Ｃに開口しているという前提の下で、測定装置により、両管脚８Ａ、８Ｃ間において差圧は全く或いはほんの僅かしか検出されない。その差圧は０．１バールより明らかに小さい。
【００２８】
いま、内部室４内の水位が標準水位Ｎと臨界水位Ｋの間の低下水位Ｒに下がると、スタンドパイプ１６が内部室４に連通しているので、該パイプ１６内にもその低下水位Ｒが生ずる。外被管１２が、第１、第２流れ経路１４Ａ、１４Ｂを経てスタンドパイプ１６にもつながっているため、外被管１２にも低下水位Ｒが生ずる。これは、外被管１２の低下水位Ｒの下側が水、上側が蒸気で満たされることを意味する。この結果、第１管脚８Ａが加熱される。外被管１２に第２流れ経路１４Ｂを経て初めて蒸気が流入した際、該蒸気は冷たい第１管脚８Ａで凝縮する。その水は外被管１２の内部を流れ落ち、再び原子炉圧力容器内に達する。
【００２９】
水位が更に臨界水位Ｋより下がると、第１管脚８Ａ内の加熱された水は、臨界水位Ｋの高さに配置した第１管脚下端１０から完全に流出する。同時に、第１管脚８Ａは蒸気で満たされる。第１管脚８Ａが外被管１２の配置に伴い既に加熱されるので、この加熱された第１管脚８Ａに蒸気が流入した際に大きな機械的荷重を生じる、不所望の凝縮衝撃は起きない。そして第１管脚８Ａ内には水柱に代わって蒸気しか存在しないので、測定装置１８に伝達される圧力が減り、測定装置１８により検出される第１、第２両管脚８Ａ、８Ｃ間の差圧は、例えば０．５〜１バール迄上昇する。この差圧の増大に伴い、空気弁２２が圧力板１９の軸方向移動により作動し、圧縮ガス管２４を経て供給されたガスが遮断弁２６を開くための操作装置を駆動する。このため、外部室６内で終端する浸水系配管２８が開く。浸水系配管２８は、水で満たされた高位置にある浸水系貯水槽に連通しているので、遮断弁が開いた際、外部室６は重力だけで浸水される。この結果、外壁２を経て、内部室４から浸水した外部室６への効果的な放熱が行われる。
【００３０】
本発明に基づく装置の大きな利点は、臨界水位Ｋを下回った際、外部浸水冷却の活動が完全に受動的に、即ち外部電気エネルギ並びに監視員の操作なしに、確実に行われることにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく原子炉圧力容器の冷却装置の概略構成図。
【符号の説明】
２    外壁
４    内部室
６    外部室
８    差圧測定管
８Ａ、８Ｃ  管脚
８Ｂ  湾曲接続管部分
１０  下端
１２    外被管
１４Ａ、１４Ｂ  流れ経路
１６    スタンドパイプ
１６Ａ、１６Ｂ  開口部位
１８    測定装置
１８Ａ、１８Ｂ  測定管
１９    圧力板
２２    空気弁
２４    圧縮ガス管
２６    遮断弁
２８    浸水系配管
３０    排気弁
Ｎ      標準水位
Ｋ      臨界水位
Ｒ      低下水位
【図１】
0003749218.tif 000002