原子炉格納容器の過圧防止装置およびその運転方法
【課題】苛酷事故で原子炉格納容器内の圧力上昇を抑制する手段を、環境への放射性物質の放出や可燃性ガスの酸素との反応を防止しつつ経済性を考慮して実現すると共に、通常運転時に上部原子炉建屋へ立ち入る作業員のリスクを低減する。
【解決手段】原子炉建屋は、原子炉格納容器３とその領域を囲う付属建屋の上方に上部原子炉建屋９を有し、上部原子炉建屋９の上部に気密空間１３を設置し、ウエットウエル５と気密空間１３とを、ウエットウエル５内の圧力が上昇し制限値に近づいた場合に開放される破裂板１１を介して放出配管１４で接続し、気密空間１３を隔離弁１６を介して真空排気系統の真空ポンプと接続し、真空排気系統の作動および隔離弁１６の開動作は、過酷事故発生信号の発生を契機とし、ウエットウエル５内の圧力が破裂板１１が開放される圧力に到達する以前に真空ポンプを停止し隔離弁１６を閉とする運転を行う。
【解決手段】原子炉建屋は、原子炉格納容器３とその領域を囲う付属建屋の上方に上部原子炉建屋９を有し、上部原子炉建屋９の上部に気密空間１３を設置し、ウエットウエル５と気密空間１３とを、ウエットウエル５内の圧力が上昇し制限値に近づいた場合に開放される破裂板１１を介して放出配管１４で接続し、気密空間１３を隔離弁１６を介して真空排気系統の真空ポンプと接続し、真空排気系統の作動および隔離弁１６の開動作は、過酷事故発生信号の発生を契機とし、ウエットウエル５内の圧力が破裂板１１が開放される圧力に到達する以前に真空ポンプを停止し隔離弁１６を閉とする運転を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力プラントに適用するに好適な原子炉格納容器の過圧防止装置およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力プラントの原子炉建屋は、原子炉を格納する領域を原子炉格納容器（以下、単に格納容器とも称する。）として備え、さらにはその上方に上部原子炉建屋が構築されている。原子炉容器は、その原子炉格納容器内に格納されている。
【０００３】
原子炉建屋は、コンクリート製とし、格納容器の境界壁にのみ鋼製ライナーを設置して環境への気密性を高めたコンクリート製格納容器を備えるものや、格納容器の領域と上部原子炉建屋との全領域を自立式の鋼製容器で囲った鋼製格納容器を有するものとが有る。
【０００４】
沸騰水型原子力プラントにおいては発生の可能性は非常に小さいが、複数の安全系機器の多重故障を仮定する過酷事故時には、非凝縮性ガスの発生により格納容器の圧力が上昇して制限値に近づく可能性がある。格納容器内の圧力上昇と、放射性物質の環境への放出を抑制する技術として、格納容器の気相をフィルターや触媒層を通過させた後、排気筒から環境へ放出する技術が、下記の特許文献１，２，３にて公知である。これらの技術は、環境への排気の放出を伴うものである。
【０００５】
一方、格納容器内が苛酷事故時に過圧状態となった場合、破裂板（ラプチャーディスクとも言う。）の開放により格納容器内の領域から格納容器の上部に位置する上部原子炉建屋に気相を放出して格納容器の健全性を維持し、かつ環境への排気の放出を回避する技術が下記の特許文献４にて公知である。
【０００６】
原子炉建屋内に破裂板を用いる類似技術は、他に下記の特許文献５，６，７にて公知である。そのうちの特許文献６には、ガス排気系を備えて、窒素ガスで押し出された空間内のガスを大気中に放出するものが掲載されているが、その空間を真空にするものではない。
【０００７】
また、カナダ国の原子力プラントでは原子炉建屋とは別の真空状態とした建屋（以下、単に真空建屋とも称する。）を備え、事故が発生した原子力プラントと真空建屋を連通して、格納容器の圧力を低減する技術が、インターネット上のアドレス「http://www.nucleartourist.com/systems/vacuum1.htm」や「http://www.sciencemag.org/feature/data/energy/pdf/se107800657.pdf」に掲載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−２０９１９３号公報
【特許文献２】特開３−７７０９５号公報
【特許文献３】特開平３−７７０９６号公報
【特許文献４】特開２００４−８５２３４号公報
【特許文献５】特開２００９−１５０８４６号公報
【特許文献６】特開平８−３３４５８５号公報
【特許文献７】特開２００４−３３３３５７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】http://www.nucleartourist.com/systems/vacuum1.htm
【非特許文献２】http://www.sciencemag.org/feature/data/energy/pdf/se107800657.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
コンクリート製格納容器に対する過圧防止技術（以下、単に第１の先行技術とも称する。）では、過酷事故時に非凝縮性ガスが発生するため、格納容器領域にある圧力抑制室の圧力抑制プールの上部空間であるウエットウエル圧力が上昇した場合、放射性物質をフィルター等で除去した後ではあるが、非凝縮性ガスを環境に放出する必要がある。
【００１１】
また。上述の破裂板を用いた過圧防止技術（以下、単に第２の先行技術とも称する。）をコンクリート製建屋に適用した場合、環境への漏洩を防止するため、上部原子炉建屋の壁にもライナーを設けるなどの気密性並びに耐圧性の向上が必須であり、コストが増大する。
【００１２】
格納容器も原子炉建屋も鋼製として破裂板を組み合わせた既述の第２の先行技術では、放射性物質の環境への放出は回避されるが、上部原子炉建屋の容積増加が必要である。また苛酷事故時に発生する非凝縮性ガスの中には可燃性ガスである水素も含まれており、空気（酸素）が存在する空間に放出する場合に、水素の燃焼を抑制する処理設備が必要となる。
【００１３】
一方、原子炉建屋のほかに真空建屋を併設する例では、真空建屋が苛酷事故以外の事象にも対応する設備であり、通常運転中、常に真空状態を維持する必要がある。これは、真空建屋の構造壁に常に外圧が作用している状態であり、構造上好ましくない。さらに、格納容器に直接接続される放出用配管を建屋外に設置するため、外部からのハザードに対する障壁が必要である。
【００１４】
従って、本発明で解決しようとする課題は、原子力プラントの苛酷事故時にウエットウエル圧力が上昇して制限値に近づいた場合に、格納容器外の原子炉建屋内にウエットウエルから気相を放出して環境への放出を防止する過圧防止装置について、原子炉建屋のコスト増大を抑制するとともに、放出された非凝縮性ガスに含まれる可燃性ガスが酸素と反応することを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そのような課題は、原子炉建屋の上部原子炉建屋に設置されている走行クレーンの走行空間よりも上方に、原子炉格納容器内の圧力を吸収する気密空間を設け、前記気密空間と原子炉格納容器のウエットウエル内とを破裂板を介して接続し、前記気密空間に真空排気系統を接続してある原子炉格納容器の過圧防止装置を用いることによって解決できる。
【００１６】
その過圧防止装置は、原子炉圧力容器内のウエットウエル空間の圧力が上昇する状態を伴う事象が発生した後に、真空排気系統による気密空間内のガスの排気運転を開始し、破裂板が開放される以前に真空排気設備による気密空間内のガスの排気を止めるように真空排気系統を運転して用いられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、過酷事故時にウエットウエルの圧力が非凝縮性ガスの発生により上昇し制限値に近づいた場合、破裂板が開放されてウエットウエルから気相（主として非凝縮性ガス）が気密空間へ放出され、格納容器内の圧力上昇を抑制するが、このとき、放出される気相を受容する気密空間が原子炉通常運転時の常態圧力状態よりも真空側にコントロールされているため、圧力低減の効果が大きく必要とする空間容積が小さいか、あるいは空間の設計圧力が小さくてよいので、この結果、建屋のコスト上昇を抑制できるうえ、さらに、気密空間が真空引きされた空間であるため、酸素濃度も常態よりも低くコントロールされて、気密空間へ放出された非凝縮性ガスに含まれる可燃性ガスの酸素との反応は抑制される乃至は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施例を適用した原子炉建屋の縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を適用した原子炉建屋の縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を適用した原子炉建屋の縦断面図である。
【図４】放出空間が常圧と真空での圧力低減効果の違いを比較する空間容積と圧力低減の相関を示すグラフ図である。
【図５】本発明の各実施例における真空排気系の起動及び停止のロジック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施例では、原子炉格納容器の圧力抑制室のウエットウエルの上方にある上部原子炉建屋の上部に気密性と耐圧性のある気密空間を設置するとともに、冷却材喪失事故発生信号を受けて気密空間を真空に排気する真空排気系統を設ける。ウエットウエルの圧力が上昇し制限値に近づいた場合に、ウエットウエル内と気密空間との差圧によってウエットウエルと気密空間との間の流路途中に設けた破裂板が開放されてウエットウエル内と気密空間内とが連通され、ウエットウエルから非凝縮性ガスなどの気相を気密空間に放出する。このとき、気密空間は通常時は常圧であり、事故発生以後前述の信号を受けて真空排気系統を起動し気密空間を真空引きし、破裂板が開放される前には真空引き停止すべく、真空排気系統を停止して非凝縮性ガスの原子炉建屋外の環境への放出を阻止する。
【００２０】
非凝縮性ガスを受容する気密空間は、非凝縮性ガスの漏洩が発生しないように、その気密空間は構造壁で囲って形成され、気密性と耐圧性を備える。気密空間の気密性と耐圧性とは以下のごとくである。即ち、気密性とは、気密空間の内外圧差がある場合の気密空間からの漏れ量が低いことを意味し、好ましくは、漏れが一般的に０.５％／day（＠２kg／cm2）（圧力差が２kg／cm2の時に空間容積の０.５％／dayしか漏れない）以下とする気密構造を有することを意図している。また、気密空間の耐圧性とは、事故時には気密空間が圧力抑制室などの格納容器の耐圧空間と連通することになるので、好ましくは気密空間が格納容器に付与される設計圧力と同じ圧力に耐える耐圧構造を有することを意図している。
【００２１】
このようにすることによって、原子力プラントの過酷事故時に、ウエットウエルからの高圧な圧力を有する気相を気密空間で吸収し、格納容器内の圧力上昇を抑制する効果を発揮する。その上、このとき、ウエットウエルから放出される気相を受容する気密空間が真空であるため、圧力低減の効果が大きくなり、必要とする気密空間の空間容積が小さいか、あるいは空間の設計圧力が小さくてよいという効果を発揮する。この結果、原子炉建屋のコスト上昇を抑制できるうえ、事故時に発生した非凝縮性ガスを気密空間が受け入れる時点では気密空間が真空引きされた後であるから、気密空間へ放出された非凝縮性ガスに含まれる可燃性ガスの酸素との反応は発生しない、或いはその反応を抑制できるので、気密空間の耐圧や可燃性ガスの燃焼等の対策に要するコストを低減できる。
【実施例１】
【００２２】
以下に、本発明の第１の実施例を図に基づいて具体的に説明する。図１に示す本発明の第１の実施例は、原子炉容器１を内置する格納容器３および上部原子炉建屋９の全体を気密性且つ耐圧性を有する自立式の鋼製容器で覆って、その外周囲にコンクリート製の外郭壁を構築してある鋼製原子炉建屋に本発明を採用した例示である。
【００２３】
図１のように、原子炉格納容器３（以下、単に格納容器３とも称する。）は、原子炉圧力容器１を内置している原子炉格納容器内部構造物２を有する。その格納容器３の一部を構成する圧力抑制プール４とウエットウエル５からなる圧力抑制室の上方には通常運転時立ち入り可能な機器設置エリア６が設けられている。その機器設置エリア６と空間的につながっている上部原子炉建屋には、燃料プール７や機器仮置きプール８が設置されている。
【００２４】
このように上部原子炉建屋９や機器設置エリア６や圧力抑制室を鋼製容器１０で覆った鋼製原子炉建屋内には、ウエットウエル５内の圧力を受け入れるように破裂板（ラプチャーディスク）１１がウエットウエル上方の水平隔壁に設置されている。一方、鋼製容器１０で覆われた上部原子炉建屋９は上部と下部に気密性と耐圧性を有する区画壁１２で区画されている。
【００２５】
また、区画された上部の気密空間１３と破裂板１１の出口とを放出配管１４で連通させている。この場合の区画壁１２の例としては、鋼製容器１０と同様に鋼板でも良いし、十分な強度を有するコンクリート壁に鋼製ライナーを貼ったものでも良い。図１は区画壁１２を鋼板とした実施例である。
【００２６】
この実施例では、上部原子炉建屋９に設けられた走行クレーンよりも上方の空間に区画壁１２を水平に設置しており、その区画壁１２が走行クレーンを用いる上部原子炉建屋内の各作業の障害とはならない。このように上部原子炉建屋での作業に利用されていない走行クレーンの上方の空間を気密空間１３として設けているので、上部原子炉建屋での作業性に影響はない。
【００２７】
また、該気密空間１３には排気用配管１５が接続され、その排気用配管１５は隔離弁１６を介して真空ポンプ（図示せず）や排気処理設備に接続されて真空排気系統が構成されている。そして、ウエットウエル５内の圧力が、破裂板１１が破裂するほど高くなる苛酷事故時には、ウエットウエル内の圧力と気密空間１３内の圧力との差圧が破裂板１１を開放させる差圧の設定圧力となるまでに該気密空間１３を真空排気系統で真空引きして真空状態としておく。
【００２８】
この実施例において、発生確率は非常に小さいが複数の安全系機器の多重故障を仮定する苛酷事故時には、格納容器内に非凝縮性ガスが発生し、ウエットウエル５に蓄積され、格納容器の圧力が高くなる。この時、真空状態にある気密空間１３との圧力差が破裂板１１の開放設定値より大きくなり、破裂板１１が開放され、ウエットウエルの気相が、気密空間１３に放出されて格納容器の圧力を低減し、格納容器３内の圧力上昇を抑制する。
【００２９】
このとき、気密空間１３が真空であるため、後述するように、気密空間が常圧である場合に比べて圧力低減の効果が大きい。また、該気密空間には酸素が存在しないため、非凝縮性ガス中に含まれる可燃性ガスが反応することもない。
【００３０】
この体系における第１の運転方法は、原子炉の通常運転中から、事故の有無にかかわらずに真空排気系統を作動させ隔離弁１６を開として、気密空間１３の真空状態を常時維持する方法である。この方法は、長期間に亘り気密空間１３を形成する構造壁に外圧がかかることを設計上考慮する必要があるとともに、通常時に作業者が立ち入る上部原子炉建屋９に隣接した場所に真空状態の気密空間１３が存在することになり、区画壁１２が仮に損傷した場合、作業者に被害が発生する危惧がある。よって本発明では、第１の運転方法は採用しなかった。
【００３１】
気密空間１３が真空状態であることが必要なのは、破裂板１１が開放されてウエットウエル５からの気相が放出される直前であり、この状態に達するのは事故後長時間が経過した後である。そこで、第２の運転方法を考えた。
【００３２】
それは、原子炉の配管破断事故の事故発生信号（格納容器圧力高，炉水位低など）により、原子力プラントに備えられた安全系が起動されることが当業者間で知られているが、この信号により気密空間１３に接続された真空排気系統を起動するとともに隔離弁１６を開とする。これにより気密空間１３内の気体が真空排気系統による真空引きにて排気されて気密空間１３内の圧力と、空気が存在する場合には酸素濃度も低下する。
【００３３】
その時の排気は換気空調系などの排気とともにスタックから原子炉建屋外の環境へ放出されるが、放出期間はウエットウエル５から気密空間１３への非凝縮性ガスの放出開始の以前であるから、非凝縮性ガスに同伴される放射性物質等の環境への放出はない。
【００３４】
そして、気密空間１３の圧力が低下した信号やウエットウエル５の圧力が上昇した信号とから破裂板１１の破裂する圧力に近い圧力となった時点で隔離弁１６を閉とし真空排気系統による気密空間１３に対する真空引きを停止する。
【００３５】
このような運転方法により、気密空間１３が真空となるのは事故発生後から破裂板１１の開放直前までの期間に限られ、上部原子炉建屋９に作業員が立ち要っている時期に気密空間１３が真空状態でなければならないという状態が回避される。また、破裂板１１が開放する時点では、隔離弁１６の閉止によって原子炉建屋と隔離弁１６の下流側の系統との間が隔離されており、気密空間１３に放出された放射性物質や非凝縮性ガスを含んだ気相が原子炉建屋外の環境へ放出されることはない。
【００３６】
このようにこの実施例によれば、原子力プラントの過酷事故時に、ウエットウエル５からの高圧な圧力を有する気相を気密空間１３で吸収し、格納容器３内の圧力上昇を抑制する効果を発揮する。その上、このとき、ウエットウエル５から放出される気相を受容する気密空間が真空であるため、圧力低減の効果が大きくなり、必要とする気密空間１３の空間容積が小さいか、あるいは空間の設計圧力が小さくてよいという効果を発揮する。
【００３７】
この結果、原子炉建屋のコスト上昇を抑制できるうえ、事故時に発生した非凝縮性ガスを気密空間１３が受け入れる時点が気密空間１３が真空引きされた後であるから、気密空間１３へ放出された非凝縮性ガスに含まれる可燃性ガスの酸素との反応は発生しない、或いはその反応を抑制できるので、気密空間１３の耐圧や防爆等の対策に要するコストを低減できる。
【実施例２】
【００３８】
図２に示す第２の実施例は、コンクリート製の原子炉建屋内に、コンクリート製の境界壁に鋼製のライナーを設置した格納容器３を備えている原子炉建屋に本発明を適用した例である。この場合、格納容器３は、上部の一部がコンクリート製ではなく鋼製の蓋になっている部分を含んで、図２中のループ状の太線の枠内が格納容器領域とされている。
【００３９】
図２は原子炉建屋の縦断面を示している。その原子炉建屋は、原子炉容器１や圧力抑制プール４およびウエットウエル５などで構成される気密性の高い格納容器３と、その格納容器３を覆うように気密性が相対的に低いコンクリート製の付属建屋が構築された領域とを包含している。上部原子炉建屋９は付属建屋と格納容器３の両領域の上方に構築され、作業員が立ち入れる作業空間とされる。
【００４０】
その上部原子炉建屋９には、図示していない天井クレーンが走行する走行路が設けられている。その走行路を走行する走行クレーンを用いて上部原子炉建屋９に立ち入った作業員が各種の作業を行う。その走行クレーンが走行する空間よりも上方には、原子炉建屋の上方を覆うように耐圧性及び気密性のある気密空間１３を構造壁１７で形成してある。構造壁１７の重量は原子炉建屋で支持する。
【００４１】
ウエットウエル５と気密空間１３とは、ウエットウエル５内の圧力が上昇し制限値に近づいたときに開放される破裂板１１を介して放出配管１４で連通してある。
【００４２】
構造壁１７については鋼板でも良いし、十分な強度を有するコンクリート壁に鋼製ライナーを貼ったものでも良い。図２の実施例では、構造壁１７として十分な強度を有するコンクリート壁に鋼製ライナーを貼ったものが採用された実施例である。
【００４３】
さらに、気密空間１３には、排気用配管１５が接続され、その排気用配管１５が隔離弁１６を介して真空ポンプ（図示せず）や排気処理設備に接続されて真空排気系統が構成されている。
【００４４】
この実施例におけるその他の事項や運転方法及びその作用は、図１の場合と同様である。本実施例特有の効果は、第１の実施例による効果に加えて、原子炉建屋の上部に設置した気密空間１３を形成する構造壁１７が、航空機落下などの飛来物の到来といった外部ハザードに対する障壁として兼用可能であり、外部ハザードに対する信頼性が向上する。
【実施例３】
【００４５】
図３に示す第３実施例は、第２の実施例と同じくコンクリート製の原子炉建屋の上部に気密空間１３を構造壁で設置し、その気密空間１３を構成する部材の重量を支える支持壁１８を原子炉建屋の外側で、気密空間１３と地表面の間に設置してある。
【００４６】
この実施例でも、上部原子炉建屋９に図示していない天井クレーンが走行する走行路が設けられ、その走行路を走行する走行クレーンを用いて上部原子炉建屋９に立ち入った作業員が各種の作業を行う。その走行クレーンが走行する空間よりも上方には、原子炉建屋の上方を覆うように耐圧性及び気密性のある気密空間１３を構造壁１７で形成してある。
【００４７】
支持壁１８はその構造壁１７を支持している。支持壁１８は構造壁１７の全部の重量を支持するように構築しても良いし、原子炉建屋と支持壁１８とで構造壁１７の重量を分散支持するように構築しても良い。いずれにしても、構造壁１７の全部の重量が原子炉建屋に加わる事は避ける。
【００４８】
この支持壁１８と原子炉建屋との間の空間を利用して流路１９を形成し、流路１９の上端を気密空間１３に連通してある。この流路１９はウエットウエル５内と放出配管１４で連通され、その放出配管１４の途中には破裂板１１が装備されている。破裂板１１は第１，２の各実施例と同様に、事故後の気密空間１３とウエットウエル５内の圧力の予め定めた差圧によって開放されるように設定されている。この流路１９は、少なくとも支持壁１８と原子炉建屋の外壁との間を流路とし、ウエットウエル５から気密空間１３へ非凝縮性ガスを通すことに用いるので、そのガスが支持壁１８の外側環境や原子炉建屋の内側へ漏洩しないように気密性及び耐圧性を高めて仕上げる。
【００４９】
また、気密空間１３に接続された真空排気系統の排気用配管１５も支持壁１８と原子炉建屋の外壁との間の空間に配管され、隔離弁１６を介して真空ポンプや排気処理設備に接続されている。
【００５０】
この実施例における真空排気系統等の運転方法と作用は、図１や図２に示した実施例の場合と同じである。
【００５１】
この実施例では、既存の原子力プラントに本発明を適用する場合に、原子炉建屋の上部に設置する気密空間１３の構成部材の支持のために上部原子炉建屋９の天井や側壁を形成するコンクリート壁の強度増大を極力必要としないようにするために、その支持を支持壁１８だけで、又は支持壁１８と上部原子炉建屋９の原子炉建屋天井や側壁に分散して行うようにしている。
【００５２】
この実施例では支持壁１８を利用してウエットウエル５から気密空間１３への非凝縮性ガスの流路を形成したが、そのウエットウエル５から気密空間１３への流路を図２に示すようにすべて鋼製の配管としても、その配管を支持壁１８と原子炉建屋の間の空間に配管しても機能上問題はない。その他の技術的事項は第２の実施例と同じである。
【００５３】
本実施例特有の効果としては、第２の実施例による効果に加えて、地表に出ている原子炉建屋の横面に支持壁１８が強度の強い構造壁として配備されることになるから、洪水などの横方向からの外部ハザードに対する障壁が強固になることが掲げられる。
【００５４】
次に、本発明の各実施例における気密空間１３による圧力低減効果を以下に説明する。
図４に気密空間１３の容積をパラメータとし、該気密空間１３が常圧である場合と本発明のように真空状態である場合について、苛酷事故時に破裂板１１の開放による圧力低減効果を比較して示す。これは典型的な格納容器形状をベースとし、苛酷事故時に非凝縮性ガスがウエットウエル５の７.１５倍の体積発生したケースについて、ウエットウエル容積で規格化した気密空間１３の容積を横軸に、気密空間１３がない場合からの圧力低減効果を縦軸に示している。実線が気密空間を真空とした場合であり、破線が気密空間を常圧とした場合である。
【００５５】
図４に示したように、両者とも気密空間１３の容積が大きくなるにつれて、圧力低減の効果が大きくなる。これは気相を収容する容積が増大するために、非凝縮性ガスの分圧が相対的に小さくなるためである。また、気密空間１３が常圧であるより真空状態であるほうが、圧力低減の効果が大きいのは、常圧では気密空間１３にある空気の分圧が開放後の非凝縮性ガスの分圧に寄与するが、真空ではこの寄与がなくなるため圧力低減効果が大きい。
【００５６】
この結果、本発明の各実施例のように、破裂板１１が開放される直前に気密空間１３を真空とする運転では、ある圧力低減効果を得る場合の気密空間１３の容積を削減できる。
図中の細線で示した圧力低減効果が約０.４７ＭＰａの場合は、気密空間の容積を約２５％削減できる。これにより、気密空間１３を形成する構造壁を削減し、ひいてはコストを低減できる。
【００５７】
図５に、本発明の各実施例で気密空間１３を事故発生時に真空状態とする真空排気系統の起動及び停止ロジックの例を示す。図５における上側の表示が起動のロジックであり、下側の表示が停止のロジックを示している。
【００５８】
それらのロジックによれば、起動については、原子炉の配管破断事故の事故発生信号（格納容器圧力高，炉水位低など）にタイマーにより時間遅れを持たせた信号、或いは運転員の起動操作（スイッチ入）による信号のいずれかによって真空排気系統の真空ポンプ（図５では排気ポンプと表示した。）を起動するとともに、真空排気系統に設置した隔離弁１６を開とする。
【００５９】
ここで事故発生信号にタイマーで時間遅れを持たせているのは、設計基準事故をこえる発生頻度の非常に小さい苛酷事故を対象としているので起動までの時間的余裕があることから、誤信号かどうかの判断時間をその余裕を利用して運転員に与えるためである。誤信号と判断された場合は、図５の下段に示したロジック中の運転員の停止操作で起動信号をリセットする。
【００６０】
真空排気系統の停止については、図５の下段に示したロジックのように、気密空間１３の圧力を測定し、その気密空間１３の圧力が十分低下した場合、ウエットウエル５の圧力を測定し、その圧力が破裂板１１の開放動作する設定圧力直前まで上昇した場合、スタックからの排気中に放射能が検知（放射能レベル高）された場合、および運転員による停止操作（スイッチ切）のいずれかが発信された場合、真空ポンプ（図５では排気ポンプと表示してある。）を停止するとともに隔離弁１６を閉とする。
【００６１】
ここで、スタックからの排気中の放射能レベル高の信号を含めているのは、環境への放射性物質の放出を回避することを、より確実にするためである。なお。本発明の各実施例は苛酷事故を対象としたものであり、事故時のマネージメントの一環であることから、制御系の多重化は必須ではない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、沸騰水型原子力プラントにおいて、事故時に原子炉を格納する原子炉格納容器内の圧力が過圧状態となることを防止する設備として利用可能性がある。
【符号の説明】
【００６３】
１ 原子炉容器
２ 原子炉格納容器内部構造物
３ 原子炉格納容器
４ 圧力抑制プール
５ ウエットウエル
６ 機器設置エリア
７ 燃料プール
８ 機器仮置きプール
９ 上部原子炉建屋
１０ 鋼製容器
１１ 破裂板
１２ 区画壁
１３ 気密空間
１４ 放出配管
１５ 排気用配管
１６ 隔離弁
１７ 構造壁
１８ 支持壁
１９ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力プラントに適用するに好適な原子炉格納容器の過圧防止装置およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力プラントの原子炉建屋は、原子炉を格納する領域を原子炉格納容器（以下、単に格納容器とも称する。）として備え、さらにはその上方に上部原子炉建屋が構築されている。原子炉容器は、その原子炉格納容器内に格納されている。
【０００３】
原子炉建屋は、コンクリート製とし、格納容器の境界壁にのみ鋼製ライナーを設置して環境への気密性を高めたコンクリート製格納容器を備えるものや、格納容器の領域と上部原子炉建屋との全領域を自立式の鋼製容器で囲った鋼製格納容器を有するものとが有る。
【０００４】
沸騰水型原子力プラントにおいては発生の可能性は非常に小さいが、複数の安全系機器の多重故障を仮定する過酷事故時には、非凝縮性ガスの発生により格納容器の圧力が上昇して制限値に近づく可能性がある。格納容器内の圧力上昇と、放射性物質の環境への放出を抑制する技術として、格納容器の気相をフィルターや触媒層を通過させた後、排気筒から環境へ放出する技術が、下記の特許文献１，２，３にて公知である。これらの技術は、環境への排気の放出を伴うものである。
【０００５】
一方、格納容器内が苛酷事故時に過圧状態となった場合、破裂板（ラプチャーディスクとも言う。）の開放により格納容器内の領域から格納容器の上部に位置する上部原子炉建屋に気相を放出して格納容器の健全性を維持し、かつ環境への排気の放出を回避する技術が下記の特許文献４にて公知である。
【０００６】
原子炉建屋内に破裂板を用いる類似技術は、他に下記の特許文献５，６，７にて公知である。そのうちの特許文献６には、ガス排気系を備えて、窒素ガスで押し出された空間内のガスを大気中に放出するものが掲載されているが、その空間を真空にするものではない。
【０００７】
また、カナダ国の原子力プラントでは原子炉建屋とは別の真空状態とした建屋（以下、単に真空建屋とも称する。）を備え、事故が発生した原子力プラントと真空建屋を連通して、格納容器の圧力を低減する技術が、インターネット上のアドレス「http://www.nucleartourist.com/systems/vacuum1.htm」や「http://www.sciencemag.org/feature/data/energy/pdf/se107800657.pdf」に掲載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−２０９１９３号公報
【特許文献２】特開３−７７０９５号公報
【特許文献３】特開平３−７７０９６号公報
【特許文献４】特開２００４−８５２３４号公報
【特許文献５】特開２００９−１５０８４６号公報
【特許文献６】特開平８−３３４５８５号公報
【特許文献７】特開２００４−３３３３５７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】http://www.nucleartourist.com/systems/vacuum1.htm
【非特許文献２】http://www.sciencemag.org/feature/data/energy/pdf/se107800657.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
コンクリート製格納容器に対する過圧防止技術（以下、単に第１の先行技術とも称する。）では、過酷事故時に非凝縮性ガスが発生するため、格納容器領域にある圧力抑制室の圧力抑制プールの上部空間であるウエットウエル圧力が上昇した場合、放射性物質をフィルター等で除去した後ではあるが、非凝縮性ガスを環境に放出する必要がある。
【００１１】
また。上述の破裂板を用いた過圧防止技術（以下、単に第２の先行技術とも称する。）をコンクリート製建屋に適用した場合、環境への漏洩を防止するため、上部原子炉建屋の壁にもライナーを設けるなどの気密性並びに耐圧性の向上が必須であり、コストが増大する。
【００１２】
格納容器も原子炉建屋も鋼製として破裂板を組み合わせた既述の第２の先行技術では、放射性物質の環境への放出は回避されるが、上部原子炉建屋の容積増加が必要である。また苛酷事故時に発生する非凝縮性ガスの中には可燃性ガスである水素も含まれており、空気（酸素）が存在する空間に放出する場合に、水素の燃焼を抑制する処理設備が必要となる。
【００１３】
一方、原子炉建屋のほかに真空建屋を併設する例では、真空建屋が苛酷事故以外の事象にも対応する設備であり、通常運転中、常に真空状態を維持する必要がある。これは、真空建屋の構造壁に常に外圧が作用している状態であり、構造上好ましくない。さらに、格納容器に直接接続される放出用配管を建屋外に設置するため、外部からのハザードに対する障壁が必要である。
【００１４】
従って、本発明で解決しようとする課題は、原子力プラントの苛酷事故時にウエットウエル圧力が上昇して制限値に近づいた場合に、格納容器外の原子炉建屋内にウエットウエルから気相を放出して環境への放出を防止する過圧防止装置について、原子炉建屋のコスト増大を抑制するとともに、放出された非凝縮性ガスに含まれる可燃性ガスが酸素と反応することを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そのような課題は、原子炉建屋の上部原子炉建屋に設置されている走行クレーンの走行空間よりも上方に、原子炉格納容器内の圧力を吸収する気密空間を設け、前記気密空間と原子炉格納容器のウエットウエル内とを破裂板を介して接続し、前記気密空間に真空排気系統を接続してある原子炉格納容器の過圧防止装置を用いることによって解決できる。
【００１６】
その過圧防止装置は、原子炉圧力容器内のウエットウエル空間の圧力が上昇する状態を伴う事象が発生した後に、真空排気系統による気密空間内のガスの排気運転を開始し、破裂板が開放される以前に真空排気設備による気密空間内のガスの排気を止めるように真空排気系統を運転して用いられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、過酷事故時にウエットウエルの圧力が非凝縮性ガスの発生により上昇し制限値に近づいた場合、破裂板が開放されてウエットウエルから気相（主として非凝縮性ガス）が気密空間へ放出され、格納容器内の圧力上昇を抑制するが、このとき、放出される気相を受容する気密空間が原子炉通常運転時の常態圧力状態よりも真空側にコントロールされているため、圧力低減の効果が大きく必要とする空間容積が小さいか、あるいは空間の設計圧力が小さくてよいので、この結果、建屋のコスト上昇を抑制できるうえ、さらに、気密空間が真空引きされた空間であるため、酸素濃度も常態よりも低くコントロールされて、気密空間へ放出された非凝縮性ガスに含まれる可燃性ガスの酸素との反応は抑制される乃至は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施例を適用した原子炉建屋の縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を適用した原子炉建屋の縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を適用した原子炉建屋の縦断面図である。
【図４】放出空間が常圧と真空での圧力低減効果の違いを比較する空間容積と圧力低減の相関を示すグラフ図である。
【図５】本発明の各実施例における真空排気系の起動及び停止のロジック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施例では、原子炉格納容器の圧力抑制室のウエットウエルの上方にある上部原子炉建屋の上部に気密性と耐圧性のある気密空間を設置するとともに、冷却材喪失事故発生信号を受けて気密空間を真空に排気する真空排気系統を設ける。ウエットウエルの圧力が上昇し制限値に近づいた場合に、ウエットウエル内と気密空間との差圧によってウエットウエルと気密空間との間の流路途中に設けた破裂板が開放されてウエットウエル内と気密空間内とが連通され、ウエットウエルから非凝縮性ガスなどの気相を気密空間に放出する。このとき、気密空間は通常時は常圧であり、事故発生以後前述の信号を受けて真空排気系統を起動し気密空間を真空引きし、破裂板が開放される前には真空引き停止すべく、真空排気系統を停止して非凝縮性ガスの原子炉建屋外の環境への放出を阻止する。
【００２０】
非凝縮性ガスを受容する気密空間は、非凝縮性ガスの漏洩が発生しないように、その気密空間は構造壁で囲って形成され、気密性と耐圧性を備える。気密空間の気密性と耐圧性とは以下のごとくである。即ち、気密性とは、気密空間の内外圧差がある場合の気密空間からの漏れ量が低いことを意味し、好ましくは、漏れが一般的に０.５％／day（＠２kg／cm2）（圧力差が２kg／cm2の時に空間容積の０.５％／dayしか漏れない）以下とする気密構造を有することを意図している。また、気密空間の耐圧性とは、事故時には気密空間が圧力抑制室などの格納容器の耐圧空間と連通することになるので、好ましくは気密空間が格納容器に付与される設計圧力と同じ圧力に耐える耐圧構造を有することを意図している。
【００２１】
このようにすることによって、原子力プラントの過酷事故時に、ウエットウエルからの高圧な圧力を有する気相を気密空間で吸収し、格納容器内の圧力上昇を抑制する効果を発揮する。その上、このとき、ウエットウエルから放出される気相を受容する気密空間が真空であるため、圧力低減の効果が大きくなり、必要とする気密空間の空間容積が小さいか、あるいは空間の設計圧力が小さくてよいという効果を発揮する。この結果、原子炉建屋のコスト上昇を抑制できるうえ、事故時に発生した非凝縮性ガスを気密空間が受け入れる時点では気密空間が真空引きされた後であるから、気密空間へ放出された非凝縮性ガスに含まれる可燃性ガスの酸素との反応は発生しない、或いはその反応を抑制できるので、気密空間の耐圧や可燃性ガスの燃焼等の対策に要するコストを低減できる。
【実施例１】
【００２２】
以下に、本発明の第１の実施例を図に基づいて具体的に説明する。図１に示す本発明の第１の実施例は、原子炉容器１を内置する格納容器３および上部原子炉建屋９の全体を気密性且つ耐圧性を有する自立式の鋼製容器で覆って、その外周囲にコンクリート製の外郭壁を構築してある鋼製原子炉建屋に本発明を採用した例示である。
【００２３】
図１のように、原子炉格納容器３（以下、単に格納容器３とも称する。）は、原子炉圧力容器１を内置している原子炉格納容器内部構造物２を有する。その格納容器３の一部を構成する圧力抑制プール４とウエットウエル５からなる圧力抑制室の上方には通常運転時立ち入り可能な機器設置エリア６が設けられている。その機器設置エリア６と空間的につながっている上部原子炉建屋には、燃料プール７や機器仮置きプール８が設置されている。
【００２４】
このように上部原子炉建屋９や機器設置エリア６や圧力抑制室を鋼製容器１０で覆った鋼製原子炉建屋内には、ウエットウエル５内の圧力を受け入れるように破裂板（ラプチャーディスク）１１がウエットウエル上方の水平隔壁に設置されている。一方、鋼製容器１０で覆われた上部原子炉建屋９は上部と下部に気密性と耐圧性を有する区画壁１２で区画されている。
【００２５】
また、区画された上部の気密空間１３と破裂板１１の出口とを放出配管１４で連通させている。この場合の区画壁１２の例としては、鋼製容器１０と同様に鋼板でも良いし、十分な強度を有するコンクリート壁に鋼製ライナーを貼ったものでも良い。図１は区画壁１２を鋼板とした実施例である。
【００２６】
この実施例では、上部原子炉建屋９に設けられた走行クレーンよりも上方の空間に区画壁１２を水平に設置しており、その区画壁１２が走行クレーンを用いる上部原子炉建屋内の各作業の障害とはならない。このように上部原子炉建屋での作業に利用されていない走行クレーンの上方の空間を気密空間１３として設けているので、上部原子炉建屋での作業性に影響はない。
【００２７】
また、該気密空間１３には排気用配管１５が接続され、その排気用配管１５は隔離弁１６を介して真空ポンプ（図示せず）や排気処理設備に接続されて真空排気系統が構成されている。そして、ウエットウエル５内の圧力が、破裂板１１が破裂するほど高くなる苛酷事故時には、ウエットウエル内の圧力と気密空間１３内の圧力との差圧が破裂板１１を開放させる差圧の設定圧力となるまでに該気密空間１３を真空排気系統で真空引きして真空状態としておく。
【００２８】
この実施例において、発生確率は非常に小さいが複数の安全系機器の多重故障を仮定する苛酷事故時には、格納容器内に非凝縮性ガスが発生し、ウエットウエル５に蓄積され、格納容器の圧力が高くなる。この時、真空状態にある気密空間１３との圧力差が破裂板１１の開放設定値より大きくなり、破裂板１１が開放され、ウエットウエルの気相が、気密空間１３に放出されて格納容器の圧力を低減し、格納容器３内の圧力上昇を抑制する。
【００２９】
このとき、気密空間１３が真空であるため、後述するように、気密空間が常圧である場合に比べて圧力低減の効果が大きい。また、該気密空間には酸素が存在しないため、非凝縮性ガス中に含まれる可燃性ガスが反応することもない。
【００３０】
この体系における第１の運転方法は、原子炉の通常運転中から、事故の有無にかかわらずに真空排気系統を作動させ隔離弁１６を開として、気密空間１３の真空状態を常時維持する方法である。この方法は、長期間に亘り気密空間１３を形成する構造壁に外圧がかかることを設計上考慮する必要があるとともに、通常時に作業者が立ち入る上部原子炉建屋９に隣接した場所に真空状態の気密空間１３が存在することになり、区画壁１２が仮に損傷した場合、作業者に被害が発生する危惧がある。よって本発明では、第１の運転方法は採用しなかった。
【００３１】
気密空間１３が真空状態であることが必要なのは、破裂板１１が開放されてウエットウエル５からの気相が放出される直前であり、この状態に達するのは事故後長時間が経過した後である。そこで、第２の運転方法を考えた。
【００３２】
それは、原子炉の配管破断事故の事故発生信号（格納容器圧力高，炉水位低など）により、原子力プラントに備えられた安全系が起動されることが当業者間で知られているが、この信号により気密空間１３に接続された真空排気系統を起動するとともに隔離弁１６を開とする。これにより気密空間１３内の気体が真空排気系統による真空引きにて排気されて気密空間１３内の圧力と、空気が存在する場合には酸素濃度も低下する。
【００３３】
その時の排気は換気空調系などの排気とともにスタックから原子炉建屋外の環境へ放出されるが、放出期間はウエットウエル５から気密空間１３への非凝縮性ガスの放出開始の以前であるから、非凝縮性ガスに同伴される放射性物質等の環境への放出はない。
【００３４】
そして、気密空間１３の圧力が低下した信号やウエットウエル５の圧力が上昇した信号とから破裂板１１の破裂する圧力に近い圧力となった時点で隔離弁１６を閉とし真空排気系統による気密空間１３に対する真空引きを停止する。
【００３５】
このような運転方法により、気密空間１３が真空となるのは事故発生後から破裂板１１の開放直前までの期間に限られ、上部原子炉建屋９に作業員が立ち要っている時期に気密空間１３が真空状態でなければならないという状態が回避される。また、破裂板１１が開放する時点では、隔離弁１６の閉止によって原子炉建屋と隔離弁１６の下流側の系統との間が隔離されており、気密空間１３に放出された放射性物質や非凝縮性ガスを含んだ気相が原子炉建屋外の環境へ放出されることはない。
【００３６】
このようにこの実施例によれば、原子力プラントの過酷事故時に、ウエットウエル５からの高圧な圧力を有する気相を気密空間１３で吸収し、格納容器３内の圧力上昇を抑制する効果を発揮する。その上、このとき、ウエットウエル５から放出される気相を受容する気密空間が真空であるため、圧力低減の効果が大きくなり、必要とする気密空間１３の空間容積が小さいか、あるいは空間の設計圧力が小さくてよいという効果を発揮する。
【００３７】
この結果、原子炉建屋のコスト上昇を抑制できるうえ、事故時に発生した非凝縮性ガスを気密空間１３が受け入れる時点が気密空間１３が真空引きされた後であるから、気密空間１３へ放出された非凝縮性ガスに含まれる可燃性ガスの酸素との反応は発生しない、或いはその反応を抑制できるので、気密空間１３の耐圧や防爆等の対策に要するコストを低減できる。
【実施例２】
【００３８】
図２に示す第２の実施例は、コンクリート製の原子炉建屋内に、コンクリート製の境界壁に鋼製のライナーを設置した格納容器３を備えている原子炉建屋に本発明を適用した例である。この場合、格納容器３は、上部の一部がコンクリート製ではなく鋼製の蓋になっている部分を含んで、図２中のループ状の太線の枠内が格納容器領域とされている。
【００３９】
図２は原子炉建屋の縦断面を示している。その原子炉建屋は、原子炉容器１や圧力抑制プール４およびウエットウエル５などで構成される気密性の高い格納容器３と、その格納容器３を覆うように気密性が相対的に低いコンクリート製の付属建屋が構築された領域とを包含している。上部原子炉建屋９は付属建屋と格納容器３の両領域の上方に構築され、作業員が立ち入れる作業空間とされる。
【００４０】
その上部原子炉建屋９には、図示していない天井クレーンが走行する走行路が設けられている。その走行路を走行する走行クレーンを用いて上部原子炉建屋９に立ち入った作業員が各種の作業を行う。その走行クレーンが走行する空間よりも上方には、原子炉建屋の上方を覆うように耐圧性及び気密性のある気密空間１３を構造壁１７で形成してある。構造壁１７の重量は原子炉建屋で支持する。
【００４１】
ウエットウエル５と気密空間１３とは、ウエットウエル５内の圧力が上昇し制限値に近づいたときに開放される破裂板１１を介して放出配管１４で連通してある。
【００４２】
構造壁１７については鋼板でも良いし、十分な強度を有するコンクリート壁に鋼製ライナーを貼ったものでも良い。図２の実施例では、構造壁１７として十分な強度を有するコンクリート壁に鋼製ライナーを貼ったものが採用された実施例である。
【００４３】
さらに、気密空間１３には、排気用配管１５が接続され、その排気用配管１５が隔離弁１６を介して真空ポンプ（図示せず）や排気処理設備に接続されて真空排気系統が構成されている。
【００４４】
この実施例におけるその他の事項や運転方法及びその作用は、図１の場合と同様である。本実施例特有の効果は、第１の実施例による効果に加えて、原子炉建屋の上部に設置した気密空間１３を形成する構造壁１７が、航空機落下などの飛来物の到来といった外部ハザードに対する障壁として兼用可能であり、外部ハザードに対する信頼性が向上する。
【実施例３】
【００４５】
図３に示す第３実施例は、第２の実施例と同じくコンクリート製の原子炉建屋の上部に気密空間１３を構造壁で設置し、その気密空間１３を構成する部材の重量を支える支持壁１８を原子炉建屋の外側で、気密空間１３と地表面の間に設置してある。
【００４６】
この実施例でも、上部原子炉建屋９に図示していない天井クレーンが走行する走行路が設けられ、その走行路を走行する走行クレーンを用いて上部原子炉建屋９に立ち入った作業員が各種の作業を行う。その走行クレーンが走行する空間よりも上方には、原子炉建屋の上方を覆うように耐圧性及び気密性のある気密空間１３を構造壁１７で形成してある。
【００４７】
支持壁１８はその構造壁１７を支持している。支持壁１８は構造壁１７の全部の重量を支持するように構築しても良いし、原子炉建屋と支持壁１８とで構造壁１７の重量を分散支持するように構築しても良い。いずれにしても、構造壁１７の全部の重量が原子炉建屋に加わる事は避ける。
【００４８】
この支持壁１８と原子炉建屋との間の空間を利用して流路１９を形成し、流路１９の上端を気密空間１３に連通してある。この流路１９はウエットウエル５内と放出配管１４で連通され、その放出配管１４の途中には破裂板１１が装備されている。破裂板１１は第１，２の各実施例と同様に、事故後の気密空間１３とウエットウエル５内の圧力の予め定めた差圧によって開放されるように設定されている。この流路１９は、少なくとも支持壁１８と原子炉建屋の外壁との間を流路とし、ウエットウエル５から気密空間１３へ非凝縮性ガスを通すことに用いるので、そのガスが支持壁１８の外側環境や原子炉建屋の内側へ漏洩しないように気密性及び耐圧性を高めて仕上げる。
【００４９】
また、気密空間１３に接続された真空排気系統の排気用配管１５も支持壁１８と原子炉建屋の外壁との間の空間に配管され、隔離弁１６を介して真空ポンプや排気処理設備に接続されている。
【００５０】
この実施例における真空排気系統等の運転方法と作用は、図１や図２に示した実施例の場合と同じである。
【００５１】
この実施例では、既存の原子力プラントに本発明を適用する場合に、原子炉建屋の上部に設置する気密空間１３の構成部材の支持のために上部原子炉建屋９の天井や側壁を形成するコンクリート壁の強度増大を極力必要としないようにするために、その支持を支持壁１８だけで、又は支持壁１８と上部原子炉建屋９の原子炉建屋天井や側壁に分散して行うようにしている。
【００５２】
この実施例では支持壁１８を利用してウエットウエル５から気密空間１３への非凝縮性ガスの流路を形成したが、そのウエットウエル５から気密空間１３への流路を図２に示すようにすべて鋼製の配管としても、その配管を支持壁１８と原子炉建屋の間の空間に配管しても機能上問題はない。その他の技術的事項は第２の実施例と同じである。
【００５３】
本実施例特有の効果としては、第２の実施例による効果に加えて、地表に出ている原子炉建屋の横面に支持壁１８が強度の強い構造壁として配備されることになるから、洪水などの横方向からの外部ハザードに対する障壁が強固になることが掲げられる。
【００５４】
次に、本発明の各実施例における気密空間１３による圧力低減効果を以下に説明する。
図４に気密空間１３の容積をパラメータとし、該気密空間１３が常圧である場合と本発明のように真空状態である場合について、苛酷事故時に破裂板１１の開放による圧力低減効果を比較して示す。これは典型的な格納容器形状をベースとし、苛酷事故時に非凝縮性ガスがウエットウエル５の７.１５倍の体積発生したケースについて、ウエットウエル容積で規格化した気密空間１３の容積を横軸に、気密空間１３がない場合からの圧力低減効果を縦軸に示している。実線が気密空間を真空とした場合であり、破線が気密空間を常圧とした場合である。
【００５５】
図４に示したように、両者とも気密空間１３の容積が大きくなるにつれて、圧力低減の効果が大きくなる。これは気相を収容する容積が増大するために、非凝縮性ガスの分圧が相対的に小さくなるためである。また、気密空間１３が常圧であるより真空状態であるほうが、圧力低減の効果が大きいのは、常圧では気密空間１３にある空気の分圧が開放後の非凝縮性ガスの分圧に寄与するが、真空ではこの寄与がなくなるため圧力低減効果が大きい。
【００５６】
この結果、本発明の各実施例のように、破裂板１１が開放される直前に気密空間１３を真空とする運転では、ある圧力低減効果を得る場合の気密空間１３の容積を削減できる。
図中の細線で示した圧力低減効果が約０.４７ＭＰａの場合は、気密空間の容積を約２５％削減できる。これにより、気密空間１３を形成する構造壁を削減し、ひいてはコストを低減できる。
【００５７】
図５に、本発明の各実施例で気密空間１３を事故発生時に真空状態とする真空排気系統の起動及び停止ロジックの例を示す。図５における上側の表示が起動のロジックであり、下側の表示が停止のロジックを示している。
【００５８】
それらのロジックによれば、起動については、原子炉の配管破断事故の事故発生信号（格納容器圧力高，炉水位低など）にタイマーにより時間遅れを持たせた信号、或いは運転員の起動操作（スイッチ入）による信号のいずれかによって真空排気系統の真空ポンプ（図５では排気ポンプと表示した。）を起動するとともに、真空排気系統に設置した隔離弁１６を開とする。
【００５９】
ここで事故発生信号にタイマーで時間遅れを持たせているのは、設計基準事故をこえる発生頻度の非常に小さい苛酷事故を対象としているので起動までの時間的余裕があることから、誤信号かどうかの判断時間をその余裕を利用して運転員に与えるためである。誤信号と判断された場合は、図５の下段に示したロジック中の運転員の停止操作で起動信号をリセットする。
【００６０】
真空排気系統の停止については、図５の下段に示したロジックのように、気密空間１３の圧力を測定し、その気密空間１３の圧力が十分低下した場合、ウエットウエル５の圧力を測定し、その圧力が破裂板１１の開放動作する設定圧力直前まで上昇した場合、スタックからの排気中に放射能が検知（放射能レベル高）された場合、および運転員による停止操作（スイッチ切）のいずれかが発信された場合、真空ポンプ（図５では排気ポンプと表示してある。）を停止するとともに隔離弁１６を閉とする。
【００６１】
ここで、スタックからの排気中の放射能レベル高の信号を含めているのは、環境への放射性物質の放出を回避することを、より確実にするためである。なお。本発明の各実施例は苛酷事故を対象としたものであり、事故時のマネージメントの一環であることから、制御系の多重化は必須ではない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、沸騰水型原子力プラントにおいて、事故時に原子炉を格納する原子炉格納容器内の圧力が過圧状態となることを防止する設備として利用可能性がある。
【符号の説明】
【００６３】
１ 原子炉容器
２ 原子炉格納容器内部構造物
３ 原子炉格納容器
４ 圧力抑制プール
５ ウエットウエル
６ 機器設置エリア
７ 燃料プール
８ 機器仮置きプール
９ 上部原子炉建屋
１０ 鋼製容器
１１ 破裂板
１２ 区画壁
１３ 気密空間
１４ 放出配管
１５ 排気用配管
１６ 隔離弁
１７ 構造壁
１８ 支持壁
１９ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉建屋の上部原子炉建屋に設置されている走行クレーンの走行空間よりも上方に、原子炉格納容器内の圧力を吸収する気密空間を設け、前記気密空間と原子炉格納容器のウエットウエル内とを破裂板を介して接続し、前記気密空間に真空排気系統を接続してある原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項２】
請求項１において、前記原子炉建屋は前記原子炉格納容器と上部原子炉建屋とを鋼製の容器で覆って成り、前記上部原子炉建屋を区画壁で上下部に区画して前記上部の区画を前記気密空間として形成したことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項３】
請求項１において、前記原子炉建屋はコンクリート製の前記原子炉格納容器を包含するコンクリート製の建屋であって、前記原子炉建屋の上部原子炉建屋の上部に前記気密空間を設け、前記気密空間の構成部材を前記原子炉建屋で支持したことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項４】
請求項１において、前記原子炉建屋はコンクリート製の前記原子炉格納容器を包含するコンクリート製の建屋であって、前記原子炉建屋の上部原子炉建屋の上部に前記気密空間を設け、前記気密空間の構成部材を前記原子炉建屋の側方に設けた支持壁で支持したことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項５】
請求項４において、前記支持壁と前記原子炉建屋との間の空間に、前記気密空間と前記ウエットウエル内と通じる流路を有したことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項６】
請求項５において、前記支持壁と前記原子炉建屋との間の空間に、前記真空排気系統への排気用配管が配管されていることを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項７】
原子炉建屋の上部原子炉建屋に設置されている走行クレーンの走行空間よりも上方に設置された気密空間へ、原子炉格納容器内のウエットウエルから非凝縮性ガスを破裂板の開放によって受容させて原子炉格納容器内の圧力の上昇を抑制する運転方法であって、
前記気密空間に隔離弁を介して接続した真空排気系統を、前記ウエットウエル内の圧力が上昇する状態を伴う事象が発生した後に、前記真空排気系統による前記気密空間の真空引きを行い、前記破裂板が開放される以前に前記隔離弁を閉じて前記気密空間に対する前記真空引きを止めるようにしたことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置の運転方法。
【請求項８】
請求項７において、ウエットウエル空間の圧力が上昇する状態を伴う事象の発生によって発せられた信号に基づいて前記隔離弁を開いて前記真空引きを開始し、前記ウエットウエル内の圧力が前記破裂板が開放する値に到達する以前に前記気密空間に対する真空引きを止めるとともに前記隔離弁を閉じるようにしたことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置の運転方法。
【請求項１】
原子炉建屋の上部原子炉建屋に設置されている走行クレーンの走行空間よりも上方に、原子炉格納容器内の圧力を吸収する気密空間を設け、前記気密空間と原子炉格納容器のウエットウエル内とを破裂板を介して接続し、前記気密空間に真空排気系統を接続してある原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項２】
請求項１において、前記原子炉建屋は前記原子炉格納容器と上部原子炉建屋とを鋼製の容器で覆って成り、前記上部原子炉建屋を区画壁で上下部に区画して前記上部の区画を前記気密空間として形成したことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項３】
請求項１において、前記原子炉建屋はコンクリート製の前記原子炉格納容器を包含するコンクリート製の建屋であって、前記原子炉建屋の上部原子炉建屋の上部に前記気密空間を設け、前記気密空間の構成部材を前記原子炉建屋で支持したことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項４】
請求項１において、前記原子炉建屋はコンクリート製の前記原子炉格納容器を包含するコンクリート製の建屋であって、前記原子炉建屋の上部原子炉建屋の上部に前記気密空間を設け、前記気密空間の構成部材を前記原子炉建屋の側方に設けた支持壁で支持したことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項５】
請求項４において、前記支持壁と前記原子炉建屋との間の空間に、前記気密空間と前記ウエットウエル内と通じる流路を有したことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項６】
請求項５において、前記支持壁と前記原子炉建屋との間の空間に、前記真空排気系統への排気用配管が配管されていることを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置。
【請求項７】
原子炉建屋の上部原子炉建屋に設置されている走行クレーンの走行空間よりも上方に設置された気密空間へ、原子炉格納容器内のウエットウエルから非凝縮性ガスを破裂板の開放によって受容させて原子炉格納容器内の圧力の上昇を抑制する運転方法であって、
前記気密空間に隔離弁を介して接続した真空排気系統を、前記ウエットウエル内の圧力が上昇する状態を伴う事象が発生した後に、前記真空排気系統による前記気密空間の真空引きを行い、前記破裂板が開放される以前に前記隔離弁を閉じて前記気密空間に対する前記真空引きを止めるようにしたことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置の運転方法。
【請求項８】
請求項７において、ウエットウエル空間の圧力が上昇する状態を伴う事象の発生によって発せられた信号に基づいて前記隔離弁を開いて前記真空引きを開始し、前記ウエットウエル内の圧力が前記破裂板が開放する値に到達する以前に前記気密空間に対する真空引きを止めるとともに前記隔離弁を閉じるようにしたことを特徴とする原子炉格納容器の過圧防止装置の運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２４２１８４（Ｐ２０１１−２４２１８４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２７５７（Ｐ２０１０−１１２７５７）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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