静的格納容器冷却設備及び沸騰水型原子力発電プラントの運転方法
【課題】本発明は、静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器を格納容器外部に設置するシステムにおいて、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制可能な手段を提供することである。
【解決手段】本発明は、少なくとも２つ以上の蒸気冷却熱交換器と、前記ドライウェル内の蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込む気体引込手段と、該気体引込手段から前記蒸気冷却熱交換器の間に設けられた非凝縮性ガス分離装置とを有し、該非凝縮性ガス分離装置内で分離された蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体をそれぞれ別の前記蒸気冷却熱交換器に導くことを特徴とする。
【解決手段】本発明は、少なくとも２つ以上の蒸気冷却熱交換器と、前記ドライウェル内の蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込む気体引込手段と、該気体引込手段から前記蒸気冷却熱交換器の間に設けられた非凝縮性ガス分離装置とを有し、該非凝縮性ガス分離装置内で分離された蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体をそれぞれ別の前記蒸気冷却熱交換器に導くことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力発電プラントに適用するのに好適な静的格納容器冷却設備及び沸騰水型原子力発電プラントの運転方法に係わり、特に、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも除熱性能の低下を抑制できる静的格納容器冷却設備及び異常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できる沸騰水型原子力発電プラントの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力発電プラントには、異常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できるように、多様な安全系設備が設置されている。例えば、原子炉を取り囲むように配置された格納容器内部で主蒸気配管が破断する冷却材喪失事故が発生すると、破断口から流出する蒸気は格納容器内部のドライウェルと呼ばれる領域に放出される。その後、ドライウェルに貯まった蒸気を、同じく格納容器内部のウェットウェルと呼ばれる領域にあるサプレッションプールに導いて冷却、凝縮させる。このような構成をとることで、破断口から放出された蒸気を格納容器内部に閉じ込めると同時に、蒸気放出による格納容器内部の過圧を防止している。
サプレッションプール内の水量は有限であるので、長期間の原子炉の安全性を確保するためにはサプレッションプール水の冷却設備も必要である。従来の原子炉では、サプレッションプール内の水をポンプで熱交換器に送り、熱交換器を通して格納容器外部に放熱させた後、サプレッションプールに戻す系統などを持っている。
【０００３】
近年では、安全系機器のメンテナンス性を向上させるため、ポンプなどの動的機器を用いない、静的な安全系設備が注目されている。静的安全系設備の１つとして、ドライウェルに放出された蒸気を冷却、凝縮させる静的格納容器冷却設備が特開２００３−２４０８８８号広報などで提案されている。この安全系システムは、ドライウェルとウェットウェルの圧力差を利用し、ドライウェルからポンプなどの動的機器を用いることなく蒸気を抜き出し、格納容器外部に設置された冷却プールの中に設置された蒸気冷却熱交換器を通すことで冷却、凝縮させ、サプレッションプールに放出するものである。蒸気の熱を格納容器外部のプール水に放出することでサプレッションプールの温度上昇を抑制している。
【０００４】
ところで、沸騰水型原子力発電プラントの格納容器内部には一般的に窒素が存在する（空気を窒素で置換している）。また、発生確率は非常に小さいが、原子炉の炉心を冷却するための注水設備が全台故障した場合などを想定した過酷事故が発生した場合には、炉心に存在する金属（おもにジルカロイ）の酸化反応によって水素が発生する。このように、窒素や水素のような非凝縮性ガスが存在すると、静的格納容器冷却設備の除熱性能が低下することが知られている。このような研究が北海道大学工学部研究報告第122号（1984年）や、Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol. 46, No. 4, p. 339-345 (2009年)などで報告されている。
【０００５】
非凝縮性ガスの存在により静的格納容器冷却設備の除熱性能が低下する場合、性能低下を考慮して蒸気冷却熱交換器の容量をあらかじめ大きくしておく必要がある。この問題を解決するため、過酷事故時に発生する水素を他の物質と化学反応させて取り除く技術が特開平６−１３０１７０号公報などで、蒸気冷却熱交換器部分の非凝縮性ガス濃度の過度の上昇を抑制する技術が特開２００９−２０４５８７号広報などで提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４０８８８号公報
【特許文献２】特開平６−１３０１７０号公報
【特許文献３】特開２００９−２０４５８７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】北海道大学工学部研究報告第122号（1984年）
【非特許文献２】Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol. 46, No. 4, p.339-345 (2009年)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
背景技術に記載した従来の発明の内、過酷事故時に発生する水素を他の物質と化学反応させて取り除く技術は、水素発生時には有効であるが、窒素やその他の非凝縮性ガスが存在する場合には有効で無い。蒸気冷却熱交換器部分の非凝縮性ガス濃度の過度の上昇を抑制する技術は、蒸気冷却熱交換器を格納容器内部に設置した場合に、蒸気冷却熱交換器周辺の非凝縮性ガス濃度が上昇するのを抑制するためのもので、蒸気冷却熱交換器を格納容器外部に設置する場合は使用できない。なお、蒸気冷却熱交換器を格納容器内部に設置すると、格納容器が大型化するという問題がある。
【０００９】
本発明の第1の目的は、静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器を格納容器外部に設置するシステムにおいて、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制可能な手段を提供することである。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、異常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できる沸騰水型原子力発電プラントの運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の目的を達成するために少なくとも以下の特徴を有する。
【００１２】
本発明は、第１の目的を達成するため、少なくとも２つ以上の蒸気冷却熱交換器と、前記ドライウェル内の蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込む気体引込手段と、該気体引込手段から前記蒸気冷却熱交換器の間に設けられた非凝縮性ガス分離装置とを有し、該非凝縮性ガス分離装置内で分離された蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体をそれぞれ別の前記蒸気冷却熱交換器に導くことを第１の特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、第１の目的を達成するため、前記気体引込手段は前記ドライウェルの壁面に設けられた蒸気引き込み管であることを第２の特徴とする。
さらに、本発明は、第１の目的を達成するため、前記気体引込手段は前記格納容器内部に設けられていることを第３の特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、第１の目的を達成するため、前記非凝縮性ガス分離装置は前記格納容器内部に設けられていることを第４の特徴とする。
さらに、本発明は、第１の目的を達成するため、前記気体引込手段と前記非凝縮性ガス分離装置とは一体であることを第５の特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、第１の目的を達成するため、前記非凝縮性ガス分離装置は、圧力バウンダリを構成するシェルと、該シェル内部には前記シェルの上流側（前記ドライウェル側）から流入した蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体に回転力を与える静翼機構と、前記シェル内部の前記静翼機構の下流側（前記蒸気冷却熱交換器側）に設けられた多重円筒構造とを有し、多重円筒の前記下流側がそれぞれ別個の前記蒸気冷却熱交換器に接続されることを第６の特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明は、第１の目的を達成するため、前記非凝縮性ガス分離装置は、圧力バウンダリを構成するシェルと、蒸気、窒素、水素の内の１種類ないしは２種類の気体のみを、残りの気体よりも通しやすいガスを分離し、該シェル内部の少なくとも一部を区切るガス分離膜とを有することを第７の特徴とする。
また、本発明は、第１の目的を達成するため、前記非凝縮性ガス分離装置は、前記ドライウェル内の異なる高さ位置の蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を取り込む少なくとも２つ以上の前記気体引込手段を有することを第８の特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明は、第２の目的を達成するため、原子炉を取り囲むように設置された原子炉格納容器内のドライウェルからの蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込み、前記混合気体を少なくとも２つ以上の異なる非凝縮性ガスの濃度の分離混合気体に分離し、前記２つ以上の異なる分離混合気体をそれぞれ異なる蒸気冷却熱交換器で冷却し、該冷却された凝縮水、凝縮しなかった蒸気の少なくとも一方をサプレッションプールに排出することを第９の特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器を格納容器外部に設置するシステムにおいて、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制可能な手段を提供できる。
【００１９】
また、本発明によれば、異常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できる沸騰水型原子力発電プラントの運転方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の静的格納容器冷却設備の構成図である。
【図２】非凝縮性ガス濃度と静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器内側壁面における熱伝達率の関係図である。
【図３】本発明の好適な一実施例である実施例２の静的格納容器冷却設備の構成図である。
【図４】本発明の実施例の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置の好適な一構成例である構成例１を示す図である。
【図５】本発明の実施例の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置の好適な一構成例である構成例２を示す図である。
【図６】本発明の実施例の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置の好適な一構成例である構成例３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明者らは、非凝縮性ガスが存在する場合であっても静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制可能な手段について検討した。従来の知見から、蒸気と非凝縮性ガスの混合気体の非凝縮性ガスの濃度が増加すると、蒸気冷却熱交換器内側壁面における熱伝達率が減少することが分かっている。発明者らは、非凝縮性ガス濃度が増加した時に、熱伝達率が式（１）に示す関係よりも大きく減少する場合は、少なくとも２系統設置した静的格納容器冷却設備に、異なる非凝縮性ガス濃度で混合気体を流すと、２系統平均での除熱性能を向上できることを見いだした。そこで、蒸気と非凝縮性ガスの混合気体の非凝縮性ガスの濃度と蒸気冷却熱交換器内側壁面における熱伝達率との関係を調査した結果、後述するように式(１)より大きく減少していることが分った。
H = -H0・X + H0 (１）
ここで、Hは非凝縮性ガスの質量割合がXの時の熱伝達率（W/m2K）、H0は非凝縮性ガス濃度が０の場合の熱伝達率（W/m2K）、Xは非凝縮性ガスの質量割合（―）を示す。
これにより、非凝縮性ガスが存在する場合の静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制できる。
【００２２】
上記の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。
【００２３】
(実施例1)
本発明の好適な一実施例である実施例１の静的格納容器冷却設備を、図１を用いて説明する。
【００２４】
沸騰水型原子力発電プラント１は、蒸気発生装置である原子炉２、原子炉を囲むように設置された格納容器３を備えている。格納容器３内は、サプレッションプール４を内包するウェットウェル５と、ウェットウェル５以外の領域であるドライウェル６に区分されている。ドライウェル６の一部では静的格納容器冷却設備の蒸気引き込み管７が貫通しており、その下流側には非凝縮性ガス分離装置８が設置されている。気体引込手段１６である蒸気引き込み管７から、ドライウェル内の蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込み、非凝縮性ガス分離装置８で少なくとも２つの非凝縮性ガスの濃度の異なる混合気体に分離する。例えば、図１の２つの分離では、分離された混合気体は、一方は非凝縮性ガスの濃度が低く、もう一方は非凝縮性ガスの濃度が高くなっている。なお、非凝縮性ガス分離装置８については、後述するその構成例で説明する。
【００２５】
非凝縮性ガス分離装置８から排出された少なくとも２つの混合気体配管は、それぞれ格納容器外部に設置された蒸気冷却プール９中に設置された蒸気冷却熱交換器１０Ａ及び蒸気冷却熱交換器１０Ｂに導かれる。蒸気冷却熱交換器１０内で冷却、凝縮された蒸気は、凝縮水排出管１１を通して最終的にサプレッションプール４に排出される。
非凝縮性ガスを完全に分離し、一方の蒸気冷却熱交換器のみに流すことができれば、非凝縮性ガスが存在することによる静的格納容器冷却設備の除熱性能低下を最も効果的に抑制できるが、完全に分離しなくても効果はある。
【００２６】
蒸気冷却熱交換器１０からサプレッションプール４への凝縮水排出管１１は、蒸気冷却熱交換器１０の底部に凝縮した凝縮水の排出管と、凝縮水の上部に存在する凝縮しなかった蒸気及び非凝縮ガスの排出管に分けても良い。また、凝縮器排出管１１は、２つの蒸気冷却熱交換器から出た配管を途中で１つの配管にまとめた例を示したが、それぞれ別配管でサプレッションプール４まで導いても良い。
【００２７】
次に、本発明の効果の一例を、図２を用いて説明する。図２の横軸は非凝縮性ガスの質量割合、縦軸は非凝縮性ガス濃度０の場合の熱伝達率で規格化した蒸気冷却熱交換器１０内側壁面における熱伝達率を示している。この例では、非凝縮性ガス濃度が０．２の場合の熱伝達率は約０．６５、非凝縮性ガス濃度が０．４の場合の熱伝達率は約０．４５である。式（１）で熱伝達率を評価すると、非凝縮性ガス濃度が０．２の場合の熱伝達率は０．８、非凝縮性ガス濃度が０．４の場合の熱伝達率は０．６となるため、非凝縮性ガス濃度が増加した時に、熱伝達率が式（１）に示す関係よりも大きく減少している。
【００２８】
ドライウェル６内の非凝縮性ガス濃度が０．２であったとき、従来の方法でこれをそのまま静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器１０に導くと、蒸気冷却熱交換器内側壁面の熱伝達率は約０．６５まで低下するため、除熱性能が低下することになる。ここで、非凝縮性ガス分離装置８を用い、一方の蒸気冷却熱交換器１０Ａには非凝縮性ガス濃度０の純粋な蒸気を導き、もう一方の蒸気冷却熱交換器１０Ｂには残りの非凝縮性ガスを含んだ濃度０．４の混合気体を導くと、蒸気冷却熱交換器１０Ａの内側壁面の熱伝達率は１．０、蒸気冷却熱交換器Ｂの内側壁面の熱伝達率は０．４５となる。蒸気冷却熱交換器１０Ａ、蒸気冷却熱交換器１０Ｂの内側壁面の平均熱伝達率は、それらの平均の０．７２となる。この結果は、従来の方法の０．６５に比較して約１０％熱伝達率を向上できる。本発明による熱伝達率低下の抑制効果は、その抑制効果を齎す非凝縮性ガス濃度増加による熱伝達率低下を示す熱伝達率低下曲線Ｃが、式(１)である直線Ｄより下部でその凹部が大きいほど大きくなる。
【００２９】
以上説明した実施例によれば、静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器を格納容器外部に設置するシステムにおいて、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制可能な手段を提供できる。
【００３０】
本実施形態によれば、非凝縮性ガスが存在する場合でも静的格納容器冷却設備の除熱性能が低下しないため、静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器を小型化できる。
【００３１】
(実施例２)
本発明の好適な一実施例である実施例２の静的格納容器冷却設備を、図３を用いて説明する。
実施例１では蒸気引き込み管７をドライウェル６の壁面に貫通して設け、非凝縮性ガス分離装置８を格納容器３外部に設置した例を示したが、少なくとも蒸気引き込み管７のようなドライウェル内の蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込む気体引込手段１６を格納容器３内部に設けても、実施例１で示した熱伝達率低下の抑制効果は、実施例１と同様に奏することができる。
図３に示す実施例２では気体引込手段１６と非凝縮性ガス分離装置８とを共に格納容器３内部に設置した例である。なお、気体引込手段１６としては、管でも、箱でも良いし、後述する非凝縮性ガス分離装置の構成例１または２が気体引込手段１６を兼ね、その一端が開放された状態でもよい。
【００３２】
(非凝縮性ガス分離装置の構成例１)
本発明の実施例１または２の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置８の好適な一構成例である構成例１を、図４を用いて説明する。
【００３３】
非凝縮性ガス分離装置８は、圧力バウンダリを構成する円筒状のシェル１２を持ち、その内部の上流側にスワラ１３（流体に回転力を与える静翼）を設置している。円筒状シェル１２内側のスワラ１３下流側には、２重円筒部１４を設け、２重円筒部１４内側と外側から排出した混合気体を別個の蒸気冷却熱交換器１０に導く構造としている。
【００３４】
混合気体が窒素と蒸気から構成される場合、窒素ガスの分子量は約２８、蒸気の分子量は約１８であるので、理想気体を仮定すると窒素ガスの密度は蒸気の約１．６倍大きくなる。混合気体が水素と蒸気から構成される場合、水素ガスの分子量は約２、蒸気の分子量は約１８であるので、理想気体を仮定すると水素ガスの密度は蒸気の約１／９倍となる。混合気体にスワラ１３で回転力を与えることで、密度が大きな気体が２重円筒部１４の外側を、密度が小さな気体が２重円筒部１４の内側を多く流れ、２系統に分割した蒸気冷却熱交換器１０に非凝縮性ガス濃度が異なる混合気体を流すことができる。
【００３５】
非凝縮ガス分離装置を縦向きに設置しても、横向きに設置しても構わない。また、円筒構造は２重円筒でもなくてもよく、３重円筒や４重円筒などでも良い。多重になればなるほど多くの蒸気冷却熱交換器を用い、非凝縮性ガスを効率よく分離でき、静的格納容器冷却設備の除熱性能低下を効果的に抑制できる。
【００３６】
(非凝縮性ガス分離装置の構成例２)
本発明の実施例１または２の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置８の好適な一構成例である構成例２を、図５を用いて説明する。
【００３７】
非凝縮性ガス分離装置８は、円筒状または矩形またはそれ以外の形状を有し、圧力バウンダリを構成するシェル１２を持ち、その内部には流れ方向に平行に、特定の気体（窒素、蒸気、水素の内、１種類または２種類の気体）を通しやすいガス分離膜１５を設置する。本構成例では円筒状のシェル１２を使用し、内部に２重円筒状のガス分離膜１５を設置した例を示したが、円筒状または矩形のシェル内部に板状のガス分離膜１５を設置しても良い。
【００３８】
シェル１２内部を混合気体が流れる間に、ガス分離膜１５を通して特定の気体のみが一方に移動するため、２系統に分割した蒸気冷却熱交換器１０に非凝縮性ガス濃度が異なる混合気体を流すことができる。本構成例では、ガス分離膜１５を流れ方向と平行に設置したが、円筒状のガス分離膜１５の直径を軸方向で変化させるなどして、流れ方向とガス分離膜の角度を変えても良い。ガス分離膜１５を流れ方向と平行に設置した場合は非凝縮性ガス分離装置８の圧力損失を小さくできるが、非凝縮性ガスの分離性能は低下する。一方、ガス分離膜１５の角度を流れ方向と垂直に近づけると、ガス分離性能は向上するが、圧力損失は大きくなる。板状のガス分離膜１５を用いる場合も、同じ特性となる。よって、ガス分離膜１５の設置角度は、想定される混合気体の流量、非凝縮性ガスの濃度によって最適な角度を選定することになる。
【００３９】
(非凝縮性ガス分離装置の構成例３)
本発明の実施例１または静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置８の好適な一構成例である構成例３を、図６を用いて説明する。
【００４０】
非凝縮性ガス分離装置８は、設置高さの異なる２つの蒸気引き込み管７Ａ及び蒸気引き込み管７Ｂから構成され、蒸気引き込み管７Ａは蒸気冷却熱交換器１０Ａに、蒸気引き込み管７Ｂは蒸気冷却熱交換器１０Ｂに接続する構成としている。
【００４１】
混合気体が窒素と蒸気から構成される場合、窒素ガスの分子量は約２８、蒸気の分子量は約１８であるので、理想気体を仮定すると窒素ガスの密度は蒸気の約１．６倍大きくなる。混合気体が水素と蒸気から構成される場合、水素ガスの分子量は約２、蒸気の分子量は約１８であるので、理想気体を仮定すると水素ガスの密度は蒸気の約１／９倍となる。気体はその密度の差により、ドライウェル６上部には密度の小さな気体、ドライウェル６下部には密度の大きな気体が多く貯まりやすい。設置高さが高い蒸気引き込み管７Ａからは密度の小さな気体が多く引き込まれ、設置高さが低い蒸気引き込み管７Ｂからは密度が大きな気体が多く引き込まれるため、２系統に分割した蒸気冷却熱交換器１０Ａ及び蒸気冷却熱交換器１０Ｂに非凝縮性ガス濃度が異なる混合気体を流すことができる。
【００４２】
図６では、気体引込手段１６として２つの蒸気引き込み管７Ａ、７Ｂはドライウェル６の壁面を貫通するように設けられているが、図３に示す実施例の考え方を踏襲すれば、気体引込手段１６を格納容器３内部に設けてもよい。
【００４３】
また、上記に説明した実施例１または２を有する沸騰水型原子力発電プラントにおいて、原子炉を取り囲むように設置された原子炉格納容器内のドライウェルからの蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込み、前記混合気体を少なくとも２つ以上の異なる非凝縮性ガスの濃度の分離混合気体に分離し、前記２つ以上の異なる分離混合気体をそれぞれ異なる蒸気冷却熱交換器で冷却し、該冷却された凝縮水、凝縮しなかった蒸気の少なくとも一方をサプレッションプールに排出することによって、常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できる沸騰水型原子力発電プラントの運転方法を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、沸騰水型原子力発電プラント等の原子力発電プラントに適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…沸騰水型原子力発電プラント、 ２…原子炉
３…格納容器 ４…サプレッションプール
５…ウェットウェル ６…ドライウェル
７、７Ａ、７Ｂ…蒸気引き込み管 ８…非凝縮性ガス分離装置
９…蒸気冷却プール １０、１０Ａ、１０Ｂ…蒸気冷却熱交換器 １１…凝縮水排出管 １２…シェル
１３…スワラ １４…２重円筒部
１５…ガス分離 １６…気体引込手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力発電プラントに適用するのに好適な静的格納容器冷却設備及び沸騰水型原子力発電プラントの運転方法に係わり、特に、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも除熱性能の低下を抑制できる静的格納容器冷却設備及び異常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できる沸騰水型原子力発電プラントの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力発電プラントには、異常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できるように、多様な安全系設備が設置されている。例えば、原子炉を取り囲むように配置された格納容器内部で主蒸気配管が破断する冷却材喪失事故が発生すると、破断口から流出する蒸気は格納容器内部のドライウェルと呼ばれる領域に放出される。その後、ドライウェルに貯まった蒸気を、同じく格納容器内部のウェットウェルと呼ばれる領域にあるサプレッションプールに導いて冷却、凝縮させる。このような構成をとることで、破断口から放出された蒸気を格納容器内部に閉じ込めると同時に、蒸気放出による格納容器内部の過圧を防止している。
サプレッションプール内の水量は有限であるので、長期間の原子炉の安全性を確保するためにはサプレッションプール水の冷却設備も必要である。従来の原子炉では、サプレッションプール内の水をポンプで熱交換器に送り、熱交換器を通して格納容器外部に放熱させた後、サプレッションプールに戻す系統などを持っている。
【０００３】
近年では、安全系機器のメンテナンス性を向上させるため、ポンプなどの動的機器を用いない、静的な安全系設備が注目されている。静的安全系設備の１つとして、ドライウェルに放出された蒸気を冷却、凝縮させる静的格納容器冷却設備が特開２００３−２４０８８８号広報などで提案されている。この安全系システムは、ドライウェルとウェットウェルの圧力差を利用し、ドライウェルからポンプなどの動的機器を用いることなく蒸気を抜き出し、格納容器外部に設置された冷却プールの中に設置された蒸気冷却熱交換器を通すことで冷却、凝縮させ、サプレッションプールに放出するものである。蒸気の熱を格納容器外部のプール水に放出することでサプレッションプールの温度上昇を抑制している。
【０００４】
ところで、沸騰水型原子力発電プラントの格納容器内部には一般的に窒素が存在する（空気を窒素で置換している）。また、発生確率は非常に小さいが、原子炉の炉心を冷却するための注水設備が全台故障した場合などを想定した過酷事故が発生した場合には、炉心に存在する金属（おもにジルカロイ）の酸化反応によって水素が発生する。このように、窒素や水素のような非凝縮性ガスが存在すると、静的格納容器冷却設備の除熱性能が低下することが知られている。このような研究が北海道大学工学部研究報告第122号（1984年）や、Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol. 46, No. 4, p. 339-345 (2009年)などで報告されている。
【０００５】
非凝縮性ガスの存在により静的格納容器冷却設備の除熱性能が低下する場合、性能低下を考慮して蒸気冷却熱交換器の容量をあらかじめ大きくしておく必要がある。この問題を解決するため、過酷事故時に発生する水素を他の物質と化学反応させて取り除く技術が特開平６−１３０１７０号公報などで、蒸気冷却熱交換器部分の非凝縮性ガス濃度の過度の上昇を抑制する技術が特開２００９−２０４５８７号広報などで提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４０８８８号公報
【特許文献２】特開平６−１３０１７０号公報
【特許文献３】特開２００９−２０４５８７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】北海道大学工学部研究報告第122号（1984年）
【非特許文献２】Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol. 46, No. 4, p.339-345 (2009年)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
背景技術に記載した従来の発明の内、過酷事故時に発生する水素を他の物質と化学反応させて取り除く技術は、水素発生時には有効であるが、窒素やその他の非凝縮性ガスが存在する場合には有効で無い。蒸気冷却熱交換器部分の非凝縮性ガス濃度の過度の上昇を抑制する技術は、蒸気冷却熱交換器を格納容器内部に設置した場合に、蒸気冷却熱交換器周辺の非凝縮性ガス濃度が上昇するのを抑制するためのもので、蒸気冷却熱交換器を格納容器外部に設置する場合は使用できない。なお、蒸気冷却熱交換器を格納容器内部に設置すると、格納容器が大型化するという問題がある。
【０００９】
本発明の第1の目的は、静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器を格納容器外部に設置するシステムにおいて、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制可能な手段を提供することである。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、異常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できる沸騰水型原子力発電プラントの運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の目的を達成するために少なくとも以下の特徴を有する。
【００１２】
本発明は、第１の目的を達成するため、少なくとも２つ以上の蒸気冷却熱交換器と、前記ドライウェル内の蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込む気体引込手段と、該気体引込手段から前記蒸気冷却熱交換器の間に設けられた非凝縮性ガス分離装置とを有し、該非凝縮性ガス分離装置内で分離された蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体をそれぞれ別の前記蒸気冷却熱交換器に導くことを第１の特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、第１の目的を達成するため、前記気体引込手段は前記ドライウェルの壁面に設けられた蒸気引き込み管であることを第２の特徴とする。
さらに、本発明は、第１の目的を達成するため、前記気体引込手段は前記格納容器内部に設けられていることを第３の特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、第１の目的を達成するため、前記非凝縮性ガス分離装置は前記格納容器内部に設けられていることを第４の特徴とする。
さらに、本発明は、第１の目的を達成するため、前記気体引込手段と前記非凝縮性ガス分離装置とは一体であることを第５の特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、第１の目的を達成するため、前記非凝縮性ガス分離装置は、圧力バウンダリを構成するシェルと、該シェル内部には前記シェルの上流側（前記ドライウェル側）から流入した蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体に回転力を与える静翼機構と、前記シェル内部の前記静翼機構の下流側（前記蒸気冷却熱交換器側）に設けられた多重円筒構造とを有し、多重円筒の前記下流側がそれぞれ別個の前記蒸気冷却熱交換器に接続されることを第６の特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明は、第１の目的を達成するため、前記非凝縮性ガス分離装置は、圧力バウンダリを構成するシェルと、蒸気、窒素、水素の内の１種類ないしは２種類の気体のみを、残りの気体よりも通しやすいガスを分離し、該シェル内部の少なくとも一部を区切るガス分離膜とを有することを第７の特徴とする。
また、本発明は、第１の目的を達成するため、前記非凝縮性ガス分離装置は、前記ドライウェル内の異なる高さ位置の蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を取り込む少なくとも２つ以上の前記気体引込手段を有することを第８の特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明は、第２の目的を達成するため、原子炉を取り囲むように設置された原子炉格納容器内のドライウェルからの蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込み、前記混合気体を少なくとも２つ以上の異なる非凝縮性ガスの濃度の分離混合気体に分離し、前記２つ以上の異なる分離混合気体をそれぞれ異なる蒸気冷却熱交換器で冷却し、該冷却された凝縮水、凝縮しなかった蒸気の少なくとも一方をサプレッションプールに排出することを第９の特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器を格納容器外部に設置するシステムにおいて、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制可能な手段を提供できる。
【００１９】
また、本発明によれば、異常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できる沸騰水型原子力発電プラントの運転方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の静的格納容器冷却設備の構成図である。
【図２】非凝縮性ガス濃度と静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器内側壁面における熱伝達率の関係図である。
【図３】本発明の好適な一実施例である実施例２の静的格納容器冷却設備の構成図である。
【図４】本発明の実施例の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置の好適な一構成例である構成例１を示す図である。
【図５】本発明の実施例の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置の好適な一構成例である構成例２を示す図である。
【図６】本発明の実施例の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置の好適な一構成例である構成例３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明者らは、非凝縮性ガスが存在する場合であっても静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制可能な手段について検討した。従来の知見から、蒸気と非凝縮性ガスの混合気体の非凝縮性ガスの濃度が増加すると、蒸気冷却熱交換器内側壁面における熱伝達率が減少することが分かっている。発明者らは、非凝縮性ガス濃度が増加した時に、熱伝達率が式（１）に示す関係よりも大きく減少する場合は、少なくとも２系統設置した静的格納容器冷却設備に、異なる非凝縮性ガス濃度で混合気体を流すと、２系統平均での除熱性能を向上できることを見いだした。そこで、蒸気と非凝縮性ガスの混合気体の非凝縮性ガスの濃度と蒸気冷却熱交換器内側壁面における熱伝達率との関係を調査した結果、後述するように式(１)より大きく減少していることが分った。
H = -H0・X + H0 (１）
ここで、Hは非凝縮性ガスの質量割合がXの時の熱伝達率（W/m2K）、H0は非凝縮性ガス濃度が０の場合の熱伝達率（W/m2K）、Xは非凝縮性ガスの質量割合（―）を示す。
これにより、非凝縮性ガスが存在する場合の静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制できる。
【００２２】
上記の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。
【００２３】
(実施例1)
本発明の好適な一実施例である実施例１の静的格納容器冷却設備を、図１を用いて説明する。
【００２４】
沸騰水型原子力発電プラント１は、蒸気発生装置である原子炉２、原子炉を囲むように設置された格納容器３を備えている。格納容器３内は、サプレッションプール４を内包するウェットウェル５と、ウェットウェル５以外の領域であるドライウェル６に区分されている。ドライウェル６の一部では静的格納容器冷却設備の蒸気引き込み管７が貫通しており、その下流側には非凝縮性ガス分離装置８が設置されている。気体引込手段１６である蒸気引き込み管７から、ドライウェル内の蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込み、非凝縮性ガス分離装置８で少なくとも２つの非凝縮性ガスの濃度の異なる混合気体に分離する。例えば、図１の２つの分離では、分離された混合気体は、一方は非凝縮性ガスの濃度が低く、もう一方は非凝縮性ガスの濃度が高くなっている。なお、非凝縮性ガス分離装置８については、後述するその構成例で説明する。
【００２５】
非凝縮性ガス分離装置８から排出された少なくとも２つの混合気体配管は、それぞれ格納容器外部に設置された蒸気冷却プール９中に設置された蒸気冷却熱交換器１０Ａ及び蒸気冷却熱交換器１０Ｂに導かれる。蒸気冷却熱交換器１０内で冷却、凝縮された蒸気は、凝縮水排出管１１を通して最終的にサプレッションプール４に排出される。
非凝縮性ガスを完全に分離し、一方の蒸気冷却熱交換器のみに流すことができれば、非凝縮性ガスが存在することによる静的格納容器冷却設備の除熱性能低下を最も効果的に抑制できるが、完全に分離しなくても効果はある。
【００２６】
蒸気冷却熱交換器１０からサプレッションプール４への凝縮水排出管１１は、蒸気冷却熱交換器１０の底部に凝縮した凝縮水の排出管と、凝縮水の上部に存在する凝縮しなかった蒸気及び非凝縮ガスの排出管に分けても良い。また、凝縮器排出管１１は、２つの蒸気冷却熱交換器から出た配管を途中で１つの配管にまとめた例を示したが、それぞれ別配管でサプレッションプール４まで導いても良い。
【００２７】
次に、本発明の効果の一例を、図２を用いて説明する。図２の横軸は非凝縮性ガスの質量割合、縦軸は非凝縮性ガス濃度０の場合の熱伝達率で規格化した蒸気冷却熱交換器１０内側壁面における熱伝達率を示している。この例では、非凝縮性ガス濃度が０．２の場合の熱伝達率は約０．６５、非凝縮性ガス濃度が０．４の場合の熱伝達率は約０．４５である。式（１）で熱伝達率を評価すると、非凝縮性ガス濃度が０．２の場合の熱伝達率は０．８、非凝縮性ガス濃度が０．４の場合の熱伝達率は０．６となるため、非凝縮性ガス濃度が増加した時に、熱伝達率が式（１）に示す関係よりも大きく減少している。
【００２８】
ドライウェル６内の非凝縮性ガス濃度が０．２であったとき、従来の方法でこれをそのまま静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器１０に導くと、蒸気冷却熱交換器内側壁面の熱伝達率は約０．６５まで低下するため、除熱性能が低下することになる。ここで、非凝縮性ガス分離装置８を用い、一方の蒸気冷却熱交換器１０Ａには非凝縮性ガス濃度０の純粋な蒸気を導き、もう一方の蒸気冷却熱交換器１０Ｂには残りの非凝縮性ガスを含んだ濃度０．４の混合気体を導くと、蒸気冷却熱交換器１０Ａの内側壁面の熱伝達率は１．０、蒸気冷却熱交換器Ｂの内側壁面の熱伝達率は０．４５となる。蒸気冷却熱交換器１０Ａ、蒸気冷却熱交換器１０Ｂの内側壁面の平均熱伝達率は、それらの平均の０．７２となる。この結果は、従来の方法の０．６５に比較して約１０％熱伝達率を向上できる。本発明による熱伝達率低下の抑制効果は、その抑制効果を齎す非凝縮性ガス濃度増加による熱伝達率低下を示す熱伝達率低下曲線Ｃが、式(１)である直線Ｄより下部でその凹部が大きいほど大きくなる。
【００２９】
以上説明した実施例によれば、静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器を格納容器外部に設置するシステムにおいて、窒素や水素などの非凝縮性ガスが存在した場合でも静的格納容器冷却設備の除熱性能の低下を抑制可能な手段を提供できる。
【００３０】
本実施形態によれば、非凝縮性ガスが存在する場合でも静的格納容器冷却設備の除熱性能が低下しないため、静的格納容器冷却設備の蒸気冷却熱交換器を小型化できる。
【００３１】
(実施例２)
本発明の好適な一実施例である実施例２の静的格納容器冷却設備を、図３を用いて説明する。
実施例１では蒸気引き込み管７をドライウェル６の壁面に貫通して設け、非凝縮性ガス分離装置８を格納容器３外部に設置した例を示したが、少なくとも蒸気引き込み管７のようなドライウェル内の蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込む気体引込手段１６を格納容器３内部に設けても、実施例１で示した熱伝達率低下の抑制効果は、実施例１と同様に奏することができる。
図３に示す実施例２では気体引込手段１６と非凝縮性ガス分離装置８とを共に格納容器３内部に設置した例である。なお、気体引込手段１６としては、管でも、箱でも良いし、後述する非凝縮性ガス分離装置の構成例１または２が気体引込手段１６を兼ね、その一端が開放された状態でもよい。
【００３２】
(非凝縮性ガス分離装置の構成例１)
本発明の実施例１または２の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置８の好適な一構成例である構成例１を、図４を用いて説明する。
【００３３】
非凝縮性ガス分離装置８は、圧力バウンダリを構成する円筒状のシェル１２を持ち、その内部の上流側にスワラ１３（流体に回転力を与える静翼）を設置している。円筒状シェル１２内側のスワラ１３下流側には、２重円筒部１４を設け、２重円筒部１４内側と外側から排出した混合気体を別個の蒸気冷却熱交換器１０に導く構造としている。
【００３４】
混合気体が窒素と蒸気から構成される場合、窒素ガスの分子量は約２８、蒸気の分子量は約１８であるので、理想気体を仮定すると窒素ガスの密度は蒸気の約１．６倍大きくなる。混合気体が水素と蒸気から構成される場合、水素ガスの分子量は約２、蒸気の分子量は約１８であるので、理想気体を仮定すると水素ガスの密度は蒸気の約１／９倍となる。混合気体にスワラ１３で回転力を与えることで、密度が大きな気体が２重円筒部１４の外側を、密度が小さな気体が２重円筒部１４の内側を多く流れ、２系統に分割した蒸気冷却熱交換器１０に非凝縮性ガス濃度が異なる混合気体を流すことができる。
【００３５】
非凝縮ガス分離装置を縦向きに設置しても、横向きに設置しても構わない。また、円筒構造は２重円筒でもなくてもよく、３重円筒や４重円筒などでも良い。多重になればなるほど多くの蒸気冷却熱交換器を用い、非凝縮性ガスを効率よく分離でき、静的格納容器冷却設備の除熱性能低下を効果的に抑制できる。
【００３６】
(非凝縮性ガス分離装置の構成例２)
本発明の実施例１または２の静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置８の好適な一構成例である構成例２を、図５を用いて説明する。
【００３７】
非凝縮性ガス分離装置８は、円筒状または矩形またはそれ以外の形状を有し、圧力バウンダリを構成するシェル１２を持ち、その内部には流れ方向に平行に、特定の気体（窒素、蒸気、水素の内、１種類または２種類の気体）を通しやすいガス分離膜１５を設置する。本構成例では円筒状のシェル１２を使用し、内部に２重円筒状のガス分離膜１５を設置した例を示したが、円筒状または矩形のシェル内部に板状のガス分離膜１５を設置しても良い。
【００３８】
シェル１２内部を混合気体が流れる間に、ガス分離膜１５を通して特定の気体のみが一方に移動するため、２系統に分割した蒸気冷却熱交換器１０に非凝縮性ガス濃度が異なる混合気体を流すことができる。本構成例では、ガス分離膜１５を流れ方向と平行に設置したが、円筒状のガス分離膜１５の直径を軸方向で変化させるなどして、流れ方向とガス分離膜の角度を変えても良い。ガス分離膜１５を流れ方向と平行に設置した場合は非凝縮性ガス分離装置８の圧力損失を小さくできるが、非凝縮性ガスの分離性能は低下する。一方、ガス分離膜１５の角度を流れ方向と垂直に近づけると、ガス分離性能は向上するが、圧力損失は大きくなる。板状のガス分離膜１５を用いる場合も、同じ特性となる。よって、ガス分離膜１５の設置角度は、想定される混合気体の流量、非凝縮性ガスの濃度によって最適な角度を選定することになる。
【００３９】
(非凝縮性ガス分離装置の構成例３)
本発明の実施例１または静的格納容器冷却設備に用いることができる非凝縮性ガス分離装置８の好適な一構成例である構成例３を、図６を用いて説明する。
【００４０】
非凝縮性ガス分離装置８は、設置高さの異なる２つの蒸気引き込み管７Ａ及び蒸気引き込み管７Ｂから構成され、蒸気引き込み管７Ａは蒸気冷却熱交換器１０Ａに、蒸気引き込み管７Ｂは蒸気冷却熱交換器１０Ｂに接続する構成としている。
【００４１】
混合気体が窒素と蒸気から構成される場合、窒素ガスの分子量は約２８、蒸気の分子量は約１８であるので、理想気体を仮定すると窒素ガスの密度は蒸気の約１．６倍大きくなる。混合気体が水素と蒸気から構成される場合、水素ガスの分子量は約２、蒸気の分子量は約１８であるので、理想気体を仮定すると水素ガスの密度は蒸気の約１／９倍となる。気体はその密度の差により、ドライウェル６上部には密度の小さな気体、ドライウェル６下部には密度の大きな気体が多く貯まりやすい。設置高さが高い蒸気引き込み管７Ａからは密度の小さな気体が多く引き込まれ、設置高さが低い蒸気引き込み管７Ｂからは密度が大きな気体が多く引き込まれるため、２系統に分割した蒸気冷却熱交換器１０Ａ及び蒸気冷却熱交換器１０Ｂに非凝縮性ガス濃度が異なる混合気体を流すことができる。
【００４２】
図６では、気体引込手段１６として２つの蒸気引き込み管７Ａ、７Ｂはドライウェル６の壁面を貫通するように設けられているが、図３に示す実施例の考え方を踏襲すれば、気体引込手段１６を格納容器３内部に設けてもよい。
【００４３】
また、上記に説明した実施例１または２を有する沸騰水型原子力発電プラントにおいて、原子炉を取り囲むように設置された原子炉格納容器内のドライウェルからの蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込み、前記混合気体を少なくとも２つ以上の異なる非凝縮性ガスの濃度の分離混合気体に分離し、前記２つ以上の異なる分離混合気体をそれぞれ異なる蒸気冷却熱交換器で冷却し、該冷却された凝縮水、凝縮しなかった蒸気の少なくとも一方をサプレッションプールに排出することによって、常な過渡事象や事故事象が発生しても、原子炉の安全を適切に確保できる沸騰水型原子力発電プラントの運転方法を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、沸騰水型原子力発電プラント等の原子力発電プラントに適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…沸騰水型原子力発電プラント、 ２…原子炉
３…格納容器 ４…サプレッションプール
５…ウェットウェル ６…ドライウェル
７、７Ａ、７Ｂ…蒸気引き込み管 ８…非凝縮性ガス分離装置
９…蒸気冷却プール １０、１０Ａ、１０Ｂ…蒸気冷却熱交換器 １１…凝縮水排出管 １２…シェル
１３…スワラ １４…２重円筒部
１５…ガス分離 １６…気体引込手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉を取り囲むように設置された原子炉格納容器内のドライウェルと、格納容器外部に設置された蒸気冷却熱交換器と該蒸気冷却熱交換器の他方から原子炉格納容器内のサプレッションプール内部につながる凝縮水排出管と、前記気冷却熱交換器を取り囲むように配置された蒸気冷却プールと、を有する静的格納容器冷却設備において、
少なくとも２つ以上の前記蒸気冷却熱交換器と、該ドライウェル内の蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込む気体引込手段と、該気体引込手段から前記蒸気冷却熱交換器の間に設けられた非凝縮性ガス分離装置とを有し、該非凝縮性ガス分離装置内で分離された蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体をそれぞれ別の前記蒸気冷却熱交換器に導くことを特徴とする静的格納容器冷却設備。
【請求項２】
前記気体引込手段は前記ドライウェルの壁面に設けられた蒸気引き込み管であることを特徴とする請求項１に記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項３】
前記気体引込手段は前記格納容器内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項４】
前記非凝縮性ガス分離装置は前記格納容器内部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項５】
前記気体引込手段と前記非凝縮性ガス分離装置とは一体であることを特徴とする請求項４に記載に静的格納容器冷却設備。
【請求項６】
前記非凝縮性ガス分離装置は、圧力バウンダリを構成するシェルと、該シェル内部には前記シェルの上流側（前記ドライウェル側）から流入した蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体に回転力を与える静翼機構と、前記シェル内部の前記静翼機構の下流側（前記蒸気冷却熱交換器側）に設けられた多重円筒構造とを有し、多重円筒の前記下流側がそれぞれ別の前記蒸気冷却熱交換器に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項７】
前記非凝縮性ガス分離装置は、圧力バウンダリを構成するシェルと、蒸気、窒素、水素の内の１種類ないしは２種類の気体のみを、残りの気体よりも通しやすいガスを分離し、該シェル内部の少なくとも一部を区切るガス分離膜とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項８】
前記非凝縮性ガス分離装置は、前記ドライウェル内の異なる高さ位置の蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を取り込む少なくとも２つ以上の前記気体引込手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項９】
原子炉を取り囲むように設置された原子炉格納容器内のドライウェルからの蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込み、前記混合気体を少なくとも２つ以上の異なる非凝縮性ガスの濃度の分離混合気体に分離し、前記２つ以上の異なる分離混合気体をそれぞれ異なる蒸気冷却熱交換器で冷却し、該冷却された凝縮水、凝縮しなかった蒸気の少なくとも一方をサプレッションプールに排出することを特徴とする沸騰水型原子力発電プラントの運転方法。
【請求項１】
原子炉を取り囲むように設置された原子炉格納容器内のドライウェルと、格納容器外部に設置された蒸気冷却熱交換器と該蒸気冷却熱交換器の他方から原子炉格納容器内のサプレッションプール内部につながる凝縮水排出管と、前記気冷却熱交換器を取り囲むように配置された蒸気冷却プールと、を有する静的格納容器冷却設備において、
少なくとも２つ以上の前記蒸気冷却熱交換器と、該ドライウェル内の蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込む気体引込手段と、該気体引込手段から前記蒸気冷却熱交換器の間に設けられた非凝縮性ガス分離装置とを有し、該非凝縮性ガス分離装置内で分離された蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体をそれぞれ別の前記蒸気冷却熱交換器に導くことを特徴とする静的格納容器冷却設備。
【請求項２】
前記気体引込手段は前記ドライウェルの壁面に設けられた蒸気引き込み管であることを特徴とする請求項１に記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項３】
前記気体引込手段は前記格納容器内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項４】
前記非凝縮性ガス分離装置は前記格納容器内部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項５】
前記気体引込手段と前記非凝縮性ガス分離装置とは一体であることを特徴とする請求項４に記載に静的格納容器冷却設備。
【請求項６】
前記非凝縮性ガス分離装置は、圧力バウンダリを構成するシェルと、該シェル内部には前記シェルの上流側（前記ドライウェル側）から流入した蒸気または蒸気と非凝縮性ガスの混合気体に回転力を与える静翼機構と、前記シェル内部の前記静翼機構の下流側（前記蒸気冷却熱交換器側）に設けられた多重円筒構造とを有し、多重円筒の前記下流側がそれぞれ別の前記蒸気冷却熱交換器に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項７】
前記非凝縮性ガス分離装置は、圧力バウンダリを構成するシェルと、蒸気、窒素、水素の内の１種類ないしは２種類の気体のみを、残りの気体よりも通しやすいガスを分離し、該シェル内部の少なくとも一部を区切るガス分離膜とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項８】
前記非凝縮性ガス分離装置は、前記ドライウェル内の異なる高さ位置の蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を取り込む少なくとも２つ以上の前記気体引込手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静的格納容器冷却設備。
【請求項９】
原子炉を取り囲むように設置された原子炉格納容器内のドライウェルからの蒸気と非凝縮性ガスの混合気体を引き込み、前記混合気体を少なくとも２つ以上の異なる非凝縮性ガスの濃度の分離混合気体に分離し、前記２つ以上の異なる分離混合気体をそれぞれ異なる蒸気冷却熱交換器で冷却し、該冷却された凝縮水、凝縮しなかった蒸気の少なくとも一方をサプレッションプールに排出することを特徴とする沸騰水型原子力発電プラントの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−５２８２３（Ｐ２０１２−５２８２３Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９３２７１（Ｐ２０１０−１９３２７１）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【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２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【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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