特許 7550120 原子炉圧力容器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-04

(45)【発行日】2024-09-12

(54)【発明の名称】原子炉圧力容器

(51)【国際特許分類】

   G21C 13/00 20060101AFI20240905BHJP

   G21C 15/02 20060101ALI20240905BHJP

   G21C 9/00 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

G21C13/00 100

G21C15/02 N

G21C9/00

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021140857

(22)【出願日】2021-08-31

(65)【公開番号】P2023034559

(43)【公開日】2023-03-13

【審査請求日】2023-11-15

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】小林 加菜子

(72)【発明者】

【氏名】木藤 和明

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５－１６２０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－１６２０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０７２３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４３７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１９４２２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ １１／００－１３／１０

Ｇ２１Ｃ １５／００－１５／２８

Ｇ２１Ｃ ９／００－９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に炉心が収容され、内部の水を前記炉心より低い位置から前記炉心より高い位置まで搬送し、原子炉圧力容器の壁面に支持されて外部へ排出するボトムドレン配管を備えている原子炉圧力容器であって、
前記ボトムドレン配管は、該ボトムドレン配管が前記原子炉圧力容器の外で破断した際に、前記原子炉圧力容器内の前記炉心より低い位置にある前記ボトムドレン配管の吸込み口と前記原子炉圧力容器外の前記ボトムドレン配管の破断口との水圧差によって、前記原子炉圧力容器内の前記炉心より低い位置から前記炉心より高い位置へ前記原子炉圧力容器内の水を吸い上げることができないようにする水吸い上げ阻止手段を備え、
前記水吸い上げ阻止手段は、前記ボトムドレン配管に形成され、該ボトムドレン配管の前記吸込み口の口径より小さい口径の連通穴であることを特徴とする原子炉圧力容器。

【請求項2】

請求項１に記載の原子炉圧力容器であって、
前記連通穴は、前記炉心よりも上部に設置され、前記ボトムドレン配管の内外差圧が一定値以上になると、前記炉心よりも上部に設けた前記連通穴が開放され、前記原子炉圧力容器の内部と前記ボトムドレン配管の内部が連通されることを特徴とする原子炉圧力容器。

【請求項3】

請求項１に記載の原子炉圧力容器であって、
前記連通穴は、通常時は、前記ボトムドレン配管の前記吸込み口側から水を吸い上げることが可能で、前記ボトムドレン配管の破断時は、前記原子炉圧力容器の内外の圧力差が小さくなり、前記ボトムドレン配管の前記吸込み口側から水が上がってこないものであることを特徴とする原子炉圧力容器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は原子炉圧力容器に係り、特に、内部に封入されている水を、炉心より低い位置から高い位置まで搬送し壁面に支持されて外部へ排出するボトムドレン配管を備えているものに好適な原子炉圧力容器に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲプラント）においては、原子炉圧力容器の底部に接続されているボトムドレン配管が、原子炉圧力容器の外で破断したとき、水の自重及び原子炉圧力容器内の圧力により水位が低下し、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）等の重大事象が発生する恐れがある。

【0003】

上記の冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）等の重大事象に対する対策として、特許文献１に記載された「原子力プラント及びその改造方法」がある。

【0004】

この特許文献１には、原子力プラントの定期検査時に冷却材喪失事故等の重大事象が発生した場合においても、原子力プラントの静的な構成によって、炉心及び使用済燃料の冠水状態を維持できる改造方法が記載されている。

【0005】

また、高経済性単純化沸騰水型原子炉（ＥＳＢＷＲ）では、ボトムドレン配管を原子炉圧力容器内で炉心の下部から炉心より高い位置まで立ち上げ、更に、原子炉圧力容器の壁面を貫通して原子炉圧力容器の外に出している。

【0006】

この構成により、ボトムドレン配管が万が一、原子炉圧力容器の外で破断した際に、原子炉圧力容器の内外の差圧が非常に小さい場合は、ボトムドレン配管の吸込み口と破断口の水圧差によって、原子炉圧力容器内の冷却材の流出を止めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１６－１７８１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記した特許文献１の「原子力プラント及びその改造方法」は、原子力プラントの定期検査時のＬＯＣＡ事象が発生した場合の系外への冷却材流出を阻止するものである。

【0009】

しかしながら、ボトムドレン配管が原子炉圧力容器の外で破断したことによる運転中の事故時の際に、ＬＯＣＡ事象の発生による原子炉圧力容器から液相状態の冷却材が流出してしまう恐れがあるが、特許文献１には、ＬＯＣＡ事象の発生による原子炉圧力容器から液相状態の冷却材の流出量を抑えることについては、全く記載されていない。

【0010】

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ボトムドレン配管を原子炉圧力容器内で炉心の下部から炉心よりも高い位置まで立ち上げ、更に、原子炉圧力容器の壁面を貫通して原子炉圧力容器の外に出している構成において、ボトムドレン配管が原子炉圧力容器の外で破断した場合であっても、原子炉圧力容器内の液相状態の冷却材の流出量を抑え、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）等の重大事象の影響を抑えることができる原子炉圧力容器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の原子炉圧力容器は、上記目的を達成するために、内部に炉心が収容され、内部の水を前記炉心より低い位置から前記炉心より高い位置まで搬送し、原子炉圧力容器の壁面に支持されて外部へ排出するボトムドレン配管を備えている原子炉圧力容器であって、
前記ボトムドレン配管は、該ボトムドレン配管が前記原子炉圧力容器の外で破断した際に、前記原子炉圧力容器内の前記炉心より低い位置にある前記ボトムドレン配管の吸込み口と前記原子炉圧力容器外の前記ボトムドレン配管の破断口との水圧差によって、前記原子炉圧力容器内の前記炉心より低い位置から前記炉心より高い位置へ前記原子炉圧力容器内の水を吸い上げることができないようにする水吸い上げ阻止手段を備え、
前記水吸い上げ阻止手段は、前記ボトムドレン配管に形成され、該ボトムドレン配管の前記吸込み口の口径より小さい口径の連通穴であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ボトムドレン配管を原子炉圧力容器内で炉心の下部から炉心よりも高い位置まで立ち上げ、更に、原子炉圧力容器の壁面を貫通して原子炉圧力容器の外に出している構成において、ボトムドレン配管が原子炉圧力容器の外で破断した場合であっても、原子炉圧力容器内の液相状態の冷却材の流出量を抑え、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）等の重大事象の影響を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の原子炉圧力容器が適用される沸騰水型原子力プラントの概略構成を示す図である。

【図2】本発明の原子炉圧力容器のボトムドレン配管における水吸い上げ阻止手段が設置された部分を示す拡大図である。

【図3】本発明の原子炉圧力容器のボトムドレン配管に用いられる水吸い上げ阻止手段の実施例１を示す図である。

【図4】本発明の原子炉圧力容器のボトムドレン配管に用いられる水吸い上げ阻止手段の実施例２を示す図である。

【図5(a)】本発明の原子炉圧力容器のボトムドレン配管に用いられる水吸い上げ阻止手段の実施例３であり、通常時の状態を示す図である。

【図5(b)】本発明の原子炉圧力容器のボトムドレン配管に用いられる水吸い上げ阻止手段の実施例３であり、ボトムドレン配管の破断時の状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図示した実施例に基づいて本発明の原子炉圧力容器を説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。

【実施例1】

【0015】

図１に、本発明の原子炉圧力容器１が適用される沸騰水型原子力プラントの概略構成を示し、図２に、本発明の原子炉圧力容器１のボトムドレン配管２における水吸い上げ阻止手段５Ａが設置された部分を示す。

【0016】

図１に示すように、沸騰水型原子力プラントにおいて原子炉圧力容器１は、原子炉格納容器１１のドライウェル１２内に配置され、原子炉格納容器１１内に設置されたペデスタル（図示せず）によって支持されている。ウエットウェルである環状の圧力抑制室９が、このペデスタルを取り囲んで配置されている。冷却水が充填された圧力抑制プール１０が圧力抑制室９内に形成されている。ドライウェル１２と圧力抑制室９は、互いに隔離されている。原子炉格納容器１１内に設けられた複数のベント通路（図示せず）のそれぞれの上端部がドライウェル１２に解放され、各ベント通路の下端部が圧力抑制プール１０の水中に開放されている。

【0017】

また、原子炉圧力容器１には、給水系止め弁８Ａ及び８Ｂが設けられた給水系配管７と残留熱除去系止め弁１４Ａ及び１４Ｂが設けられた残留熱除去系配管１３が接続されている。一方、原子炉圧力容器１は、内部に炉心３が収容され、内部の水を炉心３より低い位置から炉心３より高い位置まで搬送し、原子炉圧力容器１の壁面４に支持されて外部（浄化系）へ排出する浄化系止め弁６Ａ及び６Ｂが設けられたボトムドレン配管２を備えている。

【0018】

そして、本実施例では、ボトムドレン配管２が原子炉圧力容器１の外で破断した際に、原子炉圧力容器１内の炉心３より低い位置にあるボトムドレン配管２の吸込み口２ａと原子炉圧力容器１外のボトムドレン配管２の破断口との水圧差によって、原子炉圧力容器１内の炉心３より低い位置から炉心３より高い位置へ原子炉圧力容器１内の水を吸い上げることができないようにする水吸い上げ阻止手段５Ａを備えていることを特徴とする（図２に詳細を示す）。

【0019】

即ち、本実施例では、原子炉圧力容器１内の炉心３より低い位置からボトムドレン配管２を原子炉圧力容器１内の炉心３より高い位置まで立ち上げ、原子炉圧力容器１の壁面４を介して、原子炉圧力容器１の外部に出し、また、ボトムドレン配管２の炉心３より高い位置に水吸い上げ阻止手段５Ａを設置している。

【0020】

ボトムドレン配管２が原子炉圧力容器１の外で破断した場合、原子炉圧力容器１内の水位が水吸い上げ阻止手段５Ａの設置高さよりも高いとき、原子炉圧力容器１内の水が水吸い上げ阻止手段５Ａからボトムドレン配管２に流れ込み、原子炉圧力容器１の壁面４に支持されているボトムドレン配管２を介して破断口から原子炉圧力容器１の外部へ流出される。

【0021】

原子炉圧力容器１内の水位が水吸い上げ阻止手段５Ａの設置高さよりも下がると、水吸い上げ阻止手段５Ａから蒸気が排出され、原子炉圧力容器１内の炉心３より低い位置にあるボトムドレン配管２の吸込み口２ａと原子炉圧力容器１外の破断口との水圧差によって、原子炉圧力容器１内の炉心３より低い位置から炉心３より高い位置へ原子炉圧力容器１内の水を吸い上げることができないようにする。

【0022】

つまり、本実施例の水吸い上げ阻止手段５Ａは、炉心３よりも上部に設置され、ボトムドレン配管２の内外差圧が一定値以上になると、炉心３よりも上部に設けた水吸い上げ阻止手段５Ａが開放され、原子炉圧力容器１の内部とボトムドレン配管２の内部が連通されるものである。

【0023】

これにより、原子炉圧力容器１内の水の流出は止まり、液相状態の冷却材の流出量が抑えられる。

【0024】

また、上記原子力プラントの運転中の事故時において、ボトムドレン配管２に炉心３の下部から炉心３より高い位置へ水を吸い上げることができないようにする水吸い上げ阻止手段５Ａを備えることで、原子炉圧力容器１の内外差圧が大きい条件においても、液相状態の冷却材の流出量が抑えられ、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）等の重大事象の影響を抑えることができる。

【0025】

次に、本実施例の原子炉圧力容器４のボトムドレン配管２に用いられる水吸い上げ阻止手段５Ａの具体的な構成を、図３を用いて説明する。

【0026】

図３に示すように、本実施例の水吸い上げ阻止手段５Ａは、ボトムドレン配管２の炉心３より上部に形成され、このボトムドレン配管２の吸込み口２ａの口径より十分に小さい口径の連通穴２７で構成されている。

【0027】

上記した連通穴２７は、ボトムドレン配管２の吸込み口２ａの口径より十分に小さい口径とすることで、通常時は、ボトムドレン配管２の吸込み口２ａ側からも水を吸い上げることが可能であり、ボトムドレン配管２の破断時は、連通穴２７があることにより、原子炉圧力容器４の内外の圧力差が小さくなるため、ボトムドレン配管２の吸込み口２ａ側から水が上がってくることはできない。

【0028】

このような本実施例によれば、ボトムドレン配管２を原子炉圧力容器１内で炉心３の下部から炉心よりも高い位置まで立ち上げ、更に、原子炉圧力容器１の壁面４を貫通して原子炉圧力容器１の外に出している構成において、ボトムドレン配管２が原子炉圧力容器１の外で破断したとき、液相状態の冷却材の流出量を抑えることができ、これにより、炉心３の損傷開始を少なくとも２倍以上遅らせることが可能となり、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）等の重大事象の影響を抑えることが可能である。

【実施例2】

【0029】

図４に、本発明の原子炉圧力容器１のボトムドレン配管２に用いられる水吸い上げ阻止手段の実施例２を示す。

【0030】

図４に示すように、本実施例の水吸い上げ阻止手段５Ｂは、ボトムドレン配管２の炉心３より上部に形成された連通穴２２と、この連通穴２２を覆うようにボトムドレン配管２の炉心３より上部に予めウイーク・ポイントを設けたラプチャーディスク２８とから構成されている。
即ち、図４に示すように、上記したラプチャーディスク２８は、略円板状を成しており、内部空間の圧力の上昇に応じて破裂する破裂部（ウイーク・ポイント）２９が形成されている。また、ラプチャーディスク２８は、金属製の薄板で構成され、ドーム状を成した破裂部２９と、平板状を成し、破裂部２９から外側に延びている周縁部２０ａ及び２０ｂを有している。
一方、ボトムドレン配管２の管壁２ｂには、ラプチャーディスク２８を取り付けるためのホルダー２１ａ及び２１ｂが設けられている。ホルダー２１ａ及び２１ｂは、連通穴２２を囲むように伸びており、周縁部２０ａ及び２０ｂを囲むことによりラプチャーディスク２８を保持している。

【0031】

そして、本実施例では、ラプチャーディスク２８と連通穴２２は、通常時は、開放されていないためボトムドレン配管２の吸込み口２ａ側から水を吸い上げることが可能であり、ボトムドレン配管２の破断時は、ボトムドレン配管２の内外差圧が一定値以上になるとラプチャーディスク２８が破裂部２９で破裂することにより連通穴２２が開放され、原子炉圧力容器１の内外の圧力差が小さくなるため、ボトムドレン配管２の吸込み口２ａ側から水が上がってくることはできない。

【0032】

このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

【実施例3】

【0033】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に、本発明の原子炉圧力容器１のボトムドレン配管２に用いられる水吸い上げ阻止手段の実施例３を示す。

【0034】

図５（ａ）は通常時の状態を、図５（ｂ）はボトムドレン配管２の破断時の状態をそれぞれ示す。

【0035】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、本実施例の水吸い上げ阻止手段５Ｃは、ボトムドレン配管２に設置され、通常時には開放されず、ボトムドレン配管２の破断時には開放されるばね式弁で構成されている。

【0036】

即ち、上記したばね式弁は、ボトムドレン配管２に設置され、弁座２４と、この弁座２４と接離しボトムドレン配管２を開閉する弁体２３と、弁体２３を駆動するばね２５とから成る。なお、符号２６は、ばね２５の位置を調整する調整ボルト及びナットである。
そして、本実施例のばね式弁は、通常時は、弁体２３と弁座２４が接触しボトムドレン配管２が開放されていないため、ボトムドレン配管２の吸込み口２ａ側から水を吸い上げることが可能であり、ボトムドレン配管２の破断時は、ボトムドレン配管２の内外差圧が一定値以上になると弁体２３が弁座２４から離れてボトムドレン配管２が開放され、原子炉圧力容器１の内外の圧力差が小さくなるため、ボトムドレン配管２の吸込み口２ａ側から水が上がってくることはできない。

【0037】

このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

【0038】

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加える事も可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をする事が可能である。

【符号の説明】

【0039】

１…原子炉圧力容器、２…ボトムドレン配管、２ａ…ボトムドレン配管の吸込み口、２ｂ…ボトムドレン配管の管壁、３…炉心、４…原子炉圧力容器の壁面、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ…水吸い上げ阻止手段、６Ａ、６Ｂ…浄化系止め弁、７…給水系配管、８Ａ、８Ｂ…給水系止め弁、９…圧力抑制室、１０…圧力抑制プール、１１…原子炉格納容器、１２…ドライウェル、１３…残留熱除去系配管、１４Ａ、１４Ｂ…残留熱除去系止め弁、２０ａ、２０ｂ…周縁部、２１ａ、２１ｂ…ホルダー２３、…弁体、２4…弁座、２５…ばね、２６…調整ボルト及びナット、２２、２７…連通穴、２８…ラプチャーディスク、２９…破裂部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5(a)】

【図5(b)】