專利名稱:堆芯事故冷卻系統(tǒng)以及沸水型原子能設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堆芯事故冷卻系統(tǒng)以及具備堆芯事故冷卻系統(tǒng)的沸水型原子能設(shè)備。
背景技術(shù)：
[N+1安全基準和N+2安全基準]
作為在以往的沸水堆的堆芯事故冷卻系統(tǒng)(ECCS)的設(shè)計中應(yīng)用的最普遍的安全基準，存在單一故障基準。該基準是如下的安全基準:在進行作為設(shè)計基準事故(DBA)的冷卻材料喪失事故(LOCA)的安全評價時，即便是假定在堆芯事故冷卻系統(tǒng)的一個部位發(fā)生故障、至少一個系統(tǒng)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)無法發(fā)揮功能的狀態(tài)下，也要求能夠充分地進行所需要的堆芯的冷卻。這在以下的說明中稱作N+1基準。
并且，以往的沸水堆的堆芯事故冷卻系統(tǒng)一般被分割成兩個分區(qū)至四個分區(qū)的安全分區(qū)，在一個安全分區(qū)設(shè)置多個系統(tǒng)，并從針對每個安全分區(qū)設(shè)置的備用電源朝設(shè)置在該安全分區(qū)內(nèi)的多個系統(tǒng)供電。
通常，在一個安全分區(qū)中僅有一個備用電源，因此，當假定該備用電源的故障是單一故障時，設(shè)該安全分區(qū)內(nèi)的電動系統(tǒng)全部喪失功能而進行安全評價。實際上，由于從外部電源系統(tǒng)進行供電，因此，僅在備用電源的單一故障中，該安全分區(qū)內(nèi)的電動系統(tǒng)不會喪失功能，但是，在設(shè)計基準事故的安全評價中，極其要求在安全側(cè)也同時假定外部電源系統(tǒng)的喪失。因此，要求假定因上述備用電源的單一故障而該安全分區(qū)的電動系統(tǒng)全部喪失功能。
另外，此處，所謂分區(qū)，不僅意味著如上的緊急電源的供電的分區(qū)，還意味著針對在原子能發(fā)電站內(nèi)在安全上假想的萬一發(fā)生的火災(zāi)、溢水而利用物理的分隔壁(防火墻、水密墻)進行劃分，為了避免在其他分區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的事件的影響波及到該分區(qū)而設(shè)計的安全設(shè)計上的空間區(qū)域。即，是為了下述目的而設(shè)計的:即便作為單一故障假想由于火災(zāi)、溢水而導(dǎo)致一個分區(qū)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)完全喪失功能的事件，該影響也完全不會對其他分區(qū)帶來影響。當在該分區(qū)設(shè)置有安全系統(tǒng)的情況下這里將該分區(qū)稱作安全分區(qū)。并且，當在該分區(qū)設(shè)置有不包含安全系統(tǒng)的常用系統(tǒng)的情況下將該分區(qū)稱作常用系統(tǒng)分區(qū)。
對于安全系統(tǒng)的單一故障，當一個安全分區(qū)整體喪失功能的情況下，安全性能的降低狀態(tài)最嚴重，因此，選擇安全分區(qū)整體喪生功能的部位(例如備用電源)或者原因(例如火災(zāi)、溢水)來進行假定。
并且，存在如下的規(guī)定:當通過裝置運轉(zhuǎn)中的定期試驗等了解到緊急堆芯冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，是處于已經(jīng)發(fā)生單一故障的狀況，因此僅允許繼續(xù)運轉(zhuǎn)7天至10天左右的天數(shù)，當在此期間故障狀態(tài)無法恢復(fù)的情況下使裝置停止。該規(guī)定是通過利用保安規(guī)定來限制允許停役時間(Allowed Outage Time (AOT))來實施的。在以下的說明中，將該規(guī)定稱作AOT規(guī)定。
在美國以及日本一般進行如上的基于堆芯事故冷卻系統(tǒng)的N+1基準的安全設(shè)計和基于AOT規(guī)定的運轉(zhuǎn)限制。在這些國家，堆芯事故冷卻系統(tǒng)的可靠性高，幾乎不會發(fā)生故障，因此是非常合理且高效的方法。與此相對，在歐洲的一部分國家的安全基準中，要求不僅假定單一故障，進一步還要假定因進行在線維修而還有一個安全分區(qū)處于功能喪失狀態(tài)的情況。這在以下的說明中稱作N+2基準。
S卩，要求以堆芯事故冷卻系統(tǒng)始終在某一處發(fā)生故障、且始終在裝置運轉(zhuǎn)過程中實施維修(在線維修)的情況作為前提進行設(shè)計，并且，以當發(fā)生了設(shè)計基準事故時一旦使處于待機狀態(tài)的其余的堆芯事故冷卻系統(tǒng)自動起動則還會在某另一處發(fā)生故障的前提實施安全設(shè)計和安全評價。N+2基準是非常重視安全性的安全基準，在N+2基準下，能夠無限期地實施堆芯事故冷卻系統(tǒng)的僅一個系統(tǒng)的在線維修。結(jié)果，如果應(yīng)用該N+2基準進行設(shè)計，則堆芯事故冷卻系統(tǒng)的維修全都能夠在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中實施，能夠期待得到對縮短設(shè)備停止時間、提高設(shè)備停止過程中的安全性作出較大貢獻的效果。
當在N+2基準下假定發(fā) 生了作為設(shè)計基準事故的冷卻材料喪失事故時，認為堆芯事故冷卻系統(tǒng)的一個系統(tǒng)的配管斷裂而發(fā)生冷卻材料喪失事故，在單一故障和在線維修中還有兩個系統(tǒng)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)喪失功能，因此至少需要四個系統(tǒng)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)。并且，在N+2基準下，由于假定因單一故障和在線維修而兩個分區(qū)喪失功能，因此最低需要有三個分區(qū)。當利用三個分區(qū)構(gòu)成動態(tài)安全分區(qū)時，在任一個分區(qū)都需要兩個系統(tǒng)，并且，由于需要對稱性，因此結(jié)果在各安全分區(qū)都需要設(shè)置兩個系統(tǒng)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)。
[ “BWR72”的堆芯事故冷卻系統(tǒng)]
德國的“BWR72”堆芯事故冷卻系統(tǒng)就是以動態(tài)三分區(qū)滿足N+2基準的代表例。以下，參照圖7對德國的“BWR72”的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行說明。
在圖7中，堆芯事故冷卻系統(tǒng)由動態(tài)三分區(qū)構(gòu)成，在各分區(qū)設(shè)置有電動驅(qū)動的高壓堆芯注水系統(tǒng)(HPCI)25和同樣電動驅(qū)動的低壓堆芯注水系統(tǒng)(LPCI)26以及對它們供電的備用柴油發(fā)電機(EDG) 4。在各分區(qū)存在兩個系統(tǒng)的電動驅(qū)動的系統(tǒng)，備用柴油發(fā)電機4的容量變大。并且，形成為當各動態(tài)安全分區(qū)的反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)(未圖示)喪失功能時該分區(qū)的高壓堆芯注水系統(tǒng)25和低壓堆芯注水系統(tǒng)26同時喪失功能的設(shè)計。結(jié)果，堆芯事故冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)量的總數(shù)為六個系統(tǒng)，形成為三個分區(qū)的反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)的非可靠度決定整體的非可靠度的結(jié)構(gòu)。并且，同樣，存在當對各動態(tài)安全分區(qū)供電的備用柴油發(fā)電機4發(fā)生故障時該分區(qū)的高壓堆芯注水系統(tǒng)25和低壓堆芯注水系統(tǒng)26同時喪失功能的問題。
[ “BWR75”堆芯事故冷卻系統(tǒng)]
作為以N+2基準設(shè)計的另一個代表性的BWR的例子，存在瑞典的“BWR75”。以下，利用圖8對該“BWR75”堆芯事故冷卻系統(tǒng)的概要進行說明。
在圖8中，由四個分區(qū)構(gòu)成的堆芯事故冷卻系統(tǒng)在各安全分區(qū)具備輔助供水系統(tǒng)(AFS) 31、低壓堆芯注水系統(tǒng)26或者低壓堆芯噴灑系統(tǒng)(LPCS) 32、殘留熱除去系統(tǒng)(RHR)以及備用柴油發(fā)電機4，低壓堆芯注水系統(tǒng)26或者低壓堆芯噴灑系統(tǒng)32與殘留熱除去系統(tǒng)不共用泵而設(shè)置成獨立的系統(tǒng)。另外，對于“BWR75”的殘留熱除去系統(tǒng)，當發(fā)生設(shè)計基準事故時，該殘留熱除去系統(tǒng)作為專門用于冷卻反應(yīng)堆收納容器的濕井和干井和收納容器冷卻系統(tǒng)使用，因此，在圖中作為濕井、干井冷卻系統(tǒng)(WDCS) 24不出。
所有的系統(tǒng)都使用電動驅(qū)動的泵，系統(tǒng)數(shù)量的總數(shù)多達十二個系統(tǒng)，備用柴油發(fā)電機4的容量變大。盡管如此，但對于在各動態(tài)分區(qū)存在多個的電動驅(qū)動的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，存在由于該分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4的故障而全部喪失功能的問題。并且，同樣存在因各動態(tài)安全分區(qū)的反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)(未圖示。)的故障而導(dǎo)致設(shè)置于該分區(qū)的所有的堆芯事故冷卻系統(tǒng)喪失功能的問題。
[在滿足N+2基準的動態(tài)安全分區(qū)還設(shè)置靜態(tài)安全分區(qū)的例子]
如上所述，滿足N+2基準的動態(tài)分區(qū)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)充分具有多重性，安全性高，但是，進一步作為除了設(shè)置滿足N+2基準的動態(tài)分區(qū)還設(shè)置靜態(tài)安全分區(qū)的例子，存在通過專利文獻I而公知的技術(shù)。將通過這樣相對于動態(tài)安全分區(qū)獨立地設(shè)置靜態(tài)安全分區(qū)來進一步提高安全性的系統(tǒng)稱作深層混合安全系統(tǒng)。
以下，基于圖9對該現(xiàn)有例進行說明。在圖9中，動態(tài)安全分區(qū)是第一安全分區(qū)、第二安全分區(qū)、第三安全分區(qū)這三個分區(qū)。第四分區(qū)是靜態(tài)安全分區(qū)。在由上述三個分區(qū)構(gòu)成的動態(tài)安全分區(qū)分別設(shè)置有高壓堆芯冷卻系統(tǒng)(HPCF) 1、與殘留熱除去系統(tǒng)3共用的低壓堆芯冷卻系統(tǒng)(LPFL)2以及對上述高壓堆芯冷卻系統(tǒng)I和低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2雙方供電的備用柴油發(fā)電機4。并且，在上述靜態(tài)安全分區(qū)設(shè)置有隔離式冷凝器(IC) 5、靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)(PCCS) 8以及重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)(⑶CS) 9。
結(jié)果，形成為如下的設(shè)計:即便在因特大地震、大海嘯等自然災(zāi)害而三個動態(tài)安全分區(qū)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)全都喪失功能的情況下，還能夠利用靜態(tài)安全分區(qū)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)確保反應(yīng)堆的安全性。但是，在各動態(tài)安全分區(qū)設(shè)置有兩個系統(tǒng)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，在三個分區(qū)總計設(shè)有六個系統(tǒng)，如上所述，超過N+2基準所需要的最小的系統(tǒng)數(shù)量即四個系統(tǒng)。
并且，由于各備用柴油發(fā)電機4需要對兩個系統(tǒng)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)供電，因此例如需要具有5000kW左右的大容量。結(jié)果，形成滿足N+2基準的動態(tài)安全分區(qū)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的物體量、成本增大的結(jié)果。由于物體量增大，因此對其進行收納的建筑物的體積也增大。此外，存在由于追加第四靜態(tài)安全分區(qū)而導(dǎo)致整體的物體量和成本增大的問題。并且，在各動態(tài)安全分區(qū)存在反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)(未圖示。)，會因該反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)喪失功能而導(dǎo)致同一安全分區(qū)內(nèi)的高壓堆芯冷卻系統(tǒng)I和低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2雙方也一并喪失功能，因此存在動態(tài)安全分區(qū)整體的非可靠度由三個分區(qū)的反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)的非可靠度決定的問題。
現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2008發(fā)明所要解決的課題
對于以往的滿足N+2基準的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在一個動態(tài)安全分區(qū)內(nèi)存在多個電動驅(qū)動的系統(tǒng)，存在對此供電的備用柴油發(fā)電機的容量大型化的問題。并且，由于一個動態(tài)安全分區(qū)內(nèi)的多個系統(tǒng)由同一個輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)冷卻，因此存在因一個分區(qū)的輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)的故障而導(dǎo)致同一分區(qū)內(nèi)的多個系統(tǒng)喪失功能的問題。同樣，還存在由于一個分區(qū)的備用柴油發(fā)電機的故障而導(dǎo)致同一分區(qū)內(nèi)的多個系統(tǒng)喪失功能的問題。此夕卜，系統(tǒng)數(shù)量的總數(shù)多達六個系統(tǒng)至十二個系統(tǒng)，成為成本和建筑物體積增大的原因。
結(jié)果，當針對滿足N+2基準的動態(tài)安全分區(qū)進一步追加靜態(tài)安全分區(qū)時，存在成本和建筑物體積進一步增大的問題。
在本發(fā)明中，目的在于解決上述的課題，在沸水型原子能設(shè)備的堆芯事故冷卻系統(tǒng)中，使備用電源小型化、使電動驅(qū)動的系統(tǒng)數(shù)量最小化、且避免因輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)喪失功能而導(dǎo)致多個系統(tǒng)喪失功能。
用于解決課題的方案
為了達成上述目的，本發(fā)明所涉及的堆芯事故冷卻系統(tǒng)是沸水型原子能設(shè)備的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，上述堆芯事故冷卻系統(tǒng)具有:分別具備電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)的至少四個動態(tài)安全分區(qū)；以及具備不需要電動驅(qū)動的靜態(tài)安全系統(tǒng)的至少一個靜態(tài)安全分區(qū)，上述堆芯事故冷卻系統(tǒng)的特征在于，上述動態(tài)安全分區(qū)的數(shù)量比發(fā)生設(shè)計基準事故時所需要的數(shù)量多兩個以上，在上述動態(tài)安全分區(qū)的各個中設(shè)置有一個系統(tǒng)的電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)和對該電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)供給電源的備用電源，上述靜態(tài)安全系統(tǒng)是如下結(jié)構(gòu):在假想當一個系統(tǒng)的動態(tài)安全系統(tǒng)進行在線維修時發(fā)生事故的情況下，在作為在線維修對象的動態(tài)安全系統(tǒng)的恢復(fù)所需要的時間，即便不從外部進行冷卻水的補給也能夠進行堆芯的冷卻。
并且，本發(fā)明所涉及的沸水型原子能設(shè)備具有堆芯事故冷卻系統(tǒng)，該堆芯事故冷卻系統(tǒng)具備分別具有電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)的至少四個動態(tài)安全分區(qū)和具有不需要電動驅(qū)動的靜態(tài)安全系統(tǒng)的至少一個靜態(tài)安全分區(qū)，上述沸水型原子能設(shè)備的特征在于，上述動態(tài)安全分區(qū)的數(shù)量比發(fā)生設(shè)計基準事故時所需要的數(shù)量多兩個以上，在上述動態(tài)安全分區(qū)的各個中設(shè)置有一個系統(tǒng)的電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)和對該電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)供給電源的備用電源，上述靜態(tài)安全系統(tǒng)是如下結(jié)構(gòu):在假想當一個系統(tǒng)的動態(tài)安全系統(tǒng)進行在線維修時發(fā)生事故的情況下，在作為在線維修對象的動態(tài)安全系統(tǒng)的恢復(fù)所需要的時間，即便不從外部進行冷卻水的補給也能夠進行堆芯的冷卻。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，在沸水型原子能設(shè)備的堆芯事故冷卻系統(tǒng)中，能夠使備用電源小型化、使電動驅(qū)動的系統(tǒng)數(shù)量最小化、能夠避免因輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)喪失功能而導(dǎo)致多個系統(tǒng)喪失功能。


圖1是示出本發(fā)明所涉及的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第一實施方式的整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖2是示出本發(fā)明所涉及的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第二實施方式的整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖3是示出本發(fā)明所涉及的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第三實施方式的整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖4是示出本發(fā)明所涉及的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第四實施方式的整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖5是示出本發(fā)明所涉及的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第五實施方式的整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖6是示出本發(fā)明所涉及的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第六實施方式的整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖7是示出以往的“BWR72”堆芯事故冷卻系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖8是示出以往的“BWR75”堆芯事故冷卻系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖9是示出以往的滿足N+2基準的深層混合安全系統(tǒng)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的說明圖。
具體實施方式
以下，基于圖1至圖6對本發(fā)明涉及的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的實施方式進行說明。另夕卜，對圖中的與圖7至圖9相同的部分標注相同標號并省略重復(fù)部分的說明，僅對主要部分進行說明。
[第一實施方式]
利用圖1對本發(fā)明所涉及的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第一實施方式進行說明。
圖1是示出本發(fā)明的第一實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。本實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)由動態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)專用的第一、第二、第三、第四安全分區(qū)以及包含靜態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第五安全分區(qū)總計五個安全分區(qū)構(gòu)成。在動態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)專用的第一、第二、第三、第四安全分區(qū)分別作為電動驅(qū)動的低壓堆芯冷卻系統(tǒng)設(shè)置有低壓堆芯冷卻系統(tǒng)(LPFL) 2，作為與低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2共用泵和配管的一部分的殘留熱除去系統(tǒng)(RHR)設(shè)置有殘留熱除去系統(tǒng)3，作為備用電源設(shè)置有備用柴油發(fā)電機(EDG)4。低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2和殘留熱除去系統(tǒng)3共用泵與配管的一部分，因此在圖中以LPFL2/RHR3表不。
并且，雖然并未圖示，但作為反應(yīng)堆的減壓機構(gòu)另外設(shè)置有自動減壓系統(tǒng)(ADS)。自動減壓系統(tǒng)是當發(fā)生小口徑配管斷裂事故時等使多個溢流安全閥自動打開從而進行反應(yīng)堆的減壓的裝置，在以往的沸水型反應(yīng)堆中也共通設(shè)置。
此處，低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2、殘留熱除去系統(tǒng)3、備用柴油發(fā)電機4、自動減壓系統(tǒng)等各自的構(gòu)造與現(xiàn)有的改良型BWR (ABWR)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的構(gòu)造相同(參照專利文獻I)。
低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2至少具有當發(fā)生設(shè)計基準事故的冷卻材料喪失事故時例如進行堆芯的冷卻所需要的100%的注水容量。即，低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2能夠當在僅一個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)中發(fā)生設(shè)計基準事故的冷卻材料喪失事故時在其工作標準壓力以下安全地對堆芯進行冷卻。低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2的工作標準壓力低于反應(yīng)堆的通常運轉(zhuǎn)時壓力，例如為17kg/cm2 (約 1.7MPa)。
并且，殘留熱除去系統(tǒng)3的除熱容量針對各安全分區(qū)的每個保有當發(fā)生設(shè)計基準事故時對堆芯以及反應(yīng)堆收納容器進行冷卻所需要的除熱量的至少50%。即，為了供給發(fā)生設(shè)計基準事故時進行堆芯以及反應(yīng)堆收納容器的冷卻所需要的除熱量的100%，至少需要使任意兩個分區(qū)的動態(tài)安全分區(qū)的殘留熱除去系統(tǒng)3工作。
由此，本實施方式的發(fā)生設(shè)計基準事故時需要的最小分區(qū)數(shù)N為2。
另外，當然也可以代替?zhèn)溆貌裼桶l(fā)電機4而使用備用燃氣輪機發(fā)電機(GTG)。備用燃氣輪機發(fā)電機不存在冷卻水系統(tǒng)，與需要冷卻水系統(tǒng)的備用柴油發(fā)電機4相比，能夠得到可靠性更高的效果。并且，在各安全分區(qū)設(shè)置的備用電源也可以并不是I X 100%容量，而是2 X 50%容量。S卩，也可以設(shè)置兩組小型的電源等。
上述低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2能夠利用其他的所有的電源驅(qū)動的低壓堆芯事故冷卻系統(tǒng)代替。
此外，在包含第五靜態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)的安全分區(qū)中設(shè)置有隔離式冷凝器(IC)5。隔離式冷凝器5的構(gòu)造與現(xiàn)有的ESBWR (Economical and Simplified BWR)的隔離式冷凝器的構(gòu)造相同(參照專利文獻I)。
隔離式冷凝器5作為冷卻水源例如保有能夠除去3至7天左右的衰變熱的大量的水量(例如1500m3)?？衫鋮s期間具有幅度是因為根據(jù)設(shè)備輸出不同而衰變熱也不同。例如，當將本實施方式的堆芯事故冷卻系 統(tǒng)應(yīng)用于60萬kWe級別的BWR的情況下形成為7天左右的可冷卻期間，當應(yīng)用于120萬kWe級別的BWR的情況下形成為3天左右的可冷卻期間。另外，即便是對于180萬kWe級別的BWR，如果進一步增加冷卻水的保有量，則當然也能夠確保3天以上的可冷卻期間。
該第一實施方式與現(xiàn)有例的不同特征之一在于利用四個系統(tǒng)的低壓堆芯冷卻系統(tǒng)構(gòu)成能夠滿足歐洲的N+2安全基準的深層混合5分區(qū)。
例如，當作為設(shè)計基準事故的冷卻材料喪失事故而假想第一安全分區(qū)的低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2的注水配管斷裂事故的情況下，作為N+2安全基準，要求假定在第二安全分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4發(fā)生單一故障，此外，假定在第三安全分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4進行在線維修，進一步假定外部電源喪失。即便是在該情況下，由于第四安全分區(qū)的低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2和備用柴油發(fā)電機4能夠運轉(zhuǎn)，因此能夠確保進行堆芯冷卻所需要的100%以上的注水容量。并且，由于第一安全分區(qū)的殘留熱除去系統(tǒng)3和第四安全分區(qū)的殘留熱除去系統(tǒng)3能夠使用，分別具有進行堆芯以及反應(yīng)堆收納容器的冷卻所需要的50%以上的除熱能力，因此總計能夠進行100%以上的冷卻。
并且，即便假想因發(fā)生源自外部的火災(zāi)而導(dǎo)致第一安全分區(qū)的堆芯事故冷卻系統(tǒng)喪失功能，假定在第二安全分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4發(fā)生單一故障，假定在第三安全分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4進行在線維修，也能夠利用第四安全分區(qū)的殘留熱除去系統(tǒng)3和第五安全分區(qū)的隔離式冷凝器5長期持續(xù)進行反應(yīng)堆收納容器和反應(yīng)堆的冷卻。因而，能夠期待在此期間第二以及第三安全分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4的恢復(fù)和外部電源的恢復(fù)，然后能夠使反應(yīng)堆安全地低溫停止。
另一方面，即便由于超出設(shè)計條件的大地震、大颶風等殘酷的自然現(xiàn)象而發(fā)生在外部電源喪失的同時四臺備用柴油發(fā)電機4也全部發(fā)生故障的全部交流電源喪失事項(SB0)，也能夠利用設(shè)置于第五安全分區(qū)的隔離式冷凝器5長期安全地持續(xù)進行堆芯的冷卻。在此期間外部電源可能恢復(fù)、備用柴油發(fā)電機4可能恢復(fù)，所以然后能夠使反應(yīng)堆安全地低溫停止。這樣，由于隔離式冷凝器5是其運轉(zhuǎn)完全不需要交流電源的靜態(tài)冷卻設(shè)備，因此，在除了四個分區(qū)的動態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)還保持隔離式冷凝器5的該第一實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)中，能夠確保極高的深層混合安全性。
另外，上述隔離式冷凝器5保有即便如上所述單獨地而不從外部進行冷卻水的補給的情況下也能夠進行至少8小時(實際上為3至7天)的堆芯冷卻的冷卻水。因此，能夠期待在此期間處于在線維修中的備用電源、動態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)的恢復(fù)。
并且，即便在發(fā)生了供水喪失、反應(yīng)堆被隔離的過渡變化等的情況下，上述隔離式冷凝器5也能夠安全地持續(xù)進行反應(yīng)堆的冷卻。此外，在以這種方式構(gòu)成的基于本發(fā)明的第一實施方式中，設(shè)置于第一、第二、第三、第四安全分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4僅朝低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2這一個系統(tǒng)供電，因此，作為容量例如能夠小型化至3000kW左右。
并且，即便假定在第一安全分區(qū)發(fā)生了火災(zāi)、在第二安全分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4發(fā)生了單一故障、在第三安全分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4正在進行在線維修、且進一步假定當在利用第五安全分區(qū)的隔離式冷凝器5實施反應(yīng)堆的高溫停止時發(fā)生了溢流安全閥的開口粘連，在本實施方式中，能夠利用第四安全分區(qū)的低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2/殘留熱除去系統(tǒng)3進行堆芯以及反應(yīng)堆收納容器的冷卻，因此得到能夠確保一般公眾的安全性的效果。
并且，由于動態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)形成為低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2僅為最小數(shù)量的四個系統(tǒng)，因此能夠降低配置上述系統(tǒng)的建筑物的體積。這樣，雖然低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2僅為最小數(shù)量的四個系統(tǒng)，但即便各動態(tài)分區(qū)的反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障，因此而喪失功能的低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2也僅限于一個系統(tǒng)，不會發(fā)生多個低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2因單一的反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)的故障而從屬地喪失功能的情況。
根據(jù)該實施方式，能夠以高可靠度提供最適合下一代的BWR設(shè)備的同時具有靜態(tài)安全系統(tǒng)和動態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)的深層混合安全系統(tǒng)。對于成為對于針對內(nèi)在事項安全性已經(jīng)極高的BWR來說唯一殘留的危險性的外在事項，在運轉(zhuǎn)時通過因具有靜態(tài)安全系統(tǒng)的多樣性而帶來的安全性、并且在設(shè)備停止時通過因適合動態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)的N+2安全基準的多重性而帶來的安全性，得到可提供針對大地震、大颶風等殘酷的自然現(xiàn)象、因外部原因而導(dǎo)致的火災(zāi)使殘留的危險性實質(zhì)上變?yōu)榱愕陌踩愿叩南乱淮鶥WR。
并且，根據(jù)該實施方式，在各動態(tài)安全分區(qū)設(shè)置的電動驅(qū)動的堆芯事故冷卻系統(tǒng)僅為低壓堆芯冷卻系統(tǒng)這一個系統(tǒng)，能夠使備用電源的容量最小化，并且能夠使因反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)的故障而喪失功能的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的數(shù)量最小化。與現(xiàn)有的深層混合安全系統(tǒng)相比能夠?qū)㈦妱域?qū)動的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)量從六個系統(tǒng)減少至四個系統(tǒng)，因此能夠降低用于配置上述系統(tǒng)的建筑物體積。
[第二實施方式]
其次，圖2是示出本發(fā)明的第二實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。在本實施方式中，作為輔助電源的燃氣輪機發(fā)電機6僅具備一臺，在所有的動態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)專用的安全分區(qū)中共用，能夠切換至動態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)專用的安全分區(qū)的任一個而進行供電。由于能夠切換至各動態(tài)安全分區(qū)而從燃氣輪機發(fā)電機6供電，因此能夠以使得可從燃氣輪機發(fā)電機6朝各動態(tài)安全分區(qū)的電源母線供電的方式經(jīng)由切斷器7進行切換而進行供電。
在以上述方式構(gòu)成的本實施方式中，針對設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中的全部交流電源喪失事項的安全性提高。此外，即便當在設(shè)備停止過程中僅利用四個動態(tài)安全分區(qū)進行堆芯冷卻時也能夠確保電源的多樣性，因此，即便在設(shè)備停止過程中發(fā)生大地震、大颶風等殘酷的自然現(xiàn)象，也能夠顯著地降低因此而導(dǎo)致發(fā)生堆芯損傷的危險性。
[第三實施方式]
其次，圖3是示出本發(fā)明的第三實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。在本實施方式中，在常用系統(tǒng)分區(qū)設(shè)置透平驅(qū)動的作為輔助供水系統(tǒng)的反應(yīng)堆隔離冷卻系統(tǒng)(RCIC)IO0反應(yīng)堆隔離冷卻系統(tǒng)10以反應(yīng)堆的主蒸汽作為動力源工作，因此在工作中不需要備用柴油發(fā)電機4。并且，由于也不需要利用反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)進行的冷卻，因此能夠單獨設(shè)置在上述常用系統(tǒng)分區(qū)。
在本實施方式中，由于存在反應(yīng)堆隔離冷卻系統(tǒng)10，因此即便溢流安全閥發(fā)生開口粘連的事項也能夠安全地維持反應(yīng)堆的水位。并且，即便發(fā)生小斷裂冷卻材料喪失事故也不會使反應(yīng)堆減壓，能夠維持反應(yīng)堆水位并對堆芯進行冷卻。
另外，雖然反應(yīng)堆隔離冷卻系統(tǒng)10是常用系統(tǒng)，但在第一、第二、第三、第四動態(tài)安全分區(qū)也可以設(shè)置反應(yīng)堆隔離冷卻系統(tǒng)10。即便在該情況下，由于反應(yīng)堆隔離冷卻系統(tǒng)10在工作中不需要交流電源，因此不需要增加備用柴油發(fā)電機4的容量。此外，也可以設(shè)置于第五靜態(tài)安全分區(qū)。當像這樣增加反應(yīng)堆隔離冷卻系統(tǒng)10的設(shè)置數(shù)量的情況下，相應(yīng)地，堆芯事故冷卻系統(tǒng)的可靠性提高。
[第四實施方式]
其次，圖4是示出本發(fā)明的第四實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。在本實施方式中，在包含靜態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第五安全分區(qū)中，除了設(shè)置隔離式冷凝器5之外，還設(shè)置靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)(PCCS) 8。靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)8的構(gòu)造與現(xiàn)有的ESBWR的收納容器冷卻系統(tǒng)的構(gòu)造相同。靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)8僅由靜態(tài)設(shè)備構(gòu)成，完全不需要動力電源。并且，也完全不需要利用反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)之類的動態(tài)設(shè)備進行的二次側(cè)的冷卻。
因此，即便在發(fā)生大地震、大颶風等殘酷的自然現(xiàn)象而外部電源、備用電源、反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)等設(shè)備全部損壞的情況下，靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)8也能夠以極高的可靠性進行反應(yīng)堆收納容器的冷卻。即，靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)8針對殘留熱除去系統(tǒng)3的反應(yīng)堆收納容器冷卻功能提供非常優(yōu)異的多樣性。這樣，根據(jù)本實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，即便發(fā)生殘酷的自然現(xiàn)象也能夠以極高的安全性確保反應(yīng)堆收納容器的冷卻。
[第五實施方式]
其次，圖5是示出本發(fā)明的第五實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。在本實施方式中，在包含靜態(tài)堆芯事故冷卻系統(tǒng)的第五安全分區(qū)，除了設(shè)置隔離式冷凝器5以及靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)8之外，還設(shè)置重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)(⑶CS) 9。
重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)9的構(gòu)造與現(xiàn)有的ESBWR的重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)的構(gòu)造相同。重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)9在其工作中完全不需要動力電源、反應(yīng)堆輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)等輔助設(shè)備，因此，即便是在因大地震、大颶風等殘酷的自然現(xiàn)象而導(dǎo)致發(fā)生長期的全部交流電源喪失、并且隔離式冷凝器5因某種原因而喪失功能，造成堆芯損害事故的情況下，也能夠使上述重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)9的冷卻水落下至反應(yīng)堆收納容器的下部，由此，能夠進行堆芯殘骸(debris)的水浸冷卻。
雖然在進行堆芯殘骸的水浸冷卻時會產(chǎn)生與衰變熱相當?shù)恼羝撜羝伸o態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)8借助自身的壓力吸引，并被冷卻凝結(jié)而再次借助重力回流至重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)9的冷卻水池(未圖示。)，并能夠再次作為重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)9的冷卻水用于進行堆芯殘骸的水浸冷卻。
在采用了以上述方式構(gòu)成的本實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的BWR中，即便是在因殘酷的自然現(xiàn)象等而導(dǎo)致發(fā)生了堆芯損害事故的情況下，也能夠更可靠地進行反應(yīng)堆收納容器的冷卻以及健全性維持，與現(xiàn)有的BWR相比能夠?qū)⒁驓埧岬淖匀粭l件而帶來的危險性抑制在極低限度。通過賦予基于該靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)8和重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)9的靜態(tài)的反應(yīng)堆收納容器的冷卻功能，能夠?qū)⒁驓埧岬淖匀滑F(xiàn)象而帶來的危險性實質(zhì)上降低至零。
[第六實施方式]
其次，圖6是示出本發(fā)明的第六實施方式的堆芯事故冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。在圖6中，在第四安全分區(qū)設(shè)置有直流電源驅(qū)動的均壓堆芯冷卻系統(tǒng)(EPFL)Il和直流電源(DC)12。均壓堆芯冷卻系統(tǒng)11在反應(yīng)堆壓力與反應(yīng)堆收納容器壓力大致相等的均壓狀態(tài)下具有與低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2同樣的堆芯冷卻功能。由此，雖然殘留熱除去系統(tǒng)3僅存在三個系統(tǒng)，但由于能夠另外利用靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)8進行事故時的反應(yīng)堆收納容器的冷卻，因此反應(yīng)堆收納容器的冷卻機構(gòu)存在四個系統(tǒng)，滿足N+2基準。
根據(jù)本實施方式，即便是基于在第一、第二、第三這三個動態(tài)分區(qū)設(shè)置有低壓堆芯冷卻系統(tǒng)2/殘留熱除去系統(tǒng)3的動態(tài)三分區(qū)的本來僅滿足N+1基準的結(jié)構(gòu)，也通過另外設(shè)置第四動態(tài)安全分區(qū)而 形成為追加有均壓堆芯冷卻系統(tǒng)11和直流電源12的結(jié)構(gòu)，能夠達成N+2基準。例如，能夠?qū)⒅绷麟娫?2的保持時間設(shè)為24小時，能夠期待在此期間其他的動態(tài)安全分區(qū)的備用柴油發(fā)電機4的恢復(fù)和外部電源的恢復(fù)。
[其他實施方式]
以上說明的各實施方式僅是示例，本發(fā)明并不限定于此。
例如，在上述實施方式中，將發(fā)生設(shè)計基準事故時所需要的動態(tài)安全系統(tǒng)的數(shù)量N設(shè)為2，將動態(tài)安全分區(qū)設(shè)為四分區(qū)，但是，動態(tài)安全分區(qū)的數(shù)量通常只要在N+2以上即可。并且，靜態(tài)安全分區(qū)的數(shù)量只要是一個以上，則可以是任意個。
標號說明
I…高壓堆芯冷卻系統(tǒng)(HPCF)、2...低壓堆芯冷卻系統(tǒng)(LPFL)、3...殘留熱除去系統(tǒng)(RHR)、4...備用柴油發(fā)電機(EDG)、5…隔離式冷凝器(IC)、6…燃氣輪機發(fā)電機(GTG)、7…切斷器、8…靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)(PCCS)、9…重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)(⑶CS)、l(l...反應(yīng)堆隔離冷卻系統(tǒng)(此10、11..均壓堆芯冷卻系統(tǒng)化 0、12夂直流電源(00、24...濕井、干井冷卻系統(tǒng)(WDCS)、25…高壓堆芯注水系統(tǒng)(HPCI)、26…低壓堆芯注水系統(tǒng)(LPCI)、31…輔助供水系統(tǒng)(AFS)、32...低壓堆芯噴灑系統(tǒng)(LPCS)
權(quán)利要求
1.一種堆芯事故冷卻系統(tǒng)，該堆芯事故冷卻系統(tǒng)是沸水型原子能設(shè)備的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，所述堆芯事故冷卻系統(tǒng)具有: 分別具備電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)的至少四個動態(tài)安全分區(qū)；以及 具備不需要電動驅(qū)動的靜態(tài)安全系統(tǒng)的至少一個靜態(tài)安全分區(qū)， 所述堆芯事故冷卻系統(tǒng)的特征在于， 所述動態(tài)安全分區(qū)的數(shù)量比發(fā)生設(shè)計基準事故時所需要的數(shù)量多兩個以上， 在所述動態(tài)安全分區(qū)的各個中設(shè)置有一個系統(tǒng)的電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)和對該電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)供給電源的備用電源， 所述靜態(tài)安全系統(tǒng)是如下結(jié)構(gòu):在假想當一個系統(tǒng)的動態(tài)安全系統(tǒng)進行在線維修時發(fā)生事故的情況下，在作為在線維修對象的動態(tài)安全系統(tǒng)的恢復(fù)所需要的時間，即便不從外部進行冷卻水的補給也能夠進行堆芯的冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述動態(tài)安全分區(qū)的數(shù)量為4， 所述靜態(tài)安全分區(qū)的數(shù)量為1， 所述動態(tài)安全分區(qū)為，作為所述一個系統(tǒng)的電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)分別具有與殘留熱除去系統(tǒng)共用的低壓堆芯冷卻系統(tǒng)， 所述低壓堆芯冷卻系統(tǒng)具有至少相對于設(shè)計基準事故在反應(yīng)堆壓力低的狀態(tài)下進行堆芯冷卻所需要的至少100%的注水功能， 所述殘留熱除去系統(tǒng)具有當發(fā)生設(shè)計基準事故時進行堆芯以及反應(yīng)堆收納容器的冷卻所需要的至少50%的除熱能力， 所述靜態(tài)安全分區(qū)至少具備隔離式冷凝器。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述動態(tài)安全分區(qū)為，作為備用電源分別具備備用柴油發(fā)電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述動態(tài)安全分區(qū)分別具備備用電源， 該堆芯事故冷卻系統(tǒng)至少具備一組能夠朝所述動態(tài)安全分區(qū)分別切換而進行供電的輔助電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述輔助電源是燃氣輪機發(fā)電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 作為輔助供水系統(tǒng)，至少具備一組由從反應(yīng)堆供給的主蒸汽驅(qū)動的透平驅(qū)動的反應(yīng)堆隔尚冷卻系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述靜態(tài)安全分區(qū)具備靜態(tài)收納容器冷卻系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述靜態(tài)安全分區(qū)具備重力落下式堆芯冷卻系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要 求7所述的堆芯事故冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述動態(tài)安全分區(qū)中的至少一個具備直流電源和由該直流電源驅(qū)動的均壓堆芯冷卻系統(tǒng)。
10.一種沸水型原子能設(shè)備，具有堆芯事故冷卻系統(tǒng)，該堆芯事故冷卻系統(tǒng)具備分別具有電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)的至少四個動態(tài)安全分區(qū)和具有不需要電動驅(qū)動的靜態(tài)安全系統(tǒng)的至少一個靜態(tài)安全分區(qū)，所述沸水型原子能設(shè)備的特征在于， 所述動態(tài)安全分區(qū)的數(shù)量比發(fā)生設(shè)計基準事故時所需要的數(shù)量多兩個以上， 在所述動態(tài)安全分區(qū)的各個中設(shè)置有一個系統(tǒng)的電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)和對該電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)供給電源的備用電源， 所述靜態(tài)安全系統(tǒng)是如下結(jié)構(gòu):在假想當一個系統(tǒng)的動態(tài)安全系統(tǒng)進行在線維修時發(fā)生事故的情況下，在作為在線維修對象的動態(tài)安全系統(tǒng)的恢復(fù)所需要的時間，即便不從外部進行冷卻水的補給 也能夠進行堆芯的冷卻。
專利摘要
堆芯事故冷卻系統(tǒng)具有分別具備電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)的至少四個動態(tài)安全分區(qū)；以及具備不需要電動驅(qū)動的靜態(tài)安全系統(tǒng)的至少一個靜態(tài)安全分區(qū)。動態(tài)安全分區(qū)的數(shù)量比發(fā)生設(shè)計基準事故時所需要的數(shù)量多兩個以上，在動態(tài)安全分區(qū)的各個中設(shè)置有一個系統(tǒng)的電動驅(qū)動的動態(tài)安全系統(tǒng)。靜態(tài)安全系統(tǒng)為，在假想當一個系統(tǒng)進行在線維修時發(fā)生事故的情況下，在作為在線維修對象的動態(tài)安全系統(tǒng)的恢復(fù)所需要的時間，即便不從外部進行冷卻水的補給也能夠進行堆芯的冷卻。在沸水型原子能設(shè)備的堆芯事故冷卻系統(tǒng)中，能夠使備用電源小型化、使電動驅(qū)動的系統(tǒng)數(shù)量最小化、能夠避免因輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)喪失功能而導(dǎo)致多個系統(tǒng)喪失功能。
文檔編號G21C15/18GKCN103222008SQ201180054764
公開日2013年7月24日 申請日期2011年9月14日
發(fā)明者佐藤崇 申請人:株式會社東芝導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan