JPH06174880A - 原子炉格納容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】圧力抑制室４の圧力抑制プール５上方のウェッ
トウェル空間を、第一ウェットウェル６と第二ウェット
ウェル１０とに分割して、第二ウェットウェル１０内に
は冷却水９を保有する。また、第一ウェットウェル６と
第二ウェットウェル１０内の冷却水９とを連通管８で連
通させる。 【効果】蒸気分圧を上昇させ圧力抑制プールのプール水
の許容温度の上限値を許容圧力の飽和温度まで上昇さ
せ、圧力抑制プールでの蓄熱量が増す。その結果、格納
容器の冷却設備を軽減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子炉に係り、原子炉の
安全設計上想定しなければならない冷却材喪失事故時
に、ポンプ等の動的な機器を使用せず長期にわたり流体
の自然力を利用して、原子炉から放出される熱エネルギ
を格納容器の冷却設備で吸収あるいは除去して、格納容
器内の圧力上昇を抑制するのに好適な原子炉格納容器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉の安全設計上想定しなければなら
ない冷却材喪失事故時に、崩壊熱を除去し、格納容器内
の圧力上昇の防止を図るために、格納容器には長期冷却
を行う設備が備えられている。

【０００３】主蒸気管破断で代表される冷却材喪失事故
時には、原子炉格納容器内に放出された蒸気と格納容器
内の不凝縮性気体は、圧力抑制室内の圧力抑制プールに
流入する。この時、格納容器内の不凝縮性気体は圧力抑
制プール上方のウェットウェルに移行する。また、圧力
抑制プールに流入した蒸気は、凝縮し、圧力抑制プール
内で熱エネルギを吸収することで格納容器内の急激な圧
力上昇を防止する。

【０００４】そして、崩壊熱を除去して圧力抑制プール
のプール水温の温度上昇による過大な圧力上昇を防ぐ冷
却系は、ポンプ等を用いた動的システムの他、流体の自
然力を利用した静的システムが考えられている。静的な
冷却方法は、特開平3− 180799号公報に示されるよ
うに、隔離時用凝縮器を利用し、事故時に圧力容器から
放出される蒸気を凝縮器に導き凝縮させる方法がある。
また、格納容器外に外周プールを設け、格納容器壁表面
を伝熱面とし、圧力抑制プールと外周プールの自然対流
を利用し、両プール間の温度差により外周プールに熱を
放熱させる特開昭63−191096号公報に示す方法もある。
さらに、特願平3−56300号明細書に示すように、外周プ
ールを用いる冷却系の特性を向上させるために、二分割
ウェットウェルを利用し、鋼製の格納容器壁外からの冷
却を空冷で行うという考え方もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の崩壊熱の除去、
格納容器内の圧力上昇の防止を目的とする従来技術で
は、事故時にウェットウェル空間には不凝縮性気体と蒸
気がともに存在し、不凝縮性気体の分圧の影響で蒸気分
圧が制限され、それに伴い圧力抑制プールのプール水温
の上限値が決まり、圧力抑制プールでの蓄熱量が制限さ
れるため冷却系の負荷が大きくなるという問題があげら
れる。また、圧力抑制プールの蓄熱量を増やすという従
来技術は、ウェットウェル空間を格納容器外から冷却可
能である格納容器だけを対象としたものであり、コンク
リート製格納容器には適用できないという問題があっ
た。

【０００６】本発明の目的は、第二ウェットウェル内に
冷却水を保有することで、格納容器外からの冷却なしで
も不凝縮性気体の影響を排除し、どんな材質の格納容器
でも圧力抑制プールでの蓄熱量を増大させ、崩壊熱除去
のための冷却系に対する熱負荷を軽減できる体系を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】圧力抑制室で圧力抑制プ
ール上方のウェットウェル空間を、圧力抑制プール表面
と接する側の第一ウェットウェルと圧力抑制プール表面
と接しない側の第二ウェットウェルに分割し、第二ウェ
ットウェル内に冷却水を保有させ、第一ウェットウェル
と第二ウェットウェル内の冷却水とを配管で連通させ、
不凝縮性気体を第二ウェットウェル内に導くことを特徴
とする。

【０００８】

【作用】上記の手段によれば、圧力容器から流出する蒸
気と格納容器内の不凝縮性気体は、圧力抑制室内の圧力
抑制プールに流入する。その後、不凝縮性気体は第一ウ
ェットウェルに移行し、同時に蒸気は圧力抑制プール内
で凝縮してプール水温を上昇させ、プール表面での蒸発
により第一ウェットウェルの圧力を上昇させる。その結
果、不凝縮性気体とプール表面からの蒸気が連通管を通
り、第二ウェットウェル内に移行する。そして、第二ウ
ェットウェルに流入した蒸気は、冷却水中で凝縮される
ため、第一ウェットウェルから第二ウェットウェルへの
移行が継続的に行われるので、第一ウェットウェル内で
不凝縮性気体の影響を排除できる。このため、圧力抑制
プールの許容温度の上限値を上昇させることができ、圧
力抑制プールでの蓄熱量を増大させることができる。こ
の結果、いかなる材質の格納容器においても、不凝縮性
気体の影響を排除し、圧力抑制プールでの蓄熱量を増大
できる。また、圧力抑制プール水温の上昇が遅くなるた
め、格納容器の冷却が必要となる時刻を遅くできる。崩
壊熱は、時間とともに低減するので、崩壊熱を除去する
格納容器の冷却系に対する熱負荷を軽減できる。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を、図１，図２ないし図３
により説明する。

【００１０】本発明の一実施例に適用する原子炉格納容
器は、炉心１を内包する原子炉圧力容器２と、原子炉圧
力容器２を格納するドライウェル３と、圧力抑制プール
５を保有する圧力抑制室４と、ドライウェル３と圧力抑
制プール５を連結するベント管７等で構成されている。

【００１１】本実施例の特徴となる構成要素は、図１よ
り圧力抑制室４内で圧力抑制プール５上方のウェットウ
ェル空間を、第一ウェットウェル６と圧力抑制室４上方
の第二ウェットウェル１０の二つの領域に分割し、第二
ウェットウェル１０内に設けた冷却水９である。また、
第一ウェットウェル６と第二ウェットウェル１０内の冷
却水９は流路で連結されている。この流路は連通管８に
よって実現できる。

【００１２】主蒸気管１１の破断で代表される冷却材喪
失事故が起こると、主蒸気管１１からドライウェル３内
に蒸気が流出する。原子炉圧力容器２から流出してきた
蒸気は、格納容器１２内の不凝縮性気体とともに圧力抑
制室４内の圧力抑制プール５に流入する。そして、不凝
縮性気体は圧力抑制プール５から第一ウェットウェル６
に移行する。この時、流入した蒸気は圧力抑制プール５
内で凝縮して、プール水の水温を上昇させる。また、第
一ウェットウェル６内の不凝縮性気体と圧力抑制プール
５表面からの蒸気は、連通管８を通り、冷却水９中に流
出する。流出した蒸気が冷却水９中で凝縮されるため、
不凝縮性気体の第二ウェットウェル１０内への移行が継
続的に行われる。図２にウェットウェル空間の圧力と圧
力抑制プール水温の関係を示す。分割なしのウェットウ
ェル空間では不凝縮性気体の影響で全圧は上昇し続け
る。しかし、分割ありのウェットウェル空間で第二ウェ
ットウェル１０内に冷却水を保有する方法では、第一ウ
ェットウェル６が飽和温度まで上昇するにつれて、不凝
縮性気体の分圧が減少し、第二ウェットウェル１０内の
不凝縮性気体の分圧が上昇する。また、同一圧力Ｐ１で
圧力抑制プールの許容水温はＴ１からＴ２に上昇してい
る。従って、第一ウェットウェル６内で不凝縮性気体の
分圧の影響を排除でき、圧力抑制プール５のプール水の
許容温度の上限値を設計圧力に対する飽和温度まで上げ
ることが可能となり、圧力抑制プール５での蓄熱量の増
大につながる。しかも、第一ウェットウェル内をほとん
ど蒸気で充たすまで継続的に不凝縮性気体を第二ウェッ
トウェルに導くための冷却水量は、圧力抑制プールの水
量に対して非常に少ない。図３の全体図で本発明を説明
する。本発明では、ウェットウェル空間の冷却を必要と
しないことから、コンクリート製格納容器１２に適用で
き、いかなる材質の格納容器でも圧力抑制プール５での
蓄熱量を増大させ、格納容器１２の冷却設備が軽減でき
る。

【００１３】図４を用いて本発明の第二の実施例を説明
する。

【００１４】本実施例を適用する原子炉格納容器は、図
１を用いて説明した実施例と同様の構成で、本実施例の
特徴となる構成要素は、圧力抑制室４内のベント管７出
口の直上のウェットウェル領域を除いた部分で形成した
第二ウェットウェル１０である。また、第二ウェットウ
ェル１０内には冷却水９を保有し、第一ウェットウェル
６から第二ウェットウェル１０内の冷却水９への蒸気及
び不凝縮性気体の流入口はベント管形状とする。

【００１５】事故時の初期に、原子炉圧力容器２から流
出する蒸気と不凝縮性気体はベント管７より勢いよく圧
力抑制プール５へ流れ込み、プール水面を上昇させるプ
ールスウェルと呼ばれる現象が発生する。ここで、ベン
ト管７の出口から圧力抑制室４上部構造材までの高さが
低い場合には、上昇したプール水面の衝突による荷重に
耐えるために構造材の強度を確保する必要があった。一
方、本実施例のようにベント管７出口付近上方のウェッ
トウェル空間を十分とることで、プールスウェルによる
衝突荷重が低減し、構造材の強度が小さくてすむ。その
結果、構造材の厚さ等の削減ができる。

【００１６】図５を用いて本発明の第三の実施例を説明
する。

【００１７】本実施例を適用する原子炉格納容器は、図
１を用いて説明した実施例と同様の構成で、本実施例の
特徴となる構成要素は、圧力抑制室４内で圧力抑制プー
ル５の上方のウェットウェル空間を、二つの領域に分割
した第一ウェットウェル６と圧力抑制室４の下方に空間
を設けて形成した第二ウェットウェル１０である。ま
た、第二ウェットウェル１０内には冷却水９を保有し、
第一ウェットウェル６と第二ウェットウェル１０内の冷
却水９とは連通管８で接続されている。

【００１８】事故時に起こる現象は、図１の実施例に示
すものと同様である。しかし、第二ウェットウェル１０
を圧力抑制室４の下方に設けることによって、圧力抑制
室４内の圧力抑制プール５の位置を高くできるので、冠
水系配管２０との適合性がよい。そして、冠水系配管２
０を設けても圧力容器２及び格納容器１２の小型化が図
れる。また、圧力抑制室４の配置の自由度が大きく、設
計自由度が増す。

【００１９】図６を用いて本発明の第二の実施例を説明
する。

【００２０】本実施例を適用する原子炉格納容器は、図
１を用いて説明した実施例と同様の構成で、本実施例の
特徴となる構成要素は、炉心１より上方の位置でドライ
ウェル３，原子炉圧力容器２及び圧力抑制プール５と連
通させた熱交換器１４を内蔵した冷却水プール１５であ
る。また、本実施例では図１の実施例を組み合わせてい
るが、図４あるいは図５の実施例に、この構成要素を組
み合わせても、以下の作用は同様である。

【００２１】冷却材喪失事故時に、原子炉圧力容器２か
ら放出された蒸気は、配管１６から熱交換器１４内に導
かれ凝縮して、配管１８を通じて圧力容器２内に戻り、
圧力抑制プール５へは不凝縮性気体を放出する。この熱
交換器１４では、圧力抑制プール５の水温が許容温度の
上限値に到達する時点までに、事故時に炉心１で発生し
たその時点における崩壊熱を除去する容量が備えられて
いる。そして、図１の実施例等で説明したように、圧力
抑制プール５での蓄熱量を増大できるので、圧力抑制室
４の許容温度の上限値へ到達するまでの時間が延び、そ
の間に崩壊熱も徐々に低減する。その結果、熱交換器１
４の受ける熱負荷を小さくすることができ、熱交換器１
４の伝熱管本数等を削減することができる。

【００２２】図７を用いて本発明の第三の実施例を説明
する。

【００２３】本実施例を適用する原子炉格納容器は、図
１を用いて説明した実施例と同様の構成で、本実施例の
特徴となる構成要素は、圧力抑制室４の外側で少なくと
も圧力抑制プール５に対応する範囲の壁に接して冷却水
を内蔵した外周プール１９である。また、外周プール１
９に接する格納容器壁１３は鋼製のものとする。また、
本実施例では図１の実施例を組み合わせているが、図６
の実施例と同様、図４あるいは図５の実施例に、この構
成要素を組み合わせても問題はない。

【００２４】この方法では、圧力容器２から放出された
蒸気により圧力抑制プール５のプール水温は上昇する
が、格納容器１３外に設けた外周プール１９により圧力
抑制プール５は冷却される。また、第二ウェットウェル
１０内に保有した冷却水９で蒸気を凝縮でき不凝縮性気
体の影響を排除したため、圧力抑制プール５と外周プー
ル１９との温度差が大きくなり、さらに放熱量の増大に
つながり、崩壊熱の除去が容易になる。

【００２５】図８を用いて本発明の第四の実施例を説明
する。

【００２６】本実施例を適用する原子炉格納容器は、図
１を用いて説明した実施例と同様の構成で、本実施例の
特徴となる構成要素は、図７の構成要素に図６の構成要
素の中の熱交換器１４，冷却水プール１５及び配管１６
〜１８を変形して加え合わせたものである。また、本実
施例では図１の実施例を組み合わせているが、図６の実
施例と同様、図４あるいは図５の実施例に、この構成要
素を組み合わせても問題はない。

【００２７】この方法では、上方に熱交換器１４を内蔵
した冷却水プール１５，側面には冷却水を内蔵した外周
プール１９が備え付けられているが、圧力抑制プール５
での蓄熱量の増大によって、格納容器の冷却設備を軽減
できる。

【００２８】図１，図２及び図３の実施例に示したウェ
ットウェル空間を第一ウェットウェルと第二ウェットウ
ェルの二つの空間に分割し、第二ウェットウェル内に冷
却水を保有し、第一ウェットウェルと第二ウェットウェ
ル内の冷却水とを配管によって連通させることによっ
て、格納容器外からの冷却に頼らずに第一ウェットウェ
ル内で不凝縮性気体の分圧の影響を排除できる。このた
め、どんな材質の格納容器でも同一圧力下で圧力抑制プ
ールのプール水の許容温度の上限値を許容圧力の飽和温
度まで上昇させ、圧力抑制プールでの蓄熱量を増大させ
ることができ、格納容器内の圧力上昇を防止できる。

【００２９】図４の実施例によれば、図１の実施例に示
した本発明の効果に加えて、ベント管出口から圧力抑制
室上部構造材までの高さを高くすることで、ベント管よ
り流入してくる蒸気と不凝縮性気体による事故時初期の
プールスウェルの動荷重を防止でき、構造材の強度を小
さくできるので、構造材の厚さ等を軽減できる。

【００３０】図５の実施例によれば、図１の実施例に示
した本発明の効果に加えて、第二ウェットウェルを圧力
抑制室の下方に設けることによって、圧力抑制室内の圧
力抑制プールの高さを高くすることができ、冠水系配管
との適合性が良くなり、冠水系配管を設けても格納容器
の小型化が実現できる。また、圧力抑制室の配置上の自
由度が増し、設計の自由度が増す。

【００３１】図６の実施例によれば、図１，図４あるい
は図５の実施例に示した本発明の効果により、圧力抑制
プールでの蓄熱量を増大するので、炉心上方に設けた熱
交換器が受ける熱負荷を小さくすることができ、熱交換
器の伝熱管本数等が削減できる。

【００３２】図７の実施例によれば、図１，図４あるい
は図５の実施例に示した本発明の効果により、圧力抑制
プールでの蓄熱量を増大させることができるが、外周プ
ールでの冷却を同時に行えるので、圧力抑制プールの許
容温度の上限値になるまでの時間が延び、崩壊熱の除去
が容易になる。

【００３３】図８の実施例によれば、図１，図４あるい
は図５の実施例に示した本発明の効果により、圧力抑制
プールでの蓄熱量を増大させることができるとともに、
図７の実施例に図６の実施例を加え合わせることで、冷
却が炉心上方における冷却水プールと圧力抑制プールの
側面における外周プールとの両方から行えるため、上方
の熱交換器を内蔵した冷却水プール容量を削減でき、耐
震性に適する。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、格納容器外からの冷却
なしでも不凝縮性気体の影響を排除し、どんな材質の格
納容器でも圧力抑制プールでの蓄熱量を増大させ、崩壊
熱除去のための冷却系に対する熱負荷を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による原子炉格納容器の部分
縦断面図。

【図２】ウェットウェル空間の圧力と圧力抑制プール水
温の関係の特性図。

【図３】本発明の一実施例による原子炉格納容器の縦断
面図。

【図４】本発明の第二の実施例による原子炉格納容器の
部分縦断面図。

【図５】本発明の第三の実施例による原子炉格納容器の
部分縦断面図。

【図６】本発明の第二の実施例による原子炉格納容器の
縦断面図。

【図７】本発明の第三の実施例による原子炉格納容器の
縦断面図。

【図８】本発明の第四の実施例による原子炉格納容器の
縦断面図。

【符号の説明】

１…炉心、２…原子炉圧力容器、３…ドライウェル、４
…圧力抑制室、５…圧力抑制プール、６…第一ウェット
ウェル、７…ベント管、８…連通管、９…冷却水、１０
…第二ウェットウェル、１１…主蒸気管、１２…コンク
リート製格納容器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 正 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 須々木 晃 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉心を内包する原子炉圧力容器と、前記原
   子炉圧力容器を格納するドライウェルと、圧力抑制プー
   ルを保有する圧力抑制室と、前記ドライウェルと前記圧
   力抑制プールを連結するベント管を有する原子炉格納容
   器において、前記圧力抑制室で前記圧力抑制プール上方
   に位置するウェットウェル空間を、前記圧力抑制プール
   の表面に接する領域の第一ウェットウェルと、前記圧力
   抑制プールの表面に接しない領域の第二ウェットウェル
   に分割し、前記第二ウェットウェル内に冷却水を保有
   し、前記第一ウェットウェルと前記第二ウェットウェル
   内の冷却水とを配管等の流路で連結することを特徴とす
   る原子炉格納容器。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ベント管の出口の
   直上の前記ウェットウェル領域を除いた部分で前記第二
   ウェットウェルを形成し、蒸気及び不凝縮性気体の流入
   口をベント管形状とする原子炉格納容器。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記炉心より
   上方の位置に前記冷却水プールを設け、前記ドライウェ
   ル、前記原子炉圧力容器及び前記圧力抑制プールとのみ
   結合された熱交換器を前記冷却水プール中に配置した原
   子炉格納容器。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、前記原子
   炉格納容器がコンクリート製である原子炉格納容器。
5. 【請求項５】請求項１，２または３において、前記圧力
   抑制室に接する前記格納容器壁を鋼製にして、前記格納
   容器壁外に前記圧力抑制プール高さに対応する冷却水を
   内蔵した外周プールを設けた原子炉格納容器。