JPH085772A - 原子炉格納容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、コンデンサを備えた自然放熱
型格納容器において、コンデンサ内の伝熱管の壁面面積
を小さくできる原子炉格納容器を提供することある。 【構成】冷却材喪失時にドライウェル内の流体をコンデ
ンサ内に供給する手段を備えたことにある。 【効果】想定事象である冷却材喪失事故時に、不凝縮性
ガス混合蒸気を強制的にコンデンサに送り込むことによ
って、コンデンサ内での不凝縮性ガス混合蒸気の流速が
上昇する。それにより伝熱管内での不凝縮性ガスと蒸気
の流れを乱し、蒸気を伝熱管の壁面に強制的に触れさせ
ることで凝縮の効率を上げる。従って、伝熱面積を小さ
くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉格納容器に係
り、格納容器内の圧力上昇を抑制する原子炉の格納容器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉の安全設計で想定しなければなら
ない冷却材喪失時に、ポンプなどの動的機器を用いない
受動的な冷却機構によって、炉心から発生する崩壊熱を
除去する原子炉設備が提案されている。

【０００３】特開平4−230893 号公報には、ドライウェ
ルからコンデンサ内に蒸気を吸入し、コンデンサで生じ
た凝縮水を、重力を駆動力として炉心部分に注水する重
力落下水タンクに供給する構成についての記載があり、
蒸気とともにコンデンサに流入する不凝縮性ガスと、凝
縮しきらなかった未凝縮の蒸気は、ガス排出管を通して
圧力抑制プール水中に排出され、不凝縮性ガスはウェッ
トウェルに移動し、未凝縮蒸気は水中で凝縮することに
より、圧力抑制プール水の一部となる原子炉設備が提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】格納容器のドライウェ
ルには予め不凝縮性ガスである窒素が充填されており、
想定事故時には、ドライウェルに放出された蒸気と混合
して流動する可能性がある。

【０００５】前記公知例の特開平4−230893 号公報の構
成では、不凝縮性ガスをウェットウェルに排出する経路
を持つが、排出していくうちに、ドライウェルの圧力と
ウェットウェルの圧力の差が小さくなり、コンデンサ内
での不凝縮性ガス混合蒸気の流速が下降する。

【０００６】すると不凝縮性ガスが伝熱管の壁面と蒸気
の間に流れるようになり、蒸気の凝縮が妨げられる。

【０００７】その結果、放熱量が著しく低下する可能性
がある。

【０００８】本発明の目的は、コンデンサ内の伝熱面積
を小さくできる原子炉格納容器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成する本
発明の特徴的構成は、冷却材喪失時にドライウェル内の
流体をコンデンサ内に供給する手段を備えたことにあ
る。

【００１０】

【作用】本発明では、想定事象である冷却材喪失事故時
に、不凝縮性ガス混合蒸気を強制的にコンデンサに送り
込む。

【００１１】そのことによってコンデンサ内での不凝縮
性ガス混合蒸気の流速が上昇し、伝熱管内での不凝縮性
ガスと蒸気の流れが乱れる。

【００１２】流れを乱し、蒸気を伝熱管の壁面に強制的
に触れさせることで凝縮の効率が上がる。

【００１３】従って、伝熱管の壁面面積を小さくでき
る。

【００１４】

【実施例】図１，図２において、原子炉格納容器はドラ
イウェル３と，圧力抑制室４と，重力落下水タンク２６
と，ジェットポンプ５２と，コンデンサ８０と，配管６
３から構成されている。

【００１５】ドライウェル３は炉心１を内蔵する原子炉
圧力容器２を内包している。

【００１６】圧力抑制室４はドライウェル３の外周に設
置され圧力抑制プール５とその上部の気相空間であるウ
ェットウェル６から成っている。

【００１７】重力落下水タンク２６は炉心１よりも上部
に位置し、逆止弁２９が設けられた配管２７を介して原
子炉圧力容器２と連結されている。

【００１８】ジェットポンプ５２は吸入口６１がドライ
ウェル３に開口し、放出口６２は吸入管９０によりコン
デンサ８０と接続され、駆動口６０が遮断弁５１を介し
て主蒸気管７８に接続されている。

【００１９】主蒸気管７８は原子炉圧力容器２に接続さ
れる。

【００２０】コンデンサ８０はドライウェル３の外部か
つ炉心１よりも高い位置に設置されたコンデンサ冷却プ
ール８１の水中に設置されている。

【００２１】コンデンサ８０から不凝縮性ガスを排出す
るガス排出管７３は圧力抑制室４の水中に挿入されてい
る。

【００２２】コンデンサ８０から凝縮水を排出する凝縮
水排出管７２は重力落下水タンク２６の水中に挿入され
ている。

【００２３】本実施例の動作を図１，図２，図３を用い
て説明する。

【００２４】冷却材喪失事故は、原子炉圧力容器２や配
管等の破損により発生し、この破損箇所から原子炉圧力
容器内２の冷却水が高温高圧の蒸気としてドライウェル
３内に放出される。

【００２５】この蒸気はドライウェル３内に充填されて
いる不凝縮性ガスである窒素と混合し、不凝縮性ガス混
合蒸気になる。

【００２６】冷却事故発生後の初期にはドライウェル３
の圧力がベント管７の圧力抑制プール５へ連通する開口
部の圧力よりも高いので、ドライウェル３の不凝縮性ガ
ス混合蒸気は、ベント管７を通して圧力抑制プール５に
流入し、蒸気は圧力抑制プール５内で凝縮し、不凝縮性
ガスはウェットウェル６に蓄積する。

【００２７】圧力抑制プール５内では、次第に蒸気凝縮
の際に発生する潜熱によりベント管７の出口付近のプー
ル水が加熱され、対流によりベント管７の出口から上方
のプール水温がほぼ一様に上昇する。

【００２８】そしてこの温度上昇につれて、プール表面
から蒸発が起こりウェットウェル６内の蒸気分圧も上昇
し空間の圧力が上昇するためベント管７より不凝縮性ガ
ス混合蒸気が流入しなくなる。

【００２９】また、不凝縮性ガス混合蒸気はジェットポ
ンプ５２の吸入口６１から吸入管９０を通してコンデン
サ８０内部にも流入する。

【００３０】この流入の駆動力は、ドライウェル３とウ
ェットウェル６の圧力差と、コンデンサ８０内での蒸気
凝縮による瞬間的な体積減少に起因する。

【００３１】コンデンサ８０に流入した不凝縮性ガス混
合蒸気のうち、蒸気は凝縮して凝縮水排出管７２を通っ
て重力落下水タンク２６へ流入するが、不凝縮性ガスは
ガス排出管７３を通って圧力抑制プール５の水中に排出
される。

【００３２】このようにガスと水を分別可能なのは、各
排出管とコンデンサ８０との接続のされ方の違いによる
のもである。

【００３３】その違いとは、凝縮水排出管７２がコンデ
ンサ８０の底面に接続されているのに対し、不凝縮性ガ
ス排出管７３はコンデンサ８０内に挿入された状態で接
続されていることである。

【００３４】このことにより、コンデンサ８０の底面に
溜る凝縮水は不凝縮性ガス排出管７３の入口端よりも低
い位置にある凝縮水排出管７２の入口端に流入し、逆に
不凝縮性ガスは水で満たされている凝縮排出管７２には
流入せず、不凝縮性ガス排出管７３に流入する。

【００３５】このとき、配管６３の先端に設置された溶
融弁６４は冷却材喪失事故時の温度では溶融せず苛酷事
故時の温度で溶融するように設定されているので閉状態
であり、この配管６３を経路とした流れは生じない。

【００３６】その後、時間の経過とともに冷却材が放出
されることから、原子炉圧力容器２内の水位は低下す
る。

【００３７】すると、図３に示す圧力容器２内の水位を
測定する水位計８３の値と予め設定した低水位基準信号
８５の値を比較して水位計８３の信号が小さいときに比
較回路８４が弁作動制御器８６に対して開弁信号を発す
る。

【００３８】この開弁信号を受けて弁作動制御器８６は
通常時に閉状態である遮断弁５１を開状態とする。

【００３９】これにより主蒸気管７８から原子炉圧力容
器２内の蒸気がジェットポンプ５２の駆動口６０に注入
される。

【００４０】この制御系は図４に示すように、水位を測
定するのではなく圧力を測定することによって作動する
構成にすることが出来る。

【００４１】図４の構成が図３の構成と異なる点は、水
位計８３の代わりにドライウェル３の圧力を測定する圧
力測定器８７を設け、低水位基準信号８５の代わりに予
め設定した高圧力基準信号８８を設けたことである。

【００４２】図４の装置の動作について説明する。

【００４３】圧力測定器８７の値と高圧力基準信号８８
の値を比較して圧力測定器８７の信号が大きいときに比
較回路８４が弁作動制御器８６に対して開弁信号を発す
る。この開弁信号を受けて弁作動制御器８６は通常時に
閉状態である遮断弁５１を開状態とする。

【００４４】この制御系の動作により主蒸気管７８から
圧力容器２内の蒸気がジェットポンプ５２の駆動口６０
に注入される。

【００４５】そして図２に示すジェットポンプ５２では
断面積を絞ったノズル６５により駆動口６０から流入し
た蒸気の速度と運動量を増大させる。

【００４６】運動量が増加した蒸気の分子は、スロート
６７付近で不凝縮性ガス混合蒸気の分子と衝突し、前方
へ運動量を付与する。

【００４７】この結果、負圧となった吸入口６１からの
不凝縮性ガス混合蒸気の吸入が促進される。

【００４８】これらの混合した気体は、ディフューザー
６６で速度ヘッドと圧力ヘッドとの変換を行い圧力を回
復した上で放出口６２から、吸入管９０に向って放出さ
れる。

【００４９】このようなジェットポンプ５２の作用によ
り、吸入口６１から吸入される不凝縮性ガス混合蒸気の
流量が増加し、ドライウェル３の圧力がガス排出管７３
の先端部の圧力よりも低くなった場合でも、ジェットポ
ンプ５２の放出口６２の圧力が高いため、コンデンサ８
０内の不凝縮性ガスを不凝縮性ガス排出管７３より圧力
抑制プール４に排出する。

【００５０】冷却材喪失事故後、炉心１では制御棒７０
が挿入されて核分裂反応が停止するが、その後も長期に
渡り崩壊熱が発生し、冷却材の蒸発とドライウェル３へ
の放出が継続する。

【００５１】その時にも引き続き上記の構成によって蒸
気は凝縮されるため、ドライウェル３の圧力上昇も引き
続いて抑制される。

【００５２】遮断弁５１が開かれた後、原子炉圧力容器
２の蒸気が主蒸気管７８から遮断弁５１を通って原子炉
圧力容器２外に放出されるため、原子炉圧力容器２の圧
力は次第に低下する。

【００５３】この圧力低下に伴い、重力落下水タンク２
６から重力差によって冷却水が原子炉圧力容器２に注水
されるので、炉心１の冠水が維持される。

【００５４】この注水が行われた後も、コンデンサ８０
の動作は継続されるので、凝縮水は重力落下水タンク２
６から逆止弁２９を通して継続的に容器内に注入され、
炉心を冷却する。

【００５５】コンデンサ冷却プール８１内では、コンデ
ンサ８０の伝熱管から伝わる凝縮潜熱によりコンデンサ
冷却プール８１の水が加熱され、自然対流により水温が
上昇する。

【００５６】この温度上昇につれて、コンデンサ冷却プ
ール８１の水の表面から蒸発が起こり、蒸気が連通管５
５及びコンデンサ排気管７６を通して原子炉建屋外へ放
出される。

【００５７】このプール水の蒸発により、コンデンサ冷
却プール８１内の水は減少するが、連通管５６によって
複数のコンデンサ冷却プールを水中で連通させ、水位の
低下速度は小さくして、事故後のある時間内にコンデン
サ８０の伝熱管部分が露出しないよう、プールの水位を
保つ。

【００５８】本実施例によるとジェットポンプ５２によ
りコンデンサ８０に注入される不凝縮性ガス混合蒸気の
流速が上昇する。

【００５９】流速が上昇することによって伝熱管内での
不凝縮性ガス及び蒸気の流れが乱され蒸気が伝熱管の壁
面に触れやすくなることで凝縮の効率が上がる。

【００６０】また、管内流速が上昇すると凝縮熱伝導率
が大きくなり、このことによっても凝縮の効率が上が
る。

【００６１】従って伝熱管の壁面の面積を小さくするこ
とが出来る。

【００６２】原子炉圧力容器２及びドライウェル３内の
蒸気を凝縮することで原子炉圧力容器２及びドライウェ
ル３の減圧をすることが出来る。

【００６３】ジェットポンプ５２はドライウェル３に開
口されているため、蒸気を原子炉圧力容器２からコンデ
ンサ８０に直接導く場合に比べてコンデンサ８０に導か
れる流体の圧力が低い。

【００６４】このため伝熱管の肉圧を薄くすることが出
来る。

【００６５】この実施例は、冷却材喪失事故と共に苛酷
事故である、原子炉圧力容器２の炉心１が水面から露出
して溶融し、原子炉圧力容器２内から落下する場合にも
対処できる。

【００６６】この苛酷事故では、水・ジルコニウム反応
で生じた水素や、構造材料であるコンクリートの溶融に
よって生じる一酸化炭素等が高温のガスとなってドライ
ウェル３内に充満する。

【００６７】苛酷事故発生後の初期にはドライウェル３
の圧力よりもウェットウェル６の圧力が低いため、この
圧力差を駆動力としてガスがコンデンサ８０またはベン
ト管７を経由してウェットウェル６に排出されるが、や
がてウェットウェル６の圧力が上昇するとガスが排出さ
れなくなる。

【００６８】ちなみに苛酷事故では炉心１が水面から露
出しているため水蒸気が発生せず、水蒸気を駆動力とす
るジェットポンプ５２は機能しない。

【００６９】そして、ドライウェル３内のガスは、ドラ
イウェル３下部の炉心溶融物から加熱されることによ
り、ドライウェル３内で自然循環の流れを形成し、全体
が加熱される。

【００７０】すると、ドライウェル３下部の空間に設置
した冷却材喪失事故時に溶融せず、苛酷事故時に速やか
に溶融するよう予め設定した溶融弁６４が溶融温度に達
し、溶解して開状態となる。

【００７１】その結果、コンデンサ８０内に滞留してい
た比重の重い低温のガスが重力によって下降し、配管６
３を通って溶融弁６４からドライウェル３の下部に排出
される。

【００７２】この冷却されたガスは炉心溶融物から加熱
されることにより、ドライウェル３内を上昇し、上部空
間でジェットポンプ５２の吸入口６１から流入し吸入管
９０を経由してコンデンサ８０に吸入され、再び冷却さ
れる。

【００７３】このように、溶融弁６４が開くことによ
り、ドライウェル３下部の炉心溶融物によって加熱され
たガスを、ドライウェル３の上方にあるコンデンサ８０
で冷却する自然循環の流路が形成され、ガスの冷却が行
われるため、格納容器の健全性を維持することができ
る。

【００７４】次に本発明の他の一実施例を、図５により
説明する。

【００７５】この実施例が図１を用いて説明した実施例
と異なる点は、ジェットポンプ５２が並列に複数基設置
されている点である。

【００７６】本実施例を行った場合の動作は、遮断弁５
１が動作するまでは、図１を用いて説明した実施例の場
合と同様である。

【００７７】遮断弁５１が開状態となると、ジェットポ
ンプ５２が並列に複数基設置されていることで、ジェッ
トポンプ５２の容量が大きくなる。

【００７８】そのためより多くの蒸気を主蒸気管７８か
ら放出させ、より多くの不凝縮性ガス混合蒸気をドライ
ウェル３から吸入してコンデンサ８０に供給することが
可能となる。

【００７９】この結果、放熱量をある限度まで増加させ
ることが可能である。

【００８０】その限度とは、コンデンサ８０に流入する
蒸気の入熱量が、コンデンサ８０の凝縮能力を越える時
に出現するが、その時には蒸気の一部がガス排出管７３
から圧力抑制プール５の水中に放出される。

【００８１】この未凝縮蒸気は、圧力抑制プール５内で
水と直接接触することによって凝縮するが、圧力抑制プ
ール５の水温を上昇させ、結果としてウェットウェル６
の圧力を上昇させる原因となるので望ましくない。

【００８２】この観点から、ジェットポンプ５２の容量
及び基数は、コンデンサ８０の放熱能力との釣り合いで
決定する。

【００８３】続いて本発明の他の一実施例を、図６によ
り説明する。

【００８４】本実施例が図１を用いて説明した実施例と
異なる点は、配管６３に設置される溶融弁６４が高さの
異なる点に複数基設置されている点である。

【００８５】この結果、部分的な浸水や障害物の影響に
より、一部の溶融弁がドライウェル３の高温ガスから遮
蔽された場合でも、他の溶融弁が溶解して開放し、自然
循環の流路を確保することが可能となる。

【００８６】更に本発明の他の一実施例を、図７により
説明する。

【００８７】本実施例が図１を用いて説明した実施例と
異なる点は、配管６３を凝縮水排出管７２から分岐して
いる点である。

【００８８】想定する苛酷事故時には、炉心１が露出す
るので水蒸気の発生量は少ないが、ドライウェル３内に
部分的に存在する水が、自然循環する高温のガスに接触
することによって蒸発し、水蒸気となる可能性がある。

【００８９】ガスに水蒸気が含まれていれば、コンデン
サ８０によって凝縮され、凝縮水となり、凝縮水排出管
７２から落下するが、重力落下水プール２６へ連通する
配管は水平配管となっているので、凝縮水は下降する配
管６３を流下し、開状態となった溶融弁６４からドライ
ウェル３下部へと注水される。

【００９０】この注水により、ドライウェル３下部の炉
心溶融物を冷却でき、そこで蒸発した水蒸気は再びコン
デンサ８０で冷却されることにより、冷却の動作が継続
する。

【００９１】一般に凝縮熱伝達率の方が気体の対流熱伝
達率より大きいため、図１を用いて説明した実施例と比
較して、本実施例の方が原子炉格納容器の冷却効果が大
きい。

【００９２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、想定事象
である冷却材喪失事故時に、不凝縮性ガス混合蒸気を強
制的にコンデンサに送り込むことによって、コンデンサ
内での不凝縮性ガス混合蒸気の流速が上昇する。

【００９３】それにより伝熱管内での不凝縮性ガスと蒸
気の流れを乱し、蒸気を伝熱管の壁面に強制的に触れさ
せることで凝縮の効率を上げる。

【００９４】従って、伝熱面積を小さくできる。

【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縦断
面図である。

【図２】ジェットポンプ５２の断面概略図である。

【図３】遮断弁５１の制御系のブロック図である。

【図４】遮断弁５１の制御系の他のブロック図である。

【図５】本発明の他の一実施例による原子炉格納容器の
部分縦断面図である。

【図６】本発明の更に他の一実施例による原子炉格納容
器の部分縦断面図である。

【図７】本発明の一層更に他の一実施例による原子炉格
納容器の部分縦断面図である。

【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…ウェットウェ
ル、７…ベント管、２６…重力落下水タンク、２７，６
３…配管、２９…逆止弁、５１…遮断弁、５２…ジェッ
トポンプ、５５，５６…連通管、６０…駆動口、６１…
吸入口、６２…放出口、６４…溶融弁、６６…ディフュ
ーザー、６７…スロート、７０…制御棒、７２…凝縮水
排出管、７３…ガス排出管、７６…コンデンサ排気管、
７８…主蒸気管、８０…コンデンサ、８１…コンデンサ
冷却プール、８３…水位計、８４…比較回路、８５…低
水位基準信号、８６…弁作動器、８７…圧力測定器、８
８…高圧力基準信号、９０…吸入管。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉圧力容器を格納する密封されたドラ
   イウェルと、水を保有する圧力抑制室と、前記ドライウ
   ェルの外部に設置されたコンデンサと、前記コンデンサ
   に接続され前記コンデンサから排出された流体を前記圧
   力抑制室内の水中に導く流体排出管を有する原子炉格納
   容器において、冷却材喪失時に前記ドライウェル内の流
   体を前記コンデンサ内に供給する流体供給手段を備えた
   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、前記流体供給手段が弁
   を介して前記原子炉圧力容器に接続された主蒸気管と前
   記コンデンサを結ぶジェットポンプであることを特徴と
   する原子炉格納容器。
3. 【請求項３】請求項２において、冷却材喪失事故発生信
   号を受けて前記弁を開かせる制御系を備えたことを特徴
   とする原子炉格納容器。
4. 【請求項４】請求項１において、溶融弁が先端に設置さ
   れ、前記流体排出管の途中部分から分岐し、前記ドライ
   ウェル内に連通可能な配管を備えたことを特徴とする原
   子炉格納容器。
5. 【請求項５】請求項２において、前記ジェットポンプを
   並列に複数基備えたことを特徴とする原子炉格納容器。
6. 【請求項６】請求項４において、前記流体排出管が不凝
   縮性ガスを排出するガス排出管であることを特徴とする
   原子炉格納容器。
7. 【請求項７】請求項４において、前記流体排出管が凝縮
   水を排出する凝縮水排出管であることを特徴とする原子
   炉格納容器。
8. 【請求項８】請求項４において、前記溶融弁が前記流体
   排出管の高さが異なる点に複数基設置されていることを
   特徴とする原子炉格納容器。