JP3671837B2

JP3671837B2 - 原子炉格納容器

Info

Publication number: JP3671837B2
Application number: JP2000367741A
Authority: JP
Inventors: 省三山成; 憲一佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: JP2002168986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉圧力容器底部を貫通して原子炉圧力容器下部の原子炉格納容器床面に落下することを想定した場合の溶融燃料の冷却技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントでは、原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器内での原子炉圧力バウンダリの万一の破断・漏えい事象を早急に検知するために圧力計及び漏えい水量による検知器が設置されている。
【０００３】
このうち、漏えい水量による検知は原子炉格納容器底部の床面の一部を掘り下げてドレンサンプタンクを設置し、床面に流出した漏えい水をドレンサンプタンクに重力で集めてタンク水位上昇を検知器で検知して行っている。
【０００４】
特に沸騰水型原子力発電プラントでは、原子炉圧力容器を格納するドライウェルと、万一の事故時に原子炉圧力容器から原子炉格納容器内に放出される高温高圧の蒸気を凝縮して圧力抑制する圧力抑制プール及びその空間部から構成され、原子炉圧力容器下部スペースの制御棒室（下部ドライウェルとも言う。）がドライウェル内でもっとも低い位置となり、ここの床面を掘り下げて前述のドレンサンプタンクが装備される。
【０００５】
原子力発電プラントにおいて、何らかの原因で原子炉隔離事象や原子炉圧力容器に接続する原子炉１次冷却系配管等が万一破断する事故(ＬＯＣＡ)が発生した場合、原子炉は原子炉隔離時冷却系(ＲＣＩＣ)や原子炉緊急時冷却系(ＥＣＣＳ)の自動起動によって冷却される。
【０００６】
これらの冷却系は幾重もの多重性・多様性、及び独立性を有する設計であり、全ての冷却系が同時に機能喪失する可能性はほとんどないが、万一の全冷却系機能喪失（いわゆるシビアアクシデント事故）を想定すると原子炉内の水位は低下し、燃料は高温になってやがて溶融して原子炉圧力容器底部に溜まり、数時間後には原子炉圧力容器底部を溶融貫通して原子炉圧力容器下部の原子炉格納容器床面に落下し広がることが想定される。
【０００７】
この溶融燃料は原子炉格納容器床面全体に広がり、ドレンサンプタンク内にも流入するが、このドレンサンプタンク部分は他の床面部分よりも溶融燃料が厚く堆積するため、アクシデントマネジメント対応によるこのエリアへの注水冷却が十分でない場合は溶融燃料中心部の冷却不足の可能性も考えられ、床コンクリートとの更なる加熱分解作用が進み、コンクリートとの反応でさらに各種ガス発生など２次的影響の可能性が事象として考えられることになる。
【０００８】
このため、より確かなアクシデントマネージメントとするためにドレンサンプタンク内に溶融燃料が流入しないように、セラミック等の耐熱材料で堰を作るか、ドレンサンプタンクそのものをセラミック等の耐熱材料で作る対応策が考えられている。
【０００９】
また、原子炉格納容器床に水を保有する概念は、特開平８−３３４７９号公報に示されていて、原子炉圧力容器を支持しているペデスタル内側空間にペデスタルの内側に沿って、内部に水室を画定するコンクリート部材を設置し、その水室を圧力抑制室と連通させ、水室に圧力抑制室の冷却水を充填した構成で、ドライウェル空間容積の低減とプール水量の増加を達成するものであった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
現在考えられているセラミック等の耐熱材料を使用した対応はコスト的に高価となる。また、溶融燃料の広がり領域を狭めるので、溶融燃料全体の厚さを増大させてしまうことになり、結果としてアクシデントマネジメント時の溶融燃料冷却性を悪化させてしまう方向となる。
【００１１】
また、上記特開平８−３３４７９号公報に示される対応を採用しても、原子炉格納容器内に溶融落下してきた溶融燃料を原子炉格納容器床面で均一で薄い状態とする効果は全く得られず、かつ床面積が狭くなるので溶融燃料を均一で薄い状態とする観点では逆行することになる。
【００１２】
したがって、原子力発電プラントにおいて、万一の苛酷事故を想定した時に，原子炉内の燃料が融けて原子炉圧力容器底部を貫通して原子炉圧力容器下部の原子炉格納容器床面に落下したとしたときの溶融燃料の冷却効果をより改善し、今以上に万全を期する観点から、溶融燃料が局所的に集中して部分的な冷却不足からさらなる２次的影響を発生させない様に配慮する必要がある。
【００１３】
従って、本発明の目的は、原子力発電プラントにおいて万一の苛酷事故想定時の溶融燃料をアクシデントマネジメントで冷却する場合により効果的冷却ができる様、溶融燃料を均一で薄い状態とするに最適で経済的な原子炉格納容器床面構造を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の原子炉格納容器は、原子炉圧力容器下部の原子炉格納容器コンクリート床面上部に鋼製水蜜構造の床面を有した二重床構造として、その内部に鋼製のドレンサンプタンクを格納し、前記二重床構造の上部床と前記ドレンサンプタンクとを溶融燃料で溶ける材料によって構成した。
【００１５】
原子炉格納容器内での配管破断・漏えい事象をいち早く検知するため前記ドレンサンプタンク内水位上昇率により漏えいを検知して警報などを発生させるが、二重床構造の上部水蜜鋼製床状に落下した漏えい水は当該床の傾きとあいまって効果的に前記ドレンサンプタンク内に流入する。これにより原子炉格納容器内漏えい検知機能は従来どおり確保される。
【００１６】
万が一、原子力発電プラントで異常事象あるいは事故事象が発生した場合は原子炉が隔離され、各種の原子炉冷却系が作動して原子炉が冷却されるが、全ての冷却系が作動しなかった場合まで仮定すると原子炉内の燃料が溶融し、この溶融燃料は原子炉圧力容器底部を貫通して原子炉格納容器床面に落下することになる。
【００１７】
落下した溶融燃料は原子炉格納容器の二重構造床の上部鋼製床を貫通して下部のコンクリート床面上に広がり、さらに二重床内の鋼製ドレンサンプタンクも溶かしてコンクリート床面上に均一に広がることになる。
【００１８】
その後アクシデントマネジメント対応により溶融燃料は散水冷却されるが、従来のコンクリート床面のようにその一部を掘り下げてドレンサンプタンクとしていないため局部的に冷却できずにいつまでも高温状態が続くような部分はなく、かつ当該床面積全体を有効に広がり領域として活用できるため溶融燃料が薄くなり、効果的な冷却が達成できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は沸騰水型原子力発電所の原子炉格納容器に本発明の第１実施例による二重構造の原子炉格納容器床を適用した場合の一例である。
【００２０】
図１において、原子炉の燃料を保有する炉心１は、原子炉圧力容器２内に配置されている。その燃料は原子炉圧力容器２内を循環する原子炉冷却水で冷却されている。原子炉圧力容器２を格納する原子炉格納容器３は、上部ドライウェル４と下部ドライウェル５と圧力抑制室６と圧力抑制プール７を有している。
【００２１】
下部ドライウェル５の周囲はコンクリートを充填した鋼板の円筒状ペデスタル１０が装備され、このペデスタル１０内には上部ドライウェル４及び下部ドライウェル５と圧力抑制プール７を連通するベント管８及び水平ベント管９が装備されている。
【００２２】
圧力抑制室６から下部ドライウェル５へはバキュームブレーカ１２で連通され、下部ドライウェル５と上部ドライウェル４とは連通口１１で連通している。上部ドライウェル４と圧力抑制室６はダイヤフラム床１３により仕切られる。
【００２３】
そのダイヤフラム床１３上の連通口１１近傍の一番低い位置に上部ドライウェル４のドレンピット１４が設置され、ここからドレン管１５によりドレンサンプタンク１８に連通している。鋼板製のドレンサンプタンク１８は、下部ドライウェル５のコンクリート製の原子炉格納容器床１６（下部床）上と鋼板製の二重床１７（上部床）との内側に配置され、二重床１７に開口している。
【００２４】
このような構成で、事故時に上部ドライウェル４内に漏えいした水は、ドレンピット１４に入り、続いて重力でドレン管１５内を下ってドレンサンプタンク１８内に流入する構成としている。また、下部ドライウェル５内での漏えい水は二重床１７の床勾配によりドレンサンプタンク１８内に重力で流入するようにしている。
【００２５】
このように、万一、原子炉格納容器３内での配管破断・漏えい事象が発生すると、上部ドライウェル４内での発生の場合はドレンピット１４内に漏えい水が流入し、ドレン管１５を通ってドレンサンプタンク１８内に流入する。また、下部ドライウェル５内での発生の場合は二重床１７上に落下した漏えい水は当該床の傾きとあいまって前記ドレンサンプタンク１８内に流入する。そのドレンサンプタンク１８に漏洩検知器を従来通り装備して置くことによって原子炉格納容器３内の漏えい検知機能は確保される。
【００２６】
さらに、原子力発電プラントで異常事象あるいは事故事象が発生した場合は原子炉圧力容器２のバウンダリが隔離され、各種の原子炉冷却系（記載省略）が作動して炉心１が冷却されるが、全ての冷却系が作動しなかった場合まで仮定すると、冷却不足によって原子炉圧力容器２内の炉心１に装備されていた燃料が溶融する。
【００２７】
その溶融燃料は原子炉圧力容器２底部に溶け落ちて原子炉圧力容器２底部を溶融して貫通する。そのため、溶融燃料が原子炉圧力容器２から原子炉格納容器３の二重床１７上に落下することになる。
【００２８】
二重床１７上に落下した溶融燃料は鋼板製の二重床１７を溶融して貫通してその下部の鉄筋コンクリート製の原子炉格納容器床１６面上に広がり、二重床１７内の鋼板製のドレンサンプタンク１８も溶かして原子炉格納容器床１６面上全体に局所的深みもなく、かつ当該床面積全体にわたって均一に広がることが可能となる。
【００２９】
その後アクシデントマネジメント対応により溶融燃料は散水冷却されるが、当該床面積全体を有効に広がり領域として活用できるため溶融燃料が薄くなり、効果的な冷却が達成できる。
【００３０】
以上のように、図１に示す本発明の原子炉格納容器では、従来の重力落下方式による原子炉格納容器内での漏えい検知システム構成はそのまま活かしつつ、シビアアクシデント時の原子炉圧力容器外での溶融燃料冷却性向上のために、原子炉圧力容器２外に溶融燃料が落下するような事象時のみ原子炉格納容器３内鉄筋コンクリート床１６面に掘り込みの無い構造となる様に鋼製の二重床１７構造と鋼製のドレンサンプタンク１８とした。
【００３１】
図２は、沸騰水型原子力発電所の原子炉格納容器に本発明の第２実施例による二重構造の原子炉格納容器床を適用した例である。本実施例は、図１の実施例に以下の構成を追加したものである。
【００３２】
即ち、圧力抑制プール７と、二重床１７下部のドレンサンプタンク１８を除く床下領域とを連結する配管１９及び配管２０，隔離弁２１ａ，２１ｂとポンプ２２から構成される系統を追加している。また、本実施例では配管１９，２０は圧力抑制プール７の水面位置より上方を迂回して配置され、ポンプ２２は前記水面より下位としてその前後に隔離弁２１ａ，２１ｂを配置している。
【００３３】
シビアアクシデント時の原子炉圧力容器２外への溶融燃料落下を想定した場合、落下場所にある程度の水があると溶融燃料の効果的冷却が期待できることから、本実施例では、二重床１７下部のドレンサンプタンク１８を除く床下領域に水を常時満たした状態とする。
【００３４】
この水は長期的に放置すれば腐ることから、定期的に取り替える必要があり、このため圧力抑制プール７水を定期的に入れ替えることができるように常用系のポンプ２２を設置している。隔離弁２１ａ，２１ｂは、ポンプ２２のメンテナンス時に隔離弁２１ａ，２１ｂを閉じてポンプ２２をメンテナンス出来るように使用するものである。その隔離弁２１ａ，２１ｂは、遠隔操作弁でも手動弁でも良い。
【００３５】
配管１９側のポンプ２２で圧力抑制プール７内の水を吸込んで二重床１７内の空洞に押し込み、配管２０側から二重床１７内の空洞にあった水を圧力抑制プール７に流出させる。このようにすることにより二重床１７内の空洞内の水の入れ替えが可能となる。また、長期的には二重床１７あるいは配管１９や配管２０等の腐食等による漏えいも考えられるが、その漏洩の影響を最小限とするために、配管１９や配管２０は圧力抑制プール７の水面位置より上方を迂回する配管ルートの配置とし、漏洩時の下部ドライウェル５への圧力抑制プール７水流入を防止できる構成としている。
【００３６】
さらに、万一のシビアアクシデント時のアクシデントマネジメント対応としてポンプ２２を起動させて圧力抑制プール７水を下部ドライウェル５に注水し、下部ドライウェル５に落下してきた溶融燃料の冷却が可能とする。この場合のために、ポンプ２２の電源は非常用電源に接続可能な構成とすることが好ましい。
【００３７】
図２の構成から隔離弁２１ａ，２１ｂやポンプ２２や配管１９を撤去して簡素な構造とした場合には、圧力抑制プール７の水面が二重床１７内の空洞の水面よりも上方に有るので、二重床１７に穴を開けて二重床１７内の空洞の空気抜きを行ってやればサイホンの作用で圧力抑制プール７の水が二重床１７内の空洞に入る。その穴は二重床１７内の空洞が水で満たされた後に閉鎖される。また、穴を開ける変わりに二重床１７内の空洞を負圧にするように真空ポンプをつないで水を圧力抑制プール７から二重床１７内の空洞に誘導してもよい。
【００３８】
これまでの実施例は、原子炉格納容器３内の圧力抑制プール７を水源として説明したが、原子炉格納容器３外に配備した水タンク内の水を水源として置き換えて用いてもよい。その場合には、復水貯蔵タンク内の水や消火系の水源を用いることが考えられる。
【００３９】
図１，図２における二重床１７の構造内（空洞内）の充填水や圧力抑制プール７の水や、圧力抑制プールの水に代えて他の水タンク内の水にほう酸等の中性子吸収材を混合させておけば、溶融燃料が二重床１７側に落下する事故を生じても、その溶融燃料から発せられる中性子が中性子吸収材に吸収されて溶融燃料の連鎖反応による事故の規模を抑制出来る。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、原子力発電プラントのシビアアクシデント時の溶融燃料を想定した場合においても、原子炉格納容器底部に落下した溶融燃料を効果的に冷却することができるため、このような事象においても原子炉格納容器の健全性確保が可能となり、原子力発電プラントの安全性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による原子炉格納容器の縦断面図である。
【図２】本発明の第２実施例による原子炉格納容器の縦断面図である。
【符号の説明】
１…炉心、２…原子炉圧力容器、３…原子炉格納容器、４…上部ドライウェル、５…下部ドライウェル、６…圧力抑制室、７…圧力抑制プール、８…ベント管、９…水平ベント管、１０…ペデスタル、１１…連通口、１２…バキュームブレーカ、１３…ダイヤフラム床、１４…ドレンサンプ、１５…ドレン配管、１６…原子炉格納容器床、１７…二重床、１８…ドレンサンプタンク、１９，２０…配管、２１ａ，２１ｂ…隔離弁、２２…ポンプ。

Claims

原子炉圧力容器の下方に位置する床にドレンサンプタンクを装備した原子炉格納容器において、前記床を水密な二重床構造とし、その二重床構造内に前記ドレンサンプタンクを装備し、前記二重床構造の上部床と前記ドレンサンプタンクとを溶融燃料で溶ける材料によって構成したことを特徴とする原子炉格納容器。
請求項１において、前記二重床構造の上部床及び前記ドレンサンプタンクを鋼製とし、前記二重床構造の下部床の材料をコンクリートあるいは耐熱材料としたことを特徴とする原子炉格納容器。
請求項１又は請求項２において、前記ドレンサンプタンク以外の前記二重床構造内の空洞部分に水を入れてあること特徴とする原子炉格納容器。
請求項３において、前記格納容器内または前記格納容器外に装備されている水プールまたは水タンクと、前記水プールまたは水タンクから前記二重床内の空洞部分へ給水する流路を設置したことを特徴とする原子炉格納容器。
請求項４において、前記水プールまたは水タンク内の通常水位が前記二重床構造の下部床面よりも上方に位置することを特徴とする原子炉格納容器。
請求項４または請求項５において、前記流路に流体に駆動力を与える駆動手段を設置したことを特徴とする原子炉格納容器。
請求項４，請求項５又は請求項６において、前記二重床構造内の充填水，水プール、及び水タンク内の水を中性子吸収材を混合させた水としたことを特徴とする原子炉格納容器。