JPH0296689A - 原子炉の格納容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は原子炉の格納容器に係り、特に配管破断事故時
に放出される蒸気を凝縮させ、内部の圧力上昇を押える
のに好適な圧力抑制室を有する格納容器に関する。

［従来の技術］ 沸騰水型原子炉の格納容器には、配管破断時に格納容器
内に噴出した蒸気を導いて凝縮させるための圧力抑制室
内のサプレッションプールが設けてあり、それによって
格納容器内の圧力の上昇を押さえるようにしている。配
管破断事故直後のブローダウン時には原子炉圧力容器内
に蓄えられていた多量の蒸気エネルギーが格納容器内に
放出され、その蒸気をサプレッションプール内で凝縮さ
せることになるため、その際に各種の圧力波や水ジェツ
トにより圧力抑制室の壁面や内部構造物に動荷重が加わ
る。そのため従来それらの動荷重を低減させる技術的方
法について検討されてきた。

これに関しては、たとえば、特公昭６１−２９６７９が
ある。また、圧力異常上昇の際蒸気をサプレッションプ
ールに逃すための逃がし安全弁作動時にも、蒸気排気管
出口近傍のプール水温度が局所的に上昇し、水温がある
値を超えると蒸気凝縮振動の振幅が増大してゆく現象が
あり、この場合もプール内構造物に大きな動荷重がかか
るため。

プール水温の局所的な温度上昇を押えることが課題とさ
れてきた。その課題に関し、プール水を外部動力を利用
して撹拌するという方法については実公昭６２−３４３
１７に示す例がある。そこでは、サプレッションプール
水をポンプを使用して円周方向に旋回させプール水を強
制的に撹拌させるという方法が提案されている、 ［発明が解決しようとする問題点］ これらの従来の格納容器では、ブローダウン時の大量の
蒸気をサプレッションプールに導いて凝縮させ、サプレ
ッションプールに伝えられた熱は残留熱除去系を利用し
て外部に放出するようになっていた。原子力発電設備の
合理化を目的とし、格納容器からの自然放熱を最大限利
用するため、格納容器外周に水プールを設けることが考
えられる。ところで事故後の長期冷却時にはサプレッシ
ョンプールに流入する蒸気流量はブローダウン時に比較
すると著しく少なくなる。そのため、ドライウェルから
サプレッションプールへ向かう蒸気は、垂直ベント方式
ではベント管出口付近またはベント管内で凝縮するよう
になりそれらの部分の局所的温度上昇が生じる。また多
段の水平ベントの場合には、蒸気は最上段のベント出口
のみからプール水中へ放出され、下方のベント出口は蒸
気の流路としては有効に働かないものと考えられる。

従ってこれらの長期冷却時には蒸気の流入量が少ない事
と相まって、プール中で温度成層化が生じることが考え
られる。この場合はサプレッションプール中の冷却水の
一部分だけしか熱吸収に有効に作用していないというこ
とであり、サプレッションプール水面の温度を上昇させ
、圧力抑制室内の蒸気圧が高くなるため、格納容器の内
圧を増加させることになる。

またサプレッションプールの外壁を通してサプレッショ
ンプール内の熱を外部に放出しようとする際に、同プー
ル外壁の温度が低い部分があればその部分からの放熱は
不十分になり、自然冷却の効果が十分に達成されないこ
とになる。

一方、温度成層化を防止するため蒸気のサプレッション
プールへの流入口をプールの底面近くに設置したとすれ
ば、蒸気をプールに流入させるための吹き込み圧（これ
はプール水面と流入口の静水頭差になる）が大きくなり
、これも格納容器の内圧を増加させる原因になる。

本発明の目的は、格納容器からの自然放熱効果を大きく
しかつサプレッションプール水の蓄熱容量を大きくする
ことにあり、更にドライウェルからサプレッションプー
ルへの蒸気の吹き込み圧を低く維持したまま、プール水
の温度成層化を防止するのに好適な原子炉格納容器を提
供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は原子炉を内蔵するドラウェルと、内部に冷却材
を有する圧力抑制室と、この圧力抑制室のサプレッショ
ンプールと、このドライウェルとこのサプレッションプ
ールとを結ぶベント管をそなえた原子炉格納容器におい
て、このサプレッションプール水の全体に上下の緩やか
な循環流を形成させるようにしたことを骨子とする。

［作用］ 冷却材喪失事故後の長期冷却時には、ブローダウン時に
比べると、ベント出口からサブレッションブールヘ流入
する蒸気流量は、はるかに少なくなっている。そのため
、プール水中に吹き出した蒸気による液の撹拌効果は期
待できず、プール内で温度成層化が生じる可能性がある
。この温度成層はプール内の自然対流による循環流れが
ある部分とない部分の境界で形成されてくるため、プー
ル内の流れをコントロールし、プール内全体がゆるやか
な自然対流による＠環の流路になるようにすれば、この
温度成層の発達を防止できる。そのためには、プール底
面から上向きの上昇流を発生させれば良い、上向きの流
れを作るには底面から自然対流を発生させてもよいし、
外部動力を使用しても良い。

ここでは、蒸気の凝縮潜熱を利用してプール底面から加
熱する場合の、伝熱量の概算評価をおこなってみる。評
価では、６００ＭＷｅの中小型原子炉の格納容器を例と
して検討する。まず、冷却材喪失事故の長期冷却時にお
ける炉心からの崩壊熱Ｑは、次式で評価できる。（ＡＮ
Ｓ式）Ｑ　＝ＱａＡｅｘｐ　（−Ｂｔ）　　　　　（１
）ここで、ＡＢは定数＋Ｑｅは定格出力である。

サプレッションプール内の流速と温度分布の解析によれ
ば、プール内で温度成層化が発達してくるのは、おおよ
そ４時間以降であるため温度成層が充分発達する時間と
してその２倍の８時間後を考え、そのときの熱出力を求
めると約１２ＭＷであり、格納容器内圧が最大となる約
４８時間後には？ＭＷ程度の大きさとなる。一方、底面
からの放熱量は、熱通過率をに＝１ｋＷ／ｍＫ、伝熱面
積Ａをサプレッションプール底面積の１／１０．蒸気と
水温の温度差（Ｔｓ−Ｔｗ）を５０にとしたとき次式か
ら求めることができる。

Ｑ＝ＫＡ　（Ｔｓ−Ｔｗ）より　　　（２）この時プー
ル底面から２ＭＷ程度の伝熱が可能となる。これは、前
記炉心崩壊熱の２０〜３０％に相当し自然対流を生じさ
せるには充分な大きさである。

次に、ベント出口からプール水中へ流入する蒸気の挙動
に注目する。サプレッションプールには。

冷却材喪失事故直後のブローダウン時に発生する多量の
蒸気を水中で安全に凝縮させ、格納容器内の圧力上昇を
押さえるという本来の役割があるため、ドラウェルから
プール水中へ蒸気を導くベントは流動抵抗が小さく流路
面積は充分大きくなっている必要がある。一方、これに
対し、長期冷却時には、ブローダウン時に比べると、ベ
ント管からプールへ流入する蒸気量ははるかに少なくな
るため、ベント出口近傍だけで凝縮が完了してしまい、
蒸気の吹きだしによる液の撹拌効果を期待することはで
きない。そこで、流路面積と出口高さの異なるベントを
組み合わせる方法の概念を第２図にしめす、このように
すると、蒸気流量が大きくプールへの吹き込み蒸気圧が
高いブローダウンのような条件下では全ての蒸気口から
流出するのに対し、蒸気流量が少なくプールへの吹き込
み蒸気圧も低い長期冷却時の条件化では水面に近い浅い
ベントロのみから流出することになる。流路面積とベン
ト出口高さを適切に選択すれば、長期冷却時においても
プール水中への蒸気吹き込みによる液の撹拌効果を期待
できる。

［実施例］ 以下１図面を参考にして本発明の実施例について説明す
る。第１図は、本発明の一実施例を示すものである。原
子炉格納容器のドラウェル１からサプレッションプール
２へ流入する蒸気は、プール底面に設けられた熱交換部
４を経てプール水面より高い位置にある蒸気折り返し部
５を通り、プール水中に放出される。プール底面の熱交
換部４で蒸気が凝縮し、熱を発生する。凝縮した液は凝
縮液タンク８に蓄えられ底部のプール水を加温する。

プール水中のベント出口は過渡的変化によりプール水位
が変化した場合にも露出せず、また、水中で蒸気が完全
に凝縮するのに充分なだけの深さにあるものとする。

さらに、格納容器の外周にはサプレッションプール２の
熱を吸収しプール水の蒸発による外部に熱を放出する外
周プールｂが設けられている。このような構成とするこ
とによって、サプレッションプール内では底面から加熱
されていることになリ、プール内で底面から上向きの自
然対流が発生する。ベント出口からプール水中に放出さ
れた蒸気はすぐに凝縮し、浮力によって上昇しプール内
に大きな循環を作る。従来、この循環の経路がベント出
口の位置により決定され、ベント出口より下部では充分
な循環が生じていなかった。本発明では、プール内に底
面から上向きの新たな流れを作りだすことにより、プー
ル内の自然循環領域を拡大し、液の撹拌の促進、すなわ
ち帰所的な水温−１−昇を回避し、プール水を炉心から
の崩壊熱の吸収体として有効に活用できろ。

第３図は本発明の他の実施例で長期冷却時用ベント・３
と、ブローダウン時に作動し長期冷却時には働かない大
口径ベント９との組み合わせの例である。この場合これ
らのベントはいずれもサプレッションプール２の炉心側
に設置されている。長期冷却時用ベント３は周方向に複
数本設置され、長期冷却時用ベント３の間に大口径ベン
ト９が配置されている。このようにすることにより２種
類のベントをお互いに干渉することなく配置することが
できる。

第４図は底面からの上向き自然対流の促進に外部エネル
ギー源１０を使用した例を示したものである。外部から
エネルギーを供給しているため、プール水には蒸気の凝
縮潜熱の他、外部エネルギが加えられるが、温度成層化
を防止することにより、格納容器壁面を通して外周プー
ル６へ放熱できる呈が大きくなるため、プール水の温度
上昇は小さく押えることができる。また、この場合には
第１図のような凝縮タンクを必要としない。

第５図は本発明の他の実施例を示すもので、プール内の
液を外部動力源１】−を利用しで、撹拌するものである
。

第１図との違いは、第１図では自然対流を利用していた
のに対し、この例では外部動力源１１により液を強制的
に撹拌している点である。ポンプ動力が加えられたこと
によるサプレッションプール水温の上昇は小さく、この
場合にも第１図のようなタンクを必要としない。

第６図は本発明の別な実施例を示すものである。

サプレッションプール内は自然対流の大きな流れが発生
しているが、サプレッションプール底部の外周側では流
れが停滞しやすく温度成層が生じやすい。温度成層が生
じると、サプレッションプールと外周プールとの温度差
が小さくなり、その部分からの外部への放熱量が小さく
なる。従って放熱量の小さいこの隅部を外周プール側で
かさ上げする。こうすることにより、格納容器壁と底部
の接続部が強固になり、格納容器の耐圧上有利になる。

第７図はサプレッションプール内外周側の底部に傾斜を
もたせるようにしてなかれの停滞を防止し９同時に外周
プール側の底部もかさ上げしたものである。この例も第
６図と同様に格納容器の耐圧に有利になる。

［発明の効果］ 本発明によれば、冷却材喪失事故後の長期冷却時に格納
容器サプレッションプール内で発生する可能性のある温
度成層化を防止し、格納容器から外部への自然放熱特性
を向上させかつ蓄熱容量を増大させる効果がある。また
、ドライウェルからサプレッションプールへの蒸気を吹
き込む際の吹き込み圧を低くし、それによりドライウェ
ルの内圧を低く設定できる。更に格納容器からの自然放
熱特性に寄与の少ない部分を構造上の補強に利用できる
ことのために、格納容器の耐圧性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例をしめず縦断面図、第２図は
組み合わせベントの概念図、第３図は組み合わせベント
を本発明に適用した場合の横断面図、第４図および第５
図は、本発明の他の実施例を示す図、第６図および第７
図はそれぞれ本発明のさらに他の実施例を示す図である
。 １・・・ドライウェル、２・・・サプレッションプール
、３・・・長期冷却用ベント、４・・・熱交換部、５・
・・蒸気折り返し部、６・・・外周プール、７・・・格
納容器壁、８・・・凝縮液タンク、９・・・大口径ベン
ト、１０・・・外部エネルギー源、１１・・・外部動力
源、１２・・・中口径ベント、１３・・・小口径ベント
。 第 図 ２・・・すブレクシ３：フフーＪし ９・・・人口杼へ゛シト ７２・・・中口径べ゛シト ７３・・・小口荏へ゛シト 第 図 躬 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉を内蔵するドライウェルと、内部に冷却材を
   有する圧力抑制室と、この圧力抑制室のサプレッション
   プールと、このドライウェルとこのサプレッションプー
   ルとを結ぶベント管をそなえた原子炉格納容器において
   、このサプレッションプール水の下部から上部に亘る緩
   やかな循環流を形成させるための手段を備えたことを特
   徴とする原子炉の格納容器。 ２、請求項１の発明において、この格納容器の外周に格
   納容器からの放熱を吸収する外周プールを設けたことを
   特徴とする原子炉の格納容器。 ３、請求項１及び２の発明において、このサプレッショ
   ンプールの底面付近のプール水を加熱する手段を設けた
   ことを特徴とする原子炉の格納容器。 ４、請求項３の発明において、サプレッションプールの
   底面付近に熱交換器を設け、このドライウェルとこのサ
   プレッションプールを結ぶベント管の一部をこの熱交換
   器内に導くようにしたことを特徴とする原子炉の格納容
   器。 ５、請求項１及び２の発明において、蒸気流路断面積と
   長さが異なる複数の種類のベント管で構成したことを特
   徴とする原子炉の格納容器。 ６、請求項１及び２の発明において、この格納容器を高
   熱伝導材料で構成し、この格納容器の外面に沿ってプー
   ルを形成しかつこのプールの底面を前記サプレッション
   プールの底面よりも高く設定したことを特徴とする原子
   炉の格納容器。