JPH06265673A - 原子炉格納容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】コンデンサ冷却プール８１と、新燃料貯蔵プー
ル５０及びドライヤ・セパレータ貯蔵プール５１とを連
通する配管５２，５３により事故時にコンデンサ８０を
冷却する水源を構成する。コンデンサ８０のガス排出管
７３に分岐部を備え、逆止弁機構を備えたプール水流出
管６０とプール水流入管６１を接続する。コンデンサ８
０の動作時に起こる周期的な管内の圧力変動によって圧
力抑制プール５のプール水をプール水流入管６１から吸
入しプール水流出管６０から排出するというポンプ動作
を継続的に行う。プール水流入管６１とガス排出管７３
の間に熱交換器６５を設置する。 【効果】コンデンサ冷却プール単独で必要とする容積が
削減され、原子炉格納容器および原子炉建屋の機器配置
の設計条件を緩和する。原子炉建屋の重心位置を低下さ
せ、耐震設計を容易にし、プラントの建設コストを削減
する。

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、特に、
原子炉の安全設計で想定することになっている冷却材喪
失時に、ポンプ等の動的な機器を使用せず、炉心を冷却
し、炉心で発生する崩壊熱を長期にわたり格納容器外部
に放熱し、格納容器内の圧力上昇を抑制するのに好適な
沸騰水型原子炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉の安全設計で想定しなければなら
ない冷却材喪失事故時に、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。プロシーデ
ィングス オブ ファスト ジェーエスエムイー／エー
エスエムイ ジョイント インターナショナル コンフ
ァレンス オン ニュクリア エンジニアリング ボリ
ュム１．１(Proceedingsof The 1st JSME/ASME Joint I
nternational Conference on NuclearEngineering Vol.
1 (Nov.1991) pp 281−287）に記載があるように、主蒸
気管またはドライウェルから吸入する蒸気を凝縮するコ
ンデンサを設置し、コンデンサを冷却するプール水の蒸
発によって外部へ放熱するという方法が、有力な手法の
一つである。

【０００３】この冷却プールの容量は、この文献のｐｐ
３６９−３７３によれば、電気出力１０００ＭＷの原子
力発電設備の場合、４４００ｍ³ と設計されている。こ
の例では、燃料交換階に複数のプールを設置し、それぞ
れを配管で連結して必要な水量を確保している。この階
には他に、ドライヤ・セパレータ貯蔵プールと新燃料貯
蔵プールがそれぞれ単独で設置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】コンデンサを冷却する
プールは、凝縮水を炉心または重力落下水プールへ戻す
目的及び蒸発したプール水を大気へ放出する目的から、
原子炉格納容器の上方に位置する燃料交換階に設置する
ように設計されている。

【０００５】このプールは、構造壁で互いに区画された
複数のプールが配管あるいは開口部で連通されたもの
で、プールの合計容量は、設計条件により、想定した事
故後のある期間までの崩壊熱を除去するのに必要な水量
を計算して決定される。

【０００６】このプールと冷却水は、コンデンサが動作
するときのみ使用されるにもかかわらず、通常運転時に
も大きな空間を占有するだけでなく、プールの深さに応
じて原子炉建屋の重心が高くなることから、原子炉格納
容器および原子炉建屋の設計条件を制限する要因の一つ
となっている。

【０００７】そこで本発明は、コンデンサを備えた自然
放熱型格納容器において、コンデンサ冷却プール単独で
必要とする容積を削減し、原子炉格納容器および原子炉
建屋の機器配置の設計条件を緩和すること、貯水可能な
プールの合計床面積を増加させ、プールの深さを相対的
に浅くして、原子炉建屋の重心位置を低下させることを
第１の目的とする。

【０００８】また、想定した冷却材喪失事故時に、ガス
排出管から不凝縮性気体と未凝縮蒸気が圧力抑制プール
内に排出されるが、不凝縮性気体の顕熱と、未凝縮蒸気
の潜熱が、ガス排出管の上部空間の圧力抑制プール水を
加熱する。この加熱により、ガス排出管の先端部より上
部の領域のみが自然対流循環を起こし、高温領域となる
事が予想される。このような温度成層化が起こると、圧
力抑制プール表面の温度とともにウェットウェルの蒸気
分圧の上昇が大きくなり、格納容器の設計圧力を高くす
る必要が生じるため、望ましくない。

【０００９】本発明の第２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、ガス排出管の先端部よ
り上部での温度成層化を緩和し、ウェットウェルの蒸気
分圧の上昇を抑えることによって格納容器の設計圧力を
高くすることなく、冷却材喪失事故後の格納容器の冷却
を可能とすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の目的を達
成するための第１の手段は、コンデンサ冷却プールと、
新燃料貯蔵プールとを連通可能な配管を設置することを
特徴とする。この配管を通して、新燃料貯蔵プールに貯
蔵した水をコンデンサ冷却プール水として使用すること
が可能となる。

【００１１】本発明の第１の目的を達成するための第２
の手段は、コンデンサ冷却プールと、ドライヤ・セパレ
ータ貯蔵プールとを連通可能な配管を設置することを特
徴とする。この配管を通して、通常時には水のみを貯蔵
するドライヤ・セパレータ貯蔵プールの保有する水をコ
ンデンサ冷却プール水として使用することが可能とな
る。

【００１２】本発明の第２の目的を達成するための第１
の手段は、ガス排出管に分岐部を備え、コンデンサ側か
らプール内へ流体が流出可能な逆止弁機構を備えた配管
（以下、プール水流出管と称する）と、プール内からコ
ンデンサ側へ流体が流入可能な逆止弁機構を備えた配管
（以下、プール水流入管と称する）とを分岐部に接続し
たことを特徴とする。この構成により、コンデンサの動
作時の配管内部の圧力振動現象に伴い、圧力低下時にプ
ール水流入管より圧力抑制プール内の水を吸入し、圧力
増加時にプール水流出管からその水を排出するという動
作が受動的に繰り返して行われる。結果として、圧力抑
制プール内の水が混合され、温度成層化が緩和される。

【００１３】本発明の第２の目的を達成するための第２
の手段は、上記の第２の目的を達成するための第１の手
段のプール水流入管の途中部分に、配管の内部と外部で
熱交換を行うことが可能な熱交換器を設置したことを特
徴とする。この構成により、コンデンサの動作時の配管
内部の圧力振動現象に伴い、圧力低下時にはプール水流
入管で圧力抑制プール内の高温領域から水を吸入しつつ
途中の熱交換器で低温領域へ放熱し、圧力増加時にはプ
ール水流出管よりその水を排出するという動作が受動的
に繰り返して行われる。結果として、圧力抑制プール内
の高温水と低温水が混合され、温度成層化が緩和され
る。

【００１４】

【作用】上記の第１の目的を達成するための手段によれ
ば、通常運転時に新燃料貯蔵プール及びドライヤ・セパ
レータ貯蔵プールが保有する水を想定事故時にコンデン
サ冷却プール水として使用することが可能となる。これ
によって、コンデンサ冷却プール単独で必要とする容積
が削減されるため、原子炉格納容器および原子炉建屋の
機器配置の設計条件を緩和できる。また、貯水可能なプ
ールの合計床面積が増加することから、プールの深さを
相対的に浅くすることができ、原子炉建屋の重心位置を
低下させることが可能である。結果として、耐震設計上
有利となり、プラントの建設コストを削減することが可
能となる。

【００１５】第２の目的を達成するための手段によれ
ば、ポンプなどの動的な手段を用いずに圧力抑制プール
内の温度成層化現象が緩和され、圧力抑制プール水の表
面温度が抑制されることにより、ウェットウェルの圧力
上昇が緩和される。結果として、ウェットウェルの設計
圧力を高くすることなく冷却材喪失事故後の格納容器を
冷却することが可能となる。

【００１６】

【実施例】第１の目的を達成するための手段を行う場合
の一実施例を、図１ないし図３により説明する。対象と
する格納容器は、炉心１を内包する原子炉圧力容器２，
原子炉圧力容器２を格納するドライウェル３と、ドライ
ウェル３の外周に設置された圧力抑制プール５とその上
部の気相空間であるウェットウェル６から成る圧力抑制
室４，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，炉心１よりも上部に位置し逆止弁２９を介し
て原子炉容器２と連結された重力落下水タンク２６，ド
ライウェル３に開口する吸入管９０に接続されたコンデ
ンサ８０，コンデンサ８０を冷却するコンデンサ冷却プ
ール８１，コンデンサ８０において凝縮した冷却材を重
力落下水タンク２６へ注入させる凝縮水戻り管７２，コ
ンデンサ８０に流入した不凝縮性気体を圧力抑制プール
内に排出するガス排出管７３等から構成されている。コ
ンデンサ冷却プール８１は、強度を確保する目的から構
造壁で区画された複数のプールから構成されているが、
気相部分を連通するプール上部連通管５５と、水中部分
を連通するプール下部連通管５６とによってそれぞれ連
通している。また、このコンデンサ冷却プール８１の上
部空間は運転階（図示せず）の空間とは連通しないよう
に区画されており、屋外の大気空間とコンデンサ冷却プ
ール排気管７６によって連通している。

【００１７】この実施例の特徴である構成要素はコンデ
ンサ冷却プール８１と同じフロアに設置された新燃料貯
蔵プール５０並びにドライヤ・セパレータ貯蔵プール５
１である。この新燃料貯蔵プール５０並びにドライヤ・
セパレータ貯蔵プール５１は、途中部分に弁機構を備え
た配管５２並びに配管５３によってコンデンサ冷却プー
ル８１の水中部分にそれぞれ連通する。

【００１８】本実施例を行った場合の動作を、図を用い
て説明する。原子炉通常運転時、新燃料貯蔵の有無に拘
らず、新燃料貯蔵プール５０及びドライヤ・セパレータ
貯蔵プール５１には水を貯蔵しておく。配管５２並びに
配管５３に設置されている弁機構は、開状態としてお
く。

【００１９】冷却材喪失事故後、原子炉圧力容器２から
ドライウェル３内に放出された高温高圧の蒸気は、ドラ
イウェル内に充填されている不凝縮性気体とともに、ベ
ント管７を通して圧力抑制プール５へ流入すると同時に
コンデンサ８０の吸入管９０を通してコンデンサ内部へ
流入する。炉心１では、制御棒７０が挿入されて核分裂
反応が停止した後も長期にわたり崩壊熱が発生し、冷却
材の蒸発が継続する。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
いときには、ドライウェルの蒸気と不凝縮性気体は、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
力抑制プール内で凝縮し、不凝縮性気体はウェットウェ
ル６へ蓄積する。圧力抑制プール５内では、蒸気凝縮の
際に発生する潜熱によりベント管の出口付近のプール水
が加熱され、対流によりベント管の出口から上方のプー
ル水温が上昇する。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。

【００２０】一方、コンデンサの管内で凝縮された蒸気
は、凝縮水となって凝縮水戻り管７２を通って重力落下
水タンク２６へ流入する。

【００２１】炉心１の崩壊熱によって発生する蒸気はこ
れらの効果によって凝縮され、崩壊熱の発生量は時間と
ともに減衰するので、次第に原子炉容器２の圧力は低下
する。この圧力低下に伴い、重力落下水タンク２６から
重力差によって冷却水が原子炉容器２に注水されるの
で、炉心１の冠水が維持される。この注水が行われた後
も、コンデンサ８０の動作は継続するので、凝縮水は重
力落下水タンク２６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。

【００２２】コンデンサ冷却プール８１内では、コンデ
ンサ８０の凝縮管から伝わる凝縮潜熱によりプール水が
加熱され、自然対流により水温が上昇する。この温度上
昇につれて、プール表面からプール水の蒸発が起こり、
蒸気がプール上部連通管５５及びコンデンサ冷却プール
排気管７６を経由して原子炉建屋外へ放出される。この
プール水の蒸発により、プール８１の貯蔵する水は減少
するが、プール下部連通管５６及び配管５２及び配管５
３によって全てのコンデンサ冷却プール８１と新燃料貯
蔵プール５０とドライヤ・セパレータ貯蔵プール５１が
連通しているので、水位の低下速度は小さく、事故後の
ある時間内にコンデンサの伝熱管部分が露出しないよ
う、プールの水位を保つことが可能である。

【００２３】配管５２及び配管５３はプールの底面に近
い位置に設置されているので、水温が低い領域に開口し
ており、コンデンサ冷却プール８１内の高温水が新燃料
貯蔵プール５０或いはドライヤ・セパレータ貯蔵プール
５１に流入することはない。また、水面より上の部分は
連通しないので蒸発したプール水の蒸気が新燃料貯蔵プ
ール５０或いはドライヤ・セパレータ貯蔵プール５１を
経由して運転階に排出されることはない。

【００２４】新燃料貯蔵プール５０に新燃料が貯蔵され
ている場合、プール水は運転階に対する放射線遮蔽の目
的があるが、新燃料の自発性核分裂による発熱は非常に
小さく、事故時にこのプールの貯水量が減少しても安全
性の問題はない。

【００２５】また、配管５２及び配管５３の途中部分に
は弁機構が備わっており、定期点検時等に必要に応じて
コンデンサ冷却プール８１と新燃料貯蔵プール５０及び
ドライヤ・セパレータ貯蔵プール５１を互いに隔離した
り、個別に排水したりすることが可能である。

【００２６】第２の目的を達成するための第１の手段に
よる一実施例を、図４により説明する。

【００２７】本実施例の特徴となる構成要素として、コ
ンデンサ８０に流入した不凝縮性気体を排出するガス排
出管７３から圧力抑制プール水中で分岐したプール水流
出管６０とプール水流入管６１がある。プール水流出管
６０は、ガス排出管７３側から圧力抑制プール５水中へ
流体が流出可能な逆止弁機構を備えている。プール水流
入管６１は圧力抑制プール５水中からガス排出管７３側
へ水が流入可能な逆止弁機構を備えた配管である。ま
た、凝縮水戻り管７２には、コンデンサ８０側から重力
落下水プール２６側に水が流れることが可能な逆止弁６
７を設置する。

【００２８】図５ないし図７を用いて本実施例の動作を
説明する。通常運転時、ガス排出管７３内では、図５に
示すように圧力抑制プール５水面と同じ位置に水面が形
成されている。想定する冷却材喪失事故時には、ドライ
ウェル３の圧力がウェットウェル６の圧力よりも高くな
るので、図６に示すようにガス排出管７３内の水面は管
の分岐部分まで押し下げられる。この直前まで配管内に
あった水は、プール水流出管６０を経由して圧力抑制プ
ール５へ流出する。同時に、配管内に存在する不凝縮性
気体と未凝縮蒸気もプール水流出管６０から圧力抑制プ
ール５へ排出される。この排出により、コンデンサ８０
内の圧力が低くなり、ガス排出管７３内に形成される水
面の位置は上昇する。この時、図７に示すように、ガス
排出管７３内にプール水流入管６１から圧力抑制プール
５の下部の低温水が流入する。凝縮水戻り管２６には逆
止弁６７が設置してあるので、戻り管２６から凝縮水が
流入することはない。

【００２９】ガス排出管７３から不凝縮性気体が排出さ
れていない状態では、コンデンサ８０内で蒸気のみが凝
縮されるため、不凝縮性気体の濃度が上昇する。これに
伴い、コンデンサ８０の凝縮熱伝達率が瞬間的に劣化す
るのでコンデンサ８０内の圧力は上昇する。その結果、
再び、図６に示すように、ガス排出管７３内の水面が管
の分岐部分まで押し下げられる。この時、プール水流入
管６１から流入した比較的低温のプール水がプール水流
出管６０を経由してプール内上部の比較的高温となる領
域へ排出される。以降、図７⇒図６⇒図７⇒図６という
動作を繰り返すことにより、プール内での低温部と高温
部の混合が促進され、水面付近が偏って高温となる温度
成層化現象が緩和される。

【００３０】事故後、相当の時間が経過し、ドライウェ
ル３に充填してあった不凝縮性気体がウェットウェル６
に排出された後は、蒸気のみがコンデンサ８０に流入す
ることとなる。不凝縮性気体の分圧が小さくなることか
ら、蒸気が凝縮されるに伴いコンデンサ８０内の圧力が
瞬間的に低くなる現象が起こる。この時、ガス排出管７
３内の水面は過渡的にコンデンサ８０の伝熱管内にまで
上昇する。この上昇によってコンデンサの凝縮表面積が
減少し、瞬間的に凝縮量が減少する。この結果、コンデ
ンサ８０内の圧力は急上昇し、ガス排出管７３内に形成
される液面は下降する。このように、ドライウェル３内
の不凝縮性気体が排出された後も、ガス排出管７３内の
液面の振動現象は発生するので、プール水の混合作用は
コンデンサ８０の動作が続く限り継続する。

【００３１】第２の目的を達成するための第２の手段に
よる一実施例を、図８により説明する。

【００３２】本実施例の特徴となる構成要素として、前
述した実施例と異なるものは、ガス排出管７３とプール
水流入管６１の間に設置された配管６９と熱交換器６５
である。プール水流入管６１は圧力抑制プール５水中の
高温となる領域に開口するように設置し、熱交換器６５
は圧力抑制プール５水中の低温となる領域に設置する。

【００３３】図９ないし図１１を用いて本実施例の動作
を説明する。通常運転時、ガス排出管７３内では、図９
に示すように圧力抑制プール５水面と同じ位置に水面が
形成されている。想定する冷却材喪失事故時には、ドラ
イウェル３の圧力がウェットウェル６の圧力よりも高く
なるので、図１０に示すようにガス排出管７３内の水面
は管の分岐部分まで押し下げられる。この直前まで配管
内にあった水は、プール水流出管６０を経由して圧力抑
制プール５へ流出する。同時に、配管内に存在する不凝
縮性気体と未凝縮蒸気もプール水流出管６０から圧力抑
制プール５へ排出される。この排出により、コンデンサ
８０内の圧力が低くなり、ガス排出管７３内に形成され
る水面の位置は上昇する。この時、図１１に示すよう
に、ガス排出管７３側に向かってプール水流入管６１か
ら圧力抑制プール５の上部の高温水が流入する。この高
温水は、熱交換器６５で圧力抑制プール５の低温領域の
水と熱交換して放熱する。凝縮水戻り管２６には逆止弁
６７が設置してあるので、戻り管２６から凝縮水が流入
することはない。

【００３４】図１１のように不凝縮性気体が排出されて
いない状態では、コンデンサ８０内で蒸気が凝縮される
ため、不凝縮性気体の濃度が上昇する。これに伴い、コ
ンデンサ８０の凝縮熱伝達率が劣化するのでコンデンサ
８０内の圧力は上昇する。その結果、再び、図１０に示
すように、ガス排出管７３内の水面が管の分岐部分まで
押し下げられる。この時、熱交換器６５で放熱したプー
ル水がプール水流出管６０を経由してプール内上部の比
較的高温となる領域へ排出されるので、プール内での低
温部は加熱され、高温部には低温水が混入される。以
降、図１１⇒図１０⇒図１１⇒図１０という動作が繰り
返し行われることにより、水面付近が偏って高温となる
温度成層化現象が緩和される。

【００３５】事故後、相当の時間が経過し、ドライウェ
ル３に充填してあった不凝縮性気体がウェットウェル６
に排出された後も、前記実施例と同様の過程によりガス
排出管７３内の液面の振動現象は発生するので、プール
水の受動的な熱交換作用はコンデンサ８０の動作が続く
限り継続する。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、通常運転時に新燃料貯
蔵プール及びドライヤ・セパレータ貯蔵プールが保有す
る水を想定事故時にコンデンサ冷却プール水として使用
することが可能となる。これによって、コンデンサ冷却
プール単独で必要とする容積が削減され、原子炉格納容
器および原子炉建屋の機器配置の設計条件を緩和でき
る。また、貯水可能なプールの合計床面積が増加するこ
とから、プールの深さを相対的に浅くすることができ、
原子炉建屋の重心位置を低下させることが可能である。
結果として、耐震設計上有利となり、プラントの建設コ
ストを削減することが可能となる。

【００３７】また、図４ないし図１１を用いて説明した
実施例によると、ポンプなどの動的な手段を用いずに圧
力抑制プール内の温度成層化現象が緩和され、圧力抑制
プール水の表面温度が抑制されることにより、ウェット
ウェルの圧力上昇が緩和される。結果として、ウェット
ウェルの設計圧力を高くすることなく冷却材喪失事故後
の格納容器の冷却を行うことが可能である。

【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燃料交
換階の水平断面図。

【図２】図１の原子炉格納容器のＡ−Ａ′垂直断面図。

【図３】図１の原子炉格納容器のＢ−Ｂ′部分の垂直断
面図。

【図４】本発明の一実施例による原子炉格納容器の部分
の垂直断面図。

【図５】ガス排出管７３内の水面位置を示す説明図。

【図６】ガス排出管７３内の水面位置を示す説明図。

【図７】ガス排出管７３内の水面位置を示す説明図。

【図８】本発明の一実施例による原子炉格納容器の部分
の垂直断面図。

【図９】ガス排出管７３内の水面位置を示す説明図。

【図１０】ガス排出管７３内の水面位置を示す説明図。

【図１１】ガス排出管７３内の水面位置を示す説明図。

【符号の説明】

５０…新燃料貯蔵プール、５１…ドライヤ・セパレータ
貯蔵プール、６０…プール水流出管、６１…プール水流
入管、６５…熱交換器、６７…逆止弁、７３…ガス排出
管、８０…コンデンサ、８１…コンデンサ冷却プール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村瀬 道雄 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、前記圧力
   抑制室と前記ドライウェルを連結するベント管と、炉心
   部分から発生する崩壊熱を除去可能なコンデンサを有す
   る原子炉設備において、前記コンデンサを冷却する冷却
   水を貯蔵するコンデンサ冷却プールと、炉心に装荷する
   燃料を一時的に貯蔵する新燃料貯蔵プールとを連通可能
   な配管を設置することを特徴とする原子炉格納容器。
2. 【請求項２】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、前記圧力
   抑制室と前記ドライウェルを連結するベント管と、コン
   デンサを有する原子炉設備において、コンデンサ冷却プ
   ールと、燃料交換作業時等に一時的に取り外した蒸気乾
   燥器及び気水分離器を貯蔵するドライヤ・セパレータ貯
   蔵プールとを連通可能な配管を設置することを特徴とす
   る原子炉格納容器。
3. 【請求項３】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、前記圧力
   抑制室と前記ドライウェルを連結するベント管と、コン
   デンサを有する原子炉設備において、前記コンデンサに
   流入して通過した不凝縮性気体が圧力抑制プール内に導
   かれて排出されるガス排出管に分岐部を備え、前記分岐
   部からプール内へ流体が流出可能な逆止弁機構を備えた
   配管と、プール内から分岐部へ流体が流入可能な逆止弁
   機構を備えた配管とを分岐部に接続したことを特徴とす
   る原子炉格納容器。
4. 【請求項４】請求項３において、前記圧力抑制プール内
   から分岐部へ流体が流入可能な逆止弁機構を備えた配管
   の途中部分に、配管の内部と外部で熱交換を行うことが
   可能な熱交換器を設置したことを特徴とする原子炉格納
   容器。