JPH08285980A

JPH08285980A - 原子炉格納容器

Info

Publication number: JPH08285980A
Application number: JP7086658A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Araki; 秀文荒木; Shigeo Hatamiya; 重雄幡宮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【構成】凝縮水貯蔵タンク８５内にサイホン配管７５と
バイパス管７４を設置し、これらを圧力抑制プール５の
水中に連通する。【効果】コンデンサ内部の非凝縮性ガスをサイホン機構
と水シール機構から構成されるポンプの作用によって強
制的に排出し、コンデンサの放熱量を増大させ、格納容
器のピーク圧力と設計圧力を低下させ、プラントの建設
コストを低減する。

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、崩壊熱によ
って発生する蒸気をドライウェル空間からコンデンサ内
に吸入し、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る。この構成では、蒸気ととも
にコンデンサに流入する非凝縮性ガスと、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る。そして、非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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】格納容器のドライウェ
ルには予め非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】特開平4−230893 号公報の構成は、窒素等
の非凝縮性ガスをウェットウェルに排出する経路を持つ
が、排出するには、ドライウェルの圧力とウェットウェ
ルの圧力の差が、非凝縮性ガス排出管の水浸に対応する
水頭圧を越える必要がある。この条件が満たされない場
合に、非凝縮性ガスがコンデンサに混入すると、蒸気の
みが管内で凝縮することから、非凝縮性ガスの蓄積が起
こり、新たな吸入が起こらなくなることにより、放熱量
が著しく低下する可能性がある。

【０００６】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、冷却材喪失事故時にコンデン
サ内に蓄積した非凝縮性ガスを排出し、コンデンサの放
熱能力を高めることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ため本発明は、凝縮水貯蔵タンクの内部と圧力抑制プー
ルまたは原子炉圧力容器の内部を連通するサイホン配管
を設置し、凝縮水貯蔵タンクの内部かつサイホン配管内
の流路よりも上方の位置と、サイホン配管の途中部分あ
るいは圧力抑制プールの内部を連通するバイパス配管を
設置する。

【０００８】

【作用】本発明は冷却材喪失事故時に炉心からの崩壊熱
によって発生した蒸気は、コンデンサによって凝縮さ
れ、凝縮水となって凝縮水貯蔵タンクに収集される。時
間の経過とともに、凝縮水貯蔵タンク内の水位が、タン
ク内に設置されたサイホン配管内の流路の上端部まで上
昇すると、サイホンの原理により、タンク内の水が吸い
上げられ、圧力抑制プール内または原子炉圧力容器内へ
放出される。この放出により、タンク内の水位が下降す
ると、タンク内の空間の圧力が低下し、コンデンサ内に
存在する非凝縮性ガスがタンク内に吸引される。サイホ
ン配管の開口部よりも水位が低下すると、水の放出動作
は中断され、タンク内の水位は再び上昇を開始する。こ
の水面の上昇時には、タンク内の空間に存在する非凝縮
性ガスは加圧され、バイパス配管を経由して圧力抑制プ
ール内に放出される。このポンプ作用により、コンデン
サ内の非凝縮性ガスが圧力抑制プール内に反復的に排出
され、コンデンサ内への非凝縮性ガスの蓄積が抑制され
る。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を、図１および図２を用い
て説明する。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，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るコンデンサ冷却プ
ール８１，コンデンサ冷却プール８１の水中に設置され
たコンデンサ８０，炉心１よりも上方かつコンデンサ８
０よりも下方に設置された凝縮水貯蔵タンク８５，コン
デンサ８０にドライウェル３の蒸気を導く吸入管９０，
コンデンサ８０において凝縮した冷却材を凝縮水貯蔵タ
ンク８５へ排出する凝縮水戻り管７２等から構成されて
いる。

【００１０】図１および図２に示すサイホン配管７５及
びバイパス管７４である。サイホン配管７５は、凝縮水
貯蔵タンク８５内に下向きに開口する吸入口５５と、湾
曲部６５を備えており、配管の他端は圧力抑制プール５
内に連通している。バイパス管７４の上端は、凝縮水貯
蔵タンク８５内の、湾曲部６５よりも上方となる空間に
連通しており、下端はサイホン配管７５の途中部分に連
通している。また、この実施例では、凝縮水戻り管７２
の先端５２が、水トラップを形成するように加工されて
いる。

【００１１】本実施例を行った場合の動作を、図を用い
て説明する。通常運転時、凝縮水貯蔵タンク８５には、
予め湾曲部６５の高さまで、冷却水を注水しておく。ま
た、コンデンサ８０の伝熱管内部はドライウェル３と同
様に非凝縮性ガスである窒素で置換されている。

【００１２】冷却材喪失事故直後、原子炉圧力容器２か
ら破断口（図示せず）を通じてドライウェル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
いる非凝縮性ガスである窒素とともに、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。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、コンデンサ内での蒸気凝縮による瞬間的な体
積減少に起因する。

【００１３】一方、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
場合には、ドライウェルの蒸気と非凝縮性ガスは、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、非凝縮性ガスはプール水中を上
昇してウェットウェル６へ排出される。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ほぼ一様に上昇する。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。

【００１４】コンデンサ８０に流入した非凝縮性ガス混
合蒸気は、伝熱管（図示せず）の表面で蒸気の大部分が
凝縮し、凝縮水と未凝縮蒸気および非凝縮性ガスが凝縮
水戻り管７２を通って凝縮水貯蔵タンク８５内に排出さ
れる。この凝縮水は、凝縮水貯蔵タンク内に収集され、
タンクの水位を上昇させる。ウェットウェル６の圧力が
相対的に低い場合、未凝縮蒸気および非凝縮性ガスはバ
イパス管７４を経由して圧力抑制プール５の水中に排出
される。圧力抑制プール５の水中では、未凝縮蒸気はプ
ールに貯蔵された水と直接接触して凝縮し、非凝縮性ガ
スは水中を上昇してウェットウェル６へ排出される。

【００１５】凝縮水の落下によって、凝縮水貯蔵タンク
８５内の水位がサイホン配管７５の湾曲部６５まで上昇
すると、サイホンの原理により、タンク内の水が吸入口
５５から吸い上げられ、圧力抑制プール５へと放出され
る。この放出現象は、凝縮水貯蔵タンク８５内の水位が
吸入口５５の位置に低下するまで継続する。

【００１６】この水面の下降に伴い、凝縮水貯蔵タンク
８５内の空間の圧力が低下することから、コンデンサ８
０内の非凝縮性ガスが凝縮水戻り管７２を通ってタンク
内に吸引される。やがて、凝縮水貯蔵タンク８５内の水
位が吸入口５５の位置まで低下すると、サイホン配管７
５の内部で吸入口５５と湾曲部６５の区間に形成されて
いた水柱が消滅し、圧力抑制プール５への放水が中断さ
れる。以降、コンデンサ８０から排出される凝縮水によ
り、凝縮水貯蔵タンク８５内の水位は再度上昇する。こ
の水面の上昇時には、タンク内の空間の圧力が上昇する
が、凝縮水戻り管７２の開口部には水トラップが形成さ
れていることから、タンク内に捕集された非凝縮性ガス
はコンデンサ８０の向きに逆流することはなく、バイパ
ス配管７４を経由して圧力抑制プール内に排出される。
この排出作用は、凝縮水貯蔵タンク８５と圧力抑制プー
ル５の高低差による水頭圧を駆動力としているため、従
来例とは異なり、ドライウェル３とウェットウェル６の
圧力差が小さくなった場合でも行われる。

【００１７】このように、凝縮水貯蔵タンク８５内の水
位の上下運動に起因するポンプ作用により、コンデンサ
８０内の非凝縮性ガスを積極的に圧力抑制プール内５に
排出できる点が本発明の特徴である。

【００１８】炉心１では、制御棒（図示せず）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、冷却材の蒸発とドライウェル３への放出が継続す
るが、前述したような圧力抑制プール５とコンデンサ８
０の効果によって蒸気が凝縮されるため、ドライウェル
３の圧力上昇が抑制される。

【００１９】原子炉容器２の圧力は、冷却材が蒸気とな
って破断口（図示せず）から放出されるため、次第に低
下する。この圧力低下に伴い、圧力抑制プール５から注
水配管２９を経由して、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、凝縮水は凝縮水貯蔵タンク８５からサイホン
配管７５と圧力抑制プール５および注水配管２９を経由
して原子炉圧力容器内に注入され、炉心を冷却する。

【００２０】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。この作用により、炉心から発生する崩壊熱を
プラントの外部に放出する。

【００２１】本発明の第二実施例を、図３に示す。この
実施例では、図１を用いて説明した実施例と異なり、バ
イパス管７４の下端をサイホン配管７５とは接続せず、
直接に圧力抑制プール５内に連通している。この構成に
より、圧力抑制室４の構造壁を貫通する配管の数が増加
するが、動作については図１を用いて説明した実施例の
場合と全く同様である。

【００２２】本発明の第三実施例を、図４に示す。この
実施例では、図１を用いて説明した構成に加えて、凝縮
水貯蔵タンク８５の内部と原子炉圧力容器２の内部を連
通する注水配管３０を設置し、この注水配管３０の途中
部分に、原子炉圧力容器２から凝縮水貯蔵タンク８５の
向きの流体の流れを阻止する逆止弁機構３９を設置した
ことを特徴としている。この実施例では、原子炉圧力容
器２内の圧力が、凝縮水貯蔵タンク８５内の圧力と注水
配管３０内の水頭圧の和よりも高い場合には、逆止弁機
構３９の作用により、注水配管３０内に流れは発生せ
ず、全体の動作は図１を用いて説明した場合と全く同様
である。

【００２３】一方、時間の経過により、原子炉圧力容器
２内の圧力が、凝縮水貯蔵タンク８５内の圧力と注水配
管３０内の水頭圧の和よりも低下した場合には、凝縮水
貯蔵タンク内の水が注水配管３０および逆止弁機構３９
を経由して原子炉圧力容器２に注水される。この動作に
よって、サイホン配管７５の作用による非凝縮性ガスの
吸入と排出は起こらなくなるが、原子炉圧力容器２内の
圧力が低下するにはドライウェル３内の非凝縮性ガスの
大部分がウェットウェル６に移行することが必要であ
り、この時点ではコンデンサ８０内に蓄積する非凝縮性
ガスの量は少ないので、放熱量の低下は生じない。

【００２４】この実施例の特徴は、凝縮水貯蔵タンク８
５の位置が圧力抑制プール５の位置よりも高く、図１を
用いて説明した実施例の場合よりも注水圧力を高めるこ
とができることである。

【００２５】本発明による第四の実施例を図５および図
６に示す。この実施例では、図１を用いて説明した構成
に加えて、凝縮水貯蔵タンク８５の内部と原子炉圧力容
器２の内部を連通するサイホン配管７９を設置し、この
サイホン配管７９の途中部分に、原子炉圧力容器２から
凝縮水貯蔵タンク８５の向きの流体の流れを阻止する逆
止弁機構３９を設置したことを特徴としている。サイホ
ン配管７９は、サイホン配管７５と同様の構造となって
おり、凝縮水貯蔵タンク８５内に下向きに開口する吸入
口５９と、湾曲部６９を備えている。

【００２６】この実施例では、凝縮水貯蔵タンク８５内
の水位が、湾曲部６５および湾曲部６９の高さに上昇す
る時点までは、図１を用いて説明した場合と全く同様の
動作を行うが、それ以降は、原子炉圧力容器２の減圧の
度合いに応じて、動作が異なる。

【００２７】原子炉圧力容器２内の圧力が、凝縮水貯蔵
タンク８５内の圧力とサイホン配管７９内の水頭圧の和
よりも高い場合には、サイホン配管７９内に流れは発生
せず、サイホン配管７５のみが動作に寄与し、全体の動
作は、図１を用いて説明した場合と全く同様となる。

【００２８】原子炉圧力容器２内の圧力が、凝縮水貯蔵
タンク８５内の圧力とサイホン配管７９内の水頭圧の和
よりも低下した場合には、凝縮水貯蔵タンク内の水が吸
入口５５および吸入口５９から吸い上げられ、圧力抑制
プール５と原子炉圧力容器２に放出される。これ以降の
凝縮水貯蔵タンク内の動作は、図１を用いて説明した場
合と全く同様である。

【００２９】この実施例の特徴は、サイホン配管の作用
による非凝縮性ガスの吸入と排出動作を行いつつ、収集
した凝縮水の原子炉圧力容器への注水圧力を高めること
ができる点である。

【００３０】本発明による第五実施例を図７に示す。こ
の実施例では、サイホン配管７５は凝縮水貯蔵タンク８
５内に下向きに開口する吸入口５５と、湾曲部６５を備
え、配管の他端は原子炉圧力容器２内に連通している。
このサイホン配管７５の途中部分に、原子炉圧力容器２
から凝縮水貯蔵タンク８５の向きの流体の流れを阻止す
る逆止弁機構３９が設置されている。バイパス管７４の
上端は、図３を用いて説明した実施例と同様に、凝縮水
貯蔵タンク８５内の、湾曲部６５よりも上方となる空間
に連通しており、下端は圧力抑制プール５内に連通して
いる。

【００３１】この実施例では、凝縮水貯蔵タンク８５内
の水位が、湾曲部６５の高さに上昇した場合、原子炉圧
力容器２の減圧の度合いに応じて、動作が異なる。

【００３２】原子炉圧力容器２内の圧力が、凝縮水貯蔵
タンク８５内の圧力とサイホン配管７５内の水頭圧の和
よりも高い場合には、サイホン配管７５内に流れは発生
せず、凝縮水貯蔵タンク８５内の水位はバイパス管７４
との連通部分まで上昇する。この過程で、凝縮水貯蔵タ
ンク８５内に存在する非凝縮性ガスは、水面の上昇に伴
い、バイパス管７４を経由して圧力抑制プール５へと排
出される。凝縮水貯蔵タンク８５内の水位がバイパス管
７４との連通部分に達すると、タンク内の水は重力によ
って圧力抑制プール５へ落下し、それ以上凝縮水貯蔵タ
ンク８５内の水位が上昇することはない。

【００３３】一方、時間の経過により、原子炉圧力容器
２内の圧力が、凝縮水貯蔵タンク８５内の圧力とサイホ
ン配管７５内の水頭圧の和よりも低下した場合には、凝
縮水貯蔵タンク内の水がサイホン配管７５および逆止弁
機構３９を経由して原子炉圧力容器２に注水される。こ
れ以降の凝縮水貯蔵タンク８５内の水位変化の挙動は、
図５を用いて説明した実施例と同様となり、水面の上下
運動に伴い、コンデンサ８０内の非凝縮性ガスが凝縮水
貯蔵タンク８５内に吸入され、圧力抑制プール５内に排
出されるという動作を繰り返す。

【００３４】この実施例の特徴は、図４を用いて説明し
た実施例の場合と同様であり、凝縮水貯蔵タンク８５の
位置が圧力抑制プール５の位置よりも高く、図１を用い
て説明した実施例の場合よりも注水圧力を高めることが
できる点である。

【００３５】図１〜図７を用いて説明した実施例では、
凝縮水戻り管７２の先端が、水トラップを形成するよう
に加工されていたが、図８に示すように、凝縮水戻り管
７２の途中部分に、凝縮水貯蔵タンク８５からコンデン
サ８０の向きの流体の流れを阻止する逆止弁機構３２を
設置した場合も全く同様の動作を行う。

【００３６】また、図９に示したように、凝縮水戻り管
７２に水トラップあるいは逆止弁機構を設置しない場合
も、凝縮水戻り管７２の先端をサイホン配管７５の湾曲
部６５よりも下方の位置に配置することにより、水トラ
ップの代用として他の実施例と同様に作用させることが
できる。但し、この図９の方法を実施した場合、水トラ
ップの水浸がタンクの水位に応じて変化するため、コン
デンサ８０と凝縮水貯蔵タンク８５の差圧が大きくなる
場合があり、非凝縮性ガスの排出性能が低下する可能性
がある。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、コンデンサによる格納
容器外への放熱量が増大することから、原子炉容器の減
圧が早期に完了し、炉心への注水が速やかに行われるた
め、格納容器のピーク圧力を低下できる。結果として格
納容器の設計圧力を低下させることができ、プラントの
建設コストを低減できる。

【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縦断
面図。

【図２】本発明の一実施例による凝縮水貯蔵タンク内の
縦断面図。

【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】本発明の一実施例による原子炉格納容器の縦断
面図。

【図５】本発明の一実施例による原子炉格納容器の縦断
面図。

【図６】本発明の一実施例による凝縮水貯蔵タンク内の
縦断面図。

【図７】本発明の一実施例による原子炉格納容器の縦断
面図。

【図８】本発明の一実施例による原子炉格納容器の縦断
面図。

【図９】本発明の一実施例による原子炉格納容器の縦断
面図。

【符号の説明】

３…ドライウェル、６…ウェットウェル、７４…バイパ
ス管、７５…サイホン配管、８０…コンデンサ、８５…
凝縮水貯蔵タンク、９０…吸入管。

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記
ドライウェルの外部かつ原子炉炉心よりも上方に設置さ
れたコンデンサと、前記原子炉炉心よりも上方かつコン
デンサよりも下方に設置された凝縮水貯蔵タンクと、前
記コンデンサの下部ヘッダと凝縮水貯蔵タンクの内部を
連通する凝縮水戻り管を有する原子炉設備において、前
記凝縮水貯蔵タンクの内部と前記圧力抑制プールの内部
を連通するサイホン配管を設置し、前記凝縮水貯蔵タン
クの内部かつ前記サイホン配管内の流路よりも上方の空
間と前記サイホン配管の途中部分を連通するバイパス配
管を設置したことを特徴とする原子炉格納容器。
【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、前記
ドライウェルの外部かつ原子炉炉心よりも上方に設置さ
れたコンデンサと、前記原子炉炉心よりも上方かつコン
デンサよりも下方に設置された凝縮水貯蔵タンクと、前
記コンデンサの下部ヘッダと凝縮水貯蔵タンクの内部を
連通する凝縮水戻り管を有する原子炉設備において、前
記凝縮水貯蔵タンクの内部と前記圧力抑制プールの内部
を連通するサイホン配管を設置し、前記凝縮水貯蔵タン
クの内部かつ前記サイホン配管内の流路よりも上方の空
間と前記圧力抑制プールの内部を連通するバイパス配管
を設置したことを特徴とする原子炉格納容器。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記凝
縮水貯蔵タンクの内部と前記原子炉圧力容器の内部を連
通する配管を設置し、前記配管の部分に、前記原子炉圧
力容器から前記凝縮水貯蔵タンクの向きの流体の流れを
阻止する逆止弁機構を設置した原子炉格納容器。
【請求項４】請求項１または請求項２において、前記凝
縮水貯蔵タンクの内部と前記原子炉圧力容器の内部を連
通するサイホン配管を設置し、前記サイホン配管の部分
に、前記原子炉圧力容器から前記凝縮水貯蔵タンクの向
きの流体の流れを阻止する逆止弁機構を設置した原子炉
格納容器。
【請求項５】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、前記
ドライウェルの外部かつ原子炉炉心よりも上方に設置さ
れたコンデンサと、前記原子炉炉心よりも上方かつコン
デンサよりも下方に設置された凝縮水貯蔵タンクと、前
記コンデンサの下部ヘッダと凝縮水貯蔵タンクを連通す
る凝縮水戻り管を有する原子炉設備において、前記凝縮
水貯蔵タンクの内部と原子炉圧力容器の内部を連通する
サイホン配管を設置し、前記サイホン配管の部分に、前
記原子炉圧力容器から前記凝縮水貯蔵タンクの向きの流
体の流れを阻止する逆止弁機構を設置し、前記凝縮水貯
蔵タンクの内部かつ前記サイホン配管内の流路よりも上
方の空間と前記圧力抑制プールの内部を連通するバイパ
ス配管を設置したことを特徴とする原子炉格納容器。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５において、
前記コンデンサの前記下部ヘッダと前記凝縮水貯蔵タン
クの内部を連通する凝縮水戻り管の部分に、水トラップ
機構を設置した原子炉格納容器。
【請求項７】請求項１，２，３，４または５において、
前記コンデンサの前記下部ヘッダと前記凝縮水貯蔵タン
クの内部を連通する凝縮水戻り管の部分に、前記凝縮水
貯蔵タンクからコンデンサの向きの流体の流れを阻止す
る逆止弁機構を設置した原子炉格納容器。