JPH0915385A - 可燃性ガス濃度制御装置 - Google Patents

可燃性ガス濃度制御装置

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JPH0915385A
JPH0915385A JP7163312A JP16331295A JPH0915385A JP H0915385 A JPH0915385 A JP H0915385A JP 7163312 A JP7163312 A JP 7163312A JP 16331295 A JP16331295 A JP 16331295A JP H0915385 A JPH0915385 A JP H0915385A
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JP
Japan
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hydrogen
oxygen
gas concentration
water
wet well
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Pending
Application number
JP7163312A
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English (en)
Inventor
Hidetoshi Karasawa
英年 唐澤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin

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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】ウェットウェル3に可燃性ガス濃度制御装置8
とセンサ9を設置する。事故時ドライウェル4やウェッ
トウェル3のガス温度は上昇し、湿度は増加する。この
ウェットウェル3内のガス温度と湿度のどちらか一方、
または、両方をセンサ9で検知し、設定値以上になった
ら、可燃性ガス濃度制御装置8を作動させる。また、必
要に応じて手動でも作動できる。可燃性ガス濃度制御装
置8の電源は、バッテリや非常用電源、もしくは、号機
間融通電源である。 【効果】ウェットウェル3内での水素/酸素の蓄積を抑
制でき、水素燃焼を防止できる。また、ウェットウェル
3内に設置するため、種々の仮想的な事故に対応できる
とともに、格納容器の貫通孔の数を減らせ、格納容器の
信頼性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉に係り、
特に、原子炉事故時に放出される水素等の可燃性ガス濃
度を制御して燃焼を防止する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、原子力ハンドブック(オーム社、
1989年発行)に記載のように、通常運転時に格納容
器内を窒素で封入して酸素濃度を低くして水素の燃焼を
避け、さらに可燃性ガス濃度制御系により、水素と酸素
を再結合させて格納容器の健全性を保つようにしてあ
る。これは、冷却材喪失事故を想定した時に、水/金属
反応により水素の発生する可能性があることと、冷却材
である水の放射線分解により水素と酸素が発生し、格納
容器内に蓄積する可能性があるからである。
【0003】発生した水素/酸素は、ドライウェルとサ
プレッションチェンバの気相部に均一に分布すると期待
される。可燃性ガス濃度制御系では、ドライウェルのガ
スをブロアによって吸気し、電気加熱器で加熱し、再結
合器でガス中の水素と酸素を再結合させる。再結合器で
残ったガス、及び、再結合反応により生じた水蒸気は、
冷却器で冷却凝縮した後サプレッションチェンバに戻
す。この結果、ドライウェルのガスがサプレッションチ
ェンバに移行することになるが、サプレッションチェン
バの圧力が上昇すると真空破壊装置が自動的に作動し、
再びドライウェルに戻る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ス
リーマイル島第二事故のような炉心損傷事故を想定する
と、多量の水素が発生して格納容器の内圧が上昇し、可
燃性ガス濃度制御系の耐圧が格納容器の耐圧より低いた
め、可燃性ガス濃度制御系の耐圧を超えて使用できなく
なるという問題があった。
【0005】本発明の目的は、種々の事故条件下でも可
燃性ガスの濃度を制御して、水素燃焼を防止すること、
さらに、可燃性ガスと酸化材の高濃度の場所でそれらを
再結合させることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は水素と酸素の濃度が高くなるサプレッショ
ンチェンバ内にのみ可燃性ガス濃度制御装置を設置する
ようにしたものである。可燃性ガス濃度制御装置を格納
容器の外部に設置しないため、耐圧の問題はなくなる。
【0007】
【作用】炉内に蓄積している核分裂生成物の50%放出
を仮定した仮想事故を想定し、格納容器内の水素/酸素
濃度を解析した。格納容器をドライウェルとウェットウ
ェルの2領域に分割し、各領域における水素/酸素濃度
の経時変化を計算した。水素/酸素の発生源は、水/ジ
ルコニウム反応、及び、水の放射線分解を考慮した。ま
た、炉心には長期間に渡って高圧炉心スプレイ系から水
が供給されるとした。
【0008】従来は、水の放射線分解により生成する水
素/酸素は、炉心領域で沸騰するため全量ドライウエル
に放出されるとした。しかし、炉心には高圧炉心スプレ
イ系から水が供給されているため、上部プレナム部では
沸騰していないことが期待される。そこで、炉心で生成
した水素/酸素は蒸気泡に同伴して上部プレナムに移行
すると仮定し、図2に示すように、上部プレナムでの水
の放射線分解を解析した。すなわち、水素/酸素のマス
バランス式において、水の放射線分解反応に関する生成
項に、炉心からの移行量とドレイン水による除去量を追
加して解析した。ここで、炉心で発生した水素/酸素
は、上部プレナム水中に均一に分布すると仮定した。こ
れは、上部プレナム水はサブクールのため炉心から移行
した蒸気泡はつぶれ、蒸気泡に同伴した水素/酸素が上
部プレナム水中に放出されるからである。また、HPC
Sからの水は瞬時に上部プレナム水と混合し、注水量だ
けドレインし、ドレイン水中の水素/酸素の全量が格納
容器内に放出されると仮定した。
【0009】上部プレナムにおける水の放射線分解の解
析は、汎用化学反応解析コードを用いて行った。ヨウ素
を含む化学反応スキームを使用し、上部プレナムでの照
射線量率をパラメータとした。上部プレナムにおける水
素/酸素濃度に対する汎用化学反応解析コードによる解
析結果を図3に示す。水素/酸素濃度は約1500秒で
平衡に達するが、照射線量率の増加に伴い平衡濃度は増
加する。
【0010】解析結果の妥当性を確認するため、簡易モ
デルで評価した。水中に生成する水素/酸素は、水の放
射線分解の中間生成物であるOHラジカルを介して再結
合する。しかし、ヨウ素イオンが存在すると、OHラジ
カルとヨウ素イオンの反応速度が速いため、水素/酸素
の再結合反応は抑制される。従って、上部プレナム水中
の水素濃度の経時変化は次式で表せる。
【0011】
【化1】 d〔H2〕/dt=αg(H2)D−k〔H2〕+a …(化1) ここで、 〔H2〕:水中の水素濃度 g(H2):静水中での水素の初期G値 D :照射線量率 α :単位換算係数 k :ドレイン水による除去割合 a :炉心からの水素持込み量 化1を解くと、次式が得られる。
【0012】
【化2】 〔H2〕=〔H2eq{1−exp(−kt)} …(化2) ここで、〔H2eqは平衡濃度で、〔H2eq={αg
(H2)D+a}/kとなる。今、化2より、平衡濃度の
0.99 倍になる時間は約1300秒となり、汎用化学
反応解析コードの解析結果と一致する。平衡濃度の計算
結果を図3に点線で示す。水素の平衡濃度に対し、高照
射線量率では、汎用化学反応解析コードの解析結果の方
が低くなった。これは、照射線量の増加によりOHラジ
カルの生成量が増加し、水素/酸素の再結合を無視でき
なくなるためである。これらの比較から、汎用化学反応
解析コードの解析結果は妥当と考えられる。
【0013】D/Wでは、ドレイン水中の水素/酸素が
気相部に放出されるが、可燃限界到達時間に比べ上記の
平衡到達時間は約0.4 時間と短いため、気相中の水素
/酸素濃度の計算には、最高平衡濃度を用いた。また、
ウェットウエルでは、核分裂生成物の50%がサプレッ
ションプールへ移行しているため、炉心と同じ照射線量
率を用いて水素/酸素濃度を求めた。今、水素燃焼が爆
発的に起きる可燃限界は、水素4vol%,酸素5vol%で
ある。水素/酸素の初期濃度は、格納容器内雰囲気を窒
素で置換しているため、それぞれ0vol%,3.5vol%
なので、酸素濃度で可燃限界到達時間が決まる。可燃限
界到達時間は、ウェットウエルで約100時間、D/Wで
約二千時間となる。
【0014】今回の評価で、可燃限界に到達するのはウ
ェットウエルで、D/Wは核分裂生成物の減衰を考慮す
ると可燃限界に到達しないと考えられる。
【0015】万一、炉心が溶融するような仮想的な事故
の場合は、炉心冷却用水は蒸発するため、D/Wではほ
ぼ100%の水蒸気雰囲気となり、可燃限界に至らな
い。サプレッション水での放射線分解による生成量を解
析した結果、ウェットウエル内では水素濃度は4vol%
を超えるが酸素濃度は5vol%に達せず、ウェットウエ
ルでは可燃限界に至らない。しかし、空気と混合する
と、可燃限界を超える可能性があるので、ウェットウエ
ル内の水素濃度は減らすことが望ましい。
【0016】上記の検討結果から、仮想的な事故時に水
素/酸素濃度が可燃限界以上になるのはウェットウエル
だけであることが分かった。また、この場合、圧力は現
状の可燃性ガス濃度制御装置の最高使用圧力を超える場
合があることも分かった。
【0017】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。原子炉格納容器1は、原子炉圧力容器2,ウェット
ウェル3,ドライウェル4,ベント管5,サプレッショ
ンプール6,真空破壊弁7から構成されている。また、
ウェットウェル3には可燃性ガス濃度制御装置8とセン
サ9が設置されている。事故時ドライウェル4やウェッ
トウェル3のガス温度は上昇し、湿度は増加する。この
ウェットウェル3内のガス温度と湿度のどちらか一方、
または、両方をセンサ9で検知し、設定値以上、例えば
100℃,80%、になったら、可燃性ガス濃度制御装
置8を作動させる。可燃性ガス濃度制御装置8は、グロ
ープラグ式である。電源は、バッテリや非常用電源、も
しくは、号機間融通電源である。グロープラグ式は、熱
線を水素の発火点温度の723K以上に保ち、水素/酸
素を部分的に燃焼させるものである。本方式により、火
炎が伝播する可燃限界濃度に至る以前に、水素/酸素を
結合させることができる。可燃性ガス濃度制御装置8の
設置数については、水素/酸素濃度を可燃限界以下にす
るため、水の放射線分解での発生量を処理できる基数と
する。仮想的な事故時には、サプレッションプール6の
水の放射線分解による水素/酸素の発生量は、各々約1
0,5m3/h である。グロープラグの熱線の代表的な
長さは約10cmなので、処理量は約103cm3/sと仮定
できる。従って、代表的なBWRのウェットウエル部へ
の可燃性ガス濃度制御装置8の設置数は、2倍の裕度を
考慮して10台となる。
【0018】また、可燃性ガス濃度制御装置8は、必要
に応じて手動でも作動できるようにすれば、センサ9は
無くてもよい。
【0019】本実施例により、ウェットウェル3内での
水素/酸素の蓄積を抑制でき、水素燃焼を防止できる。
また、ウェットウェル3内に設置するため、種々の仮想
的な事故に対応できるとともに、格納容器の貫通孔の数
を減らせ、格納容器の信頼性を向上できる。
【0020】可燃性ガス濃度制御装置8は、スパーク式
でも同様の効果が期待出来る。
【0021】図4に可燃性ガス濃度制御装置8の別の実
施例を示す。可燃性ガス濃度制御装置8は、触媒式の水
素/酸素結合器である。この方式では、触媒に水素と酸
素が接触することにより、触媒上で水素/酸素が結合す
る。このため、センサ9は不要である。可燃性ガス濃度
制御装置8の設置数は、ウェットウェル3内の自然循環
速度、触媒量に依存するが、代表的なBWRで2倍の裕
度を考慮して2台以上となる。本実施例でも、実施例と
同様の効果が期待できる。
【0022】図5は可燃性ガス濃度制御装置8をサプレ
ッションプール6の水中に設置した例を示す。可燃性ガ
ス濃度制御装置8は、触媒式の水素/酸素結合器であ
る。水中で生成した水素/酸素は、気相へ移行する前
に、触媒上で結合する。水の循環速度に依存して設置台
数が決まるが、代表的なBWRで2倍の裕度を考慮して
2台以上となる。あるいは、網上の触媒を気液界面付近
に設置してもよい。本実施例によっても、上記実施例と
同様の効果が期待できる。
【0023】
【発明の効果】本発明はウェットウェル3内での水素/
酸素の蓄積を抑制でき、水素燃焼を防止できる。また、
ウェットウェル3内に設置するため、種々の仮想的な事
故に対応できるとともに、格納容器の貫通孔の数を減ら
せ、格納容器の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】沸騰水型原子炉の一実施例の断面図。
【図2】解析モデルの説明図。
【図3】解析結果の説明図。
【図4】沸騰水型原子炉の第二実施例の断面図。
【図5】沸騰水型原子炉の第三実施例の断面図。
【符号の説明】
1…原子炉格納容器、2…原子炉圧力容器、3…ウェッ
トウェル、4…ドライウェル、5…ベント管、6…サプ
レッションプール、7…真空破壊弁、8…可燃性ガス濃
度制御装置、9…センサ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ドライウェルとサプレッションチェンバよ
    り成る沸騰水型原子炉において、格納容器内雰囲気を不
    活性化し、前記サプレッションチェンバ内のみに可燃性
    ガス/酸素結合器を設置することを特徴とする可燃性ガ
    ス濃度制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記可燃性ガス/酸素
    結合器としてイグナイタ、または、触媒式水素/酸素結
    合器を用いる可燃性ガス濃度制御装置。
  3. 【請求項3】請求項2において、前記イグナイタは前記
    サプレッションチェンバ内の気相部に設置し、気相部ガ
    ス温度、または、湿度をモニタして自動的に作動する可
    燃性ガス濃度制御装置。
  4. 【請求項4】請求項2において、前記触媒式水素/酸素
    結合器を前記サプレッションチェンバ内の気相部、また
    は、前記サプレッションチェンバのプール水中に設置す
    る可燃性ガス濃度制御装置。
JP7163312A 1995-06-29 1995-06-29 可燃性ガス濃度制御装置 Pending JPH0915385A (ja)

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JP7163312A JPH0915385A (ja) 1995-06-29 1995-06-29 可燃性ガス濃度制御装置

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JP7163312A JPH0915385A (ja) 1995-06-29 1995-06-29 可燃性ガス濃度制御装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220086152A (ko) * 2020-12-16 2022-06-23 한국수력원자력 주식회사 3차원 전산해석코드를 활용하여 중대사고 시 격납건물 내 국소 수소농도를 판단하는 방법

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