JPH04157396A - 自然冷却型格納容器 - 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〕 本発明は自然冷却型格納容器のドライウェルがら圧力抑
制プールへのベント管構造、および注水タンクの容量に
関する。

〔従来の技術〕

従来例Ａとして、特開昭６３−１９１０９６号公報に記
載（第２図参照）のように、例えば主蒸気配管１３が破
断し、原子炉圧力容器２内の水がドライウェル３にブロ
ーダウンされた場合、炉心１の冠水のために原子炉圧力
容器２に水が注入され、この水がさらに破断口からあふ
れドライウェル３に放出されるので、これらのブローダ
ウン水とあふれた水によってベント管１８のドライウェ
ル３開口部（圧力抑制室７空間部より上方に開口）まで
ドライウェル３内水位が上昇してからベント管８を通し
で、これらの熱水が圧力抑制プール６に流入することに
なる。

この場合、ベント管８のドライウェル３開口部の位置が
高いため、ドライウェル３内にたまる水量が多く、圧力
抑制プール６水位の上昇も少ないので、格納容器外周プ
ールｌＯとの接触面積も一定の大きさに制限されるばか
りでなく、熱い水がドライウェル３内に多くたまるため
、それだけ圧力抑制プール６水の温度上昇も鈍く、格納
容器外周プール１０との温度差も小さいので、圧力抑制
プール６から格納容器外周プール１０への熱伝達も少な
くなる。すなわち格納容器冷却能力も低く押えられてし
まうことになる。

ベント管８のドライウェル開口部を下げればドライウェ
ル３内にたまる水量も減り、圧力抑制プール６水量も増
え、格納容器外周プール１０への伝熱量も増えるが、下
げる程度によっては、ベント管８のドライウェル開口部
が水浸してしまうことがあり、この場合、ドライウェル
３内にたまった熱水によりドライウェル３内圧力が上昇
しても、ドライウェル３内水位はなかなか押し下げられ
ず（パスカルの原理）、ドライウェル３内圧力が過度に
上昇して格納容器の安全性が低下することになる。

従って、ベント管８のドライウェル３開口部を適切にど
こまで下げられるか、その位置を特定する必要がある。

従来例Ｂとして特開昭５８−２６９１号公報に記載（第
３図参照）のものは、ドライウェル３が上部ドライウェ
ルと下部ドライウェル（ＣＲＤ室）に分かれている格納
容器において、上部ドライウェルからのベント管８の他
に下部ドライウェルからのベント管２６を設けたもので
、このベント管２６のドライウェル側開口部位！（高さ
）を通常時の圧力抑制プール６水面より高くすることに
より、圧力抑制プール６水のドライウェル３への逆流を
防止するというものであり、今回の本発明とは構造・考
え方とも違うものである。

しかし、この従来例Ｂの構造を本発明の自然冷却型格納
容器のベント管に適用した場合の性能を参考までに本発
明と比較してみる。

第４図に示すように、ベント管のドライウェル側開口部
の高さが違う２種類のベント管８，２６が設定される。

低い方のベント管２６のドライウェル３側開口部は、ド
ライウェル３と圧力抑制室７の設計圧力差が一般に１　
ｐｓｉｄであり、静水頭に換算すると約０．７　ｍであ
ることから、ここでは通常時の圧力抑制プール６水面よ
り約０．７　ｍ上方に位置すると考える。破断口２２か
ら炉心冷却材がドライウェル３内にブローダウンされる
と、ドライウェル３内水位が上昇し、低い開口部のベン
ト管２６高さまで到達すると、圧力抑制プール６水中に
ブローダウン水が流れ、圧力抑制ブール６水位が低いベ
ント管２６開口部高さに到達するまでドライウェル３内
水位は上昇しない、圧力抑制プール６水位が、前記の低
いベント管２６開口部高さまで上昇すると、以降はドラ
イウェル３内水位と圧力抑制プール６水位はほぼ同じ水
位で上昇していく。

最終的には、炉心注入水が炉心冠水水位を満足した所で
停止されるので、高いベント管８の開口部はドライウェ
ル３空間部に開口していることから前記（例Ａ）のよう
なドライウェル３内の過度な圧力上昇は発生しない。

しかしながら、ドライウェル３内水位が低い開口部のベ
ント管２６人口に到達してからは、圧力抑制プール６に
ブローダウン水が流出し、結果としてドライウェル３内
水位と圧力抑制プール６水位がいっしょに水位上昇する
ため、ドライウェル３内水位が最終的なドライウェル３
冠水水位に達するまでの時間が大幅に遅れることになる
。また、ドライウェル３冠水後も、ドライウェル３内水
の一番上の最も熱い水が圧力抑制プール６に移行するこ
とにはならないことから、ドライウェル３から圧力抑制
プール６への熱移行の能力が低下する。

従って、この従来例Ｂの場合でも、低い方のベント管２
６開口部高さを、今回の本発明による適切な高さにしな
ければ、本発明のような自然冷却型格納容器の性能は出
ない。

従来例Ｃとして特開平１−２８４７９号公報に記載のも
のは、ベント管の途中のドライウェル側に開口部２７と
逆止弁２８を設けたものであるが、基本的には前記従来
例Ｂと同じことが言える。ただし、ドライウェル３内水
位と圧力抑制プール６水位がベント管８途中の開口部２
７を上廻ってからは、すなわち水浸してからは前記従来
例Ａと同じ事象になるので、ドライウェル内圧力の過大
な上昇が考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、従来技術（例Ａ）ではドライウェル内水
位はブローダウン水により早く冠水水位に到達するが、
圧力抑制プール水位上昇は少なく。

中・長期にわたる格納容器からの自然放勢の点からは圧
力抑制プールから格納容器外周プールへの大きな熱伝達
が得られない。

また、従来技術（例Ｂ）、（例Ｃ）では事故後直ちにド
ライウェル内水位を炉心冷却の点から冠水レベルに到達
させなければならないのであるが、遅れてしまう欠点が
ある。

本発明は、事故後直ちにドライウェル内水位を冠水レベ
ルに到達させて炉心冷却が行なえるようにし、かつ、中
・長期的に必要とする格納容器からの放熱を効率よく行
なうため、圧力抑制プール水位を最大限上昇させて圧力
抑制プールに接している格納容器外周プールへの伝熱面
積を多くかせぐことができるベント管構造を提供するこ
とを目的とする。

また、本発明の別の目的は、ドライウェル内水の上方の
温度の高い水を選択的に圧力抑制プールに移行させ、圧
力抑制プール水と格納容器外周プール水との温度差を大
きくして格納容器からの放熱効果を上げることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、炉心冷却に使用される蓄圧
水タンクの容量Ｗを〔ドライウェル内冠水量Ｗ、）＋　
［圧力抑制プール水位がドライウェル内冠水レベルと同
じとするに要する水量（圧力抑制プール増水量）Ｗ２〕
とした。

また、〔ベント管のドライウェル側開口部高さ〕＝〔ド
ライウェル冠水レベル〕＝〔通常時の圧力抑制プール水
位＋（圧力抑制プール増水量Ｗｚ／圧力抑制プール表面
積）〕となる様にベント管のドライウェル側開口部高さ
を設定した構造とした。

さらに、ドライウェル内の冠水レベル以下のスペースに
ドライウェル冠水量Ｗｘを減らすためにコンクリート等
の構造物を設けた。

〔作用〕 原子炉圧力容器内の原子炉冷却材（水）が万一の配管な
どの破断により喪失するような事故が発生した場合、蓄
圧タンク内の水が原子炉圧力容器に流入し、破断口から
ドライウェル内に流出することによりドライウェル内水
位が上昇する。このドライウェル内水位が破断口に到達
する時点までには原子炉圧力容器内圧力は充分に減圧し
ていることから、ドライウェル内水位が破断口を超えた
時から原子炉圧力容器内の水位もドライウェル内水位と
同じ様に上昇し、ドライウェルの冠水レベルと同じレベ
ルに到達する。従って、ドライウェルの冠水レベルは原
子炉圧力容器の構造にもよるが、原子炉圧力容器内の炉
心高さよりも充分上方に設定され、冠水後の炉心崩壊熱
による原子炉圧力容器内冷却水の蒸発にも充分対処でき
るようにしている０Ｍ子炉圧力容器の破断口レベルがド
ライウェルの冠水レベルよりも高い場合には高い分だけ
原子炉圧力容器内にとどまる水量が多くなり、最終的に
は圧力抑制プールに移行する水量がその９少なくなるが
、大勢に影響はない。

ドライウェル内水位が冠水レベルに到達してから、ベン
ト管のドライウェル側開口部から圧力抑制プールに、破
断口からの水が流出するので、炉心の冠水冷却が直売に
達成されることになる。この時、ドライウェル内の冠水
レベル以下に設置されたコンクリート等の構造物によっ
て冠水時間はさらに短縮され、冠水に要する水量も少な
くてすむことから、炉心に注水する蓄圧水タンク等の容
量も少なくてすむ。

次いで、ドライウェル内水で最も温度の高い上部の熱水
からベント管を通って圧力抑制プールに流出し、圧力抑
制プール水位と水温の上昇が始まり、ベント管のドライ
ウェル側開口部と同じレベル附近まで圧力抑制プール水
位が到達すると、蓄圧水タンクの水が無くなることから
、原子炉圧力容器への水の流入が止まり、圧力抑制プー
ルへの流入もなくなる。

これにより、圧力抑制プールの水位はドライウェルの冠
水レベルにまで到達することができ、圧力抑制プールと
格納容器外周プールとの伝熱面積は最大限にまで拡大で
きる。また、圧力抑制プール水温度も最大限に高くなる
ことから、圧力抑制プールと格納容器外周プールとの温
度差が大きくなることから熱伝達量も大きくすることが
できる。

また、格納容器からの放熱は事故後直ちにではなく、数
十分後、あるいは数時間後から効果が出ればよいので、
先にドライウェル内冠水（すなわち炉心冠水冷却）して
から圧力抑制プールへの水の移行という本発明の順序が
最も好ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は自然冷却型格納容器で、原子炉の炉心１を内部
に持つ原子炉圧力容器２がドライウェル３にあり、ドラ
イウェル３は原子炉圧力容器２の下方にあるＣＲＤ室４
とガンマしゃへい体５の内側スペースを介して連通して
いる。ドライウェル３の外側に圧力抑制プール６を有す
る圧力抑制室７があり、ドライウェル３と圧力抑制プー
ル６はベント管８で連通している。ベント管８のドライ
ウェル３側開口部高さは、炉心１の上方に設定される冠
水冷却レベルに設置されており、圧力抑制プール６側放
出口は蒸気凝縮実験にもとづく適切な水深が確保されて
いる。

圧力抑制プール６および圧力抑制室７の外壁は鋼制格納
容器９となっており、その外側に格納容器外周プール１
０が配置されている。この格納容器外周プールの水深は
、圧力抑制プール６からの熱伝達の効率を上げるため、
事故後の圧力抑制プール６水深を充分カバーするように
設定されている。そして、事故後、格納容器外周プール
１０の温度が上昇し、発生する水蒸気を外に放出するた
めに放出管１１と弁１２が設置されている。

原子炉圧力容器２内で発生した蒸気は主蒸気配管１３を
通ってタービン（記載せず）に送られ、最終的には水と
なって給水配管１４から原子炉圧力容器２内に戻される
。万一の事故などの時は主蒸気隔離弁（ＭＳＩＶ）１５
が閉じ、給水配管１４には逆止弁１６が設置されていて
、原子炉圧力容器２から水・蒸気などの冷却材の流出を
止めるようになっている。しかし、これらのＭＳＩＶ１
５や逆止弁１６よりも原子炉圧力容器２側での配管など
の破断を想定すると原子炉圧力容器２内の原子炉冷却材
がドライウェル３内に放出され、炉心ｌが露出して重大
な事故（冷却材喪失事故）に進展することになるため、
蓄圧水タンク１７から弁１８を有する注入配管１９によ
り、原子炉圧力容器２内に水を注入できるようになって
いる。

この蓄圧水タンク１７は、最初から加圧されているタイ
プや、注入時のみ別記管で原子炉圧力容器２気相部と蓄
圧水タンク１７を結び、圧力差をなくして落差だけで原
子炉圧力容量に注入するタイプ、さらに原子炉圧力容器
２の内圧を逃し安全弁（記載せず）などで減圧してから
注入するタイプなどがあるが、いずれにしても弁操作の
みで、ポンプ等の駆動源は不要な構成としているため、
ここでは単純に蓄圧水タンク１７と弁１８と注入配管１
９のみ記載している。また、ポンプで注入する方式でも
、注入量が特定できれば基本的には何も変わらないので
同様に扱うことができる。

また、圧力抑制室７とドライウェル３は逆止弁２０を介
して連通管２１により圧力抑制室７からドライウェル３
の方向のみ連通している。

さらに、事故後長期にわたり原子炉圧力容器２内水位お
よびドライウェル３内水位を冠水レベルに維持するため
に、連通管２５と弁２３、弁２４を設けている。

本実施例ではドライウェル３の外壁にそって、ベント管
８のドライウェル３側開口部より下方に据付・定検など
の作業性を損なわない程度に空スベースをうめる形でコ
ンクリート等の構造物２５を設置している。これにより
、事故後のドライウェル２内水位が早く冠水レベルに達
するとともに、蓄圧水タンク１７容量を低減できる。

万一、給水配管工４が破断したとすると、原子炉圧力容
器２内の冷却材（水と蒸気）が破断口２２よりドライウ
ェル３内に放出される。放出された高温の冷却材のうち
水はドライウェル３下部のＣＲＤ室４に流れ、この水位
が上昇してくる。

放出された蒸気はドライウェル３内の圧力を上昇させる
ので、ベント管８内の水面が押し下げられ。

ドライウェル３内の雰囲気が圧力抑制プール６水中に通
って圧力抑制室７に移行する。この間に雰囲気中の蒸気
は圧力抑制プール６水によって凝縮して水となるので、
ドライウェル３内の空気だけが圧力抑制室７に移行し、
この分の圧力が上昇する。ドライウェル３内の圧力上昇
、あるいは原子炉圧力容器２内の水位低下により、自動
的に原子炉が停止し、ＭＳＩＶ１５を閉じて蒸気供給を
停止し、給水配管１４からの給水も停止する。そして弁
１８が開き、蓄圧水タンク１７から水が原子炉圧力容器
２に注入され、原子炉圧力容器２内の異常は水位低下を
回避し、炉心オーバーヒートによる炉心破損を防止する
。

原子炉圧力容器２に注入された水は炉心１からの崩壊熱
により温度が上昇し、熱水となって破断口２２からドラ
イウェル２に流出し続けるので、ドライウェル２下方の
ＣＲＤ室４の水位が上昇し、さらにはドライウェル２内
に至ってベント管８のドライウェル２側開口部高さまで
上昇する。さらに破断口２２からの熱水の流出が続くの
で、ドライウェル２内からベント管８を通って圧力抑制
プール６水中に熱水が流入し、圧力抑制プール６の水位
と水温が上昇する。この圧力抑制ブール６水位がベント
管８のドライウェル２側開ロ部レベル附近まで上昇する
と、蓄圧水タンク１７が空になり、破断口２２からの流
出も止まるので、圧力抑制プール６水位上昇も止まる。

なお、圧力抑制プール水位上昇により圧力抑制室７内の
圧力も上昇するが、逆止弁２０が圧力抑制室７とドライ
ウェル３の差圧により作動して、圧力抑制室７からドラ
イウェル３に空気を戻し、圧力バランスを保つので、圧
力抑制プール６水位上昇が妨げられることはない。

圧力抑制プール６の水温上昇に伴ない、鋼製格納容器９
を通して格納容器外周プール１ｏに熱が伝達され、格納
容器外周プール１０の水温上昇により蒸発した水蒸気が
、弁１２開により放出管１１から外に放出される。

蓄圧水タンク１７からの注水が無くなった状態では、第
１図に示すように原子炉圧力容器２内水位とドライウェ
ル３内水位と圧力抑制プール６水位は同じレベルとなる
。

その後、炉心１からの崩壊熱発生は弱まるが、引き続き
その熱により原子炉圧力容器２内の水は加熱され蒸発し
ていく、従って、原子炉圧力容器２内の圧力は発生蒸気
により上昇するので１発生蒸気は逃し安全弁（記載なし
）により圧力抑制プール６水中に放出されるか、あるい
は破断口から熱水や蒸気としてドライウェル３内に放出
され、ドライウェル３内の圧力が上昇することにより、
ベント管８内の水が押し下げられ、圧力抑制ブール６に
放出されて凝縮することになる。そしてこの熱は引き続
き格納容器外周プール１ｏに移行して放熱される。

一方、原子炉圧力容器２内の水は蒸発により減少してい
くが、水位の低下を検傾して弁２３を開ければ、水頭差
により圧力抑制プール６水が原子炉圧力容器２内に流入
し、原子炉圧力容器２内の水位は回復する。また、弁２
４も開ければ、原子炉圧力容器２、ドライウェル３、圧
力抑制プール６の各水位は同じ冠水レベルで維持される
。

以上の様に、本実施例によれば、万一の事故においてド
ライウェル２内水位を冠水レベルまで早く到達させるこ
とができ、またベント管８のドライウェル３側開口部を
水浸させずに圧力抑制プール６水位を最大限に上げられ
るため、■炉心冠水冷却が早く達成できるとともに、■
ドライウェル２内水の温度の高い上の部分がら圧力抑制
ブール６へ移行すること、また■長期的にはベント管８
内水を容易に押し下げることができることから、圧力抑
制プール６水中での蒸気凝縮によりドライウェル３から
圧力抑制プール６への熱移行を容易にし、さらに■圧力
抑制ブール６から格納容器外周プール１０への熱伝達も
伝熱面積を広く確保できて、さらに圧力抑制プール水と
格納容器外周プールとの温度差も大きくなる。

これらにより、炉心冷却、ならびにドライウェル２から
圧力抑制プール６への熱移行、および圧力抑制プール６
から格納容器外周プール１０への熱伝達が効率よく達成
できるので、自然冷却型格納容器の安全性が大きく向上
する効果がある。

また、ドライウェル２内水位を従来より低くすることが
できるので、ドライウェル２内構造物２４の設置も加わ
って、蓄圧水タンク１７の容量を低減できる効果がある
。

〔発明の効果〕

本発明は１以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果を奏する。

ドライウェル３から圧力抑制プール６への熱移行が効率
よくでき、さらに圧力抑制プール６から格納容器外周プ
ールへの熱伝達量が大幅に改善されるので、自然冷却型
原子炉格納容器としての性能、安全性が大きく向上する
。

また、ドライウェル３内にたまる水量を少なくできるの
で、炉心冠水冷却が早く達成されて、原子炉の健全性が
向上すると伴に、さらに蓄圧水タンク１７の容量を低減
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の自然冷却型格納容器の縦断
面図、第２図は従来技術の公知例（例Ａ）の原子炉格納
設備の縦断面図、第３図は従来技術の公知例（例Ｂ）の
原子炉格納容器の縦断面図、第４図は従来技術の公知例
（例Ｂ）を発展させて本発明の自然冷却型格納容器に適
用した場合の縦断面図、第５図は従来技術の公知例（例
Ｃ）の原子炉格納容器の一部分を示した縦断面図である
。 １・・・炉心、２・・・原子炉圧力容器、３・・・ドラ
イウェル、４・・・ＣＲＤ室、５・・・ガンマしゃへい
体、６・・・圧力抑制プール、７・・・圧力抑制室、８
・・・ベント管。 ９・・・鋼製格納容器−１０・・・格納容器外周プール
、１１・・・放出管、１２・・・弁、１３・・・主蒸気
配管。 １４・・・給水配管、１５・・・主蒸気隔離弁（ＭＳＩ
Ｖ）、１６・・・逆止弁、１７・・・蓄圧水タンク、１
８・・・弁、１９・・・注水配管、２０・・・逆止弁、
２１・・・連通管、２２・・・破断口、２３・・・弁、
２４・・・弁、２５・・・構造物、２６・・・下部ドラ
イウェル用ベント管、２７・・・開口部、２８・・・逆
止弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ドライウェルと圧力抑制プールと前記両者を連通す
   るベント管と前記圧力抑制プールに接して設置された格
   納容器外周プールを有する自然冷却型格納容器において
   、事故時の原子炉一次系冷却材と炉心注入水の放出によ
   るドライウェル内水位と圧力抑制プール水位が等しくな
   る高さにベント管のドライウェル開口部を設けたことを
   特徴とする自然冷却型格納容器。 ２、請求項１の自然冷却型格納容器において、〔炉心冠
   水レベル以上のドライウェル内水量Ｗ＿１〕＋〔圧力抑
   制プール水位が前記ドライウェル内水位と同じレベルと
   するに要する水量Ｗ＿２〕を有する注水タンクを設けた
   ことを特徴とする自然冷却型格納容器。 ３、請求項２の自然冷却型格納容器において、ベント管
   のドライウェル側開口部高さｈを ｈ＝Ｗ＿２／Ａｐｏｏｌ ここで、ｈは通常時の圧力抑制プール水面からの高さ。 Ｗ＿２は圧力抑制プール水量の増分で請求項２のＷ＿２
   と同じ。 としたことを特徴とする自然冷却型格納容器。