原子炉格納設備
【課題】可燃性ガスの濃度を短時間に低減できる原子炉格納設備を提供する。
【解決手段】２次ＰＣＶ１５で覆われた１次ＰＣＶ３は、内部にドライウエル６、及び内側圧力抑制プール８及び内側ウエットウエル９を有する第１圧力抑制室７を形成する。１次ＰＣＶ３と２次ＰＣＶ１５の間には、仕切り床１７の下方及び上方に第２圧力抑制室１６及び機器設置エリア２０が形成される。第２圧力抑制室１６が内側圧力抑制プール８に連通する外側圧力抑制プール２５及びウエットウエル９に連通する外側ウエットウエル２６を有する。破裂板１９で封鎖された、外側ウエットウエル２６と機器設置エリア２０を連絡する複数の開口部１８が、仕切り床１７に形成される。機器設置エリア２０の容積は各ウエットウエルの容積の合計の７５％以上１２０％以下である。複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７が機器設置エリア２０内に設置される。
【解決手段】２次ＰＣＶ１５で覆われた１次ＰＣＶ３は、内部にドライウエル６、及び内側圧力抑制プール８及び内側ウエットウエル９を有する第１圧力抑制室７を形成する。１次ＰＣＶ３と２次ＰＣＶ１５の間には、仕切り床１７の下方及び上方に第２圧力抑制室１６及び機器設置エリア２０が形成される。第２圧力抑制室１６が内側圧力抑制プール８に連通する外側圧力抑制プール２５及びウエットウエル９に連通する外側ウエットウエル２６を有する。破裂板１９で封鎖された、外側ウエットウエル２６と機器設置エリア２０を連絡する複数の開口部１８が、仕切り床１７に形成される。機器設置エリア２０の容積は各ウエットウエルの容積の合計の７５％以上１２０％以下である。複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７が機器設置エリア２０内に設置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉格納設備に係わり、特に、沸騰水型原子力プラントに適用するのに好適な原子炉格納設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントでは、原子炉圧力容器を覆っている１次原子炉格納容器、１次原子炉格納容器を覆っている鋼製の２次原子炉格納容器、及び２次原子炉格納容器を取り囲む外部容器を有する原子炉格納設備を備えている。
【０００３】
この原子炉格納設備の例が、特開２００４−８５２３４号公報に記載されている。特開２００４−８５２３４号公報に記載された自然放熱型の原子炉格納設備は、１次原子炉格納容器、１次原子炉格納容器を覆っている鋼製の２次原子炉格納容器、及びコンクリート製の外部容器を有する。１次原子炉格納容器は、耐圧機能を有するコンクリート部、及びコンクリート部の内面を覆って気密機能を有するライナを有する。１次原子炉格納容器内には、ダイヤフラムフロアで隔離されたドライウエル及び圧力抑制室が形成されている。圧力抑制室は、圧力抑制プール、及び圧力抑制プールの冷却水の水面上方に形成されるウエットウエルを有する。原子炉圧力容器は、１次原子炉格納容器内に設置されたベデスタルに設置され、ドライウエル内に配置される。
【０００４】
仕切り床が、１次原子炉格納容器及び２次原子炉格納容器に取り付けられ、ダイヤフラムフロアとほぼ同じ高さに配置されている。仕切り床の下方には、圧力抑制プールと連通するプールが形成される。このプール内にも冷却水が充填されている。仕切り床には、開口部が形成され、この開口部は破裂板（ラプチャーディスク）によって封鎖されている。機器設置エリアが仕切り床の上方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成される。
【０００５】
燃料貯蔵プール、機器仮置きプール及び原子炉ウェルが、２次原子炉格納容器内で１次原子炉格納容器の上方に配置されている。運転階エリアが、燃料貯蔵プール、機器仮置きプール及び原子炉ウェルの上方で２次原子炉格納容器内に形成される。この運転階エリアは機器設置エリアに連絡されている。冷却水が充填された外周プールが、２次原子炉格納容器と外部容器の間に形成されている。
【０００６】
原子炉圧力容器に接続された主蒸気配管等が破断して冷却材喪失事故が発生した場合には、ドライウエル内に主蒸気配管の破断部から高温の蒸気が放出される。この蒸気は、圧力抑制プール内の冷却水中に放出されて凝縮される。これにより、ドライウエル内の圧力上昇が低減される。圧力抑制プール内の冷却水の温度は、蒸気の凝縮により上昇するが、鋼製の２次原子炉格納容器を通して外周プール内の冷却水に伝えられる。結果的に、圧力抑制プール内の冷却水が、外周プール内の冷却水によって冷却され、温度上昇が抑制される。外周プール内の冷却水はその加熱により蒸気になり、外部容器外に放出される。
【０００７】
特開２００４−８５２３４号公報に記載された原子炉格納設備では、圧力抑制室内の、圧力抑制プールの冷却水液面上方の非凝縮性ガスが溜まっているウエットウエルの圧力が設定圧力以上に上昇した場合には、仕切り床に設けられた破裂板が破裂し、ウエットウエル内のガスが機器設置エリア及び運転階エリアに放出される。このガスの放出によって、ウエットウエル内の圧力上昇が抑制される。
【０００８】
特開平８−３３４５８５号公報も、自然放熱型の原子炉格納設備を記載している。この原子炉格納設備も、特開２００４−８５２３４号公報に記載された原子炉格納設備と同様に、１次原子炉格納容器、１次原子炉格納容器を覆っている鋼製の２次原子炉格納容器、及びコンクリート製の外部容器を有する。特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備は、特開２００４−８５２３４号公報のように仕切り床を設けていないが、１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成されて、ウエットウエル内のガス空間と運転階エリアを連絡する通路内で、燃料貯蔵プールの底部の位置に破裂板を設け、この破裂板より上方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に、水素反応設備を設置している。
【０００９】
原子力プラントでは、発生確率が非常に小さい過酷事故が発生しても原子炉格納設備による安全性の確保が要求されている。過酷事故が発生した場合には、原子炉圧力容器内の炉心に装荷された燃料集合体に含まれる燃料棒の被覆管を構成しているジルコニウム合金と水の反応によって多量の水素が発生する。このような多量の水素は、既設の可燃性ガス濃度制御系及び非常用ガス処理系で処理することができなくなる。このため、特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備では、２次原子炉格納容器内に水素反応設備を設置している。過酷事故で発生した多量の水素が、ドライウエルから圧力抑制プール内に放出され、ウエットウエル内に蓄積される。このウエットウエル内の圧力が設定圧力を超えたとき、破裂板が破裂してガス空間内の水素ガスが１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に設置された水素反応設備内に導かれる。水素反応設備は、水素を酸素と反応させて水を生成し、水素濃度を低減させる。これにより、１次原子炉格納容器内の圧力及び水素濃度が低減される。
【００１０】
原子炉格納容器のドライウエル及びウエットウエル内に可燃性ガス濃度低減装置を配置することが、特開平１０−２２７８８５号公報に記載されている。この可燃性ガス濃度低減装置は、チムニ内に触媒を配置している。冷却材喪失事故が発生したとき、水素及び酸素を含む蒸気が破断箇所から原子炉格納容器のドライウエル内に放出される。水素及び酸素はチムニ内に流入し触媒の作用によって結合されて水になる。このように、可燃性ガス濃度低減装置によってドライウエル内の可燃性ガス（水素）の濃度が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−８５２３４号公報
【特許文献２】特開平８−３３４５８５号公報
【特許文献３】特開平１０−２２７８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備では、過酷事故時に発生した多量の水素は、破裂板の破裂によって水素反応設備に導かれて酸素と結合して水を生成する。このように、発生した水素が処理されて水素濃度が低減される。
【００１３】
しかしながら、発明者は、特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備を詳細に検討した結果、この原子炉格納設備では、水素反応設備が２次原子炉格納容器内の狭い空間に設置されているため、水素濃度の低減に時間を要するという新たな課題が存在することを発見した。
【００１４】
本発明の目的は、可燃性ガスの濃度を短時間に低減することができる原子炉格納設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、１次原子炉格納容器内に形成された第１圧力抑制室が、冷却水が充填される第１圧力抑制プール、及び第１圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成される第１空間領域を有し、
１次原子炉格納容器とこの１次原子炉格納容器を覆う２次原子炉格納容器の間に配置された仕切り床が１次原子炉格納容器及び２次原子炉格納容器に設置され、
第１圧力抑制プールと連通して冷却水が充填される第２圧力抑制プール、及び第２圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成され、第１空間領域に連通された第２空間領域を有する第２圧力抑制室が、仕切り床の下方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成され、
機器設置エリアが、仕切り床の上方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成され、
破裂板によって封鎖されてこの破裂板が破裂したとき第２空間領域と機器設置エリアを連絡する複数の開口部が、仕切り床に形成され、
複数の可燃性ガス処理装置が機器設置エリアに連絡され、
機器設置エリア内の空間の容積が、第１空間領域の容積及び第２空間領域の容積を合計した容積の７５％以上１２０％以下の範囲にあることにある。
【００１６】
機器設置エリア内の空間の容積が、第１空間領域の容積及び第２空間領域の容積を合計した容積の７５％以上１２０％以下の範囲にあり、この機器設置エリアに連絡される複数の可燃性ガス処理装置を設けることによって、事故時にドライウエル内に蒸気と共に放出された水素をそれらの可燃性ガス処理装置によって効率良く処理することができる。このため、１次原子炉格納容器に放出された水素の濃度を短時間に低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、事故時に１次原子炉格納容器内に放出される可燃性ガスの濃度を短時間に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の好適な一実施例である原子炉格納設備の縦断面図である。
【図２】図１に示す触媒式可燃性ガス処理装置の拡大縦断面図である。
【図３】触媒式可燃性ガス処理装置を設置していない原子炉格納設備において、過酷事故時における各部での圧力の時間変化を示す特性図である。
【図４】触媒式可燃性ガス処理装置を設置していない原子炉格納設備において、過酷事故時における各部での水素ガス濃度の時間変化を示す特性図である。
【図５】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、触媒式可燃性ガス処理装置の設置位置及び基数を変えた場合での、過酷事故時における各部での水素ガス濃度の時間変化を示す特性図である。
【図６】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、触媒式可燃性ガス処理装置の設置位置による各部での水素ガス重量の時間変化を示す特性図である。
【図７】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、触媒式可燃性ガス処理装置の設置位置を変えたときにおける、水素ガス処理量の時間変化を示す特性図である。
【図８】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、機器設置エリアの容積を変えたときにおける、水素ガス処理量の時間変化を示す特性図である。
【図９】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、機器設置エリアの容積を変えたときにおける、機器設置エリアの水素濃度の時間変化を示す特性図である。
【図１０】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、破裂板の破裂後の経過時間をパラメータにしたときにおける、水素ガス処理量の、機器設置エリアの容積による影響を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備では、水素反応設備が、前述したように、１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成されて、ウエットウエルと運転階エリアを連絡する通路内に設置されている。水素反応設備が設置された領域は、１次原子炉格納容器が２次原子炉格納容器の近くまで迫っており、非常に狭い領域になっている。発明者らは、このように狭い領域に水素反応設備を設置したのでは、その領域内の水素が水素反応設備により処理されてその領域内の水素濃度が低下して、その領域内の水素が少なくなり過ぎるので、ウエットウエル内の水素濃度が高い状態であっても、水素反応設備による水素の処理効率が低下するとの新たな課題の発生を見出したのである。このため、１次原子炉格納容器内の水素濃度の低減に長時間を要することになる。
【００２０】
そこで、発明者らは、特開２００４−８５２３４号公報に記載された原子炉格納設備において、仕切り床上方の機器設置エリア内に可燃性ガス処理装置を設置すれば良いとの考えを思い付いた。そして、発明者らは、機器設置エリア内に設置した触媒式可燃性ガス処理装置による可燃性ガスである水素の処理について検討した。この検討結果を以下に説明する。
【００２１】
機器設置エリアに触媒式可燃性ガス処理装置を設置しない場合におけるウエットウエル、機器設置エリア及び運転階エリアのそれぞれの圧力の、破裂板の破裂時点からの時間経過に伴う変化を図３に示す。過酷事故の発生により上昇したウエットウエル内の圧力は、破裂板が破裂した後に減少し、その破裂時点から約１５分が経過した後では、その減少度合いが低下する。機器設置エリア及び運転階エリア内の各圧力は、ウエットウエル内の圧力の低下に伴って上昇する。機器設置エリア及び運転階エリア内の各圧力は、同じように変化し、同じ値を示している。単に、ウエットウエルと称した場合は、１次原子炉格納容器内に形成された第１圧力抑制室内の、第１圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成される第１空間領域（後述の実施例における内側ウエットウエル９）、及び１次原子炉格納容器とこの１次原子炉格納容器を覆う２次原子炉格納容器の間に形成された第２圧力抑制室内の、第２圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成された第２空間領域（後述の実施例における外側ウエットウエル２６）の両者を合せた領域を意味する。
【００２２】
機器設置エリアに触媒式可燃性ガス処理装置を設置しない場合におけるウエットウエル、機器設置エリア及び運転階エリアのそれぞれの水素濃度の、破裂板の破裂時点からの時間経過に伴う変化を図４に示す。過酷事故の発生によりウエットウエル内の水素濃度は高い状態になっている。破裂板が破裂した後、ウエットウエル内の水素濃度が減少する。機器設置エリア及び運転階エリア内の各水素濃度は、破裂板の破裂後に上昇する。機器設置エリア内の水素濃度の上昇度合いは、運転階エリア内の水素濃度のそれよりも大きくなっている。すなわち、破裂板の破裂前では０であった、機器設置エリアおよび運転階エリアのそれぞれの水素濃度が破裂板の破裂に伴い増大し、これに対して、ウエットウエルの水素濃度が低下している。ウエットウエルから放出された水素が直接流入する機器設置エリアの水素濃度の上昇が顕著であり、運転階エリアの水素濃度の４〜５倍の増加となっている。これは、水素が蓄積されていたウエットウエルから放出された水素濃度の高い混合気体が機器設置エリアに直接流入するためであり、さらには、機器設置エリアでの水素ガスの希釈の度合いが小さいためである。この状態は、破裂した破裂板を通して機器設置エリアに水素ガスが流入する間、維持される。この間、機器設置エリアの水素濃度が運転階エリアの水素濃度よりも高くなる。
【００２３】
図３及び図４は、過酷事故時の圧力及び水素濃度の挙動についての解析結果を示している。解析の対象とした過酷事故は、主蒸気管の破断及び炉心内への注水の失敗を想定した。なお、この解析では、機器設置エリア内の空間の容積（機器設置エリア内の全容積から機器設置エリアに設置された機器及び配管の容積を差し引いた容積）を、ウエットウエルの容積の１１３％としている。これらの解析は、解析コードとして、原子力プラントの過酷事故を評価するＭＡＡＰコードを用いて行った。ＭＡＡＰコードは、“ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｔｉ．ｇｏ．ｊｐ／ｒｅｐｏｒｔ／ｄｏｗｎｌｏａｄｆｉｌｅｓ／ｇ２１２０６ｂｊ．ｐｄｆ“等の文献に紹介されている。後述の図５から図１０に示された解析結果も、ＭＡＡＰコードを用いて得られたものである。ウエットウエルの容積とは、上記した第１圧力抑制室内の、第１圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成される第１空間領域（後述の実施例における内側ウエットウエル９）の容積、及び上記した第２圧力抑制室内の、第２圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成された第２空間領域（後述の実施例における外側ウエットウエル２６）の容積を合計した容積である。
【００２４】
発明者らは、触媒式可燃性ガス処理装置を仕切り床より上方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に配置した場合における１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間での水素濃度の、破裂板が破裂した後における変化を、ＭＡＡＰコードを用いて解析した。この解析結果を図５に示す。この解析結果は、２基の触媒式可燃性ガス処理装置を機器設置エリア内に配置した第１ケース、及び１基の触媒式可燃性ガス処理装置を機器設置エリア内に配置し、１基の触媒式可燃性ガス処理装置を運転階エリア内に配置した第２ケースについて示している。なお、第１ケース及び第２ケースにおけるウエットウエル、機器設置エリア及び運転階エリアのそれぞれの圧力の変化は、図３と同じである。これは、触媒式可燃性ガス処理装置による水素の処理量が、空気及び水蒸気を含む全ガス量に対して相対的に微量であるからである。
【００２５】
図５に示す解析結果と図４に示す解析結果を比較したとき、図５から明らかであるように、触媒式可燃性ガス処理装置を設置したエリアでの水素濃度が低下している。機器設置エリアの水素濃度は、第１及び第２ケース共、運転階エリアの水素濃度より高い状態が維持される。ウエットウエル及び運転階エリアのそれぞれの水素濃度の変化は、第１ケース及び第２ケースで実質的に同じである。また、機器設置エリアの水素濃度は、第２ケースよりも第１ケースで低くなっている。なお、原子力プラントの運転時には、ウエットウエルには窒素ガス、及び機器設置エリア及び運転階エリアには空気が存在する。上記したウエットウエル、機器設置エリア及び運転階エリアの各水素濃度は、破裂板の破裂後において、それぞれの領域に存在する気体（例えば、窒素ガス、空気）を考慮したときの水素の濃度である。
【００２６】
図５に示された２ケース、すなわち、第１及び第２ケースのそれぞれについて、各エリアに存在する水素ガスの重量の、破裂板の破裂時点からの時間経過に伴う変化を図６に示す。なお、図６における水素ガス重量は、破裂板の破裂前にウエットウエルに存在した水素ガスの重量で規格化している。機器設置エリアでは、第１ケースの水素ガス重量が第２ケースの水素ガス重量よりも小さくなっている。運転階エリアでは、第２ケースの水素ガス重量が第１ケースの水素ガス重量よりも小さくなっている。
【００２７】
第１及び第２ケースについて、触媒式可燃性ガス処理装置による水素の処理量を図７に示す。図７に示す水素の処理量は、図６と同様に、破裂板の破裂前にウエットウエルに存在した水素ガス重量で規格化している。図７に示された各特性によれば、どちらのケースも２基の触媒式可燃性ガス処理装置を使用しているにもかかわらず、２基の触媒式可燃性ガス処理装置を機器設置エリアに設置している第１ケースでの水素の処理量が、１基の触媒式可燃性ガス処理装置を機器設置エリアに設置している第２ケースのそれよりも約７０％大きくなる。これは、ウエットウエルからの水素ガスが破裂板の破裂によって機器設置エリアに直接放出されるため、機器設置エリアの水素濃度が高くなり、運転階エリアよりも機器設置エリアに設置された触媒式可燃性ガス処理装置による水素処理効率が高くなるのである。このことから、可燃性ガスである水素を処理する触媒式可燃性ガス処理装置を、１次原子炉格納容器内に形成された、高濃度の水素ガスが蓄積されているウエットウエルから水素ガスが直接放出される機器設置エリアに設置することによって、水素の処理効率を高めることができる。換言すれば、破裂板の破裂後に高い水素濃度が保持される機器設置エリアに触媒式可燃性ガス処理装置を設置することによって、水素の処理効率を向上させることができる。この結果、触媒式可燃性ガス処理装置の設置基数を低減することが可能である。
【００２８】
機器設置エリアの容積が触媒式可燃性ガス処理装置の水素の処理効率に与える影響を、図８を用いて説明する。図８には、機器設置エリア内に形成された空間の容積（機器設置エリアの全容積から、機器設置エリア内に配置された機器及び配管の容積を除いた容積）をウエットウエルの容積で規格化した値で、１１３％のケース（以下、ケースＡという）及び１３％のケース（以下、ケースＢという）の２ケースについて、機器設置エリアに２基の触媒式可燃性ガス処理装置を設置した状態でのそれぞれの水素ガスの処理量を示している。この水素ガスの処理量は、図７と同様に、破裂板の破裂前にウエットウエルに存在した水素ガス重量で規格化している。図８に示された特性に基づいて、機器設置エリア内に形成された空間の容積がウエットウエルの容積の１１３％であるケースＡの場合には、その空間の容積の１３％であるケースＢの場合に比べて、水素ガスの処理量が１００％以上大きくなることが分かった。
【００２９】
図８に示された２つのケースのそれぞれにおける機器設置エリアの水素濃度の時間経過に伴う変化を図９に示す。機器設置エリアの水素濃度は、ケースＢよりも機器設置エリア内の空間容積がウエットウエル容積の１１３％であるケースＡのほうが高くなる。これは、機器設置エリア内に形成された空間の容積が小さい場合には、破裂板の破裂によってウエットウエルから機器設置エリアに放出された可燃性ガスが空間内に存在する絶対量が相対的に小さく触媒式可燃性ガス処理装置により処理され水素濃度低減の効果が相対的に大きくなり、機器設置エリアの水素濃度が低下するためである。このように水素濃度が低くなるため、機器設置エリア内の空間容積が小さい場合に水素ガスの処理効率が低下する。この結果、触媒式可燃性ガス処理装置の水素ガス処理効率を高くするためには、ウエットウエルから可燃性ガスが最初に放出される空間の有効容積を大きくする必要がある。
【００３０】
ウエットウエルから破裂板の破裂によって最初に可燃性ガスが放出される空間である機器設置エリア内に形成された空間の容積に対する水素ガス処理量の依存性を図１０に示す。図１０における機器設置エリア及び水素処理量は、前述したように、規格化した値を使用している。図１０には、破裂板の破裂時点から１５分及び３０分のそれぞれのケースに対する特性が記載されている。各ケース共、機器設置エリア内の空間の容積が大きくなるにつれて水素の処理量は増加する。しかしながら、ウエットウエルの容積で規格化された、機器設置エリア内の空間の容積が７５％以上では、水素の処理量の増加度合いが飽和傾向となる。これは、ウエットウエルの容積に対する機器設置エリア内の空間の容積の割合が７５％よりも小さい領域では、機器設置エリア内の空間の容積に対して触媒式可燃性ガス処理装置で処理された水素ガス量が無視できず、機器設置エリア内の水素濃度が低下するが、ウエットウエルの容積に対する機器設置エリア内の空間の容積の割合が７５％以上の領域では水素処理量がその空間内の水素濃度に及ぼす影響が小さくなるためである。このため、破裂板の破裂時点でウエットウエルから最初に可燃性ガスが放出される空間である機器設置エリア内の空間の容積をウエットウエルの容積の７５％以上にすることによって、破裂板の破裂時点以降の機器設置エリア内の空間の水素濃度を高くすることができ、機器設置エリア内に設置した触媒式可燃性ガス処理装置による水素の処理効率を向上させることができる。この結果、２次原子炉格納容器内に設置される触媒式可燃性ガス処理装置の基数を低減できる。
【００３１】
また、ウエットウエルの容積に対する機器設置エリア内の空間の容積の割合が１２０％を超えた場合には、機器設置エリア内での水素の処理量が低下する。このため、ウエットウエルの容積に対する機器設置エリア内の空間の容積の割合は、１２０％以下にすることが望ましい。この場合、破裂板開放後の該空間の水素濃度を高くすることができ、設置した触媒式処理機（反応器）の処理能力を最大能力の９５％以上を維持可能であることがわかる。その結果、空間容積が過少あるいは過大である場合に比べて処理量が大きく維持でき、可燃性ガス処理系である触媒式反応器の数を低減可能である。
【００３２】
以上に述べた検討結果を考慮した、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００３３】
本発明の好適な一実施例である、原子力プラントに用いられる原子炉格納設備を、図１を用いて説明する。本実施例の原子炉格納設備１は、１次原子炉格納容器３、２次原子炉格納容器１５及び複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７を備えている。１次原子炉格納容器３は、上蓋４を含んでおり、コンクリートマット３４上に設置される。１次原子炉格納容器３が、コンクリートマット３４上に設置された鋼製の２次原子炉格納容器１５内に配置される。２次原子炉格納容器１５が、コンクリートマット３４上に設置された鉄筋コンクリート製の外部容器３３内に配置される。
【００３４】
ペデスタル１１が、１次原子炉格納容器３内に配置され、コンクリートマット３４上に設置される。原子炉圧力容器２がペデスタル１１上に設置される。円筒状のγ線遮へい体５が，原子炉圧力容器２を取り囲んでおり、ペデスタル１１上に設置される。環状のダイヤフラムフロア１０の外周部が１次原子炉格納容器３の内面に設置され、ダイヤフラムフロア１０の内周部がペデスタル１１に設置される。
【００３５】
ドライウエル６と第１圧力抑制室７がダイヤフラムフロア１０によって隔離されている。ドライウエル６はダイヤフラムフロア１０の上方に配置され、環状の第１圧力抑制室７がダイヤフラムフロア１０の下方に配置されてペデスタル１１を取り囲んでいる。原子炉圧力容器２がドライウエル６内に配置される。冷却水を充填した内側圧力抑制プール（第１圧力抑制プール）８、及び内側圧力抑制プール８の冷却水の水面よりも上方の空間である内側ウエットウエル（第１空間領域）９が、第１圧力抑制室７内に形成されている。複数のベント通路１２がペデスタル１１内に形成され、ペデスタル１１の周方向に所定の間隔を置いて配置される。各ベント通路１２の上端がドライウエル６に開放され、各ベント通路１２の下端部が内側圧力抑制プール８の冷却水中に開放されている。
【００３６】
主蒸気配管３７及び給水配管３８が原子炉圧力容器２に接続される。主蒸気配管３７は、１次原子炉格納容器３、２次原子炉格納容器１５及び外部容器３３を貫通してタービン（図示せず）に接続される。給水配管３８は、１次原子炉格納容器３、２次原子炉格納容器１５及び外部容器３３を貫通して、タービンから排気される蒸気を凝縮する復水器（図示せず）に接続される。
【００３７】
１次原子炉格納容器３は、ＡＢＷＲで用いられている鉄筋コンクリート製格納容器（ＲＣＣＶ）であり、コンクリートマット３４上に設置される円筒部と、円筒部の上端部に設けられて天井部を形成するトップスラブを有する。上蓋４はトップスラブに取り外し可能に設置される。
【００３８】
原子炉ウェル２２、燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４が、１次原子炉格納容器３に設けられ、１次原子炉格納容器３の上方に配置される。原子炉ウェル２２が原子炉圧力容器３の真上に配置され、燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４が原子炉ウェル２２の両脇に配置されている。
【００３９】
環状の仕切り床１７が、燃料貯蔵プール２３の底面よりも下方で１次原子炉格納容器３と２次原子炉格納容器１５の間に配置される。仕切り床１７の内周部が１次原子炉格納容器３の外面に設置され、仕切り床１７の外周部が２次原子炉格納容器１５の内面に設置される。環状の第２圧力抑制室１６が、仕切り床１７よりも下方で１次原子炉格納容器３と２次原子炉格納容器１５の間に形成され、１次原子炉格納容器３を取り囲んでいる。第２圧力抑制室１６内には、冷却水が充填された環状の外側圧力抑制プール（第２圧力抑制プール）２５、及び外側圧力抑制プール２５の冷却水の水面よりも上方に存在する環状の外側ウエットウエル（第２空間領域）２６が形成されている。内側圧力抑制プール８と外側圧力抑制プール２５は、１次原子炉格納容器３の円筒部に形成された複数の連通孔１３によって連絡されている。内側ウエットウエル９と外側ウエットウエル２６は、複数の連通孔１４によって連絡されている。
【００４０】
機器設置エリア２０が、仕切り床１７よりも上方で1次原子炉格納容器３と２次原子炉格納容器１５の間に形成されており、１次原子炉格納容器の円筒部を取り囲んでいる。機器設置エリア２０内に形成された空間の容積は内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６のそれぞれの容積を合計した容積（以下、ウエットウエル容積という）の容積の１１３％になっている。機器設置エリア２０内に形成された空間とは、機器設置エリア２０内に設置された機器（例えば、触媒式可燃性ガス処理装置２７）及び配管を除外した、機器設置エリア２０内の空間であり、空気が存在している空間である。運転階エリア２１が、原子炉ウェル２２、燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４の上方で２次原子炉格納容器１５内に形成される。運転階エリア２１の床面を形成する運転床（図示せず）が、２次原子炉格納容器１５内に形成されている。原子炉ウェル２２、燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４のそれぞれの上端部は、運転床によって取り囲まれている。運転床は円形の横断面を有している。運転床の側面と２次原子炉格納容器１５の内面の間には、環状間隙３９が形成される。なお、この環状隙間３９は、機器設置エリア２０と運転階エリア２１を連絡すればよいので、環状でなく周方向において何箇所か存在する通路にしてもよい。機器設置エリア２０と運転階エリア２１は環状間隙３９によって連絡される。燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４が、１次原子炉格納容器３の円筒部の外面よりも外側に張り出しているので、環状間隙３９の内面の直径が１次原子炉格納容器３の円筒部の外面の直径よりも大きくなっている。
【００４１】
環状の仕切り床１７を貫通する複数の開口部１８が仕切り床１７に形成されている。破裂板１９が、開口部１８内に配置され、仕切り床１７に設置されている。開口部８は、通常状態において破裂板１９によって封鎖されており、破裂板１９が破裂したときに機器設置エリア２０と外側ウエットウエル２６を連絡する。破裂板１９は、０．４２ＭＰａの圧力で破裂するように構成されている。
【００４２】
複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７が、図１に示すように、機器設置エリア２０内に設置される。それぞれの触媒式可燃性ガス処理装置２７は、別々に、各開口部１８の真上に配置されている。
【００４３】
触媒式可燃性ガス処理装置２７の構成を、図２を用いて詳細に説明する。触媒式可燃性ガス処理装置２７は、横断面が例えば矩形の筒状体であるケーシング２８、及び水素と酸素の結合反応を促進させる触媒が充填された触媒層２９を有する。触媒層２９よりも下方でケーシング２８の下端部にはガス流入口３０が形成され、触媒層２９よりも上方でケーシング２８の上端部にはガス流出口３１が形成されている。触媒式可燃性ガス処理装置２７は、ケーシング２８の下端に取り付けられた複数（例えば、４本）の支持部材３２によって、仕切り床１７の上面に設置される。ガス流入口３０は開口部１８の真上に位置している。ガス流入口３０は支持部材３２の相互間を通して機器設置エリア２０内の空間に連絡される。ガス流出口３１もその空間に連絡される。
【００４４】
原子力プラントの運転中、１次原子炉格納容器３内のドライウエル６及び内側ウエットウエル９、及び２次原子炉格納容器１５内の外側ウエットウエル２６には、不活性ガスである窒素ガスが充填されている。機器設置エリア２０及び運転階エリア２１は、原子力プラントの運転中でも作業員が出入りできるように空気雰囲気になっている。
【００４５】
冷却水が充填された外周プール３５が、２次原子炉格納容器１５と外部容器３３の間に形成され、２次原子炉格納容器１５を取り囲んでいる。外周プール３５は外側圧力抑制プール２５を取り囲んでいる。
【００４６】
原子力プラントの運転中に、１次原子炉格納容器３内で主蒸気配管３７が破断したとする。原子炉圧力容器２内の圧力が低下するので、原子炉圧力容器内の高温高圧の冷却水は、蒸気になって主蒸気配管３７の破断箇所からドライウエル６内に噴出する。このとき、通常であれば、原子力プラントに設けられた安全系の高圧炉心注水系が作動して炉心内に冷却水が注水され、炉心に装荷されている各燃料集合体に含まれる複数の燃料棒が冷却される。主蒸気配管３７が破断して高圧炉心注水系が作動した場合は、単なる冷却材喪失事故である。しかしながら、万が一、その高圧炉心注水系が何らかの原因により作動しなかった場合には、前述した過酷事故となる。
【００４７】
このような過酷事故が発生した場合には、主蒸気配管３７の破断箇所からドライウエル６に噴出した蒸気は、可燃性ガスである多量の水素を含んでいる。ドライウエル６内の、水素を含む高温高圧の蒸気は、各ベント通路１２を通って内側圧力抑制プール８内の冷却水中に放出される。蒸気は、その冷却水によって凝縮される。内側圧力抑制プール８内の冷却水は、蒸気を凝縮することによって温度が上昇する。内側圧力抑制プール８内の温度が上昇した冷却水は、上部に位置する連通孔１３を通して外側圧力抑制プール２５内に流入し、鋼製の２次原子炉格納容器１５に接触する外周プール３５内の冷却水によって冷却される。外周プール３５内の冷却水で冷却された外側圧力抑制プール２５内の冷却水は、下部に位置する連通孔１３を通して内側圧力抑制プール８内に戻される。内側圧力抑制プール８内の冷却水は、このように、外周プール３５内の冷却水によって冷却されるので、ベント通路１２から放出される蒸気を効率良く凝縮することができる。この蒸気の凝縮によってドライウエル６内の圧力上昇が抑制される。外周プール３５内の冷却水は、外側圧力抑制プール２５内の冷却水によって加熱されて蒸気になる。発生したこの蒸気は、２次原子炉格納容器１５と外部容器３３の間に形成される環状通路３６を上昇して、外部容器３３の天井部に形成された開口（図示せず）から外部容器３３の外部に放出される。外周プール３５内の冷却水の水面が設定水位よりも低下した場合には、外周プール３５内に冷却水が補給される。
【００４８】
蒸気に含まれた水素は、圧力抑制プール８内の冷却水によって凝縮されないので、内側ウエットウエル９及び連通孔１４を通って外側ウエットウエル２６に到達する。このように、各ベント通路１２によって導かれた水素は、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内に蓄積される。水素の蓄積により、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内の圧力が上昇する。外側ウエットウエル２６内の圧力が０．４２ＭＰａまで上昇したとき、開口部１８を封鎖している破裂板１９が破裂する。
【００４９】
外側ウエットウエル２６及び内側ウエットウエル９内の窒素ガス及び水素ガスが、開口部１８内を上昇し、ガス流入口３０よりケーシング２８内に流入する。この水素ガス等は、ケーシング２８内の触媒層２９に到達する。触媒槽２９には、機器設置エリア２０に存在する酸素を含む空気がガス流入口３０より供給される。触媒槽２９に流入した水素と酸素は、触媒槽２９に存在する触媒の作用によって結合されて水になる。触媒槽２９から排気された空気等のガスは、ケーシング２８内を上昇してガス流出口３１から機器設置エリア２０の空間に放出される。水素と酸素の結合反応が発熱反応であるので、触媒槽２９内で空気が加熱されて空気の温度が上昇する。温度が上昇した空気がケーシング２８内を上昇するので、ケーシング２８による煙突効果によって、機器設置エリア２０の空気がガス流入口３０よりケーシング２８内に流入しやすくなる。このため、触媒槽２９内での水素と酸素の結合反応がさらに促進される。
【００５０】
開口部１８を上昇した水素は、機器設置エリア２０に設置された複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７によって酸素と結合されるので、効率良く水素を処理することができ、図９に示すケースＡのように機器設置エリア２０の水素濃度を低減することができる。機器設置エリア２０で水素が効率良く処理されるので、運転階エリア２１の水素濃度の上昇が抑制される。
【００５１】
過酷事故が発生してから破裂板１９が破裂するまでの間、ドライウエル６に放出された水素の影響により、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内の圧力が上昇する。この圧力が０．４２ＭＰａに到達したとき、破裂板１９が破裂し、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内の圧力が、開口部１８を通して、瞬時に、機器設置エリア２０に開放される。この結果、図３に示すように、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内の圧力が低下し、機器設置エリア２０及び運転階エリア２１の圧力が上昇し、各エリアの圧力は約０．１５ＭＰａで静定される。
【００５２】
本実施例は、機器設置エリア２０の空間の容積をウエットウエル容積の１１３％にし、この機器設置エリア２０に複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７を設置しているので、破裂板１９の破裂によって外側ウエットウエル２６から放出された水素を効率良く処理することができる。このため、過酷事故時に１次原子炉格納容器３内に放出された水素を短時間に処理することができる。空気が存在する機器設置エリア２０及び運転階エリア２１のそれぞれの水素濃度の増加を抑制することができ、それらのエリアにおける水素と酸素の急激な反応を防止することができる。
【００５３】
本実施例では、触媒式可燃性ガス処理装置２７を、破裂板１９を設置した開口部１８の真上に配置しているので、破裂板１９が破裂したときに開口部１８を通過する水素濃度の高いガスを触媒式可燃性ガス処理装置２７に導くことができるので、触媒式可燃性ガス処理装置２７による水素の処理効率がさらに向上する。
【００５４】
本実施例では、機器設置エリア２０の空間の容積をウエットウエル容積の１１３％にしているが、機器設置エリア２０の空間の容積をウエットウエル容積の７５％以上１２０％以下の範囲に含まれる任意の値に設定しても、上記した各効果を得ることができる。
【００５５】
各触媒式可燃性ガス処理装置２７は、水平方向において開口部１８の真上からずれた位置で、機器設置エリア２０に配置し、仕切り床１７上に設置してもよい。この場合でも、複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７が、ウエットウエル容積の１１３％の容積を有する機器設置エリア２０に配置されているので、上記した実施例と同様に、水素の処理効率を向上させることができ、１次原子炉格納容器３内の水素を短時間に処理することができる。しかしながら、各触媒式可燃性ガス処理装置２７は、水平方向において開口部１８の真上からずれた位置で、機器設置エリア２０に配置されているので、破裂板１９が破裂した後に開口部１８から機器設置エリア２０内に放出された水素は、上記した実施例よりも機器設置エリア２０内の空気によって希釈される。このため、上記した実施例よりも水素濃度が低下したガスが触媒槽２９に導かれるので、上記した実施例に比べて水素の処理効率が低下する。
【００５６】
図１に示す実施例では、機器設置エリア２０内に動的機器を設けない触媒式可燃性ガス処理装置２７を設置しているが、機器設置エリア２０に動的機器（例えば、ブロア）を設けた供給配管を接続し、この供給配管を、外部容器３３の外部に設置された触媒式可燃性ガス処理装置２７のガス流入口３０に接続してもよい。この構成においては、機器設置エリア２０に接続された戻り配管がガス排出口３１に接続される。破裂板１９の破裂によって機器設置エリア２０に放出された水素は、動的機器の駆動によって、機器設置エリア２０内の空気と共に、供給配管を通して触媒式可燃性ガス処理装置２７に導かれ、触媒式可燃性ガス処理装置２７内で処理される。触媒式可燃性ガス処理装置２７から排出された、水素濃度が低下したガスは、戻り配管を通して機器設置エリア２０に戻される。このような実施例でも、機器設置エリア２０に直接放出された水素を触媒式可燃性ガス処理装置２７で処理するので、図１に示す実施例と同様に、水素の処理効率を向上させることができる。しかしながら、触媒式可燃性ガス処理装置２７を外部容器３３の外部に配置するその実施例では、動的機器が必要になり、配管の引き回しも必要になる。このような実施例に比べて、機器設置エリア２０に触媒式可燃性ガス処理装置２７を設置する図１に示す実施例は、動的機器、及び配管の引き回しが不要であり、原子炉格納設備の構成を単純化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、沸騰水型原子力プラントに適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…原子炉格納設備、２…原子炉圧力容器、３…１次原子炉格納容器、６…ドライウエル、７…第１圧力抑制室、８…内側圧力抑制プール、９…内側ウエットウエル、１０…ダイヤフラムフロア、１１…ペデスタル、１２…ベント通路、１５…２次原子炉格納容器、１６…第２圧力抑制室、１７…仕切り床、１８…開口部、１９…破裂板、２０…機器設置エリア、２１…運転階エリア、２５…外側圧力抑制プール、２６…外側ウエットウエル、２７…触媒式可燃性ガス処理装置、２８…ケーシング、２９…触媒層、３３…外部容器、３５…外周プール。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉格納設備に係わり、特に、沸騰水型原子力プラントに適用するのに好適な原子炉格納設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントでは、原子炉圧力容器を覆っている１次原子炉格納容器、１次原子炉格納容器を覆っている鋼製の２次原子炉格納容器、及び２次原子炉格納容器を取り囲む外部容器を有する原子炉格納設備を備えている。
【０００３】
この原子炉格納設備の例が、特開２００４−８５２３４号公報に記載されている。特開２００４−８５２３４号公報に記載された自然放熱型の原子炉格納設備は、１次原子炉格納容器、１次原子炉格納容器を覆っている鋼製の２次原子炉格納容器、及びコンクリート製の外部容器を有する。１次原子炉格納容器は、耐圧機能を有するコンクリート部、及びコンクリート部の内面を覆って気密機能を有するライナを有する。１次原子炉格納容器内には、ダイヤフラムフロアで隔離されたドライウエル及び圧力抑制室が形成されている。圧力抑制室は、圧力抑制プール、及び圧力抑制プールの冷却水の水面上方に形成されるウエットウエルを有する。原子炉圧力容器は、１次原子炉格納容器内に設置されたベデスタルに設置され、ドライウエル内に配置される。
【０００４】
仕切り床が、１次原子炉格納容器及び２次原子炉格納容器に取り付けられ、ダイヤフラムフロアとほぼ同じ高さに配置されている。仕切り床の下方には、圧力抑制プールと連通するプールが形成される。このプール内にも冷却水が充填されている。仕切り床には、開口部が形成され、この開口部は破裂板（ラプチャーディスク）によって封鎖されている。機器設置エリアが仕切り床の上方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成される。
【０００５】
燃料貯蔵プール、機器仮置きプール及び原子炉ウェルが、２次原子炉格納容器内で１次原子炉格納容器の上方に配置されている。運転階エリアが、燃料貯蔵プール、機器仮置きプール及び原子炉ウェルの上方で２次原子炉格納容器内に形成される。この運転階エリアは機器設置エリアに連絡されている。冷却水が充填された外周プールが、２次原子炉格納容器と外部容器の間に形成されている。
【０００６】
原子炉圧力容器に接続された主蒸気配管等が破断して冷却材喪失事故が発生した場合には、ドライウエル内に主蒸気配管の破断部から高温の蒸気が放出される。この蒸気は、圧力抑制プール内の冷却水中に放出されて凝縮される。これにより、ドライウエル内の圧力上昇が低減される。圧力抑制プール内の冷却水の温度は、蒸気の凝縮により上昇するが、鋼製の２次原子炉格納容器を通して外周プール内の冷却水に伝えられる。結果的に、圧力抑制プール内の冷却水が、外周プール内の冷却水によって冷却され、温度上昇が抑制される。外周プール内の冷却水はその加熱により蒸気になり、外部容器外に放出される。
【０００７】
特開２００４−８５２３４号公報に記載された原子炉格納設備では、圧力抑制室内の、圧力抑制プールの冷却水液面上方の非凝縮性ガスが溜まっているウエットウエルの圧力が設定圧力以上に上昇した場合には、仕切り床に設けられた破裂板が破裂し、ウエットウエル内のガスが機器設置エリア及び運転階エリアに放出される。このガスの放出によって、ウエットウエル内の圧力上昇が抑制される。
【０００８】
特開平８−３３４５８５号公報も、自然放熱型の原子炉格納設備を記載している。この原子炉格納設備も、特開２００４−８５２３４号公報に記載された原子炉格納設備と同様に、１次原子炉格納容器、１次原子炉格納容器を覆っている鋼製の２次原子炉格納容器、及びコンクリート製の外部容器を有する。特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備は、特開２００４−８５２３４号公報のように仕切り床を設けていないが、１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成されて、ウエットウエル内のガス空間と運転階エリアを連絡する通路内で、燃料貯蔵プールの底部の位置に破裂板を設け、この破裂板より上方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に、水素反応設備を設置している。
【０００９】
原子力プラントでは、発生確率が非常に小さい過酷事故が発生しても原子炉格納設備による安全性の確保が要求されている。過酷事故が発生した場合には、原子炉圧力容器内の炉心に装荷された燃料集合体に含まれる燃料棒の被覆管を構成しているジルコニウム合金と水の反応によって多量の水素が発生する。このような多量の水素は、既設の可燃性ガス濃度制御系及び非常用ガス処理系で処理することができなくなる。このため、特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備では、２次原子炉格納容器内に水素反応設備を設置している。過酷事故で発生した多量の水素が、ドライウエルから圧力抑制プール内に放出され、ウエットウエル内に蓄積される。このウエットウエル内の圧力が設定圧力を超えたとき、破裂板が破裂してガス空間内の水素ガスが１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に設置された水素反応設備内に導かれる。水素反応設備は、水素を酸素と反応させて水を生成し、水素濃度を低減させる。これにより、１次原子炉格納容器内の圧力及び水素濃度が低減される。
【００１０】
原子炉格納容器のドライウエル及びウエットウエル内に可燃性ガス濃度低減装置を配置することが、特開平１０−２２７８８５号公報に記載されている。この可燃性ガス濃度低減装置は、チムニ内に触媒を配置している。冷却材喪失事故が発生したとき、水素及び酸素を含む蒸気が破断箇所から原子炉格納容器のドライウエル内に放出される。水素及び酸素はチムニ内に流入し触媒の作用によって結合されて水になる。このように、可燃性ガス濃度低減装置によってドライウエル内の可燃性ガス（水素）の濃度が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−８５２３４号公報
【特許文献２】特開平８−３３４５８５号公報
【特許文献３】特開平１０−２２７８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備では、過酷事故時に発生した多量の水素は、破裂板の破裂によって水素反応設備に導かれて酸素と結合して水を生成する。このように、発生した水素が処理されて水素濃度が低減される。
【００１３】
しかしながら、発明者は、特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備を詳細に検討した結果、この原子炉格納設備では、水素反応設備が２次原子炉格納容器内の狭い空間に設置されているため、水素濃度の低減に時間を要するという新たな課題が存在することを発見した。
【００１４】
本発明の目的は、可燃性ガスの濃度を短時間に低減することができる原子炉格納設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、１次原子炉格納容器内に形成された第１圧力抑制室が、冷却水が充填される第１圧力抑制プール、及び第１圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成される第１空間領域を有し、
１次原子炉格納容器とこの１次原子炉格納容器を覆う２次原子炉格納容器の間に配置された仕切り床が１次原子炉格納容器及び２次原子炉格納容器に設置され、
第１圧力抑制プールと連通して冷却水が充填される第２圧力抑制プール、及び第２圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成され、第１空間領域に連通された第２空間領域を有する第２圧力抑制室が、仕切り床の下方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成され、
機器設置エリアが、仕切り床の上方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成され、
破裂板によって封鎖されてこの破裂板が破裂したとき第２空間領域と機器設置エリアを連絡する複数の開口部が、仕切り床に形成され、
複数の可燃性ガス処理装置が機器設置エリアに連絡され、
機器設置エリア内の空間の容積が、第１空間領域の容積及び第２空間領域の容積を合計した容積の７５％以上１２０％以下の範囲にあることにある。
【００１６】
機器設置エリア内の空間の容積が、第１空間領域の容積及び第２空間領域の容積を合計した容積の７５％以上１２０％以下の範囲にあり、この機器設置エリアに連絡される複数の可燃性ガス処理装置を設けることによって、事故時にドライウエル内に蒸気と共に放出された水素をそれらの可燃性ガス処理装置によって効率良く処理することができる。このため、１次原子炉格納容器に放出された水素の濃度を短時間に低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、事故時に１次原子炉格納容器内に放出される可燃性ガスの濃度を短時間に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の好適な一実施例である原子炉格納設備の縦断面図である。
【図２】図１に示す触媒式可燃性ガス処理装置の拡大縦断面図である。
【図３】触媒式可燃性ガス処理装置を設置していない原子炉格納設備において、過酷事故時における各部での圧力の時間変化を示す特性図である。
【図４】触媒式可燃性ガス処理装置を設置していない原子炉格納設備において、過酷事故時における各部での水素ガス濃度の時間変化を示す特性図である。
【図５】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、触媒式可燃性ガス処理装置の設置位置及び基数を変えた場合での、過酷事故時における各部での水素ガス濃度の時間変化を示す特性図である。
【図６】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、触媒式可燃性ガス処理装置の設置位置による各部での水素ガス重量の時間変化を示す特性図である。
【図７】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、触媒式可燃性ガス処理装置の設置位置を変えたときにおける、水素ガス処理量の時間変化を示す特性図である。
【図８】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、機器設置エリアの容積を変えたときにおける、水素ガス処理量の時間変化を示す特性図である。
【図９】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、機器設置エリアの容積を変えたときにおける、機器設置エリアの水素濃度の時間変化を示す特性図である。
【図１０】触媒式可燃性ガス処理装置を設置した原子炉格納設備において、破裂板の破裂後の経過時間をパラメータにしたときにおける、水素ガス処理量の、機器設置エリアの容積による影響を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
特開平８−３３４５８５号公報に記載された原子炉格納設備では、水素反応設備が、前述したように、１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に形成されて、ウエットウエルと運転階エリアを連絡する通路内に設置されている。水素反応設備が設置された領域は、１次原子炉格納容器が２次原子炉格納容器の近くまで迫っており、非常に狭い領域になっている。発明者らは、このように狭い領域に水素反応設備を設置したのでは、その領域内の水素が水素反応設備により処理されてその領域内の水素濃度が低下して、その領域内の水素が少なくなり過ぎるので、ウエットウエル内の水素濃度が高い状態であっても、水素反応設備による水素の処理効率が低下するとの新たな課題の発生を見出したのである。このため、１次原子炉格納容器内の水素濃度の低減に長時間を要することになる。
【００２０】
そこで、発明者らは、特開２００４−８５２３４号公報に記載された原子炉格納設備において、仕切り床上方の機器設置エリア内に可燃性ガス処理装置を設置すれば良いとの考えを思い付いた。そして、発明者らは、機器設置エリア内に設置した触媒式可燃性ガス処理装置による可燃性ガスである水素の処理について検討した。この検討結果を以下に説明する。
【００２１】
機器設置エリアに触媒式可燃性ガス処理装置を設置しない場合におけるウエットウエル、機器設置エリア及び運転階エリアのそれぞれの圧力の、破裂板の破裂時点からの時間経過に伴う変化を図３に示す。過酷事故の発生により上昇したウエットウエル内の圧力は、破裂板が破裂した後に減少し、その破裂時点から約１５分が経過した後では、その減少度合いが低下する。機器設置エリア及び運転階エリア内の各圧力は、ウエットウエル内の圧力の低下に伴って上昇する。機器設置エリア及び運転階エリア内の各圧力は、同じように変化し、同じ値を示している。単に、ウエットウエルと称した場合は、１次原子炉格納容器内に形成された第１圧力抑制室内の、第１圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成される第１空間領域（後述の実施例における内側ウエットウエル９）、及び１次原子炉格納容器とこの１次原子炉格納容器を覆う２次原子炉格納容器の間に形成された第２圧力抑制室内の、第２圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成された第２空間領域（後述の実施例における外側ウエットウエル２６）の両者を合せた領域を意味する。
【００２２】
機器設置エリアに触媒式可燃性ガス処理装置を設置しない場合におけるウエットウエル、機器設置エリア及び運転階エリアのそれぞれの水素濃度の、破裂板の破裂時点からの時間経過に伴う変化を図４に示す。過酷事故の発生によりウエットウエル内の水素濃度は高い状態になっている。破裂板が破裂した後、ウエットウエル内の水素濃度が減少する。機器設置エリア及び運転階エリア内の各水素濃度は、破裂板の破裂後に上昇する。機器設置エリア内の水素濃度の上昇度合いは、運転階エリア内の水素濃度のそれよりも大きくなっている。すなわち、破裂板の破裂前では０であった、機器設置エリアおよび運転階エリアのそれぞれの水素濃度が破裂板の破裂に伴い増大し、これに対して、ウエットウエルの水素濃度が低下している。ウエットウエルから放出された水素が直接流入する機器設置エリアの水素濃度の上昇が顕著であり、運転階エリアの水素濃度の４〜５倍の増加となっている。これは、水素が蓄積されていたウエットウエルから放出された水素濃度の高い混合気体が機器設置エリアに直接流入するためであり、さらには、機器設置エリアでの水素ガスの希釈の度合いが小さいためである。この状態は、破裂した破裂板を通して機器設置エリアに水素ガスが流入する間、維持される。この間、機器設置エリアの水素濃度が運転階エリアの水素濃度よりも高くなる。
【００２３】
図３及び図４は、過酷事故時の圧力及び水素濃度の挙動についての解析結果を示している。解析の対象とした過酷事故は、主蒸気管の破断及び炉心内への注水の失敗を想定した。なお、この解析では、機器設置エリア内の空間の容積（機器設置エリア内の全容積から機器設置エリアに設置された機器及び配管の容積を差し引いた容積）を、ウエットウエルの容積の１１３％としている。これらの解析は、解析コードとして、原子力プラントの過酷事故を評価するＭＡＡＰコードを用いて行った。ＭＡＡＰコードは、“ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｔｉ．ｇｏ．ｊｐ／ｒｅｐｏｒｔ／ｄｏｗｎｌｏａｄｆｉｌｅｓ／ｇ２１２０６ｂｊ．ｐｄｆ“等の文献に紹介されている。後述の図５から図１０に示された解析結果も、ＭＡＡＰコードを用いて得られたものである。ウエットウエルの容積とは、上記した第１圧力抑制室内の、第１圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成される第１空間領域（後述の実施例における内側ウエットウエル９）の容積、及び上記した第２圧力抑制室内の、第２圧力抑制プールの冷却水の水面より上方に形成された第２空間領域（後述の実施例における外側ウエットウエル２６）の容積を合計した容積である。
【００２４】
発明者らは、触媒式可燃性ガス処理装置を仕切り床より上方で１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間に配置した場合における１次原子炉格納容器と２次原子炉格納容器の間での水素濃度の、破裂板が破裂した後における変化を、ＭＡＡＰコードを用いて解析した。この解析結果を図５に示す。この解析結果は、２基の触媒式可燃性ガス処理装置を機器設置エリア内に配置した第１ケース、及び１基の触媒式可燃性ガス処理装置を機器設置エリア内に配置し、１基の触媒式可燃性ガス処理装置を運転階エリア内に配置した第２ケースについて示している。なお、第１ケース及び第２ケースにおけるウエットウエル、機器設置エリア及び運転階エリアのそれぞれの圧力の変化は、図３と同じである。これは、触媒式可燃性ガス処理装置による水素の処理量が、空気及び水蒸気を含む全ガス量に対して相対的に微量であるからである。
【００２５】
図５に示す解析結果と図４に示す解析結果を比較したとき、図５から明らかであるように、触媒式可燃性ガス処理装置を設置したエリアでの水素濃度が低下している。機器設置エリアの水素濃度は、第１及び第２ケース共、運転階エリアの水素濃度より高い状態が維持される。ウエットウエル及び運転階エリアのそれぞれの水素濃度の変化は、第１ケース及び第２ケースで実質的に同じである。また、機器設置エリアの水素濃度は、第２ケースよりも第１ケースで低くなっている。なお、原子力プラントの運転時には、ウエットウエルには窒素ガス、及び機器設置エリア及び運転階エリアには空気が存在する。上記したウエットウエル、機器設置エリア及び運転階エリアの各水素濃度は、破裂板の破裂後において、それぞれの領域に存在する気体（例えば、窒素ガス、空気）を考慮したときの水素の濃度である。
【００２６】
図５に示された２ケース、すなわち、第１及び第２ケースのそれぞれについて、各エリアに存在する水素ガスの重量の、破裂板の破裂時点からの時間経過に伴う変化を図６に示す。なお、図６における水素ガス重量は、破裂板の破裂前にウエットウエルに存在した水素ガスの重量で規格化している。機器設置エリアでは、第１ケースの水素ガス重量が第２ケースの水素ガス重量よりも小さくなっている。運転階エリアでは、第２ケースの水素ガス重量が第１ケースの水素ガス重量よりも小さくなっている。
【００２７】
第１及び第２ケースについて、触媒式可燃性ガス処理装置による水素の処理量を図７に示す。図７に示す水素の処理量は、図６と同様に、破裂板の破裂前にウエットウエルに存在した水素ガス重量で規格化している。図７に示された各特性によれば、どちらのケースも２基の触媒式可燃性ガス処理装置を使用しているにもかかわらず、２基の触媒式可燃性ガス処理装置を機器設置エリアに設置している第１ケースでの水素の処理量が、１基の触媒式可燃性ガス処理装置を機器設置エリアに設置している第２ケースのそれよりも約７０％大きくなる。これは、ウエットウエルからの水素ガスが破裂板の破裂によって機器設置エリアに直接放出されるため、機器設置エリアの水素濃度が高くなり、運転階エリアよりも機器設置エリアに設置された触媒式可燃性ガス処理装置による水素処理効率が高くなるのである。このことから、可燃性ガスである水素を処理する触媒式可燃性ガス処理装置を、１次原子炉格納容器内に形成された、高濃度の水素ガスが蓄積されているウエットウエルから水素ガスが直接放出される機器設置エリアに設置することによって、水素の処理効率を高めることができる。換言すれば、破裂板の破裂後に高い水素濃度が保持される機器設置エリアに触媒式可燃性ガス処理装置を設置することによって、水素の処理効率を向上させることができる。この結果、触媒式可燃性ガス処理装置の設置基数を低減することが可能である。
【００２８】
機器設置エリアの容積が触媒式可燃性ガス処理装置の水素の処理効率に与える影響を、図８を用いて説明する。図８には、機器設置エリア内に形成された空間の容積（機器設置エリアの全容積から、機器設置エリア内に配置された機器及び配管の容積を除いた容積）をウエットウエルの容積で規格化した値で、１１３％のケース（以下、ケースＡという）及び１３％のケース（以下、ケースＢという）の２ケースについて、機器設置エリアに２基の触媒式可燃性ガス処理装置を設置した状態でのそれぞれの水素ガスの処理量を示している。この水素ガスの処理量は、図７と同様に、破裂板の破裂前にウエットウエルに存在した水素ガス重量で規格化している。図８に示された特性に基づいて、機器設置エリア内に形成された空間の容積がウエットウエルの容積の１１３％であるケースＡの場合には、その空間の容積の１３％であるケースＢの場合に比べて、水素ガスの処理量が１００％以上大きくなることが分かった。
【００２９】
図８に示された２つのケースのそれぞれにおける機器設置エリアの水素濃度の時間経過に伴う変化を図９に示す。機器設置エリアの水素濃度は、ケースＢよりも機器設置エリア内の空間容積がウエットウエル容積の１１３％であるケースＡのほうが高くなる。これは、機器設置エリア内に形成された空間の容積が小さい場合には、破裂板の破裂によってウエットウエルから機器設置エリアに放出された可燃性ガスが空間内に存在する絶対量が相対的に小さく触媒式可燃性ガス処理装置により処理され水素濃度低減の効果が相対的に大きくなり、機器設置エリアの水素濃度が低下するためである。このように水素濃度が低くなるため、機器設置エリア内の空間容積が小さい場合に水素ガスの処理効率が低下する。この結果、触媒式可燃性ガス処理装置の水素ガス処理効率を高くするためには、ウエットウエルから可燃性ガスが最初に放出される空間の有効容積を大きくする必要がある。
【００３０】
ウエットウエルから破裂板の破裂によって最初に可燃性ガスが放出される空間である機器設置エリア内に形成された空間の容積に対する水素ガス処理量の依存性を図１０に示す。図１０における機器設置エリア及び水素処理量は、前述したように、規格化した値を使用している。図１０には、破裂板の破裂時点から１５分及び３０分のそれぞれのケースに対する特性が記載されている。各ケース共、機器設置エリア内の空間の容積が大きくなるにつれて水素の処理量は増加する。しかしながら、ウエットウエルの容積で規格化された、機器設置エリア内の空間の容積が７５％以上では、水素の処理量の増加度合いが飽和傾向となる。これは、ウエットウエルの容積に対する機器設置エリア内の空間の容積の割合が７５％よりも小さい領域では、機器設置エリア内の空間の容積に対して触媒式可燃性ガス処理装置で処理された水素ガス量が無視できず、機器設置エリア内の水素濃度が低下するが、ウエットウエルの容積に対する機器設置エリア内の空間の容積の割合が７５％以上の領域では水素処理量がその空間内の水素濃度に及ぼす影響が小さくなるためである。このため、破裂板の破裂時点でウエットウエルから最初に可燃性ガスが放出される空間である機器設置エリア内の空間の容積をウエットウエルの容積の７５％以上にすることによって、破裂板の破裂時点以降の機器設置エリア内の空間の水素濃度を高くすることができ、機器設置エリア内に設置した触媒式可燃性ガス処理装置による水素の処理効率を向上させることができる。この結果、２次原子炉格納容器内に設置される触媒式可燃性ガス処理装置の基数を低減できる。
【００３１】
また、ウエットウエルの容積に対する機器設置エリア内の空間の容積の割合が１２０％を超えた場合には、機器設置エリア内での水素の処理量が低下する。このため、ウエットウエルの容積に対する機器設置エリア内の空間の容積の割合は、１２０％以下にすることが望ましい。この場合、破裂板開放後の該空間の水素濃度を高くすることができ、設置した触媒式処理機（反応器）の処理能力を最大能力の９５％以上を維持可能であることがわかる。その結果、空間容積が過少あるいは過大である場合に比べて処理量が大きく維持でき、可燃性ガス処理系である触媒式反応器の数を低減可能である。
【００３２】
以上に述べた検討結果を考慮した、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００３３】
本発明の好適な一実施例である、原子力プラントに用いられる原子炉格納設備を、図１を用いて説明する。本実施例の原子炉格納設備１は、１次原子炉格納容器３、２次原子炉格納容器１５及び複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７を備えている。１次原子炉格納容器３は、上蓋４を含んでおり、コンクリートマット３４上に設置される。１次原子炉格納容器３が、コンクリートマット３４上に設置された鋼製の２次原子炉格納容器１５内に配置される。２次原子炉格納容器１５が、コンクリートマット３４上に設置された鉄筋コンクリート製の外部容器３３内に配置される。
【００３４】
ペデスタル１１が、１次原子炉格納容器３内に配置され、コンクリートマット３４上に設置される。原子炉圧力容器２がペデスタル１１上に設置される。円筒状のγ線遮へい体５が，原子炉圧力容器２を取り囲んでおり、ペデスタル１１上に設置される。環状のダイヤフラムフロア１０の外周部が１次原子炉格納容器３の内面に設置され、ダイヤフラムフロア１０の内周部がペデスタル１１に設置される。
【００３５】
ドライウエル６と第１圧力抑制室７がダイヤフラムフロア１０によって隔離されている。ドライウエル６はダイヤフラムフロア１０の上方に配置され、環状の第１圧力抑制室７がダイヤフラムフロア１０の下方に配置されてペデスタル１１を取り囲んでいる。原子炉圧力容器２がドライウエル６内に配置される。冷却水を充填した内側圧力抑制プール（第１圧力抑制プール）８、及び内側圧力抑制プール８の冷却水の水面よりも上方の空間である内側ウエットウエル（第１空間領域）９が、第１圧力抑制室７内に形成されている。複数のベント通路１２がペデスタル１１内に形成され、ペデスタル１１の周方向に所定の間隔を置いて配置される。各ベント通路１２の上端がドライウエル６に開放され、各ベント通路１２の下端部が内側圧力抑制プール８の冷却水中に開放されている。
【００３６】
主蒸気配管３７及び給水配管３８が原子炉圧力容器２に接続される。主蒸気配管３７は、１次原子炉格納容器３、２次原子炉格納容器１５及び外部容器３３を貫通してタービン（図示せず）に接続される。給水配管３８は、１次原子炉格納容器３、２次原子炉格納容器１５及び外部容器３３を貫通して、タービンから排気される蒸気を凝縮する復水器（図示せず）に接続される。
【００３７】
１次原子炉格納容器３は、ＡＢＷＲで用いられている鉄筋コンクリート製格納容器（ＲＣＣＶ）であり、コンクリートマット３４上に設置される円筒部と、円筒部の上端部に設けられて天井部を形成するトップスラブを有する。上蓋４はトップスラブに取り外し可能に設置される。
【００３８】
原子炉ウェル２２、燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４が、１次原子炉格納容器３に設けられ、１次原子炉格納容器３の上方に配置される。原子炉ウェル２２が原子炉圧力容器３の真上に配置され、燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４が原子炉ウェル２２の両脇に配置されている。
【００３９】
環状の仕切り床１７が、燃料貯蔵プール２３の底面よりも下方で１次原子炉格納容器３と２次原子炉格納容器１５の間に配置される。仕切り床１７の内周部が１次原子炉格納容器３の外面に設置され、仕切り床１７の外周部が２次原子炉格納容器１５の内面に設置される。環状の第２圧力抑制室１６が、仕切り床１７よりも下方で１次原子炉格納容器３と２次原子炉格納容器１５の間に形成され、１次原子炉格納容器３を取り囲んでいる。第２圧力抑制室１６内には、冷却水が充填された環状の外側圧力抑制プール（第２圧力抑制プール）２５、及び外側圧力抑制プール２５の冷却水の水面よりも上方に存在する環状の外側ウエットウエル（第２空間領域）２６が形成されている。内側圧力抑制プール８と外側圧力抑制プール２５は、１次原子炉格納容器３の円筒部に形成された複数の連通孔１３によって連絡されている。内側ウエットウエル９と外側ウエットウエル２６は、複数の連通孔１４によって連絡されている。
【００４０】
機器設置エリア２０が、仕切り床１７よりも上方で1次原子炉格納容器３と２次原子炉格納容器１５の間に形成されており、１次原子炉格納容器の円筒部を取り囲んでいる。機器設置エリア２０内に形成された空間の容積は内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６のそれぞれの容積を合計した容積（以下、ウエットウエル容積という）の容積の１１３％になっている。機器設置エリア２０内に形成された空間とは、機器設置エリア２０内に設置された機器（例えば、触媒式可燃性ガス処理装置２７）及び配管を除外した、機器設置エリア２０内の空間であり、空気が存在している空間である。運転階エリア２１が、原子炉ウェル２２、燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４の上方で２次原子炉格納容器１５内に形成される。運転階エリア２１の床面を形成する運転床（図示せず）が、２次原子炉格納容器１５内に形成されている。原子炉ウェル２２、燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４のそれぞれの上端部は、運転床によって取り囲まれている。運転床は円形の横断面を有している。運転床の側面と２次原子炉格納容器１５の内面の間には、環状間隙３９が形成される。なお、この環状隙間３９は、機器設置エリア２０と運転階エリア２１を連絡すればよいので、環状でなく周方向において何箇所か存在する通路にしてもよい。機器設置エリア２０と運転階エリア２１は環状間隙３９によって連絡される。燃料貯蔵プール２３及び機器仮置きプール２４が、１次原子炉格納容器３の円筒部の外面よりも外側に張り出しているので、環状間隙３９の内面の直径が１次原子炉格納容器３の円筒部の外面の直径よりも大きくなっている。
【００４１】
環状の仕切り床１７を貫通する複数の開口部１８が仕切り床１７に形成されている。破裂板１９が、開口部１８内に配置され、仕切り床１７に設置されている。開口部８は、通常状態において破裂板１９によって封鎖されており、破裂板１９が破裂したときに機器設置エリア２０と外側ウエットウエル２６を連絡する。破裂板１９は、０．４２ＭＰａの圧力で破裂するように構成されている。
【００４２】
複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７が、図１に示すように、機器設置エリア２０内に設置される。それぞれの触媒式可燃性ガス処理装置２７は、別々に、各開口部１８の真上に配置されている。
【００４３】
触媒式可燃性ガス処理装置２７の構成を、図２を用いて詳細に説明する。触媒式可燃性ガス処理装置２７は、横断面が例えば矩形の筒状体であるケーシング２８、及び水素と酸素の結合反応を促進させる触媒が充填された触媒層２９を有する。触媒層２９よりも下方でケーシング２８の下端部にはガス流入口３０が形成され、触媒層２９よりも上方でケーシング２８の上端部にはガス流出口３１が形成されている。触媒式可燃性ガス処理装置２７は、ケーシング２８の下端に取り付けられた複数（例えば、４本）の支持部材３２によって、仕切り床１７の上面に設置される。ガス流入口３０は開口部１８の真上に位置している。ガス流入口３０は支持部材３２の相互間を通して機器設置エリア２０内の空間に連絡される。ガス流出口３１もその空間に連絡される。
【００４４】
原子力プラントの運転中、１次原子炉格納容器３内のドライウエル６及び内側ウエットウエル９、及び２次原子炉格納容器１５内の外側ウエットウエル２６には、不活性ガスである窒素ガスが充填されている。機器設置エリア２０及び運転階エリア２１は、原子力プラントの運転中でも作業員が出入りできるように空気雰囲気になっている。
【００４５】
冷却水が充填された外周プール３５が、２次原子炉格納容器１５と外部容器３３の間に形成され、２次原子炉格納容器１５を取り囲んでいる。外周プール３５は外側圧力抑制プール２５を取り囲んでいる。
【００４６】
原子力プラントの運転中に、１次原子炉格納容器３内で主蒸気配管３７が破断したとする。原子炉圧力容器２内の圧力が低下するので、原子炉圧力容器内の高温高圧の冷却水は、蒸気になって主蒸気配管３７の破断箇所からドライウエル６内に噴出する。このとき、通常であれば、原子力プラントに設けられた安全系の高圧炉心注水系が作動して炉心内に冷却水が注水され、炉心に装荷されている各燃料集合体に含まれる複数の燃料棒が冷却される。主蒸気配管３７が破断して高圧炉心注水系が作動した場合は、単なる冷却材喪失事故である。しかしながら、万が一、その高圧炉心注水系が何らかの原因により作動しなかった場合には、前述した過酷事故となる。
【００４７】
このような過酷事故が発生した場合には、主蒸気配管３７の破断箇所からドライウエル６に噴出した蒸気は、可燃性ガスである多量の水素を含んでいる。ドライウエル６内の、水素を含む高温高圧の蒸気は、各ベント通路１２を通って内側圧力抑制プール８内の冷却水中に放出される。蒸気は、その冷却水によって凝縮される。内側圧力抑制プール８内の冷却水は、蒸気を凝縮することによって温度が上昇する。内側圧力抑制プール８内の温度が上昇した冷却水は、上部に位置する連通孔１３を通して外側圧力抑制プール２５内に流入し、鋼製の２次原子炉格納容器１５に接触する外周プール３５内の冷却水によって冷却される。外周プール３５内の冷却水で冷却された外側圧力抑制プール２５内の冷却水は、下部に位置する連通孔１３を通して内側圧力抑制プール８内に戻される。内側圧力抑制プール８内の冷却水は、このように、外周プール３５内の冷却水によって冷却されるので、ベント通路１２から放出される蒸気を効率良く凝縮することができる。この蒸気の凝縮によってドライウエル６内の圧力上昇が抑制される。外周プール３５内の冷却水は、外側圧力抑制プール２５内の冷却水によって加熱されて蒸気になる。発生したこの蒸気は、２次原子炉格納容器１５と外部容器３３の間に形成される環状通路３６を上昇して、外部容器３３の天井部に形成された開口（図示せず）から外部容器３３の外部に放出される。外周プール３５内の冷却水の水面が設定水位よりも低下した場合には、外周プール３５内に冷却水が補給される。
【００４８】
蒸気に含まれた水素は、圧力抑制プール８内の冷却水によって凝縮されないので、内側ウエットウエル９及び連通孔１４を通って外側ウエットウエル２６に到達する。このように、各ベント通路１２によって導かれた水素は、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内に蓄積される。水素の蓄積により、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内の圧力が上昇する。外側ウエットウエル２６内の圧力が０．４２ＭＰａまで上昇したとき、開口部１８を封鎖している破裂板１９が破裂する。
【００４９】
外側ウエットウエル２６及び内側ウエットウエル９内の窒素ガス及び水素ガスが、開口部１８内を上昇し、ガス流入口３０よりケーシング２８内に流入する。この水素ガス等は、ケーシング２８内の触媒層２９に到達する。触媒槽２９には、機器設置エリア２０に存在する酸素を含む空気がガス流入口３０より供給される。触媒槽２９に流入した水素と酸素は、触媒槽２９に存在する触媒の作用によって結合されて水になる。触媒槽２９から排気された空気等のガスは、ケーシング２８内を上昇してガス流出口３１から機器設置エリア２０の空間に放出される。水素と酸素の結合反応が発熱反応であるので、触媒槽２９内で空気が加熱されて空気の温度が上昇する。温度が上昇した空気がケーシング２８内を上昇するので、ケーシング２８による煙突効果によって、機器設置エリア２０の空気がガス流入口３０よりケーシング２８内に流入しやすくなる。このため、触媒槽２９内での水素と酸素の結合反応がさらに促進される。
【００５０】
開口部１８を上昇した水素は、機器設置エリア２０に設置された複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７によって酸素と結合されるので、効率良く水素を処理することができ、図９に示すケースＡのように機器設置エリア２０の水素濃度を低減することができる。機器設置エリア２０で水素が効率良く処理されるので、運転階エリア２１の水素濃度の上昇が抑制される。
【００５１】
過酷事故が発生してから破裂板１９が破裂するまでの間、ドライウエル６に放出された水素の影響により、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内の圧力が上昇する。この圧力が０．４２ＭＰａに到達したとき、破裂板１９が破裂し、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内の圧力が、開口部１８を通して、瞬時に、機器設置エリア２０に開放される。この結果、図３に示すように、内側ウエットウエル９及び外側ウエットウエル２６内の圧力が低下し、機器設置エリア２０及び運転階エリア２１の圧力が上昇し、各エリアの圧力は約０．１５ＭＰａで静定される。
【００５２】
本実施例は、機器設置エリア２０の空間の容積をウエットウエル容積の１１３％にし、この機器設置エリア２０に複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７を設置しているので、破裂板１９の破裂によって外側ウエットウエル２６から放出された水素を効率良く処理することができる。このため、過酷事故時に１次原子炉格納容器３内に放出された水素を短時間に処理することができる。空気が存在する機器設置エリア２０及び運転階エリア２１のそれぞれの水素濃度の増加を抑制することができ、それらのエリアにおける水素と酸素の急激な反応を防止することができる。
【００５３】
本実施例では、触媒式可燃性ガス処理装置２７を、破裂板１９を設置した開口部１８の真上に配置しているので、破裂板１９が破裂したときに開口部１８を通過する水素濃度の高いガスを触媒式可燃性ガス処理装置２７に導くことができるので、触媒式可燃性ガス処理装置２７による水素の処理効率がさらに向上する。
【００５４】
本実施例では、機器設置エリア２０の空間の容積をウエットウエル容積の１１３％にしているが、機器設置エリア２０の空間の容積をウエットウエル容積の７５％以上１２０％以下の範囲に含まれる任意の値に設定しても、上記した各効果を得ることができる。
【００５５】
各触媒式可燃性ガス処理装置２７は、水平方向において開口部１８の真上からずれた位置で、機器設置エリア２０に配置し、仕切り床１７上に設置してもよい。この場合でも、複数の触媒式可燃性ガス処理装置２７が、ウエットウエル容積の１１３％の容積を有する機器設置エリア２０に配置されているので、上記した実施例と同様に、水素の処理効率を向上させることができ、１次原子炉格納容器３内の水素を短時間に処理することができる。しかしながら、各触媒式可燃性ガス処理装置２７は、水平方向において開口部１８の真上からずれた位置で、機器設置エリア２０に配置されているので、破裂板１９が破裂した後に開口部１８から機器設置エリア２０内に放出された水素は、上記した実施例よりも機器設置エリア２０内の空気によって希釈される。このため、上記した実施例よりも水素濃度が低下したガスが触媒槽２９に導かれるので、上記した実施例に比べて水素の処理効率が低下する。
【００５６】
図１に示す実施例では、機器設置エリア２０内に動的機器を設けない触媒式可燃性ガス処理装置２７を設置しているが、機器設置エリア２０に動的機器（例えば、ブロア）を設けた供給配管を接続し、この供給配管を、外部容器３３の外部に設置された触媒式可燃性ガス処理装置２７のガス流入口３０に接続してもよい。この構成においては、機器設置エリア２０に接続された戻り配管がガス排出口３１に接続される。破裂板１９の破裂によって機器設置エリア２０に放出された水素は、動的機器の駆動によって、機器設置エリア２０内の空気と共に、供給配管を通して触媒式可燃性ガス処理装置２７に導かれ、触媒式可燃性ガス処理装置２７内で処理される。触媒式可燃性ガス処理装置２７から排出された、水素濃度が低下したガスは、戻り配管を通して機器設置エリア２０に戻される。このような実施例でも、機器設置エリア２０に直接放出された水素を触媒式可燃性ガス処理装置２７で処理するので、図１に示す実施例と同様に、水素の処理効率を向上させることができる。しかしながら、触媒式可燃性ガス処理装置２７を外部容器３３の外部に配置するその実施例では、動的機器が必要になり、配管の引き回しも必要になる。このような実施例に比べて、機器設置エリア２０に触媒式可燃性ガス処理装置２７を設置する図１に示す実施例は、動的機器、及び配管の引き回しが不要であり、原子炉格納設備の構成を単純化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、沸騰水型原子力プラントに適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…原子炉格納設備、２…原子炉圧力容器、３…１次原子炉格納容器、６…ドライウエル、７…第１圧力抑制室、８…内側圧力抑制プール、９…内側ウエットウエル、１０…ダイヤフラムフロア、１１…ペデスタル、１２…ベント通路、１５…２次原子炉格納容器、１６…第２圧力抑制室、１７…仕切り床、１８…開口部、１９…破裂板、２０…機器設置エリア、２１…運転階エリア、２５…外側圧力抑制プール、２６…外側ウエットウエル、２７…触媒式可燃性ガス処理装置、２８…ケーシング、２９…触媒層、３３…外部容器、３５…外周プール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器を内蔵する１次原子炉格納容器と、前記１次原子炉格納容器を覆う２次原子炉格納容器と、水素を処理する複数の可燃性ガス処理装置を備え、
前記１次原子炉格納容器が、前記原子炉圧力容器が配置されるドライウエル、及び前記ドライウエルと隔離される第１圧力抑制室を内部に形成しており、
前記第１圧力抑制室が、冷却水が充填される第１圧力抑制プール、及び前記第１圧力抑制プールの前記冷却水の水面より上方に形成される第１空間領域を有し、
前記１次原子炉格納容器と前記２次原子炉格納容器の間に配置された仕切り床が前記１次原子炉格納容器及び前記２次原子炉格納容器に設置され、
前記第１圧力抑制プールと連通して冷却水が充填される第２圧力抑制プール、及び前記他のプールの前記冷却水の水面より上方に形成され、前記第１空間領域に連通された第２空間領域を有する第２圧力抑制室が、前記仕切り床の下方で前記１次原子炉格納容器と前記２次原子炉格納容器の間に形成され、
機器設置エリアが、前記仕切り床の上方で前記１次原子炉格納容器と前記２次原子炉格納容器の間に形成され、
前記機器設置エリアに連絡された運転階エリアが、前記機器設置エリアの上方で前記１次原子炉格納容器と前記２次原子炉格納容器の間に形成され、
破裂板によって封鎖されて前記破裂板が破裂したとき前記第２空間領域と前記機器設置エリアを連絡する複数の開口部が、前記仕切り床に形成され、
前記複数の可燃性ガス処理装置が前記機器設置エリアに連絡され、
前記機器設置エリア内の空間の容積が、前記第１空間領域の容積及び前記第２空間領域の容積を合計した容積の７５％以上１２０％以下の範囲にあることを特徴とする原子炉格納設備。
【請求項２】
前記可燃性ガス処理装置が前記開口部の真上に配置される請求項１に記載の原子炉格納設備。
【請求項３】
前記可燃性ガス処理装置が、前記機器設置エリア内に配置され、内部に触媒層を有している請求項１または２に記載の原子炉格納設備。
【請求項４】
前記２次原子炉格納容器を覆う外部容器を有し、冷却水を充填する外周プールが、前記２次原子炉格納容器と前記外部容器の間に形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子炉格納設備。
【請求項１】
原子炉圧力容器を内蔵する１次原子炉格納容器と、前記１次原子炉格納容器を覆う２次原子炉格納容器と、水素を処理する複数の可燃性ガス処理装置を備え、
前記１次原子炉格納容器が、前記原子炉圧力容器が配置されるドライウエル、及び前記ドライウエルと隔離される第１圧力抑制室を内部に形成しており、
前記第１圧力抑制室が、冷却水が充填される第１圧力抑制プール、及び前記第１圧力抑制プールの前記冷却水の水面より上方に形成される第１空間領域を有し、
前記１次原子炉格納容器と前記２次原子炉格納容器の間に配置された仕切り床が前記１次原子炉格納容器及び前記２次原子炉格納容器に設置され、
前記第１圧力抑制プールと連通して冷却水が充填される第２圧力抑制プール、及び前記他のプールの前記冷却水の水面より上方に形成され、前記第１空間領域に連通された第２空間領域を有する第２圧力抑制室が、前記仕切り床の下方で前記１次原子炉格納容器と前記２次原子炉格納容器の間に形成され、
機器設置エリアが、前記仕切り床の上方で前記１次原子炉格納容器と前記２次原子炉格納容器の間に形成され、
前記機器設置エリアに連絡された運転階エリアが、前記機器設置エリアの上方で前記１次原子炉格納容器と前記２次原子炉格納容器の間に形成され、
破裂板によって封鎖されて前記破裂板が破裂したとき前記第２空間領域と前記機器設置エリアを連絡する複数の開口部が、前記仕切り床に形成され、
前記複数の可燃性ガス処理装置が前記機器設置エリアに連絡され、
前記機器設置エリア内の空間の容積が、前記第１空間領域の容積及び前記第２空間領域の容積を合計した容積の７５％以上１２０％以下の範囲にあることを特徴とする原子炉格納設備。
【請求項２】
前記可燃性ガス処理装置が前記開口部の真上に配置される請求項１に記載の原子炉格納設備。
【請求項３】
前記可燃性ガス処理装置が、前記機器設置エリア内に配置され、内部に触媒層を有している請求項１または２に記載の原子炉格納設備。
【請求項４】
前記２次原子炉格納容器を覆う外部容器を有し、冷却水を充填する外周プールが、前記２次原子炉格納容器と前記外部容器の間に形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子炉格納設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−５８８９５（Ｐ２０１１−５８８９５Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０７６１３（Ｐ２００９−２０７６１３）
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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