JP2010266286A - 溶融物の冷却促進装置及び原子炉格納容器 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融物の冷却促進装置及び原子炉格納容器において、原子炉から落下する溶融物の冷却を促進して早期に冷却することで安全性の向上を図る。
【解決手段】原子炉格納容器１１の内部に加圧水型原子炉１２を収容すると共に、この加圧水型原子炉１２の下方に非常時に冷却水を供給可能なキャビティ５６を設け、このキャビティ５６に冷却促進装置６１を配置し、この冷却促進装置６１として、キャビティ５６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して、加圧水型原子炉１２からの溶融物（デブリ）を拡散する傾斜板６２を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電プラントで苛酷事故が発生した場合に、炉心から落下する溶融物を早期に冷却を促進する溶融物の冷却促進装置、並びに、この溶融物の冷却促進装置が装備された原子炉格納容器に関するものである。

原子力発電プラントの一つとして、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）があり、この加圧水型原子炉では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電している。

このような加圧水型原子炉にて、原子炉格納容器は、岩盤等の堅固な地盤上に立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメントが区画されている。そして、このコンパートメントを画成する筒形状をなすコンクリート構造物により、中心部に原子炉容器が垂下して支持され、その下方にキャビティが画成されている。この原子炉にて、原子炉容器内には、複数の燃料棒の間に所定数の制御棒が挿入されて格子状に配列された燃料集合体が所定数格納されている。

このように構成された原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）または過渡事象（トランジェント）が発生した場合、緊急炉心冷却装置が作動し、原子炉容器の内部の炉心を冷却することで発生する熱を十分に除去するようにしている。ところが、この緊急炉心冷却装置が故障すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させ、下部を貫通してキャビティへ落下する。一般的には、このような事故に備えて、炉心の溶融物が原子炉容器より流出したときに、流出した溶融物をキャビティにて受け止め、冷却水により冷却して安全性を確保している。

このような技術として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された原子炉圧力容器からの炉心溶融物の捕捉装置は、原子炉圧力容器からの炉心溶融物の流出を良好にするものであり、原子炉圧力容器の下側に前室を配置し、この前室を原子炉圧力容器の側方に配置された通路を介して炉心溶融物の拡張室に接続している。

特許第３５３７４４４号公報

従来の原子炉格納容器では、キャビティを冠水させることにより、落下した溶融物を冷却することを想定し、冷却に十分な表面積を確保してこのキャビティを設計している。しかしながら、冠水したキャビティに溶融物が落下した際、冷却水との相互作用によって細粒化または塊状に固化したデブリが十分に拡がらず山状に堆積してしまい、冷却のために十分な表面積を得ることができないおそれがある。

また、上述した特許文献１の原子炉圧力容器からの炉心溶融物の捕捉装置では、原子炉圧力容器から流出した炉心溶融物を前室で受け止め、これを前室から通路を介して拡張室に流し、ここで冷却水により冷却している。そのため、前室、通路、拡張室の底面を十分な耐熱性を有する材料により構成する必要があり、高コスト化を招いてしまう。

本発明は上述した課題を解決するものであり、原子炉から落下する溶融物の冷却を促進して早期に冷却することで安全性の向上を図る溶融物の冷却促進装置及び原子炉格納容器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の溶融物の冷却促進装置は、原子炉の下方に冷却水を供給可能なキャビティが設けられ、該キャビティに溶融物を拡散する傾斜部が設けられることを特徴とするものである。

本発明の溶融物の冷却促進装置では、前記キャビティは、前記原子炉の下方から水平方向に延出した横穴形状をなし、前記傾斜部は、前記キャビティにおける原子炉の下方から水平方向に延出した方向に向かって下方に傾斜することを特徴としている。

本発明の溶融物の冷却促進装置では、前記傾斜部は、階段形状をなすことを特徴としている。

本発明の溶融物の冷却促進装置では、前記キャビティは、コンクリート構造物により形成され、前記傾斜部は、前記コンクリート構造物の上方に所定の空間をあけて配置されることを特徴としている。

本発明の溶融物の冷却促進装置では、前記傾斜部の側方にダウンカマー空間が設けられることを特徴としている。

本発明の溶融物の冷却促進装置では、前記傾斜部は、多孔質材料または多孔板により形成されることを特徴としている。

本発明の溶融物の冷却促進装置では、前記傾斜部は、上面部を傾斜方向に直交する方向に沿った凹凸形状とすることを特徴としている。

本発明の溶融物の冷却促進装置では、外部と圧力境界を形成するライナ上にコンクリート構造物が構築されることで前記キャビティが形成され、該コンクリート構造物内に冷却水配管が配置されることを特徴としている。

また、本発明の原子炉格納容器は、内部に原子炉が収容されると共に、前記原子炉の下方に非常時に冷却水を供給可能なキャビティが設けられる原子炉格納容器において、前記キャビティにおける前記原子炉の下方に位置して、前記原子炉からの溶融物を拡散する傾斜部が設けられることを特徴とするものである。

本発明の原子炉格納容器では、前記キャビティに前記原子炉からの溶融物が落下する前または落下した後に、前記キャビティに対して冷却水を供給する冷却水供給手段が設けられることを特徴としている。

本発明の溶融物の冷却促進装置によれば、原子炉の下方に冷却水を供給可能なキャビティを設け、このキャビティに溶融物を拡散する傾斜部を設けている。従って、非常時に、原子炉が破損して溶融物がキャビティに落下すると、この溶融物は傾斜部で受け止められ、この傾斜部に沿って流動することで拡散されることとなり、原子炉から落下する溶融物の冷却を促進して早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。

本発明の溶融物の冷却促進装置によれば、キャビティを原子炉の下方から水平方向に延出した横穴形状とし、傾斜部をキャビティにおける原子炉の下方から水平方向に延出した方向に向かって下方に傾斜されるので、原子炉から落下した溶融物は、傾斜部で受け止められた後、この傾斜部に沿ってキャビティにおける延出方向に流動することで拡散されることとなり、溶融物の拡散領域を広く確保することができる。

本発明の溶融物の冷却促進装置によれば、傾斜部を階段形状とするので、この傾斜部を複数の板材により層状に形成することができ、溶融物とキャビティに供給された冷却水との接触面積を増加させることで、冷却効率を向上させることができる。

本発明の溶融物の冷却促進装置によれば、キャビティをコンクリート構造物により形成し、傾斜部をコンクリート構造物の上方に所定の空間をあけて配置するので、傾斜部で受け止められて拡散する溶融物を、キャビティに供給された冷却水により上下から冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。

本発明の溶融物の冷却促進装置によれば、傾斜部の側方にダウンカマー空間を設けるので、キャビティに供給された冷却水がダウンカマー空間により傾斜部の上下で自然循環することとなり、冷却効率を向上させることができる。

本発明の溶融物の冷却促進装置によれば、傾斜部を多孔質材料または多孔板により形成するので、キャビティに供給された冷却水が傾斜部を流通することとなり、溶融物とキャビティに供給された冷却水との接触面積を増加させることで、冷却効率を向上させることができる。

本発明の溶融物の冷却促進装置によれば、傾斜部の上面部を傾斜方向に直交する方向に沿った凹凸形状とするので、傾斜部に落下した溶融物は凹凸形状に沿って流動することとなり、溶融物とキャビティに供給された冷却水との接触面積を増加させることで、冷却効率を向上させることができる。

本発明の溶融物の冷却促進装置によれば、外部と圧力境界を形成するライナ上にコンクリート構造物を構築してキャビティを形成し、コンクリート構造物内に冷却水配管を配置するので、溶融物により傾斜部やコンクリート構造物内が侵食されたときには、冷却水配管が破損して冷却水により溶融物が冷却されることとなり、ライナの破損を防止して安全性の向上を図ることができる。

また、本発明の原子炉格納容器によれば、内部に原子炉を収容すると共に、この原子炉の下方に非常時に冷却水を供給可能なキャビティを設けて構成し、キャビティにおける原子炉の下方に位置して、原子炉からの溶融物を拡散する傾斜部を設けている。従って、非常時に、原子炉が溶融して溶融物がキャビティに落下すると、この溶融物は傾斜部で受け止められ、この傾斜部に沿って流動することで拡散されることとなり、原子炉から落下する溶融物の冷却を促進して早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。

本発明の原子炉格納容器によれば、キャビティに原子炉からの溶融物が落下する前または落下した後に、キャビティに対して冷却水を供給する冷却水供給手段を設けるので、キャビティの傾斜部に落下した原子炉の溶融物を冷却水により適正に冷却することができる。

図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図である。 図２は、実施例１の溶融物の冷却促進装置の概略平面図である。 図３は、実施例１の原子炉格納容器が適用される原子力発電プラントを表す概略構成図である。 図４は、加圧水型原子炉の原子炉構造を表す概略図である。 図５は、実施例１の原子炉格納容器の概略構成図である。 図６は、本発明の実施例２に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図である。 図７は、実施例２の溶融物の冷却促進装置の概略平面図である。 図８は、本発明の実施例３に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図である。 図９は、本発明の実施例４に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図である。 図１０は、本発明の実施例５に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図である。 図１１は、実施例５の溶融物の冷却促進装置の概略側面図である。 図１２は、本発明の実施例６に係る原子炉格納容器の概略構成図である。 図１３は、実施例６の原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る溶融物の冷却促進装置及び原子炉格納容器の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図、図２は、実施例１の溶融物の冷却促進装置の概略平面図、図３は、実施例１の原子炉格納容器が適用される原子力発電プラントを表す概略構成図、図４は、加圧水型原子炉の原子炉構造を表す概略図、図５は、実施例１の原子炉格納容器の概略構成図である。

実施例１の原子力発電プラントに適用された原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。

即ち、この加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図３に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１７が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。

蒸気発生器１３は、原子炉格納容器１１の外部に設けられたタービン１８及び復水器１９と冷却水配管２０，２１を介して連結されており、冷却水配管２１に給水ポンプ２２が設けられている。また、タービン１８には発電機２３が接続され、復水器１９には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２４及び排水管２５が連結されている。従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管２０を通してタービン１８に送られ、この蒸気によりタービン１８を駆動して発電機２３により発電を行う。タービン１８を駆動した蒸気は、復水器１９で冷却された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に戻される。

また、加圧水型原子炉１２において、図４に示すように、原子炉容器３１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体３２とその上部に装着される原子炉容器蓋３３により構成されており、この原子炉容器本体３２に対して原子炉容器蓋３３が開閉可能となっている。原子炉容器本体３２は、上部が開口して下部閉塞された円筒形状をなし、内面に熱遮蔽材３４が固定されており、上部に一次冷却水を給排する入口ノズル３５及び出口ノズル３６が形成されている。

この原子炉容器本体３２内にて、上下の炉心板３７，３８に挟まれた形状で炉心３９が形成されており、内部に多数の燃料集合体４０が挿入されている。また、上部炉心板３７の上部には支柱４１を介して上部炉心支持板４２が固定され、この上部炉心支持板４２と上部炉心板３７との間に多数の制御棒クラスタ案内管４３が支持されている。更に、原子炉容器蓋３３に制御棒駆動装置４５が支持されており、各制御棒クラスタ駆動軸４６は制御棒クラスタ案内管４３内を通って燃料集合体４０まで延出され、下部に制御棒クラスタ（制御棒）４７が取付けられている。

一方、下部炉心板３８の下部には下部炉心支持板４８が固定され、この下部炉心支持板４８に炉内計装案内管４９が支持されている。なお、この実施例では、炉内計装案内管４９を原子炉容器３１の下部から挿入して設けたが、炉内計装案内管４９を原子炉容器３１の上部から挿入して設けてもよいものである。

従って、制御棒駆動装置４５により制御棒クラスタ４７を移動して燃料集合体４０に図示しない制御棒を挿入することで、炉心３９内での核***を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器３１内に充填された一次冷却水が加熱され、高温の一次冷却水が出口ノズル３６から排出され、上述したように、蒸気発生器１３に送られる。即ち、燃料集合体４０を構成する燃料としてのウランまたはプルトニウムが核***することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核***を起こしやすくすると共に、発生した熱を奪って冷却する。また、制御棒クラスタ４７を燃料集合体４０に挿入することで、炉心３９内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときには炉心に急速に挿入される。

上述した原子力発電プラントの原子炉格納容器１１は、図５に示すように、岩盤等の堅固な地盤５１上に外部と圧力境界を形成する鋼板ライナ５２を介して立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメント、例えば、上部コンパートメント５３及び蒸気発生器ループ室５４が区画されている。原子炉格納容器１１内の中央部に、蒸気発生器ループ室５４を画成する筒形状をなすコンクリート構造物５５が形成されており、このコンクリート構造物５５により加圧水型原子炉１２（原子炉容器３１）が垂下して支持されている。そして、蒸気発生器ループ室５４には蒸気発生器１３が配置され、冷却水配管１４，１５により連結されている。

また、原子炉格納容器１１内には、コンクリート構造物５５により原子炉容器３１の下方に位置してキャビティ５６が画成されており、このキャビティ５６は、ドレンライン５７を介して蒸気発生器ループ室５４に連通している。そして、原子炉格納容器１１には、燃料取替用水ピット５８が設けられ、非常時にこの燃料取替用水ピット５８の冷却水を加圧水型原子炉１２に供給して冷却する原子炉冷却経路（冷却水供給手段）５９と、冷却水を原子炉格納容器１１に散布して冷却する原子炉格納容器冷却経路（冷却水供給手段）６０が設けられている。そして、原子炉格納容器１１に散布された冷却水は、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を介してキャビティ５６に貯留される。

なお、図示しないが、原子炉格納容器１１には、キャビティ５６に冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられ、この外部注入経路は、基端部が原子炉格納容器１１の外部に設置される消火水などの外部供給設備に連結される一方、先端部がキャビティ５６に連通している。

このように構成された原子炉格納容器１１にて、本実施例では、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ５６が設けられ、このキャビティ５６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却水による冷却を促進する冷却促進装置６１が設けられている。

原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）などが発生した場合、緊急炉心冷却装置が作動し、加圧水型原子炉１２を含む原子炉冷却設備内に冷却水が供給されて炉心を冷却、発生する熱を十分に除去する。ところが、この緊急炉心冷却装置が故障すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させ、下部を貫通してキャビティ５６へ落下する。このとき、キャビティ５６には冷却水が供給可能となっており、このキャビティ５６に落下した溶融物は、冷却水により冷却される。しかし、キャビティに落下した溶融物は、冷却水との相互作用によって細粒化または塊状に固化するものの、固体となったデブリが山状に堆積した場合、特に、内部を十分に冷却することが困難となる。

本実施例の冷却促進装置６１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、広く拡散することで冷却水との接触面積を広げ、冷却水による溶融物の冷却を促進するものである。

この冷却促進装置６１において、図１及び図２に示すように、キャビティ５６は、コンクリート構造物５５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ５６は、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向の一方側に延出した横穴形状をなし、基端部が加圧水型原子炉１２の下方に位置し、先端部側の上部がドレンライン５７を介して蒸気発生器ループ室５４（図５参照）に連通している。

このキャビティ５６にて、鋼製ライナ５２の上部には、これを保護するための保護コンクリート５５ａが設けられており、この保護コンクリート５５ａにおける水平な上面に、冷却促進装置６１を構成する、溶融物を拡散する傾斜部としての傾斜板６２が設けられている。この傾斜板６２は、キャビティ５６における原子炉の下方（基端部）から水平方向に延出した方向（先端部側）に向かって下方に傾斜するように配置されている。

この傾斜板６２は、保護コンクリート５５ａの上面に多数の支柱６３により傾斜状態で支持されることで、保護コンクリート５５ａの上面との間に所定の空間をあけて配置されている。また、傾斜板６２は、多孔質材料により形成されることで、キャビティ５６に供給された冷却水は、この傾斜板６２を貫通して上下に流通可能となっている。なお、傾斜板６２に用いられる多孔質材料としては、例えば、アルミナなどのセラミック材の他、オーステナイトステンレス鋼や、Ｎｉ基やＣｏ基などの超合金を素材とした不織布焼結体、粒状金属、金属粉末から焼結した焼結体などの多孔質金属体、金網を重ねた構造を持つ多孔質金属体、ハニカム構造の多孔質金属体が適用可能である。また、炭素鋼若しくはステンレス鋼に多数の穴を設けた多孔板を用いることも可能である。

また、キャビティ５６には、貯留された冷却水を循環する冷却水循環経路６５が設けられ、この冷却水循環経路６５には、ポンプ６６と熱交換器６７が設けられている。即ち、非常時に、冷却材喪失事故などが発生したとき、ポンプ６６を駆動し、キャビティ５６に貯留された冷却水を熱交換器６７を通して循環することで、キャビティ５６に貯留された冷却水を冷却することもできる。

事故発生時には、図５に示すように、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水を原子炉格納容器冷却経路６０を通して送り、多数の噴射ノズルから原子炉格納容器１１内に向けて冷却水を散布する。すると、この冷却水は、原子炉格納容器１１内で発生した大量の蒸気に対して散布されることとなり、ここで、大量のエネルギを奪い取り、原子炉格納容器１１の内部を冷却してから高温となって落下し、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を通ってキャビティ５６に貯留される。原子炉格納容器１１内に放出されたエネルギを散布された冷却水により奪い取り、原子炉格納容器１１の健全性を維持することができる。

また、事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水を原子炉冷却経路５９を通して加圧水型原子炉１２に送る。すると、この冷却水は、加圧水型原子炉１２内の炉心で発生した炉心の崩壊熱を奪い取り、一部は蒸気となって原子炉格納容器１１の雰囲気へ放出され、残りは高温の水となって外部に流出し、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を通ってキャビティ５６に貯留される。

ところで、上述した緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損させてキャビティ５６へ落下する。

この場合、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水を、原子炉格納容器１１内に送って散布する原子炉格納容器冷却経路６０が設けられており、この経路６０を原子炉冷却経路５９へ接続することも可能である。従って、緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路５９，６０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ５６に供給することができる。また、原子炉格納容器１１には、キャビティ５６に直接冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられており、この外部注入経路を用いて冷却水をキャビティ５６に供給することができる。従って、緊急炉心冷却装置が故障しても、キャビティ５６を冷却水で冠水することができる。

そして、冷却促進装置６１にて、図１及び図２に示すように、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、傾斜板６２の上面部に落下する。この落下中、キャビティ５６に貯留されている冷却水との相互作用により細粒化したデブリが傾斜板６２上に落下し、デブリベッドを形成する。このデブリベッド（キャビティ５６の状況によっては溶融物、または、細粒化しない塊状の固形物の場合もある）は、傾斜板６２の傾斜によりキャビティ５６内を先端部側に移動しながら拡散される。この場合、傾斜板６２は、多孔質材料（または、多孔板）により形成されているため、キャビティ５６に供給された冷却水がこの傾斜板６２を貫通して上下に流通しており、傾斜板６２上を移動するデブリは、拡散しながらその上面及び下面から除熱されることとなる。

このように実施例１にあっては、原子炉格納容器１１の内部に加圧水型原子炉１２を収容すると共に、この加圧水型原子炉１２の下方に非常時に冷却水を供給可能なキャビティ５６を設け、このキャビティ５６に冷却促進装置６１を配置し、この冷却促進装置６１として、キャビティ５６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して、加圧水型原子炉１２からの溶融物（デブリ）を拡散する傾斜板６２を設けている。

従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は傾斜板６２で受け止められ、この傾斜板６２に沿って流動することで拡散されることとなり、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物の冷却水による冷却を促進し、早期に冷却することで原子力発電プラントの安全性の向上を図ることができる。

また、実施例１の冷却促進装置６１では、キャビティ５６を加圧水型原子炉１２の下方から水平方向に延出した横穴形状とし、傾斜板６２をキャビティ５６における加圧水型原子炉１２の下方から水平方向に延出した方向に向かって下方に傾斜している。従って、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、傾斜板６２で受け止められた後、この傾斜板６２に沿ってキャビティ５６における延出方向に流動することで拡散されることとなり、溶融物（デブリ）の拡散領域を広く確保することができる。

また、実施例１の冷却促進装置６１では、キャビティ５６をコンクリート構造物５５により形成し、傾斜板６２を保護コンクリート５５ａの上方に所定の空間をあけて配置している。従って、傾斜板６２で受け止められて拡散する溶融物を、キャビティ５６に供給された冷却水により上下から冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。

また、実施例１の冷却促進装置６１では、傾斜板６２を多孔質材料または多孔板により形成している。従って、キャビティ５６に供給された冷却水が傾斜板６２を流通することとなり、傾斜板６２上の溶融物を上下から冷却することとなり、溶融物と冷却水との接触面積を増加させ、冷却効率を向上させることができる。

また、実施例１では、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水を、原子炉格納容器１１内に送って散布する原子炉格納容器冷却経路６０と、加圧水型原子炉１２に送る原子炉冷却経路５９が設けられると共に、原子炉格納容器１１の外部からキャビティ５６に直接冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられている。従って、緊急炉心冷却装置の故障が発生した場合であっても、いずれかの経路により冷却水をキャビティ５６に供給することができ、傾斜板６２上の溶融物を冷却水により適正に冷却することができる。

図６は、本発明の実施例２に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図、図７は、実施例２の溶融物の冷却促進装置の概略平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２では、図６及び図７に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ５６が設けられ、このキャビティ５６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却水による冷却を促進する冷却促進装置７１が設けられている。

この冷却促進装置７１は、キャビティ５６内にて、保護コンクリート５５ａにおける水平な上面に、階段形状をなす傾斜層７２が設置されている。この傾斜層７２は、保護コンクリート５５ａ上に、水平な板材７３が多数の支柱７４により上下に所定空間をもって複数の層状に積み重ねられて構成され、上部の板材７３ほどキャビティ５６の基端部から先端部側へ延出する長さが短く設定されることで、キャビティ５６における原子炉の下方（基端部）から水平方向に延出した方向（先端部側）に向かって下方に階段状に傾斜するように配置される。なお、この板材７３は、多孔質材料（または、多孔板）により形成されている。

従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損させてキャビティ５６へ落下する。このとき、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水が、原子炉格納容器冷却経路６０により原子炉格納容器１１内に送られる。または、消火水などの外部注入経路によりキャビティ５６に供給される。従って、緊急炉心冷却装置が故障しても、キャビティ５６は冷却水で冠水される。

そして、冷却促進装置７１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、傾斜層７２の上面部に落下する。すると、傾斜層７２上に落下した溶融物は、キャビティ５６に貯留された冷却水との相互作用により、粒状化されたデブリとなっていく。このデブリ（溶融物）は、傾斜層７２の傾斜によりキャビティ５６内を先端部側に移動しながら拡散される。この場合、傾斜層７２は、多孔質材料により形成されているため、キャビティ５６に供給された冷却水がこの傾斜層７２を貫通して上下に流通しており、傾斜層７２上を移動するデブリは、拡散しながらその上面及び下面から除熱されることとなる。

このように実施例２にあっては、キャビティ５６に冷却促進装置７１を配置し、この冷却促進装置７１として、キャビティ５６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して、加圧水型原子炉１２からの溶融物（デブリ）を拡散する傾斜層７２を設けている。

従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は傾斜層７２で受け止められ、この傾斜層７２に沿って流動することで拡散されることとなり、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物の冷却水による冷却を促進し、早期に冷却することで原子力発電プラントの安全性の向上を図ることができる。

また、実施例２の冷却促進装置７１では、傾斜層７２を階段形状としている。従って、この傾斜層７２を複数の板材７３により層状に形成することができ、溶融物とキャビティ５６に供給された冷却水との接触面積を増加させることで、冷却効率を向上させることができる。

図８は、本発明の実施例３に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３では、図８に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ５６が設けられ、このキャビティ５６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却水による冷却を促進する冷却促進装置８１が設けられている。

保護コンクリート５５ａには、キャビティ５６における原子炉の下方（基端部）から水平方向に延出した方向（先端部側）に向かって下方に傾斜する傾斜面５５が形成されている。冷却促進装置８１は、キャビティ５６内にて、この保護コンクリート５５ａにおける傾斜面５５ｂに、溶融物を拡散する傾斜部としての傾斜板８２が設けられている。この傾斜板８２は、傾斜面５５ｂ上に多数の支柱８３により上下に所定空間をもって構成されることで、キャビティ５６における原子炉の下方（基端部）から水平方向に延出した方向（先端部側）に向かって下方に傾斜するように配置される。なお、この傾斜板８２は、多孔質材料（または、多孔板）により形成されている。

従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損してキャビティ５６へ落下する。このとき、キャビティ５６には、冷却水が供給されて冠水される。

そして、冷却促進装置８１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、傾斜板８２の上面部に落下する。すると、傾斜板８２上に落下した溶融物は、キャビティ５６に貯留された冷却水との相互作用により、粒状化されたデブリとなっていく。このデブリ（溶融物）は、傾斜板８２の傾斜によりキャビティ５６内を先端部側に移動しながら拡散される。この場合、傾斜板８２は、多孔質材料により形成されているため、キャビティ５６に供給された冷却水がこの傾斜板８２を貫通して上下に流通しており、傾斜板８２上を移動するデブリは、拡散しながらその上面及び下面から除熱されることとなる。

このように実施例３にあっては、キャビティ５６に冷却促進装置８１を配置し、この冷却促進装置８１として、キャビティ５６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して、保護コンクリート５５ａの傾斜面５５ｂ上に、加圧水型原子炉１２からの溶融物（デブリ）を拡散する傾斜板８２を設けている。

従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は傾斜板８２で受け止められ、この傾斜板８２に沿って流動することで拡散されることとなり、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物の冷却水による冷却を促進し、早期に冷却することで原子力発電プラントの安全性の向上を図ることができる。また、保護コンクリート５５ａに予め傾斜面５５ｂを形成し、この傾斜面５５ｂに板材を配置して傾斜板８２とすることで、構造の簡素化を可能とすることができる。

図９は、本発明の実施例４に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４では、図９に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ５６が設けられ、このキャビティ５６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却水による冷却を促進する冷却促進装置９１が設けられている。

この冷却促進装置９１は、キャビティ５６内にて、保護コンクリート５５ａ上に、溶融物を拡散する傾斜部としての傾斜板９２が設けられている。この傾斜板９２は、保護コンクリート５５ａ上に多数の支柱９３により上下に所定空間をもって構成されることで、キャビティ５６における原子炉の下方（基端部）から水平方向に延出した方向（先端部側）に向かって下方に傾斜するように配置される。また、この傾斜板９２は、上面部を傾斜方向に直交する方向に沿った凹凸形状としている。即ち、板材をジグザグに折り曲げ加工することで傾斜板９２を形成し、上面及び下面に傾斜方向に沿った溝部９２ａを傾斜方向に直行する方向に複数設けている。なお、この傾斜板９２は、多孔質材料（または、多孔板）により形成されている。

従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損してキャビティ５６へ落下する。このとき、キャビティ５６には、冷却水が供給されて冠水される。

そして、冷却促進装置９１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、傾斜板９２の上面部に落下する。すると、傾斜板９２上に落下した溶融物は、キャビティ５６に貯留された冷却水との相互作用により、粒状化されたデブリとなっていく。このデブリ（溶融物）は、傾斜板９２の傾斜により各溝部９２ａに案内されてキャビティ５６内を先端部側に移動しながら拡散される。この場合、傾斜板９２は、多孔質材料により形成されているため、キャビティ５６に供給された冷却水がこの傾斜板９２を貫通して上下に流通しており、傾斜板９２上を移動するデブリは、拡散しながらその上面及び下面から除熱されることとなる。

このように実施例４にあっては、キャビティ５６に冷却促進装置９１を配置し、この冷却促進装置９１として、キャビティ５６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して、加圧水型原子炉１２からの溶融物（デブリ）を拡散する傾斜板９２を設け、この傾斜板９２の上面部を傾斜方向に直交する方向に沿った凹凸形状としている。

従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は傾斜板９２で受け止められ、この傾斜板９２に沿って流動することで拡散されることとなり、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物の冷却水による冷却を促進し、早期に冷却することで原子力発電プラントの安全性の向上を図ることができる。また、傾斜板９２は、上面部を傾斜方向に直交する方向に沿った凹凸形状としており、溶融物（デブリ）は各溝部９２ａに沿って拡散することとなり、拡散を促進することができると共に、溶融物と冷却水との接触面積を増加させることで、冷却効率を向上させることができる。

図１０は、本発明の実施例５に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図、図１１は、実施例５の溶融物の冷却促進装置の概略側面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５では、図１０及び図１１に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ５６が設けられ、このキャビティ５６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却水による冷却を促進する冷却促進装置１０１が設けられている。

この冷却促進装置１０１は、キャビティ５６内にて、保護コンクリート５５ａにおける水平な上面に、溶融物を拡散する傾斜部としての傾斜板１０２が設けられている。この傾斜板１０２は、キャビティ５６における原子炉の下方（基端部）から水平方向に延出した方向（先端部側）に向かって下方に傾斜するように配置されている。

この傾斜板１０２は、保護コンクリート５５ａの上面に多数の支柱１０３により傾斜状態で支持されることで、保護コンクリート５５ａの上面との間に所定の空間をあけて配置されている。また、傾斜板１０２は、傾斜方向に直交する幅方向にて、その幅がキャビティ５６の幅よりも短くなっており、幅方向の両端部に隔壁１０４が固定されることで、各隔壁１０４とキャビティ５６の側壁との間にダウンカマー空間１０５が設けられている。なお、傾斜板１０２は、多孔質材料（または、多孔板）により形成されている。

従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損してキャビティ５６へ落下する。このとき、キャビティ５６には、冷却水が供給されて冠水される。

そして、冷却促進装置１０１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、傾斜板１０２の上面部に落下する。すると、傾斜板１０２上に落下した溶融物は、キャビティ５６に貯留された冷却水との相互作用により、粒状化されたデブリとなっていく。このデブリ（溶融物）は、傾斜板１０２の傾斜によりキャビティ５６内を先端部側に移動しながら拡散される。この場合、傾斜板１０２は、多孔質材料により形成されているため、キャビティ５６に供給された冷却水がこの傾斜板１０２を貫通して上下に流通しており、傾斜板１０２上を移動するデブリは、拡散しながらその上面及び下面から除熱されることとなる。そして、傾斜板１０２上の溶融物の上方では、冷却水が沸騰状態となって上昇し、高温の冷却水が各隔壁１０４を越えて各ダウンカマー空間１０５に入り、このダウンカマー空間１０５を下降して傾斜板１０２に至る。即ち、キャビティ５６内で、傾斜板１０２の上下の冷却水がダウンカマー空間１０５を通して循環することとなり、傾斜板１０２上のデブリを効率的に冷却できる。

このように実施例５にあっては、キャビティ５６に冷却促進装置１０１を配置し、この冷却促進装置１０１として、キャビティ５６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して、保護コンクリート５５ａの傾斜面５５ｂ上に、加圧水型原子炉１２からの溶融物（デブリ）を拡散する傾斜板１０２を設け、傾斜板１０２の両端部に隔壁１０４を固定することで、各隔壁１０４とキャビティ５６の側壁との間にダウンカマー空間１０５を設けている。

従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は傾斜板１０２で受け止められ、この傾斜板１０２に沿って流動することで拡散されることとなり、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物の冷却水による冷却を促進し、早期に冷却することで原子力発電プラントの安全性の向上を図ることができる。また、傾斜板１０２の側方にダウンカマー空間１０５を設けることで、キャビティ５６に供給された冷却水がダウンカマー空間１０５により傾斜板１０２の上下で自然循環することとなり、冷却効率を向上させることができる。

図１２は、本発明の実施例６に係る原子炉格納容器の概略構成図、図１３は、実施例６の原子炉格納容器に適用された溶融物の冷却促進装置の概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例６では、図１２及び図１３に示すように、原子炉格納容器１１内にて、地盤５１上に鋼板ライナ５２を介してコンクリート構造物５５が立設され、このコンクリート構造物５５により加圧水型原子炉１２が支持され、その下方にキャビティ５６が形成されている。そして、このキャビティ５６に冷却促進装置６１が設けられている。また、キャビティ５６の下方の保護コンクリート５５ａには、複数の冷却水配管１１１が埋設されている。この複数の冷却水配管１１１は、キャビティ５６に沿って水平方向に並設されると共に、鉛直方向に並設されており、基端部が所定の本数で集合して燃料取替用水ピット５８に連結される一方、先端部が閉塞されている。なお、この複数の冷却水配管１１１の各先端部は、その一部または全部が集合していてもよい。

この場合、冷却水配管１１１は、基端部が連結配管１１２及び逆止弁１１３を介して燃料取替用水ピット５８に連結されると共に、連結配管１１４を介して原子炉格納容器１１の外部に設置された冷却水タンク１１５に連結されている。燃料取替用水ピット５８及び冷却水タンク１１５は、冷却水配管１１１よりも鉛直方向における上方に設置されており、燃料取替用水ピット５８及び冷却水タンク１１５に貯留されている冷却水は、自重により各冷却水配管１１１に充填されている。なお、各配管１１２，１１４にポンプを装着してもよい。

従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損してキャビティ５６へ落下する。このとき、キャビティ５６には、冷却水が供給されて冠水される。

そして、冷却促進装置６１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、傾斜板６２の上面部に落下し、この傾斜板６２の傾斜によりキャビティ５６内を先端部側に移動しながら拡散される。このとき、キャビティ５６に供給された冷却水がこの傾斜板８２を貫通して上下に流通することで、傾斜板８２上を移動するデブリは、拡散しながらその上面及び下面から除熱されることとなる。

また、キャビティ５６内にて、冷却水による溶融物（デブリ）の冷却が不十分であったとき、デブリが傾斜板６２及び保護コンクリート５５ａを侵食してしまう。しかし、デブリが保護コンクリート５５ａを侵食すると、ここに埋設された冷却水配管１１１が破損され、内部の冷却水が噴出することで、デブリを冷却することとなり、鋼板ライナ５２の侵食が防止される。この場合、冷却水配管１１１には、燃料取替用水ピット５８または冷却水タンク１１５の冷却水が自重により順次送られることとなり、デブリを確実に冷却することができる。

このように実施例６にあっては、キャビティ５６に冷却促進装置６１を配置すると共に、キャビティ５６の下方の保護コンクリート５５ａ内に冷却水配管１１１を配置している。

従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ５６の傾斜板６２に落下し、この傾斜板６２やその下方の保護コンクリート５５ａを侵食しても、保護コンクリート５５ａ５５内の冷却水配管１１１が破損して冷却水が噴出し、この冷却水により溶融物が冷却されることとなり、鋼板ライナ５２の破損を防止して安全性の向上を図ることができる。

なお、上述した各実施例では、キャビティ５６の形状を、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向における一方に延出した横穴形状としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向における一方と他方に延出した形状としてもよい。

また、上述した各実施例では、コンクリート構造物の上方に所定空間をもって傾斜部を設けたが、コンクリート構造物の上面直接傾斜部を設けてもよく、また、コンクリート構造物の上面を傾斜面としてこれを傾斜部としてもよい。更に、傾斜部を多孔質材料や多孔板により構成し、傾斜部の下方に冷却水を供給可能としたが、傾斜部を多孔質材料など以外で形成し、配管やポンプなどにより傾斜部の下方に冷却水を積極的に供給してもよい。

また、上述した各実施例では、本発明の溶融物の冷却促進装置及び原子炉格納容器を加圧水型原子炉に適用して説明したが、沸騰型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）に適用することもでき、軽水炉であれば、いずれの原子炉に適用してもよい。

本発明に係る溶融物の冷却促進装置及び原子炉格納容器は、原子炉の下方に位置するキャビティに溶融物を拡散する傾斜部を設けることで、原子炉から落下する溶融物の冷却を促進して早期に冷却することで安全性の向上を図るものであり、いずれの種類の原子力発電プラントにも適用することができる。

１１ 原子炉格納容器
１２ 加圧水型原子炉
１３ 蒸気発生器
５２ 鋼板ライナ
５３ 上部コンパートメント
５４ 蒸気発生器ループ室
５５ コンクリート構造物
５５ａ 保護コンクリート
５５ｂ 傾斜面
５６ キャビティ
５７ ドレンライン
５８ 燃料取替用水ピット
５９ 原子炉冷却経路（冷却水供給手段）
６０ 原子炉格納容器冷却経路（冷却水供給手段）
６１，７１，８１，９１，１０１ 冷却促進装置
６２，８２，９２，１０２ 傾斜板（傾斜部）
６３ 支柱
７２ 傾斜層（傾斜部）
１０４ 隔壁
１０５ ダウンカマー空間
１１１ 冷却水配管

Claims (10)

1. 原子炉の下方に冷却水を供給可能なキャビティが設けられ、該キャビティに溶融物を拡散する傾斜部が設けられることを特徴とする溶融物の冷却促進装置。
2. 前記キャビティは、前記原子炉の下方から水平方向に延出した横穴形状をなし、前記傾斜部は、前記キャビティにおける原子炉の下方から水平方向に延出した方向に向かって下方に傾斜することを特徴とする請求項１に記載の溶融物の冷却促進装置。
3. 前記傾斜部は、階段形状をなすことを特徴とする請求項１または２に記載の溶融物の冷却促進装置。
4. 前記キャビティは、コンクリート構造物により形成され、前記傾斜部は、前記コンクリート構造物の上方に所定の空間をあけて配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の溶融物の冷却促進装置。
5. 前記傾斜部の側方にダウンカマー空間が設けられることを特徴とする請求項４に記載の溶融物の冷却促進装置。
6. 前記傾斜部は、多孔質材料または多孔板により形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の溶融物の冷却促進装置。
7. 前記傾斜部は、上面部を傾斜方向に直交する方向に沿った凹凸形状とすることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の溶融物の冷却促進装置。
8. 外部と圧力境界を形成するライナ上にコンクリート構造物が構築されることで前記キャビティが形成され、該コンクリート構造物内に冷却水配管が配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の溶融物の冷却促進装置。
9. 内部に原子炉が収容されると共に、前記原子炉の下方に非常時に冷却水を供給可能なキャビティが設けられる原子炉格納容器において、
   前記キャビティにおける前記原子炉の下方に位置して、前記原子炉からの溶融物を拡散する傾斜部が設けられることを特徴とする原子炉格納容器。
10. 前記キャビティに前記原子炉からの溶融物が落下する前または落下した後に、前記キャビティに対して冷却水を供給する冷却水供給手段が設けられることを特徴とする請求項９に記載の原子炉格納容器。

Images