JPS6047989A - 溶融炉心冷却装置 - Google Patents
溶融炉心冷却装置Info
- Publication number
- JPS6047989A JPS6047989A JP58154893A JP15489383A JPS6047989A JP S6047989 A JPS6047989 A JP S6047989A JP 58154893 A JP58154893 A JP 58154893A JP 15489383 A JP15489383 A JP 15489383A JP S6047989 A JPS6047989 A JP S6047989A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- molten core
- heat pipe
- core
- molten
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は原子カプラントで事故時に発生する溶融炉心を
保持・冷却する装置に関するものである。
保持・冷却する装置に関するものである。
原子カプラントで事故が発生した場合、緊急炉心冷却系
が作動し、原子炉の熱全十分に除去し冷却することがで
きる。しかし、もし緊急炉心冷却系が故障すると、炉心
は溶融し、圧力容器を貫通し、溶融炉心がキャビティへ
落下する事態が考えうる。この際、溶融炉心がキャピテ
イの水と接触して水蒸気の発生が、またコンクリートと
反応して水蒸気や二酸化炭素等のガスの発生が起ｐ１そ
の量が多量な場合には、５ＧＴＳ等の非常用ガス処理系
の容量を越え、格納容器が過圧破損する恐れがある。こ
の様な炉心溶融事故の場合、放射性物質放出に対する４
種類の障壁のうち、１）燃料ベレット、２）燃料被覆管
、３）−次系は既に失なわれているため、格納容器が最
後の障壁である。
が作動し、原子炉の熱全十分に除去し冷却することがで
きる。しかし、もし緊急炉心冷却系が故障すると、炉心
は溶融し、圧力容器を貫通し、溶融炉心がキャビティへ
落下する事態が考えうる。この際、溶融炉心がキャピテ
イの水と接触して水蒸気の発生が、またコンクリートと
反応して水蒸気や二酸化炭素等のガスの発生が起ｐ１そ
の量が多量な場合には、５ＧＴＳ等の非常用ガス処理系
の容量を越え、格納容器が過圧破損する恐れがある。こ
の様な炉心溶融事故の場合、放射性物質放出に対する４
種類の障壁のうち、１）燃料ベレット、２）燃料被覆管
、３）−次系は既に失なわれているため、格納容器が最
後の障壁である。
米国サンプイア国立研究所の評価によると、格納容器の
過圧破損によるリスクが原子カプラントの全リスクの約
３０％を占めている。このため、溶融炉心が水、コンク
リート等と接触し、水蒸気・ガスを発生し格納容器の圧
力が上昇することを妨たげることか安全上重要な課題と
なっている。
過圧破損によるリスクが原子カプラントの全リスクの約
３０％を占めている。このため、溶融炉心が水、コンク
リート等と接触し、水蒸気・ガスを発生し格納容器の圧
力が上昇することを妨たげることか安全上重要な課題と
なっている。
従来、一部の高速増殖炉には第１図に示す如き溶融炉心
保持装置が設けられている。また軽水炉においても類似
の保持装置の設置が炉心溶融事故対策の１つとして検討
され始めた。圧力容器１を溶融・貫通した炉心を受け取
めるべく、格納容器２の下部に炉心保持装置３が設けら
れている。炉心保持装置３の材質としては次の２つが考
えられている。
保持装置が設けられている。また軽水炉においても類似
の保持装置の設置が炉心溶融事故対策の１つとして検討
され始めた。圧力容器１を溶融・貫通した炉心を受け取
めるべく、格納容器２の下部に炉心保持装置３が設けら
れている。炉心保持装置３の材質としては次の２つが考
えられている。
（１）反射タイプ：Ｍｇ０（融点２８００ Ｃ＞の如き
高融点の耐熱材によシ溶融炉心を保持する。
高融点の耐熱材によシ溶融炉心を保持する。
（２）吸収タイプ：ガラス細片等の融解熱により溶融炉
心の熱を吸収する。
心の熱を吸収する。
しかし、炉心が溶融した場合、その重量、温度。
発生熱量はそれぞれ５８０ｔ、圧力容器を貫通する事故
後１７０分で３０２７１ｒ、２．３Ｘ１０フＷと美大な
ものであり、上記の炉心保持装置では永久保持すること
は不可能である。例えば、ＭｇＯの保持材を用いた場合
、４日で１．６ｍ厚の炉心保持装置を貫通する。本装置
は熱を系外に放出するものではないため、炉Ｉｂ保持装
置貫通後は、コンク１．１ ）等との反応によるガス発
生のため急激な格納容器圧力上昇に継がる。結局、従来
の方法では、放射性物質閉じ込めのための最後の障壁で
ある格納容器の破損を遅延させ、その間の放射性物質の
減衰を期待するものであり、本質的に格納容器の健全性
を保つことはできない。
後１７０分で３０２７１ｒ、２．３Ｘ１０フＷと美大な
ものであり、上記の炉心保持装置では永久保持すること
は不可能である。例えば、ＭｇＯの保持材を用いた場合
、４日で１．６ｍ厚の炉心保持装置を貫通する。本装置
は熱を系外に放出するものではないため、炉Ｉｂ保持装
置貫通後は、コンク１．１ ）等との反応によるガス発
生のため急激な格納容器圧力上昇に継がる。結局、従来
の方法では、放射性物質閉じ込めのための最後の障壁で
ある格納容器の破損を遅延させ、その間の放射性物質の
減衰を期待するものであり、本質的に格納容器の健全性
を保つことはできない。
この対策として、溶融炉心を冷却する方法が考えつるが
、直接冷却材で冷却する方法では反応により水蒸気・ガ
ス等が発生し格納容器圧力上昇が起るため採用すること
は不可能である。
、直接冷却材で冷却する方法では反応により水蒸気・ガ
ス等が発生し格納容器圧力上昇が起るため採用すること
は不可能である。
本発明は、上記の問題を解決するために、非直接接触冷
却が可能なヒートパイプを用いて溶融炉心の熱を格納容
器外へ放出して溶融炉心を冷却・固化させてしまうこと
によシ格納容器の健全性を保つ溶融炉心冷却装置を提供
することを目的とする。
却が可能なヒートパイプを用いて溶融炉心の熱を格納容
器外へ放出して溶融炉心を冷却・固化させてしまうこと
によシ格納容器の健全性を保つ溶融炉心冷却装置を提供
することを目的とする。
以下、本１発明の一実施例を第２図を用いて説明する。
第２図は本発明になる溶融炉心冷却装置である。圧力容
器ｌを貫通した溶融炉心４は炉心保持装置３に保持され
る。ヒートパイプ５は吸熱部６が溶融炉心４に浸けられ
、放熱部７は格納容器の外部に設けられている。非直接
接触冷却であるため格納容器２内の圧力は上昇せず、ヒ
ートパイプ５によシ溶融炉心４は、熱全格納容器外に放
出され、炉心保持装置３の上で冷却・固化してしまい、
格納容器２の健全性は確保される。
器ｌを貫通した溶融炉心４は炉心保持装置３に保持され
る。ヒートパイプ５は吸熱部６が溶融炉心４に浸けられ
、放熱部７は格納容器の外部に設けられている。非直接
接触冷却であるため格納容器２内の圧力は上昇せず、ヒ
ートパイプ５によシ溶融炉心４は、熱全格納容器外に放
出され、炉心保持装置３の上で冷却・固化してしまい、
格納容器２の健全性は確保される。
ここで炉心保持装置３の材質・規模について検討する。
炉心保持装置３の材質としては高融点の耐熱材が必要で
ある。考えられる材質としては、Ｗ （’Ｉｍｅｌｔ”
＝ ３３７７ Ｃ） 、 Ｃ（Ｔｍｅｌｔ ） ３５０
０Ｃ）ＴａＣ（Ｔｍｅ Ｉ ｔ ＝ ３８８０Ｃ）があ
る。またその規模は、圧力容器の内径が６．４ｍあるの
で、溶融炉心を総て受けるためには円半径ｒ ＝ ３．
２ ｍ以上の断面を持つ凹状の保持装置が必要である。
ある。考えられる材質としては、Ｗ （’Ｉｍｅｌｔ”
＝ ３３７７ Ｃ） 、 Ｃ（Ｔｍｅｌｔ ） ３５０
０Ｃ）ＴａＣ（Ｔｍｅ Ｉ ｔ ＝ ３８８０Ｃ）があ
る。またその規模は、圧力容器の内径が６．４ｍあるの
で、溶融炉心を総て受けるためには円半径ｒ ＝ ３．
２ ｍ以上の断面を持つ凹状の保持装置が必要である。
また、炉内構造物が総て落下した場合、その重量は５８
０ｔであり、ＵＯ２の密度１ｏ、ｓｇ／ｃｄを代表とし
て用いると容量は５５ｍ１となシ、これを半球状の炉心
保持装置で受けることを考えると、ｒ＝３．０ｍとなる
。これよシ溶融炉心保持装置３の形状を半球状とした場
合その半径ｒ ＝ ３．５ ｍ程度が妥当である。 い 次にヒートパイプの外管と媒体の材質について検討する
。外管の拐質としては高融点かつ高熱伝導率のものが必
要であシ、次のものが考えられる。
０ｔであり、ＵＯ２の密度１ｏ、ｓｇ／ｃｄを代表とし
て用いると容量は５５ｍ１となシ、これを半球状の炉心
保持装置で受けることを考えると、ｒ＝３．０ｍとなる
。これよシ溶融炉心保持装置３の形状を半球状とした場
合その半径ｒ ＝ ３．５ ｍ程度が妥当である。 い 次にヒートパイプの外管と媒体の材質について検討する
。外管の拐質としては高融点かつ高熱伝導率のものが必
要であシ、次のものが考えられる。
Ｗ：融点 Ｔｍｅｌ ｔ ＝ ３３７７Ｃ熱伝導率λ＝
１．５ Ｗ／ Ｏｎ−ｄｅｇ （ａ ｔ２００ｃＥ’
）Ｃ： Ｔｍｅ Ｉ ｔ ＞ ３５００ ＣＪ ＝ １
．．０５Ｗ／Ｃｍ −ｄｅｇ （ａ ｔ １０００ Ｃ
）このうちタングステン（Ｗ）については実績があるの
でＷｔ−用いる方が良い。冷却媒体としては、溶融炉心
が約３０００Ｃと高温であるので、第１表に示す如く熱
流束が大きく取れる高温用冷却媒体Ｎａ、に等を用いる
ことができる。′よたこれらの金属は第２表に示す如く
室温で固体かつ溶融炉心が落下すれば、自動的に溶融・
蒸発する。このため、通常運転時は固体であるため安全
性が高く、事故時には何らの起動機構も必要とせずに自
動起動する。
１．５ Ｗ／ Ｏｎ−ｄｅｇ （ａ ｔ２００ｃＥ’
）Ｃ： Ｔｍｅ Ｉ ｔ ＞ ３５００ ＣＪ ＝ １
．．０５Ｗ／Ｃｍ −ｄｅｇ （ａ ｔ １０００ Ｃ
）このうちタングステン（Ｗ）については実績があるの
でＷｔ−用いる方が良い。冷却媒体としては、溶融炉心
が約３０００Ｃと高温であるので、第１表に示す如く熱
流束が大きく取れる高温用冷却媒体Ｎａ、に等を用いる
ことができる。′よたこれらの金属は第２表に示す如く
室温で固体かつ溶融炉心が落下すれば、自動的に溶融・
蒸発する。このため、通常運転時は固体であるため安全
性が高く、事故時には何らの起動機構も必要とせずに自
動起動する。
第１表
第２表
さらにヒートパイプ５の規模について検討する。
まず、伝熱管の口径ｆ、Ｎａを冷却媒体として用いた場
合について計算する。伝熱管の伝熱面積Ｓに次式で計算
できる。
合について計算する。伝熱管の伝熱面積Ｓに次式で計算
できる。
Ｑ＝（１軸×Ｓ
ここで Ｑ；発生熱ｉ＝３．７Ｘ１０’Ｗｑ軸：軸方向
熱流束 ＝ ６０００Ｗ／Ｃｍ’ （第１表参照）これよ、？Ｓ
＝０．３８ｍ”、半径に直すとｒ＝０．３５ｍとなシ、
この半径以上の円筒状の伝熱管が必要であるが、十分実
現可能である。
熱流束 ＝ ６０００Ｗ／Ｃｍ’ （第１表参照）これよ、？Ｓ
＝０．３８ｍ”、半径に直すとｒ＝０．３５ｍとなシ、
この半径以上の円筒状の伝熱管が必要であるが、十分実
現可能である。
次にヒートパイプ吸熱部６の伝熱面２１検討する。伝熱
面積ｓｉ次式で計算できる。
面積ｓｉ次式で計算できる。
Ｑ＝□ ・Ｓ
１ ／ｑ半径＋１／ｈｄ・ΔＴ
ここで ｑ半径：半径方向熱流束
＝ ３０ ｏｗ／ｃｍ’ （第１表参照）ｈｄ：溶融炉
心−ヒートバイブ吸熱 部間の熱伝達率＝ ５０００Ｗ／ｍ’ ψｄｅｇ ΔＴ：溶融炉心−ヒートパイプ吸熱 部間の温度差＝２０００１； これよｊりＳ＝１０ｍ’ となる。これを達成するため
には、第３図に示す如く、半径１．８ｍの円状の吸熱板
とすれば良い。また１辺が３．２ｍの正方形の吸熱板で
も可能である。これらは半径３．５ｍ程度の半球状の炉
心保持装置３に十分に設置することが可能である。本方
法ではヒートパイプの吸熱部６が直接接触しているため
に１０ｍｚの伝熱面で達成できた。これよシ、ヒートパ
イプを炉心保持装置３に埋め込む、もしくは下方に置く
構造では、実現不可能である。
心−ヒートバイブ吸熱 部間の熱伝達率＝ ５０００Ｗ／ｍ’ ψｄｅｇ ΔＴ：溶融炉心−ヒートパイプ吸熱 部間の温度差＝２０００１； これよｊりＳ＝１０ｍ’ となる。これを達成するため
には、第３図に示す如く、半径１．８ｍの円状の吸熱板
とすれば良い。また１辺が３．２ｍの正方形の吸熱板で
も可能である。これらは半径３．５ｍ程度の半球状の炉
心保持装置３に十分に設置することが可能である。本方
法ではヒートパイプの吸熱部６が直接接触しているため
に１０ｍｚの伝熱面で達成できた。これよシ、ヒートパ
イプを炉心保持装置３に埋め込む、もしくは下方に置く
構造では、実現不可能である。
また、ヒートパイプの放熱部７は格納容器２の外部であ
るため、面積全十分に取ることができる。
るため、面積全十分に取ることができる。
さらに効率を向上させるために放熱フィン８を付ける方
法も可能である。
法も可能である。
第４図は本発明になるもう１つの実施例である。
炉心保持装置３はサプレッションプール水９に水浸けに
なった状態になっておシ、プール水９による冷却の効果
が追加される。炉心保持装置の厚みｔ ＝ ０．１ ｍ
とすると、プール水の冷却のみで溶融炉心４を十分に冷
却する能力を持っている。またヒートパイプの放熱部７
は燃料プール水８に水浸けにされてお）、放熱の効率向
上を図っている。
なった状態になっておシ、プール水９による冷却の効果
が追加される。炉心保持装置の厚みｔ ＝ ０．１ ｍ
とすると、プール水の冷却のみで溶融炉心４を十分に冷
却する能力を持っている。またヒートパイプの放熱部７
は燃料プール水８に水浸けにされてお）、放熱の効率向
上を図っている。
第５図は、本発明になるもう１つの実施例である。本実
施例では、ヒートパイプ５がループ型をしている。本構
造によれば蒸発・上昇と凝縮・下降の流路が分離される
ため、対向流による界面抵抗がなく、熱輸送の効率向上
が図れる。またヒートパイプ５がプール水に水浸けにさ
れているため凝縮効果が増す。
施例では、ヒートパイプ５がループ型をしている。本構
造によれば蒸発・上昇と凝縮・下降の流路が分離される
ため、対向流による界面抵抗がなく、熱輸送の効率向上
が図れる。またヒートパイプ５がプール水に水浸けにさ
れているため凝縮効果が増す。
以上説明した如く本発明によれば、直接接触冷却でない
ため、１）水蒸気・ガス発生による格納容器圧力上昇が
ない、１１）化学反応による熱発生かない、ヒートパイ
プを用いるため、ｉｎ） 安価かつ高信頼性、吸熱部が
直接炉心に接しているため、１い熱伝達率が犬、放熱部
が格納容器外に設けられているため、Ｖ）温度・圧力の
上昇を抑えられる、Ｎａ、に等の高融点、高沸点の冷却
媒体を用いているため、■１）自動的に作動する、ｖｉ
ｉ）熱伝達率が大、ＷＸＣ等の超高融点のヒートパイプ
外管、溶融炉心保持材を用いているため、ｖｉｉｉ）融
解に伴なうガス発生がない、Ｉ×）溶融・貫通による急
激な反応がない、等の多くの特徴を持つ、溶融炉心を冷
却・固化する装置全提供でき、これによシ、格納容器の
健全性金保つことができる。
ため、１）水蒸気・ガス発生による格納容器圧力上昇が
ない、１１）化学反応による熱発生かない、ヒートパイ
プを用いるため、ｉｎ） 安価かつ高信頼性、吸熱部が
直接炉心に接しているため、１い熱伝達率が犬、放熱部
が格納容器外に設けられているため、Ｖ）温度・圧力の
上昇を抑えられる、Ｎａ、に等の高融点、高沸点の冷却
媒体を用いているため、■１）自動的に作動する、ｖｉ
ｉ）熱伝達率が大、ＷＸＣ等の超高融点のヒートパイプ
外管、溶融炉心保持材を用いているため、ｖｉｉｉ）融
解に伴なうガス発生がない、Ｉ×）溶融・貫通による急
激な反応がない、等の多くの特徴を持つ、溶融炉心を冷
却・固化する装置全提供でき、これによシ、格納容器の
健全性金保つことができる。
第１図は従来の溶融炉心保持装置の断面図、第２図は本
発明の一実施例による溶融炉心冷却装置の断面図、第３
図は本発明の一実施例による溶融炉心冷却装置のうちヒ
ートパイプの吸熱部の拡大図、第４図は本発明のもう一
つの実施例による溶融炉心冷却装置の断面図、第５図は
本発明のさらにもう一つの実施例による溶融炉心冷却装
置の断面図である。 １・・・圧力容器、２・・・格納容器、３・・・炉心保
持装置、４・・・溶融炉心、５・・・ピートノζイブ、
６・・・ヒーしくイブ吸熱部、７・・・ヒートツクイブ
放熱部、８・・・放熱第１頁の続き ０発 明 者 松 本 明 良 東京都千代田区神１作
所内
発明の一実施例による溶融炉心冷却装置の断面図、第３
図は本発明の一実施例による溶融炉心冷却装置のうちヒ
ートパイプの吸熱部の拡大図、第４図は本発明のもう一
つの実施例による溶融炉心冷却装置の断面図、第５図は
本発明のさらにもう一つの実施例による溶融炉心冷却装
置の断面図である。 １・・・圧力容器、２・・・格納容器、３・・・炉心保
持装置、４・・・溶融炉心、５・・・ピートノζイブ、
６・・・ヒーしくイブ吸熱部、７・・・ヒートツクイブ
放熱部、８・・・放熱第１頁の続き ０発 明 者 松 本 明 良 東京都千代田区神１作
所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、圧力容器直下に位置し、圧力容器水平断面よシ広い
面積を持った溶融炉心を受ける容器と、吸熱部が溶融炉
心に浸ム放熱部が格納容器の外部に設けられたヒートパ
イプとによシ構成され、非直接接触冷却によシ溶融炉心
の熱を格納容器外に放出できること番特徴とする溶融炉
心冷却装置。 ２、前記ヒートパイプの媒体として、融点が３００以上
の材料を用いること全特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の溶融炉心冷却装置。 ３、前記ヒートパイプの外管吸熱部と容器として、融点
が３０００Ｃ以上の材料を用いることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の溶融炉心冷却装置。 ４、前記溶融炉心を受ける容器を抑力仰制室の冷却水に
浸すことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融
炉心冷却装置。 ５、前記ヒートパイプの放熱部を燃料プール水に浸けた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融炉心
冷却装置。 ６、前記ヒートパイプをループ型とし、熱効率を向上さ
せたこと’ｔ％徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶
融炉心冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58154893A JPS6047989A (ja) | 1983-08-26 | 1983-08-26 | 溶融炉心冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58154893A JPS6047989A (ja) | 1983-08-26 | 1983-08-26 | 溶融炉心冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6047989A true JPS6047989A (ja) | 1985-03-15 |
Family
ID=15594253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58154893A Pending JPS6047989A (ja) | 1983-08-26 | 1983-08-26 | 溶融炉心冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6047989A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005195595A (ja) * | 2003-12-31 | 2005-07-21 | General Electric Co <Ge> | 炉心キャッチャ冷却 |
| JP2008241657A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Toshiba Corp | 原子炉格納容器 |
| JP2014048110A (ja) * | 2012-08-30 | 2014-03-17 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 原子炉圧力容器の冷却設備 |
| JP2019045433A (ja) * | 2017-09-06 | 2019-03-22 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 原子炉格納容器 |
-
1983
- 1983-08-26 JP JP58154893A patent/JPS6047989A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005195595A (ja) * | 2003-12-31 | 2005-07-21 | General Electric Co <Ge> | 炉心キャッチャ冷却 |
| JP4620449B2 (ja) * | 2003-12-31 | 2011-01-26 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 炉心キャッチャ冷却のアセンブリおよび該アセンブリを有する原子炉 |
| JP2008241657A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Toshiba Corp | 原子炉格納容器 |
| JP2014048110A (ja) * | 2012-08-30 | 2014-03-17 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 原子炉圧力容器の冷却設備 |
| JP2019045433A (ja) * | 2017-09-06 | 2019-03-22 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 原子炉格納容器 |
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