TW201316353A

TW201316353A - 核電廠

Info

Publication number: TW201316353A
Application number: TW101122072A
Authority: TW
Inventors: Tomohisa Kurita; Mika Tahara; Mitsuo Komuro; Toshimi Tobimatsu; Ryo Suzuki; Ryoichi Hamazaki; Noriyuki Katagiri; Masashi Tanabe
Original assignee: Toshiba Kk
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2013-04-16
Also published as: EP2538415A2; US20120328067A1; JP2013007574A

Abstract

[發明課題]當核電廠事故以爐心熔化為設想時可提高該核電廠的安全性。[解決手段]核電廠具有：爐心(10)收容用的反應爐容器(11)；容納反應爐容器(11)用的反應爐安全殼(12)；及配置在反應爐容器(11)下方並且配置在反應爐安全殼(12)內的輻射熱反射構件(30)。輻射熱反射構件(30)，是當爐心(10)因事故成熔化狀態之爐心熔化物(31)流出至反應爐容器(11)下方造成堆積在反應爐安全殼(12)內下部時可遮擋從爐心熔化物(31)朝反應爐安全殼(12)側壁面放出的輻射熱。

Description

核電廠

本發明是關於針對爐心熔化事故可提高安全性的核電廠。

水冷卻式反應爐，當對反應爐壓力容器內的給水停止時，或當反應爐壓力容器所連接的配管斷裂造成冷卻水喪失時，反應爐水位會降低以致爐心露出可能造成冷卻不足。假定為該狀況時，水位降低的訊號會使反應爐緊急自動停止運轉，透過緊急用爐心冷卻裝置(ECCS)的冷卻材注入使爐心滿冠冷卻，藉此防患未然避免爐心熔化事故發生。

然而，雖然屬於極為低的概率，但也可假定上述緊急用爐心冷卻裝置無動作，並且，也無法利用其他爐心注水裝置的事態產生。於該狀況時，可想到的是反應爐水位降低造成爐心露出，由於無法獲得充分冷卻，因此反應爐停止運轉後也會持續產生衰變熱造成燃料棒溫度上升，最終導致爐心熔化。

導致上述事態時，高溫的爐心熔化物會熔化掉落在反應爐壓力容器下部，進一步熔化貫通反應爐壓力容器下鏡，以致落下在安全殼內的地坪上。爐心熔化物會對鋪設在安全殼地坪的混凝土進行加熱，當接觸面成為高溫狀態時就會和混凝土進行反應，大量產生二氧化碳、氫氣等不凝結氣體並且熔化侵蝕混凝土。所產生的不凝結氣體會提高安全殼內的壓力，可能導致反應爐安全殼破損，此外，混凝土的熔化侵蝕可能會破壞安全殼邊界或降低安全殼構造強度。結果，當爐心熔化物和混凝土的反應持續時就會導致安全殼破損，恐怕安全殼內的放射性物質會放出至外部環境。

為了抑制該爐心熔化物和混凝土的反應，是需要冷卻爐心熔化物，使爐心熔化物底部其與混凝土的接觸面溫度冷卻成侵蝕溫度以下(一般的混凝土為1500K以下)，或者需要構成爐心熔化物和混凝土不直接接觸。因此，針對爐心熔化物的落下就提案有各式各樣的對策。該代表性的對策就是所謂的爐心熔化物承接器，其是一種以耐熱材承接落下的爐心熔化物，經由與注水手段的組合達到爐心熔化物冷卻的設備(參考專利文獻1至專利文獻3)。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特許第3510670號公報

[專利文獻2]日本特許第3150451號公報

[專利文獻3]日本特開2007-225356號公報

先前技術中，對爐心熔化物注水會使爐心熔化物上面的水沸騰藉此達到冷卻但若在爐心熔化物堆積前就開始注水則會產生水蒸氣***，因此，一般是將高溫的爐心熔化物堆積在安全殼下部之後再注水。基於此就會使高溫的爐心熔化物產生露出狀態。此時的高溫爐心熔化物溫度約2300℃，其輻射熱恐怕會導致安全殼內的機器及結構物或壓力邊界的壁面等熔化。

此外，達到爐心熔化的事故時可預料到已經喪失電源等，因此注水的機制上估計要採用不需依靠訊號或動力的熔化閥。該熔化閥其閥體溫度達到例如260℃時就會開始注水，但預估會有動作失敗於是複數設置。然而，當該閥的動作遲緩，或空間內成為蒸氣環境氣未達到動作溫度時，沒有執行高溫爐心熔化物冷卻的時間就會變長，恐怕高溫爐心熔化物的侵蝕會造成壓力邊界或爐心熔化物承接器破損。

本發明是為了解決上述課題而為的發明，目的在於當核電廠事故以爐心熔化為設想時可提高該核電廠的安全性。

為了達成上述目的，本發明相關的核電廠，其特徵為，具有：爐心收容用的反應爐容器；容納上述反應爐容器用的反應爐安全殼；及配置在上述反應爐容器下方並且配置在上述反應爐安全殼內的輻射熱反射構件。

根據本發明時，當核電廠事故以爐心熔化為設想時可提高該核電廠的安全性。

[發明之實施形態]

以上，參照圖面針對本發明相關之的核電廠實施形態進行說明。於此，對於彼此相同或類似的部份標示共同的圖號省略重覆說明。

[第1實施形態]

第1圖，是表示本發明相關之核電廠第1實施形態的模式性立剖面圖。爐心10收容在反應爐壓力容器(反應爐容器)11內，反應爐壓力容器11納入在反應爐安全殼12內。反應爐安全殼12，是區分成要收納有反應爐壓力容器11的乾井13和包括有壓力抑制池14的濕井15。反應爐壓力容器11由圓筒狀基座16所支撐的支撐腳17支撐著。乾井13內空間當中，比支撐腳17還上方的空間稱為上部乾井18，比支撐腳17還下方之基座16的內側稱為下部乾井19。濕井15是形成為環狀圍繞著下部乾井19。

壓力抑制池14內經常儲備有冷卻水。從上部乾井18朝壓力抑制池14內的冷卻水中往垂直方向延伸有排氣管20。從該排氣管20設有通往下部乾井19的注水管21，於該注水管21安裝有熔化閥22。

於反應爐安全殼12的內面安裝有襯墊23。

貫通反應爐安全殼12，又朝水平方向通過濕井15設有通往下部乾井19的檢修涵洞24。於檢修涵洞24開口在下部乾井19的部份，安裝有檢修涵洞閘門25。於核電廠通常運轉時，檢修涵洞閘門25是關閉著。檢修涵洞閘門25，是形成為可在核電廠的定期檢修時打開讓作業員出入下部乾井19的構造。

於該實施形態中，在下部乾井19內，以覆蓋著檢修涵洞閘門25及其附近的狀態安裝有輻射熱反射機構(輻射熱反射構件)30。該輻射熱反射機構30由耐熱材構成。假定該核電廠的事故造成爐心10熔化，再加上，假定爐心熔化物31貫通反應爐壓力容器11的底部堆積在下部乾井19的底部。此時，為了防止或抑制高溫的爐心熔化物31所放出的輻射熱到達檢修涵洞閘門25或其附近及安裝在下部乾井19側面的襯墊23，是安裝有輻射熱反射機構30。

根據該實施形態時，當核電廠事故時反應爐壓力容器11內的高壓冷卻水流出至乾井13內時，蒸氣會通過排氣管20導入在壓力抑制池14內，於此蒸氣會凝結，藉此抑制反應爐安全殼12內的壓力上升。

再加上，根據該實施形態時，假定核電廠的事故造成爐心10熔化，再加上，假定爐心熔化物31貫通反應爐壓力容器11的底部堆積在下部乾井19的底部時，從該堆積的爐心熔化物31朝反應爐安全殼12側壁或檢修涵洞閘門 25及其附近放出的輻射熱會受到遮擋，因此就能夠防止或抑制反應爐安全殼12側壁等受到熱侵蝕。

如此一來，能夠防止反應爐安全殼12側壁的溫度上升，能夠防止因壓力邊界之反應爐安全殼12壁面或檢修涵洞24破損造成的放射性物質洩漏。

又加上，核電廠事故時，當高溫的爐心熔化物31堆積在下部乾井19的底部時，熔化閥22會熔化，使壓力抑制池14內的冷卻水經由注水管21供應至下部乾井19，因此就能夠使爐心熔化物31冷卻。

[第2實施形態]

第2圖，是表示本發明相關之核電廠第2實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

於反應爐壓力容器11的下部，安裝有貫通反應爐壓力容器11的控制棒驅動機構(CRD)40及內部泵浦(RIP)45。

在下部乾井19內於控制棒驅動機構40下方設有上部平台41。上部平台41由平台軌道42支撐著。從上部平台41朝下方懸吊有下部平台43。

控制棒驅動機構40更換用的CRD更換機44，是由上部平台41及下部平台43支撐著。

於該實施形態中，輻射熱反射機構47是設置成覆蓋著上部平台41、平台軌道42及下部平台43的下面及側面。

另如第2圖所示，每逢要搬出或搬入內部泵浦45時，RIP搬運台車46是可經由檢修涵洞24移動在上部平台41上。

根據該實施形態時，於核電廠事故時，當下部乾井19內下部堆積有爐心熔化物31(參照第1圖)時，爐心熔化物31所放出的輻射熱在到達反應爐安全殼12內的機器支撐用的支撐構造物(結構材)之前會被輻射熱反射機構47遮擋，藉此就能夠抑制支撐構造物溫度上升。如此一來，就能夠防止該等支撐構造物受熱熔化落下，能夠防止該等支撐構造物所支撐的CRD更換機44等機器及支撐構造物落至下部。

[第3實施形態]

第3圖，是表示本發明相關之核電廠第3實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

於該實施形態中，是在反應爐安全殼12之下部乾井19(參照第1圖)的底部配置有爐心熔化物承接器50。爐心熔化物承接器50，是位於反應爐壓力容器11的正下方。爐心熔化物承接器50，是於反應爐事故時，當爐心10熔化貫通反應爐壓力容器11底部往下落時，可承接該爐心熔化物31防止放射性物質更進一步的擴散。

爐心熔化物承接器50，具備：上部開放可收容從上方落下之爐心熔化物31的爐心熔化物收容部52；及可沿著爐心熔化物收容部52外側流動有冷卻水的冷卻流路 55。爐心熔化物收容部52，具備：中央下陷之研磨缽狀的底板部53；及從底板部53周圍豎起成垂直的側壁部54。於底板部53及側壁部54的內側設有耐熱壁56。

側壁部54內側的耐熱壁56內側設有輻射熱反射構件57。此外，在爐心熔化物承接器50的上方，沿著基座16的牆壁配置有熔化閥22。

根據該實施形態時，由於設有輻射熱反射構件57，因此就能夠抑制從爐心熔化物收容部52內之爐心熔化物31放出的輻射熱要到達爐心熔化物承接器50之側壁部54的量，藉此能夠抑制側壁部54溫度上升。如此一來，能夠防止或抑制側壁部54溫度上升造成的破壞，並且能夠防止耐熱壁56構成用的耐熱材落下。

[第4實施形態]

第4圖，是表示本發明相關之核電廠第4實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

該實施形態是第3實施形態的變形例，第4實施形態中，在反應爐壓力容器11下方於爐心熔化物承接器50上方，朝水平方向寬廣設有坑地坪60。坑地坪60，是由沿著基座16安裝在基座16的坑地坪支撐構造61支撐著。

於坑地坪60下面，設有輻射熱反射構件62、63遮擋從爐心熔化物31放出的輻射熱，避免輻射熱到達坑地坪60周邊部、坑地坪支撐構造61。輻射熱反射構件62其設置角度調整成可使反射的輻射熱引導至熔化閥22。輻射熱反射構件63，其相向爐心熔化物承接器50的面是形成為凹面，配置成可使爐心熔化物承接器50內的爐心熔化物31所放出的輻射熱在輻射熱反射構件63反射集中於熔化閥22。

根據該實施形態時，爐心熔化物承接器50內的爐心熔化物31所放出的輻射熱會在輻射熱反射構件63反射，因此就能夠遮擋輻射熱避免輻射熱到達坑地坪60周邊部、坑地坪支撐構造61，再加上，又可使輻射熱集中在熔化閥22。

如此一來，藉由防止高溫爐心熔化物31輻射熱造成坑地坪支撐構造61溫度上升，是能夠防止坑地坪60全體落下，並且能夠防止輻射熱損壞反應爐安全殼內壁的邊界即襯墊23等。此外，利用高溫爐心熔化物31的輻射熱，是能夠提早熔化閥22的溫度上升，因此就能夠縮短閥遲緩開放時間。另外，利用輻射熱使熔化閥22溫度上升，是不用依賴環境氣溫度的分佈就能執行熔化閥22的啟動。

[第5實施形態]

第5圖，是本發明相關之核電廠第5實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

該實施形態是第3實施形態的變形例，於側壁部54內側之耐熱壁56的內側設有輻射熱反射構件65。輻射熱反射構件65，其相向爐心熔化物承接器50的面是形成為凹面，配置成可使爐心熔化物承接器50內之爐心熔化物31所放出的輻射熱在輻射熱反射構件65反射集中於熔化閥22。

根據該實施形態時，爐心熔化物承接器50內之爐心熔化物31所放出的輻射熱會在輻射熱反射構件65反射，因此就與第3實施形態相同，能夠抑制從爐心熔化物收容部52內之爐心熔化物31放出的輻射熱要到達爐心熔化物承接器50之側壁部54的量，藉此能夠抑制側壁部54溫度上升。如此一來，就能夠防止或抑制側壁部54溫度上升造成的破壞，並且能否防止耐熱壁56構成用的耐熱材落下。

再加上，該實施形態與第4實施形態相同，是可使輻射熱在輻射熱反射構件65反射集中於熔化閥22。如此一來，就可使熔化閥22提早溫度上升能夠縮短閥遲緩開放時間。此外，利用輻射熱使熔化閥22溫度上升是不用依賴環境氣溫度的分佈就能執行熔化閥22的啟動。

[第6實施形態]

第6圖，是表示本發明相關之核電廠第6實施形態的熔化閥附近模式性局部立剖面圖。第7圖為第6圖VII-VII剖線平剖面圖。

該實施形態中，輻射熱反射構件66是配置在熔化閥22周邊之熔化閥22的上方及外圍部。輻射熱反射構件66，其相向爐心熔化物承接器50的面是形成為凹面，配置成可使爐心熔化物承接器50內之爐心熔化物31所放出的輻射熱在輻射熱反射構件66反射集中於熔化閥22。

根據該實施形態時，從爐心熔化物31放出的輻射熱當中照射在熔化閥22周邊的輻射熱，是由輻射熱反射構件66反射集中在熔化閥22。

如此一來，高溫爐心熔化物31所放出的輻射熱會使熔化閥22提早溫度上升藉此就能夠縮短閥遲緩開放時間。再加上，利用輻射熱使熔化閥22升溫是不用依賴環境氣溫度的分佈就能執行熔化閥22的啟動。此外，能夠遮擋輻射熱避免輻射熱到達位於熔化閥22外側及上方之反應爐安全殼12的內壁及坑地坪支撐構造61等。

[第7實施形態]

第8圖，是表示本發明相關之核電廠第7實施形態的熔化閥附近模式性局部立剖面圖。第9圖為第8圖IX-IX剖線剖面圖。

該實施形態是第6實施形態的變形例，其與第6實施形態不同之處是在於熔化閥22的周邊部塗有熱吸收劑67。

熔化閥22於內部具有藉由熔化執行閥動作的機構，將外部的熱傳達至熔化部實現啟動。該實施形態中，於熔化閥22的周邊部塗有熱吸收劑67，因此從爐心熔化物31放出的輻射熱及從輻射熱反射構件66反射的輻射熱會由熔化閥22吸收。由於熔化閥22的周邊部塗有熱吸收劑 67，因此就能夠促進熔化閥22的熱吸收，促進溫度上升。如此一來就能夠縮短熔化閥22的遲緩開放時間。此外，到達熔化閥22的輻射熱不需反射就能夠利用，從熔化閥22反射出的輻射熱能夠抑制熔化閥22周邊的溫度上升。

[第8實施形態]

第10圖，是表示本發明相關之核電廠第8實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

於反應爐壓力容器11的下方在爐心熔化物承接器50的上方，朝水平方向寬廣設有坑地坪60。該坑地坪60由鋼板構成。坑地坪60，是由沿著基座16安裝在基座16的坑地坪支撐構造61支撐著。再加上，於坑地坪60下方支撐著坑地坪60的複數樑70，是配置成水平橫貫下部乾井19。於該等樑70及坑地坪支撐構造61的下面，是塗有要反射輻射熱用的熱反射材71。

根據該實施形態時，從保持在爐心熔化物承接器50內的爐心熔化物31放出的輻射熱會在熱反射材71反射。其結果，就能夠降低要到達坑地坪60支撐用的樑70及坑地坪支撐構造61的輻射熱。如此一來，就能夠抑制樑70及坑地坪支撐構造61的溫度上升，能夠防止樑70及坑地坪支撐構造61之熔化及應力所造成的坑地坪60落下。再加上，在熱反射材71反射的輻射熱也會到達熔化閥22，因此又具有能夠使熔化閥22早期熔化的效果。

[第9實施形態]

第11圖，是表示本發明相關之核電廠第9實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

該實施形態是第8實施形態的變形例，其是在坑地坪60下面當中樑70不覆蓋的部份塗有要吸收輻射熱用的熱吸收劑80。除此之外的構成都與第8實施形態相同。

根據該實施形態時，從保持在爐心熔化物承接器50內的爐心熔化物31放出的輻射熱會在熱反射材71反射，並且由熱吸收劑80吸收。其結果，薄鋼板構成的坑地坪60會受輻射熱特別加熱，因此只能夠使坑地坪60的地坪面熔化。如此一來，對爐心熔化物31執行注水時產生的蒸氣，在上升時就不會有阻礙，可使蒸氣不會滯留在下部乾井19的下部而是移動至上部。

[其他實施形態]

以上，雖然對本發明的幾個實施形態進行了說明，但該等實施形態是以例為提示，並不限定為本發明的範圍。該等新的實施形態是能比其他各行各業的形態實施，在不脫離本發明的主旨範圍是可進行各種的省略、替換、變更。該等實施形態及其變形例是包括在本發明的主旨及範圍內，並且包括在申請專利範圍所記載的發明和其均等的範圍內。

例如：上述各實施形態的特徵也可加以組合。

10‧‧‧爐心

11‧‧‧反應爐壓力容器(反應爐容器)

12‧‧‧反應爐安全殼

13‧‧‧乾井

14‧‧‧壓力抑制池

15‧‧‧濕井

16‧‧‧基座

17‧‧‧支撐腳

18‧‧‧上部乾井

19‧‧‧下部乾井

20‧‧‧排氣管

21‧‧‧注水管

22‧‧‧熔化閥

23‧‧‧襯墊

24‧‧‧檢修涵洞

25‧‧‧檢修涵洞閘門

30‧‧‧輻射熱反射機構(輻射熱反射構件)

31‧‧‧爐心熔化物

40‧‧‧控制棒驅動機構(CRD)

41‧‧‧上部平台

42‧‧‧平台軌道

43‧‧‧下部平台

44‧‧‧CRD更換機

45‧‧‧內部泵浦(RIP)

46‧‧‧RIP搬運台車

47‧‧‧輻射熱反射機構

50‧‧‧爐心熔化物承接器

52‧‧‧爐心熔化物收容部

53‧‧‧底板部

54‧‧‧側壁部

55‧‧‧冷卻流路

56‧‧‧耐熱壁

57‧‧‧輻射熱反射構件

60‧‧‧坑地坪

61‧‧‧坑地坪支撐構造

62、63、65、66‧‧‧輻射熱反射構件

67‧‧‧熱吸收劑

70‧‧‧樑

71‧‧‧熱反射材

80‧‧‧熱吸收劑

第1圖為表示本發明相關之核電廠第1實施形態的模式性立剖面圖。

第2圖為表示本發明相關之核電廠第2實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

第3圖為表示本發明相關之核電廠第3實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

第4圖為表示本發明相關之核電廠第4實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

第5圖為本發明相關之核電廠第5實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

第6圖為表示本發明相關之核電廠第6實施形態的熔化閥附近模式性局部立剖面圖。

第7圖為第6圖VII-VII剖線平剖面圖。

第8圖為表示本發明相關之核電廠第7實施形態的熔化閥附近模式性局部立剖面圖。

第9圖為第8圖IX-IX剖線剖面圖。

第10圖為表示本發明相關之核電廠第8實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。

第11圖為表示本發明相關之核電廠第9實施形態的反應爐安全殼下部局部立剖面圖。