JP2001512563A - 冷却装置を備えた原子炉設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 炉心溶融物の捕捉装置を備えた原子炉設備において炉心溶融事故を良好に抑制するために、原子炉圧力容器の下側におけるコンクリート部位が受動式冷却装置を備えていることが提案される。この冷却装置はコンクリート構造物（５）に敷設され両端を冷却材容器（２４）内に開口している冷却管（２３、２３ａ、２３ｃ）を有している。

Description

【発明の詳細な説明】 冷却装置を備えた原子炉設備 本発明は原子炉圧力容器と炉心溶融物の捕捉装置とを備えた原子炉設備に関す る。 ドイツ特許出願公開第４３１９０９４号明細書において、原子炉圧力容器の下 側に通路を介して拡散室に連通している前室が配置されているような原子炉圧力 容器の炉心溶融物を捕捉して冷却するための装置が知られている。その前室はほ ぼ裁頭円錐形に形成され、下側がいわばるつぼとして使われる耐火性基盤によっ て画成されている。その基盤は耐火セラミックあるいは特殊れんがで作らねばな らない。拡散室の底は耐火材で内張りされている。 ドイツ特許出願公開第２２３４７８２号明細書において、炉心溶融事故が発生 した際に炉心を捕捉するためのウエルが原子炉燃料集合体の下側に配置されてい るような原子炉圧力容器が知られている。そのウエルはこれを冷却するために炉 心とは反対側が冷却体の様式でリブ状に形成され、冷却回路の水と接している。 このようにして炉心溶融物は冷却される。そのウエルは原子炉圧力容器の内部に 配置されている。 ヨーロッパ特許出願公開第０５６３７３９号明細書において、原子炉圧力容器 の下側に配置された基礎が捕捉槽内における水溜まりに連通している太い冷却通 路で貫通されているような水冷形原子炉を備えた原子炉設備が知られている。 これらの従来における装置は炉心溶融物を捕捉することを考慮しているが、炉 心溶融物を最良に冷却することは考慮されていない。ドイツ特許出願第１９５１ ２２８７．９号明細書において、前室を備えた高い熱伝導率の材料から成る基盤 が提案されており、その基盤および前室はそれらの下側にあるコンクリート構造 物の範囲において下側が冷却管で貫通されている。 本発明の課題は、基盤および前室の底を保護するために十分に冷却され且つ単 純に製造できるような、炉心溶融物の捕捉装置を備えた原子炉設備を提供するこ とにある。 この課題は本発明に基づいて、原子炉圧力容器と、この原子炉圧力容器の下側 に配置され炉心溶融物を捕捉するための前室の底部を形成する基盤と、原子炉圧 力容器の横に並んで配置された炉心溶融物用拡散室とを備え、基盤と拡散室の底 部とがコンクリートで作られて、コンクリート構造物上に配置され、コンクリー ト構造物が基盤及び／又は拡散室の底部に対する境界範囲において多数の冷却管 で貫通されていることによって解決される。 このようにして基盤の熱的過負荷あるいは損傷およびその敷板の貫通が防止さ れる。これは特に長い運転時間に適する。更に冷却管が基盤の下に位置するコン クリート構造物の単純なコンクリートの中に埋設されるので、冷却管は非常に簡 単に設置できる。その後で、製造に経費がかかる基盤がその上に容易に配置され る。 冷却管はその両端が冷却材用容器に接続されていると有利である。これによっ て、補助的なエネルギの導入あるいは他の装置を必要とせずに、受動式に冷却す ることができる。その冷却は連続して作用し、ほとんどフェイルセーフである。 冷却材としては水が好適である。 冷却管はそれぞれ一端が容器の冷却材液面の下側に開口し、他端が容器の冷却 材液面の上に開口している。これによって冷却材流れの方向が予め定められる。 その際蒸発した冷却材は最も抵抗の少ない方向に流れる。この冷却材は容器内で 凝縮し、再び冷却回路に戻される。 冷却管は互いに平行に並んで位置し、交互に逆向きの流れ方向を有する。これ によって冷却層内に一様な熱分布が生ずる。 容器は基盤と拡散室との被冷却部位を円周方向へ少なくとも部分的に包囲する 。このようにして原子炉建屋内に冷却装置をコンパクトに組み込むことができる 。これによって中央冷却材導入方式が生ずる。 冷却管が被冷却部位をほぼ直線状にあるいは湾曲状に貫通し、それぞれの冷却 管の両端が被冷却部位の反対側で容器に開口していると有利である。これによっ て冷却管の加工および敷設が特に容易となり、その配置構造が分かりやすくなる 。 冷却管は被冷却部位をほぼＵ形に貫通し、その両端が被冷却部位の同じ側で容 器内に開口するようにできる。これによって冷却管は予め製作する際に真っ直ぐ な形状よりも短くできるために良好に加工できる。場合によっては個々の容器に 幾つかの管群を付設する場合、冷却回路は良好に分割される。 冷却管は少なくとも部分的に傾斜して敷設することができる。このようにして 冷却管内における冷却材流れが良好にされる。特に基盤のコンクリートが耐火性 を有していると好ましい。これによって受動式冷却と組み合わせて炉心溶融物を 良好に抑制することができる。 補助的に容器内に冷却材の冷却装置が設けられる。これによって長時間にわた って十分な冷却作用が保証される。 冷却装置は抽出管および排出管を有し、その抽出管は容器内に冷却材液面の範 囲に配置され、排出管は散水装置の様式で原子炉設備の天井範囲及び／又は拡散 室の天井範囲及び／又は拡散室の蒸気拡散範囲に配置される。このようにして炉 心溶融事故が発生した際に原子炉設備全体に対する全般的な冷却構想が生ずる。 従って特に全設備内、特にコンテインメント内において、上昇する蒸気も凝縮し 、冷却回路に戻される。これは蒸気の流出防止に関しても有効である。さらに蒸 気の凝縮によってその都度の空間あるいは部位における圧力が減少する。本発明 は例えばいわゆるヨーロッパ加圧水炉形の原子炉で使用することができる。 更に基盤と冷却管との間に熱伝導層、特に金属板を配置することもできる。こ のようにして熱伝導層内における良好な熱分布が生じ、炉心溶融物が理論上浸透 しても、冷却管間のコンクリート構造物が保護される。その金属板は良好な熱伝 導移行部が生ずるように冷却管に固く固定することもできる。 本発明、他の詳細および利点を実施例および図面に基づいて詳細に説明する。 図１は原子炉圧力容器が内部に配置されている原子炉設備の図４のＡ−Ａ線に 沿った一部断面図、 図２は原子炉設備の図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図、 図３は原子炉設備の図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図、 図４は図２あるいは図３のＤ−Ｄ線に沿った原子炉設備の原子炉圧力容器の下 側部位の横断面図、 図５は異なった原子炉設備の図３に相当する断面図、 図６は異なった原子炉設備の図４に相当する断面図、 図７は異なった原子炉設備の図６あるいは図４に相当する断面図である。 以下の図において同一部分ないし相当部分には（異なった実施例の異なった図 でも）同一符号が付されている。相違点は場合によっては添字によって表されて いる。その説明はたとえ場合によって唯一の図しか挙げられていなくとも、その 実施例の複数の図に関係する。 図１および図２には原子炉圧力容器１が原子炉ピット３の中に配置されている 原子炉設備の一部が断面図で示されている。その原子炉ピット３は建屋のコンク リート構造物を兼ねているコンクリート構造物５によって形成されている。この コンクリート構造物５は場合によっては地下あるいは地上にある分割構造の基礎 ６上に配置されている。原子炉圧力容器が図示されているけれども（当該技術者 において明らかに理解できるので）、その詳細説明は省略する。 原子炉ピット３の内側壁と原子炉圧力容器１との間には原子炉圧力容器１を包 囲する絶縁体７が配置されている。場合によっては絶縁体７と原子炉圧力容器１ ないし原子炉ピット３の壁との間にある中間室は強制的に換気され、このために 換気配管８を介して通気立坑８ａから空気が導入される。 原子炉圧力容器１は詳細に図示されていない水冷形原子炉炉心を含んでいる。 原子炉ピット３は上部が円筒状に、下部が湾曲面状に、特に半球面状に形成され ている。これはるつぼ状構造物を有している。るつぼ状形状は基盤９によって形 成されている。原子炉圧力容器１と基盤９との間に形成されている中間室は炉心 溶融物を捕捉するための前室１１として使われ、場合によっては水を排除するた めの詳細に図示されていない充填体で充填されている。 前室１１はその最も低い個所が隔壁あるいは分離壁１５で閉じられている。隔 壁あるいは分離壁１５は、炉心溶融事故が生じた際に所定の時間経過後に原子炉 圧力容器１から流出する炉心溶融物によって壊され、通路１７を通って拡散室１ ９へ至る経路が開けられるように形成されている。拡散室１９は原子炉圧力容器 １の横に並んで配置されている。拡散室１９はいわば冷却室としておよび炉心溶 融物の最終貯蔵所として使われる。 本発明の考えの要点は基盤９及び／又は拡散室１９の底部および通路１７を冷 却するための形状にある。拡散室１９の底部および基盤９は小さな熱伝導率の耐 火材で作られている。このために好適には耐火コンクリートが利用される。これ はその製造に非常に時間と手間がかかる。耐火性は約１８００℃の温度までで充 分である。 場合によっては基盤９あるいは拡散室１９の底部は詳細に図示されていない構 成要素、例えば円板あるいは層の形に配置することもできる円セグメント状ある いは円環セグメント状構成要素によって形成される。これによって良好な製造性 および搬送性が得られる。 前室１１、拡散通路１７および拡散室１９の機能については特に冒頭に述べた 刊行物を参照されたい。特にドイツ特許出願第１９５１２２８７．９号明細書に 記載された炉心溶融物の取扱い方法はここで説明する原子炉設備に同じように適 用され、この説明の開示範囲の一部をなしている。 コンクリート構造物５と基盤９ないし拡散室１９の底部との境界範囲において コンクリート構造物５の中に冷却装置の冷却管２３が配置されている。図２にお いて冷却装置の機能が理解できる。被冷却部位は冷却材貯槽として使われる容器 ２４（図４も参照）で包囲されている。冷却材としては水が好適である。場合に よっては互いに連通している別個の二つの容器を場合によって設けることもでき る。通常運転中において冷却材は場合によっては別の目的、例えば他の冷却任務 にも利用できる。 図２に装置の他の冷却管として例示されている冷却管２３ａはその一端２３ａ ａが容器２４の低い底部位２５に開口し、そこから出発して基盤９の直ぐ下に沿 って容器２４の冷却材液面の上まで延びて、他端２３ａｂがそこに開口している 。つまりこのようにして一方向のみの冷却材流れが保証されている。なお図中２ ６は冷却材液面である。 基盤９で冷却管２３ａ内の冷却材が暖められると蒸気が発生し、その蒸気は下 部２５における一端２３ａａの上側の高い水の層によって形成される圧力によっ て上部空間２８に逃げ、そこで凝縮して滴下する。このようにして下部２５から 上部空間２８の方向への一様な冷却材流れが保証される（流れ方向の矢印も参照 ）。 即ちこの冷却は他のエネルギ導入なしに受動式に行われる。発生した蒸気は容 器２４内に逃げ、そこで再び凝縮する。冷却管２３は図示されているように好適 には僅かに傾斜して敷設され、これによって冷却材の循環が改善される。 その上に、容器２４の冷却材表面の範囲から温かい冷却材を抽出して熱交換器 ３１に導入する抽出管３０が概略的に示されている。 冷たくされた冷却材は続いて容器２４に再び導入されねばならない。これは例 えば事故が発生した際に、冷却材が概略的に図示した散水装置３２（あるいは単 純なスプレー管）を介して原子炉圧力容器１の上に散水され、コンクリート構造 物５内の詳細に示されていない通路を通して容器２４に戻されることにより行わ れる。このようにして原子炉圧力容器の外からの補助的な冷却も行われる。 容器２４の上部空間２８内に散水装置の様式の別の冷却装置３２ａを設けるこ ともでき（図２参照）、これによって上昇する蒸気が凝縮し、容器２４内に滴下 する。場合によっては拡散室１９から上昇する蒸気（図１における矢印１９ａ参 照）を、別の散水装置３２ｂが同様に設けられているラビリンス３３を通して導 くこともできる。蒸気の凝縮液は溝３５で捕捉され、容器２４に戻される。 図３には拡散室１９の範囲における冷却管の案内経路が示されている。この図 から、拡散室１９と基盤９との下側におけるそれぞれの部位に対する冷却管２３ は場合によっては逆向きの冷却材流れ方向で敷設されていることが理解できる（ その流れ方向はそれぞれの冷却管端の位置によって理解できる）。このようにし て冷却材は一様に加熱される。 図４には基盤９の下側における境界面の部位におけるコンクリート構造物５が ほぼＤ−Ｄ線に沿った断面図で示されている。冷却管２３は基盤９の下側を直線 状に延びている。これは拡散室１９の範囲に対してはその中央部分にしか適用さ れない。冷却管の両側端は拡散室１９の傾斜壁３６に平行に開口するように折り 曲げられている。冷却管の両端における矢印によって、そこでも基盤９と拡散室 １９との下側において逆向きの冷却材流れ方向が生ずることが示されている。 図５および図６には冷却管２３が異なった形で導かれている別の実施例が示さ れている。拡散室の下側における冷却管２３ｃはＵ状あるいはループ状に敷設さ れ、その両端は互いに並んであるいは平行に延び、同じ側で容器２４内に開口し ている。これらの冷却管２３ｃは容易に製造でき敷設できる。 図５および図６に示されているように、幅広い冷却層が生ずるように冷却管の 両端は僅かに傾斜して相互にずらして配置されている。なおここでも、拡散室１ ９と基盤９との冷却管２３ｃが或る重なり範囲Ｂにおいて互いに上下に位置して いることも理解できる。 なお図１および図２は異なった別の実施例にも同じようにて適用される。 図７には、基盤９の下側範囲だけが受動式冷却装置に属する冷却管２３によっ て貫通されているさらに異なる実施例が示されている。拡散室１９の下側範囲は 冷却装置（図示せず）に接続されている冷却コイル管４０によって貫通されてい る。 ここでは例えば事情によって制御することもできる補助的な能動式冷却も考え られる。これによって、流れ出た炉心溶融物に対して相応する制御を行うことに よって場合によっては所定のプログラムに応じた特殊な冷却を実施することがで きる。これは特に長時間の運転に対して大きな価値がある。図４、図６および図 ７において、容器２４およびその冷却材入口あるいは冷却材出口については当業 者において自明であるので詳述しない。 原理的には基盤および拡散室の能動式冷却も考えられる。その能動式冷却の際 には多量の熱が放出されるので、冷却装置全体特に冷却管は特別に設計しなけれ ばならない。そのために冷却管はコンクリート構造物の中に例えば大きな相互間 隔で及び／又は深い位置に敷設される。また種々の冷却方式あるいは冷却方法も 考えられる。例えば、炉心溶融事故が発生した後で所定の待機時間経過後に能動 式冷却が活動し始めると有利である。この方法は拡散する炉心溶融物がスプレー 装置によって上から冷却されるときに適用される。 勿論、上述の各特徴を専門知識の枠内で本発明の基本的な考えから逸脱するこ となしに任意に組み合わせることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビッターマン、ディートマール ドイツ連邦共和国 デー―90765 フュル ト ベーナーシュトラーセ 30 (72)発明者 フィッシャー、マンフレート ドイツ連邦共和国 デー―91054 エルラ ンゲン ランペルツビュール 45

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．原子炉圧力容器（１）と、この原子炉圧力容器（１）の下側に配置され炉心 溶融物を捕捉するための前室（１１）の底部を形成する基盤（９）と、原子炉圧 力容器（１）の横に並んで配置された炉心溶融物用拡散室（１９）とを備え、基 盤（９）と拡散室（１９）の底部とがコンクリートで作られて、コンクリート構 造物（５）上に配置され、コンクリート構造物（５）が基盤（９）及び／又は拡 散室（１９）の底部に対する境界範囲において多数の冷却管（２３、２３ａ、２ ３ｃ）で貫通されている原子炉設備。 ２．冷却管（２３、２３ａ、２３ｃ）が冷却液容器（２４）に接続されている請 求項１記載の原子炉設備。 ３．冷却管（２３、２３ａ、２３ｃ）はそれぞれ一端が容器（２４）の冷却材液 面（２６）の下側に開口し、他端（２３ａｂ）が容器（２４）の冷却材液面（２ ６）の上に開口している請求項２記載の原子炉設備。 ４．冷却管（２３、２３ａ、２３ｃ）が互いに平行に並んで位置し、交互に逆向 きの流れ方向を有している請求項３記載の原子炉設備。 ５．容器（２４）が基盤（９）と拡散室（１９）との被冷却部位を円周方向へ少 なくとも部分的に包囲している請求項１ないし３の１つに記載の原子炉設備。 ６．冷却管（２３、２３ａ、２３ｃ）が被冷却部位をほぼ直線状にあるいは湾曲 状に貫通し、それぞれの冷却管（２３、２３ａ、２３ｃ）の両端が被冷却部位の 反対側で容器（２４）に開口している請求項５記載の原子炉設備。 ７．冷却管（２３、２３ａ、２３ｃ）が被冷却部位をほぼＵ形に貫通し、その両 端が被冷却部位の同じ側で容器（２４）に開口している請求項５記載の原子炉設 備。 ８．冷却管（２３、２３ａ、２３ｃ）が少なくとも部分的に傾斜して敷設されて いる請求項１ないし７の１つに記載の原子炉設備。 ９．コンクリートが耐火性を有している請求項１ないし８の１つに記載の原子炉 設備。 １０．請求項２と組み合わされ、冷却材の冷却装置が容器（２４）内に設けられ ている請求項１ないし９の１つに記載の原子炉設備。 １１．冷却装置が抽出管（３０ａ）および排出管（３０ｂ）を有し、抽出管（３ ０ａ）が容器（２４）内に冷却材液面（２６）の範囲に配置され、排出管（３０ ｂ）が散水装置（３２）の様式で原子炉設備の天井範囲及び／又は拡散室（１９ ）の天井範囲及び／又は拡散室（１９）の蒸気拡散範囲に配置されている請求項 １０記載の原子炉設備。 １２．冷却材として水が使用されている請求項１ないし１１の１つに記載の原子 炉設備。 １３．基盤（９）と冷却管（２３、２３ａ、２３ｃ）との間に熱伝導層、特に金 属板が配置されている請求項１ないし１２の１つに記載の原子炉設備。