JP2009257918A - 炉心溶融物冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炉心溶融物を長時間にわたって効率よく除熱できる冷却チャンネルを有する炉心溶融物冷却装置を提供する。
【解決手段】原子炉圧力容器１下部のペデスタル床１８上に設けられた円錐形状の耐熱材１２と、耐熱材１２の下面に設けられた冷却チャンネル１１と、耐熱材１２の中央下部に設けられた給水容器１０と、ペデスタル床１８及びペデスタル側壁１９に設けられた給水流路と、圧力抑制プール４の上方に設けられた水槽５から冷却水を前記給水流路９に供給する注水配管８と、を有し、前記冷却チャンネル１１の一方の端部が外周部で上方に立ち上がる垂直開口部１１ｂを形成し、他端部が前記給水容器１０に接続されてなる炉心溶融物冷却装置７において、前記冷却チャンネル１１の内面、前記円筒容器１０の内面又は前記給水流路９の流路壁面の少なくとも一つ以上に摩擦低減物質を塗布又は被覆したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉圧力容器の下部に設けられる炉心溶融物冷却装置に関し、特に除熱効率の優れた炉心溶融物冷却装置に関する。

水冷却型原子炉では、原子炉圧力容器内への給水の停止や、原子炉圧力容器に接続された配管破断等により冷却水が喪失すると、原子炉水位が低下し炉心が露出して冷却が不十分になる可能性がある。このような場合を想定して、水位低下の信号により自動的に原子炉は非常停止され、非常用炉心冷却系による冷却材の注入によって炉心を冠水させて冷却し、炉心溶融事故を未然に防ぐようになっている。

しかし、極めて低い確率ではあるが、非常用炉心冷却系が作動せず、かつ、その他の炉心への注水装置も利用できない事態も想定される。このような場合、原子炉水位の低下により炉心は露出し、十分な冷却が行われなくなり、原子炉停止後も発生し続ける崩壊熱によって燃料棒温度が上昇し、最終的には炉心溶融に至ると考えられる。

このような事態の場合、高温の炉心溶融物が原子炉圧力容器下部に溶け落ち、さらに原子炉圧力容器下鏡を溶融貫通して、原子炉格納容器内の床上に落下する。炉心溶融物は原子炉格納容器床に張られたコンクリートを加熱し、接触面が高温状態になるとコンクリートと反応し、二酸化炭素、水素等の非凝縮性ガスを大量に発生させるとともにコンクリートを溶融浸食する。発生した非凝縮性ガスは原子炉格納容器内の圧力を高め、原子炉格納容器を破損させる可能性があり、また、コンクリートの溶融浸食により原子炉格納容器バウンダリを破損させ、原子炉格納容器の構造強度を低下させる可能性がある。結果的に、コリウムとコンクリートの反応が長時間継続すると、原子炉格納容器破損に至り、原子炉格納容器内の放射性物質の一部が外部環境に放出する可能性があるため、こうしたコリウムとコンクリートの反応を抑制する機構を設ける必要がある。

この炉心溶融物とコンクリートの反応を抑制するためには、炉心溶融物を冷却し、炉心溶融物底部のコンクリートとの接触面の温度を浸食温度以下（一般的なコンクリートで1500 K以下）に冷却するか、炉心溶融物とコンクリートが直接接触しないようにする必要がある。炉心溶融物が落下した場合に備えて、様々な対策が提案されている。代表的な対策設備としては、コアキャッチャーが挙げられる。これは、落下した炉心溶融物を耐熱材でうけとめて、注水手段と組み合わせて炉心溶融物の冷却を図る設備である。

原子炉格納容器床に落下した炉心溶融物の上面に冷却水を注水しても、炉心溶融物の底部での除熱量が小さいと、崩壊熱によって炉心溶融物底部の温度が高温のまま維持され、格納容器床のコンクリートの侵食を止めることができない。炉心溶融物を底面から冷却するという方法もいくつか提案されている（特許文献１及び２）。

従来の炉心溶融物冷却装置７（コアキャッチャー）の基本的な構成を図７〜図９により説明する。
原子炉圧力容器１の下部のペデスタル床１８上に設けられた炉心溶融物冷却装置７の上部には円錐形状の耐熱材１２が設けられ、その下面に冷却チャンネル１１が設けられる。冷却チャンネル１１には、傾斜伝熱面を持った中空の冷却チャンネルユニット２０が円周方向に密に並べられ、全体として円錐形状の冷却チャンネルユニット集合体を形成する。冷却チャンネルユニット２０は、傾斜部２０ａと外周部で上方に立ち上がる垂直開口部２０ｂとを有し、中心側は円筒形の給水容器１０に接続されている。

円錐形状をした冷却チャンネルユニット集合体の上面に耐熱材１２を設置し、給水容器１０の上面全面を覆うように設置される。給水容器１０への初期の給水は、炉心溶融物冷却装置７より上方に水面をもつプール水を、注水配管８を介して重力落下させることにより行われる。初期注水終了後は、炉心溶融物冷却装置７へ溢水した水が、冷却チャンネル内の沸騰で生じる自然循環により給水流路９から給水容器１０に供給される。

図７に示すように、原子炉格納容器２内で、かつペデスタルに隣接する圧力抑制プール４より上方に、水槽５が設置される。そして、この水槽５と炉心溶融物冷却装置７を結ぶ配管の途中に注入弁２１が設けられる。この注水弁２１は、原子炉圧力容器１の下部ヘッド破損を検知する信号（例えば「下部ヘッド温度高」信号や「ペデスタル雰囲気温度高」信号）により開放され、水槽５の冷却水が重力落下により炉心溶融物冷却装置７に供給される。溶融物の冷却により生じた蒸気は原子炉格納容器上部に設けられる冷却器６（静的格納容器冷却設備やドライウェルクーラーなど）で凝縮され、凝縮水は水槽５に戻るようになっており、水が自然循環することにより炉心溶融物の冷却が継続される構成となっている。

炉心溶融事故時に、炉心溶融物が原子炉圧力容器１の下部ヘッドを貫通した場合、炉心溶融物は炉心溶融物冷却装置７に敷設された耐熱材１２の上に落下する。炉心溶融物の落下後すぐに給水容器１０への給水が行われ、冷却チャンネル１１に冷却水が供給される。高温の炉心溶融物の熱は耐熱材１２に伝わり、さらに冷却チャンネル壁を介して水に伝えられ、冷却チャンネル内の水はいずれ沸騰する。

ここで、耐熱材１２の融点は炉心溶融物温度よりも高く設定されているため（例えば、炉心の平均的融点は２２００℃程度であり、耐熱材１２としてＺｒＯ_２を使用した場合の融点は２４００℃程度。）、耐熱材１２が溶融することはない。耐熱材１２により炉心溶融物は直接冷却チャンネル１１に接触せず、また耐熱材１２の熱抵抗により熱流束が抑えられるため冷却チャンネル壁が破損することはない。冷却チャンネル内の沸騰は流路に傾斜がつけられているため、蒸気泡が浮力により伝熱面から離脱しやすく、良好な熱伝達率が得られる。

冷却チャンネル１１を通過した冷却水は開放口から耐熱材上の炉心溶融物上に溢水し、炉心溶融物上に水プールを形成することにより、炉心溶融物上面においても沸騰し炉心溶融物を冷却することができる。

このように、冷却チャンネル１１内の沸騰と炉心溶融物上面の沸騰の両方から炉心溶融物の熱を奪うことができる。発生した蒸気は原子炉格納容器２上部に設置された冷却器６により冷却され凝縮してプールに集められ、再び給水容器１０に供給される。給水容器１０に供給された冷却水は、再び冷却チャンネル１１へ供給され、上記の炉心溶融物冷却挙動が継続される。こうして、冷却チャンネル内での冷却水の流速低下を抑制し、熱伝達係数の低下を防止することで、冷却チャンネル構造物の局所的な温度上昇を回避し、炉心溶融物を冷却・保持し続けることができる。
特開２００７−２２５３５６号公報 特開２００７−２３２５２９号公報 "Nanofluid Coolant for Advanced Nuclear Power Plants" Proceeding of ICAPP ’05 Seoul, KOREA, May 15-19, 2005 Paper 5705

上述した従来の炉心溶融物冷却装置では、炉心溶融物堆積床面の下方に冷却水流路を設け、ここに冷却水を導くことによって炉心溶融物を底面から除熱し、また、伝熱面に傾斜をつけ発生したボイドを速やかに放射状に配置された冷却チャンネルから排出するように構成されている。

しかしながら、これらの炉心溶融物冷却装置は主に冷却水の循環により炉心溶融物を除熱する構造となっており、大量の炉心溶融物を長時間、効率よく冷却することを想定したときに、冷却水循環系統を有する炉心溶融物冷却装置にさらに構造的な改良を加えることで、冷却効率をより向上させることが求められている。また、従来は炉心溶融物冷却装置を構成する構造材の熱負荷が大きく、炉心溶融により落下した炉心溶融物を確実に受けとめ除熱するためには堅固な構造にする必要があり、装置が大規模となり、また、高コストとなっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、炉心溶融物を長時間にわたって効率よく除熱できる冷却チャンネルを有するとともに、炉心溶融物を確実に受けとめられるような強度を有する炉心溶融物冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る炉心溶融物冷却装置は、炉心を内蔵した原子炉圧力容器下部のペデスタル床上に設けられた円錐形状の耐熱材と、前記耐熱材の下面に設けられた冷却チャンネルと、前記耐熱材の中央下部に設けられた給水容器と、前記ペデスタルの床面及び側壁面に設けられた給水流路と、前記ペデスタルに隣接して配置される圧力抑制プールの上方に設けられた水槽から冷却水を前記給水流路に供給する注水配管と、を有し、前記冷却チャンネルの一方の端部が外周部で上方に立ち上がる垂直開口部を形成し、他端部が前記給水容器に接続されてなる炉心溶融物冷却装置において、前記冷却チャンネルの内面、前記給水容器の内面又は前記給水流路の流路壁面の少なくとも一つ以上に摩擦低減物質を塗布又は被覆してなることを特徴とする。

また、本発明は、炉心を内蔵した原子炉圧力容器下部のペデスタル床上に設けられた円錐形状の耐熱材と、前記耐熱材の下面に設けられた冷却チャンネルと、前記耐熱材の中央下部に設けられた給水容器と、前記ペデスタルの床面及び側壁面に設けられた給水流路と、前記ペデスタルに隣接して配置される圧力抑制プールの上方に設けられた水槽から冷却水を前記給水流路に供給する注水配管と、を有し、前記冷却チャンネルの一方の端部が外周部で上方に立ち上がる垂直開口部を形成し、他端部が前記給水容器に接続されてなる炉心溶融物冷却装置において、前記水槽に流路摩擦低減物質又は限界熱流束向上物質を添加してなることを特徴とする。

本発明に係る炉心溶融物冷却装置によれば、炉心溶融物を長時間にわたって効率よく除熱できる冷却チャンネルを有する炉心溶融物冷却装置を実現することができる。

以下、本発明に係る炉心溶融物冷却装置の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
本第１の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置７の基本的な構成は、以下詳述する構成を除けば図７及び図８に示したものと同様であるため、重複する構成の説明は省略する。

本第１の実施形態は、炉心溶融物冷却装置７を構成する冷却チャンネル１１の内面、円筒容器１０の内面、ペデスタル床１８及びペデスタル側壁１９に設けられた給水流路９の流路壁面、の少なくとも一つ以上に摩擦低減効果のある物質（以下、「摩擦低減物質」という。）、例えば酸化チタンからなる酸化皮膜を、塗布又は被覆したものである。

このように、炉心溶融物冷却装置７において、冷却水が流れる構造材の内面を摩擦低減物質で覆うことにより、流路摩擦が低減されるため、冷却水の沸騰により生じる蒸気泡が流路内壁面から離脱しやすくなる。すなわち、冷却チャンネル１１から速やかに蒸気を排出することができ、給水流路９からの給水も促されるため、自然循環流量が極大化し、冷却チャンネル１１の除熱性能が向上する。また、除熱性能が向上することにより各構造材の熱負荷を小さくすることができる。

本第１の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置７によれば、冷却チャンネル内壁面に摩擦低減物質を塗布または被覆することにより、炉心溶融事故時に炉心溶融物を長時間にわたって効率的に除熱することができる炉心溶融物冷却装置を実現することができる。

（第２の実施形態）
本第２の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置７を図１及び図２を用いて説明する。
本第２の実施形態は、炉心溶融物冷却装置７へ供給する冷却水に、流路摩擦低減効果のある物質（以下、「流路摩擦低減物質」という。）として、例えば界面活性剤やマイクロバブルを添加するものである。

その際、図１に示すように、冷却水を供給する水槽５の一画に仕切り板で囲まれた領域１４を設け、領域１４に流路摩擦低減物質を添加した冷却水を保有させ、領域１４から炉心溶融物冷却装置７に流路摩擦低減物質を含んだ冷却水を供給する。

他の変更例として、図２に示すように、冷却水を供給する水槽５とは別に、流路摩擦低減物質を添加した冷却水を収容する水槽１５を設け、水槽１５から流路摩擦低減物質を含んだ冷却水を炉心溶融物冷却装置７に給水してもよい。
また、水槽５内の領域１４あるいは水槽１５に収納された流路摩擦低減物質を添加した冷却水の供給流路の途中に注入弁１６を設ける。

このように構成された炉心溶融物冷却装置７において、事故発生時には、冷却水を供給する水槽５から炉心溶融物冷却装置７へ注水配管８をとおして冷却水を供給し、また、水槽５内の領域１４あるいはタンク１５内の流路摩擦低減物質を添加した冷却水を、注入弁１８、注水配管８をとおして重力落下により炉心溶融物冷却装置７へ供給する。

また、炉心溶融物冷却装置７への給水の一形態として、水槽５からの注水が完了した後に、水槽５からの注水完了を検知する信号により注入弁１６を開放し、水槽５内の領域１４あるいはタンク１５内の流路摩擦低減物質を添加した冷却水を、注水配管８をとおして重力落下により炉心溶融物冷却装置７へ供給してもよい。これにより、万一、流路摩擦低減効果のある物質が沈殿して給水系統を閉塞してしまっても、確実に冷却水を供給することができる。

さらに、水槽５の一画に仕切り板で囲まれた領域１４を設けるか、及び／又は水槽５とは別の水槽１５を設けることで、水槽５からの給水とは別に流路摩擦低減効果のある物質が添加された冷却水を供給することができるので、万一、どちらか一方の系統に沈殿物が混入し閉塞してしまっても、もう一方の系統から冷却水を供給することができる。

流路摩擦低減物質を添加した冷却水は、その流路摩擦低減効果により、特に、冷却チャンネル１１の内壁面における摩擦が低減されるため、冷却水の沸騰により生じる蒸気泡が流路内壁面から離脱しやすくなる。

すなわち、流路摩擦低減物質を添加した冷却水は、冷却チャンネル１１から速やかに蒸気を排出することができ、給水流路９からの給水も促されるため、自然循環流量が極大化し、冷却チャンネル１１の除熱性能が向上する。さらに、水槽からの冷却水を供給するラインの増設により給水をより確実に行うことができ、炉心溶融物を長時間にわたって冷却・保持し続けることができる。
なお、上記第２の実施形態では水槽５内の領域１４又は水槽１５を設けた例を説明したが、これらを両方設けて併用してもよいことはもちろんである。

本第２の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置７によれば、炉心溶融事故時に流路摩擦低減物質を添加した冷却水を炉心溶融物冷却装置７に供給することにより、炉心溶融物を長時間にわたって効率的に除熱することができる炉心溶融物冷却装置を提供することができる。

（第３の実施形態）
本第３の実施形態は冷却チャンネル１１内における冷却水の沸騰を促進するための手段に関する。

本第３の実施形態では、炉心溶融物冷却装置７へ冷却水を供給する水槽５に、限界熱流束を向上させる物質（以下、「限界熱流束向上物質」という。）として、例えばナノサイズのアルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ_２Ｏ_３）粒子を添加する。

一般に、限界熱流速向上物質の好適な一例として考慮される、ナノサイズのアルミナ、銅酸化物、等の金属酸化物粒子、又はナノサイズの銅、金、等の金属粒子が添加された流体は、ナノフルイド（ナノ流体：Nanofluid）と呼ばれ、もとの流体よりも熱伝導率が高くなり、限界熱流束が増大することが知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。ここで、ナノ粒子すなわちナノサイズの粒子（超極微粒子：nanoparticles）とは、粒径がナノメートル（ｎｍ）単位で表されるごく微小な粒子のことをいう。例えばナノサイズのアルミナの一般的な粒子の粒径はおよそ110〜210ｎｍであるが、ここでいうナノサイズの粒子とは、これより微小な数〜数十ｎｍ径のものや、一般的な粒径がおよそ110〜250ｎｍであるナノサイズのジルコニア粒子や、あるいは粒径が1000ｎｍ未満のものも含まれる。

本第３の実施形態は、炉心溶融物冷却装置７の冷却材としてこのナノフルイドを利用するもので、冷却水にナノサイズの金属酸化物粒子又は金属粒子を添加する。
例えば、冷却水にナノサイズのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子を適量添加すると、未添加の冷却水よりも、限界熱流束が最大で200％増加する。これにより冷却チャンネル１１における核沸騰領域が拡大されるため、冷却チャンネル１１における冷却水の核沸騰が継続され、冷却チャンネル１１の除熱性能が向上する。

本第３の実施形態によれば、冷却チャンネル１１の冷却水に限界熱流束向上材物質を添加することで、冷却チャンネル１１における冷却水の核沸騰が継続され、炉心溶融物を長期にわたり安定的かつ効率的に冷却・保持し続けることができる。

なお、上記第１乃至第３の実施形態で説明した摩擦低減物質、流路摩擦低減物質及び限界熱流束向上材物質は、それぞれ単独で使用することができるが、それらを二つ以上併用して使用してもよく、その際、炉心溶融物を長時間にわたってさらに効率的に除熱することができる。

（第４の実施形態）
本第４の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置７を図３（ａ）〜（ｂ）を用いて説明する。
本第４の実施形態は、冷却チャンネル内からの蒸気排出を促進するための構造および冷却チャンネル内における蒸気圧損を低減させるための構造に関する。

図２において、冷却チャンネル１１は原子炉圧力容器１の下部のペデスタル床上に放射状かつ円錐形状に配置されるとともに、冷却チャンネル１１の外周部は上方に立ち上がる垂直開口部１１ｂを有している。

図３（ａ）の例では、冷却チャンネル１１の垂直開口部１１ｂが円錐形状の耐熱材の中央に向かって所定角度傾斜して設けられている。垂直開口部１１ｂが中心部に向かって傾斜していることにより、冷却チャンネル１１の垂直開口部１１ｂから排出される蒸気泡が給水流路９に巻き込まれることを抑えることができる。これにより、冷却チャンネル１１の垂直開口部から速やかに蒸気が排出されるとともに、給水流路９からの給水も促進され、良好な自然循環が達成でき、冷却チャンネル１１の除熱性能が向上する。

また、図３（ｂ）の例では、冷却チャンネル１１における垂直開口部１１ｂの流路幅を傾斜部１１ａの流路幅よりも大きくしている。これにより、冷却チャンネル１１の傾斜部と垂直部の接続部分から垂直開口部に向かって生じる蒸気圧損を抑えることができ、蒸気を速やかに排出することができる。

さらに、図３（ｃ）の例では、冷却チャンネル１１の垂直開口部１１ｂの流路幅が傾斜部１１ａよりも大きくなっているとともに、冷却チャンネルの傾斜部１１ａと垂直開口部１１ｂの接続部における内側の曲がり角度が垂直開口部１１ｂの先端部に向かって大きくしている。これにより、冷却チャンネル１１の垂直部の流路幅が傾斜部よりも大きくし、かつ、垂直開口部の先端部に向かって冷却チャンネル１１の傾斜部と垂直部の接続部分の内側の曲がり角度がゆるやかとなるため、垂直開口部に向かって生じる蒸気圧損をさらに抑えることができる。

このように、本第４の実施形態によれば、冷却チャンネル１１内から排出される蒸気泡が給水流路に巻き込まれることを抑えるとともに、冷却チャンネルの垂直開口部に向かって生じる蒸気圧損を抑えることができるため、蒸気泡の排出および給水流路からの給水が促進され、良好な自然循環が達成でき、炉心溶融物を冷却・保持し続けることができる。

（第５の実施形態）
本第５の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置７を図４及び図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
本第５の実施形態は冷却チャンネル１１における熱負荷を均一化するための構造に関し、冷却チャンネル１１は図４に示されるように円錐形状の傾斜部１１ａ、垂直開口部１１ｂが連続した１つの曲面で形成される。

このようにして形成された冷却チャンネル１１内に、図５（ａ）に示すように、冷却水の流れと同じ方向に複数の放射状の鉛直板１８を設置する。鉛直板１８を設置する部分は、給水容器１０と冷却チャンネル１１の接続部から冷却チャンネル１１の垂直開口部までとし、１つの曲面で形成された冷却チャンネル１１を放射状の複数の冷却流路に分割する。

このように、冷却チャンネル集合体の伝熱面全体が連続した１つの曲面で形成されることで、冷却チャンネル１１の傾斜部と給水容器１０の接続部および、冷却チャンネル１１の傾斜部と垂直部の接続部にかかる不連続な熱負荷を抑えことができ、さらに、接続部の製造で一般的に用いられる溶接による強度の低下を抑えることができる。

また、伝熱面全体が連続した１つの曲面で形成される冷却チャンネル１１内に、複数の鉛直板を設置することで、鉛直板が流路内での支持材料となり、冷却チャンネル１１の耐性・強度を増加させることができる。

また、他の変形例として、図５（ｂ）に示すように、鉛直板１８を冷却チャンネル１１の傾斜部１１ａのみに設け、冷却チャンネル１１の垂直開口部には垂直板１８を設置しない構成としてもよい。
これにより、冷却チャンネル１１全体を複数の冷却チャンネル１１に分割する場合よりも、形状が単純となり、施工を容易とすることができる。

本第５の実施形態によれば、伝熱面全体を連続した１つの曲面で形成し、さらに冷却チャンネルを垂直板により複数に分割することにより、冷却チャンネルの接続部にかかる不連続な熱負荷や強度の低下を抑えることができるので、局所的な熱負荷の増加を抑え、熱負荷を均一化することができる。

すなわち、局所的な熱負荷の増加を抑え、熱負荷を均一化することができるため、安定した除熱が期待できるとともに、冷却チャンネルに設けた鉛直板により冷却チャンネル１１の耐性・強度を増加させることができるため、炉心溶融物を長期にわたって安定的に冷却・保持し続けることができる。
以上、冷却チャンネル１１を連続した１つの曲面で形成した例を説明したが、図９に示される冷却チャンネルユニット２０を放射状に密に配置して形成してもよい。

（第６の実施形態）
本第６の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置７を図６を用いて説明する。
本第６の実施形態は冷却チャンネル１１への給水流量を増加させるとともに、給水流路の目詰まりを防止する構造に関する。

本第６の実施形態では、図６に示されるように冷却チャンネル１１の傾斜部とペデスタル下部１８の給水流路９を縦方向に結ぶ複数の給水ライン１７を設けている。
冷却チャンネル１１の傾斜部と給水流路９の水平部を結ぶ複数の給水ライン１７を設けることにより、給水容器１０と冷却チャンネル１１の接続部からの給水だけではなく、冷却チャンネル１１の各部から給水ライン１７をとおして冷却水が供給され、冷却チャンネル内への給水流量が増すため、冷却チャンネル１１における伝熱が促進され、冷却チャンネル１１の除熱性能が向上する。

また、仮に給水流路９の一部に異物が混入して給水が不可能となってしまっても、給水ライン１７から冷却水を供給することができるので、炉心溶融物を冷却・保持し続けることができる。

本第６の実施形態によれば、冷却チャンネル１１内に複数の給水ライン１７を設けることにより、冷却チャンネルの各部から冷却水が供給されるので、冷却チャンネル内の目詰まりによる冷却能力の低下を防ぐとともに、冷却チャンネル内への給水流量が増すため、冷却チャンネルにおける伝熱が促進され、炉心溶融物を長期にわたって安定的に冷却・保持し続けることができる。

本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置を有する原子炉格納容器の断面図。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る炉心溶融物冷却装置を有する原子炉格納容器の断面図。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る垂直開口部の断面図。 本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置の断面図。 （ａ）、（ｂ）は本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置の水辺断面図。 本発明の第６の実施形態に係る炉心溶融物冷却装置の断面図。 従来の炉心溶融物冷却装置を有する原子炉格納容器の断面図。 従来の炉心溶融物冷却装置の断面図。 従来の冷却チャンネルユニットの構成図。

符号の説明

１…原子炉圧力容器、２…原子炉格納容器、３…原子炉圧力容器下部ヘッド、４…圧力抑制プール、５…水槽、６…格納容器冷却器、７…炉心溶融物冷却装置、８…注水配管、９…給水流路、１０…給水容器、１１…冷却チャンネル、１１ａ…傾斜部、１１ｂ…垂直開口部、１２…耐熱材、１３…下部ドライウェル、１４…領域、１５…水槽、１６…注入弁、１７…給水ライン、１８…ペデスタル床、１９…ペデスタル側壁、２０…冷却チャンネルユニット、２０ａ…傾斜部、２０ｂ…垂直開口部、２１…注入弁。

Claims (16)

1. 炉心を内蔵した原子炉圧力容器下部のペデスタル床上に設けられた円錐形状の耐熱材と、前記耐熱材の下面に設けられた冷却チャンネルと、前記耐熱材の中央下部に設けられた給水容器と、前記ペデスタルの床面及び側壁面に設けられた給水流路と、前記ペデスタルに隣接して配置される圧力抑制プールの上方に設けられた水槽から冷却水を前記給水流路に供給する注水配管と、を有し、前記冷却チャンネルの一方の端部が外周部で上方に立ち上がる垂直開口部を形成し、他端部が前記給水容器に接続されてなる炉心溶融物冷却装置において、
   前記冷却チャンネルの内面、前記給水容器の内面又は前記給水流路の流路壁面の少なくとも一つ以上に摩擦低減物質を塗布又は被覆してなることを特徴とする炉心溶融物冷却装置。
2. 前記水槽に流路摩擦低減物質又は限界熱流束向上物質を添加することを特徴とする請求項１記載の炉心溶融物冷却装置。
3. 前記摩擦低減物質は酸化チタンであることを特徴とする請求項１又は２記載の炉心溶融物冷却装置。
4. 炉心を内蔵した原子炉圧力容器下部のペデスタル床上に設けられた円錐形状の耐熱材と、前記耐熱材の下面に設けられた冷却チャンネルと、前記耐熱材の中央下部に設けられた給水容器と、前記ペデスタルの床面及び側壁面に設けられた給水流路と、前記ペデスタルに隣接して配置される圧力抑制プールの上方に設けられた水槽から冷却水を前記給水流路に供給する注水配管と、を有し、前記冷却チャンネルの一方の端部が外周部で上方に立ち上がる垂直開口部を形成し、他端部が前記給水容器に接続されてなる炉心溶融物冷却装置において、
   前記水槽に流路摩擦低減物質又は限界熱流束向上物質を添加してなることを特徴とする炉心溶融物冷却装置。
5. 前記水槽に仕切り部材により囲まれた領域を設け、前記領域に流路摩擦低減物質又は限界熱流束向上物質を添加することを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。
6. 前記格納容器の上部に流路摩擦低減物質又は限界熱流束向上物質が添加された水槽をさらに設けたことを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。
7. 事故発生時に、前記水槽から前記流路摩擦低減物質又は限界熱流束向上物質が添加されていない冷却材を前記炉心溶融物冷却装置へ供給し、その後、流路摩擦低減物質又は限界熱流束向上物質が添加された冷却水を前記炉心溶融物冷却装置へ給水することを特徴とする請求項２乃至６いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。
8. 前記流路摩擦低減物質は、界面活性剤又はマイクロバブルであることを特徴とする請求項２乃至７いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。
9. 前記限界熱流束向上物質はナノ粒子であることを特徴とする請求項２乃至７いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。
10. 前記限界熱流束向上物質は、アルミニウムまたは銅の酸化物からなる粒子、あるいは銅または金の金属粒子であることを特徴とする請求項９記載の炉心溶融物冷却装置。
11. 前記冷却チャンネルの前記垂直開口部が前記円錐形状の耐熱材の中心に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。
12. 前記冷却チャンネルの前記垂直開口部における流路幅が冷却チャンネルの傾斜部の流路幅よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。
13. 前記冷却チャンネルの垂直開口部と傾斜部との接続部における内側の曲り角度を前記垂直開口部の先端に向けて大きくしたことを特徴とする請求項１２記載の炉心溶融物冷却装置。
14. 前記冷却チャンネルは、前記耐熱材の下面に放射状に配置した複数の冷却チャンネル集合体からなることを特徴とする請求項１乃至１３いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。
15. 前記冷却チャンネルは、連続した１つの曲面で形成されることを特徴とする請求項１乃至１２いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。
16. 前記冷却チャンネルと前記格納容器の底面に設けられた給水流路とを結ぶ給水ラインを複数設けたことを特徴とする請求項１乃至１５いずれか１項に記載の炉心溶融物冷却装置。

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