JP2012247216A - 炉心溶融物保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置コストを増加させることなく炉心溶融物保持構造物の設置容易化を図った炉心溶融物保持装置等を提供する。
【解決手段】炉心溶融物保持装置１０Ａは、炉心溶融物４を受け止めて保持する保持面と、自己の周囲を満たす冷却材１を内部に導入した冷却材との熱交換によって装置全体を冷却する冷却手段とを具備し、少なくとも一組の平行な面を有し、前記平行な面の一つである第１の面を底面として配置した際に、側面２１に貫通孔２２が設けられた多面体であって、この多面体を前記側方に隣接させて配置した際に貫通孔２２を介して前記多面体同士が連通するように構成された炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂを、複数個配置することによって構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炉心溶融物保持装置に関する。

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の破断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が、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、非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ）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。

しかしながら、極めて低い確率ではあるが、上記非常用炉心冷却装置が作動せず、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得る。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り得る。

このような事態に至った場合、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、格納容器内の床上に落下するに至る。炉心溶融物は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格納容器バウンダリを破損させたり格納容器構造強度を低下させたりする可能性がある。結果的に、炉心溶融物とコンクリートの反応が継続すると格納容器破損に至り、格納容器内の放射性物質が外部環境へ放出させる恐れがある。

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１５００Ｋ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。そのため、炉心溶融物が落下した場合に備えて、例えば、後述する特許文献１乃至４に記載されるように、様々な対策が提案されている。

特許第３５１０６７０号公報 特許第３１５０４５１号公報 特開２００７−２２５３５６号公報 特許第３４２４９３２号公報

溶融炉心の保持対策の必要性は、国内外で高まっており、新規に建設する原子炉ではもちろんのこと既設の原子炉についても同様である。特に既設の原子炉では、アクシデントマネジメントにより安全性を担保しており、既設の原子炉についても、炉心溶融物保持構造物を設置する等のハードウエアによるシビアアクシデント対策を施すことが望まれている。

しかしながら、溶融炉心の保持対策として、上記特許文献等に記載される従来技術を適用して炉心溶融物保持装置等の溶融炉心を保持するための構造物（以下、「炉心溶融物保持構造物」と称する。）を製作（設置）することは、炉心溶融物保持構造物の設置を前提として製作されていない既設の原子炉はもちろんのこと、新設する原子炉であっても、必ずしも容易ではないという課題がある。

従来技術を適用して炉心溶融物保持構造物を新設の原子炉に設置する場合、溶融炉心の保持と保持するための構造物を熱的に保護するために耐熱材を敷き詰め、この耐熱材への熱的浸食を押さえるために冷却水を供給する冷却手段を設けている必要があるため、冷却流路となる配管等を設置した上で耐熱材を敷き詰めなくてはならず、また、設置スペースとして冷却流路分の高さも必要となる等の設置上の制約があるため、炉心溶融物保持構造物の設置は必ずしも容易ではない。

また、従来技術を適用して炉心溶融物保持構造物を既設の原子炉に設置する場合、炉心溶融物保持構造物の設置を前提として製作されていない既設の原子炉では設置する空間を有していない、または、空間的な余裕があるものの設置方法の制約があり、新設の原子炉に設置する場合よりも制約が多く、炉心溶融物保持構造物の設置は必ずしも容易ではない。

一方、炉心溶融物保持構造物を新設の原子炉に設置を少しでも容易にするために、耐熱材の下部に冷却手段を設置しない炉心溶融物保持構造物を設置することも考えられるが、この場合には、高温の炉心溶融物による熱的浸食に耐え得る高い耐熱性を有する高価な耐熱材を使用する必要があり、炉心溶融物保持構造物のコストが高くなってしまうという問題がある。

本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、設置コストを増加させることなく炉心溶融物保持構造物の設置容易化を図った炉心溶融物保持装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持装置は、上述した課題を解決するため、炉心溶融物を受け止めて保持する保持面と、自己の周囲を満たす冷却材を内部に導入し、導入した冷却材との熱交換によって前記保持面を含む装置全体を冷却する冷却手段とを具備する炉心溶融物保持装置であり、前記保持面および前記冷却手段は、少なくとも一組の平行な面を有し、前記平行な面の一つである第１の面を底面として配置した際に、側方に位置する面に貫通孔が設けられた多面体であって、この多面体を前記側方に隣接させて配置した際に前記貫通孔を介して前記多面体同士が連通するように構成された炉心溶融物保持構造体を、複数個配置することによって構成されることを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも設置コストを増加させることなく、炉心溶融物保持構造物の設置を容易にすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の概略的な構成を示す断面図。 本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持構造体の一例である第１の炉心溶融物保持構造体の構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持構造体の一例である第２の炉心溶融物保持構造体の構成を示す斜視図。 本発明の第２の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一部を拡大して概略的に示した部分断面図。 本発明の第３の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一部を拡大して概略的に示した部分断面図。 本発明の第４の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の構成を示した説明図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は底面図。 本発明の第５および第６の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の概略的に示した部分断面図。 本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一部を概略的に示した部分斜視図。 本発明の第６の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一部を概略的に示した部分斜視図。

以下、本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持構造体、炉心溶融物保持装置および炉心溶融物保持装置製造方法について、添付の図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第１の炉心溶融物保持装置１０Ａの概略を示す断面図、図２は本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持構造体の一例である第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａの構成を示す斜視図、図３は本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持構造体の一例である第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂの構成を示す斜視図である。なお、図１に示される実線矢印は冷却材１の動きを、破線矢印は蒸気の動きを示している。

第１の炉心溶融物保持装置１０Ａは、炉心溶融物保持構造体２０（第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａまたは第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂ）を、複数個配置することによって構成される炉心溶融物保持構造物であり、個々の炉心溶融物保持構造体２０に設けられた貫通孔２２，２５から予め蓄えられた水等の冷却材１を内部に導入することによって、装置全体を冷却可能に構成される。すなわち、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａは、炉心溶融物（コリウム）４が接する上面での熱交換のみならず、当該上面が吸収した熱を他の面（側面および底面）へ放熱可能に構成される。

第１の炉心溶融物保持装置１０Ａは、例えば、ペデスタル側壁２とペデスタル床３とに囲まれた領域等の原子力圧力容器（図を省略）の下部であって、冷却材１を蓄えることができる閉じられた領域内に設置される。また、上面の端部（外周側）には、炉心溶融物４を受けるために立ち上げられたライザー部５が設けられる。ライザー部５は、例えば、断面がＬ字状に形成された耐熱材で構成される。

ライザー部５を構成する耐熱材は、落下した炉心溶融物４が冷却材１によって冷却された第１の炉心溶融物保持装置１０Ａの表面と接触する際の温度として想定される約９５０−１０００℃よりも高い融点をもつ材料であれば、単体金属、セラミックまたは合金等の材料の種類を問わず自由に選択できる。但し、炉心溶融物４による熱損傷をより軽減する観点からすれば、ライザー部５を構成する耐熱材は、より高い融点を有する材料である方が良い。

ライザー部５を構成する耐熱材は、好ましくは冷却材１中に落下した直後の初期段階の炉心溶融物４の温度（平均で約９５０−１０００℃）に対して、例えば、２０％等の所定の安全率を見込んだ温度（この場合は約１２００℃）以上の融点を有する材料であり、より好ましくは冷却材１によって冷却される前の炉心溶融物４の温度（平均で約２２００℃）よりも高温の融点を有する材料であり、さらに好ましくは冷却材１によって冷却される前の炉心溶融物４の温度（平均で約２２００℃）に対して、例えば、２０％等の所定の安全率を見込んだ温度（この場合は約２６４０℃）以上の融点を有する材料である。

ライザー部５を構成する耐熱材の一例としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、グラファイト（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）および鉄（Ｆｅ）等の単体金属材料、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、マグネシア（ＭｇＯ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）および窒化ホウ素（ＢＮ）等のセラミック材料、並びに、銅合金およびアルミ合金等の合金材料等がある。

このように構成される第１の炉心溶融物保持装置１０Ａでは、まず、炉心溶融物４が落下する前から冷却材１で満たしておくことによって、装置全体を冷却しておき、炉心溶融物４をライザー部５で囲まれた内側（内周側）で保持する。このとき、炉心溶融物４を保持する上面は炉心溶融物４から吸熱するとともに、側面および底面へ放熱（伝熱）して炉心溶融物４を冷却する。冷却材１は外周側から内部へ取り込まれる一方（図１に示される実線矢印）、吸熱して気化した蒸気は外部へ排気される（図１に示される破線矢印）。

第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａは、例えば、図２に示されるように、直方体の構造体であり、各側面２１に貫通孔２２が設けられる。この貫通孔２２は、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａを複数配置した際に、冷却材１を内部に導入可能な流路（空洞）となり、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａを複数配置して第１の炉心溶融物保持装置１０Ａを構成した際、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａを冷却する冷却手段となる。

また、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａは、被冷却（除熱）物である炉心溶融物４の熱を上面２３で吸熱し、上面２３の熱を他の面（各側面２１と底面）に伝えて、他の面から放熱することで炉心溶融物４を冷却（除熱）するため、熱伝導性はなるべく高い方が好ましい。さらに、最上段に配置される第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａの上面は、原則、炉心溶融物４と直接触れるため（後述する図４に示される保護部２８を設ける場合は例外となる）、耐熱性もなるべく高い方が好ましい。

上記事情を考慮すると、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａの構成材料は、熱伝導が高い材料であることが第１の条件であり、続いて、耐熱性が高いことが第２の条件として要求される。

ここで、第１の条件を満たす熱伝導が高い材料とは、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、グラファイト（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、銅合金およびアルミ合金等の材料であり、一つの目安であるが、０℃における熱伝導率が鉄（約８３．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］）と同程度以上の熱伝導率を有する材料から選択される。

また、第２の条件としては、後述する図４に示されるような保護部２８が存在しない場合を想定すれば、少なくともライザー部５を構成する耐熱材と同程度の耐熱性を有することが必要である。従って、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａの構成材料は（保護部２８が存在しない場合）、少なくとも融点が約９５０−１０００℃以上となる材料から選択される。

このように、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａは、高い熱伝導性を有するので、上面２３で受けた炉心溶融物４からの熱を側面２１および下面へ効率的に伝えることができる。また、炉心溶融物４が接する上面２３の温度が上昇しにくいので、上面２３における熱破損の発生を低減することができる。換言すれば、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａは、単体でも炉心溶融物４の保持および冷却が可能に構成されている。

また、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａを複数配列することによって、貫通孔２２を介して隣接する第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａが連通し、冷却材１を内部に導入可能な流路（空洞）が形成されるので、個々の第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａで、上面２３の熱を側面２１および下面へ効率的に伝えることができるので、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａを、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａ等の一つの炉心溶融物保持装置として構成することができる。

第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂは、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａに対して、貫通孔２２の代わりに、貫通孔である冷却材導入孔２５および蒸気排出孔２６を設けた点で相違するが、その他の点は実質的に相違しない。第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂは、例えば、図３に示されるように、直方体の構造体であり、貫通孔である冷却材導入孔２５と、冷却材１が気化することによって発生する蒸気を排出（排気）する蒸気排出孔２６とが側面２１に設けられる。

また、第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂは、例えば、図３に示されるように、直方体の構造体であり、貫通孔である冷却材導入孔２５と、冷却材１が気化することによって発生する蒸気を排出（排気）する蒸気排出孔２６とが側面２１に設けられる。

冷却材導入孔２５は、例えば、対向する二つの側面２１等のように四つの側面２１のうち少なくとも二以上の側面２１であって、側面２１を運用時における高さ方向（図３における上下方向）で略二分した際に底面（図３における下面）となる側の領域（以下、「下側領域」と称する。）内に設けられる。また、冷却材導入孔２５は、第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂを複数配列した際に冷却材導入孔２５を介して隣接する第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂを連通するように設けられており、冷却材導入孔２５が冷却材１を内部に導入可能な流路（空洞）となる。

冷却材導入孔２５は、第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂの熱伝導性を高める観点から、側面２１の面積をなるべく大きくしたい要求があるため、冷却材１が流動可能な最低限の大きさとすることが好ましい。

蒸気排出孔２６は、蒸気が上側に集まる点を考慮し、側面２１を運用時における高さ方向で略二分した際に上面２３となる側の領域（以下、「上側領域」と称する。）内に設けられる。また、蒸気を外部へ排出できるように、少なくとも、第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂを複数配列した際に隣接する第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂを互いに連通するように設けられる。

蒸気排出孔２６は、例えば、図３に示されるように、全側面２１にそれぞれ設けられる。また、蒸気排出孔２６は、外部へ排出可能な蒸気量が多い方が好ましいため、同じ大きさであれば、二つの側面２１に設けるよりも三つまたは四つとなるべく多くの側面２１に設ける方が好ましい。また、一つの側面２１に対する蒸気排出孔２６の大きさはなるべく大きい方が好ましい。

このように、第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂは、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａと同様の機能を有するが、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａに対して、より隣接する炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂへの熱伝導効果が高く、冷却能力が高くなる。

上述した第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａおよび第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂの何れかを複数個配列して構成した第１の炉心溶融物保持装置１０Ａによれば、炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂを配置することによって第１の炉心溶融物保持装置１０Ａを設置することができるので、既存の原子炉等のように、設置可能な空間が限定的である場合であっても、炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂを配置する個数や配列を調整することで、大きさを調整することができる。

すなわち、設置する空間の大きさに制約があるか否かを問わず、炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂを配置するという同じ設置（製作）方法によって、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａを設置することができるので、設置コストを増加させることなく炉心溶融物保持構造物の設置を容易化することができる。

また、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａを構成する炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂは、炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂの上面２３で炉心溶融物４を保持することができる一方、貫通孔２２，２５を通して内部の空洞に冷却材１を供給することができるので、冷却材１との沸騰伝熱によって、保持した炉心溶融物４を効果的に除熱することができる。

さらに、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａを構成する炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂは、例えば銅等の高い熱伝導性を有する材料で構成されるので、その熱伝導性から上面２３が温度上昇しにくく、熱破損の発生を低減することができる。

さらにまた、第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂを用いて第１の炉心溶融物保持装置１０Ａを構成すれば、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａを用いて第１の炉心溶融物保持装置１０Ａを構成した場合と比較して、側面２１の下側領域の開口面積が少なくなるので、冷却材１との接触面積が増えるので、側面２１における除熱効果と、下側（底面側）への熱伝導を増大することができ、冷却能力を向上させることができる。

なお、炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂは、必ずしも直方体である必要はなく、少なくとも、炉心溶融物４を保持可能な面を上面に有するように複数個を配列可能であって、側方に貫通孔２２，２５，２６を設けられる多面体であれば、いかなる多面体であっても良い。例えば、正十二面体、六角柱等であっても良い。

また、炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂの配置方法は、上方から見た場合の形状が必ずしも略円となるように配置することを要しない。多角形となるように配置しても良い。

［第２の実施形態］
図４は本発明の第２の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第２の炉心溶融物保持装置１０Ｂの一部を拡大して概略的に示した部分断面図である。

第２の炉心溶融物保持装置１０Ｂは、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａに対して、炉心溶融物４を保持する面、すなわち、ライザー部５に囲まれた内側（内周側）であって、炉心溶融物保持構造体２０（２０Ａ，２０Ｂ）の上面２３の上に、炉心溶融物保持構造体２０を保護するとともに炉心溶融物保持構造体２０と炉心溶融物保持構造体２０との隙間に炉心溶融物４が入り込むのを防止する保護部２８をさらに設けて構成される。

保護部２８は、高温（冷却前で平均約２２００℃）の炉心溶融物４から炉心溶融物保持構造体２０を保護するとともに炉心溶融物保持構造体２０と炉心溶融物保持構造体２０との隙間に炉心溶融物４が入り込むのを防止する役割を担う構成要素である。そのため、保護部２８は、少なくともライザー部５を構成する耐熱材や炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂと同程度以上の耐熱性が必要となる。

保護部２８は、例えば、ライザー部５を構成する耐熱材と同様の単体金属材料、セラミック材料および合金材料等から選択できるが、冷却材１による冷却前の炉心溶融物４の温度にも耐えられる耐熱性を持たせるのであれば、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）およびグラファイト（Ｃ）等が好ましい。

第２の炉心溶融物保持装置１０Ｂによれば、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａと同様の効果を奏するのに加え、炉心溶融物保持構造体２０の上から保護部２８で覆うことによって、炉心溶融物４と炉心溶融物保持構造体２０との間にバウンダリ（境界）を形成することができるので、炉心溶融物４による炉心溶融物保持構造体２０の直接浸食（熱損傷）を防止することができる。また、保護部２８で覆うことによって、炉心溶融物保持構造体２０と炉心溶融物保持構造体２０との隙間に炉心溶融物４が入り込むのを防止することができる。

［第３の実施形態］
図５は本発明の第３の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第３の炉心溶融物保持装置１０Ｃの概略を拡大して示した部分断面図である。なお、図５に示される実線矢印は冷却材１の動きを、破線矢印は蒸気の動きを示している。

第３の炉心溶融物保持装置１０Ｃは、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａに対して、炉心溶融物保持構造体２０（２０Ａ，２０Ｂ）の内部に冷却材１を導入する冷却材導入手段と外部へ蒸気を排出する蒸気排出手段とを兼ね備えた冷却材導入・蒸気排出手段としての二重管３０をさらに設けて構成される点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、第３の実施形態の説明では、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａと同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

第３の炉心溶融物保持装置１０Ｃは、炉心溶融物保持構造体２０（第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａまたは第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂ）を、複数個配置することによって構成され、第３の炉心溶融物保持装置１０Ｃを構成する少なくとも一つ以上の炉心溶融物保持構造体２０には、外部から冷却材１を内部に導入するとともに内部で発生した蒸気を外部へ排出する二重管３０が設けられる。

二重管３０は、外部から冷却材１を内部に導入する冷却材導入手段としての外側管３１と、内部で発生した蒸気を外部へ排出する蒸気排出手段としての内側管３２とを備える。外側管３１の上端は、冷却材１の中に位置し、その上端は炉心溶融物４等の上方からの落下物侵入防止の観点から側方に曲げられている。一方、内側管３２の上端は冷却材１の液面の上方に位置し、その上端は上方からの落下物侵入防止および二重管３０の保護の観点から保護体３３が設けられる。

保護体３３は、上方からの落下物侵入防止および二重管３０の保護の機能を有する限りその形状は任意である。例えば、図５に示される保護体３３では、上方からの落下物が保護体３３の上に留まりにくい、すなわち、周囲へ落下しやすい形状とするため、二重菅３０の中心付近を周辺よりも高くした略錐体状に形成される。

このように、二重管３０は、外部から冷却材１を内部に導入する系統である外側管３１と、内部で発生した蒸気を外部へ排出する系統である内側管３２とを分離しつつ、一体的に構成することで、冷却材１の供給および蒸気の排出を効率良く行うことができ、かつ、省スペース化を図ることができる。

また、冷却材導入・蒸気排出手段としての二重管３０は、蒸気を外部へ排出する蒸気排出手段（内側管３２）を、冷却材１を内部に導入する冷却材導入手段（外側管３１）の内側（内周側）に設けることで、冷却材導入手段が流動する冷却材１によって蒸気排出手段を冷却することができ、高熱によって蒸気排出手段が破損するのを防止することができる。

第３の炉心溶融物保持装置１０Ｃによれば、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａと同様の効果を奏するのに加え、例えば二重管３０等の冷却材導入手段および蒸気排出手段をさらに具備するので、例えば外側管３１等の冷却材導入手段からも内部へ冷却材１が導入され、かつ、例えば内側管３２等の蒸気排出手段からも内部の蒸気が外部へ排出されるので、冷却材導入手段および蒸気排出手段を具備しない第１の炉心溶融物保持装置１０Ａ等よりも、効率良く炉心溶融物４を冷却することができる。

また、第３の炉心溶融物保持装置１０Ｃによれば、冷却材導入手段および蒸気排出手段として、外部から冷却材１を内部に導入する系統と内部で発生した蒸気を外部へ排出する系統とを分離しつつ、一体的に構成した二重管３０等の冷却材導入・蒸気排出手段を具備することによって、冷却材１の供給および蒸気の排出を効率良く行うことができ、かつ、省スペース化を図ることができる。

さらに、冷却材導入・蒸気排出手段としての二重管３０を構成する際、蒸気を外部へ排出する蒸気排出手段としての内側管３２を内径側に、冷却材１を内部に導入する冷却材導入手段としての外側管３１を外径側に設けることで、冷却材導入手段が流動する冷却材１によって蒸気排出手段を冷却するので、蒸気排出手段が熱破損するのを防止することができる。

なお、二重管３０は、上方からの落下物による破損防止等の観点から、外側管３１の上端が側方に曲げられていたり、内側管３２の上端に保護体３３を設けたりする構成であるが、その危険性がほとんどない等の事情があれば、必ずしも上記のように構成する必要はない。

例えば、冷却材導入手段および蒸気排出手段としての二重管３０を、制御棒駆動機構（ＣＲＤ）の直下に設ける場合には、ＣＲＤには落下防止対策が施されているため、原子炉圧力容器下部に堆積した高温の炉心溶融物４が計測管などから格納容器下部へジェット噴出したとしても、噴出した炉心溶融物４が冷却材導入手段および蒸気排出手段としての二重管３０に降りかかることはないと考えられる。

［第４の実施形態］
図６は、本発明の第４の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄの概略を示す説明図であり、図６（Ａ）は第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄの断面図、図６（Ｂ）は第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄの底面図である。

第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄは、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａに対して、冷却材１を導入する導入配管３７をさらに設けて構成される点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、第４の実施形態の説明では、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａと同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄは、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａと同様に、炉心溶融物保持構造体２０（第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａまたは第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂ）を、複数個配置することによって構成される。また、第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄは、図６（図６（Ａ）および（Ｂ））に示されるように、例えば、４箇所等の冷却材１を内部に導入する導入配管３７を具備する。

導入配管３７を設ける位置および数量については、任意であるが、炉心溶融物保持構造体２０を複数個並べて構成する第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄ等では、外周側から貫通孔２２，２５を介して内部に流入するため、径が大きくなる（径方向の個数が多くなる）程、中心付近の領域（以下、「中心領域」と称する。）には冷却材１が流入しにくくなると考えられるため、中心領域に導入配管３７を接続することが好ましい。

ここで、中心領域とは、第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄを上方から見た場合に現れる形状（図６では略円）の外縁（周端）からの距離よりも、当該形状の中心からの距離の方が近くなる位置関係にある領域である。

例えば、図６に示される第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄであれば、軸方向と直交する方向の断面に現れる略円の直径に対して、約半分の直径を有する同心円に相当する領域である。図６に示される第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄでは、図６（Ｂ）に示されるように、四つの導入配管３７が中心領域内に設けられる。

なお、導入配管３７から供給される冷却材１は、原子炉格納容器外部から供給するものでも良いが、原子炉格納容器内で集められたドレン（水）でも良い。また、第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄに設けられた導入配管３７のうち、一部は原子炉格納容器外部から冷却材１を供給し、残りは原子炉格納容器内で集められたドレンを冷却材１として供給するようにしても良い。

第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄによれば、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａと同様の効果を奏するのに加え、さらに第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄの上部に蓄えられる冷却材１とは別の冷却材１を導入配管３７から内部に導入することができるので、導入配管３７を具備しない第１の炉心溶融物保持装置１０Ａ等よりも、効率良く炉心溶融物４を冷却することができる。

また、第４の炉心溶融物保持装置１０Ｄは、導入配管３７を中心領域に配置することによって、導入配管３７を具備しない第１の炉心溶融物保持装置１０Ａ等よりも、温度の偏りが少なくなり、バランス良く炉心溶融物４を冷却することができる。さらに、原子炉格納容器内部で集められたドレン（水）を利用すれば、原子炉格納容器外部から冷却材１を別途供給する必要がなくなる。

［第５の実施形態］
図７は、本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅおよび第６の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆの概略を示す部分断面図である。なお、図７に示される実線矢印は冷却材１の動きを、破線矢印は蒸気の動きを示している。また、図７に示されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、後述する図８，９に示されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対応している。

第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅは、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａに対して、ライザー部５の代わりに、炉心溶融物保持構造体２０（２０Ａ，２０Ｂ）を配列して構成されるライザー部３８を設ける点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、第５の実施形態の説明では、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａと同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅは、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａと同様に、炉心溶融物保持構造体２０（第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａまたは第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂ）を、複数個配置し、さらに、最も外周側に位置する一列を他列よりも高く配置することによって構成される。

最外周に配置された炉心溶融物保持構造体２０は、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅのライザー部３８となり、その高さ（配置する段数）は、炉心溶融物４より高く、かつ、冷却材１によって形成される水位よりも低くなるように設定される。

ライザー部３８は、炉心溶融物保持構造体２０の貫通孔２２，２５等によって、内部に冷却流路が形成されるので、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａ等に設けられるライザー部５と同様の役割を果たすだけでなく、冷却材１による冷却機能も有する。

図８は、本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅの一部（周方向１／４）を概略的に示した部分斜視図である。

第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅは、例えば、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａ等の側面２１が開口した炉心溶融物保持構造体２０を複数個配置して構成され、ライザー部３８については、同じく側面２１が開口した炉心溶融物保持構造体２０を、９０度方向を変えて配置することによって構成される。

側面２１が開口した炉心溶融物保持構造体２０を９０度方向を変えて配置した場合、ライザー部３８を構成する炉心溶融物保持構造体２０のうち、貫通孔２２，２５，２６が、内周側、すなわち、炉心溶融物４を保持する側を向いて開口する炉心溶融物保持構造体２０が幾つか発生してしまう。そこで、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅでは、貫通孔２２，２５，２６から炉心溶融物４がライザー部３８を構成する炉心溶融物保持構造体２０の内部に侵入するのを防止するため、貫通孔２２，２５，２６を塞ぐためのみの炉心溶融物保持構造体２０を配置する。

図８に示される第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅにおいて、貫通孔２２，２５，２６を塞ぐためのみに配置された炉心溶融物保持構造体２０を説明すれば、例えば、ライザー部３８を構成する炉心溶融物保持構造体２０のうち、原点（各座標軸の交点）から数えてＸ軸方向の２列目、Ｙ軸方向の３列目に位置する四個の炉心溶融物保持構造体２０は、隣接するＸ軸方向の２列目、Ｙ軸方向の４列目に位置する四個の炉心溶融物保持構造体２０のＹ軸方向に開口する貫通孔２２，２５，２６を塞ぐためのみに配置されたものである。

第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅによれば、第１の炉心溶融物保持装置１０Ａと同様の効果を奏するのに加え、ライザー部３８を炉心溶融物保持構造体２０で構成することができるので、炉心溶融物保持構造体２０のみで炉心溶融物保持装置の全てを構成することができ、コスト削減に寄与することができる。また、ライザー部３８は冷却機能を有するので、温度上昇によるライザー部３８の破損を防ぐことができる。

なお、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅは、必ずしも同一の炉心溶融物保持構造体、すなわち、第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａのみまたは第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂのみを用いて構成するする必要はなく、例えば、ライザー部３８を第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａで構成し、残りを第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂで構成する等のように両炉心溶融物保持構造体２０Ａ，２０Ｂを混在させて構成しても良い。

［第６の実施形態］
図９は、本発明の第６の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆの一部を概略的に示した部分斜視図である。

第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆは、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅに対して、ライザー部３８を構成する炉心溶融物保持構造体２０を、対向する一方向にのみ貫通孔が設けられた炉心溶融物保持構造体４０Ａ，４０Ｂとする点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、第６の実施形態の説明では、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅと同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆは、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅと同様に、炉心溶融物保持構造体２０（第１の炉心溶融物保持構造体２０Ａまたは第２の炉心溶融物保持構造体２０Ｂ）を、複数個配置し、ライザー部３８を具備する炉心溶融物保持装置１０Ｅを構成する。ライザー部３８の高さ（配置する段数）は、炉心溶融物４より高く、かつ、冷却材１によって形成される水位よりも低くなるように設定される。

第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆでは、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅに存在する貫通孔２２，２５，２６を塞ぐためのみの炉心溶融物保持構造体２０を不要化する観点から、対向する一組の面のみに貫通孔を設けた炉心溶融物保持構造体４０Ａと四つの側面のうち、三つの側面に貫通孔を設けて貫通孔が形成される面がコの字状となる炉心溶融物保持構造体４０Ｂとを用意する。

第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆでは、これらの炉心溶融物保持構造体４０Ａ，４０Ｂと炉心溶融物保持構造体２０とを適宜組み合わせてライザー部３８を構成することによって、無駄な炉心溶融物保持構造体２０を配置することなく、内周側、すなわち、炉心溶融物４を保持する側を向いて開口する貫通孔２２，２５，２６が存在しないようにライザー部３８を構成することができる。

また、第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆのライザー部３８のうち、炉心溶融物保持構造体２０，４０Ｂを配置して構成した部分（例えば、図９において、原点から数えてＸ軸方向の２列目に位置するＹ軸方向に３個、Ｚ軸方向に４個配置された計１２個の炉心溶融物保持構造体２０，４０Ｂ）では、隣接する炉心溶融物保持構造体２０，４０Ｂ同士を連通させることができるので、第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆのライザー部３８の冷却能力を第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅのライザー部３８の冷却能力よりもさらに向上させることができる。

第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆによれば、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅと同様の効果を奏するのに加え、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅのライザー部３８を形成する際に貫通孔２２を塞ぐためのみに必要となる無駄な炉心溶融物保持構造体２０を配置する必要がなくなるので、第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆを構成するのに必要な炉心溶融物保持構造体２０，４０Ａ，４０Ｂの個数を減らすことができる。

また、第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆによれば、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅのライザー部３８のように、Ｚ軸方向に隣接する炉心溶融物保持構造体２０間のみならず、Ｘ軸またはＹ軸方向に隣接する炉心溶融物保持構造体２０，４０Ｂ間においても相互に連通するライザー部３８を構成することができるので、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅのライザー部３８よりも高い冷却能力を有するライザー部３８を構成することができる。すなわち、第５の炉心溶融物保持装置１０Ｅのライザー部３８よりも熱破損しにくいライザー部３８を具備する第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆを構成することができる。

なお、図９に示される第６の炉心溶融物保持装置１０Ｆでは、ライザー部３８を炉心溶融物保持構造体２０，４０Ａ，４０Ｂを組み合わせて形成した例を示したが、炉心溶融物保持構造体４０Ａのみで形成しても良い。

以上、本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持構造体、炉心溶融物保持装置および炉心溶融物保持装置製造方法によれば、設置する空間の大きさに制約があるか否かを問わず、炉心溶融物保持構造体を配置するという同じ設置（製作）方法によって、炉心溶融物保持装置を設置することができるので、従来よりも設置コストを増加させることなく、炉心溶融物保持構造物の設置を容易にすることができる。

また、本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持構造体、炉心溶融物保持装置および炉心溶融物保持装置製造方法によれば、敷き詰められた最上段の炉心溶融物保持構造体の上面で炉心溶融物４を保持することができる一方、貫通孔を通して内部の空洞に冷却材１を供給することができるので、冷却材１との沸騰伝熱によって、保持した炉心溶融物４を効果的に除熱することができる。

さらに、本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持構造体および炉心溶融物保持装置は、高い熱伝導性を有する材料で構成されるので、その熱伝導性から上面の温度が上昇しにくく、熱破損の発生を低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 冷却材
２ ペデスタル側壁
３ ペデスタル床
４ 炉心溶融物（コリウム）
５ ライザー部
１０（１０Ａ〜１０Ｆ） 炉心溶融物保持装置
２０（２０Ａ，２０Ｂ） 炉心溶融物保持構造体
２１ 側面
２２ 貫通孔
２３ 上面
２５ 冷却材導入孔
２６ 蒸気排出孔
２８ 保護部
３０ 二重管
３１ 外側管（冷却材導入手段）
３２ 内側管（蒸気排出手段）
３３ 保護体
３７ 導入配管
３８ ライザー部
４０Ａ，４０Ｂ 炉心溶融物保持構造体

Claims (10)

1. 炉心溶融物を受け止めて保持する保持面と、自己の周囲を満たす冷却材を内部に導入し、導入した冷却材との熱交換によって前記保持面を含む装置全体を冷却する冷却手段とを具備する炉心溶融物保持装置であり、
   前記保持面および前記冷却手段は、少なくとも一組の平行な面を有し、前記平行な面の一つである第１の面を底面として配置した際に、側方に位置する面に貫通孔が設けられた多面体であって、この多面体を前記側方に隣接させて配置した際に前記貫通孔を介して前記多面体同士が連通するように構成された炉心溶融物保持構造体を、複数個配置することによって構成されることを特徴とする炉心溶融物保持装置。
2. 前記炉心溶融物保持構造体を配置する床面側に、自己の周囲を満たす冷却材とは別の冷却材を供給する冷却材供給手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１記載の炉心溶融物保持装置。
3. 前記冷却材供給手段の設置場所は、炉心溶融物保持装置を上方から見た場合に現れる形状の外縁からの距離よりも、前記形状の中心からの距離が近い位置であることを特徴とする請求項記２載の炉心溶融物保持装置。
4. 前記保持面の外縁において上方に突出し、前記保持面上の炉心溶融物を側方から保持するライザー部を、さらに具備し、
   前記ライザー部は、前記炉心溶融物保持構造体を少なくとも１段以上積み上げて配置することによって構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
5. 前記炉心溶融物保持構造体は、直方体であって、
   前記ライザー部は、４つの連続する面に貫通孔が設けられた前記直方体、対向する一組の面のみに貫通孔が設けられた第１の直方体、および、３つの連続する面に貫通孔が設けられた第２の直方体の少なくとも何れかを用いて構成されることを特徴とする請求項４記載の炉心溶融物保持装置。
6. 複数個配置される前記炉心溶融物保持構造体のうち、最上段に位置する炉心溶融物保持構造体の内部に前記冷却材を導入する第２の冷却材導入手段と、
   前記最上段に位置する炉心溶融物保持構造体の内部から蒸気を外部へ排出する蒸気排出手段と、をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至５記載の何れか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
7. 径の異なる同心円の二つの管で構成される二重管によって、前記第２の冷却材導入手段および前記蒸気排出手段を、一体的に構成したことを特徴とする請求項６記載の炉心溶融物保持装置。
8. 前記二重管の内径管を前記蒸気排出手段とし、前記二重管の外径管を前記第２の冷却材導入手段することを特徴とする請求項７記載の炉心溶融物保持装置。
9. 前記第２の冷却材導入手段と前記蒸気排出手段とは、制御棒駆動機構の直下に設置されることを特徴とする請求項６乃至８記載の何れか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
10. 最上段に配置された炉心溶融物保持構造体の上面の上に、さらに、前記最上段に配置された炉心溶融物保持構造体の上面全体を一体的に被覆可能な保護部をさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の炉心溶融物保持装置。

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