JP2014137237A - 溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器 - Google Patents

Abstract

【課題】炉心溶融のような過酷事故が万一発生した場合において、炉心溶融物を効果的に冷却し、炉心溶融物から発生する放射性物質の外部への拡散を防止できる溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器を提供する。
【解決手段】原子炉圧力容器４の下方に設置する溶融炉心保持装置２０であって、断面視凹凸状に形成し、少なくとも一方の面に冷却水が接触する冷却板２１を備えた。このため、炉心溶融物Ｄが原子炉圧力容器４から落下するような過酷事故が万一発生した場合に、冷却板２１の伝熱面積を増加させて炉心溶融物Ｄを効果的に冷却することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器に関する。

原子力発電プラントにおいて、何らかの原因で原子炉格納容器の内部に格納された原子炉圧力容器内の冷却材が流出する冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）等が発生した場合には、非常用炉心冷却系等により原子炉圧力容器内の炉心を冷却する。しかし、極めて低い確率であるが、非常用炉心冷却系等が作動しない場合には、原子炉圧力容器内の炉心が十分に冷却されずに溶融し、炉心溶融物（溶融炉心）が原子炉圧力容器から原子炉格納容器内に落下する可能性がある。このような過酷事故を想定した対応策として、特許文献１に記載された技術が提案されている。

特許文献１に記載された技術は、原子炉圧力容器下部の下部ドライウェル底面を隔離金属板で構成し、その隔離金属板の位置を下部ドライウェルの周囲のサプレッションチェンバにおけるプール水の水位より低位置とし、隔離金属板の下部がサプレッションチェンバと連通してプール水を満たし、隔離金属板により原子炉圧力容器から落下した炉心溶融物を受け止めて冷却するものである。

特開平５−３４１０８１号公報

上記した特許文献１に記載された技術においては、隔離金属板の下部のプール水で冷やされた平板状の隔離金属板のみにより炉心溶融物を冷却するので、炉心溶融物の熱量が大きい場合には、炉心溶融物を十分冷却することができず、隔離金属板を溶融貫通してしまう虞がある。

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、炉心溶融のような過酷事故が万一発生した場合において、炉心溶融物を効果的に冷却し、炉心溶融物から発生する放射性物質の外部への拡散を防止できる溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器を提供するものである。

上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、原子炉圧力容器の下方に設置する溶融炉心保持装置であって、断面視凹凸状に形成し、少なくとも一方の面に冷却水が接触する冷却板を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、冷却板を断面視凹凸状に形成したので、炉心溶融物が原子炉圧力容器から落下するような過酷事故が万一発生した場合に、冷却板の伝熱面積を増加させて炉心溶融物を効果的に冷却することができる。この結果、炉心溶融物から発生する放射性物質の外部への拡散を防止できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態を示す概略縦断面図である。 本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態の一部を拡大して示す図１とは異なる切断面の縦断面図である。 本発明の溶融炉心保持装置の第１の実施の形態を構成する冷却板を示す平面図である。 本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態における爆破弁を作動させた時の冷却板の冷却状態を示す説明図である。 本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態における炉心溶融物の冷却状態を示す説明図である。 本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態におけるペデスタル空間内に冷却水が貯留されていない場合の炉心溶融物の冷却状態を示す説明図である。 本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態における爆破弁が作動しない場合の炉心溶融物の冷却状態を示す説明図である。 本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第２の実施の形態の一部を拡大して示す縦断面図である。 本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第３の実施の形態を示す概略縦断面図である。 本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第３の実施の形態における炉心溶融物の冷却状態を示す説明図である。 本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第４の実施の形態の一部を拡大して示す縦断面図である。 本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第４の実施の形態における炉心溶融物によるペデスタル床の侵食状態を示す説明図である。 本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第５の実施の形態の一部を拡大して示す縦断面図である。 本発明の溶融炉心保持装置の第１乃至第５の実施の形態を構成する冷却板の別の一例を示す断面図である。

以下、本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の実施の形態を図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
図１乃至図３は本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態を示すもので、図１は本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態を示す概略縦断面図、図２は本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態の一部を拡大して示す図１とは異なる切断面の縦断面図、図３は本発明の溶融炉心保持装置の第１の実施の形態を構成する冷却板を示す平面図である。

本実施の形態は、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の原子炉格納容器を対象としたものである。図１において、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の原子炉格納容器１は、鋼製ライナ２を内張りした鉄筋コンクリート製で構成されている。

原子炉格納容器１内には、原子炉の燃料を保有する炉心３を内蔵した原子炉圧力容器４が格納されている。原子炉圧力容器４は、原子炉格納容器１の基礎部１ａ上に立設した略円筒状のペデスタル５によって支持されている。原子炉格納容器１の側壁１ｂとペデスタル５の間には、ダイヤフラムフロア６が架け渡されている。

原子炉格納容器１の内部は、原子炉圧力容器４を取り囲む上部ドライウェル７と、ペデスタル５の内側で原子炉圧力容器４の下方に形成されたペデスタル空間８（下部ドライウェル）と、ペデスタル５の外周面を取り囲むサプレッションチェンバ９等とで構成されている。サプレッションチェンバ９はプール水１０を有している。上部ドライウェル７、ペデスタル空間８とサプレッションチェンバ９とはダイヤフラムフロア６により区画されている。上部ドライウェル７とサプレッションチェンバ９は、ベント管１１を介して相互に連通されている。

ベント管１１は、何らかの原因で原子炉圧力容器４や冷却系配管類（図示せず）の一部が損傷し、上部ドライウェル７内に蒸気が放出された場合に、蒸気を上部ドライウェル７からサプレッションチェンバ９へ導くものである。サプレッションチェンバ９へ導かれた蒸気はサプレッションチェンバ９のプール水１０で凝縮され、原子炉格納容器１内の圧力上昇が抑制される。

原子炉格納容器１には、図示しない原子炉緊急時冷却系（ＥＣＣＳ）及び原子炉隔離時冷却系（ＲＣＩＣ）が設けられている。原子炉緊急時冷却系、原子炉隔離時冷却系は、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）や原子炉隔離事象が発生した場合に、その自動起動によって原子炉圧力容器４内の燃料を冷却するものである。

原子炉圧力容器４の下方のペデスタル空間８の下部には、溶融炉心保持装置２０が設置されている。溶融炉心保持装置２０は、炉心３が溶融する過酷事故が発生し、炉心溶融物Ｄ（溶融炉心）が原子炉圧力容器４からペデスタル空間８内へ落下した場合に、炉心溶融物Ｄを受け止めるものである。

次に、上述した本発明の溶融炉心保持装置の第１の実施の形態の詳細を図２及び図３を用いて説明する。なお、図２及び図３において、図１に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図２において、溶融炉心保持装置２０は、原子炉格納容器１の基礎部１ａから上方に離間した状態でペデスタル５の内側に設置されている。溶融炉心保持装置２０は、冷却板２１と、冷却板２１の上面を覆う犠牲層２２とを備えている。

冷却板２１は、例えば、図２及び図３に示すように、平面視で略円盤状に形成され、下面が凸形状となる窪みを複数有している。すなわち、冷却板２１は断面視凹凸状に形成され、冷却板２１の上面、下面には、それぞれ複数の凹部２１ａ、複数の凸部２１ｂが設けられている。冷却板２１は、ＳＵＳ等の熱伝導率が高い金属材料により形成されている。

犠牲層２２は、コンクリートや金属酸化物等の冷却板２１より高融点の材料により形成されている。犠牲層２２は、炉心溶融物Ｄが原子炉圧力容器４から溶融炉心保持装置２０上に落下した場合に、炉心溶融物Ｄの熱による冷却板２１の損傷を防止するためのものである。

溶融炉心保持装置２０の冷却板２１の下側には、冷却水を貯留可能な冷却水貯留空間３０が設けられている。冷却水貯留空間３０に貯留された冷却水は、冷却板２１の下面に接触して冷却板２１を冷却し、溶融炉心保持装置２０上に落下した炉心溶融物Ｄを冷却板２１を介して冷却する。

冷却水貯留空間３０には、サプレッションチェンバ９から下側注水ライン３１が延びている。下側注水ライン３１には、爆破弁３２が設けられている。下側注水ライン３１は、原子炉圧力容器４の破損の兆候を察知した場合に、爆破弁３２を開放することにより、サプレッションチェンバ９のプール水１０（冷却水）を冷却水貯留空間３０に供給するものである。

溶融炉心保持装置２０の上側のペデスタル空間８には、サプレッションチェンバ９から上側注水ライン３３が延びている。上側注水ライン３３には、溶融弁３４が設けられている。上側注水ライン３３は、炉心溶融物Ｄが原子炉圧力容器４からペデスタル空間８内へ落下した場合に、炉心溶融物Ｄの熱により溶融弁３４が開放されることにより、サプレッションチェンバ９のプール水１０（冷却水）を溶融炉心保持装置２０上に供給するものである。

ペデスタル５には、冷却板２１の下面側の冷却水貯留空間３０と冷却板２１の上面側のペデスタル空間８とを相互に連通する連通孔３５が設けられている。連通孔３５のペデスタル空間８側の開口部３５ａは、炉心溶融物Ｄが溶融炉心保持装置２０上に堆積したと想定した場合の堆積高さに対して余裕を持った高い位置に設けられている。

連通孔３５は、下側注水ライン３１から冷却水貯留空間３０に供給された冷却水を溶融炉心保持装置２０の上側のペデスタル空間８に供給可能とし、上側注水ライン３３から溶融物保持装置２０上に供給された冷却水を冷却水貯留空間３０に供給可能とするものである。

ペデスタル５には、冷却水貯留空間３０と上部ドライウェル７とを相互に連通する蒸気排出孔３６が設けられている。蒸気排出孔３６は、溶融炉心保持装置２０上に堆積した炉心溶融物Ｄを冷却水貯留空間３０に貯留された冷却水により冷却した際に、冷却水貯留空間３０内に発生した蒸気を上部ドライウェル７へ排出するものである。

次に、本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態における過酷事故時の作用を図２、図４乃至図７を用いて説明する。
図４は本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態における爆破弁を作動させた時の冷却板の冷却状態を示す説明図、図５は本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態における炉心溶融物の冷却状態を示す説明図、図６は本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態におけるペデスタル空間内に冷却水が貯留されていない場合の炉心溶融物の冷却状態を示す説明図、図７は本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態における爆破弁が作動しない場合の炉心溶融物の冷却状態を示す説明図である。なお、図４乃至図７において、図１乃至図３に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

配管破断等による冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）や原子炉隔離事象が発生した場合、図２に示す原子炉格納容器１に設けた原子炉緊急時冷却系（図示せず）及び原子炉隔離時冷却系（図示せず）により原子炉圧力容器４に内蔵された炉心３を冷却する。しかし、極めて低い確率であるが、これらの冷却系の冷却機能が同時に失われた場合、原子炉圧力容器４内の水位が低下し、炉心３内の燃料が崩壊熱で過熱、溶融し、炉心溶融物Ｄとなって原子炉圧力容器４の底部を貫通することが想定され得る。

このような原子炉圧力容器４の破損の兆候を原子炉圧力容器４内の水位、注水中断の時間等から察知した場合、下側注水ライン３１に設けた爆破弁３２を開放し、サプレッションチェンバ９のプール水１０（冷却水）を溶融炉心保持装置２０の下側に設けた冷却水貯留空間３０に供給する。

冷却水貯留空間３０に供給された冷却水は、図４に示すように、冷却水貯留空間３０を冠水し、溶融炉心保持装置２０の冷却板２１を冷却する。その後、この冷却水は、連通孔３５の開口部３５ａから溢れ出て、溶融炉心保持装置２０の上側のペデスタル空間８内に流れ込み、溶融炉心保持装置２０の上側に貯留された状態となる。

この下側注水ライン３１から冷却水貯留空間３０に供給する冷却水の流量を、炉心溶融物Ｄが溶融炉心保持装置２０に落下すると想定される時間内に冷却水貯留空間３０を冠水可能となるように定めておく。このことにより、炉心溶融物Ｄが溶融炉心保持装置２０上に落下する前に、溶融炉心保持装置２０の冷却板２１がこの冷却水により確実に冷却される。

事故事象の進展に伴い、炉心溶融物Ｄが原子炉圧力容器４の底を貫通すると、炉心溶融物Ｄは、溶融炉心保持装置２０の犠牲層２２の上に落下し、堆積する。

この炉心溶融物Ｄは、図５に示すように、溶融炉心保持装置２０の犠牲層２２を溶融して、溶融炉心保持装置２０の冷却板２１に達する。炉心溶融物Ｄの底部は、冷却板２１の上面の各凹部２１ａ内に分散するように冷却板２１上に拡がる。このように、炉心溶融物Ｄは、その底部の一部が冷却板２１の各凹部２１ａに分散して拡がるため、大きな山状に堆積することがなく、炉心溶融物Ｄの再臨界の可能性が低減する。

溶融炉心保持装置２０上に堆積した炉心溶融物Ｄは、溶融炉心保持装置２０の上側に貯留されている冷却水により、上面から冷却される。また、冷却水貯留空間３０に貯留されている冷却水により、冷却板２１を介して下面から冷却される。冷却板２１は断面視凹凸状に形成されているので、冷却板２１の伝熱面積が平板状のものより増加し、その冷却能力が向上している。

このように、冷却板２１の伝熱面積を増加させ、炉心溶融物Ｄを上下両面から冷却することにより、炉心溶融物Ｄが効果的に冷却される。このため、溶融炉心保持装置２０の損傷が防止される。

冷却水貯留空間３０に貯留された冷却水により炉心溶融物Ｄが冷却されると、この冷却水は沸騰し、冷却水貯留空間３０内に蒸気が発生する。この蒸気は、蒸気排出孔３６を介して上部ドライウェル７へ又は連通孔３５を介してペデスタル空間８へ排出される。

上述したように、原子炉圧力容器４の破損の兆候を察知した場合には、爆破弁３２を開放して冷却水を冷却水貯留空間３０に供給するが、図６に示すように、この冷却水が連通孔３５の開口部３５ａから溢れ出る前に炉心溶融物Ｄが溶融炉心保持装置２０に落下する場合も想定され得る。

この場合、溶融炉心保持装置２０の上側のペデスタル空間８内に冷却水が貯留されていないため、溶融炉心保持装置２０上に堆積した炉心溶融物Ｄは、上面から冷却されず、冷却水貯留空間３０に貯留された冷却水により、その下面のみ冷却される。

このため、炉心溶融物Ｄの熱によりペデスタル空間８内の温度が上昇し、上側注水ライン３３に設けた溶融弁３４が開放される。溶融弁３４が開放されると、上側注水ライン３３を介してサプレッションチェンバ９のプール水１０（冷却水）が溶融炉心保持装置２０の上側のペデスタル空間８に供給され、この冷却水により炉心溶融物Ｄは上面から冷却される。

このように、溶融炉心保持装置２０の上側のペデスタル空間８内に冷却水が貯留されていない状態において、炉心溶融物Ｄが溶融炉心保持装置２０に落下した場合でも、炉心溶融物Ｄが確実に上下両面から冷却され、溶融炉心保持装置２０の損傷が防止される。

また、図７に示すように、下側注水ライン３１に設けた爆破弁３２が何らかの原因により作動せずに、炉心溶融物Ｄが溶融炉心保持装置２０に落下する場合も想定され得る。

この場合、炉心溶融物Ｄの熱により上側注水ライン３３に設けた溶融弁３４が開放され、冷却水が上側注水ライン３３を介して溶融炉心保持装置２０の上側のペデスタル空間８に供給される。この冷却水により炉心溶融物Ｄは上面から冷却される。

その後、この冷却水は、連通孔３５の開口部３５ａにまで達し、連通孔３５を介して冷却水貯留空間３０に流れ込む。この冷却水により溶融炉心保持装置２０の冷却板２１が冷却され、炉心溶融物Ｄは冷却板２１を介して下面からも冷却される。

冷却水がペデスタル空間８から冷却水貯留空間３０に流れ込み冷却板２１を冷却するまでの間、犠牲層２２により冷却板２１は炉心溶融物Ｄの熱から防護される。このため、冷却板２１の損傷が防止される。

このように、下側注水ライン３１に設けた爆破弁３２が作動せず、炉心溶融物Ｄが溶融炉心保持装置２０に落下した場合でも、炉心溶融物Ｄが確実に上下両面から冷却され、溶融炉心保持装置２０の損傷が防止される。

上述したように、本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第１の実施の形態によれば、冷却板２１を断面視凹凸状に形成したので、炉心溶融物Ｄが原子炉圧力容器４から落下するような過酷事故が万一発生した場合に、冷却板２１の伝熱面積を増加させて炉心溶融物Ｄを効果的に冷却することができる。この結果、炉心溶融物Ｄから発生する放射性物質の外部への拡散を防止できる。

また、冷却板２１を断面視凹凸状に形成したので、冷却板２１上に落下した炉心溶融物Ｄの底部は冷却板２１の上面の各凹部２１ａ内に分散して拡がり、炉心溶融物Ｄの再臨界の可能性を低減することができる。

さらに、本実施の形態によれば、冷却板２１の下側の冷却水貯留空間３０と冷却板２１の上側のペデスタル空間８とを相互に連通する連通孔３５を設けたので、冷却水が連通孔３５を介して冷却水貯留空間３０及び冷却板２１の上側のペデスタル空間８に流入でき、炉心溶融物Ｄを確実に上下両面から冷却することができる。

また、本実施の形態によれば、連通孔３５のペデスタル空間８側の開口部３５ａを、炉心溶融物Ｄが溶融炉心保持装置２０上に堆積したと想定した場合の堆積高さより高い位置に設けたので、炉心溶融物Ｄを水没させた状態で冷却することが可能となる。このため、炉心溶融物Ｄを確実に上面から冷却することができる。

さらに、本実施の形態によれば、爆破弁３２を設けた下側注水ライン３１を冷却水貯留空間３０に設けたので、原子炉圧力容器４の破損の兆候を察知した場合に、冷却水貯留空間３０に冷却水を供給して、予め冷却板２１を冷却することができる。

また、本実施の形態によれば、溶融弁３４を設けた上側注水ライン３３を溶融炉心保持装置２０の上側のペデスタル空間８に設けたので、下側注水ライン３１からの冷却水を冷却水貯留空間３０に供給できない場合でも、冷却水を冷却水貯留空間３０に供給することができる。

さらに、本実施の形態によれば、冷却板２１の上面に犠牲層２２を設けたので、冷却板２１が冷却水貯留空間３０の冷却水により冷却される前に炉心溶融物Ｄが溶融炉心保持装置２０上に落下した場合でも、冷却板２１は犠牲層２２により炉心溶融物Ｄの熱から防護され、冷却板２１の損傷を防止することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第２の実施の形態を図８を用いて説明する。
図８は本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第２の実施の形態の一部を拡大して示す縦断面図である。なお、図８において、図１乃至図７に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図８に示す本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第２の実施の形態は、第１の実施の形態と大略同様に構成されるが、冷却水貯留空間３０に冷却水を予め貯留しておくことにより、爆破弁３２を設けた下側注水ライン３１及び冷却板２１を覆う犠牲層２２を不要とした点が異なる。

溶融炉心保持装置４０の下側の冷却水貯留空間３０は、冷却水で予め冠水された状態にある。このため、溶融炉心保持装置４０の冷却板２１は、冷却水により予め冷却されている。

次に、上述した本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第２の実施の形態における過酷事故時の作用を図８を用いて説明する。
図８に示す原子炉圧力容器４の底を貫通した炉心溶融物Ｄは、溶融炉心保持装置４０の冷却板２１の上に落下し、堆積する。この炉心溶融物Ｄの底部は、第１の実施の形態と同様に、冷却板２１の上面の各凹部２１ａ内に分散するように冷却板２１上に拡がる。

このとき、冷却板２１の下面は冷却水貯留空間３０に予め貯留された冷却水により冷却されているので、炉心溶融物Ｄの下面は冷却板２１を介して冷却水との熱伝達により直ちに冷却される。このため、炉心溶融物Ｄの下面の温度が低下し、冷却板２１の損傷が防止される。また、冷却板２１は冷却水により予め冷却されているので、冷却水貯留空間３０の冷却水により冷却板２１が冷却されるまでの間炉心溶融物Ｄの熱から冷却板２１を防護するための犠牲層も不要となる。

溶融炉心保持装置４０上に堆積した炉心溶融物Ｄは、上面側から冷却されていないため、炉心溶融物Ｄの熱により上側注水ライン３３に設けた溶融弁３４が開放され、上側注水ライン３３を介して冷却水が溶融炉心保持装置４０の上側のペデスタル空間８に供給される。この冷却水により炉心溶融物Ｄは上面から冷却される。

その後、この冷却水は、連通孔３５の開口部３５ａにまで達し、連通孔３５を介して冷却水貯留空間３０に流れ込む。このため、冷却水貯留空間３０内の冷却水が一部沸騰しても、冷却水貯留空間３０の冠水状態が維持され、炉心溶融物Ｄは確実に下面から冷却される。

このように、冷却板２１の伝熱面積を増加させ炉心溶融物Ｄを上下両面から冷却することにより、炉心溶融物Ｄが効果的に冷却される。

上述した本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第２の実施の形態によれば、冷却水貯留空間３０に冷却水を予め貯留しておくので、爆破弁３２を設けた下側注水ライン３１及び冷却板２１を覆う犠牲層２２が不要となり、少ない構成で上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第３の実施の形態を図９を用いて説明する。
図９は本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第３の実施の形態を示す概略縦断面図である。なお、図９において、図１乃至図８に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第３の実施の形態は、第２の実施の形態が改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の原子炉格納容器を対象としたものであるのに対して、ＭＡＲＫ−II型の原子炉格納容器を対象としたものである点が異なる。また、本発明の溶融炉心保持装置の第３の実施の形態は、第２の実施の形態を構成する冷却板２１が複数の窪みを有する平板状のものであるのに対して、冷却板７１を、複数の窪みを有する平板を中央で折り曲げて断面視Ｖ字状に形成した点が主に異なる。

図９に示すＭＡＲＫ−II型の原子炉格納容器５１は、鋼製である。原子炉格納容器５１は、コンクリート製の遮蔽壁５２により全体が取り囲まれている。

原子炉格納容器５１内には、炉心５３を内蔵した原子炉圧力容器５４が格納されている。原子炉圧力容器５４は、原子炉格納容器５１の底部上に立設した略円筒状のペデスタル５５によって支持されている。原子炉格納容器５１の側壁とペデスタル５５の間には、ダイヤフラムフロア５６が架け渡されている。ペデスタル５５の内側における上下方向略中央には、コンクリート製のペデスタル床６２が設けられている。

原子炉格納容器５１の内部は、ダイヤフラムフロア５６の上側で原子炉圧力容器５４を取り囲むドライウェル５７と、原子炉圧力容器５４の下方でペデスタル５５及びペデスタル床６２により囲まれたペデスタル空間５８と、ダイヤフラムフロア５６及びペデスタル床６２の下側に形成されたサプレッションチェンバ５９等で構成されている。サプレッションチェンバ５９はプール水６０を有している。

ダイヤフラムフロア５６の下側に形成されたサプレッションチェンバ５９とペデスタル床６２の下側に形成されたサプレッションチェンバ５９とは、ペデスタル５５に設けた貫通孔５５ａを介して相互に連通されている。貫通孔５５ａは、ダイヤフラムフロア５６の下側のサプレッションチェンバ５９とペデスタル床６２の下側のサプレッションチェンバ５９のプール水を相互に流入可能にするものである。

ドライウェル５７とサプレッションチェンバ５９は、ダイヤフラムフロア５６に支持されたベント管６１を介して相互に連通されている。

原子炉圧力容器５４の下方でペデスタル床６２の下側のサプレッションチェンバ５９のプール水６０中に、溶融炉心保持装置７０が設置されている。溶融炉心保持装置７０は、原子炉圧力容器５４から落下した炉心溶融物Ｄを溶融炉心保持装置７０が受け止めた際に、炉心溶融物Ｄがプール水６０の水面上に出ないような低い位置に設置されている。

溶融炉心保持装置７０は、断面視略Ｖ字状で、下面が凸形状となる窪みを複数有する冷却板７１を備えている。すなわち、冷却板７１は、断面視略Ｖ字状かつ凹凸状に形成され、冷却板７１の上面、下面には、それぞれ複数の凹部７１ａ、複数の凸部７１ｂが設けられている。冷却板７１は、その上下両面がプール水６０に接触し冷却されている。

冷却板７１の外周部には、冷却水貯留空間８０としての冷却板７１の下面側の空間と冷却板７１の上面側の空間とを連通する連通孔７３が設けられている。連通孔７３は、サプレッションチェンバ５９のプール水６０が冷却板７１の上下両側の空間へ流入可能にするものである。

次に、上述した本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第３の実施の形態における過酷事故時の作用を図１０を用いて説明する。
図１０は、本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第３の実施の形態における炉心溶融物の冷却状態を示す説明図である。なお、図１０において、図１乃至図９に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１０において、原子炉圧力容器５４の底を貫通した炉心溶融物Ｄは、ペデスタル床６２上に落下、堆積する。この炉心溶融物Ｄは、その熱によりペデスタル床６２を侵食して貫通し、溶融炉心保持装置７０上に落下、堆積する。

この炉心溶融物Ｄの底部は、第２の実施の形態と同様に、冷却板７１の上面の各凹部７１ａ内に分散するように冷却板７１上に堆積する。また、炉心溶融物Ｄは、冷却板７１を断面視略Ｖ字状に形成しているので、冷却板７１の中央方向にやや偏って堆積する。このため、炉心溶融物Ｄによる冷却板７１の外周部に設けた連通孔７３の閉塞が抑制される。

炉心溶融物Ｄの上面はサプレッションチェンバ５９のプール水６０（冷却水）により直接冷却され、その下面はプール水６０により冷却板７１を介して冷却される。

溶融炉心保持装置７０の上側のプール水６０により炉心溶融物Ｄが冷却されると、このプール水６０は沸騰してその水量が減少するが、溶融炉心保持装置７０の下側のプール水６０が冷却板７１の連通孔７３を介して溶融炉心保持装置７０の上側に供給される。このため、炉心溶融物Ｄは、サプレッションチェンバ５９のプール水６０により確実に上下両面から冷却され、溶融炉心保持装置７０の損傷が防止される。

上述した本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第３の実施の形態によれば、ＭＡＲＫ−II型の原子炉格納容器を対象とした場合においても、上述した第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、冷却水貯留空間８０としての冷却板７１の下面側の空間と冷却板７１の上面側の空間とを連通する連通孔７３を設けたので、冷却水が連通孔３５を介して冷却板７１の上下両側の空間に流入でき、炉心溶融物Ｄを確実に上下両面から冷却することができる。

さらに、本実施の形態によれば、溶融炉心保持装置７０が炉心溶融物Ｄを受け止めた際に、炉心溶融物Ｄがプール水６０の水面上に出ない低い位置に溶融炉心保持装置７０を設置したので、炉心溶融物Ｄを水没させた状態で冷却することが可能となる。このため、炉心溶融物Ｄを確実に上面から冷却することができる。

また、本実施の形態によれば、冷却板７１を断面視略Ｖ字状に形成したので、炉心溶融物Ｄは冷却板７１の外周部に堆積し難く、炉心溶融物Ｄが冷却板７１の外周部に設けた連通孔７３を閉塞することを抑制できる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第４の実施の形態を図１１を用いて説明する。
図１１は本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第４の実施の形態の一部を拡大して示す縦断面図である。なお、図１１において、図１乃至図１０に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第４の実施の形態は、第３の実施の形態と大略同様に構成されるが、ペデスタル床６２上にペデスタル５５の内周面を覆う防護部材６３を設けた点が異なる。

図１１において、防護部材６３は、上面が外周側から中央に向かって下方に傾斜し、中央部に開口部６４ａを設けた底部６４と、底部６４の外周部から上方に延びる円筒状の壁部６５とで構成されている。防護部材６３は、耐熱材により形成されている。防護部材６３は、炉心溶融物Ｄからペデスタル５５を防護するものである。

次に、上述した本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第４の実施の形態における過酷事故時における作用を図１２を用いて説明する。
図１２は本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第４の実施の形態における炉心溶融物によるペデスタル床の侵食状態を示す説明図である。なお、図１２において、図１乃至図１１に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１２において、炉心溶融物Ｄがペデスタル床６２へ落下すると、炉心溶融物Ｄは、防護部材６３内に保持される。このため、炉心溶融物Ｄがペデスタル５５まで拡がるように堆積することがなく、ペデスタル５５は炉心溶融物Ｄから防護される。

防護部材６３内に保持された炉心溶融物Ｄは、防護部材６３の底部６４の傾斜面６４ｂを伝い、底部６４の開口部６４ａからペデスタル床へ流動する。この炉心溶融物Ｄは、防護部材６３を侵食する前にペデスタル床６２を侵食貫通し、溶融炉心保持装置７０上へ落下する。

これは、防護部材６３が耐熱材で形成されているのに対して、ペデスタル床６２がコンクリートで形成されているためである。

溶融炉心保持装置７０上へ落下した炉心溶融物Ｄは、第３の実施の形態と同様に、サプレッションチェンバ５９のプール水６０により確実に上下両面から冷却され、溶融炉心保持装置７０の損傷が防止される。

上述した本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第４の実施の形態によれば、上述した第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、耐熱材により形成した防護部材６３をペデスタル床６２上にペデスタル５５の内周面を覆うように設けたので、炉心溶融物Ｄによりペデスタル５５が侵食されることなく、炉心溶融物Ｄを溶融炉心保持装置７０上へ落下させることができる。このため、ペデスタル５５の構造強度が維持される。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第５の実施の形態を図１３を用いて説明する。
図１３は本発明の溶融炉心保持装置を備えた原子炉格納容器の第５の実施の形態の一部を拡大して示す縦断面図である。なお、図１３において、図１乃至図１２に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１３に示す本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第５の実施の形態は、第４の実施の形態におけるペデスタル床６２の全体がコンクリートで形成されているのに対して、ペデスタル床６２の中央部をコンクリートより溶融し易い材料で形成した溶融栓６２ａに置換した点が異なる。

炉心溶融物Ｄがペデスタル床６２へ落下すると、その熱により溶融栓６２ａがペデスタル床６２より先に溶融して貫通する。このため、炉心溶融物Ｄは速やかにペデスタル床６２から溶融炉心保持装置７０上へ落下する。

上述した本発明の溶融炉心保持装置及びそれを備えた原子炉格納容器の第５の実施の形態によれば、上述した第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、ペデスタル床６２の中央部をコンクリートより溶融し易い材料で形成した溶融栓６２ａに置換したので、炉心溶融物Ｄをペデスタル床６２から溶融炉心保持装置７０上へ速やかに落下させることができる。このため、溶融栓６２ａ以外のペデスタル床６２の部分は炉心溶融物Ｄによる侵食の影響を受け難く、ペデスタル５５の構造強度が確実に維持される。

［その他］
なお、上述した第１の実施の形態乃至第５の実施の形態においては、下面が凸形状となる窪みを複数有する冷却板２１、７１を備えた溶融炉心保持装置を例に示したが、冷却板２１、７１を、断面視凹凸状に形成すればよい。例えば、溶融炉心保持装置は、図１４に示す冷却板９１を備えることもできる。

図１４は本発明の溶融炉心保持装置の第１乃至第５の実施の形態を構成する冷却板の別の一例を示す断面図である。なお、図１４において、図１乃至図１３に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１４において、冷却板９１は、断面視波状に形成されている。すなわち、冷却板７１の上面、下面には、それぞれ複数の凹部９１ａ、複数の凸部９１ｂが設けられている。このことにより、冷却板９１の伝熱面積は、上述した冷却板２１、７１と同様に、平板状のものより増加し、その冷却能力が向上している。また、炉心溶融物Ｄが原子炉圧力容器４、５４から冷却板９１上に落下した際に、炉心溶融物Ｄの底部が冷却板９１の上面の各凹部９１ａ内に分散するように拡がり、炉心溶融物Ｄは大きな山状に堆積することがない。

このように、冷却板９１を断面視波状に形成することにより、冷却板９１の伝熱面積を増加させ、炉心溶融物Ｄの再臨界の可能性を低減することができる。

また、上述した第１の実施の形態においては、爆破弁３２を設けた下側注水ライン３１と、溶融弁３４を設けた上側注水ライン３３とを備えた構成の例を示したが、爆破弁３２を設けた下側注水ライン３１のみを備えた構成、溶融弁３４を設けた上側注水ライン３３のみを備えた構成とすることもできる。

なお、本発明は上述した第１乃至第５の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１、５１ 原子炉格納容器
４、５４ 原子炉圧力容器
５、５５ ペデスタル
２０、４０、７０ 溶融炉心保持装置
２１、７１、９１ 冷却板
３０、８０ 冷却水貯留空間
３１ 下側注水ライン
３２ 爆破弁
３３ 上側注水ライン
３４ 溶融弁
３５、７３ 連通孔
６２ ペデスタル床
６２ａ 溶融栓
６３ 防護部材
Ｄ 炉心溶融物（溶融炉心）

Claims (9)

1. 原子炉圧力容器の下方に設置する溶融炉心保持装置であって、
   断面視凹凸状に形成し、少なくとも一方の面に冷却水が接触する冷却板を備えた
   ことを特徴とする溶融炉心保持装置。
2. 請求項１に記載の溶融炉心保持装置において、
   前記冷却板の前記一方の面側の空間と前記冷却板の他方の面側の空間とを連通する連通孔を更に備えた
   ことを特徴とする溶融炉心保持装置。
3. 原子炉圧力容器と、
   前記原子炉圧力容器を支持するペデスタルと、
   断面視凹凸状に形成した冷却板を有し、前記原子炉圧力容器の下方に設置した溶融炉心保持装置と、
   前記冷却板の下面側に冷却水を貯留可能に設けた冷却水貯留空間と、
   前記冷却水貯留空間と前記冷却板の上面側の空間とを連通する連通孔とを備えた
   ことを特徴とする原子炉格納容器。
4. 請求項３に記載の原子炉格納容器において、
   爆破弁を設け、前記冷却水貯留空間に冷却水を供給可能な下側注水ラインを更に備えた
   ことを特徴とする原子炉格納容器。
5. 請求項４に記載の原子炉格納容器において、
   溶融弁を設け、前記冷却板の前記上面側の空間に冷却水を供給可能な上側注水ラインを更に備えた
   ことを特徴とする原子炉格納容器。
6. 請求項３に記載の原子炉格納容器において、
   溶融弁を設け、前記冷却板の前記上面側の空間に冷却水を供給可能な上側注水ラインを更に備え、
   前記冷却水貯留空間に予め冷却水を貯留した
   ことを特徴とする原子炉格納容器。
7. 炉心を内蔵した原子炉圧力容器と、
   前記原子炉圧力容器を支持するペデスタルと、
   前記ペデスタルに設けられたペデスタル床と、
   断面視凹凸状に形成した冷却板を有し、前記ペデスタル床の下方に設置した溶融炉心保持装置と、
   前記冷却板の下面側に冷却水を貯留可能に設けた冷却水貯留空間と、
   前記冷却水貯留空間と前記冷却板の上面側の空間とを連通する連通孔とを備え、
   前記冷却水貯留空間及び前記冷却板の前記上面側の空間に冷却水を貯留した
   ことを特徴とする原子炉格納容器。
8. 請求項７に記載の原子炉格納容器において、
   前記ペデスタル床上に、前記ペデスタル床上に落下した炉心溶融物から前記ペデスタルを防護する防護部材を設置した
   ことを特徴とする原子炉格納容器。
9. 請求項８に記載の原子炉格納容器において、
   前記ペデスタル床の中央部を、前記ペデスタル床を形成した材料より溶融しやすい材料で形成した溶融栓に置換した
   ことを特徴とする原子炉格納容器。

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