JP2014185989A

JP2014185989A - コアキャッチャ

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Publication number: JP2014185989A
Application number: JP2013062395A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Matsuzaki; 隆久松崎; Yoshihiko Ishii; 佳彦石井; Kazuo Nakajima; 一雄中島
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-10-02

Abstract

【課題】冷却水の供給遅れが防止可能なコアキャッチャを提供すること。
【解決手段】原子炉格納容器（２）内で原子炉圧力容器（１）の下方に位置し、上部が開口した保持容器（３０）と、原子炉格納容器内で原子炉圧力容器の下方に設けられ、保持容器が収納された冷却水貯蔵水槽（１９）とを備え、冷却水貯蔵水槽には、原子炉炉心が溶融した際に原子炉圧力容器を貫通した炉心溶融物（２２）が保持容器に落下する前に、保持容器の底面に接触するように冷却水を貯蔵する。
【選択図】図２

Description

本発明は炉心溶融物を受け止めるコアキャッチャに関する。

原子力発電プラントに備えられた原子炉格納容器の機能は、万一重大な事故（シビアアクシデント）が発生し、炉心内の放射性物質が原子炉圧力容器から放出されても、それらを原子炉格納容器内に閉じ込めることで発電所敷地周辺への漏洩を防ぐことである。例えば、改良沸騰水型原子炉（以下において「ＡＢＷＲ」と称することがある）において、原子炉圧力容器に繋がる配管が破断した場合には、非常用炉心冷却装置等の起動により炉心に冷却水が供給され当該炉心は冷却される。

しかし、極めて小さい確率で、非常用炉心冷却装置の起動失敗等に起因して炉心冷却が不十分となり、炉心が溶融し高温の炉心溶融物が原子炉格納容器床面に落下する可能性がある。炉心溶融物の落下後に注水等で冷却が行われないと、床面のコンクリートと炉心溶融物が非凝縮性ガスを発生しながら反応し、コンクリートを侵食する可能性がある。炉心溶融物とコンクリートの反応は極力抑制することが望ましく、また、当該反応で発生する非凝縮性ガスによる原子炉格納容器の加圧も極力抑制することが望ましい。

そこで、炉心溶融物が原子炉格納容器下部床面に落下する場合を想定して、炉心溶融物を冷却する工学的安全施設の一つにコアキャッチャがある。コアキャッチャは、原子炉格納容器の下部床面上に設置される設備であり、炉心溶融物を受け止め、当該炉心溶融物を下面側から冷却する。

コアキャッチャの構造に関する技術としては、原子炉圧力容器の下方に設けられ上方に向かって開いた容器と、当該容器の下部外面に沿って延びる冷却流路を有するステンレス鋼およびコンクリートなどの構造体と、炉心溶融物が当該容器に落下する前に当該冷却流路に冷却水を供給するポンプ（給水手段）を備えるものが開示されている（特開２０１０−３８５７１号公報参照）。

特開２０１０−３８５７１号公報

ところで、上記技術をはじめとした従来のコアキャッチャでは、圧力容器から落下した炉心溶融物の冷却に際して、コアキャッチャ内の冷却流路に対してポンプ等の給水手段による冷却水の供給が必要となるが、このような構成を採用する場合には炉心溶融物の落下よりも給水手段の起動が遅れる可能性があることを否定できない。炉心溶融物の冷却開始が遅れると、格納容器の健全性が損なわれる可能性がある。

例えば、冷却水貯蔵用のタンク等（非常用炉心冷却系のプールやサプレッションプールで良い）を冷却流路よりも上方に設置し、格納容器内の雰囲気温度の低い平常時には溶融弁（または爆破弁）で当該タンク内に冷却水を保持しておき、格納容器下部に溶融デブリが落下した場合には、格納容器内の雰囲気温度が上昇することにより当該溶融弁が開き、重力によりタンクからコアキャッチャへの冷却水の供給が開始される受動的な給水方法があるが、この方法を利用した場合には、炉心溶融物が落下し格納容器内の雰囲気温度が上昇して溶融弁が開くまでの間、冷却が遅れることになる。

また、通常時からコアキャッチャ内部の冷却水配管に冷却水を保持させておくことで、上記のような冷却開始の遅れを防止することができるが、冷却配管内に貯えることのできる冷却水量は限られているため、顕著な冷却効果は期待できない。

さらに、冷却流路への給水遅れを防止するために、格納容器下部の空間に事前に水を張って溶融デブリの落下に備える方法も考えられるが、高温になった溶融デブリが冷却水内に落下した際に、非常に低い確率であるが水蒸気爆発が発生する可能性がある。

そこで、本発明は、冷却水の供給遅れが防止可能なコアキャッチャを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、原子炉格納容器内で原子炉圧力容器の下方に位置し、上部が開口した保持容器と、前記原子炉格納容器内で前記原子炉圧力容器の下方に設けられ、前記保持容器が収納された冷却水貯蔵水槽とを備え、当該冷却水貯蔵水槽には、原子炉炉心が溶融した際に前記原子炉圧力容器を貫通した炉心溶融物が前記保持容器に落下する前に、前記保持容器の底面に接触するように冷却水を貯蔵するものとする。

本発明によれば、コアキャッチャに対する冷却水の供給遅れを防止でき、コアキャッチャの冷却性能を向上できる。

本発明の実施の形態に係る原子力発電プラントにおけるＡＢＷＲの原子炉建屋概略構造の縦断面図。本発明の第１の実施の形態に係るコアキャッチャを設置した原子炉格納容器２下部の断面図。本発明の第１の実施の形態に係る保持容器３０の上面図。本発明の第１の実施の形態に係る複数の水管壁パネル２６の斜視図。水管壁パネルの断面図。コンクリートで形成した犠牲層１５が布設された保持容器３０の断面図。本発明の第２の実施の形態のコアキャッチャにおける保持容器３０Ｂの上面図。本発明の第３の実施の形態のコアキャッチャにおける保持容器３０Ｃの上面図。本発明の第４の実施の形態のコアキャッチャにおける保持容器３０Ｄの上面図。本発明の第５の実施の形態に係るコアキャッチャを設置した原子炉格納容器２下部の断面図。本発明の第６の実施の形態に係るコアキャッチャを設置した原子炉格納容器２下部の断面図。図１１中のXII-XII断面におけるコアキャッチャの断面図。図１１に示した保持容器３０Ｆを底面から見た図。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る原子力発電プラントにおけるＡＢＷＲの原子炉建屋概略構造の縦断面図である。なお、ここでは、サプレッション・チャンバ５を備える圧力抑制型の原子炉格納容器２を備えるＡＢＷＲにコアキャッチャを設置する場合を例に挙げて説明するが、他の形式の原子炉（例えば、加圧水型原子炉）においても適用可能である。

図１に示すように、原子炉格納容器２内には炉心が収められた原子炉圧力容器１が配置されており、原子炉格納容器２の外側には原子炉建屋３が設けられている。原子炉格納容器２は、気密性を確保するために、鋼製ライナを内張りした鉄筋コンクリートによって製造されている。原子炉格納容器２の形状はほぼ円筒形である。原子炉格納容器２の内部は、原子炉圧力容器１などを取り囲むドライウェル４と、サプレッション・チャンバ５などから構成される。ドライウェル４とサプレッション・チャンバ５は、鉄筋コンクリート製のダイヤフラム・フロア６により区画され、ベント管７によって相互に連通されている。

例えば、原子炉圧力容器１や配管類の一部が損傷し、格納容器内に蒸気が放出された場合には、ドライウェル４内に放出された蒸気は、ベント管７を通ってサプレッション・チャンバ５内の水中に導かれ、サプレッション・チャンバ５内の水で凝縮される。これにより原子炉格納容器２内の圧力上昇が抑制される。

図２は本発明の第１の実施の形態に係るコアキャッチャを設置した原子炉格納容器２下部の断面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し、当該部分の説明を省略することがある（後の図も同様とする）。図２中の矢印は冷却水の流通方向を示している。

図２に示すように、コアキャッチャ２１は、原子炉圧力容器１直下の原子炉格納容器２下部の床面上に設置されている。コアキャッチャ２１は、保持容器３０と、冷却水貯蔵水槽１９を備えている。保持容器３０は、上部が開口しており、原子炉格納容器２内で原子炉圧力容器１の下方に位置している。冷却水貯蔵水槽１９は、原子炉炉心が溶融した際に原子炉圧力容器１を貫通した炉心溶融物２２が保持容器３０に落下する前に、保持容器３０の底面に接触するように冷却水が貯蔵される部分であり、原子炉格納容器２内で原子炉圧力容器１の下方に設けられている。また、貯蔵水槽１９は、その内部に保持容器３０を収納している。

図２に示した保持容器３０は、中心を通過する線で円板を折り曲げた形状を底面とし、当該底面の外縁から略鉛直上方に向かって所定の高さまで立ち上げた壁面を側面としている。保持容器３０の内部には、炉心溶融物２２を受け止めるための耐熱材層（犠牲層）１５となるコンクリートが所定の高さまで敷設されており、当該犠牲層１５の上面２８は保持容器３０の上端より下方に位置している。

犠牲層１５の上面２８には、犠牲層１５上に溜まる水を排出するためのドレン配管２９の上端が開口している。ドレン配管２９の下端は、上端より下方に位置しており、図示した例では冷却水貯蔵水槽１９内に開口している。ドレンライン２９の径は、水は通り抜けられるが、粘性の高い炉心溶融物２２はドレンライン中で凝固することで通り抜けることのできない径とする。なお、ドレン配管２９の下端は、冷却水貯蔵水槽１９内でなく、原子炉格納容器２の外部に開口させても良い。

保持容器３０の底面および側面には複数の冷却水配管（冷却水配管群）１２が配設されており、当該冷却水配管群によって、保持容器３０を冷却する冷却水が流通するための複数の冷却水流路が形成されている。本実施の形態に係る複数の冷却水配管１２は、保持容器３０の構造強度を向上させる骨組み部材として機能し、保持容器３０の構造的強度の向上に寄与している。

図３は本実施の形態に係る保持容器３０の上面図である（犠牲層１５は図示を省略してある）。この図に示すように、保持容器３０は、冷却水が流通される複数の冷却水配管１２を骨組部材として有し、複数の冷却水配管１２の間を面的に接続して保持容器３０の底面および側面を形成する複数の板状の部材（板部材）１８を有している。

図３において保持容器３０の中心を通過する縦方向の点線が保持容器３０の下端を示し、前述の円板の折り曲げ部に相当する。冷却水配管１２は、図３に示した略半円状の２つの板部材１８のそれぞれに対して、図中の上下方向に沿って所定の間隔で配置されている。すなわち、配管１２は保持容器３０の中心に対して櫛形に配列されており、左右の一対の配管１２は略Ｖ字を描くように保持容器３０に取り付けられている。

各冷却水配管１２の下端１３は、冷却水の入口（吸入口）であり、前述の折り曲げ部付近で原子炉格納容器２の底面１１に向かって開口している。一方、各冷却水配管１２の上端２３は、冷却水の出口（冷却水出口部）であり、図２に示すように保持容器３０の側面の上端と同じ高さで上方に向かって開口している。各冷却水配管１２は、下端１３から一定の角度で延びた後、保持容器３０（板部材１８）の底面の端部において略鉛直方向に立ち上がり、犠牲層１５の上面２８よりも上方の位置で格納容器２内に開口している（図２参照）。貯蔵槽から下端１３を介して配管１２に冷却水が導入されると、当該冷却水が上端２３を介して犠牲層１５上に放出される。

犠牲層１５の上に冷却水を容易に導入する観点からは、各配管１２の上端２３に係る開口は犠牲層１５の方に向けることが好ましい。犠牲層１５を均等に冷却する観点からは、各上端２３の高さは同じにすることが好ましい。また、配管１２の配設態様は図に示した例（櫛形）に限らないが、配管１２中での冷却水及び蒸気の滞留によるコアキャッチャ２１の冷却性能の低下を抑制する観点からは、各配管１２は下端１３から下流側に向かって単調に高さが増加するように配設することが好ましい。

図３に示すように、板部材１８全体を上面から見た輪郭は、原子炉格納容器２の内壁面３１の形状に合わせて円形になっている。なお、犠牲層１５をコンクリートとしたときの施工効率を向上させる観点からは、板部材１８の外周に内壁面３１に沿って鉛直方向に立ち上がる壁状の部分（壁面部）を設けることが好ましい。当該壁面部は、板部材１８及び配管１２とともにコンクリートの型枠になるので、コンクリートの打設が容易になる。

配管１２の断面形状は、特に制限は無く、例えば矩形にしても良い。ただし、配管１２の肉厚を薄くすることで冷却性能を向上する観点からは、図示した円形のものが好ましい。円形にすれば、構造強度が向上するため、肉厚の増大を抑制できるからである。

ところで、原子力発電所の格納容器２内で上記のコアキャッチャ２１の施工をする場合には、施工性を向上させる観点から、複数の配管１２と板部材１８を有する保持容器３０を複数に分割したモジュール部材を事前に製造しておき、実際の施工時には当該複数のモジュール部材を配置・結合して保持容器３０を組み立てることが好ましい。このように保持容器３０を組み立てると、現地での設置作業の工数を最小限にすることができ、現地での施工性を向上させることができる。

この点を鑑み、本実施の形態に係る保持容器３０は、配管１２及び板部材１８の一部を有する複数のモジュール部材を組み合わせて構成されている。ここでは各モジュール部材を「水管壁パネル２６」と称する。図３中の破線は水管壁パネル２６の結合位置、すなわち各水管壁パネル２６を示す。この図の例では保持容器３０は、中心軸に沿った方向と当該方向に直交する方向に分割されており、合計１４枚の水管壁パネル２６によって構成されている。なお、保持容器３０の分割方法は図３に示したものに限られず、他の分割方法でも良く、格納容器２内における施工効率等も考慮して適宜変更が可能である。すなわち、水管壁パネル２６の形状や枚数（分割数）は任意に設計可能であり、現地での工数も含めて総合的に施工性が向上する形状や枚数となるように分割すれば良い。

図４は本発明の第１の実施の形態に係る複数の水管壁パネル２６の斜視図である。この図には図３に示した複数の水管壁パネル２６のうち２つの水管壁パネル２６ａ，２６ｂが示されている。図５は水管壁パネルの断面図である。これらの図に示すように、各水管壁パネル２６ａ，２６ｂにおける板部材１８の厚みは配管１２の径より小さい。隣接する水管壁パネル２６同士は、配管１２同士が連通するように結合される。各水管壁パネル２６の結合方法としては例えば溶接がある。

また、冷却水が流通する複数の配管１２とそれらを接続する板部材１８は１枚のパネル状に形成されている。配管１２が骨組み部材として機能しており、構造材として充分な強度を発揮する。板部材１８の厚みは配管１２の径より小さい。また、配管１２の内部の腐食を防止する観点から、少なくとも配管１２はステンレス鋼で製作することが好ましい。

なお、ここでは、板部材１８が平面の場合について説明するが、板部材１８を曲面で構成し、保持容器３０を曲面状に成形しても良い。さらに、配管１２も任意に配置することができ、後述する例のように一枚の水管壁パネル２６内で配管１２が途中で枝分かれするような構造を採用することも可能であり、冷却に必要な配管流路を自由に形成することが可能である。

保持容器３０の組み立てが完了したら、その上にコンクリートを流し込んで犠牲層１５を布設する。図６にコンクリートで形成した犠牲層１５が布設された保持容器３０の断面図を示す。この図に示すように、本実施の形態における保持容器３０の上方、すなわち、配管１２及び板部材１８の上には犠牲層１５（コンクリート層）が直接布設されている。このとき、犠牲層１５の底面と、配管１２の側面及び板部材１８の上面とは互いに接触しており、配管１２内を冷却水が流通することで効率良く犠牲層１５を冷却できる。なお、犠牲層１５の耐熱性を向上させる観点からは、犠牲層１５の上部表面２８には、耐熱材層４１を形成することが好ましい。耐熱材層４１の具体的な形成手段としては、酸化ジルコニウム（ZnO₂）やアルミナ（Al₂O₃）を含むブロックを犠牲層１５上に敷き詰めるものがある。

図２に戻り、保持容器３０の底面は、貯蔵水槽１９の床面１１に設置された架台２５によって支持されており、保持容器３０の底面と貯蔵水槽１９の底面１１の間には、所定の体積を有する空間が形成されている。この保持容器３０の底面と、原子炉格納容器２の床面１１及び内壁面３１とによって画定される空間は、コアキャッチャ２１（保持容器３０）の底面に接触するように冷却水が満たされる冷却水貯蔵水槽１９となっている。冷却水貯蔵水槽１９には、保持容器３０の底面に接触するように冷却水が貯蔵される。冷却水貯蔵水槽１９に冷却水を満たすタイミングは、原子炉炉心が溶融した際に原子炉圧力容器１を貫通した炉心溶融物２２が保持容器３０に落下する前であればいつでも良いが、炉心溶融のおそれのない通常運転時から冷却水を貯蔵しておくことが好ましい。

冷却水貯蔵水槽１９の上部には戻り配管１６が設けられており、戻り配管１６の下端は冷却水水槽１９に向かって開口している。戻り配管１６は、炉心溶融物の冷却に伴って発生した蒸気（例えば、配管１２の上端２３から排出された蒸気や、犠牲層１５の上面２８を冷却する過程で発生した蒸気等）が凝縮して液水となったものを冷却水貯蔵水槽１９に戻すための配管である。炉心溶融物２２の冷却に伴って発生した蒸気は、例えば、ポンプ等の駆動源を利用することなく自然力により蒸気を凝縮するシステムであって、原子炉格納容器２上部に位置する静的格納容器冷却系（PCCS）に導入されて凝縮水となり、戻り配管１６に導入されている。

また、図２に示した冷却水貯蔵水槽１９には、取水配管３１と、給水配管３２が接続されている。取水配管３１は、浄化系統・給水系統に接続されており、取水配管３１上に設けられたポンプ（図示せず）で冷却水貯蔵水槽１９から汲み上げられた冷却水は、当該浄化系統・給水系統を経由した後に、給水配管３２を介して冷却水貯蔵水槽１９に戻されている。このように冷却水を浄化系統・給水系統を経由させることで、冷却水貯蔵水槽１９内の冷却水の汚染を防止できるとともに、冷却水貯蔵水槽１９内の水位を制御することができる。なお、冷却性能の向上という観点からは、取水配管３１を介して取得した冷却水を浄化系統・給水系統またはその他の系で除熱して給水配管３２を介して冷却水貯蔵水槽１９に戻す構成を採用しても良い。

また、冷却水貯蔵水槽１９内に水位計を設置し、当該水位計の検出値に基づいて給水系から貯蔵水槽１９に戻す水量を調節することで、冷却水貯蔵水槽１９内の水位を制御しても良い。例えば、図２に示したように、ドレン配管２９が犠牲層１５の上面２８と冷却水貯蔵水槽１９を連通して配設されている場合には、冷却水貯蔵水槽１９内の冷却水の水面高さを、犠牲層１５の上面２８よりも下方かつドレン配管２９の下端よりも上方に保持することが好ましい。このように水面高さを保持すれば、犠牲層１５上の水をドレン配管２９を介して冷却水貯蔵水槽１９内に排出できるので、犠牲層１５上に水が溜まることが防止できる。

本実施の形態に係るコアキャッチャの動作について説明する。ここでは、冷却水配管１２群および冷却水貯蔵水槽１９内は通常運転時から冷却水が満たされているものとする。原子炉圧力容器１内で炉心溶融が発生した場合、原子炉圧力容器１下部を溶融貫通し、犠牲層１５の上面２８上に炉心溶融物２２が落下する。炉心溶融物２２は、冷却水配管１２群の上に形成した犠牲層１５の上に堆積する。

炉心溶融物２２の落下後、冷却水配管１２内の冷却水は、炉心溶融物２２の熱により冷却流路の中で沸騰することでコアキャッチャ２１を冷却し、水と蒸気の二相流となって冷却水配管１２の上端２３より排出される。

冷却水配管１２の上端２３から排出された水と蒸気のうち、水は犠牲層１５の上面２８に沿って炉心溶融物２２と接触し、当該炉心溶融物２２の崩壊熱により沸騰し、その潜熱により炉心溶融物２２を冷却する。一方、冷却水配管１２の上端２３から排出された蒸気と、炉心溶融物２２と冷却水が熱交換して発生した蒸気は、原子炉格納容器２上部に設置されたPCCSなどの格納容器冷却系で冷却・凝縮され、戻り配管１６を介して冷却水貯蔵水槽１９に戻される。このように冷却水が自然循環することにより、炉心溶融物２２の冷却が継続される仕組みとなっている。

そして、熱抵抗材でもある犠牲層１５が炉心溶融物２２による侵食で薄くなるにつれて、コアキャッチャ２１の除熱量が増大するため、除熱能力が炉心溶融物２２の発熱量以上となった時点で犠牲層１５の侵食は抑制される。炉心溶融物２２はコアキャッチャ２１により保持され、保持容器３０の下面側からは冷却水によって冷却されるため、原子炉格納容器２の加圧破損や、格納容器床面１１の溶融貫通を防止することができ、原子炉格納容器２外に放出される放射性物質は最小限に抑えられる。

従来のコアキャッチャでは、犠牲層を支持する保持容器の構造的強度が充分確保できなかったため、当該保持容器をコンクリート基礎又は大掛かりな架台等によって支持する必要があり、保持容器の底面に配設した冷却水配管内に冷却水を保持しておくことは可能であっても、当該保持容器の下面の大部分と接触可能に多量の冷却水を原子炉格納容器内に貯蔵しておくことは難しかった。そのため、サプレッションプールや冷却水タンク等の貯水設備から冷却水配管に対して適宜追加注水することで、炉心溶融物の冷却に対応することもあった。特に、当該貯水設備からの追加注水に際して弁操作などの操作を伴う場合には、炉心溶融物の落下よりも当該操作が遅れて炉心溶融物の冷却開始が遅れる可能性があることも否定できなかった。

これに対して、本実施の形態に係るコアキャッチャ２１は、水管壁パネル２６によって構造的強度に優れた保持容器３０を構成することで、保持容器３０の下部に、コンクリート基礎を敷設することなく、巨大な空間を確保することを可能とした。そして、当該空間を冷却水貯蔵水槽１９として利用することで、炉心溶融物２２の冷却に必要充分な量の冷却水を通常時から冷却水貯蔵水槽１９と冷却水配管１２内に貯蔵しておくことを実現した。これにより、従来のようなサプレッションプールや冷却水タンクからの注水操作（例えば、弁操作）を実行することなく、炉心溶融物２２を冷却することができ、冷却開始遅れを防止することができる。また、本実施の形態に係るコアキャッチャでは、水管壁パネル２６で構成した保持容器３０は最小限の構造物（例えば、架台２５）で支持すれば良く、設置が容易である点もメリットとなる。

また、通常運転時における冷却水配管１２および冷却水貯蔵水槽１９の内部の冷却水の水面は、冷却水配管１２の上端２３（保持容器３０の上端）よりも低い位置に保持されている。このように水面を保持しておくと、炉心溶融物２２の落下時に犠牲層１５の上面２８に水が溜まっている事態が発生することが回避できるので、当該落下してきた炉心溶融物２２と水が接触して水蒸気爆発が発生する可能性をゼロにできる。なお、先述のように、通常運転時の水面位置は、取水配管３１および給水配管３２を介して接続された浄化系統・給水系統によって一定の範囲でコントロールできるように構成しておくことが好ましい。

また、ドレンライン２９の下端を冷却水貯蔵水槽１９と接続する構造を採用することにより、通常運転時に犠牲層１５の上面２８に少しずつ貯まる水を冷却水貯蔵水槽１９に戻す構成とすれば、ドレンラインを介して格納容器２の外部に放射性物質が漏えいする可能性をゼロにできる。

なお、冷却水貯蔵水槽１９の容積（貯蔵可能水量）は、外部から追加で注水が無い場合にも炉心溶融物２２の冷却ができる程度に充分確保しておくことが好ましい。ただし、事故終息までに要する時間を短縮するために、冷却水貯蔵水槽１９に対して追加で注水が可能な注水設備を追加しても構わない。当該注水設備の水源としては、例えば、サプレッションプール５の水がある。サプレッションプール５の水面を犠牲層１５の上面２８よりも高く設定しておけば、ポンプ等の動的機器を用いること無くコアキャッチャ２１への冷却水注水が可能となる。また、このように重力を利用した静的な注水が可能な注水設備以外にも、電力やタービン駆動力等で駆動されるポンプなどによって動的な注水が可能な注水設備を備えても良い。また、格納容器２の外部に非常設のポンプ用の接続口（図示せず）を設け、その接続口に非常設のポンプを接続することにより冷却水貯蔵水槽１９内に注水できる設備を設けても良い。

また、水管壁パネル２６を用いれば、必要な除熱量が多い部分（例えば、保持容器３０の中心部）を通る配管１２のみを太くし、除熱量が少なくても良い部分（例えば、保持容器３０の外周部分）に配置する配管１２は細くする、または、中心を通過する配管は稠密に配置し、外周に配置される配管は粗に配置するなどといったことも容易であり、冷却性能を最適化できる。また、本実施の形態で説明した冷却水配管１２は直管であるが、圧力損失を低減するために中心部分を細く、端では太くなるテーパ状の流路として形成することも可能である。このように水管壁パネル２６を用いることで冷却水配管１２の配置を最適化でき、冷却性能の向上を実現すると共に、コアキャッチャ２１の小型化も可能となる。

ところで、保持容器３０における冷却水配管１２の配置は上記のものの他にも、種々の変形が可能である。次にその具体例について説明する。

図７は本発明の第２の実施の形態のコアキャッチャにおける保持容器３０Ｂの上面図である。本実施の形態では、保持容器３０Ｂの中央部に冷却水溜り２０を設置し、そこから複数の配管１２Ｂを放射状に引き出して冷却水流路を構成する。このように配管１２Ｂを放射状にすることで、炉心溶融物２２の多くが落下する中心部に配管１２Ｂを密に配置できる。本実施の形態における各配管１２Ｂは直管であり、保持容器３０Ｂは略円錐状に形成されているが、圧力損失を低減する観点から、保持容器３０Ｂの中心部分では細く、外周部では太くなるテーパ状の配管を用いても良い。この場合、冷却性能の最適化が可能である。なお、図７の例では保持容器３０Ｂを１２分割し、２種類の水管壁パネルで構成したが、分割数やパネル形状はこれのみに限られない。

図８は本発明の第３の実施の形態のコアキャッチャにおける保持容器３０Ｃの上面図である。本実施の形態では、保持容器３０Ｃの中央部に冷却水溜り２０を設置し、そこから複数の配管１２Ｃを放射状に引き出し、途中で当該配管１２Ｃを二股に分かれさせた形状にしている。このように保持容器３０Ｃを構成しても良い。また、水管壁パネルを利用して保持容器３０Ｃを形成しているので、分岐を有する冷却水流路の製作が容易である。さらに、分岐した配管１２Ｃを持つ水管壁パネルを事前に製造することで、据付工事時には単純な溶接のみで設置することが可能となり、施工性が向上する。なお、本実施の形態では１箇所の分岐から２本に分岐させたが、１箇所の分岐から３本以上に分岐させても良い。さらに、分割数やパネル形状についても図示したものに限られない。

図９は本発明の第４の実施の形態のコアキャッチャにおける保持容器３０Ｄの上面図である。本実施の形態では、保持容器３０Ｄの中央部に冷却水溜り２０を設置し、そこから複数の配管１２Ｄを放射状に引き出し、途中で当該配管１２Ｃを二股に複数回分かれさせた形状にしている。このように保持容器３０Ｃを構成すると、先の例よりもさらに配管を密に配置することができる。なお、本実施の形態では１箇所の分岐から２本に分岐させたが、１箇所の分岐から３本以上に分岐させても良い。さらに、分割数やパネル形状についても図示したものに限られない。

図１０は本発明の第５の実施の形態に係るコアキャッチャを設置した原子炉格納容器２下部の断面図である。図中の矢印はコアキャッチャ内の冷却水流路における冷却水の流れを示している。

本実施の形態に係るコアキャッチャは、骨組み部材及び板部材を備える水管壁パネル２６によって保持容器３０Ｅを構成している点で第１の実施の形態と共通するが、当該水管壁パネル２６における骨組み部材の断面に冷却水流路となる中空部が存在しない点で第１の実施の形態と異なる。すなわち、本実施の形態に係る水管壁パネルを構成する骨組み部材は、冷却水配管として機能することはなく、また、その下端も冷却水貯蔵水槽１９内に開口していない。

このように保持容器３０Ｅを構成しても、冷却水貯蔵水槽１９内に貯蔵された冷却水によって保持容器３０Ｅの底面を介して炉心溶融物２２を冷却することができるので、コアキャッチャに対する冷却水の供給遅れを防止でき、コアキャッチャの冷却性能を向上できる。特に、本実施の形態に係るコアキャッチャは、第１の実施の形態のものに比べて冷却水配管１２が無いため構造を単純化できる利点がある。また、第１の実施の形態の場合のような冷却管方式の場合は、炉心溶融物２２からの熱伝達量が過大となった場合、冷却水配管内でドライアウトが発生するおそれがあるが、本実施の形態に係るコアキャッチャではそのようなおそれは生じない。しかし、その一方で、本実施の形態は冷却水配管がないため、冷却水の流速が低下し、単位面積当たりの除熱量が低下する可能性がある。

なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に架台２５で保持容器３０Ｅを支持する構成を採用したが、犠牲層１５を内包する保持容器３０Ｅを冷却水で満たした冷却水貯蔵槽１９の水面に浮かすことができる場合には、架台２５をはじめとする保持容器３０Ｅの支持部材を省略しても良い。

図１１は本発明の第６の実施の形態に係るコアキャッチャを設置した原子炉格納容器２下部の断面図である。図中の矢印はコアキャッチャ内の冷却水流路における冷却水の流れを示している。図１２は図１１及び図１３中のXII-XII断面におけるコアキャッチャの断面図の一部であり、図１３は図１１に示した保持容器３０Ｆを底面から見た図である。

これらの図に示す保持容器３０Ｆは、その底面に複数の冷却フィン３３を備えている。各冷却フィン３３は、保持容器３０Ｆの底面から原子炉格納容器２の底面１１に向かって略鉛直下方に突出した板状の部材であり、原子炉格納容器２の底面１１の上方に保持容器３０Ｆを支持している。図示した例では、複数の冷却フィン３３を一の方向に沿って所定の間隔を介して配列させて構成した１組の冷却フィン群を、当該一の方向と略直交する方向に沿って所定の間隔を介して２組配置している。当該一の方向において隣接する２つの冷却フィン３３が形成する間隙３４（図１２参照）は、冷却水貯蔵水槽１９の一部として機能するとともに、保持容器３０Ｆの冷却水が流通する冷却水流路としても機能する。

保持容器３０Ｆの外周には、複数の冷却水配管１２Ｅが放射状に配列されている。配管１２Ｅは、保持容器３０Ｆの底面よりも下方で開口した下端を有し、当該下端から、犠牲層１５の上面よりも高い位置で開口した上端２３まで立ち上がっている。炉心溶融物２２が犠牲層１５に落下してきた場合には、冷却水貯蔵水槽１９内の冷却水は、保持容器３０Ｆと熱交換することで沸騰され、水と蒸気の二相流となり配管１２Ｅの上端２３から排出される。

また、保持容器３０Ｆの底面には、当該２組の冷却フィン群の間に位置するように冷却水配管１２Ｆが配設されている。冷却水配管１２Ｆの側面には複数の貫通孔が設けられており、一の方向において隣接する２枚の冷却フィン３３が形成する冷却水流路３４と配管１２Ｆ内を連通している。

なお、複数の冷却フィン３３の配列態様は、図示したものに限らず、冷却水貯蔵水槽１９を区切って冷却流路が形成されるものであって、保持容器３０Ｆを支持可能なものであれば他の態様でも良い。炉心溶融物２２の熱を容易に冷却水に伝達してコアキャッチャの冷却性能を向上させる観点からは、冷却フィン３３は、熱伝導率に優れた金属（たとえば、ステンレス鋼）で製作することが好ましい。

上記のように構成した本実施の形態においても、炉心溶融物２２の冷却に必要充分な量の冷却水を冷却水貯蔵水槽１９と冷却水流路３４内に貯蔵しておくことができるので、冷却開始遅れを防止することができる。特に、本実施の形態に係るコアキャッチャによれば、保持容器３０Ｆの底面に接触又は連結した複数の冷却フィン３３により、先の各実施の形態と比べて冷却水との接触面積を増大できるので、コアキャッチャの冷却性能を向上させることができる。また、炉心溶融物２２からの熱伝達量が過大の場合には、保持容器３０Ｆの底面に近い各冷却水流路３４の上部においてドライアウトが発生する可能性があるが、冷却フィン３３を介した熱伝導によって、冷却水流路３４の上部の熱を、冷却水流路３４の下部に存在する冷却水に伝達できるので、ドライアウトが発生した部分の近傍にある部材の温度上昇を抑制できる。

なお、本実施の形態に係る保持容器３０Ｆは、複数の冷却フィン３３によって支持されるため他の実施の形態のものより構造強度が低くても許容される。そのため、保持容器３０Ｆを水管壁パネル２６で構成する必要性が低く、保持容器３０Ｆを板部材１８のみで構成しても良い。また、本実施の形態では保持容器３０Ｆと冷却フィン３３を一体で形成したが、保持容器と別個に冷却フィン３３を設けても良い。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

１…原子炉圧力容器（原子炉容器）、２…原子炉格納容器、３…原子炉建屋、４…ドライウェル、５…サプレッションプール、６…ダイヤフラム・フロア、７…ベント管、８…ドライウェル・ヘッド、９…格納容器貫通部、１０…トップスラブ、１１…原子炉格納容器床面、１２…冷却水配管、１３…冷却水配管下端、１５…犠牲層、１６…戻り配管、１７…管部、１８…壁部、１９…冷却水貯蔵水槽、２１…コアキャッチャ、２２…炉心溶融物、２３…冷却水配管上端、２４…冷却水配管群、２５…架台、２６…水管壁パネル、２８…犠牲層上面、２９…ドレンライン、３１…取水配管、３２…給水配管、３３…冷却フィン、３４…冷却水流路（冷却フィン間の間隙）

Claims

原子炉格納容器内で原子炉圧力容器の下方に位置し、上部が開口した保持容器と、
前記原子炉格納容器内で前記原子炉圧力容器の下方に設けられ、前記保持容器が収納された冷却水貯蔵水槽とを備え、
当該冷却水貯蔵水槽には、原子炉炉心が溶融した際に前記原子炉圧力容器を貫通した炉心溶融物が前記保持容器に落下する前に、前記保持容器の底面に接触するように冷却水が貯蔵されることを特徴とするコアキャッチャ。
請求項１に記載のコアキャッチャにおいて、
前記保持容器内に保持された耐熱材層をさらに備えることを特徴とするコアキャッチャ。
請求項１に記載のコアキャッチャにおいて、
前記保持容器の底面に配設され、前記保持容器を冷却する冷却水が流通するための複数の冷却水流路をさらに備えることを特徴とするコアキャッチャ。
請求項３に記載のコアキャッチャにおいて、
前記複数の冷却水流路は、前記保持容器の底面に配設された複数の配管であり、
前記保持容器は、前記複数の冷却水配管を骨組み部材として有し、当該複数の配管の間を複数の板部材で面的に接続することで構成されていることを特徴とするコアキャッチャ。
請求項３に記載のコアキャッチャにおいて、
前記複数の冷却水流路は、前記保持容器の底面から下方に向かって突出した複数のフィンであることを特徴とするコアキャッチャ。
請求項４に記載のコアキャッチャにおいて、
前記保持容器は、複数のモジュール部材に分割されており、当該複数のモジュール部材を結合して形成されていることを特徴とするコアキャッチャ。
請求項２に記載のコアキャッチャにおいて、
前記耐熱材層の上面に開口した上端と、当該上端より下方に位置する下端とを備えるドレン配管をさらに備えることを特徴とするコアキャッチャ。
請求項７に記載のコアキャッチャにおいて、
前記冷却水貯蔵水槽内に冷却水が貯蔵されたときの当該冷却水の水面高さは、前記耐熱材層の上面よりも下方に保持されていることを特徴とするコアキャッチャ。
請求項１に記載のコアキャッチャにおいて、
前記冷却水貯蔵水槽には、通常運転時から冷却水が貯蔵されていることを特徴とするコアキャッチャ。
請求項１に記載のコアキャッチャを前記原子炉格納容器の内部に備えことを特徴とする原子力発電プラント。