JP2014185997A - 溶融物の冷却促進装置および原子炉格納容器 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉容器から落下する溶融物を効率よく冷却すること。
【解決手段】原子炉容器３１の下方に冷却水Ｗを貯留可能に設けられた有底のキャビティ５６が配置され、原子炉容器３１の真下であってキャビティ５６の底部の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部６４を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、原子力発電プラントでのシビアアクシデント時に、炉心から落下する溶融物を効率よく冷却する溶融物の冷却促進装置、および溶融物の冷却促進装置が適用された原子炉格納容器に関する。

従来、原子力発電プラントにおいて、炉心が溶融して原子炉容器から流出するシビアアクシデントを想定した対策として、例えば、特許文献１では、原子炉容器から流出した溶融物を捕捉する捕捉部と、冷却水が貯蔵されている冷媒貯蔵部内に設けられて補足部を介して溶融物が流入する複数の筒部とを有する溶融物冷却構造が示されている。この溶融物冷却構造は、溶融物を複数に分散させて小分けに筒部内に堆積させることで、流出した溶融物が山状に堆積することを防止する。しかも、筒部を介して当該筒部に流入した小分けにされた溶融物と、冷媒貯蔵部内の冷却水との接触面積を増加させることで、原子炉から流出した溶融物の冷却効率を向上させる。

また、例えば、特許文献２では、原子炉容器の下部部分を取り囲む収容器を有した原子炉が示されている。収容器は、底部に円錐形の中央部分を有し、溶融物を収容器の底部の水平周囲部分に向けて移動させるようになっている。また、収容部は、底部の平らな水平周囲部分の下方にコンテナを有している。コンテナは、下端部が底部で密閉された筒形に形成され、中央部分から水平周囲部分に向けて移動された溶融物を内部に受け取る。さらに、収容器の水平周囲部分の下方に、コンテナが懸垂する冷却空間が設けられている。この冷却空間に冷却水が供給されることで、コンテナに受け取られた溶融物を冷却する。

また、例えば、特許文献３では、原子炉容器の下方に冷却水を供給可能なキャビティが設けられ、このキャビティに、溶融物を拡散する傾斜部が設けられた溶融物の冷却促進装置が示されている。この溶融物の冷却促進装置は、傾斜部により、原子炉容器から落下した溶融物を受け止めるとともに広く拡散することで冷却水との接触面積を広げ、冷却水による溶融物の冷却を促進する。

特開２０１１−１７４８９７号公報 特許第３１１８４８９号公報 特開２０１０−２６６２８６号公報

特許文献１では、筒部内に堆積される溶融物を、筒部を介して間接的に冷媒により冷却するドライ方式である。また、特許文献２では、特許文献１と同様に、コンテナ内に受け取られる溶融物を、コンテナを介して間接的に冷却水により冷却するドライ方式である。このようなドライ方式の冷却構造では、冷却水により溶融物を十分に冷却させるまで時間がかかるため、溶融物を早期に冷却させることが望まれる。

一方、特許文献３では、傾斜部が冷却水に浸されるように構成されており、特許文献１および特許文献２に比較して溶融物を早期に冷却させることが可能である。そして、特許文献３では、傾斜部により溶融物を広く拡散することで冷却水との接触面積を広げ、冷却水による溶融物の冷却を促進する。しかし、特許文献３では、傾斜部に沿って溶融物を流下させるため、溶融物の拡散に時間がかかるおそれがあるため、溶融物をより効率よく冷却させることが望まれる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、原子炉容器から落下する溶融物を効率よく冷却することのできる溶融物の冷却促進装置および原子炉格納容器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明の溶融物の冷却促進装置は、原子炉容器の下方に冷却水を貯留可能に設けられた有底のキャビティが配置され、前記原子炉容器の真下であって前記キャビティの底部の冷却水中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部が設けられていることを特徴とする。

この溶融物の冷却促進装置によれば、原子炉容器から溶融物がキャビティに落下すると、この溶融物は、冷却水中を落下してキャビティの底部に至り、冷却部の周囲に堆積する。溶融物は、冷却水中を落下する過程で冷却され、堆積した状態でその表面が冷却水により冷却される。しかも、冷却部が冷媒を流通可能に形成された管部材であるため、溶融物は、堆積した状態で冷却部に接触する内部がさらに冷却される。このため、原子炉容器から落下する溶融物を効率よく冷却することができる。

また、第２の発明の溶融物の冷却促進装置は、第１の発明において、前記冷却部は、前記キャビティの底部から上方に延在する冷却管と、当該冷却管の下端に連通して前記キャビティ内で開口する冷媒供給管と、前記冷却管の上端に連通して前記キャビティ内で開口する冷媒排出管とを有することを特徴とする。

この溶融物の冷却促進装置によれば、冷媒供給管の他端および冷媒排出管の他端がキャビティの冷却水中で開口しているため、冷却管、冷媒供給管および冷媒排出管の内部が冷媒としての冷却水で満たされる。このため、キャビティの底部に堆積した溶融物は、その内部が冷却管内の冷却水により冷却されて崩壊熱を除熱される。溶融物を冷却した冷却管内の冷却水は、溶融物の崩壊熱により沸騰して冷却管内を上昇するため、冷媒排出管からキャビティ内の冷却水中に排出される。一方、溶融物を冷却した冷却管内の冷却水が冷却管内を上昇して冷媒排出管から排出されることで、冷媒供給管から新たにキャビティ内の冷却水が冷却管内に供給される。従って、冷媒としての冷却水がポンプなどの循環機構を用いず水頭圧差で自然循環することで、電源が喪失した場合であっても溶融物の冷却を行うことができる。

また、第３の発明の溶融物の冷却促進装置は、第２の発明において、前記キャビティは、その底部が嵩上げされて原子炉容器から落下される溶融物を受ける床部材を有し、当該床部材が前記冷却水を流通可能に形成されており、前記冷却部は、前記冷媒供給管が前記床部材の下方に配置され、前記冷却管および前記冷媒排出管が前記床部材の上方に配置されていることを特徴とする。

この溶融物の冷却促進装置によれば、溶融物を受ける床部材が冷却水を流通可能に形成されていることで、キャビティの底部に堆積する溶融物の多くの表面に冷却水を接触させることができ、溶融物の冷却効率をより向上することができる。しかも、冷媒供給管が床部材の下方に配置されていることで、より温度の低い冷却水を冷媒供給管から冷却管に供給するため、溶融物の冷却効率をより向上することができる。さらに、冷却管および冷媒排出管が床部材の上方に配置されていることで、温度の高い冷却水が冷媒排出管から床部材の上方に排出されるため、冷却部における冷却水の自然循環を促進し、溶融物の冷却効率をより向上することができる。

また、第４の発明の溶融物の冷却促進装置は、第１の発明において、前記冷却部は、前記キャビティの底部から上方に延在する冷却管と、当該冷却管の下端に連通する冷媒供給管と、前記冷却管の上端に連通する冷媒排出管とを有しており、前記冷媒供給管および前記冷媒排出管の各端部が、前記キャビティの冷却水中となる位置であって前記原子炉容器の下方から外れた位置に配置された凝縮部に接続されて前記冷却管を含み閉ループが構成され、当該閉ループ内に冷媒が封入されていることを特徴とする。

この溶融物の冷却促進装置によれば、キャビティの底部に堆積した溶融物は、その内部が冷却管内の冷媒により冷却され崩壊熱を除熱される。溶融物を冷却した冷却管内の冷媒は、溶融物の崩壊熱により沸騰して冷却管内を上昇し、冷媒排出管から凝縮部に排出される。凝縮部では、キャビティの冷却水により冷媒が凝縮される。凝縮部で凝縮された冷媒は、冷媒供給管から冷却管に供給される。従って、ポンプなどの循環機構を用いず冷却部と凝縮部との間で冷媒が自然循環することで、原子力発電プラントの電源が喪失した場合であっても溶融物の冷却を行うことができる。

また、第５の発明の溶融物の冷却促進装置は、第４の発明において、前記キャビティは、その底部が嵩上げされて前記原子炉容器から落下される溶融物を受ける床部材を有し、当該床部材が前記冷却水を流通可能に形成されていることを特徴とする。

この溶融物の冷却促進装置によれば、溶融物を受ける床部材が冷却水を流通可能に形成されていることで、キャビティの底部に堆積する溶融物の多くの表面に冷却水を接触させることができ、溶融物の冷却効率をより向上することができる。

また、第６の発明の溶融物の冷却促進装置は、第１の発明において、前記キャビティは、その底部が嵩上げされて前記原子炉容器から落下される溶融物を受ける床部材を有し、当該床部材の下方に前記冷却水を供給可能に構成されており、前記冷却部は、上下に延在する冷却管を有し、当該冷却管の下端が前記床部材の下方に開口し、前記冷却管の上端が閉塞されており、かつ前記冷却管が多孔質材料または多孔材により形成されていることを特徴とする。

この溶融物の冷却促進装置によれば、冷却管の下端が床部材の下方に開口しているため、冷却管の内部が冷媒としての冷却水で満たされる。しかも、冷却管が多孔質材料または多孔材により形成されている。このため、キャビティの底部に堆積した溶融物は、その内部が冷却管内の冷却水に直接接触して冷却されて崩壊熱を除熱される。溶融物を冷却した冷却管内の冷却水は、溶融物の崩壊熱により沸騰して冷却管内を上昇しつつ冷却管の外部に排出される。一方、溶融物を冷却した冷却管内の冷却水が冷却管内を上昇して冷却管の外部に排出されることで、開口する冷却管の下端から新たに床部材の下方の冷却水が冷却管内に供給される。従って、冷媒としての冷却水がポンプなどの循環機構を用いず水頭圧差で自然循環することで、電源が喪失した場合であっても溶融物の冷却を行うことができる。

また、第７の発明の溶融物の冷却促進装置は、第６の発明において、前記床部材が前記冷却水を流通可能に形成されていることを特徴とする。

この溶融物の冷却促進装置によれば、溶融物を受ける床部材が冷却水を流通可能に形成されていることで、キャビティの底部に堆積する溶融物の多くの表面に冷却水を接触させることができ、溶融物の冷却効率をより向上することができる。

また、第８の発明の溶融物の冷却促進装置は、第１〜第７のいずれか一つの発明において、前記原子炉容器と前記冷却部との間に、前記原子炉容器の下部を覆う内面がすり鉢状に形成され、すり鉢状の最下部であって前記冷却部の真上となる位置に上下に貫通する貫通穴を有し、かつ前記内面から上方に突出する突出部が形成されたカバー部材が設けられることを特徴とする。

この溶融物の冷却促進装置によれば、原子炉容器の下部が破損して脱落した場合、この原子炉容器の下部をカバー部材により受けてキャビティ内への落下を防ぐことができる。しかも、突出部により原子炉容器の下部を受けることで貫通穴からの溶融物の落下を確保するため、冷却部に溶融物を確実に送ることができ、原子炉容器から落下する溶融物を効率よく冷却する効果を顕著に得ることができる。

上述の目的を達成するために、第９の発明の原子炉格納容器は、内部に原子炉容器が収容されるとともに、前記原子炉容器の下方において冷却水を貯留可能なキャビティが設けられる原子炉格納容器において、前記キャビティにおける前記原子炉容器の直下であって前記キャビティの冷却水中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部が設けられていることを特徴とする。

この原子炉格納容器によれば、原子炉容器から溶融物がキャビティに落下すると、この溶融物は、冷却水中を落下してキャビティの底部に至り、冷却部の周囲に堆積する。溶融物は、冷却水中を落下する過程で冷却され、堆積した状態でその表面が冷却水により冷却される。しかも、冷却部が冷媒を流通可能に形成された管部材であるため、溶融物は、堆積した状態で冷却部に接触する内部がさらに冷却される。このため、原子炉容器から落下する溶融物を効率よく冷却することができる。

本発明によれば、原子炉容器から落下する溶融物を広範囲に分散させて効率よく冷却することができる。

図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図である。 図２は、原子炉の概略図である。 図３は、原子炉格納容器の概略構成図である。 図４は、本発明の実施形態１に係る溶融物の冷却促進装置の構成図である。 図５は、本発明の実施形態１に係る管部材の配置例を示す平面図である。 図６は、本発明の実施形態１に係る管部材の配置例を示す平面図である。 図７は、本発明の実施形態２に係る溶融物の冷却促進装置の構成図である。 図８は、本発明の実施形態２に係る管部材の配置例を示す平面図である。 図９は、本発明の実施形態３に係る溶融物の冷却促進装置の構成図である。 図１０は、本発明の実施形態３に係る管部材の拡大構成図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図、図２は、原子炉の概略図、図３は、原子炉格納容器の概略構成図である。

図１に示す原子力発電プラントに適用される原子炉は、軽水を原子炉冷却材および中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。

この加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図１に示すように、原子炉格納容器１１は、その内部に加圧水型原子炉１２および蒸気発生器１３が格納されている。加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは、冷却水配管１４，１５を介して連結されている。冷却水配管１４は、加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５は、冷却水ポンプ１７が設けられている。この場合、減速材および一次冷却水として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御する。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水としての軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。蒸気発生器１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。

蒸気発生器１３は、原子炉格納容器１１の外部に設けられたタービン１８および復水器１９に冷却水配管２０，２１を介して連結されている。冷却水配管２１は、給水ポンプ２２が設けられている。タービン１８は、発電機２３が接続されている。また、復水器１９は、冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２４および排水管２５が連結されている。従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管２０を通してタービン１８に送られ、この蒸気によりタービン１８を駆動して発電機２３により発電を行う。タービン１８を駆動した蒸気は、復水器１９で冷却された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に戻される。

また、加圧水型原子炉１２において、図２に示すように、原子炉容器３１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体３２とその上部に装着される原子炉容器蓋３３により構成されており、この原子炉容器本体３２に対して原子炉容器蓋３３が開閉可能となっている。原子炉容器本体３２は、上部が開口して下部が閉塞された円筒形状をなし、内面に熱遮蔽材３４が固定されている。また、原子炉容器本体３２は、上部に一次冷却水を給排する入口ノズル３５および出口ノズル３６が形成されている。

この原子炉容器本体３２内にて、上部炉心板３７と下部炉心板３８とに挟まれた形態で炉心３９が形成されており、その内部に多数の燃料集合体４０が挿入されている。また、上部炉心板３７は、その上部に支柱４１を介して上部炉心支持板４２が固定されている。そして、上部炉心支持板４２と上部炉心板３７との間に多数の制御棒クラスタ案内管４３が支持されている。さらに、原子炉容器蓋３３に、制御棒駆動装置４５が支持されている。制御棒駆動装置４５は、制御棒クラスタ案内管４３内を通って制御棒クラスタ駆動軸４６が燃料集合体４０まで延出され、制御棒クラスタ駆動軸４６の下部に制御棒クラスタ（制御棒）４７が取り付けられている。

一方、下部炉心板３８は、その下部に下部炉心支持板４８が固定されている。下部炉心支持板４８は、炉内計装案内管４９が支持されている。なお、この実施形態では、炉内計装案内管４９を原子炉容器３１の下部から挿入して設けたが、炉内計装案内管４９を原子炉容器３１の上部から挿入して設けてもよい。

従って、制御棒駆動装置４５により制御棒クラスタ４７を移動して燃料集合体４０に図示しない制御棒を挿入することで、炉心３９内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器３１内に充填された一次冷却水が加熱され、高温の一次冷却水が出口ノズル３６から排出され、上述したように、蒸気発生器１３に送られる。すなわち、燃料集合体４０を構成する燃料としてのウランまたはプルトニウムが核分裂することで中性子を放出し、減速材および一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくするとともに、発生した熱を奪って冷却する。また、制御棒クラスタ４７を燃料集合体４０に挿入することで、炉心３９内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときには炉心に急速に挿入される。

上述した原子力発電プラントの原子炉格納容器１１は、図３に示すように、岩盤等の堅固な地盤５１上に、外部と圧力境界を形成する鋼板ライナ５２を介して設けられている。原子炉格納容器１１は、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメント、例えば、上部コンパートメント５３および蒸気発生器ループ室５４が区画されている。具体的に、原子炉格納容器１１は、その内部の中央部に、蒸気発生器ループ室５４を画成する筒形状をなすコンクリート構造物５５が形成されている。コンクリート構造物５５により加圧水型原子炉１２（原子炉容器３１）が垂下して支持されている。そして、蒸気発生器ループ室５４は、蒸気発生器１３が配置され、蒸気発生器１３と原子炉容器３１とが冷却水配管１４，１５により連結されている。

この原子炉格納容器１１は、その内部に、コンクリート構造物５５により原子炉容器３１の下方に位置してキャビティ５６が画成されている。キャビティ５６は、ドレンライン５７を介して蒸気発生器ループ室５４に連通している。さらに、原子炉格納容器１１は、燃料取替用水ピット５８が設けられている。原子炉格納容器１１は、非常時に燃料取替用水ピット５８の冷却水を加圧水型原子炉１２に供給して冷却する原子炉冷却経路（冷却水供給手段）５９と、冷却水を原子炉格納容器１１に散布して冷却する原子炉格納容器冷却経路（冷却水供給手段）６０とが設けられている。そして、原子炉格納容器１１に散布された冷却水は、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を介してキャビティ５６に供給され貯留される。

なお、図示しないが、原子炉格納容器１１は、キャビティ５６に冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられている。この外部注入経路は、基端部が原子炉格納容器１１の外部に設置される消火水などの外部供給設備に連結される一方、先端部がキャビティ５６に連通している。

このように構成された原子炉格納容器１１にて、本実施形態では、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を貯留可能なキャビティ５６が設けられている。そして、このキャビティ５６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物の冷却を促進する冷却促進装置６１が設けられている（図４、図７、図９参照）。

原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）などが発生した場合、緊急炉心冷却装置が作動し、加圧水型原子炉１２を含む原子炉冷却設備内に冷却水が供給されて炉心を冷却し、発生する熱を十分に除去する。ところが、緊急炉心冷却装置が故障すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器３１の内部の炉心が溶融するシビアアクシデントが生じるおそれがある。すると、溶融した燃料などの溶融物が原子炉容器３１を破損させ、原子炉容器３１の下部を貫通してキャビティ５６へ落下する。このとき、キャビティ５６には冷却水が供給可能となっており、このキャビティ５６に落下した溶融物は、キャビティ５６に貯留された冷却水により冷却される。しかし、キャビティ５６に落下した溶融物は、冷却水との相互作用によって細粒化または塊状に固化するものの、固体となったデブリが山状に堆積した場合、特に、堆積した内部を十分に冷却することが困難となる。

本実施形態の冷却促進装置６１は、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物をキャビティ５６の冷却水中で冷却するもので、溶融物の冷却を促進させることで溶融物の冷却効率を向上させる。

［実施形態１］
図４は、本実施形態に係る溶融物の冷却促進装置の構成図、図５および図６は、本実施形態に係る管部材の配置例を示す平面図である。

図４に示すように、本実施形態の冷却促進装置６１において、キャビティ５６は、コンクリート構造物５５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ５６は、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向の一方側に延出した横穴形状をなし、基端部が加圧水型原子炉１２の下方に位置し、先端部側の上部がドレンライン５７を介して蒸気発生器ループ室５４（図３参照）に連通している。

キャビティ５６において、その底部は、鋼板ライナ５２から嵩上げされた床部材６２が設けられている。床部材６２は、多孔質材料により形成されている。このため、キャビティ５６に供給された冷却水Ｗは、床部材６２を貫通して上下に流通可能となっている。なお、床部材６２に用いられる多孔質材料としては、例えば、アルミナなどのセラミック材の他、オーステナイトステンレス鋼、Ｎｉ基やＣｏ基などの超合金を素材とした不織布焼結体、粒状金属、金属粉末から焼結した焼結体などの多孔質金属体、金網を重ねた構造を持つ多孔質金属体、ハニカム構造の多孔質金属体が適用可能である。また、床部材６２は、炭素鋼またはステンレス鋼に多数の穴を設けた多孔材を用いることも可能である。

また、キャビティ５６において、原子炉容器３１の下方にカバー部材６３が設けられている。カバー部材６３は、原子炉容器３１の下部における半球状の下部プレナム３１ａの外形に内面が沿うように下方に向かって窄まったすり鉢状に形成され、下部プレナム３１ａを覆うものである。カバー部材６３の内面は、原子炉容器３１の外形に合わせて半球状に形成されていることが好ましいが円錐形状に形成されていてもよい。このカバー部材６３は、すり鉢状の窄まった最下部に上下に貫通する貫通穴６３ａが形成されている。また、カバー部材６３は、その内面から上方に突出する突出部６３ｂが形成されている。突出部６３ｂは、図４では、貫通穴６３ａの周縁に設けられた形態を示している。突出部６３ｂは、貫通穴６３ａの周縁に沿って断続して設けられているか、または筒状に形成された周壁に貫通穴６３ａに連通する側穴６３ｃが設けられている形態がある。また、突出部６３ｂは、図には明示しないが、貫通穴６３ａを中心として放射状に設けられた複数のリブ状に形成されていてもよい。このような、カバー部材６３は、溶融した燃料などの溶融物が原子炉容器３１を破損させ、原子炉容器３１の下部プレナム３１ａが脱落した場合、この下部プレナム３１ａがキャビティ５６に落下しないように保持する。このとき、カバー部材６３は、突出部６３ｂが下部プレナム３１ａを受けることで、突出部６３ｂの側穴６３ｃや、突出部６３ｂの間で溶融物の流通を確保し、貫通穴６３ａから溶融物を落下させる。また、カバー部材６３は、貫通穴６３ａから溶融物を落下させることでキャビティ５６への溶融物の落下位置を規定する。

このキャビティ５６は、図４に示すように、供給された冷却水Ｗの水面Ｗａが、原子炉容器３１の下部プレナム３１ａおよびカバー部材６３を浸漬させる位置に至るまで冷却水Ｗが貯留される。

冷却促進装置６１において、原子炉容器３１（カバー部材６３の貫通穴６３ａ）からキャビティ５６の底部（床部材６２）に落下する溶融物を冷却する冷却部６４を有する。冷却部６４は、原子炉容器３１（カバー部材６３）の真下であって、キャビティ５６の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する。

冷却部６４は、図４に示すように、管部材として、冷却管６４Ａと、冷媒供給管６４Ｂと、冷媒排出管６４Ｃとを有する。

冷却管６４Ａは、原子炉容器３１（カバー部材６３）の真下において、キャビティ５６の底部（床部材６２）から上方に延在して設けられている。冷却管６４Ａは、図５および図６に示すように、水平方向で所定間隔をあけて複数設けられている。図５では、平面視で複数の冷却管６４Ａが等間隔で１列に並び、等間隔で複数列配置された例を示す。また、図６では、平面視で複数の冷却管６４Ａが所定間隔をあけて千鳥配置された例を示す。なお、冷却管６４Ａの配置は、図５や図６に示す例に限らず、水平方向で所定間隔をあけて複数設けられていればよい。このように、冷却管６４Ａが水平方向で所定間隔をあけて複数設けられていることで、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が各冷却管６４Ａの間に堆積することになる。

冷媒供給管６４Ｂは、一端が冷却管６４Ａの下端６４Ａａに連通し、他端がキャビティ５６内で開口して設けられている。冷媒供給管６４Ｂは、１つの冷却管６４Ａの下端６４Ａａにそれぞれ連通されていてもよく、複数の冷却管６４Ａの下端６４Ａａに連通されていてもよい。また、冷媒供給管６４Ｂは、他端が原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が堆積されない位置まで延在して形成されている。この冷媒供給管６４Ｂは、床部材６２の下方に配置されている。このように、冷媒供給管６４Ｂが床部材６２の下方に配置されていることで、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が各冷却管６４Ａの間に堆積されない。なお、冷媒供給管６４Ｂは、床部材６２の上方に配置されていてもよい。この場合、冷媒供給管６４Ｂは、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が堆積される各冷却管６４Ａの間を避けるように配置することが好ましい。

冷媒排出管６４Ｃは、一端が冷却管６４Ａの上端６４Ａｂに連通し、他端がキャビティ５６内で開口して設けられている。冷媒排出管６４Ｃは、１つの冷却管６４Ａの上端６４Ａｂにそれぞれ連通されていてもよく、複数の冷却管６４Ａの上端６４Ａｂに連通されていてもよい。また、冷媒排出管６４Ｃは、他端が原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が堆積されない位置まで延在して形成されている。また、冷媒排出管６４Ｃは、他端が水平方向または水平方向よりも上方に向かって延在して形成されている。この冷媒排出管６４Ｃは、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が堆積される各冷却管６４Ａの間を避けるように配置することが好ましい。

なお、冷却管６４Ａ、冷媒供給管６４Ｂおよび冷媒排出管６４Ｃは、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミナなどのセラミック材の他、オーステナイトステンレス鋼、Ｎｉ基やＣｏ基などの超合金で形成することが好ましい。

事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、図３に示す燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水Ｗを原子炉格納容器冷却経路６０を通して送り、多数の噴射ノズルから原子炉格納容器１１内に向けて冷却水Ｗを散布する。すると、この冷却水Ｗは、原子炉格納容器１１内で発生した大量の蒸気に対して散布されることとなり、ここで、大量のエネルギを奪い取り、原子炉格納容器１１の内部を冷却してから高温となって落下し、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を通ってキャビティ５６に貯留される。原子炉格納容器１１内に放出されたエネルギを散布された冷却水Ｗにより奪い取り、原子炉格納容器１１の健全性を維持することができる。

また、事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水Ｗを原子炉冷却経路５９を通して加圧水型原子炉１２に送る。すると、この冷却水Ｗは、加圧水型原子炉１２内の炉心で発生した炉心の崩壊熱を奪い取り、一部は蒸気となって原子炉格納容器１１の雰囲気へ放出され、残りは高温の水となって外部に流出し、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を通ってキャビティ５６に貯留される。

ところで、上述した緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水Ｗを送って冷却することができず、原子炉容器３１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損させてキャビティ５６へ落下するおそれがある。

この場合、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水Ｗを、原子炉格納容器１１内に送って散布する原子炉格納容器冷却経路６０が設けられており、この経路６０を原子炉冷却経路５９へ接続することも可能である。従って、緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路５９，６０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水Ｗを供給することは可能であり、この冷却水Ｗをキャビティ５６に供給することができる。また、原子炉格納容器１１には、キャビティ５６に直接冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられており、この外部注入経路を用いて冷却水Ｗをキャビティ５６に供給することができる。従って、緊急炉心冷却装置が故障しても、キャビティ５６を冷却水Ｗで冠水することができる。

そして、冷却促進装置６１にて、図４に示すように、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下した溶融物は、キャビティ５６に貯留されている冷却水Ｗとの相互作用により細粒化したデブリがデブリベッド（状況によっては溶融物、または細粒化しない塊状の固形物の場合もある）を形成し、キャビティ５６の底部である床部材６２の上に堆積される。この際、デブリベッドは、冷却部６４の冷却管６４Ａの間に堆積される。すなわち、冷却管６４Ａは、堆積したデブリベッド内に配置されることになる。

冷却管６４Ａの間に堆積されたデブリベッドは、表面がキャビティ５６内の冷却水Ｗにより冷却される。この場合、床部材６２が多孔質材料（または多孔材）により形成されているため、床部材６２に堆積されたデブリベッドは、全表面に冷却水Ｗが接触して冷却され崩壊熱を除熱されることになる。

さらに、図４に示すように冷却促進装置６１において、冷媒供給管６４Ｂの他端および冷媒排出管６４Ｃの他端がキャビティ５６の冷却水Ｗ中で開口しているため、冷却管６４Ａ、冷媒供給管６４Ｂおよび冷媒排出管６４Ｃの内部が冷媒としての冷却水Ｗで満たされる。このため、デブリベッドは、堆積したデブリベッド内に配置された冷却管６４Ａ内の冷却水Ｗにより内部からさらに冷却され崩壊熱をさらに除熱されることになる。そして、デブリベッドを冷却した冷却管６４Ａ内の冷却水Ｗは、デブリベッドの崩壊熱で沸騰されて冷却管６４Ａ内を上昇し、冷媒排出管６４Ｃからキャビティ５６内の冷却水Ｗ中に排出される。一方、デブリベッドを冷却した冷却管６４Ａ内の冷却水Ｗが冷却管６４Ａ内を上昇して冷媒排出管６４Ｃからから排出されることで、冷媒供給管６４Ｂから新たにキャビティ５６内の冷却水Ｗが冷却管６４Ａ内に供給される。すなわち、冷却部６４において、冷媒としての冷却水Ｗが水頭圧差で自然循環する。

このように、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１は、原子炉容器３１の下方に冷却水Ｗを貯留可能に設けられた有底のキャビティ５６が配置され、原子炉容器３１の真下であってキャビティ５６の底部の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部６４が設けられている。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、原子力発電プラントの非常時に、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は、冷却水Ｗ中を落下してキャビティ５６の底部に至り、冷却部６４の周囲に堆積する。溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、堆積した状態でその表面が冷却水Ｗにより冷却される。しかも、冷却部６４が冷媒を流通可能に形成された管部材であるため、溶融物は、堆積した状態で冷却部６４に接触する内部がさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を効率よく冷却することができる。

また、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１では、冷却部６４は、キャビティ５６の底部から上方に延在する冷却管６４Ａと、冷却管６４Ａの下端６４Ａａに連通してキャビティ５６内で開口する冷媒供給管６４Ｂと、冷却管５４Ａの上端６４Ａｂに連通してキャビティ５６内で開口する冷媒排出管６４Ｃとを有することが好ましい。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、冷媒供給管６４Ｂの他端および冷媒排出管６４Ｃの他端がキャビティ５６の冷却水Ｗ中で開口しているため、冷却管６４Ａ、冷媒供給管６４Ｂおよび冷媒排出管６４Ｃの内部が冷媒としての冷却水Ｗで満たされる。このため、キャビティ５６の底部に堆積した溶融物は、その内部が冷却管６４Ａ内の冷却水Ｗにより冷却されて崩壊熱を除熱される。溶融物を冷却した冷却管６４Ａ内の冷却水Ｗは、溶融物の崩壊熱により沸騰して冷却管６４Ａ内を上昇するため、冷媒排出管６４Ｃからキャビティ５６内の冷却水Ｗ中に排出される。一方、溶融物を冷却した冷却管６４Ａ内の冷却水Ｗが冷却管６４Ａ内を上昇して冷媒排出管６４Ｃから排出されることで、冷媒供給管６４Ｂから新たにキャビティ５６内の冷却水Ｗが冷却管６４Ａ内に供給される。従って、冷媒としての冷却水Ｗがポンプなどの循環機構を用いず水頭圧差で自然循環することで、原子力発電プラントの電源が喪失した場合であっても溶融物の冷却を行うことができる。

また、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１では、キャビティ５６は、その底部が嵩上げされて原子炉容器３１から落下される溶融物を受ける床部材６２を有し、当該床部材６２が冷却水Ｗを流通可能に形成されており、冷却部６４は、冷媒供給管６４Ｂが床部材６２の下方に配置され、冷却管６４Ａおよび冷媒排出管６４Ｃが床部材６２の上方に配置されていることが好ましい。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、溶融物を受ける床部材６２が冷却水Ｗを流通可能に形成されていることで、キャビティ５６の底部に堆積する溶融物の多くの表面に冷却水Ｗを接触させることができ、溶融物の冷却効率をより向上することができる。しかも、冷媒供給管６４Ｂが床部材６２の下方に配置されていることで、より温度の低い冷却水Ｗを冷媒供給管６４Ｂから冷却管６４Ａに供給するため、溶融物の冷却効率をより向上することができる。さらに、冷却管６４Ａおよび冷媒排出管６４Ｃが床部材６２の上方に配置されていることで、温度の高い冷却水Ｗが冷媒排出管６４Ｃから床部材６２の上方に排出されるため、冷却部６４における冷却水Ｗの自然循環を促進し、溶融物の冷却効率をより向上することができる。

また、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１では、原子炉容器３１と冷却部６４との間に、原子炉容器３１の下部を覆う内面がすり鉢状に形成され、すり鉢状の最下部であって冷却部６４の真上となる位置に上下に貫通する貫通穴６３ａを有し、かつ内面から上方に突出する突出部６３ｂが形成されたカバー部材６３が設けられることが好ましい。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、原子力発電プラントの非常時に、原子炉容器３１の下部が破損して脱落した場合、この原子炉容器３１の下部をカバー部材６３により受けてキャビティ５６内への落下を防ぐことができる。しかも、突出部６３ｂにより原子炉容器３１の下部を受けることで貫通穴６３ａからの溶融物の落下を確保するため、冷却部６４に溶融物を確実に送ることができ、原子炉容器３１から落下する溶融物を効率よく冷却する効果を顕著に得ることができる。

また、本実施形態の原子炉格納容器１１は、内部に原子炉容器３１が収容されるとともに、原子炉容器３１の下方において冷却水Ｗを貯留可能なキャビティ５６が設けられる原子炉格納容器１１において、キャビティ５６における原子炉容器３１の直下であってキャビティ５６の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部６４が設けられる。

原子力発電プラントの非常時に、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は、冷却水Ｗ中を落下してキャビティ５６の底部に至り、冷却部６４の周囲に堆積する。溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、堆積した状態でその表面が冷却水Ｗにより冷却される。しかも、冷却部６４が冷媒を流通可能に形成された管部材であるため、溶融物は、堆積した状態で冷却部６４に接触する内部がさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を効率よく冷却することができる。この結果、原子力発電プラントの安全性の向上を図ることができる。

［実施形態２］
図７は、本実施形態に係る溶融物の冷却促進装置の構成図、図８は、本実施形態に係る管部材の配置例を示す平面図である。なお、本実施形態の溶融物の冷却促進装置は、上述した実施形態１に対し、冷却部の構成が異なる。従って、上述した実施形態１と同等部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

冷却促進装置６１において、原子炉容器３１（カバー部材６３の貫通穴６３ａ）からキャビティ５６の底部（床部材６２）に落下する溶融物を冷却する冷却部６５を有する。冷却部６５は、原子炉容器３１（カバー部材６３）の真下であって、キャビティ５６の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する。また、冷却促進装置６１において、凝縮部６６を有する。

冷却部６５は、図７に示すように、管部材として、冷却管６５Ａと、冷媒供給管６５Ｂと、冷媒排出管６５Ｃとを有する。

冷却管６５Ａは、原子炉容器３１（カバー部材６３）の真下において、キャビティ５６の底部（床部材６２）から上方に延在して設けられている。冷却管６５Ａは、図８に示すように、水平方向で所定間隔をあけて複数設けられている。図８では、平面視で複数の冷却管６５Ａが等間隔で１列に並び、等間隔で複数列配置された例を示す。なお、冷却管６５Ａの配置は、図８に示す例に限らず、水平方向で所定間隔をあけて複数設けられていればよい。このように、冷却管６５Ａが水平方向で所定間隔をあけて複数設けられていることで、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が各冷却管６５Ａの間に堆積することになる。

冷媒供給管６５Ｂは、一端が冷却管６５Ａの下端６５Ａａに連通し、他端が凝縮部６６に連通して設けられている。冷媒供給管６５Ｂは、１つの冷却管６５Ａの下端６５Ａａにそれぞれ連通されていてもよいが、図８では、複数の冷却管６５Ａの下端６５Ａａに連通されている例を示す。また、冷媒供給管６５Ｂは、他端が原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が堆積されない位置まで延在して形成されている。この冷媒供給管６５Ｂは、床部材６２の上に配置されている。なお、冷媒供給管６５Ｂは、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が堆積される各冷却管６５Ａの間を避けるように配置することが好ましい。

冷媒排出管６５Ｃは、一端が冷却管６５Ａの上端６５Ａｂに連通し、他端が凝縮部６６に連通して設けられている。冷媒排出管６５Ｃは、１つの冷却管６５Ａの上端６５Ａｂにそれぞれ連通されていてもよいが、図８では、複数の冷却管６５Ａの上端６５Ａｂに連通されている例を示す。また、冷媒排出管６５Ｃは、他端が原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が堆積されない位置まで延在して形成されている。この冷媒排出管６５Ｃは、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が堆積される各冷却管６５Ａの間を避けるように配置することが好ましい。

凝縮部６６は、キャビティ５６の冷却水中となる位置であって原子炉容器３１の下方から外れた位置に設けられている。また、凝縮部６６は、冷却部６５よりも上方位置に設けられている。凝縮部６６は、凝縮管６６Ａを有する。凝縮管６６Ａは、上下方向に延在して設けられている。凝縮管６６Ａは、図８に示すように、水平方向で所定間隔をあけて複数設けられている。図８では、冷却管６５Ａと同様に、平面視で複数の凝縮管６６Ａが等間隔で１列に並び、等間隔で複数列配置された例を示す。なお、凝縮管６６Ａの配置は、図８に示す例に限らず、水平方向で所定間隔をあけて複数設けられていればよい。この凝縮管６６Ａは、その下端６６Ａａに冷媒供給管６５Ｂの他端が連通されている。冷媒供給管６５Ｂは、１つの凝縮管６６Ａの下端６６Ａａにそれぞれ連通されていてもよいが、図８では、複数の凝縮管６６Ａの下端６６Ａａに連通されている例を示す。また、凝縮管６６Ａは、その上端６６Ａｂに冷媒排出管６５Ｃの他端が連通されている。冷媒排出管６５Ｃは、１つの凝縮管６６Ａの上端６６Ａｂにそれぞれ連通されていてもよいが、図８では、複数の凝縮管６６Ａの上端６６Ａｂに連通されている例を示す。

このように、冷却部６５の冷却管６５Ａと凝縮部６６の凝縮管６６Ａとは、冷媒供給管６５Ｂおよび冷媒排出管６５Ｃを介して連通され、閉ループを構成する。そして、閉ループ内である冷却管６５Ａ、冷媒供給管６５Ｂ、冷媒排出管６５Ｃおよび凝縮管６６Ａの内部に冷媒が封入されている。冷媒は、冷却水Ｗと同じ水であってもよいが、熱交換率の向上を図るため、例えば、フロンやアンモニアなどの低沸点冷媒を用いることが好ましい。

なお、冷却管６５Ａ、冷媒供給管６５Ｂ、冷媒排出管６５Ｃおよび凝縮管６６Ａは、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミナなどのセラミック材の他、オーステナイトステンレス鋼、Ｎｉ基やＣｏ基などの超合金で形成することが好ましい。

事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、図３に示す燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水Ｗを原子炉格納容器冷却経路６０を通して送り、多数の噴射ノズルから原子炉格納容器１１内に向けて冷却水Ｗを散布する。すると、この冷却水Ｗは、原子炉格納容器１１内で発生した大量の蒸気に対して散布されることとなり、ここで、大量のエネルギを奪い取り、原子炉格納容器１１の内部を冷却してから高温となって落下し、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を通ってキャビティ５６に貯留される。原子炉格納容器１１内に放出されたエネルギを散布された冷却水Ｗにより奪い取り、原子炉格納容器１１の健全性を維持することができる。

また、事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水Ｗを原子炉冷却経路５９を通して加圧水型原子炉１２に送る。すると、この冷却水Ｗは、加圧水型原子炉１２内の炉心で発生した炉心の崩壊熱を奪い取り、一部は蒸気となって原子炉格納容器１１の雰囲気へ放出され、残りは高温の水となって外部に流出し、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を通ってキャビティ５６に貯留される。

ところで、上述した緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水Ｗを送って冷却することができず、原子炉容器３１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損させてキャビティ５６へ落下するおそれがある。

この場合、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水Ｗを、原子炉格納容器１１内に送って散布する原子炉格納容器冷却経路６０が設けられており、この経路６０を原子炉冷却経路５９へ接続することも可能である。従って、緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路５９，６０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水Ｗを供給することは可能であり、この冷却水Ｗをキャビティ５６に供給することができる。また、原子炉格納容器１１には、キャビティ５６に直接冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられており、この外部注入経路を用いて冷却水Ｗをキャビティ５６に供給することができる。従って、緊急炉心冷却装置が故障しても、キャビティ５６を冷却水Ｗで冠水することができる。

そして、冷却促進装置６１にて、図７に示すように、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下した溶融物は、キャビティ５６に貯留されている冷却水Ｗとの相互作用により細粒化したデブリがデブリベッド（状況によっては溶融物、または細粒化しない塊状の固形物の場合もある）を形成し、キャビティ５６の底部である床部材６２の上に堆積される。この際、デブリベッドは、冷却部６５の冷却管６５Ａの間に堆積される。すなわち、冷却管６５Ａは、堆積したデブリベッド内に配置されることになる。

冷却管６５Ａの間に堆積されたデブリベッドは、表面がキャビティ５６内の冷却水Ｗにより冷却される。この場合、床部材６２が多孔質材料（または多孔材）により形成されているため、床部材６２に堆積されたデブリベッドは、全表面に冷却水Ｗが接触して冷却され崩壊熱を除熱されることになる。

さらに、図７に示すように冷却促進装置６１において、デブリベッドは、堆積したデブリベッド内に配置された冷却管６５Ａ内の冷媒により内部からさらに冷却され崩壊熱をさらに除熱されることになる。そして、デブリベッドを冷却した冷却管６５Ａ内の冷媒は、デブリベッドの崩壊熱により沸騰して冷却管６５Ａ内を上昇する。これにより、冷媒排出管６５Ｃから凝縮管６６Ａに排出される。凝縮管６６Ａでは、キャビティ５６の冷却水Ｗにより冷媒が凝縮され、凝縮管６６Ａ内を下降する。そして、凝縮管６６Ａ内で凝縮された冷媒は、冷媒供給管６５Ｂから冷却管６５Ａに供給される。このように、すなわち、冷却部６５と凝縮部６６との間で冷媒が自然循環する。なお、冷媒が低沸点冷媒を適用されている場合、循環量が増大し熱交換率を向上することができる。

このように、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１は、原子炉容器３１の下方に冷却水Ｗを貯留可能に設けられた有底のキャビティ５６が配置され、原子炉容器３１の真下であってキャビティ５６の底部の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部６５が設けられている。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、原子力発電プラントの非常時に、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は、冷却水Ｗ中を落下してキャビティ５６の底部に至り、冷却部６５の周囲に堆積する。溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、堆積した状態でその表面が冷却水Ｗにより冷却される。しかも、冷却部６５が冷媒を流通可能に形成された管部材であるため、溶融物は、堆積した状態で冷却部６５に接触する内部がさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を効率よく冷却することができる。

また、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１では、冷却部６５は、キャビティ５６の底部から上方に延在する冷却管６５Ａと、冷却管６５Ａの下端６５Ａａに連通する冷媒供給管６５Ｂと、冷却管６５Ａの上端６５Ａｂに連通する冷媒排出管６５Ｃとを有しており、冷媒供給管６５Ｂおよび冷媒排出管６５Ｃの各端部が、キャビティ５６の冷却水Ｗ中となる位置であって原子炉容器３１の下方から外れた位置に配置された凝縮部６６の凝縮管６６Ａに接続されて冷却管６５Ａを含み閉ループが構成され、当該閉ループ内に冷媒が封入されていることが好ましい。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、キャビティ５６の底部に堆積した溶融物は、その内部が冷却管６５Ａ内の冷媒により冷却され崩壊熱を除熱される。溶融物を冷却した冷却管６５Ａ内の冷媒は、溶融物の崩壊熱により沸騰して冷却管６５Ａ内を上昇し、冷媒排出管６５Ｃから凝縮管６６Ａに排出される。凝縮管６６Ａでは、キャビティ５６の冷却水Ｗにより冷媒が凝縮され、凝縮管６６Ａ内を下降する。凝縮管６６Ａ内で凝縮された冷媒は、冷媒供給管６５Ｂから冷却管６５Ａに供給される。従って、ポンプなどの循環機構を用いず冷却部６５と凝縮部６６との間で冷媒が自然循環することで、原子力発電プラントの電源が喪失した場合であっても溶融物の冷却を行うことができる。

また、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１では、キャビティ５６は、その底部が嵩上げされて原子炉容器３１から落下される溶融物を受ける床部材６２を有し、当該床部材６２が冷却水Ｗを流通可能に形成されていることが好ましい。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、溶融物を受ける床部材６２が冷却水Ｗを流通可能に形成されていることで、キャビティ５６の底部に堆積する溶融物の多くの表面に冷却水Ｗを接触させることができ、溶融物の冷却効率をより向上することができる。

また、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１では、原子炉容器３１と冷却部６５との間に、原子炉容器３１の下部を覆う内面がすり鉢状に形成され、すり鉢状の最下部であって冷却部６５の真上となる位置に上下に貫通する貫通穴６３ａを有し、かつ内面から上方に突出する突出部６３ｂが形成されたカバー部材６３が設けられることが好ましい。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、原子力発電プラントの非常時に、原子炉容器３１の下部が破損して脱落した場合、この原子炉容器３１の下部をカバー部材６３により受けてキャビティ５６内への落下を防ぐことができる。しかも、突出部６３ｂにより原子炉容器３１の下部を受けることで貫通穴６３ａからの溶融物の落下を確保するため、冷却部６５に溶融物を確実に送ることができ、原子炉容器３１から落下する溶融物を効率よく冷却する効果を顕著に得ることができる。

また、本実施形態の原子炉格納容器１１は、内部に原子炉容器３１が収容されるとともに、原子炉容器３１の下方において冷却水Ｗを貯留可能なキャビティ５６が設けられる原子炉格納容器１１において、キャビティ５６における原子炉容器３１の直下であってキャビティ５６の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部６５が設けられる。

原子力発電プラントの非常時に、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は、冷却水Ｗ中を落下してキャビティ５６の底部に至り、冷却部６５の周囲に堆積する。溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、堆積した状態でその表面が冷却水Ｗにより冷却される。しかも、冷却部６５が冷媒を流通可能に形成された管部材であるため、溶融物は、堆積した状態で冷却部６５に接触する内部がさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を効率よく冷却することができる。この結果、原子力発電プラントの安全性の向上を図ることができる。

［実施形態３］
図９は、本実施形態に係る溶融物の冷却促進装置の構成図、図１０は、本実施形態に係る管部材の拡大構成図である。なお、本実施形態の溶融物の冷却促進装置は、上述した実施形態１に対し、冷却部の構成が異なる。従って、上述した実施形態１と同等部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

冷却促進装置６１において、原子炉容器３１（カバー部材６３の貫通穴６３ａ）からキャビティ５６の底部（床部材６２）に落下する溶融物を冷却する冷却部６７を有する。冷却部６７は、原子炉容器３１（カバー部材６３）の真下であって、キャビティ５６の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する。

冷却部６７は、図９および図１０に示すように、管部材として、冷却管６７Ａを有する。冷却管６７Ａは、原子炉容器３１（カバー部材６３）の真下において、上下に延在して設けられ、その下端６７Ａａが、キャビティ５６の底部が嵩上げされた床部材６２の下方に開口し、その上端６７Ａｂが閉塞されている。また、冷却管６７Ａは、その周壁（上端を含む）が多孔質材料または多孔材により形成されている。

冷却管６７Ａに用いられる多孔質材料としては、例えば、アルミナなどのセラミック材の他、オーステナイトステンレス鋼、Ｎｉ基やＣｏ基などの超合金を素材とした不織布焼結体、粒状金属、金属粉末から焼結した焼結体などの多孔質金属体、金網を重ねた構造を持つ多孔質金属体、ハニカム構造の多孔質金属体が適用可能である。また、冷却管６７Ａは、炭素鋼またはステンレス鋼に多数の穴を設けた多孔材を用いることも可能である。

冷却管６７Ａは、水平方向で所定間隔をあけて複数設けられている（図５および図６参照）。図５では、平面視で複数の冷却管６７Ａが等間隔で１列に並び、等間隔で複数列配置された例を示す。また、図６では、平面視で複数の冷却管６７Ａが所定間隔をあけて千鳥配置された例を示す。なお、冷却管６７Ａの配置は、図５や図６に示す例に限らず、水平方向で所定間隔をあけて複数設けられていればよい。このように、冷却管６７Ａが水平方向で所定間隔をあけて複数設けられていることで、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下する溶融物が各冷却管６７Ａの間に堆積することになる。

事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、図３に示す燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水Ｗを原子炉格納容器冷却経路６０を通して送り、多数の噴射ノズルから原子炉格納容器１１内に向けて冷却水Ｗを散布する。すると、この冷却水Ｗは、原子炉格納容器１１内で発生した大量の蒸気に対して散布されることとなり、ここで、大量のエネルギを奪い取り、原子炉格納容器１１の内部を冷却してから高温となって落下し、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を通ってキャビティ５６に貯留される。原子炉格納容器１１内に放出されたエネルギを散布された冷却水Ｗにより奪い取り、原子炉格納容器１１の健全性を維持することができる。

また、事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水Ｗを原子炉冷却経路５９を通して加圧水型原子炉１２に送る。すると、この冷却水Ｗは、加圧水型原子炉１２内の炉心で発生した炉心の崩壊熱を奪い取り、一部は蒸気となって原子炉格納容器１１の雰囲気へ放出され、残りは高温の水となって外部に流出し、蒸気発生器ループ室５４からドレンライン５７を通ってキャビティ５６に貯留される。

ところで、上述した緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水Ｗを送って冷却することができず、原子炉容器３１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損させてキャビティ５６へ落下するおそれがある。

この場合、燃料取替用水ピット５８に貯留されている冷却水Ｗを、原子炉格納容器１１内に送って散布する原子炉格納容器冷却経路６０が設けられており、この経路６０を原子炉冷却経路５９へ接続することも可能である。従って、緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路５９，６０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水Ｗを供給することは可能であり、この冷却水Ｗをキャビティ５６に供給することができる。また、原子炉格納容器１１には、キャビティ５６に直接冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられており、この外部注入経路を用いて冷却水Ｗをキャビティ５６に供給することができる。従って、緊急炉心冷却装置が故障しても、キャビティ５６を冷却水Ｗで冠水することができる。

そして、冷却促進装置６１にて、図９に示すように、原子炉容器３１（カバー部材６３）から落下した溶融物は、キャビティ５６に貯留されている冷却水Ｗとの相互作用により細粒化したデブリがデブリベッド（状況によっては溶融物、または細粒化しない塊状の固形物の場合もある）を形成し、キャビティ５６の底部である床部材６２の上に堆積される。この際、デブリベッドは、冷却部６７の冷却管６７Ａの間に堆積される。すなわち、冷却管６７Ａは、堆積したデブリベッド内に配置されることになる。

冷却管６７Ａの間に堆積されたデブリベッドは、表面がキャビティ５６内の冷却水Ｗにより冷却される。この場合、床部材６２が多孔質材料（または多孔材）により形成されているため、床部材６２に堆積されたデブリベッドは、全表面に冷却水Ｗが接触して冷却され崩壊熱を除熱されることになる。

さらに、図１０に示すように冷却促進装置６１において、冷却管６７Ａの下端が床部材６２の下方に開口しているため、冷却管６７Ａの内部が冷媒としての冷却水Ｗで満たされる。しかも、冷却管６７Ａが多孔質材料または多孔材により形成されている。このため、デブリベッドは、堆積したデブリベッド内に配置された冷却管６７Ａの内の冷却水Ｗに直接接触し、内部からさらに冷却され崩壊熱をさらに除熱されることになる。そして、デブリベッドを冷却した冷却管６７Ａ内の冷却水Ｗは、デブリベッドの崩壊熱で沸騰されて冷却管６７Ａ内を上昇しつつ冷却管６７Ａの外部に排出される。一方、デブリベッドを冷却した冷却管６７Ａ内の冷却水Ｗが上昇して冷却管６７Ａの外部に排出されることで、開口する冷却管６７Ａの下端６７Ａａから新たに床部材６２の下方の冷却水Ｗが冷却管６７Ａ内に供給される。すなわち、冷却部６７において、冷媒としての冷却水Ｗが水頭圧差で自然循環する。

このように、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１は、原子炉容器３１の下方に冷却水Ｗを貯留可能に設けられた有底のキャビティ５６が配置され、原子炉容器３１の真下であってキャビティ５６の底部の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部６７が設けられている。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、原子力発電プラントの非常時に、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は、冷却水Ｗ中を落下してキャビティ５６の底部に至り、冷却部６７の周囲に堆積する。溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、堆積した状態でその表面が冷却水Ｗにより冷却される。しかも、冷却部６７が冷媒を流通可能に形成された管部材であるため、溶融物は、堆積した状態で冷却部６７に接触する内部がさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を効率よく冷却することができる。

また、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１では、キャビティ５６は、その底部が嵩上げされて原子炉容器３１から落下される溶融物を受ける床部材６２を有し、当該床部材６２の下方に冷却水Ｗを供給可能に構成されており、冷却部６７は、上下に延在する冷却管６７Ａを有し、当該冷却管６７Ａの下端６７Ａａが床部材６２の下方に開口し、冷却管６７Ａの上端６７Ａｂが閉塞されており、かつ冷却管６７Ａが多孔質材料または多孔材により形成されていることが好ましい。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、冷却管６７Ａの下端が床部材６２の下方に開口しているため、冷却管６７Ａの内部が冷媒としての冷却水Ｗで満たされる。しかも、冷却管６７Ａが多孔質材料または多孔材により形成されている。このため、キャビティ５６の底部に堆積した溶融物は、その内部が冷却管６７Ａ内の冷却水Ｗに直接接触して冷却されて崩壊熱を除熱される。溶融物を冷却した冷却管６７Ａ内の冷却水Ｗは、溶融物の崩壊熱により沸騰して冷却管６７Ａ内を上昇しつつ冷却管６７Ａの外部に排出される。一方、溶融物を冷却した冷却管６７Ａ内の冷却水Ｗが冷却管６７Ａ内を上昇して冷却管６７Ａの外部に排出されることで、開口する冷却管６７Ａの下端６７Ａａから新たに床部材６２の下方の冷却水Ｗが冷却管６７Ａ内に供給される。従って、冷媒としての冷却水Ｗがポンプなどの循環機構を用いず水頭圧差で自然循環することで、原子力発電プラントの電源が喪失した場合であっても溶融物の冷却を行うことができる。

また、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１では、床部材６２が冷却水Ｗを流通可能に形成されていることが好ましい。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、溶融物を受ける床部材６２が冷却水Ｗを流通可能に形成されていることで、キャビティ５６の底部に堆積する溶融物の多くの表面に冷却水Ｗを接触させることができ、溶融物の冷却効率をより向上することができる。

また、本実施形態の溶融物の冷却促進装置６１では、原子炉容器３１と冷却部６７との間に、原子炉容器３１の下部を覆う内面がすり鉢状に形成され、すり鉢状の最下部であって冷却部６７の真上となる位置に上下に貫通する貫通穴６３ａを有し、かつ内面から上方に突出する突出部６３ｂが形成されたカバー部材６３が設けられることが好ましい。

この溶融物の冷却促進装置６１によれば、原子力発電プラントの非常時に、原子炉容器３１の下部が破損して脱落した場合、この原子炉容器３１の下部をカバー部材６３により受けてキャビティ５６内への落下を防ぐことができる。しかも、突出部６３ｂにより原子炉容器３１の下部を受けることで貫通穴６３ａからの溶融物の落下を確保するため、冷却部６７に溶融物を確実に送ることができ、原子炉容器３１から落下する溶融物を効率よく冷却する効果を顕著に得ることができる。

また、本実施形態の原子炉格納容器１１は、内部に原子炉容器３１が収容されるとともに、原子炉容器３１の下方において冷却水Ｗを貯留可能なキャビティ５６が設けられる原子炉格納容器１１において、キャビティ５６における原子炉容器３１の直下であってキャビティ５６の冷却水Ｗ中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部６７が設けられる。

原子力発電プラントの非常時に、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５６に落下すると、この溶融物は、冷却水Ｗ中を落下してキャビティ５６の底部に至り、冷却部６７の周囲に堆積する。溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、堆積した状態でその表面が冷却水Ｗにより冷却される。しかも、冷却部６７が冷媒を流通可能に形成された管部材であるため、溶融物は、堆積した状態で冷却部６７に接触する内部がさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を効率よく冷却することができる。この結果、原子力発電プラントの安全性の向上を図ることができる。

１１ 原子炉格納容器
３１ 原子炉容器
３１ａ 下部プレナム
５６ キャビティ
６１ 冷却促進装置
６２ 床部材
６３ カバー部材
６３ａ 貫通穴
６３ｂ 突出部
６３ｃ 側穴
６４ 冷却部
６４Ａ 冷却管
６４Ｂ 冷媒供給管
６４Ｃ 冷媒排出管
６５ 冷却部
６５Ａ 冷却管
６５Ｂ 冷媒供給管
６５Ｃ 冷媒排出管
６６ 凝縮部
６６Ａ 凝縮管
６７ 冷却部
６７Ａ 冷却管
Ｗ 冷却水

Claims (9)

1. 原子炉容器の下方に冷却水を貯留可能に設けられた有底のキャビティが配置され、前記原子炉容器の真下であって前記キャビティの底部の冷却水中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部が設けられていることを特徴とする溶融物の冷却促進装置。
2. 前記冷却部は、前記キャビティの底部から上方に延在する冷却管と、当該冷却管の下端に連通して前記キャビティ内で開口する冷媒供給管と、前記冷却管の上端に連通して前記キャビティ内で開口する冷媒排出管とを有することを特徴とする請求項１に記載の溶融物の冷却促進装置。
3. 前記キャビティは、その底部が嵩上げされて原子炉容器から落下される溶融物を受ける床部材を有し、当該床部材が前記冷却水を流通可能に形成されており、
   前記冷却部は、前記冷媒供給管が前記床部材の下方に配置され、前記冷却管および前記冷媒排出管が前記床部材の上方に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の溶融物の冷却促進装置。
4. 前記冷却部は、前記キャビティの底部から上方に延在する冷却管と、当該冷却管の下端に連通する冷媒供給管と、前記冷却管の上端に連通する冷媒排出管とを有しており、前記冷媒供給管および前記冷媒排出管の各端部が、前記キャビティの冷却水中となる位置であって前記原子炉容器の下方から外れた位置に配置された凝縮部に接続されて前記冷却管を含み閉ループが構成され、当該閉ループ内に冷媒が封入されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の冷却促進装置。
5. 前記キャビティは、その底部が嵩上げされて前記原子炉容器から落下される溶融物を受ける床部材を有し、当該床部材が前記冷却水を流通可能に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の溶融物の冷却促進装置。
6. 前記キャビティは、その底部が嵩上げされて前記原子炉容器から落下される溶融物を受ける床部材を有し、当該床部材の下方に前記冷却水を供給可能に構成されており、
   前記冷却部は、上下に延在する冷却管を有し、当該冷却管の下端が前記床部材の下方に開口し、前記冷却管の上端が閉塞されており、かつ前記冷却管が多孔質材料または多孔材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の冷却促進装置。
7. 前記床部材が前記冷却水を流通可能に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の溶融物の冷却促進装置。
8. 前記原子炉容器と前記冷却部との間に、前記原子炉容器の下部を覆う内面がすり鉢状に形成され、すり鉢状の最下部であって前記冷却部の真上となる位置に上下に貫通する貫通穴を有し、かつ前記内面から上方に突出する突出部が形成されたカバー部材が設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の溶融物の冷却促進装置。
9. 内部に原子炉容器が収容されるとともに、前記原子炉容器の下方において冷却水を貯留可能なキャビティが設けられる原子炉格納容器において、
   前記キャビティにおける前記原子炉容器の直下であって前記キャビティの冷却水中となる位置に、内部に冷媒を流通可能に形成された管部材を有する冷却部が設けられていることを特徴とする原子炉格納容器。

Images