JP2014190869A

JP2014190869A - 溶融物の分散促進装置および原子炉格納容器

Info

Publication number: JP2014190869A
Application number: JP2013067303A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kondo; 喜之近藤; Koichi Tanimoto; 浩一谷本; Ling Cheng; 凌程; Nobuhide Hara; 伸英原; Rei Takei; 怜竹井; Hiroshi Aida; 博志合田; Keisuke Nakata; 啓介中田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】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。
【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の冷却水Ｗ中となる位置に、キャビティ５６の底部よりも上方に分割して配置されて、原子炉容器３１から落下する溶融物をキャビティ５６の底部に向けて拡げて落下させる分散部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広範囲に分散させて効率よく冷却する溶融物の分散促進装置、および溶融物の分散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広範囲に分散させて効率よく冷却することのできる溶融物の分散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の発明の溶融物の分散促進装置は、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冷却水中となる位置に、前記キャビティの底部よりも上方に分割して配置されて、前記原子炉容器から落下する溶融物を前記キャビティの底部に向けて拡げて落下させる分散部が設けられていることを特徴とする。

この溶融物の分散促進装置によれば、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る間に分散部で分散される。すなわち、溶融物は、冷却水中を落下する過程で冷却され、分散部により分散されて冷却され、分散部からキャビティの底部に落下する過程で冷却され、さらにキャビティの底部の広範囲に分散して小さい嵩で堆積されることでさらに冷却される。このため、原子炉容器から落下する溶融物を広範囲に分散させて効率よく冷却することができる。

また、第２の発明の溶融物の分散促進装置は、第１の発明において、前記分散部は、水平方向で複数の分散部材が間隔をおいて分割して設けられた分散棚を有し、当該分散棚が上下方向に間隔をおいて複数設けられており、上方の前記分散部材と下方の前記分散部材とが水平方向でずれて配置され、かつ上方の前記分散部材と下方の前記分散部材とが上下方向で一部が重なって配置されていることを特徴とする。

この溶融物の分散促進装置によれば、上方の分散棚の分散部材により溶融物を分散させ、その後に下方の分散棚の分散部材により溶融物をさらに分散してキャビティの底部に落下させるため、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効果を顕著に得ることができる。

また、第３の発明の溶融物の分散促進装置は、第２の発明において、下方の前記分散棚の前記分散部材が、上方の前記分散棚の前記分散部材よりも水平方向の外側に広がって設けられることを特徴とする。

この溶融物の分散促進装置によれば、上方の分散棚の分散部材により分散された溶融物を、下方の分散棚の分散部材によりさらに広範囲に分散してキャビティの底部に落下させるため、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効果をより顕著に得ることができる。

また、第４の発明の溶融物の分散促進装置は、第２または第３の発明において、前記分散部材は、下方の前記分散部材に向けて傾斜する傾斜面を有することを特徴とする。

この溶融物の分散促進装置によれば、傾斜面により下方の分散部材に向けて溶融物を案内することができ、下方の分散部材による溶融物の分散効率を向上することができる。

また、第５の発明の溶融物の分散促進装置は、第１の発明において、前記分散部は、板状の分散部材が異なる方向に傾斜して複数設けられることを特徴とする。

この溶融物の分散促進装置によれば、異なる方向に傾斜した各分散部材により異なる方向に溶融物を広範囲に分散させてキャビティの底部に落下させるため、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効果を顕著に得ることができる。

また、第６の発明の溶融物の分散促進装置は、第２〜第５のいずれか一つの発明において、前記分散部材は、多孔質材料または多孔材により形成されることを特徴とする。

この溶融物の分散促進装置によれば、分散部材が多孔質材料または多孔材により形成されることで、分散部材で分散される溶融物の多くの表面に分散部材の多孔部分を通して冷却水を接触させることができ、溶融物の冷却効率を向上することができる。

また、第７の発明の溶融物の分散促進装置は、第１〜第６のいずれか一つの発明において、前記原子炉容器と前記分散部との間に、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分散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。

この溶融物の分散促進装置によれば、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、分散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広範囲に分散させて効率よく冷却する効果を顕著に得ることができる。

また、第８の発明の溶融物の分散促進装置は、第１〜第７のいずれか一つの発明において、前記キャビティは、その底部が嵩上げされて前記分散部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。

この溶融物の分散促進装置によれば、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向上することができる。

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、前記キャビティの底部よりも上方に配置されて、前記原子炉容器から落下する溶融物を前記キャビティの底部に向けて拡げて落下させる分散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る間に分散部で分散される。すなわち、溶融物は、冷却水中を落下する過程で冷却され、分散部により分散されて冷却され、分散部からキャビティの底部に落下する過程で冷却され、さらにキャビティの底部の広範囲に分散して小さい嵩で堆積されることでさらに冷却される。このため、原子炉容器から落下する溶融物を広範囲に分散させて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に係る溶融物の分散促進装置の構成図である。図５は、本発明の実施形態１に係る分散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に係る分散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１に係る分散部材の配置例を示す平面図である。図８は、本発明の実施形態２に係る溶融物の分散促進装置の構成図である。図９は、本発明の実施形態２に係る分散部材の配置例を示す平面図である。図１０は、本発明の実施形態２に係る分散部材の配置例を示す平面図である。

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３９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、岩盤などの堅固な地盤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を分散させて冷却水による冷却を促進する分散促進装置６１が設けられている（図４〜図６、図８参照）。

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。

本実施形態の分散促進装置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の冷却水中での分散を促進するもので、溶融物の冷却水との接触面積を広げ、冷却水による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分散促進装置の構成図、図５〜図７は、本実施形態に係る分散部材の配置例を示す平面図である。

図４に示すように、本実施形態の分散促進装置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。

分散促進装置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に落下する溶融物を分散させる分散部６４を有する。分散部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、キャビティ５６の底部となる床部材６２よりも上方に配置されている。この分散部６４は、原子炉容器３１から落下する溶融物をキャビティ５６の床部材６２に向けて拡げて落下させる。

分散部６４は、水平方向で複数の分散部材６４Ａが間隔をおいて分割して設けられた分散棚を有し、この分散棚が上下方向に間隔をおいて複数設けられている。また、分散部６４は、上方の分散棚における分散部材６４Ａと、下方の分散棚における分散部材６４Ａとが水平方向でずれて配置されている。さらに、分散部６４は、上方の分散棚における分散部材６４Ａと、下方の分散棚における分散部材６４Ａとが上下方向で一部が重なって配置されている。なお、各分散棚において、分散部材６４Ａ同士は、高さ位置が同じでなくてもよい。

また、分散部６４は、下方の分散棚における分散部材６４Ａが、上方の分散棚における分散部材６４Ａよりも数が多く設けられて水平方向の外側に広がって設けられている。なお、下方の分散棚における分散部材６４Ａが、上方の分散棚における分散部材６４Ａよりも水平方向の外側に広がって設けられる形態は、数の違いに限らず、大きさの違いであってもよい。

また、分散部材６４Ａは、下方の分散部材に向けて傾斜する傾斜面を有するように、板材が山形に折り曲げられた形態、または中央から外側に向けて傾斜する傘形の形態に形成されている。

また、分散部材６４Ａ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、分散部材６４Ａを貫通して流通可能となっている。なお、分散部材６４Ａ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、分散部材６４Ａ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。なお、分散部材６４Ａを多孔質材料または多孔材で構成しない場合は、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。

ここで、分散部材６４Ａの配置例を図５〜図７に示す。図５に示す配置例は、平面視で各分散部材６４Ａが矩形状に形成され、上方の分散棚における１つの分散部材６４Ａに対し、下方の分散棚における４つの分散部材６４Ａの一部が、上下方向で重なって配置されている。また、図６に示す配置例は、平面視で各分散部材６４Ａが円形状に形成され、上方の分散棚における１つの分散部材６４Ａに対し、下方の分散棚における３つの分散部材６４Ａの一部が、上下方向で重なって配置されている。また、図７に示す配置例は、平面視で各分散部材６４Ａが円形状に形成され、上方の分散棚における１つの分散部材６４Ａに対し、下方の分散棚における２つの分散部材６４Ａの一部が、上下方向で重なって配置されている。なお、分散部材６４Ａの配置は、上記配置例に限らず様々な形態であってもよい。また、分散棚は、上下２つに限らず、上下に２つ以上の複数であってもよい。

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３１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Ｗ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、分散促進装置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、最上方の分散棚の分散部材６４Ａの上に落下する。この落下中、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分散部材６４Ａの上に落下しつつ、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）を形成する。

そして、デブリベッドが分散部材６４Ａの傾斜面に沿って周囲に拡がって下方の分散棚の分散部材６４Ａの上に落下し、さらに下方の分散棚の分散部材６４Ａの傾斜面に沿って周囲に拡がって最終的に床部材６２の上に落下する。すなわち、デブリベッドは、上方の分散棚の各分散部材６４Ａの傾斜面により分散しながら下方の分散棚の各分散部材６４Ａの上に落下し、さらに下方の分散棚の各分散部材６４Ａの傾斜面により分散しながら床部材６２の上に落下して堆積することになる。このため、デブリベッドは、落下しながら冷却水Ｗ中で冷却され、上方の分散棚の各分散部材６４Ａの傾斜面上で冷却され、各分散部材６４Ａから落下しながら冷却水Ｗ中で冷却され、下方の分散棚の各分散部材６４Ａの傾斜面上で冷却され、各分散部材６４Ａから落下しながら冷却水Ｗ中で冷却され、床部材６２の上に広範囲に分散して堆積して冷却される。この場合、分散部材６４Ａおよび床部材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、分散部材６４Ａの傾斜面に沿うデブリベッドおよび床部材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。

このように、本実施形態の溶融物の分散促進装置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の冷却水Ｗ中となる位置に、キャビティ５６の底部よりも上方に分割して配置されて、原子炉容器３１から落下する溶融物をキャビティ５６の底部に向けて拡げて落下させる分散部６４が設けられている。

この溶融物の分散促進装置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の底部に至る間に分散部６４で分散される。すなわち、溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、分散部６４により分散されて冷却され、分散部６４からキャビティ５６の底部に落下する過程で冷却され、さらにキャビティ５６の底部の広範囲に分散して小さい嵩で堆積されることでさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を広範囲に分散させて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分散促進装置６１では、分散部６４は、水平方向で複数の分散部材６４Ａが間隔をおいて分割して設けられた分散棚を有し、当該分散棚が上下方向に間隔をおいて複数設けられており、上方の分散部材６４Ａと下方の分散部材６４Ａとが水平方向でずれて配置され、かつ上方の分散部材６４Ａと下方の分散部材６４Ａとが上下方向で一部が重なって配置されていることが好ましい。

この溶融物の分散促進装置６１によれば、上方の分散棚の分散部材６４Ａにより溶融物を分散させ、その後に下方の分散棚の分散部材６４Ａにより溶融物をさらに分散してキャビティ５６の底部に落下させるため、原子炉容器３１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効果を顕著に得ることができる。

また、本実施形態の溶融物の分散促進装置６１では、下方の分散棚の分散部材６４Ａが、上方の分散棚の分散部材６４Ａよりも水平方向の外側に広がって設けられることが好ましい。

この溶融物の分散促進装置６１によれば、上方の分散棚の分散部材６４Ａにより分散された溶融物を、下方の分散棚の分散部材６４Ａによりさらに広範囲に分散してキャビティ５６の底部に落下させるため、原子炉容器３１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効果をより顕著に得ることができる。

また、本実施形態の溶融物の分散促進装置６１では、分散部材６４Ａは、下方の分散部材６４Ａに向けて傾斜する傾斜面を有することが好ましい。

この溶融物の分散促進装置６１によれば、傾斜面により下方の分散部材６４Ａに向けて溶融物を案内することができ、下方の分散部材６４Ａによる溶融物の分散効率を向上することができる。

また、本実施形態の溶融物の分散促進装置６１では、分散部材６４Ａは、多孔質材料または多孔材により形成されることが好ましい。

この溶融物の分散促進装置６１によれば、分散部材６４Ａが多孔質材料または多孔材により形成されることで、分散部材６４Ａで分散される溶融物の多くの表面に分散部材６４Ａの多孔部分を通して冷却水Ｗを接触させることができ、溶融物の冷却効率を向上することができる。

また、本実施形態の溶融物の分散促進装置６１では、原子炉容器３１と分散部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分散部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。

この溶融物の分散促進装置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、分散部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広範囲に分散させて効率よく冷却する効果を顕著に得ることができる。

また、本実施形態の溶融物の分散促進装置６１では、キャビティ５６は、その底部が嵩上げされて分散部６４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。

この溶融物の分散促進装置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向上することができる。

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、キャビティ５６の底部よりも上方に配置されて、原子炉容器３１から落下する溶融物をキャビティ５６の底部に向けて拡げて落下させる分散部６４が設けられている。

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の底部に至る間に分散部６４で分散される。すなわち、溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、分散部６４により分散されて冷却され、分散部６４からキャビティ５６の底部に落下する過程で冷却され、さらにキャビティ５６の底部の広範囲に分散して小さい嵩で堆積されることでさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を広範囲に分散させて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８は、本実施形態に係る溶融物の分散促進装置の構成図、図９および図１０は、本実施形態に係る分散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分散促進装置は、上述した実施形態１に対し、分散部の構成が異なる。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。

分散促進装置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に落下する溶融物を分散させる分散部６５を有する。分散部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中に、キャビティ５６の底部となる床部材６２よりも上方に配置されている。この分散部６５は、原子炉容器３１から落下する溶融物をキャビティ５６の床部材６２に向けて拡げて落下させる。

分散部６５は、図８に示すように、板状の分散部材６５Ａが異なる方向に傾斜して複数設けられている。図８において、分散部材６５Ａは、傾斜角度の異なる板材が、２方向にハの字に配置されている。なお、複数の分散部材６５Ａは、ハの字のように異なる２方向に傾斜している形態に限らず、２方向以上の異なる方向に傾斜して設けられていてもよい。

ここで、分散部材６５Ａの配置例を図９および図１０に示す。図９および図１０に示す配置例は、図８において、分散部材６５Ａは、２方向にハの字に配置されており、かつ一部が上下方向で重なって配置されている。図９に示す配置例は、分散部材６５Ａが矩形状の板状に形成され、１つの分散部材６５Ａに対して２つの分散部材６５Ａの一部が、上下方向で重なって配置されている。また、図１０に示す配置例は、分散部材６５Ａが矩形状の板状に形成され、１つの分散部材６５Ａに対して１つの分散部材６５Ａの一部が、上下方向で重なって配置されている。なお、分散部材６５Ａの配置や数は、上記配置例に限らず様々な形態であってもよい。また、分散部材６５Ａは、図８に示すように平板に限らず、湾曲や屈曲した板材であってもよい。なお、各分散部材６５Ａは、高さ位置が同じであってもよい。

また、分散部材６５Ａ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、分散部材６５Ａを貫通して流通可能となっている。なお、分散部材６５Ａ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、分散部材６５Ａ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。なお、分散部材６５Ａを多孔質材料または多孔材で構成しない場合は、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。

そして、分散促進装置６１にて、図８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、各分散部材６５Ａの上に落下する。この落下中、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分散部材６５Ａの上に落下しつつ、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）を形成する。

そして、デブリベッドが各分散部材６５Ａの傾斜に沿って異なる方向に周囲に拡がって床部材６２の上に落下する。すなわち、デブリベッドは、各分散部材６５Ａの傾斜により分散しながら床部材６２の上に落下して堆積することになる。このため、デブリベッドは、落下しながら冷却水Ｗ中で冷却され、各分散部材６５Ａの傾斜面上で冷却され、各分散部材６５Ａから落下しながら冷却水Ｗ中で冷却され、床部材６２の上に広範囲に分散して堆積して冷却される。この場合、分散部材６５Ａおよび床部材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、分散部材６５Ａの傾斜面に沿うデブリベッドおよび床部材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。

このように、本実施形態の溶融物の分散促進装置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の冷却水Ｗ中となる位置に、キャビティ５６の底部よりも上方に分割して配置されて、原子炉容器３１から落下する溶融物をキャビティ５６の底部に向けて拡げて落下させる分散部６５が設けられている。

この溶融物の分散促進装置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の底部に至る間に分散部６５で分散される。すなわち、溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、分散部６５により分散されて冷却され、分散部６５からキャビティ５６の底部に落下する過程で冷却され、さらにキャビティ５６の底部の広範囲に分散して小さい嵩で堆積されることでさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を広範囲に分散させて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分散促進装置６１では、分散部６５は、板状の分散部材６５Ａが異なる方向に傾斜して複数設けられていることが好ましい。

この溶融物の分散促進装置６１によれば、異なる方向に傾斜した各分散部材６５Ａにより異なる方向に溶融物を広範囲に分散させてキャビティ５６の底部に落下させるため、原子炉容器３１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効果を顕著に得ることができる。

また、本実施形態の溶融物の分散促進装置６１では、分散部材６５Ａは、多孔質材料または多孔材により形成されることが好ましい。

この溶融物の分散促進装置６１によれば、分散部材６５Ａが多孔質材料または多孔材により形成されることで、分散部材６５Ａで分散される溶融物の多くの表面に分散部材６５Ａの多孔部分を通して冷却水Ｗを接触させることができ、溶融物の冷却効率を向上することができる。

また、本実施形態の溶融物の分散促進装置６１では、原子炉容器３１と分散部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分散部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。

この溶融物の分散促進装置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、分散部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広範囲に分散させて効率よく冷却する効果を顕著に得ることができる。

また、本実施形態の溶融物の分散促進装置６１では、キャビティ５６は、その底部が嵩上げされて分散部６５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。

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、キャビティ５６の底部よりも上方に配置されて、原子炉容器３１から落下する溶融物をキャビティ５６の底部に向けて拡げて落下させる分散部６５が設けられている。

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の底部に至る間に分散部６５で分散される。すなわち、溶融物は、冷却水Ｗ中を落下する過程で冷却され、分散部６５により分散されて冷却され、分散部６５からキャビティ５６の底部に落下する過程で冷却され、さらにキャビティ５６の底部の広範囲に分散して小さい嵩で堆積されることでさらに冷却される。このため、原子炉容器３１から落下する溶融物を広範囲に分散させて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分散促進装置
６２床部材
６３カバー部材
６３ａ貫通穴
６３ｂ突出部
６３ｃ側穴
６４分散部
６４Ａ分散部材
６５分散部
６５Ａ分散部材
Ｗ冷却水

Claims

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冷却水中となる位置に、前記キャビティの底部よりも上方に分割して配置されて、前記原子炉容器から落下する溶融物を前記キャビティの底部に向けて拡げて落下させる分散部が設けられていることを特徴とする溶融物の分散促進装置。
前記分散部は、水平方向で複数の分散部材が間隔をおいて分割して設けられた分散棚を有し、当該分散棚が上下方向に間隔をおいて複数設けられており、上方の前記分散部材と下方の前記分散部材とが水平方向でずれて配置され、かつ上方の前記分散部材と下方の前記分散部材とが上下方向で一部が重なって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の分散促進装置。
下方の前記分散棚の前記分散部材が、上方の前記分散棚の前記分散部材よりも水平方向の外側に広がって設けられることを特徴とする請求項２に記載の溶融物の分散促進装置。
前記分散部材は、下方の前記分散部材に向けて傾斜する傾斜面を有することを特徴とする請求項２または３に記載の溶融物の分散促進装置。
前記分散部は、板状の分散部材が異なる方向に傾斜して複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の分散促進装置。
前記分散部材は、多孔質材料または多孔材により形成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の溶融物の分散促進装置。
前記原子炉容器と前記分散部との間に、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分散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１〜６のいずれか一つに記載の溶融物の分散促進装置。
前記キャビティは、その底部が嵩上げされて前記分散部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１〜７のいずれか一つに記載の溶融物の分散促進装置。
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、前記キャビティの底部よりも上方に配置されて、前記原子炉容器から落下する溶融物を前記キャビティの底部に向けて拡げて落下させる分散部が設けられていることを特徴とする原子炉格納容器。