JP2017078695A - 原子炉格納容器 - Google Patents

Abstract

【課題】ペデスタルに落下したデブリを効率的に冷却することで、ペデスタル及びサンプの周囲のコンクリートの溶融浸食を抑制する。
【解決手段】原子炉圧力容器１の下方に設けられたペデスタル４と、前記原子炉圧力容器とペデスタルを取り囲むように設けられた原子炉遮蔽壁１０と、原子炉格納容器３の底部に設けられたサンプ５と、前記ペデスタルとサンプを連通するドレン配管８と、を有する原子炉格納容器において、前記ペデスタルを取り囲む原子炉遮蔽壁の内周面及び前記ペデスタルの床面に形成された金属層１１と前記原子炉遮蔽壁の内周面に形成された前記金属層に接続され前記原子炉遮蔽壁を貫通して当該原子炉遮蔽壁の外側に延在する複数の棒状の金属体１２と、を備え、前記金属層１１と金属体１２は熱拡散率の大きい金属からなる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は原子炉圧力容器から落下した溶融燃料を冷却するための原子炉格納容器に関する。

一般的な原子力プラントの原子炉格納容器３は、図１１、図１２に示すように、原子炉圧力容器１と、原子炉圧力容器１内に収容される炉心２と、原子炉圧力容器１の下方に設けられたペデスタル４と、圧力抑制室７と、ドライウェル９と、原子炉圧力容器１とペデスタル４を取り囲むように設けられた原子炉遮蔽壁１０と、から構成される。また、原子炉格納容器３の底部には、原子炉圧力容器１からの漏水を検知するためにサンプ５と呼ばれる小空間が設置され、ドレン配管８によりペデスタル４と連通している。

ところで、何らかの事故事象により、配管破断あるいは原子炉圧力容器１そのものの破損による原子炉圧力容器１内の冷却材喪失及びそれに伴う炉心２における除熱機能の喪失のような事態に陥った場合、炉心２の燃料が溶融するとともに、その高温の溶融燃料（デブリ）が炉心２より下方へ流出する可能性がある。

このような事態に至った場合、デブリが原子炉圧力容器１の底部に堆積し、その状態が継続すると、デブリの放出熱により原子炉圧力容器１の底部が破損する。そして、破損部から流出したデブリ６は、ペデスタル４内を落下して、ペデスタル４の床面４ａに堆積する（図１２参照）。この流出したデブリ６は原子炉格納容器３のコンクリートを加熱し、デブリ−コンクリート反応を生じる。この反応によって、二酸化炭素、水素等の非凝縮性ガスが大量に発生してコンクリートを溶融浸食する。また、非凝縮性ガスの大量発生は、原子炉格納容器３内の圧力を上昇させ、原子炉格納容器３の破損に至る可能性がある。

このため、炉心溶融の信号が発信されると、デブリ６を冷却するために、ペデスタル４へ冷却水を注水する手段が設けられている。さらに、ペデスタル４内のデブリ−コンクリート反応を抑制する手段として、ペデスタル４の周囲や床面のコンクリートに粗骨材を含有させて溶融浸食を抑制する手段が提案されている。

また、サンプ５へのデブリ６の侵入を防ぐために、サンプ５の上面に複数の流路が設けられた耐熱材の蓋を設置する手段（図示せず）が提案されている。

特許第４５８０６８５号公報 特許第５３０６０７４号公報

上述したコンクリートに粗骨材を含有させる従来の溶融浸食抑制手段は、デブリ６がドレン配管８を通じてサンプ５に侵入した場合（図１２参照）、サンプ５の周囲には粗骨材が用いられておらず、かつ、サンプ５ではデブリ体積に対するデブリ上面の表面積が小さく、冷却水によるデブリ６の冷却効率が低下するため、デブリ−コンクリート反応を抑制することができず、コンクリートの溶融浸食の進行を抑制することができないという課題があった。

また、サンプ５の上面に複数の流路が設けられた耐熱材の蓋を設置する従来の溶融浸食抑制手段は、サンプ５内へのデブリ６の侵入を阻止するために、流路の長さを長くする必要があるが、それにより蓋が大型化し、大量の耐熱材が必要となるため、製造工程が長期化し、製造コストも高くなるという課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ペデスタル４に落下したデブリ６を効率的に冷却することで、ペデスタル４及びサンプ５の周囲のコンクリートの溶融浸食を抑制することができる原子炉格納容器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る原子炉格納容器は、原子炉圧力容器の下方に設けられたペデスタルと、前記原子炉圧力容器とペデスタルを取り囲むように設けられた原子炉遮蔽壁と、原子炉格納容器の底部に設けられたサンプと、前記ペデスタルとサンプを連通するドレン配管と、を有する原子炉格納容器において、前記ペデスタルを取り囲む原子炉遮蔽壁の内周面及び前記ペデスタルの床面に形成された金属層と、前記金属層に接続され前記原子炉遮蔽壁を貫通して当該原子炉遮蔽壁の外側に延在する複数の棒状の金属体と、を備え、前記金属層と金属体は熱拡散率の大きい金属からなることを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る原子炉格納容器は、原子炉圧力容器の下方に設けられたペデスタルと、前記原子炉圧力容器とペデスタルを取り囲むように設けられた原子炉遮蔽壁と、原子炉格納容器の底部に設けられたサンプと、前記ペデスタルとサンプを連通するドレン配管と、を有する原子炉格納容器において、前記ペデスタルを取り囲む原子炉遮蔽壁の内周面に形成された金属層と、前記金属層に接続され前記原子炉遮蔽壁を貫通して当該原子炉遮蔽壁の外側に延在する複数の棒状の金属体と、前記ペデスタルの床面から所定間隙をおいて配設された金属板と、を備え、前記金属層と金属板は熱拡散率の大きい金属からなることを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る原子炉格納容器は、原子炉圧力容器の下方に設けられたペデスタルと、前記原子炉圧力容器とペデスタルを取り囲むように設けられた原子炉遮蔽壁と、原子炉格納容器の底部に設けられたサンプと、前記ペデスタルとサンプを連通するドレン配管と、を有する原子炉格納容器において、前記原子炉遮蔽壁を貫通するように設けられた複数の棒状の金属体と、前記ペデスタルの床面に上端部がペデスタルに突出するように埋設された複数の棒状の金属体と、を備え、前記複数の棒状の金属体は熱拡散率の大きい金属からなることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、ペデスタルに落下したデブリを効率的に冷却することで、コンクリートの溶融浸食を抑制することができる。

第１の実施形態に係る原子炉格納容器の要部構成図。 第１の実施形態の変形例に係る原子炉格納容器の要部構成図。 第２の実施形態に係る原子炉格納容器の要部構成図。 第２の実施形態の変形例に係る原子炉格納容器の要部構成図。 第３の実施形態に係る原子炉格納容器の要部構成図。 第４の実施形態に係る原子炉格納容器の要部構成図（その１）。 第４の実施形態に係る原子炉格納容器の要部構成図（その２）。 第４の実施形態に係る原子炉格納容器の要部構成図（その３）。 （ａ）は第５の実施形態に係る原子炉格納容器の要部構成図、（ｂ）は金属格子版の平面図。 第６の実施形態に係る原子炉格納容器の要部構成図。 従来の原子炉格納容器の構成図。 従来のサンプの構成図。

以下、本発明に係る原子炉格納容器の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る原子炉格納容器について、図１を用いて説明する。なお、本実施形態では、原子炉圧力容器１の下部で原子炉遮蔽壁１０により区画される領域をペデスタル４という。

（構成）
本実施形態に係る原子炉格納容器３は、ペデスタル４を取り囲む原子炉遮蔽壁１０の内周面とペデスタル４の床面４ａに、熱拡散率の大きい金属からなる所定厚みの金属層１１を形成する構成とする。熱拡散率の大きい金属として、金、銀又は銅が用いられ、金属層１１は塗装等により形成される。

また、原子炉遮蔽壁１０に形成された金属層１１の上部には、棒状の金属体１２が周方向に複数接続され、この金属体１２は原子炉遮蔽壁１０を貫通して、原子炉遮蔽壁１０の外部まで延在している。この金属体１２として、金属層１１と同様に熱拡散率の大きい金、銀又は銅からなる金属が用いられる。

また、原子炉遮蔽壁１０に形成される金属層１１の高さは、予想されるデブリ６の量及び発熱量等に応じて適宜変更可能である。さらに、周方向に設けられる金属体１１の数は適宜増減可能であり、また、金属体１２の設置箇所も金属層１１の上部に限定されず、中間部又は下部に設けてもよい。さらに、この金属体１２を金属層１１の高さ方向に複数設けてもよい。

（作用）
このように構成された本実施形態において、事故時に原子炉圧力容器１からデブリ（溶融燃料）６がペデスタル４に落下し、ペデスタル４の床面４ａに堆積すると、デブリ６は熱拡散率の大きい金属層１１に接触して、デブリ６の保有する熱は金属層１１及び金属体１２を伝わって低下する。これにより、デブリ６の温度低下を促進することができる。

（効果）
本実施形態によれば、ペデスタル４内に落下したデブリ６は、熱拡散率の大きい金属層１１及び金属体１２により効率的に冷却される。また、デブリ６がドレン配管８内に侵入する前に固化温度近傍まで温度を低下させることができるため、仮にデブリ６がドレン配管８内に侵入したとしても、デブリ６はドレン配管８内で固化するため、サンプ５へのデブリ６の侵入を防ぐことができる。これによりペデスタル４及びサンプ５の周囲のコンクリートの溶融浸食を抑制することができる。

（変形例）
本変形例では、図２に示すように、金属層１１に多数のフィン１３を設ける構成としている。このフィン１３により、デブリ６と接触する金属層１１の表面積が増加するとともに、デブリ６が床面４ａ上に分散されるため、冷却効率を高めることができる。また、緊急時に注水される冷却水との接触表面積も増加するため、冷却効率をさらに高めることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る原子炉格納容器について、図３を用いて説明する。

（構成）
本実施形態では、熱拡散率の大きい金属からなる複数の棒状の金属体１８を、一端がペデスタル４に突出するように、ペデスタル４を取り囲む原子炉遮蔽壁１０に貫通固定し、また、ペデスタル４の床面４ａに埋設固定する構成としている。
この金属体１８は、金属層１１と同様に、熱拡散率の大きい金、銀又は銅等からなる金属が用いられる。

（作用）
このように構成された本実施形態において、事故時に原子炉圧力容器１からデブリ６がペデスタル４に落下すると、金属体１８に接触して、デブリ６の保有する熱は金属体１８を伝わって低下する。これにより、デブリ６の温度を効率的に低下させることができる。

（効果）
本実施形態によれば、複数の棒状の金属体１８を用いることで、デブリ６に接触する表面積が増加し、ペデスタル４内に落下したデブリ６は熱拡散率の大きい金属体１８により効率的に冷却される。また、デブリ６がドレン配管８内に侵入する前に固化温度近傍まで効率的に温度を低下させることができるため、仮にデブリ６がドレン配管８内に侵入したとしても、デブリ６はドレン配管８内で固化するため、サンプ５へのデブリ６の侵入を防ぐことができる。

（変形例）
本変形例では、図４に示すように、ペデスタル４内に突出している金属体１８の表面に多数のフィン１３を設ける構成としている。このフィン１３により、デブリ６と接触する金属体１８の表面積が増加するとともに、デブリ６が床面４ａ上に分散されるため、冷却効率を高めることができる。また、緊急時に注水される冷却水との接触表面積も増加するため、冷却効率をさらに高めることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る原子炉格納容器について、図５を用いて説明する。

（構成）
本実施形態では、図５に示すように、第１の実施形態における金属層１１の表面に、例えばタングステンからなる融点の高い金属からなる厚みの薄い金属膜１４を形成する構成としている。この金属膜１４は例えば塗装により形成される。

（作用）
上記のように構成された本実施形態において、ペデスタル４に落下したデブリ６は、まず、融点の大きな金属膜１４に接触する。この金属膜１４は、厚みが薄いため、デブリ６の有する熱はすぐに熱拡散率の大きな金属層１１に伝わって低下する。

（効果）
本実施形態によれば、ペデスタル４に高温のデブリ６が落下した際も、デブリ６はまず高融点の金属膜１４に接触するため、金属層１１は融解することなく、デブリ６を冷却することができる。

（変形例）
本変形例では、金属膜１４の表面に多数のフィン１３を設ける構成としている（図示せず）。このフィン１３により、デブリ６と接触する金属膜１４の表面積が増加するとともに、デブリ１３が床面４ａ上に分散されるため、冷却効率を高めることができる。また、緊急時に注水される冷却水との接触表面積も増加するため、冷却効率をさらに高めることができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態に係る原子炉格納容器について、図６〜図８を用いて説明する。

本実施形態では、図６〜図８に示すように、上記実施形態で説明した原子炉遮蔽壁１０の外側に延在する金属体１２及び１８の端部（図６、図７）、並びに床面４ａに埋設された金属体１８の端部（図７、図８）に冷却器１５を接続する構成としている。
また、図８に示す実施形態では、第１の実施形態における金属体１２を高さ方向に複数設け、かつ、床面４ａにも金属体１２を複数埋設する構成としている。

これにより、金属体１２及び１８により伝えられた熱は、冷却器１５により冷却されるため、デブリ６の温度をさらに効率的に低下させることができる。
なお、本実施形態では冷却器１５を全ての金属体１２及び１８に接続する構成としているが、必要に応じて、適宜省略することができる。

［第５の実施形態］
第５の実施形態に係る原子炉格納容器について、図９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

本実施形態では、図８に示す実施形態において、ペデスタル４の高さ方向中間部に、金、銀又は銅等の熱拡散率の大きい金属からなる金属格子板１６を設ける構成としている。この金属格子板１６は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、金属格子板１６の外周に複数の棒状の金属体１６ｂを設け、原子炉遮蔽壁１０に貫通固定する。

これにより、ペデスタル４に落下したデブリ６は、まず、金属格子板１６に接触することで、デブリ６の保有する熱は金属格子板１６を伝って低下する。
また、デブリ６が格子板を通過することにより、デブリ６が細分化し、ペデスタルの底面４ａに分散させて堆積させることが可能となる。

本実施形態によれば、ペデスタル４の中間部に金属格子板１６を設けたことで、デブリの細分化を図るとともに、冷却効率をさらに高めることができる。

なお、金属格子板１６は、ペデスタル４の高さ方向に複数設けてもよく、また、金属体１６ｂを省略して金属格子板１６を金属層１１に直接溶接等により固定するようにしてもよい。
また、本実施形態に係る金属格子板１６は、他の実施形態にも適用できることはもちろんである。

［第６の実施形態］
第６の実施形態に係る原子炉格納容器について、図１０を用いて説明する。

本実施形態では、ペデスタル４の下部に、金、銀又は銅等の熱拡散率の大きい金属からなる金属板１９を、床面４ａから所定の間隙をおいて配設する構成としている。

この金属板１９と床面４ａとの間に形成された空間４ｂには、事故時にペデスタル４に散布される冷却水が満たされるため、金属板１９上に堆積したデブリ６を冷却することができる。これにより、デブリ６の冷却効率をさらに高めることができる。
なお、本金属板１９も、他の実施形態に適用できることはもちろんである。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施され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、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。この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…原子炉圧力容器、２…炉心、３…原子炉格納容器、４…ペデスタル、５…サンプ、６…デブリ（溶融燃料）、７…圧力抑制室、８…ドレン配管、９…ドライウェル、１０…原子炉遮蔽壁、１１…金属層、１２…金属体、１３…フィン、１４…金属膜、１５…冷却器、１６…金属格子板、１６ａ…金属体、１８…金属体、１９…金属板

Claims (12)

1. 原子炉圧力容器の下方に設けられたペデスタルと、前記原子炉圧力容器とペデスタルを取り囲むように設けられた原子炉遮蔽壁と、原子炉格納容器の底部に設けられたサンプと、前記ペデスタルとサンプを連通するドレン配管と、を有する原子炉格納容器において、
   前記ペデスタルを取り囲む原子炉遮蔽壁の内周面及び前記ペデスタルの床面に形成された金属層と、前記原子炉遮蔽壁の内周面に形成された金属層に接続され前記原子炉遮蔽壁を貫通して当該原子炉遮蔽壁の外側に延在する複数の棒状の金属体と、を備え、
   前記金属層と金属体は熱拡散率の大きい金属からなることを特徴とする原子炉格納容器。
2. 前記金属体を前記金属層の高さ方向に複数設けたことを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器。
3. 前記床面に前記複数の棒状の金属体を埋設し、前記金属体の端部を前記床面に形成された金属層に接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の原子炉格納容器。
4. 前記金属層の表面に複数のフィンを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の原子炉格納容器。
5. 原子炉圧力容器の下方に設けられたペデスタルと、前記原子炉圧力容器とペデスタルを取り囲むように設けられた原子炉遮蔽壁と、原子炉格納容器の底部に設けられたサンプと、前記ペデスタルとサンプを連通するドレン配管と、を有する原子炉格納容器において、
   前記ペデスタルを取り囲む原子炉遮蔽壁の内周面に形成された金属層と、前記金属層に接続され前記原子炉遮蔽壁を貫通して当該原子炉遮蔽壁の外側に延在する複数の棒状の金属体と、前記ペデスタルの床面から所定間隙をおいて配設された金属板と、を備え、
   前記金属層と金属板は熱拡散率の大きい金属からなることを特徴とする原子炉格納容器。
6. 前記金属層及び／又は金属板の表面に複数のフィンを設けたことを特徴とする請求項５記載の原子炉格納容器。
7. 前記ペデスタルの高さ方向中間部に、熱拡散率の大きい金属からなる金属格子板を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の原子炉格納容器。
8. 前記金属層の表面に高融点金属からなる金属膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の原子炉格納容器。
9. 原子炉圧力容器の下方に設けられたペデスタルと、前記原子炉圧力容器とペデスタルを取り囲むように設けられた原子炉遮蔽壁と、原子炉格納容器の底部に設けられたサンプと、前記ペデスタルとサンプを連通するドレン配管と、を有する原子炉格納容器において、
   前記ペデスタルを取り囲む前記原子炉遮蔽壁を貫通するように設けられた複数の棒状の金属体と、前記ペデスタルの床面に上端部がペデスタルに突出するように埋設された複数の棒状の金属体と、を備え、
   前記複数の棒状の金属体は熱拡散率の大きい金属からなることを特徴とする原子炉格納容器。
10. 前記ペデスタルに突出した前記金属体の表面に複数のフィンを設けたことを特徴とする請求項９記載の原子炉格納容器。
11. 前記複数の棒状の金属体の端部に冷却器を接続したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の原子炉格納容器。
12. 前記熱拡散率の大きい金属は金、銀又は銅からなることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の原子炉格納容器。
    

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