JP2019144098A - 溶融炉心保持装置及び原子力施設 - Google Patents

Abstract

【課題】炉心溶融物の冷却性能をより高めた溶融炉心保持装置を提供する。【解決手段】本実施形態の炉心溶融物保持装置は、炉心１１を収容する原子力圧力容器１０を格納する原子炉格納容器１２内で原子力圧力容器１０の下方に設置されて、事故時に炉心１１が溶融した場合に生じる炉心溶融物を保持する炉心溶融物保持装置２１であって、所定の設置面に設置された密閉容器３０と、密閉容器３０内に収納され、水を含んだ多孔質体３５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、原子炉事故時に炉心が溶融した場合に生じる溶融物を保持する溶融炉心保持装置及び原子力施設に関する。

水冷却型原子炉では、一次冷却材喪失事故等が発生して炉心の冷却が不十分な状態が続くと、炉心が溶融する場合がある。このような場合、通常、非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ:Emergency Core Cooling System）が作動して炉心の残留熱を除去する。これにより、炉心が溶融する事故（以下、炉心溶融事故と記す）を未然に防止している。

しかし、非常用炉心冷却装置が、何らかの理由により作動せず、かつ炉心に冷却水を注入可能な他の装置も利用できない事態も想定される。実際に炉心溶融事故が発生すると、高温の炉心溶融物（溶融炉心、デブリ）は、原子炉圧力容器の底部（下鏡）に溶け落ち、当該底部を貫通する場合がある。原子炉圧力容器の底部を貫通した炉心溶融物は、原子炉格納容器内において原子炉圧力容器の底部と対向する部分（以下、格納容器床部と記す）に落下する可能性がある。

このような格納容器床部は、通常、主にコンクリートで構成されている。格納容器床部に高温の炉心溶融物が接触してコンクリートと反応すると、二酸化炭素、水素等の非凝縮性ガスを発生させるとともに、格納容器床部のコンクリートを溶融して浸食する。そして、格納容器床部のコンクリートと炉心溶融物との反応が継続すると、当該コンクリートの浸食や、コンクリートと反応して発生した非凝縮性ガスによる原子炉格納容器内の圧力上昇により、原子炉格納容器が破損する可能性がある。

このため、炉心溶融物が格納容器床部に接触する際に、その接触面の温度がコンクリートの浸食温度以下（例えば、１５００Ｋ以下）となるように炉心溶融物を冷却することや、炉心溶融物と格納容器床部のコンクリートとが直接接触しないようにすることが要望されている。

そこで、従来では、炉心溶融物が原子炉圧力容器から落下した場合に備えて、ドライウェルのうち原子炉圧力容器より鉛直下方に、当該原子炉圧力容器を貫通して落下する炉心溶融物を受け止める炉心溶融物保持装置（いわゆる、コアキャッチャ）を設ける技術が提案されている。この技術は、炉心溶融事故時に圧力抑制プールに貯留されている冷却水を上記炉心溶融物保持装置に導くことで、当該炉心溶融物保持装置と炉心溶融物を冷却するようにしている。

特許第３１５０４５１号公報

本実施形態が解決しようとする課題は、炉心溶融物の冷却性能をより高めた溶融炉心保持装置及び原子力施設を提供することにある。

上記課題を解決するために、本実施形態に係る溶融炉心保持装置は、炉心を収容する原子力圧力容器を格納する原子炉格納容器内で前記原子力圧力容器の下方に設置されて、事故時に前記炉心が溶融した場合に生じる炉心溶融物を保持する炉心溶融物保持装置であって、所定の設置面に設置された密閉容器と、前記密閉容器内に収納され、水を含んだ多孔質体と、を備える。

本実施形態に係る原子力施設は、炉心と、前記炉心を収容する原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器内で前記原子炉圧力容器の下方に設置され、事故時に前記炉心が溶融した場合に生じる炉心溶融物を保持する炉心溶融物保持装置と、を有する原子力施設であって、前記炉心溶融物保持装置は、所定の設置面に設置された密閉容器と、前記密閉容器内に収納され、水を含んだ多孔質体と、を備える。

本実施形態によれば、炉心溶融物の冷却性能をより高めることが可能になる。

第１実施形態の炉心溶融物保持装置を適用した原子力施設の構成を示す模式的立断面図である。 図１の炉心溶融物保持装置とその周辺を拡大して示す模式的立断面図である。 図１の炉心溶融物保持装置の炉心溶融物の落下時の状態を拡大して示す模式的立断面図である。 図１の炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を保持した状態を拡大して示す模式的立断面図である。 第１実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置を適用した原子力施設の構成を示す模式的立断面図である。 第２実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。 第２実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。 第３実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。 第４実施形態の炉心溶融物保持装置の要部を拡大して示す模式的拡大立断面図である。 第５実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。 第６実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。 第６実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。 第７実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。 第８実施形態の炉心溶融物保持装置を適用した原子力施設の構成を拡大して示す模式的立断面図である。

以下、本実施形態に係る炉心溶融物保持装置及び原子力施設について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態の炉心溶融物保持装置を適用した原子力施設の構成を示す模式的立断面図である。図２は図１の炉心溶融物保持装置とその周辺を拡大して示す模式的立断面図である。図３は図１の炉心溶融物保持装置の炉心溶融物の落下時の状態を拡大して示す模式的立断面図である。図４は図１の炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を保持した状態を拡大して示す模式的立断面図である。

図１に示すように、原子力施設１は、沸騰水型原子炉のプラント施設であって、原子炉格納容器１２内に原子炉圧力容器１０が設置されている。原子炉圧力容器１０内には、炉心１１が収容されている。原子炉格納容器１２内の空間は、原子炉圧力容器１０を収容するドライウェル１３と、圧力抑制プール１４が形成されたウェットウェル１５を含む。ドライウェル１３と圧力抑制プール１４は、ベント管１６を通して連通されている。

原子炉圧力容器１０は、コンクリート製で上部が開放された円筒状のペデスタル１７によって支持されている。ペデスタル１７の底部にはコンクリート製のペデスタル底部１８が形成されている。ドライウェル１３のうち、ペデスタル側壁１９に囲まれて、原子炉圧力容器１０の下方、かつペデスタル底部１８の上方の空間をペデスタル空間２０と呼ぶ。ペデスタル側壁１９の周りを囲んでウェットウェル１５が形成されている。

なお、本実施形態は、ペデスタル底部１８にドレンサンプを形成していない例について説明しているが、ペデスタル底部１８の一部を掘り込んでドレンサンプを形成した例にも適用可能である。

ペデスタル底部１８の上面で、ペデスタル側壁１９内には、炉心溶融物保持装置２１が配置されている。この炉心溶融物保持装置２１は、炉心溶融事故時に、原子炉圧力容器１０の底部を突き破って落下する炉心溶融物を保持し、冷却できる構造となっている。

本実施形態は、炉心溶融事故時に原子炉格納容器１２の外側から炉心溶融物保持装置２１の上方に冷却水を供給するための注水配管２３が設けられている。この注水配管２３は、その途中でペデスタル空間２０内に注水弁２４が設けられている。図１では原子炉格納容器１２の外部から水を導くように図示しているが、これに限られず、原子炉格納容器１２の内部に水源を備えてもよい。

炉心溶融物保持装置２１は、図２に示すように耐水性の密閉容器３０を有する。密閉容器３０は、ペデスタル底部１８の上面及びペデスタル側壁１９の内面（所定の設置面）に沿って設置されている。密閉容器３０は、ペデスタル底部１８の上面で水平に広がるほぼ円形の底面部３１と、この底面部３１の周囲に沿って上方に延びる側面部３２とを備えている。密閉容器３０は、上蓋３３によって密閉されている。上蓋３３は、上面に凹部３３ａが形成されている。

密閉容器３０の構成材料には、例えば合成樹脂や金属が用いられ、炉心溶融物（デブリ）の成分に対して不活性な材料であることが望ましい。したがって、上蓋３３の材質も合成樹脂や金属が用いられる。

密閉容器３０内には、多孔質体３５が収納されている。この多孔質体３５の構成材料には、例えばアルミナ、ケイ酸カルシウム等の材料が用いられている。多孔質体３５の構成材料は、これらの材料に限定されることなく、布、紙等でもよい。多孔質体３５とは、小さい気孔が多数開いている材料であって、通気性が良好で、表面積が大きい材料のことである。多孔質体３５は、密閉容器３０の上面で水平に広がるほぼ円形の水平部３６と、この水平部３６の周囲に沿って上方に延びる側壁部３７とから形成されている。多孔質体３５は、原子炉の運転開始前（炉心溶融物保持装置２１の設置時や原子炉の定期検査時等）に水が含浸される。

密閉容器３０は、上蓋３３によって密閉されることで、原子炉運転中に多孔質体３５から水分が蒸発するのを防止している。上蓋３３は、炉心溶融物が落下した際にその衝撃を緩和する機能も有する。また、多孔質体３５による水分の保持は長期にわたることから、多孔質体３５や密閉容器３０に化学的な影響を及ぼさない材質の防腐剤を水に混入させておくことが望ましい。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図３に示すように、炉心溶融事故が発生すると、原子炉圧力容器１０の底部を貫通して炉心溶融物５が落下する。この炉心溶融物５は、炉心溶融物保持装置２１の密閉容器３０の上蓋３３を溶融させ、炉心溶融物５は水を含んだ多孔質体３５に接触する。炉心溶融物５が持つ熱の除熱は、多孔質体３５に含まれる水の蒸発によって行われる。そのため、多孔質体３５に水が存在する間、多孔質体３５の温度は、水の沸騰温度程度に保たれる。これにより、図４に示すように多孔質体３５が溶融することなく、多孔質体３５によって炉心溶融物５を保持することができる。

多孔質体３５に水が存在する一定時間を過ぎると、乾いてしまった部分の多孔質体３５は、温度が上昇し溶融してしまうので、多孔質体３５は浸食される。しかし、多孔質体３５に水がなくなる前に注水配管２３から注水すれば、多孔質体３５に水が浸透し、炉心溶融物５による多孔質体３５の浸食を未然に防止することができる。より具体的には、炉心溶融物５の落下の衝撃や熱によって上蓋３３が破損した箇所から、注水した水が多孔質体３５へ浸透する。

具体的には、例えば炉心溶融物５が落下してから注水するまでの時間が１０分間かかるとする。炉心溶融物５の崩壊熱が１０ＭＷであれば、炉心溶融物５を保持するために必要な蒸発水量は、水の潜熱から２．６６×１０^３ｋｇとなる。水の１００℃における密度は、約９６０ｋｇ／ｍ^３であるので、２．７７ｍ^３の水の蒸発が必要である。

ペデスタル１７の内径を６ｍとし、多孔質体３５の気孔率を０．７とすれば、その厚さ（上下方向の高さ）が１４ｃｍ程度の多孔質体３５であればよい。実際には、全ての水が有効活用されるとは限らないので、余裕をもって多孔質体３５の厚さを設定する必要がある。しかし、１０分程度、注水しないで炉心溶融物５を保持することは、多孔質体３５の現実的な厚さで十分に対応できることが分かる。

このように本実施形態によれば、所定の設置面に密閉容器３０が設置され、この密閉容器３０内に多孔質体３５が収納され、この多孔質体３５が水を含んでいるため、炉心溶融物５を冷却する冷却水が注入される前でも多孔質体３５に含まれた水によって炉心溶融物５を冷却することができる。その結果、冷却水注入前の炉心溶融物５に対する冷却性能を高めることが可能になり、ひいては、炉心溶融物５の保持機能を向上させることができる。

また、炉心溶融物保持装置２１は、製造性、保守性、経済性等の観点から、物量抑制や低廉な材料で高い冷却性能を実現することが求められる。本実施形態によれば、物量の大幅な増加を伴うことがない。また犠牲材や耐熱材のみで侵食に耐える構造に比較して、高額な犠牲材や耐熱材を削減ないし不要とすることができる炉心溶融物保持装置２１を提供することが可能になる。

さらに、本実施形態によれば、密閉容器３０の上蓋３３に凹部３３ａが形成されているので、炉心溶融物５が落下した際に、炉心溶融物５を確実に保持することができる。

また、本実施形態によれば、原子炉の運転開始前に予め多孔質体３５に水を含漬させておけばよく、事故の予兆や発生の検出、注水量の制御等を伴わずに冷却性能を高めることができる。

（第１実施形態の変形例）
図５を用いて第１実施形態の変形例について説明する。本変形例では、注水配管２３が密閉容器３０に直接接続されており、密閉容器３０内に直接注水する構成となっている。本変形例の構成により、落下後の上蓋３３の状態に関わらず確実に多孔質体３５に水を供給することができる。

ここで、第１実施形態と本変形例を併用してもよい。より具体的には、注水配管２３が途中で分岐して一方の分岐管が炉心溶融物保持装置２１の上方から注水し、他方の分岐管が密閉容器３０に直接接続された構成する構成としてもよい。当然ながら、炉心溶融物保持装置２１の上方から注水する注水配管２３と、密閉容器３０に直接接続された注水配管２３とをそれぞれ独立した配管系統として備えてもよい。

（第２実施形態）
図６は第２実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。なお、前記第１実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略し、前記第１実施形態と異なる構成及び作用について説明する。その他の実施形態及び変形例も同様とする。

図６に示すように、本実施形態では、密閉容器３０の底面部３１の上面及び側面部３２の内面（所定の設置面）に沿って、複数に分割された多孔質体３５が敷き詰められている。各多孔質体３５は、ブロック状に形成されている。

なお、底面部３１の上面が全体でほぼ円形の場合は、多孔質体３５の上面形状を例えば台形にして、全体で円形となるように並べればよい。この場合、径方向中央には、例えば、正多角柱状の多孔質体３５（図示せず）を配置すればよい。

したがって、本実施形態では、ペデスタル１７内に密閉容器３０の底面部３１と側面部３２を設置した後、密閉容器３０内に多孔質体３５を複数並べる。そして、これらの多孔質体３５に水を所定量含ませたのち、密閉容器３０の開口部を上蓋３３によって密閉する。上蓋３３は、通常時に複数の多孔質体３５に含まれた水の蒸発を防止する機能を果たし、また炉心溶融物５の落下時の衝撃や作業員が上蓋３３上で作業すること等を考慮された強度であればよい。

本実施形態では、ペデスタル１７への炉心溶融物保持装置２１の設置時に、密閉容器３０内に複数に分割された多孔質体３５を搬入して設置することができる。このため、第１実施形態の効果に加え、既存の原子力施設への追設が容易になる。

（第２実施形態の変形例）
図７は第２実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。

図７に示すように、本変形例は、多孔質体３５が複数に分割構成され、かつ上下方向に多層に設置されている。これらの多孔質体３５はブロック状に形成されている。上下各層の多孔質体３５は、上下方向において同じ位置にならないように交互に配置されている。

このように本変形例によれば、多孔質体３５が複数に分割構成され、かつ上下方向に多層に設置されているので、前記第２実施形態の効果に加え、１個あたりの多孔質体３５の大きさを小さくすることが可能になる。これにより、多孔質体３５の搬入作業が一段と容易になる。

（第３実施形態）
図８は第３実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。

図８に示すように、本実施形態は、前記第２実施形態の構成に加え、各多孔質体３５が内部にタンク（水タンク）４０を保持している。これらのタンク４０内には、水又は水を含む吸水材が収容されている。タンク４０の構成材料は、例えば密閉容器３０と同様に合成樹脂や金属が用いられ、炉心溶融物５に対して不活性な材料であることが望ましい。

なお、本実施形態は、タンク４０内に水又は水を含む吸水材が収容されているので、多孔質体３５は、水を含んでいなくてもよい。

また、本実施形態の多孔質体３５及びタンク４０は、それぞれ複数に分割構成されている例を示しているが、これに限らずそれぞれ一体に構成しても構わない。また、タンク４０は、多孔質体３５を設置した後に設置できるように、タンク４０の上部を覆う構造物は、蓋構造になっていてもよい。その場合、蓋は多孔質体でなくても構わない。また、タンク４０の上部に蓋を設置することなく、タンク４０の内部が露出していても構わない。

次に、本実施形態の作用を説明する。

炉心溶融事故が発生し、炉心溶融物５が炉心溶融物保持装置２１の上部へ落下すると、その熱伝導によりタンク４０内の水が熱を吸収し、体積膨張した後に沸騰を開始する。そして、タンク４０の上面が溶融しても、炉心溶融物５がタンク４０内に落下して水没し、冷却される。

前述したように、例えば炉心溶融物５が落下してから注水するまでの時間が１０分間かかるとする。炉心溶融物５の崩壊熱が１０ＭＷであれば、炉心溶融物５を保持するために必要な蒸発水量は、水の潜熱から２．６６×１０^３ｋｇとなる。水の１００℃における密度は、約９６０ｋｇ／ｍ^３であるので、２．７７ｍ^３の水の蒸発が必要である。

そして、ペデスタル１７の内径を６ｍとすれば、ペデスタル底部１８の面積あたりの水深は１０ｃｍ程度でよいので、注水までの１０分間を保持する場合、タンク４０の水深は０．９ｍ以下としても十分に成立する見込みがある。

さらに、タンク４０内の水が蒸発し終わる前に、注水配管２３から注水を開始し、多孔質体３５に水を含ませるようにすれば、炉心溶融物５はペデスタル底部１８へ到達することなく、多孔質体３５により冷却されて保持される。

なお、本実施形態は、タンク４０の内部に収容した水に代えて、水を十分に吸収させた高吸水性高分子、布、あるいは紙等の吸水材としてもよい。

このように本実施形態によれば、多孔質体３５が内部にタンク４０を保持し、このタンク４０内に水又は水を含む吸水材が収容されているので、冷却水の注入前でも炉心溶融物５に対する冷却性能を一段と高めることが可能になる。

また、本実施形態の変形例として、タンク４０は所定の内圧でその下部が破損するように構成としてもよい。より具体的には、タンク４０は、炉心溶融物５が落下する以前の設置には密閉されており、内部の圧力上昇によりその密閉が破壊され、内部の水を漏洩させる安全装置（図示せず）が設けられている。この安全装置としては、例えば可溶栓等が用いられる。

このように構成すれば、水の体積膨張や沸騰によりタンク４０の内圧は上昇してタンク４０が破損する。すると、タンク４０内の水は多孔質体３５へ浸透するため、前記第１実施形態で説明した状態に移行して、炉心溶融物５がペデスタル底部１８へ到達するのを未然に防止することができる。

（第４実施形態）
図９は第４実施形態の炉心溶融物保持装置の要部を拡大して示す模式的拡大立断面図である。

図９に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の構成に加えて、多孔質体３５内に水平方向に連通する連通流路４１が上下方向に複数設けられている。これらの連通流路４１は、注水流路４２と連結されている。注水流路４２は、注水配管２３と連結されている。すなわち、注水流路４２の流入口と注水配管２３の注水口とが連結されている。したがって、各連通流路４１は、注水流路４２を通して注水配管２３と連通している。

各連通流路４１は、水平方向において縦横に配置されている。注水流路４２は、多孔質体３５の側壁部３７及び水平部３６内において上下方向に設けられている。

連通流路４１は、例えば多孔質体３５がアルミナやケイ酸カルシウム等のブロックの場合は、掘削等によって連通流路４１を設ければよい。あるいは、多孔質体３５を複数のブロックを積層するものとして、下方のブロックの上に載置されるブロックに下方向の凸部を設ける等して隙間を形成するように積層し、この隙間を連通流路４１としてもよい。

前記第１実施形態で説明した図３に示す状態になった場合、炉心溶融物５に接触する多孔質体３５内の水は蒸発してしまうものの、多孔質体３５内における水位の高い水は、重力により水位の低い下方へ流れる。

しかし、多孔質体３５の流動抵抗が大きいことから、水の流れる速度が遅く、また落下した炉心溶融物５の炉心溶融物保持装置２１上での分布によって冷却が必要な位置に偏りが生じる。

そこで、本実施形態のように多孔質体３５内に連通流路４１を設けることにより、炉心溶融物５との接触部への水の供給速度を速める。これにより、炉心溶融物５を冷却するのに多孔質体３５内に含ませた水を有効活用できる。

また、本実施形態では、多孔質体３５内に注水流路４２を設け、この注水流路４２の流入口と注水配管２３の注水口とが連結されている。そのため、注水開始後の注水が、注水流路４２と連通する連通流路４１を通して、速やかに多孔質体３５内に流入する。これにより、炉心溶融物５とペデスタル１７との間の多孔質体３５を水で満たし、炉心溶融物５を冷却して保持する。その結果、ペデスタル１７を保護することができる。

このように本実施形態によれば、多孔質体３５内に連通流路４１を設けることにより、前記第１実施形態の効果に加え、炉心溶融物５を冷却する多孔質体３５内の水を有効活用することが可能になる。

また、本実施形態によれば、注水配管２３が注水流路４２を通して連通流路４１と連通しているので、多孔質体３５内に速やかに水を供給することができる。その結果、炉心溶融物５に対する冷却効果を高めることができる。

（第５実施形態）
図１０は第５実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。

図１０に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の構成に加えて、多孔質体３５の内部に、金属格子板４３が水平であって、かつ上下方向にわたって複数設置されている。この金属格子板４３は、例えばパンチングプレートや、金属棒を平行に、あるいは格子状に複数並べた金属部材でもよく、これらに限定されるものではない。ただし、金属格子板４３を設置した状態において、金属格子板４３は上下（垂直）方向に水が通過可能であることが望ましい。

前記第１実施形態で説明した図３に示す状態になった場合、炉心溶融物５に接触する多孔質体３５内の水は蒸発してしまうものの、多孔質体３５内の水位の高い水は、重力により水位の低い下方へ流れる。

しかし、多孔質体３５の流動抵抗が大きいことから、水の流れる速度が遅く、炉心溶融物５と多孔質体３５との接触部への水の供給が間に合わない可能性がある。

そこで、本実施形態のように多孔質体３５より熱伝導率の高い金属格子板４３を多孔質体３５に設けることにより、炉心溶融物５による熱を水平方向へ拡散させ、多孔質体３５内の水の蒸発の偏りを小さくする。これにより、炉心溶融物５を冷却するのに多孔質体３５内に含ませた水を、炉心溶融物５を冷却するために有効活用できる。

このように本実施形態によれば、多孔質体３５内に金属格子板４３を設けることにより、前記第４実施形態と同様に、多孔質体３５内の水を炉心溶融物５の冷却に有効活用することが可能になる。

（第６実施形態）
図１１は第６実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。

図１１に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の構成に加えて、多孔質体３５の上面に、複数に分割されかつ水を含ませた多孔質ブロック４４が敷き詰められている。多孔質体３５は、前記第１実施形態と同様に一体構造である。

多孔質体３５の上面に多孔質ブロック４４が敷き詰められていない場合、炉心溶融物５が落下した直後は、炉心溶融物保持装置２１に急激な熱負荷がかかり、急激な温度変化を生ずる。したがって、多孔質体３５の上面は急激な温度上昇により膨張し、大きな熱応力を生ずる。

なお、多孔質体３５に亀裂が形成されても、炉心溶融物５は水を含んだ多孔質体３５の亀裂に侵入すると直ちに固化してしまう。そのため、炉心溶融物５は、多孔質体３５の内部まで侵入しにくいと考えられるものの、多孔質体３５の亀裂自体は、好ましいものではない。

そこで、本実施形態では、熱負荷が大きい上面に多孔質ブロック４４を敷設し、あるいは砕いた多孔質体を敷設することで、過大な熱応力を緩和するようにしている。

このように本実施形態によれば、多孔質体３５の上面に、複数に分割されかつ水を含ませた多孔質ブロック４４が敷き詰められているので、前記第１実施形態の効果に加え、過大な熱応力を緩和することができる。

なお、本実施形態において多孔質体３５の上面には、分割した多孔質ブロック４４の代わりに水を含ませた砂、砂利等を重ねてもよい。

（第６実施形態の変形例）
図１２は第６実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。

図１２に示すように、本変形例は、多孔質体３５の上面に、あらかじめ水を吸収させた吸水部材４５が敷設されている。この吸水部材４５は、例えば濡れた布により構成されている。なお、吸水部材４５は、布でなくとも、水を吸収する柔らかい材質のもの、例えば紙、スポンジ等でも同様の効果が得られる。

このように本変形例によれば、多孔質体３５の上面に例えば濡れた布により構成された吸水部材４５を敷設したことにより、前記第６実施形態と同様の効果が得られる。

（第７実施形態）
図１３は第７実施形態の炉心溶融物保持装置を拡大して示す模式的立断面図である。

多孔質体３５内に保持することのできる水の量は、多孔質体３５の体積と空隙率に依存する。長時間にわたって炉心溶融物５を保持するためには、多孔質体３５の体積を増加させ、より高い空隙率のものを用いる必要がある。しかし、空隙率には上限があり、多孔質体３５の体積も設置場所の制約を受ける。

これらの制約を回避するため、図１３に示すように、本実施形態では、多孔質体３５内と連通する給水配管４６を設置し、この給水配管４６に水源である給水タンク４７が接続されている。給水タンク４７は、給水配管４６を通して多孔質体３５内と連通する以外には外部空間と隔てられている。給水タンク４７は、例えばペデスタル側壁１９に設置されている。

このように構成することで、給水タンク４７は、密閉容器３０の気密が保たれる通常運転時に水を保持している。密閉容器３０に炉心溶融物５が落下した時には、炉心溶融物５の熱により密閉容器３０が溶融して気密でなくなり、多孔質体３５内の水が蒸発し、密閉容器３０内の水位が低下する。

そこで、本実施形態では、密閉容器３０が溶融して気密でなくなくなったときに給水タンク４７から給水配管４６を通して密閉容器３０内に水を流入させ、多孔質体３５内に水を自動的に供給するようにしている。これにより、多孔質体３５内の水位を押し上げることができる。

また、給水タンク４７の炉心溶融物５の落下側の表面は、炉心溶融物５からの輻射熱により加熱される。すると、給水タンク４７内の水の温度が上昇し、かつ給水タンク４７内の圧力も上昇することで、給水タンク４７内の水の排出を促進して多孔質体３５へ水を供給する。

このような作用により多孔質体３５は、その体積、空隙率以上の水を確保することができる。その結果、多孔質体３５は、炉心溶融物５を長時間保持することができる。具体的には、静的格納容器冷却系（PCCS：Passive Containment Cooling System）が始動し、注水配管２３から冷却水が供給されるまで、あるいは外部から注水されるまでの時間、炉心溶融物５を保持することが可能となる。

このように本実施形態によれば、多孔質体３５に連通する給水配管４６が設けられ、この給水配管４６が給水タンク４７と接続されているので、多孔質体３５が体積、空隙率以上の水を確保することができ、多孔質体３５が炉心溶融物５を長時間保持することが可能になる。

（第８実施形態）
図１４は第８実施形態の炉心溶融物保持装置を適用した原子力施設の構成を拡大して示す模式的立断面図である。

本実施形態では、前記第７実施形態の給水タンク４７に代えて、図１４に示す圧力抑制プール（サプレッションプール）１４内の水を水源として炉心溶融物保持装置２１へ供給するようにしている。

前述したように、多孔質体３５内に保持することのできる水の量は、多孔質体３５の体積と空隙率に依存する。長時間にわたって炉心溶融物５を保持するためには、多孔質体３５の体積を増加させ、より高い空隙率のものを用いる必要がある。しかし、空隙率には上限があり、多孔質体３５の体積も設置場所の制約を受ける。

これらの制約を回避するため、図１４に示すように、本実施形態では、給水タンクとしての圧力抑制プール１４の水位が炉心溶融物保持装置２１よりも高い位置にある場合には、圧力抑制プール１４と炉心溶融物保持装置２１の密閉容器３０内を給水配管４６で連結する。

密閉容器３０は、水密構造とすることで、圧力抑制プール１４の水が漏れ出ることはない。炉心溶融物５が炉心溶融物保持装置２１上に落下し、密閉容器３０が水密でなくなると、給水配管４６を通じて圧力抑制プール１４内の水が炉心溶融物保持装置２１へ供給される。

このように構成することで、密閉容器３０の多孔質体３５に対して多量の水源を確保することができる。そのため、炉心溶融物５を長時間にわたり炉心溶融物保持装置２１上に保持することができ、ペデスタル１７を保護することができる。

なお、本実施形態では、給水配管４６の途中に開閉弁４８を設けている。この開閉弁４８は、運転開始前に開操作をするか、炉心溶融物５の落下が予想される時点で開操作をするか、あるいは、開閉弁４８を溶融弁としてもよい。このように溶融弁とした場合には、炉心溶融物５が落下することで、炉心溶融物５からの輻射熱により加熱されて溶融弁が自動的に開くようになる。

このように本実施形態によれば、圧力抑制プール１４と炉心溶融物保持装置２１の密閉容器３０内を給水配管４６で連結しているので、前記第７実施形態と同様に、多孔質体３５が炉心溶融物５を長時間保持することが可能になる。

（その他の実施形態）
本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これらの実施形態は、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、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

なお、上記各実施形態において、密閉容器３０を合成樹脂等の柔軟な素材で構成すれば、ペデスタル１７内に密閉容器３０を折り畳んで搬入した後、広げて設置すればよい。

また、上記第２実施形態及びその変形例、第３実施形態〜第８実施形態の特徴を適宜組み合わせて実施することもできる。

１…原子力施設、５…炉心溶融物、１０…原子炉圧力容器、１１…炉心、１２…原子炉格納容器、１３…ドライウェル、１４…圧力抑制プール（給水タンク）、１５…ウェットウェル、１６…ベント管、１７…ペデスタル、１８…ペデスタル底部、１９…ペデスタル側壁、２０…ペデスタル空間、２１…炉心溶融物保持装置、２３…注水配管、２４…注水弁、３０…密閉容器、３１…底面部、３２…側面部、３３…上蓋、３３ａ…凹部、３５…多孔質体、３６…水平部、３７…側壁部、４０…タンク（水タンク）、４１…連通流路、４２…注水流路、４３…金属格子板（金属部材）、４４…多孔質ブロック、４５…吸水部材、４６…給水配管、４７…給水タンク、４８…開閉弁

Claims (12)

1. 炉心を収容する原子力圧力容器を格納する原子炉格納容器内で前記原子力圧力容器の下方に設置されて、事故時に前記炉心が溶融した場合に生じる炉心溶融物を保持する炉心溶融物保持装置であって、
   所定の設置面に設置された密閉容器と、
   前記密閉容器内に収納され、水を含んだ多孔質体と、
   を備える炉心溶融物保持装置。
2. 前記多孔質体は、複数に分割された請求項１に記載の炉心溶融物保持装置。
3. 前記多孔質体は、上下方向に多層に設置された請求項１又は２に記載の炉心溶融物保持装置。
4. 前記多孔質体内に設置され、かつ水が収容された水タンクをさらに備える請求項１ないし３のいずれか一項に記載の炉心溶融物保持装置。
5. 前記水タンクには、内部の圧力上昇で密閉状態が破壊される安全装置が設けられた請求項４に記載の炉心溶融物保持装置。
6. 前記多孔質体の上面に敷き詰められ、あらかじめ水を吸収させた複数の多孔質ブロックをさらに備える請求項１ないし３のいずれか一項に記載の炉心溶融物保持装置。
7. 前記多孔質体の上面に敷設され、あらかじめ水を吸収させた吸水部材をさらに備える請求項１ないし３のいずれか一項に記載の炉心溶融物保持装置。
8. 前記多孔質体内には、水が流通する連通流路が設けられた請求項１ないし７のいずれか一項に記載の炉心溶融物保持装置。
9. 前記多孔質体内には、水平方向に前記多孔質体よりも熱伝導率が高い金属部材が埋設されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の炉心溶融物保持装置。
10. 前記多孔質体内と接続され、水源の水を前記多孔質体内に給水する給水配管をさらに備える請求項１ないし９のいずれか一項に記載の炉心溶融物保持装置。
11. 前記水源は、前記原子炉格納容器内に設置された圧力抑制プールである請求項１０に記載の炉心溶融物保持装置。
12. 炉心と、
    前記炉心を収容する原子炉圧力容器と、
    前記原子炉圧力容器内で前記原子炉圧力容器の下方に設置され、事故時に前記炉心が溶融した場合に生じる炉心溶融物を保持する炉心溶融物保持装置と、
    を有する原子力施設であって、
    前記炉心溶融物保持装置は、
    所定の設置面に設置された密閉容器と、
    前記密閉容器内に収納され、水を含んだ多孔質体と、
    を備える原子力施設。

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