JP5306074B2

JP5306074B2 - 原子炉格納容器ドレンサンプ

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Publication number: JP5306074B2
Application number: JP2009151117A
Authority: JP
Inventors: 誠秋永; 宏昌柳澤; 弘秀及川; 亮一濱崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-06-25
Also published as: TWI437578B; US8537959B2; JP2011007613A; TW201117229A; US20100329409A1

Description

本発明は、原子炉格納容器内で漏洩水を集めるドレンサンプ、特に、溶融コリウムの流入防止と冷却に対して有効な構造を有する原子炉格納容器ドレンサンプに関する。

原子力発電プラントの軽水炉型原子炉では、事故時の放射性物質の外部への漏洩防止等を目的として、炉心燃料を内蔵する原子炉圧力容器は、格納容器内に収納されている。軽水炉型原子炉では、何らかの原因により原子炉圧力容器内への給水の停止や原子炉圧力容器の接続配管に破断が生じ、原子炉圧力容器内の冷却材が喪失する場合でも、多重に設置された非常用炉心冷却系によって冷却材が自動的に原子炉圧力容器内へ補給され、炉心燃料が損傷することなく十分に冷却され、炉心溶融事故を未然に防ぐようになっている。

ところで、このような軽水炉型原子炉においても、確率的には極めて希な事象ではあるが、上記のように多重に設けられた安全設備の複数が機能喪失した場合には、炉心燃料が過熱損傷・溶融する可能性が想定される。

このような事態に至った場合、溶融コリウム（炉心溶融物）は、原子炉圧力容器内の下部に移動・堆積する。この状態が長時間持続されると、原子炉圧力容器下鏡部が溶融貫通され、溶融コリウムは、格納容器に流出し、格納容器床上に堆積する。格納容器床上に堆積した溶融コリウムは、格納容器床を構成するライナーやコンクリートを溶融浸食し、格納容器バウンダリを破損させる虞がある。また、溶融コリウムとコンクリートとの化学反応によって生成される二酸化炭素や水素等の不凝縮性ガスが、格納容器内を加圧し、格納容器バウンダリを破損させる虞がある。このため、これらの影響を緩和する手段として、溶融コリウムの堆積した格納容器領域に冷却水を導くことによって溶融コリウムを冷却し、格納容器コンクリートとの反応を抑制する方策が従来から提案されている。

原子炉圧力容器からの溶融コリウムの流出先である格納容器床には、１つ以上のドレンサンプが設置されている。このドレンサンプは、原子炉の運転中に生じる可能性のある漏洩水を集水し、原子炉からの漏洩を検知するためのものであって、サンプ内に集水された水（ドレン水）は、サンプ上蓋の上に備えられたポンプによって配管を介して格納容器外へ移送される構成となっている。

ここで、炉心が溶融するような事態が万一生じ、更に、溶融コリウムが格納容器に流出するような事態に至った場合、溶融コリウムは格納容器床上を拡がり、ドレンサンプ内へ流入・堆積する可能性がある。すなわち、サンプ上蓋の上に設置されているドレン水移送ポンプ及びサンプ内からドレン水移送ポンプへの吸水配管が、原子炉圧力容器から流下する溶融コリウムと接触する可能性も完全には否定できない。このため、流下する溶融コリウムによってサンプ内からの吸水構造部分が溶融破損すると、溶融コリウムが容易にサンプ内へ流入することになる。この場合、サンプ内の溶融コリウムは、格納容器床面に存在する溶融コリウムよりも実質的に大きい厚さを有することになるため、その冷却可能性が低下し、格納容器の防護が困難になる虞がある。

そこで、このような事態を回避するため、漏洩水はサンプ内へ集水するが、溶融コリウムはサンプ内へ流入させない構造を有する防護壁でサンプ上部をカバーする方策が提案されている（例えば特許文献１）。

図７は、特許文献１における従来の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図である。
図７において、ドレンサンプ１０３は、ペデスタル壁１０２内側の格納容器床１０１に設けられ、上部は、コリウム遮蔽体１０７によって覆われている。コリウム遮蔽体１０７は、鉛直方向に沿って格納容器床面からそれぞれ上方及び下方に延びる上部壁体１０４、下部壁体１０５、及び上部の屋根１０６から構成される。上部壁体１０４には、それを貫通して格納容器床面と同一レベルに底面を有し互いに離隔された複数の流路１０８を設けてある。流路１０８の形状は、ドレンサンプ１０３内へ漏洩水を導くとともに、溶融コリウム１０９は、流路１０８内で凝固させて、ドレンサンプ１０３内へは蓄積しないように設計されている。

特開平７−１４０２８８号公報

上記従来の原子炉格納容器ドレンサンプにおいて、コリウム遮蔽体１０７は、ドレンサンプ１０３内への溶融コリウム１０９の流入を防止する手段であるが、上部壁体１０４に設けた流路１０８内で溶融コリウム１０９を凝固させるためには、上部壁体１０４の高さ及び厚さの所定値を比較的大きく確保する必要がある。このため、格納容器床１０１上の溶融コリウム１０９を冷却するための拡がり面積は、格納容器床面からドレンサンプ１０３の面積分減少し、格納容器床面の全面積を冷却に利用できないだけでなく、コリウム遮蔽体１０７が占める面積分減少し、溶融コリウム１０９の冷却を有効に行うことができないという課題があった。
また、上部壁体１０４に設けた流路１０８内で溶融コリウム１０９が凝固せず、ドレンサンプ１０３内へ溶融コリウム１０９が流入する可能性も全く否定はできない。

本発明は、このような事態に対処してなされたものであり、溶融コリウムに対し、冷却のための格納容器床面面積を従来よりも増加させ、ドレンサンプ内への流入を防止し、適切に冷却できる原子炉格納容器ドレンサンプを提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明の原子炉格納容器ドレンサンプは、原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、前記サンプカバーは、所定の厚さで上面が前記格納容器床の上面と同一平面とし、水は通水し溶融コリウムは凝固する複数のドレン流路を設けたことを特徴とする。

また、本発明の原子炉格納容器ドレンサンプは、原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、前記サンプカバーは、上面が前記格納容器床の上面と同一平面とし、前記ドレンサンプの側壁に、前記格納容器床と前記ドレンサンプに開放された、水は通水し溶融コリウムは凝固する複数のドレン流路を設けたことを特徴とする。

また、本発明の原子炉格納容器ドレンサンプは、原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、前記サンプカバーは、前記格納容器床に設けられ、前記ドレンサンプの上部周囲を囲む耐熱性の堰により支持され、前記堰に、垂直方向に移動可能な耐熱性のゲートを設け、前記ゲートは、水は通水するドレン小孔を形成した低融点材質の支持具で支持され、溶融コリウムの接近により前記支持具が溶融することにより落下して前記ドレン小孔を塞ぐことを特徴とする。

また、本発明の原子炉格納容器ドレンサンプは、原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、前記サンプカバーは、所定の厚さで上面が前記格納容器床の上面と同一平面とし、水は通水し溶融コリウムは凝固する耐熱性の瓦礫が敷き詰められていることを特徴とする。

また、本発明の原子炉格納容器ドレンサンプは、原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、前記サンプカバーは、開口部を有し、上面が前記格納容器床の上面と同一平面とし、前記開口部には、耐熱性の蓋を設け、前記蓋は、水は通水するドレン小孔を形成した低融点材質の支持具で支持され、溶融コリウムの接近により前記支持具が溶融することにより落下して前記開放部を塞ぐことを特徴とする。

更に、本発明の原子炉格納容器ドレンサンプは、原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、格納容器床面は、前記ドレンサンプが設置されている側から設置されていない側へ向けて傾斜を付け、一端を前記ドレンサンプが設置されていない側の前記格納容器床面に開放し、他端を前記ドレンサンプ内に開放し、水は通水し溶融コリウムが凝固するドレン流路を格納容器床内に埋設して設けたことを特徴とする。

本発明により、溶融コリウムに対し、冷却のための格納容器床面面積を従来よりも増加させ、ドレンサンプ内への流入を防止し、適切に冷却できる。

本発明に係る実施形態１の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図。本発明に係る実施形態２の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図。本発明に係る実施形態３の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図、（ａ）はドレンサンプの全体を示す図、（ｂ）は堰の拡大図。本発明に係る実施形態４の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図。本発明に係る実施形態５の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図、（ａ）はドレンサンプの全体を示す図、（ｂ）は蓋部の拡大図。本発明に係る実施形態６の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図。従来の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図。

以下、本発明に係る原子炉格納容器ドレンサンプの各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、実施形態２以降においては、先行する実施形態と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図である。
本実施形態では、原子炉格納容器床１に設置されたドレンサンプ３は、垂直方向に複数のドレン流路５_１を有し、所定の厚さとした耐熱性のサンプカバー４_１によって上部が覆われている。サンプカバー４_１は、上面が格納容器床１の上面と同一平面である。ここで、ドレン流路５_１は、原子炉周りからの漏洩水を格納容器床１上に過度に蓄水させることなくドレンサンプ３内へ流下させることができ、溶融コリウムが流入した場合には、サンプカバー４_１への伝熱によって流路内で凝固できるように、流路断面積や流路長さが適切にサイジングされている。

ドレンサンプ３に集水されたドレン水を格納容器外へ移送するドレン水移送ポンプ７までのドレン水移送配管６は、ペデスタル壁２に埋設され、ドレン水移送ポンプ７は、サンプカバー４_１の上には設置されず、格納容器床１上に堆積する溶融コリウムの影響を受けない程度の高い位置に設置されている。また、ドレンサンプ３内の底部に一端を開放し、他端を全炉心が溶融して格納容器床１上に堆積する炉心溶融物高さよりも高い位置で格納容器空間に開放した、全体がペデスタル壁２に埋設されたドレンサンプ冠水配管８が設置されている。

更に、ドレンサンプ冠水配管８のドレンサンプ３内の開放位置よりも高い位置で一端を開放し、他端を格納容器空間に開放した、全体がペデスタル壁２に埋設されたドレンサンプ排気配管９が設置されている。

サンプカバー４_１やドレン水移送配管６、ドレンサンプ冠水配管８及びドレンサンプ排気配管９の埋設されたペデスタル壁２部分は、溶融コリウムからの熱的損傷に耐えられる耐熱性材料から構成されている。例えば、サンプカバー４_１の構造材料は、アルミナ、ジルコニア等である。

万一、重大事故が発生し、溶融コリウムが原子炉圧力容器（図示せず）の底部を溶融貫通し、格納容器床１上を拡がり、ドレンサンプ３上に堆積する場合、溶融コリウムは、サンプカバー４_１に設けられたドレン流路５_１に流入してくるが、流入過程でのサンプカバー４_１への伝熱によってドレン流路５_１内で凝固し、ドレンサンプ３に流下することはない。

また、格納容器床１に堆積した溶融コリウムを冷却するため、格納容器へ冷却水が注入され、堆積コリウム上にプール水が形成されると、ドレンサンプ冠水配管８からプール水がドレンサンプ３へ流下し、ドレンサンプ３内の気体は、ドレンサンプ排気配管９を通して排出される。このため、万一、溶融コリウムがドレンサンプ３へ流入したとしても、ドレンサンプ３に蓄積した冷却水によって、ドレンサンプ３内の溶融コリウムを冷却することができ、かつ、ドレンサンプ３内の冷却水によってサンプカバー４_１も内側から冷却することができる。

これにより、ドレンサンプ３内への溶融コリウムの流入を防止しつつ、溶融コリウムがドレンサンプ３上にも拡がり、ドレンサンプ３上の面積も溶融コリウムの冷却面積として使用できるので、格納容器床全面を堆積溶融コリウムの冷却に利用できる。また、万一、ドレンサンプ３内に流入した溶融コリウムも冷却することができる。

（実施形態２）
図２は、実施形態２の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図である。
本実施形態は、原子炉格納容器床１に設置されたドレンサンプ３は、耐熱性のサンプカバー４_２によって上部が覆われている。原子炉格納容器床１に設置されたサンプ側壁１０が、一端を格納容器床１の上面レベルに開放し、他端をドレンサンプ３に開放した垂直方向の複数のドレン流路５_２を有している。サンプカバー４_２は、上面が格納容器床１の上面と同一平面であるが、実施形態１のようなドレン流路は設けられていない。

重大事故時に格納容器に流出した溶融コリウムは、ドレンサンプ３部分も含む格納容器床１上を拡がり堆積し、サンプ側壁１０のドレン流路５_２に流入すると、サンプ側壁１０への伝熱により流路内で凝固し、ドレンサンプ３へ流入することは防止される。

実施形態１と同様に、ドレンサンプ冠水配管８、ドレンサンプ排気配管９、ドレン水移送配管６、及びドレン水移送ポンプ７が設置されており、この配管構成は、実施形態３以下も同様である。

実施形態１では、サンプカバー４_１において、溶融コリウムをドレン流路５_１内で凝固させるためには、サンプカバー４_１の厚さを大きくすることが必要であり、このため、ドレンサンプ３のある一定の容積を確保するためには、格納容器床１の厚さを大きくする必要があった。本実施形態では、サンプカバー４_２は、ドレン流路を設けておらず、格納容器床１の厚さを大きくする必要はない。この点は、実施形態３以下も同様である。

（実施形態３）
図３は、実施形態３の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図であり、（ａ）はドレンサンプの全体を示す図、（ｂ）は堰の拡大図である。

本実施形態では、格納容器床１に設置されたドレンサンプは、ドレンサンプ３の上部周囲を囲む格納容器床１に耐熱性の堰１１と、堰１１に支持されドレンサンプ３の上部を覆う耐熱性のサンプカバー４_３とを備えている。堰１１の一領域に、垂直方向に移動可能な耐熱性のゲート１２が設けられ、ゲート１２は、ドレン流路であるドレン小孔１４_１が形成されている低融点材質からなる支持具１３_１に支持されている。

以上のように構成されており、通常運転時に発生する可能性のある漏洩水はドレン小孔１４_１よりドレンサンプ３に排出されるが、万一炉心溶融事故が発生し圧力容器破損に至るような場合においては、ドレンサンプ３付近に溶融コリウムが接近すると、支持具１３_１が溶融し、その結果、耐熱性のゲート１２がドレン小孔１４_１を塞ぐように落下する。

これにより、ドレンサンプ３内への溶融コリウムの浸入を防ぐことができ、格納容器床１上面に堆積する溶融コリウムを適切に冷却することが可能となる。堰１１の厚さを最小限にできるので、溶融コリウムの冷却のための格納容器床面が大きく減少することがない。

（実施形態４）
図４は、実施形態４の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図である。
本実施形態では、ドレンサンプ３の上部を、上面が格納容器床１の上面と同一平面とし、耐熱性の瓦礫を敷き詰めて所定の厚さとしたサンプカバー４_４で覆う。

以上のように構成されており、通常運転時に発生する可能性のある漏洩水はサンプカバー４_４の瓦礫の隙間よりドレンサンプ３に排出される。万一炉心溶融事故が発生し圧力容器破損に至るような場合においては、格納容器床面１上面に拡がる溶融コリウムは、サンプカバー４_４の上にも流動するが、ドレンサンプ３内へ流下することはない。すなわち、サンプカバー４_４の瓦礫は、実施形態１のサンプカバー４_１と同様な材質の砕片であり、溶融コリウムが砕片の隙間から流下しても、途中で凝固するような砕片の大きさとしている。

また、ドレンサンプ３にはあらかじめ一定量の水が存在するように構成されている。万一、溶融コリウムがドレンサンプ３へ流入したとしても、ドレンサンプ３に蓄積した冷却水によって、ドレンサンプ３内の溶融コリウムは冷却され、厚く堆積するのを防ぐことができる。

これにより、溶融コリウムがドレンサンプ３上にも拡がり、ドレンサンプ３上の面積も溶融コリウムの冷却面積として使用できるので、格納容器床全面を溶融コリウムの冷却に利用できる。

（実施形態５）
図５は、実施形態５の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図であり、（ａ）はドレンサンプの全体を示す図、（ｂ）は蓋部の拡大図である。

本実施形態では、ドレンサンプ３の上部を、上面が格納容器床１の上面と同一平面とした、一領域に開口部１５を有する耐熱性のサンプカバー４_５で覆う。開口部１５には、蓋１６を設け、蓋１６は、ドレン流路であるドレン小孔１４_２を設けた低融点材質の支持具１３_２に支持される。

以上のように構成されており、通常運転時に発生する可能性のある漏洩水はドレン小孔１４_２よりドレンサンプ３に排出されるが、万一炉心溶融事故が発生し圧力容器破損に至るような場合においては、格納容器床１上面に拡がる溶融コリウムは、耐熱性のサンプカバー４_５の上を流れ、低融点材質の支持具１３_２に近づくと、支持具１３_２が溶融し、その結果、サンプカバー４_５の開口部を塞ぐように、耐熱性の蓋１６が落下する。蓋１６は、落下したとき、その上面がサンプカバー４_５の上面と同一となるようにしてもよい。
これにより、ドレンサンプ３内への溶融コリウムの浸入を防ぐことができ、格納容器床面に堆積する炉心溶融物を適切に冷却することが可能となる。

（実施形態６）
図６は、実施形態６の原子炉格納容器ドレンサンプの断面を示す図である。
本実施形態では、ドレンサンプ３の上部を耐熱性のサンプカバー４_６で覆い、格納容器床面１７は、ドレンサンプ３が設置されている側からドレンサンプ３が設置されていない側に向かって傾斜を付け、ドレンサンプ３が設置されていない側に一端を開放し、他端をドレンサンプ３に開放したドレン流路５_３を格納容器床１に埋設している。

以上の構成において、通常運転時に発生する可能性のある漏洩水はドレン流路５_３よりドレンサンプ３に排出されるが、万一炉心溶融事故が発生し圧力容器破損に至るような場合においては、格納容器床面１７上に落下した溶融コリウムは、傾斜に沿って流動し、ドレン流路５_３に流入する。溶融コリウムは、ドレン流路５_３内を引き回されることでドレン流路５_３内にて凝固する。
これにより、ドレンサンプ３内で炉心溶融物が厚く堆積することを防ぐことができ、格納容器床面に堆積する溶融コリウムを適切に冷却することが可能となる。

１…格納容器床、２…ペデスタル壁、３…ドレンサンプ、４_１〜４_６…サンプカバー、５_１〜５_３…ドレン流路、６…ドレン水移送配管、７…ドレン水移送ポンプ、８…ドレンサンプ冠水配管、９…ドレンサンプ排気配管、１０…サンプ側壁、１１…堰、１２…ゲート、１３_１，１３_２…支持具、１４_１，１４_２…ドレン小孔、１５…開口部、１６…蓋、１７…格納容器床面。

Claims

原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、
前記サンプカバーは、所定の厚さで上面が前記格納容器床の上面と同一平面とし、水は通水し溶融コリウムは凝固する複数のドレン流路を設けたことを特徴とする原子炉格納容器ドレンサンプ。
原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、
前記サンプカバーは、上面が前記格納容器床の上面と同一平面とし、前記ドレンサンプの側壁に、前記格納容器床と前記ドレンサンプに開放された、水は通水し溶融コリウムは凝固する複数のドレン流路を設けたことを特徴とする原子炉格納容器ドレンサンプ。
原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、
前記サンプカバーは、前記格納容器床に設けられ、前記ドレンサンプの上部周囲を囲む耐熱性の堰により支持され、前記堰に、垂直方向に移動可能な耐熱性のゲートを設け、前記ゲートは、水は通水するドレン小孔を形成した低融点材質の支持具に支持され、溶融コリウムの接近により前記支持具が溶融することにより落下して前記ドレン小孔を塞ぐことを特徴とする原子炉格納容器ドレンサンプ。
原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、
前記サンプカバーは、所定の厚さで上面が前記格納容器床の上面と同一平面とし、水は通水し溶融コリウムは凝固する耐熱性の瓦礫が敷き詰められていることを特徴とする原子炉格納容器ドレンサンプ。
原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、
前記サンプカバーは、開口部を有し、上面が前記格納容器床の上面と同一平面とし、前記開口部には、耐熱性の蓋を設け、前記蓋は、水は通水するドレン小孔を形成した低融点材質の支持具に支持され、溶融コリウムの接近により前記支持具が溶融することにより落下して前記開口部を塞ぐことを特徴とする原子炉格納容器ドレンサンプ。
原子炉圧力容器下方の格納容器床に配置され、上部を耐熱性のサンプカバーで覆われたドレンサンプにおいて、
格納容器床面は、前記ドレンサンプが設置されている側から設置されていない側へ向けて傾斜を付け、一端を前記ドレンサンプが設置されていない側の前記格納容器床面に開放し、他端を前記ドレンサンプ内に開放し、水は通水し溶融コリウムが凝固するドレン流路を格納容器床内に埋設して設けたことを特徴とする原子炉格納容器ドレンサンプ。
原子炉圧力容器のペデスタル壁に埋設され、前記ドレンサンプ内のドレン水を格納容器外に移送する移送配管と、前記移送配管に連結され、全炉心が溶融して前記格納容器床上に堆積する溶融コリウム高さよりも高い位置に配置されたドレン水移送ポンプとを有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の原子炉格納容器ドレンサンプ。
原子炉圧力容器のペデスタル壁に埋設され、前記ドレンサンプの空間に一端を開放し、他端を全炉心が溶融して格納容器床上に堆積する溶融コリウム高さよりも高い位置で格納容器空間に開放したドレンサンプ冠水配管を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の原子炉格納容器ドレンサンプ。