JP6080712B2

JP6080712B2 - 炉心溶融物保持装置

Info

Publication number: JP6080712B2
Application number: JP2013144682A
Authority: JP
Inventors: 雅史能島; 金田　潤也; 潤也金田
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-07-10
Also published as: JP2015017870A

Description

本発明は、原子力発電プラントなどにおける万一の炉心溶融事故の場合に流出する炉心溶融物を保持して冷却する炉心溶融物保持装置に関する。

炉心溶融物保持装置であるコアキャッチャについては、その構造の例が特許文献１や特許文献２などに開示されている。特許文献１によれば、そのコアキャッチャは、溶融物保持部が耐熱材で構成され、耐熱材の上側のデブリ（溶融物）が接触する部分には、デブリと共融する低融点酸化材（コンクリートなど）が設けられ、耐熱材の下側には、高熱伝導材が設けられている。従って、原子炉圧力容器から流出したデブリは、低融点酸化材と接触し、共融する間に高熱伝導材を介して放熱され、温度が降下するので、溶融物保持部の耐熱材の溶融が防止されるという。

また、特許文献２によれば、そのコアキャッチャは、デブリの落下を一時的に受け止める耐熱床と、耐熱床の中央部に設けられた開口部から下方に流出するデブリを保持し冷却する溶融物保持部とにより構成される。このとき、溶融物保持部は、耐熱材からなり、その下面側には、水冷層が設けられ、その上面側の中央部の上部から耐熱床の開口部に至る部分には、円柱塊状の浸食抑制材が設けられている。従って、原子炉圧力容器から流出したデブリは、耐熱床に一旦受け止められた後、浸食抑制材に接触し、その浸食抑制材を浸食する間に除熱されるため、デブリの温度が降下する。よって、溶融物保持部の耐熱材の溶融が防止されるという。

特開平９−２１１１６６号公報特開２０１１−１６３８２９号公報

以上、特許文献１や特許文献２などに示されているように、従来のコアキャッチャにおける溶融物保持部は、デブリが直接接触する耐熱材の層と、その耐熱材の層の下側に形成された高熱伝導材などからなる放熱層とにより構成されていることが多い。通常、コアキャッチャには、原子炉圧力容器から流出した高温のデブリが長時間に亘って保持される。デブリの熱は、ある程度は浸食抑制材などにより除熱されるが、実質的には、耐熱材の層に接する放熱層を介して放熱される。

従って、デブリの熱が耐熱材の層および放熱層を介して外部に十分に放熱できない場合には、デブリが耐熱材と接する境界近傍の温度は、デブリの融点＋α程度になることがある。デブリには、核燃料の二酸化ウラン（ＵＯ_２）が含まれ、その融点は３０００Ｋを超える。そのため、一般的な耐熱材では、高温のデブリを長時間に亘り保持することはできない。

とくに、核燃料が収容された圧力容器の構造を考慮した場合、デブリの落下位置は、コアキャッチャの特定の部位（例えば、溶融物保持部の中央）に集中する可能性がある。その場合、デブリから放熱層へ向かって耐熱材の層を突き抜ける熱流束が、例えば、デブリの直下部に集中するため、その部分の耐熱材が溶融する懸念がある。

以上のような従来技術の課題に鑑み、本発明の目的は、保持した炉心溶融物（デブリ）の熱を効率的に外周方向に拡散させることにより、自身の溶融を防止することが可能な炉心溶融物保持装置を提供することにある。

本発明に係る炉心溶融物保持装置は、炉心溶融事故時に原子炉格納容器から流出する炉心溶融物（デブリ）を保持する炉心溶融物保持部と、前記炉心溶融物保持部に保持された炉心溶融物（デブリ）から伝導される熱を放熱する放熱部と、を備え、前記炉心溶融物保持部は、複数の層によって構成され、前記原子炉格納容器に対向する面側の第１層目が高熱伝導層で、第２層目が前記高熱伝導層よりも熱伝導度が低い熱伝導抑制層であり、前記熱伝導抑制層は、窒化硼素（ＢＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ハフニア（ＨｆＯ _２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ _４）、アルミナ（Ａｌ _２Ｏ _３）、ムライト（Ａｌ _２Ｏ _３，ＳｉＯ _２）およびジルコニア（ＺｒＯ _２）のうちのいずれか一の物質で形成されていることを特徴とする。

本発明に係る炉心溶融物保持装置では、炉心溶融事故時に原子炉格納容器から流出した炉心溶融物（デブリ）が炉心溶融物保持部に保持されると、その炉心溶融物（デブリ）の熱は、炉心溶融物保持部の第１層目が高熱伝導層で、第２層目が低熱伝導度の熱伝導抑制層であることから、その多くが高熱伝導層に沿って横方向に拡散される。そのため、炉心溶融物の直下部から熱伝導抑制層を突き抜けて下方へ向かう熱流束が小さくなり、保持した炉心溶融物（デブリ）直下の溶融物保持部の溶融が防止される。

本発明によれば、保持した炉心溶融物（デブリ）の熱を効率的に外周方向に拡散させることにより、自身の溶融を防止することが可能な炉心溶融物保持装置が提供される。

本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持装置が敷設された原子炉の要部構成の例を断面構造により模式的に示した図である。本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の断面構造の例を模式的に示した図である。本発明の第１の実施形態の変形例１に係る炉心溶融物保持装置の断面構造の例を模式的に示した図である。本発明の第１の実施形態の変形例２に係る炉心溶融物保持装置の断面構造の例を模式的に示した図である。本発明の第２の実施形態に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部の構造の例を模式的に示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。本発明の第２の実施形態に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部の高熱伝導層の表面に形成される凹部および凸部の形状の変形例を示した図であり、（ａ）は、４角形の凹部がアレイ状に配列されて形成された例、（ｂ）は、４角形の凸部がアレイ状に配列されて形成された例である。本発明の第３の実施形態に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部の構造の例を模式的に示した図である。図８は、本発明の第３の実施形態の変形例１に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部の構造の例を模式的に示した図である。図９は、本発明の第３の実施形態の変形例２に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部の構造の例を模式的に示した図である。本発明の第４の実施形態に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部の構造の例を模式的に示した図である。本発明の第４の実施形態の変形例１に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部の構造の例を模式的に示した図である。本発明の第４の実施形態の変形例２に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部の構造の例を模式的に示した図である。本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の断面構造の例を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１が敷設された原子炉の要部構成の例を断面構造により模式的に示した図である。図１に示すように、炉心２１が収納された原子炉圧力容器２は、ペデスタル床３上に敷設された円筒状のペデスタル４の内側の上部に横架され、炉心溶融物保持装置１は、その下方のペデスタル床３上に敷設される。

原子力発電プラントなどにおけるシビアアクシデント時には、炉心溶融などのために炉心溶融物２２が原子炉圧力容器２から漏れ出すことが考えられる。このようなシビアアクシデントに備え、炉心溶融物保持装置１は、原子炉圧力容器２から漏れ出てくる炉心溶融物２２、言い換えれば、原子炉圧力容器２から落下してくる炉心溶融物２２を受け止めて保持し、冷却する。従って、炉心溶融物保持装置１は、ペデスタル４の内側の原子炉圧力容器２の直下部に敷設される。

なお、図１において、炉心溶融物保持装置１上の中央部に描かれているデブリ５は、原子炉圧力容器２から落下し、炉心溶融物保持装置１によって受け止められ、保持されている炉心溶融物２２を表している。従って、デブリ５は、実質的には炉心溶融物２２と同じものであるが、本明細書では、原子炉圧力容器２から漏れ出た炉心溶融物２２をデブリ５という。

＜第１の実施形態＞
図２は、本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１の断面構造の例を模式的に示した図である。図２に示すように、炉心溶融物保持装置１は、デブリ５を保持するデブリ保持部１０とデブリ５の熱を放熱する放熱部１５とにより構成される。

デブリ保持部１０は、炉心溶融物保持装置１の本体部であり、ペデスタル４の内側の原子炉圧力容器２の直下部に敷設される。デブリ保持部１０は、原子炉圧力容器２に対向する面側から順に高熱伝導層１１、熱伝導抑制層１２および第２高熱伝導層１３という３つの層によって構成される。このとき、第２高熱伝導層１３は、ペデスタル床３に接する。なお、デブリ保持部１０は、ペデスタル４の内側のペデスタル床３上全面に亘って敷設されるため、デブリ保持部１０の平面形状は、略円形となる。

ここで、最上層の高熱伝導層１１は、熱導伝率が高い物質によって形成され、デブリ５と直接に接し、デブリ５の熱を主として横方向に導伝する。また、熱伝導抑制層１２は、高熱伝導層１１の熱導伝率よりも低い熱導伝率の物質によって形成され、本実施形態では、デブリ５からの熱の縦方向の導伝を抑制する役割を果たす。また、第２高熱伝導層１３は、高熱伝導層１１と同様の物質によって形成され、デブリ５からの熱を主として横方向に導伝する。

放熱部１５は、ヒートパイプ１６および放熱器１７により構成され、ヒートパイプ１６は、その一端が放熱器１７につながれ、他端がデブリ保持部１０の高熱伝導層１１および第２高熱伝導層１３のそれぞれの外周部の端面に接続される。放熱器１７は、放熱しやすいようにフィン構造になっていることが好ましく、また、熱容量が大きくなるような構造も好ましい。放熱器１７は、ペデスタル４の外側に配設されるが、単純な空冷タイプに限定されず、放熱器１７に流体を流すことで放熱器１７から熱エネルギーを吸収する熱交換機タイプであってもよい。

なお、図２では、放熱部１５は、高熱伝導層１１、第２高熱伝導層１３のそれぞれに対して１つずつしか描かれていないが、実際には、高熱伝導層１１、第２高熱伝導層１３のそれぞれに対して複数個の放熱部１５がデブリ保持部１０の周囲に配設される。

ここで、原子炉圧力容器２（図１参照）の底部形状がお椀形であることを考慮すれば、炉心溶融が進行した場合には、まず、原子炉圧力容器２の最下部近傍に穴があき、その穴から炉心溶融物２２が漏れ出ることが考えられる。従って、炉心溶融物２２は、その穴から漏れ出て、落下し、デブリ保持部１０の中央部に堆積し、デブリ５を形成する。このデブリ５は、その主構成物が高温の二酸化ウラン（ＵＯ_２）であるため、その温度は、摂氏２５００度以上に達する場合もある。

デブリ保持部１０に保持された高温のデブリ５の熱は、図２において矢印付き破線で示されているように、高熱伝導層１１に沿って放熱部１５へ向かって放熱されるとともに、熱伝導抑制層１２および第２高熱伝導層１３を突き抜けてペデスタル床３へ向かっても放熱される。

本実施形態において、デブリ保持部１０の最上層を熱伝導度が高い高熱伝導層１１とし、その直下の層として熱伝導度が低い熱伝導抑制層１２を設けたのは、デブリ５から熱伝導抑制層１２および第２高熱伝導層１３を突き抜けてペデスタル床３へ向かう熱流束を分散させることを意図したものである。

すなわち、図２の模式図では分かりにくいが、実際のデブリ保持部１０は、縦方向のサイズ（厚み）が横方向のサイズに比べ１桁以上小さいので、もし、デブリ保持部１０全体が同質の材料で形成されていた場合には、デブリ５の熱のほとんどは、ペデスタル床３へ向かって流れる。その場合、デブリ５からペデスタル床３へ向かう縦方向の熱流束が過大となり、デブリ５の直下部のデブリ保持部１０が溶融する恐れが生じる。

そこで、本実施形態では、デブリ保持部１０の最上層を熱伝導度が高い高熱伝導層１１とし、さらに、その端部に放熱部１５を設けることで、デブリ５の熱を速やかに横方向へ拡散させる。また、高熱伝導層１１に接する次の層を、熱伝導度が高熱伝導層１１よりも低い熱伝導抑制層１２とすることで、縦方向の熱の流れを抑制する。

なお、縦方向の熱の流れを抑制する効果は、高熱伝導層１１と熱伝導抑制層１２との間で両者の熱伝導度の差が大きいほど大きくなる。また、熱伝導抑制層１２の厚みを大きくすることによっても縦方向の熱の流れを抑制する効果を大きくすることができる。

さらに、本実施形態では、デブリ保持部１０の上部から３番目の層として、第２高熱伝導層１３が設けられている。第２高熱伝導層１３は、ペデスタル床３に接するが、ペデスタル床３は、熱伝導度が低いコンクリート製である。従って、第２高熱伝導層１３もデブリ５からの熱を横方向に拡散させることになる。

よって、本実施形態に係る炉心溶融物保持装置１のデブリ保持部１０においては、デブリ５からペデスタル床３へ向かう縦方向の熱流束が効率よく横方向に分散され、小さくなる。従って、デブリ５からの熱流束がデブリ５の直下部に集中しなくなるので、デブリ５からの熱流束によってデブリ保持部１０自身の一部が溶融するような事態に至るのを防止することができる。

以上のように作用するデブリ保持部１０の高熱伝導層１１は、溶融したデブリ５の落下を受けるため、熱伝導度が高いという特性の他に、耐熱衝撃性が大きい、融点が高いなどの特性が求められる。そこで、本実施形態では、高熱伝導層１１は、１００Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導度を有し、かつ、高融点、高ヤング率の特性を有する金属やセラミックスによって構成されるものとする。ちなみに、これらの特性を有する物質としては、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）などがある。従って、本実施形態では、高熱伝導層１１は、これらの物質から選ばれた一の物質によって形成されるものとする。

また、熱伝導抑制層１２は、熱伝導度が高熱伝導層１１よりも低いという条件の他に、高熱伝導層１１とペデスタル床３との間に挟まれる層であることから、熱膨張率が低いという特性が求められる。そこで、本実施形態では、熱伝導抑制層１２は、１００Ｗ／ｍＫよりも低い熱伝導度を有し、かつ、低熱膨張率の金属またはセラミックスによって形成されるものとする。ちなみに、これらの特性を有する物質としては、例えば、窒化硼素（ＢＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ハフニア（ＨｆＯ_２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ムライト（Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２）およびジルコニア（ＺｒＯ_２）などがある。従って、本実施形態では、熱伝導抑制層１２は、これらの物質から選ばれた一の物質によって形成されるものとする。

前記したように、第２高熱伝導層１３は、高熱伝導層１１と同様に作用するものであるので、高熱伝導層１１と同じ物質または同様の特性を有する物質によって形成されるものとする。

また、放熱部１５のヒートパイプ１６や放熱器１７も、耐熱性や熱伝導性に優れたモリブデン（Ｍｏ）などの金属や窒化アルミ（ＡｌＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）などのセラミックスを用いて形成されるものとする。

以上のように本実施形態に係る炉心溶融物保持装置１のデブリ保持部１０は、セラミックスで構成される。セラミックスは、焼結工程を経て製造されるため、一般に、そのサイズをあまり大きくすることができない。従って、本実施形態でのデブリ保持部１０のように、その直径が１０ｍオーダーのサイズのものは、１枚のセラミックスで製作することができない。従って、デブリ保持部１０の各層、すなわち、高熱伝導層１１、熱伝導抑制層１２、第２高熱伝導層１３は、それぞれの材料で製造された小さなセラミックスのタイル材（板材）またはブロック材が敷き詰められ、積み上げられることにより製作される。

ここで、タイル材またはブロック材を複数階層に敷き詰めるとき、それぞれの階層におけるタイル材またはブロック材同士の境界が互い隣接する階層間で一致しないようにするのが望ましい。タイル材またはブロック材同士の境界は、熱の流れにとって抵抗となるので、そうしたほうが縦方向の熱流束の分散には、効果があると考えられる。

以上、本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１では、デブリ５の熱が効率的に横方向に放熱されるので、デブリ５の熱でその直下のデブリ保持部１０が溶融するような事態に至るのを防止することが可能になる。

また、本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１の構造は、従来の原子炉格納容器の構造をほとんど変更することがなく敷設することができるので、新設はもちろんのこと、既設の原子炉に対しても容易に適用することができる。その場合には、新設または既設の原子力プラントの安全性を高めることができる。

（第１の実施形態の変形例１）
図３は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る炉心溶融物保持装置１ａの断面構造の例を模式的に示した図である。図３に示すように、変形例１に係る炉心溶融物保持装置１ａと第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１とは、ほとんど同じ構造を有しているが、変形例１のデブリ保持部１０ａでは、第１の実施形態のデブリ保持部１０に第２熱伝導抑制層１４が追加されている点で相違している。

第２熱伝導抑制層１４は、熱伝導抑制層１２と同じ物質または同様の特性を有する物質によって形成され、第２高熱伝導層１３とペデスタル床３との間に追加される。そのため、第２熱伝導抑制層１４を追加したことにより、デブリ５からペデスタル床３へ向かう縦方向の熱の流れが抑制される。

従って、デブリ５からペデスタル床３へ向かう熱流束は抑制されて小さくなり、一方、デブリ５の熱は、高熱伝導層１１および第２高熱伝導層１３により効率よく横方向に拡散されるので、この変形例１でも、第１の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。

なお、図３に示した変形例１のデブリ保持部１０ａの断面構造は、高熱伝導層１１と同様の層と熱伝導抑制層１２と同様の層とが交互に配置された４層構造になっているが、同様の層がさらに交互に配置される６層以上の構造であってもよい。その場合にも、第１の実施形態とほぼ同様の効果が得られる。

（第１の実施形態の変形例２）
図４は、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る炉心溶融物保持装置１ｂの断面構造の例を模式的に示した図である。図４に示すように、変形例２に係る炉心溶融物保持装置１ｂと第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１とは、ほとんど同じ構造を有しているが、変形例２のデブリ保持部１０ｂでは、熱伝導抑制層１２が熱伝導抑制Ａ層１２ａおよび熱伝導抑制Ｂ層１２ｂに分けられている点で相違している。

熱伝導抑制Ａ層１２ａおよび熱伝導抑制Ｂ層１２ｂは、当然ながら第１の実施形態における熱伝導抑制層１２と同様の特性を有する物質により形成される。しかしながら、この変形例２では、例えば、高温のデブリ５に近い熱伝導抑制Ａ層１２ａを特性の良い高価な物質で形成し、デブリ５から遠い熱伝導抑制Ｂ層１２ｂを特性では劣るが安価な物質で形成することができる。従って、この変形例２では、第１の実施形態度と同様の効果が得られるとともに、加えて、炉心溶融物保持装置１ｂの材料費が低減されるという効果も得られる。

（その他の変形例）
さらに、炉心溶融物保持装置１の変形例としては、図２に示したデブリ保持部１０の構造から第２高熱伝導層１３およびその第２高熱伝導層１３に接続された放熱部１５を除去したものであってもよい。この場合、第２高熱伝導層１３がないので、横方向への熱の分散が弱くなるが、その分を、例えば、高熱伝導層１１の厚みを大きくすることで補うことができる。従って、この場合も、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部１０ｃの構造の例を模式的に示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。本実施形態におけるデブリ保持部１０ｃは、高熱伝導層１１ｃの表面に凹部１１１および凸部１１２が形成されている点で、第１の実施形態におけるデブリ保持部１０と相違している。この相違点を除けば、第２の実施形態に係る炉心溶融物保持装置は、第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１と同じ構造を有している。この場合、高熱伝導層１１ｃは、その表面に凹部１１１および凸部１１２が形成されてはいるが、第１の実施形態の場合と同様の熱伝導度が高く、耐熱衝撃性が大きく、融点が高い物質で形成される。

また、図５（ａ）、（ｂ）から分かるように、高熱伝導層１１ｃの表面に形成されている凸部１１２を上部から俯瞰すると、その形状はフィン形状をしている。そのため、原子炉圧力容器２の底部から落下したデブリ５がデブリ保持部１０ｃに受け止められたとき、そのデブリ５が高熱伝導層１１ｃと接触する面積は、凹部１１１および凸部１１２がない場合に比べ増加する。従って、デブリ５の熱は、より速やかに高熱伝導層１１ｃに吸収され、拡散される。その場合、高熱伝導層１１ｃに接する直下の層が低熱伝導率の熱伝導抑制層１２であるため、デブリ５の熱は、高熱伝導層１１ｃに沿って横方向に拡散する。その結果、デブリ５からの縦方向の熱流束は、抑制され過大にはならない。

つまり、第２の実施形態に係る炉心溶融物保持装置でも、第１の実施形態の場合と同様に、デブリ５の熱が効率よく横方向に放熱されるので、デブリ５の熱でその直下部のデブリ保持部１０ｃが溶融されるような事態に至るのを防止することができるという効果が得られる。

なお、図５に示した高熱伝導層１１ｃのフィン構造は、縦方向のサイズが異なる２種のタイル材またはブロック材が交互に敷き詰められて構成されている例を表している。

図６は、デブリ保持部１０ｃの高熱伝導層１１ｃの表面に形成される凹部１１１および凸部１１２の形状の変形例を示した図であり、（ａ）は、４角形の凹部１１１がアレイ状に配列されて形成された例、（ｂ）は、４角形の凸部１１２がアレイ状に配列されて形成された例である。

これらの変形例は、いずれも、デブリ５と高熱伝導層１１ｃとの接触面積を増加させることを意図したものであり、接触面積が増加することにより、デブリ５の熱がより速やかに高熱伝導層１１ｃに吸収され、拡散されることは、前記したとおりである。

なお、図６（ａ）での凹部１１１の形状は、４角形であり、また、図６（ｂ）での凸部１１２の形状も４角形である。しかしながら、その形状は、４角形に限定されず、６角形や円形などであってもよく、６角形の場合は、いわゆるハニカム構造になる。さらに追記すれば、凹部１１１および凸部１１２の形状は、デブリ５と高熱伝導層１１ｃとの接触面積が増加するものであれば、どのような形状であってもよく、４角形、６角形、円形など幾何学的な形状に限定されない。

ただし、高熱伝導層１１ｃが複数種の形状のタイル材またはブロック材が敷き詰められて製作された場合の製作コストを考慮すれば、単位となるタイル材またはブロック材の形状の種類は、少ないほうが好ましい。

＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の第３の実施形態に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部１０ｄの構造の例を模式的に示した図である。本実施形態におけるデブリ保持部１０ｄは、表面の中央部が高くなった山型になっている点、すなわち、高熱伝導層１１ｄが中央部で厚く、周辺部に行くほど薄くなっている点で、第１の実施形態におけるデブリ保持部１０と相違している。この場合、高熱伝導層１１ｃは、第１の実施形態の場合と同様の熱伝導度が高く、耐熱衝撃性が大きく、融点が高い物質で形成される。

図７では、薄いタイル材を複数段積み上げることにより中央部が厚く周辺部薄い高熱伝導層１１ｄが形成されている例が示されている。このような高熱伝導層１１ｄが形成されたデブリ保持部１０ｄは、中央部が高くなっているので、その中央部に落下したデブリ５は、重力で周辺に向かって流れていき、分散する。従って、デブリ５の熱は、高熱伝導層１１ｄの周辺にまで広がった広い面積で受け止められるので、高熱伝導層１１ｄにより速やかに効率よく横方向に拡散されることになる。従って、縦方向の熱流束がデブリ保持部１０ｄの中央部に集中することがなくなる。

以上、第３の実施形態によれば、デブリ５の熱が効率よく横方向に分散され放熱されるので、デブリ５の熱でその直下部のデブリ保持部１０ｄが溶融するような事態に至るのを防止することができる。

（第３の実施形態の変形例１）
図８は、本発明の第３の実施形態の変形例１に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部１０ｅの構造の例を模式的に示した図である。本変形例のデブリ保持部１０ｅの構造は、高熱伝導層１１ｅの表面に凹部１１１および凸部１１２が形成されているという表面形状の相違を除けば、第３の実施形態のデブリ保持部１０ｄと同じである。

従って、デブリ保持部１０ｅは、中央部が高い山型形状なので、その中央部に落下したデブリ５が重力で周辺に向かって流れていき、分散することは、第３の実施形態の場合と同じである。ただし、凹部１１１および凸部１１２が存在するので、その分、デブリ５の広がりは小さくなるが、この変形例１でも前記した第３の実施形態と同様の効果が得られる。

（第３の実施形態の変形例２）
図９は、本発明の第３の実施形態の変形例２に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部１０ｆの構造の例を模式的に示した図である。本変形例のデブリ保持部１０ｆの構造は、変形例１のデブリ保持部１０ｅに保護ストッパ１１３を追加したことを除けば、デブリ保持部１０ｅの構造と同じである。

保護ストッパ１１３は、デブリ保持部１０ｆの最外周部でペデスタル４の内壁に接するように設けられた高熱伝導層１１ｆの凸部である。保護ストッパ１１３は、中央部から流れ落ちてきたデブリ５がペデスタル４の内壁に直接に接触して、ペデスタル４の内壁を損傷するのを防止する。従って、本変形例では、ペデスタル４の内壁を保護する効果が得られるほか、変形例１と同様の効果が得られるのは、説明の要はない。

なお、当然ではあるが、保護ストッパ１１３は、図７に示したデブリ保持部１０ｄに追加することもできる。

＜第４の実施形態＞
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部１０ｃａの構造の例を模式的に示した図である。本実施形態におけるデブリ保持部１０ｃａは、第２の実施形態におけるデブリ保持部１０ｃにおいて、その凹部１１１に蓄熱材１１４を充填したものである。

この場合、蓄熱材１１４は、耐熱性を有し、熱容量が大きいものが好ましい。また、蓄熱材１１４は、必ずしもタイル材またはブロック材である必要はなく、凹部１１１に充填可能なものであればよい。ただし、その大きさは、凹部１１１の大きさに対して、デブリ５と接触して高温膨張時の体積を考慮した大きさまたは量にするのが望ましい。

本実施形態では、デブリ５が落下してきたとき、デブリ５の熱のすべてを、すぐさま、高熱伝導層１１ｃを介して放熱部１５（図示省略）へ放熱するのではなく、その一部を蓄熱材１１４に一時的に蓄熱しておき、徐々に高熱伝導層１１ｃへ放熱する。そうすることにより、デブリ５から高熱伝導層１１ｃに沿って流れる横方向の熱流束やペデスタル床３（図示省略）へ向かう縦方向の熱流束を時間的にも分散させ、小さくすることができる。

以上、第４の実施形態によれば、デブリ５の熱が効率よく横方向に分散されて放熱されるだけでなく、時間的にも分散されて放熱されるので、デブリ５の熱でその直下部のデブリ保持部１０ｃａが溶融するような事態に至るのを防止することができる。

（第４の実施形態の変形例１）
図１１は、本発明の第４の実施形態の変形例１に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部１０ｅａの構造の例を模式的に示した図である。本変形例は、第３の実施形態の変形例１に係るデブリ保持部１０ｅにおいて、その凹部１１１に蓄熱材１１４を充填したものである。

（第４の実施形態の変形例２）
図１２は、本発明の第４の実施形態の変形例２に係る炉心溶融物保持装置のデブリ保持部１０ｆａの構造の例を模式的に示した図である。本変形例は、第３の実施形態の変形例２に係るデブリ保持部１０ｆにおいて、その凹部１１１に蓄熱材１１４を充填したものである。

＜第５の実施形態＞
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１ｇの断面構造の例を模式的に示した図である。図１３に示すように、第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１ｇにおいて、デブリ保持部１０は、高熱伝導層１１、熱伝導抑制層１２および第２高熱伝導層１３を含んで構成され、また、放熱部１５ｇは、ヒートパイプ１６、放熱器１７および流水路１８により構成される。

すなわち、第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１ｇは、第２高熱伝導層１３に流水路１８が設けられている点で第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置１（図２参照）と相違している。

流水路１８は、第２高熱伝導層１３を水平方向に貫通するように第２高熱伝導層１３内に埋め込まれたパイプなどによって構成される。そして、流水路１８の一端から流し込まれた冷水は、流水路１８を通過する間に第２高熱伝導層１３の熱を吸熱して、流水路１８の他端から排出される。従って、流水路１８は、第２高熱伝導層１３を効果的に冷却することができる。なお、流水路１８は、第２高熱伝導層１３の中に、通常、複数本設けられる。

また、流水路１８は、パイプを埋め込むものではなく、第２高熱伝導層１３の中に水平方向に形成された複数の貫通孔であってもよい。この場合、複数の貫通孔は、第２高熱伝導層１３の中で、適宜、連通していてもよい。このような流水路１８では、流水が第２高熱伝導層１３に直接に接するので、冷却効果が向上する。

また、流水路１８は、第２高熱伝導層１３の下面に接し、ペデスタル床３との間に設けられたものであってもよい。例えば、ペデスタル床３の上に流水路１８となる多数のパイプが敷き詰められ、その多数のパイプの上にデブリ保持部１０が載せられているようなものであってもよい。

なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を加えることも可能である。

１，１ａ，１ｂ炉心溶融物保持装置
２原子炉格納容器
３ペデスタル床
４ペデスタル
５デブリ（炉心溶融物）
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｃａ，１０ｅａ，
１０ｆａデブリ保持部（炉心溶融物保持部）
１１，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ高熱伝導層
１２熱伝導抑制層
１２ａ熱伝導抑制Ａ層
１２ｂ熱伝導抑制Ｂ層
１３第２高熱伝導層
１４第２熱伝導抑制層
１５放熱部
１６ヒートパイプ
１７放熱器
１８流水路
２１炉心
２２炉心溶融物
１１１凹部
１１２凸部
１１３保護ストッパ
１１４蓄熱材

Claims

炉心溶融事故時に原子炉格納容器から流出する炉心溶融物を保持する炉心溶融物保持部と、前記炉心溶融物保持部に保持された炉心溶融物から伝導される熱を放熱する放熱部と、を備え、
前記炉心溶融物保持部は、複数の層によって構成され、前記原子炉格納容器に対向する面側の第１層目が高熱伝導層で、第２層目が前記高熱伝導層よりも熱伝導度が低い熱伝導抑制層であり、
前記熱伝導抑制層は、窒化硼素（ＢＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ハフニア（ＨｆＯ _２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ _４）、アルミナ（Ａｌ _２Ｏ _３）、ムライト（Ａｌ _２Ｏ _３，ＳｉＯ _２）およびジルコニア（ＺｒＯ _２）のうちのいずれか一の物質で形成されていること
を特徴とする炉心溶融物保持装置。
前記炉心溶融物保持部における前記原子炉格納容器に対向する面側から第３層目が、前記熱伝導抑制層よりも熱伝導度が高い第２高熱伝導層であること
を特徴とする請求項１に記載の炉心溶融物保持装置。
前記熱伝導抑制層は、材質が異なる複数の層によって構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の炉心溶融物保持装置。
前記高熱伝導層および前記熱伝導抑制層は、いずれも、金属またはセラミックスからなる板材またはブロック材が敷き詰められて構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の炉心溶融物保持装置。
炉心溶融事故時に原子炉格納容器から流出する炉心溶融物を保持する炉心溶融物保持部と、前記炉心溶融物保持部に保持された炉心溶融物から伝導される熱を放熱する放熱部と、を備え、
前記炉心溶融物保持部は、複数の層によって構成され、前記原子炉格納容器に対向する面側の第１層目が高熱伝導層で、第２層目が前記高熱伝導層よりも熱伝導度が低い熱伝導抑制層であり、
前記第１層目の高熱伝導層の表面には、複数の凹凸部が形成されており、
前記複数の凹凸部の凹部には、蓄熱材が充填されていること
を特徴とする炉心溶融物保持装置。
前記複数の凹凸部は、フィン状の凸部が複数個配列された形状であること
を特徴とする請求項５に記載の炉心溶融物保持装置。
前記複数の凹凸部は、所定の形状の凹部が複数個配列された形状であること
を特徴とする請求項５に記載の炉心溶融物保持装置。
前記複数の凹凸部は、所定の形状の凸部が複数個配列された形状であること
を特徴とする請求項５に記載の炉心溶融物保持装置。
炉心溶融事故時に原子炉格納容器から流出する炉心溶融物を保持する炉心溶融物保持部と、前記炉心溶融物保持部に保持された炉心溶融物から伝導される熱を放熱する放熱部と、を備え、
前記炉心溶融物保持部は、複数の層によって構成され、前記原子炉格納容器に対向する面側の第１層目が高熱伝導層で、第２層目が前記高熱伝導層よりも熱伝導度が低い熱伝導抑制層であり、
前記第１層目の高熱伝導層は、前記原子炉格納容器に対向する面の中央部で厚く、周辺部へ行くほど薄くなっていること
を特徴とする炉心溶融物保持装置。
前記第１層目の高熱伝導層の外周部には、前記原子炉格納容器を支持するペデスタルの内壁への前記炉心溶融物の接触を防ぐための凸部が形成されていること
を特徴とする請求項９に記載の炉心溶融物保持装置。