JPH06503885A - 原子炉設備、その炉心コンテインメントおよび原子炉設備における非常冷却方法 - Google Patents

原子炉設備、その炉心コンテインメントおよび原子炉設備における非常冷却方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 原子炉設備、その炉心コンテインメント、原子炉設備における非常冷却方法およ び乱流発生用デルタ羽根本発明は、原子炉炉心を備えた原子炉圧力容器と炉心コ ンテインメントとををする特に軽水形原子炉の原子炉設備に関する。
この種の原子炉設備は米国特許第3607630号公報で公知である。この公知 の原子炉設備は更に次の特徴を有している。即ち支持・防護構造物は底範囲と円 周壁とによって原子炉ピットを境界づけ、底範囲および円周壁に対して垂直方向 および横方向に間隔をおいて原子炉ビット内に配置された原子炉圧力容器が支持 ・防護構造物に支持されている。その場合炉心コンテインメントは、原子炉ピッ トの内部および原子炉圧力容器の下側において支持・防護構造物の底範囲に入り 込んだ炉心溶融物に対する冷却液で冷却可能な捕捉容器を有している。この「炉 心キャンチャ」とも呼ばれる捕捉容器は平坦で鍋のような形をし、内側を水冷さ れる。これは比較的高いレベルに配置されている溢水タンクに降水配管を介して 接続されている。仮想炉心溶融事故の際即ち炉心溶融物が捕捉容器内に分散した ときに生ずる湿り蒸気は、放出配管を介してコンテインメントあるいは凝縮装置 (蒸気分離器)の中に放出される。凝縮した冷却水は溢水タンクに戻される。
捕捉容器は、入口側および出口側がそれぞれ共通の分配管ないし集合管に接続さ れている並行した多数の管から成っている。しかしこの公知の捕捉容器の比較的 良好な冷却特性は、特に大出力の原子炉の場合に落下する質量が大きいことによ り捕捉容器の管構造物が変形して冷却チャフルの横断面積が減少されるか閉塞さ れたとき、阻害されるおそれがある。
従って本発明の課題は、比較的大きな原子炉出力および炉心重量においても冷却 チャネルの十分な横断面積および万−炉心溶融物が発生してもその冷却が、冷却 チャネルを規定する構造物が変形力を生ずる質量によって壊されるおそれなしに 保証されるように、捕捉容器が形成され支持されているような冒頭に述べた形式 の原子炉設備を提供することにある。
更に本発明に基づく原子炉設備における従属的な課題あるいは二次的な課題は、 捕捉容器を自然循環原理に基づいて液体で冷却でき、更に非常冷却時において空 冷が少なくとも部分的に特別な切換指令なしに水冷に切り換えられる二重冷却系 統(空冷と水冷)を実現するという前提を有している。他の従属的な課題は、炉 心溶融物が存在する場合に、捕捉容器の底から出る放射線が捕捉容器の上側に存 在する支持・防護構造物の壁部分から有効に遠ざけることにあり、更に別の従属 的な課題は、原子炉圧力容器を包囲する熱絶縁体を捕捉容器および二重冷却系統 から成る系統と一体化することにある。
従来特別な安全対策によって炉心溶融物による事故を排除する提本は行われてい ない、近年において発展した安全哲学は、炉心溶融事故(およびその発生の確率 も著しく減少させること)を考慮することが安全技術上において有利であるとい うことを前提としている0本発明もこれを前提としている1本発明は、理論的に 考えられる炉心溶融事故の望ましくない結果を回避するための特に有効な防護バ リヤを作ろうとするものである。
上述の全般的な課題に関連する他の従属的な課題は次の考察から生ずる。−魁に 軽水形原子炉および特別の場合には加圧水彩原子炉においては、あらゆる仮想事 故において、即ち部分的な炉心溶融事故の開始あるいは炉心の完全な溶融であれ 炉心溶融事故の際も、コンテインメントの完全性が維持されることが望まれる。
かかる事故を抑制するには特に次の条件が課せられる。
a)核反応生成物が多量に炉心溶融物からコンテインメントの中に逃げないよう にしなければならない、核反応生成物はむしろ連続的な冷却水(あるいは別の適 当な冷却媒体)によって、捕捉効果を得るために凝固しなければならない。
b)炉心溶融物が設計条件を上回るような事故発生後生なくとも数日間は格納容 器・支持構造物のコンクリートと相互作用を生しないようにしなければならない 。これはさもなければ水素、水蒸気、非凝縮ガスおよび他の反応生成物を発生す るおそれがあるからである。
C)炉心溶融物の長時間冷却を保証しなければならない、この冷却によって崩壊 熱は低熱源に放出され、長時間にわたって溶融物が凝固され、堅牢な集合状態に 保持できる。
d)多量の炉心溶融物が水浴に落下するか「一度に落ちる」ことによって生ずる 大規模な水蒸気爆発を避けねばならない。
本発明の対象は、原子炉炉心を備えた原子炉圧力容器と炉心コンテインメントと を有する原子炉設備特に軽水形原子炉設備にあり、これは上述の課題を解決する ために次の点で特徴づけられる。即ち、a)支持・防護構造物が原子炉ピットの 底範囲と円周壁によって境界づけられ、底範囲ないし円周範囲に対して垂直間隔 および水平間隔をおいて原子炉ピットの中に配置された原子炉圧力容器が支持・ 防!!構造物に支持され、b)炉心コンテインメントが冷却液で冷却可能な炉心 溶融物用の捕捉容器を有し、この捕捉容器が原子炉ピントの内部に原子炉圧力容 器の下側に、その底壁ないし円周壁が支持・防護構造物の底範囲ないし円周壁に 対して間隔中間室を隔てており且つ特にその円周壁の高さが少なくともほぼ原子 炉炉心の下縁まで延びているように配置され、 C)間隔中間室の中に、捕捉容器を冷却液で外側冷却するための冷却チャネルが 底側および円周側に配置され、底壁の平面範囲に、内側から外側に底壁にわたっ て円周壁まで流れる冷却液に乱流を発生させるための乱流体が配置されている。
請求の範囲第1項記載の発明の有利な実施態様は従属請求の範囲第2項から第1 8項に記載されている。請求の範囲第19項および第21項は特許請求の範囲第 19項における二重冷却系統および請求の範囲第21項記載の溶融物冷却管は別 の関係、例えば炉心溶融物がるつぼによるものではなく伝播により冷却されるよ うな原子炉設備においても重要であるが、請求の範囲第1rlK記載の原子炉設 備の実施態様に関する。なおその伝播による構想については例えばドイツ連邦共 和国特許第2625357号公報を参照されたい。この構想は、万一炉心溶融物 が発生した場合これが原子炉ピットの基礎面よりも大きな面に伝播されることを 特色としている。請求の範囲第2、特許請求の範囲第19項記載の二重冷却系統 の実施態様に関する。
本発明によって得られる利点は特に次の点にある。!IIち捕捉容器が、底側冷 却チャフルおよび円周側冷却チャネル(外側冷却系統)が液体を充填されている 場合に自然循環流を発生するための最低高さが与えられるような高さく少なくと も約3m)ををしていることである。捕捉容器はその底壁だけでなぐ上に高く延 ばされた円周壁でも支持・防護構造物(生体遮WI)のコンクリートを、原子炉 圧力容器あるいは炉心溶融物から出る熱線あるいは放射線に対して防護する。そ の場合原子炉ピットはその内のり幅(内径)およびその深さが、十分大きな間隔 中間室(外側冷却系統の間隙幅)においても捕捉容器が、捕捉容器の本体特に耐 熱性スチール合金から成るるつぼの内側面に防護層および遮蔽コンクリート製の 囲壁を被覆することができ、それにも拘わらず万一の炉心溶融事故の際に十分な 収容容積を用意することができる容積を包囲する大きさに寸法づけられている。
るつぼ本体およびその下側面における(乱流発生用の流れ案内体として形成され ている)乱流体による支持装置は、大きな動的および静的荷重のもとでも十分大 きな冷却チャネル横断面積が維持されるように頑丈に且つ基礎面にわたって分布 された支持容量で簡単に形成される。捕捉容器の外側冷却は、外側冷却系統にお ける大きな貫流断面積、相応した冷却材流量の勢いづけられた自然循環流および 発生した乱流に基づいて、最大の熱負荷においても捕捉容器の外側冷却面におけ る膜沸騰が回避できるように効果的に行われる。
好適には、底側の冷却チャネルは入口チャネル装置を介して、円周側の冷却チャ ネルは出口チャネル装置を介して、支持・防護構造物の外側に設けられ原子炉の 水溜めを形成するかこれに接続されている冷却水貯蔵槽に、捕捉容器が高温であ り冷却チャネルが水で充填されている場合に冷却チャネルを通って自然循環流が 発生されるような昇水高さで接続されている。捕捉容器は支持・防護構造物に懸 架して支持される。この目的のために捕捉容器は原子炉圧力容器の内部に懸架し て支持されている炉心容器のように支持フランジを備えており、捕捉容器はこの 支持フランジによって支持・防護構造物の対応した支持面に支持される。捕捉容 器が支持・防護構造物の底範囲に乱流体(支持体でもある)によって支持される ことが、これによって二重機能(支持および乱流発生)が達成されるので有利で ある。半径方向における支障のない熱膨張を可能にするために、捕捉容器の底壁 はこの支持体に、あるいはこの支持体が支持・防護構造物の底範囲に滑っておよ び又は弾力的に支持される。捕捉容器をるつぼ状に形成し、このためにその底壁 を下向きないし外向きに湾曲することが特に有利であり、その場合底壁は、丸め られた縁範囲を介して円周壁に移行し、円周壁は好適には丸められた縁範囲から 捕捉容器の上縁までゆるく円錐状に先細にされている。捕捉容器の底壁に対して 、これが最も低い中央範囲から平らな円錐状皿の形に縁範囲まで広がっており、 その軸方向・半径方向断面内に位置する断面平面が水平線に対して小さな昇り角 を成して延びていることが合目的である。この緩やかな勾配並びに縁部範囲にお ける丸みは、自然循環原理に基づいて捕捉容器の底壁および円周壁を冷却液特に 水が洗流することを容易にし、これによって効果的な冷却を可能にする。
自然循環原理に基づく捕捉容器の回転対称で均一な冷却に対して、本発明の実施 1!樺において、入口チャネル装置は捕捉容器の底壁の中央範囲において底側冷 却チャネルに入口室を介して開口し、その入口室から底側冷却チャネルが外側に 捕捉容器の縁範囲まで延びており、その縁範囲に、上側に延び出口チャネル装置 に開口する円周側冷却チャネルが接続している。その場合、入口チャネル装置は 好適には支持・防護構造物の底範囲を貫通し、冷却水貯蔵槽を収容する室から捕 捉容器の底範囲の中央範囲まで延びている。相応して出口チャネル装置は支持・ 防護構造物の円周壁を貫通し、円周壁側冷却チャネルの延長部を形成し、冷却水 貯蔵槽の中にその高水位範囲で開口している。
捕捉容器の防護バリヤ機能に対して、捕捉容器の本体が耐熱スチール合金から成 るるつぼによって形成され、るつぼの底および円周壁の内面が、るつぼ材料を溶 融物の作用から保護する防護層で内張すされていること、およびるつぼに対する 第2の保護層として防護層に埋込材貯留物が続いており、その量が、万一の事故 発生時に捕捉容器の中に侵入する予想最大量の炉心溶融物と反応するのに十分な 量であることが有利である。その防護層は好適にはMgO1UO,−ThO□あ るいはそれらを組み合わせた合金から成っている0粒子あるいは粗い粒子の堆積 物の形をしているか遮蔽コンクリートから成る囲壁の形をした埋込材貯留物によ る被覆は、次の作用のために混合物の材料値を意図的に変更する目的を有してい る。
−捕捉容器の中に炉心溶融物が流出した直後に捕捉容器の壁を高温から保護する 。
−埋込材の溶融によってエネルギーを消費する。これにより溶融物の加熱作用を 遅らせて、崩壊熱に対して低い値で冷却できるようにする。
−炉心溶融物を希溶液状にする。
−その熱伝導性を高める。
−その表面積を増大する。
−炉心溶融物から冷却面への熱伝達を改善する。
−水を押しやることによって水葵気爆発を防止する。
−埋込材の公知の特性によって所定の計算基礎を作る。
−混合物の融点および溶融物の温度を低下する。
外側冷却系統において乱流を発生するための流れ案内体としての上述のチャ享ル 体は、本発明の有利な実施態様において、三角形の面を持ったプリズムの形をし たいわゆるデルタ羽根として形成され、それは捕捉容器・底壁に冷却間隙をおい て対向して位置する支持・防護構造物の底範囲に取り付けられる。かかるデルタ 羽根は冷却間隙の中に乱流を発生するために特に効果的である。
従って本発明は、互いに上下に配置され相互に間隔を隔てられた2つのチャネル 壁によって境界づけられ液状冷却材が貫流する冷却チャネルの内部に設けられた 乱流を発生するための三角形のプリズムの形をしたデルタ羽根であって、その冷 却チャネルの上側壁が放出すべき熱によって加熱される第1のチャネル壁であり 、下側壁がその内側面にデルタ羽根を備えた第2のチャネル壁であるようなデル タ羽根も対象としている。デルタ羽根は上述したように上側の加熱板によって加 熱される冷却チャネルの内部に乱流を発生する際に特に有効であり、この乱流は 板上側面における蒸気膜の発生を回避する働きをする。このような対策をとらな い場合には加熱板から冷却水流への熱伝達を決定づける熱伝達係数が望ましくな く減少してしまうおそれがある0発生した乱流によって冷却間隙における自然循 環は、いわゆる臨界伝熱面負荷に対して十分な安全範囲が厳守されるように強め られる。
支持作用にも役立つチャネル体に対する良好な実施態様においては、このチャネ ル体は短管として形成され、この短管がその捕捉容器の底壁側端に、短管範囲で も底壁を洗流する冷却水部分流を発生するためのチャネル切欠きを備えている。
この短管は単純な流れ案内体として形成されるか乱流発生用流れ案内体として形 成される。後者の場合各短管ごとにそれぞれ流れ方向に一致する2つのU字形チ ャネル切欠きが設けられ、それらの境界部が乱流を強化するために角張って形成 されている。
既に上述したように捕捉容器は放射線遮蔽機能をも果たす、これによって生ずる 放射線遮蔽機能は、遮蔽リングが捕捉容器の上側でこれに続いて支持・防護構造 物の円周壁と原子炉圧力容器の外周との間の環状室の中に設置されていることに よって有利に完全にされる。遮蔽リングは特に、円周壁(生体遮蔽)が出口チャ ネルによって貫通されている原子炉炉心の円周範囲において生体遮蔽の機能を負 っている。これによって原子炉炉心から出る放射線は支持・防護構造物の外側の 空間から遠ざけられる。遮蔽リングは好適にはレカコンクリートとも呼ばれる遮 蔽コンクリートから成っている。遮蔽リングは生体遮蔽(支持・防護構造物)の 壁厚に近い壁厚を有し、その高さは特にその壁厚よりも幾分大きい、更に、大き な環状面が空気冷却チャネルに対する流出横断面積として与えられるようにする ために遮蔽リングの上側面を傾斜することが有利である。遮蔽リングは好適には 支持・防護構造物の円周壁に係留されている。これは特にプレストレストコンク リートから成り、その鉄筋は好適には同様にプレストレストコンクリートから成 る支持・防護構造物の鉄筋と統一的な鉄筋系統の形に一体化されている。遮蔽リ ングは局所コンクリートでコンクリート打ちされ、その場合相応した型枠を設け ねばならない。しかし遮蔽リングを予め作られた個々のリングセグメントから組 み合わせて構成できる。後者の場合、遮蔽リングのリングセグメントは好適には 相互に且つ支持・防護FR構造物円周壁にかみ合わされる。
捕捉容器の外側冷却系統が空冷 水冷二重冷却系統として形成され、この冷却系 統が、原子炉設備の通常運転において即ち乾燥外側冷却系統において原子炉圧力 容器ないしこれを包囲する熱絶縁体の外側面を空冷するために使用し、このため に入口チャネル装置が冷却空気源に、出口チャふ小装置が冷却空気貯蔵槽に接続 されていることも特に有利である。
捕捉容器および遮蔽リング並びに二重冷却系統に合わされた熱絶縁体は、オース テナイト製の全体が金属ボックスから組み合わされて構成されている。外側二重 冷却系統に追加的に設けられている他の空冷系統は、捕捉容器の上側に配置され その内周が原子炉圧力容器を間隔を隔てて包囲する熱絶縁体で境界づけられてい る上側冷却室に通風するために使用するとを利である。
本発明の有利な実施!Q様では、捕捉容器はその円周壁の上側半部において少な くとも1本の溶融物冷却管によって貫通され、この溶融物冷却管が多層構造の捕 捉容器においてそのるつぼ壁、防護層、埋込材貯留物および!wA総体を突き抜 けて、その内側端が再溶融閉塞プラグによって密封され、外側から内側に勾配を もって付設され、人口側が冷却液貯蔵槽に接続され、捕捉容器内に炉心溶融物が 存在する場合に再溶融閉塞プラグがその溶融温度に加熱されて溶かされ、炉心溶 融物の表面への冷却液の流れ通路が開けられることにある。この処置はそれによ って炉心溶融物の表面冷却が達成されるので、上述の要件(a)並びに(C)を 満足するために寄与する。そのような表面冷却は、衝撃的に生ぜず連続的に発生 する薫気が存在する間隙および冷却間隙を通って上向きに逃げて、コンテインメ ント壁および追加的に設置された再循環冷却・熱交換器伝熱面において凝縮し、 その凝縮水が再び冷却液貯蔵槽(水溜め)に流入するので、安全上において問題 はない、好適には溶融物冷却管の入口は支持・防護構造物の外側に存在し、冷却 水貯蔵槽に接続され、その際溶融物冷却管は支持・防護構造物の円周壁および外 側冷却系統の間隔中間室を貫通している。
本発明の対象は、請求の範囲第22項に記載したように上述の原子炉設備におい て捕捉容器の外側非常冷却を開始して維持する方法にもあり、これによって設計 ミスの場合に捕捉容器の自然循環冷却を開始する処置を講するという課題が達成 される。
更に本発明の対象は、従属請求の範囲第23項に基づいて、a) 原子炉圧力容 器の下側に、冷却液によって冷却可能な炉心溶融物用の捕捉容器が、その底壁お よび円周壁が原子炉圧力容器を支持し且つ下側および横倒を包囲する支持・防護 構造物の底範囲ないし円周壁に対して間隔中間室を有するように設置され、 b) 間隔中間室の中に、捕捉容器を冷却液で外側冷却するための底側および円 周側の冷却チャネルが配置され、底壁の平面範囲に、内側から外側に向かって底 壁にわたって円周壁に流れる冷却液に乱流を発生するための乱流体が配!されて いる、 ことを特徴とする原子炉炉心を備えた原子炉圧力容器を有する原子炉特に軽氷水 原子炉の炉心コンティンメントにある。
この炉心コンティンメントの実施態様は請求の範囲第24項に記載されている。
以下図面に示した実施例を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は、球状格納容器およびそのコンクリート基礎の下側範囲の断面図で本発 明に基づく原子炉設備およびその炉心コンティンメントを示しており、この図面 から特に原子炉圧力容器、その下側に存在する捕捉容器および冷却水貯蔵槽が理 解できる。
第2図は2つの分割図面2A、2Bで第1図における対象物を第4図の■−■線 に沿った断面図で拡大して詳細に示しており、この図面がら捕捉容器がその外側 冷却系統と共に一層明瞭に理解できる。
第3図は2つの分割図面3A、3Bで第2図における対象物を、第4図の■−■ 断面に対して77.5°だけ回転した■−■線に沿った断面図で示している。
第4図は分割図面2A、2BにおけるIV−IV線に沿った垂直断面図である。
第5図は、捕捉容器の支持体としておよび流れ本内体として使用し、このために 捕捉容器の底壁と支持・防護構造物の底範囲との間に挿入されているチャネル体 を一部斜視図で示しており、その場合冷却間隙に乱流を発生するための補助的な いわゆるデルタ羽根が配置されている。
第6図は第5図におけるチャネル体を一部断面図で示しており、この図面がらば ね弾性的に支持するためのばね要素が理解できる。
第1図に断面図で示されている原子炉建JIRは、球状の鋼製密封外殻3によっ て形成されているコンティンメントとも呼ばれる格納容器l、その球欠状収容部 2.1ををする鉄筋コンクリートa[2、格納容器1の内部に配置された原子炉 設備KA、その設備構成要素と結合配管、電気配線並びに球状の鋼製密封外殻3 によって気密に包囲されている建屋構造物から成っている。鋼製密封外殻3は鉄 筋コンクリート基礎2に結合されている図示してないコンクリート外被によって 間隙をおいて取り囲まれている。コンクリート外被は格納容器1を外部からの攻 撃(奇襲)に対して保護する。格納容器1のコンクリート構造物4はその下側に 向いた凸面状球欠体4.1が凸面状の鋼製密封外殻3およびコンクリート基礎2 の凹面状収容面2.1にぴったり合っている。コンクリート構造物4はその連結 個所(連結個所5.1.5.2参照)において鋼製密封外殻3を気密に貫通する アンカーボルトによって鉄筋コンクリート基′g12に結合されている。
全体を符号6で示した加圧水形式の原子炉圧力容器は、支持・防護構造物7によ って横方向および垂直方向に間隔をおいて取り囲まれている。この支持・防護構 造物7はその底あるいは底範囲7.1と円周範囲7.2と共に格納容器1の内部 におけるコンクリート構造物4の構成部品を形成している。底範囲7.1と円周 壁7゜2によってその内部に原子炉圧力容器6が配置される原子炉ビット8が形 成されている。底範囲7.1には後述する中央入口室33のままされた中央底部 分7.10も属している。垂直軸線2を持つ中空円筒状の原子炉圧力容器6は球 欠状底6.1付きの下部6aと球欠状蓋6.2付きの上部6bを有し、この原子 炉圧力容器6は支持リング構造物9にその下部6aが懸架されている。支持リン グ構造物9は支持・防護構造物7の円周壁7.2の環状凹所の中で浮き上がりお よびねしれを防止して支持されている。原子炉圧力容器6は円形開口の内部で第 1図に示してない下部6aのフランジおよび/又は適当な支持爪で支持リング構 造物9にねしれおよび浮き上がりを防止して支持されている。原子炉炉心1oは 破線で示されている。更に原子炉設備KAの一次回路構成要素のうち蒸気発生器 DEが示されている。この墓気発生器DEは主冷却材配管HLのいわゆる高温系 11を介して原子炉圧力容器6に接続されている。各高温系11(ここでは多ル ープ形である)は高温冷却材を1気発生器DEの一火室12に案内する。−火室 12は蒸気発生器DEの二次室13から管床14および符号15で示したU字形 熱交換器管によって分離されている。更に一火室12は隔壁16によって2つの 半室に分割されている。即ち一次冷却材は高温系11から一火室12の一方の半 室を介して熱交換器管15に到達し、そこでその熱を二次媒体に放出してこれを 蒸発する。その後−次冷却材は一火室12の他方の半室、これに接続されている いわゆる低温系17、この低温系17に配!された一次回路冷却材ポンプ(図示 せず)および低温系17の残り部分を通って原子炉圧力容器6の内部に戻される 。ここではいゎゆるニループ形か用いられており、即ち2基の仄気発生器とそれ ぞれ1&lIの主冷却材・配管組を備えた加圧氷水原子炉が対象となっている。
これは第1図の実施例において、2本の高温系11にそれぞれ1本の低温系17 (1本しか図示せず)が付属されている場合に相当する。しかし第1図において もう1組の配管系を考慮に考慮した場合、あるいは第2図および第3図から分か るように、三ループ形あるいは四ループ形も考えろれる。茎気発生器DEはその 管床範囲において支持り/グ18によってコンクリート構造物4に支持されてい る。
炉心コンテインメン)CCの冷却可能な捕捉容器19は、原子炉ビット8の内部 においてその底壁20が原子炉圧力容器6の下側に配置され、その円周壁21が 底壁20から上向きに延びている。
支持・防護構造物7の垂直に又は図示されているように若干斜め内側に広がって いる円周壁72は、中性子およびガンマ線に対する防護シールドを形成するので 生体遮蔽とも呼ぼれる。これはその内周面が底範囲7.1の内面と同様に鋼ライ ナー22で被覆されている。このライナー22の外側に捕捉容器19に対して垂 直および横方向に間隔をおいて底範囲7.18よび円周範囲7.2が存在し、こ れらは他のコンクリート構造物4に結合されている。このコンクリート構造物4 は室構造に横築され、その場合はぼ回転体としなければならず円周壁7.2(生 体遮蔽)を包囲する室空間23の中に、通常水位P1の冷却水貯蔵槽24の形を した原子炉の水溜めか形成されている。この室空間23の蓋25は鋼製壁26に よって支持されている。隔壁27;よU字形昇水管3oと共に入口チャネル装置 31に対する入口横築物を形成二でいる。王冷却材配管(高温系11)は第1図 には示さない低温系17と同様に円周壁7,2の壁貫通ロア、3を通って導かれ ている。
捕捉容器19は特にその円周壁21が図示されているように少なくともほぼ原子 炉炉心10の下縁まで延びている。その場合、捕捉容器19の底壁2oおよび円 周壁21は支持・防護構造物7の底7.1ないし円周壁7.2に対して間隔中間 室28を有している。この間隔中間室28の内部に捕捉容器19の外側を冷却す るために、底側および円周側冷却チャスル29.l、29.2を備えた容器外側 冷却系統29が設けられている。本発明は第1図から第3図に示した球状コンテ ィンメントに限定されるものではなく、格納容器1のコンクリート構造物4の基 礎2への移行が(第1図の実施例のように)球面を介して行われずに平坦な移行 面を介して行われる円筒状コンティンメントにも採用できる。以下第2図から第 6図について詳細に説明する。これらの図面において第1図と同一部品には同一 符号を付しである。
外側冷却系統29の底側冷却チャネル29.1は入ロチャネル装231を介して 、円周側冷却チャぶル29.2は出口チャフル装置32を介して、支持・防護構 造物7の外側に設けられ原子炉の水溜めを形成するがこれに接続された冷却水貯 蔵槽24にそれぞれ接続されている。この冷却水貯蔵槽24は、捕捉容器19が 高温であり冷却系統29が水で充填されている場合、冷却系統29内の自然循環 流が冷却チャネル29.1.29.2を通って発生されるような昇水高さを有し ている。
入ロチヤ不ル装ff131は捕捉容器19の底壁2oの中央範囲に8いて間隔中 間室28の外側冷却系統29に入口室33を介して開口している。入口室33が ら、乱流体34、底壁20および支持・防護構造物7の底範囲7.1によって境 界づけられた底側冷却チャネル29.1が、捕捉容器19の丸められた縁範囲1 9.1まで外側に延びている。この縁範囲19.1から、上向きに延びる円周側 冷却チャネル29.2が出口チャネル装置32まで延びている。
第2図から第4図により理解できるように、入口チャネル装置31は支持・防護 構造物7の底範囲7.1を貫通している。入口チャネル31aは垂直の短い流入 チャふ山部分31bから1形にあるいは半径方向水平に入口室33まで延びてい る。第2図および第3図の左下側部分において、垂直の人口チャネル部分はポン プ水溜め室31cとして形成されている(ポンプは図示せず)。入口チャネル部 分31bに入口室35が前置接続されている。この入口室35は通常運転におい て冷却水貯蔵槽24の室空間23がら隔壁27によって分離されており、冷却水 の通常水位P1が上昇したとき、詳しくは高水位あるいは最高水位P2に到達し たときだけ、冷却水は昇水管30を介して入口室35および入ロチャネル装!3 1に到達するが、これについては後述する。出口チャネル装置32は支持・防護 構造物7の円周壁7.2を貫通し、円筒側冷却チャネル29.2の延長部を形成 し、冷却水貯Rffi24の中にその上側水位範囲P2で開口している(第1図 にしか示されていない)。
第4図は、出口チャネル装置32の出口チャネル32aが壁7.2の円周にわた って分布されていることを示しており、この場合6つの出口チャネルが示され、 そのうちの4つは直交して配!され、2つの補助出口チャネルは円周壁部分7. 2の第1象限および第3象限に配!されている。
捕捉容器19は、第2図および第3図から(および第1図からも)分かるように るつぼ状に形成され、そのためにその底壁20は下向きないし外側に湾曲されて いる。底壁20は丸められた縁範囲19.1を介して円周壁21に移行している 。
捕捉容器19の本体19aは、特に耐熱性のスチール合金から成るるつぼとして 形成されている。るつぼ19aの底および円周壁の内面は、るつぼ材料を溶融物 の作用から保護する防護殻19bが内張すされている。この防護殻19bは特に Mg02UO工又はThatの合金あるいはその組合せから成っている。るっぽ 19aに対する第2の保護層として防護殻19bに埋込材貯留物19cが続いて いる。これは特に、相互に且つ防護殻19bに囲い壁の形に結合される遮蔽コン クリートブロック36から成っている。囲い壁の形の埋込材貯留物19cは原子 炉圧力容器6の球欠状底6.1に対して、囲い壁の球欠状底側の面を断熱材wl で被覆できる程度に十分大きな間隔を有している。この断熱材Wlは全体を符号 Wで示した原子炉圧力容器6の断熱材の下側断熱部材である。この下側断熱部材 Wlはほぼボ、・トの形をしている。この下側断熱部材W1、遮蔽リング37の 内周面における中央断熱部材W2および遮蔽リング37から原子炉圧力容器6の 蓋体合部38の範囲まで延びている上側断熱部材W3は、原子炉圧力容器6全体 を空気室39が形成されるように十分な間隙をおいて取り囲んでいる。
即ち捕捉容器19は、例えば50mmの厚みを存するるつぼの形をした本体19 aとそのるつぼ本体に内張すされ例えばそのるつぼ本体の3倍の厚みを存する防 護殻19bとを備えたポット状あるいはるつぼ状多層形状物である。防護殻は特 に捕捉容器の中央範囲19.0が、万一炉心溶融物が発生した場合この範囲に最 大の温度負荷が生ずるので、その厚みを増大されている。上述したように防護殻 には、るつぼ輪郭にぴったり合った埋込材貯留物19cおよび相応して合わされ た下側断熱部材W1が続いている。るつぼ19aないし捕捉容器19の円周壁2 1は特に丸められた縁範囲19.1から上縁21.1まで緩やかに円錐状に先細 になって延びている。これによって捕捉容器19ないしるつぼ19aの外周の輪 郭は支持・防護構造物7の円周壁7.2の内周の輪郭に合わされており、間隔中 間室28ないし冷却系統29の円周側冷却チャネル29.2に対して所望の横断 面積が得られる。るつぼ本体19aないし捕捉容器19の底壁部分20は最も深 い中央範囲19.0から縁範囲19.1まで、軸方向・半径方向断面内に位置す る断面が水平線に対して小さな上昇角度αを成している平らな円錐状皿の形に広 がっている。
中央範囲19.0から縁範囲19.1まで存在する底壁20の緩い勾配は、冷却 系統29内において一定の冷却水流を生しさせ、この冷却系統29内では気泡を 全く発生しないか有していない(いわゆる死冷却域が防止される)、むしろこの 緩やかな勾配は自然循環を助成する。従って捕捉容器19の内部において縁範囲 19゜1から中央範囲19.0まで緩やかな勾配が存在するので、万一炉心溶融 物(液状であることが前提)が発生してもこれは常に捕捉容器19の内部の中央 に集まる。
有利な一実施U様によれば、捕捉容器19は支持・防護構造物7の底範囲7.1 に乱流体34によって支持されている。これは必要な場所において、接触支持体 (図示せず)による補助的な支持を拒まない、第5図を参照して後述するように 乱流発生にしか使用しない(支持は行わない)乱流体34dを設けることもでき る。乱流体34は捕捉容器19ないしるつぼ19aの底壁20と底範囲7.1と の間の外側冷却系統29に挿入され、捕捉容器19を底範囲7.1に接触支持す るためおよび冷却液に乱流を発生するために使用される。第2図および第3図に おいて底側冷却チャネル29.1には、流れの案内および乱流の発生に役立つだ けでなく支持にも役立つ乱流体34だけしか示されていない。その作用は中央範 囲19゜0に配置された中央チャネル体34aに対しても当てはまる。これは、 底範囲7゜1に属し入口チャネル31の下側壁4.2のレベルに存在する中央の 富んだ底範囲7.10に接触支持されている。これは入口室33の大きなチャネ ル高さを橋渡ししなければならないので乱流体34よりも長い、乱流体34.3 4aは底側冷却チャネル29.1の内部および入口室33の内部に、第1には支 持・防護構造物7の底範囲7.1への一様な重量伝達が保証され、第2には冷却 流隘路40(第5図参照)が内側から即ち中央入口室33から半径方向外側に縁 範囲19.1までおよびそこから円周側冷却チャネル29.2まで向けて形成さ れるように、配!されている。後者の冷却チャネルは環状チャネルである。冷却 流隘路40は正方向において半径に沿って部ち星形に延びているか、あるいは例 えばインボリュート曲線状に延び、その場合乱流体34.34aは、冷却系統に おいて自然循環流が開始されたとき特に底側冷却チャネル29.1の内部で乱流 を発生する。
第5図および第6図には乱流体34の形状および配置を詳細に示している(これ は乱流体34aに対しても当てはまる)。矢印flは冷却液特に冷却水の流れで あり、破線で示されている。矢印r2は冷却空気の流れであり、実線で示されて いる(第1図から第3図も参照)。冷却チャネル例えば29.l、29.2の中 は、後述するように冷却空気(矢印r2、実線)だけあるいは冷却水(矢印「1 、破線)だけが流れる。原子炉圧力容器6ないし万一炉心溶融物が発生した場合 これから出て捕捉容器19″vfにそのるつぼ19aおよびこのるつぼの底壁2 0を浸透する熱流は、第5図において矢印f3を付され、太い実線で示されてい る。即ち矢印flは冷却系統29における非常冷却水流を象徴的に示している。
第5図は、冷却系統29の一部詳しくは捕捉容器19の底壁部分20およびこれ に冷却間隙alを隔てて対向して位置する支持・防1構造物7のライナー22付 きの底7.1の範囲の概略斜視図である。図示した乱流体34は短管として形成 されている(この実施例は第1図から第3図におけるすべての乱流体34に特に 適している)、この短管は一般的な乱流体34と区別するために符号34rを付 され、後述する乱流を発生するデルタ羽根は符号34dを付されている。短管3 4rはその捕捉容器19の底壁部分20側端にそれぞれチャネル切欠き41を備 えている。特に各短管34rにそれぞれ流れ方向(流れ矢印flの主方向)に一 致している2つのU字形切欠き41が設けられており、その境界部41,1は乱 流を増大するために角張って形成されている。その角部4]、1付きのチャネル 切欠き41によって冷却水部分流filが発生され、この部分流fllは全般に 乱流体34の範囲および特に短管34rの範囲で底壁部分20の冷却面に接触さ せられる。冷却流隘路40の内部および冷却水部分流filの冷却路40aの内 部において、冷却水部分流の緊密な混合が達成されて底壁部分20の下向きの冷 却面20.0における芸気膜の発生が避けられるような大きな乱流を発生するこ とが重要である。そのために三角形平面Fl−F4を備えたプリズム(四面体) の形をしたいわゆるデルタ羽根34dが設けられている。これは少なくとも冷却 面20゜0に冷却間隙a1を隔てて対向して位置する底7.1ないしこの底のラ イナ22に取り付けられている。デルタ羽根34dあるいは全船釣な流れ案内体 は詩にステンレス鋼で作られている。これは溶接によって取り付けられる(符号 42は溶接継目である)ように、その組成がライナー22のスチール合金と同し か顕像している。分り易くするために第5図には2個のデルタ羽根34dしか示 されておらず、その場合らせん状流れ線f12によって、デルタ羽根34dの形 をした流れ案内体がさもなければほぼ層まで流れる流れにどんな影響を与えるか が概略的に示されている。これにより冷却面20.0における膜沸騰に対する安 全範囲を増大する力強い渦流が発生される。
第6図から、捕捉容器19が支持体としても役立つ短管34rを介してばね要素 43を介在してばね弾性的に底7.1に接触支持されていることが分かる。短管 34「はるつぼ19aないし捕捉容器19の底壁20に溶接(溶接継目44)さ れており、短管34rおよびるつぼ19aのスチール合金は、相互に溶接親和性 が与えられるように決められている。
ここでばね要素43として圧縮コイルばねが用いられており、これは下側ばね座 金43aで底部分7.1に接触支持され、別の(図示していない)ばね座金を介 してその上端において短管34rに接触支持されている。圧縮コイルばねの代わ りに皿ばねあるいは重ね皿ばねも利用でき(図示せず)、その場合支持すべき大 きな重量のために圧縮コイルばねあるいは皿ばねは予め張られていると好適であ る。下側ばね座金43aは、鋼ライナー22の接触面に対する摩擦力ができるだ け小さくなるように、その下側面が特に精密加工され即ち平滑にされている。た とえ小さな距離でも滑り運動が可能であることによって、仮想炉心溶融事故にお ける加熱による強制力の発生は避けられる。ばね要素43は、横方間に限られた 範囲でばね弾性的に変位できるばね棒(同様に図示せず)としても形成できる。
第5図に示されているデルタ羽ff134dは、冷却チャネルの内部において乱 流を発生するために図示した実施例の枠内で有利に利用されるだけでなく、冷却 チャネルが液状冷却材によって貫流され互いに上下に開隔をおいて配置された2 つのチャネル壁によって垂直方向に境界づけられ、詳しくは放出すべき熱によっ て加熱される第1のチャネル壁と内側面にデルタ羽根34dを備えた下側の第2 のチャネル壁とによって境界づけられている場所にも随所に利用できる。
第1図、第2図および第3図に戻ると、原理的には捕捉容器19はそのるっぽ1 9aで支持・防護構造物7に懸架することができる。この場合には例えば円周壁 21はもっと上に高く延ばされ、その上端にある支持フランジによって、支持・ 防護構造物7の壁部分7.2の環状凹所の中に挿入されている支持リングに支持 される(この実施例は図示せず)、この実施例の場合にも、乱流体34.34a は少なくとも一部が支持体として、即ち流れ案内体として役立つだけでなく、底 壁20の下側に狭い間隙を8いて落下防止体として配置される。しかし乱流体3 4.34aに捕捉容器19を接触支持する図示の実施例が特に有利である。これ はそれによって円周壁7.2(生体遮蔽)が追加的に荷重されず、むしろコンク リート構造物4および底範囲7.1の非常に大きな平面範囲を介して支持力の伝 達が行われるからである。
捕捉容器19は上述したように特に少なくともほぼ原子炉炉心loの下縁まで到 達しており(第1図参照)、従って冷却系統29を通る冷却液の自然循環にとっ て必要である少なくとも約3mの所要水位も与えられる。これによって捕捉容器 19は球欠状底6.l全体を包囲している。捕捉容器19が図示した高さを育し ている場合、遮蔽リング37(第2図および第4図参照)を設けることが特に有 利である。この遮蔽リング37は捕捉容器19の上側でこれに続いて、支持・防 護構造物7の円周壁7.2と原子炉圧力容器6の外周との間の環状室の中に設! されている。遮蔽リング37は、円周壁7.2(生体遮蔽)が出口チヤ不ル32 で貫通されている炉心lOの範囲において生体遮蔽の機能を負っている(第1図 参照)。
遮蔽リング37は特に遮蔽コンクリートから成っている。この遮蔽コンクリート に対する組成は、カー・エル・ノエミノト博士著の文献[原子炉心のを動エネル ギー、、第■巻、ワルター・デー・グリエータ−・ラント・コンパニ出版社、ヘ ルリン、1960年出版1第701頁の表XXIVに示されているので、ここで はその詳細な説明を省略する。遮蔽リング37は支持・防護構造物7の円周壁7 ゜2に係留されている。このために第4図から分かるように、くさび状止め具4 6が遮蔽リンク37の外周にわたって一様に分布して設けられている。また第3 図に破線で示されているように、遮蔽リング37が固有のくさび状対向面37a でかみ合うくさび状支持面47を円周壁7.2に設けることもできる。遮蔽リン グ37の組立にとって、これが個々のリングセグメント(図示せず)から成って いることが有利である。リングセグメントは相互に且つ支持・防護構造物70円 周壁7.2にかみ合うか(第3図参照)、くさび結合される(第4図参照)、別 の有利な実施形態では、遮蔽リング37は遮蔽フルストレストコンクリートから 成り、その鉄筋力1同様にプレストレストコンクリートから成る支持・防護構造 物7の鉄筋と統一的な鉄筋系統にされていることにある。ががる実施形態に対し て第2図の左部分に破線で鉄筋ケーブル4日が示されている。遮蔽リング37の 内部に、互いにかみ合わされた個々のリングセグメント(図示せず)を円周方向 において一体に結合する別の鉄筋ケーブルが設けられる。
通常運転時の原子炉圧力容器6の熱損失を最小にするために、その熱絶縁体W( 第2図および第3図参照)が大きな意味をもっている。同様にこの熱絶縁体の外 側面を全体を流れ矢印f2で象徴的に示した冷却空気流で洗流することが重要で ある。熱絶縁体Wは原子炉圧力容器6の下部6aに対する熱絶縁部材Wt−W3 、原子炉圧力容器6の上部6bを覆う可動的な(分解可能な)熱絶縁キャップW 4および主冷却材配管HLに対する熱絶縁部材w5がら成っている。下部6aに 対して主に相互に移行する3つの熱絶縁部材、即ち捕捉容器19の埋込層を被覆 して原子炉圧力容器6の球欠状底6.1を取り囲む(a)下側熱絶縁部材w1、 遮蔽リング37の内周を被覆する中央熱絶縁部材w2が設けられている。これに は、遮蔽リングの下側を覆い下側熱絶縁部材w1への結合を行う(b)環状の結 合熱絶縁部材W21、および遮蔽リング37がら原子炉圧力容器6の蓋体合部3 8の範囲まで延び主冷却材接続短管48によって貫通されている上側熱絶縁部材 W3が属している。主冷却材接続短管48並びにこれに続く主冷却材配管HLは 、上述したように別の熱絶縁部材W5によって取り囲まれている。熱絶縁体Wは 特に全体が金属製のボックスで構成されている。これはオーステナイト鋼即ちス テンレス鋼から成っている。密閉熱絶縁外被の形に相互に並べられるこれらの各 ボックスを保持するための軽量構造の保持架台は図示されていない。
捕捉容器19の外側冷却系統29は空冷・水冷の二重冷却系統として形成されて いる。これは原子炉設備KAの通常運転時において即ち乾燥外側冷却系統29に おいて、原子炉圧力容器6を空冷するが、ないしは一般には熱絶縁体Wの外側面 を空冷し、特別な場合には個々の熱絶縁部材Wl−W3とw5を空冷するために 用いられる。この目的のために入口室装置31は少なくとも1つの冷却空気源に 接続されている。これは第2図および第3図に概略的に冷却奇策送風機49とし て示されている。これにはポンプ水溜め室31cの範囲において入口チャネル装 置31に矢印f2のように冷却空気を送る多数の送風機が用いられる。第2図に は互いに重なり合った冷却空気路(実線の流れ矢印r2を参照)と冷却水路(破 線の流れ矢印r1参照)とが示されている。仮想事故の際、冷却系統29におけ る空冷作用は捕捉容器19の水冷作用に後述するように円滑に移行する。出口チ ャスル装置32はコンティンメントの中に開口し、従って冷却系統29がら流出 する冷却空気に対する冷却空気溜めとなり、これは下側熱絶縁部材w1の外側面 を間接的に冷却するために役立つ。
第2図に示す流れ矢印r1、f2に基づく二重冷却系統には、流れ矢印f21〜 f23(第2図および第3図参照)で示されている空冷系統が重畳されている。
流れ矢印[2に基づく第1の空冷系統は全体を符号ZLIで示され、流れ矢印f 21〜f23に基づく別の空冷系統はZL2で示されている。この空冷系統ZL 2に通風するために、支持・防護構造物7の円周壁7.2および遮蔽リング37 を貫通する入口チャネル50は上側冷却空気室45に開口している(第3図参照 )。
これは上側熱絶縁部材W3の外側において原子炉圧力容器6の支持リング構造物 51まで延びており、外側が円周壁7.2の内周面によって境界づけられている 。
上向きに流れる冷却空気は複数の部分流で次の冷却面に沿って案内される。
−上側熱絶縁部分W3の外周面および円周壁7.2の内周面、その場合冷却空気 流f22は入口チャスル50がら出る。後者は2つのチャネル部分、即ち円周壁 7.2を貫通し流れ方向に僅かに昇って延びているチャネル部分50aと、約4 5°の昇り角度で斜め上向きに遮蔽リングを貫通する第2のチャネル部分50b とから成っている。チャネル部分50a、50bないし入口チャネル5゜全体は 囲壁管52によって形成されている(第4図参照)。遮蔽リング37は入口チャ 不ル50の開口範囲に傾斜部37aを備えており、その場合流れ案内板53が入 口チャネル50の開口個所を覆い、冷却空気を図示していない流出開口を介して 冷却空気室45の横断面積にわたって分散して流出させる。
−冷却空気流f21は第1の空冷系統ZLIから出る。これは円周壁7.2の内 周面に山って上向きに案内され、生体遮蔽の円周にわたって分配された冷却空気 のヴエールを形成している。この冷却空気のヴエールは冷却空気室45の上側で 冷却空気流[22と合流され、冷却空気fLf23(第2回も参照)として支持 リングIII造!!!7151の外側面に沿って流れ、特に原子炉圧力容器の支 持ブラケット54を接触支持する支持腕51a2:i′よび支持リング構造物5 1のサポート55に沿って流れる。
−更に第2図に示すように流出環状チャネル7.4を通って流れる(冷却空気流 f23)、この流出環状チャネルは主冷却材配管HLの外周と支持・防護構造物 7の壁貫通ロア、3の内周との間に形成されている。冷却空気はここからコンテ インメントの中にないしは格納容器lの内部に到達し、そこから(図示していな い)排気フィルタ装置に到達する。
空冷系統ZL1.ZL2および水冷用外側冷却系統29の系統には、捕捉容器1 9の中に発生するおそれのある炉心溶融物の表面に対する補助水冷系統を接続す ると好適である。これは少なくとも1本の溶融物冷却管56を有している(第2 図参照)。このために捕捉容器19はその日周壁21の上側半部において少なく とも1本の溶融物冷却管56によって貫通されている。この溶融物冷却管56は 捕捉容器19の図示した多層i造物においてそのるつぼ壁19a、防護層19b 、埋込材貯留物19cおよび下側熱絶縁部材Wlを貫通して突き出している。
この溶融物冷却管56はその内側端が再溶融閉塞プラグ56aによって密封され ている。これは図示されているように外側から内側に向かって僅かな勾配(例え ば20°の傾斜角変)をもって付設され、入口側において冷却水貯蔵槽24(第 1図参照)と同しである冷却液貯蔵タンクに接続されている。捕捉容器19内に 炉心溶融物が発生する場合、再溶融閉塞プラグ56aは溶融温度に加熱される( 溶融温度は室空間39内における温度より高いが、炉心溶融物の溶融温度よりも かなり低く例えば600’Cである)。従って溶けた再溶融閉塞プラグ56aは 仮想炉心溶融物の表面への冷却液の流れ経路を開けるので、この仮想炉心溶融物 は水膜によって上側が補助的に遮蔽および冷却され、その際1発した冷却材特に 水痕気は上向きに空冷用に設けられた冷却チャネルを通って逃げる。/8融物冷 却管56の入口端56.1は円周壁7.2の外側に位置し、第2図の右側部分お よび第1図に示されている特別な昇水管30に接続されるので、水位が上昇する 際に通常の昇水管30を介して冷却水が入口チャネル31および従って冷却系統 29に侵入し、また溶融物冷却管56にも相応して冷却水が供給される。従って 、溶融物冷却管56の入口56.1が支持・防護構造物7の外側に存在し、溶融 物冷却管56が支持・防護構造物7の円周壁7.2並びに外側冷却系統29の間 隔中間室28を貫通している図示した実施形態が特に有利である。
アンカー57はコンクリート構造物4にライナー22および支持・防護構造物7 全体を係留するために役立つ。アンカー57は支持・防護構造物7をコンクリー ト構造物4に、原子炉圧力容器6からその支持リング51(第3図参照)を介し て支持・防護構造物7に与えられるかその逆のあらゆる力およびモーメントを確 実に抑制するような多数の係留個所(2つの係留個所しか図示せず)において結 合している。これらの力およびモーメントは重力のほかに、地震あるいは設計ミ スの際に生ずる浮き上がり力、接線力、傾動モーメントあるいは横方向力である 。捕捉容器19内において版気およびガスが発生する際に生ずる過圧を迅速に消 滅するために、遮蔽リング37に補助的な放圧開口ないし溢流開口(図示せず) を設けると好適である。更に、熱絶縁体WないしW1〜W3をステンレス製の非 常に薄い絶縁・支持容器の外面に取りつけ、この絶縁・支持容器を支持リング5 1の支持@51aに適当な突起あるいは環状フランジによって懸架し固定するこ とが推奨される。このようにして熱絶縁体Wに対しても、詩に地震および事故に 対して安全な保持が保証される。この(図示していない)絶縁・支持容器は蓋に よって閉鎖できる1つあるいは複数の点検開口を備えると有利であり、これによ って絶縁・支持容器の組立は容易に行うことができる。
支持リングないし支持リング構造物51はライナー22に対する締付は要素66 を介してこれに接続され、従って補助的に円周壁72に接続されている。支持リ ング構造物51は、支持腕51aが一体成形され頑丈な支持ブラケットを備えた 十分な数例えば8個の鍛造リングセグメント力・ら溶接結合される(又はボルト 結合される)、格納容器1の!1iil製密封外殻3に対するアンカー(図示せ ず)も設けられている。アンカー5日によって基板59がチャネル底面4.2に 固定されている。これは乱流体34aを有し、ここには別の流れ案内体60が取 り付けられている。
第3図の上部範囲には円周壁7.2のコンクリート構造物と支持リング51との 間のいわゆる天井補償器61が示されている。支持リング51は上向きに対して 上側対向サポート62によって固定され、詳しくは円周壁7.2における環状開 口63の天井63aに対して固定されている。図中において64は支持リング構 造物51における点検開口64aに対する閉塞プラグである。
上述したように本発明によれば、原子炉設備KAにおいて捕捉容器19の外側非 常冷却を開始しこれを維持する方法が実現できる。これは次のような過程で行わ れる(第1図および第2図参照)。
−原子炉設(iiKAの通常運転時には、冷却水貯蔵槽24の冷却水レベルは、 捕捉容器・冷却系統29の入ロチャ不ル装!31に冷却水は到達しないが上述し たように流れ矢印f2に基づいて冷却空気は到達するような低い水位Plに維持 されている。
−以後の経過に対しては、設計を上回るような現象が間近かに迫っているか既に 生していることを仮定している。このような現象は例えば後述するLOCA冷却 材喪失事故)により生ずる。このLOCAの場合、主冷却材配管HLに亀裂ある いはその破断が生しることが予想される。−次回路にそのような漏洩が生しると 、例えばドイツ連邦共和国特許第2357893号公報に記載されているように 、非常冷却水が一次回路圧に関係して作動するアキュムレータから原子炉圧力容 器6の主冷却材配管HLに供給される。これは、逆止弁が一次系統における圧力 降下に応動することによって行われる(通常はアキュムレータ内の圧力は一次系 統内よりも低い)、この圧力降下が漏洩が原因で生しると、逆止弁が開き、アキ ュムレータはその内容物を低温側並びに高温側において玉冷却材配管HLに供給 する。これによって原子炉炉心10は十分な量の非常冷却水を供給される。非常 冷却水は漏洩個所から原子炉の水溜めないし冷却水貯蔵槽24に溢流し、そのた めに水位はゆっくりと上昇する。LOCAのこの非常冷却時において勿論すべて の制御棒は炉心の中に挿入(スクラム)され、即ち原子炉の通常の出力運転は中 止されるが、なお炉心10内には原子炉の定格出力の約5%に相当するいわゆる 崩壊熱が生ずる。非常冷却系統が十分に機能するとき、若干の時間経過後に原子 炉設備の一次回路および二次回路は、亀裂を生したか損傷した王冷却材配管を修 理ができる程度に冷却される。(図示していない)アキュムレータ内に存在する 水量は、冷却水貯蔵槽24の冷却水レベルを(破線で図示の)高水位P2までに 上昇するのに十分である。この高水位P2に達したとき、(隔壁27の円周にわ たって分布して配置されている多数の)昇水管30を通って冷却水か入口室35 の中に搬送され、冷却水はこの入口室から大ロチャ不ル31b、31aを介して 入口室33に流れ、ここから外側冷却系統29に流れる。連通管の原理に基づい て外側冷却系統は冷却水で満たされるが、炉心溶融物による捕捉容器19への熱 作用が存在しないので、自然循環は生しない。昇水管(サイフオンとも呼ばれる )30において水が上昇すると、逆止弁65が開く、水位P2が水位P1にある いはそれよりも低く下がると、逆止弁65が閉しろれるので、サイフオン原理に 基づいて昇水管30を通って冷却水が入口室35に搬送される。外側冷却系統2 9は上述の経過によって予防的に冷却水で満たされる。原子炉圧力容器にその王 冷却材配管HI、を介して非常冷却水を導入する非常冷却系統が成る原因により 故障して、原子炉圧力容器6における水位が下がり始め、最終的に炉心10(第 1図参照)が冷却水でもはや覆われず、補給できずに残りの冷却水が原子炉圧力 容器6から原発してしまうとき、炉心溶融仮想事故が生ずる。この事故に対して は捕捉容器19はその外側冷却系統が上述したように自動的に何等の制御指令な しに対処する。即ち、球欠状底6.1の溶融後にこれを通って捕捉容器19の中 にまず滴下して流れる炉心溶融物は、(これが熱絶縁部材W1を溶融した後)埋 込材貯留物]、 9 cと混合され、捕捉容器19の内部に分散する。熱流はる つぼ19aを加熱し、従って外側冷却チャネル29.1.29.2の中にまだ存 在する冷却水を加熱する。この冷却水柱への熱の導入によって自然循環が生し、 即ち加熱済みの冷却水は流れ矢印fit、:基づいて上向きに上昇し、冷却系統 29から出口チャネル装置32を通って出る。冷却水の一部は気化し、コンテイ ンメントの内部に配置されている再′#1環冷却器あるいはコンテインメント壁 において4を縮する。凝縮液は滴下するか、冷却水溜め24の中に戻り、従って 回路ないし自然循環冷却に対して再び用いられる。若干量の炉心溶融物が捕捉容 器19の中に侵入すると、その放射熱は再溶融閉塞プラグ56aも溶かしてしま うほど大きい。その場合、冷却水は溶融物冷却管56を通って炉心溶融物の表面 まで流れ、これを上からも冷却する。従って炉心溶融物は下からはるつぼ19a を介して、および上からは冷却水膜によって強力に冷却される。これは防護材料 19bが同様に炉心溶融物と化合し、これと−緒に溶融点が特に低い合金を形成 し、7@融物に流動作用が与えられ、これによって炉心溶融物の熱放出およびそ の内部ローリングセル流が促進されるからである。十分な量の冷却水が用いられ るので、数日間にわたる時間経過後において炉心溶融物は凝固される。
凝固後炉心溶融物が完全に冷却されるまでにはなお時間を要するが、この状態に おいて原子炉設備の修復が開始される。そのためには、原子炉設備を汚染除去し 、損傷した原子炉圧力容器6を凝固した炉心溶融物を含む捕捉容器19と一緒に 新しいものと交換する必要がある。
国際調査報告 1++w+aal+aeal ^pplIcm++m 811 Per/DE  91100993国際調査報告 フロントページの続き (72)発明者 アイツク、ユルゲン ドイツ連邦共和国 デー−8520エルランゲン グライウイツツアーシュトラ ーセ19アー (72)発明者 フィッシャー、ウルリツヒドイツ連邦共和国 デー−8521 ハンベルグ キルヒエンシュタイク 13 (72)発明者 デーベル、アンドレアスドイツ連邦共和国 デー−8521シ ュパールドルフ ケ一二ツヒスベルガーシュトラーセ 6 (72)発明者 ヘルマン、シークハルトドイツ連邦共和国 デー−8520エ ルランゲン ホイスリンガーシュトラーセ 31ア(72)発明者 ケーラー、 ウオルフガングドイツ連邦共和国 デー−8501カルヒロイト レツケンホー ファー ハウプトシュトラーセ 22 (72)発明者 コルン、ワルター ドイツ連邦共和国 デー−8522二一デルノドルフ ダクスヴ工−り 4 (72)発明者 ブランク、ヘルマン ドイツ連邦共和国 デー−8555アデルスドルフ フランケシリング 72 (72)発明者 ショルツ、マンフレートドイツ連邦共和国 デー−8520エ ルランゲン ウイーダーリツヒシュトラーセ 19(72)発明者 ワイスホイ プル、ホルストドイツ連邦共和国 デー−8522へルツオーゲン アウラツハ  ドクトルダスラーーシュトラーセ 39

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.原子炉炉心(10)を備えた原子炉圧力容器(6)と炉心コンテイソメント (CC)とを有する原子炉設備特に軽水形原子炉設備において、a)支持・防護 構造物(7)が原子炉ピット(8)の底範囲(7.1)と円周壁(7.2)によ って境界づけられ、底範囲ないし円周範囲(7.1、7.2)に対して垂直間隔 および水平間隔をおいて原子炉ピット(8)の中に配置された原子炉圧力容器( 6)が支持・防護構造物(7)に支持され、b)炉心コンテインメント(CC) が冷却液で冷却可能な炉心溶融物用の捕捉容器(19)を有し、この捕捉容器( 19)が原子炉ピット(8)の内部に原子炉圧力容器(6)の下側に、その底壁 (20)ないし円周壁(21)が支持・防護構造物(7)の底範囲(7.1)な いし円周壁(7.2)に対して間隔中間室(28)を隔てており且つ特にその円 周壁(21)の高さが少なくともほぼ原子炉炉心(10)の下縁まで延びている ように配置され、c)間隔中間室(28)の中に、捕捉容器(19)を冷却液で 外側冷却するための冷却チャネル(29.1、29.2)が底側および円周側に 配置され、底壁(20)の平面範囲に、内側から外側に底壁(20)にわたって 円周壁(21)まで流れる冷却液に乱流を発生させるための乱流体(34、34 a)が配置されている、 ことを特徴とする原子炉設備。 2.底側の冷却チャネル(29.1)が入口チャネル装置(31)を介して、円 周側の冷却チャネル(29.2)が出口チャネル装置(32)を介して、支持・ 防護構造物(7)の外側に設けられ原子炉の水溜めを形成するかこれに接続され ている冷却水貯蔵槽(24)に、捕捉容器(19)が高温であり冷却チャネル( 29.1、29.2)が水で充填されている場合に冷却チャネルを通って自然循 環流が発生されるような昇水高さで接続されていることを特徴とする請求の範囲 第1項記載の原子炉設備。 3.捕捉容器(19)が支持・防護構造物(7)の底範囲(7.1)に乱流体( 34、34a)および/又は特別な支持体によって支持されていることを特徴と する請求の範囲第1項又は第2項記載の原子炉設備。 4.捕捉容器(19)がるつぼ状に形成され、このためにその底壁(20)が下 向きないし外向きに湾曲され、丸められた緑範囲(19.1)を介して円周壁( 21)に移行し、円周壁(21)が丸められた縁範囲(19.1)から捕捉容器 (19)の上縁(21.1)までゆるく円錐状に先細にされていることを特徴と する請求の範囲第1項ないし第3項の1つに記載の原子炉設備。 5.捕捉容器(19)の底壁(20)が最も低い中央範囲(190)から平坦な 円錐状皿の形に縁範囲(19.1)まで広がっており、その軸方向・半径方向断 面内に位置する断面平面が水平線に対して小さな昇り角(α)を成して延びてい ることを特徴とする請求の範囲第4項記載の原子炉設備。 6.入口チャネル装置(31)が捕捉容器(19)の底壁(20)の中央範囲( 19.0)において底側冷却チャネル(29.1)に入口室(33)を介して開 口し、その入口室(33)から底側冷却チャネル(29.1)が外側に捕捉容器 (19)の縁範囲(19.1)まで延びており、その緑範囲(19.1)に、上 側に延び出口チャネル装置(32)に開口する円周側冷却チャネル(29.2) が接続していることを特徴とする請求の範囲第2項記載の原子炉設備。 7.入口チャネル装置(31)が支持・防護構造物(7)の底範囲(7.1)を 貫通し、冷却水貯蔵槽(24)を収容する室(23)から捕捉容器(19)の底 範囲(20)の中央範囲(19.0)まで延び、出口チャネル装置(32)が支 持・防護構造物(7)の円周壁(7.2)を貫通し、円周側冷却チャネル(29 .2)の延長部を形成し、冷却水貯蔵槽(24)の中にその高水位範囲(P2) で開口していることを特徴とする請求の範囲第6項記載の原子炉設備。 8.捕捉容器(19)の本体(19a)が耐熱スチール合金から成るるつぼによ って形成され、るつぼ(19a)の底および円周壁(20、21)の内面が、る つぼ材料を溶融物の作用から保護する防護殻(19b)で内張りされ、るつぼに 対する第2の保護層として防護殻(19b)に埋込材貯留物(19c)が続いて おり、その量が、事故発生の際に捕捉容器(19)の中に侵入する予想最大量の 炉心溶融物と反応するのに十分な量であることを特徴とする請求の範囲第1項な いし第7項の1つに記載の原子炉設備。 9.防護殻(19b)が、MgO、UO2、ThO2あるいはそれらを組み合わ せた合金から成っていることを特徴とする請求の範囲第8項又は第9項記載の原 子炉設備。 10.埋込材貯留物(19c)が遮蔽コンクリートブロック(36)から成る囲 壁として形成されていることを特徴とする請求の範囲第8項又は第9項記載の原 子炉設備。 11.乱流体(34、34a)が三角形の面(F1〜F4)を持ったプリズム形 のいわゆるデルタ羽根(34d)を有し、それが、捕捉容器・底壁(20)に冷 却間隙をおいて対向して位置する支持・防護構造物(7)の底範囲(7.1)に 取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の原子炉設備。 12.乱流体(34、34a)が短管(34r)として形成され、この短管(3 4r)がその捕捉容器(19)の底壁(20)側端に、短管範囲でも底壁(20 )を洗流する冷却水部分流(f11)を発生するためのチャネル切欠き(41) を備えていることを特徴とする請求の範囲第1項又は第3項記載の原子炉設備。 13.各短管(34r)ごとにそれぞれ流れ方向に一致する2つのU字形チャネ ル切欠き(41)が設けられ、それらの境界部が乱流を強化するために角張って (41.1)形成されていることを特徴とする請求の範囲第12項記載の原子炉 設備。 14.捕捉容器(19)の上側でこれに続いて支持・防護構造物(7)の円周壁 (7.2)と原子炉圧力容器(6)の外周との間の環状室(45)の中に設置さ れている遮蔽リング(37)を有していることを特徴とする請求の範囲第1項な いし第13項の1つに記載の原子炉設備。 15.遮蔽リング(37)が支持・防護構造物(7)の円周壁(7.2)に係留 されていることを特徴とする請求の範囲第14項記載の原子炉設備。 16.遮蔽リング(37)がプレストレストコンクリートから成り、その鉄筋が 同様にプレストレストコンクリートから成る支持・防護構造物(7)の鉄筋と統 一的な鉄筋系統の形に一体化されていることを特徴とする請求の範囲第14項又 は第15項記載の原子炉設備。 17.遮蔽リング(37)が個々のリングセグメントから組み合わされて構成さ れ、リングセグメントが相互に且つ支持・防護構造物(7)の円周壁(7.2) にかみ合わされていることを特徴とする請求の範囲第14項ないし第16項の1 つに記載の原子炉設備。 18.原子炉圧力容器(6)の下部(6a)を間隔をおいて包囲する熱絶縁体( W)が設けられ、この熱絶縁体(W)が主に相互に移行する次の3つの熱絶縁部 材(W1〜W3)、即ち、 a)捕捉容器(19)の埋込層(19c)を覆い原子炉圧力容器(6)の球欠状 底(6.1)を包囲する下側熱絶縁部材(W1)、b)遮蔽リング(37)の内 周を被覆する中央熱絶縁部材(W2)、c)遮蔽リング(37)から原子炉圧力 容器(6)の蓋接合部(38)の範囲まで延び主冷却材配管によって貫通されて いる上側熱絶縁部材(W3)、に分割されていることを特徴とする請求の範囲第 14項ないし第17項の1つに記載の原子炉設備。 19.捕捉容器(19)の外側冷却系統(29)が空冷・水冷二重冷却系統とし て形成され、この冷却系統が、原子炉設備(KA)の通常運転において即ち乾燥 外側冷却系統において原子炉圧力容器(6)ないしこれを包囲する熱絶縁体(W )の外側面を空冷するために用いられ、このために入口チャネル装置(31)が 冷却空気源(49)に、出口チャネル装置(32)が冷却空気貯蔵槽に接続され ていることを特徴とすることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第18項の1 つに記載の原子炉設備。 20.外側二重冷却系統(29、ZL1)に加えて、原子炉圧力容器(6)に対 する別の空冷系統(ZL2)が設けられ、この空冷系統(ZL2)に通風するた めに、支持・防護構造物(7)の円周壁(7.2)および遮蔽リング(37)を 貫通する入口チャネル(50)が上側冷却空気室(45)に開口し、この上側冷 却空気室(45)が上側熱絶縁部材(W3)の外側で原子炉圧力容器(6)の支 持リング構造物(51)まで延び、その際上昇して流れる冷却空気が多数の部分 流で次の冷却面、即ち −上側熱絶縁部材(W3)の外周面および支持・防護構造物(7)の円周壁(7 .2)の内周面、 −支持リング構造物(51)の外側面特にその原子炉圧力容器(6)の支持プラ ケット(54)を接触支持する支持腕(51a)およびその固有のサポート(5 5)、 に沿って流れ、主冷却材配管(HL)の外周と支持・防護構造物(7)の壁貫通 口(7.3)の内周との間に形成されている流出環状室(7.4)を通ってコン テインメントないしは排気・フィルタ装置の中に流れることを特徴とする請求の 範囲第19項記載の原子炉設備。 21.捕捉容器(19)がその円周壁(21)の上側半部において少なくとも1 本の溶融物冷却管(56)によって貫通され、この溶融物冷却管(56)が多層 構造の捕捉容器(19)においてそのるつぼ壁(19a)、防護層(19b)、 埋込材貯留物(19c)および熱絶縁体(W1)を突き抜けて、その内側端が可 溶融閉塞プラグ(56a)によって密封され、外側から内側に勾配をもって付設 され、入口側が冷却液貯蔵槽(24)に接続され、捕捉容器(19)内に炉心溶 融物が存在する場合に可溶融閉塞プラグ(56a)がその溶融温度に加熱されて 溶かされ、炉心溶融物の表面への冷却液の流れ通路が開けられることを特徴とす る請求の範囲第1項ないし第20項の1つに記載の原子炉設備。 22.−原子炉設備の通常運転において冷却水貯蔵槽(24)の冷却水レベルが 、捕捉容器・冷却系統(29)の入口チャネル装置(31)に冷却水が到達しな いような低い水位に維持され、 −一次回路に漏洩が生じた際に非常冷却水が一次回路圧に関係して作動するアキ ュムレータから原子炉圧力容器(6)の主冷却材配管(HL)に供給され、この 非常冷却水が漏洩個所および場合によってはそれと並行して別の供給個所を介し て冷却水貯蔵槽(24)に供給され、そのアキュムレータの水量が、冷却水貯蔵 槽(24)の冷却水レベルを高水位(P2)まで上昇するのに十分であり、その 高水位(P2)において冷却水は冷却水貯蔵槽(24)から入口チャネル装置( 31)に到達し、そこから捕捉容器・冷却系統(29)の間隔中間室(28)に 到達し、冷却系統が出口チャネル装置(32)のレベルまで充填でき、従って捕 捉容器(19)が高温であるとき、冷却水貯蔵槽(24)から入口チャネル装置 (31)を介して冷却系統(29)の庭側および円周側の冷却チャネル(29. 1、29.2)への自然循環流およびそこから出口チャネル装置(32)を介し て冷却水貯蔵槽(24)に戻る自然循環流が開始される、ことを特徴とする請求 の範囲第1項ないし第21項の1つに記載の原子炉設備において捕捉容器の外側 非常冷却を開始して維持する方法。 23.a)原子炉圧力容器(6)の下側に、冷却液によって冷却可能な炉心溶融 物用の捕捉容器(19)が、その底壁(20)および円周壁(21)が原子炉圧 力容器(6)を支持し且つ下側および横側を包囲する支持・防護構造物(7)の 底範囲(7.1)ないし円周壁(7.2)に対して間隔中間室(28)を有する ように配置され、 b)間隔中間室(28)の中に、捕捉容器(19)を冷却液で外側冷却するため の底側および円周側の冷却チャネル(29.1、29.2)が配置され、底壁( 20)の平面範囲に、内側から外側に向かって底壁(20)にわたって円周壁( 21)に流れる冷却液に乱流を発生するための乱流体(34、34a、34r) が配置されている、 ことを特徴とする原子炉炉心(10)を備えた原子炉圧力容器(6)を有する原 子炉特に軽水形原子炉の炉心コンテインメント(CC)。 24.底側冷却チャネル(29.1)が入口チャネル装置(31)を介して、円 周側冷却チャネル(292)が出口チャネル装置(32)を介して、支持・防護 構造物(7)の外側に設けられ原子炉の水溜めを形成するかこれに接続されてい る冷却水貯蔵槽(24)に、捕捉容器(19)が高温であり冷却チャネル(29 .1、29.2)が水で充填されている場合にこれらの冷却チャネルを通して自 然循環が行われるような昇水高さで接続されていることを特徴とする請求の範囲 第23項記載の炉心コンテインメント。 25.互いに上下に配置され相互に間隔を隔てられた2つのチャネル壁によって 境界づけられ液状冷却材が貫流する冷却チャネルの内部に設けられた乱流を発生 するための三角形のプリズムの形をしたデルタ羽根であって、その冷却チャネル の上側壁が放出すべき熱によって加熱される第1のチャネル壁であり、下側壁が その内側面にデルタ羽根を備えた第2のチャネル壁であることを特徴とするデル タ羽根。
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