JPH09138292A

JPH09138292A - 原子炉の溶融炉心の回収、冷却装置およびその方法

Info

Publication number: JPH09138292A
Application number: JP8233426A
Authority: JP
Inventors: Nicolas Bonhomme; ニコラス・ボノーム
Original assignee: Fragema
Current assignee: Fragema
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1997-05-27
Also published as: US5689538A; ES2135858T3; EP0762431B1; FR2738661B1; FR2738661A1; DE69603135D1; EP0762431A1; DE69603135T2

Abstract

(57)【要約】【課題】原子炉の炉心冷却機能が喪失するに至る場合
には、溶融炉心が原子炉容器を包含しているコンクリー
ト製ピット内に流れ込んでこれを破壊することが考えら
れる。【解決手段】原子炉の容器（３）の下方に配置された
皮層コレクタ（５）を具備する装置において、該コレク
タ（５）および皮層を冷却するための冷却手段（６）を
設ける。該冷却手段（６）は、水貯留タンク（１１）、
前記冷却手段（６）から除去された流体を収集するため
のタンク（８）および蒸気エジェクタ（１５）を具備す
る水供給および冷却流体除去回路に接続されている。蒸
気エジェクタ（１５）は、収集タンク（８）から発せら
れた冷却流体から蒸気を受け取り、貯留タンク（１１）
から水を吸い取り、その水を皮層コレクタ（５）の冷却
手段（６）内に噴射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、原子炉、特に加
圧水により冷却される原子炉の溶融炉心を回収しかつ冷
却するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加圧水型原子炉は、一般に、炉心を包含
する円筒状の容器を含んでおり、その軸心を垂直にして
前記容器と整列配置される下端部を有する円筒状の原子
炉ピット内に配置される。原子炉炉心は、原子炉の一次
回路内および燃料集合体と接触しながら容器内を循環す
る加圧水により冷却される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】何らかの事故が、原子
炉内において発生し、炉心冷却機能が喪失するに至る場
合には、それにより生ずるきわめて重大な成り行きの観
点から、そのような事態の可能性がきわめて小さくかつ
実際にはゼロであっても、原子炉の安全噴射回路が作動
しない場合を想定しなければならない。その事故の結
果、冷却水がないことにより炉心溶解に至り、穿孔によ
る容器下部ヘッドの破壊および炉心および該炉心を取り
囲んでいる材料の溶融した塊が、原子炉容器を包含して
いるコンクリート製ピット内に流れ込むことになるから
である。溶融塊が燃料および燃料を取り囲んでいる皮層
（ｃｏｒｉｕｍ）と呼ばれる材料に接触すると、その温
度は２５００〜２８００℃にも達し、コンクリート製原
子炉ピットの底部では、冷却されない場合には、ピット
底部が完全に破壊されてしまうことになる。皮層は原子
炉格納容器内のいかだ基礎を貫通し、このいかだ基礎を
破壊するとともに、原子炉敷地の土壌内に存在する地下
水を汚染する。皮層の地下への進行は、該皮層の残留パ
ワーが十分に減衰するまで、止めることができない。

【０００４】容器下部ヘッドが穿孔されかつ皮層が下部
ヘッドを通して落下した場合に、皮層とコンクリート製
原子炉ピット底部とが接触することを防止するように、
容器下部ヘッドの下に配される皮層保持および冷却装置
が提案されている。皮層の凝固および冷却を確実にする
ために、容器の下に配される皮層保持あるいは収集装置
は、水循環式冷却手段を具備している。

【０００５】例えば、仏国特許Ａ公報第９１−１１６５
４号には、皮層を冷却しかつ原子炉の構造を保護するた
めの装置が開示されており、この装置は、原子炉ピット
の底部を被覆し冷却溝を有する金属ベースを具備してい
る。冷却溝には、該溝内に水を供給しかつ該溝内を循環
させられた冷却流体を除去するための回路に接続されて
いる。そのような装置は、皮層が収集される金属ベース
を、該金属収集ベースに皮層が接触するとすぐに急激に
冷却し得る限りにおいて、きわめて効果的である。

【０００６】さらに、この急激な冷却は、少なくとも初
期冷却段階においては、皮層の落下に従って、冷却回路
の外部のエネルギ源を用いることなく得られることが望
ましい。

【０００７】最後に、炉心溶解および容器下部ヘッド穿
孔を検知するための手段に頼ることなく、皮層の落下直
後に自動的に冷却装置を確実に作動させることも望まし
い。実際には、原子炉における主要な事故の間にエネル
ギ源を用いることができなくなる限りにおいては、電源
のような外部エネルギー源に頼ることを避ける限り、完
全に信頼できる冷却装置の動作条件を得ることは不可能
である。同様に、容器の穿孔、および、一般に、容器下
の原子炉ピット底部の上方に配置される収集装置上への
皮層の落下の直後に、全ての場合に、皮層を確実に冷却
するために、原子炉における事故の間に破壊される検出
器に頼ることなく、冷却装置を確実に始動させることが
必要である。

【０００８】したがって、この発明の目的は、溶融炉心
のコレクタを含み、溶融炉心を水の循環により冷却する
手段と、収集装置の該冷却手段に水を供給しかつ前記冷
却手段内を循環させられた冷却水から形成される流体を
除去するための回路とを具備し、前記コレクタの前記冷
却手段の該水供給回路は、なんらの外部エネルギ源の存
在なしに機能させられることができかつ溶融した炉心塊
による炉心溶解あるいは容器下部ヘッドの穿孔を検出す
る手段を用いることなく作動させるられ得るものであ
る、原子炉の溶融炉心を回収しかつ冷却するための装置
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、前記コレクタの冷却手段の水供給回路は、水貯留タ
ンクと、コレクタの冷却手段から取り除いた流体を収集
するためのタンクであって、該流体内に含まれる蒸気お
よび水を分離する手段と、該流体を前記貯留タンク内に
除去するための管路とからなる収集タンクと、該収集タ
ンクに接続された蒸気入口と、前記貯留タンクからの水
を吸い上げるためのパイプに接続された水入口と、前記
コレクタの冷却手段に、供給パイプにより接続された水
出口とを具備する蒸気エジェクタとを具備している。

【００１０】また、この発明は、炉心を包含する原子炉
の容器下部ヘッドの位置より下方に配置されるコレクタ
と、水の循環により前記コレクタを冷却するための冷却
手段と、該コレクタの冷却手段に水を供給し、かつ、前
記冷却手段内を循環させられた冷却水よりなる流体を除
去するための回路とを具備し、溶融炉心がコレクタ内に
回収され、蒸気の少なくとも一部がコレクタの冷却手段
内を循環させられ水と蒸気とからなる冷却流体から分離
され、蒸気エジェクタ内における吸引効果を生成するよ
うに、該蒸気が蒸気エジェクタに送られ、貯留タンクか
ら引き出された水は、蒸気エジェクタを介してコレクタ
の冷却手段内に噴射されることを特徴とする、原子炉の
溶融炉心の回収および冷却のための方法にも関連してい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明を明確に説明するため
に、添付された図面を参照した非制限的な例により、こ
の発明に係る回収、冷却装置および炉心が溶解する段階
に入った原子炉の皮層の冷却方法が記載されている。図
１は、加圧水型原子炉の溶融炉心を回収、冷却するため
の装置を示す概略的な正面図である。図２は、この発明
に係る回収、冷却装置の水供給回路の動作を示す図であ
る。

【００１２】図１は、原子炉容器の内部に配置され該原
子炉容器に保持されかつ支持される燃料集合体よりなる
炉心４を包含した原子炉容器３が配置された原子炉ピッ
ト２を形成する原子炉のコンクリート構造体１の一部を
示している。

【００１３】原子炉の炉心４は、原子炉の動作の間に、
原子炉の一次回路および容器３内を循環する加圧水によ
り冷却される。

【００１４】原子炉容器内において、燃料集合体に接触
している一次冷却水の循環の妨害につながる事故の場合
には、炉心４は、通常は余剰のものである安全冷却シス
テムによって冷却される。

【００１５】全ての安全冷却回路が故障するという全く
起こりそうもないケースでは、炉心４は、もはや取り除
かれることのない熱を発生し、それによって溶融し、原
子炉の内部の溶解につながる。炉心および炉内部の皮層
を構成する溶融した塊は、容器３の下部ヘッド３ａに接
触するようになり、該容器下部ヘッドを突き抜けること
になる。皮層は、それによって、原子炉ピット２の底部
全体に広がる。

【００１６】皮層と原子炉ピットの底部との接触を防止
するために、容器下部ヘッド３ａの下方に配置された炉
心回収・保持手段５を具備する皮層を回収および冷却す
るための装置が使用される。

【００１７】いくつかの形式のコレクタ５は、例えば、
仏国特許出願第ＦＲ−Ａ−９１−１１６５１４号に記載
されているような金属ベースよりなり、原子炉ピットの
底部を覆い、容器３の底部ヘッド３ａと一列に配列され
ている。

【００１８】皮層コレクタ５は、例えば、該コレクタ５
を構成する金属ベースの内側に、冷却水循環溝６を具備
していてもよい。

【００１９】図１に示された、この発明に係る回収・冷
却装置は、冷却手段６に備え付けられたコレクタ５に加
えて、コレクタ５の冷却手段６に冷却水を供給する回路
１０を具備している。この回路１０は、コレクタの溝６
内を循環させられて該コレクタおよび皮層を冷却した冷
却水から形成される冷却流体を取り除きかつ収集する。
収集された冷却流体は、水と、該水をコレクタに接触す
る非常に高温の皮層により加熱することによって形成さ
れた蒸気との混合よりなっている。

【００２０】水の供給および冷却流体の除去回路１０
は、図１の水位７までの多量の冷却水を蓄えた大きな貯
留タンク１１を具備している。

【００２１】収集および冷却回路１０は、さらに、コレ
クタ５の冷却溝６内を循環させられた水により形成され
かつ水と蒸気との混合よりなる流体を収集するためのタ
ンク８を含んでいる。

【００２２】収集タンク８は、全体的に円筒形状で、両
端を半球状の端部によって閉じられた金属製の囲いによ
り構成されている。該収集タンク８の内部は、流体除去
管路９を介してコレクタ５の冷却溝６の出口に接続され
ている。

【００２３】除去管路９が結合している位置より上方
の、収集タンクの中央部分に、タンク８は、コレクタ５
の冷却溝６の出口から発せられる水／蒸気の二相流体内
に含まれている水を保持することを可能とする分離装置
１２を具備している。該分離装置１２は、例えば、グリ
ッドあるいはシケインセパレータよりなっている。

【００２４】冷却流体除去管路１３は、収集タンク８の
内部に、分離装置１２の高さであるいはそれより僅かに
低い高さで開口するように、収集タンク８のケーシング
に接続されている。二相流体除去管路１３は、収集タン
ク８に対して反対端において水貯留タンク１１内に開口
している。

【００２５】較正されたオリフィスを有するダイアフラ
ム１４が、除去管路１３の中間位置に設けられている。

【００２６】この発明に係る回収・冷却装置は、管路１
６が収集タンク８の内部の上部に開口するように管路１
６を介して収集タンク８に接続された蒸気入口を有する
蒸気エジェクタ１５と、貯留タンク１１の水内に沈めら
れた吸引管１７に接続される水入口と、供給パイプ１８
を介して前記コレクタ５の冷却溝６の入口に接続された
水出口開口とをも具備している。加えて、回路が充満さ
れたときに該回路を一掃するためのオーバーフローパイ
プと通気口とを構成する管路２０が、蒸気エジェクタ１
５の出口に接続されている。逆止弁１９が管路２０に設
けられている。蒸気エジェクタ１５の反対側の管路２０
の端部は、貯留タンク１１の内側に水位７の上方に開口
している。

【００２７】供給・除去回路１０は、貯留タンク１１の
水内に沈められ、かつ、逆止弁２２が設けられた充填パ
イプライン２１をも具備している。

【００２８】原子炉が通常動作である場合には、冷却装
置は作動しておらず、充填ライン２１は、水供給回路１
０およびコレクタ５の冷却溝６を満たしており、それに
よって、コレクタおよび皮層の冷却は、皮層がコレクタ
５の表面に接触するようになるとすぐに確実に行われる
ことになる。

【００２９】加えて、ライン２０は、蒸気エジェクタ１
５に到達する何らかのガスあるいは蒸気を除去すること
ができる。

【００３０】炉心溶解および容器の貫通につながる事故
の場合には、コレクタ５上に流れ出した皮層は、コレク
タの冷却溝６内に含まれている水を加熱する。コレクタ
５の冷却溝内の加熱された水は、除去ライン９を通して
熱膨張してタンク８内に流れる。コレクタの冷却溝に供
給するためのパイプ１８の充填は、充填管路２１により
確保され続ける。収集タンク８内の水は、排出ライン１
３を介して貯留タンク１１内に除去される。

【００３１】皮層によるコレクタ５の非常に強烈な加熱
は、冷却溝６内を循環している水の一部を非常に迅速に
加熱することになる。蒸気は、冷却水との混合物とし
て、収集タンク８の内側に到達する。蒸気は、収集タン
ク８の内部を上昇する。分離装置１２は、二相の混合物
内の水と蒸気とを分離し、それによって、収集タンク８
の上部は、エジェクタ１５の蒸気入口に管路１６を介し
て除去される蒸気を受け入れる。蒸気は、エジェクタを
通過し、その後、除去・通気管路２０を介してエジェク
タの出口において除去される。

【００３２】蒸気エジェクタ１５は、自動自己始動型の
ものである。通気ラインを通して除去される蒸気の流量
が十分である場合には、蒸気エジェクタの始動が行われ
る。そのとき、蒸気流量は、貯留タンク１１からの水を
吸込ライン１７を介して吸い込み、かつ、該タンク１１
から吸い取られた水をコレクタ５の冷却溝の入口に接続
された供給パイプ１８内に導入するのに十分である。逆
止弁１９は再度閉鎖され、供給回路１０は、それによっ
て、連続的に動作するように閉じられる。貯留タンク１
１から吸い上げられ、その後、供給パイプ１８を通して
導入された水は、コレクタ５の冷却溝６内を循環し、そ
こで加熱されて、部分的に蒸発させられる。

【００３３】二相混合物は、除去管路９を通して収集タ
ンク８に到達する。二相混合物から分離された蒸気の一
部は、収集タンク８の上部に達し、そして、管路１６を
介して蒸気エジェクタ１５に到達し、該蒸気エジェクタ
の駆動要素を構成する。較正されたオリフィスを有する
ダイアフラム１４を通過する二相混合物は、貯留タンク
１１を水位７まで満たす水内に戻される。タンク１１を
満たす水は、二相の混合物を冷却する。蒸気エジェクタ
１５は、貯留タンク１１から管路１７を介して冷却水を
吸い上げ、該冷却水を供給パイプ１８を通して導入す
る。充填管路２１の弁２２は閉じられ、それによって供
給パイプは、貯留タンク１１から孤立させられる。

【００３４】図２は、蒸気エジェクタ１５の動作特性２
６を示している。蒸気の圧力が上昇すると、該蒸気エジ
ェクタにより供給パイプ１８内に噴射される水の質量流
量は最大値までゆっくりと増加し、その後、蒸気エジェ
クタの入口における液体のキャビテーションのために減
少する。

【００３５】図２は、可変組成の流体の除去に対応する
収集タンク８に接続された排出ライン１３の動作特性２
７，２３，２４，２５をも示している。曲線２７は、蒸
気を含まない水の除去に対応し、曲線２５は、蒸気の除
去に対応し、曲線２３および曲線２４は、水／蒸気の異
なる混合比率の二相混合物に対応している。曲線２３
は、曲線２４によってその除去が表されている二相混合
物よりも、水を多く、蒸気を少なく含んだ二相混合物の
除去に対応している。

【００３６】蒸気エジェクタの動作特性２６と排出ライ
ンの特性２３，２４の動作特性との交点において、第１
および第２の二相混合物の動作のための作動点Ａ，Ｂが
それぞれ決定される。作動点Ａ，Ｂは、可能な定常動作
点に対応しており、作動点Ｂはより高い熱負荷に対応し
ている。

【００３７】定常動作は、圧力の増加が排出量を増加さ
せ、それによって収集タンクの水位を減少させる傾向に
あるため、非常に安定している。コレクタ内の冷却水の
流量が増加すると、圧力が減少して、初期の定常動作点
に戻ることになる。

【００３８】熱負荷の変化は、ガスエジェクタの作動点
を曲線２６上に調整することになる。

【００３９】皮層が崩落するときの熱の供給が蒸気エジ
ェクタを作動させるのに十分でなかった場合には、やは
り、自然対流による冷却および排出ラインの較正された
オリフィスを通した排出が行われる。この循環は、制限
された冷却を保証する。この種の動作は、しかしなが
ら、容器が貫通されるならば、熱の供給は、使用されて
いる蒸気エジェクタを作動させ、すなわち、冷却水の強
制循環を作動させ、かつ、それによりコレクタ５を強力
に冷却させるために、ほぼ確実なものであるので、きわ
めて仮説的である。

【００４０】この発明に係る皮層収集装置は、したがっ
て、皮層が皮層コレクタ上に落下する場合に、外部エネ
ルギの供給なしに、そして、冷却手段の起動を引き起こ
すことなしに、水の循環によって冷却することができる
という利点を有している。装置は、皮層がコレクタ上に
凝固するまで、きわめて効果的に作動する。さらに、コ
レクタの冷却手段の動作は、自己調整されている。

【００４１】水貯留タンク、冷却流体収集タンクおよび
蒸気エジェクタは、原子炉建屋の外側に配置するのが、
一般的に好ましいが、これらの手段を原子炉の安全建屋
内に配置することも可能である。

【００４２】きわめて大きな容積を有する貯留タンクと
損失水頭を有するある種の装置を備えた収集タンク排水
配管とを設けることは可能である。収集タンクからの冷
却流体の排除のための管路における損失水頭を確実にす
る該装置は、冷却流体除去およびコレクタへの冷却水の
供給のための回路の動作を、原子炉内において発生し、
かつ少なくとも炉心の部分的な溶解につながる種々の形
式の自己に適応させることを可能とする。

【００４３】この発明は、上に説明した具体例に限定さ
れるものではない。

【００４４】したがって、冷却溝を有する金属ベースの
他の形態で製造されてもよい。コレクタは、容器下部ヘ
ッドの下に直接配置されていてもよいが、原子炉ピット
のそばに配置された部屋内に配置されていてもよく、こ
の場合には、駆動装置が、皮層をコレクタに向けて指向
させる。貯留タンク、収集タンクおよび蒸気エジェクタ
は、炉心溶解に伴う何らかの偶発的な動作を矯正するた
めに必要な特性を有するように、任意の所望の形態で製
造されてもよい。

【００４５】同様のことが、冷却流体の出口において損
失水頭を導入するための手段を含む収集タンクの排出管
路においても成立する。

【００４６】この発明は、原子炉炉心を包含し、溶解に
際して炉心により穿孔され得る下部ヘッドが、防護する
必要のあるスラブあるいは原子炉ピット底面の上方に配
置されている容器を含む任意の原子炉に適用されるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加圧水型原子炉の溶融炉心を回収、
冷却するための装置を示す概略的な正面図である。

【図２】この発明に係る回収、冷却装置の水供給回路
の動作を示す図である。

【符号の説明】

３ａ下部ヘッド４溶融炉心５コレクタ６冷却手段８収集タンク１０供給および除去回路１１水貯留タンク１２分離手段１３管路１４オリフィス（損失水頭装置）１５蒸気エジェクタ１７パイプ１８供給パイプ１９逆止弁２０オーバフローおよび通気管路２１水供給配管２２逆止弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融炉心（４）のコレクタ（５）を有す
る原子炉の溶融炉心の回収および冷却装置であって、水の循環により溶融炉心を冷却する冷却手段（６）と、
前記コレクタ（５）の前記冷却手段（６）に水を供給し
かつ該冷却手段（６）内を循環させられた冷却水からな
る流体を除去するための回路（１０）とを具備するとと
もに、水の貯留タンク（１１）と、前記コレクタ（５）の冷却手段（６）から除去された流
体を収集するためのタンクであって、該流体内に含まれ
る蒸気と水とを分離するための分離手段（１２）および
前記貯留タンク（１１）内に流体を除去するための管路
（１３）を具備する収集タンク（８）と、前記収集タンク（８）に接続された蒸気入口と、前記貯
留タンク（１１）から水を吸い上げるためのパイプ（１
７）に接続された水入口と、供給パイプ（１８）によっ
て前記コレクタ（５）の冷却手段（６）に接続された水
出口とを有する蒸気エジェクタ（１５）とを具備するこ
とを特徴とする原子炉の溶融炉心の回収および冷却装
置。
【請求項２】前記流体を貯留タンク（１１）内に除去
するための管路（１３）に、損失水頭装置（head-loss
device）が設けられていることを特徴とする請求項１記
載の装置。
【請求項３】前記損失水頭装置（１４）が、較正され
たオリフィスダイアフラムよりなることを特徴とする請
求項２記載の装置。
【請求項４】前記供給および除去回路（１０）が、さ
らに、前記蒸気エジェクタ（１５）の出口部分に接続さ
れたオーバフローおよび通気管路（２０）を具備してい
ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】前記コレクタ（５）の冷却手段（６）の
前記供給パイプ（１８）が、前記水貯留タンク（１１）
に連通されかつ逆止弁（２２）が配置された水供給配管
（２１）に接続されていることを特徴とする請求項１記
載の装置。
【請求項６】逆止弁（１９）が、前記オーバフローお
よび通気管路（２０）に配置されていることを特徴とす
る請求項４記載の装置。
【請求項７】前記皮層コレクタ（５）が、前記コレク
タ（５）の冷却手段を較正する水循環冷却溝（６）が設
けられた金属製ベースよりなることを特徴とする請求項
１から請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】炉心を包含する原子炉の容器（３）の下
部ヘッド（３ａ）の高さの下方に配置されたコレクタ
（５）と、水を循環させることにより該コレクタ（５）
を冷却するための冷却手段（６）と、該コレクタ（５）
の冷却手段（６）に水を供給しかつ該冷却手段（６）内
を循環させられた冷却水からなる流体を除去するための
回路（１０）とを具備する原子炉の溶融炉心（４）の回
収および冷却方法であって、前記溶融炉心（４）がコレクタ（５）に回収され、前記コレクタ（５）の冷却手段（６）内を循環させられ
て、水と蒸気とで構成された冷却流体から少なくとも蒸
気の一部が分離され、該冷却流体の残りの部分が供給回路の水貯留タンク（１
１）内に送られ、前記蒸気が、蒸気エジェクタ（１５）において吸引効果
を生じさせるように、該蒸気エジェクタ（１５）に送ら
れ、水が前記貯留タンク（１１）から引き出され、そして、該貯留タンク（１１）から引き出された水が、
前記蒸気エジェクタ（１５）を介して前記コレクタの冷
却手段（６）内に噴射されることを特徴とする原子炉の
溶融炉心の回収および冷却方法。
【請求項９】前記コレクタ（５）内に溶融炉心（４）
を収集する前に、前記供給回路が、前記貯留タンク（１
１）から前記供給回路内に水を供給しかつ該供給回路内
に包含されている気体あるいは蒸気を該供給回路（１
０）に接続された除去および通気管路（２０）を介して
除去することにより完全に充填されることを特徴とする
請求項８記載の方法。
【請求項１０】前記冷却流体の残りの部分の前記水貯
留タンク（１１）内への除去において損失水頭が生じさ
せられることを特徴とする請求項８または請求項９記載
の方法。