溶融物の捕集装置
【課題】溶融物の捕集装置において、原子炉から落下する溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図る。
【解決手段】加圧水型原子炉１２の下方にキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板９３を設け、この傾斜板９３に所定の間隔で複数の球面凹部９４を千鳥状に形成する。
【解決手段】加圧水型原子炉１２の下方にキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板９３を設け、この傾斜板９３に所定の間隔で複数の球面凹部９４を千鳥状に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントで苛酷事故が発生した場合に、炉心から落下する溶融物を早期に冷却する溶融物の捕集装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントの一つとして、加圧水型原子炉があり、この加圧水型原子炉では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電している。
【０００３】
このような加圧水型原子炉にて、原子炉格納容器は、岩盤等の堅固な地盤上に立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメントが区画されている。そして、このコンパートメントを画成する筒形状をなすコンクリート構造物により、中心部に原子炉容器が垂下して支持され、その下方にキャビティが画成されている。この原子炉にて、原子炉容器内には、複数の燃料棒の間に所定数の制御棒が挿入されて格子状に配列された燃料集合体が所定数格納されている。
【０００４】
このように構成された原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）または過渡事象（トランジェント）が発生した場合、緊急炉心冷却装置が作動し、原子炉容器の内部の炉心を冷却することで発生する熱を十分に除去するようにしている。ところが、この緊急炉心冷却装置が故障すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させ、下部を貫通してキャビティへ落下する。一般的には、このような事故に備えて、炉心の溶融物が原子炉容器より流出したときに、流出した溶融物をキャビティにて受け止め、冷却水により冷却して安全性を確保している。
【０００５】
このような技術として、例えば、特許文献１、２に記載されたものがある。この特許文献１に記載された炉心溶融物用捕集貯蔵所では、炉心溶融物の入口に対して炉心溶融物の補集区域を形成する底凹部を有する貯蔵所を設け、分離ウェブを各底凹部の間に設けている。また、特許文献２に記載された原子炉格納容器では、加圧水型原子炉の下方に非常時に冷却水を供給可能なキャビティを設け、このキャビティに加圧水型原子炉からの溶融物を拡散する傾斜板を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１１７９５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の原子炉格納容器では、落下した溶融物をこのキャビティで一時冷却し、その後に取り出す必要がある。そして、溶融物を効率的に冷却するために、この溶融物を複数の小堆積物に分離し、所定の間隔をあけて保持して冷却することが望ましい。上述した従来の装置では、溶融物を早期に複数の小体積物に分離し、所定の間隔をあけて保持することで、この溶融物を効率的に冷却することが困難である。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、原子炉から落下する溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図る溶融物の捕集装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の溶融物の捕集装置は、原子炉の下方のキャビティに設けられる溶融物の捕集装置であって、前記キャビティにおける前記原子炉の下方に位置して前記原子炉から落下する溶融物を拡散する傾斜面と、前記傾斜面に所定の間隔で千鳥状に形成される複数の球面凹部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、非常時に、原子炉が破損して溶融物がキャビティに落下すると、この溶融物は傾斜面で受け止められて拡散され、この傾斜面に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部に捕集されることとなり、原子炉から落下する溶融物を小体積物に分離し、この溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【００１１】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記キャビティは、前記原子炉の下方に設けられる溶融物の受け止め領域と、該受け止め領域に隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域を有し、前記傾斜面は、前記受け止め領域から前記捕集領域に移行する第１の方向に向かって下方へ傾斜し、前記複数の球面凹部は、少なくとも前記捕集領域に設けられることを特徴としている。
【００１２】
従って、原子炉からの溶融物は、傾斜面で受け止められて受け止め領域から捕集領域に移動することで拡散され、捕集領域にある複数の球面凹部に捕集されることとなり、原子炉から離間した捕集領域で溶融物を小体積物に分離することで、この溶融物を早期に冷却することができる。
【００１３】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記受け止め領域と前記捕集領域は、前記受け止め領域及び前記捕集領域の通路面積より狭い連通路を通して連通されることを特徴としている。
【００１４】
従って、原子炉からの溶融物は、受け止め領域に落下し、通路面積より狭い連通路を通って捕集領域に移動して複数の球面凹部に捕集されることとなり、溶融物をこの複数の球面凹部に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００１５】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記連通路または前記捕集領域は、前記第１の方向に向かって拡幅されることを特徴としている。
【００１６】
従って、原子炉からの溶融物は、受け止め領域から連通路または捕集領域を移動する間に幅方向に広がることとなり、この溶融物を複数の球面凹部に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００１７】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記傾斜面は、前記連通路から離間する前記第１の方向に向かって下方へ傾斜すると共に、前記第１の方向に交差する第２の方向に向かって下方へ傾斜することを特徴としている。
【００１８】
従って、原子炉からの溶融物は、傾斜面で受け止められ、受け止め領域から捕集領域に移動すると共に捕集領域を幅方向に移動することで広く拡散されることとなり、この溶融物を複数の球面凹部に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００１９】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記キャビティに対して冷却水を供給可能な冷却水供給装置が設けられることを特徴としている。
【００２０】
従って、複数の球面凹部に捕集された小体積物となった溶融物は、冷却水により効率良く冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００２１】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記傾斜面は、下方に空間部が設けられ、前記冷却水供給装置は、前記空間部に対して冷却水を供給可能であることを特徴としている。
【００２２】
従って、複数の球面凹部に捕集された小体積物となった溶融物は、上方だけでなく下方からも冷却水により冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の溶融物の捕集装置によれば、原子炉から落下する溶融物を拡散する傾斜面を設け、この傾斜面に複数の球面凹部を所定の間隔で千鳥状に形成するので、原子炉から落下する溶融物を小体積物に分離し、この溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す概略平面図である。
【図３】図３は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す図２のIII−III断面図である。
【図４】図４は、実施例１の原子炉格納容器が適用される原子力発電プラントを表す概略構成図である。
【図５】図５は、加圧水型原子炉の原子炉構造を表す断面図である。
【図６】図６は、実施例１の原子炉格納容器の概略構成図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【図８】図８は、実施例２の溶融物の捕集装置を表す概略平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施例３に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例４に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る溶融物の捕集装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図、図２は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す概略平面図、図３は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す図２のIII−III断面図、図４は、実施例１の原子炉格納容器が適用される原子力発電プラントを表す概略構成図、図５は、加圧水型原子炉の原子炉構造を表す断面図、図６は、実施例１の原子炉格納容器の概略構成図である。
【００２７】
実施例１の原子力発電プラントに適用された原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。
【００２８】
即ち、この加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図４に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１７が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。
【００２９】
蒸気発生器１３は、原子炉格納容器１１の外部に設けられたタービン１８及び復水器１９と冷却水配管２０，２１を介して連結されており、冷却水配管２１に給水ポンプ２２が設けられている。また、タービン１８には発電機２３が接続され、復水器１９には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２４及び排水管２５が連結されている。従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管２０を通してタービン１８に送られ、この蒸気によりタービン１８を駆動して発電機２３により発電を行う。タービン１８を駆動した蒸気は、復水器１９で冷却された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に戻される。
【００３０】
また、加圧水型原子炉１２において、図５に示すように、原子炉容器４１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体４２とその上部に装着される原子炉容器蓋（上鏡）４３により構成されており、この原子炉容器本体４２に対して原子炉容器蓋４３が複数のスタッドボルト４４及びナット４５により開閉可能に固定されている。
【００３１】
この原子炉容器本体４２は、原子炉容器蓋４３を取り外すことで上部が開口可能であり、下部が球面状をなす下鏡４６により閉塞された円筒形状をなしている。そして、原子炉容器本体４２は、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を供給する入口ノズル（入口管台）４７と、軽水を排出する出口ノズル（出口管台）４８が形成されている。また、原子炉容器本体４２は、この入口ノズル４７及び出口ノズル４８とは別に、図示しない注水ノズル（注水管台）が形成されている。
【００３２】
原子炉容器本体４２は、内部にて、入口ノズル４７及び出口ノズル４８より上方に上部炉心支持板４９が固定される一方、下方の下鏡４６の近傍に位置して下部炉心支持板５０が固定されている。この上部炉心支持板４９及び下部炉心支持板５０は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板４９は、複数の炉心支持ロッド５１を介して下方に図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板５２が連結されている。
【００３３】
原子炉容器本体４２は、内部に円筒形状をなす炉心槽５３が内壁面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽５３は、上部に上部炉心板５２が連結され、下部に円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板５４が連結されている。そして、この下部炉心板５４は、下部炉心支持板５０に支持されている。
【００３４】
炉心５５は、上部炉心板５２と炉心槽５３と下部炉心板５４により形成されており、この炉心５５は、内部に多数の燃料集合体５６が配置されている。この燃料集合体５６は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。また、炉心５５は、内部に多数の制御棒５７が配置されている。この多数の制御棒５７は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ５８となり、燃料集合体５６内に挿入可能となっている。上部炉心支持板４９は、この上部炉心支持板４９を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管５９が固定されており、各制御棒クラスタ案内管５９は、下端部が燃料集合体５６内の制御棒クラスタ５８まで延出されている。
【００３５】
原子炉容器４１を構成する原子炉容器蓋４３は、上部に磁気式ジャッキの制御棒駆動装置６０が設けられており、原子炉容器蓋４３と一体をなすハウジング６１内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管５９は、上端部が制御棒駆動装置６０まで延出され、この制御棒駆動装置６０から延出されて制御棒クラスタ駆動軸６２が、制御棒クラスタ案内管５９内を通って燃料集合体５６まで延出され、制御棒クラスタ５８を把持可能となっている。
【００３６】
この制御棒駆動装置６０は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ５８に連結されると共に、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸６２を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。
【００３７】
また、原子炉容器本体４２は、下鏡４６を貫通する多数の計装管台６３が設けられ、この各計装管台６３は、炉内側の上端部に炉内計装案内管６４が固定される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブ６５が連結されている。各炉内計装案内管６４は、上端部が下部炉心支持板５０に連結されており、振動を抑制するための上下の連接板６６，６７が取り付けられている。シンブルチューブ６８は、中性子束を計測可能な中性子束検出器（図示略）が装着されており、コンジットチューブ６５から計装管台６３及び炉内計装案内管６４を通り、下部炉心板５４を貫通して燃料集合体５６まで挿入可能となっている。
【００３８】
従って、制御棒駆動装置６０により制御棒クラスタ駆動軸６２を移動して燃料集合体５６に制御棒５７を挿入することで、炉心５５内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器４１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル４８から排出され、上述したように、蒸気発生器１３に送られる。即ち、燃料集合体５６を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくすると共に、発生した熱を奪って冷却する。また、制御棒５７を燃料集合体５６に挿入することで、炉心５５内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときに炉心５５に急速に挿入される。
【００３９】
また、原子炉容器４１は、炉心５５に対して、その上方に出口ノズル４８に連通する上部プレナム６９が形成されると共に、下方に下部プレナム７０が形成されている。そして、原子炉容器４１と炉心槽５３との間に入口ノズル４７及び下部プレナム７０に連通するダウンカマー部７１が形成されている。従って、軽水は、入口ノズル４７から原子炉容器本体４２内に流入し、ダウンカマー部７１を下向きに流れ落ちて下部プレナム７０に至り、この下部プレナム７０の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板５０及び下部炉心板５４を通過した後、炉心５５に流入する。この炉心５５に流入した軽水は、炉心５５を構成する燃料集合体５６から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体５６を冷却する一方、高温となって上部炉心板５２を通過して上部プレナム６９まで上昇し、出口ノズル４８を通って排出される。
【００４０】
上述した原子力発電プラントの原子炉格納容器１１は、図６に示すように、岩盤等の堅固な地盤８１上に外部と圧力境界を形成する鋼板ライナ８２を介して立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメント、例えば、上部コンパートメント８３及び蒸気発生器ループ室８４が区画されている。原子炉格納容器１１内の中央部に、蒸気発生器ループ室８４を画成する筒形状をなすコンクリート構造物８５が形成されており、このコンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２（原子炉容器４１）が垂下して支持されている。そして、蒸気発生器ループ室８４には蒸気発生器１３が配置され、冷却水配管１４，１５により連結されている。
【００４１】
また、原子炉格納容器１１内には、コンクリート構造物８５により原子炉容器４１の下方に位置してキャビティ８６が画成されており、このキャビティ８６は、ドレンライン８７を介して蒸気発生器ループ室８４に連通している。そして、原子炉格納容器１１には、燃料取替用水ピット８８が設けられ、非常時にこの燃料取替用水ピット８８の冷却水を加圧水型原子炉１２に供給して冷却する原子炉冷却経路（冷却水供給装置）８９と、冷却水を原子炉格納容器１１に散布して冷却する原子炉格納容器冷却経路（冷却水供給装置）９０が設けられている。そして、原子炉格納容器１１に散布された冷却水は、蒸気発生器ループ室８４からドレンライン８７を介してキャビティ８６に貯留される。
【００４２】
なお、図示しないが、原子炉格納容器１１には、キャビティ８６に冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられ、この外部注入経路は、基端部が原子炉格納容器１１の外部に設置される消火水などの外部供給設備に連結される一方、先端部がキャビティ８６に連通している。
【００４３】
このように構成された原子炉格納容器１１にて、本実施例では、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置９１が設けられている。
【００４４】
原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）などが発生した場合、緊急炉心冷却装置が作動し、加圧水型原子炉１２を含む原子炉冷却設備内に冷却水が供給されて炉心を冷却、発生する熱を十分に除去する。ところが、この緊急炉心冷却装置が故障すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させ、下部を貫通してキャビティ８６へ落下する。このとき、キャビティ８６には冷却水が供給可能となっており、このキャビティ８６に落下した溶融物は、冷却水により冷却される。しかし、キャビティ８６に落下した溶融物は、冷却水との相互作用によって細粒化または塊状に固化するものの、固体となったデブリが山状に堆積した場合、特に、内部を十分に冷却することが困難となる。
【００４５】
本実施例の捕集装置９１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００４６】
この捕集装置９１において、図１から図３に示すように、キャビティ８６は、コンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向の一方側に延出した横穴形状をなし、基端部が加圧水型原子炉１２の下方に位置し、先端部側が加圧水型原子炉１２の下方から離間している。この場合、キャビティ８６は、先端部側の上部がドレンライン８７を介して蒸気発生器ループ室８４（図６参照）に連通している。
【００４７】
このキャビティ８６にて、鋼製ライナ８２の上部には、これを保護するための保護コンクリート８５ａが設けられており、この保護コンクリート８５ａの上面に捕集装置９１が配置されている。即ち、キャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方に設けられる溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを有しており、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂとは、連通路９２を通して連通されている。この連通路９２は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂの通路面積より狭い通路面積となっている。
【００４８】
保護コンクリート８５ａは、上面が傾斜面８５ｂとなっており、捕集装置９１を構成する加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜面としての傾斜板９３が、この保護コンクリート８５ａの傾斜面８５ｂに固定されている。この傾斜板９３は、受け止め領域８６ａから連通路９２を通して捕集領域８６ｂまで延設されている。そして、傾斜板９３は、上面（傾斜面）が、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに向かう第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜している。
【００４９】
また、傾斜板９３は、捕集領域８６ｂにて、上面（傾斜面）に所定の間隔で千鳥状に配列される複数の球面凹部９４が形成されている。この各球面凹部９４は、隣接するもの同士が等間隔で配置されており、キャビティ８６に壁面に接触して形成されている。
【００５０】
この場合、捕集領域８６ｂは、連通路９２からその通路幅が第１の方向Ａに向かって拡幅している。また、傾斜板９３は、連通路９２から第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜すると共に、この第１の方向Ａに交差（直交）する第２の方向Ｂに向かって下方へ傾斜している。
【００５１】
従って、事故発生時には、図６に示すように、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット８８に貯留されている冷却水を原子炉格納容器冷却経路９０を通して送り、多数の噴射ノズルから原子炉格納容器１１内に向けて冷却水を散布する。すると、この冷却水は、原子炉格納容器１１内で発生した大量の蒸気に対して散布されることとなり、ここで、大量のエネルギを奪い取り、原子炉格納容器１１の内部を冷却してから高温となって落下し、蒸気発生器ループ室８４からドレンライン８７を通ってキャビティ８６に貯留される。原子炉格納容器１１内に放出されたエネルギを散布された冷却水により奪い取り、原子炉格納容器１１の健全性を維持することができる。
【００５２】
また、事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット８８に貯留されている冷却水を原子炉冷却経路８９から加圧水型原子炉１２に送る。すると、この冷却水は、加圧水型原子炉１２内の炉心で発生した炉心の崩壊熱を奪い取り、一部は蒸気となって原子炉格納容器１１の雰囲気へ放出され、残りは高温の水となって外部に流出し、蒸気発生器ループ室８４からドレンライン８７を通ってキャビティ８６に貯留される。
【００５３】
ところで、上述した緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器４１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器４１を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。また、原子炉格納容器１１には、キャビティ８６に直接冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられており、この外部注入経路を用いて冷却水をキャビティ８６に供給することができる。従って、緊急炉心冷却装置が故障しても、キャビティ８６を冷却水で冠水することができる。
【００５４】
そして、捕集装置９１にて、図１から図３に示すように、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける傾斜板９３の上面部に落下する。この落下中、キャビティ８６に貯留されている冷却水との相互作用により細粒化したデブリが傾斜板９３上に落下し、デブリベッドを形成する。このデブリベッドは、傾斜板９３の傾斜によりキャビティ８６内を移動しながら拡散される。
【００５５】
即ち、受け止め領域８６ａにおける傾斜板９３上に落下した溶融物は、連通路９２を通って捕集領域８６ｂに移動する。ここで、捕集領域８６ｂにおける傾斜板９３は、加圧水型原子炉１２から離間する第１の方向Ａに向かって下方に傾斜すると共に、その幅方向である第２の方向Ｂに向かって下方に傾斜するため、傾斜板９３上の溶融物は、捕集領域８６ｂにおける傾斜板９３上を全体的に拡散されることとなる。そのため、傾斜板９３上を拡散する溶融物は、等間隔に配置された複数の球面凹部９４に捕集され、小体積物に分離される。そして、傾斜板９３の各球面凹部９４に捕集された小体積物の溶融物は、周囲の冷却水により除熱されて冷却される。
【００５６】
このように実施例１の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方のキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板９３を設け、この傾斜板９３に所定の間隔で複数の球面凹部９４を千鳥状に形成している。
【００５７】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は傾斜板９３で受け止められて拡散され、この傾斜板９３に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部９４に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を各球面凹部９４に捕集することで小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【００５８】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、キャビティ８６に、加圧水型原子炉１２の下方に位置する溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを設け、傾斜板９３を受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに移行する第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜し、複数の球面凹部９４を捕集領域８６ｂの傾斜板９３に形成している。従って、加圧水型原子炉１２からの溶融物は、傾斜板９３で受け止められ、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに移動することで拡散され、捕集領域８６ｂにある複数の球面凹部９４に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から離れた位置にある捕集領域８６ｂで溶融物を小体積物に分離することとなり、この溶融物を早期に冷却することができる。
【００５９】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂは、通路面積の狭い連通路９２を通して連通している。従って、加圧水型原子炉１２からの溶融物は、受け止め領域８６ａに落下し、連通路９２を通って捕集領域８６ｂに移動するため、適量の溶融物を捕集領域８６ｂに供給して拡散し、複数の球面凹部９４に捕集される。そのため、溶融物を複数の球面凹部９４に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００６０】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、捕集領域８６ｂにおける連通路９２側を第１の方向Ａに向かって拡幅している。従って、加圧水型原子炉１２からの溶融物は、受け止め領域８６ａから連通路９２を通って捕集領域８６ｂに移動したとき、拡幅部により幅方向に広がることとなる。そのため、この溶融物を複数の球面凹部９４に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００６１】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、傾斜板９３は、連通路９２から離間する第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜すると共に、第１の方向Ａに交差する第２の方向Ｂに向かって下方へ傾斜している。従って、加圧水型原子炉１２からの溶融物は、傾斜板９３で受け止められ、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに移動すると共に捕集領域８６ｂを幅方向に移動することで広く拡散されることとなる。そのため、この溶融物を複数の球面凹部９４に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００６２】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、キャビティ８６に対して冷却水を供給可能な冷却水供給装置として原子炉冷却経路８９及び原子炉格納容器冷却経路９０を設けている。従って、複数の球面凹部９４に捕集された小体積物となった溶融物は、冷却水により効率良く冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００６３】
なお、この実施例１にて、捕集領域８６ｂを連通路９２からその通路幅が第１の方向Ａに向かって拡幅するように構成したが、連通路９２を第１の方向Ａに向かって捕集領域８６ｂと同じ幅まで拡幅してもよい。また、実施例１にて、傾斜板９３を第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜すると共に第２の方向Ｂに向かって下方へ傾斜するように構成したが、第２の方向Ｂの傾斜度合いは、第１の方向Ａに対して均一でなくてもよく、上流側の傾斜度合いを小さくしたり、または、大きくしたりしてもよいものである。
【実施例２】
【００６４】
図７は、本発明の実施例２に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図、図８は、実施例２の溶融物の捕集装置を表す概略平面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
実施例２において、図７及び図８に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置１０１が設けられている。この捕集装置１０１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００６６】
この捕集装置１０１において、キャビティ８６は、コンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方に設けられる溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを有しており、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂとは、連続して形成されている。
【００６７】
鋼板ライナ８２上の保護コンクリート８５ａは、上面が傾斜面８５ｂとなっており、捕集装置１０１を構成する傾斜板１０２が、この保護コンクリート８５ａの傾斜面８５ｂに固定されている。この傾斜板１０２は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂまで延設され、上面（傾斜面）が受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに向かう第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜している。
【００６８】
また、傾斜板１０２は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂにて、上面（傾斜面）に所定の間隔で千鳥状に配列される複数の球面凹部１０３が形成されている。この各球面凹部１０３は、隣接するもの同士が等間隔で配置されており、キャビティ８６に壁面に接触して形成されている。
【００６９】
また、キャビティ８６は、貯留された冷却水を循環する冷却水循環経路１０４が設けられ、この冷却水循環経路１０４にポンプ１０５と熱交換器１０６が設けられている。即ち、非常時に、冷却材喪失事故などが発生したとき、ポンプ１０５を駆動し、キャビティ８６に貯留された冷却水を冷却水循環経路１０４に循環することで、熱交換器１０６によりキャビティ８６に貯留された冷却水を冷却することができる。
【００７０】
従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。
【００７１】
そして、捕集装置１０１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける傾斜板１０２の上面部に落下する。この受け止め領域８６ａにおける傾斜板１０２上に落下した溶融物は、その傾斜により捕集領域８６ｂに移動する。このとき、傾斜板１０２上の溶融物は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂの全体に拡散することから、等間隔に配置された複数の球面凹部１０３に捕集され、小体積物に分離される。そして、傾斜板１０２の各球面凹部１０３に捕集された小体積物の溶融物は、周囲の冷却水により除熱されて冷却される。
【００７２】
このように実施例２の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方にキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板１０２を設け、この傾斜板１０２における全ての領域に所定の間隔で複数の球面凹部１０３を千鳥状に形成している。
【００７３】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は傾斜板１０２で受け止められて拡散され、この傾斜板１０２に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部１０３に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を各球面凹部１０３に捕集することで小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００７４】
図９は、本発明の実施例３に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７５】
実施例３において、図９に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置１１１が設けられている。この捕集装置１１１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００７６】
この捕集装置１１１において、キャビティ８６は、コンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方に設けられる溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを有しており、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂとは、連続して形成されている。
【００７７】
鋼板ライナ８２上の保護コンクリート８５ａは、上面が水平面８５ｃとなっており、捕集装置１１１を構成する傾斜板１１２が、この保護コンクリート８５ａの上方に配置されている。この傾斜板１１２は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂまで延設され、上面（傾斜面）が受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに向かう第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜している。
【００７８】
また、傾斜板１１２は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂにて、上面（傾斜面）に所定の間隔で千鳥状に配列される複数の球面凹部１１３が形成されている。この各球面凹部１１３は、隣接するもの同士が等間隔で配置されており、キャビティ８６に壁面に接触して形成されている。
【００７９】
更に、キャビティ８６は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂにかけて傾斜板１１２が配置されていることで、保護コンクリート８５ａと傾斜板１１２との間に空間部１１４が設けられている。この場合、傾斜板１１２の両側部とキャビティ８６の壁面との間に隙間が設けられていることで、空間部１１４は、傾斜板１１２の上方と連通しており、キャビティ８６に供給された冷却水が循環可能となっている。
【００８０】
従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器４１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器４１を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。
【００８１】
そして、捕集装置１１１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける傾斜板１１２の上面部に落下する。この受け止め領域８６ａにおける傾斜板１１２上に落下した溶融物は、その傾斜により捕集領域８６ｂに移動する。このとき、傾斜板１１２上の溶融物は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂの全体に拡散することから、等間隔に配置された複数の球面凹部１１３に捕集され、小体積物に分離される。このとき、傾斜板１１２の各球面凹部１１３に捕集された小体積物の溶融物は、傾斜板１１２の上方に供給された冷却水や空間部１１４に循環する冷却水により除熱されて冷却される。
【００８２】
このように実施例３の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方にキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板１１２を設け、この傾斜板１１２における全ての領域に所定の間隔で複数の球面凹部１１３を千鳥状に形成し、傾斜板１１２の下方に冷却水を供給可能な空間部１１４を設けている。
【００８３】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は傾斜板１１２で受け止められて拡散され、この傾斜板１１２に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部１１３に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を各球面凹部１１３に捕集することで小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。このとき、傾斜板１１２の各球面凹部１１３に捕集された小体積物の溶融物は、傾斜板１１２の上方に供給された冷却水や空間部１１４に循環する冷却水により冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【実施例４】
【００８４】
図１０は、本発明の実施例４に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８５】
実施例４において、図１０に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置１２１が設けられている。この捕集装置１２１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００８６】
この捕集装置１２１において、鋼板ライナ８２上の保護コンクリート８５ａは、上面が水平面８５ｃとなっており、捕集装置１２１を構成する傾斜板１２２が、この保護コンクリート８５ａの上方に配置されている。この傾斜板１２２は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂまで延設され、上面（傾斜面）が受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに向かう第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜している。また、傾斜板１２２は、上面（傾斜面）に所定の間隔で千鳥状に配列される複数の球面凹部１２３が形成されている。
【００８７】
更に、キャビティ８６は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂにかけて傾斜板１２２が配置されていることで、保護コンクリート８５ａと傾斜板１２２との間に空間部１２４が設けられている。また、傾斜板１２２は、その長手方向（傾斜方向）に沿って冷却水通路１２５が形成されている。そして、冷却水通路１２５は、冷却水を循環する冷却水循環経路１２６が設けられ、この冷却水循環経路１２６にポンプ１２７と熱交換器１２８が設けられている。即ち、非常時に、冷却材喪失事故などが発生したとき、ポンプ１２７を駆動し、キャビティ８６に貯留された冷却水を冷却水循環経路１２６により冷却水通路１２５に循環することで、傾斜板１２２を早期に冷却することができる。
【００８８】
従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器４１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器４１を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。
【００８９】
そして、捕集装置１２１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける傾斜板１２２の上面部に落下する。この受け止め領域８６ａにおける傾斜板１２２上に落下した溶融物は、その傾斜により捕集領域８６ｂに移動する。このとき、傾斜板１２２上の溶融物は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂの全体に拡散することから、等間隔に配置された複数の球面凹部１２３に捕集され、小体積物に分離される。このとき、傾斜板１２２の各球面凹部１２３に捕集された小体積物の溶融物は、傾斜板１２２の上方に供給された冷却水や空間部１２４に循環する冷却水、更に、内部の冷却水通路１２５を流れる冷却水により除熱されて冷却される。
【００９０】
このように実施例４の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方にキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板１２２を設け、この傾斜板１２２における全ての領域に所定の間隔で複数の球面凹部１２３を千鳥状に形成し、傾斜板１２２の内部に冷却水通路１２５を設けている。
【００９１】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は傾斜板１２２で受け止められて拡散され、この傾斜板１２２に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部１２３に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を各球面凹部１２３に捕集することで小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。このとき、傾斜板１２２の各球面凹部１２３に捕集された小体積物の溶融物は、傾斜板１２２の内部に設けられた冷却水通路１２５を流れる冷却水により冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００９２】
なお、上述した各実施例では、キャビティ８６の形状を、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向における一方に延出した横穴形状としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向における一方と他方に延出した形状や加圧水型原子炉１２の外径より大きい円盤形状などとしてもよい。
【００９３】
また、上述した各実施例では、コンクリート構造物８５の上方に傾斜板９３，１０２，１１２，１２２を設けたが、コンクリート構造物８５の上面部に直接傾斜部を設けてもよく、また、コンクリート構造物８５の上面を傾斜面としてこれを傾斜部としてもよい。更に、球面凹部９４，１０３，１１３を傾斜板９３，１０２，１１２，１２２の一部または全部に設けたが、その設ける位置は実施例に限定されるものではない。
【００９４】
また、上述した各実施例では、キャビティ８６に冷却水が貯留されているものとして説明したが、原子力発電プラントの正常時には冷却水がなく、原子力発電プラントの非常時に供給するようにしてもよい。
【００９５】
また、上述した各実施例では、本発明の溶融物の捕集装置を加圧水型原子炉に適用して説明したが、沸騰型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）に適用することもでき、軽水炉であれば、いずれの原子炉に適用してもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１１ 原子炉格納容器
１２ 加圧水型原子炉
１３ 蒸気発生器
８５ コンクリート構造物
８５ａ 保護コンクリート
８５ｂ 傾斜面
８６ キャビティ
８６ａ 受け止め領域
８６ｂ 捕集領域
８９ 原子炉冷却経路（冷却水供給装置）
９０ 原子炉格納容器冷却経路（冷却水供給装置）
９１，１０１，１１１ 捕集装置
９２ 連通路
９３，１０２，１１２，１２２ 傾斜板（傾斜面）
９４，１０３，１１３，１２３ 球面凹部
１１４ 空間部
１２５ 冷却水通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントで苛酷事故が発生した場合に、炉心から落下する溶融物を早期に冷却する溶融物の捕集装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントの一つとして、加圧水型原子炉があり、この加圧水型原子炉では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電している。
【０００３】
このような加圧水型原子炉にて、原子炉格納容器は、岩盤等の堅固な地盤上に立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメントが区画されている。そして、このコンパートメントを画成する筒形状をなすコンクリート構造物により、中心部に原子炉容器が垂下して支持され、その下方にキャビティが画成されている。この原子炉にて、原子炉容器内には、複数の燃料棒の間に所定数の制御棒が挿入されて格子状に配列された燃料集合体が所定数格納されている。
【０００４】
このように構成された原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）または過渡事象（トランジェント）が発生した場合、緊急炉心冷却装置が作動し、原子炉容器の内部の炉心を冷却することで発生する熱を十分に除去するようにしている。ところが、この緊急炉心冷却装置が故障すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させ、下部を貫通してキャビティへ落下する。一般的には、このような事故に備えて、炉心の溶融物が原子炉容器より流出したときに、流出した溶融物をキャビティにて受け止め、冷却水により冷却して安全性を確保している。
【０００５】
このような技術として、例えば、特許文献１、２に記載されたものがある。この特許文献１に記載された炉心溶融物用捕集貯蔵所では、炉心溶融物の入口に対して炉心溶融物の補集区域を形成する底凹部を有する貯蔵所を設け、分離ウェブを各底凹部の間に設けている。また、特許文献２に記載された原子炉格納容器では、加圧水型原子炉の下方に非常時に冷却水を供給可能なキャビティを設け、このキャビティに加圧水型原子炉からの溶融物を拡散する傾斜板を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１１７９５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の原子炉格納容器では、落下した溶融物をこのキャビティで一時冷却し、その後に取り出す必要がある。そして、溶融物を効率的に冷却するために、この溶融物を複数の小堆積物に分離し、所定の間隔をあけて保持して冷却することが望ましい。上述した従来の装置では、溶融物を早期に複数の小体積物に分離し、所定の間隔をあけて保持することで、この溶融物を効率的に冷却することが困難である。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、原子炉から落下する溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図る溶融物の捕集装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の溶融物の捕集装置は、原子炉の下方のキャビティに設けられる溶融物の捕集装置であって、前記キャビティにおける前記原子炉の下方に位置して前記原子炉から落下する溶融物を拡散する傾斜面と、前記傾斜面に所定の間隔で千鳥状に形成される複数の球面凹部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、非常時に、原子炉が破損して溶融物がキャビティに落下すると、この溶融物は傾斜面で受け止められて拡散され、この傾斜面に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部に捕集されることとなり、原子炉から落下する溶融物を小体積物に分離し、この溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【００１１】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記キャビティは、前記原子炉の下方に設けられる溶融物の受け止め領域と、該受け止め領域に隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域を有し、前記傾斜面は、前記受け止め領域から前記捕集領域に移行する第１の方向に向かって下方へ傾斜し、前記複数の球面凹部は、少なくとも前記捕集領域に設けられることを特徴としている。
【００１２】
従って、原子炉からの溶融物は、傾斜面で受け止められて受け止め領域から捕集領域に移動することで拡散され、捕集領域にある複数の球面凹部に捕集されることとなり、原子炉から離間した捕集領域で溶融物を小体積物に分離することで、この溶融物を早期に冷却することができる。
【００１３】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記受け止め領域と前記捕集領域は、前記受け止め領域及び前記捕集領域の通路面積より狭い連通路を通して連通されることを特徴としている。
【００１４】
従って、原子炉からの溶融物は、受け止め領域に落下し、通路面積より狭い連通路を通って捕集領域に移動して複数の球面凹部に捕集されることとなり、溶融物をこの複数の球面凹部に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００１５】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記連通路または前記捕集領域は、前記第１の方向に向かって拡幅されることを特徴としている。
【００１６】
従って、原子炉からの溶融物は、受け止め領域から連通路または捕集領域を移動する間に幅方向に広がることとなり、この溶融物を複数の球面凹部に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００１７】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記傾斜面は、前記連通路から離間する前記第１の方向に向かって下方へ傾斜すると共に、前記第１の方向に交差する第２の方向に向かって下方へ傾斜することを特徴としている。
【００１８】
従って、原子炉からの溶融物は、傾斜面で受け止められ、受け止め領域から捕集領域に移動すると共に捕集領域を幅方向に移動することで広く拡散されることとなり、この溶融物を複数の球面凹部に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００１９】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記キャビティに対して冷却水を供給可能な冷却水供給装置が設けられることを特徴としている。
【００２０】
従って、複数の球面凹部に捕集された小体積物となった溶融物は、冷却水により効率良く冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００２１】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記傾斜面は、下方に空間部が設けられ、前記冷却水供給装置は、前記空間部に対して冷却水を供給可能であることを特徴としている。
【００２２】
従って、複数の球面凹部に捕集された小体積物となった溶融物は、上方だけでなく下方からも冷却水により冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の溶融物の捕集装置によれば、原子炉から落下する溶融物を拡散する傾斜面を設け、この傾斜面に複数の球面凹部を所定の間隔で千鳥状に形成するので、原子炉から落下する溶融物を小体積物に分離し、この溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す概略平面図である。
【図３】図３は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す図２のIII−III断面図である。
【図４】図４は、実施例１の原子炉格納容器が適用される原子力発電プラントを表す概略構成図である。
【図５】図５は、加圧水型原子炉の原子炉構造を表す断面図である。
【図６】図６は、実施例１の原子炉格納容器の概略構成図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【図８】図８は、実施例２の溶融物の捕集装置を表す概略平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施例３に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例４に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る溶融物の捕集装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図、図２は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す概略平面図、図３は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す図２のIII−III断面図、図４は、実施例１の原子炉格納容器が適用される原子力発電プラントを表す概略構成図、図５は、加圧水型原子炉の原子炉構造を表す断面図、図６は、実施例１の原子炉格納容器の概略構成図である。
【００２７】
実施例１の原子力発電プラントに適用された原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。
【００２８】
即ち、この加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図４に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１７が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。
【００２９】
蒸気発生器１３は、原子炉格納容器１１の外部に設けられたタービン１８及び復水器１９と冷却水配管２０，２１を介して連結されており、冷却水配管２１に給水ポンプ２２が設けられている。また、タービン１８には発電機２３が接続され、復水器１９には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２４及び排水管２５が連結されている。従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管２０を通してタービン１８に送られ、この蒸気によりタービン１８を駆動して発電機２３により発電を行う。タービン１８を駆動した蒸気は、復水器１９で冷却された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に戻される。
【００３０】
また、加圧水型原子炉１２において、図５に示すように、原子炉容器４１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体４２とその上部に装着される原子炉容器蓋（上鏡）４３により構成されており、この原子炉容器本体４２に対して原子炉容器蓋４３が複数のスタッドボルト４４及びナット４５により開閉可能に固定されている。
【００３１】
この原子炉容器本体４２は、原子炉容器蓋４３を取り外すことで上部が開口可能であり、下部が球面状をなす下鏡４６により閉塞された円筒形状をなしている。そして、原子炉容器本体４２は、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を供給する入口ノズル（入口管台）４７と、軽水を排出する出口ノズル（出口管台）４８が形成されている。また、原子炉容器本体４２は、この入口ノズル４７及び出口ノズル４８とは別に、図示しない注水ノズル（注水管台）が形成されている。
【００３２】
原子炉容器本体４２は、内部にて、入口ノズル４７及び出口ノズル４８より上方に上部炉心支持板４９が固定される一方、下方の下鏡４６の近傍に位置して下部炉心支持板５０が固定されている。この上部炉心支持板４９及び下部炉心支持板５０は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板４９は、複数の炉心支持ロッド５１を介して下方に図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板５２が連結されている。
【００３３】
原子炉容器本体４２は、内部に円筒形状をなす炉心槽５３が内壁面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽５３は、上部に上部炉心板５２が連結され、下部に円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板５４が連結されている。そして、この下部炉心板５４は、下部炉心支持板５０に支持されている。
【００３４】
炉心５５は、上部炉心板５２と炉心槽５３と下部炉心板５４により形成されており、この炉心５５は、内部に多数の燃料集合体５６が配置されている。この燃料集合体５６は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。また、炉心５５は、内部に多数の制御棒５７が配置されている。この多数の制御棒５７は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ５８となり、燃料集合体５６内に挿入可能となっている。上部炉心支持板４９は、この上部炉心支持板４９を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管５９が固定されており、各制御棒クラスタ案内管５９は、下端部が燃料集合体５６内の制御棒クラスタ５８まで延出されている。
【００３５】
原子炉容器４１を構成する原子炉容器蓋４３は、上部に磁気式ジャッキの制御棒駆動装置６０が設けられており、原子炉容器蓋４３と一体をなすハウジング６１内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管５９は、上端部が制御棒駆動装置６０まで延出され、この制御棒駆動装置６０から延出されて制御棒クラスタ駆動軸６２が、制御棒クラスタ案内管５９内を通って燃料集合体５６まで延出され、制御棒クラスタ５８を把持可能となっている。
【００３６】
この制御棒駆動装置６０は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ５８に連結されると共に、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸６２を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。
【００３７】
また、原子炉容器本体４２は、下鏡４６を貫通する多数の計装管台６３が設けられ、この各計装管台６３は、炉内側の上端部に炉内計装案内管６４が固定される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブ６５が連結されている。各炉内計装案内管６４は、上端部が下部炉心支持板５０に連結されており、振動を抑制するための上下の連接板６６，６７が取り付けられている。シンブルチューブ６８は、中性子束を計測可能な中性子束検出器（図示略）が装着されており、コンジットチューブ６５から計装管台６３及び炉内計装案内管６４を通り、下部炉心板５４を貫通して燃料集合体５６まで挿入可能となっている。
【００３８】
従って、制御棒駆動装置６０により制御棒クラスタ駆動軸６２を移動して燃料集合体５６に制御棒５７を挿入することで、炉心５５内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器４１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル４８から排出され、上述したように、蒸気発生器１３に送られる。即ち、燃料集合体５６を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくすると共に、発生した熱を奪って冷却する。また、制御棒５７を燃料集合体５６に挿入することで、炉心５５内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときに炉心５５に急速に挿入される。
【００３９】
また、原子炉容器４１は、炉心５５に対して、その上方に出口ノズル４８に連通する上部プレナム６９が形成されると共に、下方に下部プレナム７０が形成されている。そして、原子炉容器４１と炉心槽５３との間に入口ノズル４７及び下部プレナム７０に連通するダウンカマー部７１が形成されている。従って、軽水は、入口ノズル４７から原子炉容器本体４２内に流入し、ダウンカマー部７１を下向きに流れ落ちて下部プレナム７０に至り、この下部プレナム７０の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板５０及び下部炉心板５４を通過した後、炉心５５に流入する。この炉心５５に流入した軽水は、炉心５５を構成する燃料集合体５６から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体５６を冷却する一方、高温となって上部炉心板５２を通過して上部プレナム６９まで上昇し、出口ノズル４８を通って排出される。
【００４０】
上述した原子力発電プラントの原子炉格納容器１１は、図６に示すように、岩盤等の堅固な地盤８１上に外部と圧力境界を形成する鋼板ライナ８２を介して立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメント、例えば、上部コンパートメント８３及び蒸気発生器ループ室８４が区画されている。原子炉格納容器１１内の中央部に、蒸気発生器ループ室８４を画成する筒形状をなすコンクリート構造物８５が形成されており、このコンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２（原子炉容器４１）が垂下して支持されている。そして、蒸気発生器ループ室８４には蒸気発生器１３が配置され、冷却水配管１４，１５により連結されている。
【００４１】
また、原子炉格納容器１１内には、コンクリート構造物８５により原子炉容器４１の下方に位置してキャビティ８６が画成されており、このキャビティ８６は、ドレンライン８７を介して蒸気発生器ループ室８４に連通している。そして、原子炉格納容器１１には、燃料取替用水ピット８８が設けられ、非常時にこの燃料取替用水ピット８８の冷却水を加圧水型原子炉１２に供給して冷却する原子炉冷却経路（冷却水供給装置）８９と、冷却水を原子炉格納容器１１に散布して冷却する原子炉格納容器冷却経路（冷却水供給装置）９０が設けられている。そして、原子炉格納容器１１に散布された冷却水は、蒸気発生器ループ室８４からドレンライン８７を介してキャビティ８６に貯留される。
【００４２】
なお、図示しないが、原子炉格納容器１１には、キャビティ８６に冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられ、この外部注入経路は、基端部が原子炉格納容器１１の外部に設置される消火水などの外部供給設備に連結される一方、先端部がキャビティ８６に連通している。
【００４３】
このように構成された原子炉格納容器１１にて、本実施例では、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置９１が設けられている。
【００４４】
原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）などが発生した場合、緊急炉心冷却装置が作動し、加圧水型原子炉１２を含む原子炉冷却設備内に冷却水が供給されて炉心を冷却、発生する熱を十分に除去する。ところが、この緊急炉心冷却装置が故障すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させ、下部を貫通してキャビティ８６へ落下する。このとき、キャビティ８６には冷却水が供給可能となっており、このキャビティ８６に落下した溶融物は、冷却水により冷却される。しかし、キャビティ８６に落下した溶融物は、冷却水との相互作用によって細粒化または塊状に固化するものの、固体となったデブリが山状に堆積した場合、特に、内部を十分に冷却することが困難となる。
【００４５】
本実施例の捕集装置９１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００４６】
この捕集装置９１において、図１から図３に示すように、キャビティ８６は、コンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向の一方側に延出した横穴形状をなし、基端部が加圧水型原子炉１２の下方に位置し、先端部側が加圧水型原子炉１２の下方から離間している。この場合、キャビティ８６は、先端部側の上部がドレンライン８７を介して蒸気発生器ループ室８４（図６参照）に連通している。
【００４７】
このキャビティ８６にて、鋼製ライナ８２の上部には、これを保護するための保護コンクリート８５ａが設けられており、この保護コンクリート８５ａの上面に捕集装置９１が配置されている。即ち、キャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方に設けられる溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを有しており、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂとは、連通路９２を通して連通されている。この連通路９２は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂの通路面積より狭い通路面積となっている。
【００４８】
保護コンクリート８５ａは、上面が傾斜面８５ｂとなっており、捕集装置９１を構成する加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜面としての傾斜板９３が、この保護コンクリート８５ａの傾斜面８５ｂに固定されている。この傾斜板９３は、受け止め領域８６ａから連通路９２を通して捕集領域８６ｂまで延設されている。そして、傾斜板９３は、上面（傾斜面）が、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに向かう第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜している。
【００４９】
また、傾斜板９３は、捕集領域８６ｂにて、上面（傾斜面）に所定の間隔で千鳥状に配列される複数の球面凹部９４が形成されている。この各球面凹部９４は、隣接するもの同士が等間隔で配置されており、キャビティ８６に壁面に接触して形成されている。
【００５０】
この場合、捕集領域８６ｂは、連通路９２からその通路幅が第１の方向Ａに向かって拡幅している。また、傾斜板９３は、連通路９２から第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜すると共に、この第１の方向Ａに交差（直交）する第２の方向Ｂに向かって下方へ傾斜している。
【００５１】
従って、事故発生時には、図６に示すように、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット８８に貯留されている冷却水を原子炉格納容器冷却経路９０を通して送り、多数の噴射ノズルから原子炉格納容器１１内に向けて冷却水を散布する。すると、この冷却水は、原子炉格納容器１１内で発生した大量の蒸気に対して散布されることとなり、ここで、大量のエネルギを奪い取り、原子炉格納容器１１の内部を冷却してから高温となって落下し、蒸気発生器ループ室８４からドレンライン８７を通ってキャビティ８６に貯留される。原子炉格納容器１１内に放出されたエネルギを散布された冷却水により奪い取り、原子炉格納容器１１の健全性を維持することができる。
【００５２】
また、事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット８８に貯留されている冷却水を原子炉冷却経路８９から加圧水型原子炉１２に送る。すると、この冷却水は、加圧水型原子炉１２内の炉心で発生した炉心の崩壊熱を奪い取り、一部は蒸気となって原子炉格納容器１１の雰囲気へ放出され、残りは高温の水となって外部に流出し、蒸気発生器ループ室８４からドレンライン８７を通ってキャビティ８６に貯留される。
【００５３】
ところで、上述した緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器４１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器４１を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。また、原子炉格納容器１１には、キャビティ８６に直接冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられており、この外部注入経路を用いて冷却水をキャビティ８６に供給することができる。従って、緊急炉心冷却装置が故障しても、キャビティ８６を冷却水で冠水することができる。
【００５４】
そして、捕集装置９１にて、図１から図３に示すように、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける傾斜板９３の上面部に落下する。この落下中、キャビティ８６に貯留されている冷却水との相互作用により細粒化したデブリが傾斜板９３上に落下し、デブリベッドを形成する。このデブリベッドは、傾斜板９３の傾斜によりキャビティ８６内を移動しながら拡散される。
【００５５】
即ち、受け止め領域８６ａにおける傾斜板９３上に落下した溶融物は、連通路９２を通って捕集領域８６ｂに移動する。ここで、捕集領域８６ｂにおける傾斜板９３は、加圧水型原子炉１２から離間する第１の方向Ａに向かって下方に傾斜すると共に、その幅方向である第２の方向Ｂに向かって下方に傾斜するため、傾斜板９３上の溶融物は、捕集領域８６ｂにおける傾斜板９３上を全体的に拡散されることとなる。そのため、傾斜板９３上を拡散する溶融物は、等間隔に配置された複数の球面凹部９４に捕集され、小体積物に分離される。そして、傾斜板９３の各球面凹部９４に捕集された小体積物の溶融物は、周囲の冷却水により除熱されて冷却される。
【００５６】
このように実施例１の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方のキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板９３を設け、この傾斜板９３に所定の間隔で複数の球面凹部９４を千鳥状に形成している。
【００５７】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は傾斜板９３で受け止められて拡散され、この傾斜板９３に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部９４に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を各球面凹部９４に捕集することで小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【００５８】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、キャビティ８６に、加圧水型原子炉１２の下方に位置する溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを設け、傾斜板９３を受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに移行する第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜し、複数の球面凹部９４を捕集領域８６ｂの傾斜板９３に形成している。従って、加圧水型原子炉１２からの溶融物は、傾斜板９３で受け止められ、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに移動することで拡散され、捕集領域８６ｂにある複数の球面凹部９４に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から離れた位置にある捕集領域８６ｂで溶融物を小体積物に分離することとなり、この溶融物を早期に冷却することができる。
【００５９】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂは、通路面積の狭い連通路９２を通して連通している。従って、加圧水型原子炉１２からの溶融物は、受け止め領域８６ａに落下し、連通路９２を通って捕集領域８６ｂに移動するため、適量の溶融物を捕集領域８６ｂに供給して拡散し、複数の球面凹部９４に捕集される。そのため、溶融物を複数の球面凹部９４に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００６０】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、捕集領域８６ｂにおける連通路９２側を第１の方向Ａに向かって拡幅している。従って、加圧水型原子炉１２からの溶融物は、受け止め領域８６ａから連通路９２を通って捕集領域８６ｂに移動したとき、拡幅部により幅方向に広がることとなる。そのため、この溶融物を複数の球面凹部９４に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００６１】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、傾斜板９３は、連通路９２から離間する第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜すると共に、第１の方向Ａに交差する第２の方向Ｂに向かって下方へ傾斜している。従って、加圧水型原子炉１２からの溶融物は、傾斜板９３で受け止められ、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに移動すると共に捕集領域８６ｂを幅方向に移動することで広く拡散されることとなる。そのため、この溶融物を複数の球面凹部９４に適正に導くことが可能となり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００６２】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、キャビティ８６に対して冷却水を供給可能な冷却水供給装置として原子炉冷却経路８９及び原子炉格納容器冷却経路９０を設けている。従って、複数の球面凹部９４に捕集された小体積物となった溶融物は、冷却水により効率良く冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００６３】
なお、この実施例１にて、捕集領域８６ｂを連通路９２からその通路幅が第１の方向Ａに向かって拡幅するように構成したが、連通路９２を第１の方向Ａに向かって捕集領域８６ｂと同じ幅まで拡幅してもよい。また、実施例１にて、傾斜板９３を第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜すると共に第２の方向Ｂに向かって下方へ傾斜するように構成したが、第２の方向Ｂの傾斜度合いは、第１の方向Ａに対して均一でなくてもよく、上流側の傾斜度合いを小さくしたり、または、大きくしたりしてもよいものである。
【実施例２】
【００６４】
図７は、本発明の実施例２に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図、図８は、実施例２の溶融物の捕集装置を表す概略平面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
実施例２において、図７及び図８に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置１０１が設けられている。この捕集装置１０１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００６６】
この捕集装置１０１において、キャビティ８６は、コンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方に設けられる溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを有しており、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂとは、連続して形成されている。
【００６７】
鋼板ライナ８２上の保護コンクリート８５ａは、上面が傾斜面８５ｂとなっており、捕集装置１０１を構成する傾斜板１０２が、この保護コンクリート８５ａの傾斜面８５ｂに固定されている。この傾斜板１０２は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂまで延設され、上面（傾斜面）が受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに向かう第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜している。
【００６８】
また、傾斜板１０２は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂにて、上面（傾斜面）に所定の間隔で千鳥状に配列される複数の球面凹部１０３が形成されている。この各球面凹部１０３は、隣接するもの同士が等間隔で配置されており、キャビティ８６に壁面に接触して形成されている。
【００６９】
また、キャビティ８６は、貯留された冷却水を循環する冷却水循環経路１０４が設けられ、この冷却水循環経路１０４にポンプ１０５と熱交換器１０６が設けられている。即ち、非常時に、冷却材喪失事故などが発生したとき、ポンプ１０５を駆動し、キャビティ８６に貯留された冷却水を冷却水循環経路１０４に循環することで、熱交換器１０６によりキャビティ８６に貯留された冷却水を冷却することができる。
【００７０】
従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。
【００７１】
そして、捕集装置１０１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける傾斜板１０２の上面部に落下する。この受け止め領域８６ａにおける傾斜板１０２上に落下した溶融物は、その傾斜により捕集領域８６ｂに移動する。このとき、傾斜板１０２上の溶融物は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂの全体に拡散することから、等間隔に配置された複数の球面凹部１０３に捕集され、小体積物に分離される。そして、傾斜板１０２の各球面凹部１０３に捕集された小体積物の溶融物は、周囲の冷却水により除熱されて冷却される。
【００７２】
このように実施例２の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方にキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板１０２を設け、この傾斜板１０２における全ての領域に所定の間隔で複数の球面凹部１０３を千鳥状に形成している。
【００７３】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は傾斜板１０２で受け止められて拡散され、この傾斜板１０２に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部１０３に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を各球面凹部１０３に捕集することで小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００７４】
図９は、本発明の実施例３に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７５】
実施例３において、図９に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置１１１が設けられている。この捕集装置１１１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００７６】
この捕集装置１１１において、キャビティ８６は、コンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方に設けられる溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを有しており、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂとは、連続して形成されている。
【００７７】
鋼板ライナ８２上の保護コンクリート８５ａは、上面が水平面８５ｃとなっており、捕集装置１１１を構成する傾斜板１１２が、この保護コンクリート８５ａの上方に配置されている。この傾斜板１１２は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂまで延設され、上面（傾斜面）が受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに向かう第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜している。
【００７８】
また、傾斜板１１２は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂにて、上面（傾斜面）に所定の間隔で千鳥状に配列される複数の球面凹部１１３が形成されている。この各球面凹部１１３は、隣接するもの同士が等間隔で配置されており、キャビティ８６に壁面に接触して形成されている。
【００７９】
更に、キャビティ８６は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂにかけて傾斜板１１２が配置されていることで、保護コンクリート８５ａと傾斜板１１２との間に空間部１１４が設けられている。この場合、傾斜板１１２の両側部とキャビティ８６の壁面との間に隙間が設けられていることで、空間部１１４は、傾斜板１１２の上方と連通しており、キャビティ８６に供給された冷却水が循環可能となっている。
【００８０】
従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器４１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器４１を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。
【００８１】
そして、捕集装置１１１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける傾斜板１１２の上面部に落下する。この受け止め領域８６ａにおける傾斜板１１２上に落下した溶融物は、その傾斜により捕集領域８６ｂに移動する。このとき、傾斜板１１２上の溶融物は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂの全体に拡散することから、等間隔に配置された複数の球面凹部１１３に捕集され、小体積物に分離される。このとき、傾斜板１１２の各球面凹部１１３に捕集された小体積物の溶融物は、傾斜板１１２の上方に供給された冷却水や空間部１１４に循環する冷却水により除熱されて冷却される。
【００８２】
このように実施例３の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方にキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板１１２を設け、この傾斜板１１２における全ての領域に所定の間隔で複数の球面凹部１１３を千鳥状に形成し、傾斜板１１２の下方に冷却水を供給可能な空間部１１４を設けている。
【００８３】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は傾斜板１１２で受け止められて拡散され、この傾斜板１１２に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部１１３に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を各球面凹部１１３に捕集することで小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。このとき、傾斜板１１２の各球面凹部１１３に捕集された小体積物の溶融物は、傾斜板１１２の上方に供給された冷却水や空間部１１４に循環する冷却水により冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【実施例４】
【００８４】
図１０は、本発明の実施例４に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８５】
実施例４において、図１０に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置１２１が設けられている。この捕集装置１２１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００８６】
この捕集装置１２１において、鋼板ライナ８２上の保護コンクリート８５ａは、上面が水平面８５ｃとなっており、捕集装置１２１を構成する傾斜板１２２が、この保護コンクリート８５ａの上方に配置されている。この傾斜板１２２は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂまで延設され、上面（傾斜面）が受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに向かう第１の方向Ａに向かって下方へ傾斜している。また、傾斜板１２２は、上面（傾斜面）に所定の間隔で千鳥状に配列される複数の球面凹部１２３が形成されている。
【００８７】
更に、キャビティ８６は、受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂにかけて傾斜板１２２が配置されていることで、保護コンクリート８５ａと傾斜板１２２との間に空間部１２４が設けられている。また、傾斜板１２２は、その長手方向（傾斜方向）に沿って冷却水通路１２５が形成されている。そして、冷却水通路１２５は、冷却水を循環する冷却水循環経路１２６が設けられ、この冷却水循環経路１２６にポンプ１２７と熱交換器１２８が設けられている。即ち、非常時に、冷却材喪失事故などが発生したとき、ポンプ１２７を駆動し、キャビティ８６に貯留された冷却水を冷却水循環経路１２６により冷却水通路１２５に循環することで、傾斜板１２２を早期に冷却することができる。
【００８８】
従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器４１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器４１を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。
【００８９】
そして、捕集装置１２１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける傾斜板１２２の上面部に落下する。この受け止め領域８６ａにおける傾斜板１２２上に落下した溶融物は、その傾斜により捕集領域８６ｂに移動する。このとき、傾斜板１２２上の溶融物は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂの全体に拡散することから、等間隔に配置された複数の球面凹部１２３に捕集され、小体積物に分離される。このとき、傾斜板１２２の各球面凹部１２３に捕集された小体積物の溶融物は、傾斜板１２２の上方に供給された冷却水や空間部１２４に循環する冷却水、更に、内部の冷却水通路１２５を流れる冷却水により除熱されて冷却される。
【００９０】
このように実施例４の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方にキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を拡散する傾斜板１２２を設け、この傾斜板１２２における全ての領域に所定の間隔で複数の球面凹部１２３を千鳥状に形成し、傾斜板１２２の内部に冷却水通路１２５を設けている。
【００９１】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は傾斜板１２２で受け止められて拡散され、この傾斜板１２２に沿って流動することで千鳥状に配列される複数の球面凹部１２３に捕集される。そのため、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を各球面凹部１２３に捕集することで小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。このとき、傾斜板１２２の各球面凹部１２３に捕集された小体積物の溶融物は、傾斜板１２２の内部に設けられた冷却水通路１２５を流れる冷却水により冷却されることとなり、溶融物を早期に冷却することができる。
【００９２】
なお、上述した各実施例では、キャビティ８６の形状を、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向における一方に延出した横穴形状としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向における一方と他方に延出した形状や加圧水型原子炉１２の外径より大きい円盤形状などとしてもよい。
【００９３】
また、上述した各実施例では、コンクリート構造物８５の上方に傾斜板９３，１０２，１１２，１２２を設けたが、コンクリート構造物８５の上面部に直接傾斜部を設けてもよく、また、コンクリート構造物８５の上面を傾斜面としてこれを傾斜部としてもよい。更に、球面凹部９４，１０３，１１３を傾斜板９３，１０２，１１２，１２２の一部または全部に設けたが、その設ける位置は実施例に限定されるものではない。
【００９４】
また、上述した各実施例では、キャビティ８６に冷却水が貯留されているものとして説明したが、原子力発電プラントの正常時には冷却水がなく、原子力発電プラントの非常時に供給するようにしてもよい。
【００９５】
また、上述した各実施例では、本発明の溶融物の捕集装置を加圧水型原子炉に適用して説明したが、沸騰型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）に適用することもでき、軽水炉であれば、いずれの原子炉に適用してもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１１ 原子炉格納容器
１２ 加圧水型原子炉
１３ 蒸気発生器
８５ コンクリート構造物
８５ａ 保護コンクリート
８５ｂ 傾斜面
８６ キャビティ
８６ａ 受け止め領域
８６ｂ 捕集領域
８９ 原子炉冷却経路（冷却水供給装置）
９０ 原子炉格納容器冷却経路（冷却水供給装置）
９１，１０１，１１１ 捕集装置
９２ 連通路
９３，１０２，１１２，１２２ 傾斜板（傾斜面）
９４，１０３，１１３，１２３ 球面凹部
１１４ 空間部
１２５ 冷却水通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の下方のキャビティに設けられる溶融物の捕集装置であって、
前記キャビティにおける前記原子炉の下方に位置して前記原子炉から落下する溶融物を拡散する傾斜面と、
前記傾斜面に所定の間隔で千鳥状に形成される複数の球面凹部と、
を備えることを特徴とする溶融物の捕集装置。
【請求項２】
前記キャビティは、前記原子炉の下方に設けられる溶融物の受け止め領域と、該受け止め領域に隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域を有し、前記傾斜面は、前記受け止め領域から前記捕集領域に移行する第１の方向に向かって下方へ傾斜し、前記複数の球面凹部は、少なくとも前記捕集領域に設けられることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項３】
前記受け止め領域と前記捕集領域は、前記受け止め領域及び前記捕集領域の通路面積より狭い連通路を通して連通されることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項４】
前記連通路または前記捕集領域は、前記第１の方向に向かって拡幅されることを特徴とする請求項３に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項５】
前記傾斜面は、前記連通路から離間する前記第１の方向に向かって下方へ傾斜すると共に、前記第１の方向に交差する第２の方向に向かって下方へ傾斜することを特徴とする請求項３または４に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項６】
前記キャビティに対して冷却水を供給可能な冷却水供給装置が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の溶融物の捕集装置。
【請求項７】
前記傾斜面は、下方に空間部が設けられ、前記冷却水供給装置は、前記空間部に対して冷却水を供給可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の溶融物の捕集装置。
【請求項１】
原子炉の下方のキャビティに設けられる溶融物の捕集装置であって、
前記キャビティにおける前記原子炉の下方に位置して前記原子炉から落下する溶融物を拡散する傾斜面と、
前記傾斜面に所定の間隔で千鳥状に形成される複数の球面凹部と、
を備えることを特徴とする溶融物の捕集装置。
【請求項２】
前記キャビティは、前記原子炉の下方に設けられる溶融物の受け止め領域と、該受け止め領域に隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域を有し、前記傾斜面は、前記受け止め領域から前記捕集領域に移行する第１の方向に向かって下方へ傾斜し、前記複数の球面凹部は、少なくとも前記捕集領域に設けられることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項３】
前記受け止め領域と前記捕集領域は、前記受け止め領域及び前記捕集領域の通路面積より狭い連通路を通して連通されることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項４】
前記連通路または前記捕集領域は、前記第１の方向に向かって拡幅されることを特徴とする請求項３に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項５】
前記傾斜面は、前記連通路から離間する前記第１の方向に向かって下方へ傾斜すると共に、前記第１の方向に交差する第２の方向に向かって下方へ傾斜することを特徴とする請求項３または４に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項６】
前記キャビティに対して冷却水を供給可能な冷却水供給装置が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の溶融物の捕集装置。
【請求項７】
前記傾斜面は、下方に空間部が設けられ、前記冷却水供給装置は、前記空間部に対して冷却水を供給可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の溶融物の捕集装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９６７００（Ｐ２０１３−９６７００Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６４０２（Ｐ２０１１−２３６４０２）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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