炉心溶融物保持装置および格納容器
【課題】炉心溶融物を保持する流路天板下面の冷却水への伝熱面積を確保しつつ、流路天板の変形を抑制する。
【解決手段】炉心溶融物保持装置に、給水容器１０と、給水容器１０から放射状に延びる複数の流路サポート２１と、流路サポート２１の間に流路サポート２１の給水容器側の端部よりも給水容器１０からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板２３と、流路サポート２１および変形防止板２３で下面を支持されて給水容器１０から放射状に広がる傾斜流路天板１８と、を備える。
【解決手段】炉心溶融物保持装置に、給水容器１０と、給水容器１０から放射状に延びる複数の流路サポート２１と、流路サポート２１の間に流路サポート２１の給水容器側の端部よりも給水容器１０からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板２３と、流路サポート２１および変形防止板２３で下面を支持されて給水容器１０から放射状に広がる傾斜流路天板１８と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉心溶融物保持装置および格納容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷却型原子炉では、原子炉圧力容器内への給水の停止や、原子炉圧力容器に接続された配管の破断により冷却水が喪失すると、原子炉水位が低下し炉心が露出して冷却が不十分になる可能性がある。このような場合を想定して、水位低下の信号により自動的に原子炉は非常停止され、非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ）による冷却材の注入によって炉心を冠水させて冷却し、炉心溶融事故を未然に防ぐようになっている。
【０００３】
しかしながら、極めて低い確率ではあるが、この非常用炉心冷却装置が作動せず、かつ、その他の炉心への注水装置も利用できない事態も想定され得る。このような場合、原子炉水位の低下により炉心は露出し、十分な冷却が行われなくなり、原子炉停止後も発生し続ける崩壊熱によって燃料棒温度が上昇し、最終的には炉心溶融に至ることが考えられる。
【０００４】
このような事態に至った場合、高温の炉心溶融物が原子炉圧力容器下部に溶け落ち、さらに原子炉圧力容器下鏡を溶融貫通して、格納容器内の床上に落下するに至る。炉心溶融物は格納容器床に張られたコンクリートを加熱し、接触面が高温状態になるとコンクリートと反応し、二酸化炭素、水素等の非凝縮性ガスを大量に発生させるとともにコンクリートを溶融浸食する。
【０００５】
発生した非凝縮性ガスは格納容器内の圧力を高め、原子炉格納容器を破損させる可能性がある。また、コンクリートの溶融浸食により格納容器バウンダリを破損させたり、格納容器構造強度を低下させる可能性がある。結果的に、炉心溶融物とコンクリートの反応が継続すると格納容器破損に至り、格納容器内の放射性物質が外部環境へ放出させるおそれがある。
【０００６】
このような炉心溶融物とコンクリートの反応を抑制するためには、炉心溶融物を冷却し、炉心溶融物底部のコンクリートとの接触面の温度を浸食温度以下（一般的なコンクリートで１５００Ｋ以下）に冷却するか、炉心溶融物とコンクリートが直接接触しないようにする必要がある。そこで、炉心溶融物が落下した場合に備えて様々な対策が提案されている。代表的なものがコアキャッチャーと呼ばれるもので、落下した炉心溶融物を耐熱材でうけとめて、注水手段と組み合わせて炉心溶融物の冷却を図る設備である。
【０００７】
コアキャッチャーへ注水することにより炉心溶融物上面の水の沸騰により冷却する場合、上面だけからの冷却では、炉心溶融物堆積厚さが厚いと炉心溶融物底部まで十分に冷却できない。そこで、この場合には、床面積を広くとり、炉心溶融物の堆積厚さを冷却可能な厚さ以下にする必要がある。
【０００８】
しかし、十分大きな床面積を確保することは格納容器構造設計上困難である。たとえば、典型的な炉心溶融物の崩壊熱は、定格熱出力の約１％程度であり、定格熱出力４０００ＭＷの炉の場合には、４０ＭＷ程度の発熱量になる。上面の沸騰熱伝達量には炉心溶融物上面の状態により幅があるが、少なく見積もっても０．４ＭＷ／ｍ２程度の熱流束が想定される。この場合、炉心溶融物の発熱量を上面の熱伝達のみで除熱しようとすると、１００ｍ２程度（円直径で１１．３ｍ）の床面積が必要になる。これまでの格納容器構造を考慮するとこの面積を確保することは困難である。
【０００９】
原子炉格納容器床に落下した炉心溶融物の上面に冷却水を注水しても、炉心溶融物の底部での除熱量が小さいと、崩壊熱によって炉心溶融物底部の温度が高温のまま維持され、格納容器床のコンクリート浸食を停止することができない場合がある。そこで、炉心溶融物を底面から冷却するという方法がある（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１３９０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
炉心溶融物を底面から冷却するという方法としては、たとえば炉心溶融物堆積床面の下方に冷却水流路を設け、ここに冷却水を導くことによって炉心溶融物を底面から除熱する方法がある。この方法では、高温の炉心溶融物によって、冷却水流路の構造材の温度が上昇する。その際、冷却流路構造材の温度が上昇することによって生じる熱膨張が拘束されることで熱応力が発生する。熱応力を低減する手段としては、冷却流路の上面を画する天板を流路サポートの上に乗せた構造が考えられている。
【００１２】
しかし、この天板が流路サポートと接触する箇所では、冷却水による除熱ができない。その結果、当該接触部の天板の温度が上昇し、クリープ開始温度以上になる可能性がある。逆に流路サポートの板厚を薄くすれば、天板の温度が上昇は避けられるが、炉心溶融物の重さによる静荷重や、地震などによる動荷重に対して強度を保つことが難しくなる。また静荷重や動荷重に対して強度を保とうとすると、流路サポートの数が増えてしまい、製作工程が煩雑化する。
【００１３】
そこで、本発明は、炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を保持する流路天板下面の冷却水への伝熱面積を確保しつつ、流路天板の変形を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明は、炉心溶融物保持装置において、給水容器と、前記給水容器から放射状に延びる複数の流路サポートと、前記流路サポートの間に前記流路サポートの前記給水容器側の端部よりも前記給水容器からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板と、前記流路サポートおよび前記変形防止板で下面を支持されて前記給水容器から放射状に広がる天板と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、格納容器において、炉心を収めた原子炉容器と、原子炉容器の下方のペデスタル床と、前記ペデスタル床を囲んで立ち上がるペデスタル側壁と、給水容器と前記給水容器から放射状に延びる複数の流路サポートと前記流路サポートの間に前記流路サポートの前記給水容器側の端部よりも前記給水容器からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板と前記流路サポートおよび前記変形防止板で下面を支持されて前記給水容器から放射状に広がる天板とを備えて前記ペデスタル床状に設けられた炉心溶融物保持装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を保持する流路天板下面の冷却水への伝熱面積を確保しつつ、流路天板の変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一部を切り欠いた上面をペデスタル側壁の平断面とともに示す図である。
【図２】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態における流路サポート近傍を切り出した斜視図である。
【図３】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態における変形防止板近傍を切り出した斜視図である。
【図４】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態における流路サポートの近傍の断面図である。
【図５】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態を収容した格納容器の立断面図である。
【図６】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態を格納容器とともに示す立断面図である。
【図７】炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーションモデルを示す斜視図である。
【図８】炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーション結果を示す斜視図である。
【図９】炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板の変形のシミュレーション結果の半径方向位置と隣り合う流路サポートの中央での高さ方向変位の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【図１１】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【図１２】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【図１３】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【図１４】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【図１５】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【図１６】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【図１７】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例を格納容器とともに示す立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る炉心溶融物保持装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図５は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態を収容した格納容器の立断面図である。
【００２０】
炉心４３は、原子炉圧力容器１の内部に収められている。原子炉圧力容器１は、格納容器２の内部に設けられている。格納容器２は、ペデスタル床４１およびペデスタル床４１から上方に延びる円筒状のペデスタル側壁４２を有している。
【００２１】
原子炉圧力容器１は、ペデスタル側壁４２に支持されている。原子炉圧力容器１の下方のペデスタル床４１およびペデスタル側壁４２で囲まれる空間は下部ドライウェル７と呼ばれる。つまり、原子炉圧力容器１は、下部ドライウェル７の上方に設けられている。また、格納容器２の内部には、ペデスタル側壁４２の外周面を取り囲むように、サプレッションプール４が形成されている。
【００２２】
原子炉圧力容器１の下方の下部ドライウェル７には、炉心溶融物保持装置９が設けられている。炉心溶融物保持装置９と原子炉圧力容器１との間には、サンプ床８が設けられている。
【００２３】
また、格納容器２は、水槽５を有している。水槽５から炉心溶融物保持装置９には、注水配管１４が延びている。注水配管１４の途中には、注入弁４０が設けられている。さらに、格納容器２は、格納容器冷却器６を有している。格納容器冷却器６は、ドライウェルに開口した端部から水中に沈められた熱交換器を通って水槽５に延びる配管を有している。格納容器冷却器６とは、静的格納容器冷却設備やドライウェルクーラーなどである。
【００２４】
図６は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置を格納容器とともに示す立断面図である。なお、図６は、炉心溶融物１３が炉心溶融物保持装置９の上に落下し、水槽５から炉心溶融物保持装置９に給水された状態を示している。
【００２５】
炉心溶融物保持装置９は、給水容器１０を有している。給水容器１０は、たとえば円筒形に形成され、ペデスタル床４１のたとえば中央に配置されている。水槽５から延びる注水配管１４は、給水容器１０に接続されている。
【００２６】
炉心溶融物保持装置９の内部には、炉心溶融物１３を冷却する冷却水が流れる冷却流路１１が形成されている。冷却流路１１は、傾斜流路底板１７と傾斜流路天板１８との間およびライザ部外側板２０とライザ部内側板１９との間に形成されている。
【００２７】
傾斜流路底板１７は、給水容器１０から上昇しながら放射状に広がっている。傾斜流路天板１８の上面は、全体として中央から外周に向かって上昇する円錐面の頂部を切り取った形状をなしている。また、傾斜流路底板１７は、支持台３０に支持されている。支持台３０は、ペデスタル床４１上に置かれている。
【００２８】
傾斜流路天板１８は、給水容器１０から上昇しながら放射状に広がっている。傾斜流路天板１８の上面は、全体として中央から外周に向かって上昇する円錐面の頂部を切り取った形状をなしている。
【００２９】
ライザ部内側板１９は、傾斜流路天板１８の外周部から鉛直上方に立ち上がっている。ライザ部外側板２０は、傾斜流路底板１７の外周部から鉛直上方に立ち上がっている。
【００３０】
給水容器１０の上面、傾斜流路天板１８およびライザ部内側板１９は、上に向かって開いた容器を形成している。この容器の内側、すなわち、傾斜流路天板１８の上面、ライザ部内側板１９の内面および給水容器１０の上面には耐熱材１２が敷設されている。
【００３１】
傾斜流路底板１７と傾斜流路天板１８との間の冷却流路１１は、給水容器１０から上昇しながら延びて、ライザ部外側板２０とライザ部内側板１９との間の冷却流路１１に連結されている。ライザ部外側板２０とライザ部内側板１９との間の冷却流路１１は、鉛直に延びていて、上端は下部ドライウェル７に開口している。
【００３２】
ライザ部外側板２０の外面とペデスタル側壁４２の内面との間には、給水流路１５が形成されている。また、支持台３０の下面には溝が形成されていて、その溝が給水流路１５となっている。つまり、給水流路１５は、下部ドライウェル７に面する開口部から給水容器１０まで延びている。
【００３３】
炉心溶融事故が発生し、炉心溶融物１３が原子炉圧力容器１の下部ヘッド３を貫通すると炉心溶融物保持装置９上に落下する。炉心溶融物１３の落下後すぐに注入弁４０が開き、水槽５の冷却水が重力落下により、注水配管１４を介して給水容器１０へ供給される。
【００３４】
注入弁４０は、たとえば原子炉圧力容器１の下部ヘッド３の破損を検知する信号により開放される。原子炉圧力容器１の下部ヘッド３の破損を検知する信号とは、たとえば下部ヘッド温度高やペデスタル雰囲気温度高の信号である。このようにして炉心溶融物１３の落下後すぐに給水容器１０への初期の給水が行われ、冷却流路１１に冷却水が供給される。
【００３５】
冷却流路１１に供給された水は、ライザ部上端の開口部から、炉心溶融物保持装置９の炉心溶融物を保持する容器部分、すなわち給水容器１０の上面、傾斜流路天板１８の上面およびライザ部内側板１９の内面で囲まれる領域へ溢れ出る。さらに、炉心溶融物保持装置９の全体は、冷却水３１中に水没する。
【００３６】
初期注水終了後は、炉心溶融物保持装置９の炉心溶融物１３を保持する容器部分へ溢水した水が、冷却流路１１内の沸騰による生じる自然循環によって給水流路１５を通って給水容器１０に供給される。
【００３７】
炉心溶融物１３の冷却により生じた蒸気は、格納容器２上部の格納容器冷却器６で凝縮され、凝縮水は水槽５に戻される。このようにして、水が自然循環することにより炉心溶融物１３の冷却が継続される。
【００３８】
本実施の形態において冷却流路１１は、給水容器１０から上昇しながら広がっているため、伝熱面すなわち傾斜流路天板１８の下面で冷却水が加熱されて沸騰した場合、発生した気泡はその伝熱面から離脱しやすい。このため、伝熱面での除熱性能が高い。
【００３９】
図１は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置の一部を切り欠いた上面をペデスタル側壁の平断面とともに示す図である。図２は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置の流路サポート近傍を切り出した斜視図である。図３は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置の変形防止板近傍を切り出した斜視図である。
【００４０】
傾斜流路底板１８の上面には、鉛直上方に突き出し、径方向に延びる流路サポート２１および変形防止板２３が設けられている。流路サポート２１は、１６本が２２．５度間隔で配置されている。変形防止板２３は、隣り合う流路サポート２１の中央に設けられている。流路サポート２１および変形防止板２３の高さは、同一である。流路サポート２１および変形防止板２３の上面に傾斜流路天板１８は載置されている。つまり、傾斜流路天板１８は、流路サポート２１および変形防止板２３で下面を支持されている。
【００４１】
流路サポート２１は、給水容器１０の外周位置から傾斜流路天板１８の外周位置まで延びている。一方、変形防止板２３は、給水容器１０の外周から離れた位置から外側に向かって延びている。また、変形防止板２３は、傾斜流路天板１８の外周よりも給水容器１０に近い位置まで設けられている。
【００４２】
図４は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置の流路サポートの近傍の断面図である。
【００４３】
傾斜流路天板１８の下面には、下方向に突出し、平行に延びる一対の流路サポートガイド２２が設けられている。流路サポート２１は、上面がこの一対のサポートガイド２２の間に挟まれるように配置される。同様に、変形防止板２３も、上面が一対のサポートガイド２２に挟まれるように配置される。
【００４４】
流路サポート２１および変形防止板２３がサポートガイド２２と干渉するため、傾斜流路天板１８は、周方向の回転が拘束されている。一方、傾斜流路天板１８の径方向への移動は拘束されていないため、たとえば熱膨張による傾斜流路天板１８の径方向への変形は許容されている。
【００４５】
炉心溶融事故が発生し、炉心溶融物１３が下部ヘッド７を貫通すると炉心溶融物保持装置９上に落下する。炉心溶融物１３の落下後すぐに給水容器１０への給水が行われ、冷却流路１１に冷却水３１が供給される。高温の炉心溶融物１３の熱は耐熱材１２に伝わり、さらに冷却流路１１を介して冷却水３１に伝えられることで、炉心溶融物１３が冷却される。
【００４６】
このとき、冷却流路１１の温度が上昇することによって生じる熱膨張が拘束されることで熱応力が発生する。傾斜流路天板１８およびライザ部内側板１９が流路サポート２１および変形防止板２３の上に乗せられている構造とすることにより、傾斜流路天板１８の径方向の熱膨張を流路サポートガイド２２および変形防止板２３の接触部で吸収することができる。
【００４７】
炉心溶融物が圧力容器１から落下すると、炉心溶融物１３の崩壊熱は耐熱材１２を介して傾斜流路天板１８に伝わる。傾斜流路天板１８と傾斜流路底板１７との間には冷却流路１１があるため、傾斜流路天板１８と傾斜流路底板１７との間には、温度差が生じ、熱膨張差を生じる。しかし、傾斜流路天板１８は、流路サポート２１および変形防止板２３には固定されていないため、傾斜流路天板１８は傾斜流路底板１７より膨張した場合でも径方向にずれることができる。その結果、傾斜流路天板１８、傾斜流路底板１７、流路サポート２１および変形防止板２３には、過大な熱応力が発生することはない。
【００４８】
また、傾斜流路天板１８と流路サポート２１あるいは変形防止板２３との接触部には冷却水３１が存在しないため、この接触部近傍の温度はその周囲に比べて高くなる傾向にある。このため、傾斜流路天板１８の温度を低くするためには、流路サポート２１および変形防止板２３の厚さを小さくして、あるいは、流路サポート２１および変形防止板２３の数を少なくして、傾斜流路天板１８と冷却水３１との接触部分を広くした方が好ましい。しかし、流路サポート２１および変形防止板２３は、傾斜流路天板１８および炉心溶融物１３による荷重を支えるべく、ある程度の数と厚さを要する。
【００４９】
そこで、本実施の形態では、流路サポート２１の間隔が広くなる外周部分に変形防止板２３を設けて、流路サポート２１の間隔が狭くなる内周部分には変形防止板２３が存在しないようにしている。流路サポート２１の間隔が広くなる外周部分に変形防止板２３を設けているため、傾斜流路天板１８およびその上に落下した炉心溶融物１３による荷重ならびに熱荷重による傾斜流路天板１８の変形を効果的に抑制できる。また、流路サポート２１の間隔が狭く、傾斜流路天板１８の変形が小さい内周部分には変形防止板２３が存在しないようにしているため、傾斜流路天板１８と冷却水３１との接触面積を広くすることができる。
【００５０】
このように本実施の形態によれば、炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を保持する流路天板下面の冷却水への伝熱面積を確保しつつ、流路天板の変形を抑制することができる。
【００５１】
変形防止板がない場合に炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーションを行った。
【００５２】
図７は、炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーションモデルを示す斜視図である。図８は、炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーション結果を示す斜視図である。なお、図８において、天板およびライザ内側板の変位は、拡大して示している。
【００５３】
このシミュレーションは、冷却流路１１を周方向に３２分割した部分セクターモデルで行った。このシミュレーションモデルでは、流路サポート２１の上に給水容器１０の上板、傾斜流路天板１８およびライザ部内側板１９が一体化された構造物が乗っているとした。境界条件としては、デブリ重量３５０ｔの静荷重および平均熱流束として３５０ｋＷ／ｍ２の熱荷重を与えた。
【００５４】
シミュレーションの結果、図８に示すように、傾斜流路天板１８の外周付近が冷却水流路１１を狭める方向に変形することが確認された。
【００５５】
図９は、炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板の変形のシミュレーション結果の半径方向位置と隣り合う流路サポートの中央での高さ方向変位の関係を示すグラフである。
【００５６】
図９に示すように、変形防止板２３がない場合、流路サポート２１の径方向長さ、すなわち、給水容器１０の外周から傾斜流路天板１８の外周までの長さをＬとすると、給水容器１０から０．１３Ｌの範囲では、傾斜流路天板１８は上昇する方向に変形している。このため、この部分に変形防止板２３は不要である。
【００５７】
給水容器１０から０．１３Ｌないし０．２６Ｌの範囲では、傾斜流路天板１８の高さ方向変位はゼロに近いままほとんど変わらない。そこで、この部分まで変形防止板２３を設けておいてもよい。
【００５８】
また、傾斜流路天板１８が下方に変形しているのは、給水容器１０から０．３５Ｌの位置から０．９７Ｌの位置までの範囲である。そこで、給水容器１０から０．３５Ｌの位置から０．９７Ｌの位置までの範囲に変形防止板２３を設けると、傾斜流路天板１８が変形防止板２３から浮き上がることがない。その結果、傾斜流路天板１８の下向きの変形を効果的に抑制できる。そこで、たとえば外周側の半分のＬ／２の範囲に変形防止板２３を設けるとよい。
【００５９】
さらに、給水容器１０の外周から約０．８８Ｌの位置で、傾斜流路天板１８が最も下降する変形が生じていることがわかる。したがって、給水容器１０の外周から約０．８８Ｌの位置の近傍に変形防止板２３を設けると、効果的に傾斜流路天板１８の変形を抑制できることがわかる。
【００６０】
このように、傾斜流路天板１８を流路サポート２１と流路サポート２１よりも短い変形防止板２３で支持することにより、長さが同じ流路サポート２１のみで支持する場合にくらべて伝熱面積が増大し、傾斜流路天板１８の温度の上昇を抑制することができる。その結果、傾斜流路天板１８あるいは流路サポート２１、変形防止板２３がクリープ開始温度を超える可能性を抑制できる。
【００６１】
また、給水容器１０から離れた位置、すなわち、隣り合う流路サポート２１の間隔が広くなる位置に変形防止板２３を設けることにより、傾斜流路天板１８の下向きの変形を抑制することができる。その結果、冷却流路１１の断面積の減少を抑制できる。その結果、冷却流路１１の圧力損失を低減できる。さらに、傾斜流路天板１８の下向きの変形が大きい外周側に配置することにより、より効果的に傾斜流路天板１８の下向きの変形を抑制することができる。
【００６２】
変形防止板２３は流路サポート２１よりも短いため、変形防止板２３を用いずに全て流路サポート２１のみで傾斜流路天板１８を支持した場合に比べて、部材の使用量を抑制することができるため、軽くなり、炉心溶融物保持装置９の格納容器２内への設置が容易になる。また、傾斜流路底板１７との溶接長さが短くなるため、製造に要する時間およびコストを低減することができる。
【００６３】
図１０は、本実施の形態の一変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【００６４】
この変形例は、変形防止板２３および流路サポート２１（図４参照）の冷却水の主たる流れの方向に垂直な断面の形状が異なっている。この変形例における変形防止板２３は鉛直方向に向かって段差が形成されていて、冷却水の主たる流れの方向に垂直な断面に、幅が幅広部５１と、その幅が広い部分よりも上方の幅狭部５２とを持つ。
【００６５】
変形防止板２３は、幅広部５１で傾斜流路底板１７に結合されていて、幅狭部５２で傾斜流路天板１８と接している。流路サポートも、冷却水の主たる流れの方向に垂直な断面が変形防止板２３と同様の形状をしている。
【００６６】
図１１は、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【００６７】
この変形例では、変形防止板２３は傾斜流路底板１７と結合した幅広部５１から、傾斜流路天板１８と接する幅狭部５２に向かって、直線的に幅が小さくなるように形成されている。
【００６８】
図１２は、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【００６９】
この変形例では、変形防止板２３は傾斜流路底板１７と結合した幅広部５１から、傾斜流路天板１８と接する幅狭部５２に向かって、非直線的になめらかに幅が小さくなるように形成されている。
【００７０】
傾斜流路天板１８と流路サポート２１および変形防止板２３とが接触する部分では、傾斜流路天板１８は冷却水と接触せず、温度が高くなる傾向にある。このため、この接触する部分の幅が広いと、傾斜流路天板１８の温度上昇幅が大きくなる。この温度上昇を緩和するためには、流路サポート２１および変形防止板２３の接触幅を狭める必要がある。
【００７１】
しかし、流路サポート２１および変形防止板２３が、接触幅が小さいまま一様断面で傾斜流路底板１７に固定されると、地震などの特に横揺れに対する耐震性が非常に弱い構造となる。たとえば地震などの横荷重が発生した場合、流路サポート２１および変形防止板２３の上端部がサポートガイド２２と接触し、横方向への移動が拘束される。
【００７２】
そこで、流路サポート２１および変形防止板２３の断面を、本実施の形態のように曲げ応力が最も厳しい下部付近で断面幅が広い形状とすることにより、より強固な構造とすることができる。その結果、耐震性に優れた炉心溶融物冷却装置を形成することができる。
【００７３】
図１３は、本実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【００７４】
この変形例は、変形防止板２３および流路サポート２１（図１参照）の冷却水の主たる流れの方向に平行な断面の形状が異なっている。この変形例における変形防止板２３は、冷却水の主たる流れの方向すなわち径方向の両端部が流線型に形成されている。つまり、この変形防止板２３は、中央部５３と、冷却水の主たる流れの方向に垂直な方向すなわち周方向の幅が中央部５３よりも狭い先端部５４とを備えている。先端部５４は、中央部５３の径方向の両端部に設けられている。
【００７５】
図１４は、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【００７６】
この変形例における変形防止板２３は、冷却水の主たる流れの方向すなわち径方向の両端部が三角型に形成されている。つまり、この変形防止板２３は、中央部５３と、冷却水の主たる流れの方向に垂直な方向すなわち周方向の幅が中央部５３よりも狭い先端部５４とを備えている。先端部５４は、中央部５３の径方向の両端部に設けられている。
【００７７】
図１５、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【００７８】
この変形例における変形防止板２３は、冷却水の主たる流れの上流側すなわち給水容器１０に近い方の端部が流線型に形成されていて、冷却水の主たる流れの下流側すなわち給水容器１０から遠い方の端部が三角形に形成されている。つまり、この変形防止板２３は、中央部５３と、冷却水の主たる流れの方向に垂直な方向すなわち周方向の幅が中央部５３よりも狭い先端部５４とを備えている。先端部５４は、中央部５３の径方向の両端部に設けられている。
【００７９】
図１６は、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【００８０】
この変形例における変形防止板２３は、冷却水の主たる流れの方向すなわち径方向の両端部には段差が形成されている。その結果、この変形防止板２３は、中央部５３と、冷却水の主たる流れの方向に垂直な方向すなわち周方向の幅が中央部５３よりも狭い先端部５４とを備えている。先端部５４は、中央部５３の径方向の両端部に設けられている。
【００８１】
流路サポート２１や冷却水流路１１内に設置される変形防止板２３は、冷却水や蒸気の流れを乱す存在となる。しかし、図１３ないし図１６に示す変形例のような断面形状とすることで、端部まで同じ幅で形成されている場合に比べて、局所的な渦の発生を抑制できる。局所的な渦の発生を抑制することによって、渦による振動が抑制され、高サイクル疲労を抑制することができる。また、局所的な渦の発生によるよどみの発生をで抑制することにより、傾斜流路天板１８の冷却面への冷却水供給量不足による除熱量低下などを抑制できる。なお、端部は、幅狭部５４が形成されていれば、その形状や範囲は冷却水の流れを乱さないように適宜決めればよい。
【００８２】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。たとえば、給水容器１０の外周あるいは傾斜流路天板１８の内周および外周は、円ではなく、たとえば多角形であってもよい。また、図１７に示すように、炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を受ける面が傾斜しておらず水平に広がっている天板５８を用いた場合であっても、変形防止板の導入による伝熱面積の拡大および天板の変形防止の効果は得られる。
【符号の説明】
【００８３】
１…原子炉圧力容器、２…格納容器、３…下部ヘッド、４…サプレッションプール、５…水槽、６…格納容器冷却器、７…下部ドライウェル、８…サンプ床、９…炉心溶融物保持装置、１０…給水容器、１１…冷却流路、１２…耐熱材、１３…炉心溶融物、１４…注水配管、１５…給水流路、１７…傾斜流路底板、１８…傾斜流路天板、１９…ライザ部内側板、２０…ライザ部外側板、２１…流路サポート、２２…サポートガイド、２３…変形防止板、３０…支持台、３１…冷却水、４０…注入弁、４１…ペデスタル床、４２…ペデスタル側壁、４３…炉心、５１…幅広部、５２…幅狭部、５３…中央部、５４…先端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉心溶融物保持装置および格納容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷却型原子炉では、原子炉圧力容器内への給水の停止や、原子炉圧力容器に接続された配管の破断により冷却水が喪失すると、原子炉水位が低下し炉心が露出して冷却が不十分になる可能性がある。このような場合を想定して、水位低下の信号により自動的に原子炉は非常停止され、非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ）による冷却材の注入によって炉心を冠水させて冷却し、炉心溶融事故を未然に防ぐようになっている。
【０００３】
しかしながら、極めて低い確率ではあるが、この非常用炉心冷却装置が作動せず、かつ、その他の炉心への注水装置も利用できない事態も想定され得る。このような場合、原子炉水位の低下により炉心は露出し、十分な冷却が行われなくなり、原子炉停止後も発生し続ける崩壊熱によって燃料棒温度が上昇し、最終的には炉心溶融に至ることが考えられる。
【０００４】
このような事態に至った場合、高温の炉心溶融物が原子炉圧力容器下部に溶け落ち、さらに原子炉圧力容器下鏡を溶融貫通して、格納容器内の床上に落下するに至る。炉心溶融物は格納容器床に張られたコンクリートを加熱し、接触面が高温状態になるとコンクリートと反応し、二酸化炭素、水素等の非凝縮性ガスを大量に発生させるとともにコンクリートを溶融浸食する。
【０００５】
発生した非凝縮性ガスは格納容器内の圧力を高め、原子炉格納容器を破損させる可能性がある。また、コンクリートの溶融浸食により格納容器バウンダリを破損させたり、格納容器構造強度を低下させる可能性がある。結果的に、炉心溶融物とコンクリートの反応が継続すると格納容器破損に至り、格納容器内の放射性物質が外部環境へ放出させるおそれがある。
【０００６】
このような炉心溶融物とコンクリートの反応を抑制するためには、炉心溶融物を冷却し、炉心溶融物底部のコンクリートとの接触面の温度を浸食温度以下（一般的なコンクリートで１５００Ｋ以下）に冷却するか、炉心溶融物とコンクリートが直接接触しないようにする必要がある。そこで、炉心溶融物が落下した場合に備えて様々な対策が提案されている。代表的なものがコアキャッチャーと呼ばれるもので、落下した炉心溶融物を耐熱材でうけとめて、注水手段と組み合わせて炉心溶融物の冷却を図る設備である。
【０００７】
コアキャッチャーへ注水することにより炉心溶融物上面の水の沸騰により冷却する場合、上面だけからの冷却では、炉心溶融物堆積厚さが厚いと炉心溶融物底部まで十分に冷却できない。そこで、この場合には、床面積を広くとり、炉心溶融物の堆積厚さを冷却可能な厚さ以下にする必要がある。
【０００８】
しかし、十分大きな床面積を確保することは格納容器構造設計上困難である。たとえば、典型的な炉心溶融物の崩壊熱は、定格熱出力の約１％程度であり、定格熱出力４０００ＭＷの炉の場合には、４０ＭＷ程度の発熱量になる。上面の沸騰熱伝達量には炉心溶融物上面の状態により幅があるが、少なく見積もっても０．４ＭＷ／ｍ２程度の熱流束が想定される。この場合、炉心溶融物の発熱量を上面の熱伝達のみで除熱しようとすると、１００ｍ２程度（円直径で１１．３ｍ）の床面積が必要になる。これまでの格納容器構造を考慮するとこの面積を確保することは困難である。
【０００９】
原子炉格納容器床に落下した炉心溶融物の上面に冷却水を注水しても、炉心溶融物の底部での除熱量が小さいと、崩壊熱によって炉心溶融物底部の温度が高温のまま維持され、格納容器床のコンクリート浸食を停止することができない場合がある。そこで、炉心溶融物を底面から冷却するという方法がある（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１３９０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
炉心溶融物を底面から冷却するという方法としては、たとえば炉心溶融物堆積床面の下方に冷却水流路を設け、ここに冷却水を導くことによって炉心溶融物を底面から除熱する方法がある。この方法では、高温の炉心溶融物によって、冷却水流路の構造材の温度が上昇する。その際、冷却流路構造材の温度が上昇することによって生じる熱膨張が拘束されることで熱応力が発生する。熱応力を低減する手段としては、冷却流路の上面を画する天板を流路サポートの上に乗せた構造が考えられている。
【００１２】
しかし、この天板が流路サポートと接触する箇所では、冷却水による除熱ができない。その結果、当該接触部の天板の温度が上昇し、クリープ開始温度以上になる可能性がある。逆に流路サポートの板厚を薄くすれば、天板の温度が上昇は避けられるが、炉心溶融物の重さによる静荷重や、地震などによる動荷重に対して強度を保つことが難しくなる。また静荷重や動荷重に対して強度を保とうとすると、流路サポートの数が増えてしまい、製作工程が煩雑化する。
【００１３】
そこで、本発明は、炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を保持する流路天板下面の冷却水への伝熱面積を確保しつつ、流路天板の変形を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明は、炉心溶融物保持装置において、給水容器と、前記給水容器から放射状に延びる複数の流路サポートと、前記流路サポートの間に前記流路サポートの前記給水容器側の端部よりも前記給水容器からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板と、前記流路サポートおよび前記変形防止板で下面を支持されて前記給水容器から放射状に広がる天板と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、格納容器において、炉心を収めた原子炉容器と、原子炉容器の下方のペデスタル床と、前記ペデスタル床を囲んで立ち上がるペデスタル側壁と、給水容器と前記給水容器から放射状に延びる複数の流路サポートと前記流路サポートの間に前記流路サポートの前記給水容器側の端部よりも前記給水容器からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板と前記流路サポートおよび前記変形防止板で下面を支持されて前記給水容器から放射状に広がる天板とを備えて前記ペデスタル床状に設けられた炉心溶融物保持装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を保持する流路天板下面の冷却水への伝熱面積を確保しつつ、流路天板の変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一部を切り欠いた上面をペデスタル側壁の平断面とともに示す図である。
【図２】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態における流路サポート近傍を切り出した斜視図である。
【図３】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態における変形防止板近傍を切り出した斜視図である。
【図４】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態における流路サポートの近傍の断面図である。
【図５】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態を収容した格納容器の立断面図である。
【図６】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態を格納容器とともに示す立断面図である。
【図７】炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーションモデルを示す斜視図である。
【図８】炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーション結果を示す斜視図である。
【図９】炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板の変形のシミュレーション結果の半径方向位置と隣り合う流路サポートの中央での高さ方向変位の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【図１１】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【図１２】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【図１３】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【図１４】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【図１５】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【図１６】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【図１７】本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態の一変形例を格納容器とともに示す立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る炉心溶融物保持装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図５は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の一実施の形態を収容した格納容器の立断面図である。
【００２０】
炉心４３は、原子炉圧力容器１の内部に収められている。原子炉圧力容器１は、格納容器２の内部に設けられている。格納容器２は、ペデスタル床４１およびペデスタル床４１から上方に延びる円筒状のペデスタル側壁４２を有している。
【００２１】
原子炉圧力容器１は、ペデスタル側壁４２に支持されている。原子炉圧力容器１の下方のペデスタル床４１およびペデスタル側壁４２で囲まれる空間は下部ドライウェル７と呼ばれる。つまり、原子炉圧力容器１は、下部ドライウェル７の上方に設けられている。また、格納容器２の内部には、ペデスタル側壁４２の外周面を取り囲むように、サプレッションプール４が形成されている。
【００２２】
原子炉圧力容器１の下方の下部ドライウェル７には、炉心溶融物保持装置９が設けられている。炉心溶融物保持装置９と原子炉圧力容器１との間には、サンプ床８が設けられている。
【００２３】
また、格納容器２は、水槽５を有している。水槽５から炉心溶融物保持装置９には、注水配管１４が延びている。注水配管１４の途中には、注入弁４０が設けられている。さらに、格納容器２は、格納容器冷却器６を有している。格納容器冷却器６は、ドライウェルに開口した端部から水中に沈められた熱交換器を通って水槽５に延びる配管を有している。格納容器冷却器６とは、静的格納容器冷却設備やドライウェルクーラーなどである。
【００２４】
図６は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置を格納容器とともに示す立断面図である。なお、図６は、炉心溶融物１３が炉心溶融物保持装置９の上に落下し、水槽５から炉心溶融物保持装置９に給水された状態を示している。
【００２５】
炉心溶融物保持装置９は、給水容器１０を有している。給水容器１０は、たとえば円筒形に形成され、ペデスタル床４１のたとえば中央に配置されている。水槽５から延びる注水配管１４は、給水容器１０に接続されている。
【００２６】
炉心溶融物保持装置９の内部には、炉心溶融物１３を冷却する冷却水が流れる冷却流路１１が形成されている。冷却流路１１は、傾斜流路底板１７と傾斜流路天板１８との間およびライザ部外側板２０とライザ部内側板１９との間に形成されている。
【００２７】
傾斜流路底板１７は、給水容器１０から上昇しながら放射状に広がっている。傾斜流路天板１８の上面は、全体として中央から外周に向かって上昇する円錐面の頂部を切り取った形状をなしている。また、傾斜流路底板１７は、支持台３０に支持されている。支持台３０は、ペデスタル床４１上に置かれている。
【００２８】
傾斜流路天板１８は、給水容器１０から上昇しながら放射状に広がっている。傾斜流路天板１８の上面は、全体として中央から外周に向かって上昇する円錐面の頂部を切り取った形状をなしている。
【００２９】
ライザ部内側板１９は、傾斜流路天板１８の外周部から鉛直上方に立ち上がっている。ライザ部外側板２０は、傾斜流路底板１７の外周部から鉛直上方に立ち上がっている。
【００３０】
給水容器１０の上面、傾斜流路天板１８およびライザ部内側板１９は、上に向かって開いた容器を形成している。この容器の内側、すなわち、傾斜流路天板１８の上面、ライザ部内側板１９の内面および給水容器１０の上面には耐熱材１２が敷設されている。
【００３１】
傾斜流路底板１７と傾斜流路天板１８との間の冷却流路１１は、給水容器１０から上昇しながら延びて、ライザ部外側板２０とライザ部内側板１９との間の冷却流路１１に連結されている。ライザ部外側板２０とライザ部内側板１９との間の冷却流路１１は、鉛直に延びていて、上端は下部ドライウェル７に開口している。
【００３２】
ライザ部外側板２０の外面とペデスタル側壁４２の内面との間には、給水流路１５が形成されている。また、支持台３０の下面には溝が形成されていて、その溝が給水流路１５となっている。つまり、給水流路１５は、下部ドライウェル７に面する開口部から給水容器１０まで延びている。
【００３３】
炉心溶融事故が発生し、炉心溶融物１３が原子炉圧力容器１の下部ヘッド３を貫通すると炉心溶融物保持装置９上に落下する。炉心溶融物１３の落下後すぐに注入弁４０が開き、水槽５の冷却水が重力落下により、注水配管１４を介して給水容器１０へ供給される。
【００３４】
注入弁４０は、たとえば原子炉圧力容器１の下部ヘッド３の破損を検知する信号により開放される。原子炉圧力容器１の下部ヘッド３の破損を検知する信号とは、たとえば下部ヘッド温度高やペデスタル雰囲気温度高の信号である。このようにして炉心溶融物１３の落下後すぐに給水容器１０への初期の給水が行われ、冷却流路１１に冷却水が供給される。
【００３５】
冷却流路１１に供給された水は、ライザ部上端の開口部から、炉心溶融物保持装置９の炉心溶融物を保持する容器部分、すなわち給水容器１０の上面、傾斜流路天板１８の上面およびライザ部内側板１９の内面で囲まれる領域へ溢れ出る。さらに、炉心溶融物保持装置９の全体は、冷却水３１中に水没する。
【００３６】
初期注水終了後は、炉心溶融物保持装置９の炉心溶融物１３を保持する容器部分へ溢水した水が、冷却流路１１内の沸騰による生じる自然循環によって給水流路１５を通って給水容器１０に供給される。
【００３７】
炉心溶融物１３の冷却により生じた蒸気は、格納容器２上部の格納容器冷却器６で凝縮され、凝縮水は水槽５に戻される。このようにして、水が自然循環することにより炉心溶融物１３の冷却が継続される。
【００３８】
本実施の形態において冷却流路１１は、給水容器１０から上昇しながら広がっているため、伝熱面すなわち傾斜流路天板１８の下面で冷却水が加熱されて沸騰した場合、発生した気泡はその伝熱面から離脱しやすい。このため、伝熱面での除熱性能が高い。
【００３９】
図１は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置の一部を切り欠いた上面をペデスタル側壁の平断面とともに示す図である。図２は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置の流路サポート近傍を切り出した斜視図である。図３は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置の変形防止板近傍を切り出した斜視図である。
【００４０】
傾斜流路底板１８の上面には、鉛直上方に突き出し、径方向に延びる流路サポート２１および変形防止板２３が設けられている。流路サポート２１は、１６本が２２．５度間隔で配置されている。変形防止板２３は、隣り合う流路サポート２１の中央に設けられている。流路サポート２１および変形防止板２３の高さは、同一である。流路サポート２１および変形防止板２３の上面に傾斜流路天板１８は載置されている。つまり、傾斜流路天板１８は、流路サポート２１および変形防止板２３で下面を支持されている。
【００４１】
流路サポート２１は、給水容器１０の外周位置から傾斜流路天板１８の外周位置まで延びている。一方、変形防止板２３は、給水容器１０の外周から離れた位置から外側に向かって延びている。また、変形防止板２３は、傾斜流路天板１８の外周よりも給水容器１０に近い位置まで設けられている。
【００４２】
図４は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置の流路サポートの近傍の断面図である。
【００４３】
傾斜流路天板１８の下面には、下方向に突出し、平行に延びる一対の流路サポートガイド２２が設けられている。流路サポート２１は、上面がこの一対のサポートガイド２２の間に挟まれるように配置される。同様に、変形防止板２３も、上面が一対のサポートガイド２２に挟まれるように配置される。
【００４４】
流路サポート２１および変形防止板２３がサポートガイド２２と干渉するため、傾斜流路天板１８は、周方向の回転が拘束されている。一方、傾斜流路天板１８の径方向への移動は拘束されていないため、たとえば熱膨張による傾斜流路天板１８の径方向への変形は許容されている。
【００４５】
炉心溶融事故が発生し、炉心溶融物１３が下部ヘッド７を貫通すると炉心溶融物保持装置９上に落下する。炉心溶融物１３の落下後すぐに給水容器１０への給水が行われ、冷却流路１１に冷却水３１が供給される。高温の炉心溶融物１３の熱は耐熱材１２に伝わり、さらに冷却流路１１を介して冷却水３１に伝えられることで、炉心溶融物１３が冷却される。
【００４６】
このとき、冷却流路１１の温度が上昇することによって生じる熱膨張が拘束されることで熱応力が発生する。傾斜流路天板１８およびライザ部内側板１９が流路サポート２１および変形防止板２３の上に乗せられている構造とすることにより、傾斜流路天板１８の径方向の熱膨張を流路サポートガイド２２および変形防止板２３の接触部で吸収することができる。
【００４７】
炉心溶融物が圧力容器１から落下すると、炉心溶融物１３の崩壊熱は耐熱材１２を介して傾斜流路天板１８に伝わる。傾斜流路天板１８と傾斜流路底板１７との間には冷却流路１１があるため、傾斜流路天板１８と傾斜流路底板１７との間には、温度差が生じ、熱膨張差を生じる。しかし、傾斜流路天板１８は、流路サポート２１および変形防止板２３には固定されていないため、傾斜流路天板１８は傾斜流路底板１７より膨張した場合でも径方向にずれることができる。その結果、傾斜流路天板１８、傾斜流路底板１７、流路サポート２１および変形防止板２３には、過大な熱応力が発生することはない。
【００４８】
また、傾斜流路天板１８と流路サポート２１あるいは変形防止板２３との接触部には冷却水３１が存在しないため、この接触部近傍の温度はその周囲に比べて高くなる傾向にある。このため、傾斜流路天板１８の温度を低くするためには、流路サポート２１および変形防止板２３の厚さを小さくして、あるいは、流路サポート２１および変形防止板２３の数を少なくして、傾斜流路天板１８と冷却水３１との接触部分を広くした方が好ましい。しかし、流路サポート２１および変形防止板２３は、傾斜流路天板１８および炉心溶融物１３による荷重を支えるべく、ある程度の数と厚さを要する。
【００４９】
そこで、本実施の形態では、流路サポート２１の間隔が広くなる外周部分に変形防止板２３を設けて、流路サポート２１の間隔が狭くなる内周部分には変形防止板２３が存在しないようにしている。流路サポート２１の間隔が広くなる外周部分に変形防止板２３を設けているため、傾斜流路天板１８およびその上に落下した炉心溶融物１３による荷重ならびに熱荷重による傾斜流路天板１８の変形を効果的に抑制できる。また、流路サポート２１の間隔が狭く、傾斜流路天板１８の変形が小さい内周部分には変形防止板２３が存在しないようにしているため、傾斜流路天板１８と冷却水３１との接触面積を広くすることができる。
【００５０】
このように本実施の形態によれば、炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を保持する流路天板下面の冷却水への伝熱面積を確保しつつ、流路天板の変形を抑制することができる。
【００５１】
変形防止板がない場合に炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーションを行った。
【００５２】
図７は、炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーションモデルを示す斜視図である。図８は、炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板およびライザ内側板の変形のシミュレーション結果を示す斜視図である。なお、図８において、天板およびライザ内側板の変位は、拡大して示している。
【００５３】
このシミュレーションは、冷却流路１１を周方向に３２分割した部分セクターモデルで行った。このシミュレーションモデルでは、流路サポート２１の上に給水容器１０の上板、傾斜流路天板１８およびライザ部内側板１９が一体化された構造物が乗っているとした。境界条件としては、デブリ重量３５０ｔの静荷重および平均熱流束として３５０ｋＷ／ｍ２の熱荷重を与えた。
【００５４】
シミュレーションの結果、図８に示すように、傾斜流路天板１８の外周付近が冷却水流路１１を狭める方向に変形することが確認された。
【００５５】
図９は、炉心溶融物保持装置に炉心余裕物が落下したときの天板の変形のシミュレーション結果の半径方向位置と隣り合う流路サポートの中央での高さ方向変位の関係を示すグラフである。
【００５６】
図９に示すように、変形防止板２３がない場合、流路サポート２１の径方向長さ、すなわち、給水容器１０の外周から傾斜流路天板１８の外周までの長さをＬとすると、給水容器１０から０．１３Ｌの範囲では、傾斜流路天板１８は上昇する方向に変形している。このため、この部分に変形防止板２３は不要である。
【００５７】
給水容器１０から０．１３Ｌないし０．２６Ｌの範囲では、傾斜流路天板１８の高さ方向変位はゼロに近いままほとんど変わらない。そこで、この部分まで変形防止板２３を設けておいてもよい。
【００５８】
また、傾斜流路天板１８が下方に変形しているのは、給水容器１０から０．３５Ｌの位置から０．９７Ｌの位置までの範囲である。そこで、給水容器１０から０．３５Ｌの位置から０．９７Ｌの位置までの範囲に変形防止板２３を設けると、傾斜流路天板１８が変形防止板２３から浮き上がることがない。その結果、傾斜流路天板１８の下向きの変形を効果的に抑制できる。そこで、たとえば外周側の半分のＬ／２の範囲に変形防止板２３を設けるとよい。
【００５９】
さらに、給水容器１０の外周から約０．８８Ｌの位置で、傾斜流路天板１８が最も下降する変形が生じていることがわかる。したがって、給水容器１０の外周から約０．８８Ｌの位置の近傍に変形防止板２３を設けると、効果的に傾斜流路天板１８の変形を抑制できることがわかる。
【００６０】
このように、傾斜流路天板１８を流路サポート２１と流路サポート２１よりも短い変形防止板２３で支持することにより、長さが同じ流路サポート２１のみで支持する場合にくらべて伝熱面積が増大し、傾斜流路天板１８の温度の上昇を抑制することができる。その結果、傾斜流路天板１８あるいは流路サポート２１、変形防止板２３がクリープ開始温度を超える可能性を抑制できる。
【００６１】
また、給水容器１０から離れた位置、すなわち、隣り合う流路サポート２１の間隔が広くなる位置に変形防止板２３を設けることにより、傾斜流路天板１８の下向きの変形を抑制することができる。その結果、冷却流路１１の断面積の減少を抑制できる。その結果、冷却流路１１の圧力損失を低減できる。さらに、傾斜流路天板１８の下向きの変形が大きい外周側に配置することにより、より効果的に傾斜流路天板１８の下向きの変形を抑制することができる。
【００６２】
変形防止板２３は流路サポート２１よりも短いため、変形防止板２３を用いずに全て流路サポート２１のみで傾斜流路天板１８を支持した場合に比べて、部材の使用量を抑制することができるため、軽くなり、炉心溶融物保持装置９の格納容器２内への設置が容易になる。また、傾斜流路底板１７との溶接長さが短くなるため、製造に要する時間およびコストを低減することができる。
【００６３】
図１０は、本実施の形態の一変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【００６４】
この変形例は、変形防止板２３および流路サポート２１（図４参照）の冷却水の主たる流れの方向に垂直な断面の形状が異なっている。この変形例における変形防止板２３は鉛直方向に向かって段差が形成されていて、冷却水の主たる流れの方向に垂直な断面に、幅が幅広部５１と、その幅が広い部分よりも上方の幅狭部５２とを持つ。
【００６５】
変形防止板２３は、幅広部５１で傾斜流路底板１７に結合されていて、幅狭部５２で傾斜流路天板１８と接している。流路サポートも、冷却水の主たる流れの方向に垂直な断面が変形防止板２３と同様の形状をしている。
【００６６】
図１１は、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【００６７】
この変形例では、変形防止板２３は傾斜流路底板１７と結合した幅広部５１から、傾斜流路天板１８と接する幅狭部５２に向かって、直線的に幅が小さくなるように形成されている。
【００６８】
図１２は、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の近傍の冷却水流れ方向に垂直な断面図である。
【００６９】
この変形例では、変形防止板２３は傾斜流路底板１７と結合した幅広部５１から、傾斜流路天板１８と接する幅狭部５２に向かって、非直線的になめらかに幅が小さくなるように形成されている。
【００７０】
傾斜流路天板１８と流路サポート２１および変形防止板２３とが接触する部分では、傾斜流路天板１８は冷却水と接触せず、温度が高くなる傾向にある。このため、この接触する部分の幅が広いと、傾斜流路天板１８の温度上昇幅が大きくなる。この温度上昇を緩和するためには、流路サポート２１および変形防止板２３の接触幅を狭める必要がある。
【００７１】
しかし、流路サポート２１および変形防止板２３が、接触幅が小さいまま一様断面で傾斜流路底板１７に固定されると、地震などの特に横揺れに対する耐震性が非常に弱い構造となる。たとえば地震などの横荷重が発生した場合、流路サポート２１および変形防止板２３の上端部がサポートガイド２２と接触し、横方向への移動が拘束される。
【００７２】
そこで、流路サポート２１および変形防止板２３の断面を、本実施の形態のように曲げ応力が最も厳しい下部付近で断面幅が広い形状とすることにより、より強固な構造とすることができる。その結果、耐震性に優れた炉心溶融物冷却装置を形成することができる。
【００７３】
図１３は、本実施の形態の一変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【００７４】
この変形例は、変形防止板２３および流路サポート２１（図１参照）の冷却水の主たる流れの方向に平行な断面の形状が異なっている。この変形例における変形防止板２３は、冷却水の主たる流れの方向すなわち径方向の両端部が流線型に形成されている。つまり、この変形防止板２３は、中央部５３と、冷却水の主たる流れの方向に垂直な方向すなわち周方向の幅が中央部５３よりも狭い先端部５４とを備えている。先端部５４は、中央部５３の径方向の両端部に設けられている。
【００７５】
図１４は、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【００７６】
この変形例における変形防止板２３は、冷却水の主たる流れの方向すなわち径方向の両端部が三角型に形成されている。つまり、この変形防止板２３は、中央部５３と、冷却水の主たる流れの方向に垂直な方向すなわち周方向の幅が中央部５３よりも狭い先端部５４とを備えている。先端部５４は、中央部５３の径方向の両端部に設けられている。
【００７７】
図１５、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【００７８】
この変形例における変形防止板２３は、冷却水の主たる流れの上流側すなわち給水容器１０に近い方の端部が流線型に形成されていて、冷却水の主たる流れの下流側すなわち給水容器１０から遠い方の端部が三角形に形成されている。つまり、この変形防止板２３は、中央部５３と、冷却水の主たる流れの方向に垂直な方向すなわち周方向の幅が中央部５３よりも狭い先端部５４とを備えている。先端部５４は、中央部５３の径方向の両端部に設けられている。
【００７９】
図１６は、本実施の形態の他の変形例における変形防止板の冷却水流れ方向に平行な断面図である。
【００８０】
この変形例における変形防止板２３は、冷却水の主たる流れの方向すなわち径方向の両端部には段差が形成されている。その結果、この変形防止板２３は、中央部５３と、冷却水の主たる流れの方向に垂直な方向すなわち周方向の幅が中央部５３よりも狭い先端部５４とを備えている。先端部５４は、中央部５３の径方向の両端部に設けられている。
【００８１】
流路サポート２１や冷却水流路１１内に設置される変形防止板２３は、冷却水や蒸気の流れを乱す存在となる。しかし、図１３ないし図１６に示す変形例のような断面形状とすることで、端部まで同じ幅で形成されている場合に比べて、局所的な渦の発生を抑制できる。局所的な渦の発生を抑制することによって、渦による振動が抑制され、高サイクル疲労を抑制することができる。また、局所的な渦の発生によるよどみの発生をで抑制することにより、傾斜流路天板１８の冷却面への冷却水供給量不足による除熱量低下などを抑制できる。なお、端部は、幅狭部５４が形成されていれば、その形状や範囲は冷却水の流れを乱さないように適宜決めればよい。
【００８２】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。たとえば、給水容器１０の外周あるいは傾斜流路天板１８の内周および外周は、円ではなく、たとえば多角形であってもよい。また、図１７に示すように、炉心溶融物保持装置の炉心溶融物を受ける面が傾斜しておらず水平に広がっている天板５８を用いた場合であっても、変形防止板の導入による伝熱面積の拡大および天板の変形防止の効果は得られる。
【符号の説明】
【００８３】
１…原子炉圧力容器、２…格納容器、３…下部ヘッド、４…サプレッションプール、５…水槽、６…格納容器冷却器、７…下部ドライウェル、８…サンプ床、９…炉心溶融物保持装置、１０…給水容器、１１…冷却流路、１２…耐熱材、１３…炉心溶融物、１４…注水配管、１５…給水流路、１７…傾斜流路底板、１８…傾斜流路天板、１９…ライザ部内側板、２０…ライザ部外側板、２１…流路サポート、２２…サポートガイド、２３…変形防止板、３０…支持台、３１…冷却水、４０…注入弁、４１…ペデスタル床、４２…ペデスタル側壁、４３…炉心、５１…幅広部、５２…幅狭部、５３…中央部、５４…先端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水容器と、
前記給水容器から放射状に延びる複数の流路サポートと、
前記流路サポートの間に前記流路サポートの前記給水容器側の端部よりも前記給水容器からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板と、
前記流路サポートおよび前記変形防止板で下面を支持されて前記給水容器から放射状に広がる天板と、
を有することを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項２】
前記変形防止板は前記流路サポートの径方向の長さの半分の位置よりも外側に設けら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。
【請求項３】
前記変形防止板は幅狭部とこの幅狭部の下方に位置し、前記幅狭部よりも幅が大きい幅広部とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項４】
前記変形防止板は中央部とこの中央部の端部に設けられてこの中央部よりも幅が狭い先端部とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項５】
前記天板の下面には下方に向かって突出し前記流路サポートに接して前記給水容器を中心とする径方向に延びるサポートガイドが周方向の複数の位置に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項６】
前記天板は前記給水容器から外側に向かって上昇していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項７】
炉心を収めた原子炉容器と、
原子炉容器の下方のペデスタル床と、
前記ペデスタル床を囲んで立ち上がるペデスタル側壁と、
給水容器と、前記給水容器から放射状に延びる複数の流路サポートと前記流路サポートの間に前記流路サポートの前記給水容器側の端部よりも前記給水容器からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板と前記流路サポートおよび前記変形防止板で下面を支持されて前記給水容器から放射状に広がる天板とを備えて前記ペデスタル床状に設けられた炉心溶融物保持装置と、
を有することを特徴とする格納容器。
【請求項１】
給水容器と、
前記給水容器から放射状に延びる複数の流路サポートと、
前記流路サポートの間に前記流路サポートの前記給水容器側の端部よりも前記給水容器からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板と、
前記流路サポートおよび前記変形防止板で下面を支持されて前記給水容器から放射状に広がる天板と、
を有することを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項２】
前記変形防止板は前記流路サポートの径方向の長さの半分の位置よりも外側に設けら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。
【請求項３】
前記変形防止板は幅狭部とこの幅狭部の下方に位置し、前記幅狭部よりも幅が大きい幅広部とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項４】
前記変形防止板は中央部とこの中央部の端部に設けられてこの中央部よりも幅が狭い先端部とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項５】
前記天板の下面には下方に向かって突出し前記流路サポートに接して前記給水容器を中心とする径方向に延びるサポートガイドが周方向の複数の位置に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項６】
前記天板は前記給水容器から外側に向かって上昇していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項７】
炉心を収めた原子炉容器と、
原子炉容器の下方のペデスタル床と、
前記ペデスタル床を囲んで立ち上がるペデスタル側壁と、
給水容器と、前記給水容器から放射状に延びる複数の流路サポートと前記流路サポートの間に前記流路サポートの前記給水容器側の端部よりも前記給水容器からの距離が遠い位置から放射状に延びる変形防止板と前記流路サポートおよび前記変形防止板で下面を支持されて前記給水容器から放射状に広がる天板とを備えて前記ペデスタル床状に設けられた炉心溶融物保持装置と、
を有することを特徴とする格納容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１７４７９０（Ｐ２０１１−１７４７９０Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３８５０７（Ｐ２０１０−３８５０７）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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