(57)【要約】【課題】シビアアクシデントのような想定事故に備えて、微細化した溶融物（デブリ）を効率良く捕捉し、シビアアクシデント時の原子炉格納容器内の温度及び圧力上昇を抑えることのできるデブリ捕捉機構を提供する【解決手段】デブリ捕捉機構１は、原子炉格納容器１０１内に原子炉キャビティ１０５に配設された原子炉容器１０６の下側の前記原子炉キャビティ１０５および／または原子炉キャビティ１０５に連通する通風用のダクト１０７に配設され、原子炉容器１０６の底部を溶融貫通して高速で噴霧される微細化された溶融物（デブリＤ）が原子炉格納容器１０１内で飛散しないように捕捉するための飛散防止手段として機能する窪み部２を備える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉格納容器内の原子炉キャビティに配設された原子炉容器の下側の前記原子炉キャビティおよび／または前記原子炉キャビティに連通する通風用のダクトに配設され、前記原子炉容器の底部を溶融貫通して高速で噴霧される微細化された溶融物が前記原子炉格納容器内で飛散しないように捕捉するための飛散防止手段を備えるデブリ捕捉機構。
【請求項２】
前記飛散防止手段は、前記原子炉キャビティの下側の前記原子炉格納容器の底壁内部あるいは前記ダクトの壁面内部に画成された貯留手段として機能する請求項１に記載のデブリ捕捉機構。
【請求項３】
前記貯留手段の上側には、該貯留手段に捕捉された前記溶融物の再飛散を防止するための多孔板が配設されている請求項２に記載のデブリ捕捉機構。
【請求項４】
前記貯留手段の下側には、該貯留手段に捕捉された前記溶融物を固化させる冷却装置が配設されている請求項２または３に記載のデブリ捕捉機構。
【請求項５】
前記飛散防止手段は、噴霧される微細化された前記溶融物の流れに対して抵抗をなすように配置された流路遮蔽装置である請求項１に記載のデブリ捕捉機構。
【請求項６】
前記流路遮蔽装置は、屈曲部を有する波板、金網、あるいはサーペンタイン流路を形成するラビリンス構造のいずれかである請求項５に記載のデブリ捕捉機構。
【請求項７】
原子炉格納容器内の原子炉キャビティに配設された原子炉容器の底部を溶融貫通して高速で噴霧される微細化された溶融物が前記原子炉格納容器内で飛散しないように捕捉するために、前記原子炉キャビティの下側の前記原子炉格納容器の底壁内部および／または前記原子炉キャビティに連通する通風用のダクトの壁面内部に画成された貯留手段と、前記原子炉キャビティおよび／または前記ダクトに配設され、前記溶融物の流れに対して抵抗をなすように配置された流路遮蔽装置とを備えるデブリ捕捉機構。
【請求項８】
前記流路遮蔽装置は、前記貯留手段の上方に配設されている請求項７に記載のデブリ捕捉機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電プラントの原子炉格納容器内の微細化された溶融物（デブリ）の捕捉機構に関し、特に、万一、原子炉炉心の溶融破損によってデリブが飛散する場合のデリブ捕捉機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図８を参照しながら、一般的な加圧水型原子炉プラント１００の概略的構成を説明する。原子炉格納容器１０１は、例えば、岩盤等の堅固な地盤上に立設され、上部コンパートメント１０２と下部コンパートメント１０３とを内部に有している。下部コンパートメント１０３を画成する内部コンクリート構造物１０４は、中心部に原子炉キャビティ１０５を画成していて、原子炉容器１０６がその中に、垂下支持されて据え付けられている。
【０００３】
図９は、図８に示した原子炉格納容器１０１内の原子炉容器１０６の下側を拡大した部分拡大図である。この図を参照しながら、原子炉の安全性を絶対的に確保するために、原子炉発電プラントで発生すると想定したトラブルのうちで、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）時に緊急炉心冷却装置（図示せず）が作動しない場合の炉心が溶融するような事故の現象を説明する。冷却材喪失事故時に緊急炉心冷却装置が作動しないと、原子炉容器１０６の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などが原子炉容器１０６を溶かして、原子炉格納容器１０１内のキャビティ１０５へ高圧下で溶融物が流出することが想定される（このような事故を「シビアアクシデント」と称する）。このような想定事故に備えて、炉心の溶融物が原子炉容器１０６より流出した際に、流出した溶融物をキャビティ１０５において安全に冷却して保持するためのコアキャッチャーが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２１１１６６号公報　（要約、図１、図８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のものは、原子炉容器１０６から流出してキャビティ１０５の底部に堆積した溶融物を冷却して保持するためのもので、高圧下で高速の噴霧流として飛散する微細化した溶融物、すなわちデブリを捕捉することはできないという問題点があった。すなわち、このデブリを捕捉できないと、デブリが高速の噴霧流となってキャビティ１０５から原子炉容器１０６を冷却するための通風用ダクト１０７を介して１０３下部コンパートメントへと飛散し、原子炉格納容器１０１内雰囲気への急速な伝熱化学反応による発熱が生じる結果、原子炉格納容器１０１の内部温度が上昇して、内部の圧力が増加するという不具合につながる。
【０００６】
従って、本発明は、上述した従来の技術の問題を解決するためになされたもので、シビアアクシデントのような想定事故に備えて、微細化した溶融物（デブリ）を効率良く捕捉し、シビアアクシデント時の原子炉格納容器内の温度及び圧力上昇を抑えることのできるデブリ捕捉機構を提供することを主な目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、原子炉格納容器内の原子炉キャビティに配設された原子炉容器の下側の前記原子炉キャビティおよび／または前記原子炉キャビティに連通する通風用のダクトに配設され、前記原子炉容器の底部を溶融貫通して高速で噴霧される微細化された溶融物が前記原子炉格納容器内で飛散しないように捕捉するための飛散防止手段を備えるデブリ捕捉機構を特徴とする。
【０００８】
前記飛散防止手段は、前記原子炉キャビティの下側の前記原子炉格納容器の底壁内部あるいは前記ダクトの壁面内部に画成された貯留手段として機能することができ、該貯留手段の上側に、捕捉された前記溶融物の再飛散を防止するための多孔板を配設したり、貯留手段の下側に、捕捉された前記溶融物を固化させる冷却装置を配設することが好ましい。
【０００９】
また、前記飛散防止手段は、噴霧される微細化された前記溶融物の流れに対して抵抗をなすように配置された流路遮蔽装置であり、該流路遮蔽装置が屈曲部を有する波板、金網、あるいはサーペンタイン流路を形成するラビリンス構造のいずれかにすることができる。
【００１０】
本発明の別の局面によれば、デブリ捕捉機構は、原子炉格納容器内の原子炉キャビティに配設された原子炉容器の底部を溶融貫通して高速で噴霧される微細化された溶融物が前記原子炉格納容器内で飛散しないように捕捉するために、前記原子炉キャビティの下側の前記原子炉格納容器の底壁内部および／または前記原子炉キャビティに連通する通風用のダクトの壁面内部に画成された貯留手段と、前記原子炉キャビティおよび／または前記ダクトに配設され、前記溶融物の流れに対して抵抗をなすように配置された流路遮蔽装置とを備えることを特徴とする。
【００１１】
前記流路遮蔽装置を前記貯留手段の上方に配設することが好ましい。
【００１２】
【作用】
原子炉容器の下側の原子炉格納容器の底部および／または原子炉キャビティに連通する通風用のダクトに、微細化された溶融物が飛散しないように捕捉するための飛散防止手段を備えることにより、デブリを効率よく捕捉できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。
まず、図１を参照しながら、本発明に係るデブリ捕捉機構の第一の実施の形態を説明する。デブリ捕捉機構１は、図１（ｂ）に示されている原子炉容器１０６の下側のキャビティ１０５の底部を画成する原子炉格納容器１０１の底壁内部や、下部コンパートメント１０３とキャビティ１０５とを連通するダクト１０７を画成する内部コンクリート構造物１０４の側壁内部に配設される。このような位置に配設することにより、原子炉格納容器１０１内にデブリが拡散するのを防止することができる。なお、デブリ捕捉機構１は、原子炉格納容器１０１の底壁内部と内部コンクリート構造物１０４の側壁内部の両方に設置することもできるし、いずれか一方でもよい。あるいは、各々の場所に複数個ずつ設置してもよい。
【００１４】
デブリ捕捉機構１は、図１（ａ）を参照するに、飛散防止手段として機能する窪み部２が壁面内部に画成されている。矢印で示したデブリＤの流れＦの方向に対向する側の窪み部２の側壁２ａは、流れＦの方向に対して直角より大きい角度であるのが好ましい。これは、飛散するデブリＤを側壁２ａに衝突させて捕捉するためである。また、窪み部２の大きさは、捕捉したデブリＤを適宜収容できる大きさであればよく、使用状況に応じて開口部４の面積や深さを適宜設定することができる。さらに、窪み部２の形状は、円筒状でも直方体状でも、いかなる形状にもすることができる。このように窪み部２は、飛散するデブリＤを捕捉すると共に溜めておくこともできるため、貯留手段としても機能する。
【００１５】
次に、このような構成の窪み部２を備えるデブリ捕捉機構１の作用を説明する。原子炉容器を溶融貫通して流出した溶融物のうちで微細化された溶融物、すなわちデブリＤが飛散すると、窪み部２の内部に自由落下してくるデブリと、窪み部２の側壁２ａに衝突して落下するデブリとがある。このように落下したデブリＤを窪み部２で捕捉して、内部に溜めることにより、デブリＤが原子炉格納容器内で拡散することを防止することができる。
【００１６】
次に、図２を参照しながら、本発明に係るデブリ捕捉機構の第二の実施の形態を説明する。第二の実施形態は、基本的には図１に示した第一の実施形態と同じであるが、異なる点は、窪み部２の開口部４を塞ぐように、多孔板６を取り付けた点である。このような構成にすることにより、多孔板６を通して窪み部２で捕捉したデブリＤの再飛散を防止することができる。すなわち、デブリＤは、高速で噴霧されているため、窪み部２に溜まったデブリが高速流に巻き込まれて再飛散する恐れがあるが、多孔板６を設置することにより、デブリＤの流れＦが窪み部２の内部に及ばないようにして、再飛散を防止するものである。なお、多孔板６としては、既知の如何なる形状のでも使用することができるが、微細化された溶融物たるデブリＤの影響を考慮すれば、材質としては、セラミックス等の高温耐熱材が好ましい。また、デブリＤの流れＦの影響が窪み部２の内部に及ばない限り、多孔板６を開口部４全体を塞ぐように取り付ける必要はなく、部分的に取り付けることもできる。
【００１７】
次に、図３を参照しながら、本発明に係るデブリ捕捉機構の第三の実施の形態を説明する。第三の実施形態は、基本的には図１に示した第一の実施形態と同じであるが、異なる点は、窪み部２の下側に冷却装置８を取り付けた点である。冷却装置８は、図示しない制御装置に接続されており、状況に応じて適宜温度設定されるようになっている。また、冷却装置としては、既存の如何なる装置も使用することができる。このような冷却装置８を取り付けることにより、窪み部２で捕捉して溜めたデブリを冷却して固化することができ、その結果、デブリの再飛散を防止することができる。なお、再飛散を防止する第二及び第三の実施形態を組み合わせても良く、窪み部の上側に多孔板を配設すると共に下側に冷却装置を配設しても良い。
【００１８】
次に、図４を参照しながら、本発明に係るデブリ捕捉機構の第四の実施の形態を説明する。図４に示したものは、飛散防止手段として機能する流路遮蔽手段１０である。流路遮蔽手段１０は、原子炉容器の下側の原子炉キャビティ内や、原子炉キャビティに連通する通風用のダクト内に配設される。このように、流路遮蔽手段をデブリが飛散する流路途中に配設することにより、原子炉容器から噴出したデブリの拡散を効率よく防止することができる。なお、流路遮蔽手段１０は、原子炉キャビティ内と通風用のダクト内との両方に配設しても良いし、いずれか一方でも良い。また、各々の場所に複数個ずつ設置してもよい。
【００１９】
流路遮蔽手段１０は、図４から明らかなように、屈曲部１４を有する波板１２を複数枚積層させて構成されている。このように構成された流路遮蔽手段１０をデブリＤの流れＦを遮るように設置すると、流路遮蔽手段１０の波板１２がデブリＤの流れＦに対して抵抗をなすように機能する、すなわち、高速で噴霧されたデブリＤの直進性を遮るように機能するため、デブリＤが波板１２の板面に衝突する。衝突したデブリＤは、板面を滴下し捕捉される。屈曲部１４を有する波板１２は、デブリの流れＦに対して抵抗をなすような配向であれば、鉛直方向及び水平方向のいずれの方向にも配置することができる。なお、屈曲部１４を下側に凸状態になるように水平方向に配置すれば、屈曲部１４の上側面が貯留部として機能するため、捕捉したデブリを溜めることができる。また、波板１２を鉛直方向に配置した場合でも、屈曲部１４の内側で捕捉されたデブリは、その場に滞留して自然に固化していく。さらに、図４（ｂ）に示すように、波板１２の屈曲部１４の内側にポケット１６を設けることにより、捕捉したデブリの再飛散を防止することもできる。
【００２０】
図５は、流路遮蔽手段の変形例であり、この流路遮蔽手段は、金網１８から構成されている。この金網１８を図４に示した波板と同様に、原子炉キャビティや通風用ダクト内に取り付ければ、高速で噴霧されたデブリＤの進路を遮り、その結果、デブリは、金網に衝突して捕捉される。また、金網状ゆえ、デブリの再飛散も防止できる。
【００２１】
図６は、流路遮蔽手段のさらに別の変形例であり、この流路遮蔽手段は、コ字状部材２２及び２４を組み合わせることによりサーペンタイン流路２６を形成するラビリンス構造２０から構成されている。デブリＤの流れＦをサーペンタイン流路２６に導くことにより直進性を遮ることができ、デブリＤは、第一のコ字状部材２２あるいは第二のコ字状部材２４に衝突して捕捉される。なお、図４〜図６に示した流路遮蔽手段を用いると、それ自体でデブリの流れを遮ることにより流れを遅くして、拡散を防止することができる。また、各部材の材質としては、セラミックス等の高温耐熱材料が好適である。さらに、各流路遮蔽手段を組み合わせて使用することもできるし、これらの流路遮蔽手段を図１〜図３に示した貯留手段と組み合わせて使用することもできる。
【００２２】
例えば、図７は、図１に示した貯留手段として機能する窪み部２と、図５に示した金網１８と、図６に示したラビリンス構造２０とを組み合わせた例である。この例では、窪み部２の鉛直上方にラビリンス構造２０を配設すると共に、ラビリンス構造２０を構成する第一のコ字状部材２２及び第二のコ字状部材２４の一部に金網１８を取り付けてある。このような構成のデブリ捕捉機構を用いると、高速で飛散するデブリＤは、ラビリンス構造２０のサーペンタイン流路２６内へ導かれ、各金網１８に衝突して捕捉されると共に、流れが遅くなったデブリＤは、窪み部２に落下して捕捉且つ貯留される。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のデブリ捕捉機構は、原子炉容器の底部を溶融貫通して高速で噴霧される微細化された溶融物が原子炉格納容器内で飛散しないように捕捉するための飛散防止手段を、原子炉容器の下側の原子炉キャビティや原子炉キャビティに連通する通風用のダクトに配設することにより、高速で噴出する微細化された溶融物を効率よく捕捉でき、その結果、原子炉格納容器内雰囲気への急速な伝熱化学反応による発熱を抑えられ、原子炉格納容器の内部温度が上昇して、内部の圧力が増加するという不具合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】貯留手段として機能する飛散防止手段を備える本発明に係るデブリ捕捉機構の第一の実施の形態を示す概要図である。
【図２】貯留手段として機能する飛散防止手段を備える本発明に係るデブリ捕捉機構の第二の実施の形態を示す概要図である。
【図３】貯留手段として機能する飛散防止手段を備える本発明に係るデブリ捕捉機構の第三の実施の形態を示す概要図である。
【図４】流路遮蔽手段として機能する飛散防止手段を備える本発明に係るデブリ捕捉機構の第四の実施の形態を示す概要図である。
【図５】流路遮蔽手段の変形例を示す概要図である。
【図６】流路遮蔽手段のさらに別の変形例を示す概要図である。
【図７】貯留手段と流路遮蔽手段とを組み合わせたデブリ捕捉機構を示す概要図である。
【図８】一般的な加圧水型原子炉プラントの構成を示す概略図である。
【図９】原子炉容器内から溶融貫通して溶融物が流れ出す様子を示す原子炉格納容器内の原子炉容器の下側を拡大した部分拡大概要図である。
【符号の説明】
１…デブリ捕捉機構、２…窪み部（飛散防止手段／貯留手段）、２ａ…側壁、４…開口部、６…多孔板、８…冷却装置、１０…流路遮蔽手段、１２…波板、１４…屈曲部、１６…ポケット、１８…金網、２０…ラビリンス構造、２２，２４…コ字状部材、２６…サーペンタイン流路、１００…加圧水型原子炉プラント、１０１…原子炉格納容器、１０２…上部コンパートメント、１０３…下部コンパートメント、１０４…内部コンクリート構造物、１０５…原子炉キャビティ、１０６…原子炉容器、１０７…ダクト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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