(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物冷却装置において、
前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、
前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部および前記下部入口部よりも高い位置にある上方に開いた開口である上部出口部を備えて前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持ち、前記給水チェンバーの冷却水が前記下部入口部から前記上部出口部に流れる水チャンネル集合体と、
前記水チャンネル集合体の上面に取り付けられた耐熱材と、
前記水チャンネル集合体の外側に設けられ、前記上部出口部からの冷却水を上方に開いた開口を備えて前記給水チェンバーに供給する循環配管と、
を有し、
前記水チャンネル集合体は、前記下部入口部から前記上部出口部に向かって半径方向に広がりながら上昇する互いに分離された複数の扇型の水チャンネルを放射状に配置して形成されている、
ことを特徴とする炉心溶融物冷却装置。
【請求項２】
前記下部入口部から前記上部出口部に向かって前記水チャンネル集合体の水平に対する傾きが大きくなっていくことを特徴とする請求項１記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項３】
前記水チャンネル集合体の内壁には複数の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項４】
前記耐熱材は、金属酸化物および玄武岩系コンクリートのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項５】
前記耐熱材は、少なくとも金属酸化物層およびコンクリート層を備えたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項６】
前記給水チェンバーに接続された注水配管と、
溶融炉心落下の徴候を検出する検出手段と、
前記検出手段が前記徴候を検出したら前記注水配管を介して前記給水チェンバーに冷却水を供給する冷却水供給手段と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項７】
前記冷却水供給手段は、
前記上部出口部よりも上方に位置している冷却水を貯える第１の水槽と、
前記注水配管の途中に挿入された注入弁と、
前記検出手段が前記徴候を検出したら前記注入弁を開放する、前記検出手段に接続された注入弁制御器と、
を有することを特徴とする請求項６記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項８】
前記検出手段は、前記原子炉圧力容器の下方の雰囲気の温度を検出するものであって、
前記注入弁制御器は、前記原子炉圧力容器の下方の雰囲気の温度が所定の温度を越えた場合に前記注入弁を開放するものである
ことを特徴とする請求項７記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項９】
前記検出手段は、前記原子炉圧力容器の下部ヘッドの温度を検出するものであって、
前記注入弁制御器は、前記下部ヘッドの温度が所定の温度を越えた場合に前記注入弁を開放するものである
ことを特徴とする請求項７記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項１０】
前記検出手段は、前記原子炉圧力容器の内部の水位を検出するものであって、
前記注入弁制御器は、前記水位が所定の水位を下回ったまま所定の時間が経過した場合に前記注入弁を開放するものであることを特徴とする請求項７記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項１１】
前記冷却水供給手段は、
冷却水を貯える第２の水槽と、
前記第２の水槽から前記給水チェンバーに冷却水を送り出すポンプと、
前記検出手段が前記徴候を検出したら前記ポンプを起動する、前記検出手段に接続されたポンプ制御器と、
を有することを特徴とする請求項６記載の炉心溶融物冷却装置。
【請求項１２】
原子炉容器と、
前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、
前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲む円筒面状のペデスタル側壁と、
前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバー、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部および前記下部入口部よりも高い位置にある上方に開いた開口である上部出口部を備えて前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持ち前記給水チェンバーの冷却水が前記下部入口部から前記上部出口部に流れる水チャンネル集合体、前記水チャンネル集合体の上面に取り付けられた耐熱材、および、前記水チャンネル集合体の外側に設けられ前記上部出口部からの冷却水を上方に開いた開口を備えて前記給水チェンバーに接続された循環配管、を具備し、前記原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物冷却装置と、
を有し、
前記水チャンネル集合体は、前記下部入口部から前記上部出口部に向かって半径方向に広がりながら上昇する互いに分離された複数の扇型の水チャンネルを放射状に配置して形成されている、
ことを特徴とする原子炉格納容器。
【請求項１３】
原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物冷却装置の設置方法において、
前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床の上に給水チェンバーを配設する工程と、
前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部および前記下部入口部よりも高い位置にある上方に開いた開口である上部出口部を備えて前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ水チャンネル集合体を設置し、前記水チャンネル集合体の上面に耐熱材を取り付ける水チャンネル集合体設置工程と、
前記水チャンネル集合体の外側に開口を備え、前記給水チェンバーに接続された循環配管を設置する工程と、
を有し、
前記水チャンネル集合体は、前記下部入口部から前記上部出口部に向かって半径方向に広がりながら上昇する互いに分離された複数の扇型の水チャンネルを放射状に配置して形成されている、
ことを特徴とする炉心溶融物冷却装置の設置方法。
【請求項１４】
前記水チャンネル集合体設置工程は、
ブロック状の耐熱材片を製造する工程と、
前記耐熱材片を前記水チャンネル集合体の上面に取り付ける工程と、
を有することを特徴とする請求項１３記載の炉心溶融物冷却装置の設置方法。
【請求項１５】
前記水チャンネル集合体は、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とする扇形の投影形状を持つ複数の水チャンネルをリング状の投影形状を持つように組み合わせたものであって、
前記水チャンネル集合体設置工程は、
それぞれの前記水チャンネルの上面に前記耐熱材を取り付ける工程と、
前記耐熱材が取り付けられた前記水チャンネルを組み合わせて水チャンネル集合体を組み立てる工程と、
を有することを特徴とする請求項１３記載の炉心溶融物冷却装置の設置方法。
【請求項１６】
前記給水チェンバーに接続された注水配管と、
前記上部出口部よりも上方に位置している冷却水を貯える第１の水槽と、
前記注水配管の途中に挿入されて前記原子炉圧力容器の下方の空間内の圧力が所定の値を超えると開く注入弁と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか記載の炉心溶融物冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉心溶融物冷却装置、原子炉格納容器および炉心溶融物冷却装置の設置方法に関する。
【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る冷却水の喪失によって、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、上記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おそれがある。
【０００４】
このような事態に至ると、高温の炉心溶融物（コリウム）が原子炉圧力容器内下部に溶け落ち、さらに原子炉圧力容器下部ヘッドを溶融貫通して、コリウムは原子炉格納容器内の床上に落下する。コリウム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り、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、コリウム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】
このようなコリウムとコンクリートの反応を抑制するためには、コリウムを冷却し、コリウム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、コリウム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。従来は、落下したコリウムの上から注水して冷却することにより、コリウム温度を下げコンクリート浸食反応の抑制が図られてきた（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−３３３３５７号公報
【特許文献２】特開２００５−１９５５９５号公報
【非特許文献１】T.G.Theofanous、外１名、"The Coolability Limits of A Reactor Pressure Vessel Lowerhead”、１９９７年、Nuclear Engineering and Design、Volume 169、p.59 - p.76
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コリウムの上からの注水だけでは、コリウム上面の水の沸騰による冷却のみであり、コリウム堆積厚さが厚いとコリウム底部まで十分に冷却できない可能性がある。したがって、床面積を広くとり、コリウムの堆積厚さを冷却可能な厚さ以下にする必要があった。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った。
【０００８】
たとえば、典型的なコリウムの崩壊熱は、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コリウム上面の状態により幅があるが、すくなくとも０．４ＭＷ／ｍ２程度の熱流束が想定される。この場合には、コリウムの発熱量を上面の熱伝達のみで取るとすると、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の構造を考慮すると、この面積を確保することは困難であった。
【０００９】
そこで本発明は、床面積を広くすることなく、原子炉容器内の炉心が溶融して原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を冷却する効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物冷却装置において、前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部および前記下部入口部よりも高い位置にある上方に開いた開口である上部出口部を備えて前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持ち、前記給水チェンバーの冷却水が前記下部入口部から前記上部出口部に流れる水チャンネル集合体と、前記水チャンネル集合体の上面に取り付けられた耐熱材と、前記水チャンネル集合体の外側に設けられ、前記上部出口部からの冷却水を上方に開いた開口を備えて前記給水チェンバーに供給する循環配管と、を有し、前記水チャンネル集合体は、前記下部入口部から前記上部出口部に向かって半径方向に広がりながら上昇する互いに分離された複数の扇型の水チャンネルを放射状に配置して形成されている、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、原子炉格納容器において、原子炉容器と、前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲む円筒面状のペデスタル側壁と、前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバー、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部および前記下部入口部よりも高い位置にある上方に開いた開口である上部出口部を備えて前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持ち前記給水チェンバーの冷却水が前記下部入口部から前記上部出口部に流れる水チャンネル集合体、前記水チャンネル集合体の上面に取り付けられた耐熱材、および、前記水チャンネル集合体の外側に設けられ前記上部出口部からの冷却水を上方に開いた開口を備えて前記給水チェンバーに接続された循環配管、を具備し、前記原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物冷却装置と、を有し、前記水チャンネル集合体は、前記下部入口部から前記上部出口部に向かって半径方向に広がりながら上昇する互いに分離された複数の扇型の水チャンネルを放射状に配置して形成されている、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物冷却装置の設置方法において、前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床の上に給水チェンバーを配設する工程と、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部および前記下部入口部よりも高い位置にある上方に開いた開口である上部出口部を備えて前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ水チャンネル集合体を設置し、前記水チャンネル集合体の上面に耐熱材を取り付ける水チャンネル集合体設置工程と、前記水チャンネル集合体の外側に開口を備え、前記給水チェンバーに接続された循環配管を設置する工程と、を有し、前記水チャンネル集合体は、前記下部入口部から前記上部出口部に向かって半径方向に広がりながら上昇する互いに分離された複数の扇型の水チャンネルを放射状に配置して形成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、床面積を広くすることなく、原子炉容器内の炉心が溶融して原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を冷却する効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る炉心溶融物冷却装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図２は、本発明に係る第１の実施の形態における、原子炉格納容器の立断面図である。
【００１６】
原子炉格納容器２には、下部に位置するペデスタル床７、および、その周りを取り囲む円筒面状のペデスタル側壁２４によって、ペデスタル１５が形成されている。炉心２３を内蔵する原子炉圧力容器１は、ペデスタル側壁２４によって支持されている。
【００１７】
また、原子炉格納容器２の下部には、ペデスタル側壁２４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。サプレッションプール４には、水が貯えられている。
【００１８】
ペデスタル床７の上には、溶融炉心冷却装置３０が配設されている。溶融炉心冷却装置３０には、注水配管８が接続されている。また、注水配管８は、注入弁１４を介して、原子炉格納容器２の上部に位置する水槽５に接続されている。
【００１９】
原子炉格納容器２の上には、冷却器６が配設されている。冷却器６は、たとえば、原子炉格納容器２の蒸気を導いて水中に沈めた熱交換機６ａで凝縮させ、水槽５に凝縮水を戻すものである。このような冷却器６として、静的格納容器冷却設備やドライウェルクーラーなどを用いることができる。
【００２０】
図１は、第１の実施の形態における、ペデスタル床７近傍の立断面図である。なお、図１には、冷却水の流れを模式的に破線の矢印で示した。また、コリウム１３が溶融炉心冷却装置３０の上に落下した場合の、コリウム１３の堆積状況も併せて示した。
【００２１】
原子炉冷却装置３０は、ペデスタル床７の上に設置されている。原子炉冷却装置３０は、給水チェンバー１０、水チャンネル集合体３１、耐熱材１２および循環配管９を有している。
【００２２】
給水チェンバー１０は、中空の円盤状に形成されており、ペデスタル床７の上面に配置されている。給水チェンバー１０には、注水配管８が接続されている。
【００２３】
水チャンネル集合体３１は、給水チェンバー１０からペデスタル側壁２４に向かって傾きを持って上昇し、ペデスタル側壁２４の近傍で鉛直に立ち上がって、その上端は開口している。水チャンネル集合体３１の鉛直に立ち上がった外周部よりも内側は、上に開いた円錐状である。
【００２４】
水チャンネル集合体３１とペデスタル側壁２４の間には、循環配管９の一端が開口している。循環配管９のもう一方の端は、給水チェンバー１０に接続されている。図１において、循環配管９と注水配管８は、水チャンネル集合体３１を挟んで、それぞれ１本ずつ記載しているが、適宜増減してもよい。水チャンネル集合体３１とペデスタル側壁２４の間で、循環配管９と注水配管８以外の部分は、リング状の蓋で覆って、水チャンネル１１の下方の空間２９に冷却水が流れ込まないようにしてもよい。
【００２５】
水チャンネル集合体３１の上面およびペデスタル側壁２４に沿って鉛直に立ち上がっている部分の内側には、その全体を覆うように、耐熱材１２が配設されている。
【００２６】
耐熱材１２としては、たとえば、ＺｒＯ２、ＭｇＯなどの金属酸化物や、玄武岩系コンクリートを用いることができ、金属酸化物とコンクリートの二層構造としてもよい。また、耐熱材１２として、このような材料の直方体のブロックとして、敷き詰めるように配設してもよい。なお、この場合、ブロックの形状は直方体に限定されるものではない。
【００２７】
図３は、第１の実施の形態における、給水チェンバー１０と水チャンネル集合体３１の平面図である。
【００２８】
水チャンネル集合体３１は、給水チェンバー１０の周りに放射状に延びる複数の水チャンネル１１を組み合わせたものである。それぞれの水チャンネル１１の投影形状は扇形をしていて、水チャンネル１１の間は隙間なく接触している。本実施の形態では、たとえば１６個の水チャンネル１１を組み合わせて、水チャンネル集合体３１を形成しているが、水チャンネル１１の個数は適宜増減してもよい。
【００２９】
水チャンネル１１の内部に形成された冷却水流路２５は、給水チェンバー１０につながる下部入口部２１から外周に向かって周方向に広がり、上部出口部２２につながっている。
【００３０】
なお、本実施の形態では、複数の水チャンネル１１を組み合わせて水チャンネル集合体３１を形成しているが、給水チェンバーから広がりながら上昇する冷却水流路２５を持っていれば、どのような形状でもよい。たとえば、２枚の円錐面状の板を所定の間隔を保つように保持したものであってもよい。
【００３１】
炉心溶融事故が発生し、コリウム１３が原子炉圧力容器下部ヘッド３を貫通してペデスタルへ落下すると、溶融炉心冷却装置３０の耐熱材１２に受け止められる。コリウム１３が落下すると、給水チェンバー１０へ冷却水が供給され、下部入口部２１から各水チャンネル１１に冷却水が分配される。
【００３２】
高温のコリウム１３の熱は耐熱材１２に伝わり、さらに水チャンネル１１の壁を介して冷却水に伝えられる。コリウム１３の熱が伝達されることにより、水チャンネル１１の内部の冷却水流路２５を流れる冷却水は、いずれ沸騰する。
【００３３】
図４は、非特許文献１に示された下向きの伝熱面の角度に対する沸騰限界熱流束の実験結果を示すグラフである。
【００３４】
図４から、たとえば、２０°の傾斜を持った下向きの伝熱面の場合は、下向きの水平面（角度０°）よりも、沸騰限界熱流束が約６０％程度向上することがわかる。本実施の形態では、冷却水流路２５は傾斜を持っているため、沸騰により生じた蒸気泡は、浮力によって伝熱面である水チャンネル１１の内面から離脱しやすく、良好な熱伝達率が得られる。
【００３５】
下部入口部２１から水チャンネル１１に入った冷却水は、冷却水流路２５を通って上昇し、外周に位置する上部出口部２２から溢れ出る。上部出口部２２から溢れ出た冷却水の大部分は、水チャンネル集合体３０の円錐形の部分に流れ込む。水チャンネル１１を出た冷却水は、耐熱材１２の上に溢水し、コリウム１２の上に水プールを形成する。この水プールを形成した冷却水は、コリウム１３の表面で沸騰し、コリウム１３を冷却する。
【００３６】
このように、水チャンネル１１の内部での沸騰と、コリウム１３の表面の沸騰の両方によって、コリウム１３は冷却される。
【００３７】
給水チェンバーへの初期の給水は、たとえば、溶融炉心冷却装置より上方に設置されたプール水を重力落下させることにより注水配管８を介して行われる。初期注水が終了した後は、ペデスタル１５の内部の水チャンネル集合体３０の上部へ溢水した冷却水が、冷却水流路２５での沸騰により生じる自然循環によって、循環配管９より給水チェンバー１０に供給される。
【００３８】
溶融炉心を冷却することにより生じた蒸気は、格納容器上部の冷却器６で凝縮されて、水槽５に戻される。水槽５に戻された蒸気を凝縮した冷却水は、再びコリウム１３の冷却に用いられるようになっており、水が自然循環することによってコリウム１３の冷却が継続される。
【００３９】
耐熱材１２の融点は、たとえばＺｒＯ２を耐熱材１２に用いた場合には約２２００℃程度なので、コリウム１３の温度（平均的には２２００℃程度）よりも高く、溶融するおそれは小さい。また、耐熱材１２を配設することにより、コリウム１３が直接、水チャンネル１１に接触せず、また、耐熱材１２の熱抵抗によって熱流束が抑えられるため、水チャンネル１１の壁が破損するおそれも小さい。
【００４０】
このように、本実施の形態の炉心溶融物冷却装置３０によって、効果的にコリウムの温度を下げることができ、コリウム１３は溶融炉心冷却装置３０の内部に安定的に保持される。
【００４１】
また、コリウム１３は、ペデスタル床７のコンクリートと直接接触しないため、コンクリート浸食反応も起きない。したがって、二酸化炭素や水素などの非凝縮性ガス発生による加圧や、原子炉格納容器の損傷が生じるおそれも小さくなる。
【００４２】
水チャンネル１１の壁面の熱伝達は、その角度を水平から２０°とすると、限界熱流束は０．５ＭＷ／ｍ２以上となる。たとえば、既設炉と同程度の直径１０ｍのペデスタル場合でも、水チャンネル壁の合計伝熱面積は８２ｍ２程度となるため、水チャンネルだけで最大４１ＭＷ程度の除熱が可能である。
【００４３】
さらに、溢水した水がコリウム１３の表面からコリウム１３を冷却する除熱としては、０．４ＭＷ／ｍ２程度の熱流束を見込むことができ、伝熱面積を７５ｍ２（等価直径が９．８ｍ）とすると、耐熱材１２の上での冷却により最大３０ＭＷ程度の除熱が可能である。
【００４４】
定格熱出力４０００ＭＷの炉の場合には、コリウム１３の発熱量は４０ＭＷ程度となるため、水チャンネル１１の内部と、耐熱材１２の上面の冷却によって、十分にコリウムの崩壊熱を除去可能であり、コリウムを安定的に冷却可能である。さらに、熱的には余裕があるため、より熱出力が大きな原子炉に対して適用可能である。
【００４５】
また、本実施の形態では、水チャンネル１１、耐熱材１２、給水チェンバー１０、および、給水配管８などの配管の組み合わせで構成されているため、大型の容器などを製造する必要が無い。このため、既設の格納容器に新たに炉心溶融物冷却装置を設置する場合など、大きな物をペデスタル１５に搬入することが困難なときであっても、別途製造した各構成部材をペデスタル１５の内部に持ち込んで、現場で組み立て施工が可能であり、施工性が優れている。
【００４６】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明に係る第２の実施の形態における、水チャンネル１１の斜視図である。
【００４７】
本実施の形態の水チャンネル１１は、第１の実施の形態の水チャンネルの上面に耐熱材１２を張り付け一体としたものである。このような水チャンネル１１を、予め原子力発電所の外部の工場などで製造しておき、その水チャンネル１１をペデスタル１５に搬入して組み立てると、炉心溶融物冷却装置３０の設置に要する時間が短くなる。
【００４８】
また、この水チャンネル１１の内部の冷却材流路２５を形成する壁面には、多数の凹凸が備えられている。この凹凸により、水チャンネル１１の内面での熱伝達は促進され、コリウムをより速く冷却することができるようになる。
【００４９】
［第３の実施の形態］
本発明に係る第３の実施の形態は、水チャンネル集合体３０を円錐形状ではなく、下に凸のお椀型にしたものである。
【００５０】
図６は、第３の実施の形態における、ペデスタル床７近傍の立断面図である。
【００５１】
本実施の形態の水チャンネル集合体３０は、給水チェンバー１０から離れペデスタル側壁２５に近づくに従って段階的に冷却水流路２５の傾きが増加するようにしたものである。なお、水チャンネル集合体３０は、第１の実施形態と同様に、投影形状が扇型の水チャンネルを組み合わせたものである。
【００５２】
図５に示すように冷却面の水平からの傾きが大きいほど、沸騰限界熱流束が大きくなるため、冷却性能は高まる。このため、コリウムを受け止める耐熱材１２およびその耐熱材１２を介してコリウムを冷却する水チャンネル集合体３０の上面の面積をより小さくしても、コリウム１３の冷却と安定保持が可能となる。
【００５３】
［第４の実施の形態］
本発明に係る第４の実施の形態は、溶融炉心冷却装置３０に冷却水を供給する注入配管８に取り付けられた注入弁１４の制御方法に関するものである。
【００５４】
図７は、第４の実施の形態における、炉心溶融物冷却装置を原子炉格納容器の立断面とともに示す説明図である。
【００５５】
注入弁１４には注入弁制御器３６が接続されていて、注入弁制御器３６には溶融炉心が落下する徴候を検出するセンサー３７が接続されている。
【００５６】
注入弁１４は、ペデスタル１５の内圧などによって自動的に開くようにしてもよいが、本実施の形態では、注入弁制御器３６によって注入弁１４を開くようにしている。注入弁制御器３６は、センサー３７からの信号を受け取り、溶融炉心が落下する徴候があると判定したら、注入弁１４を開き、溶融炉心冷却装置３０に冷却水を供給する。
【００５７】
センサー３７として、たとえば、ペデスタル雰囲気温度を測定する温度計を用い、ペデスタル雰囲気温度が所定の温度を超えた場合に、制御装置３６によって注入弁１４を開くようにする。ペデスタル雰囲気温度の代わりに、原子炉圧力容器下部ヘッド３の温度を測定する温度計を用いて、その温度が所定の温度を超えた場合に注入弁１４が開くようにしてもよい。
【００５８】
また、センサー３７として、原子炉水位を検出する検出器を用いて、原子炉水位低の信号が所定の時間継続した場合に、制御装置３６は溶融炉心が落下する徴候があると判定して、注入弁１４を開くようにしてもよい。
【００５９】
さらに、これらのセンサー３７を組み合わせて用いてもよい。
【００６０】
本実施の形態では、適切なセンサーによって溶融炉心が落下する徴候を検出して、溶融炉心冷却装置３０に冷却水を供給できるため、溶融炉心が落下しても、すぐにコリウムを冷却できる。
【００６１】
［第５の実施の形態］
図８は、本発明に係る第５の実施の形態における、炉心溶融物冷却装置を原子炉格納容器の立断面とともに示す説明図である。
【００６２】
本実施の形態では、注水配管８に、外部冷却水貯水槽３８とつながった外部冷却水供給配管４０が接続されている。外部冷却水供給配管４０には、ポンプ３７が挿入されている。また、ポンプ３７には、ポンプ制御器３９を接続する。
【００６３】
ポンプ制御器３９は、溶融炉心が落下する徴候を検出した場合には、ポンプ３７を起動して、外部冷却水貯水槽３８から冷却水を炉心溶融物冷却装置３０に供給する。これによって、ポンプ３７を駆動するための外部電源が利用できる場合には、水槽５に貯えられた冷却水だけでなく、外部冷却水貯水槽３８に貯えられた冷却水もコリウムの冷却に用いることができる。したがって、より速くコリウムを冷却することができるようになる。
【００６４】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各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。また、上述の各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態における、ペデスタル床近傍の立断面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態における、原子炉格納容器の立断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態における、給水チェンバーと水チャンネル集合体の平面図である。
【図４】下向きの伝熱面の角度に対する沸騰限界熱流束の実験結果を示すグラフである。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態における、水チャンネルの斜視図である。
【図６】本発明に係る第３の実施の形態における、ペデスタル床近傍の立断面図である。
【図７】本発明に係る第４の実施の形態における、炉心溶融物冷却装置を原子炉格納容器の立断面とともに示す説明図である。
【図８】本発明に係る第５の実施の形態における、炉心溶融物冷却装置を原子炉格納容器の立断面とともに示す説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…原子炉圧力容器、２…原子炉格納容器、３…原子炉圧力容器下部ヘッド、４…サプレッションプール、５…水槽、６…格納容器冷却器、７…ペデスタル床、８…注水配管、９…循環配管、１０…給水チェンバー、１１…水チャンネル、１２…耐熱材、１３…コリウム（炉心溶融物）、１４…注入弁、１５…ペデスタル、２１…下部入口部、２２…上部出口部、２４…ペデスタル側壁、２５…冷却水流路、３０…炉心溶融物冷却装置、３１…水チャンネル集合体、３６…制御装置、３７…センサー、３８…外部冷却水貯水槽、３９…ポンプ、４０…外部冷却水供給配管
【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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