(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
格納容器内の原子炉圧力容器の底部の鉛直下側に設けられる保持板と、
前記保持板の鉛直上側に設けられ、鉛直方向に伸びる複数の受入空間と当該受入空間の鉛直上側で前記原子炉圧力容器の前記底部と対向する複数の開口を有する緩衝部材と、
前記受入空間のそれぞれに配置された冷却用部材と、
前記緩衝部材より鉛直下側において当該緩衝部材に沿って延びており、且つ内部に冷却液が封入されており、当該緩衝部材から受けた熱を放熱可能な放熱用部材と、
を備えることを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項２】
前記冷却用部材は、内部に冷却液が封入された冷却用カプセルを含む
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】
前記冷却用部材は、固体で構成された固体冷却材を含み、
当該固体冷却材は、前記開口と鉛直方向において対向する壁体である底部壁体を覆うよ
うに配置されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項４】
原子炉圧力容器を格納する格納容器と、
前記格納容器内の前記原子炉圧力容器の底部の鉛直下側に設けられる保持板と、
前記保持板の鉛直上側に設けられ、鉛直方向に伸びる複数の受入空間と当該受入空間の鉛直上側で前記原子炉圧力容器の前記底部と対向する複数の開口を有する緩衝部材と、
前記受入空間のそれぞれに配置された冷却用部材と、
前記緩衝部材より鉛直下側において当該緩衝部材に沿って延びており、且つ内部に冷却液が封入されており、当該緩衝部材から受けた熱を放熱可能な放熱用部材と、
を備えることを特徴とする原子力施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、炉心溶融事故が生じたときに、原子炉圧力容器を貫通した炉心溶融物を受け止めて保持する炉心溶融物保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉設備においては、一次冷却材喪失事故等が生じて炉心の冷却が不十分な状態が続くと、炉心が溶融する場合がある。このような場合、通常、非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ）が作動して炉心の残留熱を除去することにより、炉心が溶融する事故（以下、炉心溶融事故と記す）を未然に防止している。
【０００３】
しかし、非常用炉心冷却装置が、何らかの理由により作動せず、且つ炉心に冷却水を注入可能な他の装置も利用できない事態も想定される。実際に炉心溶融事故が生じると、高温の炉心溶融物は、原子炉圧力容器の底部（いわゆる下鏡）に溶け落ち、当該底部を貫通する場合がある。原子炉圧力容器の底部を貫通した炉心溶融物は、格納容器のうち原子炉圧力容器の底部と対向する部分（以下、格納容器床部と記す）に落下する虞がある。
【０００４】
このような格納容器床部は、通常、主にコンクリートで構成されている。格納容器床部に高温の炉心溶融物が接触して反応すると、二酸化炭素、水素等の非凝縮性ガスを発生させると共に、格納容器床部のコンクリートを溶融、浸食する。この結果、格納容器床部のコンクリートと炉心溶融物の反応が継続すると、当該コンクリートの浸食や、発生した非圧縮性ガスによる格納容器内の圧力上昇により、格納容器が破損する虞がある。
【０００５】
このため、炉心溶融物が格納容器床部に接触する際に、その接触面の温度がコンクリートの浸食温度以下（例えば、１５００Ｋ以下）となるように炉心溶融物を冷却することや、炉心溶融物と格納容器床部を構成するコンクリートが直接接触しないようにすることが要望されている。
【０００６】
そこで、炉心溶融物が原子炉圧力容器から落下した場合に備えて、ドライウェルのうち原子炉圧力容器より鉛直下側に、当該原子炉圧力容器を貫通して落下する炉心溶融物を受け止める炉心溶融物保持装置（いわゆるコアキャッチャー）を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１，２には、圧力抑制プールに貯留されている冷却水を、炉心溶融事故時に炉心溶融物保持装置に導くことにより、当該炉心溶融物保持装置と炉心溶融物とを冷却する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３１５０４５１号公報
【特許文献２】特開２００５−１９５５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した特許文献１，２に記載の技術においては、格納容器内に形成されたドライウェルのうち、原子炉圧力容器より鉛直下側にある空間と、圧力抑制プールとを、冷却水が流通可能な通路により連通させており、当該通路には、冷却水の流れを阻止可能な弁が設けられている。この弁を開き、圧力抑制プールに貯留されている冷却水を、ドライウェルのうち炉心溶融物保持装置の鉛直下側に導くことにより、高温の炉心溶融物を保持している炉心溶融物保持装置を冷却している。
【０００９】
上述した弁は、一般的に、炉心溶融物からの輻射熱を受けて、弁体が閉位置から開位置に駆動されるように構成されている。したがって、原子炉圧力容器を貫通して溶け落ちた炉心溶融物を炉心溶融物保持装置が受け止めてから、圧力抑制プールの冷却水が炉心溶融物保持装置に導かれるまでに、例えば、１５分程度の時間を要する場合がある。加えて、炉心溶融物保持装置の周囲に冷却水が満たされるまでには、さらに１０分程度の時間を要する場合がある。この間、炉心溶融物保持装置は、炉心溶融物を受け止めて、これを保持する必要があり、炉心溶融物保持装置のうち、特に、原子炉圧力容器の底部と鉛直方向に対向する部分には、極めて高い耐熱性が要求されている。このため、炉心溶融物保持装置のうち、原子炉圧力容器の底部と鉛直方向に対向する部分は、一般的に、融点が高い（例えば、２５００Ｋ〜３０００Ｋ程度）材料（以下、高融点耐熱材と記す）により構成されている。高融点耐熱材には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２：以下、単に「ジルコニア」と記す）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等が用いられる。
【００１０】
しかし、このような高融点耐熱材は、炉心溶融物保持装置が冷却水により冷却されるまでの間、炉心溶融物との化学反応による浸食が生じる場合がある。また、原子炉圧力容器の底部からジェット状に噴出した高温の液状状態である炉心溶融物が、高融点耐熱材に局所的に衝突して、当該高融点耐熱材の溶融による浸食（以下、単に「溶融浸食」と記す）を引き起こす、いわゆるジェットインピンジメントが生じることがある。
【００１１】
このため、高融点耐熱材を含んで構成された部材を、より厚いものにすること等が考えられるが、高融点耐熱材は、一般的な鋼材に比べて高価であり、炉心溶融物保持装置に費やされるコストが増大するという問題がある。また、炉心溶融物保持装置が設置される下側空間に、通常運転時から冷却水を貯留しておくことも考えられるが、当該冷却水と炉心溶融物が接触したときに水蒸気爆発が生じる虞がある。また、沸騰水型原子炉においては、原子炉圧力容器の鉛直下側に、制御棒交換を行うための作業空間が必要であり、当該空間と冷却水を貯留する空間とを構造上分離する必要がある。
【００１２】
本発明の実施形態は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高融点耐熱材の使用量を抑制しつつ、炉心溶融事故時において炉心溶融物を少なくとも所定の時間受け止めて保持することが可能な炉心溶融物保持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】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の炉心溶融物保持装置は、格納容器内の原子炉圧力容器の底部の鉛直下側に設けられる保持板と、前記保持板の鉛直上側に設けられ、鉛直方向に伸びる複数の受入空間と当該受入空間の鉛直上側で前記原子炉圧力容器の前記底部と対向する複数の開口を有する緩衝部材と、前記受入空間のそれぞれに配置された冷却用部材と、前記緩衝部材より鉛直下側において当該緩衝部材に沿って延びており、且つ内部に冷却液が封入されており、当該緩衝部材から受けた熱を放熱可能な放熱用部材と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の実施形態の原子力施設は、原子炉圧力容器を格納する格納容器と、前記格納容器内の前記原子炉圧力容器の底部の鉛直下側に設けられる保持板と、前記保持板の鉛直上側に設けられ、鉛直方向に伸びる複数の受入空間と当該受入空間の鉛直上側で前記原子炉圧力容器の前記底部と対向する複数の開口を有する緩衝部材と、前記受入空間のそれぞれに配置された冷却用部材と、前記緩衝部材より鉛直下側において当該緩衝部材に沿って延びており、且つ内部に冷却液が封入されており、当該緩衝部材から受けた熱を放熱可能な放熱用部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、炉心溶融事故時において炉心溶融物を少なくとも所定の時間受け止めて保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態の炉心溶融物保持装置を含む原子力施設の断面立面図である。
【図２】第１の実施形態の炉心溶融物保持装置と、その周辺構成を示す断面立面図である。
【図３】第１の実施形態の炉心溶融物保持装置のうち、原子炉圧力容器の底部と対向する開口の近傍を示す斜視図であり、炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する緩衝部材が、複数の箱状部材により構成されている例を示す図である。
【図４】第１の実施形態の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、冷却用部材として袋状の冷却用カプセルが配置された態様を示している。
【図５】第１の実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、冷却用部材として球状の冷却用カプセルが配置された態様を示している。
【図６】第１の実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、冷却用部材として固体冷却材が配置された態様を示している。
【図７】第１の実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、冷却用部材として粒状冷却材が配置された態様を示している。
【図８】第１の実施形態の炉心溶融物保持装置のうち、原子炉圧力容器の底部と対向する開口と受入空間を示す斜視図であり、炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する緩衝部材が、格子状に組み合わされた板状部材により構成されている例を示す図である。
【図９】第２の実施形態の炉心溶融物保持装置のうち、原子炉圧力容器の底部と対向する開口と受入空間近傍の断面図であり、隣り合う箱状部材の間に、冷却液を封入した冷却用カプセルが配設された例を示す図である。
【図１０】第３の実施形態の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、内部に冷却液が封入されており、当該緩衝部材から受けた熱を放熱可能な放熱用部材が、緩衝部材に沿って延びている態様を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
第１の実施形態の炉心溶融物保持装置を備える原子力施設の概略構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の炉心溶融物保持装置を含む原子力施設の断面立面図である。
【００１９】
なお、各図において、鉛直方向のうち上側を「鉛直上側」と記して矢印Ｕで示し、下側を「鉛直下側」と記して矢印Ｄで示す。加えて、水平方向を矢印Ｈで示す。また、水平方向のうち炉心に近い側を「水平方向内側」と記し、水平方向内側とは逆向きを「水平方向外側」と記す。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の原子力施設１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を有しており、具体的には、炉心２及び炉内構造物（図示せず）を収容する原子炉圧力容器１０と、原子炉圧力容器１０を格納する格納容器２０とを有している。本実施形態において、原子炉圧力容器１０は、鋼製であり、格納容器２０は、鋼製の内張りを備えた鉄筋コンクリート製である。
【００２１】
原子炉圧力容器１０は、軸心が鉛直方向に延びる筒状の部分である筒状部１２と、筒状部１２より鉛直下側を構成する部分である圧力容器底部１４と、筒状部１２より鉛直上側を構成する部分である頂部１６とを有している。炉心２の冷却が十分に行われない状態が継続されて、当該炉心２が溶融すると、圧力容器底部１４は、当該炉心が溶融したもの、いわゆる炉心溶融物を受けて高温となる。このような炉心溶融事故時において、炉心溶融物は、高温となった圧力容器底部１４を貫通して、当該圧力容器底部１４から鉛直下側に溶け落ちる。
【００２２】
格納容器２０は、ドライウェル（dry-well）２１とウェットウェル（wet-well）２２に仕切られている。格納容器２０のうちウェットウェル２２には、原子炉圧力容器１０から放出された蒸気（冷却材）を凝縮させて水に戻すプール（以下、圧力抑制プールと記す）２３が設けられている。なお、格納容器２０のうち、圧力容器底部１４より鉛直下側において水平方向に延びている部分を、以下に「床部」と記して符号２４で示す。
【００２３】
圧力抑制プール２３には、冷却材としての水（以下、単に「冷却水」と記す）が貯留されている。圧力抑制プール２３は、原子炉圧力容器１０からの蒸気を冷却し凝縮させることにより、ドライウェル２１の圧力上昇を抑制する。圧力抑制プール２３は、格納容器２０内のうち原子炉圧力容器１０より水平方向外側に設けられている。
【００２４】
ウェットウェル２２を画定する壁体２５，２６のうち、鉛直方向に延びる壁体２６の水平方向内側には、格納容器２０の床部２４に対して原子炉圧力容器１０を支持する壁体（以下、ペデスタルと記す）２８が、設けられている。ペデスタル２８は、格納容器２０の床部２４から突出して鉛直上側に延びており、筒状部１２に結合されて原子炉圧力容器１０を支持している。ペデスタル２８は、主にコンクリートにより構成されている。なお、ドライウェル２１のうち、ペデスタル２８より水平方向内側であり且つ圧力容器底部１４より鉛直下側にある空間を、以下に、「下側空間」と記して図に符号２１ｃで示す。
【００２５】
格納容器２０内の空間のうち下側空間２１ｃ（格納容器２０の、原子炉圧力容器１０の鉛直下側でペデスタル２８の内側の空間）の底部には、圧力容器底部１４を貫通した炉心溶融物を受け止める炉心溶融物保持装置３０が設けられている。炉心溶融物保持装置３０は、圧力容器底部１４より鉛直下側に配置されており、且つ鉛直方向において当該圧力容器底部１４と対向している。炉心溶融物保持装置３０は、炉心溶融事故時において、圧力容器底部１４を貫通し、当該圧力容器底部１４から鉛直下側に落ちてきた炉心溶融物を受け止めるよう構成されている。
【００２６】
なお、本実施形態の原子力施設１において、格納容器２０内には、圧力抑制プール２３と下側空間２１ｃとを連通させて、炉心溶融事故時において圧力抑制プール２３に貯留されている冷却水を下側空間２１ｃに導く通路（図示せず）と、当該通路に設けられて通常運転時に圧力抑制プール２３と下側空間２１ｃとの連通を遮断する弁７が設けられている。当該弁７は、炉心溶融物からの輻射熱を受けて開くように構成されている。炉心溶融事故時において、当該弁７が開くと、圧力抑制プールに貯留されている冷却水は、下側空間２１ｃに導かれて、下側空間２１ｃのうち炉心溶融物保持装置３０の周囲は、冷却水で満たされる。このようにして、炉心溶融物保持装置３０を冷却することが可能となっている。
【００２７】
次に、本実施形態の炉心溶融物保持装置３０の詳細な構成について、図１〜図８を用いて説明する。図２は、本実施形態の炉心溶融物保持装置と、その周辺構成を示す断面立面図である。図３は、本実施形態の炉心溶融物保持装置のうち、原子炉圧力容器の底部と対向する開口の近傍を示す斜視図であり、炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する緩衝部材が、複数の箱状部材により構成されている例を示す図である。図４は、本実施形態の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、冷却用部材として袋状の冷却用カプセルが配置された態様を示している。なお、図２においては、原子炉圧力容器１０の筒状部１２の軸心を、一点鎖線Ａで示し、以下に「原子炉軸心」と記す。
【００２８】
また、図５は、本実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、冷却用部材として球状の冷却用カプセルが配置された態様を示している。図６は、本実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、冷却用部材として固体冷却材が配置された態様を示している。図７は、本実施形態の変形例の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、冷却用部材として粒状冷却材が配置された態様を示している。図８は、本実施形態の炉心溶融物保持装置のうち、原子炉圧力容器の底部と対向する開口と受入空間を示す斜視図であり、炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する緩衝部材が、格子状に組み合わされた板状部材により構成されている例を示す図である。
【００２９】
図１及び図２に示すように、炉心溶融物保持装置３０は、鉛直上側を開口させて格納容器２０内の原子炉圧力容器１０の鉛直下側でペデスタル２８の内側の空間の底部に設置されており、これにより圧力容器底部１４から鉛直下側に落ちてきた炉心溶融物を受け止める構造となっている。
【００３０】
炉心溶融物保持装置３０は、高融点耐熱材を含み炉心溶融物を受け止めるため中心部に向かったすり鉢状の形状を有する保持板４０、保持板４０の下部に設けられ冷却水と接する下部板４４、下部板４４の下側に設けられた冷却水が流通可能な冷却水通路４８、および保持板４０の上側に、圧力容器底部１４と対向するように設置されている緩衝部材３１を有している。すなわち、本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０においては、圧力容器底部１４を貫通して鉛直下側に溶け落ちた炉心溶融物は、保持板４０の鉛直上側にある緩衝部材３１が最初に受け止めるように構成されている。なお、緩衝部材３１の詳細な構成については、後述する。
【００３１】
保持板４０は、板状をなしており、ジルコニア等の高融点耐熱材を含んで構成されている。下部板４４は、板状をなしており、保持板４０に沿って設けられており、ステンレス鋼等、比較的防食性の高い材料で構成されている。
【００３２】
下部板４４の下側に形成される、冷却水が流通可能な冷却水通路４８は、炉心溶融事故時において、圧力抑制プール２３（図１参照）から下側空間２１ｃに供給された冷却水が流通する通路である。保持板４０及び下部板４４は、それぞれ、中心部分である原子炉軸心（図に一点鎖線Ａで示す）から所定の範囲においては高さが一定であるが、この所定の範囲の外側においては水平方向外側に向かうに従ってその高さが高くなる（鉛直上側に位置する）よう、中心部に向かうすり鉢状の形状（逆截頭円錐形状）となっている。冷却水通路４８は、前述、下部板４４の高さが一定である中心部分から所定の範囲よりも外側において下部板４４に沿って、水平方向外側に向かうに従ってその高さが高くなる（鉛直上側に位置する）よう延びている。
【００３３】
炉心溶融物保持装置３０は、その緩衝部材３１で炉心溶融物を受けたとき、当該炉心溶融物の熱を、緩衝部材３１から保持板４０と下部板４４を介して、冷却水通路４８の冷却水に伝達することが可能となっている。炉心溶融事故時において下側空間２１ｃに供給された冷却水は、冷却水通路４８において下部板４４からの熱を受け、冷却水温度が上昇または水蒸気となり、自然対流により当該冷却水通路４８を水平方向内側から外側に向けて流れる。
【００３４】
一方、緩衝部材３１は、保持板４０の鉛直上側に鉛直方向延びて設けられており、炉心溶融物を受入可能な空間（以下、受入空間と記す）３３が複数形成されており、それぞれの受入空間３３の鉛直上側には圧力容器底部１４と対向する複数の開口３２が水平方向に配列されている。本実施形態において、受入空間３３は、直方体形状の空間として構成されている。受入空間３３は、炉心溶融事故時において、圧力容器底部１４を貫通して溶け落ちた炉心溶融物を受け入れる。受入空間３３の鉛直上側にそれぞれ設けられる開口３２は、鉛直方向において圧力容器底部１４の下側と対向する。開口３２は受入空間３３のそれぞれに対応して水平方向に複数配列される。
【００３５】
緩衝部材３１は、図３及び図４に示すように、有底の箱状をなしている部材（以下、箱状部材と記す）５０が水平方向に隙間なく多数配列されて構成されている。保持板４０上に設けられ前記開口３２と鉛直方向に対向する底部壁体３４と、当該底部壁体３４に接続され保持板４０に対する鉛直上側に延びる壁体５１，５２と、を有する。具体的には、箱状部材５０は、例えば水平方向のうち図に矢印Ｈ１で示す所定の方向（以下、第１水平方向と記す）及び鉛直方向に広がる平らな壁体（以下、第１壁体と記す）５１と、第１水平方向に直交する方向（以下、第２水平方向と記して図に矢印Ｈ２で示す）及び鉛直方向に広がる平らな壁体（以下、第２壁体と記す）５２とを有している。
【００３６】
複数の箱状部材５０を隙間なく配列して緩衝部材３１を構成することにより、第１壁体５１は、第２水平方向に所定の間隔をあけて複数配列され、且つ第２壁体５２は、第１水平方向に所定の間隔をあけて複数配列される。このように構成された緩衝部材３１においては、鉛直方向に直交する断面において、複数の第１壁体５１と複数の第２壁体５２は、格子状に交差して延びている。換言すれば、圧力容器底部１４側から見て、第１壁体５１と第２壁体５２が格子状に交差して延びている。
【００３７】
なお、本実施形態の緩衝部材３１である箱状部材５０は、鋼等の比較的安価な金属で構成されている。また、酸化アルミニウムの焼結体等の比較的安価なセラミックスで構成することも好適である。なお、箱状部材５０の表面には、例えば、第１壁体５１や第２壁体５２の表面には、タングステンやタンタルのような比較的融点の高い材料の膜が、蒸着や溶射により形成されているものとしても良い。
【００３８】
本実施形態において、緩衝部材３１の受入空間３３（図２参照）は、第１水平方向において所定の間隔をあけて対向して設けられた２つの第２壁体５２と、第２水平方向において所定の間隔をあけて対向して設けられた２つの第１壁体５１と、第１水平方向及び第２水平方向に広がる底（図示せず）に囲まれて画定されている。すなわち、受入空間３３の鉛直上側にある開口３２（図２参照）は、第１壁体５１の鉛直上側の縁５１ａと、第２壁体５２の鉛直上側の縁５２ａにより囲まれて構成されている。
【００３９】
以上のように構成された緩衝部材３１は、図４に示すように、開口３２から鉛直下側に延びる受入空間３３が形成されており、鉛直方向に開口３２と対向する底部壁体３４が形成されている。底部壁体３４は、本実施形態において、上述した緩衝部材３１である箱状部材５０の底であり、保持板４０上に設置される部分である。底部壁体３４は、開口３２から受入空間に流入した炉心溶融物を受け止める。受入空間３３は、水平方向に複数配列されている。
【００４０】
各受入空間３３には、それぞれ、開口３２から流入した炉心溶融物を冷却するための部材（以下、冷却用部材と記す）が、配置されている。図４に示すように、本実施形態において、受入空間３３には、冷却用部材として、冷却用の液体（以下、冷却液と記す）６２が内部に封入されたカプセル（以下、冷却用カプセルと記す）６０が配置されている。
【００４１】
冷却用カプセル６０は、袋状をなしており、合成樹脂により構成されたカプセル本体６１の内部に水等の冷却液６２が封入されて構成されている。冷却用カプセル６０は、緩衝部材３１において受入空間３３を画定する底部壁体３４上に配置されており、当該底部壁体３４を覆うように敷き詰められている。
【００４２】
なお、本実施形態の冷却用カプセル６０は、袋状をなしているものとしたが、冷却用カプセルの形態は、これに限定されるものではない。例えば、図５に示す変形例のように、冷却用カプセル６０Ｂは、球状をなしており、底部壁体３４を覆うように多数（複数）敷き詰められるものとしても良い。
【００４３】
以上のように構成された原子力施設１は、図１に示すように、炉心溶融事故が生じて、炉心２が溶融した炉心溶融物が、圧力容器底部１４を貫通して落下すると、炉心溶融物保持装置３０の緩衝部材３１が、炉心溶融物を受け止める。圧力容器底部１４から落下した炉心溶融物は、緩衝部材３１の開口３２から受入空間３３に流入する。冷却用カプセル６０は、カプセル本体６１が熱により破れ、内部に封入されていた冷却液６２が、炉心溶融物と接して蒸発する。冷却用カプセル６０は、冷却液６２の気化潜熱を利用して、受入空間３３に流入した炉心溶融物を冷却する。
【００４４】
これにより、受入空間３３内の炉心溶融物は、その一部が、温度の低下により固化してクラスト状となる。これにより、高温であり液状をなしている炉心溶融物が、直接、緩衝部材３１の底部壁体３４及び保持板４０に接することを抑制することができる。底部壁体３４上においてクラスト状となった炉心溶融物は、液状の炉心溶融物に比べて熱抵抗が大きいため、受入空間３３のうち鉛直上側にある液状の（すなわち高温の）炉心溶融物の熱が、保持板４０に伝達されることを抑制することができる。
【００４５】
緩衝部材３１の開口３２から受入空間３３に流入した炉心溶融物は、当該受入空間３３に堆積する。炉心溶融物は、箱状部材５０を構成する第１壁体５１及び第２壁体５２の鉛直上側を超えるか、第１壁体５１及び第２壁体５２が溶融浸食により破壊されない限り、水平方向に拡散することがない。これにより、上述したジェットインピンジメントにより、緩衝部材３１の底部壁体３４や、当該底部壁体３４に隣接する保持板４０が、溶融浸食されることを抑制する。
【００４６】
炉心溶融物保持装置３０は、炉心溶融事故時において、圧力容器底部１４と対向する緩衝部材３１の底部壁体３４や保持板４０の溶融浸食を、所定の時間遅らせることができる。なお、所定の時間が経過すると、下側空間２１ｃには、圧力抑制プール２３からの冷却水が満たされる。この冷却水により、炉心溶融物保持装置３０と、当該炉心溶融物保持装置３０が保持している炉心溶融物は、冷却される。
【００４７】
以上に説明したように本実施形態の炉心溶融物保持装置３０は、原子炉圧力容器の底部である圧力容器底部１４を貫通した炉心溶融物を受け止めて保持する。炉心溶融物保持装置３０のうち圧力容器底部１４と対向する緩衝部材３１は、圧力容器底部１４と対向する開口３２が設けられるとともに鉛直方向に延びて保持板４０の鉛直上側に設けられ、当該開口３２から流入した炉心溶融物を受け入れ可能な受入空間３３が複数形成されている、各受入空間３３には、当該受入空間３３に流入した炉心溶融物を冷却可能な冷却用部材として冷却用カプセル６０が配置されている。開口３２から受入空間３３に流入した炉心溶融物を冷却用部材が冷却することにより、受入空間３３内の炉心溶融物の固化（クラスト化）を促進して、炉心溶融物保持装置３０の周囲に冷却水が供給されるまでの間、炉心溶融物を受け止めて保持することができる。
【００４８】
なお、本実施形態において、受入空間３３に配置される冷却用部材は、水等の冷却液が内部に封入された袋状の冷却用カプセル６０であるものとしたが、本発明に係る冷却用部材は、この態様に限定されるものはない。
【００４９】
例えば、図６に示す変形例のように、冷却用部材として、固体で構成された冷却材（以下、固体冷却材と記す）７０を、受入空間３３に配置するものとしても良い。固体冷却材７０には、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）等の金属酸化物を焼結させたセラミックスで構成することができる。本変形例において、固体冷却材７０は、受入空間３３に面する底部壁体３４上に、当該底部壁体３４を覆うように配置されている。なお、固体冷却材７０には、炉心溶融物に比べて融点の低い金属により構成することもできる。
【００５０】
また、図７に示す変形例のように、冷却用部材として、粒状をなしている固体で構成された冷却材（以下、粒状冷却材と記す）７３を、受入空間３３に多数配置するものとしても良い。粒状冷却材７３には、例えば、金属製の球体を用いることができる。本変形例において、粒状冷却材７３は、受入空間３３に面する底部壁体３４上に、当該底部壁体３４を覆うように多数配置されている。この態様によれば、炉心溶融物との接触面積を増大させることができる。なお、粒状冷却材７３は、上述した冷却用カプセル６０，６０Ｂと混在させて受入空間３３に配置されるものとしても良い。
【００５１】
また、本実施形態において、緩衝部材３１は、有底の箱状をなしている箱状部材５０が、水平方向に隙間なく多数配列されて構成されているものとしたが、本発明に係る緩衝部材の態様は、これに限定されるものではない。本発明に係る緩衝部材は、保持板４０の鉛直上側に設けられ鉛直方向に延びて炉心溶融物を受け入れる受入空間と、受入空間の鉛直上側で圧力容器底部１４の底部と対向する開口が形成されているものであれば良い。
【００５２】
例えば、図８に示す変形例の緩衝部材３１Ｃのように、水平方向のうち所定の第１水平方向（図に矢印Ｈ１で示す）及び鉛直方向に広がる板状部材（以下、第１垂直板と記す）５５と、第１水平方向に直交する第２水平方向（図に矢印Ｈ２で示す）及び鉛直方向に広がる平らな板状部材（以下、第２垂直板と記す）５６により構成することも好適である。本変形例において、第１垂直板５５と、第２垂直板５６には、これらを組み合わせるための切欠き（図示せず）がそれぞれ形成されている。複数の第１垂直板５５と複数の第２垂直板５６とを、鉛直方向に直交する断面において（すなわち圧力容器底部１４から見て）格子状となるように組み合わせることにより、緩衝部材３１Ｃを形成する。
【００５３】
このように構成された緩衝部材３１Ｃは、受入空間３３Ｃを画定する壁体として、第２水平方向に所定の間隔をあけて複数配列された第１壁体５１Ｃと、第１水平方向に所定の間隔をあけて複数配列された第２壁体５２Ｃとを有している。受入空間３３Ｃは、第１水平方向において所定の間隔をあけて互いに対向して設けられた２つの第２壁体５２Ｃと、第２水平方向において所定の間隔をあけて互いに対向して設けられた２つの第１壁体５１Ｃにより囲まれて画定されている。この態様によっても、圧力容器底部１４と鉛直下側で対向する複数の開口と、保持板４０の鉛直上側で鉛直方向に延びて前記開口から炉心溶融物を受け入れる受入空間が形成された緩衝部材を実現することができる。
【００５４】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の炉心溶融物保持装置について、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の炉心溶融物保持装置のうち、原子炉圧力容器の底部と対向する開口と受入空間近傍の断面図であり、隣り合う箱状部材の間に、冷却液を封入した冷却用カプセルが配設された例を示す図である。
【００５５】
本実施形態の炉心溶融物保持装置は、隣り合う箱状部材の間に、冷却用部材が配設されている点で、第１の実施形態と異なっている。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
本実施形態の炉心溶融物保持装置において、緩衝部材３１Ｅは、第１の実施形態と同様に、箱状部材５０が複数配列されて構成されている（図３及び図４参照）。図９に示すように、隣り合う箱状部材５０の間、具体的には、一方の箱状部材５０の第１壁体５１と、他方の箱状部材の第１壁体５１との間には、鉛直方向に延びる空隙３６が形成されている。同様に、一方の箱状部材５０の第２壁体５２と、他方の箱状部材の第２壁体５２との間には、鉛直方向に延びる空隙３６が形成されている。
【００５７】
これら空隙３６には、受入空間３３に流入した炉心溶融物を冷却する冷却用部材が配設される。本実施形態においては、冷却用部材として、冷却液６２が封入された冷却用カプセル６０Ｅが、空隙３６内に挿入されて設けられている。冷却用カプセル６０Ｅは、合成樹脂製のカプセル本体６１内に、水等の冷却液６２が封入されている。冷却用カプセル６０Ｅは、空隙３６内に挿入されて、箱状部材５０の壁体５１（５２）に沿って鉛直方向に延びている。
【００５８】
加えて、箱状部材５０の壁体５１（５２）の上には、冷却用カプセル６０Ｅが挿入された空隙３６を閉じる蓋３８が設けられている。蓋３８は、耐熱性の高い部材により構成されており、当該蓋３８により空隙３６を閉じることにより、圧力容器底部１４（図１参照）を貫通して落下してきた炉心溶融物が、直接、空隙３６内に入り込んで冷却用カプセル６０Ｅを破壊しないようにしている。
【００５９】
このように緩衝部材３１Ｅが構成された炉心溶融物保持装置は、炉心溶融物が受入空間３３に流入し堆積したときに、受入空間３３内の炉心溶融物により、箱状部材５０の壁体５１（５２）が溶融浸食されることを抑制することができ、炉心溶融物が水平方向に拡散するタイミングを遅らせることができる。
【００６０】
なお、本実施形態において、受入空間３３に配置される冷却用部材は、水等の冷却液が内部に封入された袋状の冷却用カプセル６０Ｅであるものとしたが、本発明に係る冷却用部材は、この態様に限定されるものはない。冷却用部材には、上述した固体冷却材７０（図６参照）や、多数の粒状冷却材７３（図７参照）等を、空隙３６に配置するものとしても良い。
【００６１】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の炉心溶融物保持装置について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態の炉心溶融物保持装置のうち原子炉圧力容器の底部と対向する開口及び受入空間の周辺構成を示す断面立面図であり、内部に冷却液が封入されており、当該緩衝部材から受けた熱を放熱可能な放熱用部材が、緩衝部材に沿って延びている態様を示している。
【００６２】
本実施形態の炉心溶融物保持装置は、受入空間が形成された緩衝部材の鉛直下側に、内部に冷却液が封入されており、緩衝部材から受けた熱を放熱可能な放熱用パイプが配置されている点で、第１の実施形態と異なっている。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６３】
本実施形態の炉心溶融物保持装置３０Ｇにおいて、緩衝部材３１は、第１の実施形態と同様に、箱状部材５０が、隙間なく複数配列されて構成されている（図３及び図４参照）。図１０に示すように、緩衝部材３１の底部壁体３４の鉛直下側には、緩衝部材３１から受けた熱を放熱するための部材（以下、放熱用部材と記す）として、内部に冷却液が封入された略管状の部材（以下、放熱用パイプと記す）８０が設けられている。なお、冷却液には、例えば、水を用いることができる。
【００６４】
放熱用パイプ８０は、両端が閉じられた金属製のパイプであり、内部に水等の冷却液が封入されている。放熱用パイプ８０は、緩衝部材３１の底部壁体３４と保持板４０との間に挟まれて設けられており、当該底部壁体３４及び保持板４０に沿って延びている。なお、放熱用パイプ８０が延びている方向を、特に「パイプ延伸方向」と記して図に矢印Ｈ３で示す。本実施形態において、パイプ延伸方向は、水平方向にほぼ一致している。本実施形態において、放熱用パイプ８０は、水平方向のうちパイプ延伸方向と直交する方向に複数配列されており、且つ緩衝部材３１の底部壁体３４に対向して複数配列されている。
【００６５】
図１０に示すように、炉心溶融事故時において、炉心溶融物３は、緩衝部材３１に形成された複数の受入空間３３のうち、特定の受入空間３３に流入し、且つ各受入空間３３ごとに炉心溶融物の堆積量が異なる。炉心溶融物３の堆積量が、特に多い受入空間３３の鉛直下側にある底部壁体３４は、特に高温となる。放熱用パイプ８０においては、当該底部壁体３４からの熱を受けて、内部に封入されている冷却液に温度差が生じる。当該温度差により、図１０に破線矢印Ｆ１及び破線矢印Ｆ２で示すように、放熱用パイプ８０内の冷却液に自然対流（いわゆるサーマルサイフォン現象）が生じる。
【００６６】
これにより、緩衝部材３１のうち、炉心溶融物３の堆積量が多い受入空間３３を画定する壁体の放熱を促進することができる。緩衝部材３１が熱により溶融して破壊されることを抑制すると共に、緩衝部材３１が受け止めた炉心溶融物３の温度を低下させることができる。
【００６７】
なお、本実施形態において、放熱用パイプ８０は、緩衝部材３１の底部壁体３４に沿って水平方向に延びているものとしたが、本発明に係る放熱用部材は、この態様に限定されるものではない。放熱用部材は、内部に冷却液が封入されており、且つ炉心溶融物を受け止める緩衝部材３１に沿って延びていれば良い。放熱用部材は、内部に冷却液が封入されていれば、管状のものに限らず、様々な形状の部材を用いて実現することができる。
【００６８】
〔他の実施形態〕
上述した各実施形態の炉心溶融保持装置において、緩衝部材に複数形成されており、炉心溶融事故時に炉心溶融物を受け入れる受入空間３３は、直方体形状をなしているものとしたが、本発明に係る受入空間及び緩衝部材は、この形態に限定されるものではない。緩衝部材に形成される受入空間は、原子炉圧力容器の底部に対向して複数配列されていれば良く、例えば、円柱形状や多角柱形状をなしているものとしても良い。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７０】
１    原子力施設
２    炉心
３    炉心溶融物
７    弁
１０  原子炉圧力容器
１２  筒状部
１４  圧力容器底部（底部）
２０  格納容器
２１  ドライウェル
２１ｃ  下側空間
２２  ウェットウェル
２３  圧力抑制プール
２４  床部
２５，２６  壁体
２８  ペデスタル
３０，３０Ｇ  炉心溶融物保持装置
３１，３１Ｃ，３１Ｅ  緩衝部材
３２  開口
３３，３３Ｃ  受入空間
３４  底部壁体
３６  空隙
３８  蓋
４０  保持板
４４  下部板
４８  冷却水通路
５０  箱状部材
５１，５１Ｃ  第１壁体
５２，５２Ｃ  第２壁体
５５  第１垂直板
５６  第２垂直板
６０，６０Ｂ，６０Ｅ  冷却用カプセル
６１  カプセル本体
６２  冷却液
７０  固体冷却材
７３  粒状冷却材（固体冷却材）
８０  放熱用パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006320271.tif 000004
【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】
0006320271.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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