(57)【要約】【課題】従来よりも、原子炉格納容器に生じ得る熱損傷の程度を緩和し、原子炉格納容器の健全性低下を抑止する炉心溶融物保持装置を提供する。【解決手段】第１の炉心溶融物保持装置３０Ａは、原子炉圧力容器１の下方に位置し、原子炉圧力容器１を支える円筒状のペデスタル側壁５とペデスタル床９によって囲まれるペデスタル領域に形成される炉心溶融物保持装置であり、前記ペデスタル領域で炉心溶融物を保持する耐熱材８と、耐熱材８とペデスタル床９との間に設けられ、冷却材を供給する冷却流路と、を具備し、前記冷却流路は、冷却材が供給される給水ヘッダ７と、ペデスタル側壁５の内周面に沿って周方向に形成されたライザー流路３２と、給水ヘッダ７と一端が接続され、他端がライザー流路３２と接続される複数の並行流路である冷却チャンネル３１とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器の下方に位置し、前記原子炉圧力容器を支える円筒状のペデスタル側壁とペデスタル床によって囲まれるペデスタル領域に形成される炉心溶融保持装置において、
前記ペデスタル領域で炉心溶融物を保持する耐熱材と、
前記耐熱材と前記ペデスタル床との間に設けられ、冷却材を供給する冷却流路と、を具備し、
前記冷却流路は、冷却材が供給される給水ヘッダと、前記ペデスタル側壁の内周面に沿って周方向に形成された中間ヘッダと、前記給水ヘッダと一端が接続され、他端が前記中間ヘッダと接続される複数の並行流路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】
前記中間ヘッダは、上方から投影した際に現れる円の周方向に分割された複数区間を有することを特徴とする請求項１記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項３】
前記中間ヘッダの分割された複数区間は、少なくとも、前記給水ヘッダ上の二点のうち、前記円の中心に近い方の点である第１の点と一端が接続される並行流路の他端で接続される中間ヘッダの一部区分である第１の区分と、前記円の中心から遠い方の点である第２の点と一端が接続される並行流路の他端で接続される中間ヘッダの一部区分である第２の区分と、を有し、前記第１の区間は、前記第２の区間よりも大きく構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項４】
前記並行流路の少なくとも一部は、当該流路の途中で隣接する他の並行流路と連通する連通孔が設けられた流路であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項５】
前記連通孔は、少なくとも、並行流路の流路長が最長となる並行流路と当該並行流路と隣接する何れか一方の並行流路とを連通する連通孔を含むことを特徴とする請求項４に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項６】
前記中間ヘッダは、上方が開口した所定長の高さを有する流路であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項７】
前記中間ヘッダは、前記並行流路と接続される接続部よりも上方の位置に、変形防止部材を設けたことを特徴とする請求項６に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項８】
前記中間ヘッダは、前記ペデスタルの内壁に沿って周方向に形成された管状体の中間流路と、一端が前記中間流路と接続される一方、他端が上方に開口する管状体を前記中間流路に沿って複数配設した個別ライザー流路とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の炉心溶融物保持装置。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来の炉心溶融物保持装置（コアキャッチャー）４を備えた原子炉格納容器２の立断面図である。
【０００３】
水冷却型原子炉では、原子炉圧力容器１内への給水の停止や、原子炉圧力容器１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。
【０００４】
しかし、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ことが考えられる。
【０００５】
炉心溶融に至った場合、高温の炉心溶融物（コリウム）が、原子炉格納容器２内のペデスタル側壁５によって支持される原子炉圧力容器１の下部に溶け落ち、さらに、原子炉圧力容器下部ヘッド３を溶融貫通して、原子炉格納容器２内の床上に落下するに至る。床に落下したコリウムは原子炉格納容器２の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。
【０００６】
発生した非凝縮性ガスは原子炉格納容器２内の圧力を高め、原子炉格納容器２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たりする可能性がある。結果的に、コリウムとコンクリートの反応が継続すると原子炉格納容器２の破損に至り、原子炉格納容器２内の放射性物質が外部環境へ放出させる恐れがある。
【０００７】
この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。そのため、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。代表的なものが炉心溶融物保持装置４と呼ばれるもので、落下した炉心溶融物を耐熱材で受けとめて、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。
【０００８】
原子炉格納容器２の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、原子炉格納容器２の床のコンクリート侵食を停止することができない。このような事情に鑑みて、例えば、非特許文献１，２に記載されるように、コリウム堆積床面の下方に設けた冷却水流路に冷却水を導くことによってコリウムを底面から除熱する装置および方法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｒｉｃｋ  Ｗａｃｈｏｗｉａｋ，“Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｓｅｖｅｒｅ  Ａｃｃｉｄｅｎｔ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｉｎ  ｔｈｅ  ＥＳＢＷＲ  Ｄｅｓｉｇｎ，”Ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２００６，  Ｓｅｖｅｒｅ  Ａｃｃｉｄｅｎｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｅｓｓｉｏｎ  Ｔ２ＢＣ，  Ｍａｒ．  ７，  ２００６
【非特許文献２】Ｍ．Ｊａｈｎ  ａｎｄ  Ｈ．  Ｈ．  Ｒｅｉｎｅｋｅ，“Ｆｒｅｅ  ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｗｉｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｈｅａｔ  ｓｏｕｒｃｅｓ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，”Ｐｒｏｃ．  ５ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｈｅａｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｃｏｎｆ．，  Ｔｏｋｙｏ  Ｊａｐａｎ，  Ｐａｐｅｒ  ＮＣ２．８，  ｐｐ．７４−７８，  １９７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１１は従来の炉心溶融物保持装置４の上面図、図１２は従来の炉心溶融物保持装置４のIII−III線（図１１）における断面図、図１３は従来の炉心溶融物保持装置４の矢印Ｂ（図１１）の方向から見た矢視図である。
【００１１】
炉心溶融物保持装置４は、ペデスタル側壁５とペデスタル床９に囲まれるペデスタル領域に設置される。冷却チャネル６および給水ヘッダ７は、ペデスタル床９の上部の基礎部材１０に設置される。基礎部材１０は、炉心溶融物保持装置４を構成する一部材であり、冷却チャネル６および給水ヘッダ７を支える部材である。
【００１２】
炉心溶融物保持装置４は、冷却水等の冷却材を装置内に配置された冷却流路としての冷却チャンネル６および給水ヘッダ７に供給し、コリウムを保持する耐熱材８を冷却する。冷却材は上方から見た場合に現れる略円の中心部を通る水平直管の給水ヘッダ７に供給され、この給水ヘッダ７に傾斜を付けた冷却チャンネル６が並行に配置される。冷却チャンネル６は、例えば、円管等の配管で構成されており、一端が給水ヘッダ７に対し直角に接続され、他端がペデスタル側壁５に沿って垂直上向きに曲げられ、上方に開口して配置される。冷却チャンネル６の上面には冷却チャンネル６を炉心溶融物（コリウム）の熱から防護するための耐熱材８が敷設される。
【００１３】
図１１および１２に示されるように、コリウムが接触する耐熱材８の直下には冷却チャンネル６が隙間なく配置されている一方で、図１３に示されるように、コリウム側面と接触する面には部分的に冷却チャンネル６が配置されない領域（左右方向における中央近傍の領域）が存在する。
【００１４】
図１４は、従来の炉心溶融物保持装置４の半球殻内に堆積したコリウムから当該半球殻面への熱流束分布を示す図である。なお、右方の半円は炉心溶融物保持装置４の半球殻の断面を示しており、φ（０≦φ≦９０）度（ｄｅｇ）は半円の中心ｏから下方に引いた直線との円周角である。
【００１５】
一般に内部発熱を伴う自然対流熱伝達体系では、空間的に高い位置ほど（図１４に示されるφが９０度に近いほど）熱流束が高くなる傾向がある。すなわち、コリウム下側の面よりもコリウム側面の方が熱流束は高くなると予測される。
【００１６】
しかしながら、従来の炉心溶融物保持装置４では、コリウム側面にあたる面において冷却チャンネル６が存在しない領域があり、当該部分の除熱が不十分となる場合がある。コリウムの除熱が不十分な場合、コリウムによって耐熱材８が溶融侵食され、耐熱材８の溶融侵食が進行すると、ペデスタル側壁５が損傷する可能性があり、その結果、原子炉格納容器２の健全性が低下し破損に至り得る。
【００１７】
また、冷却チャンネル６が並行に配置された並行チャンネルを有する流路での沸騰二相流の流量安定性は、流量変化に対する流路圧力損失変化に依存することが知られている。
【００１８】
図１５は不均一流量配分が発生する系における流量と圧力損失との関係を表したグラフである。
【００１９】
流量の増加に伴って圧力損失が増加する系では、多チャンネル流路への流量配分は安定する。ところが、流量の増加に伴って圧力損失が低下する系では、流量変動が発生し、並行チャンネル流路での流量配分が不安定となり不均一化する。すなわち、図１５に示される領域ｘのように、流量の増加に伴って圧力損失が低下する領域は、流量配分が不安定となり不均一化する不均一流量発生領域となる。
【００２０】
並行流路を有する炉心溶融物保持装置４において、流量の不安定化および不均一化が発生した場合、流量の低下した冷却チャンネル６でコリウムの除熱が十分に行われずにコリウムの熱でペデスタル側壁５が損傷する可能性があり、その結果、原子炉格納容器２の健全性が十分に維持できない可能性があった。
【００２１】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、コリウム側面において冷却されない領域（非冷却領域）をなくし、並行チャンネルの流量不安定化を緩和することで、従来よりも、原子炉格納容器に生じ得る熱損傷の程度を緩和し、原子炉格納容器の健全性低下を抑止する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】
【００２２】
本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持装置は、上述した課題を解決するため、原子炉圧力容器の下方に位置し、前記原子炉圧力容器を支える円筒状のペデスタル側壁とペデスタル床によって囲まれるペデスタル領域に形成される炉心溶融保持装置において、前記ペデスタル領域で炉心溶融物を保持する耐熱材と、前記耐熱材と前記ペデスタル床との間に設けられ、冷却材を供給する冷却流路と、を具備し、前記冷却流路は、冷却材が供給される給水ヘッダと、前記ペデスタル側壁の内周面に沿って周方向に形成された中間ヘッダと、前記給水ヘッダと一端が接続され、他端が前記中間ヘッダと接続される複数の並行流路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来よりも、原子炉格納容器に生じ得る熱損傷の程度を緩和し、原子炉格納容器の健全性低下を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の上面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置のＩ−Ｉ線（図１）における断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の１／４セクター（図１）の概略図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る炉心溶融物保持装置（１／４セクター）の概略図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の上面図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る炉心溶融物保持装置（１／４セクター）の概略図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る炉心溶融物保持装置（１／４セクター）の概略図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の上面図。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置のII−II線（図８）における断面図。
【図１０】従来の炉心溶融物保持装置（コアキャッチャー）を備えた原子炉格納容器の立断面図。
【図１１】従来の炉心溶融物保持装置の上面図。
【図１２】従来の炉心溶融物保持装置のIII−III線（図１１）における断面図。
【図１３】従来の炉心溶融物保持装置の矢印Ｂ（図１１）の方向から見た矢視図。
【図１４】従来の炉心溶融物保持装置の半球殻内に堆積したコリウムから当該半球殻面への熱流束分布を示す図。
【図１５】不均一流量配分が発生する系における流量と圧力損失との関係を表したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持装置について添付の図面を参照して説明する。
【００２６】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第１の炉心溶融物保持装置３０Ａの上面図、図２は第１の炉心溶融物保持装置３０ＡのＩ−Ｉ線（図１）における断面図、図３は第１の炉心溶融物保持装置３０Ａの１／４セクター（図１に示される破線で囲まれた符号Ａ）の概略図である。なお、背景技術の説明の際に参照した図面（図１０−１５）に示される従来装置と実質的に同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００２７】
第１の炉心溶融物保持装置３０Ａは、従来の炉心溶融物保持装置４に対して、管状に構成される冷却チャンネル３１の傾斜直管部分がペデスタル側壁５の内周側と接する箇所（傾斜直管部分の終端）でペデスタル側壁５の壁面に沿って上方へ立ち上げたライザー部分を、各冷却チャンネル３１同士で連通させ、ペデスタル側壁５の内周に沿って一周させた流路であるライザー流路３２として構成される点で相違する。
【００２８】
すなわち、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａは、原子炉圧力容器を支える略円筒状のペデスタル側壁５と原子炉圧力容器の下方のペデスタル床９とによって囲まれるペデスタル領域に形成されるものであって、このペデスタル領域において炉心溶融物を保持する耐熱材８と、この耐熱材８とペデスタル床９との間に設けられ、冷却材を供給する冷却流路と、を具備し、この冷却流路は、冷却材が供給される給水ヘッダ７と、ペデスタル側壁５の内周面に沿って周方向に形成された中間ヘッダとしてのライザー流路３２と、給水ヘッダ７と一端が接続され、他端がライザー流路３２と接続される複数の並行流路を構成する冷却チャンネル３１と、を有する。
【００２９】
なお、冷却チャネル３１および給水ヘッダ７は、ペデスタル床９上部の基礎部材１０に設置される。基礎部材１０は、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａを構成する一部材であり、冷却チャネル３１および給水ヘッダ７を支える部材である。
【００３０】
冷却チャンネル３１は、例えば、図１に示されるように、略円形に形成されるコリウム保持面の中心部を通る略水平の直管で形成された給水ヘッダ７に並行に配置される。また、個々の冷却チャンネル３１は、例えば、図１に示されるように、給水ヘッダ７からペデスタル側壁５へ向けて上昇する方向に傾斜を付けて配置される。
【００３１】
ライザー流路３２は、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端にペデスタル側壁５の内周に沿って一周する流路であり、例えば、図１等に示されるように、上方から見ると、略円環状に現れるように形成される。また、ライザー流路３２は、炉心溶融物（コリウム）を保持する保持面の外周側の端部において立ち上げられたライザー部分を形成するように、ペデスタル側壁５に沿うように所定の高さをもって構成される。
【００３２】
第１の炉心溶融物保持装置３０Ａでは、給水ヘッダ７を流れる冷却水等の冷却材が、冷却チャンネル３１に導かれ、さらに、ペデスタル側壁５の内周に沿う全周にわたって一様に存在する略円環状のライザー流路３２に導かれる。ライザー流路３２は、上方から見て、ペデスタル側壁５の内周に沿って略円環状であり、コリウム保持面の外周部において略垂直で所望の高さを有するライザー部を形成する。冷却材が導かれることによって冷却されたライザー流路３２は、コリウム保持面上に落下したコリウムを側面から冷却する。
【００３３】
また、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａでは、従来の炉心溶融物保持装置４の冷却チャンネル６に対して、冷却チャンネル３１の並行チャンネルの区間がライザー流路３２の高さに相当する長さ分だけ短くなる。このことは、流量の増加に伴って圧力損失が低下する系の挙動が、流体物性値、伝熱量、伝熱面長さ、流路形状によって異なり、一般に並行チャンネル区間が長い方が不安定化しやすいという課題を解決し、並行チャンネルの流量変動が従来よりも抑制される。
【００３４】
このように構成される第１の炉心溶融物保持装置３０Ａでは、コリウム保持面の外周に一様にライザー流路３２が存在するので、コリウム保持面上のどこにコリウムが落下したとしても、コリウムの側面からの序熱がムラなく行うことができる。
【００３５】
また、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａは、二相圧損が大きくなる冷却チャンネル３１の下流側に位置する傾斜直管部分の終端に、冷却チャンネル３１よりも流路面積が拡大したライザー流路３２を設けることで、流速を低下させ、圧力損失を緩和することができるので、冷却材の自然循環を促進することができる。
【００３６】
さらに、ライザー流路３２の下端部分、すなわち、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端が並行チャンネルの圧力境界になるため、従来の炉心溶融物保持装置４と比較して並行チャンネルの区間がライザー流路３２の高さに相当する長さだけ短縮され、並行チャンネルの流量変動を従来よりも抑制することができる。
【００３７】
第１の炉心溶融物保持装置３０Ａによれば、コリウム保持面上に落下したコリウムを均一かつ十分に冷却することができ、コリウムの除熱が不十分な場合に招来し得る耐熱材８の溶融侵食を回避し、原子炉格納容器に生じ得る熱損傷の程度を緩和および原子炉格納容器の健全性の低下を抑止することができる。
【００３８】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂの（１／４セクター）の概略図である。
【００３９】
第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂは、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａに対して、ライザー流路３２にリブ３３をさらに設けた点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、第２の実施形態の説明では、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと相違する点を中心に説明し、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４０】
第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂは、熱応力等の物理的な外力が加わることによってライザー流路３２が変形するのを防止する変形防止部材としてのリブ３３をライザー流路３２に設ける。ライザー流路３２に設けられたリブ３３は、コリウムの熱を吸熱することによってライザー流路３２に熱応力が加わった場合でも、ライザー流路３２の変形量を抑制する。
【００４１】
また、リブ３３は、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端と接続されたライザー流路３２が連通した一つの流路を形成したままライザー流路３２の強度を補強するため、ライザー流路３２の上部（冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端と接続される下端よりも上方の部分）に設ける。
【００４２】
このように構成される第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂでは、ライザー流路３２に設けられたリブ３３がライザー流路３２の強度を補強するので、ライザー流路３２に熱応力が加わった場合でも、ライザー流路３２の変形量が抑制される。また、第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂは、ライザー流路３２に設けられたリブ３３によっても、ライザー流路３２の下端は連通しているので、当該部分が圧力境界になる。
【００４３】
第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂによれば、ライザー流路３２の上部側にリブ３３を設けることによって、ライザー流路３２は補強されるので、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと同様の効果を奏するのに加え、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａよりも、ライザー流路３２が変形しにくいので、ライザー流路３２の変形に伴う局所的な圧力損失の増加を防止することができる。
【００４４】
また、第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂによれば、ライザー流路３２の下部側は、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端と接続されたライザー流路３２の下端がリブ３３によって分割されず、個々の冷却チャンネル３１が連通した一つの流路を形成しているので、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと同様に、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端が並行チャンネルの圧力境界になり、並行チャンネルの流量変動を従来よりも抑制することができる。
【００４５】
［第３の実施形態］
図５は本発明の第３の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃの上面図、図６は第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃの（１／４セクター）の概略図である。
【００４６】
第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃは、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａに対して、ライザー流路３２の代わりに、管状に形成された管状体としての中間流路３４と、管状体としての個別ライザー流路３５とを具備する点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、第３の実施形態の説明では、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと相違する点を中心に説明し、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃは、冷却チャンネル３１を炉心溶融物（コリウム）の熱から防護する耐熱材８を敷設した略円形に形成されるコリウム保持面の中心部を通る略水平の直管で形成された給水ヘッダ７に傾斜を付けた冷却チャンネル３１が並行に配置され、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端にペデスタル側壁５の内周に沿って一周する中間流路３４と、中間流路３４から略垂直に立ち上げられたライザー部分となり、中間流路３４に導かれた冷却材をさらに上方へと導く個別ライザー流路３５と、を具備する。
【００４８】
すなわち、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃは、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａのライザー流路３２を、上面図において略円環状に現れる中間流路３４と、この中間流路３４から略垂直に立ち上げられた個別ライザー流路３５とで構成したものである。個別ライザー流路３５は、例えば、一端が中間流路３４に、他端が上方に開口した配管の集合体として形成される。
【００４９】
ここで、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃにおいて、個別ライザー流路３５を構成する配管数ｎ（ｎは１以上の自然数）は、冷却チャンネル３１を構成する並行チャンネル数ｍ（ｍは１以上の自然数）に必ずしも対応させる必要はない。すなわち、個別ライザー流路３５を構成する配管数ｎは、冷却チャンネル３１を構成する並行チャンネル数ｍと同数であっても、異数であっても構わない。
【００５０】
このように構成される第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃでは、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端となる位置で各冷却チャンネル３１を連通する中間流路３４が設けられることによって、中間流路３４が、第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂのライザー流路３２の下部側と同様に並行チャンネルの圧力境界になる。また、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃでは、中間流路３４と接続された個別ライザー流路３５が設けられることによって、個別ライザー流路３５が、補強されたライザー流路３２（第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂのライザー流路３２の上部側）と同様の役割を果たす。
【００５１】
すなわち、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃは、第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂのライザー流路３２の下部側を中間流路３４に、リブ３３が設けられるライザー流路３２の上部側を個別ライザー流路３５に、代えて構成したものであり、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａにおいてライザー流路３２を補強した第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂと同様に作用する。
【００５２】
第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃによれば、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと同じ効果を奏するのに加え、ライザー流路３２の上部側に相当する個別ライザー流路３５が、例えば、個々の配管等の個別の流路を形成するので、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａのライザー流路３２よりも変形しにくく、ライザー流路３２の変形に伴う局所的な圧力損失の増加を防止することができる。
【００５３】
また、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃによれば、ライザー流路３２の下部側に相当する中間流路３４が、個々の冷却チャンネル３１を連通した一つの流路を形成するので、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと同様に、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端が並行チャンネルの圧力境界になり、並行チャンネルの流量変動を従来よりも抑制することができる。
【００５４】
［第４の実施形態］
図７は本発明の第４の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄ（１／４セクター）の概略図である。
【００５５】
第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄは、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃに対し、中間ヘッダとなる中間流路３４を周方向に対して複数に分割した仕切壁３６をさらに設けた点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、第４の実施形態の説明では、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃと相違する点を中心に説明し、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃと同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄは、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃと同様に、中間流路３４と、個別ライザー流路３５と、を具備する。また、中間ヘッダを構成する中間流路３４には、中間流路３４の領域を周方向に対して複数に分割する仕切壁３６が設けられる。
【００５７】
このように構成される第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄでは、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃと同様の作用に加え、最も長い冷却チャンネル３１が接続している位置に集中する蒸気を緩和（分散）させる。
【００５８】
より詳細に説明すれば、従来の炉心溶融物保持装置４を説明する際に参照した図１３に示されるように、第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄにおいて中間流路３４が形成される位置となる冷却チャンネル３１（並行チャンネル）の終端位置の高さは、冷却チャンネル３１の長さ、すなわち、給水ヘッダ７からの距離が、短いほど低く（図１３に示される中央付近に位置する冷却チャンネル６）、長いほど高くなる（図１３に示される左右の両端付近に位置する冷却チャンネル６）。この点は、第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄでも同様である。
【００５９】
冷却材が気化することで発生した蒸気は、その性質上、より高い位置へと移行するため、より高い位置に終端がある冷却チャンネル３１、すなわち、給水ヘッダ７からの距離が最も長くなる冷却チャンネル３１に集中する傾向がある。当該傾向は、仕切壁３６が設けられていない中間ヘッダとしてのライザー流路３２，中間流路３４を備える他の炉心溶融物保持装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｅに見られるものである。
【００６０】
一方、第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄでは、中間流路３４が仕切壁３６で仕切られており、仕切壁３６を超えて蒸気が移動することがないので、個別ライザー流路３５に導かれる蒸気量が局所的に集中するのを抑止し、分散させた状態で個別ライザー流路３５へ導いて排気する。
【００６１】
仕切壁３６を中間流路３４に設ける間隔は、例えば、給水ヘッダ７を流れる冷却材の流量等を基準にして設定することができる。給水ヘッダ７を流れる冷却材の流量は、第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄを上方から見た場合に現れる略円の中心に近い位置程減少する。そこで、相対的に冷却材の流量が少ない当該略円の中心付近の位置では、給水ヘッダ７と接続される冷却チャンネル３１の終端で接続される中間流路３４の区間を大きく取る一方、相対的に冷却材の流量が多くなる当該略円の外周付近の位置では、給水ヘッダ７と接続される冷却チャンネル３１の終端で接続される中間流路３４の区間を小さく取る。
【００６２】
このように給水ヘッダ７を流れる冷却材の流量を基準にして中間流路３４の周方向における区間の大きさを設定することで、中間流路３４を仕切壁３６で分割して構成される各区間において、各冷却材の流量、すなわち、蒸気量をバランス良く配分することができ、各区間で接続される個別ライザー流路３５へ蒸気をバランス良く導いて排気することができる。
【００６３】
この他にも、仕切壁３６を中間流路３４に設ける間隔の設定基準として、例えば、冷却チャンネル３１の本数や第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄを上方から見た場合に現れる略円の中心角等の基準を適宜設定することができる。
【００６４】
第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄによれば、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃが奏する効果に加え、蒸気の移動を制限する仕切壁３６によって中間流路３４が仕切られているので、中間流路３４から個別ライザー流路３５に導かれる蒸気が局所的に集中するのを抑止し、蒸気を分散させた状態で個別ライザー流路３５へ導いて装置外へ排出することができる。
【００６５】
また、第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄによれば、個別ライザー流路３５に導かれる蒸気が局所的に集中するのを抑止することができるので、局所的な蒸気の集中により生じ得る個別ライザー流路３５の局所的な冷却能力の低下を解消することができる。
【００６６】
なお、複数の並行流路が接続されることが求められるのは図１１のような管長の異なる並行流路の中で特に管長の長い部分である。管長が短い並行流路に接続するライザーにおいては、分割されたライザー流路に対し、並行流路が１本だけ接続する場合もあり得る。
【００６７】
なお、図７に示される第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄは、第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃに対して、中間ヘッダとなる中間流路３４に仕切壁３６を設けて構成したものであるが、仕切壁３６を設ける対象は、必ずしも第３の炉心溶融物保持装置３０Ｃの中間ヘッダに限定されず、他の炉心溶融物保持装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｅの中間ヘッダでも良い。
【００６８】
すなわち、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａおよび第５の炉心溶融物保持装置３０Ｅでは、中間ヘッダとなるライザー流路３２に、第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂでは、中間ヘッダとなるライザー流路３２の下部側に、仕切壁３６を設けて第４の炉心溶融物保持装置３０Ｄを構成しても良い。なお、第２の炉心溶融物保持装置３０Ｂに適用する場合には、リブ３３と仕切壁３６とを一体的に構成しても良い。
【００６９】
［第５の実施形態］
図８は本発明の第５の実施形態に係る炉心溶融物保持装置の一例である第５の炉心溶融物保持装置３０Ｅの上面図、図９は第５の炉心溶融物保持装置３０ＥのII−II線（図８）における断面図である。
【００７０】
第５の炉心溶融物保持装置３０Ｅは、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａに対して、一部の冷却チャンネル３１が隣接する冷却チャンネル３１と傾斜直管部分において連通するように構成される点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。そこで、第５の実施形態の説明では、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７１】
第５の炉心溶融物保持装置３０Ｅは、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａと同様に、耐熱材８を敷設した略円形に形成されるコリウム保持面の中心部を通る略水平の直管で形成された給水ヘッダ７に傾斜を付けた冷却チャンネル３１が並行に配置され、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端にペデスタル側壁５の内周に沿って一周するライザー流路３２を具備する。
【００７２】
さらに、第５の炉心溶融物保持装置３０Ｅは、冷却チャンネル３１の中で流路長が相対的に長くなる並行流路を有する冷却チャンネル３１、すなわち、コリウム保持面の中央付近に位置する冷却チャンネル３１に連通孔３７を設け、隣接する冷却チャンネル３１を連通させる。連通孔３７は、冷却チャンネル３１の圧力境界位置を効果的に分散させる観点から、並行流路の全長に対する中点付近とするのが好ましい。
【００７３】
第５の炉心溶融物保持装置３０Ｅでは、並行流路区間の長い冷却チャンネル３１の中間付近に隣接する冷却チャンネル３１との連通孔３７を設けることにより、冷却チャンネル３１に導かれた冷却材は連通孔３７を通過できるようになり、連通孔３７を並行流路の圧力境界としてさらに設定することができる。すなわち、第５の炉心溶融物保持装置３０Ｅでは、連通孔３７によって連通する冷却チャンネル３１において、並行流路区間の流路長を短縮したのと同様に作用し、冷却チャンネル３１の流量変動を安定化させることができる。
【００７４】
第５の炉心溶融物保持装置３０Ｅによれば、並行流路の流路長が相対的に長くなる冷却チャンネル３１において、冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端、すなわち、ライザー流路３２の下端部分に位置する圧力境界だけでなく、当該冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の途中にも圧力境界が設定されるので、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａよりも冷却チャンネル３１の流量変動を安定化させることができる。
【００７５】
なお、図９に示される第５の炉心溶融物保持装置３０Ｅは、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａの冷却チャンネル３１に連通孔３７を設けた例であるが、第１の炉心溶融物保持装置３０Ａの代わりに、他の炉心溶融物保持装置３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄの冷却チャンネル３１に連通孔３７を設けても良い。
【００７６】
以上、本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持装置によれば、コリウム保持面の外周に一様にライザー流路３２が存在するので、コリウム保持面上のどこにコリウムが落下したとしても、コリウムの側面からの序熱がムラなく行うことができる。また、二相圧損が大きくなる冷却チャンネル３１の下流側に位置する傾斜直管部分の終端に、冷却チャンネル３１よりも流路面積が拡大したライザー流路３２を設けることで、流速を低下させ、圧力損失を緩和することができるので、冷却材の自然循環を促進することができる。
【００７７】
さらに、本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持装置によれば、ライザー流路３２の下端部分（冷却チャンネル３１の傾斜直管部分の終端）が並行チャンネルの圧力境界になるため、従来の炉心溶融物保持装置４と比較して並行チャンネルの区間がライザー流路３２の高さに相当する長さだけ短縮され、並行チャンネルの流量変動を従来よりも抑制することができる。
【００７８】
故に、本発明の実施形態に係る炉心溶融物保持装置によれば、コリウム保持面上に落下したコリウムを十分に冷却することができ、コリウムの除熱が不十分な場合に招来し得る耐熱材８の溶融侵食を回避し、原子炉格納容器に生じ得る熱損傷の程度を緩和および原子炉格納容器の健全性の低下を抑止することができる。
【００７９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施す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、追加、置き換え、変更を行なうことができる。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】
【００８０】
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  （従来の）炉心溶融物保持装置（コアキャッチャー）
５  ペデスタル側壁
６  冷却チャンネル
７  給水ヘッダ
８  耐熱材
９  ペデスタル床
１０  基礎部材
３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ）  炉心溶融物保持装置
３１  冷却チャンネル
３２  ライザー流路（中間ヘッダ）
３３  リブ（変形防止部材）
３４  中間流路（中間ヘッダ）
３５  個別ライザー流路
３６  仕切壁
３７  連通孔
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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