(57)【要約】【課題】溶融物の捕集装置において、原子炉から落下する溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図る。【解決手段】加圧水型原子炉１２の下方のキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を受け止める捕集板９３を設け、この捕集板９３に所定の間隔で複数の凹部９４を形成し、複数の凹部９４の間に冷却水流通路９５を設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の下方のキャビティに設けられる溶融物の捕集装置であって、
前記キャビティにおける前記原子炉の下方に位置して前記原子炉から落下する溶融物を受け止める捕集面と、
前記捕集面に所定の間隔で形成される複数の凹部と、
前記複数の凹部の間に設けられる冷却媒体流通路と、
を備えることを特徴とする溶融物の捕集装置。
【請求項２】
前記キャビティは、前記原子炉の下方に設けられる溶融物の受け止め領域と、該受け止め領域に隣接して溶融物を捕集して冷却する捕集領域を有し、前記受け止め領域における前記捕集面は、前記捕集領域側に向かって下方へ傾斜する傾斜面であり、前記捕集領域における前記捕集面に前記複数の凹部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項３】
保護コンクリートの上部に所定厚さの捕集板が固定され、前記捕集面は、前記捕集板の上面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項４】
前記捕集板は、前記複数の凹部が形成された上板と、平面形状をなす下板とが接合されることで構成され、前記上板と前記下板との間に前記冷却媒体流通路が形成されることを特徴とする請求項３に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項５】
前記捕集板は、前記上板の上面に耐熱部材が固定されることを特徴とする請求項４に記載の溶融物の捕集装置。
【請求項６】
前記複数の凹部は、千鳥状に配置形成され、前記冷却媒体流通路は、前記複数の凹部を避けて屈曲して配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の溶融物の捕集装置。
【請求項７】
前記複数の凹部は、逆円錐台形状または逆角錐台形状をなすことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の溶融物の捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントで苛酷事故が発生した場合に、炉心から落下する溶融物を早期に冷却する溶融物の捕集装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントの一つとして、加圧水型原子炉があり、この加圧水型原子炉では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電している。
【０００３】
このような加圧水型原子炉にて、原子炉格納容器は、岩盤等の堅固な地盤上に立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメントが区画されている。そして、このコンパートメントを画成する筒形状をなすコンクリート構造物により、中心部に原子炉容器が垂下して支持され、その下方にキャビティが画成されている。この原子炉にて、原子炉容器内には、複数の燃料棒の間に所定数の制御棒が挿入されて格子状に配列された燃料集合体が所定数格納されている。
【０００４】
このように構成された原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）または過渡事象（トランジェント）が発生した場合、緊急炉心冷却装置が作動し、原子炉容器の内部の炉心を冷却することで発生する熱を十分に除去するようにしている。ところが、この緊急炉心冷却装置が故障すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させ、下部を貫通してキャビティへ落下する。一般的には、このような事故に備えて、炉心の溶融物が原子炉容器より流出したときに、流出した溶融物をキャビティにて受け止め、冷却水により冷却して安全性を確保している。
【０００５】
このような技術として、例えば、特許文献１、２に記載されたものがある。この特許文献１に記載された炉心溶融物用捕集貯蔵所では、炉心溶融物の入口に対して炉心溶融物の補集区域を形成する底凹部を有する貯蔵所を設け、分離ウェブを各底凹部の間に設けている。また、特許文献２に記載された原子炉格納容器では、加圧水型原子炉の下方に非常時に冷却水を供給可能なキャビティを設け、このキャビティに加圧水型原子炉からの溶融物を拡散する傾斜板を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１１７９５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の原子炉格納容器では、落下した溶融物をこのキャビティで一時冷却し、その後に取り出す必要がある。そして、溶融物を効率的に冷却するために、この溶融物を複数の小堆積物に分離し、所定の間隔をあけて保持して冷却することが望ましい。上述した従来の装置では、溶融物を早期に複数の小体積物に分離し、所定の間隔をあけて保持することで、この溶融物を効率的に冷却することが困難である。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、原子炉から落下する溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図る溶融物の捕集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】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の溶融物の捕集装置は、原子炉の下方のキャビティに設けられる溶融物の捕集装置であって、前記キャビティにおける前記原子炉の下方に位置して前記原子炉から落下する溶融物を受け止める捕集面と、前記捕集面に所定の間隔で形成される複数の凹部と、前記複数の凹部の間に設けられる冷却媒体流通路と、を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、非常時に、原子炉が破損して溶融物がキャビティに落下すると、この溶融物は捕集面で受け止められて拡散され、この捕集面にある複数の凹部に捕集され、この複数の凹部に捕集された小体積物としての溶融物は、冷却媒体流通路を流れる冷却媒体により冷却されることとなり、原子炉から落下する溶融物を小体積物に分離し、この溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【００１１】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記キャビティは、前記原子炉の下方に設けられる溶融物の受け止め領域と、該受け止め領域に隣接して溶融物を捕集して冷却する捕集領域を有し、前記受け止め領域における前記捕集面は、前記捕集領域側に向かって下方へ傾斜する傾斜面であり、前記捕集領域における前記捕集面に前記複数の凹部が形成されることを特徴としている。
【００１２】
従って、原子炉からの溶融物は、捕集面で受け止められて傾斜面により受け止め領域から捕集領域に移動することで拡散され、捕集領域にある複数の凹部に捕集されることとなり、原子炉から離間した捕集領域で溶融物を小体積物に分離することで、この溶融物を早期に冷却することができる。
【００１３】
本発明の溶融物の捕集装置では、保護コンクリートの上部に所定厚さの捕集板が固定され、前記捕集面は、前記捕集板の上面に形成されることを特徴としている。
【００１４】
従って、保護コンクリートの上部に捕集板を固定して捕集面を形成することで、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００１５】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記捕集板は、前記複数の凹部が形成された上板と、平面形状をなす下板とが接合されることで構成され、前記上板と前記下板との間に前記冷却媒体流通路が形成されることを特徴としている。
【００１６】
従って、凹部が形成された上板と下板とを接合して捕集板を構成し、その間に冷却媒体流通路を形成することで、捕集板内に容易に冷却媒体流通路を確保することができ、捕集板の局所的な冷却を行うことができると共に、製作性を向上することができる。
【００１７】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記捕集板は、前記上板の上面に耐熱部材が固定されることを特徴としている。
【００１８】
従って、捕集板の上面に耐熱部材を固定することで、溶融物による捕集面の損傷を抑制することができる。
【００１９】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記複数の凹部は、千鳥状に配置形成され、前記冷却媒体流通路は、前記複数の凹部を避けて屈曲して配置されることを特徴としている。
【００２０】
従って、複数の凹部を千鳥状に配置して冷却媒体流通路を屈曲して配置することで、冷却媒体により捕集した溶融物の冷却を効率的に行うことができる。
【００２１】
本発明の溶融物の捕集装置では、前記複数の凹部は、逆円錐台形状または逆角錐台形状をなすことを特徴としている。
【００２２】
従って、逆円錐台形状または逆角錐台形状をなす凹部により表面積を拡大することで、溶融物の冷却効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の溶融物の捕集装置によれば、原子炉から落下する溶融物を受け止める捕集面を設け、この捕集面に複数の凹部を所定の間隔で形成し、複数の凹部の間に冷却媒体流通路を設けるので、原子炉から落下する溶融物を小体積物に分離し、この溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す概略平面図である。
【図３】図３は、実施例１の溶融物の捕集装置における捕集板の断面図である。
【図４】図４は、実施例１の原子炉格納容器が適用される原子力発電プラントを表す概略構成図である。
【図５】図５は、加圧水型原子炉の原子炉構造を表す断面図である。
【図６】図６は、実施例１の原子炉格納容器の概略構成図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置における捕集板の平面図である。
【図８】図８は、本発明の実施例３に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置における捕集板の平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施例４に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図である。
【図１０−１】図１０−１は、実施例４の捕集板の第１部材を表す側面図である。
【図１０−２】図１０−２は、実施例４の捕集板の第１部材を表す平面図である。
【図１１−１】図１１−１は、実施例４の捕集板の第２部材を表す側面図である。
【図１１−２】図１１−２は、実施例４の捕集板の第２部材を表す平面図である。
【図１２】図１２は、実施例４の捕集板における第１部材の連結状態を表す平面図である。
【図１３】図１３は、実施例４の捕集板を表す平面図である。
【図１４】図１４は、実施例４の捕集板おける断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る溶融物の捕集装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図、図２は、実施例１の溶融物の捕集装置を表す概略平面図、図３は、実施例１の溶融物の捕集装置における傾斜板の断面図、図４は、実施例１の原子炉格納容器が適用される原子力発電プラントを表す概略構成図、図５は、加圧水型原子炉の原子炉構造を表す断面図、図６は、実施例１の原子炉格納容器の概略構成図である。
【００２７】
実施例１の原子力発電プラントに適用された原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。
【００２８】
即ち、この加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図４に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１７が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。
【００２９】
蒸気発生器１３は、原子炉格納容器１１の外部に設けられたタービン１８及び復水器１９と冷却水配管２０，２１を介して連結されており、冷却水配管２１に給水ポンプ２２が設けられている。また、タービン１８には発電機２３が接続され、復水器１９には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２４及び排水管２５が連結されている。従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管２０を通してタービン１８に送られ、この蒸気によりタービン１８を駆動して発電機２３により発電を行う。タービン１８を駆動した蒸気は、復水器１９で冷却された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に戻される。
【００３０】
また、加圧水型原子炉１２において、図５に示すように、原子炉容器４１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体４２とその上部に装着される原子炉容器蓋（上鏡）４３により構成されており、この原子炉容器本体４２に対して原子炉容器蓋４３が複数のスタッドボルト４４及びナット４５により開閉可能に固定されている。
【００３１】
この原子炉容器本体４２は、原子炉容器蓋４３を取り外すことで上部が開口可能であり、下部が球面状をなす下鏡４６により閉塞された円筒形状をなしている。そして、原子炉容器本体４２は、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を供給する入口ノズル（入口管台）４７と、軽水を排出する出口ノズル（出口管台）４８が形成されている。また、原子炉容器本体４２は、この入口ノズル４７及び出口ノズル４８とは別に、図示しない注水ノズル（注水管台）が形成されている。
【００３２】
原子炉容器本体４２は、内部にて、入口ノズル４７及び出口ノズル４８より上方に上部炉心支持板４９が固定される一方、下方の下鏡４６の近傍に位置して下部炉心支持板５０が固定されている。この上部炉心支持板４９及び下部炉心支持板５０は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板４９は、複数の炉心支持ロッド５１を介して下方に図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板５２が連結されている。
【００３３】
原子炉容器本体４２は、内部に円筒形状をなす炉心槽５３が内壁面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽５３は、上部が上部炉心板５２に連結され、下部に円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板５４が連結されている。そして、この下部炉心板５４は、下部炉心支持板５０に支持されている。即ち、炉心槽５３は、原子炉容器本体４２の下部炉心支持板５０に吊り下げ支持されることとなる。
【００３４】
炉心５５は、上部炉心板５２と炉心槽５３と下部炉心板５４により形成されており、この炉心５５は、内部に多数の燃料集合体５６が配置されている。この燃料集合体５６は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。また、炉心５５は、内部に多数の制御棒５７が配置されている。この多数の制御棒５７は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ５８となり、燃料集合体５６内に挿入可能となっている。上部炉心支持板４９は、この上部炉心支持板４９を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管５９が固定されており、各制御棒クラスタ案内管５９は、下端部が燃料集合体５６内の制御棒クラスタ５８まで延出されている。
【００３５】
原子炉容器４１を構成する原子炉容器蓋４３は、上部に磁気式ジャッキの制御棒駆動装置６０が設けられており、原子炉容器蓋４３と一体をなすハウジング６１内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管５９は、上端部が制御棒駆動装置６０まで延出され、この制御棒駆動装置６０から延出されて制御棒クラスタ駆動軸６２が、制御棒クラスタ案内管５９内を通って燃料集合体５６まで延出され、制御棒クラスタ５８を把持可能となっている。
【００３６】
この制御棒駆動装置６０は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ５８に連結されると共に、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸６２を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。
【００３７】
また、原子炉容器本体４２は、下鏡４６を貫通する多数の計装管台６３が設けられ、この各計装管台６３は、炉内側の上端部に炉内計装案内管６４が固定される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブ６５が連結されている。各炉内計装案内管６４は、上端部が下部炉心支持板５０に連結されており、振動を抑制するための上下の連接板６６，６７が取り付けられている。シンブルチューブ６８は、中性子束を計測可能な中性子束検出器（図示略）が装着されており、コンジットチューブ６５から計装管台６３及び炉内計装案内管６４を通り、下部炉心板５４を貫通して燃料集合体５６まで挿入可能となっている。
【００３８】
従って、制御棒駆動装置６０により制御棒クラスタ駆動軸６２を移動して燃料集合体５６に制御棒５７を挿入することで、炉心５５内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器４１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル４８から排出され、上述したように、蒸気発生器１３に送られる。即ち、燃料集合体５６を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくすると共に、発生した熱を奪って冷却する。また、制御棒５７を燃料集合体５６に挿入することで、炉心５５内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときに炉心５５に急速に挿入される。
【００３９】
また、原子炉容器４１は、炉心５５に対して、その上方に出口ノズル４８に連通する上部プレナム６９が形成されると共に、下方に下部プレナム７０が形成されている。そして、原子炉容器４１と炉心槽５３との間に入口ノズル４７及び下部プレナム７０に連通するダウンカマー部７１が形成されている。従って、軽水は、入口ノズル４７から原子炉容器本体４２内に流入し、ダウンカマー部７１を下向きに流れ落ちて下部プレナム７０に至り、この下部プレナム７０の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板５０及び下部炉心板５４を通過した後、炉心５５に流入する。この炉心５５に流入した軽水は、炉心５５を構成する燃料集合体５６から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体５６を冷却する一方、高温となって上部炉心板５２を通過して上部プレナム６９まで上昇し、出口ノズル４８を通って排出される。
【００４０】
上述した原子力発電プラントの原子炉格納容器１１は、図６に示すように、岩盤等の堅固な地盤８１上に外部と圧力境界を形成する鋼板ライナ８２を介して立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメント、例えば、上部コンパートメント８３及び蒸気発生器ループ室８４が区画されている。原子炉格納容器１１内の中央部に、蒸気発生器ループ室８４を画成する筒形状をなすコンクリート構造物８５が形成されており、このコンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２（原子炉容器４１）が垂下して支持されている。そして、蒸気発生器ループ室８４には蒸気発生器１３が配置され、冷却水配管１４，１５により連結されている。
【００４１】
また、原子炉格納容器１１内には、コンクリート構造物８５により原子炉容器４１の下方に位置してキャビティ８６が画成されており、このキャビティ８６は、ドレンライン８７を介して蒸気発生器ループ室８４に連通している。そして、原子炉格納容器１１には、燃料取替用水ピット８８が設けられ、非常時にこの燃料取替用水ピット８８の冷却水を加圧水型原子炉１２に供給して冷却する原子炉冷却経路（冷却水供給装置）８９と、冷却水を原子炉格納容器１１に散布して冷却する原子炉格納容器冷却経路（冷却水供給装置）９０が設けられている。そして、原子炉格納容器１１に散布された冷却水は、蒸気発生器ループ室８４からドレンライン８７を介してキャビティ８６に貯留される。
【００４２】
なお、図示しないが、原子炉格納容器１１には、キャビティ８６に冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられ、この外部注入経路は、基端部が原子炉格納容器１１の外部に設置される消火水などの外部供給設備に連結される一方、先端部がキャビティ８６に連通している。
【００４３】
このように構成された原子炉格納容器１１にて、本実施例では、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置９１が設けられている。
【００４４】
原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）などが発生した場合、緊急炉心冷却装置が作動し、加圧水型原子炉１２を含む原子炉冷却設備内に冷却水が供給されて炉心を冷却、発生する熱を十分に除去する。ところが、この緊急炉心冷却装置が故障すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させ、下部を貫通してキャビティ８６へ落下する。このとき、キャビティ８６には冷却水が供給可能となっており、このキャビティ８６に落下した溶融物は、冷却水により冷却される。しかし、キャビティ８６に落下した溶融物は、冷却水との相互作用によって細粒化または塊状に固化するものの、固体となったデブリが山状に堆積した場合、特に、内部を十分に冷却することが困難となる。
【００４５】
本実施例の捕集装置９１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００４６】
この捕集装置９１において、図１から図３に示すように、キャビティ８６は、コンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向の一方側に延出した横穴形状をなし、基端部が加圧水型原子炉１２の下方に位置し、先端部側が加圧水型原子炉１２の下方から離間している。この場合、キャビティ８６は、先端部側の上部がドレンライン８７を介して蒸気発生器ループ室８４（図６参照）に連通している。
【００４７】
このキャビティ８６にて、鋼製ライナ８２の上部には、これを保護するための保護コンクリート８５ａが設けられており、この保護コンクリート８５ａの上面に捕集装置９１が配置されている。即ち、キャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方に設けられる溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを有しており、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂとは、連通路９２を通して連通されている。この連通路９２は、受け止め領域８６ａ及び捕集領域８６ｂの通路面積より狭い通路面積となっている。
【００４８】
保護コンクリート８５ａは、連通路９２を含む受け止め領域８６ａでは、上面が傾斜面８５ｂとなっており、捕集領域８６ｂでは、上面が水平面８５ｃとなっている。捕集装置９１を構成する捕集板９３は、この保護コンクリート８５ａの上面部に固定されており、上面が加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を受け止める捕集面を構成している。この捕集板９３は、受け止め領域８６ａから連通路９２に至る領域に傾斜面９３ａが形成され、捕集領域８６ｂの領域が水平面９３ｂとなっている。この傾斜面９３ａは、捕集領域８６ｂ側に向かって下方へ傾斜している。
【００４９】
また、捕集板９３は、捕集領域８６ｂに対応する水平面９３ｂに所定の間隔で千鳥状に配列される複数の凹部９４が形成されている。この各凹部９４は、隣接するもの同士が等間隔で配置されており、キャビティ８６に壁面に接触して形成されている。また、捕集板９３は、内部に複数の凹部９４の間に位置して冷却水流通路（冷却媒体流通路）９５が設けられている。この冷却水流通路９５は、捕集板９３の内部を前後左右に配置され、全てが連通されている。そして、冷却水流通路９５は、図示しない冷却水循環経路が連結され、非常時に、冷却材喪失事故などが発生したとき、ポンプを駆動し、キャビティ８６に貯留された冷却水を冷却水循環経路から冷却水流通路９５に循環可能とすると共に、熱交換器により循環する冷却水を冷却可能としている。
【００５０】
即ち、捕集板９３は、複数の凹部９４が形成された上板９６と、平面形状をなす下板９７とが接合されることで構成され、上板９６と下板９７との間に冷却水流通路９５が形成されている。そして、捕集板９３は、上板９６の上面に耐熱部材９８が固定されている。この場合、上板９６は、例えば、プレス加工により複数の凹部９４が形成され、溶接やボルトなどを用いて下板９７に固定される。また、耐熱部材９８は、例えば、セラミック成形体であり、接着材等により上板９６に固定される。
【００５１】
また、捕集板９３に形成された複数の凹部９４は、逆円錐台形状をなしている。この場合、凹部９４は、その表面積を大きくすることを目的として逆円錐台形状または逆角錐台（例えば、四角錐台）形状としており、例えば、球面形状などであってもよい。
【００５２】
従って、事故発生時には、図６に示すように、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット８８に貯留されている冷却水を原子炉格納容器冷却経路９０を通して送り、多数の噴射ノズルから原子炉格納容器１１内に向けて冷却水を散布する。すると、この冷却水は、原子炉格納容器１１内で発生した大量の蒸気に対して散布されることとなり、ここで、大量のエネルギを奪い取り、原子炉格納容器１１の内部を冷却してから高温となって落下し、蒸気発生器ループ室８４からドレンライン８７を通ってキャビティ８６に貯留される。原子炉格納容器１１内に放出されたエネルギを散布された冷却水により奪い取り、原子炉格納容器１１の健全性を維持することができる。
【００５３】
また、事故発生時には、図示しないポンプを駆動し、燃料取替用水ピット８８に貯留されている冷却水を原子炉冷却経路８９から加圧水型原子炉１２に送る。すると、この冷却水は、加圧水型原子炉１２内の炉心で発生した炉心の崩壊熱を奪い取り、一部は蒸気となって原子炉格納容器１１の雰囲気へ放出され、残りは高温の水となって外部に流出し、蒸気発生器ループ室８４からドレンライン８７を通ってキャビティ８６に貯留される。
【００５４】
ところで、上述した緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器４１を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。また、原子炉格納容器１１には、キャビティ８６に直接冷却水を供給する消火水などの外部注入経路が設けられており、この外部注入経路を用いて冷却水をキャビティ８６に供給することができる。従って、緊急炉心冷却装置が故障しても、キャビティ８６を冷却水で冠水することができる。
【００５５】
そして、捕集装置９１にて、図１から図３に示すように、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける捕集板９３の上面部に落下する。この落下中、キャビティ８６に貯留されている冷却水との相互作用により細粒化したデブリが傾斜板９３上に落下し、デブリベッドを形成する。このデブリベッドは、捕集板９３の傾斜によりキャビティ８６内を移動しながら拡散される。
【００５６】
即ち、受け止め領域８６ａにおける捕集板９３上に落下した溶融物は、傾斜面９３ａにより連通路９２を通って捕集領域８６ｂに移動する。ここで、捕集領域８６ｂにおける捕集板９３は、表面に多数の凹部９４が形成されていることから、捕集板９３上の溶融物は、捕集領域８６ｂに等間隔に配置された複数の凹部９４に捕集され、小体積物に分離される。そして、捕集板９３は、内部に設けられた冷却水流通路９５に冷却水が循環していることから、複数の凹部９４に捕集された小体積物となった溶融物は、この冷却水により冷却される。また、各凹部９４に捕集された小体積物の溶融物は、周囲の冷却水によっても除熱されて冷却される。
【００５７】
このように実施例１の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方のキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を受け止める捕集板９３を設け、この捕集板９３に所定の間隔で複数の凹部９４を形成し、複数の凹部９４の間に冷却水流通路９５を設けている。
【００５８】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は捕集板９３で受け止められて拡散され、この捕集板９３にある複数の凹部９４に捕集される。そのため、この複数の凹部９４に捕集された小体積物としての溶融物は、冷却水流通路９５を流れる冷却水により冷却されることとなり、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【００５９】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、キャビティ８６に、加圧水型原子炉１２の下方に位置する溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域９６ａに隣接して溶融物を捕集して冷却する捕集領域９６ｂを設け、受け止め領域８６ａにおける捕集板９３に捕集領域側８６ｂ側へ傾斜する傾斜面９３ａを形成し、捕集領域８６ｂにおける捕集板９３に複数の凹部９４を形成している。従って、加圧水型原子炉１２からの溶融物は、傾斜面９３ａで受け止められて受け止め領域８６ａから捕集領域８６ｂに移動することで拡散され、捕集領域８６ｂにある複数の凹部９４に捕集されることとなる。そのため、加圧水型原子炉１２から離間した捕集領域８６ｂで溶融物を小体積物に分離することで、この溶融物を早期に冷却することができる。
【００６０】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、保護コンクリート８５ａの上部に所定厚さの捕集板９３を固定し、捕集板９３の上面に捕集面を形成して複数の凹部９４を形成している。従って、保護コンクリート８５ａの上部に捕集板９３を固定して複数の凹部９４を形成することで、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００６１】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、複数の凹部９４が形成された上板９６と、平面形状をなす下板９７とを接合して捕集板９３を構成し、上板９６と下板９７との間に冷却水流通路９５を形成している。従って、捕集板９３内に容易に冷却水流通路９５を確保することができ、製作性を向上することができる。
【００６２】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、捕集板９３の上面に耐熱部材９８を固定している。従って、溶融物による捕集板９３の損傷を抑制することができる。
【００６３】
また、実施例１の溶融物の捕集装置では、複数の凹部９４を逆円錐台形状または逆角錐台形状としている。従って、逆円錐台形状をなす凹部９４により表面積を拡大することで、溶融物の冷却効率を向上することができる。
【実施例２】
【００６４】
図７は、本発明の実施例２に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置における捕集板の平面図である。なお、本実施例の溶融物の捕集装置の基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
実施例２において、図１及び図７に示すように、加圧水型原子炉１２の下方に冷却水を供給可能なキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置１０１が設けられている。この捕集装置１０１は、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めると共に、小体積物に分離拡散することで、溶融物の表面積を広げて冷却効率を向上するものである。
【００６６】
この捕集装置１０１において、キャビティ８６は、コンクリート構造物８５により加圧水型原子炉１２の下方に形成されている。このキャビティ８６は、加圧水型原子炉１２の下方に設けられる溶融物の受け止め領域８６ａと、受け止め領域８６ａに隣接して溶融物を拡散して冷却する捕集領域８６ｂを有しており、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂとは、連通路９２を通して連通されている。
【００６７】
保護コンクリート８５ａは、上面部に捕集装置１０１を構成する捕集板１０２が固定されており、受け止め領域８６ａから連通路９２に至る領域が傾斜面であり、捕集領域８６ｂの領域が水平面である。そして、捕集板１０２は、捕集領域８６ｂに対応する位置に所定の間隔で千鳥状に配列される複数の凹部１０３が形成されている。また、捕集板１０２は、内部に複数の凹部１０３の間に位置して冷却水流通路（冷却媒体流通路）１０４が設けられている。
【００６８】
この冷却水流通路１０４は、千鳥状に配列される複数の凹部１０３を避けて屈曲して配置されている。この場合、冷却水流通路１０４を、実施例１のように、上板９６と下板９７との空間部ではなく、この空間部に設けた配管とすることが望ましい。そして、この冷却水流通路１０４は、図示しない冷却水循環経路が連結され、非常時に、冷却材喪失事故などが発生したとき、ポンプを駆動し、キャビティ８６に貯留された冷却水を冷却水循環経路から冷却水流通路９５に循環可能とすると共に、熱交換器により循環する冷却水を冷却可能としている。
【００６９】
従って、緊急炉心冷却装置が故障すると、加圧水型原子炉１２に冷却水を送って冷却することができず、原子炉容器４１の内部の炉心が溶融し、溶融物がこの原子炉容器４１を破損させてキャビティ８６へ落下する。緊急炉心冷却装置が故障した場合であっても、少なくとも一方の経路８９，９０を通して原子炉格納容器１１または加圧水型原子炉１２に冷却水を供給することは可能であり、この冷却水をキャビティ８６に供給することができる。
【００７０】
そして、捕集装置１０１にて、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物は、キャビティ８６の受け止め領域８６ａにおける捕集板１０２の上面部に落下する。この受け止め領域８６ａにおける捕集板１０２上に落下した溶融物は、傾斜面により連通路９２を通って捕集領域８６ｂに移動する。ここで、捕集板１０２上の溶融物は、等間隔に配置された複数の凹部１０３に捕集され、小体積物に分離される。そして、複数の凹部１０３に捕集された小体積物となった溶融物は、捕集板１０３内の冷却水流通路１０４を流れる冷却水により冷却される。また、各凹部１０３に捕集された小体積物の溶融物は、周囲の冷却水によっても除熱されて冷却される。
【００７１】
このように実施例２の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方のキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を受け止める捕集板１０２を設け、この捕集板１０２に所定の間隔で千鳥状に複数の凹部１０３を配置し、複数の凹部１０３の間に複数の凹部１０３を避けて屈曲して冷却水流通路１０４を設けている。
【００７２】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は捕集板１０２で受け止められて拡散され、この捕集板１０２にある複数の凹部１０３に捕集される。そのため、この複数の凹部１０３に捕集された小体積物としての溶融物は、冷却水流通路１０４を流れる冷却水により冷却されることとなり、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。また、複数の凹部１０３の間にこれを避けて屈曲して冷却水流通路１０４を設けることで、冷却水により複数の凹部１０３で捕集した溶融物の冷却を効率的に行うことができる。
【実施例３】
【００７３】
図８は、本発明の実施例３に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置における捕集板の平面図である。なお、本実施例の溶融物の捕集装置の基本的な構成は、上述した実施例１、２とほぼ同様の構成であり、同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７４】
実施例３において、図８に示すように、捕集装置１１１において、捕集板１１２は、所定の間隔で千鳥状に配列される複数の凹部１１３が形成されると共に、内部に複数の凹部１１３の間に位置して冷却水流通路（冷却媒体流通路）１１４が設けられている。この冷却水流通路１１４は、千鳥状に配列される複数の凹部１０３を避けてその間に直線状をなして配置されている。この場合、冷却水流通路１１４は、実施例１のように、上板９６と下板９７との空間部ではなく、この空間部に設けた配管となっている。
【００７５】
このように実施例３の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方のキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を受け止める捕集板１１２を設け、この捕集板１１２に所定の間隔で千鳥状に複数の凹部１１３を配置し、複数の凹部１１３の間に直線状をなして冷却水流通路１１４を設けている。
【００７６】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は捕集板１１２で受け止められて拡散され、この捕集板１１２にある複数の凹部１１３に捕集される。そのため、この複数の凹部１１３に捕集された小体積物としての溶融物は、冷却水流通路１１４を流れる冷却水により冷却されることとなり、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。また、複数の凹部１０３の間に冷却水流通路１０４を直線状に設けることで、冷却水流通路１０４を屈曲する必要がなく、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【実施例４】
【００７７】
図９は、本発明の実施例４に係る原子炉格納容器に適用された溶融物の捕集装置の概略構成図、図１０−１は、実施例４の捕集板の第１部材を表す側面図、図１０−２は、実施例４の捕集板の第１部材を表す平面図、図１１−１は、実施例４の捕集板の第２部材を表す側面図、図１１−２は、実施例４の捕集板の第２部材を表す平面図、図１２は、実施例４の捕集板における第１部材の連結状態を表す平面図、図１３は、実施例４の捕集板を表す平面図、図１４は、実施例４の捕集板おける断面図である。
【００７８】
実施例４にて、図９に示すように、加圧水型原子炉１２の下方にキャビティ８６が設けられ、このキャビティ８６に、非常時に、加圧水型原子炉１２から落下した溶融物を受け止めて冷却する捕集装置１２１が設けられている。この捕集装置１２１を構成する捕集板１２２は、この保護コンクリートの上面部に水平に固定されており、上面が加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を受け止める捕集面を構成している。この捕集板１２２は、水平面に複数の凹部１２３が形成されている。
【００７９】
この捕集板１２２は、図１４に示すように、第１部材１３１と第２部材１３２と第３部材１３４とから構成されている。図１０−１及び図１０−２に示すように、第１部材１３１は、所定の大きさを有する板材が折り曲げ加工されることで、側方に開口する凹部１３１ａが形成されている。また、図１１−１及び図１１−２に示すように、第２部材１３２は、所定の大きさを有する板材が折り曲げ加工されることで、側方に開口する凹部１３２ａが形成されている。この場合、第２部材１３２は凹部１３２ａの幅が広い馬蹄形をなしている。
【００８０】
そして、まず、図１２に示すように、第１部材１３１を水平方向に沿って四方に敷き詰めるように溶接により連結することで所定の大きさとし、千鳥状をなす位置に貫通孔１３３を形成する。この場合、貫通孔１３３は、第１部材１３１の対向する傾斜面に形成する。次に、図１３に示すように、複数連結された第１部材１３１の上に、各貫通孔１３３が形成されて位置に対応して第２部材１３２を載せて固定する。この場合、第２部材１３２が貫通孔１３３を塞ぐこととなる。続いて、複数連結された第１部材１３１の下に平らな板状をなす第３部材１３４を固定する。これにより第１部材１３１同士の連結部並びに第２部材１３２に対応する位置が凹部１２３となり、この凹部１２３の間に位置して冷却水流通路（冷却媒体流通路）１３５が形成されることとなる。
【００８１】
このように実施例４の溶融物の捕集装置にあっては、加圧水型原子炉１２の下方のキャビティ８６を設け、このキャビティ８６における加圧水型原子炉１２の下方に位置して加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を受け止める捕集板１２２を設け、この捕集板１２２に所定の間隔で千鳥状に複数の凹部１２３を配置し、複数の凹部１３３の間に冷却水流通路１３５を設けている。
【００８２】
従って、原子力発電プラントの非常時に、加圧水型原子炉１２が破損して溶融物がキャビティ８６に落下すると、この溶融物は捕集板１２２で受け止められて拡散され、この捕集板１２２にある複数の凹部１２３に捕集される。そのため、この複数の凹部１２３に捕集された小体積物としての溶融物は、冷却水流通路１３５を流れる冷却水により冷却されることとなり、加圧水型原子炉１２から落下する溶融物を小体積物に分離し、この小体積物としての溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。また、捕集板１２２を第１部材１３１と第２部材１３２と第３部材１３４とから構成することで、この捕集板１２２を容易に製造することができ、低コスト化を可能とすることができる。
【００８３】
なお、上述した各実施例では、キャビティ８６の形状を、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向における一方に延出した横穴形状としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、加圧水型原子炉１２の下方から水平方向における一方と他方に延出した形状や加圧水型原子炉１２の外径より大きい円盤形状などとしてもよい。また、キャビティ８６にて、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂを連通路９２により連通したが、受け止め領域８６ａと捕集領域８６ｂを一体となる空間部としてもよい。
【００８４】
また、上述した各実施例では、コンクリート構造物８５の上方に捕集板９３，１０２，１１２，１２２を設けたが、コンクリート構造物８５の上面部に直接傾斜部を設けてもよく、また、コンクリート構造物８５の上面を捕集面としてもよい。更に、凹部９４，１０３，１１３，１２３を捕集板９３，１０２，１１２１２２の一部または全部に設けたが、その設ける位置は実施例に限定されるものではない。また、捕集板９３，１０２，１１２，１２２を傾斜面と水平面とから構成したが、全て傾斜面としてもよい。
【００８５】
また、上述した各実施例では、キャビティ８６に冷却水が貯留されているものとして説明したが、原子力発電プラントの正常時には冷却水がなく、原子力発電プラントの非常時に供給するようにしてもよい。
【００８６】
また、上述した各実施例では、本発明の溶融物の捕集装置を加圧水型原子炉に適用して説明したが、沸騰型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）に適用することもでき、軽水炉であれば、いずれの原子炉に適用してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１１  原子炉格納容器
１２  加圧水型原子炉
１３  蒸気発生器
８５  コンクリート構造物
８５ａ  保護コンクリート
８５ｂ  傾斜面
８５ｃ  水平面
８６  キャビティ
８６ａ  受け止め領域
８６ｂ  捕集領域
９１，１０１，１１１  捕集装置
９２  連通路
９３，１０２，１１２，１２２  捕集板（捕集面）
９４，１０３，１１３，１２３  凹部
９５，１０４，１１４，１３５  冷却水流通路（冷却媒体流通路）
【図１】
2013108772.tif 000003
【図２】
2013108772.tif 000004
【図３】
2013108772.tif 000005
【図４】
2013108772.tif 000006
【図５】
2013108772.tif 000007
【図６】
2013108772.tif 000008
【図７】
2013108772.tif 000009
【図８】
2013108772.tif 000010
【図９】
2013108772.tif 000011
【図１０−１】
2013108772.tif 000012
【図１０−２】
2013108772.tif 000013
【図１１−１】
2013108772.tif 000014
【図１１−２】
2013108772.tif 000015
【図１２】
2013108772.tif 000016
【図１３】
2013108772.tif 000017
【図１４】
2013108772.tif 000018