(57)【要約】【課題】燃料デブリを継続的に空冷し、その冷却処理による放射性物質の拡散防止を可能にする。【解決手段】燃料デブリの空冷装置１は、コンプレッサ１３により圧縮された空気を、第一熱交換器２１と膨張タービン１４とで温度低下させて排気管１１を介してコンクリート格納容器２内へ排気し、コンクリート格納容器２内で燃料デブリＦＤの崩壊熱により温度上昇した空気を吸気管１２から吸気し、その空気を第二熱交換器２２と放射性物質除去装置３０とを介してコンプレッサ１３で再び圧縮するように構成されている。【選択図】図１
2016099154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアサイクル装置と、
前記エアサイクル装置内を流動する空気と冷媒とを熱交換させる熱交換装置とを備え、
前記エアサイクル装置は、
燃料デブリが存在するコンクリート格納容器内に開口し、前記燃料デブリの崩壊熱により温度上昇した空気を前記コンクリート格納容器外へ吸気する吸気管と、
吸気側に前記吸気管が接続され、かつ排気側に連絡流路が接続されているコンプレッサと、
前記連絡流路を介して前記コンプレッサと接続され、かつ排気側に排気管が接続されている膨張タービンとを備え、
前記熱交換装置は、
前記連絡流路内を流動する圧縮空気を前記冷媒で冷却する第一熱交換器と、
前記吸気管内を流動する空気を前記冷媒で冷却する第二熱交換器とを備え、
前記排気管は、前記コンクリート格納容器内に開口し、前記膨張タービンにより膨張させられたことにより温度低下した空気を前記コンクリート格納容器内へ排気するように構成されている
ことを特徴とする燃料デブリの空冷装置。
【請求項２】
エアサイクル装置と、
前記エアサイクル装置内を流動する空気と冷媒とを熱交換させる熱交換装置とを備え、
前記エアサイクル装置は、
燃料デブリが存在するコンクリート格納容器内に開口し、前記燃料デブリの崩壊熱により温度上昇した空気を前記コンクリート格納容器外へ吸気する吸気管と、
吸気側に前記吸気管が接続され、かつ排気側に排気管が接続されているコンプレッサとを備え、
前記熱交換装置は、
前記排気管内を流動する圧縮空気を前記冷媒で冷却する第一熱交換器と、
前記吸気管内を流動する空気を前記冷媒で冷却する第二熱交換器とを備え、
前記排気管は、前記コンクリート格納容器内に開口し、かつ膨張弁が設けられており、前記膨張弁により前記圧縮空気を膨張させ温度低下させて前記コンクリート格納容器内へ排気するように構成されている
ことを特徴とする燃料デブリの空冷装置。
【請求項３】
前記吸気管は、フレキシブルチューブにより構成され、
前記排気管は、断熱機能を有するフレキシブルチューブにより構成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料デブリの空冷装置。
【請求項４】
前記空気に含まれる放射性物質を除去する処理装置をさらに備え、
前記処理装置は、前記吸気管による空気経路中で前記第二熱交換器と前記コンプレッサとの間に設けられ、前記吸気管内を流動する空気中の放射性物質を除去するように構成されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料デブリの空冷装置。
【請求項５】
コンプレッサにより空気を圧縮し、
前記コンプレッサにより圧縮された空気を、第一熱交換器により冷媒と熱交換し、
前記第一熱交換器により冷却された圧縮空気を、膨張タービンにより膨張させ、
前記膨張タービンにより膨張された空気を排気管からコンクリート格納容器内へ排気し、
前記コンクリート格納容器内で燃料デブリの崩壊熱により温度上昇した空気を吸気管から吸気し、
前記吸気管内を流動する空気を、第二熱交換器により冷媒と熱交換し、
前記第二熱交換器により冷却された空気を前記コンプレッサにより再び圧縮する
ことを特徴とする燃料デブリの空冷方法。
【請求項６】
前記第二熱交換器により冷却された空気に含まれている放射性物質を除去し、
前記放射性物質を除去された空気を前記コンプレッサにより再び圧縮する
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料デブリの空冷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原子炉で炉心溶融が起きたことにより生じる燃料デブリを空冷する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉内では、燃料ペレットと呼ばれる核燃料が金属製の被覆材によって棒状の集合体に形成された燃料集合体（いわゆる燃料棒）が、冷却水によって冷却されている。原子炉内の核燃料を安定させるために、冷却水などの冷却材によって核燃料を冷却し続ける必要がある。そのため、何らかの理由により原子炉内の冷却材を喪失した場合、核燃料が過熱して制御棒や原子炉構造材などを含む燃料集合体が溶融する、いわゆる炉心溶融（メルトダウン）が起きてしまう可能性がある。
【０００３】
例えば、建造物としてのコンクリート製原子炉格納容器（以下「コンクリート格納容器」という）内にステンレス鋼製の原子炉が設けられており、その原子炉内部には複数本の燃料棒および制御棒が格納されているとともに海水などの冷却水が注水される構成が知られている。この構成で仮に炉心溶融が起きると、核燃料に加え、燃料棒の被覆材、原子炉構造材のステンレス鋼、コンクリート格納容器構造材のコンクリートや鉄、制御棒材料などが溶融する。その後、原子炉内への注水が再開されると、それらの物質が反応して冷え固まった燃料デブリが生じてしまう。つまり、炉心溶融時に原子炉構造体の底部分が溶融し、燃料デブリがコンクリート格納容器の床部分に堆積するようにして存在している可能性もある。
【０００４】
さらに、炉心溶融前の燃料棒と同様に、炉心溶融後も燃料デブリを冷却し続ける必要がある。従来では、コンクリート格納容器内に冷却材としての海水を注水することにより燃料デブリを冷却することが行われている。
【０００５】
また、上述したような海水を用いた冷却方法とは別に、特許文献１には、ヒートパイプによって原子炉格納容器内の熱を除熱することが記載されている。特許文献１の構成では、原子炉格納容器の内部と外部に設けられた熱交換部同士をヒートパイプによって熱的に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２５２８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の構成では、原子炉格納容器内の熱を外部へ輸送することは可能であるが、燃料デブリ表面を十分に冷却できず燃料デブリが高温となり放射性物質が追加放出されるという問題がある。
【０００８】
そのため、十分な冷却効果を得るために従来通り燃料デブリの冷却材として冷却水を用いると、冷却水で燃料デブリの崩壊熱を吸収できても、燃料デブリによって冷却水が放射能汚染を受けてしまう。さらに、燃料デブリに含まれる放射性物質が崩壊することにより崩壊熱が発生するので、その放射性物質の半減期が膨大な時間である場合にはその期間継続して崩壊熱が発生していることになる。例えば、燃料デブリには、半減期が億単位のウラン２３５や、半減期が約２９年のストロンチウム９０などの半減期の長い放射性物質が含まれている場合がある。これは、数十トンの燃料棒が炉心溶融した場合には、上述した通りそれ以上の重さの燃料デブリが生じることになり、燃料デブリを冷却するために必要な冷却水が非常に大量になってしまうこと、すなわち燃料デブリの冷却処理で永年に亘って非常に大量の汚染水を副産物として発生させ続けることを意味している。つまり、大量の汚染水に対して放射性物質の除去処理を行うことや、数十万トンを超えるような大量の汚染水を長期間に亘って適切に保管することや、冷却処理を続けることにより保管すべき汚染水が増え続けることなどが課題として挙げられる。
【０００９】
加えて、その汚染水をコンクリート格納容器内から適切に回収することが別の課題として挙げられる。汚染水を適切に回収できない場合には、汚染水がコンクリート格納容器から外部に漏洩して地中に浸透してしまう可能性がある。すなわち、地下水に汚染水が流入することにより放射性物質が地中に拡散されていることになる。この場合、コンクリート格納容器外への汚染水の流出防止や、地中から汚染水を汲み上げることなど困難な課題が挙げられる。
【００１０】
ところで、崩壊熱の発生量は時間の経過に伴い減少する。つまり、放射性物質の半減期が短い場合には短期間に大きな崩壊熱を生じ、反対に半減期が長い場合には長期間に亘り緩やかに崩壊熱を生じるので短期間に生じる崩壊熱は小さくなる。いずれにせよ、炉心溶融から数年以上経過した時点では、燃料デブリが生じる崩壊熱は、炉心溶融後に連鎖反応（核分裂反応）が停止した直後の崩壊熱よりも小さいことは明らかである。
【００１１】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、燃料デブリを継続的に冷却することができるとともに、その冷却処理によるコンクリート格納容器外への放射性物質の拡散防止を可能にする燃料デブリの空冷装置および方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、この発明は、エアサイクル装置と、前記エアサイクル装置内を流動する空気と冷媒とを熱交換させる熱交換装置とを備え、前記エアサイクル装置は、燃料デブリが存在するコンクリート格納容器内に開口し、前記燃料デブリの崩壊熱により温度上昇した空気を前記コンクリート格納容器外へ吸気する吸気管と、吸気側に前記吸気管が接続され、かつ排気側に連絡流路が接続されているコンプレッサと、前記連絡流路を介して前記コンプレッサと接続され、かつ排気側に排気管が接続されている膨張タービンとを備え、前記熱交換装置は、前記連絡流路内を流動する圧縮空気を前記冷媒で冷却する第一熱交換器と、前記吸気管内を流動する空気を前記冷媒で冷却する第二熱交換器とを備え、前記排気管は、前記コンクリート格納容器内に開口し、前記膨張タービンにより膨張させられたことにより温度低下した空気を前記コンクリート格納容器内へ排気するように構成されていることを特徴とする燃料デブリの空冷装置である。
【００１３】
この発明は、エアサイクル装置と、前記エアサイクル装置内を流動する空気と冷媒とを熱交換させる熱交換装置とを備え、前記エアサイクル装置は、燃料デブリが存在するコンクリート格納容器内に開口し、前記燃料デブリの崩壊熱により温度上昇した空気を前記コンクリート格納容器外へ吸気する吸気管と、吸気側に前記吸気管が接続され、かつ排気側に排気管が接続されているコンプレッサとを備え、前記熱交換装置は、前記排気管内を流動する圧縮空気を前記冷媒で冷却する第一熱交換器と、前記吸気管内を流動する空気を前記冷媒で冷却する第二熱交換器とを備え、前記排気管は、前記コンクリート格納容器内に開口し、かつ膨張弁が設けられており、前記膨張弁により前記圧縮空気を膨張させ温度低下させて前記コンクリート格納容器内へ排気するように構成されていることを特徴とする燃料デブリの空冷装置である。
【００１４】
この発明は、上記発明において、前記吸気管は、フレキシブルチューブにより構成され、前記排気管は、断熱機能を有するフレキシブルチューブにより構成されていることを特徴とする燃料デブリの空冷装置である。
【００１５】
この発明は、上記発明において、前記空気に含まれる放射性物質を除去する処理装置をさらに備え、前記処理装置は、前記吸気管による空気経路中で前記第二熱交換器と前記コンプレッサとの間に設けられ、前記吸気管内を流動する空気中の放射性物質を除去するように構成されていることを特徴とする燃料デブリの空冷装置である。
【００１６】
この発明は、コンプレッサにより空気を圧縮し、前記コンプレッサにより圧縮された空気を、第一熱交換器により冷媒と熱交換し、前記第一熱交換器により冷却された圧縮空気を、膨張タービンにより膨張させ、前記膨張タービンにより膨張された空気を排気管からコンクリート格納容器内へ排気し、前記コンクリート格納容器内で燃料デブリの崩壊熱により温度上昇した空気を吸気管から吸気し、前記吸気管内を流動する空気を、第二熱交換器により冷媒と熱交換し、前記第二熱交換器により冷却された空気を前記コンプレッサにより再び圧縮することを特徴とする燃料デブリの空冷方法である。
【００１７】
この発明は、上記発明において、前記第二熱交換器により冷却された空気に含まれている放射性物質を除去し、前記放射性物質を除去された空気を前記コンプレッサにより再び圧縮することを特徴とする燃料デブリの空冷方法である。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、燃料デブリを継続的かつ十分に空冷することができるとともに、汚染水が地中に浸透するようなコンクリート格納容器外への放射性物質拡散を防止できる。そのため、従来のような冷却処理の副産物としての汚染水が発生しないため、汚染水の長期保管などの必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この具体例における燃料デブリの空冷装置を示すシステム概略図である。
【図２】図１に示す空冷装置の熱サイクルを示した説明図である。
【図３】他の例における燃料デブリの空冷装置を示すシステム概略図である。
【図４】図３に示す空冷装置の熱サイクルを示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、この発明の一例における燃料デブリの空冷装置について具体的に説明する。
【００２１】
図１は、この具体例における燃料デブリの空冷装置を示している。燃料デブリの空冷装置（以下、単に「空冷装置」という）１は、コンクリート格納容器２内で核燃料が溶融したことにより生じた燃料デブリＦＤを空冷するように構成されている。具体的には、空冷装置１は、エアサイクル装置１０と、エアサイクル装置１０内を流動する空気を冷媒と熱交換させる熱交換装置２０と、エアサイクル装置１０における空気流路内を流動する空気中の放射性物質を除去するための装置（以下「処理装置」という）３０とを備えている。
【００２２】
エアサイクル装置１０は、コンクリート格納容器２内で燃料デブリＦＤが存在しているエリアＳ内に排気管１１から冷たい空気（冷却空気）Ａｃを供給するとともに、エリアＳ内で燃料デブリＦＤの崩壊熱により温度上昇した熱い空気（高温空気）Ａｈを吸気管１２からコンクリート格納容器２外へ吸気することにより、空気が循環するように構成されている。また、高温空気Ａｈは、燃料デブリＦＤによって汚染された空気である。
【００２３】
排気管１１および吸気管１２は、フレキシブルチューブであって、いずれもコンクリート格納容器２側の先端がエリアＳ内に開口している。特に排気管１１は断熱機能を有する断熱チューブとして構成されており、望ましくは、排気管１１の開口が燃料デブリＦＤ近傍に位置するように配置されている。また、吸気管１２の開口は、燃料デブリＦＤよりも上方、すなわち排気管１１の開口位置よりも上方に位置するように配置される。これにより、効果的に冷却空気Ａｃを燃料デブリＦＤに向けて排気させることができるとともに、燃料デブリＦＤの崩壊熱により温度上昇して上方移動した高温空気（汚染空気）Ａｈを効率的にコンクリート格納容器２外へ吸気することができる。加えて、排気管１１が断熱チューブであることにより排気管１１内を流動する冷却空気Ａｃを超低温に保つことができ、燃料デブリＦＤを効率的に冷却することができる。さらに、排気管１１および吸気管１２がフレキシブルチューブにより構成されていることにより、仮に障害物が散在しているコンクリート格納容器２内であっても、排気管１１および吸気管１２を自由度をもって配管させることができるので、空冷装置１の大型化を抑制することができる。
【００２４】
例えば、コンクリート格納容器２の外側からコンクリート側壁部に遠隔操作ロボットなどにより貫通孔を形成する。そして、その側壁部の外側から、各貫通孔内に排気管１１と吸気管１２をそれぞれ挿入し、排気管１１および吸気管１２の先端がエリアＳ内に開口するように配置される。なお、コンクリート格納容器２内における排気管１１および吸気管１２の配管作業は遠隔操作ロボットが行ってもよい。
【００２５】
吸気管１２は、圧縮機（以下「コンプレッサ」という）１３の吸気側に接続されている。排気管１１は、膨張タービン１４の排気側に接続されている。コンプレッサ１３の動力源として圧縮用モータ１５が設けられている。圧縮用モータ１５は、電動式であり、そのロータ軸１５ａは、コンプレッサ１３の回転軸および膨張タービン１４の回転軸と一体回転するように構成されており、各軸は同一回転中心軸線上に配置されている。すなわち、膨張タービン１４の翼車はコンプレッサ１３の翼車よりも大径に形成されているとともに、圧縮用モータ１５を膨張タービン１４の動力源とみなすことができる。要するに、一つの圧縮用モータ１５によってコンプレッサ１３および膨張タービン１４を同時に駆動させることができるように構成されていればよく、圧縮用モータ１５の配置は、図１に示すようなコンプレッサ１３と膨張タービン１４との間に限定されない。例えば、図１上でのコンプレッサ１３の左側に圧縮用モータ１５を配置してもよく、あるいは図１上での膨張タービン１４の右側に圧縮用モータ１５を配置してもよい。
【００２６】
さらに、コンプレッサ１３の排気側と膨張タービン１４の吸気側とは、連絡流路１６を介して接続されている。圧縮用モータ１５が駆動することにより、コンプレッサ１３において吸気管１２内の空気を吸引して圧縮し、かつ連絡流路１６に圧縮空気を圧送し、膨張タービン１４では連絡流路１６を介して圧送された圧縮空気を膨張させて排気管１１へ排気するように構成されている。そして、空冷装置１では、吸気管１２内を流動する空気と、連絡流路１６内を流動する空気とが、熱交換装置２０によって冷媒と熱交換されて冷却される。
【００２７】
熱交換装置２０は、冷媒として海水Ｗを用いるように構成され、連絡流路１６内の圧縮空気と海水Ｗとを熱交換させるように構成された第一熱交換器２１と、吸気管１２内の高温空気（汚染空気）Ａｈと海水Ｗと熱交換させるように構成された第二熱交換器２２とを備えている。
【００２８】
熱交換装置２０では、海水ＷをポンプＰにより海から吸い上げ、供給管２３を介して第一熱交換器２１および第二熱交換器２２に供給するとともに、第一熱交換器２１および第二熱交換器２２で熱交換された後の海水Ｗを排水管２４内に流動させて海へ戻すように構成されている。
【００２９】
図１に示すように、熱交換装置２０における海水経路は、ポンプＰの下流側で供給管２３が第一熱交換器２１側と第二熱交換器２２側とに枝分かれし、第一熱交換器２１および第二熱交換器２２の下流側で排水管２４が合流するように構成されている。なお、供給管２３および排水管２４により形成される海水経路は、図１に示す海水経路に限定されず、適宜の変更が可能である。
【００３０】
処理装置３０は、エアサイクル装置１０が燃料デブリＦＤを空冷する際に、エアサイクル装置１０内を流動する汚染空気Ａｈの放射性物質を除去するように構成されている。図１に示すように、エアサイクル装置１０による空気経路において、吸気管１２による空気経路中で第二熱交換器２２とコンプレッサ１３との間に設けられている。
【００３１】
例えば処理装置３０は、吸気管１２内を流動する汚染空気Ａｈと触れるように構成された放射能除去フィルタ３１と、その空気経路中で放射能除去フィルタ３１の下流側に設けられた誘引ブロワ（誘引送風機；ＩＤＦ）３２とにより構成されている。この場合、吸気管１２内の空気は、誘引ブロワ３２によって吸引されて放射能除去フィルタ３１を通過し、誘引ブロワ３２を介してコンプレッサ１３側へ向けて流動する。つまり、吸気管１２による空気経路中に、放射能除去フィルタ３１を設けることにより圧力損失が生じるので、放射能除去フィルタ３１の下流側に誘引ブロワ３２を設けて流動性能の低下を抑制している。すなわち、コンプレッサ１３により生じる吸引力を誘引ブロワ３２により生じる吸引力でアシストしている。また、処理装置３０として従来から知られている多核種除去設備（ＡＬＰＳ）を設けてもよい。
【００３２】
なお、エアサイクル装置１０の空気経路中と、熱交換装置２０の海水経路中とには、調圧弁や流量制御弁などの図示しない弁が設けられていてもよい。
【００３３】
図２は、空冷装置１による熱サイクルを示している。空冷装置１では、開放型空気ブレイトンサイクルと呼ばれる熱サイクルを形成する。コンプレッサ１３において空気を圧縮することにより温度Ｔａの圧縮空気を発生させる。例えば、圧縮により温度Ｔａが２００℃程度の高温かつ高圧の空気が発生する。
【００３４】
コンプレッサ１３による圧縮空気（温度Ｔａ）は、下流側の第一熱交換器２１によって海水Ｗと熱交換（一次冷却）されることで温度Ｔｂに冷却される。例えば、一次冷却により温度Ｔｂが５０〜１００℃程度の低温かつ高圧の空気となる。
【００３５】
温度Ｔｂの低温かつ高圧の空気は、膨張タービン１４によって膨張されることで、ジュールトムソン効果により、温度Ｔｃに温度低下させられる。例えば、膨張により温度Ｔｃがマイナス５０℃程度の超低温空気（冷却空気Ａｃ）が発生する。
【００３６】
温度Ｔｃの超低温空気（冷却空気Ａｃ）は、断熱機能を有する排気管１１を介して、コンクリート格納容器２内の燃料デブリＦＤ近傍に排気される。冷却空気Ａｃを燃料デブリＦＤに向けて排気して、燃料デブリＦＤを冷却すると、コンクリート格納容器２内の燃料デブリＦＤが存在しているエリアＳでは崩壊熱によって空気が温度Ｔｄに温度上昇される。例えば、崩壊熱の吸収により温度Ｔｄが１００℃程度の高温空気（汚染空気）Ａｈが発生する。
【００３７】
温度Ｔｄの高温空気（汚染空気）Ａｈは、吸気管１２によってコンクリート格納容器２外へ吸気されて、第二熱交換器２２によって海水Ｗと熱交換（二次冷却）されることで温度Ｔｅに冷却される。例えば、二次冷却により温度Ｔｅが５０℃程度の空気となる。
【００３８】
温度Ｔｅの空気（汚染空気）Ａｈは、処理装置３０によって放射性物質が除去されてから、再びコンプレッサ１３で圧縮されて温度Ｔａに温度上昇される。したがって、空冷装置１によれば、上述したような熱サイクルを形成する燃料デブリの冷却方法を実施することになる。
【００３９】
以上説明した通り、この具体例の燃料デブリの空冷装置によれば、従来のように冷却処理による副産物として大量の汚染水を発生させ続けることなく、燃料デブリを継続的に冷却することができる。そのため、従来のような汚染水の長期保管などの必要がなくなるとともに、地下水に汚染水が流入することを防止できる。つまり、この空冷方法によってコンクリート格納容器外への放射性物質が拡散することを防止できる。
【００４０】
また、気温よりも低温の冷却空気で燃料デブリを冷却するので、この空冷方法で放射性物質に汚染される空気の量（汚染空気量）を低減できる。仮に常温空気（大気）で燃料デブリを空冷すると燃料デブリとの温度差を大きくとれず、冷却には大量の常温空気を必要とする結果、汚染空気量が増大してしまう。しかしながら、この具体例によれば燃料デブリの冷却に必要な冷却材の量を低減できる。
【００４１】
さらに、燃料デブリにより放射能汚染を受けた汚染空気に対して、処理装置によって放射性物質を除去することができるため、その汚染空気をエアサイクル装置で循環させても高濃度の汚染空気が生じることを抑制できる。
【００４２】
なお、この発明における燃料デブリの空冷装置は、上述した具体例に限定されず、この発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００４３】
例えば、空冷装置１を密閉された完全なクローズドシステムに構成することができる場合には、汚染空気の漏洩を防止できるので、処理装置３０を設けなくてもよい。この場合、上述したような放射能除去フィルタ３１による圧力損失が生じないので、コンプレッサ１３により生じる吸引力により吸気管１２内の空気を流動させることができ、誘引ブロワ３２が不要になる。これにより、空冷装置１の大型化や設備コストを抑制できる。
【００４４】
さらに、上述した具体例の変形例として図３に示す空冷装置１を構成することができる。この変形例の空冷装置１では、上述した具体例とは異なり膨張タービン１４が設けられておらず、膨張タービン１４の代わりに、排気管１１による空気経路中にオリフィスなどの膨張弁１７が設けられている。
【００４５】
例えば、排気管１１は、コンプレッサ１３の排気側に接続され、かつコンクリート格納容器２内に開口するように構成されている。つまり、排気管１１内を圧縮空気が流動し、第一熱交換器２１は排気管１１内を流動する高温かつ高圧の空気と海水Ｗとを熱交換させるように構成されている。そして、排気管１１におけるコンクリート格納容器２側の開口先端部分がオリフィスとしての膨張弁１７に形成されている。その膨張弁１７によって排気管１１内を流動した圧縮空気を膨張させて温度低下された冷却空気Ａｃをコンクリート格納容器２内へ排気することができる。その熱サイクルを図４に示してある。
【００４６】
図４に示すように、温度Ｔｂの低温かつ高圧の空気は、膨張弁１７によって膨張されることで、ジュールトムソン効果により、温度Ｔｃ’に温度低下させられる。例えば、膨張により温度Ｔｃ’がマイナス５０℃程度の超低温空気（冷却空気Ａｃ）が発生する。温度Ｔｃ’の超低温空気（冷却空気Ａｃ）はコンクリート格納容器２内の燃料デブリＦＤ近傍に排気される。この変形例によれば、上述した具体例のように膨張タービンが設けられている場合よりも空冷装置のサイズを大幅に低減することができる。また、排気管に空気を膨張されるためのオリフィスを設ければよいため、排気管の大型化も抑制できる。
【符号の説明】
【００４７】
１…燃料デブリの空冷装置、  ２…コンクリート格納容器（コンクリート製原子炉格納容器）、  １０…エアサイクル装置、  １１…排気管、  １２…吸気管、  １３…コンプレッサ（圧縮機）、  １４…膨張タービン、  １５…圧縮用モータ、  １６…連絡流路、  １７…膨張弁（オリフィス）、  ２０…熱交換装置、  ２１…第一熱交換器、  ２２…第二熱交換器、  ２３…供給管、  ２４…排水管、  Ａｃ…冷却空気、  Ａｈ…高温空気（汚染空気）、  ＦＤ…燃料デブリ、  Ｐ…ポンプ、  Ｗ…海水。
【図１】
2016099154.tif 000003
【図２】
2016099154.tif 000004
【図３】
2016099154.tif 000005
【図４】
2016099154.tif 000006