(57)【要約】【課題】通常時には原子炉圧力容器からのドレン水をサンプに溜め、炉心溶融事故時に溶融燃料がサンプに侵入するのを阻止する。【解決手段】実施形態の原子炉設備は、原子炉格納容器１３内で原子炉圧力容器１１を支持する筒状であってその内側でペデスタル空間１６を形成するペデスタル１２と、原子炉格納容器１３内底部に設けられて原子炉格納容器１３内底部のドレン水を溜めるサンプ１７と、ペデスタル空間１６内の原子炉格納容器１３の底部にドレン入口開口を備えてペデスタル空間１６内のドレン水をサンプ１７に向けて下方に導くドレン配管１８と、通常時はドレン配管１８を開状態とし、溶融燃料が原子炉圧力容器１１を貫通して落下する炉心溶融事故が発生したときにドレン配管１８を閉鎖する事故時閉鎖手段と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心を収容する原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器を格納する原子炉格納容器と、
前記原子炉格納容器内で前記原子炉圧力容器を下方から支持する筒状であってその内側で前記原子炉圧力容器の下方にペデスタル空間を形成するペデスタルと、
前記原子炉格納容器内底部に設けられて前記原子炉格納容器内底部のドレン水を溜めるサンプと、
前記ペデスタル空間内の前記原子炉格納容器の底部にドレン入口開口を備えて前記ペデスタル空間内のドレン水を前記サンプに向けて下方に導くドレン配管と、
通常時は前記ドレン配管を開状態とし、炉心溶融事故が発生したときに前記ドレン配管を閉鎖する事故時閉鎖手段と、
を有すること、を特徴とする原子炉設備。
【請求項２】
前記事故時閉鎖手段は、
前記ペデスタル空間内で前記ドレン入口開口を開閉可能に配置されて耐熱材料からなる蓋と、
通常時には前記蓋を開状態に保持し、前記炉心溶融事故時には前記蓋を閉状態にする蓋開閉機構と、
を有すること、を特徴とする請求項１に記載の原子炉設備。
【請求項３】
前記蓋開閉機構は、通常時に前記蓋を前記ドレン入口開口の上方位置に支持して前記ペデスタル空間と前記ドレン配管との間の流路を形成し、前記炉心溶融事故時に溶融燃料の熱によって溶融する低融点材料からなる支柱を備えていること、
を特徴とする請求項２に記載の原子炉設備。
【請求項４】
前記蓋開閉機構は、前記ペデスタル空間内に配置されて、通常時に前記蓋を上方から吊り下げて前記ドレン入口開口の上方位置に支持して前記ペデスタル空間と前記ドレン配管との間の流路を形成し、前記炉心溶融事故時に前記蓋の上方からの吊り下げを解除して前記蓋を前記ドレン入口開口に向けて落下させる蓋吊り下げ機構を備えていること、
を特徴とする請求項２に記載の原子炉設備。
【請求項５】
前記事故時閉鎖手段は、
前記ペデスタル空間内で、前記ドレン入口開口の上方に配置された有底の箱と、
通常時に前記箱内に収納されて耐熱材料からなり、前記ドレン入口開口の水平方向の寸法よりも小さな複数の閉止部材と、
を備え、
前記炉心溶融事故時に前記複数の閉止部材の少なくとも一部が前記箱から落下するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉設備。
【請求項６】
前記複数の閉止部材は、ほぼ球状であって、異なる大きさの閉止部材が含まれていること、を特徴とする請求項５に記載の原子炉設備。
【請求項７】
前記ドレン配管の外側を取り囲む外周環状空間が形成され、
前記外周環状空間に冷却水を供給する冷却水配管をさらに有すること、
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の原子炉設備。
【請求項８】
前記ペデスタル空間内で前記原子炉圧力容器の下方かつ前記ドレン入口開口の上方で水平に広がり、前記炉心溶融事故の際に溶融燃料の熱によって溶融しない耐熱材料からなる網をさらに有すること、
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の原子炉設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原子炉設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子炉では、何らかの事故事象により、配管破断あるいは原子炉圧力容器そのものの破損による原子炉圧力容器内の冷却材喪失、および炉心で発生する除熱機能の喪失のような事態に陥った場合、炉心の燃料が溶融するとともに、その高温の溶融燃料（デブリ）が炉心部より下方へ流出する可能性がある。
【０００３】
このような事態に至った場合、溶融燃料が原子炉圧力容器底部に堆積する。その状態が継続すると、原子炉圧力容器底部が破損し、原子炉圧力容器を取り囲む格納容器へと流出する。格納容器底部（ペデスタル床部）に流出した溶融燃料は、ペデスタルを構成するコンクリートを加熱する。コンクリートが高温に加熱されると、溶融燃料・コンクリート反応によりコンクリートが溶融侵食され、ひいては格納容器の破損に至る可能性もある。しかし、炉心溶融の信号が発せられると、ペデスタルへの注水が行われ、水が張られるため、上記侵食は抑制される。
【０００４】
ペデスタルには、原子炉圧力容器からのドレン水（漏水）を検知するため、ドレン水を溜めるためのサンプと呼ばれる小空間が設けられている。このサンプに溶融燃料が侵入すると、溶融燃料の体積に比して溶融燃料上面の面積が小さいため、ペデスタル内の溶融燃料に比べて、溶融燃料の温度低下が小さくなる。よって、サンプ底部のコンクリートの侵食が継続する恐れがある。
【０００５】
上記のような事態を回避するため、いくつかの対策が提案されている。たとえば、サンプへの溶融燃料の侵入を防ぐために、サンプ上面に小孔が設けられた耐熱材の蓋を設ける方法がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５３０６０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１はサンプの本来の機能を維持しながら、事故時に炉心溶融物のサンプへの侵入を阻止する機能を有しているが、耐熱材の蓋に設けた流路を用いて侵入を食い止めるには十分な流路長さが要求される。従来の手法では、十分な流路長さを設けるためには必要な耐熱材の物量が大きくなり、現場作業工数も耐熱材の物量に比例して増加するため、導入コストが高いという課題がある。
【０００８】
本発明の実施形態は、上記事情を鑑みてなされたものであり、通常時には原子炉圧力容器からのドレン水をサンプに溜め、しかも、炉心溶融事故時に溶融燃料がサンプに侵入することを阻止する構成を、小さな物量を用いた簡素な構造で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、炉心を収容する原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器を格納する原子炉格納容器と、前記原子炉格納容器内で前記原子炉圧力容器を下方から支持する筒状であってその内側で前記原子炉圧力容器の下方にペデスタル空間を形成するペデスタルと、前記原子炉格納容器内底部に設けられて前記原子炉格納容器内底部のドレン水を溜めるサンプと、前記ペデスタル空間内の前記原子炉格納容器の底部にドレン入口開口を備えて前記ペデスタル空間内のドレン水を前記サンプに向けて下方に導くドレン配管と、通常時は前記ドレン配管を開状態とし、炉心溶融事故が発生したときに前記ドレン配管を閉鎖する事故時閉鎖手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
発明の実施形態によれば、通常時には原子炉圧力容器からのドレン水をサンプに溜め、しかも、炉心溶融事故時に溶融燃料がサンプに侵入することを阻止する構成を、小さな物量を用いた簡素な構造で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る原子炉設備の第１の実施形態を模式的に示す全体立断面図である。
【図２】第１の実施形態の原子炉設備の要部を示す立断面図であって、通常時の状況を示す図である。
【図３】本発明に係る原子炉設備の第２の実施形態の要部を示す立断面図であって、通常時の状況を示す図である。
【図４】第２の実施形態の原子炉設備の要部を示す立断面図であって、炉心溶融事故時にドレン入口開口が閉鎖された状況を示す図である。
【図５】本発明に係る原子炉設備の第３の実施形態の要部を示す立断面図であって、通常時の状況を示す図である。
【図６】本発明に係る原子炉設備の第４の実施形態の要部を示す立断面図であって、炉心溶融事故時にドレン配管が閉鎖された状況を示す図である。
【図７】本発明に係る原子炉設備の第５の実施形態の要部を示す立断面図であって、通常時の状況を示す図である。
【図８】本発明に係る原子炉設備の第６の実施形態の要部を示す立断面図であって、炉心溶融事故時に溶融燃料がペデスタル空間に落下を始めたばかりの状況を示す図である。
【図９】本発明に係る原子炉設備の第７の実施形態の要部を示す立断面図であって、炉心溶融事故時に溶融燃料がペデスタル空間に落下を始めたばかりの状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る原子炉設備の実施形態について図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る原子炉設備の第１の実施形態を模式的に示す全体立断面図である。図２は、第１の実施形態の原子炉設備の要部を示す立断面図であって、通常時の状況を示す図である。
【００１４】
ここで図示する例は沸騰水型原子炉設備であって、核燃料を含む炉心１０が原子炉圧力容器１１内に配置されている。原子炉圧力容器１１は、上部が開口した円筒状のペデスタル１２に支持され、原子炉格納容器１３内に格納されている。原子炉格納容器１３内部は、ドライウェル１４と、圧力抑制プールを収容するウェットウェル１５とに分かれている。原子炉圧力容器１１はドライウェル１４内に配置されている。ドライウェル１４内の空間のうち、原子炉圧力容器１１の下方のペデスタル１２の内側の空間をペデスタル空間１６と呼ぶ。
【００１５】
ドライウェル１４の底部に、原子炉圧力容器１１からのドレン水を溜めるサンプ１７が配置され、ペデスタル空間１６からサンプ１７に向かってドレン水が落下して流れるようにドレン配管１８が設けられている。サンプ１７は、ペデスタル１２の外側に配置されている。ペデスタル空間１６の底部にはドレン配管１８の上端のドレン入口開口１９が形成されている。ドレン配管１８は、ドレン入口開口１９の近くで鉛直方向に延びる鉛直管部２０と、鉛直管部２０の下端に接続されてサンプ１７に向かって緩やかに下方に傾斜する緩傾斜管部２１とを含んでいる。
【００１６】
この実施形態で、通常時は、ドレン入口開口１９が開いていて、ペデスタル空間１６とサンプ１７の間がドレン配管１８を介して連通している。炉心溶融事故時には、事故時閉鎖手段３０が動作して、ドレン入口開口１９が閉鎖されるように構成されている。
【００１７】
事故時閉鎖手段３０は、蓋３１と、支柱（蓋開閉機構）３２とからなる。蓋３１は、炉心溶融事故時に生じる溶融燃料の熱で溶融しない耐熱材料からなり、通常時は、図２に示すように、複数の支柱３２によって支持されていて、ペデスタル空間１６の底部近くでドレン入口開口１９の上方を覆うように配置されている。支柱３２は、炉心溶融事故時に生じる溶融燃料の熱で溶融する低融点材料からなり、通常時は、ドレン入口開口１９と蓋３１との間に流路が形成されるように構成されている。
【００１８】
炉心溶融事故時に、溶融燃料が原子炉圧力容器１１からペデスタル空間１６の底部に落下すると、その溶融燃料の熱によって支柱３２が溶融し、その結果、蓋３１がドレン入口開口１９を閉鎖する。これにより、ペデスタル空間１６内の溶融燃料がサンプ１７へ侵入するのを防ぐことができる。
【００１９】
また、炉心溶融事故時には、図示しない非常用冷却設備により冷却水がペデスタル空間１６内に導入される。これによって、ペデスタル空間１６内の溶融燃料は冷却される。これにより、蓋３１の機能が保たれている間に、ペデスタル空間１６内の溶融燃料はペデスタル空間１６内に張られた水により温度が低下し、その融点との差が小さくなる。よって、万が一、蓋３１の機能が失われても、ドレン配管１８内に侵入した温度の低下した溶融燃料は、融点までの温度低下に要する時間が短いため、ドレン配管１８内で固化する。よって、サンプ１７への溶融燃料の侵入を防ぐことが可能となる。
【００２０】
［第２の実施形態］
図３は、本発明に係る原子炉設備の第２の実施形態の要部を示す立断面図であって、通常時の状況を示す図である。図４は、第２の実施形態の原子炉設備の要部を示す立断面図であって、炉心溶融事故時にドレン入口開口が閉鎖された状況を示す図である。
【００２１】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、この実施形態では、事故時閉鎖手段３０は、蓋３１と、蓋吊り下げ機構（蓋開閉機構）４０とからなる。蓋３１の構造は第１の実施形態と同様である。蓋３１は、通常時には、図３に示すように、蓋吊り下げ機構４０によって、ペデスタル１２から吊り下げられて支持されており、ドレン入口開口１９と蓋３１との間に流路が形成されるように構成されている。
【００２２】
蓋吊り下げ機構４０は、蓋３１を吊り下げる吊り下げ部材４１と、吊り下げを解除する切り離し部４２とを有する。吊り下げ部材４１は、たとえば紐状であって、通常時に蓋３１を吊り下げて支持している。切り離し部４２は、ペデスタル１２で支持され、通常時は吊り下げ部材４１を介して蓋３１を支持している。炉心溶融事故時には、たとえば、何らかの炉心溶融事故信号を受けて、吊り下げ部材４１を切り離す。これにより、蓋３１が自重で落下して、図４に示すように、蓋３１によってドレン入口開口１９が閉鎖される。これにより、第１の実施形態と同様に、ペデスタル空間１６内の溶融燃料がサンプ１７へ侵入するのを防ぐことができる。
【００２３】
その他の構成及び作用は第１の実施形態と同様である。
【００２４】
上記説明では、炉心溶融事故信号を受けて、切り離し部４２が吊り下げ部材４１を切り離すものとしたが、変形例としては、吊り下げ部材４１が低融点材料からなり、炉心溶融事故時に発生する溶融燃料の熱によって吊り下げ部材４１が溶融して切断されるものとしてもよい。
【００２５】
［第３の実施形態］
図５は、本発明に係る原子炉設備の第３の実施形態の要部を示す立断面図であって、通常時の状況を示す図である。
【００２６】
この実施形態は第２の実施形態の変形であって、この実施形態では、蓋３１は、ペデスタル空間１６の底部に設けられた蝶番４３の周りに回動可能である。通常時は、図５に示すように、吊り下げ部材４１が蓋３１を吊り上げて支持することにより、ドレン入口開口１９と蓋３１との間に流路が形成されている。吊り下げ部材４１を切り離すことにより、蓋３１が落下してドレン入口開口１９が閉鎖される。この実施形態では、通常時に、蓋３１の荷重の一部が蝶番４３で支持されるので、第２の実施形態に比べて吊り下げ部材４１にかかる荷重が軽減される。
【００２７】
その他の構成及び作用は第２の実施形態と同様である。
【００２８】
［第４の実施形態］
図６は、本発明に係る原子炉設備の第４の実施形態の要部を示す立断面図であって、炉心溶融事故時にドレン配管が閉鎖された状況を示す図である。
【００２９】
この実施形態では、事故時閉鎖手段３０として、箱５０と多数の閉止部材５１とを備えている。箱５０は、ペデスタル空間１６内でペデスタル１２に支持されていて、通常時は底部が閉じており、すべての閉止部材５１が箱５０内に収容されている。閉止部材５１は、炉心溶融事故時に溶融燃料の熱によって溶融しない耐熱材料からなり、たとえば球状である。閉止部材５１のそれぞれは、ドレン入口開口１９よりも小さく、閉止部材５１が箱５０から落下したときに、ドレン入口開口１９を通ってドレン配管１８内に進入可能である。閉止部材５１は、好ましくは種々の大きさのものが混合している。
【００３０】
箱５０は通常時にはその内部に閉止部材５１を保持している。炉心溶融事故時には、たとえば、溶融燃料の熱によって箱５０の底部が溶融して、箱５０内に保持されていた閉止部材５１がペデスタル空間１６の底部に落下する。ペデスタル空間１６の底部に落下した閉止部材５１の一部はドレン入口開口１９を通ってドレン配管１８内に進入し、それによって、ドレン配管１８が閉鎖される。
【００３１】
この場合に、ペデスタル空間１６内の溶融燃料が、ドレン配管１８に侵入したとしても、閉止部材５１で構成されたドレン配管１８内の閉止部材５１の隙間を溶融燃料が通過していく間に、溶融燃料温度の低下が促進され、溶融燃料がサンプ１７に達する前に固化する。よって、サンプ１７への溶融燃料の侵入を防ぐことができる。ここで、個々の閉止部材５１が大きいものばかりであると、閉止部材５１同士の隙間が大きくなるので漏えい燃料の侵入阻止のために好ましくない。また、個々の閉止部材５１が小さいものばかりであると、閉止部材５１がドレン配管１８内に留まらずにサンプ１７まで侵入してしまい、ドレン配管１８を閉鎖する機能が失われる可能性がある。そのため、閉止部材５１が種々の大きさのものが混合したものであることが好ましい。
【００３２】
なお、上記説明では、箱５０の底部が溶融するものとしたが、他の例として、箱５０全体が溶融するものであってもよく、また、たとえば箱５０の一部が溶融することによって箱５０が破壊されてその内部に保持されていた閉止部材５１が落下する構造でもよい。
【００３３】
［第５の実施形態］
図７は、本発明に係る原子炉設備の第５の実施形態の要部を示す立断面図であって、通常時の状況を示す図である。
【００３４】
この実施形態は、第１の実施形態の変形であって、ドレン配管１８の緩傾斜管部２１の周りを囲むように外周環状空間５２が形成され、外周環状空間５２と、ペデスタル１２の外側のドライウェル１４内空間とを上下に連絡する冷却水配管５３が形成されている。炉心溶融事故時に冷却水配管５３を通じて外周環状空間５２内に冷却水を供給できるように構成されている。
【００３５】
炉心溶融事故時に、ペデスタル空間１６への注水信号が発せられた場合冷却水配管５３を通して、外周環状空間５２内に冷却水が供給される。
【００３６】
上記構成により、万が一、ドレン配管１８内に溶融燃料が侵入しても、蓋３１等によってペデスタル空間１６内での溶融燃料を保持することによって温度の低下した溶融燃料の温度を、外周環状空間５２内の冷却水によってさらに低下させることが可能となる。これにより、溶融燃料は、ドレン配管１８内で固化する。よって、サンプ１７への溶融燃料の侵入を防ぐことが可能となる。
【００３７】
［第６の実施形態］
図８は、本発明に係る原子炉設備の第６の実施形態の要部を示す立断面図であって、炉心溶融事故時に溶融燃料がペデスタル空間に落下を始めたばかりの状況を示す図である。
【００３８】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、ペデスタル空間１６内で、原子炉圧力容器１１の下方かつドレン入口開口１９の上方に、水平方向に広がる網６０が配置されている。網６０は炉心溶融事故時に発生した溶融燃料７０の熱によって溶融しない耐熱材料からなる。
【００３９】
炉心溶融事故時に、溶融燃料７０が原子炉圧力容器１１から溶け出してペデスタル空間１６内を落下すると、溶融燃料７０が網６０に衝突する。溶融燃料７０が網６０に衝突して通過する際に、液状の溶融燃料７０は飛散して微小液滴となるので、ペデスタル空間１６の底部に堆積する溶融燃料７０が粒子化することになる。これにより、溶融燃料７０の温度低下が促進される。それにより、万が一、ドレン配管１８内に溶融燃料７０が侵入しても、溶融燃料７０の温度を融点まで低下させることが可能となる。これにより、溶融燃料７０は、ドレン配管１８内で固化する。よって、サンプ１７への溶融燃料７０の侵入を防ぐことが可能となる。
【００４０】
［第７の実施形態］
図９は、本発明に係る原子炉設備の第７の実施形態の要部を示す立断面図であって、炉心溶融事故時に溶融燃料がペデスタル空間に落下を始めたばかりの状況を示す図である。
【００４１】
この実施形態は第６の実施形態の変形であって、ペデスタル空間１６内で、原子炉圧力容器１１の下方かつドレン入口開口１９の上方に、水平方向に広がる２枚の網６０が配置されている。２枚の網６０は、互いに高さ方向に間隔をあけて配置されている。各網６０の構造は第６の実施形態の網６０と同様である。
【００４２】
この実施形態では、溶融燃料７０が原子炉圧力容器１１からペデスタル空間１６内を落下するとき、網６０を通過するごとに溶融燃料７０が分裂し、粒子状になる。したがって、第６の実施形態に比べて、さらに微粒化が促進される。これにより、溶融燃料７０温度の低下がさらに促進される。
【００４３】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  …  炉心
１１  …  原子炉圧力容器
１２  …  ペデスタル
１３  …  原子炉格納容器
１４  …  ドライウェル
１５  …  ウェットウェル
１６  …  ペデスタル空間
１７  …  サンプ
１８  …  ドレン配管
１９  …  ドレン入口開口
２０  …  鉛直管部
２１  …  緩傾斜管部
３０  …  事故時閉鎖手段
３１  …  蓋
３２  …  支柱（蓋開閉機構）
４０  …  蓋吊り下げ機構（蓋開閉機構）
４１  …  吊り下げ部材（蓋開閉機構）
４２  …  切り離し部（蓋開閉機構）
４３  …  蝶番
５０  …  箱
５１  …  閉止部材
５２  …  外周環状空間
５３  …  冷却水配管
６０  …  網
７０  …  溶融燃料
【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】
2017040589.tif 000009
【図８】
2017040589.tif 000010
【図９】
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