(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電所の原子炉格納容器内における炉心溶融物の捕捉・冷却装置において、多孔質体（３）が設けられ、この多孔質体（３）に、加圧状態にある冷却材が、多孔質体（３）の流れ抵抗によって制限された流量で供給され、
多孔質体（３）は、溶融物が接触したときに溶かされて溶融物材料との混合物を形成する低融点コンクリート等の犠牲材料（６）から成る層で覆われ、
多孔質体（３）と犠牲材料（６）から成る層との間に、金属及び／又はプラスチックから成り、通常状態において多孔質体（３）から冷却材が犠牲材料（６）から成る層へ流出するのを防止する密封層（７）が配置されている
ことを特徴とする炉心溶融物の捕捉・冷却装置。
【請求項２】
多孔質体（３）が層として形成され、支持構造物上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
多孔質体（３）が多孔質の複合材料から成っていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
複合材料が、骨材および結合材を含む多孔質コンクリート、及び／又はセラミックスであることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
多孔質体（３）が規則的及び／又は不規則な粒子から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の装置。
【請求項６】
粒子が、鉱物材料、鋼、鋳物及び／又はセラミックスから成っていることを特徴と請求項５記載の装置。
【請求項７】
多孔質体（３）と、犠牲材料（６）から成る層とがその境界範囲を鋳固められていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
多孔質体（３）が、原子炉圧力容器（８）の真下に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の装置。
【請求項９】
多孔質体（３）が、原子炉圧力容器（８）の下に横へずらして配置され、通路によって溶融物捕捉装置に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の装置。
【請求項１０】
冷却材が、多孔質体（３）の下側面（３ａ）及び／又は側面（３ｂ）に、通路を介して及び／又は大きい面にわたって供給されることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の装置。
【請求項１１】
冷却材の供給が、冷却材貯蔵槽（９）から出ている冷却材通路（５）を介して行われることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、溶融物、特に原子力発電所の原子炉格納容器内における炉心溶融物の捕捉・冷却装置に関する。
【０００２】
このような装置はドイツ特許第４０３２７３６号明細書で知られている。これは原子力発電所における炉心溶融物を捕捉し冷却するために使われる。そのために原子炉圧力容器の下に耐火材製の捕捉槽が存在している。この捕捉槽には犠牲層で覆われた多数の孔が設けられている。その各孔に、上向きに延び犠牲層の内部で終えている短い管部材がはめ込まれている。捕捉槽と原子力発電所の基礎との間の中間室は、冷却水で水浸しにできる。
【０００３】
高温の炉心溶融物がその犠牲層に接触したとき、犠牲層は時間の経過と共に浸食される。そして、管部材の上端が露出されるや否や、捕捉槽の下で待機する冷却水が、管部材の数と横断面積で予め定められた流量で、上向きに浸出し、炉心溶融物と接触して蒸発する。これによって、溶融物は、捕捉槽の底に達する前に、冷却され断片化される。
【０００４】
この過程のために、捕捉槽の下の空間内には、冷却水が十分高い圧力で存在していなければならない。
【０００５】
既に幾分冷却された溶融物の中にその断片化によって、空洞あるいは通路が生ずる。これによって、溶融物は表面積がかなり大きくなる。後にその空洞あるいは通路の中に冷却水が浸入し、この冷却水が溶融物を凝固するまでに完全に冷却する。
【０００６】
従来公知の装置の場合、不利な条件のもとで、高温の溶融物が、捕捉槽に存在する孔を通過してしまうか、あるい管部材を閉塞してしまうことがある。このために、溶融物の冷却が損なわれてしまう。
【０００７】
本発明の課題は、冷却材を捕捉槽の孔およびそこに配置された管部材を通して導く必要がないような、溶融物を捕捉し冷却するための装置を提供することにある。
【０００８】
この課題は本発明に基づいて、多孔質体が設けられ、この多孔質体に、加圧状態にある冷却材が、多孔質体の流れ抵抗によって制限された流量で供給され、多孔質体が、溶融物が接触したときに溶かされて溶融物材料との混合物を形成する低融点コンクリート等の犠牲材料から成る層で覆われ、多孔質体と犠牲材料から成る層との間に、金属及び／又はプラスチックから成り、通常状態において多孔質体から冷却材が犠牲材料から成る層へ流出するのを防止する密封層が配置されている炉心溶融物の捕捉・冷却装置によって解決される。
【０００９】
この本発明に基づく装置によれば、溶融物が多孔質体に接触したとき、多孔質体の空洞を通って導かれる冷却材によって、溶融物が一様に冷却される、という利点が得られる。その機能は、溶融物が既に局所的に多孔質体の中に浸入した場合においても保証される。そのような場合においても、多孔質体内における冷却材に対する多種多様な経路によって、溶融物の冷却が保証される。従って、冷却材の供給は局所的作用によって中断されない。溶融物はどんな場合でも、溶融物が多量の冷却材と反応することなしに、連続的に冷却されながら、多孔質体上に止まるか、遅くとも多孔質体の内部に止まる。これによって多孔質体は、溶融物が多量の冷却材と接触することを防止する。多孔質体の流れ抵抗を選定することによって、多孔質体内における冷却材流量が決定され、制限されると有利である。冷却材は多孔質体によって有利に分配され、それゆえ蒸気爆発が生ぜず、しかも溶融物は冷却材を良好に供給される。その際、溶融物がまず断片化され、続いて完全に凝固するまで冷却される。
【００１０】
多孔質体は例えば層として形成され、支持構造物上に設けられている。そのような層は非常に機械的に安定しているか、及び／又は補助的な要素によって、簡単に安定化される。
【００１１】
多孔質体は多孔質の複合材料で構成される。その適当な複合材料は、例えば、骨材および結合材を含む多孔質コンクリート、及び／又はセラミックスである。多孔質体は一部をコンクリートから、一部をセラミックスからも構成できる。多孔質体は規則的及び／又は不規則な粒子からも構成できる。これらの粒子間に冷却材に対する空間が存在する。
【００１２】
その粒子は、鉱物材料、鋼、鋳物及び／又はセラミックスから構成される。この材料は、冷却材が溶融物との接触範囲において溶融物を冷却させるので、高温の溶融物に耐える必要はない。
【００１３】
多孔質体は一部を粒子から、一部を多孔質の複合材料から構成することもでき、その場合異なった材料が互いに積み重ねられる。
【００１４】
多孔質体内における冷却材に対する適当な流れ抵抗は、複合材料の相応の多孔質性によって、及び／又は、粒子の粒度、粒子形状ないしは粒子混合の選定によって、生じさせられる。
【００１５】
多孔質体が犠牲材料から成る層で覆われていると有利である。これによって、溶融物がまず乾いた適当な犠牲層の上に広がるという利点が得られる。溶融物がその犠牲材料を溶かすことによって、溶融物の断片化過程および冷却過程にとって特に良好な溶融物の硬さおよび層化が生じる。同時に、犠牲材料が溶ける間に、溶融物は既に冷却される。
【００１６】
多孔質体と、犠牲材料から成る層とはその境界範囲を例えば鋳固められている。これによって、両者は互いに固着している。
【００１７】
本発明においては、多孔質体と犠牲材料から成る層との間に、金属及び／又はプラスチックから成り、通常状態において多孔質体から冷却材が犠牲材料から成る層へ流出するのを防止する密封層が配置されている。その密封層によって、多孔質体の内部に存在する冷却材が早期に溶融物と接触することが防止される。更に、まだ溶融物が浸入する前に、冷却材が犠牲層に浸入して、場合によって犠牲層の構成および作用が変えられることが防止される。
【００１８】
多孔質体は、それに溶融物が接触する前に既に、冷却材（例えば水）で満たされている。その冷却材は加圧状態にあり、例えば多孔質体よりも高い位置に置かれた貯蔵槽から供給される。犠牲層から成る層および場合によっては多孔質体上の密封層は、まず多孔質体からの冷却材の流出を防止する。犠牲材料から成る層および場合によっては密封層が溶けた後、加圧状態にある冷却材が下から溶融物に浸入し、溶融物を断片化しながら蒸発し、溶融物を冷却し、多孔性物の形に凝固させる。多孔性物の形に凝固した溶融物の空洞内に、冷却材が浸入し、溶融物を急速に冷却させる。
【００１９】
密封層は例えば金属及び／又はプラスチックから成っている。この密封層は、溶融物が到達して密封層が溶かされるまで、冷却材を犠牲材料から隔離する。
【００２０】
多孔質体は例えば原子炉圧力容器の真下に配置されている。この多孔質体は捕捉槽の一部となっている。
【００２１】
他の実施態様において、多孔質体は、原子炉圧力容器の下に横へずらして配置され、通路によって、原子炉圧力容器の真下に存在する溶融物捕捉装置に接続されている。その通路を通して、溶融物は、捕捉槽の一部である多孔質体に導かれる。その横へずらした配置によれば、多孔質体が存在する部分が、原子炉圧力容器の故障に起因する機械的負荷で損傷されない、という利点が得られる。
【００２２】
冷却材は、多孔質体の下側面及び／又は側面に供給される。
【００２３】
冷却材の供給は、例えば、冷却材貯蔵槽から出ている通路を介して行われる。これによって、冷却材を連続的に供給できる。
【００２４】
冷却材として、一般に水が使われる。
【００２５】
本発明に基づく装置によれば、溶融物への冷却材の一様な流入が達成され、そのために、多孔質体内にはその多孔性のために冷却材の多数の縦流れおよび横流れが生ずる、という利点が得られる。多孔質体の各体積要素は、あらゆる方向から十分に水を供給される。多孔質体に衝突する溶融物は、冷却材の浸入によって、高い比表面積に基づいて、その温度が冷却材温度近くまで低下するように、断片化される。溶融物は多孔質体上で凝固し、遅くともその内部で凝固する。溶融物は多量の水と反応しないので、危険な蒸気爆発は生じない。
【００２６】
以下において図を参照して、本発明に基づく溶融物の捕捉・冷却装置を詳細に説明する。
【００２７】
図１には、原子力発電所の原子炉格納容器における底板と側壁の範囲が縦断面図で示されている。
【００２８】
原子炉格納容器は、底板１とこの底板１上に垂直に立っている側壁２とを有している。原子炉格納容器内に原子炉圧力容器８が配置されている。仮想事故の際、原子炉圧力容器８から炉心溶融物が流れ出る。そのような炉心溶融物を捕捉して冷却するために、底板１上に多孔質体３が配置されている。この多孔質体３を冷却するために、そこに直接、多数の冷却材配管４が通じている。ここでは冷却材は水である。冷却材は、冷却材貯蔵槽９から出ている冷却通路５を通って冷却材配管４に達する。冷却材貯蔵槽９が十分高い位置に置かれているとき、冷却材ポンプは不要である。
【００２９】
冷却材は多孔質体３内の多数の空洞に浸入し、そこで、大きな冷却材の溜まりを生ずることなしに、種々の方向に広がる。将来、高温の溶融物が多孔質体３に接触したとき、その溶融物は、加圧状態で流入する冷却材によって確実に冷却され、連続破壊を伴う危険な蒸気爆発は生じない。溶融物は断片化され、通常は多孔質体３の上に止まり、遅くともその内部に止まる。その溶融物は断片化によって多数の空洞を有し、その中に冷却水が浸入し、この冷却水が溶融物を完全に凝固するまで一層冷却する。
【００３０】
多孔質体３は犠牲材料６から成る層によって覆われている。この犠牲材料６は溶融物が接触したときに溶かされ、溶融物材料と犠牲材料６との混合物を形成する。犠牲材料６は、その混合物が断片化にとって、従って将来の冷却にとって良好な硬さおよび層化を有するように選定される。更に高温の溶融物は犠牲材料６と接触して既に幾分冷却される。犠牲材料６は例えば、混合物の融点および密度を低下させる低融点コンクリートで構成される。
【００３１】
図示した実施例の場合、多孔質体３と犠牲材料６との間に、金属あるいはプラスチックから成る密封層７が配置されている。この密封層７は主に、通常状態において多孔質体３内に存在する冷却材を犠牲材料６から隔離し、通常状態において多孔質体３から冷却材が犠牲材料６から成る層へ流出するのを防止する。
【００３２】
冷却材配管４は一般に多孔質体３の下側面３ａに通じている。これによって、多孔質体３への十分な冷却材の供給が保証される。なお冷却材の一層良好な供給を保証するために、若干の冷却材配管４が多孔質体３の側面３ｂにも通じている。
【００３３】
図示した装置によれば、高温の溶融物は、どんな場合でもそれが底板１に到達する前に、多孔質体３上で凝固する。この過程において、高温の溶融物が同時に多量の冷却材と接触することは避けられる。従って、連続破壊を伴う蒸気爆発が生ずることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づいて形成された原子力発電所の原子炉格納容器における底板と側壁の範囲の縦断面図。
【符号の説明】
１    底板
２    側壁
３    多孔質体
４    冷却材配管
５    通路
６    犠牲材料
７    密封層
８    原子炉圧力容器
【図１】
0004070178.tif 000002