(57)【要約】【課題】炉心溶融物保持装置における冷却水循環流量を増加させる。【解決手段】原子炉圧力容器下方のペデスタル床７上に、冷却流路１１を放射状に並べる。冷却流路１１の伝熱面には傾斜をつける。冷却流路１１の下部は給水容器１０に接続され、冷却流路１１の上部は開口している。給水容器１０には、冷却水を供給する給水流路９が接続される。給水流路９の他端は、冷却流路１１の開口部と同じ空間に開口している。自然循環流路は、給水流路９と冷却流路１１、垂直流路１２およびこれらを結ぶ給水流路水平部１５からなっている。自然循環流路のコーナー部は、流線型の滑らかな形状に形成される。【選択図】図１
2009257929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
自然循環流路のコーナー部を流線型の滑らかな形状とした
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項２】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
自然循環流路の冷却水合流部に冷却水の流れ方向を変える構造物を設けた
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項３】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
冷却流路そして給水流路の壁面に細い溝（リブレット）あるいは突起のような圧力損失が減少する表面処理を設けた
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項４】
前記表面処理は、髄給水流路および給水流路水平部の壁面のみに形成されていることを特徴とする請求項３に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項５】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
伝熱面の傾斜を設ける構造物の支持柱が流線型である
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項６】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
傾斜伝熱流路支持構造物の下面に合流部側が高くなるような傾斜が設けられている
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項７】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
給水流路入口の断面形状がドーナツ状となっている
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項８】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
給水流路入口に気泡分離部を設けた
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項９】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
垂直流路出口に旋回流誘起翼を設けた
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項１０】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
給水流路内に気泡合体部材を設けた
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項１１】
原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、
給水流路内の周方向にジェットポンプを複数設けた
ことを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項１２】
炉心を内蔵してなる原子炉圧力容器と、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項記載の炉心溶融物保持装置とを有することを特徴とする原子炉格納容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉圧力容器内の炉心が溶融して原子炉圧力容器を貫通した際に発生する炉心デブリを受け止める炉心溶融物保持装置およびこれを用いた原子炉格納容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷却型原子炉では、原子炉圧力容器内への給水の停止や、原子炉圧力容器に接続された配管の破断による冷却水の喪失によって、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。
【０００３】
しかしながら、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おそれがある。
【０００４】
このような事態に至ると、高温の炉心溶融物（コリウム）が原子炉圧力容器内下部に溶け落ち、さらに原子炉圧力容器下部ヘッドを溶融貫通して、コリウムは原子炉格納容器内の床上に落下する。コリウムは格納容器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。
【０００５】
発生した非凝縮性ガスは格納容器内の圧力を高め、原子炉格納容器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格納容器破損に至り、格納容器内の放射性物質が外部環境へ放出させるおそれがある。
【０００６】
このような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（コアキャッチャー）と呼ばれるもので、落下した炉心溶融物を耐熱材で受け止めて、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。
【０００７】
原子炉格納容器の床（ドライウェル床）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が高温のまま維持され、格納容器床のコンクリート侵食を停止することができない可能性がある。そこで、炉心溶融物を底面から冷却するという方法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２３２５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
コリウムの上からの注水だけでは、コリウム上面の水の沸騰による冷却のみであり、コリウム堆積厚さが厚いとコリウム底部まで十分に冷却できない可能性がある。したがって、床面積を広くとり、コリウムの堆積厚さを冷却可能な厚さ以下にする必要があった。しかし、十分大きな床面積を確保することは格納容器構造設計上困難であった。
【０００９】
たとえば、典型的なコリウムの崩壊熱は、定格熱出力の約１％程度であり、定格熱出力４０００ＭＷの炉の場合には、４０ＭＷ程度の発熱量になる。上面の沸騰熱伝達量にはコリウム上面の状態により幅があるが、すくなくとも０．４ＭＷ／ｍ２程度の熱流束が想定される。この場合には、コリウムの発熱量を上面の熱伝達のみで取るとすると、１００ｍ２程度（円直径で１１．３ｍ）の床面積が必要になる。これまでの格納容器の構造を考慮すると、この面積を確保することは困難であった。
【００１０】
これに対し、コリウム堆積床面の下方に冷却水流路を設け、ここ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方法が知られている。しかし、流路上面が加熱面となっている状態では、加熱面で発生したボイドが加熱面に沿って滞留し、蒸気膜を形成することで伝熱を妨げるという問題があった。
【００１１】
そこで、特許文献１には、発生したボイドを速やかに冷却流路から排出するように、伝熱面に傾斜をつける方法が開示されている。溶融コリウムからの伝熱量分布を考えた場合に、特許文献１のようにコアキャッチャー中心部に給水ヘッダーを設けた構造では、事故初期にはコアキャチャー中心部の除熱が良く、これによってコリウムが冷却・固化しクラストを形成することで、この部分の熱伝達速度が低下し、中・長期的にはコアキャチャー周辺部での伝熱が支配的になると考えられる。冷却水は冷却流路内の沸騰により生じる自然循環により給水流路に供給される。
【００１２】
しかしながら、冷却水流路で発生したボイドは冷却水プールへ排出された後、大部分は冷却プール液面から抜けるが、一部は自然循環流に巻き込まれてダウンカマに流入する可能性が高い。そのボイドは自然循環力を低減させるとともに、流れが不安定となり振動を起こすことも考えられる。さらに、自然循環流路は多数の曲がり部で構成されており、その曲がり部形状によっては前記ボイドが合体して蓄積され流路を狭めることで圧力損失が大きくなり自然循環流量が抑制されることが懸念される。
【００１３】
そこで、本発明は、炉心溶融物保持装置における冷却水循環流量を増加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、自然循環流路のコーナー部を流線型の滑らかな形状としたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、自然循環流路の冷却水合流部に冷却水の流れ方向を変える構造物を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、冷却流路そして給水流路の壁面に細い溝（リブレット）あるいは突起のような圧力損失が減少する表面処理を設けたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、伝熱面の傾斜を設ける構造物の支持柱が流線型であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、傾斜伝熱流路支持構造物の下面に合流部側が高くなるような傾斜が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、給水流路入口の断面形状がドーナツ状となっていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、給水流路入口に気泡分離部を設けたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、垂直流路出口に旋回流誘起翼を設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、給水流路内に気泡合体部材を設けたことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、原子炉圧力容器下方の格納容器床上に、冷却流路を放射状に並べ、前記冷却流路の伝熱面に傾斜がついており、前記冷却流路の下部は給水容器に接続され、前記冷却流路上部は開口しており、前記給水容器には冷却水を供給する給水流路が接続され、前記給水流路の他端は前記冷却流路開口部と同じ空間に開口している炉心溶融物保持装置において、給水流路内の周方向にジェットポンプを複数設けたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、原子炉格納容器において、炉心を内蔵してなる原子炉圧力容器と、上述のいずれかの炉心溶融物保持装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、炉心溶融物保持装置における冷却水循環流量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る炉心溶融物保持装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
［第１の実施の形態］
図２は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第１の実施の形態における原子炉格納容器の立断面図である。
【００２８】
原子炉格納容器２には、下部に位置するペデスタル床７、および、その周りを取り囲む円筒面状のペデスタル２４によって下部ドライウェル６３が形成されている。炉心７０を内蔵する原子炉圧力容器１は、ペデスタル２４によって支持されている。
【００２９】
また、原子炉格納容器２の下部には、ペデスタル２４を取り囲むようにサプレッションプール４が形成されている。サプレッションプール４には、水が貯えられている。
【００３０】
原子炉圧力容器１下部のペデスタル床７の上には、炉心溶融物保持装置５１が配設されている。炉心溶融物保持装置５１には、注水配管８が接続されている。また、注水配管８は、注入弁６２を介して、原子炉格納容器２の上部に位置する水槽５に接続されている。
【００３１】
原子炉格納容器２の上には、冷却器６が配設されている。冷却器６は、たとえば、格納容器２内に事故時に放出された蒸気を導いて水中に沈めた熱交換器６１で凝縮させ、水槽５に凝縮水を戻すものである。このような冷却器６として、静的（ポンプ等動的機器を有さない）格納容器冷却設備やドライウェルクーラーなどを用いることができる。
【００３２】
図１は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【００３３】
原子炉圧力容器１下部のペデスタル床７上に傾斜伝熱面を持った中空の冷却流路１１を円周方向に密に並べ、全体として円錐形状に配置する。冷却流路１１の外周部は垂直に立ち上がって垂直流路１２を形成し、出口は開口している。
【００３４】
冷却流路１１は下部の円筒形の給水容器１０に接続されている。円錐形状をした冷却流路集合体の内側に耐熱材１３を設置し、内側壁全面と給水容器１０の上面全面を覆っている。給水容器１０への初期の給水は、炉心溶融物保持装置５１より上方に設置された冷却器６のプール水を重力落下させることにより注水配管８を介して行われる。初期注水終了後は、炉心溶融物保持装置５１へ溢水した水が、冷却流路１１内の沸騰により生じる自然循環により、給水流路９を通って給水容器に供給される。
【００３５】
注入弁６２は、原子炉圧力容器１の下部ヘッド３の破損を検知する信号（下部ヘッド温度高やペデスタル雰囲気温度高）により開放され、冷却器６の冷却水が重力落下により供給される。溶融炉心冷却により生じた蒸気は、原子炉格納容器２上部の冷却器６（静的格納容器冷却設備やドライウェルクーラーなど）によって凝縮される。凝縮水は水槽５に戻るようになっており、水が自然循環することによりコリウム１４の冷却が継続される。
【００３６】
自然循環流路は、給水流路９と冷却流路１１、垂直流路１２およびこれらを結ぶ給水流路水平部１５からなっている。この自然循環流路のコーナー部１６は、流線型、すなわち曲線のような滑らかな形状に形成されている。このため、冷却水流を乱す自然循環流路コーナー部の圧力損失は低減される。この結果、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００３７】
［第２の実施の形態］
図３は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第２の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【００３８】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置５１は、第１の実施の形態の炉心溶融物保持装置に、冷却水が流れる方向を変化させる構造物１７を追加したものである。この構造物１７は、給水容器１０の内部で、冷却水が冷却流路１１に流入する直前の合流部に設けられている。
【００３９】
冷却水が流れる方向を変化させる構造物１７は、冷却水の流れ方向を冷却流路１１に向かわせ、合流部に集合した冷却水が衝突してできる乱れを緩和する。このため、圧力損失が低減され、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００４０】
［第３の実施の形態］
図４は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第３の実施の形態におけるリブレットの平面図である。図５は、本実施の形態におけるリブレットの一部拡大断面図である。
【００４１】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置は、第２の実施の形態の炉心溶融物保持装置の一部にリブレット１８を形成したものである。
【００４２】
コリウム１４からの熱は、耐熱材１３を介して冷却流路１１の水に伝えられる。冷却流路１１の水は加熱されて、やがて沸騰する。冷却流路１１は傾斜しているため、沸騰で発生した蒸気泡は、冷却流路１１を上方に流れ、最終的には上面プールへ流出する。
【００４３】
給水流路９および給水流路水平部１５の水は液体単相であるから、冷却流路１１との間に密度差が生じる。このため、上面プール、給水流路９、給水流路水平部１５、給水容器１０、冷却流路１１そして上面プールという通路の自然循環が生じる。自然循環であるので、流速も小さく流路の圧力損失は摩擦が支配的である。
【００４４】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置では、冷却流路１１、給水流路９および給水流路水平部１５の壁面には、リブレット（細かい溝）１８が形成されている。自然循環流路の内壁側面上にリブレット１８を設けることにより、リブレット１８がない場合に比べて、摩擦抵抗が低減される。流路の摩擦損失を低減することができ自然循環流量を増大することが可能となる。このため、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００４５】
リブレット１８は、たとえば図５に示すようなＶ字型の形状のものである。この図においてｈはリブレット１８の高さを、また、ｄはリブレット１８の間隔を示す。ここで、リブレット１８の高さｈ及び間隔ｄは、乱流の粘性底層の厚さδ1 と等しいものを採用したときが、壁面上の液膜流の摩擦低減に最適である。このときの粘性底層の厚さδ1を最適リブレット溝幅といい、すなわちδ1 ＝ｈ（リブレット高さ）＝ｄ（間隔）である。
【００４６】
この最適リブレット溝幅δ1 は、流速及び粘性係数によって決定されるものであり、次式で与えられる。
【００４７】
δ1 ＝ 123・δ／（ｕＤ／ν）＾（７／８）
ここで、
ｕ： 流速
Ｄ：流路の直径（矩形流路の場合は水力直径）
ν：粘性係数
δ：流路の半径
である。また、この式におけるｕＤ／νはレイノルズ数と呼ばれる。この式から摩擦抵抗低減の効果が最大となる最適リブレット溝幅δ1を決定する。
【００４８】
また、壁面に形成されたリブレット（細かい溝）の代わりに、図６のように突起１９を多数取り付けて圧損を低減することも可能である。
【００４９】
［第４の実施の形態］
図７は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第４の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【００５０】
本実施の形態では、第３の実施の形態におけるリブレット１８あるいは突起１９の形成位置を限定したものである。本実施の形態では、流れが単相で流れが縦溝群に沿った流れである給水流路９および給水流路水平部１５の壁面の表面加工施工部分２０（図７において破線で示した）にのみ、リブレット１８あるいは突起１９を設ける。
【００５１】
冷却流路１１内は、水と蒸気が混じった流れ（二相流）のため、かなり乱れた流れになっている。リブレット１８は、流体の流れに沿った縦溝群により構成され、乱流境界層の粘性底層近傍の構造を変化させることによって摩擦抵抗を低減させる役割を果たすデバイスである。二相流のように、かなり横流れが大きな流れでは、圧損低減率が減少するため、流れが単相で流れが縦溝群に沿った流れである給水流路９および給水流路水平部１５の壁面にのみ、リブレット１８あるいは突起１９を設ける。
【００５２】
このような炉心溶融物保持装置では、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００５３】
［第５の実施の形態］
図８は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第５の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。図９は、本実施の形態における炉心余裕物保持装置近傍の平断面図である。
【００５４】
本実施の形態では、原子炉圧力容器１下部のペデスタル床７上に傾斜伝熱流路支持構造物２２を設け、その上に傾斜伝熱面を持った中空の冷却流路１１を円周方向に密に並べ、全体として円錐形状に配置する。流路外周部は垂直に立ち上がり、出口は開口している。傾斜伝熱流路支持構造物２２は、支持柱２３により支えられ、ペデスタル床７との間に自然循環流路を形成している。
【００５５】
自然循環流は、ペデスタル床７上と傾斜伝熱流路支持構造物２２の間の流路を周辺から中央に流れ、支持柱２３は流れを乱しにくい流線型となっている。このため、冷却水流を妨げる傾斜伝熱流路支持構造物２２の圧力損失は、低減され、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００５６】
また、支持柱２３は、図１０に示すように、複数の大きさのものを用いてもよい。
【００５７】
［第６の実施の形態］
図１１は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第６の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【００５８】
本実施の形態では、圧力容器１下部のペデスタル床７上に傾斜伝熱流路支持構造物２２を設け、その上に傾斜伝熱面を持った中空の冷却流路１１を円周方向に密に並べ、全体として円錐形状に配置する。流路外周部は垂直に立ち上がり、出口は開口している。この傾斜伝熱流路支持構造物２２の下面には、合流部側が高くなるような傾斜が設けられている。
【００５９】
冷却水は、冷却流路内の沸騰により生じる自然循環により給水流路９に供給される。しかし、冷却流路１１で発生したボイドは、上面プールへ排出された後、大部分は上面プール液面から抜けるが、一部は自然循環流に巻き込まれて給水流路９に流入する可能性が高い。巻き込まれた気泡は、傾斜伝熱流路支持構造物２２の下面に蓄積され、流れを不安定にするとともに流路を狭め圧力損失が増大することが考えられる。
【００６０】
本実施の形態では、傾斜伝熱流路支持構造物２２の下面に傾斜を設けているため、給水流路９に巻き込まれて入ってきたボイドを蓄積することなく自然循環流路外へ排出することが可能となり、圧力損失を低減する作用がある。このため、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００６１】
［第７の実施の形態］
図１２は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第７の実施の形態における平面図である。
【００６２】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置は、コリウム１４を保持する耐熱材１３（図１参照）と冷却流路１１と上面プールおよび断面がドーナツ状の給水流路９を有している。このような炉心溶融物保持装置において、耐熱材１３に保持された高温のコリウム１４によって、上面プールの水が激しく沸騰し、気泡が大量に発生する。冷却流路１１に供給される水は、給水流路９の入口を介して上面プールから取り入れられる。
【００６３】
この取り入れる水中に気泡を巻き込む可能性があるが、給水流路入口の断面形状がドーナツ状であることにより、配管を並べて配置した場合よりも流路断面積が大きく、水の流速が小さくなる。このため、気泡が浮上して水面より離脱し、給水流路への気泡の巻き込みを低減させる事が可能となる。よって、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００６４】
［第８の実施の形態］
図１３は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第８の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【００６５】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置は、耐熱材１３と冷却流路１１と上面プールと給水流路９および気泡分離部３５を有している。気泡分離部３５は、給水流路９の入口に設けられている。気泡分離部３５は、給水流路９よりも流路断面積が多くなるように形成されている。
【００６６】
このような炉心溶融物保持装置において、気泡分離部３５は、流路断面積が大きいため、この部分では水の流速が小さくなる。このため、気泡が浮上して水面より離脱し、給水流路９への気泡の巻き込みを低減させることが可能となる。よって、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００６７】
［第９の実施の形態］
図１４は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第９の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。図１５は、本実施の形態における炉心溶融物保持装置の平面図である。
【００６８】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置は、耐熱材１３と冷却流路１１と上面プールと給水流路９および旋回流誘起翼２５を有している。このような炉心溶融物保持装置において、冷却流路１１の出口付近に旋回流誘起翼２５を設けることにより、上面プールに旋回流２６を発生させる。この旋回流２６によって、気泡は上面プールの中心付近に集まるため、上面プールの外周部に設けられた給水流路９の入口付近の気泡は少なくなり、給水流路９への気泡の巻き込みを低減させることが可能となる。このため、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００６９】
［第１０の実施の形態］
図１６は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第１０の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【００７０】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置は、給水流路９と給水流路内に設けた気泡合体部材２７を有している。気泡合体部材２７は、たとえばメッシュ状のものである。
【００７１】
このような炉心溶融物保持装置において、垂直流路１２および上面プールの大量の気泡を給水流路９に巻き込む可能性がある。しかし、給水流路内に気泡合体部材２７を設けることにより、巻き込まれた気泡がトラップされ、合体することで浮力が大きくなり下降流に対抗して上方に移動され易くなる。このため、給水流路９以降への気泡の巻き込みを低減させる事が可能となる。よって、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００７２】
［第１１の実施の形態］
図１７は、本発明に係る炉心溶融物保持装置の第１１の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【００７３】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置は、給水流路９の入口にジェットポンプ２８が設けられている。
【００７４】
図１８は、本実施の形態におけるジェットポンプの縦断面図である。
【００７５】
ジェットポンプ２８は、駆動部をもたない静的ポンプである。ジェットポンプ２８は噴流ノズル２９と、混合ノズル３０およびディフューザ３１により構成される。噴流ノズル２９によって噴出される高速噴流は、周囲流体を引き込み、これら駆動水と被駆動水は混合ノズル３０において混合され、ディフューザ３１で静圧変換されて大きな吐出圧力で吐き出される。
【００７６】
このような機能を有するジェットポンプ２８を給水流路９に設けることにより、原子炉格納容器２上部の冷却器６(静的格納容器冷却設備やドライウェルクーラーなど)で凝縮された蒸気の戻り水を、注水配管８を通してジェットポンプ２８に導くことで、自然循環力を増大させることが可能である。また、ジェットポンプ２８は、円周上に複数設けることによって、圧力容器下部に流入する流量を均一に保つことができる。
【００７７】
このように本実施の形態の炉心溶融物保持装置は、冷却水循環流量を増加させることができ、炉心溶融物の除熱を促進することができる。
【００７８】
［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第１の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【図２】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第１の実施の形態における原子炉格納容器の立断面図である。
【図３】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第２の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【図４】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第３の実施の形態におけるリブレットの平面図である。
【図５】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第３の実施の形態におけるリブレットの一部拡大断面図である。
【図６】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第３の実施の形態における流路側面の他の例の平面図である。
【図７】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第４の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【図８】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第５の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【図９】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第５の実施の形態における炉心余裕物保持装置近傍の平断面図である。
【図１０】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第５の実施の形態における炉心余裕物保持装置近傍の他の例の平断面図である。
【図１１】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第６の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【図１２】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第７の実施の形態における平面図である。
【図１３】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第８の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【図１４】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第９の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【図１５】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第９の実施の形態における炉心溶融物保持装置の平面図である。
【図１６】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第１０の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【図１７】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第１１の実施の形態における炉心溶融物保持装置近傍の立断面図である。
【図１８】本発明に係る炉心溶融物保持装置の第１１の実施の形態におけるジェットポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…原子炉圧力容器、２…原子炉格納容器、３…下部ヘッド、４…サプレッションプール、５…水槽、６…冷却器、７…ペデスタル床、８…注水配管、９…給水流路、１０…給水容器、１１…冷却流路、１２…垂直流路、１３…耐熱材、１４…コリウム、１５…給水流路水平部、１６…自然循環流路のコーナー部、１７…冷却水が流れる方向を変化させる構造物、１８…リブレット、１９…突起、２０…表面加工施工部分、２２…傾斜伝熱流路支持構造物、２３…支持柱、２４…ペデスタル、２５…旋回流誘起翼、２６…旋回流、２７…気泡合体部材、２８…ジェットポンプ、２９…噴流ノズル、３０…混合ノズル、３１…ディフューザ、３５…気泡分離部、５１…炉心溶融物保持装置、６１…熱交換器、６２…注入弁、６３…下部ドライウェル、７０…炉心
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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