JPH08511102A - 炉心溶融物の捕集及び冷却装置並びにその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明による炉心溶融物の捕集、冷却装置は原子炉圧力容器（４）の下に配置された前置室（３０）を含み、この前置室（３０）は通路（３６）を介して拡散室（３４）に接続されている。通路（３６）には隔壁（３８）が設けられ、これは炉心溶融物が衝突した後所定の時間で炉心溶融物により破壊される。冷却媒体槽（５０）は、炉心溶融物によって破壊される閉塞装置（４８）を介して同様に拡散室（３４）に接続されている。閉塞装置（４８）が例えば溶融或いは破砕により破壊されると、冷却媒体は拡散室（３４）で炉心溶融物に注ぎ、炉心溶融物は有効に冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】 炉心溶融物の捕集及び冷却装置並びにその方法 この発明は、原子炉圧力容器からの炉心溶融物を捕集し、冷却するための装置 並びにそのための方法に関する。この発明は特にヨーロッパ形の加圧水型原子炉 において適用される。 原子炉において今まで行われてきた安全上の考慮は、材料の選択及び寸法決め によって原子炉圧力容器に機能障害のおそれがないようにすることを基本として いた。しかし最近は、核エネルギーの利用に関するより徹底的な安全技術上の考 慮を行う中で、このようなことはとてもありそうもないことであるとしても、原 子炉圧力容器がいわゆる「機能喪失」するというケースも考慮されている。特に 新型の原子炉であるヨーロッパ形の加圧水型原子炉（ＥＰＲ）はこのような考慮 に基づいている。従来の安全哲学とは異なり、この型の原子炉においては、炉心 溶融事故、いわゆる最大想定事故が完全には除外されていない。さらにまた炉心 溶融事故の間に蒸気爆発が起こることがないかどうか、またこのような臨界段階 において急激に発生する水蒸気が圧力容器を破壊させることがないかどうかも考 慮されてきた。このような事故は、理論的にあり得るだけだとしても、制御可能 でなければならないということには疑問の余地がない。 水冷式の原子炉を備えた原子力発電所における仮想上の重大事故では原子炉の 炉心が溶融するということが仮定されている。その場合炉心溶融物は原子炉の圧 力容器の下側で格納容器のシールドピットに流出する。このような事故を制御す るために、適切な構造上の対策を講じて、場合によっては過圧下に原子炉圧力容 器から流出し原子炉設備の底の範囲に溜まる溶融物によって格納容器（コンテイ ンメント）が機能喪失に至るのを阻止しなければならない。 ドイツ連邦共和国特許第２８４００８６号明細書によれば、一例として溶融す る炉心の捕集装置を備えた原子炉設備が公知である。この設備においては原子炉 圧力容器を取り囲むシールドピットの下に縦型の排出路が設けられている。この 排出路は原子炉の安全容器を貫通し、原子炉の圧力容器の下に配置された溶融物 ピットに連通する。そこで原子炉の圧力容器から流出した炉心溶融物は、水分を 含まない材料で満たされたスチール製の槽によって形成されている吸収ベットに 配分される。このスチール製の槽の溶融後溶融物はピットの底に達する。このピ ットの底及び側壁は水冷されているので、溶融物は漸次凝固する。 ドイツ連邦共和国特許第２９２５６８０号明細書により公知の原子炉設備にお いては溶融物を収容するために同様に原子炉の基礎レベルより下に捕集槽が設け られている。この捕集槽はその場合炉心の直接下ではなく、炉心の傍らに配置さ れており、捕集槽の上を水平方向に走るシュートを介して原子炉建屋の底に結合 されている。 炉心溶融物を収容するためのこのような公知の構造においては、最悪の場合、 既に溶融物が流れる前或いは流れている間にかなりの量の水が捕集空間に浸入し ていたりもしくは浸入することが阻止されない。この結果溶融物が高速で水に衝 突し、そこで飛散し、非常に急激な突然の蒸気生成を惹起する。この発明は、炉 心溶融物が衝突する水の量はできるだけ少量でなければならないという認識に基 づいている。 「緊急核エネルギーシステム１９８９、Ｉｃｅｎｅｓ８９、カールスルーエ、 ７月３日乃至６日、緊急核システムに関する第５回国際会議会報」１９乃至２４ 頁の図１によれば、格納容器内の原子炉の圧力容器の直接下に冷却された捕集槽 を配置し、この中で溶融物が大面積に広がり水との直接接触で冷却される炉心溶 融物捕集装置が公知である。溶融物の崩壊熱により生じた蒸気は格納容器のスチ ール製の筒の上部で復水し、そこから炉心溶融物捕集装置に還流する。この公知 の原子炉設備においても既に原子炉の圧力容器の機能障害の前に捕集槽やシール ドピットに水が溜まることが回避されないので、その結果原子炉圧力容器の機能 障害の瞬間には、流出する溶融物が直接そして高速で水面に衝突する危険がある 。このことはまた同様に溶融物の著しい飛散と非常に急激な蒸気生成をもたらし 、格納容器を危険に曝すおそれがある。 ヨーロッパ特許出願公開第０３９２６０４号明細書によれば、原子炉の圧力容 器の下に水槽を設けた捕集冷却装置が公知である。炉心溶融の場合炉心溶融物及 び原子炉の圧力容器並びにその中の機器の一部が直接水槽に落ち込むことになる 。 しかしこれは有効な冷却と蒸気爆発を回避する観点からは適当ではない。むしろ 流出する炉心溶融物が大量の水には衝突しない冷却が望まれる。 この発明の課題は、上述の種類の装置、特に、原子炉圧力容器の機能障害の場 合に炉心溶融物と存在する水との間の接触による急激な蒸気生成が著しく抑えら れ或いは完全に回避されるような拡散原理に基づく炉心保持装置を提供すること にある。さらにこのための方法を提供しようとするものである。 この課題は、この発明によれば、以下の構成を備えた、即ち ａ）原子炉の圧力容器の下に配置された前置室と、 ｂ）炉心溶融物を拡散するための拡散室と、 ｃ）前記前置室と拡散室との間を連通し、炉心溶融物により破壊可能な隔壁を備 えた通路と、 ｄ）炉心溶融物によって破壊され得る閉塞装置を介して前記拡散室に接続されて いる冷却媒体槽と を備えた、原子炉圧力容器からの炉心溶融物を捕集し冷却するための装置によっ て解決される。 前置室はその底及び／又は側壁が耐火性の物質で被覆されているのが好ましい 。この物質或いは前置室に取り入れられる他の物質は、特に炉心溶融物と合金化 したとき、溶融点を引き下げるように作用し、その結果炉心溶融物を薄めるよう にするのが好ましい。 破壊可能な隔壁は、所定の時間後、例えば２０乃至３０分後に炉心溶融物の作 用で破壊、即ち例えば溶融するような寸法にかつそのような材料から選ばれてい る。 さらに破壊可能な隔壁は、特に通路の入口、即ち前置室と通路との間に挿入さ れるのが好ましい。前置室はそれ故この通路、特に傾斜しているか落ち込んでい る通路を介して拡散室と連通している。隔壁は、前述したように、例えば２０乃 至３０分の所定時間の間前置室にある炉心溶融物に耐えることのできるように形 成されている。その後炉心溶融物は通路の傾きによりひとりでに拡散室に流れて そこで拡散する。 冷却媒体槽としては先ず第一には水槽が考えられる。 前記の閉塞装置は好ましくは冷却媒体槽から拡散室に通ずる配管の入口に配置 される。まだ乾燥している拡散室へ浸入しそこで広がる炉心溶融物はこの閉塞装 置に達し、これを破壊し、その結果冷却媒体は冷却媒体槽から拡散室に流れ込む 。冷却媒体はその場合炉心溶融物の表面を覆いこれを冷却する。 隔壁及び閉塞装置は炉心溶融物の作用で破壊可能である。この破壊は割れ或い は溶解によって行われる。その場合隔壁及び／又は閉塞装置はガラス或いはプラ スチックの閉塞板或いはガラス或いはプラスチックからなる栓を含むことができ る。 一方では前置室は比較的容積が小さく、その中に少量の水しか溜まらないよう にし、他方隔壁はその熱破壊に充分長く耐えるようにされるのが重要である。前 記の目的を達成するために薄壁の中空或いは中実体を前置室に設けることもでき る。 原子炉圧力容器からの炉心溶融物を捕集し冷却するための方法は、この発明に よれば、次のことを特徴とする、即ち、 ａ）原子炉の圧力容器の下に配置された前置室に炉心溶融物を捕集し、その中に 所定の時間滞留させ、 ｂ）前置室と拡散室との間に配置されている隔壁を炉心溶融物によって破壊させ 、 ｃ）炉心溶融物を前置室から拡散室に浸入させ、そこで広がらせ、さらに ｄ）拡散室に存在する炉心溶融物によって、冷却媒体槽を拡散室に接続している 閉塞装置を破壊させ、その結果冷却媒体を拡散室へ流入させ、そこで炉心溶融物 を冷却する。 その他の有効な構成は従属請求項に記載されている。 この発明の利点としては、この装置においては炉心溶融の発生というあり得な いような事故の場合においても格納容器に許容できないような圧力が生ずること がないということが挙げられる。 以下にこの発明の実施例を図を参照して説明する。 図１は原子炉の圧力容器から流出する炉心溶融物の捕集及び冷却装置を図２の Ｉ−Ａ−Ｉ線に沿った断面で示す。 図２はこの炉心溶融物の捕集及び冷却装置を図１のII−II線に沿った断面で示 す。 図３は拡散室に水を供給する開口装置を示す。 図１及び２において原子炉設備の格納容器２には原子炉の圧力容器４が配置さ れている。原子炉圧力容器４はこれを取り囲むコンクリート構造６によってシー ルドピット８に支持されている。原子炉圧力容器４は詳しくは図示されていない 水冷形の炉或いは炉心を含んでいる。原子炉圧力容器４は一次冷却媒体配管１０ を介して蒸気発生器１２に接続されている。圧力保持用放圧容器は１４で示され ている。これは原子炉圧力容器４の傍らの空間に収められている。 シールドピット８はその上部が円筒状に、下部が湾曲状に、特に円錐台状に形 成されている。このような円錐台形状は耐火コンクリート製基台１６、その上に 設置された滑り面１８及び差し挟まれた排水体２０によって得られる。基台１６ は他の材質、例えば耐火セラミックス或いは特殊な石材から形成することもでき る。基台１６は、炉心溶融物が下方に浸食するのを阻止する。滑り面１８の材質 に対しても同様である。 シールドピット８の円錐台形状は、上部が円筒状に形成され、下部に球座を持 つ原子炉圧力容器４の形状にほぼ相応する。理論的な事故シナリオは、この球座 が割れ或いは破砕し、その結果原子炉圧力容器４内の炉心溶融物がシールドピッ ト８に流入することを前提としている。 シールドピット８の内部には絶縁体２２が設けられている。この絶縁体はシー ルドピット８を、マニピュレータにより炉心圧力容器４を外部から検査するため に使われる内部空隙室２４と、２つの小さい矢印で示すように、シールドピット ８の通風に利用される外部空隙室２６とに分割する。原子炉圧力容器４の球座が 存在するシールドピット８の下部は以下前置室３０と称する。この前置室３０は 湾曲しているか、図示のように円錐台形状に形成されている。換言すれば、この 前置室３０は原子炉圧力容器４の下部の形状に合わせられている。球座が破砕す ると球座は前置室３０に落ち込むことになる。このような重大な事故において流 出した炉心溶融物がいかなる場合にも少量の水にしか衝突しないように、炉心圧 力容器４の下の前置室３０は少量の容積しか持っていない。その容積は原子炉圧 力容器４自体の容積より遥に小さい。これは形状及び寸法設計の際に留意される 。 炉心圧力容器４の下の前置室３０には（図１の右側）排水体２０が配置されて いる。この排水体２０は、前置室３０の「集水に有効」な容積を小さくし、そこ に事故の結果として水が殆ど存在しないようにするためのものである。この排水 体２０は特に薄壁の中空体として形成される。これは薄い金属板で構成される。 この排水体は、前置室３０に炉心溶融物が生じたとき迅速に完全に溶融し、前置 室３０に炉心溶融物を溜めるための場所を作るようにすることが重要である。同 時にこの排水体は右側に置かれた炉心溶融物のための排出或いは流出口３２に空 間を適合させるために役立つ。 図１にはさらになお右側に拡散室３４が置かれている。この拡散室３４は原子 炉圧力容器４の傍らに多少の間隔をもって配置されかつ通常運転時に乾燥状態に 保たれるようにすることが重要である。前置室３０は流出口３２及び好ましくは 傾斜或いは落下している通路３６を介して拡散室３４の側壁に接続されている。 通路３６の入口に、即ち流出口３２の前に垂直に隔壁３８が立っている。この隔 壁３８は炉心溶融物によって破壊可能である。隔壁３８は即ち所定の時聞後炉心 溶融物の作用で破壊されるように設定されている。この時間は例えば２０乃至３ ０分とされる。 隔壁３８は特に金属板の形に形成される。この隔壁は故障時、即ち原子炉圧力 容器４が洩れを生じるときに残留圧力を受けるものである。この残留圧力は例え ば２０バールになる。これは原子炉の炉心の主要部分が炉心溶融物の形でシール ドピット８の下部に集まる間のみ圧力及び温度に耐えうるものでなければならな い。 排水体２０の下の前置室３０の底及び通路３６の底、即ち滑り平面１８は、特 に耐熱性の物体４０で被覆されている。その場合上部層として、炉心溶融物と反 応したとき融点を低下させ、これにより炉心溶融物を薄める物体を設けることも できる。例えば１３００乃至１５００℃で溶融する特殊な種類のコンクリートで ある。耐熱性物体４０は、前記のように、壁材料としても（少なくとも流出口３ ２の範囲において）使用される。拡散室３４の底もまた特別の耐熱性物体４２で 被覆される。 通路３６は例えば１ｍの高さ及び１．２０ｍの幅を持っている。通路はそれ故 比較的大きな断面を持ち、炉心溶融物の容易な流出を可能とする。通路３６を急 傾斜に構成することは、これにより炉心溶融物が前置室３０から拡散室３４に充 分残らずに流れるのを保証するので好ましい。炉心溶融物はこの場合重力に従っ て流れる。拡散室３４の面積は例えば１５０ｍ²である。図２には、拡散室３４ が扇形に形成され得ることを明瞭に示している。拡散室３４に流入した後の炉心 溶融物のレベルは図１では４４で示されている。格納容器から拡散室３４への通 路４３はカバー４５により水の浸入から護られている。 通路３６の出口、即ち前置室３０と拡散室３４の間の部分には、密封板４６が 配置されている。これにより拡散室３４から水が、予期に反してそこに水の浸入 が起きたとしても、前置室３０に浸入することはない。この密封板は絶縁材、例 えば（交換可能な）ゴム或いは外部絶縁を備えたスチール板から形成される。 炉心溶融物によって熱的に破壊される少なくとも１つの閉塞装置４８並びにこ れに続く連通管を介して拡散室３４には格納容器内にある貯液池或いは冷却媒体 槽５０が接続されている。この冷却媒体槽としては特に原子炉圧力容器４の傍ら に配置される水槽が考えられる。原子炉設備に元々存在しそこに格納容器に存在 する水が集まる貯水池を使用するのが好ましい。水量は例えば１５００ｍ³にな る。水面は図１において５２で示されている。 閉塞装置４８の一例は後に図３で詳しく説明する。閉塞装置４８は例えば栓或 いは円板として形成されている。これは、炉心溶融物の熱的作用により、例えば 直接接触した際に溶融し或いは破砕されるガラス或いはプラスチックのような材 質からなる。この閉塞装置４８は直接濡れた面部分だけでなく、それ以上の面を 開放するように設計されている。この面はまた他の場所にも配置することもでき る。 閉塞装置４８は重力によって例えば１００ｋｇ／ｍｉｎの通流口を開放する。 冷却媒体槽５０への配管の寸法はそれに応じて選択されている。水が拡散室３４ に流れ込み従って炉心溶融物に当たると、ほぼ滑り平面１８上の水面が原子炉圧 力容器４の中間線にまで上昇するまでには比較的長くかかる。この時間は例えば １時間にもなる。 既に説明したように、拡散室３４は前置室３０及び原子炉圧力容器４の傍らに 配置されている。この重要な手段により、炉心溶融物が流出した際の機械的な応 力はほぼ拡散室３４によって受け止められることになる。換言すれば、拡散室３ ４は、炉心溶融物の浸入の際直接的な機械応力を受ける必要がない。その底の構 造に基づき、即ち物体４２の種類及び寸法の選択に基づき拡散室３４は、長期に わたって熱的な負荷を受けるのに適している。 原理的には原子炉圧力容器４の機能喪失には２つの種類が考えられる。即ち球 座全体が破壊されるか、球座に孔が開くケースである。この両ケースでは炉心溶 融物は前置室３０に、その速度に差があれ、流出する。前置室３０の空隙室２４ 、２６には、幅と容積が小さいことにより、いずれにしても少量の水しか溜まら ないから、炉心溶融物がこの少量の水に衝突する際のエネルギー論的作用は許容 可能である。さらに別の利点は、両ケースの場合炉心溶融物が充分長い時間前置 室３０において中空体２０の前で、その後隔壁３８の前だけで保持され、その結 果貯溜が始まることにある。炉心溶融物はこのようにして所定の時間にわたって 前置室３０に保留される。隔壁３８が破壊された後炉心溶融物は通路３６を介し て拡散室３４に広がる。その際炉心溶融物は閉塞装置４８を破壊するので、冷却 媒体である水（或いは場合によっては他の冷却媒体）が貯水槽５０から拡散室３ ４に流れ込み、そこで炉心溶融物を冷却する。 図３には拡散室３４における閉塞装置４８の一実施例が示されている。栓は主 としてガラス或いはプラスチックの円板５８からなり、、フランジ結合５４によ り、例えばスチールからなる接続管５６の端部に固定されている。閉塞装置４８ は拡散室３４の底の近くに、即ち絶縁体或いは熱的保護物体４２の直ぐ上に配置 されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハウ、ゲルハルト ドイツ連邦共和国 デー‐72461 アルプ シユタツト パノラマシユトラーセ 44 (72)発明者 ザイデルベルガー、ハルトムート ドイツ連邦共和国 デー‐91056 エルラ ンゲン リーメンシユナイダーシユトラー セ 41 (72)発明者 ワイスホイプル、ホルスト ドイツ連邦共和国 デー‐91074 ヘルツ オーゲン アウラツハ ドクトル‐ダスラ ー‐シユトラーセ 39 (72)発明者 ウイスツバ、ロタール ドイツ連邦共和国 デー‐91074 ヘルツ オーゲン アウラツハ シユテーガーシユ トラーセ ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）原子炉圧力容器（４）の下に配置された前置室（３０）と、 ｂ）炉心溶融物を拡散するための拡散室（３４）と、 ｃ）前置室（３０）と拡散室（３４）との間を連通し、炉心溶融物によって破壊 可能な隔壁（３８）を備えた通路（３６）と、 ｄ）炉心溶融物によって破壊可能な閉塞装置（４８）を介して拡散室（３４）に 接続されている冷却媒体槽（５０）と を備えた、原子炉圧力容器（４）からの炉心溶融物の捕集及び冷却装置。 ２．前置室（３０）は底及び／又は壁側が耐火物（４０）で被覆されていること を特徴とする請求項１記載の装置。 ３．前置室（３０）が、炉心溶融物と反応した際溶融点を下げ、これによって炉 心溶融物を薄める材質で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２記載の 装置。 ４．破壊可能な隔壁（３８）が、所定の時間後炉心溶融物の作用で破壊され、こ の所定時間が例えば２０乃至３０分であるように設定されていることを特徴とす る請求項１乃至３の１つに記載の装置。 ５．破壊可能な隔壁（３８）が前置室（３０）と通路（３６）との間に挿入され 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。 ６．前置室（３０）と拡散室（３４）との間の通路（３６）が傾斜していること を特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の装置。 ７．冷却媒体槽（５０）が水槽であることを特徴とする請求項１乃至６の１つに 記載の装置。 ８．拡散室（３４）が通常運転時は乾燥状態に保持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。 ９．閉塞装置（４８）が冷却媒体槽（５０）から拡散室（３４）への配管（５６ ）の開口に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の装置 。 １０．隔壁（３８）及び／又は閉塞装置（４８）が炉心溶融物の作用で破砕或い は溶解により破壊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。 １１．隔壁（３８）及び／又は閉塞装置（４８）がガラス或いはプラスチックか らなる板或いは栓を含むことを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の装置 。 １２．前置室（３０）に特に薄壁の中空体として形成されている排水体（２０） が配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の装置。 １３．前置室（３０）及び／又はその中に設けられる絶縁体（２２）がほぼ原子 炉圧力容器（４）の形状に適合しており、その結果前置室（３０）が原子炉圧力 容器（４）に比較して少量の容積を持っていることを特徴とする請求項１乃至１ ２の１つに記載の装置。 １４．拡散室（３４）が原子炉圧力容器（４）の傍らに配置されることを特徴と する請求項１乃至１３の１つに記載の装置。 １５．拡散室（３４）と前置室（３０）との間に、拡散室（３４）から前置室（ ３０）に水が浸入するのを阻止する密封板（４６）が配置されていることを特徴 とする請求項１乃至１４の１つに記載の装置。 １６．冷却媒体槽（５０）が原子炉圧力容器（４）の傍らに配置されていること を特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の装置。 １７．拡散室（３４）が１５０ｍ²或いはそれ以上の面積を、冷却媒体槽（５０ ）が１５００ｍ³或いはそれ以上の容積を持つことを特徴とする請求項１乃至１ ６の１つに記載の装置。 １８．ａ）炉心溶融物が原子炉圧力容器（４）の下に配置された前置室（３０） において捕集され、その中に所定の時間滞留され、 ｂ）前置室（３０）と拡散室（３４）との間に配置されている隔壁（３８）が炉 心溶融物により破壊され、 ｃ）炉心溶融物が前置室（３０）から拡散室（３４）に浸入し、その中で広げら れ、 ｄ）冷却媒体槽（５０）を拡散室（３４）に接続している閉塞装置（４８）が拡 散室（３４）の中にある炉心溶融物によって破壊され、その結果冷却媒体が拡散 室（３４）に流れ込みそこで炉心溶融物を冷却する ことを特徴とする原子炉圧力容器（４）からの炉心溶融物の捕集及び冷却方法。 １９．炉心溶融物と前置室（３０）内の物質との反応によって溶融点が引き下げ られ、炉心溶融物が薄められることを特徴とする請求項１８記載の方法。 ２０．炉心溶融物が急勾配の通路（３６）を介して前置室（３０）から拡散室（ ３４）に浸入することを特徴とする請求項１８又は１９記載の方法。