特許 6363381 床材ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6363381

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】床材ユニット

(51)【国際特許分類】

   G21C 9/016 20060101AFI20180712BHJP

【ＦＩ】

   G21C9/016

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-81885(P2014-81885)

(22)【出願日】2014年4月11日

(65)【公開番号】特開2015-203590(P2015-203590A)

(43)【公開日】2015年11月16日

【審査請求日】2017年2月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】日高 政隆

(72)【発明者】

【氏名】中島 一雄

(72)【発明者】

【氏名】藤井 正

(72)【発明者】

【氏名】酒井 健

【審査官】 右田 純生

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６１−１４３０９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０３−０８７６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４７２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０５５２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６３８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１２１７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０９−５００２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２２２１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１３４０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−０９８８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第０２６２２０５０（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第００５４５７６７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０２０９７１３７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１９５３１６２６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第４０３２７３６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５３１５６２５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８１２１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｃ ９／００

Ｇ２１Ｃ ９／０１６

Ｇ２１Ｃ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子炉格納容器の床面に配置される床材ユニットにおいて、
前記床面に向かって落下する炉心溶融物を受ける第１伝熱板と、
天井面及び底面をそれぞれ第２伝熱板及び第３伝熱板とし、前記第１伝熱板の下側に前記第２伝熱板が第１の空間を挟んで対向する少なくとも１つの炉心溶融物保持室と、
前記第１伝熱板に設けた導入孔と前記炉心溶融物保持室とを接続する炉心溶融物導入流路と、
前記第３伝熱板と前記原子炉格納容器の前記床面との間に第２の空間を確保するスペーサと、
前記第１の空間と前記第２の空間とを連通する蒸気抜き管とを備えることを特徴とする床材ユニット。

【請求項2】

原子炉格納容器の床面に配置される床材ユニットにおいて、
前記床面に向かって落下する炉心溶融物を受ける第１伝熱板と、
天井面及び底面をそれぞれ第２伝熱板及び第３伝熱板とし、前記第１伝熱板の下側に前記第２伝熱板が第１の空間を挟んで対向する少なくとも１つの炉心溶融物保持室と、
前記第１伝熱板に設けた導入孔と前記炉心溶融物保持室とを接続する炉心溶融物導入流路とを備え、
前記第１伝熱板、前記炉心溶融物保持室及び前記炉心溶融物導入流路をそれぞれ有する複数のセグメントの集合体であり、
前記セグメントは、前記第１伝熱板の縁部に形成された切り欠きをそれぞれ備えることを特徴とする床材ユニット。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の床材ユニットにおいて、
前記第１伝熱板に形成され、前記第１伝熱板の上側の空間と前記第１の空間とを連通する蒸気抜き孔を備えることを特徴とする床材ユニット。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の床材ユニットにおいて、
前記第２伝熱板に形成され、前記第１の空間と前記炉心溶融物保持室の内部とを連通するガス抜き孔を備えることを特徴とする床材ユニット。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の床材ユニットにおいて、
前記炉心溶融物導入流路は流路幅が下方に向かって拡大することを特徴とする床材ユニット。

【請求項6】

請求項２に記載の床材ユニットにおいて、
前記第３伝熱板の下側に第２の空間を挟んで対向する第４伝熱板と、
前記第４伝熱板と前記原子炉格納容器の前記床面との間に第３の空間を確保するスペーサとを備え、
前記炉心溶融物保持室が管路形状に形成されていて前記第１の空間と前記第２の空間とが接続しており、
前記複数のセグメントの集合体は、さらに、前記第４伝熱板及び前記第３の空間を確保する前記スペーサをそれぞれ有することを特徴とする床材ユニット。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の床材ユニットにおいて、
前記第１伝熱板が前記導入孔に向かって下り傾斜に形成されていることを特徴とする床材ユニット。

【請求項8】

請求項１に記載の床材ユニットにおいて、
前記第１伝熱板、前記炉心溶融物保持室、前記炉心溶融物導入流路、前記第２の空間を確保する前記スペーサ、及び前記蒸気抜き管をそれぞれ有する複数のセグメントの集合体であることを特徴とする床材ユニット。

【請求項9】

請求項８に記載の床材ユニットにおいて、
前記セグメントは、前記第１伝熱板の縁部に形成された切り欠きをそれぞれ備えることを特徴とする床材ユニット。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれかに記載の床材ユニットを備え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、原子炉格納容器の床面に配置される床材ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、原子炉は、核燃料を封止した燃料棒を束ねた燃料集合体を保有する炉心を原子炉圧力容器及び原子炉格納容器の二重の防壁で取り囲み、核分裂生成物の外部への放散を防止している。加えて、原子炉には事故や非常時などの過渡事象に備えて非常用炉心冷却系等の炉心冷却設備からなる工学的安全設備が設けられており、例えば、地震、風水害等で外部電源を喪失しても、非常用発電機により非常用炉心冷却系が冷却機能を発揮し、炉心が過熱し溶融することを抑制する。しかし、万全を期するためには、非常用炉心冷却系が作動せず、溶融した炉心（炉心溶融物）が原子炉圧力容器の底部を侵食して貫通し落下した場合でも、核分裂生成物の放散を抑制する手段を講じる必要がある。

【0003】

それに対し、例えば、原子炉圧力容器の下方に受け皿を上下方向に複数配置し、上部の受け皿の容量を超えた炉心溶融物を下部の受け皿で受け止めて複数段に分けて冷却する冷却構造が提唱されている（特許文献１等を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−２２１７７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

引用文献１の冷却構造は、受け皿を上下方向に複数配置することにより特に上下方向に設置スペースを要する。設置スペースをとることから、既存の原子炉への適用が困難な場合も生じ得る。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、炉心溶融物の冷却性の向上により原子炉格納容器の床部への炉心溶融物の侵食を抑制することができるコンパクトな床材ユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の床材ユニットの一例は、床面に向かって落下する炉心溶融物を受ける第１伝熱板と、天井面及び底面をそれぞれ第２伝熱板及び第３伝熱板とし、第１伝熱板の下側に第２伝熱板が第１の空間を挟んで対向する少なくとも１つの炉心溶融物保持室と、第１伝熱板に設けた導入孔と炉心溶融物保持室とを接続する炉心溶融物導入流路と、前記第３伝熱板と前記原子炉格納容器の前記床面との間に第２の空間を確保するスペーサと、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通する蒸気抜き管とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、炉心溶融物の冷却性の向上により原子炉格納容器の床部への炉心溶融物の侵食を抑制することができるコンパクトな床材ユニットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る床材ユニットを適用する原子炉格納容器の一構成例の概略構成を表す縦断面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ矢視縦断面図である。

【図5A】本発明の第１実施形態に係る床材ユニットに対する炉心溶融物の動作を説明する図である。

【図5B】本発明の第１実施形態に係る床材ユニットに対する炉心溶融物の動作を説明する図である。

【図5C】本発明の第１実施形態に係る床材ユニットに対する炉心溶融物の動作を説明する図である。

【図5D】本発明の第１実施形態に係る床材ユニットに対する炉心溶融物の動作を説明する図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図である。

【図7】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視縦断面図である。

【図8】本発明の第３実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図である。

【図9】図８のＩＸ−ＩＸ矢視縦断面図である。

【図10】本発明の第４実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図である。

【図11】図１０のＸＩ−ＸＩ矢視縦断面図である。

【図12】本発明の第５実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図である。

【図13】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視縦断面図である。

【図14】本発明の第６実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図である。

【図15】図１４のＸＶ−ＸＶ矢視縦断面図である。

【図16】図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ矢視縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１実施形態＞
（構成）
１．原子炉格納容器
図１は本実施形態に係る床材ユニットを適用する原子炉格納容器の一構成例の概略構成を表す縦断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

【0011】

図１に示すように、原子炉格納容器（格納容器）５０は原子炉圧力容器（圧力容器）１を格納している。圧力容器１は核燃料で構成される炉心（不図示）を収納している。格納容器５０の原子炉格納容器床（格納容器床）２には床面から上方に向かって延在する原子炉格納容器側壁（格納容器側壁）３が設けられている。格納容器側壁３は内壁面から圧力容器１に向かって突出する突出部３２を備えている。突出部３２には、圧力容器１に接続する圧力容器支持構造物２１が取り付けられている。すなわち、圧力容器１は圧力容器支持構造物２１を介して格納容器側壁３により支持されている。圧力容器１の下方には、格納容器床２及び格納容器側壁３等で囲まれた格納容器下部空間１０が形成されている。格納容器下部空間１０内には、炉心の出力を制御する制御棒を操作するための制御棒駆動機構、計装管等（不図示）を収容する圧力容器下部構造物１２が配置されている。格納容器５０は、格納容器５０の壁外から格納容器側壁３を貫通して格納容器下部空間１０内まで引き伸ばされた格納容器下部空間注水配管（注水配管）５を備えている。例えば、非常用炉心冷却系が作動しない場合には、注水配管５の注水口１６から格納容器下部空間１０内に冷却水Ｗ１が注水される。図中のＬ１は冷却水Ｗ１の注水により格納容器下部空間１０内に形成される水プールの水面を示している。冷却水Ｗ１の水源としては、例えば、復水貯蔵タンクや消火用のろ過水タンク（不図示）、海水等の外部水源などを利用することができる。格納容器下部空間１０への注水手段の他の例として、図示しない格納容器５０の空間（例えば、圧力容器１の側方）に貯えられた水を重力落下させ、その一部を圧力容器１と格納容器側壁３との間隙を通して格納容器下部区画１０へ流入させる機構もある。

【0012】

格納容器床２の床面には炉心溶融物保持構造材である床材ユニット６が配置されている。床材ユニット６は、圧力容器１の破損部８から落下した炉心溶融物４を保持して冷却する機能を有している。図２に示すように、床材ユニット６は複数のセグメント６ａ，６ｂ・・・の集合体であって、複数のセグメント６ａ，６ｂ・・・を格納容器５０の格納容器下部空間扉１１から搬入し格納容器床２上に配置して形成されている。本実施形態では、複数のセグメント６ａ，６ｂ・・・を互いに隣接するもの同士隙間をあけて格納容器床２を覆うように平面方向に並べてある。なお、本実施形態では、隣り合うセグメント同士は連結していない。複数のセグメント６ａ，６ｂ・・・は平面視で四角形状であるが（セグメント６ａを参照）、最外周に配置するものについては格納容器側壁３の内壁面の形状に沿うようにカットしてある（セグメント６ｂを参照）。以下、床材ユニット６のセグメントの構成についてセグメント６ａを例に挙げて説明する。

【0013】

２．床材ユニット
図３は本実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢視縦断面図である。図３及び図４に示すように、セグメント６ａは、第１伝熱板７、炉心溶融物保持室１８及び炉心溶融物導入流路１５を備えている。以降、炉心溶融物保持室１８、炉心溶融物導入流路１５をそれぞれ保持室１８、導入流路１５と呼ぶ。

【0014】

第１伝熱板７は平面視で四角形状（この例では正方形状）に形成された板部材である。第１伝熱板７は圧力容器１に格納容器下部空間１０を挟んで対向するように配置され、圧力容器１から格納容器床２に向かって落下する炉心溶融物４を受けて保持する。第１伝熱板７は導入孔３３と、複数（本実施形態では８つ）の蒸気抜き孔２０とを備えている。本実施形態では導入孔３３は平面視で第１伝熱板７の中心付近に設けられており、蒸気抜き孔２０は導入孔３３を囲むように設けられている。蒸気抜き孔２０は、格納容器下部空間１０と第１伝熱板７の下側に形成された第１の冷却水対流空間（第１の空間）１７とを連通している。第１伝熱板７は、上面７Ａが格納容器下部空間１０に面し、下面７Ｂが第１の空間１７に面しており、格納容器下部空間１０と第１の空間１７との境界を画定している。また、第１の空間１７の外周部は開放されていて、隣接する他のセグメントが備える第１の空間とセグメント６ａ間の隙間を介してつながっている。

【0015】

保持室１８は第１伝熱板７の下側に位置しており、天井面及び底面をそれぞれ第２伝熱板１３及び第３伝熱板１４としている。第２伝熱板１３と第３伝熱板１４の互いの外縁部は閉止板１９で接続されていて、閉止板１９が保持室１８の全周を覆う側面を構成している。保持室１８は、上記導入流路１５との接続部を除き、閉空間構造に形成されている。第２伝熱板１３は平面視で外形線が正方形状に形成された板部材であり、第１伝熱板７の下側に第１の空間１７を挟んで対向している。つまり、第２伝熱板１３は、上面１３Ａが第１の空間１７に面し、下面１３Ｂが保持室１８の内部空間に面しており、第１の空間１７と保持室１８の内部空間との境界を画定している。第２伝熱板１３には孔３４及びガス抜き孔２４が設けられている。孔３４は第１伝熱板７の導入孔３３に対応する位置に設けられている。ガス抜き孔２４は保持室１８内と第１の空間１７とを連通するものであり、この例では保持室１８の四隅に対応する位置に設けられている。第３伝熱板１４は平面視で正方形状に形成された板部材であり、第２伝熱板１３の下側に保持室１８の内部空間を挟んで対向している。第３伝熱板１４は導入孔３３から流下する溶融デブリ（炉心溶融物４の液相部分）を受けて保持する。第３伝熱板１４の下面１４Ｂにはスペーサ２６が取り付けられており、第３伝熱板１４と格納容器床２との間には第２の冷却水対流空間（第２の空間）２３が確保されている。第３伝熱板１４は、上面１４Ａが保持室１８の内部空間に面し、下面１４Ｂが第２の空間２３に面しており、保持室１８の内部空間と第２の空間２３との境界を画定している。この例ではスペーサ２６は第３伝熱板１４の四隅に設けられている。第２の空間２３も、セグメント６ａ間の隙間を介して隣接する他のセグメントが備える第２の空間とつながっている。

【0016】

導入流路１５は第１の空間１７中を上下に延びて第１伝熱板７の導入孔３３と第２伝熱板１３の孔３４とを接続し、格納容器下部空間１０と保持室１８とを接続している。導入流路１５の内部空間は第１の空間１７と隔てられている。この導入流路１５の断面形状は特に限定されないが、本実施形態では平面視で円形状に形成されている。なお、導入流路１５は保持室１８の第２伝熱板１３に対して第１伝熱板７を支持する役割を兼ねている。また、第２伝熱板１３の上面１３Ａの外縁部には複数の第１伝熱板支持柱２２が立てられており、これら第１伝熱板支持柱２２によって第１伝熱板７を支持することにより第１伝熱板７の支持強度を強化してある。

【0017】

（動作）
図５Ａ乃至図５Ｄは本実施形態に係る床材ユニットに対する炉心溶融物の動作を説明する図である。

【0018】

万一、圧力容器１への注水機能が停止した場合、例えば圧力容器１内の圧力変動に伴って、圧力容器１の破損部８から炉心溶融物４が落下する前に注水配管５から格納容器下部空間１０内に冷却水Ｗ１が注水される。格納容器下部空間１０内に注水された冷却水Ｗ１は、第２の空間２３、保持室１８、第１の空間１７を順次満たしていき、遂には床材ユニット６を冠水させ、格納容器下部空間１０に水プールを形成する（図１を参照）。圧力容器１の破損部８から格納容器床２に向かって落下する炉心溶融物４は水プール内を下方に落下し、セグメント６ａの第１伝熱板７上に受けられる。このとき、第１伝熱板７上の炉心溶融物４は一部が冷却水Ｗ１で冷却されるため固相部分と液相部分とが混在している。その結果、図５Ａに示すように、炉心溶融物４の液相部分である溶融デブリが第１伝熱板７の導入孔３３から導入流路１５内に流入し、下方に向かって導入流路１５を流れる。導入流路１５を下方に流れる溶融デブリは第３伝熱板１４上に落下し、図５Ｂに示すように、第３伝熱板１４に沿って広がり保持室１８内を満たしていく。保持室１８内の気体は溶融デブリにより閉止板１９側に押し込まれ、第２伝熱板１３に形成されたガス抜き孔２４を介して保持室１８内から第１の空間１７に抜けていく。保持室１８及び導入流路１５が溶融デブリで満たされると、第１伝熱板７から導入流路１５内への溶融デブリの流入が止まる。

【0019】

導入流路１５の壁面及び第２伝熱板１３と接触する溶融デブリは第１の空間１７内の冷却水Ｗ１との熱交換により冷却され、閉止板１９と接触する溶融デブリは閉止板１９の外面側を流れる冷却水Ｗ１との熱交換により冷却され、第３伝熱板１４と接触する溶融デブリは第２の空間２３内の冷却水Ｗ１との熱交換により冷却される。その後、図５Ｃに示すように、導入流路１５及び保持室１８にある溶融デブリは、導入流路１５の壁面、第２伝熱板１３、閉止板１９及び第３伝熱板１４との各接触部にクラスト（溶融デブリが凝固したもの）を形成する。

【0020】

第１の空間１７内では、図５Ｃに示すように、溶融デブリとの熱交換により冷却水Ｗ１が加熱されて沸騰し蒸気泡が生じる。この蒸気泡は、第１の空間１７内の冷却水Ｗ１を巻き込みながら浮力により上昇し、第１伝熱板７の下面７Ｂに衝突する。第１の空間１７内を第１伝熱板７に向かって上昇する蒸気泡と、第１伝熱板７上の炉心溶融物４との熱交換により第１伝熱板７の下面７Ｂ付近で生じた蒸気泡とは、図５Ｃに示すように、第１伝熱板７に形成された蒸気抜き孔２０を通ったり、図５Ｄに示すように、隣接するセグメント６ａ間の隙間を通ったりして第１の空間１７から第１伝熱板７の上方に抜けていく。第２空間２３内でも、保持室１８内の溶融デブリとの熱交換により冷却水Ｗ１が加熱されて沸騰し蒸気泡が生じる。この蒸気泡は、図５Ｄに示すように、隣接するセグメント６ａ間の隙間などを介して第１伝熱板７の上方に抜けていく。

【0021】

（効果）
（１）炉心溶融物の床部への侵食抑制
まず、下側に第１の空間１７がある第１伝熱板７で炉心溶融物４を受けることにより、格納容器下部空間１０内の冷却水Ｗ１により第１伝熱板７上の炉心溶融物４を上側から冷却することができる。加えて、格納容器床２との熱交換に代えて、第１伝熱板７上の炉心溶融物４を第１の空間１７内の冷却水Ｗ１との熱交換により下側からも次の作用により効果的に冷却することができる。すなわち、導入流路１５を介して一部の炉心溶融物４（溶融デブリ）を保持室１８に導くことにより、溶融デブリとの熱交換により第１の空間１７内に蒸気泡を発生させ、この蒸気泡と第１の空間１７内の冷却水Ｗ１との気液二相流を第１伝熱面の下面７Ｂに衝突させることができる。そのため、第１伝熱板７を継続的に冷却し、第１伝熱板７上の炉心溶融物４を下側からも効果的に冷却することができる。仮に保持室１８を設けず第１伝熱板７上の炉心溶融物４との熱交換により第１の空間１７内の冷却水Ｗ１の上部のみを加熱する場合、第１の空間１７内の冷却水Ｗ１の流動は自然対流に依存することになる。それに対し、本実施形態では保持室１８に溶融デブリを導くことにより、第１の空間１７内の冷却水Ｗ１を下からも過熱して強制的に対流させることができるので、冷却水Ｗ１の自然対流に依存する場合よりも大きな除熱量が得られる。

【0022】

また、導入流路１５及び保持室１８内に導かれた溶融デブリも第１の空間１７及び第２空間１８内の冷却水Ｗ１との熱交換により冷却し凝固させることができる。第２の空間２３内の冷却水Ｗ１は保持室１８内の溶融デブリとの熱交換により上からのみしか加熱されず流動は自然対流に依存するが、溶融デブリの冷却には十分である。保持室１８内の溶融デブリは第１伝熱板７上に保持される炉心溶融物４に比べて少量であり、保持室１８の底面である第３伝熱板１４は第１伝熱板７と同程度の十分な伝熱面積を有するためである。したがって、溶融デブリが第３伝熱板１４を貫通して格納容器５０の床部に落下することも抑制できる。

【0023】

以上により、炉心溶融物４の冷却性を向上させ格納容器５０の床部への炉心溶融物４の侵食を抑制することができる。

【0024】

（２）床材ユニットの省スペース化
本実施形態の床材ユニット６は基本的に第１伝熱板７上で炉心溶融物４を冷却する構造であり、第１の空間１７内の冷却水Ｗ１を下から加熱するのに必要な量の溶融デブリが保持室１８に導かれれば、導入流路１５及び保持室１８が満たされて炉心溶融物４の大部分は第１伝熱板７上に保持される。このように保持室１８はあくまで第１の空間１７内の冷却水Ｗ１を下から加熱するための一部の炉心溶融物４を導き入れる程度の容積で足りるので床材ユニット６をコンパクトに構成することができる。

【0025】

（３）蒸気膜の形成抑制
第１の空間１７内では溶融デブリとの熱交換により冷却水Ｗ１の蒸気泡が連続的に発生し得る。そのため、第１伝熱板７の下面７Ｂ付近で複数の蒸気泡が合体して蒸気膜を形成してしまうと、この蒸気膜が第１伝熱板７の下面７Ｂを覆うことにより蒸気泡と冷却水Ｗ１との気液二相流を第１伝熱板７の下面７Ｂに衝突させることができない可能性がある。これに対し、本実施形態では、セグメント６ａは格納容器下部空間１０と第１の空間１７とを連通する第１蒸気抜き孔２０を備えている。これにより、第１の空間１７内で発生した蒸気泡を第１蒸気抜き孔２０を通して第１の空間１７から第１の伝熱板７の上方に円滑に抜くことができる。また、上記蒸気泡を隣接するセグメント６ａ間の隙間を通して第１の伝熱板７の上方に円滑に抜くこともできる。したがって、第１伝熱板７の下面７Ｂが蒸気膜で覆われることを抑制することができる。その結果、蒸気泡と冷却水Ｗ１との気液二相流をより確実に第１伝熱板７の下面７Ｂに衝突させることができる。

【0026】

（４）保持室内への溶融デブリの導入性向上
本実施形態では、第２伝熱板１３にガス抜き孔２４を形成し、第１の空間１７と保持室１８とを連通させている。そのため、保持室１８内の気体をガス抜き孔２４を介して保持室１８内から第１の空間１７に抜くことができ、保持室１８内の気体により溶融デブリの保持室１８内への広がりが損なわれることを抑制できる。

【0027】

＜第２実施形態＞
図６は本実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視縦断面図である。図６及び図７において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0028】

図７に示すように、本実施形態に係るセグメント１６ａでは、導入流路１５は流路幅が下方に向かって拡大している。すなわち、導入流路１５は入口側（導入孔３３側）よりも出口側（孔３４側）の流路幅が広くなっている。導入流路１５は、例えばテーパ状に広がる形状でも良いが、本実施形態ではＲ状（ラッパ状）に広がっている。その他の構成は第１実施形態と同様である。

【0029】

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、次の効果が得られる。

【0030】

導入流路１５が直管形状の場合、導入流路１５から保持室１８に流入する際に溶融デブリの流れ方向が下方から水平方向へ急激に変化する。そのため、溶融デブリは導入流路１５を流下した速度で第３伝熱板１４に衝突し、第３伝熱板１４への熱負荷が増加してしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、導入流路１５の流路幅が下方に向かって拡大している。そのため、溶融デブリの流れ方向を水平方向に緩やかに変化させることができる。したがって、第３伝熱板１４へ衝突する溶融デブリの速度を減少し、第３伝熱板１４への熱負荷を緩和することができる。更に、導入流路１５の流路断面積が下方ほど広くなるため、溶融デブリの凝固等により、保持室１８内に溶融デブリが充填される前に導入流路１５、傾斜導入流路２７、及び保持室１８等が閉塞されることを抑制し、保持室１８内の溶融デブリの充填率を向上させることができる。したがって、第１の空間１７内で蒸気泡を十分に発生させ、第１伝熱板７の除熱量を十分に確保することができる。以上より、炉心溶融物４の冷却性をより向上させ格納容器５０の床部への炉心溶融物４の侵食をより抑制することができる。

【0031】

＜第３実施形態＞
図８は本実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ矢視縦断面図である。図８及び図９において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0032】

図８及び図９に示すように、本実施形態に係るセグメント２６ａは蒸気抜き管２８を備えている。蒸気抜き管２８は、保持室１８を貫通するように設けられ、第１の空間１７と第２の空間２３とを連通している。蒸気抜き管２８は、平面視で断面が円形状に形成されている。本実施形態では、蒸気抜き管２８は導入孔３３を囲むように４つ設けられている。その他の構成は第２実施形態と同様である。

【0033】

上記構成により、本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果に加えて次の効果が得られる。

【0034】

第２の空間２３内の蒸気泡は隣接するセグメントとの間の隙間から第１伝熱板７の上方に抜けていく（図４Ｄ参照）が、第２の空間２３内を隙間に向かって移動する過程で他の蒸気泡と合体して蒸気膜を形成してしまうと、この蒸気膜が第３伝熱板１４の下面１４Ｂを覆うことにより第３伝熱板１４の熱伝達率が低下する可能性がある。また、床材ユニット６を複数のセグメントの集合体でなく一体構造とし、セグメント間に隙間が確保できない場合もある。この場合には、第２の空間２３内の蒸気泡を床材ユニット６と格納容器側壁３との隙間から第１伝熱板７の上方に抜くことになるが、格納容器側壁３側に向かって移動する過程で他の蒸気泡と合体して蒸気膜を形成し、第３伝熱板１４の下面１４Ｂを蒸気膜が覆う可能性も高まる。

【0035】

これに対し、本実施形態では、第１の空間１７と第２の空間２３とを連通する蒸気抜き管２８が備えられている。そのため、第２の空間２３内で発生した蒸気泡を第２の空間２３から第１の空間１７に抜くことができ、第３伝熱板１４の下面１４Ｂが蒸気膜で覆われることを抑制して第３伝熱板１４の熱伝達率を確保することができる。更に、第２の空間２３から第１の空間１７に抜けた蒸気泡を第１の空間１７内の蒸気泡に加えることにより、第１伝熱板７に向けて上昇する蒸気泡の浮力を増加させ、第１伝熱板７の下面７Ｂに対する冷却水Ｗ１の衝突速度を増加させることができ、第１伝熱板７の除熱量を増加させることができる。以上より、炉心溶融物４の冷却性をより向上させ格納容器５０の床部への炉心溶融物４の侵食をより抑制することができる。

【0036】

＜第４実施形態＞
図１０は本実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ矢視縦断面図である。図１０及び図１１において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0037】

図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係るセグメント３６ａは、第１伝熱板７の縁部に形成された第１伝熱板流通流路（切り欠き）２９を備えている。切り欠き２９は、平面視で半円形状に形成されている。本実施形態では、切り欠き２９は第１伝熱板７の各辺に３つずつ設けられていて隣接するセグメントの切り欠き２９と対向するようにしてある。その他の構成は第２実施形態と同様である。

【0038】

上記構成により、本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果に加えて、次の効果が得られる。

【0039】

本実施形態では、第１伝熱板７の縁部に形成された切り欠き２９が備えられている。そのため、第１の空間１７内で発生した蒸気泡を空気抜き孔２０及び切り欠き２９から第１伝熱板７の上方に抜くことができる。したがって、第１伝熱板７の下面７Ｂが蒸気膜で覆われることを抑制し、第１伝熱板７の除熱量を十分に確保することができる。また、複数のセグメントを単に並べるのではなく、隣接するもの同士を溶接等により連結し、一体構造とした場合にもセグメント間に切り欠き２９による孔を確保することができるため、第１の空間１７内で発生した蒸気泡を第１伝熱板７の上方に抜くことができる。したがって、この場合にも第１伝熱板７の下面７Ａが蒸気膜で覆われることを抑制し、第１伝熱板７の除熱量を十分に確保することができる。以上より、炉心溶融物４の冷却性をより向上させ格納容器５０の床部への炉心溶融物４の侵食をより抑制することができる。

【0040】

＜第５実施形態＞
図１２は本実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図、図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視縦断面図である。図１２及び図１３において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0041】

図８及び図９に示すように、本実施形態に係るセグメント４６ａは、第１伝熱板４７が導入孔３３に向かって下り傾斜に形成されている。すなわち、第１伝熱板４７が、外縁部に対して導入孔３３が下側（保持室１８側）に位置するように形成されている。その他の構成は第２実施形態と同様である。

【0042】

上記構成により、本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果に加えて、次の効果が得られる。

【0043】

本実施形態では、第１伝熱板４７が導入孔３３に向かって下り傾斜に形成されている。そのため、第１伝熱板４７上の炉心溶融物４の溶融デブリを重力を利用して導入流路１５に積極的に流入させることができ、冷却機能の信頼性を高めることができる。また、第１冷却水流路１７内の蒸気泡、及び第１伝熱板４７の下面４７Ｂ付近の蒸気泡の第１伝熱板４７の外縁側への流動を促進し、これらの蒸気泡を空気抜き孔２０及びセグメント４６ａ間の隙間から第１伝熱板４７の上方へ容易に抜くことができる。したがって、第１伝熱板４７の下面４７Ｂが蒸気膜で覆われることをより効果的に抑制することができる。複数のセグメントを溶接等により連結して一体構造とした場合にも、格納容器側壁３側に向かう蒸気泡の速度を増加させ、蒸気泡を第１伝熱板４７の上方へ迅速に抜くことができる。したがって、この場合にも第１伝熱板４７の下面４７Ｂが蒸気膜で覆われることをより効果的に抑制することができる。以上より、炉心溶融物４の冷却性をより向上させ格納容器５０の床部への炉心溶融物４の侵食をより抑制することができる。

【0044】

＜第６実施形態＞
図１４は本実施形態に係る床材ユニットのセグメントを示す上面図、図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ矢視縦断面図、図１６は図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ矢視縦断面図である。図１４乃至図１６において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0045】

本実施形態に係るセグメント５６ａにおいては、図１４に示すように、保持室１８が平面視で対称形を成す十字型に形成されており、保持室１８の周囲で第１の空間１７と第２の空間２３とが広く接続している。具体的には、第２伝熱板１３及び第３伝熱板１４がそれぞれ断面Ｕ字形状に形成されていて、図１６に示すように、第２伝熱板１３と第３伝熱板１４とで断面が円形の管路を形成している。すなわち、保持室１８は第２伝熱板１３及び第３伝熱板１４を周壁とする、断面が円形の管路形状に形成されている。

【0046】

図１５に示すように、第３伝熱板１４の下側には第２の空間２３を挟んで第３伝熱板１４に対向する第４伝熱板３５が備えられている。第４伝熱板３５は平面視で正方形状に形成された板部材である。第４伝熱板３５の下面３５Ｂにはスペーサ２６が取り付けられており、第４伝熱板３５と格納容器５０の床面２との間には第３の冷却水対流空間（第３の空間）３６が確保されている。すなわち、本実施形態では第３伝熱板１４は格納容器５０の床部２に支持されておらず、保持室１８は導入流路１５を介して第１の空間１７中に吊り下げられた状態で配置されている。なお、本実施形態では、第４伝熱板３５の上面３５Ａの外縁部に第１伝熱板支持柱２２が立てられ、第１伝熱板支持柱２２を介して第４伝熱板３５で第１伝熱板７を支持している。その他の構成は第１実施形態と同様である。

【0047】

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、次の効果が得られる。

【0048】

本実施形態では、第３伝熱板１４の下側に第２の空間２３を挟んで対向する第４伝熱板３５を備えている。そのため、万一、第３伝熱板１４が保持室１８内の溶融デブリにより浸食され破損した場合でも、破損部から落下する溶融デブリを第４伝熱板３５で保持することができる。第４伝熱板３５で保持された溶融デブリは、第３の空間３６内の冷却水Ｗ１との熱交換により冷却し凝固させることができる。したがって、第３伝熱板１４及び第４伝熱板３５の二重の防護境界により格納容器５０の床面２への溶融デブリの落下を防止することができる。

【0049】

また、本実施形態では、保持室１８を管路形状に形成して第１の空間１７と第２の空間２３とを広範に接続しているため、第２の空間２３で発生した蒸気泡を第１の空間１７に直接抜くことができる。その際、保持室１８の断面を円形にしたことにより、保持室１８の断面が四角形等の場合に比べて、保持室１８の下面付近における冷却水Ｗ１の流れの抵抗を低減することができる。したがって、第１の空間１７及び第２の空間２３内の冷却水Ｗ１の対流をより促進することができる。

【0050】

以上より、炉心溶融物４の冷却性をより向上させ格納容器５０の床部２への炉心溶融物４の侵食をより抑制することができる。

【0051】

＜その他＞
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0052】

各実施形態において、炉心溶融物導入流路１５の断面が円形状の場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の本質的効果は、炉心溶融物の冷却性の向上により原子炉格納容器の床部への炉心溶融物の侵食を抑制することができるコンパクトな床材ユニットを提供することであり、この本質的効果を得る限りにおいては炉心溶融物導入流路１５の断面形状は限定されない。例えば、炉心溶融物導入流路１５の断面を矩形状としても良い。

【0053】

また、各実施形態において、複数のセグメント６ａ，６ｂ・・・を互いに離間して配置して床材ユニット６を形成した場合を例示している。しかしながら、本発明の本質的効果を得る限りにおいては床材ユニット６は上述の構成に限定されない。例えば、複数のセグメント６ａ，６ｂ・・・を搬入し、その後溶接等により一体構造としても良く、複数のセグメント６ａ，６ｂ・・・を予め溶接等により一体構造とし、その後搬入しても良い。

【0054】

また、各実施形態において、第１伝熱板７に８つの蒸気抜き孔２０を形成した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の本質的効果を得る限りにおいては、第１伝熱板７に形成される蒸気抜き孔２０の数は限定されない。例えば、９つ以上又は７つ以下の蒸気抜き孔２０を形成してもよい。

【0055】

また、各実施形態において、複数のセグメント６ａ，６ｂ・・・がそれぞれ１つの導入流路１５を備えた場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の本質的効果を得る限りにおいては、複数のセグメント６ａ，６ｂ・・・がそれぞれ複数の導入流路１５を備えても良い。

【0056】

また、各実施形態においては、床材ユニット６を複数のセグメントの集合体としたのでセグメントの数だけ保持室１８を備える場合を例に挙げて説明したが、例えば床材ユニット自体を１つのセグメントと同等の構成として保持室１８を１つだけ備えた構成とすることもできる。

【0057】

また、本発明に係る床材ユニットは、沸騰水型原子炉、加圧水型原子炉等の軽水炉を始めとする各種原子炉の格納容器に適用可能である。

【符号の説明】

【0058】

４ 炉心溶融物
６ 床材ユニット
７ 第１伝熱板
１３ 第２伝熱板
１４ 第３伝熱板
１５ 炉心溶融物導入流路
１７ 第１の冷却水対流空間（第１の空間）
１８ 炉心溶融物保持室
５０ 原子炉格納容器（格納容器）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】