JPH0843575A - コアキャッチャー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子炉圧力容器内が高圧の場合でも、溶融炉
心を安全にキャッチするコアキャッチャーを提供する。 【構成】 複数本の有底筒状のコアキャッチ部２５と、
コアキャッチ部２５の外側に満たされた冷却水２４と、
各コアキャッチ部２５の水とガスをドレインするドレイ
ンラインとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉発電プラント等
で用いられるコアキャッチャーに係り、特に原子炉圧力
容器内が高圧の場合でも溶融炉心をキャッチし、かつ水
蒸気爆発を効果的に防止するコアキャッチャーに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】原子炉におけるコアキャッチャーとして
現在考えられているものの代表的なものとしては、例え
ば特公昭５６−５１３１７号公報に示されているものが
ある。

【０００３】図６および図７は、従来のこの種のコアキ
ャッチャーを示すもので、炉構造物１内には安全容器２
が設けられており、この安全容器２内には、原子炉圧力
容器３が設けられている。

【０００４】この原子炉圧力容器３と安全容器２との間
には、窒素ガスが充満された空間部４があり、この空間
部４には、冷却材入口側および出口側の各導管５，６が
挿通されている。

【０００５】前記原子炉圧力容器３の上部には、回転プ
ラグ７あるいはグリッパ機構（図示せず）等が設けら
れ、これらの機構等によって炉心部分に燃料８が吊下さ
れている。

【０００６】この燃料８は、炉心構造物９中まで挿入さ
れているが、燃料８の下部域には、コアキャッチャー１
０が設けられ、このコアキャッチャー１０は、支持体１
１によって支持されている。

【０００７】前記コアキャッチャー１０は、溶融炉心支
持板１２と、この支持板１２から立上がり相互に所定間
隔をもって配置されるとともに、その頂部１３が封止さ
れた冷却管１４と、前記支持板１２上の溶融炉心保持面
１５に溶融落下した燃料１６が原子炉圧力容器３あるい
はガードベッセル（図示せず）、安全容器２等へ流下す
るのを防止するための側板１７とを有している。

【０００８】前記各冷却管１４の頂部２２直下の周面に
は、冷却材の蒸気の流出用の開口１８が穿設され、また
前記溶融炉心保持面１５上には、中性子吸収材１９が配
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のコアキャッ
チャー１０は、原子炉圧力容器３内に設置されているた
め、原子炉圧力容器３内の、冷却材が維持されている必
要があるとともに、冷却管１４のピッチを狭くすると、
その頂部１３で固化した炉心により、溶融炉心保持面１
５への炉心の流下および冷却材の循環が妨げられ、適切
な冷却ができなくなるおそれがある。

【００１０】また、このようなコアキャッチャー１０を
原子炉圧力容器３内に設置したとしても、原子炉圧力容
器３内が高圧のときに原子炉圧力容器３が破損した際
（高圧シーケンス：溶融炉心、水の放出の後に、高圧水
蒸気が噴出する）に発生し得る格納容器直接過熱（ＤＣ
Ｈ：原子炉圧力容器３から放出される高速ガスにより、
溶融炉心が微細化され格納容器雰囲気へ分散され、大量
の水素生成、急激な格納容器内温度上昇をもたらす）あ
るいは単に溶融炉心コアキャッチャー１０からの放出を
防止できない。また、冷却材と溶融炉心との接触によ
り、水蒸気爆発等のおそれもある。

【００１１】本発明の目的は、蒸気従来のコアキャッチ
ャーの課題を解決し、原子炉圧力容器内が高圧の場合で
も溶融炉心を確実にキャッチでき、また水蒸気爆発等を
防止することができるコアキャッチャーを提供すること
にある。

【００１２】また、本発明の他の目的は、溶融炉心の早
期固化を図って、溶融炉心のドレインラインへの流出を
低減できるコアキャッチャーを提供することにある。

【００１３】さらに本発明の他の目的は、コアキャッチ
部の冷却を効率的に行うことができるコアキャッチャー
を提供することにある。

【００１４】本発明のさらに他の目的は、溶融炉心を効
率的にコアキャッチ部に導くことができるコアキャッチ
ャーを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本願請求項１に係るコアキャッチャーは原子炉圧力容器
の下方に設置されて溶融炉心をキャッチするコアキャッ
チャーにおいて、複数本の有底筒状のコアキャッチ部
と、これらのコアキャッチ部の外側に満たされた冷却水
と、前記各コアキャッチ部の底部に連結されて各コアキ
ャッチ部内の水及ガスをドレインするドレインラインと
をそれぞれ設けるようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００１６】本願請求項２に係るコアキャッチャーは、
各コアキャッチ部の底部を、ドレイン細管を介してドレ
インラインに連結するようにしたことを特徴とするもの
である。

【００１７】本願請求項３に係るコアキャッチャーは、
各コアキャッチ部を、冷却水水位付近で連結部を介し相
互に連通させ、かつ冷却水の上端を、落下してきた溶融
炉心を各コアキャッチ部に導く蒸気ドームでカバーし、
この蒸気ドームに、各コアキャッチ部の冷却により生じ
た水蒸気を放出する蒸気逃し用開口を設けるようにした
ことを特徴とするものである。

【００１８】本願請求項４に係るコアキャッチャーは、
連結部および蒸気ドームの溶融炉心と接する面に、断熱
層が設けるようにしたことを特徴とするものである。

【００１９】本願請求項５に係るコアキャッチャーは、
コアキャッチ部の上方の筒状部分内面に設けられた前記
蒸気ドームの断熱層は、その下端部がコアキャッチ部と
比較して開口部が狭くなるように内周面が傾斜してお
り、かつ下端面が開口部で最も低くなるように傾斜して
いることを特徴とするものである。

【００２０】本願請求項６に係るコアキャッチャーは、
コアキャッチ部の外周面には、溶融炉心冷却用のフィン
が設けられていることを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】本発明においては、コアキャッチャーが原子炉
圧力容器の下方に設置され、このコアキャッチャーは、
複数本のコアキャッチ部と、冷却水とドレインラインと
で構成されている。そして、原子炉圧力容器破損用に流
出したコアキャッチ部内の水およびガスは、ドレインラ
インに排出できるので、筒状のコアキャッチ部が細くな
っても、溶融炉心をスムーズにコアキャッチ部の底部ま
で導くことが可能となる。また、原子炉圧力容器から高
圧水蒸気が放出されても、コアキャッチ部を細くするこ
とで、コアキャッチ部内の溶融炉心が再放出されること
が少なく、溶融炉心をより確実に捕捉することが可能と
なる。また、コアキャッチ部が細いため、放熱性が良
く、コアキャッチ部に鉄等の金属を使用でき、保護シー
ルドなしでも溶融破損することがない。

【００２２】また、本発明においては、各コアキャッチ
部の底部が、ドレイン細管を介してドレインラインに連
結されている。このため、水およびガスの流出にはほと
んど影響を与えることなく、溶融炉心をドレイン細管部
分で早期に固化でき、溶融炉心のドレインラインへの流
出を低減することが可能となる。

【００２３】また、本発明においては、各コアキャッチ
部が連結部を介して相互に連通され、かつ冷却水の上部
は、蒸気ドームでカバーされている。このため、所定位
置にのみ集中的に溶融炉心が落下してきた場合でも、各
コアキャッチ部で均等に溶融炉心を捕捉することが可能
となる。また、蒸気ドームにより溶融炉心が冷却水と直
接接触することがなく、しかも水の沸騰により発生した
水蒸気は、蒸気逃し用開口から効率的に放出されるの
で、安定した冷却が可能になる。

【００２４】さらに本発明においては、連結部および蒸
気ドームの溶融炉心と接する面に断熱層が設けられてい
る。このため、溶融炉心が、連結部上や蒸気ドーム上で
固化することがほとんどなく、溶融炉心のほぼ全量をコ
アキャッチ部で捕捉することが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。

【００２６】図１は、本発明の第１実施例に係るコアキ
ャッチャーを示すもので、このコアキャッチャー２０
は、原子炉圧力容器３の下方位置に設置されている。

【００２７】このコアキャッチャー２０は、図１に示す
ように、周囲が堰２１により囲まれて形成される冷却水
プール２２を備えており、この冷却水プール２２内は、
注水ライン２３から注入される冷却水２４によって満た
されている。

【００２８】この冷却水プ２２内には、図１に示すよう
に、有底の細い筒状をなす複数のコアキャッチ部２５
が、そのほぼ全長を冷却水２４内に埋設させた状態で立
設されており、その底部は、ドレイン細管２６を介して
ドレインライン２７に接続されている。そして、各コア
キャッチ部２５内の水およびガスは、このドレイン細管
２６を介しドレインライン２７に排出されるようなって
いる。各コアキャッチ部２５の外周面には、図１に示す
ように、冷却フィン２８が設けられている。

【００２９】一方、コアキャッチ部２５間の冷却水２４
上端は、図１ないし図３に示すように、溶融炉心２９を
各コアキャッチ部２５に導くための蒸気ドーム３０側面
の溶融炉心２９が侵入しない部位には、蒸気逃し用開口
３１が設けられている。

【００３０】また、前記各コアキャッチ部２５は、図３
に示すように、冷却水２４の水位付近で連結部３２によ
り相互に連通しており、一部分に集中して溶融炉心２９
が落下してきた場合であっても、この連結部３２により
溶融炉心２９を各コアキャッチ部２５に分配できるよう
になっている。

【００３１】この連結部３２の上面および前記蒸気ドー
ム３０の上面には、図１および図２に示すように、断熱
層３３が形成されており、この断熱層により、溶融炉心
２９が連結部３２上や蒸気ドーム３０上で固化するのを
防止できるようになっている。

【００３２】前記各コアキャッチ部２５の上端内周縁部
および前記蒸気逃し用開口３１の上縁部には、図１およ
び図２に示すように、内面３４ａがコアキャッチ部２５
の中心側に向かって傾斜しているともに先端部３４ｂが
ナイフ状に尖っている案内部材３４（この案内部材３４
は断熱層３３の一部によって構成されていても良い）が
設けられており、この案内部材３４により、蒸気ドーム
３０上を流下してきた溶融炉心２９を、コアキャッチ部
２５の内周面を流下させることなく、直接底部まで落下
させることができるようになっている。

【００３３】次に、本実施例の作用について説明する。

【００３４】原子炉圧力容器３から落下してきた溶融炉
心２９は、直接あるいは蒸気ドーム３０を介し間接的
に、各コアキャッチ部２５で捕捉されることになるが、
原子炉圧力容器３の破損前に流出した水およびガスは、
ドレイン細管２６を介しドレインライン２７に排出され
るので、コアキャッチ部２５が細径であっても、溶融炉
心２９がスムーズにコアキャッチ部２５内を流下し、溶
融炉心２９を確実に捕捉でき、また溶融炉心と水が接触
することはほとんどないので、水蒸気爆発等を防止する
ことができる。

【００３５】また、溶融炉心２９の落下後、原子炉圧力
容器３から高圧水蒸気が放出されることになるが、コア
キャッチ部２５が細いので、コアキャッチ部２５内の溶
融炉心２９が格納容器雰囲気に再放出される可能性を大
幅に低減できる。

【００３６】また、コアキャッチ部２５が細いので、コ
アキャッチ部２５の放熱性が良く、鉄等の金属を使用で
き、保護シールドなしでも溶融破損することがない。

【００３７】次に、コアキャッチ部２５の温度評価を行
なう。

【００３８】コアキャッチ部２５の溶融が問題となるの
は、通常、溶融炉心２９中の金属（低融点）が酸化物
（高融点）と分離し、固化によるクラストが生成されに
くく（クラストが生成されると熱伝達が悪くなる）、コ
アキャッチ部２５への熱伝達が高くなる場合である。

【００３９】そこで、ここではＵＯ₂ の融点の鉄がコア
キャッチ部２５に捕捉されたときの温度変化を評価す
る。 （解析方法） 円柱状のコアキャッチ部 コアキャッチ部外半径：ａ コアキャッチ部内半径：ｂ 温度伝導率：κ 温度：θ（ｒ，ｔ） （初期条件） 境界条件 θ＝θ_０ （０＜ｒ＜ｂ） θ＝０ （ｒ＝ａ） θ＝０ （ｂ＜ｒ＜ａ） 熱伝達方程式（円柱）は、次式で与えられる。

【００４０】

【数１】 これを変数分離し、半径ａ（コアキャッチ部外半径）で
０とすると、次式が与えられる。

【００４１】

【数２】 ここで、Ｊはベッセル関数である。Ａｎは初期条件から
求まり、次式のようになる。

【００４２】

【数３】 これより式を整理すると、次式が得られる。

【００４３】

【数４】 本発明者等は、前記式を用い、コアキャッチ部２５の内
半径１０ｃｍ、外半径１０．５ｃｍ（厚さ５ｍｍ）と
し、溶融炉心初期温度に溶解熱を考慮して温度変化を評
価し、図４に示す結果を得た。

【００４４】図４は、コアキャッチ部２５の内側から
０．５ｍｍでの温度変化を示すものであるが、図４から
も明らかなように、コアキャッチ部２５の溶融は０．５
ｍｍ以下に抑えられることが判る。

【００４５】図５は、本発明の第２実施例を示すもの
で、冷却水プール２２に冷却水２４を注入する方法とし
て、静的格納容器冷却系４０で得られる凝縮水を利用す
るようにしたものである。

【００４６】すなわち、このようにしても冷却水２４を
安定して得ることができる。冷却水２４はこの他、ドラ
イウエルスプレーを冷却水プールに溜めるようにしても
確保することができる。

【００４７】なお、前記両実施例においては、蒸気逃し
用開口３１を、蒸気ドーム３０の側面に設ける場合につ
いて説明したが、各蒸気ドーム３０を連結するような形
とし、蒸気逃し用開口３１を、原子炉圧力容器３の破損
の際に溶融炉心２９および圧力がかからない部位に設け
るようにしてもよい。これによれば、より確実に水蒸気
を逃すことができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
コアキャッチ部内の水およびガスを、ドレインラインに
排出できるようにしているので、筒状のコアキャッチ部
が細くなっても、溶融炉心をスムーズにコアキャッチ部
の底部まで導くことができ、また水蒸気爆発等を防止す
ることができる。

【００４９】また、原子炉圧力容器から高圧水蒸気が放
出されても、コアキャッチ部内の溶融炉心が再放出され
ることが少なく、溶融炉心をより確実に捕捉することが
できる。

【００５０】また、コアキャッチ部が細いため、その放
熱性が良く、コアキャッチ部に鉄等の金属を使用でき、
保護シールドなしでも溶融破損することがない。また、
既存の設備にも容易に適用できる。

【００５１】また本発明は、各コアキャッチ部の底部を
ドレイン細管を介しドレインラインに連結しているの
で、溶融炉心のドレインラインへの流出を低減できる。

【００５２】また本発明は、各コアキャッチ部を連結部
を介し相互に連通させ、かつ冷却水の上部を蒸気ドーム
でカバーしているので、溶融炉心を各コアキャッチ部で
均等に捕捉することができる。また、蒸気ドームにより
溶融炉心が冷却水と直接接触することがなく、しかも水
の沸騰により発生した蒸気は、蒸気逃し用開口から効率
的に放出できるので、安定した冷却が可能となる。

【００５３】さらに本発明は、連結部および蒸気ドーム
の溶融炉心と接する面に断熱層を設けているので、溶融
炉心が連結部や蒸気ドームの上面で固化することがほと
んどなく、溶融炉心のほぼ全量をコアキャッチ部で捕捉
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるコアキャッチャーを
示す構成図。

【図２】本発明のコアキャッチャーの要部を拡大して示
した図。

【図３】本発明のコアキャッチャーの頂部平面図。

【図４】コアキャッチ部の温度変化を示すグラフ。

【図５】本発明の第２実施例の構成を概略示した図。

【図６】従来のコアキャッチャーを示す構成図。

【図７】従来のコアキャッチャーの要部を拡大して示し
た図。

【符号の説明】

３ 原子炉圧力容器 ２０ コアキャッチャー ２２ 冷却水プール ２４ 冷却水 ２５ コアキャッチ部 ２６ ドレイン細管 ２７ ドレインライン ２８ 冷却フィン ２９ 溶融炉心 ３０ 蒸気ドーム ３１ 蒸気逃し用開口 ３２ 連結部 ３３ 断熱層 ３４ 案内部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉圧力容器の下方に設置されて溶融炉
   心をキャッチするコアキャッチャーにおいて、複数本の
   有底筒状のコアキャッチ部と、これらのコアキャッチ部
   の外側に満たされた冷却水と、前記各コアキャッチ部の
   底部に連結されて各コアキャッチ部内の水およびガスを
   ドレインするドレインラインとを具備することを特徴と
   するコアキャッチャー。
2. 【請求項２】前記各コアキャッチ部の底部は、ドレイン
   細管を介してドレインラインに連結されていることを特
   徴とする請求項１記載のコアキャッチャー。
3. 【請求項３】各コアキャッチ部は、冷却水水位付近で連
   結部を介し相互に連通され、かつ冷却水の上端は、落下
   してきた溶融炉心を各コアキャッチ部に導く蒸気ドーム
   でカバーされ、この蒸気ドームは、各コアキャッチ部の
   冷却により生じた水蒸気を放出する蒸気逃し用開口を有
   していることを特徴とする請求項１または２記載のコア
   キャッチャー。
4. 【請求項４】前記連結部および蒸気ドームの溶融炉心と
   接する面には、断熱層が設けられていることを特徴とす
   る請求項３記載のコアキャッチャー。
5. 【請求項５】前記コアキャッチ部の上方の筒状部分内面
   に設けられた前記蒸気ドームの断熱層は、その下端部が
   コアキャッチ部と比較して開口部が狭くなるように内周
   面が傾斜しており、かつ下端面が開口部で最も低くなる
   ように傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の
   コアキャッチャー。
6. 【請求項６】前記コアキャッチ部の外周面には、溶融炉
   心冷却用のフィンが設けられていることを特徴とする請
   求項１ないし請求項５のいずれかに記載のコアキャッチ
   ャー。