特許 6775382 コアキャッチャー

(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】6775382

(24)【登録日】2020年10月8日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】コアキャッチャー

(51)【国際特許分類】

   G21C 9/016 20060101AFI20201019BHJP

【ＦＩ】

   G21C9/016

【請求項の数】19

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-211206(P2016-211206)

(22)【出願日】2016年10月28日

(65)【公開番号】特開2018-72123(P2018-72123A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2019年8月21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】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(72)【発明者】

【氏名】日高 政隆

(72)【発明者】

【氏名】木村 竜介

(72)【発明者】

【氏名】藤井 正

(72)【発明者】

【氏名】酒井 健

(72)【発明者】

【氏名】木藤 和明

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−０１３９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２５３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４７２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５１８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４５５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２５００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５４６５２８０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００８０５８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／０９９３２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 Manfred Fischer et al.，Core melt stabilization concepts for existing and future LWRs and associated R&D needs，Proceedings of International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, NURETH-16，米国，Americal nuclear Society，２０１５年 ９月 ４日，pp. 7578-7592

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｃ ９／０１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子炉格納容器における原子炉圧力容器の下方に配置され、原子炉の炉心溶融事故で原子炉圧力容器破損が生じた場合に、落下した炉心溶融物を受け止めて保持し、その外面から炉心溶融物の熱を放熱するコアキャッチャーにおいて，
炉心溶融物を保持するコアキャッチャー壁と，コアキャッチャ−外壁面に接合し炉心溶融物の壁への荷重を支える縦リブと，コアキャッチャー外壁面と間隙を介して縦リブを支持する横リブで構成されることを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項2】

請求項１に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー壁接合部分の縦リブ周方向厚さが，コアキャッチャー壁の厚さより薄いことを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項3】

請求項１に記載のコアキャッチャーにおいて、
横リブ接合部分の縦リブ周方向厚さを，コアキャッチャー壁接合部分の縦リブ周方向厚さより厚くすることを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー壁面形状を半球状に形成し，前記縦リブがコアキャッチャー中心の鉛直軸と半球中心軸水平面との接点を基点に，鉛直軸と３０度（経方向周長が底部から１／３）以下から９０度（上端）以上までの外壁面を接合することを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー壁面形状を円筒状に形成し，前記縦リブがコアキャッチャー上下端の底部から１／３より下方からコアキャッチャー上端までの外壁面を接合することを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー壁を高熱伝導率，且つ高融点，且つ高靭性の材質で構成することを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項7】

請求項６に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー壁をステンレス鋼，あるいは炭素鋼，あるいはタングステン鋼，あるいはモリブデン鋼で構成することを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項8】

請求項１から５のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー壁を多重構造とし，
内壁をステンレス鋼，あるいは炭素鋼，あるいはタングステン鋼，あるいはモリブデン鋼で構成し，外壁を銅，あるいは真鍮，あるいはアルミニウムで構成することを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー壁の内側に，壁の材質より融点の低い犠牲材を張り付けることを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項10】

請求項９に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー壁の内側に張り付ける犠牲材の材質が，コンクリート，または二酸化ケイ素であることを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャーの内部に，壁の材質より融点の低い犠牲材を配置することを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項12】

請求項１１に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャーの内部に配置する犠牲材が，コンクリート塊，あるいは二酸化ケイ素塊であることを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
架台がコアキャッチャー中心の鉛直軸と半球中心軸水平面との接点を基点に，鉛直軸と３０度以下のコアキャッチャー外壁面を支持することを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項14】

請求項１から１３のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
架台が前記縦リブに接合されてコアキャッチャーを支持することを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項15】

請求項１から１４のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
架台が横リブに接合されてコアキャッチャーを支持することを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項16】

請求項１から１５のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
縦リブのコアキャッチャー壁接合部の厚さが，コアキャッチャー壁材の融点温度とコアキャッチャー外壁温度の差にコアキャッチャー壁材の熱伝導率を乗じ，コアキャッチャー外壁とコアキャッチャー外壁に接する冷却水の間の限界熱流束の計算値で除した値より薄いことを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項17】

原子炉格納容器における原子炉圧力容器の下方に配置され、原子炉の炉心溶融事故で原子炉圧力容器破損が生じた場合に，落下した炉心溶融物を受け止めて保持し，その外面から炉心溶融物の熱を放熱するコアキャッチャーにおいて，
炉心溶融物を保持するコアキャッチャー壁を，外側に突の外折リブ形状とし，コアキャッチャー外壁面と間隙を介して外折リブ先端を支持する横リブを設けることを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項18】

請求項１から１７のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー上端に中央部が下に突の防水板を設け，コアキャッチャー壁上端に全周接合され横リブ上方空間に差し渡した導流板を設けることを特徴とするコアキャッチャー。

【請求項19】

請求項１から５のいずれか一項に記載のコアキャッチャーにおいて、
コアキャッチャー壁を銅，あるいは真鍮，あるいはアルミニウムで構成することを特徴とするコアキャッチャー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子炉格納容器内に設置するコアキャッチャーに関する。

【背景技術】

【0002】

原子炉には，原子炉内の燃料の破損による核分裂生成物の放散を防止する原子炉格納施設と非常用炉心冷却設備からなる工学的安全設備が設けられている。例えば軽水炉では，原子炉格納施設は，核燃料ペレットを密封した燃料棒の第一の境界と，燃料棒を束ねた燃料集合体を装荷した炉心を内包する原子炉圧力容器の第二の境界と，原子炉圧力容器を格納する気密構造の原子炉格納容器の三重の境界で構成される。また，非常用炉心冷却設備は，冷却材喪失時に高圧注水系、自動減圧系、炉心スプレイ系、低圧注水系で炉心を冷却する。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は機能する。しかし，万一非常用炉心冷却系が作動せず、炉心が溶融するシビアアクシデントが発生した場合には，炉心溶融物（デブリ）が原子炉圧力容器の底部を貫通し原子炉格納容器の下部区画に落下しても、核分裂生成物の放散を抑制する必要がある。これに対し、例えば、耐熱性を有するコアキャッチャーを原子炉格納容器の床面に配置し、原子炉圧力容器から落下する温度２０００Kから２５００Kに達するデブリを受け止めて冷却する方法がある。

【0003】

ところで、デブリは原子炉停止後も崩壊熱を発生するため，耐熱性を有するコアキャッチャーであっても崩壊熱を除去するため冷却が必要である。非特許文献１に記載のように，過去のシビアアクシデントで得られた知見を基に原子炉の安全機能を強化するアクシデントマネジメント（ＡＭ）対策が提案されている。ＡＭ対策として，高温で且つ崩壊熱による温度上昇が生じるデブリを冷却するため，復水貯蔵タンクの水を格納容器の下部区画に注水する方式や，格納容器ドライウェルへのスプレイ水の格納容器下部区画への流入を利用する方式がある。特許文献１に，冷却水をコアキャッチャーの外周に張って水冷する技術が開示されている。特許文献２では，原子炉圧力容器下方のペデスタル空間に上部支持のコアキャッチャーを設け，デブリによって容器に掛かる熱応力，具体的には熱膨張やクリープによる変形を，自由端である容器下部空間で吸収してコアキャッチャーの破損を防止する。また，特許文献３では，コアキャッチャー壁の最外層の高延性部材の健全性を維持するため，耐熱と断熱のため内表面層に高融点材料，中間層に低熱伝導材料を配置する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭５９−１３９８７号公報

【特許文献2】特開２０１０−２７１２６１号公報

【特許文献3】特開２００８−２４１６５７号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】原子力安全基盤機構、“１”、ＪＮＥＳ／ＳＡＥ０５−０６１、０５解部報−００６１、３−１頁−３−２１頁、２００４年

【非特許文献2】Ｂａｌ Ｒａｊ Ｓｅｈｇａｌ，Ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ａ ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ ｍｅｌｔ ｐｏｏｌ ｗｉｔｈ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｈｅａｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，Ｐｒｏｃ．ＭＡＳＣＡ Ｓｅｍｉｎａｒ ２００４，Ａｉｘ−ｅｎ−Ｐｒｏｖｅｎｃｅ，Ｆｒａｎｃｅ，１０−１１ Ｊｕｎｅ ２００４

【非特許文献3】Ｆ． Ｂ． Ｃｈｅｕｎｇ， ｅｔ ａｌ．，Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｈｅａｔ Ｆｌｕｘ（ＣＨＦ） Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｎ ａ Ｄｏｗｎｗａｒｄ Ｆａｃｉｎｇ Ｃｕｒｖｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ，ＮＵＲＥＧ／ＣＲ−６５０７， ｐ．１７ （１９９７）

【非特許文献4】門出政則，他，“垂直加熱平面上のプール沸騰における限界熱流束”、日本機械学会論文集（Ｂ編），６３巻，６０５号，ｐｐ．２５６−２６０ （１９９７−１）

【非特許文献5】岡達，“プラスチック射出成形の基礎＜その４＞”、技能と技術，２０００年４号，独立行政法人高齢・障害・求職者雇用支援機構 職業能力開発総合大学校基盤整備センター，２０００年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図１に，外周を冷却水で満たした半球状コアキャッチャーの縦断面図を示す。上方の原子炉圧力容器から落下した液状のデブリは，コアキャッチャー内部で発熱と冷却による自然対流を生じる。コアキャッチャーによるデブリの保持と冷却条件が厳しくなるのは，大量のデブリが落下するケースである。
一般に自然対流熱伝達率は垂直平板や上面加熱平板で高く，下面加熱平板では低くなる。このため，冷却量の少ないデブリ下部から中央部のデブリは温度上昇による密度の低下で上昇流を生じ，壁面では良好に冷却されて密度が増加し下降する。デブリ中央部を上昇した高温のデブリが，コアキャッチャーの側面部に衝突するため，側壁（半球状コアキャッチャーがデブリで満たされた場合，図１の角度９０度の位置）の熱流束は高く，一方でコアキャッチャー底部（図１の角度０度の位置）の熱流束は低下する。図２（非特許文献２より）に示した共晶塩を作動流体とする実験をはじめとして半円状壁断面と内部溶融物の傾斜角に対する熱流束の測定では，傾斜角０度と９０度で最大５倍程度の熱流束（平均熱流束による規格化値）の差が報告されている。また，熱流束の増加は，壁面の傾斜角が３０度を超えた領域で顕著である。一方，コアキャッチャーの外表面では高い熱流束では沸騰を生じて冷却水に熱が伝達される。コアキャッチャー底部で発生した沸騰蒸気は浮力のベクトルが流れ方向と交差するため滞留し易く，壁表面が蒸気に覆われて熱伝達率が低下する。側壁部では沸騰蒸気の浮力のベクトルが流れ方向と一致するため，蒸気が壁面から離脱し易くなり，壁表面が冷却水に接して熱伝達率が上昇する。また，壁面が蒸気に覆われ熱伝達率が大きく低下する膜沸騰状態を生じる熱流束（限界熱流束）も底部が低く，側壁部が高い特性を有する。式１に示す非特許文献３の評価では，自然循環冷却体系の定常加熱条件において半円状容器の底部（壁面の傾斜角Θ：０°）の限界熱流束Ｑｃｈｆは５００ｋＷ／ｍ２，側壁部（傾斜角Θ：９０°）で限界熱流束最大値は１５００ｋＷ／ｍ２であり，非特許文献２の熱流束の傾向と同様に傾斜角０度と９０度の限界熱流束の差は約３倍である。ここで，限界熱流束Ｑｃｈｆの評価式は式１に限るものではなく，熱伝達の体系，流体の種類や雰囲気条件によって適切なものを選択し良い。例えば，非特許文献３ではプール沸騰体系の場合，壁面の傾斜角０度から５度の限界熱流束Ｑｃｈｆは３００ｋＷ／ｍ２であり，垂直平板（傾斜角９０°）では非特許文献４に記された評価式を用いると限界熱流束Ｑｃｈｆは１４００ｋＷ／ｍ２である。

（式１）Ｑｃｈｆ（ｋＷ／ｍ２）＝５００＋１３．３×Θ （０°＜Θ＜１５°），
Ｑｃｈｆ（ｋＷ／ｍ２）＝５４０＋１０．７×Θ （１５°＜Θ＜９０°）

【0007】

図３に，コアキャッチャー壁を挟んで冷却水からデブリにわたる温度プロファイルを示す。温度の高低を上下方向で表現する。ここで，Ｌはコアキャッチャー壁厚さ（ｍ），Ｔｄはデブリ温度（Ｋ），Ｔｉはコアキャッチャー壁内表面温度（Ｋ），Ｔｏはコアキャッチャー壁外表面温度（Ｋ），Ｔｍはコアキャッチャー壁の融点（Ｋ），Ｔｗは冷却水温度（Ｋ），ΔＴは沸騰熱伝達の壁面過熱度（Ｋ），Ｑｂは沸騰熱伝達の熱流束（Ｗ／ｍ２），Ｑｃは熱伝導の熱流束（Ｗ／ｍ２），Ｑｎはデブリが液状の場合は自然対流熱伝達の熱流束（Ｗ／ｍ２），デブリが固体の場合は熱伝導の熱流束（Ｗ／ｍ２）を表す。冷却水からコアキャッチャー壁外表面には沸騰熱伝達で熱が伝わり，外表面温度Ｔｏは，水温より過熱度ΔＴだけ高い値となる。コアキャッチャー壁内部は熱伝導で熱が伝わる。デブリからコアキャッチャー壁内表面には，デブリが液状の場合は自然対流熱伝達で，デブリが固体の場合は熱伝導で熱が伝わる。水は比熱と蒸発潜熱が大きく熱伝達良が良好なため，熱伝達量はコアキャッチャー壁外表面の沸騰熱伝達が支配的である。この伝熱体系で熱伝達量がバランスし，準定常状態になった時点で熱流束Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｎは等しくなる。

【0008】

熱流束Qｃとコアキャッチャー壁の外表面温度Ｔｏ，コアキャッチャー材の熱伝導率Ｒと融点Ｔｍが与えられると熱伝導の式（式２）にしたがって，内表面温度が融点に達する壁面厚さＬが求められる。式２は，一般的な壁面の熱伝導の式を変形したものである。

（式２）Ｌ＝Ｒ×（Ｔｍ−Ｔｏ）／Ｑｃ

上式は，初期のコアキャッチャー壁厚さＬを厚くすると，Ｑｃが減少し（Ｑｃが変わらないと仮定するとコアキャッチャー壁内表面温度Ｔｉの上昇と等価），デブリを受け止めたコアキャッチャー内壁面が融点を越えて溶融して壁の厚さが減肉することを示している。式の形から熱伝導率の高い材質ほど，熱流束が低いほど減肉量が少なく内壁面溶融後の壁は厚くなる。コアキャッチャー外表面の熱流束が限界熱流束に達して膜沸騰に移行しない限り，式２に示した温度のバランスは保たれる。

【0009】

図２に示した熱流束分布を式２に当てはめると，コアキャッチャーの断面は，図４に示すように底部３０度までは比較的厚く（図４の領域Ａ），３０度を超えると側壁部が薄くなる（図４の領域Ｂ）。コアキャッチャーが健全である最少厚さは，熱流束が限界熱流束に達する時の値であり，且つ式２から熱流束が高いほど最少厚さは薄くなる。例えば，ステンレス材のコアキャッチャーでは傾斜角９０度で限界熱流束１５００ｋＷ／ｍ２，外表面温度４００Ｋ（冷却水との過熱度３０℃を仮定），ステンレス材の熱伝導率１６Ｗ／ｍＫ，ステンレス材の融点１７００Ｋを代入すると，傾斜角９０度のコアキャッチャー壁面の減肉後の厚さは，式２から約１４ｍｍになる。一方，底部では傾斜角０度で限界熱流束５００ｋＷ／ｍ２を代入すると約４２ｍｍである。この厚さ分布は，図２に示したように壁面の熱伝達量が傾斜角０度と９０度で約３．５倍の差であることから，限界熱流束以下の条件を含み，壁の厚さは底部と側壁部で約３〜３．５倍の差が生じると考えられる。

【0010】

以上の評価から，外周を冷却水で満たしたコアキャッチャーでは壁の材質がステンレスのケースで側壁部が最小で２０ｍｍ以下に減肉するため，融点に近い高温時に重量百数十トンの炉心全量を保持するケースを想定すると，壁面の補強が必要と考えられる。
このような課題に対して，特許文献２ではペデスタル空間に上部支持のコアキャッチャーを設け，デブリによる容器の膨張とクリープ変形を許容し，自由端である容器下部空間で変形を吸収する。しかし，コアキャッチャーの側壁部が減肉した状態でデブリの重量によって下方に引張り応力が掛かるため，側壁部のさらなる減肉や破断が発生する可能性がある。
一般に，このような減肉の進展や側壁部の破断防止の補強対策として，側壁部を非特許文献５に示すようなリブ構造とすることが有効である。特に，コアキャッチャーの補強では，側壁の減肉部の形状が縦断面の高さ方向の一部（鉛直軸からの傾斜角が３０度より上方）に生じるため縦リブが有効であるとともに，減肉と温度上昇によるコアキャッチャー壁の周方向の伸びを支えるため，横リブも必要である。

【0011】

図５は，壁面の荷重を支えるため縦リブを取り付けた場合の壁の水平断面図を示す。図３を用いて説明したように，リブの接合による壁厚さの増加は式２で壁面厚さＬを増加させた場合と同様であり，除熱熱流束に対して壁が厚いと図５（１）に示すようにデブリの熱が通過する壁厚さが見かけ上増加する（破線は冷却水に接する壁面に対する減肉後の壁厚さに相当する距離を示す）。その結果，図５（２）に示すように内壁面の減肉で欠損が生じ，コアキャッチャーの壁面強度の低下に繋がる可能性がある。
横リブを取り付けた場合，縦リブ同様に内壁面の減肉で欠損が生じるだけでなく，図１に示したような発生蒸気の浮力等による密度差を駆動力とする外壁面に沿った上昇流が，横リブが障害物となって阻止される。このため，横リブ後流部分の壁の冷却が阻害され，壁面の熱伝達形態が膜沸騰に移行して，壁が溶融破損する可能性がある。
コアキャッチャー壁外側に満たされた冷却水の流動は，図１に示したように底部での核沸騰によって発生した蒸気が，微傾斜の底部から壁面に沿って傾斜角の大きな側面に徐々に移動し，さらなる核沸騰蒸気を加えて浮力によって加速された流れに乗って上方に抜ける。このような流動状態に対して底部から縦リブを設けると，半球最下点で縦リブが交差するため，交差するリブの頂点に仕切られた空間が形成される。底部で発生した蒸気が交差するリブの開放側に移動する場合は問題ないが，交差するリブの頂点側に移動して滞留して蓄積すると限界熱流束の低下を招き膜沸騰に遷移する可能性がある。膜沸騰への繊維は前述のように，コアキャッチャー壁の溶融，減肉に繋がる。

【0012】

次に特許文献３では，耐熱部材と断熱部材によってデブリの断熱性が高まるため，他に冷却源が無ければ崩壊熱によってデブリ温度が上昇する。また，耐熱部材と断熱部材が重なって壁が厚くなるため，式２に示した特性に従って，崩壊熱に相当する除熱熱流束に対応して内壁温度が耐熱部材と断熱部材を配置しないケースより高まる。耐熱材に接するデブリ温度が耐熱部材の融点に達すると耐熱部材が溶融し，続いて耐熱性のない断熱部材と外層部材が溶融する。また，断熱部材の融点が低い場合は，耐熱部材の溶融より先に断熱部材が溶融する可能性もある。
デブリのような気化温度の高い発熱物質を保持する場合，耐熱材で断熱しても除熱量が発熱量にバランスしない限り温度が上昇して，耐熱材が溶融し，壁面の熱負荷が高くなる。また，壁を厚くしても除熱量と発熱量がバランスする内外壁温度になるまで壁が溶融するため，準定常的な壁厚さが部材の熱伝導率等の物性に依存する最小値を超えることは無い。このため，断熱するよりむしろデブリ温度が下がるように除熱を促進する方法や，犠牲材の溶融にデブリの熱を消費させる方法が有効である。
一方，デブリの落下時や，準定常的な熱バランスに到達するまでの過渡的な状態においては，初期のデブリ温度が高い場合，コアキャッチャー壁面の加熱量が図３を用いて説明した準定常的な除熱量を超えることがある。これによって，壁厚さが除熱量と発熱量のバランスに基づく値より薄くなる可能性がある。このような過渡的な壁面の加熱を防止する必要もある。

【0013】

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、原子炉格納容器内に設置する外面冷却型のコアキャッチャーにおいて，高温のデブリを受け止めた場合に，コアキャッチャーの壁面を確実に冷却するとともに，デブリの侵食に対して壁の構造強度を確保することによって，デブリの格納容器床面への落下を防止して格納容器の破損を防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記目的を達成するために本発明のコアキャッチャーは、デブリの熱負荷を受けるコアキャッチャー壁面と，その外壁面に接合しデブリの壁への荷重を支える縦リブで構成される。
コアキャッチャー壁接合部分の縦リブ周方向厚さが，コアキャッチャー壁厚さより薄くし，好ましくは式２で計算される限界熱流束に対応した減肉後のコアキャッチャー壁厚さより薄くする。
コアキャッチャー外壁面と間隙を介して縦リブを支持する横リブを設ける。
横リブ接合部分の縦リブ周方向厚さを，コアキャッチャー壁接合部分の縦リブ周方向厚さより厚くしても良い。
コアキャッチャー壁を高熱伝導率，且つ高融点，且つ高靭性の材質で構成する。具体的には，ステンレス鋼，あるいは炭素鋼，あるいはタングステン鋼，あるいはモリブデン鋼で構成する。
コアキャッチャー壁を多重構造とし，内壁を高熱伝導率，且つ高融点，且つ高靭性の材質（ステンレス鋼，あるいは炭素鋼，あるいはタングステン鋼，あるいはモリブデン鋼）で構成し，外壁を超高熱伝導率（銅，あるいは真鍮，あるいはアルミニウム）の材質で構成しても良い。
コアキャッチャー壁面の内側に，壁の材質より融点の低い犠牲材を貼り付ける。具体的には，コンクリート，あるいは二酸化ケイ素を貼り付ける。また，コアキャッチャーの内部に，壁の材質より融点の低い犠牲材を配置しても良い。具体的には，コンクリート塊，あるいは二酸化ケイ素塊を配置する。
壁面が半球状のコアキャッチャーにおいては，前記縦リブがコアキャッチャー中心の鉛直軸と半球中心軸水平面との接点を基点に，鉛直軸と３０度（経方向周長が底部から１／３）以下から９０度（上端）以上までの外壁面を接合することを特徴とする。
壁面が円筒状のコアキャッチャーにおいては，前記縦リブがコアキャッチャー上下端の底部から１／３より下方からコアキャッチャー上端までの外壁面を接合することを特徴とする。
コアキャッチャーの架台が，コアキャッチャー中心の鉛直軸と半球中心軸水平面との接点を基点に，鉛直軸と３０度以下のコアキャッチャー外壁面を支持することを特徴とする。また，コアキャッチャーの架台が前記縦リブに接合されてコアキャッチャーを支持することを特徴とする。コアキャッチャーの架台が横リブに接合されてコアキャッチャーを支持することを特徴とする。また，コアキャッチャーの架台が前記の組み合わせによって支持されることを特徴とする。
コアキャッチャー外壁面を外側に突の外折リブ形状とし，コアキャッチャー外壁面と間隙を介して外折リブ先端を支持する横リブを設けても良い。
好ましくは，縦リブ垂直面にほぼ直行する向きに，縦リブ外周側から内周側に向かって上向きの傾斜を有す導流板をコアキャッチャー外壁面に対して間隙を保持して接合しても良い。
コアキャッチャー上端に中央部が下に突の防水板を全周接合しても良く。コアキャッチャー上端に，コアキャッチャー壁上端に全周接合され横リブ上方空間にわたる導流板を設けても良い。
コアキャッチャー外壁面を外側に突の外折リブ形状とし，コアキャッチャー外壁面と間隙を介して外折リブ先端を支持する横リブを設けても良い。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、原子炉圧力容器から落下するデブリを受け止め，長期にわたって確実に冷却するとともに，原子炉格納容器床面へのデブリの落下を阻止して原子炉格納容器の破損を防止可能な，原子炉の安全性を高めるコアキャッチャーを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施例に係るコアキャッチャーとその内外の流体挙動を表す縦断面図である。

【図2】本発明の第１実施例に係るコアキャッチャー壁面の熱流束分布を表す数値グラフである。

【図3】本発明の第１実施例に係るコアキャッチャー壁内外の温度プロファイルを表す模式図である。

【図4】本発明の第１実施例に係るコアキャッチャー壁の溶融減肉挙動を表す縦断面図である。

【図5】本発明の第１実施例に係るコアキャッチャー壁とリブの溶融の相互作用を表す断面図である。

【図6】本発明の実施例に係るコアキャッチャーを適用する原子炉の概略構成を表す縦断面図である。

【図7】本発明の第１実施例に係るコアキャッチャーの外観を表す鳥瞰図である。

【図8】本発明の第１実施例に係るコアキャッチャーの構造を表す縦断面図と水平断面図である。

【図9】本発明の第１実施例に係る縦リブ形状を表す水平断面図である。

【図10】本発明の第１実施例の変形例に係る縦リブ形状を表す水平断面図である。

【図11】本発明の第２実施例に係るコアキャッチャーの構造を表す縦断面図と水平断面図である。

【図12】本発明の第３実施例に係るコアキャッチャーの構造を表す縦断面図である。

【図13】本発明の第４実施例に係るコアキャッチャーの構造を表す縦断面図である。

【図14】本発明の第４実施例の変形例に係るコアキャッチャーの構造を表す縦断面図である。

【図15】本発明の第５実施例に係るコアキャッチャー架台の構造を表す縦断面図である。

【図16】本発明の第５実施例の変形例に係るコアキャッチャー架台の構造を表す縦断面図である。

【図17】本発明の第５実施例の変形例に係るコアキャッチャー架台の構造を表す縦断面図である。

【図18】本発明の第６実施例に係る縦リブ形状を表す縦断面図と水平断面図である。

【図19】本発明の第７実施例に係る縦リブ形状を表す水平断面図である。

【図20】本発明の第８実施例に係るコアキャッチャーの構造を表す縦断面である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜第１実施例＞
図６は、本実施例に係るコアキャッチャーを適用する原子炉の一構成例の概略構成を表す縦断面図である。図６では、沸騰水型原子炉を例示している。以下、本発明を沸騰水型原子炉に適用した場合を説明するが、本発明は、加圧水型原子炉等の軽水炉、高速増殖炉、新型転換炉、高温ガス炉など他の型式の原子炉に対しても適用可能である。

【0018】

図６に示すように、原子炉４０は、原子炉圧力容器（圧力容器）１、原子炉格納容器（格納容器）４１及び原子炉建屋４２を備えている。原子炉建屋４２は、格納容器４１の外周側に格納容器４１を取り囲むように設けられている。格納容器４１内に、圧力容器１が格納されている。

【0019】

圧力容器１は、炉心シュラウド５５を収納している。炉心シュラウド５５内には、複数の燃料集合体５６が装荷された炉心５０が格納されている。複数の燃料集合体５６の下端部は炉心支持板５７により支持され、上端部は上部格子板５８により保持されている。燃料集合体５６は、核燃料物質として、例えば、ウラン燃料のペレットをジルカロイ製の被覆管内にその軸方向に複数充填した燃料棒を有している。圧力容器１内の炉心５０の下方には、複数の制御棒案内管５９が設けられている。各制御棒案内管５９内には、燃料集合体５６間に出し入れされて原子炉出力を制御する制御棒６０が設けられている。圧力容器１の下鏡６１には、制御棒駆動機構（不図示）を収容する複数の制御棒駆動機構ハウジング５が取り付けられている。

【0020】

格納容器４１は、気密性を有するように円筒状に形成されている。格納容器４１の上部には、上蓋４３が取り外し可能に取り付けられている。格納容器４１は、冷却水が充填された圧力抑制プールを有する圧力抑制室（ウェットウェル）４５等を備えている。格納容器４１の内部には、ドライウェル４４、格納容器下部空間２などが設けられている。ドライウェル４４は、圧力容器１等を取り囲むように設けられている。格納容器下部空間２は、圧力容器１の下方に設けられ、複数の制御棒駆動機構ハウジング５等を収容している。ドライウェル４４と格納容器下部空間２は、格納容器４１の底部に形成されたコンクリート製の格納容器床面（床面）３から上方向に立設する筒状のペデスタル６２により区画されている。格納容器４１における圧力容器１の下方の床面３にはコアキャッチャー１０が配置されている。以下、コアキャッチャー１０について説明する。

【0021】

図７は本発明のコアキャッチャーの外観を表す鳥瞰図，図８はコアキャッチャーの構造を表す縦断面図（Ａ−Ａ‘縦断面）と水平断面図（Ｂ−Ｂ‘水平断面），図９は縦リブ形状を表す水平断面図である。
本実施例では，図７に示すようにデブリＤ１を受け止めるコアキャッチャー１０は，半球状のコアキャッチャー壁１１と，その壁面に接合された縦リブ１２と，コアキャッチャー壁１１に対して間隙１４を介し縦リブ１２の外周側に接合された横リブ１３で構成される。横リブ１３の構成上の要点は，コアキャッチャー壁１１に接触していないことである。ここで，縦リブ１２と横リブ１３の本数は特に限定するものではなく，デブリＤ１を受け止めた後のコアキャッチャー壁１１の熱負荷と構造強度を評価して必要数を決めて良い。

【0022】

図８の縦断面図に示すように、縦リブ１２はコアキャッチャー１０中心の鉛直軸と半球中心軸水平面との接点を基点に，鉛直軸と３０度（経方向周長が底部から１／３）のコアキャッチャー壁１１外表面から，９０度（上端）以上までの外面に連続的に接合されている。縦リブ１２によって，図２と図４を用いて説明した傾斜角３０度以上の壁面での溶融，減肉によるコアキャッチャー壁１１の構造強度の低下が補われるため，デブリＤ１を保持する機能が保たれる。一方，溶融，減肉によって，コアキャッチャー壁１１にはデブリＤ１の熱と荷重によって周方向に伸びる応力が発生する。これに対して横リブ１３が縦リブ１２を介してコアキャッチャー壁１１を支持しているため，コアキャッチャー壁１１の周方向の伸びが防止される。
縦リブ１２によって傾斜角３０度以上のコアキャッチャー壁１１外側の冷却水Ｗ１の流動径路は縦方向に制限されるが，図１で説明したようにコアキャッチャー壁１１の外表面に沿った冷却水Ｗ１の流れが沸騰蒸気の浮力に駆動された縦方向の流れであるため，コアキャッチャー壁１１の外面冷却への影響は少ない。
コアキャッチャー壁１１の底部外表面では，沸騰蒸気の浮力のベクトルが壁表面と交差するため蒸気の流速が遅くコアキャッチャー壁１１底部外表面に滞留し易くなる。底部外表面に障害物があると，滞留蒸気が抜けにくくなって膜沸騰に遷移する可能性があるが，本実施例では，縦リブ１２接合箇所を傾斜角３０°以上に制限してコアキャッチャー壁１１の底部外表面を障害物の無い構造にすることによって，底部外表面からの蒸気の移動を円滑にしている。

【0023】

また，図９（１）の水平断面に示すように，コアキャッチャー壁１１の外表面から破線で示す距離が冷却水Ｗ１の冷却で壁面温度がコアキャッチャー壁１１の融点に保たれる範囲である。縦リブ１２をコアキャッチャー壁１１厚さより薄くすることによって，縦リブ１２両面からの冷却で図９（２）に示すコアキャッチャー壁１１の溶融，減肉による欠損Ｃ１が緩和されるとともに，縦リブ１２は伝熱フィンとしても機能するため，コアキャッチャー壁１１の縦リブ１２接合部での溶融，減肉が防止される。

【0024】

図１０は，第１実施例の変形例に係る縦リブ形状を表す水平断面図である。上記の溶融，減肉を防止するため縦リブ１２を薄くする必要があるが，縦リブ１２の強度が低下する課題がある。これに対して間隙１４の幅を狭める方法があるが，間隙１４を極端に狭くした場合，冷却水Ｗ１の流動が阻害される可能性がある。本実施例の変形例は，図１０に示すように，縦リブ１２の形状をコアキャッチャー壁１１の接合部では薄く，横リブ１３側では厚くしたものである。これによって，図５に示したコアキャッチャー壁１１の欠損を起こすことなく，縦リブ１２の構造強度が高まる。図１０（１）は縦リブ１２の中間から厚さを増加させた例であり，図１０（２）は縦リブ１２の厚さを段階的に変えた例である。

【0025】

コアキャッチャー壁１１の材質は，高熱伝導率，且つ高融点，且つ高靭性の材質が適しており，ステンレス鋼，あるいは炭素鋼，あるいはタングステン鋼，あるいはモリブデン鋼で構成する。例えば，ステンレス鋼を用いた場合，式１で計算した傾斜角９０度の位置の熱流束とステンレスの物性値，大気圧の冷却水条件に基づくコアキャッチャー壁１１の外表面温度を式２に代入すると減肉後の壁厚さは約１５ｍｍである。また，炭素鋼を用いた場合は，約４０ｍｍである。

【0026】

以上の本実施例によれば，炉心が溶融し原子炉圧力容器が破損するようなシビアアクシデント時に，原子炉圧力容器から落下した炉心溶融物（デブリ）を冷却，保持する外面冷却型のコアキャッチャーにおいて，コアキャッチャーの壁面を確実に冷却するとともに，デブリの熱による壁の溶融，減肉対してコアキャッチャー壁の構造強度を確保することが出来る。これによって，デブリの格納容器床面への落下を防止して格納容器の破損を防止できるため，原子炉の安全性が向上する。

【0027】

＜第２実施例＞
本発明の第２実施例について，図１１を参照して詳細に説明する。図１１は，本発明の第２実施例のコアキャッチャーの構造を表す縦断面図（Ａ−Ａ‘縦断面）と水平断面図（Ｂ−Ｂ‘水平断面）である。本実施例では，デブリＤ１を受け止めるコアキャッチャー１８は，円筒状のコアキャッチャー壁１９と，その壁面に接合された縦リブ２０と，コアキャッチャー壁１９に対して間隙２２を介し縦リブ２０の外周側に接合された横リブ２１で構成される。ここで，縦リブ２０と横リブ２１の本数は特に限定するものではなく，デブリＤ１を受け止めた後のコアキャッチャー壁１９の熱負荷と構造強度を評価して必要数を決めて良い。形状を円筒状にすることによって，角部が生じるものの，デブリの保持量が増加する。また，デブリ保持量は同じであれば，コアキャッチャーの高さや，直径を縮小できる。

【0028】

図１１の縦断面図に示すように、縦リブ２０はコアキャッチャー１８の側壁に接合されるが，受け止めたデブリＤ１の熱負荷が大となるケースはデブリが大量に落下した場合の側壁の上部であり，図２に示した熱流束増加が生じる半球形状の３０°より上方の位置を円筒形状に適用すると，縦リブ２０はコアキャッチャー壁１９の上端からコアキャッチャー壁１９底部から全高の１／３の高さより下方を接合すればよい。縦リブ２０によって，図２と図４を用いて説明したコアキャッチャー壁１９上部の溶融，減肉による構造強度の低下が補われるため，デブリＤ１を保持する機能が保たれる。一方，溶融，減肉によって，コアキャッチャー壁１９にはデブリＤ１の熱と荷重によって周方向に伸びる応力が発生する。これに対して横リブ２１が縦リブ１９を介してコアキャッチャー壁１９を支持しているため，コアキャッチャー壁１１の周方向の伸びが防止される。
縦リブ２０によってコアキャッチャー壁１９外側の冷却水Ｗ１の流動径路は縦方向に制限されるが，図１で説明したようにコアキャッチャー壁１１の外表面に沿った冷却水Ｗ１の流れが沸騰蒸気の浮力に駆動された縦方向の流れであるため，縦リブ２０によるコアキャッチャー壁１９の外面冷却への影響は少ない。
コアキャッチャー壁１９の底部外表面では，底部外表面に障害物があると，滞留蒸気が抜けにくくなって膜沸騰に遷移する可能性があるが，本実施例では，縦リブ２０の接合箇所をコアキャッチャー壁１９の側面に制限してコアキャッチャー壁１９の底部外表面を障害物の無い構造にしているため，底部外表面からの蒸気の移動が円滑になる。

【0029】

以上の本実施例によれば，第１実施例の効果に加えて，コアキャッチャーを小型化できるので，設置の自由度が向上するとともに，経済性が向上する。

【0030】

＜第３実施例＞
本発明の第３実施例について，図１２を参照して詳細に説明する。図１２は，本発明の第３実施例に係るコアキャッチャーの構造を表す縦断面図である。デブリＤ１を受け止めるコアキャッチャー１０は，半球状のコアチャッチャー内壁２３とその外表面に接合されたコアチャッチャー外壁２４の多重壁と，コアチャッチャー外壁２４に接合された縦リブ２５と，コアチャッチャー外壁２４に対して図示しないが図８と同様に間隙を介し縦リブ２５の外周側に接合された横リブ２６で構成される。本実施例では，コアチャッチャー内壁２３に第１実施例と同様の高熱伝導率，且つ高融点，且つ高靭性の材質を用い，コアチャッチャー外壁２４に超高熱伝導率の材質，具体例として銅，あるいは真鍮，あるいはアルミニウムを用いる。
コアチャッチャー外壁２４の材質は，融点が低いため直接コアチャッチャー内壁２３に用いると壁の過渡的な温度上昇時に溶融し易くなる。一方，熱伝導率が高いため，デブリからの熱流束に対して融点を越えない限り減肉後の壁厚さが熱伝導率に比例して厚くなる。コアチャッチャー外壁２３は高融点であるため，これらの壁の材質を組み合わせることによって，過渡的な温度上昇に対応可能で，且つ壁を厚肉化による構造強度の向上が期待される。

【0031】

コアチャッチャー内壁２３の厚さは，式１で計算した熱流束用い，式２でコアキャッチャー壁外表面温度Ｔｏをコアチャッチャー外壁２４の材質の融点以下の温度（仮にＴｘとする）に置き換えて計算し求める。コアチャッチャー外壁２４の厚さは，同様に式１で計算した熱流束用い，式２でコアキャッチャー壁の融点Ｔｍを上記の温度Ｔｘに置き換えて計算し求める。上記の手順で得られたコアチャッチャー内壁２３の厚さは，第１実施例と同様の高熱伝導率，且つ高融点，且つ高靭性の材質を用いた場合より薄くなるが，コアチャッチャー外壁２４の厚さが熱伝導率に比例して厚くなるため，内壁と外壁を合計したコアチャッチャー壁の厚さは，第１実施例のケースより厚くなる。
例えば，コアチャッチャー内壁２３にステンレス鋼（熱伝導率１６Ｗ／ｍＫ）を，コアチャッチャー外壁２４に真鍮（熱伝導率１０６Ｗ／ｍＫ）を用いた場合，温度Ｔｘを１１４０Ｋとすると，第１実施例と同条件で式２で計算するとコアチャッチャー内壁２３の減肉後の壁厚さは約５ｍｍ，コアチャッチャー外壁２４の壁厚さは約５０ｍｍであり，合計したコアチャッチャー壁の厚さは５５ｍｍに増加する。本実施例は，半球形状のコアキャッチャーに限らず，第２実施例に示した円筒状のコアキャッチャーにも適用可能である。
なお，コアチャッチャー壁の過渡的な温度上昇による影響を無視し，超高熱伝導率の材質の壁における式１に示したような熱流束の評価式を得て，式２で求めた壁厚さで構造強度的成立性を評価できれば，第１実施例のコアチャッチャー壁１１を超高熱伝導率の材質のみで構成可能である。

【0032】

以上の本実施例によれば，第１実施例の効果に加えて，コアキャッチャーの壁厚さを増加できるので構造強度が確保され，デブリの格納容器床面への落下を防止して格納容器の破損を防止する性能が高まるため，原子炉の安全性が向上する。

【0033】

＜第４実施例＞
本発明の第４実施例について，図１３と図１４を参照して詳細に説明する。図１３と図１４は，本発明の第４実施例に係るコアキャッチャーの構造を表す縦断面図である。デブリＤ１を受け止めるコアキャッチャー１０は，半球状のコアチャッチャー壁１１とその内表面に設置された犠牲材２７と，コアチャッチャー壁１１に接合された縦リブ１２と，コアチャッチャー壁１１に対して図示しないが図８と同様に間隙を介し，縦リブ１２の外周側に接合された横リブ１３で構成される。本実施例では，コアチャッチャー壁１１に第１実施例と同様の高熱伝導率，且つ高融点，且つ高靭性の材質を用い，犠牲材２７にコアチャッチャー壁１１の材質より低融点の材質，具体例としてコンクリート，二酸化ケイ素等を用いる。

【0034】

崩壊熱を連続的に放出しているデブリＤ１に対するコアキャッチャー壁１１の温度上昇を防止するためには，外部冷却の冷却水Ｗ１への除熱量を増加させることと，デブリ自体の温度を下げることが有効である。例えば，耐熱材を用いて一時的にデブリＤ１からコアキャッチャー壁１１への伝熱量を減少させることはできるが，放熱できなかったデブリＤ１の崩壊熱がデブリ自体の温度を上げることなる。デブリＤ１の温度が上昇して耐熱材が溶融すると，コアキャッチャー壁１１は高温のデブリＤ１の熱に晒される。したがって，コアキャッチャー壁１１より融点の低いコンクリートや二酸化ケイ素等の犠牲材をデブリＤ１に接触させてその熱容量と溶融潜熱でデブリの温度を下げることが有効である。
犠牲材２７の溶融中も熱伝導でコアキャッチャー壁１１にデブリＤ１の熱が伝わり，さらにコアキャッチャー壁１１外表面から冷却水Ｗ１に熱が伝わり除熱される。犠牲材２７が溶融した後は，温度の下がったデブリＤ１とコアキャッチャー壁１１の間の熱伝達で，式２で計算される厚さまでコアキャッチャー壁１１は溶融する。この時にも，壁面の溶融潜熱相当の除熱でデブリＤ１の温度は低下する。その後は，デブリＤ１とコアキャッチャー壁１１で崩壊熱相当の除熱が継続するため，コアキャッチャー壁１１は高温のデブリＤ１によって過渡的な溶融が生じることなく，コアキャッチャー壁１１の健全性が保たれる。

【0035】

図１４は，図１３のコアチャッチャー壁１１内表面に設置された犠牲材２７に加えて，コアキャッチャー１０の内部にも犠牲材２７ａを配置した例である。犠牲材２７ａの体積の上限は，デブリＤ１の最大落下体積を基に犠牲材２７ａ溶解後のデブリＤ１の上面１７がコアキャッチャー１０の上面を越えないように設定される。犠牲材２７ａの形状は，デブリ落下時の衝撃で飛散しないように，相互接触で拘束された構造，例えばテトラポット形状とすることが好ましい。本実施例は，半球形状のコアキャッチャーに限らず，第２実施例に示した円筒状のコアキャッチャーにも適用可能である。
以上の本実施例によれば，第１実施例の効果に加えて，デブリ温度を低下させるとともに継続的な外部冷却の冷却水への除熱が続くため，コアキャッチャー壁の構造強度が確保され，デブリの格納容器床面への落下を防止して格納容器の破損を防止する性能が高まり，原子炉の安全性が向上する。

【0036】

＜第５実施例＞
本発明の第５実施例について，図１５から図１７を参照して詳細に説明する。図１５から図１７は，本発明の第５実施例に係るコアキャッチャーの架台構造を表す縦断面図である。半球状のコアキャッチャー１０は，コアキャッチャー１０中心の鉛直軸と半球中心軸水平面との接点を基点に，鉛直軸と３０度以下のコアキャッチャー壁１１外表面にコアキャッチャー壁支持部２９を接した架台２８によって床面に設置される。図４を用いて説明したように，コアキャッチャー壁１１の断面は，底部３０度までは比較的厚く（図４の領域Ａ），上記基点から３０度を超えると側壁部が薄くなる（図４の領域Ｂ）。また，図５を用いて説明したように，コアキャッチャー壁１１外表面に部材が接触すると，熱抵抗になって壁の減肉が進む特徴がある。この影響は壁厚さの薄い上記基点から３０度を超える側壁部で大きいため，図１５に示すように架台の取り付けは上記基点から３０度以下の箇所に点支持することが有効である。コアキャッチャー壁支持部２９の数は，コアキャッチャー壁１１の構造強度を計算した上で，適切な間隔，個数とすることが好ましい。

【0037】

一方，壁面へのコアキャッチャー壁支持部２９の接触は熱抵抗上好ましくないが，縦リブや横リブを支持部とすることは，リブが壁面の支持部材で強度を有することから適切である。図１６は架台２８のコアキャッチャー壁支持部２９を縦リブ１２に取り付けた例であり，図１７は架台２８のコアキャッチャー壁支持部２９を縦リブ１２と横リブ１３の両方に取り付けた例である。
本実施例の架台は，半球形状のコアキャッチャーに限らず，第２実施例に示した円筒状のコアキャッチャーにもおいて，架台２８の取り付け箇所を円筒状のコアキャッチャー壁１９の底部から全高の１／３の高さより下方と，底部の外表面，及び縦リブ２０と横リブ２１とすることにより適用可能である。

【0038】

以上の本実施例によれば，第１から第４の実施例の効果に加えて，コアキャッチャー壁の強度を保ちながらコアキャッチャー内のデブリを床面で支持できるので，構造強度が確保され，デブリの格納容器床面への落下を防止して格納容器の破損を防止する性能が高まり，原子炉の安全性が向上する。

【0039】

＜第６実施例＞
本発明の第６実施例について，図１８を参照して詳細に説明する。図１８は，本発明の第６実施例に係る縦リブ形状を表す縦断面図と水平断面図である。第１から第５実施例に示したコアキャッチャー壁１１，縦リブ１２，横リブ１３の構成において，縦リブ１２の接合面に直行する板面に，縦リブ１２外周側から内周側に向かって上向き傾斜を有す導流板３０を，コアキャッチャー壁１１の外表面に対して間隙を保持して接合する。図２で説明したように，縦リブ１２によってコアキャッチャー壁１１が冷却水Ｗ１に直接接触しない面があり，縦リブ１２とコアキャッチャー壁１１が交差する隅部領域Ｒ１での冷却が不十分であると，コアキャッチャー壁１１の内側に欠損部分Ｃ１が生じる可能性がある。本実施例では，縦リブ１２に沿って間隙２２を上昇してきた冷却水Ｗ１の流れの向きを導流板３０によって曲げ，隅部領域Ｒ１の冷却水の流れＷ２を増加する。これによって，縦リブ１２接合部近傍のコアキャッチャー壁１１が十分に冷却され，コアキャッチャー壁１１内側の局所の減肉による欠損を防止できる。

【0040】

以上の本実施例によれば，第１から第５の実施例の効果に加えて，コアキャッチャー壁の構造強度が確保され，デブリの格納容器床面への落下を防止して格納容器の破損を防止する性能が高まり，原子炉の安全性が向上する。

【0041】

＜第７実施例＞
本発明の第７実施例について，図１９を参照して詳細に説明する。図１９は，本発明の第７実施例に係る縦リブ形状を表す水平断面図である。第１から第６実施例に示したコアキャッチャー壁１１，横リブ１３の構成において，縦リブ３１をコアキャッチャー壁１１の一部を外側に突の外折リブ形状とし，コアキャッチャー壁１１外表面と間隙２２を介して外折部先端を点支持する横リブ１３を設ける。縦リブ３１の外折部先端は，横リブ１３表面の接合部３２にスポット接合する。スポット接合であるので，コアキャッチャー壁１１内表面に欠損が生じ難い。また，コアキャッチャー壁１１と縦リブ３１を一体構造とすることによってコアキャッチャー壁１１の強度が増すとともに，デブリＤ１の熱によるコアキャッチャー壁１１の変形を外折部の空間Ｒ２で吸収できるので，コアキャッチャーの変形が防止される。本実施例では，図５（２）の欠損と異なり，コアキャッチャー壁１１に欠損が生じず，壁の連続した構造が保たれる。

【0042】

以上の本実施例によれば，第１から第６の実施例の効果に加えて，コアキャッチャーの変形を防止できるので，デブリの格納容器床面への落下を防止して格納容器の破損を防止する性能が高まり，原子炉の安全性が向上する。

【0043】

＜第８実施例＞
本発明の第８実施例について，図２０を参照して詳細に説明する。図２０は，本発明の第８実施例に係るコアキャッチャーの構造を表す縦断面図である。第１から第７実施例において，コアキャッチャー１０は，半球状のコアチャッチャー壁１１と，コアチャッチャー壁１１に接合された縦リブ１２と，コアチャッチャー壁１１に対して図示しないが図８と同様に間隙を介し，縦リブ１２の外周側に接合された横リブ１３で構成される。本実施例では，コアチャッチャー壁１１の上端に複数の貫通孔３３を設けた円筒状の支持壁３４を取り付け，支持壁３４の上端にコアキャッチャー１０の中心方向に負の傾斜を有する漏斗状の導流板３６を設ける。導流板３６は，その上端の鉛直下方の投影円が横リブ１３の外縁より外側を通り，上端の鉛直下方の投影円がコアチャッチャー壁１１内表面より内側を通るような形状と寸法をとる。また，貫通孔３３はその上縁高さが導流板３６の下端より高くなるように穿たれる。

【0044】

コアチャッチャー壁１１の上部より上方で，且つ貫通孔３３の下縁より下方にコアキャッチャー１０の上部全面を覆う逆円錐形状の防水板３５を設ける。防水板３５の円縁は全周をコアチャッチャー壁１１，あるいは支持壁３４に接合する。防水板３５は軽量材で製作し，その最小強度は防水板３５の円錐内から貫通孔３３の高さまで水が溜まっても保持可能なように，寸法，構造，材質を設定する。最大強度は防水板３５の円錐空間にデブリが溜まった状態で防水板３５がデブリ重量や熱負荷で破損，あるいは溶融するように構造，材質を設定する。

【0045】

原子炉圧力容器１からデブリが落下した場合に，コアキャッチャー１０の中央ではなく周辺部にデブリが落下すると，本発明のコアチャッチャー壁１１と横リブ１３の図示しない間隙１４を落下デブリが塞ぎ，冷却水Ｗ１のコアチャッチャー壁１１外表面に沿った流動が阻害される可能性がある。コアチャッチャー壁１１の冷却が不十分になると，壁面の減肉による破損が生じる。導流板３６は，コアチャッチャー壁１１と横リブ１３を全周にわたって覆う設置位置とその表面の傾斜によって，落下デブリをコアチャッチャー１０の内部に導く機能を有す。
一方，コアキャッチャー１０は上部開放で下部が密閉構造であるため，原子炉運転中の格納容器下部空間２に落下する蒸気凝縮水等の水が溜まる場合がある。シビアアクシデント時に原子炉圧力容器１から落下したデブリがコアキャッチャー１０内の水中に落下すると水温と雰囲気圧力の条件によっては，水蒸気爆発の発生を想定する必要がある。本実施例のコアキャッチャー１０では，防水板３５とコアチャッチャー壁１１，支持壁３４で囲まれる空間で蒸気凝縮水を溜め，さらに増加した水を貫通孔３３からコアキャッチャー１０の外に排水できる。デブリ落下時は，防水板３５の円錐空間にデブリが溜まった時点で防水板３５が破損，あるいは溶融してコアキャッチャー１０内にデブリが落下する。これによって，デブリ落下開始時の水蒸気爆発を防止するとともに，コアキャッチャー１０によるデブリ保持機能を確保できる。

【0046】

以上の本実施例によれば，第１から第７の実施例の効果に加えて，コアキャッチャー内に溜まった水へのデブリ落下による水蒸気爆発を防止できるので，デブリの格納容器床面への落下を防止して格納容器の破損を防止する性能が高まり，原子炉の安全性が向上する。

【0047】

上述した第１〜８実施例では、原子炉圧力容器から格納容器床面に落下するデブリを受け止めるコアキャッチャーの例を示した。しかし，本発明の本質は高温の熱流体を容器構造に確実に保持することであり，本発明は原子炉圧力容器の下部構造や，格納容器の底部構造にも応用可能である。

【符号の説明】

【0048】

１・・・原子炉圧力容器
２・・・格納容器下部空間
３・・・格納容器床
５・・・制御棒駆動機構ハウジング
１０・・・コアチャッチャー
１１・・・コアチャッチャー壁
１２・・・縦リブ
１３・・・横リブ
１４・・・間隙
１５・・・縦リブ
１６・・・縦リブ
１７・・・デブリ上面
１８・・・コアキャッチャー
１９・・・コアチャッチャー壁
２０・・・縦リブ
２１・・・横リブ
２２・・・間隙
２３・・・コアチャッチャー内壁
２４・・・コアチャッチャー外壁
２５・・・縦リブ
２６・・・横リブ
２７、２７ａ・・・犠牲材
２８・・・架台
２９・・・コアキャッチャー壁支持部
３０・・・導流板
３１・・・縦リブ
３２・・・接合部
３３・・・貫通孔
３４・・・支持壁
３５・・・防水板
３６・・・導流板
４０・・・原子炉
４１・・・原子炉格納容器
４２・・・原子炉建屋
４３・・・原子炉格納容器上蓋
４４・・・ドライウェル
４５・・・圧力抑制室（ウェットウェル）
４６・・・ベント通路
４７・・・シールドプラグ
４８・・・原子炉圧力容器上蓋
５０・・・炉心
５１・・・気水分離器
５２・・・蒸気乾燥器
５５・・・炉心シュラウド
５６・・・燃料集合体
５７・・・炉心支持板
５８・・・上部格子板
５９・・・制御棒案内管
６０・・・制御棒
６１・・・下鏡
６２・・・ペデスタル
６４・・・原子炉ウェル
６５・・・ドライヤ・セパレータプール
６６・・・使用済燃料プール
６７・・・運転床
６８・・・燃料交換機
Ｗ１・・・冷却水
Ｗ２・・・冷却水の流れ
Ｒ１・・・隅部領域
Ｒ２・・・空間
Ｃ１・・・欠損部分
Ｄ１・・・デブリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】