(57)【要約】【課題】耐衝撃性及び耐熱性の双方を備えた耐熱構造体及びこれを備えた防護構造を提供する。【解決手段】金属を含む材料からなる外郭部２１と、該外郭部２１に覆われるように配置され、外部からの加熱により焼成されることで耐熱材となる流動性材料２２とから耐熱構造体を構成する。これによって外郭部２１が衝撃力Ｆに耐えるとともに、遅れて到来する高温物質３０の熱Ｈによって流動性材料２２が焼成されてなる耐熱材によって、該高温物質３０の拡散を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を含む材料からなる外郭部と、
該外郭部に覆われるように配置され、外部からの加熱により焼成されることで耐熱材となる流動性材料と、
を備えることを特徴とする耐熱構造体。
【請求項２】
前記流動性材料の焼成温度よりも前記外郭部の融点の方が高く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の耐熱構造体。
【請求項３】
前記耐熱材の耐熱温度が、前記外郭部の融点よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱構造体。
【請求項４】
前記外郭部は、壁状に形成されており、
前記流動性材料は、該外郭部の壁面に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の耐熱構造体。
【請求項５】
前記外郭部は、一方向に延在する柱状をなしており、
前記流動性材料は、前記外郭部の内部に前記一方向に延在するように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の耐熱構造体。
【請求項６】
前記外郭部は球状をなしており、
前記流動性材料は、前記外郭部に包まれるように該外郭部の内部に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の耐熱構造体。
【請求項７】
高温物質を有する施設から該高温物質の拡散を防止する防護構造であって、
請求項１から６のいずれか一項に記載の耐熱構造体を有することを特徴とする防護構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば原子力プラント等の高温物質を有する施設から該高温物質が漏洩した場合であっても、該高温物質の拡散を防止することができる耐熱構造体及びこれを備えた防護構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば高温物質として原子力発電プラント等の施設においては、シビアアクシデントが発生した場合に、高温物質、例えば炉心溶融物が外部に漏洩してしまうことが想定される。
ここで、例えば金属製の耐熱構造体を施設の防護構造として設けることで、高温物質の漏洩を防止しようとした場合、高温物質の熱によって耐熱構造体自体が溶融してしまうおそれがある。
【０００３】
これに対して、例えば特許文献１には、金属よりも耐熱性の高いセラミックにより耐熱構造体を構成し、該耐熱構造体を施設の防護構造として使用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】特開平２−６７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記施設のシビアアクシデント時には、事故当初の衝撃等により破損して飛散する施設の破片が耐熱構造体に衝突した後、時間遅れを持って高温物質が該耐熱構造体に到達すると考えられる。
しかしながら、耐熱構造体としてセラミックスからなるものを用いた場合、高温物質からの熱には耐えることができるものの、耐衝撃性については乏しいため、当初に飛来する破片の衝撃に耐えることができないおそれがある。したがって、高温物質が耐熱構造体に遅れて到達する際に、該耐熱構造体自体が破損してしまっていては、高温物質の外部への拡散を回避することができない。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、耐衝撃性及び耐熱性の双方を備えた耐熱構造体及びこれを備えた防護構造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】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係る耐熱構造体は、金属を含む材料からなる外郭部と、該外郭部に覆われるように配置され、外部からの加熱により焼成されることで耐熱材となる流動性材料と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような特徴の耐熱構造体によれば、事故当初の衝撃により飛来する施設の破片は、金属を含む材料からなる外郭部に衝突する。ここで、外郭部は例えばセラミックスよりも耐衝撃性の高い金属から形成されている。さらに、外郭部に衝撃が及んだ際には、該外郭部によって覆われた流動性材料が外郭部の変形を許容するとともに、さらに当該流動性材料による緩衝作用が発現する。これによって、事故当初に飛来する破片による外郭部の破壊を回避することができる。
また、その後に遅れて高温物質が到達した際には、金属からなる外郭部は溶融してしまうものの、該外郭部に覆われた流動性材料が高温物質から与えられる熱によって焼成される。これによって、流動性材料は耐熱材に変化するため、高温物質の熱に耐えることができる。
【０００９】
また、本発明に係る耐熱構造体においては、前記流動性材料の焼成温度よりも前記外郭部の融点の方が高く設定されていることが好ましい。
【００１０】
高温物質により外郭部が溶融する際に該外郭部に覆われた流動性材料には焼成温度より高い温度が付与される。これによって、流動性材料が焼成されて耐熱材へと変化する。したがって、外郭部の溶融後には耐熱材によって高温物質の拡散を確実に防止することができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る耐熱構造体においては、前記耐熱材の耐熱温度が、前記外郭部の融点よりも高く設定されていることを特徴とする。
【００１２】
これによって、高温物質により外郭部が溶融した際であっても、流動性材料が焼成してなる耐火材によって該高温物質の拡散を確実に防止することができる。
【００１３】
また、本発明に係る耐熱構造体は、前記外郭部は、壁状に形成されており、前記流動性材料は、該外郭部の壁面に配置されているものであることが好ましい。
【００１４】
これによって、事故当初に飛来する施設の破片に対しては外郭部によって耐えることができ、さらに、その後に到達する高温物質に対しては、該高温物質からの熱によって流動性材料が変化してなる耐熱材によって耐えることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る耐熱構造体は、前記外郭部が、一方向に延在する柱状をなしており、前記流動性材料は、前記外郭部の内部に前記一方向に延在するように配置されているものであってもよい。
【００１６】
これによって、耐熱構造体が柱状となるため、設置の自由度が拡大し、取り扱いが容易となる。また、これら柱状の耐熱構造体を隣接して設置することで、施設を覆う壁状をなす防護構造を容易に構成することができる。
【００１７】
また、本発明に係る耐熱構造体は、前記外郭部が球状をなしており、前記流動性材料は、前記外郭部に包まれるように該外郭部の内部に配置されているものであってもよい。
【００１８】
これによって、耐熱構造体が球状となるため、設置の自由度が拡大し、取り扱いが容易となる。また、この球状の耐熱構造体を、施設の防護構造の隙間に充填あるいは敷設することで、耐衝撃性・耐熱性を備えた防護構造を容易に構成することができる。
さらに、耐熱構造体の形状が球体とされたことで、入熱方向が拡大し、内部の流動性材料を確実に焼成することができる。これによって、より耐熱性に優れた耐熱材を得ることができる。
【００１９】
本発明に係る防護構造は、高温物質を有する施設から該高温物質の拡散を防止する防護構造であって、上記いずれかに記載の耐熱構造体を有することを特徴とする。
これによって、上記同様、事故当初の破片による衝撃及びこれに遅れて到達する高温物質に耐えることができ、該高温物質の拡散を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の耐熱構造体及び防護構造によれば、外郭部が事故当初に飛来する破片に耐えることができ、また、熱により流動性材料が焼成してなる耐熱材が高温物質の熱に耐えることができる。したがって、耐衝撃性及び耐熱性の双方を備える耐熱構造体及びこれを備えた防護構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る耐熱構造体を備えた防護構造の模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る耐熱構造体を備えた防護構造の斜視図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る耐熱構造体を備えた防護構造の作用を説明する横断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る耐熱構造体を備えた防護構造の模式的な縦断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る耐熱構造体の断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態の変形例に係る防護構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の第一実施形態の耐熱構造体２０及び防護構造１０ついて図１を参照して詳細に説明する。図１に示すように、防護構造１０は、例えば高温の水や蒸気（高温物質３０）が流通する原子力発電プラントや高温の液体ナトリウム（高温物質３０）が流通する高速増殖炉等の施設の周囲において、これら施設を包囲するように設けられている。
【００２３】
本実施形態の防護構造１０は、それぞれ壁状をなして、施設の側方に配置された側壁部１１、施設の上方に配置された天壁部１２、及び、施設の下方に配置された底壁部１３とからなり、これらが一体となって施設を包囲している。本実施形態では、これら側壁部１１及び天壁部１２及び底壁部１３がそれぞれ耐熱構造体２０によって構成されている。
【００２４】
耐熱構造体２０は、外郭部２１と、流動性材料２２とから構成されている。
外郭部２１は、金属を含む材料から成型されており、本実施形態では、施設を包囲するように配置された第一外郭部２１Ａと、該第一外郭部２１Ａよりも外側において該第一外郭部２１Ａと間隔をあけて該第一外郭部２１Ａ及び施設を包囲するように配置された第二外郭部２１Ｂとを有している。
【００２５】
このような外郭部２１を成型する材料としては、固体であり、延性・展性に優れ、熱伝導性を有することが好ましい。また、当該材料は、その融点が上記高温物質３０の温度よりも低いことが好ましい。
【００２６】
上記性質を満たす外郭部２１の材料としては、例えばステンレス等の一般鋼材、タングステン等の耐熱金属材が挙げられる。また、上記一般鋼材と上記耐熱金属とを重ね合わせて融点を一般鋼材より高めたものを用いることもできる。
また、当該材料としては、例えば炭素繊維等の延性・展性及び熱伝導性を有する固体にタングステン等の高融点金属を被覆することで融点を高めたものを用いてもよい。
さらに、当該材料としては、板材以外に繊維状の素材を編んだものを用いてもよい。
【００２７】
流動性材料２２は、第一外郭部２１Ａと第二外郭部２１Ｂとの間の空間に充填されるように配置されている。このような流動性材料２２は、例えば液体やスラリー等からなる流動体や、集合体が流体として振舞う粉粒体からなり、これらは外部からの加熱により焼成されることで耐熱材に変化する。
【００２８】
この流動性材料２２は、その外部、即ち、外郭部２１から伝達される熱によって、全体が一つの固体となる性質を有することが好ましい。また、一つの固体に変化する温度が、高温物質３０の温度以下とされる必要があり、さらに、一つの固体となった場合の融点は高温物質３０の温度より高い温度とされる必要がある。
【００２９】
このような性質を満たす流動性材料２２としては、例えば、セラミック原料を混ぜ合わせてスラリー状、あるいは、粉体状となったものが挙げられる。また、セラミック原料としては、該流動性材料２２が焼成された後に高い耐熱性を有する必要があるため、例えばＺｒ、Ａｌ、Ｓｉ等を成分に含む高耐熱性セラミック原料を採用することが好ましい。
【００３０】
なお、流動性材料２２の焼成温度よりも外郭部２１を成型する材料の融点の方が高く設定されているが好ましい。
さらに、流動性材料２２が焼結されてなる耐熱材（例えばセラミックス等）の耐熱温度は、外郭部２１の融点よりも高く設定されていることが好ましい。
【００３１】
次に上記構成の耐熱構造体２０を有する防護構造１０の作用について説明する。この防護構造１０は、施設のシビアアクシデント時における高温物質３０の拡散を防止することができる。
ここで、上記施設のシビアアクシデント時には、事故当初の衝撃等により破損して飛散する施設の破片が耐熱構造体２０に衝突した後、時間遅れを持って高温物質３０が該耐熱構造体２０に到達すると考えられる。
【００３２】
これに対して、本実施形態では、事故当初の衝撃により飛来する施設の破片は、金属を含む材料からなる外郭部２１に衝突する。これにより、外郭部２１には、まず当該破片による衝撃力Ｆが作用する。
この際、例えばセラミックス等よりも延性・展性に優れた材料からなる外郭部２１は、衝撃力Ｆに従って変形しようとする。さらに、外郭部２１によって覆われた流動性材料２２は、その流動性によって外郭部２１の変形を許容するとともに、さらに当該流動性材料２２による緩衝作用が発現される。これによって、外郭部２１は、変形こそするものの、衝撃力Ｆを逃がすことができるためその破損を免れることができる。
即ち、外郭部２１の高い延性・展性に加え、流動性材料２２による緩衝作用によって、事故当初に飛来する破片による外郭部２１の破壊を回避することができる。
【００３３】
また、その後に遅れて高温物質３０が外郭部２１に到達した際には、金属を含む材料からなる外郭部２１は高温物質３０から与えられる熱Ｈによって徐々に溶融していく。そして、この際、該外郭部２１に覆われた流動性材料２２は、外郭部２１の熱伝導を介して高温物質３０から与えられる熱Ｈによって焼成される。その結果、流動性材料２２は例えばセラミック等の耐熱材に変化するため、高温物質３０の熱Ｈに耐えることができる。これによって、高温物質３０の拡散を回避することができる。
【００３４】
次に、本発明の第二実施形態について図２及び図３を参照して説明する。第二実施形態において第一実施形態と同様の構成の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図２に示すように、本実施形態の防護構造４０は、複数の耐熱構造体５０から構成され、上記施設を包囲している。
【００３５】
本実施形態の耐熱構造体５０における外郭部２１は、一方向に延在する柱状をなしている。この外郭部２１の外周面における一方向に直交する断面形状が等脚台形状をなしており、その内部は外周面と同様に一方向に延在する中空状とされている。なお、外郭部２１の内周面における上記一方向に直交する断面形状は、外周面の等脚台形状を一回り小さくした等脚台形状をなしている。
【００３６】
そして、このような外郭部２１の内側、即ち、内周側に流動性材料２２が充填されている。これによって、流動性材料２２は、外郭部２１の内部において該外郭部２１と同様に一方向に延在するように配置されている。
【００３７】
第二実施形の防護構造４０における耐熱構造体５０は、それぞれ一方向、即ち、延在方向をそろえた状態で、互いに隣接するように複数配列されている。より詳細には、各耐熱構造体５０は、上記断面等脚台形状の上底又は下底を含む側面を、防護すべき施設側、あるいは施設とは反対を向くように配置されている。また、隣り合う耐熱構造体５０同士では、これら耐熱構造体５０の配列方向を向く側面、即ち、上記上底又は下底を含む側面以外の側面同士が互いに当接している。
【００３８】
次に、第二実施形態の耐熱構造体５０を備えた防護構造４０の作用について、図３を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように複数の耐熱構造体５０が配列されている状態において、シビアアクシデント時に施設の破片及び高温物質３０が該図３（ａ）の上側から到来するものとする。
【００３９】
第一実施形態で説明したように、シビアアクシデントの発生時には、図３（ｂ）に示すように、事故の衝撃等によってまず施設の破片が防護構造４０に到来する。これにより、各耐熱構造体５０に衝撃力Ｆが及んだ際には、外郭部２１は、変形こそするものの、衝撃力Ｆを逃がすためその破損を免れることができる。
【００４０】
続いて、遅れて高温物質３０が外郭部２１に到達した際には、金属を含む材料からなる外郭部２１は高温物質３０から与えられる熱Ｈによって徐々に溶融する。この際、図３（ｃ）に示すように、該外郭部２１に覆われた流動性材料２２が外郭部２１の熱伝導を介して高温物質３０から与えられる熱Ｈによって焼成される。その結果、流動性材料２２は例えばセラミックス等の耐熱材に変化する。そして、図３（ｄ）に示すように、外郭部２１が完全に溶融した後には、流動性材料２２が焼成されてなる耐熱材２５のみが残存する。この耐熱材２５が高温物質３０の熱Ｈに耐えることができるため、当該耐熱材２５によって高温物質３０を堰きとめ、該高温物質３０の拡散を回避することができる。
【００４１】
このような第二実施形態の耐熱構造体５０によれば、該耐熱構造体５０が柱状をなしているため、設置の自由度が拡大し、取り扱いが容易となる。また、これら柱状の耐熱構造体５０を隣接して設置することで、施設を覆う壁状をなす防護構造４０を容易に構成することができる。
【００４２】
次に、本発明の第三実施形態について図４〜図６を参照して説明する。第三実施形態において第一実施形態と同様の構成の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態の防護構造６０は、例えば棒状の鋼材を組み合わせることによって構成された枠体６１の間に、球状をなす耐熱構造体７０を充填することによって構成されている。
【００４３】
即ち、第三実施形態の耐熱構造体７０は、詳しくは図５に示すように、外郭部２１の外面が球状をなしており、中空状とされたその内部に、流動性材料２２が充填されている。即ち、流動性材料２２が、球状をなす外郭部２１に包まれるように該外郭部２１の内部に配置されている。
【００４４】
このような第三実施形態の耐熱構造体７０及び防護構造６０においても、シビアアクシデント発生時には、上述したように外郭部２１が施設の破片からの衝撃力Ｆに耐え、さらに、高温物質３０の到来により流動性材料２２が焼成されてなる耐熱材によって、該高温物質３０の拡散を防止することができる。
【００４５】
また、耐熱構造体７０が球状をなしているため、設置の自由度が拡大し、取り扱いを容易とすることができる。さらに、この球状の耐熱構造体７０を、施設の防護構造６０の隙間に充填することで耐衝撃性・耐熱性を備えた防護構造６０を容易に構成することができる。
さらに、耐熱構造体７０の形状が球体とされたことで、入熱方向が拡大し、内部の流動性材料２２を均一に焼成することができる。これによって、より耐熱性に優れた耐熱材を得ることができる。
【００４６】
なお、第三実施形態の変形例として、図６に示す防護構造６０を構成してもよい。即ち、この防護構造６０においては、例えば金属からなる板材６２に凹部６３を設け、当該凹部６３に球状をなす耐熱構造体７０を隙間なく敷設することで構成されている。これによっても上記同様、外郭部２１が施設の破片からの衝撃力Ｆに耐え、さらに、高温物質３０の到来により流動性材料２２が焼成されてなる耐熱財によって、該高温物質３０の拡散を防止することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば実施形態では、耐熱構造体２０，５０，７０を壁状、柱状、球状とした場合について説明したが、これに限定されることはなく、外郭部２１によって流動性材料２２が覆われる構成であれば、他のいかなる形状であってもよい。
また、外郭部２１、流動性材料２２を構成する物質については、上述した物質名のものに限られず、上述した要求を満たすものならばいかなるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０  防護構造
１１  側壁部
１２  天壁部
１３  底壁部
２０  耐熱構造体
２１  外郭部
２１Ａ       第一外郭部
２１Ｂ       第二外郭部
２２  流動性材料
２５  耐熱材
３０  高温物質
４０  防護構造
５０  耐熱構造体
６０  防護構造
６１  枠体
６２  板材
６３  凹部
７０  耐熱構造体
Ｆ    衝撃力
Ｈ    熱
【図１】
2013127410.tif 000003
【図２】
2013127410.tif 000004
【図３】
2013127410.tif 000005
【図４】
2013127410.tif 000006
【図５】
2013127410.tif 000007
【図６】
2013127410.tif 000008