(57)【要約】      （修正有）【課題】万一の炉心溶融時にも、原子炉圧力容器溶接部の損傷・破損を防止し、圧力容器下部ヘッドの溶接部および貫通部を保護する技術を提供する。【解決手段】断熱材３６を覆った金属カバー容器３５を、原子炉圧力容器１０貫通部２８上の溶接部３０周囲に設置して溶接部保護装置３３Ａを備え、溶接部保護装置３３Ａは、金属カバー容器３５の内部に補剛部材のリブ３７あるいはリバーが配設されたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱材を覆った金属カバー容器を、原子炉圧力容器貫通部上の溶接部周囲に設置した溶接部保護装置を備え、
前記溶接部保護装置は、前記金属カバー容器の内部に補剛部材のリブあるいはリバーが配設されたことを特徴とする原子炉圧力容器。
【請求項２】
前記溶接部保護装置の金属カバー容器は、トーラス状あるいはドーナツ状に構成され、前記金属カバー容器の内部に、周方向に沿って等間隔に板状補剛部材の垂直リブが放射状に配設された請求項１に記載の原子炉圧力容器。
【請求項３】
前記溶接部保護装置の金属カバー容器は、トーラス状あるいはドーナツ状に構成され、前記金属カバー容器の内部に、板状補剛部材の水平リブがリング状あるいはワッシャ状に配設された請求項１に記載の原子炉圧力容器。
【請求項４】
前記溶接部保護装置の金属カバー容器は、トーラス状あるいはドーナツ状に構成され、前記金属カバー容器の内部に、板状補剛部材の複数のリバーが周方向に沿って等間隔にかつ放射状に配設された請求項１に記載の原子炉圧力容器。
【請求項５】
前記リブあるいはリバーは、中間部が途中で凹凸結合されて弱化領域が構成された請求項１に記載の原子炉圧力容器。
【請求項６】
前記リブあるいはリバーは、中間部の一部が低融点金属あるいは樹脂材で構成された請求項１に記載の原子炉圧力容器。
【請求項７】
前記リブあるいはリバーは、遮熱コーティングが施されて被覆された請求項１に記載の原子炉圧力容器。
【請求項８】
前記リブあるいはリバーは、全体がセラミックあるいは樹脂材で構成された請求項１に記載の原子炉圧力容器。
【請求項９】
前記リブあるいはリバーは、セラミックをステンレス鋼製カバーで被覆して構成された請求項１に記載の原子炉圧力容器。
【請求項１０】
原子炉圧力容器貫通部上の溶接部により貫通部材を固定する一方、
断熱材を覆う金属カバー容器の内部に、補剛部材のリブあるいはリバーを配設した溶接部保護装置を準備し、
前記貫通部材を固定する溶接部の周囲に前記溶接部保護装置を外側から覆うように設置して、前記溶接保護装置を取り付けることを特徴とする原子炉圧力容器の溶接部保護装置の取付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、溶接部の破損を防止する溶接部保護装置を備えた原子炉圧力容器およびその溶接部保護装置の取付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷却型原子炉では、原子炉圧力容器内への給水の停止や原子炉圧力容器に接続された配管の破断による冷却水が喪失すると、原子炉水位が低下して炉心が露出し、冷却が不充分になる可能性がある。炉心冷却が不充分な場合を想定して、水位低下信号を検出して原子炉を自動的に非常停止させ、非常用炉心冷却装置による冷却材の注入によって炉心を冠水させて冷却し、炉心溶融事故が生じるのを未然に防止している。
【０００３】
確率的には極めて低いが、非常用炉心冷却装置が何らかの原因で作動せず、かつ、その他の炉心への注水装置も利用できない事態も想定され得る。炉心への注水が不充分な場合には、原子炉水の低下により炉心冷却が充分に行なわれず、原子炉停止後も発生し続ける崩壊熱によって燃料棒温度が上昇し、最終的には炉心溶融に至る可能性が考えられる。
【０００４】
炉心溶融が万一生じる場合には、高温の炉心溶融物が原子炉圧力容器下部に溶け落ち、さらに、圧力容器下鏡の貫通部を溶融貫通して格納容器内の床上に落下する可能性がある。格納容器床に落下する炉心溶融物は、格納容器床に張られたコンクリートを加熱し、接触面が高温状態になると、コンクリートと反応し、二酸化炭素、水素等の非凝縮正ガスを大量に発生させ、コンクリートを溶融浸食させる。発生した非凝縮ガスは格納容器内の圧力を高め、格納容器を破損させる可能性がある。また、コンクリートの溶融浸食により格納容器バウンダリを破損させる可能性がある。
【０００５】
一方、炉心溶融が生じても、炉心溶融物を原子炉圧力容器内に保持することができれば、炉心溶融物とコンクリートとの反応等を回避でき、考慮する必要かせなくなる。この点から、万一炉心溶融が生じても、炉心溶融物を原子炉圧力容器内に封じ込めて保持し、冷却する手段が提案されている。
【０００６】
炉心溶融物を原子炉圧力容器内に保持する代表的な手法にＩＶＲ（Ｉｎ−Ｖｅｓｓｅｌ  Ｒｅｔｅｎｓｉｏｎ）と呼ばれる手法がある。ＩＶＲは原子炉圧力容器上に落下した炉心溶融物が格納容器に流出するのを防止する手法である。これは、原子炉圧力容器を冷却水で外部冠水させ、炉心溶融物から伝わる熱を冷却水の沸騰熱伝達で除熱し、発生した蒸気を格納容器内で冷却して凝縮させ、凝縮水を原子炉圧力容器周りに戻すことにより（圧力容器下鏡上に溶け落ちた）炉心溶融物および原子炉圧力容器を冷却し、炉心溶融物の流出を防止するものである。
【０００７】
ＩＶＲを成立させるためには、炉心溶融物から原子炉圧力容器に伝わる熱によって原子炉圧力容器が破損するのを防ぐ必要がある。このため、炉心溶融物から伝わる熱が集中する位置の原子炉圧力容器内壁面に耐熱材を張り、原子炉圧力容器に伝わる熱を制限して、原子炉圧力容器の溶融・破損を防ぐ技術が特許文献１で知られている。
【０００８】
また、原子炉圧力容器内に炉心溶融物を受け止める構造物を設置し、圧力容器下部の構造物を保護する技術も特許文献２で知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２０００−５０２８０８号公報
【特許文献２】米国特許第６１９５４０５号Ｂ明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
炉心溶融が万一生じ、圧力容器下部ヘッド（圧力容器下鏡）上で炉心溶融物を保持しようとする場合、圧力容器下部ヘッドに存在する貫通部の溶接部を保護することが課題となる。
【００１１】
炉心溶融物が原子炉圧力容器内部に保持された状態で原子炉圧力容器が外部から冷却されている場合、原子炉圧力容器内側が高温の炉心溶融物によって溶融浸食される。このとき、原子炉圧力容器外部は冷却により圧力容器壁の健全性が維持されていても、図１１に示すように、原子炉圧力容器１は圧力容器下部ヘッド１ａから内部に突き出た位置に、貫通部２を通る部材３を支持する溶接部４が存在すると、溶接部４が溶融し易く、貫通部２を通る部材３が落下する可能性が大きい。貫通部材３が抜け落ちると、原子炉圧力容器１の貫通部２に口径の大きい破損孔が生じ、この破損孔を通して炉心溶融物が外部に流出し、流れ落ちてしまう。
【００１２】
特許文献１は、原子炉圧力容器の内壁に耐熱材を張って保護層を帯状に配置し、原子炉圧力容器の溶融・破損を防ぐ技術であるが、圧力容器下部ヘッドの貫通部を炉心溶融物から保護することはできない。
【００１３】
また、特許文献２では、圧力容器下部ヘッド上に炉心溶融物を受け止めるギャップ構造物を設置し、原子炉圧力容器を貫通する構造物を保持することができるとされているが、ギャップ構造物が大型であるため、既設の原子炉に適用することが困難である。
【００１４】
本発明の実施形態は、上述した事情を考慮してなされたもので、万一の炉心溶融時にも、原子炉圧力容器の溶接部の損傷・破損を防止することができる原子炉圧力容器およびその溶接部保護装置の取付方法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】
【００１５】
本発明に係る原子炉圧力容器は、上述した課題を解決するために、断熱材を覆った金属カバー容器を、原子炉圧力容器貫通部上の溶接部周囲に設置した溶接部保護装置を備え、前記溶接部保護装置は、前記金属カバー容器の内部に補剛部材のリブあるいはリバーが配設されたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係る原子炉圧力容器の溶接部保護装置の取付方法は、上述した課題を解決するために、原子炉圧力容器貫通部上の溶接部により貫通部材を固定する一方、断熱材を覆う金属カバー容器の内部に、補剛部材のリブあるいはリバーを配設した溶接部保護装置を準備し、前記貫通部材を固定する溶接部の周囲に前記溶接部保護装置を外側から覆うように設置して、前記溶接保護装置を取り付けることを特徴とする取付方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、万一の炉心溶融時にも、原子炉圧力容器の溶接部の溶融を防止して、溶接部の損傷・破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】原子炉圧力容器の構成を示す縦断面図。
【図２】原子炉圧力容器貫通部と溶接部保護装置の設置状態（図１のＡ部）を示す構成図。
【図３】（Ａ）は本発明の第１の実施形態を示す溶接部保護装置の縦断面構造の説明図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う平断面図。
【図４】（Ａ）は本発明の第２の実施形態を示す溶接部保護装置の縦断面構造の説明図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う平断面図。
【図５】（Ａ）は本発明の第３の実施形態を示す溶接部保護装置の縦断面構造の説明図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う平断面図。
【図６】（Ａ）は本発明の第４の実施形態を示す溶接部保護装置の片側縦断面構造の部分的な説明図、（Ｂ）は図６（Ａ）に示す状態から溶接部保護装置が変形した状態を示す部分的な説明図。
【図７】（Ａ）は本発明の第５の実施形態を示す溶接部保護装置の片側縦断面構造の部分的な説明図、（Ｂ）は図７（Ａ）に示す状態から溶接部保護装置が変形した状態を示す部分的な説明図。
【図８】（Ａ）は本発明の第６の実施形態を示す溶接部保護装置の片側縦断面構造の部分的な説明図、（Ｂ）は図８（Ａ）に示す状態から溶接部保護装置が変形した状態を示す部分的な説明図。
【図９】本発明の第７の実施形態を示す溶接部保護装置の片側縦断面構造の部分的な説明図。
【図１０】本発明の第８の実施形態を示す溶接部保護装置の片側縦断面構造の部分的な説明図。
【図１１】原子炉圧力容器の貫通部の共通部材の固定保持構造を示す部分的な縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
本発明の実施形態は水を冷却材とした水冷却型原子炉に適用される。水冷却型原子炉には沸騰水型原子炉や加圧水型原子炉の軽水型原子炉の他重水型原子炉がある。
【００２１】
図１は、水冷却型原子炉として沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１０の例を示すものである。原子炉圧力容器１０は、溶接構造の円筒型容器で構成され、内部に炉心１１を収容した炉心シュラウド１２がシュラウドサポート１３により支持される。炉心シュラウド１２を覆うシュラウドヘッド１４上には、スタンドパイプ１５を介して気水分離器１６が設けられ、この気水分離器１６上に蒸気乾燥器１７が設置される。
【００２２】
また、原子炉圧力容器１０の圧力容器下鏡を構成する圧力容器下部ヘッド２０には、多数の制御棒駆動機構ハウジング（以下、ＣＲＤハウジング）２１が垂設され、図示しない制御棒駆動機構（ＣＲＤ）が設けられる。ＣＲＤハウジング２１上に図示しない炉心支持板との間で制御棒案内管２２が支持され、制御棒案内管２２は炉心１１内に、制御棒（図示せず）の出し入れを案内している。
【００２３】
なお、図１において、符号２３は主蒸気ノズルであり、符号２４は給水ノズルである。また、符号２５は再循環出口ノズルであり、符号２６は再循環入口ノズルである。
【００２４】
ＣＲＤハウジング２１は、図２に示すように、圧力容器下部ヘッド２０の貫通部２８を通る部材（以下、貫通部材という。）２１を構成している。貫通部材２１は圧力容器下部ヘッド２０上で（サポートスリーブを構成する）スタブチューブ２９に溶接部３０で固定され、保持される。このように、貫通部材２１は原子炉圧力容器１０内部に突き出た位置で貫通部２８に拘束されて固定保持される。この実施形態は、圧力容器下部ヘッド（圧力容器下鏡）２０の貫通部２８を貫通部材２１が下方から挿入され、圧力容器下部ヘッド２０上で溶接部３０により固定支持される原子炉を対象としている。
【００２５】
ところで、貫通部材２１の溶接部３０は原子炉圧力容器１０内で炉心下部プレナム３１に露出して晒されるため、炉心溶融が万一生じて１０００℃を遥かに超える高温の炉心溶融物が圧力容器下部ヘッド２０上に溶け落ちると、炉心溶融物が堆積されるスタブチューブ２９や制御棒案内管２２の温度が非常高温となり、溶接部３０に溶融が生じる虞がある。溶接部３０が溶融すると、貫通部材２１が抜け落ち、落下することが懸念される。この原子炉圧力容器１０内の溶接部２５の溶融・破損が生じるのを防止するため、原子炉圧力容器１０内に溶接部保護装置３３が設けられる。
【００２６】
溶接部保護装置３３は、原子炉圧力容器貫通部２８の溶接部３０周囲に設置され、貫通部材２１を固定保持する溶接部３０を、トーラス状あるいはドーナツ状の金属カバー容器３５内に収容される断熱材３６で熱的に保護するものである。
【００２７】
金属カバー容器３５は、例えば、ボックス状容器３５ａの開口部を蓋材３５ｂで覆って２分割可能に構成される。金属カバー容器３５の分割構造は他にも種々の割型が考えられる。金属カバー容器３５は、ステンレス鋼や炭素鋼等の炉内構造物に用いられる金属材料で構成され、プレス成形や絞り成形、削り出し成形などで型成形される。金属カバー容器３５は溶接部３０に接触する部分が無垢の材料で好適に構成される。
【００２８】
また、金属カバー容器３５内に収容される断熱材３６には、鉄酸化物、酸化アルミニウム（ＡｌＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｎＯ２）等で構成され、断熱材３６は断熱性能を良好にするため、繊維状金属材料が充填され、収容される。
【００２９】
溶接部保護装置３３は、原子炉圧力容器貫通部２８の溶接部３０周囲を覆うように設置され、貫通部材２１を固定保持する溶接部３０の周囲を、断熱材３６で熱的に保護している。万一の炉心溶融時、炉心溶融物が圧力容器下部ヘッド２０上に落下すると、落下した炉心溶融物は冷却水により冷却され、固化して体積されるが、冷却水が蒸発してドライアウト状態になると、崩壊熱により炉心溶融物の温度が上昇する。上昇した温度や圧力により、溶接部保護装置３３は機械的・物理的強度が不足し、溶接部３０が損傷を受ける虞がある。
【００３０】
［第１の実施形態］
図３（Ａ）および（Ｂ）は、原子炉圧力容器の第１の実施形態を示すもので、その溶接部保護装置３３Ａを示す縦断面図および平断面図である。図１および図２と同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３１】
原子炉圧力容器１０は、原子炉圧力容器１０内部に立設されたスタブチューブ２９頂部の溶接部３０でＣＲＤハウジングの貫通部材２１を固定保持しており、貫通部材２１を固定保持する溶接部３０の周囲を溶接部保護装置３３Ａが外周側から覆設される。溶接部保護装置３３Ａは溶接部３０を熱的に保護している。
【００３２】
溶接部保護装置３３Ａは、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、トーラス状あるいはドーナツ状の金属カバー容器３５内に断熱材３６が充填され、収容される一方、金属カバー容器３５内部に周方向に沿って等間隔に垂直（縦）リブ３７が放射状に配設されて補強構造に構成される。垂直リブ３７は、コバルトや鉄系金属材料、酸化ジルコニウム、アルミナ、タングステン等の剛性材料で板状補剛部材を構成している。垂直リブ３７のリブ内側およびリブ外側は金属カバー容器３５の内壁に固定され、金属カバー容器３５の物理的・機械的強度や剛性を高めている。
【００３３】
溶接部保護装置３３Ａは、圧力容器下部ヘッド２０の突出位置で（貫通部材２１を固定保持する）溶接部３０への装着性や取付性を考慮して割型構造に構成される。溶接部保護装置３３Ａは、圧力容器下部ヘッド２０の突出位置で、貫通部材２１を固定保持する溶接部３０の周囲を断熱材３６で覆って保護することで、溶接部３０への熱伝達を効果的に防止している。圧力容器下部ヘッド２０の貫通部２８上の溶接部３０の周囲を断熱材３６と金属カバー容器３５で覆うだけでは溶接部保護装置３３Ａの機械的・物理的強度が劣り、不足する可能性がある。このため、溶接部保護装置３３Ａは、金属カバー容器３５内部に板状補剛部材の縦（垂直）リブ３７を放射状に配設することで、金属カバー容器３５の強度、剛性を向上させ、貫通部材２１を固定保持する溶接部３０の損傷・破損を防止するものである。
【００３４】
［作用］
原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ａの取付は、次のようにして行なわれる。
【００３５】
原子炉の建設時や定検時等に、原子炉圧力容器１０は圧力容器下部ヘッド２０の各貫通部２８に立設されたスタブチューブ２９に貫通部材２１を挿入し、貫通部材２１を圧力容器下部ヘッド貫通部２８上で、周溶接して溶接部３０に固定保持される。
【００３６】
貫通部材２１を溶接部３０に固定保持させた後、圧力容器下部ヘッド２０上の溶接部３０周囲を覆うように、溶接部保護装置３３Ａが装着され、取り付けられる。溶接部保護装置３３Ａは、圧力容器下部ヘッド２０の溶接部３０周囲を覆って設置される。
【００３７】
溶接部保護装置３３Ａには、トーラス状あるいはドーナツ状金属カバー容器３５の内部に垂直リブ３７が放射状に配設され、かつ金属カバー容器３５内に断熱材３６が充填され、収容されている。
【００３８】
しかして、圧力容器下部ヘッド２０の突出位置で、溶接部３０により貫通部材２１を固定させ、保持した状態で、溶接部３０の周囲を覆うように溶接部保護装置３３Ａを外側あるいは上方から被せて装着し、設置される。溶接部保護装置３３Ａは各圧力容器下部ヘッド２０上の溶接部３０を順次覆うように設置していくことで、溶接部保護装置３３Ａの取付が完了し、原子炉圧力容器１０の貫通部２８上の溶接部３０の熱的保護構造が得られる。
【００３９】
溶接部保護装置３３Ａを取り付けた後、制御棒案内管２２、図示しない制御棒、炉心１１、気水分離器１６や蒸気乾燥器１７等が原子炉圧力容器１０内で所要の手順で順次組み立てて構成され、原子炉圧力容器１０が構成されたり、あるいは検査後の原子炉圧力容器１０の組立が完了される。
【００４０】
［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態は、原子炉圧力容器１０底部の各貫通部材２１を圧力容器下部ヘッド２０上で固定保持する溶接部３０を、断熱材３６を備えた補強構造の溶接部保護装置３３Ａで周囲から覆って保護したので、溶接部３０の温度を融点以下に保持して、溶接部３０の溶融や損傷を防止することができる。
【００４１】
また、溶接部保護装置３３Ａは金属カバー容器３５内に、縦リブ３７を放射状に配置したので、金属カバー容器３５の強度・剛性を向上させることができ、通常運転時の冷却水や事故時の炉心溶融物の温度や圧力による損傷・破損を防ぐことができ、溶接部３０の保護を図ることができる。したがって、万一の事故時に炉心溶融が生じて、炉心溶融物が圧力容器下部ヘッド２０上に落下しても、溶接部３０の溶融や損傷を効果的に防止し、貫通部材２１が抜け落ちて落下するのを防ぐことができる。
【００４２】
［第２の実施形態］
次に、原子炉圧力容器の第２の実施形態を図４（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。
【００４３】
第２の実施形態に係る原子炉圧力容器１０は、その溶接部保護装置３３Ｂの補強構造が第１の実施形態に示される原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ａの補強構造と異なり、他の構成は異ならないので、同じ構成には同一符号を付し、重複する説明を省略ないしは簡略化する。
【００４４】
図４（Ａ）および（Ｂ）は、原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｂを示す縦断面図および平断面図である。
【００４５】
この溶接部保護装置３３Ｂは、原子炉圧力容器１０内の突出位置（スタブチューブ２９）で溶接部３０を周囲から覆って保護するものである。圧力容器下部ヘッド２０の突出位置（スタブチューブ２９）の溶接部３０で原子炉圧力容器１０の貫通部２８を貫く、貫通部材２１を固定保持し、貫通部材２１を固定する溶接部３０を周囲から溶接部保護装置３３Ｂで覆って熱的に保護するものである。
【００４６】
第２の実施形態に示された溶接部保護装置３３Ｂは、断熱材３６を備えたトーラス状あるいはドーナツ状金属カバー容器３５の内部にリング状あるいはワッシャ状の水平リブ３８を複数箇所で縦方向に間隔を置いて段状に配設した構成が、縦リブ３７を放射状に配設した第１の実施形態の溶接部保護装置３３Ａとは相違する。水平リブ３８は、金属カバー容器３５内に一段だけ水平方向に配設したものでもよい。水平リブ３８はコバルト、あるいは鉄系金属材料、酸化ジルコニウム、アルミナ、タングステン等の剛性材料で構成された板状補剛部材である。
【００４７】
第２の実施形態の原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｂにおいて、圧力容器下部ヘッド貫通部２８上の溶接部３０への溶接部保護装置３３Ｂの取付は、第１の実施形態に示された溶接部保護装置３３Ａの取付と、金属カバー容器３５の内部の水平リブ３８の配設構造が異なるのみで、他の取付態様は異ならないので、説明を省略する。
【００４８】
［第２の実施形態の効果］
原子炉圧力容器１０底部を貫通する貫通部材２１を圧力容器下部ヘッド２０の突出位置で固定保持する溶接部３０の周囲を、断熱材３６を備えた補強構造の溶接部保護装置３３Ｂで覆って保護することで、第１の実施形態と同様、万一の炉心溶融時にも、溶接部３０の温度を融点以下に保持して、溶接部３０の溶融や損傷を防止することができる。
【００４９】
また、溶接部保護装置３３Ｂにおいても、補強構造に構成して金属カバー容器３５の強度、剛性を向上させることができ、第１の実施形態に示される溶接部保護装置３３Ａと同様の効果を奏することができ、溶接部３０の熱的保護を図ることができ、貫通部材２１が抜け落ちて落下するのを防止することができる。
【００５０】
［第３の実施形態］
図５（Ａ）および（Ｂ）は、原子炉圧力容器の第３の実施形態を示す縦断面図および平断面図である。
【００５１】
第３の実施形態に示された原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｃは、第１の実施形態に示された溶接部保護装置３３Ａの板状補剛部材に代り、金属カバー容器３５の内部にバー（棒）状補剛部材のリバー３９を配設した構成を採用したもので、他の構成は、第１の実施形態に示された原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ａと異ならないので、同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５２】
第３の実施形態に示される原子炉圧力容器１０において、その溶接部保護装置３３Ｃは、原子炉圧力容器１０内部に貫通部２８から突き出した位置で、（貫通部材２１を固定支持する）溶接部３０を外周部から覆い保護するものである。溶接部保護装置３３Ｃは、第１の実施形態の溶接部保護装置３３Ａに用いられる縦リブ３７の板状補剛部材に代り、バー（棒）状補剛部材であるリバー３９を用いたものである。
【００５３】
第３の実施形態において、原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｃは、断熱材３６を備えたトーラス状あるいはドーナツ状金属カバー容器３５の内部に周方向に沿ってバー状補剛部材のリバー３９を放射状に複数本配設したものである。リバー３９は第１の実施形態の縦リブ３７および第２の実施形態の水平リブ３８と同じ剛性材料で構成されて、水平方向に配設され、リバー３９両端が金属カバー容器３５の内壁に固定される。放射状のリバー３９は金属カバー容器３５内部で１段あるいは２段以上の多段構造に配設される。
【００５４】
第３の実施形態の溶接部保護装置３３Ｃは、圧力容器下部ヘッド２０の突出位置で溶接部３０の周囲を金属カバー容器３５および断熱材３６で覆って保護することで、圧力容器下部ヘッド２０上で貫通部材２１を保持する溶接部３０への熱の伝達を防ぐことができる。また、溶接部保護装置３３Ｃは金属カバー容器３５の内部にバー状補剛部材の複数本のリバー３９を放射状に配設することで、補強構造に構成でき、金属カバー容器３５の強度や剛性を向上させることができる。
【００５５】
第３の実施形態において、原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｃの取付は、第１の実施形態の溶接部保護装置３３Ａの取付と、金属カバー容器３５内のリバー３９の配設を除いて異ならないので、第１の実施形態を参照して詳細な説明を省略する。
【００５６】
［第３の実施形態の効果］
原子炉圧力容器１０底部を貫通する貫通部材２１を圧力容器下部ヘッド２０の突出位置で固定保持する溶接部３０の周囲を、断熱材３６を備えた溶接部保護装置３３Ｃで覆って保護することで、第１の実施形態と同様、万一の炉心溶融時にも、溶接部３０の温度を融点以下に保持して、溶接部３０の溶融や損傷を防止することができる。
【００５７】
また、溶接部保護装置３３Ｃにおいても、複数本のバー状補剛部材のリバー３９を放射状に配設して金属カバー容器３５の強度、剛性を向上させることができ、第１の実施形態に示された溶接部保護装置３３Ａと同様の効果を奏することができ、溶接部３０の保護を図ることができる。
【００５８】
［第４の実施形態］
次に、原子炉圧力容器の第４の実施形態を図６（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。
【００５９】
図６（Ａ）および（Ｂ）は、原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｄの片側縦断面構造を部分的に示す概略図である。この溶接部保護装置３３Ｄを説明するに当り、第１の実施形態ないし第３の実施形態に示された原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと同じ構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００６０】
図６（Ａ）に示される原子炉圧力容器の溶接部保護装置３３Ｄは、圧力容器下鏡の圧力容器下部ヘッド２０の突出位置上に位置する溶接部３０の周囲を覆い保護するものである。圧力容器下部ヘッド２０上突出位置の溶接部３０（図３（Ａ），図４（Ａ），図５（Ａ）参照）は、原子炉圧力容器１０の底部を貫通する貫通部材２１を固定保持するもので、この貫通部材２１を固定保持する溶接部３０の周囲を覆うように溶接部保護装置３３Ｄが設けられ、装着される。
【００６１】
溶接部保護装置３３Ｄは、第１の実施形態ないし第３の実施形態に示される金属カバー容器３５と同様、トーラス状あるいはドーナツ状金属カバー容器３５内に断熱材３６が収容される。金属カバー容器３５の内部には板状補剛部材であるリブ４０が水平方向に配設される。リブ４０に代えてバー（棒）状補剛部材のリバー３９であってもよい。リブ４０あるいはリバー３９の中間部４１が途中で凹凸結合され、弱化領域が形成されて嵌め合される。
【００６２】
第４の実施形態に示された原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｄでは、トーラス状あるいはドーナツ状金属カバー容器３５内に配置されるリブ４０あるいはリバーは、原子炉の通常運転時の水圧では補剛部材として機能し、リブ４０あるいはリバーが変形したり、凹凸結合が外れるのを防止することができる。リブ４０あるいはリバーには酸化ジルコニウムやアルミナ等の材料が用いられる。
【００６３】
炉心溶融が生じる事故時の圧力容器下部ヘッド２０の変形挙動を熱流動解析で評価した解析結果表示例によると、炉心溶融物が堆積している圧力容器下部ヘッド２０貫通部近傍の温度分布では、スタブチューブ２９や制御棒案内管２２の温度が１２００℃程度の高温となっている例が紹介されている［日本原子力学会［２０１４年春の年会］２０１４年３月２６日〜２８日；Ｎ４８、事故時の圧力容器下部ヘッドの破損挙動評価に関する検討、（３）下部ヘッドの破損評価解析（その１）、原子力機構  加治芳行氏他５名  参照］。
【００６４】
炉心溶融が生じる万一の事故時には、圧力容器下部ヘッド２０上に落下して体積される高温の炉心溶融物の温度・圧力に抗し切れず、溶接部保護装置３３Ｄの金属カバー容器３５が図６（Ｂ）に示すように変形し、損傷を受けることが予想される。
【００６５】
第４の実施形態に示された溶接部保護装置３３Ｄは、金属カバー容器３５の内部にリブ４０あるいはリバーが配設され、事故時に炉心溶融物の温度や圧力を受けて金属カバー容器３５が変形すると、図６（Ｂ）に示すように金属カバー容器３５内部のリブ４０あるいはリバーの凹凸結合が外れる。
【００６６】
金属カバー容器３５の内部に配設されたリブ４０あるいはリバーの凹凸結合が外れると、金属カバー容器３５の外部から内部に至る熱伝達経路が遮断され、断熱材３６による熱断熱機能を向上させることができる。溶接部保護装置３３Ｄは、リブ４０あるいはリバーによる外部から内部への熱伝達経路が遮断されることで、溶接部３０の温度を融点以下に保つことができる。溶接部３０の溶融・損傷を防ぎ、溶接部３０の溶融による貫通部材２１の落下を防止することができる。
【００６７】
したがって、炉心溶融が生じる事故時にも、溶接部保護装置３３Ｄは、高温の炉心溶融物による溶接部３０の溶融、変形、損傷を防止することができ、貫通部材２１を固定・保持する溶接部３０を熱的に保護し、健全性を維持することができる。
【００６８】
［第４の実施形態の効果］
第４の実施形態に係る原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｄにおいては、原子炉の通常運転時の冷却水の水圧では、金属カバー容器３５の変形を防止でき、金属カバー容器３５内部のリブ４０あるいはリバーは補剛部材として機能し、溶接部３０の損傷を防止することができる。
【００６９】
また、炉心溶融が生じる万一の事故時には、高温の炉心溶融物の温度圧力により溶接部保護装置３３Ｄの変形や損傷が生じても、金属カバー容器３５の変形とリブ４０あるいはリバーの凹凸結合の外れとを許容することで、金属カバー容器３５の外部から内部への熱伝達経路を遮断することができ、溶接部３０のか温度を融点以下に保つことで、溶接部３０の損傷を防止できる。したがって、溶接部３０の溶融・損傷を防ぎ、貫通部材２１の落下を防止でき、溶接部３０を保護することができる。
【００７０】
［第５の実施形態］
次に、原子炉圧力容器の第５の実施形態を図７（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。
【００７１】
図７（Ａ）および（Ｂ）は、原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｅの片側縦断面構造を部分的に示す概略図である。図６（Ａ）および（Ｂ）に示された第４の実施形態と同じ構成には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７２】
図７（Ａ）に示される原子炉圧力容器の溶接部保護装置３３Ｅは、図３（Ａ），図４（Ａ）および図５（Ａ）に示すように、圧力容器下鏡の圧力容器下部ヘッド２０の突出位置（スタブチューブ２９）上部に位置する溶接部３０の周囲を覆い保護するものである。圧力容器下部ヘッド２０突出位置の溶接部３０は、原子炉圧力容器１０底部を貫通する貫通部材２１を固定保持するものである。溶接部保護装置３３Ｅは、貫通部材２１を固定保持する溶接部３０の周囲を覆って装着され、設けられる。
【００７３】
第５の実施形態の原子炉圧力容器の溶接部保護装置３３Ｅは、トーラス状あるいはドーナツ金属カバー容器３５内に断熱材３６が収容される一方、金属カバー容器３５の内部に板状補剛部材あるいはバー状補剛部材のリブ４３あるいはリバーが配設される。リブ４３あるいはリバーは金属カバー容器３５外周側内壁および内周側内壁にそれぞれ固定される。両内壁に固定されたリブ４３あるいはリバーは、中間部４４が一部低融点金属あるいは樹脂材で構成される。低融点金属には、リブ４３あるいはリバーにより融点の低い金属材料、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）等で構成され、樹脂材にはプラスチックがある。低融点金属や樹脂材は、原子炉の通常運転時の冷却材温度では溶融することなく固定状態に保たれる。
【００７４】
第５の実施形態の原子炉圧力容器の溶接部保護装置３３Ｅでは、トーラス状あるいはドーナツ状の金属カバー容器３５内部に配設されたリブ４３あるいはリバーは、原子炉の通常運転時の水圧では、補剛部材として機能し、低融点金属や樹脂材が溶融して変質するのを防止することができる。
【００７５】
炉心溶融が生じる万一の事故時には、圧力容器下部ヘッド２０上に落下して体積される高温の炉心溶融物の温度・圧力に抗し切れず、溶接部保護装置３３Ｅの金属カバー容器３５が変形し、損傷を受けることが予想される。
【００７６】
第５の実施形態に示された溶接部保護装置３３Ｅは、金属カバー容器３５の内部に配設されたリブ４３あるいはリバーの一部が低融点金属あるいは樹脂材で構成されておれ、万一の炉心溶融時に炉心溶融物が落下して、温度・圧力を受けると、金属カバー容器３５内部にリブ４３あるいはリバーの低融点金属あるいは樹脂材の部分が溶融したり、変質する。この溶接部保護装置３３Ｅは、リブ４３あるいはリバーの低融点金属あるいは樹脂材で構成された部分が溶融あるいは変質することを利用し、外部から内部への熱伝達経路を遮断し、溶接部３０の温度を融点以下に保って溶融を防ぎ、溶接部３０を保護することができる。したがって、溶接部３０の溶融・損傷を防止し、貫通部材２１の落下を防ぐことができる。
【００７７】
［第５の実施形態の効果］
第５の実施形態に係る原子炉圧力容器の溶接部保護装置３３Ｅにおいては、原子炉の通常運転時には第４の実施形態で説明した溶接部保護装置３３Ｄと同様の効果を奏することができる。
【００７８】
また、炉心溶融が生じる万一の事故時には、高温の炉心溶融物の温度・圧力により、溶接部保護装置３３Ｅにおいて、金属カバー容器３５内部に配設されたリブ４３あるいはリバーの低融点金属あるいは樹脂材で構成された部分が溶融あるいは変質することで、外部から内部への熱伝達経路を遮断することができ、溶接部３０の温度を融点以下に保って保護し、貫通部材２１の落下を防ぐことができる。
【００７９】
［第６の実施形態］
次に、原子炉圧力容器の第６の実施形態を図８（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。
【００８０】
図８（Ａ）および（Ｂ）は、原子炉圧力容器の溶接部保護装置３３Ｆの片側縦断面構造を部分的に示す概略図である。図６（Ａ）および（Ｂ）に示された第４の実施形態と同じ構成には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８１】
図８（Ａ）に示される原子炉圧力容器の溶接部保護装置３３Ｆは、圧力容器下鏡の圧力容器下部ヘッド２０の突出位置（スタブチューブ２９）上の溶接部３０の周囲を覆って保護するものである。圧力容器下部ヘッド２０突出位置上の溶接部３０は、原子炉圧力容器１０底部を貫通する貫通部材２１を固定保持するもので、この貫通部材２１を固定保持する溶接部３０の周囲を覆うように溶接部保護装置３３Ｆが設けられる。
【００８２】
溶接部保護装置３３Ｆは、トーラス状あるいはドーナツ状金属カバー容器３５内に断熱材３６が収容される。金属カバー容器３５の内部には板状補剛部材のリブ４５あるいはバー（棒）状補剛部材のリバーが水平方向に配設される。リブ４５あるいはリバーの両端部が金属カバー容器３５の内壁（外周側内壁および内周側内壁）に固定される。リブ４５あるいはリバーは中間部４６が途中で凹凸結合され、弱化領域が形成されて嵌め合される。リブ４５あるいはリバーの周囲には遮熱コーティング４８が施される。
【００８３】
第６の実施形態に示された原子炉圧力容器１０の溶接部保護装置３３Ｆでは、トーラス状あるいはドーナツ状金属カバー容器３５内に配設されるリブ４５あるいはリバーは、原子炉の通常運転時の水圧では補剛部材として機能し、リブ４５あるいはリバーが変形したり、弱化領域の凹凸結合が外れるのを防止することができる。リブ４５やリバーには酸化ジルコニウムやアルミナ等の材料が用いられる。
【００８４】
炉心溶融が生じる万一の事故時には、圧力容器下部ヘッド２０上に落下して体積される高温の炉心溶融物の温度・圧力に抗し切れず、溶接部保護装置３３Ｆの金属カバー容器３５が変形し、損傷を受けることが予想される。
【００８５】
第６の実施形態に示された溶接部保護装置３３Ｆは、金属カバー容器３５の内部にリブ４５あるいはリバーが配設され、事故時に炉心溶融物の温度や圧力を受けて金属カバー容器３５が変形すると、図８（Ｂ）に示すように金属カバー容器３５内部のリブ４５あるいはリバーの中間部４６の凹凸結合が外れる。
【００８６】
金属カバー容器３５の内部に配設されたリブ４５あるいはリバーの凹凸結合が外れると、金属カバー容器３５の外部から内部に至る熱伝達経路が遮断され、遮熱コーティングや断熱材３６の作用で熱断熱機能を向上させることができる。溶接部保護装置３３Ｆは、リブ４５あるいはリバーによる外部から内部への熱伝達経路が遮断されることで、溶接部３０の温度を融点以下に保つことができる。このため、溶接部３０の溶融・損傷を防ぎ、溶接部３０の溶融による貫通部材２１の落下を防止することができる。
【００８７】
したがって、炉心溶融が生じる事故時にも、溶接部保護装置３３Ｆは、高温の炉心溶融物による溶接部３０の溶融、変形、損傷を防止することができ、貫通部材２１を固定・保持する溶接部３０を熱的に保護し、健全性を維持することができる。
【００８８】
［第６の実施形態の効果］
第６の実施形態に係る原子炉圧力容器の溶接部保護装置３３Ｆにおいては、原子炉の通常運転時や炉心溶融が生じる事故時には、第４の実施形態で説明した溶接部保護装置３３Ｄと同様の効果を奏する他、溶接部保護装置３３Ｆの金属カバー容器３５内部に配設されるリブ４５あるいはリバー同士が再接触した場合でも、遮熱コーティング４８によって再び熱伝達経路とすることを防ぐことができる。
【００８９】
［その他の実施形態］
本発明の実施形態に示された原子炉圧力容器の溶接部保護装置では、圧力容器下部ヘッド貫通部上の溶接部保護装置において、金属カバー容器の内部に補剛部材である金属製のリブやリバーを配設した補強構造の例を示したが、図９の第７の実施形態で示すように、溶接部保護装置３３Ｇは、金属カバー容器３５内部に配設されるリブあるいはリバー５０全体をセラミックスあるいは樹脂材で構成してもよい。この場合、セラミックスあるいは樹脂材製のリブやリバー５０は金属カバー容器３５の内壁から突出する係止用突起５１で保持され、固定されるように構成される。
【００９０】
また、溶接部保護装置３３Ｈは、図１０の第８の実施形態に示すように、セラミックス５２をステンレス鋼製カバー５３で被覆して補剛部材のリブやレバー５４を構成し、このリブやリバー５４を金属カバー容器３５の内壁に溶接にて固定させる補強構造としてもよい。
【００９１】
いずれにしても、本発明の実施形態は、原子炉（圧力）容器の底部貫通部に貫通部材が挿入されて貫通し、原子炉（圧力）容器の貫通部上の溶接部で貫通部材を固定支持する溶接部を保護する補強構造の溶接部保護装置が設けられる。
【００９２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９３】
１０…原子炉圧力容器、１１…炉心、１２…炉心シュラウド、１３…シュラウドサポート、１４…シュラウドヘッド、１５…スタンドパイプ、１６…気水分離器、１７…蒸気乾燥器、２０…圧力容器下部ヘッド（圧力容器下鏡）、２１…貫通部材（制御棒駆動機構（ＣＲＤ）ハウジング）、２２…制御棒案内管、２３…主蒸気ノズル、２４…給水ノズル、２５…再循環出口ノズル、２６…再循環入口ノズル、２８…貫通部、２９…スタブチューブ（サポートチューブ）、３０…溶接部、３１…炉心下部プレナム、３３，３３Ａ〜３３Ｈ…溶接部保護装置、３５…金属カバー容器、３６…断熱材、３７…垂直リブ（板状補剛部材）、３８…水平リブ（板状補剛部材）、３９…リバー（棒状補剛部材）、４０，４３，４５…リブあるいはリバー（補剛部材）、４１，４６…中間部（凹凸結合部）、４４…低融点金属または樹脂材、４８…遮断コーティング、５０，５４…リブあるいはリバー（補剛部材）、５１…係止用突起、５２…セラミックス、５５…ステンレス鋼製カバー。
【図１】
2016075630.tif 000003
【図２】
2016075630.tif 000004
【図３】
2016075630.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016075630.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016075630.tif 000009
【図８】
2016075630.tif 000010
【図９】
2016075630.tif 000011
【図１０】
2016075630.tif 000012
【図１１】
2016075630.tif 000013