サンプスクリーン下流側炉内影響
LOCA後の炉心長期冷却に係る検討
国内PWRにおける検討状況
関西電力㈱､北海道電力㈱､四国電力㈱､九州電力㈱日本原子力発電㈱、三菱重工業㈱2022年5月27日

目次

1. 背景
2. 全体計画
3. 実現象と評価シナリオへの展開
4. 流動試験（解析の前提・入力の妥当性確認）
5. 熱流動解析
6. 評価に含まれる保守性
7. まとめ

1

2

1. 背景

3

1．背景（1/4） -サンプスクリーン下流側影響の概要事故時の炉心冷却の流れ

一次系配管破断（LOCA）発生

燃料取替用水タンク
蒸気発生器

炉心露出
→ 炉心崩壊熱除

加圧器

一次冷却材
ポンプ
原子炉容器

内部スプレイ
ポンプ

去性能低下

格納容器内の内圧上昇・温度上昇

ECCS設備作動→炉心冷却のためのCVスプレイ作動

冷却材供給

一次系注入のECCS水、CV内スプレイ
水が再循環サンプへ
余熱除去ポンプ

破断口
デブリ
再循環サンプスクリーン

配管破断に伴う保温材等がデブリとなって再循環サンプへ

サンプスクリーンでのデブリの捕捉
格納容器
再循環サンプサンプスクリーンの例© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

サンプスクリーンを通過したデブリの炉心への流入【懸案】炉心入口閉塞による炉心冷却水量の不足3

1．背景（2/4） 大LOCA時の被覆管温度＆炉内流速の挙動①ブローダウン期間 ②再冠水期間③全炉心クエンチ④LOCA後長期冷却期間
クエンチ

ブローダウン

再冠水

再循環過程

炉内流速
～数m/s

～数cm/s10mm/s～程度
デブリ閉塞が問題となる過程

再循環開始

4

1．背景（3/4）再循環モード RV内流動 -低温側配管大破断(CLB)の例-

原子炉容器（水平断面図）
高温側配管

低温側
配管

破断口

流出

③

－：低温側配管からダウンカマを回り込み

5■ 流動の特徴： 低温側配管から冷却材を注水
 一部は炉心をﾊﾞｲﾊﾟｽし、破断口（低温側配管）から流出
 残りは炉内の蒸散による水位の低下の補給にあてがわれる■ 炉内の流況： 蒸散による水位低下：～約10mm/s
 炉心入口部の流速：～約10mm/s（蒸散分を補給）
 上記からRV内水位に変化なし

炉心をバイパスして破断口から流出■ 炉心への冷却材供給の駆動力
 ダウンカマと炉心の水頭差が駆動力となる：約20kPa （ ① － ② － ③ ）－ 炉心有効長下端より上のダウンカマ水頭（①）－ ボイドを含む炉心有効長における水頭（②）－ 炉心発生蒸気によるループ圧損（③：炉心出口からSGを経由し蒸気が破断口から流出）■ クライテリア：デブリによる炉心圧損増加（＠炉心入口流速10mm/s程度） ＜ 約20kPa**高温側配管大破断では許容圧損は約100kPa以上に増加。

1．背景（4/4）再循環モード RV内流動 -高温側配管大破断(HLB)の例- 5■ 流動の特徴： 低温側配管からの注水はすべて炉心を経由してそのまま破断口（高温側配管）から流出（液放出）する。

蒸気発生器

加圧器

■ 炉内の流況：低温側配管破断と同じ
 蒸散による水位低下：～約10mm/s
 炉心入口部の流速：～注入流量に対応（30mm/s～程度）
 余剰分は破断口から液放出

一次冷却材
ポンプ

安全注入

安全注入

①
②

原子炉容器

低温側
配管破断
 炉心有効長下端より上のダウンカマ水頭（①）－(CLB)■ 炉内への補給となる駆動力（水頭差）

ボイドを含む炉心有効長における水頭（②）

水頭差は低温側配管破断よりも大きく、炉心を冠水 高温側
配管破断させている水位を低下させないための水頭差減少(HLB)の余裕（デブリ閉塞上限量の目安）も大きくなる方向。

再循環(前半)化学デブリ析出前

再循環(後半)化学デブリ析出後バッフルバレル流路のみでは炉心水位低下の可能性（炉心入口からの一定量の冷却材補給が必要）

バッフルバレル流路のみ
で炉心水位維持

バッフルバレル流路のみで炉心水位維持バッフルバレル流路のみ
で炉心水位維持7

2. 全体計画

2．全体計画（1/3） 先行する米国の状況を踏まえた取り組み

8■ 再循環サンプスクリーンに関する新規制基準対応時に中長期的な課題として事業者が取り組むとしていた事項のうち、現在検討中の事項は「サンプスクリーン下流側
影響のLOCA後炉心長期冷却に関する検討」である。
■ 炉心長期冷却のシナリオについては、米国と同様に以下を想定。

 再循環開始直後は非化学デブリのみ、冷却材温度が低下した後に化学デブリが析出し、炉心入口に付着することで圧損が急増するものと仮定。
 炉内への冷却は２段階で考慮。
－ 化学デブリ析出前は炉心入口流路－ 化学デブリ析出後は代替流路（バッフルバレル流路）■ 本検討については、先行する米国の検討状況を踏まえ、上記シナリオによりRV内熱流動解析を実施。炉心入口流路の大半が閉塞（99.5％相当）しても炉心長期冷却が可能であることを確認。

■ 解析の入力条件（炉心閉塞状況）に関して、実機を模擬したデブリ投入流水試験による検証を実施中。

92．全体計画（2/3） 評価シナリオと検討の概要
再循環開始直後～化学デブリ析出前：
非化学デブリで炉心入口の大半が閉塞するが、必要流量(10㎜/s程度)を確保

化学デブリ析出後：
化学デブリ析出により炉心入口は全面閉塞するが、代替流路（バッフルバレル流路）により必要流量を確保

RV内熱流動解析：炉心入口の大半が閉塞（99.5％相当）しても、炉心冷却が成立することを確認

RV内熱流動解析：炉心入口が全面閉塞しても、炉心冷却が成立することを確認

シナリオが成立する解析の入力条件（炉心閉塞状況）を試験で確認

基礎試験1：下部ノズル流路を部分模擬

基礎試験1：バッフルバレルを部分模擬試験
バッフルバレルを模擬した流動試験

基礎試験2：下部ノズル２体体系
P15参照

基礎試験3：下部ノズル＋下部グリッド
２体体系
P16参照

フルスケール燃料集合体２体体系試験
P18参照

【後半】
バッフル
バレル
流路

P22参照

【前半】
炉心入口
流路

10

2．全体計画（3/3） 全体スケジュール

 化学デブリ析出前、炉心入口から冷却材供給が可能であることを確認するため、燃料集合体２体を用いた流動試験を実施
 化学デブリ析出後の代替流路の成立性を確認するため、バッフルバレル流路を模擬した流動試
験を実施

2015

解析
炉内熱流動
試験
デブリ投入

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

最終解析

感度解析

（試験反映）

メーカ自社試験
基礎試験１

試験計画策定（下部ﾉｽﾞﾙ流路孔 部分模擬試験、
下部ﾉｽﾞﾙ間ｷﾞｬｯﾌﾟ 部分模擬試験）

基礎試験２（下部ﾉｽﾞﾙ２体体系試験）
基礎試験３（下部ﾉｽﾞﾙ+下部ｸﾞﾘｯﾄﾞ２体体系試験）（小規模体系試験）

ﾌﾙｽｹｰﾙ集合体試験

基礎試験の拡充
ﾌﾙｽｹｰﾙ集合体試験
ﾊﾞｯﾌﾙﾊﾞﾚﾙ流動試験

基礎試験１（ﾊﾞｯﾌﾙﾊﾞﾚﾙ 部分模擬試験）

結果取り纏め11

３．実現象と評価シナリオへの展開

３．実現象と評価シナリオへの展開

12-再循環時炉内デブリ閉塞に関する現象と冷却性評価での扱い国内の炉心冷却性評価シナリオ

炉心圧損

米PWROGの入力踏襲：
化学影響試験に基づき保守的に析出開始時間を1~2時間
後に設定
米国の事例：析出開始時間は、・大多数のﾌﾟﾗﾝﾄで24時間以降
・最小でも6時間程度
・解析入力として1~2時間

解析評価
シナリオ
への展開
において
保守性を
考慮

先行米国PWROGでの評価シナリオ
オプション1 ：最初から非化学ﾃﾞﾌﾞﾘ＋化学デブリ析出仮定
オプション2a：最初は非化学ﾃﾞﾌﾞﾘ、水温低下で化学デブリ析出
化学析出開始と同時にｽﾃｯﾌﾟ状に炉心入口部圧損
を完全（∞）閉塞に設定→代替流路による炉心上部からの給水確保

解析上の圧損変化

・解析上の圧損変化は保守的な設定
・解析入力値の設定又は妥当性として各種試験実施

再循環開始直後にﾃﾞﾌﾞﾘ投入試験に基づき保守的にｽﾃｯﾌﾟ状の圧損増加を設定

実際の圧損変化のイメージ

時間

実際の現象
国内での後述の各種試験結果も踏まえた考察

再循環開始直後：
炉心入口部を中心にﾃﾞﾌﾞﾘの付着開始。圧損が漸増していく【ﾃﾞﾌﾞﾘﾍﾞｯﾄﾞの性状】
繊維ﾃﾞﾌﾞﾘ＋粒子ﾃﾞﾌﾞﾘ(緻密化)© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

～1時間：
サンプスクリーン効果により炉心へバイパスしていく
ﾃﾞﾌﾞﾘが激減
炉心の圧損増加は
飽和傾向

24時間又は12時間：
炉心注水の一部を
高温配管側へ切替→ 炉心上部からも注水スクリーン効果で繊維ﾃﾞﾌﾞﾘの燃料上部への付着は少量

24時間以降：水温低下に伴い化学影響開始。圧損が漸増【ﾃﾞﾌﾞﾘﾍﾞｯﾄﾞの性状】
繊維ﾃﾞﾌﾞﾘ＋粒子ﾃﾞﾌﾞﾘのうちの繊維ﾃﾞﾌﾞﾘの上に溶出物析出
燃料上部での化学デブリ影響は小さく、安定して炉心上部からの長期冷却が継続される。1213

4. 流動試験（解析の前提・入力の妥当性確認）

144.1 基礎試験（炉心入口部）© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

14

4.1 基礎試験の結果

15

ー1/4体系と2体体系の比較ー

 供試体の体系の違いによる影響を検討するため基礎試験を実施
 供試体差圧は 燃料集合体1/4体系（200kPa以上） ＞＞ 燃料集合体2体体系（1kPa）
 燃料集合体1/4体系では1次元の一様な流れにより一様デブリベットを形成、差圧が大幅に増加
 燃料集合体2体体系では下部ノズル間等の3次元の流れによりデブリが通過し、差圧は1kPa以下
下部ノズル

供試体下面(¼体系)
下部ノズル間

図１ 燃料集合体2体

1/4体系
2体体系
図2 燃料集合体1/4体© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

15

4.1 基礎試験の結果

16

ー試験条件の感度把握ー

 燃料集合体2体体系により試験条件（温度、流速、粒子デブリ、デブリ径等）に対する感度を検討
 全試験条件で大きな感度はなく、供試体差圧は許容差圧を大きく下回った【結果及び考察】〇流体温度：常温の方が僅かに差圧が大きく、要因として流体の粘性/密度による影響が考えられる〇流速：
流速の増加によりデブリ捕捉が阻害され、流動抵抗が減少したため、流速が増加しても差圧は変化しなかった〇粒子径： 粒子デブリは下部ノズル間のような流路パスを抜けていくことから、粒子径の影響は小さい〇P/F比： 繊維デブリのみ(P/F=0)において差圧が増加。粒子デブリは繊維デブリの捕捉を阻害する効果があると考える〇投入順： 繊維を先行して投入した場合、繊維デブリの捕捉が促進され、差圧が増加

供試体差圧（kPa）

20

許容差圧（約20kPa）
流体温度

流速

15
10

5

粒子径

P/F比

投入順
模擬燃料棒
下部グリッド下部ノズル

0© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

16

17

4.2 燃料集合体2体試験© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

17

18

4.2 燃料集合体2体試験 ー試験装置概要ー○目的 実寸大の燃料集合体（17×17 A型ステップ2 Zry） 2体を用いた
 下部ノズル間ギャップ流路やグリッド部の流路がデブリで閉塞されないことを確認

アクリル窓に
より可視化

グリッド

B部

デブリ
投入タンク

燃料集合体

アクリルダクトにより可視化

ポンプ
上部ノズル

ΔP9

最上段
グリッド

最下段
グリッド

A部

B部
下部ノズル

A部
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ΔP1

流量計

供試体全体図：可視化窓部
1819

4.2 燃料集合体2体試験 ー試験条件ー

流体条件
デブリ条件

※

ケース1
（代表プラント条件）

ケース2（繊維先行投入）

ケース3（包絡条件）

温度/圧力

常温/常圧

←

←

炉心流速

10㎜/s※

←

←

デブリ種類

繊維デブリ： 保温材（ロックウール）
粒子デブリ： 塗料（アクリルパウダー）
ケイ酸カルシウム保温材
潜在粒子（珪砂）

繊維デブリ量

約1.6㎏/FA

約2.6㎏/FA

約2.6㎏/FA

粒子デブリ量

約4.9㎏/FA

約6.4㎏/FA

約8.3㎏/FA

平均粒子径

約20μm

約380μm

←

P/F

約3

約2.5

約3

投入方法

P、F同時

F先行

P、F同時

炉心での蒸散量を補う最小流量（炉心流速10mm/s）で試験を実施。基礎試験の結果から流速が遅い方がデブリが© 2021 MITSUBISHIHEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.
捕捉されやすく、安全側の試験条件となる。
19

4.2 燃料集合体2体試験 ー試験結果ー
 燃料集合体の全差圧（ΔP9）はケース3で最大の約4.6kPa
 ケース3の供試体間差圧は許容差圧（約20kPa）を大きく下回った

20

ΔP9

許容差圧（約20kPa）

ΔP1

差圧計測位置© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

20

21

4.3 バッフルバレル流動試験© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

21

4.3 バッフルバレル流動試験 ーケース1：BB流路への通水ー

22 バッフルバレル流路を模擬した供試体に繊維/粒子/化学デブリを投入
 デブリ投入前後でバッフルバレル流路の差圧は同等、机上検討とも概ね一致 フォーマ板流路孔が閉塞していないことを目視で確認【試験条件】〇流路：
バッフルバレル流路のみ〇温度/圧力： 常温/常圧〇投入デブリ： 繊維/粒子デブリ、化学デブリ（実機包絡量）〇流量：
CLB~HLB条件

ΔP

バッフルバレル流路

供試体間差圧（kPa）

HLB条件
CLB条件

フォーマ板流路孔（Φ9㎜）

流量（m3/s）© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

22

4.3 バッフルバレル流動試験

ーケース2：BB流路+FA流路ー23 バッフルバレル流路と燃料集合体流路を並行させた供試体に繊維/粒子/化学デブリを投入
 繊維/粒子デブリにより燃料集合体の一部が閉塞し、バッフルバレル流路の流量が増加
 化学デブリを投入しても燃料集合体流路は変化せず（燃料集合体流路の閉塞は限定的）
非化学デブリ投入区間

化学デブリ投入区間

ΔP

バッフルバレル流路

燃料集合体に繊維/粒子デブリが抜ける流路が形成

燃料集合体流路

繊維/粒子デブリによる燃料集合体の差圧増加

燃料集合体流路の流量低下（バッフルバレル流路の流量増加） 化学デブリは捕捉されず、通過し、燃料集合
体流路の差圧は増加しない（燃料集合体流路の流量減少は限定的）© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

23

24

5. 熱流動解析

5．解析条件25

 使用解析コード• 最適評価コードMCOBRA/RELAP5-GOTHIC 局所的な閉塞の模擬やそのような状況下での炉心および原子炉容器内の熱水力挙動の予測
 炉心内流動の多チャンネルによるモデル化

 対象プラント• 国内4ループPWR

 対象とする事故事象•

低温側配管の両端破断LOCA後の長期冷却事象(被覆管温度評価として保守的となるケース)

 解析条件••主要条件は国内のECCS性能評価に準じて設定
デブリによる炉心入口閉塞は再循環開始と同時に発生、圧損増加を試験
結果に基づいて設定

26

5．試験結果に基づいたデブリによる圧損増加の設定
 2体集合体試験結果

解析入力条件（試験結果×2倍）

再循環開始からの時刻(秒) 解析時の入力••

炉心圧損(係数)増加•非化学ﾃﾞﾌﾞﾘ閉塞の圧損増(解析では保守的にステップ状での圧損増加を設定)

再循環開始
20分(1200秒)•

再循環開始に瞬時の圧損増加を仮定
圧損の増加値は保守的に試験結果の2倍とする
化学デブリ析出による炉心入口部圧
損増加は∞とし完全閉塞させる
完全閉塞時刻は米国PWROGの包含的な化学析出時間を、そのまま保守的に踏襲して80分(再循環開始から60分)を仮定

化学デブリによる完全閉塞(80分=再循環開始から60分(3600秒))

時間

5．試験結果を踏まえた解析による評価
 試験結果を踏まえた評価 事象後半(LOCA後80分)に
化学デブリにより完全閉塞することを想定した解析 非化学デブリによる圧損増加を試験結果に基づいて設定 米国PWROGの包含的な化学析出時間(80分)を保守的に踏襲
 化学デブリによる完全閉塞時炉心入口圧損
をほぼ無限大に増加
 80分以降に完全閉塞した
場合でも、長期的な炉心水位の低下による燃料棒のヒートアップは無く、炉心冷却維持が可能であることを
確認

27

28

6. 評価に含まれる保守性

29

6．評価に含まれる保守性 -解析前提条件の確認 熱流動解析では試験で得られた知見を基に保守的な仮定を置いた条件を用いている
 主な余裕は下図の①～③であり、十分に保守的な解析結果となっている

実現象では燃料集合体にも流路が存在し、圧損係数の増加は限定的⇒化学デブリ析出と同時に炉心入口が完全閉塞すると仮定

圧損係数

余裕③：化学デブリ析出後の圧損係数の増加量

実現象では圧損係数は徐々に増加（ランプ状）⇒解析ではステップ状に増加すると仮定⇒試験では繊維/粒子デブリを包絡量投入⇒試験で得た圧損係数の2倍に増加

余裕①：非化学デブリ付着後の圧損係数の増加量
再循環開始（＝非化学付着完了）

実現象では化学デブリ析出は24hr以降⇒解析では80分で析出すると仮定

余裕②：化学析出完了時間

化学ﾃﾞﾌﾞﾘ析出

時間

30

７. まとめ7．まとめ31■ 再循環サンプスクリーンに関する新規制基準対応時に中長期的な課題として事業者が取り組むとしていた事項のうち、サンプスクリーン下流側影響のLOCA後炉心長期冷却に関して検討■ 炉心長期冷却のシナリオとして以下を想定－ 化学デブリ析出前は炉心入口流路－ 化学デブリ析出後は代替流路（バッフルバレル流路）■ 流動試験を実施し、上記のシナリオの妥当性を確認－ 燃料集合体2体試験：非化学デブリが流入しても炉心入口から冷却材を供給可能－ バッフルバレル試験：化学デブリ析出後は代替流路から冷却材を供給可能■ 上記の流動試験結果を基に実施した熱流動解析により燃料温度が上昇しないことから、LOCA後の炉心長期冷却性を確認

32

参考

33

参考1

試験に用いるデブリの投入量について

【参考】 燃料集合体2体試験 ー燃料集合体2体試験の条件ー

34

 ケース1：代表プラントを対象とした繊維デブリ/粒子デブリ量を投入（P、F同時投入）
 ケース2：繊維デブリを先行投入（P/F=0）、その後に粒子デブリを投入
 ケース3：国内プラントを包絡した繊維デブリ/粒子デブリ量を投入（P、F同時投入）
P/F=20

10000

P/F=3

P/F=1

試験条件
（繊維デブリバイパス率：30％）

デブリ発生量（繊維デブリバイパス率：100％）

ケース3

8000

粒子デブリ量（g/FA）

ケース2

6000
ケース1

4000
パイパス試験結果（繊維デブリバイパス率：約10～20％）
2000

0
0

2000

© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

4000

6000

繊維デブリ量（g/FA）

8000

10000
34

35

【参考】 燃料集合体2体試験 ー基礎試験の条件ー

 実機の繊維/粒子デブリ量、P/F比を包絡する広範囲の条件により基礎試験を実施
 供試体差圧が大きく増加し、許容差圧を超えることはなく、繊維/粒子デブリ量、P/F比による影響は小さいことが確認できた粒子デブリ 濃度 (g/m3)

P/F=40 P/F=10

4000

P/F=3

3000

試験条件
（繊維デブリバイパス率：30%）

デブリ発生量（繊維デブリバイパス率：100%）

P/F=1

2000
P/F=∞

1000
バイパス試験結果（繊維デブリバイパス率：約10～20%）
P/F=0

0
0

500

© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

1000
1500
繊維デブリ濃度(g/m3)

2000

2500
35

36

参考2

基礎試験の結果（PWROG試験結果との比較）

【参考】基礎試験の結果

37

ー粒子径の影響ー 米国体系（1/4体系） (1)• 粒子径20～30μmで差圧のピークが発生• 一様な繊維デブリ層の間隙を効率的に閉塞する粒子径は20～30μm
 国内体系（燃料集合体2体体系）• 粒子径を変更して試験を実施したが供試体差圧は1kPa未満• 粒子デブリ径の違いによる圧損差は0.5kPa程度であり、明確なピークは存在せず

130kPa以上

許容値（20kPa）

国内体系（燃料集合体2体体系）
許容値（20kPa）
20

供試体差圧（kPa）

米国体系（ 1/4体系）(1)

模擬燃料棒

15

下部グリッド

下部ノズル

10
5
0

20μm

30μm

380μm

粒子デブリ径（μm）（１）GSI-191© 2021 MITSUBISHITestHEAVYProgram
INDUSTRIES,
Summary
LTD. All Rights
ScaledReserved.
Head Loss Testing February 26, 201537

【参考】基礎試験の結果

38

ーP/F比の影響ー

 米国体系（1/4体系）• P/F=45近傍で差圧のピークが存在• 供試体下部に発生した一様な繊維デブリ層の間隙を粒子が閉塞することで圧損が増加
 国内体系（燃料集合体2体体系）• P/F=0～∞の範囲で試験を実施したが、明確なピークは存在しない• P/F=0（繊維デブリのみ投入）において供試体差圧が約2kPa• 繊維デブリのみを投入することで供試体差圧が増加することが分かった

許容差圧（20kPa）

国内体系（燃料集合体2体体系）
許容差圧（20kPa）
20

供試体差圧（kPa）

米国体系（1/4体系）(1)

模擬燃料棒

15

下部グリッド

下部ノズル

10
5

0
0
（１）GSI-191
Program
Summary
ScaledHead Loss Testing February 26, 2015
© 2021 MITSUBISHITest
HEAVY
INDUSTRIES,
LTD. All Rights
Reserved.

1

3
10P/F比（-）

∞
38

39

参考3
17型燃料の代表性

40【参考】17型燃料の代表性について

炉内流動解析において、デブリにより炉心入口部（下部ノズル及び下部グリッド）が99.5%閉塞
し、かつ閉塞部で圧損を無限大として冷却水が通水しないと仮定した場合でも、炉心入口部で0.5%程度の非閉塞部があれば、炉心はヒートアップせず長期冷却が可能○冷却流路が確保される箇所（試験結果より）
a. 下部ノズル及びグリッドのコーナー部流路
流路面積：17型燃料＜15型燃料＜14型燃料
b. 隣接下部ノズル間流路
流路面積：17型燃料＜15型燃料=14型燃料

c. 下部ノズル及びグリッド内流路（一部）
流路面積：17型燃料＜15型燃料=14型燃料
 17型燃料が最も流路面積が小さく、デブリ閉塞の観点で保守的 流路aとbだけで炉心入口部の冷却流路の約1.9％（＞0.5％） が確保でき、長期冷却可能© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

c

炉心入口部イメージbaa（下部ノズル部）（グリッド部）

冷却流路イメージ
40

41

参考4
熱流動解析結果

【参考】炉心入口全面閉塞の仮定と代替流路(ﾊﾞｯﾌﾙﾊﾞﾚﾙ流路)の有効性
蒸気発生器

低温側配管破断（CLB）

SG

42

高温側配管破断（HLB）

蒸気発生器
SG

加圧器

加圧器

一次冷却材
ポンプ

一次冷却材
ポンプ

安全注入

安全注入

安全注入

破断

健全
ループ
健全
ループ

破断
ループ

破断
ループ

原子炉容器

原子炉容器

再循環開始直後のCLBにおいては、
バッフルバレルの水位が低い

再循環開始直後の流況（CLB）

再循環開始直後の流況（HLB）

健全ループからの注入は炉心部等での蒸気発生分のみがダウンカマに流入する。バッフルバレルの水位は炉心部の水頭とバランスし低めに維持される。
炉心入口部からの通水が停止すると、バッフルバレル流路からの冷却水がバッフル板の上端に達するまでの間、炉心内の蒸散に対する補給は行われない。

健全・破断ループからの注入は全て炉心及びバッフルバレル流路を経由して破断口から流出する。RV内の水位は高温側配管
レベルとなり、液相率も高い。
炉心入口部からの通水が停止しても、バッフルバレル流路から炉心内の蒸散に対する補給が、CLBのような時間遅れがなく行われる。

【参考】試験結果を踏まえた解析による評価
 事象後半(LOCA後80分)に化学デブリにより完全閉塞すること想定した解析 非化学デブリによる圧損増加を試験結果に基づいて設定
 米国PWROGの包含的な化学析出時間(80分)を保守的に踏襲
 化学デブリによる完全閉塞時炉心入口圧損をほぼ無限大に増加
 80分以降に完全閉塞した場合でも、長期的な炉心水位の低下による燃料棒のヒートアップは無く、炉心冷却維持が可能であることを確認
低温側配管破断

高温側配管破断

44【参考】米国PWROGの解析結果との比較
非化学デブリの集合体試験での圧損増加は、試験での各部圧損をそのまま解析にも、炉心の各グリッド位置に分散させて入力– 結果：下図のとおり、化学ﾃﾞﾌﾞﾘ析出時間を米国PWROGの評価(約8580秒=143分)と同じに設定しても、析出までに炉心でのヒートアップが生じず、被覆管温度の増加も認められない。

再循環開始(1200秒)完全閉塞(8580秒)

図 高温側配管破断（HLB）解析例© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

再循環開始(1200秒)完全閉塞(8580秒)

図 米国PWROG解析結果例（HLB）** WCAP-17788-NP volume4 Rev0 Comprehensive Analysis and Test Program for GS1-191 Closure (PA-SEE-I1090) Thermal-Hydraulic Analysis of Large Hot leg Break with Simulation of Core Inlet Blockage

44

45

参考5
ほう酸析出への影響

46【参考】ほう酸析出への影響

 ほう酸析出時刻評価への影響
 燃料集合体2体試験の結果から、炉心入口デブリ蓄積（閉塞）等による炉心－下部プレナム混合性能への影響は軽微と考えられ、ほう酸析出時刻への影響は無い見込み⇒化学デブリの析出時間は24時間以降であり、非化学デブリによる圧損増加は小さい⇒化学デブリ析出による炉心入口の圧損増加量は限定的
液 体流
蒸 気流

ほ
う
素
混
合
流

ほう素濃縮
領域
高い

ほ
う
素
濃
度
低い

© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

図 現行国内評価モデル

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【参考】ほう酸析出＆デブリ析出 重畳検討への対応

単独問題：複数・多数の保守性での簡易評価での解決
デブリ長期冷却性の単独問題での複数の保守性：
ｰｰｰ 化学析出時の開始時間及び瞬時の完全閉塞（圧損∞）他
ほう酸析出による炉心長期冷却性の単独問題での複数の保守性：
ｰｰｰ ほう酸析出開始濃度他

重畳問題：保守性の一部緩和による解決
デブリ問題での過度の保守性緩和：化学析出（時間＆圧損増加）の緩和
・化学析出ありき：圧損増加の現実的設定
・化学析出実質なし：非化学デブリによる圧損増加(解析入力)を考慮
ほう酸析出問題での過度の保守性緩和・ほう酸析出濃度の見直し⇒ 6/16に向けた方針：上記のいずれかの条件緩和を反映して、混合解析を実施して 「炉内のほう酸濃度＞析出濃度」 となる時間が、国内現状の炉心上部注水（高温側配管注水切替え）より長いことを確認していく。

47

48

【参考】化学デブリ析出時間に関する試験概要【実機の化学影響概要】①高温のほう酸水・スプレイ材溶液に、デブリや構造材の一部が溶出する【試験手順】①デブリと構造材の成分を溶出させる
・90℃のほう酸水（pH3.8）に、デブリと構造材を投入
・高温保持・攪拌（80分間・24時間）
ビーカ
攪拌
ヒータ

【試験結果】②化学デブリの析出有無を確認する
・温度低下時の白濁の有無を目視確認
・NaOHを添加し、pH変化時の影響も確認

ほう酸水
非化学デブリ；ロックウール、
ケイ酸カルシウム

ビーカ

構造材；
アルミ、亜鉛メッキ鋼

米PWROGの試験（対象はサンプピット）において、24時間以内では大半の条件で化学デブリが析出しないことを確認

撹拌子
24時間高温pH8＠30℃

温度低下時
の白濁の有
無を確認
非化学デブリ

80分間高温pH8＠30℃

80分間高温保持した試料：
30℃および80℃において、pH3.8～10の範囲で白濁が生じないことを確認
24時間高温保持した試料：
30℃、かつ、pH7以上で白濁を確認②低温となるにつれ、溶出した成分が閉塞していた繊維デブリの上に析出して圧損増加となる

白濁を
確認

49

参考6
被覆管付着影響50【参考】被覆管付着影響の米国評価事例について
 化学デブリの被覆管表面への沈着による伝熱性能、被覆管温度への影響

 燃料表面における沸騰等により化学デブリが被覆管表面への沈着（プレートアウト）をする挙動（被覆管表面温度、沈着厚）を30日（～800H)について解析
 崩壊熱の低下、及び約250hでの炉心沸騰終息により、顕著な沈着は生じず、また被覆管の温度上昇も生じない
沈着厚(約250h以後は沸騰終息
により沈着速度が低下）

被覆管

被覆管温度

沈着（LOCAスケール）(出典)WCAP-16793Rev2

 グリッドや被覆管表面等へのデブリ付着蓄積による伝熱性能、被覆管健全性への影響
500

 被覆管間に付着蓄積を仮定した熱伝導解析の結果、最大厚50mils(1)まで蓄積しても被覆管の長期冷却時の制限温度800F(2)以下を確認
デブリの熱伝導率(BTU/(hr・ft・F)

温度(F)

0.1

260

0.9

(1) グリッドを考慮し被覆管間の最小距離＜100milsであり1燃料棒当50mils(2) 30日間の運転で更なる腐食、水素吸収による顕著な影響が生じない温度

050
デブリ厚(mils)(出典)WCAP-16793Rev2

51

参考７
サンプスクリーンをバイパスする繊維デブリ量の変化

【参考】サンプスクリーンをバイパスする繊維デブリ量の変化

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デブリを含むサンプピットからの冷却水の循環の概念図
HLB
炉心

CLB

実際は世代ごとのﾃﾞﾌﾞﾘを含んだ水が
混合

ECCS
系統

CLB

HLB

デブリ濃度
・ｻﾝﾌﾟﾋﾟｯﾄ内濃度・スクリーン通過後濃度

原子炉
容器

CVｽﾌﾟﾚｲ系統

スクリーン#2世代以降ﾃﾞﾌﾞﾘ(ECCS,CVS経由)#1世代ﾃﾞﾌﾞﾘ
(配管､塗装､他)

サンプピット＃１世代
スクリーンでのバイパス

ﾊﾞｲﾊﾟｽ試験結果

＃2世代
＃3世代
時間

再循環開始時にサンプピットにあるデブリを含む水量すべてがスクリーンを通過する時間を保守的に簡略計算*した結果：* 初期サンププール水量÷再循環流量
スクリーンでの繊維ﾃﾞﾌﾞﾘが実質ﾊﾞｲﾊﾟｽしなくなる時間を保守的に代替
・29~44分（単一故障なしﾍﾞｰｽ）
・58~88分（DG単一故障ﾍﾞｰｽ）© 2021 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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