JP2014059238A - Thermal analysis device and thermal analysis method and thermal analysis program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱体が配置される領域における熱解析を行う熱解析装置、熱解析方法及び熱解析プログラムに関する。 The present invention relates to a thermal analysis apparatus, a thermal analysis method, and a thermal analysis program that perform thermal analysis in a region where a heating element is disposed.
高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道の設計条件として廃棄体周囲に設置される人工バリア(人工バリア材料)の制限温度が採用されている。地層処分で想定される高レベル廃棄体は約4万本ある。これに対し従来は、処分坑道及び坑道内の廃棄体がそれぞれ同ピッチで無限に連続して配置されると仮定し、廃棄体1本が専有する直方体領域を取り出して反射境界を利用したモデルによる熱解析を実施していた。この熱解析には、例えば特許文献1に示されるようなFEM(有限要素法)解析が用いられていた。 In geological disposal of high-level radioactive waste, the temperature limit of an artificial barrier (artificial barrier material) installed around the waste is adopted as a design condition for the disposal tunnel. There are about 40,000 high-level wastes envisaged for geological disposal. On the other hand, according to the conventional model, it is assumed that disposal tunnels and wastes in the tunnels are arranged indefinitely at the same pitch, and a rectangular parallelepiped region occupied by one waste is taken out and a reflection boundary is used. Thermal analysis was performed. For this thermal analysis, for example, FEM (finite element method) analysis as shown in Patent Document 1 has been used.
しかしながら、上記のように廃棄体1本が専有する直方体領域毎に熱解析によって設計を行うとすると、廃棄体が配置される位置にかかわらず1本あたりの廃棄体が専有する直方体領域の大きさは同じ大きさとなる。即ち、処分坑道の中央に配置されて周囲を他の廃棄体に囲まれており他の廃棄体の発熱からの影響が大きい廃棄体と、処分坑道の端に配置されて他の廃棄体の発熱からの影響が小さい廃棄体とが同じ大きさの直方体領域を専有することになる。そのため、処分坑道全体の専有面積が非常に大きく非合理的なものとなる。 However, if the design is performed by thermal analysis for each rectangular parallelepiped region that one waste body occupies as described above, the size of the cuboid region that one waste body occupies regardless of the position where the waste body is disposed. Are the same size. That is, the waste disposed at the center of the disposal tunnel and surrounded by other wastes and greatly affected by the heat generated by the other wastes, and the heat generated by other wastes disposed at the end of the disposal tunnel The waste body having a small influence from the occupies a rectangular parallelepiped region having the same size. Therefore, the exclusive area of the entire disposal tunnel is very large and irrational.
また、全ての廃棄体を考慮した熱解析をFEM解析で行おうとすると、4万本もの廃棄体のモデル化が必要なため非常に規模の大きな解析メッシュが必要となる。そのため、設計段階におけるトライアル検討作業は非常に煩雑で負担が大きいものとなり、現実的な時間で熱解析を行うことができない。 Further, if the thermal analysis considering all wastes is to be performed by FEM analysis, a very large analysis mesh is required because 40,000 wastes need to be modeled. For this reason, trial examination work at the design stage is very complicated and burdensome, and thermal analysis cannot be performed in a realistic time.
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、放射性廃棄物等の複数の発熱体が配置される場合に効率的かつ適切に熱解析を行うことができる熱解析装置、熱解析方法及び熱解析プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a thermal analysis apparatus, a thermal analysis method, and a thermal analysis apparatus capable of performing thermal analysis efficiently and appropriately when a plurality of heating elements such as radioactive waste are disposed. The purpose is to provide an analysis program.
上記目的を達成するために、本発明に係る熱解析装置は、複数の発熱体が配置される領域における熱解析を行う熱解析装置であって、領域及び単位個数の発熱体に関する情報を入力する単位情報入力手段と、単位情報入力手段によって入力された情報に基づいて、単位個数の発熱体からの位置に応じた当該発熱体による温度の影響を算出するベースケース算出手段と、領域における複数の発熱体が配置される位置及び発熱体個数を示す情報を入力する発熱体情報入力手段と、ベースケース算出手段によって算出された影響、及び発熱体情報入力手段によって入力された情報によって示される発熱体が配置される位置から領域における所定位置である評価点までの距離に基づいて、当該発熱体の当該評価点での温度の影響を算出する温度影響算出手段と、温度影響算出手段によって算出された各発熱体の評価点での温度の影響を加算する加算手段と、加算手段によって加算された評価点での温度の影響を示す情報を出力する出力手段と、を備える。 In order to achieve the above object, a thermal analysis apparatus according to the present invention is a thermal analysis apparatus that performs thermal analysis in an area where a plurality of heating elements are arranged, and inputs information related to the area and the number of heating elements. A unit information input unit; a base case calculation unit that calculates an influence of temperature by the heating element according to a position from the unit number of heating elements based on information input by the unit information input unit; A heating element information input means for inputting information indicating the position where the heating element is disposed and the number of heating elements, an influence calculated by the base case calculation means, and a heating element indicated by the information input by the heating element information input means Temperature influence calculation that calculates the influence of the temperature at the evaluation point of the heating element on the basis of the distance from the position where the heater is disposed to the evaluation point at the predetermined position in the region Means for adding the temperature influence at the evaluation point of each heating element calculated by the temperature influence calculation means, and output means for outputting information indicating the temperature influence at the evaluation point added by the addition means And comprising.
本発明に係る熱解析装置では、位置に応じた発熱体による温度の影響の算出は単位個数の発熱体について算出される。単位個数の発熱体についての算出であるため、この算出は小さな負荷で行うことができる。一方で、領域に配置された複数の発熱体による温度の影響は、算出された位置に応じた単位個数の発熱体による温度の影響が用いられて、各発熱体による温度の影響が加算されて算出される。加算という負荷が小さい演算により算出されるため、この算出も小さな負荷で行うことができる。従って、本発明に係る熱解析装置では、効率的に発熱体の熱解析を行うことができる。一方で、本発明に係る熱解析装置では、発熱体の配置が考慮されて温度の影響が算出されるため、適切に熱解析を行うことができる。例えば、領域の中央と端とそれぞれで、発熱体の配置に応じて発熱体による温度の影響を算出することができる。 In the thermal analysis apparatus according to the present invention, the calculation of the influence of temperature by the heating element according to the position is calculated for a unit number of heating elements. Since the calculation is for a unit number of heating elements, this calculation can be performed with a small load. On the other hand, the influence of the temperature by a plurality of heating elements arranged in the region is the influence of the temperature by the number of heating elements according to the calculated position, and the influence of the temperature by each heating element is added. Calculated. Since the load of addition is calculated by a small calculation, this calculation can also be performed with a small load. Therefore, the thermal analysis apparatus according to the present invention can efficiently perform the thermal analysis of the heating element. On the other hand, in the thermal analysis apparatus according to the present invention, since the influence of temperature is calculated in consideration of the arrangement of the heating elements, thermal analysis can be performed appropriately. For example, the influence of the temperature by the heating element can be calculated according to the arrangement of the heating element at the center and the end of the region.
単位情報入力手段は、単位個数の発熱体に関する情報として単位個数の発熱体の発熱量を示す情報を入力して、発熱体情報入力手段は、配置される発熱体の発熱量を示す情報を入力して、温度影響算出手段は、単位個数の発熱体及び配置される各発熱体の各発熱量にも応じて当該配置される各発熱体の当該評価点での温度の影響を算出する、こととすることができる。この構成によれば、配置される発熱体に発熱量のばらつきが生じるような場合であっても適切に熱解析を行うことができる。 The unit information input means inputs information indicating the heat generation amount of the unit number of heating elements as information on the unit number of heating elements, and the heating element information input means inputs information indicating the heat generation amount of the arranged heating elements. The temperature influence calculating means calculates the temperature influence at the evaluation point of each of the arranged heating elements according to the amount of heat generated by the unit number of heating elements and each of the arranged heating elements. It can be. According to this configuration, it is possible to appropriately perform the thermal analysis even in the case where variations in the amount of heat generation occur in the heating elements that are arranged.
発熱体情報入力手段は、各発熱体の発熱量に応じて、当該各発熱体の配置を決定することとすることができる。この構成によれば、各発熱体の発熱量に応じた各発熱体の配置に応じた熱解析を行うことができる。 The heating element information input means can determine the arrangement of each heating element according to the amount of heat generated by each heating element. According to this structure, the thermal analysis according to arrangement | positioning of each heat generating body according to the emitted-heat amount of each heat generating body can be performed.
発熱体情報入力手段は、発熱量の確率分布を示す情報を入力して、当該確率分布に応じて各発熱体の発熱量を決定することとすることができる。この構成によれば、発熱体の発熱量にばらつきがあり確率分布に従う場合であっても適切な熱解析を行うことができる。 The heating element information input means can input information indicating the probability distribution of the heat generation amount and determine the heat generation amount of each heating element according to the probability distribution. According to this configuration, it is possible to perform an appropriate thermal analysis even when there is variation in the amount of heat generated by the heating element and the probability distribution is followed.
発熱体情報入力手段は、確率分布に応じて各発熱体の発熱量を複数、決定して、温度影響算出手段及び加算手段は、発熱体情報入力手段によって決定された各発熱体の発熱量の複数の組毎に処理を行う、こととすることができる。この構成によれば、各発熱体の発熱量の複数の組に対して熱解析を行うことができ、発熱量にばらつきに応じた評価点での温度の影響を考慮することができる。 The heating element information input means determines a plurality of heating amounts of each heating element according to the probability distribution, and the temperature influence calculation means and the adding means determine the heating amount of each heating element determined by the heating element information input means. Processing may be performed for each of a plurality of sets. According to this configuration, it is possible to perform thermal analysis on a plurality of sets of the calorific values of the respective heat generating elements, and it is possible to consider the influence of the temperature at the evaluation point corresponding to the variation in the calorific value.
熱解析装置は、加算手段によって加算された評価点での温度の影響が予め設定された条件を満たすか否かを判断して、満たしていると判断されたら出力手段による出力を実行させ、満たしていないと判断されたら当該評価点での温度の影響とは異なる複数の発熱体が配置される位置を示す情報を発熱体情報入力手段に入力して、当該位置に基づく評価点での温度の影響を再度算出させる判断手段を更に備えることとすることができる。この構成によれば、複数の発熱体をどのように配置すればよいかの設計を容易に行うことができる。 The thermal analysis apparatus determines whether or not the influence of the temperature at the evaluation point added by the adding means satisfies a preset condition. If it is determined that the temperature is not determined, information indicating a position where a plurality of heating elements different from the influence of the temperature at the evaluation point is arranged is input to the heating element information input means, and the temperature at the evaluation point based on the position is input. It can be further provided with a determination means for calculating the influence again. According to this configuration, it is possible to easily design how to arrange the plurality of heating elements.
ところで、本発明は、上記のように熱解析装置の発明として記述できる他に、以下のように熱解析方法及び熱解析プログラムの発明としても記述することができる。これはカテゴリ等が異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。 By the way, the present invention can be described as an invention of a thermal analysis apparatus as described above, and can also be described as an invention of a thermal analysis method and a thermal analysis program as follows. This is substantially the same invention only in different categories and the like, and has the same operations and effects.
即ち、本発明に係る熱解析方法は、複数の発熱体が配置される領域における熱解析を行う熱解析方法であって、領域及び単位個数の発熱体に関する情報を入力する単位情報入力ステップと、単位情報入力ステップにおいて入力された情報に基づいて、単位個数の発熱体からの位置に応じた当該発熱体による温度の影響を算出するベースケース算出ステップと、領域における複数の発熱体が配置される位置及び発熱体個数を示す情報を入力する発熱体情報入力ステップと、ベースケース算出ステップにおいて算出された影響、及び発熱体情報入力ステップにおいて入力された情報によって示される発熱体が配置される位置から領域における所定位置である評価点までの距離に基づいて、当該発熱体の当該評価点での温度の影響を算出する温度影響算出ステップと、温度影響算出ステップにおいてによって算出された各発熱体の評価点での温度の影響を加算する加算ステップと、加算ステップにおいて加算された評価点での温度の影響を示す情報を出力する出力ステップと、を含む。 That is, the thermal analysis method according to the present invention is a thermal analysis method for performing thermal analysis in an area where a plurality of heating elements are arranged, and a unit information input step for inputting information on the heating element in the area and the unit number; Based on the information input in the unit information input step, a base case calculation step for calculating the influence of temperature by the heating element according to the position from the unit number of heating elements, and a plurality of heating elements in the region are arranged From the heating element information input step for inputting information indicating the position and the number of heating elements, the influence calculated in the base case calculation step, and the position where the heating element indicated by the information input in the heating element information input step is arranged Based on the distance to the evaluation point that is a predetermined position in the region, the temperature shadow that calculates the influence of the temperature at the evaluation point of the heating element A calculation step, an addition step for adding the influence of the temperature at the evaluation point of each heating element calculated in the temperature influence calculation step, and information indicating the influence of the temperature at the evaluation point added in the addition step are output. An output step.
また、本発明に係る熱解析プログラムは、複数の発熱体が配置される領域における熱解析を行う熱解析プログラムであって、コンピュータを、領域及び単位個数の発熱体に関する情報を入力する単位情報入力手段と、単位情報入力手段によって入力された情報に基づいて、単位個数の発熱体からの位置に応じた当該発熱体による温度の影響を算出するベースケース算出手段と、領域における複数の発熱体が配置される位置及び発熱体個数を示す情報を入力する発熱体情報入力手段と、ベースケース算出手段によって算出された影響、及び発熱体情報入力手段によって入力された情報によって示される発熱体が配置される位置から領域における所定位置である評価点までの距離に基づいて、当該発熱体の当該評価点での温度の影響を算出する温度影響算出手段と、温度影響算出手段によって算出された各発熱体の評価点での温度の影響を加算する加算手段と、加算手段によって加算された評価点での温度の影響を示す情報を出力する出力手段と、として機能させる。 The thermal analysis program according to the present invention is a thermal analysis program for performing thermal analysis in an area where a plurality of heating elements are arranged, and is a unit information input for inputting information about the area and the number of heating elements. And a base case calculating means for calculating an influence of temperature by the heating element according to the position from the unit number of heating elements based on information input by the unit information input means, and a plurality of heating elements in the region. A heating element information input means for inputting information indicating the position to be arranged and the number of heating elements, an influence calculated by the base case calculation means, and a heating element indicated by the information input by the heating element information input means are arranged. The temperature at which the influence of the temperature at the evaluation point of the heating element is calculated based on the distance from the position to the evaluation point at the predetermined position in the region. An influence calculating means, an adding means for adding the influence of the temperature at the evaluation point of each heating element calculated by the temperature influence calculating means, and information indicating the influence of the temperature at the evaluation point added by the adding means are output. Function as output means.
本発明によれば、放射性廃棄物等の複数の発熱体が配置される場合に効率的かつ適切に熱解析を行うことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a several heat generating body, such as radioactive waste, is arrange | positioned, a thermal analysis can be performed efficiently and appropriately.
以下、図面と共に本発明に係る熱解析装置、熱解析方法及び熱解析プログラムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a thermal analysis device, a thermal analysis method, and a thermal analysis program according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1に本実施形態に係る熱解析装置10を示す。熱解析装置10は、複数の発熱体が配置される領域における熱解析を行う装置である。この熱解析は、熱解析装置10に解析に必要な情報が入力されて、入力された情報が用いられた熱解析装置10による情報処理によって行われる。熱解析装置10は、具体的には、ワークステーションやPC(Personal Computer)等の情報処理装置に相当し、CPU(CentralProcessing Unit)やメモリ等のハードウェアにより構成されている。熱解析装置10は、これらの構成要素がプログラム等により動作することにより後述する各機能が発揮される。なお、本実施形態では、熱解析装置10は一つの装置で実現されているが、複数の情報処理装置がネットワークにより互いに接続されて構成される情報処理システムにより実現されていてもよい。 FIG. 1 shows a thermal analysis apparatus 10 according to this embodiment. The thermal analysis device 10 is a device that performs thermal analysis in a region where a plurality of heating elements are arranged. This thermal analysis is performed by information processing performed by the thermal analysis apparatus 10 using information input to the thermal analysis apparatus 10 by inputting information necessary for the analysis. Specifically, the thermal analysis apparatus 10 corresponds to an information processing apparatus such as a workstation or a PC (Personal Computer), and is configured by hardware such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory. The thermal analysis apparatus 10 exhibits each function described later when these components are operated by a program or the like. In the present embodiment, the thermal analysis device 10 is realized by a single device, but may be realized by an information processing system in which a plurality of information processing devices are connected to each other via a network.
ここで本実施形態における熱解析の対象の例について説明する。本実施形態では、高レベル放射性廃棄物の廃棄体を発熱体(熱源)として、地下深部に定置(埋設)する地層処分を行うことを例として説明する。廃棄体を地層処分する際には、地下数百m程度の場所に坑道を設けて坑道内に廃棄体を配置して坑道が埋め戻される。廃棄体を定置する処分坑道群とそれを取り囲む坑道からなる一つの区画をパネル(処分パネル)と呼ぶ。 Here, an example of a target of thermal analysis in the present embodiment will be described. In the present embodiment, an example is described in which geological disposal is performed in which a waste of high-level radioactive waste is used as a heating element (heat source) and is placed (embedded) in a deep underground. When the waste is disposed of in the geological formation, a mine is provided in a place several hundred meters below ground, and the waste is placed in the mine to be backfilled. A section composed of a group of disposal tunnels for placing waste and a tunnel surrounding it is called a panel (disposal panel).
廃棄体が地層処分される際には、通常、処分される環境に影響を及ぼすことを防止するために人工バリアが設けられる。図2に廃棄体が地層処分される際の配置の例を示す。図2(a)は横置き方式の場合の例であり、図2(b)は竪置き(縦置き)方式の例である。図2に示すように人工バリア100は、ガラス固化体101、オーバーパック102及び緩衝材103を含んで構成される。なお、図2(b)に示すような竪置き方式の場合、岩盤200に設けられた孔にガラス固化体101、オーバーパック102及び緩衝材103が配置され、その上を坑道埋戻し材201で覆う。なお、本実施形態では硬岩竪置きケースを例として説明する。 When wastes are disposed of in geological formations, an artificial barrier is usually provided to prevent the disposal environment from being affected. FIG. 2 shows an example of the arrangement when the waste is disposed of. FIG. 2A shows an example of the horizontal placement method, and FIG. 2B shows an example of the vertical placement method. As shown in FIG. 2, the artificial barrier 100 includes a vitrified body 101, an overpack 102, and a buffer material 103. In the case of the laying method as shown in FIG. 2 (b), the vitrified body 101, the overpack 102 and the buffer material 103 are arranged in the hole provided in the bedrock 200, and the tunnel backfilling material 201 is disposed thereon. cover. In the present embodiment, a hard rock cage case will be described as an example.
ガラス固化体101は、放射性核種を安定なガラス構造の中に取り込み、地下水への溶出を抑制する。オーバーパック102は、廃棄体(ガラス固化体101)を格納する堅固な容器であり、ガラス固化体101と地下水の接触を一定期間阻止するものである。緩衝材103は、オーバーパック102と岩盤200との間に充填される部材である。緩衝材103は、その物理的、化学的緩衝機能によってガラス固化体101を保護すると共に、周囲からの地下水の浸透やその中での流れを抑制し、更に地下水に溶出した放射線核種を吸着することによって放射線核種の移動を抑制するものである。緩衝材103は、例えば、ベントナイトによって構成される。 The vitrified body 101 takes in the radionuclide into a stable glass structure and suppresses elution into the groundwater. The overpack 102 is a rigid container for storing the waste body (the glass solidified body 101), and prevents contact between the glass solidified body 101 and the groundwater for a certain period. The cushioning material 103 is a member filled between the overpack 102 and the rock mass 200. The buffer material 103 protects the vitrified body 101 by its physical and chemical buffering functions, suppresses the penetration of groundwater from the surroundings and the flow therein, and further adsorbs radionuclides eluted in the groundwater. This suppresses the movement of radionuclides. The buffer material 103 is made of bentonite, for example.
上記のようにして処分された廃棄体は発熱して発熱の影響は廃棄体の周囲に及ぶ。この影響によって、人工バリア100の温度が変動する。上述したように坑道の設計条件として人工バリア100の制限温度(具体的には例えば、オーバーパックの温度制限)が採用されている。従って、廃棄体をどのように配置するか、即ち、坑道をどのように設計するかは、廃棄体が配置された場合に人工バリア100がどのような温度となるかにかかっている。本実施形態に係る熱解析装置10は、複数の廃棄体が特定の領域に配置された場合に当該領域の熱解析を行う装置である。例えば、人工バリア100の位置等の所定位置の温度の時間変化を計算する。 The waste body disposed as described above generates heat, and the influence of the heat generation extends around the waste body. Due to this influence, the temperature of the artificial barrier 100 varies. As described above, the temperature limit of the artificial barrier 100 (specifically, for example, the temperature limit of the overpack) is adopted as the design condition of the tunnel. Therefore, how the waste body is arranged, that is, how the tunnel is designed depends on the temperature of the artificial barrier 100 when the waste body is arranged. The thermal analysis device 10 according to the present embodiment is a device that performs thermal analysis of a region when a plurality of waste bodies are arranged in a specific region. For example, the time change of the temperature at a predetermined position such as the position of the artificial barrier 100 is calculated.
引き続いて、熱解析装置10の機能構成について説明する。図1に示すように、熱解析装置10は、単位情報入力部11と、ベースケース算出部12と、発熱体情報入力部13と、温度影響算出部14と、加算部15と、判断部16と、出力部17とを備えて構成される。 Subsequently, the functional configuration of the thermal analysis device 10 will be described. As shown in FIG. 1, the thermal analysis apparatus 10 includes a unit information input unit 11, a base case calculation unit 12, a heating element information input unit 13, a temperature effect calculation unit 14, an addition unit 15, and a determination unit 16. And an output unit 17.
ここで、本実施形態に係る熱解析装置10による熱解析の概要を説明する。この熱解析では、まず単位個数の廃棄体(例えば1本)を廃棄体が配置される領域に配置し、それ以外の隣接する廃棄体からの熱影響がないものを仮定した状態(ベースケース)に対して熱解析を行って、その場合の温度の空間分布を得る。続いて図3に示すように、複数の廃棄体300が配置される位置に基づいて、温度の算出対象の位置である評価点(図3では廃棄体300aが配置される位置)と各廃棄体300との距離を求める。当該距離に基づいて、ベースケースの温度の空間分布を参照して各廃棄体300による評価点での温度の影響を算出する。ここで、熱解析の対象は、例えばパネル規模(パネル単位)での廃棄体の配置とする。 Here, an outline of thermal analysis by the thermal analysis apparatus 10 according to the present embodiment will be described. In this thermal analysis, a unit number of waste bodies (for example, one) is first placed in a region where the waste body is placed, and it is assumed that there is no thermal influence from the other adjacent waste bodies (base case) Is subjected to thermal analysis to obtain the spatial distribution of temperature in that case. Subsequently, as shown in FIG. 3, based on the positions where the plurality of waste bodies 300 are arranged, evaluation points (positions where the waste bodies 300a are arranged in FIG. 3) and the respective waste bodies are calculated. Find the distance to 300. Based on the distance, the temperature distribution at the evaluation point by each waste body 300 is calculated with reference to the spatial distribution of the temperature of the base case. Here, the target of the thermal analysis is, for example, the arrangement of waste bodies on the panel scale (panel unit).
続いて、各廃棄体300による評価点での温度の影響を足し合わせて(重ね合わせて)、評価点での温度を算出する。なお、このように廃棄体が1本だけで周囲の廃棄体は岩盤として計算されたケース(ベースケース)を重ね合わせている手法は、熱解析上、廃棄体自体の領域が全体領域に対して無視できるほど小さいから合理的である。このとき、図3に示すように各廃棄体300の初期発熱量を廃棄体300毎に異なるものとして計算することとしてもよい。例えば、予め設定した確率分布に応じて各廃棄体300の発熱量を決定することとしてもよい。以上が、本実施形態に係る熱解析装置10による熱解析の概要である。 Subsequently, the temperature at the evaluation point by each waste body 300 is added (superimposed) to calculate the temperature at the evaluation point. In addition, the method of superimposing the case (base case) where only one waste body is used and the surrounding waste body is calculated as a bedrock as described above is based on the thermal analysis, the area of the waste body itself is compared to the entire area. It is reasonable because it is small enough to be ignored. At this time, as shown in FIG. 3, the initial heat generation amount of each waste body 300 may be calculated as different for each waste body 300. For example, the heat generation amount of each waste body 300 may be determined according to a preset probability distribution. The above is the outline of the thermal analysis by the thermal analysis apparatus 10 according to the present embodiment.
なお、本実施形態に係る熱解析は、処分坑道の設計検討を念頭に、連設坑道を考慮した熱解析の多数回の試行を簡便に実施する評価方法である。即ち、処分坑道が計画される地盤が比較的均質一様な岩盤であり、廃棄体間の隔離が、廃棄体が設置される坑道の外径に比べて相対的に大きいため坑道中の人口バリアや埋戻し材の熱特性が温度分布に与える影響が小さいという条件に着目して行われたものである。引き続いて、熱解析装置10の各構成要素の機能について詳細に説明する。 Note that the thermal analysis according to the present embodiment is an evaluation method in which a large number of trials of thermal analysis are performed in consideration of the design of the disposal tunnel in consideration of the design of the disposal tunnel. In other words, the ground where the disposal mine is planned is a relatively homogeneous rock, and the isolation between the wastes is relatively larger than the outer diameter of the mine where the wastes are installed. And the thermal characteristics of the backfilling material are focused on the condition that the influence on the temperature distribution is small. Subsequently, the function of each component of the thermal analysis apparatus 10 will be described in detail.
単位情報入力部11は、廃棄体が配置される領域(坑道)及び単位個数の廃棄体に関する情報を入力する単位情報入力手段である。単位情報入力部11に入力される情報は、上述したベースケースにおける温度の空間分布を算出するのに必要な情報である。廃棄体が配置される領域に関する情報としては、例えば、地層処分される領域である岩盤(硬岩系)の熱伝導率、比熱、密度を示す情報である。なお、単位個数の廃棄体が配置される領域は、例えば均質一様な地層中の単独の処分坑道であるものとする。また、単位情報入力部11は、後述する加算部15によって計算される岩盤の温度を算出するために岩盤の初期温度を示す情報を入力してもよい。 The unit information input unit 11 is a unit information input unit that inputs information related to a region (tunnel) where a waste is disposed and a unit number of wastes. The information input to the unit information input unit 11 is information necessary to calculate the temperature spatial distribution in the base case described above. The information on the area where the waste body is disposed is, for example, information indicating the thermal conductivity, specific heat, and density of the rock mass (hard rock system) that is the area to be disposed of. In addition, the area | region where a unit-number waste body is arrange | positioned shall be a single disposal tunnel in a homogeneous uniform formation, for example. Further, the unit information input unit 11 may input information indicating the initial temperature of the rock mass in order to calculate the temperature of the rock mass calculated by the adding unit 15 described later.
単位個数の廃棄体に関する情報としては、例えば、廃棄体を構成するガラス固化体、オーバーパック、緩衝材の熱伝導率、比熱、密度を示す情報である。また、単位情報入力部11は、埋戻し材の熱伝導率、比熱、密度を示す情報を入力してもよい。また、単位情報入力部11は、単位個数の廃棄体に関する情報として単位個数の廃棄体の発熱量を示す情報を入力することとしてもよい。この発熱量を示す情報は、具体的には例えば廃棄体が配置された段階での発熱量である初期発熱量を示す情報を用いる。 The information on the unit number of waste bodies is, for example, information indicating the thermal conductivity, specific heat, and density of the vitrified body, overpack, and buffer material that constitute the waste bodies. The unit information input unit 11 may input information indicating the thermal conductivity, specific heat, and density of the backfill material. In addition, the unit information input unit 11 may input information indicating the amount of heat generated by the unit number of waste bodies as information on the unit number of waste bodies. As the information indicating the heat generation amount, specifically, for example, information indicating an initial heat generation amount that is a heat generation amount at the stage where the waste body is disposed is used.
なお、ベースケースに含まれる廃棄体の数である単位個数は1つとしてもよいが、2つ以上としてもよい。単位個数を2以上とする場合には、単位情報入力部11は、廃棄体の位置関係を示す情報等廃棄体の組から温度の空間分布を算出するのに必要な情報を入力する。 The number of units, which is the number of waste bodies included in the base case, may be one, but may be two or more. When the number of units is 2 or more, the unit information input unit 11 inputs information necessary for calculating the temperature spatial distribution from the set of waste bodies, such as information indicating the positional relationship of the waste bodies.
また、単位情報入力部11は、ベースケース算出部12による算出により用いられる情報、例えば、解析モデルのパラメータの情報等も入力してもよい。この情報の入力は、熱解析装置10のユーザによる操作に基づいて行われてもよいし、あるいは予め熱解析装置10に記憶されている情報を読み出すことで行われてもよい。なお、後述する情報の入力についても上記と同様に行われる。単位情報入力部11は、入力した情報をベースケース算出部12に出力する。 The unit information input unit 11 may also input information used by calculation by the base case calculation unit 12, for example, information on parameters of the analysis model. This input of information may be performed based on an operation by a user of the thermal analysis device 10 or may be performed by reading information stored in the thermal analysis device 10 in advance. The input of information to be described later is performed in the same manner as described above. The unit information input unit 11 outputs the input information to the base case calculation unit 12.
ベースケース算出部12は、単位情報入力部11から入力された情報に基づいて、単位個数の廃棄体からの位置に応じた当該廃棄体による温度の影響を算出するベースケース算出手段である。このとき算出される温度の影響は、単位個数の廃棄体以外の(隣接する)廃棄体からの影響がないものとして計算される。廃棄体による温度の影響は、具体的には例えば、廃棄体の存在による当該位置の温度の上昇量(領域(岩盤)の当初の温度からの上昇量)である。即ち、ベースケース算出部12は、単位個数の廃棄体による温度上昇量の空間分布を算出する。ベースケース算出部12は、無限とみなすことが可能な岩盤領域(例えば、2000m×2000m×12000mの三次元領域)の中央に廃棄体1体を埋設したモデルで熱解析(熱伝導解析)を実施することによって温度上昇量の空間分布を求める。ベースケースの熱解析は、例えば、従来の方法と同様のFEM解析によって行われる。なお、FEM解析以外の方法でも廃棄体の距離に応じた熱解析を行いうるものであれば任意の方法でベースケースの熱解析が行われてもよい。 The base case calculation unit 12 is a base case calculation unit that calculates the influence of the temperature of the waste according to the position from the waste of the unit number based on the information input from the unit information input unit 11. The temperature influence calculated at this time is calculated assuming that there is no influence from (adjacent) waste bodies other than the unit number of waste bodies. Specifically, the influence of the temperature by the waste body is, for example, the amount of increase in the temperature at the position due to the presence of the waste body (the amount of increase from the initial temperature of the region (rock)). That is, the base case calculation unit 12 calculates the spatial distribution of the temperature rise amount by the unit number of waste bodies. The base case calculation unit 12 performs thermal analysis (heat conduction analysis) with a model in which a waste body is embedded in the center of a rock area that can be considered infinite (for example, a three-dimensional area of 2000 m × 2000 m × 12000 m). To obtain the spatial distribution of the temperature rise. The thermal analysis of the base case is performed by FEM analysis similar to the conventional method, for example. Note that the base case thermal analysis may be performed by any method other than the FEM analysis as long as the thermal analysis according to the distance of the waste body can be performed.
図4(a)及び図4(b)にFEM解析モデル図を示す。解析モデルは境界条件の対称性から1/4切出しモデル(廃棄体の中心において90度の角度で対称となっている廃棄体及び領域を切り出したモデル)を用いることができる。以下の表1に解析に使用される物性値の例を示す。
境界条件は、例えば図4(a)に示したように設定する。廃棄体の発熱条件については、例えば、初期発熱量及び発熱量の変動を適宜設定する。
4A and 4B show FEM analysis model diagrams. As the analysis model, a 1/4 cut-out model (a model in which a waste body and a region that are symmetrical at an angle of 90 degrees at the center of the waste body are cut out) can be used from the symmetry of the boundary condition. Table 1 below shows examples of physical property values used in the analysis.
For example, the boundary condition is set as shown in FIG. As for the heat generation condition of the waste body, for example, the initial heat generation amount and the fluctuation of the heat generation amount are appropriately set.
ベースケース算出部12は、上記の熱解析によって、廃棄体中心からの水平距離及び配置からの経過時間に応じて、各位置の温度の上昇量を算出する。上記の条件により求められた温度上昇量の空間分布を図5及び図6に示す。図5に示すグラフは、廃棄体からの水平距離(横軸、単位はcm)と温度上昇量(縦軸、単位は℃)との関係を示すグラフである。線の種類は廃棄体を配置してからの経過時間を示す(単位は年)。図6に示すグラフは、廃棄体を配置してからの経過時間(横軸、単位は年)と温度上昇量(縦軸、単位は℃)との関係を示すグラフである。線の種類は廃棄体からの水平距離を示す(単位はm)。図5及び図6に示すように水平距離が大きくなる程、温度上昇量は小さくなっている。また、廃棄体を配置してからの経過時間に関しては、廃棄体の配置時点から一旦上昇して、最高温度に到達してから経過時間が大きくなるにつれて温度上昇量は小さくなっている。ベースケース算出部12は、算出した温度上昇量の空間分布を示す情報を、廃棄体中心からの水平距離及び配置からの経過時間の関数としてデータベース化して温度影響算出部14等から参照できるようにしておく。 The base case calculation unit 12 calculates the amount of increase in temperature at each position according to the horizontal distance from the center of the waste body and the elapsed time from the arrangement by the thermal analysis. The spatial distribution of the temperature increase obtained under the above conditions is shown in FIGS. The graph shown in FIG. 5 is a graph showing the relationship between the horizontal distance from the waste (horizontal axis, unit is cm) and the temperature rise (vertical unit, unit is ° C.). The type of line indicates the elapsed time since the waste was placed (in years). The graph shown in FIG. 6 is a graph showing the relationship between the elapsed time (horizontal axis, unit is year) and the temperature rise (vertical axis, unit is ° C.) since the waste body is disposed. The line type indicates the horizontal distance from the waste (unit: m). As shown in FIGS. 5 and 6, the amount of increase in temperature decreases as the horizontal distance increases. Further, with respect to the elapsed time after the waste body is disposed, the temperature rise amount decreases as the elapsed time increases after reaching the maximum temperature once it rises from the waste body placement time point. The base case calculation unit 12 creates a database of information indicating the spatial distribution of the calculated temperature rise amount as a function of the horizontal distance from the waste center and the elapsed time from the arrangement so that the temperature effect calculation unit 14 and the like can refer to the information. Keep it.
発熱体情報入力部13は、領域における複数の廃棄体が配置される位置、及び廃棄体の個数である発熱体個数を示す情報を入力する発熱体情報入力手段である。発熱体情報入力部13に入力される情報は、上述したベースケースにおける温度の空間分布を用いて複数の廃棄体が配置された場合の評価点での温度の影響を算出するのに必要な情報である。複数の廃棄体が配置される位置及び発熱体個数を示す情報は、例えば、発熱体個数分の各廃棄体の座標である。また、発熱体情報入力部13は、廃棄体の総数、廃棄体が配置される領域における坑道の数及び間隔(処分坑道間距離)、並びに坑道内に設けられる廃棄体の数(処分孔数)及び間隔(処分孔定置間隔)を示す情報を入力して、それらの情報から各廃棄体の座標を算出してもよい。 The heating element information input unit 13 is a heating element information input unit that inputs information indicating a position where a plurality of waste bodies are arranged in a region and the number of heating elements, which is the number of waste bodies. The information input to the heating element information input unit 13 is information necessary for calculating the temperature influence at the evaluation point when a plurality of waste bodies are arranged using the temperature spatial distribution in the base case described above. It is. The information indicating the position where the plurality of waste bodies are arranged and the number of heating elements is, for example, the coordinates of each waste body corresponding to the number of heating elements. In addition, the heating element information input unit 13 includes the total number of waste bodies, the number and interval of tunnels in the region where the waste bodies are disposed (distance between disposal tunnels), and the number of waste bodies provided in the tunnel (number of disposal holes). And the information which shows a space | interval (disposal hole fixed space | interval) may be input, and the coordinate of each waste body may be calculated from those information.
発熱体情報入力部13は、評価点での温度の影響を算出するのに用いるため、配置される各廃棄体の発熱量を示す情報を入力してもよい。廃棄体の発熱量は、上述したベースケースの場合と同様に具体的には例えば廃棄体が配置された段階での発熱量である初期発熱量である。 Since the heating element information input unit 13 is used to calculate the influence of the temperature at the evaluation point, the heating element information input unit 13 may input information indicating the heat generation amount of each disposed waste body. The heat generation amount of the waste body is specifically an initial heat generation amount that is a heat generation amount at the stage where the waste body is disposed, as in the case of the base case described above.
例えば、個々の廃棄体についてそれぞれ発熱量を示す情報を入力する(決定論的に代表値を設定する方法)。あるいは、発熱体情報入力部13は、確率分布を示す情報入力して、確率分布に応じて発熱量の無作為抽出を行って発熱量を設定することとしてもよい(確率分布を与え、ランダムサンプリングにより設定する方法)。発熱量の確率分布としては、例えば正規分布を用いることができる。正規分布を用いる場合、発熱体情報入力部13は、平均値と分散とを入力する。また、確率分布に応じて発熱量を決定する場合には、各廃棄体の発熱量を複数、決定することとしてもよい。即ち、複数の組の各廃棄体の発熱量を決定することとしてもよい。複数の組の発熱量を決定する場合は、その組毎に温度影響算出部14及び加算部15による熱解析が行われる。 For example, information indicating the calorific value is input for each waste body (a method of setting a representative value deterministically). Alternatively, the heating element information input unit 13 may input information indicating a probability distribution, set the heat generation amount by randomly extracting the heat generation amount according to the probability distribution (giving a probability distribution, random sampling) How to set by). As the probability distribution of the heat generation amount, for example, a normal distribution can be used. When the normal distribution is used, the heating element information input unit 13 inputs an average value and a variance. Moreover, when determining the calorific value according to the probability distribution, a plurality of calorific values of each waste body may be determined. That is, it is good also as determining the emitted-heat amount of each waste body of a some group. When determining the heat generation amount of a plurality of groups, thermal analysis is performed by the temperature influence calculation unit 14 and the addition unit 15 for each group.
また、発熱体情報入力部13は、各廃棄体の発熱量に応じて、当該各廃棄体の配置を決定することとしてもよい。例えば、より詳細には後述するように熱の打消し効果が最も高くなるよう、発熱量の平均値との差の絶対値が近いものの組み合わせで高発熱量の廃棄体と低発熱量の廃棄体とを交互に配置することとしてもよい。また、これにより廃棄体による温度の影響になるべく偏りがでないようになる。発熱体情報入力部13は、入力した情報を温度影響算出部14に出力する。 Further, the heating element information input unit 13 may determine the arrangement of each waste body according to the amount of heat generated by each waste body. For example, as will be described in detail later, a waste body having a high calorific value and a waste body having a low calorific value are combined in a combination of those having an absolute value close to the average value of the calorific value so that the effect of canceling heat becomes the highest May be arranged alternately. In addition, as a result, there is as little bias as possible due to the temperature effect of the waste. The heating element information input unit 13 outputs the input information to the temperature influence calculation unit 14.
温度影響算出部14は、ベースケース算出部12によってデータベース化された情報、及び発熱体情報入力部13から入力された情報に基づいて、領域に配置される複数の廃棄体それぞれの評価点での温度の影響(各廃棄体の温度の影響の寄与分)を算出する温度影響算出手段である。温度影響算出部14は、評価点を示す情報を入力する。評価点を示す情報は、例えば、領域上の座標である。なお、評価点は、領域上の1点でもよいし、複数の点でもよい。温度影響算出部14は、発熱体情報入力部13から入力された情報に基づいて、各廃棄体が配置される位置から評価点までの距離を求める。 Based on the information created in the database by the base case calculation unit 12 and the information input from the heating element information input unit 13, the temperature influence calculation unit 14 determines the evaluation points for each of the plurality of waste bodies arranged in the region. It is a temperature influence calculation means for calculating the influence of temperature (the contribution of the influence of the temperature of each waste body). The temperature influence calculation unit 14 inputs information indicating an evaluation score. The information indicating the evaluation point is, for example, coordinates on the area. The evaluation point may be one point on the region or a plurality of points. Based on the information input from the heating element information input unit 13, the temperature influence calculation unit 14 obtains the distance from the position where each waste body is disposed to the evaluation point.
図7に各廃棄体が配置される位置から評価点までの距離の例を示す。図7は、硬岩竪置きの処分坑道3列×廃棄体4個の配置に対して計算を行う例である。ここでは、廃棄体300(1)の緩衝材103内側を評価点とする(緩衝材103内側の温度を求める)。配置された各廃棄体300の中心点から、評価点までの距離を求める。温度影響算出部14は、当該距離に基づいて、各廃棄体の当該評価点での温度の影響を算出する。 FIG. 7 shows an example of the distance from the position where each waste is placed to the evaluation point. FIG. 7 is an example in which the calculation is performed on the arrangement of 3 rows of disposal mine shafts arranged at a hard rock basin × 4 waste bodies. Here, the inside of the cushioning material 103 of the waste body 300 (1) is set as the evaluation point (the temperature inside the cushioning material 103 is obtained). The distance from the center point of each disposed waste body 300 to the evaluation point is obtained. The temperature influence calculation unit 14 calculates the influence of the temperature at the evaluation point of each waste body based on the distance.
具体的には、温度影響算出部14は、ベースケース算出部12によってデータベース化された情報から、距離に応じた温度上昇量を抽出する。なお、ベースケースの解析結果(距離に応じた温度上昇量)が離散的なデータであり、距離が一致しない場合には、内挿補間により対応する距離に応じた温度上昇量を算出する。 Specifically, the temperature influence calculation unit 14 extracts a temperature increase amount corresponding to the distance from the information stored in the database by the base case calculation unit 12. If the analysis result of the base case (temperature rise amount according to the distance) is discrete data and the distances do not match, the temperature rise amount according to the corresponding distance is calculated by interpolation.
ベースケースの発熱量と配置される廃棄体の発熱量とが同じものとすると、上記のように取得されたベースケースに係る温度上昇量を、個々の廃棄体に係る温度上昇量として用いることができる。 If the heat generation amount of the base case and the heat generation amount of the disposed waste body are the same, the temperature increase amount related to the base case obtained as described above can be used as the temperature increase amount related to each waste body. it can.
ベースケースの発熱量と配置される廃棄体の発熱量とが異なるものである(個々の廃棄体の発熱量が互いに異なるものである)とすると、例えば以下のようにして個々の廃棄体に係る温度上昇量を算出することができる。その場合、温度影響算出部14は、ベースケースの及び配置される各廃棄体の各発熱量にも応じて当該配置される各発熱体の当該評価点での温度の影響を算出する。具体的には、発熱量の異なる廃棄体に対しては、ベースケースの解析結果と熱解析の線形性を利用して次式から温度上昇量を算出することとしてもよい。
各廃棄体による温度上昇量[℃]=ベースケース解析による温度上昇量[℃]×各廃棄体の初期発熱量[W]/ベースケースにおける初期発熱量[W]
上記の式は、ベースケース解析の温度上昇量に、対象廃棄体の初期発熱量とベースケースの初期発熱量との比を掛け合わせたものである。上記の式によって各廃棄体の温度上昇量を算出することで、廃棄体毎に異なる発熱量を考慮した温度評価を行うことができる。
If the calorific value of the base case and the calorific value of the disposed waste body are different (the calorific value of the individual waste bodies are different from each other), for example, the following is related to the individual waste body as follows: The amount of temperature rise can be calculated. In that case, the temperature influence calculation part 14 calculates the influence of the temperature in the said evaluation point of each said heat generating body arrange | positioned according to each calorific value of each waste body arrange | positioned of the base case. Specifically, for waste bodies with different calorific values, the temperature rise amount may be calculated from the following equation using the analysis result of the base case and the linearity of the thermal analysis.
Temperature rise by each waste [° C.] = Temperature rise by base case analysis [° C.] × initial heat generation [W] of each waste / initial heat generation [W] in the base case
The above formula is obtained by multiplying the temperature increase amount of the base case analysis by the ratio of the initial heat generation amount of the target waste body and the initial heat generation amount of the base case. By calculating the temperature rise amount of each waste body according to the above formula, it is possible to perform temperature evaluation in consideration of the heat generation amount that differs for each waste body.
温度影響算出部14は、各廃棄体による評価点での温度上昇量を廃棄体が配置されてからの経過時間毎(各時刻)に対して行う。上述したようにベースケース解析による温度上昇量は、廃棄体が配置されてからの経過時間毎に計算されているのでその経過時間毎に計算を行えばよい。これにより、時系列の温度の履歴(時系列変化)を得ることができる。温度影響算出部14は、算出した各廃棄体による評価点での温度上昇量を示す情報を加算部15に出力する。 The temperature influence calculation unit 14 performs the temperature increase amount at the evaluation point by each waste body for each elapsed time (each time) after the waste body is arranged. As described above, the temperature increase amount by the base case analysis is calculated for each elapsed time since the waste body is disposed, and therefore may be calculated for each elapsed time. Thereby, a time-series temperature history (time-series change) can be obtained. The temperature influence calculation unit 14 outputs information indicating the amount of temperature increase at the evaluation point by each waste body to the addition unit 15.
評価点から一定の距離以上離れた廃棄体による熱的寄与は無視できる程小さいため、1つの評価点の温度を求めるにあたって、モデル上の全ての廃棄体による温度上昇量を足し合わせることは所要計算時間の観点から必ずしも効率的ではない。そこで、上述した各廃棄体の評価点での温度の影響の算出では、評価点に対する全ての廃棄体の影響を考慮してもよいが、評価点から一定以上の距離に配置される廃棄体(熱的影響が無視できると考えられる範囲の廃棄体)については評価点に対する温度の影響が極めて小さいものとして足し合わせ計算の対象から除外してもよい。即ち、温度影響算出部14は、評価点から予め設定した一定の距離以内に配置される廃棄体のみについて評価点での温度の影響を算出することとしてもよい。 Since the thermal contribution from waste that is more than a certain distance from the evaluation point is negligibly small, it is necessary to calculate the temperature at one evaluation point by adding the temperature rises of all the wastes on the model. Not always efficient from a time perspective. Therefore, in the calculation of the influence of the temperature at the evaluation point of each waste described above, the influence of all the wastes on the evaluation point may be taken into account, but the wastes disposed at a certain distance from the evaluation point ( The waste body in a range in which the thermal influence is considered to be negligible may be excluded from the object of the addition calculation because the influence of the temperature on the evaluation point is extremely small. That is, the temperature influence calculation unit 14 may calculate the temperature influence at the evaluation point only for the waste disposed within a predetermined distance from the evaluation point.
加算部15は、温度影響算出部14によって算出された各廃棄体の評価点での温度の影響を加算する加算手段である。具体的には、加算部15は、評価点毎に算出された全ての廃棄体による温度上昇量の値を足し合わせる(重ね合わせる)ことによって求める。また、加算部15は、予め入力されている評価点における岩盤の当初の温度(初期地温)に上記の温度上昇量の値を足し合わせることで評価点における温度を算出してもよい。加算部15による評価点における温度上昇量及び温度の算出も廃棄体が配置されてからの経過時間毎に行われる。加算部15は、計算した評価点の温度を示す情報を判断部16に出力する。 The adding unit 15 is an adding unit that adds the influence of the temperature at the evaluation point of each waste body calculated by the temperature effect calculating unit 14. Specifically, the adding unit 15 obtains the sum by adding (superimposing) the values of the temperature rise amounts of all the wastes calculated for each evaluation point. Further, the adding unit 15 may calculate the temperature at the evaluation point by adding the value of the temperature increase amount to the initial temperature (initial ground temperature) of the rock at the evaluation point inputted in advance. The calculation of the temperature rise amount and the temperature at the evaluation point by the adding unit 15 is also performed for each elapsed time after the waste body is arranged. The addition unit 15 outputs information indicating the calculated temperature of the evaluation score to the determination unit 16.
判断部16は、加算部15によって算出された評価点での温度上昇量が予め設定された条件を満たすか否かを判断する判断手段である。なお、判断の対象は、評価点での温度上昇量ではなく温度としてもよい。判断部16による判断は、例えば、廃棄体の配置が坑道の設計条件を満たすかどうかを判断するものである。そして、後述するように廃棄体の配置が坑道の設計条件を満たすように、あるいは廃棄体の配置がより望ましい状態となるように配置を変更して再度、上記の計算を行わせるものである。即ち、判断部16は廃棄体の配置の設計を行うための手段である。従って、熱解析装置10が、廃棄体の配置の設計を目的としないもの、単に評価点での温度を示す情報等を算出するためのものである場合には、熱解析装置10は必ずしも判断部16を備えている必要はない。その場合、加算部15による演算の結果が出力部17によって出力される。 The determination unit 16 is a determination unit that determines whether or not the temperature increase amount at the evaluation point calculated by the addition unit 15 satisfies a preset condition. Note that the object of determination may be the temperature, not the amount of temperature rise at the evaluation point. The determination by the determination unit 16 is, for example, determining whether or not the arrangement of the waste body satisfies the design condition of the mine shaft. Then, as described later, the above calculation is performed again by changing the arrangement so that the arrangement of the waste body satisfies the design condition of the mine shaft or the arrangement of the waste body is more desirable. That is, the determination unit 16 is a means for designing the arrangement of the waste bodies. Therefore, when the thermal analysis device 10 is not intended for designing the layout of the waste body, or merely for calculating information indicating the temperature at the evaluation point, the thermal analysis device 10 is not necessarily the determination unit. 16 need not be provided. In that case, the result of the calculation by the adding unit 15 is output by the output unit 17.
具体的には、判断部16は、評価点での温度上昇量と坑道の設計条件に対応する予め設定した閾値(許容値)とを比較し、評価点での温度上昇量が閾値を下回るか否かを判断する。なお、このときの温度上昇量は、廃棄体が配置されてからの各経過時間における温度上昇量のうち最も高い温度(将来最高温度上昇)とする。判断部16は、評価点での温度上昇量が閾値以上であると判断した場合、即ち、坑道の設計条件を満たすものではないと判断した場合、廃棄体が配置される位置を変更して再度、評価点での温度上昇量を算出させる。具体的には、評価点での温度上昇量が閾値以上である場合の廃棄体の配置と異なる廃棄体の配置を発熱体情報入力部13に入力して、再度その配置に基づいて上述した処理と同様に温度上昇量を算出させる。ここで、評価点での温度上昇量が閾値以上である場合は、温度上昇量を下げる方向で廃棄体の配置を(それ以前に変更を行っている場合は再度)変更する。具体的には、廃棄体の間隔をより広くさせる。間隔を広げるために、個々の廃棄体の配置を変更してもよいし、坑道間の間隔や坑道内での廃棄体の配置位置の間隔を広げることとしてもよい。 Specifically, the determination unit 16 compares the temperature increase amount at the evaluation point with a preset threshold value (allowable value) corresponding to the design condition of the mine shaft, and determines whether the temperature increase amount at the evaluation point falls below the threshold value. Judge whether or not. In addition, let the temperature rise amount at this time be the highest temperature (the future highest temperature rise) among the temperature rise amounts in each elapsed time after the waste is disposed. When the determination unit 16 determines that the temperature increase amount at the evaluation point is equal to or greater than the threshold value, that is, when it is determined that the design condition of the tunnel is not satisfied, the position where the waste body is disposed is changed again. The temperature rise amount at the evaluation point is calculated. Specifically, the arrangement of the waste body different from the arrangement of the waste body when the temperature increase amount at the evaluation point is equal to or greater than the threshold value is input to the heating element information input unit 13, and the above-described processing based on the arrangement again. The temperature rise amount is calculated in the same manner as above. Here, if the temperature increase amount at the evaluation point is equal to or greater than the threshold value, the arrangement of the waste body is changed in a direction to decrease the temperature increase amount (again, if it has been changed before that). Specifically, the interval between the waste bodies is made wider. In order to widen the interval, the arrangement of the individual waste bodies may be changed, or the interval between the mine shafts and the interval of the arrangement positions of the waste materials in the mine shaft may be increased.
判断部16は、評価点での温度上昇量が閾値を下回ると判断した場合、即ち、坑道の設計条件を満たすと判断した場合、その場合の評価点での温度、及び廃棄体の配置を示す情報を出力部17に出力する。判断部16は、評価点での温度上昇量が下回ると判断した場合であっても、敷地の制約下で廃棄体が配置される領域(占有空間)をなるべく小さくすることが望ましいため、廃棄体の間隔を狭めて再度温度を算出させることとしてもよい。このようにして、将来最高温度上昇が許容値を下回る最小廃棄体間隔となるよう、敷地の制約下で占有空間が最小となる坑道の大きさ、坑道間隔を設定することとしてもよい。判断部16は、坑道の間隔等が予め設定した判断基準に基づき最適となったと判断した場合、その場合の評価点での温度、及び廃棄体の配置を示す情報を出力部17に出力する。 When it is determined that the temperature increase amount at the evaluation point is lower than the threshold value, that is, when the determination unit 16 determines that the design condition of the tunnel is satisfied, the temperature at the evaluation point in that case and the arrangement of the waste body are indicated. Information is output to the output unit 17. Even if the determination unit 16 determines that the temperature increase amount at the evaluation point is lower, it is desirable to make the area (occupied space) where the waste is disposed under the restrictions of the site as small as possible. The temperature may be calculated again by narrowing the interval. Thus, it is good also as setting the magnitude | size of a mine shaft and a mine shaft space | interval from which an occupation space becomes the minimum under the restrictions of a site so that a future maximum temperature rise may become the minimum waste body space | interval below an allowable value. If the determination unit 16 determines that the distance between the mine shafts and the like is optimum based on a predetermined determination criterion, the determination unit 16 outputs information indicating the temperature at the evaluation point and the arrangement of the waste body to the output unit 17.
また、上述したように発熱体情報入力部13によって確率分布に準じて発熱量の無作為抽出を行って各廃棄体の発熱量を設定する場合には、算出される評価点での温度上昇量もばらつきが生じる。そこで、予め設定した回数(リアライゼーション数)だけ各廃棄体の発熱量の設定を行って、設定した発熱量毎にリアライゼーション数分評価点での温度上昇量の算出を行うモンテカルロシミュレーションを行ってもよい。その場合、判断部16は、各試行に対して上記の判断を行って、何れの場合にも(あるいは一定の回数以上)評価点での温度上昇量が閾値を下回る場合に条件を満たすと判断することとしてもよい。 Further, as described above, when the heating element information input unit 13 performs random extraction of the heating value according to the probability distribution and sets the heating value of each waste body, the temperature increase amount at the calculated evaluation point Variation also occurs. Therefore, the calorific value of each waste body is set for the preset number of times (the number of realizations), and a Monte Carlo simulation is performed to calculate the temperature rise amount at the evaluation points for the number of realizations for each set calorific value. Also good. In that case, the determination unit 16 performs the above determination for each trial and determines that the condition is satisfied in any case (or a certain number of times or more) when the temperature increase at the evaluation point falls below the threshold value. It is good to do.
出力部17は、加算部15によって加算された評価点での温度の影響を示す情報を出力する出力手段である。具体的には、出力部17は、評価点での温度上昇量あるいは温度を示す情報を出力する。温度上昇量あるいは温度は、廃棄体の配置からの経過時間毎の情報として出力されてもよいし、それらの最大値が出力されてもよい。また、判断部16による上述の判断が行われた場合には、条件を満たした場合の各廃棄体の配置を示す情報(例えば、各廃棄体の座標)を出力することとしてもよい。出力部17による出力は、例えば、熱解析装置10のユーザが熱解析の結果を確認できるように表示装置等への表示出力としてもよいし、あるいは他の装置に情報を出力することとしてもよい。以上が、熱解析装置10の機能構成である。 The output unit 17 is an output unit that outputs information indicating the influence of the temperature at the evaluation point added by the adding unit 15. Specifically, the output unit 17 outputs information indicating the temperature rise amount or temperature at the evaluation point. The temperature rise amount or temperature may be output as information for each elapsed time from the disposition of the waste body, or the maximum value thereof may be output. In addition, when the above-described determination is made by the determination unit 16, information (for example, coordinates of each waste body) indicating the arrangement of each waste body when the condition is satisfied may be output. The output by the output unit 17 may be, for example, a display output to a display device or the like so that the user of the thermal analysis device 10 can confirm the result of the thermal analysis, or information may be output to another device. . The functional configuration of the thermal analysis device 10 has been described above.
引き続いて、図8のフローチャートを用いて、本実施形態に係る熱解析装置10で実行される処理(熱解析方法)を説明する。本実施形態に係る熱解析装置10では、まず、単位情報入力部11によって、廃棄体が配置される領域、及び1本(単位個数)の廃棄体に関する情報が入力される(S01、単位情報入力ステップ)。入力される情報は、ベースケースの解析を行うために必要な情報である。入力された情報は、単位情報入力部11からベースケース算出部12に出力される。 Subsequently, processing (thermal analysis method) executed by the thermal analysis apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In the thermal analysis apparatus 10 according to the present embodiment, first, the unit information input unit 11 inputs information about a region where wastes are disposed and one (unit number) of wastes (S01, unit information input). Step). The input information is information necessary for analyzing the base case. The input information is output from the unit information input unit 11 to the base case calculation unit 12.
続いて、ベースケース算出部12によって、単位情報入力部11から入力された情報に基づいて1本の廃棄体からの距離に応じた廃棄体による温度上昇量が算出される(S02、ベースケース算出ステップ)。また、温度上昇量は、廃棄体が配置されてからの経過時間にも応じて算出される。本算出は、例えば、FEM解析によって行われる。ベースケース算出部12によって算出された温度上昇量の情報は、データベース化されて温度影響算出部14等から参照できるようにされる。以上は、複数の廃棄体が配置された場合の熱解析を行うために必要な処理である。上記のベースケースの算出処理は、複数の廃棄体が配置された場合の熱解析を行うたびに行われる必要はなく、1度だけ行われればよい。また、以下の複数の廃棄体が配置された場合の熱解析を行う処理と連続的に行われる必要はない。 Subsequently, the base case calculation unit 12 calculates the amount of temperature rise by the waste according to the distance from one waste based on the information input from the unit information input unit 11 (S02, base case calculation). Step). Further, the temperature rise amount is calculated according to the elapsed time after the waste body is disposed. This calculation is performed by FEM analysis, for example. Information on the temperature increase calculated by the base case calculation unit 12 is made into a database so that the temperature effect calculation unit 14 and the like can refer to it. The above is a process necessary for performing a thermal analysis when a plurality of waste bodies are arranged. The calculation process of the base case does not need to be performed every time the thermal analysis is performed when a plurality of waste bodies are arranged, and may be performed only once. Moreover, it does not need to be performed continuously with the process of performing thermal analysis when the following plurality of waste bodies are arranged.
以下の複数の廃棄体が配置された場合の熱解析の処理は、各廃棄体の発熱量が確率分布に従うものを例とし、また、熱解析の結果を用いて条件に合致する廃棄体の配置位置を算出するものとする。 The following thermal analysis process when multiple wastes are placed is an example in which the heat generation amount of each waste follows a probability distribution, and the placement of wastes that meet the conditions using the results of thermal analysis The position is to be calculated.
この処理では、発熱体情報入力部13によって複数の廃棄体が配置される位置の情報等が入力される(S03、発熱体情報入力ステップ)。また、発熱体情報入力部13によって廃棄体の発熱量に係る確率分布を示す情報が入力され、その情報に基づいて各廃棄体の発熱量が決定される。これらの情報は、発熱体情報入力部13から温度影響算出部14に出力される。 In this process, information on positions where a plurality of waste bodies are arranged is input by the heating element information input unit 13 (S03, heating element information input step). Further, information indicating a probability distribution related to the heat generation amount of the waste body is input by the heat generation body information input unit 13, and the heat generation amount of each waste body is determined based on the information. These pieces of information are output from the heating element information input unit 13 to the temperature influence calculation unit 14.
続いて、温度影響算出部14によって、ベースケース算出部12によってデータベース化された情報、及び発熱体情報入力部13から入力された情報に基づいて、領域に配置される複数の廃棄体それぞれによる評価点での温度上昇量が算出される(S04、温度影響算出ステップ)。この算出は、評価点と各廃棄体との間の距離に応じたベースケースの温度上昇量を取得して、その温度上昇量に基づいて行われる。算出された温度上昇量を示す情報は、温度影響算出部14から加算部15に出力される。 Subsequently, the temperature influence calculation unit 14 evaluates each of the plurality of waste bodies arranged in the region based on the information stored in the database by the base case calculation unit 12 and the information input from the heating element information input unit 13. The temperature rise amount at the point is calculated (S04, temperature influence calculation step). This calculation is performed based on the temperature increase amount obtained by acquiring the temperature increase amount of the base case according to the distance between the evaluation point and each waste body. Information indicating the calculated temperature rise amount is output from the temperature influence calculation unit 14 to the addition unit 15.
続いて、加算部15によって、温度影響算出部14によって算出された各廃棄体の評価点での温度上昇量が足し合わされ(総和が取られ)、評価点での温度上昇量が算出される(S05、加算ステップ)。算出された評価点での温度上昇量を示す情報は、判断部16に出力される。 Subsequently, the temperature increase amount at the evaluation point of each waste body calculated by the temperature influence calculation unit 14 is added (summed) by the adding unit 15 to calculate the temperature increase amount at the evaluation point ( S05, addition step). Information indicating the amount of temperature increase at the calculated evaluation score is output to the determination unit 16.
続いて、判断部16によって、加算部15によって算出された評価点での温度上昇量が予め設定された条件(温度要件)を満たすか否かが判断される(S06、判断ステップ)。条件を満たさないと判断された場合(S06のNo)は、廃棄体の配置位置が再設定され(S07)、再設定された位置に基づいて再度、S04以降の処理が繰り返される。なお、上記の処理フローでは条件を満たさないものが1つでもあると配置位置を再設定することとしている。それ以外にも、所定のリアライゼーション数分計算を行った後に、条件を満たさない(温度が閾値を上回る)ものが一定の比率を超えた場合に配置位置を再設定することとしてもよい。 Subsequently, the determination unit 16 determines whether or not the temperature increase amount at the evaluation point calculated by the addition unit 15 satisfies a preset condition (temperature requirement) (S06, determination step). When it is determined that the condition is not satisfied (No in S06), the disposal position of the waste body is reset (S07), and the processes after S04 are repeated again based on the reset position. In the above processing flow, if there is one that does not satisfy the condition, the arrangement position is reset. In addition to this, after performing the calculation for the predetermined number of realizations, the arrangement position may be reset when the condition that does not satisfy the condition (the temperature exceeds the threshold) exceeds a certain ratio.
S06で条件を満たすと判断された場合(S06のYes)、続いて判断部16によって、各廃棄体における1つの配置において予め設定された回数の計算(S04及びS05の処理)が実施されたか否かが判断される(S08、判断ステップ)。例えば、合計で10000リアライゼーションの計算が実施されたか否かが判断される。設定された回数の計算が行われていないと判断された場合(S08のNo)、発熱体情報入力部13によって再度、確率分布に従った各廃棄体の発熱量(以前の計算とは値が異なる発熱量)が決定され、各廃棄体の発熱量が再設定される(S09)。再設定された発熱量が用いられてS04以降の処理が繰り返される。 If it is determined that the condition is satisfied in S06 (Yes in S06), whether or not the determination unit 16 has performed the calculation of the number of times set in advance in one arrangement in each waste body (the processes in S04 and S05). Is determined (S08, determination step). For example, it is determined whether a total of 10,000 realization calculations have been performed. When it is determined that the set number of times has not been calculated (No in S08), the heating element information input unit 13 again causes the heating value of each waste body according to the probability distribution (the value is different from the previous calculation). A different calorific value) is determined, and the calorific value of each waste body is reset (S09). The reset heat generation amount is used, and the processes after S04 are repeated.
S08で設定された回数の計算が行われていると判断された場合(S08のYes)、熱解析結果を示す情報が、出力部17によって出力されて(S10、出力ステップ)処理が終了する。以上が、本実施形態に係る熱解析装置10で実行される処理である。 When it is determined that the number of times set in S08 has been calculated (Yes in S08), information indicating the thermal analysis result is output by the output unit 17 (S10, output step), and the process ends. The above is the process executed by the thermal analysis apparatus 10 according to the present embodiment.
上述したように本実施形態では、位置に応じた廃棄体による温度の影響の算出は単位個数である1本の廃棄体(ベースケース)について算出される。この算出は、FEM解析等の解析手法で行われるが1本の廃棄体についての算出であるため、この算出は、配置される廃棄体全てを考慮したFEM解析等と比べて小さな負荷で行うことができる。また、領域に配置された複数の廃棄体による温度の影響は、算出された位置に応じたベースケースの発熱体による温度の影響が用いられて、各廃棄体による温度の影響が加算されて算出される。加算という負荷が小さい演算により算出されるため、この算出も、配置される廃棄体全てを考慮したFEM解析等と比べて極めて小さな負荷で行うことができる。 As described above, in this embodiment, the calculation of the influence of the temperature by the waste according to the position is calculated for one waste body (base case) which is the unit number. Although this calculation is performed by an analysis method such as FEM analysis, it is a calculation for one waste body. Therefore, this calculation should be performed with a smaller load compared to FEM analysis that considers all disposed waste bodies. Can do. In addition, the temperature effect of multiple waste bodies arranged in the area is calculated by adding the temperature effect of each waste body using the temperature effect of the base case heating element according to the calculated position. Is done. Since the calculation is performed by a calculation with a small load of addition, this calculation can also be performed with a very small load compared to FEM analysis or the like considering all the disposed wastes.
従って、本実施形態では、効率的に廃棄体の熱解析を行うことができる。一方で、本実施形態では、同じ条件で一定の配置が繰り返されるもの等ではなく、廃棄体の配置が考慮されて温度の影響が算出されるため、適切に熱解析を行うことができる。例えば、領域の中央と端とそれぞれで、廃棄体の配置に応じて廃棄体による温度の影響を算出することができる。 Therefore, in this embodiment, the thermal analysis of the waste body can be performed efficiently. On the other hand, in the present embodiment, the constant influence is not repeated under the same conditions, and the influence of the temperature is calculated in consideration of the arrangement of the waste bodies, so that the thermal analysis can be appropriately performed. For example, the influence of the temperature due to the waste can be calculated at the center and the end of the region according to the arrangement of the waste.
これにより、例えば、処分坑道及び処分孔の計画段階におうて、様々な条件が変化する中でトライアル計算が必要となるところ、処分坑道間隔及び坑道内廃棄体定置間隔(処分孔間隔)を設定するためのトライアル計算が簡易に実施できる。 In this way, for example, in the planning stage of disposal tunnels and disposal holes, trial calculation is required while various conditions change, so the disposal tunnel interval and the waste body placement interval (disposal hole interval) are set. Trial calculation to do this can be performed easily.
また、配置される個々の廃棄体の発熱量の情報を考慮して熱解析を行うこととしてもよい。この構成によれば、配置される廃棄体に発熱量のばらつきが生じるような場合であっても適切に熱解析を行うことができる。これにより、合理的な設計を行うことができる。廃棄体の製造条件等の違い等により廃棄体の発熱量にばらつきが生じる場合には、従来のFEM解析による方法では現実的な計算時間での計算を行うことができない。従って、特に廃棄体の発熱量にばらつきが生じる場合、特に本実施形態の熱解析は有用である。なお、廃棄体の発熱量のばらつきが小さい方が坑道間隔を狭くできる。 Moreover, it is good also as performing a thermal analysis in consideration of the information of the emitted-heat amount of each disposed waste body. According to this configuration, it is possible to appropriately perform thermal analysis even when the generated waste varies in the amount of heat generated. Thereby, a rational design can be performed. In the case where there is a variation in the heat generation amount of the waste due to differences in the manufacturing conditions of the waste, etc., it is not possible to perform calculation in a realistic calculation time by the conventional FEM analysis method. Accordingly, the thermal analysis of the present embodiment is particularly useful when variation occurs in the heat generation amount of the waste. In addition, the one where the dispersion | variation in the emitted-heat amount of a waste body is smaller can narrow a tunnel interval.
また、廃棄体の発熱量に応じて各廃棄体の配置される位置を決定することとしてもよい。この構成によれば、各廃棄体の発熱量に応じた各廃棄体の配置に応じた熱解析を行うことができる。例えば、上述したように廃棄体が配置される領域において、廃棄体からの温度上昇量の偏りがなるべく出ないようにした配置での熱解析を行うことができる。但し、個々の廃棄体の発熱量の情報が一定であることが想定できる場合等には必ずしも上記のような構成とする必要はない。 Moreover, it is good also as determining the position where each waste body is arrange | positioned according to the emitted-heat amount of a waste body. According to this structure, the thermal analysis according to arrangement | positioning of each waste body according to the emitted-heat amount of each waste body can be performed. For example, in the region where the waste body is disposed as described above, it is possible to perform a thermal analysis with an arrangement that minimizes the deviation of the temperature rise from the waste body. However, when it can be assumed that the information on the calorific value of each waste body is constant, the above-described configuration is not necessarily required.
また、廃棄体の発熱量を確率分布に従ったものとすることができる。この構成によれば、廃棄体の発熱量にばらつきがあり確率分布に従う場合であっても適切な熱解析を行うことができる。更にこの場合、各廃棄体の発熱量の複数の組について熱解析を行う、具体的には例えば、モンテカルロシミュレーションを行うことができる。この構成によれば、各廃棄体の発熱量の複数の組に対して熱解析を行うことができ、発熱量のばらつきに応じた評価点での温度の影響を考慮することができる。なお、発熱量の確率分布は、必ずしも正規分布を用いる必要はなく、任意の確率分布を用いることができる。 Further, the heat generation amount of the waste body can be set according to the probability distribution. According to this configuration, it is possible to perform an appropriate thermal analysis even when the heat generation amount of the waste body varies and follows the probability distribution. Furthermore, in this case, thermal analysis is performed on a plurality of sets of calorific values of each waste body, specifically, for example, Monte Carlo simulation can be performed. According to this configuration, thermal analysis can be performed on a plurality of sets of calorific values of each waste body, and the influence of temperature at an evaluation point corresponding to variations in calorific values can be taken into consideration. In addition, the probability distribution of the calorific value does not necessarily need to use a normal distribution, and an arbitrary probability distribution can be used.
また、本実施形態のように熱解析の結果が予め設定された条件を満たすか否かを判断して、廃棄体の配置の条件を変更して熱解析を行うこととすることができる。この構成によれば、複数の廃棄体をどのように配置すればよいかの設計を容易に行うことができる。但し、ある廃棄体の配置の際に領域内の温度を知ることを目的とする場合等(廃棄体の配置の設計を目的としない場合)には、必ずしも上記の構成とする必要はない。 Further, as in the present embodiment, it is possible to determine whether or not the result of the thermal analysis satisfies a preset condition, and to perform the thermal analysis by changing the conditions for disposing the waste body. According to this configuration, it is possible to easily design how to dispose a plurality of waste bodies. However, when it is intended to know the temperature in the region at the time of disposing a certain waste body (when it is not intended to design the disposition of the waste body), the above-described configuration is not necessarily required.
また、本実施形態では、発熱体の例は高レベル放射性廃棄物としたが、それ以外でも領域に複数の発熱体が配置されるものであれば任意のものに適用することができる。 In the present embodiment, the example of the heating element is a high-level radioactive waste, but any other heating element can be applied as long as a plurality of heating elements are arranged in the region.
本実施形態による熱解析を行った例を説明する。本実施形態による熱解析と従来のFEM解析を行った結果とを比較することによって本実施形態による熱解析の妥当性の検証を行った。 An example of performing a thermal analysis according to the present embodiment will be described. The validity of the thermal analysis according to this embodiment was verified by comparing the thermal analysis according to this embodiment with the result of the conventional FEM analysis.
1)1/4切出しモデル
硬岩竪置きケースのモデル(廃棄体1体の専有面積領域を対象とした側部断熱モデル)に対して本実施形態に係る熱解析を行い、緩衝材内部温度の経時変化を比較した。熱解析では100坑道×100廃棄体の配置とし、中央に設定された廃棄体の緩衝材内部温度を求めた。
1) 1/4 cut-out model Thermal analysis according to this embodiment is performed on a model of a hard rock cage case (a side heat insulation model for a dedicated area of one waste body), and the internal temperature of the cushioning material is Changes over time were compared. In the thermal analysis, 100 tunnels × 100 waste bodies were arranged, and the buffer material internal temperature of the waste body set at the center was obtained.
3次元FEM解析で得られた温度の経時変化と本実施形態に係る熱解析(重ね合わせ計算)による結果を比較した結果を図9に示す。図9において横軸は配置からの経過時間(単位は年)、縦軸は各位置での温度(単位は[℃])である。上記のグラフにおいて、実線で示されるものがFEM解析で得られた結果であり、丸印で示されるものが本実施形態に係る熱解析結果である。緩衝材内部温度の最大値は、本実施形態による熱解析の結果が若干小さくなっているが、経時変化をほぼ再現できているといえる。但し、数百年程度以降では誤差がやや大きくなっている。この誤差の理由としては、本実施形態による熱解析に利用するベースケース解析結果の精度の影響や無限個の固化体からの寄与分を有限個で加算近似する際の誤差の影響が考えられる。 FIG. 9 shows a result of comparison of the temperature change obtained by the three-dimensional FEM analysis with the result of the thermal analysis (superposition calculation) according to the present embodiment. In FIG. 9, the horizontal axis represents the elapsed time from the placement (unit is year), and the vertical axis is the temperature at each position (unit is [° C.]). In the above graph, what is indicated by a solid line is the result obtained by FEM analysis, and what is indicated by a circle is the thermal analysis result according to the present embodiment. Although the maximum value of the buffer material internal temperature is slightly smaller in the result of the thermal analysis according to the present embodiment, it can be said that the change with time can be substantially reproduced. However, the error is slightly larger after several hundred years. Possible reasons for this error include the effect of the accuracy of the base case analysis result used for the thermal analysis according to the present embodiment and the effect of an error when adding and approximating the contributions from an infinite number of solidified bodies.
2)複数廃棄体の発熱量の空間的ばらつきを考慮したモデルによる検証
発熱量の異なる複数廃棄体に対する本実施形態に係る熱解析の適用性を確認するため、15個の廃棄体をモデル化した3次元非定常FEM熱解析を実施し、その結果と本実施形態に係る熱解析との比較を行った。
2) Verification by model considering spatial variation in calorific value of multiple wastes In order to confirm the applicability of thermal analysis according to this embodiment for multiple wastes with different calorific values, 15 wastes were modeled A three-dimensional unsteady FEM thermal analysis was performed, and the result was compared with the thermal analysis according to the present embodiment.
(a)FEM解析条件と解析ケース
硬岩竪置き式において、処分坑道3本に廃棄体5個ずつ埋設された系を対象にモデル化を行った。処分深度を1000m、廃棄体の定置密度は処分坑道離間距離=10m、処分孔間隔=4.44mとした。人工バリア仕様及び材料物性値はベースケース解析と同じとした。解析領域として1000m×1000m×1200mの範囲をモデル化した。解析メッシュ(総節点数=646,728、総要素数=648,748)の抜粋を図10(a)(b)(中央部分のみ)に示す。
(A) FEM analysis conditions and analysis case In the hard rock standing type, modeling was performed for a system in which five waste bodies were buried in three disposal tunnels. The disposal depth was set to 1000 m, and the stationary density of the waste was set to a disposal tunnel separation distance = 10 m and a disposal hole interval = 4.44 m. The artificial barrier specifications and material property values were the same as in the base case analysis. A range of 1000 m × 1000 m × 1200 m was modeled as an analysis region. An excerpt of the analysis mesh (total number of nodes = 646,728, total number of elements = 648,748) is shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b) (only the central portion).
解析は以下の表2に示す3ケースを実施した。
ここで、表2に示される廃棄体の番号は、図13(a)の配置図に示すとおりであり、μは初期発熱量の平均値、σは初期発熱量の標準偏差である(廃棄体1本あたりの発熱量の経時変化の設定を示す図11参照。図11において横軸は配置からの経過時間(単位は年)、縦軸は廃棄体1本の発熱量(単位は[W])である。ここではμ=350[W]、σ=50[W]とした)。
The analysis was carried out for the three cases shown in Table 2 below.
Here, the numbers of waste bodies shown in Table 2 are as shown in the layout diagram of FIG. 13A, μ is an average value of initial calorific value, and σ is a standard deviation of initial calorific value (waste body). Refer to Fig. 11 showing the setting of the change over time in the calorific value per bottle, where the horizontal axis is the elapsed time from the placement (unit is year), and the vertical axis is the calorific value of one waste body (unit is [W]). Here, μ = 350 [W] and σ = 50 [W].
(b)FEM解析結果と本実施形態に係る熱解析結果との比較
上記FEM解析と同様の廃棄体の配置条件に対して本実施形態に係る熱解析(重ね合わせ計算)を行った。ケースAの解析結果の比較として、各廃棄体の緩衝材内側温度の経時変化を図12に、また、緩衝材最大温度に着目した比較を以下の表3にそれぞれ示す。
ケースBの解析結果の比較として、各廃棄体の緩衝材内側温度の経時変化を図13に、また、緩衝材最大温度に着目した比較を以下の表4にそれぞれ示す。
ケースCの解析結果の比較として、各廃棄体の緩衝材内側温度の経時変化を図14に、また、緩衝材最大温度に着目した比較を以下の表5にそれぞれ示す。
上記の各廃棄体の緩衝材内側温度の経時変化のグラフにおいて、凡例の上側がFEM解析結果であり、下側が本実施形態に係る熱解析結果である。これらの図表から、廃棄体発熱量の異なる複数廃棄体に対する本実施形態に係る熱解析(重ね合わせ計算)の結果は、FEM解析結果とほとんど差がなく、その適用性が確認された。
(B) Comparison between FEM analysis result and thermal analysis result according to this embodiment Thermal analysis (overlay calculation) according to this embodiment was performed on the same waste body arrangement conditions as the FEM analysis. As a comparison of the analysis results of Case A, FIG. 12 shows the change over time of the buffer material inner temperature of each waste body, and Table 3 below shows a comparison focusing on the buffer material maximum temperature.
As a comparison of the analysis results of Case B, FIG. 13 shows the change over time of the buffer material inner temperature of each waste body, and Table 4 below shows a comparison focusing on the buffer material maximum temperature.
As a comparison of the analysis results of Case C, FIG. 14 shows the change over time of the buffer material inner temperature of each waste body, and Table 5 below shows a comparison focusing on the buffer material maximum temperature.
In the graph of the change over time of the buffer material inner temperature of each waste body, the upper side of the legend is the FEM analysis result, and the lower side is the thermal analysis result according to the present embodiment. From these charts, the results of the thermal analysis (overlay calculation) according to the present embodiment for a plurality of waste bodies having different waste heat generation amounts were almost the same as the FEM analysis results, and the applicability was confirmed.
3)廃棄体12本FEMモデルとの比較
本実施形態に係る熱解析(重ね合わせ計算)の検証として、廃棄体12本のFEMモデルに対して本実施形態に係る熱解析を行い、結果を比較した。図15(a)及び図15(b)に本検証に用いた12本モデルを示す。12本モデルは、岩盤200内の坑道400に廃棄体300が12本並べられたモデルである。12本モデルは、対称性を利用した側部断熱モデルであり、12本毎に同じ発熱条件の廃棄体が対称性を保ちつつ無限に広がっている状態を仮定している。
3) Comparison with 12 waste FEM model As a verification of thermal analysis (superimposition calculation) according to this embodiment, thermal analysis according to this embodiment is performed on the FEM model with 12 waste, and the results are compared. did. FIG. 15 (a) and FIG. 15 (b) show the 12 models used for this verification. The twelve model is a model in which twelve waste bodies 300 are arranged in the mine shaft 400 in the rock 200. The twelve model is a side heat insulation model using symmetry, and it is assumed that every 12 wastes having the same heat generation condition are infinitely spread while maintaining symmetry.
本実施形態に係る熱解析では、図16に示すように1764個の廃棄体(処分坑道21×廃棄体84)を考慮し、その中央部の廃棄体12本の緩衝材内側温度を評価して比較した。各廃棄体近傍の温度の経時変化を図17に示す。図17において、横軸は配置からの経過時間(単位は年)、縦軸は各位置での温度(単位は[℃])である。また、以下の表6に緩衝材内部の最高温度に着目した比較を示す。
これらより、本実施形態に係る熱解析による結果は、FEM解析結果を精度良く近似できていることがわかる。
In the thermal analysis according to the present embodiment, as shown in FIG. 16, 1764 waste bodies (disposal tunnel 21 × waste body 84) are considered, and the buffer material inner temperature of 12 waste bodies in the center is evaluated. Compared. FIG. 17 shows changes with time in the temperature near each waste body. In FIG. 17, the horizontal axis represents the elapsed time from the placement (unit is year), and the vertical axis is the temperature at each position (unit is [° C.]). Table 6 below shows a comparison focusing on the maximum temperature inside the cushioning material.
From these, it can be seen that the result of the thermal analysis according to the present embodiment can approximate the FEM analysis result with high accuracy.
上述した検討に用いたシステムの入力データは以下の通りである。
・予め算出されたベースケース解析結果(時間毎の距離と温度上昇量とのデータ)
・評価点の座標
・岩盤の初期地温
・廃棄体総数、処分坑道数、坑道1本当りの処分孔数、処分坑道間距離、処分孔定置間隔
・各廃棄体の初期発熱量(決定論的に設定する場合)
・リアライゼーション数(確率論的に設定する場合)
・初期発熱量の平均値、標準偏差、上下限値(確率論的に設定する場合)
・アウトプットする評価点の数とその番号
The input data of the system used for the examination described above is as follows.
-Pre-calculated base case analysis results (data of distance and temperature rise for each hour)
・ Coordinates of evaluation points ・ Initial geothermal temperature of rock mass ・ Total number of wastes, number of disposal tunnels, number of disposal holes per tunnel, distance between disposal tunnels, placement distance of disposal holes ・ Initial calorific value of each waste (deterministically When setting)
・ Number of realizations (when set probabilistically)
・ Average initial calorific value, standard deviation, upper and lower limits (when set probabilistically)
・ Number of evaluation points to be output and their numbers
このシステムでは、上述したように評価点に対して熱的影響が無視できると考えられる範囲の廃棄体は、足し合わせ計算の対象から除外するよう計算アルゴリズムの工夫を行った。今回作成したプログラムでは、廃棄体数6,669個(27×247)、1タイプステップ、1リアライゼーションの重ね合わせ計算に対して、CPU=3.33GHzのPCを使用した場合の計算時間は約2秒であった。 In this system, as described above, the calculation algorithm is devised so that the wastes in the range where the thermal influence on the evaluation point can be ignored are excluded from the target of the addition calculation. In the program created this time, the calculation time when using a PC of 3.33 GHz for the overlay calculation of 6,669 waste bodies (27 × 247), 1 type step, 1 realization is about 2 seconds.
また、上述した本実施形態に係る熱解析を用いた、必要となる廃棄体専有面積や合理的な廃棄体の空間配置方法に対して以下のような点が考慮されてもよい。ここでは岩盤竪置きを対象として、各廃棄体の発熱量を考慮して計画的に定置することの定量的効果、パネル端部の“除熱効果”の定量的効果について考慮する。 In addition, the following points may be considered for the necessary waste-occupying area and a rational waste-space layout method using the thermal analysis according to the present embodiment described above. Here, for the bedrock stand, the quantitative effect of the planned placement considering the calorific value of each waste body and the quantitative effect of the "heat removal effect" at the panel edge are considered.
(1)各廃棄体の発熱量を考慮して計画的に定置する効果の検討
1)目的
ガラス固化体受入れ時の確認や地下施設での廃棄体の定置に際して、各廃棄体の発熱量のばらつきをどのように取扱うべきかについて検討を行う。以下の説明は、本実施形態に係る熱解析とは異なり、廃棄体毎の発熱分布が対称性を保ちながら無限に広がる状況を仮定した評価モデルを用いた検討に基づくものである。当該検討でガラス固化体特性として発熱量の管理が重要であることが明らかになったため、発熱量の異なる複数廃棄体をモデル化した熱解析を行い、発熱量のばらつきの取扱方法に係る検討を開始した。発熱量のばらつきの取扱いに関しては、以下の表7に示す通り、廃棄体の配置方法及び設計の考え方の相違によって3つのパターンを考えた。
*)ガラス固化体製造時に発熱量の上限値が設けられることから、定置時(50年貯蔵後を想定)の発熱量にも自ずと上限値が存在する。
(1) Examination of the effect of systematic placement considering the calorific value of each waste 1) Purpose The variation in the calorific value of each waste upon confirmation when receiving the vitrified body and placing the waste in the underground facility Consider how to deal with. Unlike the thermal analysis according to the present embodiment, the following description is based on a study using an evaluation model that assumes a situation in which the heat generation distribution for each waste body extends infinitely while maintaining symmetry. Since it became clear that the management of the calorific value is important as a property of the solidified glass, the thermal analysis that models multiple wastes with different calorific values was conducted, and a study on how to handle the variation in calorific value was conducted. Started. Regarding the handling of the variation in the calorific value, as shown in Table 7 below, three patterns were considered according to the difference in the waste arrangement method and the design concept.
*) Since an upper limit value of the calorific value is set at the time of manufacturing the vitrified body, an upper limit value naturally exists also in the calorific value at the time of stationary (assuming storage after 50 years).
表7のA案は、全ての廃棄体の発熱量が上限値に等しいと仮定して熱的設計を行うことを想定しており、設計の考え方は最も保守的で明快である。しかしその一方、上記の検討により、必要となる廃棄体専有面積(処分坑道間距離と処分孔間隔の積)が過大になることが示された。B案はA案同様、地下の廃棄体配置をランダムとするが、発熱量の分布を考慮してより合理的な設計を志向するものである。B案について、発熱量のばらつきを正規分布として発熱量を設定した12本の廃棄体(図18参照、矢印で示された発熱量が設定される発熱量である)を、緩衝材最高温度が最も大きくなるよう保守的に配置して熱解析を実施した。その結果、必要廃棄体専有面積はA案より小さく、A案より合理的な設計が可能であるとの見通しが得られた。 The plan A in Table 7 assumes that the thermal design is performed assuming that the calorific value of all wastes is equal to the upper limit value, and the design concept is the most conservative and clear. However, on the other hand, the above study showed that the required area occupied by the waste (the product of the distance between the disposal tunnels and the distance between the disposal holes) becomes excessive. The plan B, like the plan A, randomizes the arrangement of the underground waste, but aims at a more rational design in consideration of the calorific value distribution. For the plan B, 12 waste bodies (refer to FIG. 18, in which the calorific value indicated by the arrow is set) with the calorific value variation set as a normal distribution of the calorific value variation, the buffer material maximum temperature is The thermal analysis was carried out by placing it conservatively so as to be the largest. As a result, the area occupied by the required waste was smaller than that of Plan A, and it was expected that a rational design was possible from Plan A.
C案は、A,B案とは異なり廃棄体1本毎の発熱量を考慮してその配置を工夫する場合である。上記の検討では、上記B案で想定した保守的な廃棄体配置に対し、緩衝材最高温度が小さくなるように工夫して廃棄体を並び替えて熱解析を実施した結果、緩衝材最高温度はB案に比べて小さくなった。このことから、発熱量に応じて廃棄体の配置を工夫することにより、より合理的な設計が可能であるとの見通しが得られた。 Unlike plan A and plan B, plan C is a case where the arrangement is devised in consideration of the amount of heat generated for each waste body. In the above study, as a result of conducting a thermal analysis by rearranging the waste materials so that the maximum temperature of the buffer material becomes smaller than the conservative waste material layout assumed in the above B plan, the maximum temperature of the buffer material is It became smaller than B plan. From this, the prospect that more rational design is possible by devising the arrangement of the waste body according to the calorific value was obtained.
しかしながら、上記の検討において使用した評価モデルは、発熱量の確率分布を分割して12本の廃棄体(図18参照)に割り当て、この廃棄体12本毎の発熱分布が対称性を保ちながら無限に広がる状況を仮定したものであり、評価モデルとしての一般性には欠ける。上記の検討において使用した評価モデルは、これによって定性的な傾向の議論は行えるものの、発熱量の空間的ばらつきに対して合理的に説明のつく形で廃棄体の定置間隔を設定する(設計を行う)には必ずしも適切な評価モデルとはいえない。 However, the evaluation model used in the above examination divides the probability distribution of the calorific value and assigns it to 12 waste bodies (see FIG. 18), and the heat generation distribution for each of the 12 waste bodies is infinite while maintaining symmetry. It is assumed that the situation is widespread, and lacks generality as an evaluation model. Although the evaluation model used in the above discussion can discuss qualitative trends, it sets the interval between the waste bodies in a way that can reasonably explain the spatial variation in the calorific value (design). Is not necessarily an appropriate evaluation model.
そこで、廃棄体の発熱量の不確実性を考慮する上で、より一般性が高い温度評価システムを用いて、廃棄体をランダムに定置する場合(表7のB案)と発熱量に応じて配置方法を工夫する場合(表7のC案)に対して温度評価を行う。それらの結果に基づいて必要となる廃棄体専有面積を算定し、廃棄体発熱量を管理することの効果を定量的に調べる。 Therefore, considering the uncertainty of the calorific value of the waste, according to the case where the waste is randomly placed (plan B in Table 7) and the calorific value using a more general temperature evaluation system Temperature evaluation is performed for the case where the arrangement method is devised (C plan in Table 7). Based on these results, the area occupied by the waste body required is calculated, and the effect of managing the waste heat generation amount is quantitatively investigated.
2)検討方針
下記の2ケースにおける温度評価を行い、それぞれにおいて必要とされる廃棄体専有面積を算定し、両者の比較によって後者の効果を定量的に明らかにする。
・各廃棄体の発熱量の相違を考慮せずランダムに定置する場合
・各廃棄体の発熱量の相違を考慮して配置を工夫する場合
2) Study policy Conduct temperature evaluations in the following two cases, calculate the waste-occupied area required in each case, and quantitatively clarify the latter effect by comparing the two.
・ When placing randomly without considering the difference in calorific value of each waste ・ When devising the arrangement considering the difference in calorific value of each waste
(a)前提条件
本検討では、評価モデル上考慮する全ての廃棄体において、それぞれの周囲の緩衝材の最高温度が100℃を超えないことを要件とする。
(A) Preconditions In this study, it is a requirement that the maximum temperature of each surrounding cushioning material does not exceed 100 ° C in all wastes considered in the evaluation model.
(b)検討対象
本検討では硬岩竪置きを対象とする。処分深度は1,000m(地表面温度を15℃、温度勾配を+3℃/100mと仮定し初期地温を45℃と設定)を基本に検討を実施する。但し、竪置き式の場合は岩盤の力学条件により廃棄体専有面積が決まるため、処分深度が浅く地温が小さい場合には、廃棄体発熱量のばらつきの存在が特に問題にならない場合があると予想される。そこで、そのような条件を明らかにしておくため、熱解析の線形性を利用し、処分深度1,000mの結果に基づき処分深度を変化させた場合の評価も実施する。
(B) Target of study This study is intended for hard rock anchors. The investigation will be conducted based on a disposal depth of 1,000m (assuming that the ground surface temperature is 15 ° C, the temperature gradient is + 3 ° C / 100m, and the initial ground temperature is 45 ° C). However, in the case of the standing type, the area occupied by the waste body is determined by the dynamic conditions of the bedrock. Is done. Therefore, in order to clarify such conditions, evaluation is performed when the disposal depth is changed based on the result of the disposal depth of 1,000 m using the linearity of the thermal analysis.
(c)必要廃棄体専有面積の算出方法
本検討では、複数廃棄体の発熱量のばらつきを考慮した温度評価として、発熱量の確率分布を仮定した、本実施形態の熱解析を用いたランダムサンプリングによるモンテカルロシミュレーションを実施する。モンテカルロシミュレーションのリアライゼーション数は10,000回とする。必要となる廃棄体専有面積の考え方について、本検討では10,000回の計算結果全てにおいて、モデル化した廃棄体の全てで緩衝材最高温度が100℃以下となることが必要条件であるものとする。つまり、緩衝材最高温度が100℃を超える廃棄体の存在する確率が1/10,000以下となるような専有面積を求めるものとする。
(C) Calculation method of necessary area occupied by required waste In this study, random sampling using the thermal analysis of this embodiment, assuming a probability distribution of the amount of heat generation, as a temperature evaluation taking into account variations in the amount of heat generated by multiple waste bodies Carry out Monte Carlo simulation with The number of realizations in the Monte Carlo simulation is 10,000. Regarding the concept of the required area occupied by the waste body, in this study, it is a necessary condition that the maximum temperature of the buffer material is 100 ° C. or less for all of the modeled waste bodies in all 10,000 calculation results. To do. That is, the exclusive area is determined such that the probability that there is a waste body having a maximum buffer material temperature exceeding 100 ° C. is 1 / 10,000 or less.
具体的には、岩盤の力学条件等を考慮し、例えば、処分坑道間隔=10m、処分孔間隔=4.4mを初期値とし、上記の条件が満たされるまで廃棄体専有面積を増加させて計算を行うこととする。 Specifically, taking into account the dynamic conditions of the rock mass, for example, the disposal tunnel spacing = 10m and the disposal hole spacing = 4.4m are the initial values, and the area occupied by the waste is increased until the above conditions are satisfied. To do.
(d)専有面積拡大の方法
緩衝材温度を効率的に低減する観点からは、廃棄体専有面積(処分坑道間隔と処分孔間隔との積)を広げる際に、処分坑道間隔と処分孔間隔とを等方的に大きくするのが効果的であるが、本検討においてはコスト的な優位性に鑑み、処分孔間隔を固定して処分坑道間隔のみを大きくとることとする(図19参照)。
(D) Method of expanding the exclusive area From the viewpoint of efficiently reducing the buffer material temperature, when expanding the exclusive area of the waste body (product of the distance between the disposal tunnel and the disposal hole), It is effective to increase isotropically. However, in view of cost advantage, in this study, the disposal hole interval is fixed and only the disposal tunnel interval is increased (see FIG. 19).
(e)発熱量のばらつきとその空間分布
廃棄体発熱量の確率分布は正規分布であると仮定する。ここで、廃棄体がバッチ単位で製造されること(1バッチ=廃棄体約12本相当)を考慮すると、その製造時期等に応じて発熱量に違いが生じ、バッチ毎の特定(偏り)を有することが可能性としては考えられる。しかし、本検討においては、発熱量のばらつきは処分パネル全体で一様であると仮定する。つまり、全ての廃棄体の発熱量は同じ確率分布に従い、廃棄体発熱量の空間的な偏りは考慮しないものとする。
(E) Variation in calorific value and its spatial distribution It is assumed that the probability distribution of the waste calorific value is a normal distribution. Here, considering that wastes are manufactured in batch units (1 batch = equivalent to about 12 wastes), the amount of heat generated varies depending on the production time, etc., and the identification (bias) for each batch The possibility of having it is considered. However, in this study, it is assumed that the variation in calorific value is uniform across the entire disposal panel. In other words, the calorific values of all the waste bodies follow the same probability distribution, and the spatial bias of the waste body calorific values is not considered.
3)検討方法
(a)解析手法
本実施形態に係る熱解析(「重ね合わせの手法」)を用いた近似的評価により、複数廃棄体の発熱量の空間的ばらつきを考慮した温度評価を行う。
3) Examination Method (a) Analysis Method A temperature evaluation is performed in consideration of spatial variations in the amount of heat generated by a plurality of waste bodies by an approximate evaluation using the thermal analysis (“superposition method”) according to the present embodiment.
(b)解析モデル
本検討では図20に示す地下施設レイアウトの廃棄体配置を参考に、1パネル分の廃棄体を解析対象として取扱うものとする。即ち、処分坑道本数=27本、処分坑道1本当りの廃棄体本=247個、総廃棄体=6,669個(27×247)として検討を行う。但し、パネル形状については簡単のため長方形とする。
(B) Analytical model In this study, the waste body for one panel is handled as an analysis target with reference to the waste body layout in the underground facility layout shown in FIG. That is, the number of disposal tunnels = 27, the number of wastes per disposal tunnel = 247, and the total number of wastes = 6,669 (27 × 247). However, the panel shape is rectangular for simplicity.
(c)解析物性値
解析に使用する物性値を上記の表1に示す。
(C) Analyzed physical property values The physical property values used for the analysis are shown in Table 1 above.
(d)廃棄体の分布に関するパラメータ
廃棄体初期発熱量の確率分布を正規分布と仮定し、以下のパラメータを考慮する。
(D) Parameters relating to distribution of waste body The probability distribution of the initial heat generation amount of the waste body is assumed to be a normal distribution, and the following parameters are considered.
a)初期発熱量の平均値
初期発熱量の平均値は350[W]とする。
a) Average value of initial calorific value The average value of initial calorific value is 350 [W].
b)初期発熱量の標準偏差
本検討では、初期発熱量の標準偏差を50[W]と設定する。
b) Standard deviation of initial calorific value In this study, the standard deviation of initial calorific value is set to 50 [W].
c)初期発熱量の上限値と下限値
初期発熱量の上限値を430[W]と設定する。また、初期発熱量の下限値としては200[W](μ−3σ)を設定する。
c) Upper limit value and lower limit value of initial heating value The upper limit value of initial heating value is set to 430 [W]. Further, 200 [W] (μ−3σ) is set as the lower limit value of the initial calorific value.
(e)発熱量に応じた廃棄体配置の工夫
緩衝材温度を効果的に低減できるような配置方法を考える場合、定置開始時に1パネル分の廃棄体が全て揃っているとすれば、緩衝材の最高温度をミニマムとすることを目的関数とした廃棄体の最適配置問題と考え、例えば「遺伝的アルゴリズム」や「焼きなまし法」などの最適化法を適用することも考えられる。
(E) Device arrangement for waste according to the amount of heat generated When considering an arrangement method that can effectively reduce the temperature of the buffer material, if all the waste for one panel is prepared at the start of placement, the buffer material Considering that the maximum temperature of the waste is the minimum, it is considered as an optimal placement problem of the waste body with an objective function. For example, an optimization method such as “genetic algorithm” or “annealing method” may be applied.
実務上は、廃棄体の発熱量が計測管理されているため、受入れ単位ごとの廃棄体の最適な配置方法が決定論的に求められると考えられる。ここでは、緩衝材の最高温度を低減するためには発熱量の大きい廃棄体の隣に発熱量の小さい廃棄体を定置することが基本的に有効であるとの立場から、以下に示す簡便な配置方法についてその効果を検討する。 In practice, the calorific value of the waste is measured and managed, so it is considered that an optimum arrangement method of the waste for each receiving unit is deterministically required. Here, in order to reduce the maximum temperature of the cushioning material, it is basically effective to place a waste body with a small calorific value next to a waste body with a large calorific value. Examine the effect of the placement method.
[案1]2分割法
図21(a)に、1パネル分の廃棄体の発熱量の分布イメージを示す。図21(a)に示すとおり、廃棄体を発熱量の大きさに応じて2つのグループに分類し、発熱量の大きい方をグループ(A)、発熱量の小さい方をグループ(B)と呼ぶことにする。この方法は、処分坑道において廃棄体が以下の順序で定置され、常にグループ(A)と(B)の廃棄体が互いに隣り合うように管理する方法である(以下「2分割法」)。
[Draft 1] Two-partition method FIG. 21A shows a distribution image of the heat generation amount of the waste body for one panel. As shown in FIG. 21A, waste bodies are classified into two groups according to the amount of heat generation, and the one with the larger amount of heat generation is called group (A), and the one with the smaller amount of heat generation is called group (B). I will decide. This method is a method in which wastes are placed in the following order in the disposal tunnel, and the wastes of the groups (A) and (B) are always managed adjacent to each other (hereinafter referred to as “two-division method”).
a1→b1→a2→b2→a3→b3→…→ai→bi→…
(ai,biはそれぞれグループ(A),(B)から無作為に抽出された廃棄体)
また、処分坑道直角方向に隣り合う廃棄体についても、上記の順序となるよう配置上の考慮をするものとする。
a 1 → b 1 → a 2 → b 2 → a 3 → b 3 → ... → a i → b i → ...
(A i and b i are wastes randomly extracted from groups (A) and (B), respectively)
In addition, wastes adjacent to each other in the direction perpendicular to the disposal tunnel are also considered in the arrangement so that the order is as described above.
[案2]4分割法
上記の考え方を延長し、図21(b)に示すように廃棄体を発熱量の大きさに応じて4つのグループに分類し、発熱量の大きい方から順にグループ(A)、グループ(B)、グループ(C)、グループ(D)と呼ぶことにする。この方法は、処分坑道において廃棄体が以下の順序で定置され、発熱量の大きい廃棄体は常に発熱量の小さい廃棄体と隣り合うように管理する方法である(以下「4分割法」)。
a1→d1→b1→c1→a2→d2→b2→c2→a3→d3→b3→c3→…
…→ai→di→bi→ci→…
(ai,bi,ci,diはそれぞれグループ(A),(B),(C),(D)から無作為に抽出された廃棄体)
また、処分坑道直角方向に隣り合う廃棄体についても、上記の順序となるよう配置上の考慮をするものとする。
[Draft 2] Quadrant Method Extending the above idea, as shown in FIG. 21 (b), waste materials are classified into four groups according to the amount of heat generation, and the groups ( A), group (B), group (C), and group (D) will be referred to. This method is a method in which wastes are placed in the following order in the disposal tunnel, and a waste body with a large calorific value is always managed so as to be adjacent to a waste body with a small calorific value (hereinafter referred to as “four-division method”).
a 1 → d 1 → b 1 → c 1 → a 2 → d 2 → b 2 → c 2 → a 3 → d 3 → b 3 → c 3 → ...
... → a i → d i → b i → c i → ...
(A i , b i , c i and d i are wastes randomly extracted from the groups (A), (B), (C) and (D), respectively)
In addition, wastes adjacent to each other in the direction perpendicular to the disposal tunnel are also considered in the arrangement so that the order is as described above.
[案3]8分割法
上記同様の考え方を延長し、図21(c)に示すように廃棄体を発熱量の大きさに応じて8つのグループに分類し、発熱量の大きい方から順にグループ(A)、グループ(B)、…、グループ(H)と呼ぶことにする。8分割法では、廃棄体の定置順序の一例として、以下の順序で定置されるよう管理する。
a1→h1→d1→e1→c1→f1→b1→g1→
a2→h2→d2→e2→c2→f2→b2→g2→…
…→ai→hi→di→ei→ci→fi→bi→gi→…
(ai,bi,…,hiはそれぞれグループ(A),(B),…,(H)から無作為に抽出された廃棄体)
また、処分坑道直角方向に隣り合う廃棄体についても、上記の順序となるよう配置上の考慮をするものとする。
[Draft 3] Eight-division method Extending the same idea as described above, the wastes are classified into eight groups according to the amount of heat generation as shown in FIG. These are called (A), group (B),..., Group (H). In the 8-division method, as an example of the disposal order of waste bodies, management is performed so that they are placed in the following order.
a 1 → h 1 → d 1 → e 1 → c 1 → f 1 → b 1 → g 1 →
a 2 → h 2 → d 2 → e 2 → c 2 → f 2 → b 2 → g 2 →
... → a i → h i → d i → e i → c i → f i → b i → g i → ...
(A i , b i ,..., H i are wastes randomly extracted from groups (A), (B),..., (H), respectively)
In addition, wastes adjacent to each other in the direction perpendicular to the disposal tunnel are also considered in the arrangement so that the order is as described above.
(f)解析における各廃棄体の発熱量の設定
解析における各廃棄体の発熱量の設定は、以下の方法による。ランダム配置の場合は、各ケースで仮定した発熱量の確率分布に従い、1リアライゼーションにつき6,669個のランダムサンプリングを行う。これらの発熱量を順番にQ1,Q2,…,Q6669とする。図22に示すように、パネル隅角部の廃棄体から順番に上記の発熱量Q1〜Q6669をそれぞれ各廃棄体に割り当てていく。
(F) Setting of calorific value of each waste body in analysis Setting of the calorific value of each waste body in the analysis is performed by the following method. In the case of random arrangement, 6,669 random samplings are performed per realization according to the probability distribution of the calorific value assumed in each case. These calorific values are taken as Q 1 , Q 2 ,..., Q 6669 in order. As shown in FIG. 22, the heat generation amounts Q 1 to Q 6669 are assigned to the respective waste bodies in order from the waste bodies at the corners of the panel.
発熱量に応じて工夫して配置する場合(2分割法の場合)は、上記と同様、発熱量の確率分布に従って1リアライゼーションにつき6,669個のランダムサンプリングを行い、これらの発熱量を順番にQ1,Q2,…,Q6669とする。Q1〜Q6669の発熱量をその大きさに従って2つのグループ(A),(B)に分割する(以下、各発熱量が(A),(B)どちらに属するかをQ1(A),Q2(B)等と表現)。Q1,Q2,Q3,…の順番がグループ(A),(B)交互になっている場合には、図22の順序に従いそのまま定置する。グループ(A),(B)のいずれかが連続して交互となっていない場合には、直近の発熱量を入れ替えて(A),(B)が交互となるように調整する。例えばQ1(A),Q2(B),Q3(B),Q4(A),Q5(A),…となっている場合、定置順序を入れ替えてQ1(A),Q2(B),Q3(A),Q4(B),Q5(A),…の順序に調整する。 When arranging the heat generation according to the heat generation amount (in the case of the two-division method), similar to the above, 6,669 random samplings are performed per realization according to the probability distribution of the heat generation amount, and these heat generation amounts are sequentially arranged. Q 1 , Q 2 ,..., Q 6669 . The calorific values of Q 1 to Q 6669 are divided into two groups (A) and (B) according to their sizes (hereinafter, Q 1 (A) indicates whether each calorific value belongs to (A) or (B). , Q 2 (B) etc.). When the order of Q 1 , Q 2 , Q 3 ,... Is alternating between groups (A) and (B), they are placed as they are in the order shown in FIG. If any of the groups (A) and (B) is not continuously alternated, the most recent heat generation amount is exchanged and adjustment is performed so that (A) and (B) alternate. For example, when Q 1 (A), Q 2 (B), Q 3 (B), Q 4 (A), Q 5 (A),..., Q 1 (A), Q 2 (B), Q 3 (A), Q 4 (B), Q 5 (A),...
(g)解析ケース及び解析手順
以下の表8に示す6ケースに対してモンテカルロシミュレーションを実施し、各ケースにおいて必要となる廃棄体専有面積を試行錯誤的に求める。
この時の処理は、図8を用いて説明した処理である。なお、S07における廃棄体の配置位置の再設定は、例えば、処分坑道間距離を0.5m増加させるというものである。また、廃棄体専有面積は、上述したように処分坑道間距離と処分孔間隔の積で算出することができる。
(G) Analysis Case and Analysis Procedure Monte Carlo simulation is performed on the six cases shown in Table 8 below, and the waste-occupied area required in each case is obtained by trial and error.
The process at this time is the process described with reference to FIG. In addition, the reset of the arrangement position of the waste body in S07 is to increase the distance between disposal tunnels by 0.5 m, for example. Further, the waste body exclusive area can be calculated by the product of the distance between the disposal tunnels and the distance between the disposal holes as described above.
4)検討結果
モンテカルロシミュレーションの結果の一例として、表8に示すケース1−Bの発熱条件で廃棄体配置を標準仕様で固定したケース(処分深度=1000m、廃棄体の初期発熱量の平均値=350W、標準偏差=50W、上限値=430W、処分坑道離間距離=10m、ランダム配置)における1万リアライゼーションの解析結果を図23に示す。図23は、各リアライゼーションにおける全ての廃棄体(6,669個)周囲の緩衝材のピーク温度の最大値を1万点プロットしたものである。
4) Examination result As an example of the result of the Monte Carlo simulation, the case where the waste body arrangement is fixed in the standard specification under the heat generation condition of case 1-B shown in Table 8 (disposal depth = 1000 m, average value of initial heat generation amount of waste body = FIG. 23 shows the analysis result of 10,000 realizations at 350 W, standard deviation = 50 W, upper limit value = 430 W, disposal tunnel separation distance = 10 m, random arrangement). FIG. 23 is a plot of 10,000 points of the maximum peak temperature of the buffer material around all waste bodies (6,669) in each realization.
図8を用いて説明した処理に従って算定した各ケースの廃棄体専有面積の結果を図24に示す。これより、廃棄体をランダムに配置する場合に比べて、発熱量に応じて廃棄体配置を工夫することの定量的効果が明らかとなった。 FIG. 24 shows the result of the waste-occupied area in each case calculated according to the processing described with reference to FIG. From this, the quantitative effect of devising the waste body arrangement according to the calorific value was clarified as compared with the case where the waste bodies are randomly arranged.
(2)パネル端部の“除熱効果”の定量的効果
パネル端部の“除熱効果”が期待できる領域について、「除熱効果のない領域」に対してどの程度の発熱量の割増しを許容し得るか、その効果を定量的に検討する。ここでは上記(1)と同様、硬岩竪置き、処分深度1,000mのケースを対象とし、評価モデルも上記同様の1パネル分の廃棄体(27×247=6,669個、図25参照)を対象に検討を行う。ここでは、廃棄体発熱量を決定論的に配置して温度評価を行い、
・除熱効果が期待できる領域の範囲
・端部に置ける最大発熱量
を調べる。
(2) Quantitative effect of “heat removal effect” at the panel edge For the area where the “heat removal effect” at the panel edge can be expected, how much the amount of generated heat is increased relative to the “area without heat removal effect” Quantitatively consider the effect of acceptability. Here, as in the case of (1) above, the case where the hard rock is placed and the disposal depth is 1,000 m is targeted, and the evaluation model is also the waste for one panel (27 × 247 = 6,669 pieces, see FIG. 25). ). Here, the waste body heating value is placed deterministically to perform temperature evaluation,
・ Examine the range of the area where the heat removal effect can be expected and the maximum amount of heat generated at the end.
まず、全ての廃棄体の初期発熱量が一様に350[W]であるとした場合について、パネルの位置に応じた緩衝材内側温度の最大値の分布を図26に示す。これより、“除熱効果”が期待できる範囲は、パネル端部から概ね50m程度の領域であると考えられる。 First, FIG. 26 shows the distribution of the maximum value of the buffer material inner temperature according to the position of the panel when the initial heat generation amount of all the waste bodies is uniformly 350 [W]. From this, it is considered that the range where the “heat removal effect” can be expected is an area of about 50 m from the end of the panel.
次に、最も外側の処分坑道の廃棄体のみ初期発熱量を上げた場合の温度評価を行った。最も外側の処分坑道における緩衝材最大温度を図27に示す。これより、他の廃棄体の初期発熱量が一様に350[W]の場合、最外縁の処分坑道の廃棄体の初期発熱量は460[W]まで許容可能といえる。 Next, temperature evaluation was performed when the initial calorific value was increased only for the wastes in the outermost disposal tunnel. The buffer material maximum temperature in the outermost disposal tunnel is shown in FIG. Accordingly, when the initial heat generation amount of other waste bodies is uniformly 350 [W], it can be said that the initial heat generation amount of the waste body in the outermost disposal tunnel is allowable up to 460 [W].
引き続いて、上述した一連の熱解析装置10による処理をコンピュータに実行させるための熱解析プログラムを説明する。図28に示すように、熱解析プログラム30は、コンピュータに挿入されてアクセスされる、あるいはコンピュータが備える記録媒体20に形成されたプログラム格納領域21内に格納される。 Then, the thermal analysis program for making a computer perform the process by the series of thermal analysis apparatuses 10 mentioned above is demonstrated. As shown in FIG. 28, the thermal analysis program 30 is inserted into a computer and accessed, or stored in a program storage area 21 formed on a recording medium 20 provided in the computer.
熱解析プログラム30は、単位情報入力モジュール31と、ベースケース算出モジュール32と、発熱体情報入力モジュール33と、温度影響算出モジュール34と、加算モジュール35と、判断モジュール36と、出力モジュール37とを備えて構成される。単位情報入力モジュール31と、ベースケース算出モジュール32と、発熱体情報入力モジュール33と、温度影響算出モジュール34と、加算モジュール35と、判断モジュール36と、出力モジュール37とを実行させることにより実現される機能は、上述した熱解析装置10の単位情報入力部11と、ベースケース算出部12と、発熱体情報入力部13と、温度影響算出部14と、加算部15と、判断部16と、出力部17の機能とそれぞれ同様である。 The thermal analysis program 30 includes a unit information input module 31, a base case calculation module 32, a heating element information input module 33, a temperature effect calculation module 34, an addition module 35, a determination module 36, and an output module 37. It is prepared for. It is realized by executing the unit information input module 31, the base case calculation module 32, the heating element information input module 33, the temperature influence calculation module 34, the addition module 35, the determination module 36, and the output module 37. The function includes a unit information input unit 11, a base case calculation unit 12, a heating element information input unit 13, a temperature effect calculation unit 14, an addition unit 15, a determination unit 16, and a thermal analysis apparatus 10 described above. The functions of the output unit 17 are the same.
なお、熱解析プログラム30は、その一部若しくは全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、他の機器により受信されて記録(インストールを含む)される構成としてもよい。また、熱解析プログラム30の各モジュールは、1つのコンピュータでなく、複数のコンピュータのいずれかにインストールされてもよい。その場合、当該複数のコンピュータによるコンピュータシステムよって上述した一連の熱解析プログラム30の処理が行われる。 Note that a part or all of the thermal analysis program 30 may be transmitted via a transmission medium such as a communication line and received and recorded (including installation) by another device. Each module of the thermal analysis program 30 may be installed in any one of a plurality of computers instead of one computer. In that case, the series of processes of the thermal analysis program 30 described above is performed by the computer system of the plurality of computers.
1…廃棄体、10…熱解析装置、11…単位情報入力部、12…ベースケース算出部、13…発熱体情報入力部、14…温度影響算出部、15…加算部、16…判断部、17…出力部、20…記録媒体、21…処分坑道、21…プログラム格納領域、30…熱解析プログラム、31…単位情報入力モジュール、32…ベースケース算出モジュール、33…発熱体情報入力モジュール、34…温度影響算出モジュール、35…加算モジュール、36…判断モジュール、37…出力モジュール。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Waste body, 10 ... Thermal analysis apparatus, 11 ... Unit information input part, 12 ... Base case calculation part, 13 ... Heating body information input part, 14 ... Temperature influence calculation part, 15 ... Addition part, 16 ... Determination part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Output part, 20 ... Recording medium, 21 ... Disposal tunnel, 21 ... Program storage area, 30 ... Thermal analysis program, 31 ... Unit information input module, 32 ... Base case calculation module, 33 ... Heating element information input module, 34 ... temperature influence calculation module, 35 ... addition module, 36 ... judgment module, 37 ... output module.
Claims (8)
前記領域及び単位個数の発熱体に関する情報を入力する単位情報入力手段と、
前記単位情報入力手段によって入力された情報に基づいて、前記単位個数の発熱体からの位置に応じた当該発熱体による温度の影響を算出するベースケース算出手段と、
前記領域における前記複数の発熱体が配置される位置及び発熱体個数を示す情報を入力する発熱体情報入力手段と、
前記ベースケース算出手段によって算出された前記影響、及び前記発熱体情報入力手段によって入力された情報によって示される発熱体が配置される位置から前記領域における所定位置である評価点までの距離に基づいて、当該発熱体の当該評価点での温度の影響を算出する温度影響算出手段と、
前記温度影響算出手段によって算出された各発熱体の前記評価点での温度の影響を加算する加算手段と、
前記加算手段によって加算された前記評価点での温度の影響を示す情報を出力する出力手段と、
を備える熱解析装置。 A thermal analysis device that performs thermal analysis in a region where a plurality of heating elements are arranged,
Unit information input means for inputting information about the region and the number of heating elements;
Base case calculating means for calculating the influence of the temperature by the heating element according to the position from the unit number of heating elements based on the information input by the unit information input means;
Heating element information input means for inputting information indicating positions and the number of heating elements in which the plurality of heating elements are arranged in the region;
Based on the influence calculated by the base case calculation unit and the distance from the position where the heating element indicated by the information input by the heating element information input unit is arranged to the evaluation point which is a predetermined position in the region A temperature influence calculating means for calculating the influence of the temperature at the evaluation point of the heating element;
Adding means for adding the influence of temperature at the evaluation point of each heating element calculated by the temperature influence calculating means;
Output means for outputting information indicating the influence of temperature at the evaluation point added by the adding means;
A thermal analysis apparatus comprising:
前記発熱体情報入力手段は、配置される発熱体の発熱量を示す情報を入力して、
前記温度影響算出手段は、前記単位個数の発熱体及び配置される各発熱体の各発熱量にも応じて当該配置される各発熱体の当該評価点での温度の影響を算出する、請求項1に記載の熱解析装置。 The unit information input means inputs information indicating the amount of heat generated by the unit number of heating elements as information on the unit number of heating elements,
The heating element information input means inputs information indicating the calorific value of the heating element arranged,
The temperature influence calculation means calculates the influence of the temperature at the evaluation point of each of the arranged heating elements according to the amount of heat generated by the unit number of heating elements and each of the arranged heating elements. The thermal analysis apparatus according to 1.
前記温度影響算出手段及び前記加算手段は、前記発熱体情報入力手段によって決定された各発熱体の発熱量の複数の組毎に処理を行う、請求項4に記載の熱解析装置。 The heating element information input means determines a plurality of heating amounts of each heating element according to the probability distribution,
The thermal analysis apparatus according to claim 4, wherein the temperature influence calculation unit and the addition unit perform processing for each of a plurality of sets of heat generation amounts of the heating elements determined by the heating element information input unit.
前記領域及び単位個数の発熱体に関する情報を入力する単位情報入力ステップと、
前記単位情報入力ステップにおいて入力された情報に基づいて、前記単位個数の発熱体からの位置に応じた当該発熱体による温度の影響を算出するベースケース算出ステップと、
前記領域における前記複数の発熱体が配置される位置及び発熱体個数を示す情報を入力する発熱体情報入力ステップと、
前記ベースケース算出ステップにおいて算出された前記影響、及び前記発熱体情報入力ステップにおいて入力された情報によって示される発熱体が配置される位置から前記領域における所定位置である評価点までの距離に基づいて、当該発熱体の当該評価点での温度の影響を算出する温度影響算出ステップと、
前記温度影響算出ステップにおいてによって算出された各発熱体の前記評価点での温度の影響を加算する加算ステップと、
前記加算ステップにおいて加算された前記評価点での温度の影響を示す情報を出力する出力ステップと、
を含む熱解析方法。 A thermal analysis method for performing thermal analysis in a region where a plurality of heating elements are arranged,
A unit information input step for inputting information about the region and the number of heating elements;
Based on the information input in the unit information input step, a base case calculation step for calculating the influence of temperature by the heating element according to the position from the unit number of heating elements;
A heating element information input step for inputting information indicating a position where the plurality of heating elements are arranged in the region and the number of heating elements;
Based on the influence calculated in the base case calculation step and the distance from the position where the heating element indicated by the information input in the heating element information input step is arranged to the evaluation point which is a predetermined position in the region A temperature influence calculating step for calculating the influence of the temperature at the evaluation point of the heating element;
An adding step of adding the temperature influence at the evaluation point of each heating element calculated in the temperature influence calculating step;
An output step of outputting information indicating the influence of the temperature at the evaluation point added in the addition step;
Thermal analysis method including
コンピュータを、
前記領域及び単位個数の発熱体に関する情報を入力する単位情報入力手段と、
前記単位情報入力手段によって入力された情報に基づいて、前記単位個数の発熱体からの位置に応じた当該発熱体による温度の影響を算出するベースケース算出手段と、
前記領域における前記複数の発熱体が配置される位置及び発熱体個数を示す情報を入力する発熱体情報入力手段と、
前記ベースケース算出手段によって算出された前記影響、及び前記発熱体情報入力手段によって入力された情報によって示される発熱体が配置される位置から前記領域における所定位置である評価点までの距離に基づいて、当該発熱体の当該評価点での温度の影響を算出する温度影響算出手段と、
前記温度影響算出手段によって算出された各発熱体の前記評価点での温度の影響を加算する加算手段と、
前記加算手段によって加算された前記評価点での温度の影響を示す情報を出力する出力手段と、
として機能させる熱解析プログラム。
A thermal analysis program for performing thermal analysis in an area where a plurality of heating elements are arranged,
Computer
Unit information input means for inputting information about the region and the number of heating elements;
Base case calculating means for calculating the influence of the temperature by the heating element according to the position from the unit number of heating elements based on the information input by the unit information input means;
Heating element information input means for inputting information indicating positions and the number of heating elements in which the plurality of heating elements are arranged in the region;
Based on the influence calculated by the base case calculation unit and the distance from the position where the heating element indicated by the information input by the heating element information input unit is arranged to the evaluation point which is a predetermined position in the region A temperature influence calculating means for calculating the influence of the temperature at the evaluation point of the heating element;
Adding means for adding the influence of temperature at the evaluation point of each heating element calculated by the temperature influence calculating means;
Output means for outputting information indicating the influence of temperature at the evaluation point added by the adding means;
Thermal analysis program to function as
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