JP2008249329A - 鋼板コンクリート壁およびその構築方法 - Google Patents

鋼板コンクリート壁およびその構築方法 Download PDF

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Abstract

【課題】構造物の内部の気密性を保持した状態で内部の熱を外部に放出可能とする。
【解決手段】鋼板コンクリート壁１００は、互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルト３が植立された一対の鋼板１と、一対の鋼板１によって形成された空間内に打設されたコンクリート部２と、を有し、コンクリート部２内に、一対の鋼板１を連結する金属柱４を備える。この金属柱４の代わりに、金属板を用いてもよい。また、コンクリート部２内に、冷却材を流すための冷却管を配置するようにしてもよい。また、コンクリート部２内に、冷却材が封入された熱交換部を、一対の鋼板１の双方の対向面に接するように配置してもよい。更に、一対の鋼板１のうち外側の鋼板の外面に放熱板を備えるようにしてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子力発電施設等の構造物における鋼板コンクリート壁およびその構築方法に関する。
近年、原子力発電所では、鉄筋コンクリート製の原子炉格納容器が使用されている。これは、事故時に外部への放射性物質の放出を防ぐため、内面を鋼製ライナで内張りした鉄筋コンクリート構造を有するものである。
これに対し、鉄筋部を設けずに、内側および外側にスタッドボルト付きの鋼板を配置し、両鋼板間をコンクリートで充填した鋼板コンクリート構造が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。鋼板コンクリート構造を用いると、現場で鉄筋部を建造する必要がないため、工期の短縮化を図ることができる。また、内側に配置された鋼板が、従来の鋼製ライナの代替構造となることで、放射性物質の放出を防ぐことができる。
特許文献１では、鋼板にスタッドボルトを千鳥格子に配置することにより、座屈強度を低下させずにボルト低減を図る技術が開示されている。特許文献２では、原子炉運転時の温度荷重を考慮して円筒壁およびトップスラブの取合い構造を有する鋼板コンクリート壁が提案されている。特許文献３では、ライナプレートと内側鋼板を分離することで、工事簡略化を図る技術が開示されている。特許文献４では、特許文献１〜３と異なり、鉄筋コンクリート構造を有する建屋の一部に内部が空洞となっている二重鋼板壁を使用するものであって、必要に応じて、この内部に遮蔽材としてコンクリートを充填する技術が開示されている。
特許第２５０２２１９号公報 特許第３３０９２９０号公報 特開平５−６０８９１号公報 特開平１０−８８８３９号公報
しかしながら、従来の鉄筋コンクリート構造や、特許文献１〜３に示される従来の鋼板コンクリート構造は、何れもコンクリートを構造材としているが、高温状態ではコンクリートの内部の水分が蒸散するため、構造強度が低下する虞があった。また、コンクリート自体は熱伝達率が低いが、格納容器の内部が高温となる事故時に、内側の鋼製ライナ又は鋼板が熱により座屈変形すると、鋼製ライナ又は鋼板とコンクリートとの間に空隙部が形成されるため、コンクリートの熱伝達性能が更に悪化する可能性があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、構造物の内部の気密性を保持した状態で内部の熱を外部に放出可能とすることを目的とする。
上記目的を達成するために、この発明に係る鋼板コンクリート壁の一つの態様は、互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板と、前記一対の鋼板によって形成された空間内に打設されたコンクリート部と、を有し、前記コンクリート部内に、前記一対の鋼板を連結する金属製連結部材を備えることを特徴とする。
また、この発明に係る鋼板コンクリート壁の他の態様は、互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板と、前記一対の鋼板によって形成された空間内に打設されたコンクリート部と、を有し、前記コンクリート部内に、冷却材を流すための冷却管を備えることを特徴とする。
また、この発明に係る鋼板コンクリート壁の更に他の態様は、互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板と、前記一対の鋼板によって形成された空間内に打設されたコンクリート部と、を有し、前記コンクリート部内に、冷却材が封入された熱交換部が前記一対の鋼板の双方の対向面に接するように配置されていることを特徴とする。
また、この発明に係る鋼板コンクリート壁の更に他の態様は、互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板と、前記一対の鋼板によって形成された空間内に打設されたコンクリート部と、を有し、前記コンクリート部内に、当該コンクリート部に水分を散布するための散布部を備えることを特徴とする。
この発明に係る鋼板コンクリート壁の構築方法の一つの態様は、対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板を互いに対向して配置し、前記一対の鋼板によって形成された空間内に、当該一対の鋼板を連結する金属製連結部材を配置し、前記空間内にコンクリートを打設することを特徴とする。
また、この発明に係る鋼板コンクリート壁の構築方法の他の態様は、対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板を互いに対向して配置し、前記一対の鋼板によって形成された空間内に、冷却材を流すための冷却管を配置し、前記空間内にコンクリートを打設することを特徴とする。
また、この発明に係る鋼板コンクリート壁の構築方法の更に他の態様は、対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板を互いに対向して配置し、前記一対の鋼板によって形成された空間内に、冷却材が封入された熱交換部を前記一対の鋼板の双方の対向面に接するように配置し、前記空間内にコンクリートを打設することを特徴とする。
また、この発明に係る鋼板コンクリート壁の構築方法の更に他の態様は、対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板を互いに対向して配置し、前記一対の鋼板によって形成された空間内に、水分を散布するための散布部を配置し、前記空間内にコンクリートを打設することを特徴とする。
本発明によれば、鋼板コンクリート壁を適用した構造物の内部の気密性を保持した状態で内部の熱を外部に放出することが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明に係る鋼板コンクリート壁の種々の実施形態を説明する。なお、図面は模式的なものであり、各構成要素間における寸法の比率等は現実のものとは異なる。また、以下の各実施形態において、相互に同一又は類似の構成要素には共通の符号を付し、重複説明は省略する。
また、以下の各実施形態では、本発明に係る鋼板コンクリート壁が、原子力発電所の構造物の一つである原子炉格納容器に適用される場合を示すが、内部での熱発生を前提とし、気密性を要する他の構造物（例えば、使用済み核燃料貯蔵施設や化学プラントの構造物）にも適用可能である。
[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋼板コンクリート壁１００の一部分を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ方向から見た立断面図である。
鋼板コンクリート壁１００は、原子炉格納容器（図示略）の壁部を構成するものであり、図１および図２に示すように、互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルト３が植立された一対の鋼板１と、一対の鋼板１によって形成された空間内に打設されたコンクリート部２と、を有する。コンクリート部２内には、一対の鋼板１を連結する金属製連結部材としての金属柱４が所定間隔で配置されている。この金属柱４は、一対の鋼板１の間の熱伝導経路として機能する。
原子炉格納容器に使用される金属柱４の材質、大きさ、配置間隔等は、当該原子炉格納容器で必要とされる構造強度、熱伝達率を満たすように選択することが好ましい。例えば、金属柱４の材質は、熱伝導率の高い材質（例えば、銅）であることが好ましい。
第１の実施形態の鋼板コンクリート壁１００によれば、一対の鋼板１の間を金属柱４で連結することにより、原子炉格納容器の壁部の伝熱性を高め、事故発生時など原子炉格納容器の内部が高温となったときに、内部の気密性を保持した状態で熱を金属柱４を通じて外部へ放散することが可能となる。
[第２の実施形態]
図３は、本発明の第２の実施形態に係る鋼板コンクリート壁２００の一部分を示す斜視図であり、図４は、図３のＩＶ方向から見た横断面図である。
第２の実施形態の鋼板コンクリート壁２００では、コンクリート部２内に、一対の鋼板１を連結する金属製連結部材としての金属板５が所定間隔で配置されている。この金属板５は、一対の鋼板１の間の熱伝導経路として機能する。
原子炉格納容器に使用される金属板５の材質、板厚、配置間隔等は、当該原子炉格納容器で必要とされる構造強度、熱伝達率を満たすように選択することが好ましい。例えば、金属板５の材質は、熱伝導率の高い材質（例えば、銅）であることが好ましい。
第２の実施形態の鋼板コンクリート壁２００によれば、一対の鋼板１の間を金属板５で連結することにより、原子炉格納容器の壁部の伝熱性を高め、事故発生時など原子炉格納容器の内部が高温となったときに、内部の気密性を保持した状態で熱を金属板５を通じて外部へ放散することが可能となる。
[第３の実施形態]
図５は、本発明の第３の実施形態に係る鋼板コンクリート壁３００の一部分を示す斜視図であり、図６は、図５のＶＩ方向から見た横断面図である。
第３の実施形態の鋼板コンクリート壁３００では、図５に示すように、コンクリート部２内に、気体或いは液体からなる冷却材を流すための冷却管６を備えている。冷却管６は、その長手方向が鉛直方向に沿うように所定間隔で埋設されており、冷却管６の一端はポンプ７に接続され、他端は熱交換器８に接続されている。
原子炉格納容器の内部が高温となったときには、冷却材が、熱交換器８によりコンクリート部２内の冷却管６に送出され、冷却管６を上昇するように流れて排出される。冷却管６から排出された冷却材は、ポンプ７により熱交換器８に送出され、熱交換器８により熱が除去される。
ここで、冷却管６を構成する材質として、熱伝導率の高い材質（例えば、銅）を用いるのが好ましい。また、図７に示すように、冷却管６の外面に凹凸部１０を形成するのが好ましい。このようにすると、冷却管６とコンクリート部２との付着性が良くなるとともに、冷却管６が構造部材としての機能を有することとなり、構造健全性を高めることができる。また、図８に示すように、冷却管６の外面にスタッドボルトを植立させることによって凹凸部１１を形成するようにしてもよい。
第３の実施形態の鋼板コンクリート壁３００によれば、コンクリート部２内に冷却材を流すための冷却管６を埋設することにより、事故発生時など原子炉格納容器の内部が高温となったときに、内部の気密性を保持した状態で熱を除去することができる。特に、熱伝導率の高い材質からなる冷却管６を用いると、効率良く熱を除去することができる。
なお、第１又は第２の実施形態の何れか一方と、第３の実施形態を組み合わせてもよい。即ち、図９に示すように、第２の実施形態で示した一対の鋼板１が金属板５で連結された鋼板コンクリート壁２００のコンクリート部２内に冷却管６を埋設するようにしてもよい。また、第１の実施形態で示した一対の鋼板１が金属柱４で連結された鋼板コンクリート壁１００のコンクリート部２内に、冷却管６を埋設するようにしてもよい。このように、コンクリート部２内に、一対の鋼板１を連結する金属製連結部材（金属柱４、金属板５）と冷却管６を配置することにより、放熱効果を一層高めることができる。
[第４の実施形態]
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る鋼板コンクリート壁４００の一部分を示す斜視図であり、図１１は、図１０のＸＩ方向から見た立断面図である。
第４の実施形態では、図１１に示すように、コンクリート部２内に、気体或いは液体からなる冷却材が封入されたループ形状の熱交換部１２が、一対の鋼板１の双方の対向面に接するように所定間隔で埋設されている。ここで、熱交換部１２を構成する材質として、熱伝導率の高い材質（例えば、銅）を用いるのが好ましい。
第４の実施形態の鋼板コンクリート壁４００によれば、コンクリート部２内に冷却材が封入された熱交換部１２を配置することにより、内側の鋼板１からの熱を受けて温度上昇した熱交換部１２内の冷却材が、対流により熱交換部１２内を自然循環し、外側の鋼板１に熱を伝えることができる。従って、事故発生時など原子炉格納容器の内部が高温となったときに、内部の気密性を保持した状態で熱を外部へ除去することができる。
なお、第１又は第２の実施形態の何れか一方と、第４の実施形態を組み合わせてもよい。即ち、コンクリート部２内に、一対の鋼板１を連結する金属製連結部材（金属柱４、金属板５）と熱交換部１２を配置してもよい。これにより、放熱効果を一層高めることができる。
[第５の実施形態]
図１２に、本発明の第５の実施形態に係る鋼板コンクリート壁５００を有する原子炉格納容器の全体立断面図を示す。
第５の実施形態では、図１２に示すように、コンクリート部２内に、コンクリート部２に水分を散布するための柱状の散布部２１を備えている。また、鋼板コンクリート壁５００には捕気部２４が備えられている。
散布部２１は、その長手方向が鉛直方向に沿うように所定間隔で埋設されている。散布部２１には、水の供給装置（図示略）が接続されており、当該供給装置から供給された水が散布部２１によりコンクリート部２内に散布される。コンクリート部２内の余分な水分は、排水管２２を介してドレン２３に排出される。
なお、コンクリート部２が高温状態となったときに、水の供給装置から散布部２１に水が供給されるようにしてもよいし、散布部２１に常に水を蓄えておくようにしてもよい。
捕気部２４は、原子炉格納容器内部で発生した蒸気を監視しており、蒸気が所定の条件を満たしたとき（例えば、放射性濃度が閾値より高くなったとき）に、当該蒸気に所定のフィルタリング処理（放射性濃度が低くなるような処理）を施し、外部に設置された気体廃棄物処理装置（図示略）へ送出する。
第５の実施形態の鋼板コンクリート壁５００によれば、高温状態でコンクリート部２内部の水分が蒸散しても、散布部２１により水分を散布するようにしたことにより、コンクリート部２の強度低下を防止することが可能となる。また、水分が蒸散する際の気化熱による放熱効果も期待することができる。
なお、第１〜第４の実施形態のうちの少なくとも一つと、第５の実施形態を組み合わせてもよい。このようにすると、高温状態におけるコンクリート部２の強度低下の防止とともに、原子炉格納容器の内部の気密性を保持した状態での放熱効果を一層高めることができる。
また、図１３に示すように、第１〜第５の実施形態の何れかの鋼板コンクリート壁において、外側の鋼板１に、外側に突出した放熱板３１を所定間隔で設置するようにしてもよい。特に、鋼板コンクリート壁で構成される原子炉格納容器にあっては、太陽光があたらない北側に放熱板３１を設置するのが好ましい。このように放熱板３１を設置することにより、放熱面積が広がり、放熱効果を更に高めることができる。また、この放熱板３１は、放熱機能だけでなく、原子炉格納容器のバットレス（控え壁）としての機能も有するため、鋼板コンクリート壁の補強効果を期待することができる。
本発明の第１の実施形態に係る鋼板コンクリート壁の一部分を示す斜視図。 図１のＩＩ方向から見た立断面図。 本発明の第２の実施形態に係る鋼板コンクリート壁の一部分を示す斜視図。 図３のＩＶ方向から見た横断面図。 本発明の第３の実施形態に係る鋼板コンクリート壁の一部分を示す斜視図。 図５のＶＩ方向から見た横断面図。 外面に凹凸が形成された冷却管の一例を示す図。 外面に凹凸（スタッドボルト）が形成された冷却管の他の例を示す図 第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせた場合の鋼板コンクリート壁の横断面図。 本発明の第４の実施形態に係る鋼板コンクリート壁の一部分を示す斜視図。 図１０のＸＩ方向から見た立断面図。 本発明の第５の実施形態に係る鋼板コンクリート壁を有する原子炉格納容器の全体立断面図。 外壁に放熱板が備えられた原子炉格納容器の外観図。
符号の説明
１ 鋼板
２ コンクリート部
３ スタッドボルト
４ 金属柱
５ 金属板
６ 冷却管
７ ポンプ
８ 熱交換器
１０、１１ 凹凸部
１２ 熱交換部
２１ 散布部
２２ 排水管
２３ ドレン
２４ 捕気部
３１ 放熱板
１００、２００、３００、４００、５００ 鋼板コンクリート壁

Claims (13)

  1. 互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板と、
    前記一対の鋼板によって形成された空間内に打設されたコンクリート部と、を有し、
    前記コンクリート部内に、前記一対の鋼板を連結する金属製連結部材を備えることを特徴とする鋼板コンクリート壁。
  2. 互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板と、
    前記一対の鋼板によって形成された空間内に打設されたコンクリート部と、を有し、
    前記コンクリート部内に、冷却材を流すための冷却管を備えることを特徴とする鋼板コンクリート壁。
  3. 前記コンクリート部内に、冷却材を流すための冷却管を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の鋼板コンクリート壁。
  4. 前記冷却管の外面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の鋼板コンクリート壁。
  5. 互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板と、
    前記一対の鋼板によって形成された空間内に打設されたコンクリート部と、を有し、
    前記コンクリート部内に、冷却材が封入された熱交換部が前記一対の鋼板の双方の対向面に接するように配置されていることを特徴とする鋼板コンクリート壁。
  6. 前記コンクリート部内に、冷却材が封入された熱交換部が前記一対の鋼板の双方の対向面に接するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼板コンクリート壁。
  7. 互いに対向して配置され、各々の対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板と、
    前記一対の鋼板によって形成された空間内に打設されたコンクリート部と、を有し、
    前記コンクリート部内に、当該コンクリート部に水分を散布するための散布部を備えることを特徴とする鋼板コンクリート壁。
  8. 前記コンクリート部内に、当該コンクリート部に水分を散布するための散布部を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の鋼板コンクリート壁。
  9. 前記一対の鋼板のうち外側の鋼板の外面に放熱板を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の鋼板コンクリート壁。
  10. 対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板を互いに対向して配置し、
    前記一対の鋼板によって形成された空間内に、当該一対の鋼板を連結する金属製連結部材を配置し、
    前記空間内にコンクリートを打設することを特徴とする鋼板コンクリート壁の構築方法。
  11. 対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板を互いに対向して配置し、
    前記一対の鋼板によって形成された空間内に、冷却材を流すための冷却管を配置し、
    前記空間内にコンクリートを打設することを特徴とする鋼板コンクリート壁の構築方法。
  12. 対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板を互いに対向して配置し、
    前記一対の鋼板によって形成された空間内に、冷却材が封入された熱交換部を前記一対の鋼板の双方の対向面に接するように配置し、
    前記空間内にコンクリートを打設することを特徴とする鋼板コンクリート壁の構築方法。
  13. 対向面にスタッドボルトが植立された一対の鋼板を互いに対向して配置し、
    前記一対の鋼板によって形成された空間内に、水分を散布するための散布部を配置し、
    前記空間内にコンクリートを打設することを特徴とする鋼板コンクリート壁の構築方法。
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