JP2016118026A

JP2016118026A - 取水装置および取水方法

Info

Publication number: JP2016118026A
Application number: JP2014257299A
Authority: JP
Inventors: 翔一江波戸; Shoichi Ebato; 神保　雅一; Masakazu Jinbo; 雅一神保; 琢磨羽田野; Takuma Hatano; 幸彦奥田; Yukihiko Okuda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-30

Abstract

【課題】津波襲来時に全電源が喪失した場合であっても、作業員が介在することなく取水槽の水位を適正レベルに維持できるように、津波襲来に伴う海面水位の上昇時には、海水の流入路を遮断して取水槽からの溢水を防ぐとともに、水位が正常に戻れば通常状態に復帰でき、海面水位のさらなる上昇に伴う防波壁を超える越波発生時には、海水の流入路を開放して越波により侵入した海水の排水ルートを確保できるようにする。【解決手段】取水槽１００と、該取水槽の外壁下端部に設けられた流入口１０４と、該流入口を開閉するための開閉壁１と、ウエイト１６と該ウエイトの上面に設けられ、上方に開口部１１が形成された容器状のフロート１８からなるフロート付きウエイト２と、前記開閉壁と前記フロート付きウエイトとを連結する連結部材３と、前記連結部材を支持する支持部材４とを備え、前記フロート付きウエイトの質量は、前記開閉壁より大きいことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、原子力発電設備等に用いられる取水装置および取水方法に関する。

東日本大震災以降、大地震等で発生した津波により、原子力発電所では全交流電源喪失状態にならないように、防波壁の増強等により発電所の敷地前面及び側面からの津波流入に対する浸水防止対策が講じられている。

しかしながら、このような浸水防止対策が講じられても、原子力発電設備等を冷却する海水を貯蔵する取水槽には海水が継続的に流入するため、防波壁を増強しても、津波による海水面の上昇に伴い取水槽の水位が上昇し、溢水することは避けられない。

これに対して、取水槽の取水ポンプエリアに防水壁を設置して取水ポンプへの浸水を防止し、ポンプによる排水機能を確保することにより、取水槽内の水位を所定レベルに維持する試みがなされている。

また、取水槽からの溢水自体を防ぐ試みとして、取水設備全体に水密性及び気密性を有する取水建屋を新たに設置し、取水建屋内の気圧を大気圧より高めに調整することにより、溢水を防ぐ方法が提案されている。

この方法は、別途設置した潮位計測装置等を用いて計測された潮位等をもとに気圧制御装置及び空気供給装置を用いて取水建屋内の気圧を調整する方法で、動力を必要とするアクティブなシステムである。

さらに、水力発電の分野において、水路から流入する流体の流量を調整する試みとして、主ゲートに補助ゲートを追設し、水面に駆動ロッド付きの容器状のフロートを浮かべ、水面の上昇に伴う容器状のフロート上昇に応じて駆動ロッドが補助ゲートのスイッチを入れることで、水路を緊急遮断して水路から流入する流体の流量を調整する方法が考案されている。この方法は水位の変動のみで働くシステムであるため、動力を必要としないパッシブなシステムである。

特開２０１３−１０８３０１号公報特開２０１１−１０２４８２号公報

一般的に、津波が襲来するような過酷な事象に動作する取水装置としては、全交流電源が喪失した状況にあっても動作可能であり、かつ作業員の介在しないことが必要である。

また、取水槽は冷却材として用いる海水を貯蔵する設備であるため、津波襲来に伴う水位上昇に対応した後、海面の水位が下がった場合には通常どおり取水槽へ海水を流入させる必要がある。

さらに、津波襲来に伴う水位上昇に対して、取水槽への海水の流入を遮断できた場合でも、海面水位がさらに上昇し防波壁からの越波が発生した場合には、越波により侵入した海水の排水ルートとして取水槽への海水の流入路を再開放する必要がある。

ところで、上記水密性及び気密性を有する取水建屋を用いて取水建屋内の気圧を調整する方法は、空気供給装置など電源を必要とするもので、全交流電源喪失状態では使用できない問題があった。

また、上記補助ゲートを用いた水路から流入する流体の流量を調整する方法は、基本的には電源を用いないものであるが、補助ゲートが取水口ゲートの下の開口を閉塞した後、設定水位以上になっても閉塞は継続され、補助ゲートは再開放されるものではなく、水位の上昇に対して適切な流量調整がなされない問題があった。

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、津波襲来時に全電源が喪失した場合であっても、作業員が介在することなく取水槽の水位を適正なレベルに維持することを目的とする。

上記課題を解決するために各実施形態に係る取水装置では、取水槽と、該取水槽の外壁下端部に設けられた流入口と、該流入口を開閉するための開閉壁と、ウエイトと該ウエイトの上面に設けられ、上方に開口部が形成された容器状のフロートからなるフロート付きウエイトと、前記開閉壁と前記フロート付きウエイトとを連結する連結部材と、前記連結部材を支持する支持部材とを備え、前記フロート付きウエイトの質量は、前記開閉壁より大きいことを特徴とする。

以下に述べる本実施形態によれば、津波襲来に伴う海面水位の上昇時には、海水の流入路を遮断して取水槽からの溢水を防ぐとともに、水位が正常に戻れば通常状態に復帰でき、海面水位のさらなる上昇に伴う防波壁を超える越波発生時には、海水の流入路を開放して越波により侵入した海水の排水ルートを確保することができる。

本発明の第１の実施形態に係る取水装置の設置現場を示す要部の断面図。図１におけるＡ方向の正面図。本発明の第１の実施形態に係る取水装置の水位上昇時の動作状態を示す正面図。本発明の第１の実施形態に係る取水装置の水位の更なる上昇時の動作状態を示す正面図。本発明の第１の実施形態に係る取水装置の開放時の動作状態を示す正面図。本発明の第１の実施形態に係る取水装置の通常水位時の動作状態を示す正面図。本発明の第１の実施形態（変形例１）に係る取水装置の通常水位時の動作状態を示す正面図。本発明の第１の実施形態（変形例１）に係る取水装置の水位上昇時の動作状態を示す正面図。本発明の第１の実施形態（変形例２）に係る取水装置の通常水位時の動作状態を示す正面図。図９における回転リンク機構を示す拡大正面図。本発明の第１の実施形態（変形例３）に係る取水装置の全体図。図１１におけるＢ−Ｂ断面図。本発明の第２の実施形態に係る取水装置の水位の更なる上昇時の動作状態を示す正面図。本発明の第２の実施形態に係る取水装置の通常水位時の動作状態を示す正面図。図１４におけるサイフォン管の拡大正面図。本発明の第２の実施形態（変形例４）に係る取水装置の通常水位時の動作状態を示す正面図。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る取水装置３０について、図１〜図６を用いて説明する。

［構成］
図１は取水装置３０の設置現場を示す要部の断面図、図２は図１におけるＡ方向の正面図である。
本発明の取水装置３０は取水槽１００に装着され、取水槽１００にはポンプ１０２、取水管１９等が設置されている。

取水槽１００には、海に設置された取水塔１０５から取水した海水が水路１０３を通じて導かれ、取水槽１００内部の海水１０１として貯蔵される。

取水槽１００は、例えば基礎１０７上に設置され、外壁１５で周囲を囲まれた矩形状をなし、海側の外壁１５の下部には水路１０３の端部が接続され、陸側の外壁１５の下部にはポンプ１０２の取水管１９が垂下する領域が形成されている。
取水槽１００内部の海水１０１はポンプ１０２により汲み上げられて、原子力発電設備の冷却材として利用される。

取水槽１００の海側の外壁１５の内面には、水路１０３から海水が流入する流入口１０４が形成され、流入口１０４を開閉するための取水装置３０が装着されている。
取水装置３０は、開閉壁１、フロート付きウエイト２、連結部材３、支持部材４、ストッパ５等からなっている。

開閉壁１とフロート付きウエイト２とは、支持部材４を介して連結部材３によって接続されており、開閉壁１とフロート付きウエイト２にかかる重力または浮力のバランスにより、開閉壁１が上下方向に移動することにより、流入口１０４を閉鎖及び開放する。

開閉壁１とフロート付きウエイト２との質量は、通常時に開閉壁１が上昇して流入口１０４を開状態とするために、フロート付きウエイト２が開閉壁１より大きいものとする必要がある。

開閉壁１の形状は、流入口１０４の形状、フロート付きウエイト２の重量等を考慮して決定され、またフロート付きウエイト２の形状は、浮力と自重、開閉壁１の重量等を考慮して決定される。
ストッパ５は海側の外壁１５の内面に固定され、開閉壁１の上昇時の上限を規定する。

フロート付きウエイト２は、ウエイト１６、ウエイト１６の上部に設けられた容器状の容器状のフロート１８（以下、単にフロートとも記載する。）とからなっている。

フロート１８は、上部に海水を流入させることができる開口部１１を有し、フロート付きウエイト２は、取水槽１００内部の海水１０１の水位上昇に基づく浮力の作用により上下方向に移動する。

連結部材３はワイヤ等からなり、一端はストッパ５に設けた図示しない穴を貫通して開閉壁１の上端部に取り付けられ、他端はフロート付きウエイト２のフロート１８の上端部に取り付けられている。

支持部材４は、取水槽１００の海側の外壁１５の内面の複数箇所に取り付けられ、連結部材３が装架されることで、開閉壁１およびフロート付きウエイト２の上下動を支持するものである。

支持部材４として滑車を用いると、開閉壁１およびフロート付きウエイト２の上下動が円滑化できる。

なお、開閉壁１及びウエイト１６は、コンクリート、金属等からなり、また、フロート１８は金属、合成樹脂等からなっており、それぞれの表面には汚れ等の付着防止処理が施されていることが望ましい。

さらに、取水装置３０の取水槽１００への装着は、取水槽１００の新設時に取水槽１００の一部として取り付けてもよいし、既設の取水槽１００に後付けで取り付けてもよい。

［作用］
次に、図２〜図６を用いて本実施の形態の作用について説明する。
通常時は、図２に示すように、フロート付きウエイト２にかかる重力が開閉壁１にかかる重力よりも大きくなるように設定することにより、開閉壁１が上昇して流入口１０４が開放されて、海水が取水槽１００に流入できる状態となっており、海水面と取水槽１００の水位が等しくなっている。

図３は取水装置３０の水位上昇時の動作状態を示す正面図、図４は同設備の水位の更なる上昇時の動作状態を示す正面図、図５は同設備の開放時の動作状態を示す正面図、図６は同設備の通常水位時の動作状態を示す正面図である。

津波襲来時には、津波襲来に伴う海水面の上昇により取水槽１００に貯蔵されている取水槽内部の海水１０１のレベルが上昇する。そして、取水槽１００の海水１０１が、設定された水位を超えた場合、図３に示すように、水位の上昇に伴いフロート付きウエイト２に浮力が発生し、フロート付きウエイト２にかかる重力が開閉壁１にかかる重力よりも小さくなることにより、開閉壁１が下降して、流入口１０４が閉鎖され、水路１０３からの海水の流入が止まる。

この後、津波が終了し海水面が正常に戻れば、通常の原子力発電設備の冷却材としてポンプ１０２により取水槽内部の海水１０１がくみ上げられることにより、取水槽１００の水位が下がり、フロート付きウエイト２の浮力が減少し、フロート付きウエイト２にかかる重力が開閉壁１にかかる重力よりも大きくなることにより、開閉壁１が上昇して、流入口１０４が再開放される。

一方、津波が継続し海水面がさらに上昇を続け、防波壁１０６からの越波が発生した場合には、大量の海水が侵入することにより、取水槽１００の水位がさらに上昇する。

フロート付きウエイト２の開口部１１まで水位が上昇すると、図４に示すように、フロート１８の開口部１１からフロート１８に海水が流入し、フロート付きウエイト２の質量が増加する。

フロート付きウエイト２の質量が増加すると、図５に示すように、フロート付きウエイト２にかかる重力が開閉壁１にかかる重力よりも大きくなることにより、開閉壁１が上昇し、流入口１０４が再開放され、防波壁１０６からの越波により侵入した海水の排水ルートが確保される。

この後、津波終了に伴い海水面が正常に戻れば、図６に示すように、流入口１０４から取水槽１００内部の海水１０１が流出し、取水槽１００の水位が低下して流入口１０４が開いた状態に復帰する。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、一連の開閉壁１の開閉動作は、取水槽１００の水位の変動のみにより行われるため、動力を必要とせず、津波襲来に伴う海面水位の上昇時には、海水の流入路を遮断して取水槽１００からの溢水を防ぐとともに、水位が正常に戻れば通常状態に復帰でき、海面水位のさらなる上昇に伴う防波壁を超える越波発生時には、海水の流入路を開放して越波により侵入した海水の排水ルートを確保することができる。

（変形例１）
本変形例が第１の実施形態と異なるのは、連結部材３として支持棒７を用い、左右に設けた支持部材４、４間のほぼ中間部に中間支持具８を用いた点である。

図７に示すように、中間支持具８は外壁１５に固定され、支持棒７は中間支持具８、支持部材４、４にそれぞれ固定されており、支持部材４、４は上下動可能となっている。

本変形例は、中間支持具８を天秤の支点として、開閉壁１とフロート付きウエイト２が天秤の左右のおもりのように動作するので、例えば、取水槽１００内の海水１０１の水位が上昇してフロート付きウエイト２に浮力が発生する場合には、図８に示すようにフロート付きウエイト２が上昇する。

本変形例では、第１の実施形態による効果に加えて、開閉壁１とフロート付きウエイト２のそれぞれの上下動がバランスよく確実に行うことができる。

（変形例２）
本変形例が第１の実施形態と異なるのは、図９に示すように、開閉壁１とフロート付きウエイト２との連結部材３として支持棒７を用い、支持部材４、４間に渡って回転リンク機構９を用いた点である。

回転リンク機構９は、図９、図１０に示すように、両端に複数の節状小片２０、２０が棒状小片２１を介して連結され、端部が支持部材４、４に固定されている。また、支持棒７、７の支持部材４、４側の一端にも同様の複数の節状小片２０、２０が棒状小片２１を介して連結され、端部が支持部材４、４に固定されている。
支持部材４、４は外壁１５に対し回転するように設けられている。

支持部材４に固定された節状小片２０、２０間の距離、棒状小片２１の長さ、並びに支持部材４の径は、フロート付きウエイト２および開閉壁１の上昇、あるいは下降する距離に応じて適宜決定される。

フロート付きウエイト２に浮力が発生する場合には、支持部材４が反時計回りに回転し、実線（図１０）で示すようにフロート付きウエイト２が上昇し、開閉壁１が下降する。逆にフロート付きウエイト２の質量が開閉壁１より大きくなった場合には、支持部材４が時計回りに回転し、点線（図１０）で示すようにフロート付きウエイト２が下降し、開閉壁１が上昇する。

本変形例では、第１の実施形態による効果に加えて、回転リンク機構９を用いたので、開閉壁１およびフロート付きウエイト２の上昇または下降を回転運動により確実に行うことができる。

（変形例３）
本変形例が第１の実施形態と異なるのは、図１１に示すように、取水槽１００の海側の外壁１５の内面に沿って、取付サポート１３を上下方向に複数設け、各取付サポート１３の端部に渡って保護管１２を取り付けて、保護管１２内部に連結部材３を挿通することによって、取水装置３０の耐震性を向上させた点である。その際、図１２に示すように保護管１２内部の長さ方向の適宜箇所に規制部材１４を設けて連結部材３の左右の揺動を規制することにより、耐震性をさらに向上することができる。
なお上記変形例１〜３において、その他の構成は第１の実施形態と同様である。

［第２の実施形態］
本実施形態は第１の実施形態にフロート付きウエイト２にサイフォン管１０を付加したもので、その他の構成は第１の実施形態と同様である。

［構成］
サイフォン管１０はフロート付きウエイト２のフロート１８の側面を貫通して、フロート１８の長さ方向に沿って設けられている。サイフォン管１０の一端はフロート１８の内壁側面の下端部に臨み、他端はフロート１８の外壁側面からウエイト１６の上端部に沿って角部で折り曲げられて取水槽１００に臨んでいる。

本実施形態では、フロート付きウエイト２のフロート１８内に貯留された海水はサイフォン作用により取水槽１００へ排出されるので、取水装置３０の構成が津波発生前の状態に戻すことができ、第２波の津波に備えることができる。

［作用］
以下、本実施形態の作用について説明する。
津波襲来による海水面の上昇に伴い、開閉壁１が下降し流入口１０４が閉鎖されている状態からさらに海水面が上昇を続け、防波壁１０６からの越波が発生し大量の海水が侵入することにより、取水槽１００の水位がさらに上昇するまでは第１の実施形態と同様の動作をする。

図１３は、取水槽１００の水位がさらに上昇した後、フロート１８及びサイフォン管１０に海水が流入し、流入した海水によりフロート付きウエイト２の質量が増加して下降することにより、開閉壁１が上昇して流入口１０４が再開放された状態を示している。その結果、防波壁１０６からの越波により侵入した海水の排水ルートが確保される。

この後、津波終了による海水面の低下に伴い取水槽１００の水位が下がると、図１４及び図１５の矢印で示したように、サイフォン管１０にサイフォンの原理が働くことにより、フロート１８内に貯留された海水がサイフォン管１０を通って取水槽１００に流出し、最終的には取水装置３０の構成が図１４に示すような津波襲来前の状態に戻すことができる。

［効果］
本実施形態によれば、第１の実施形態による効果に加えて、取水装置３０を津波発生前の状態に戻すことができ、第２波以降の津波に備えることができる。

（変形例４）
本変形例は、第２の実施形態のサイフォン管１０に代えて、図１６に示すように逆止弁１７をフロート１８の下端部に設けたもので、その他の構成は第２の実施形態と同様である。逆止弁１７を設ける位置はフロート１８の下端部であればいずれの場所でもよい。

逆止弁１７は、フロート１８内の海水を取水槽１００に排水するが、取水槽１００内の海水１０１はフロート１８内に流入させない機能を有する。なお、取水槽１００内の海水１０１の水位が上昇し、図１３のような状態では、フロート１８内の海水と取水槽１００内の海水１０１とはほぼ同じ水圧になるので、逆止弁１７を通してフロート１８内の海水が取水槽１００に流出することはない。

本変形例では、第２の実施形態による効果に加えて、逆止弁１７により確実にフロート１８内の海水を排水することができる。

なお、不測の事態に備えて、連結部材３に図示しないハンドル、電動機などを設置して強制的に流入口１０４の開閉を行う非常手段を設けてもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態、変形例を説明したが、これらの実施形態等は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態等は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態等は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…開閉壁、２…フロート付きウエイト、３…連結部材、４…支持部材、５…ストッパ、６…滑車、７…支持棒、８…中間支持具、９…回転リンク機構、１０…サイフォン管、１１…開口部、１２…保護管、１３…取付サポート、１４…規制部材、１５…外壁、１６…ウエイト、１７…逆止弁、１８…容器状のフロート、１９…取水管、２０…節状小片、２１…棒状小片、３０…取水装置、１００…取水槽、１０１…取水槽内部の海水、１０２…ポンプ、１０３…水路、１０４…流入口、１０５…取水塔、１０６…防波壁、１０７…基礎

Claims

取水槽と、該取水槽の外壁下端部に設けられた流入口と、該流入口を開閉するための開閉壁と、ウエイトと該ウエイトの上面に設けられ、上方に開口部が形成された容器状のフロートからなるフロート付きウエイトと、前記開閉壁と前記フロート付きウエイトとを連結する連結部材と、前記連結部材を支持する支持部材とを備え、
前記フロート付きウエイトの質量は、前記開閉壁より大きいことを特徴とする取水装置。
前記取水槽には、前記開閉壁の上昇を規制するストッパを設けたことを特徴とする請求項１に記載の取水装置。
前記連結部材として支持棒を用い、前記支持部材として回転リンク機構を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の取水装置。
前記取水槽の外壁内面に沿って保護管を設け、前記連結部材を前記保護管の内部に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の取水装置。
前記保護管には、前記連結部材の揺動を規制する規制部材を設けたことを特徴とする請求項４に記載の取水装置。
前記フロートは、該容器状のフロート内の水を排水するためのサイフォン管または逆止弁を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の取水装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載の取水装置を用いた取水方法であって、前記取水槽の水位が通常時、前記フロートは前記取水槽の水面上にあって前記流入口は開放され、次に、前記取水槽の水位が上昇し、前記フロートが前記取水槽の水面下に没し始めて、前記フロート付きウエイトが上昇し、前記開閉壁が下降した時、前記流入口は閉鎖され、次に、前記取水槽の水位がさらに上昇し、前記フロートが前記取水槽の水面下に没し、前記フロート付きウエイトが下降し、前記開閉壁が上昇した時、前記流入口は開放されることを特徴とする取水方法。