JP2024074997A

JP2024074997A - 原子炉格納容器

Info

Publication number: JP2024074997A
Application number: JP2024065128A
Authority: JP
Inventors: 雅之本間; 雅昭大坂
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2024-04-15
Publication date: 2024-05-31
Also published as: JP2022080913A

Abstract

【課題】鉄筋コンクリート製原子炉格納容器において、鋼製ライナの剥離やライナアンカの引き抜け防止が可能であり、なおかつ、コンクリート打設枠を支持するセパレータ（型枠支持金物）を設ける必要がない信頼性及び施工性に優れた原子炉格納容器を提供する。【解決手段】鉄筋コンクリート製の原子炉格納容器であって、鉄筋コンクリート製躯体と、複数のライナアンカを介して前記鉄筋コンクリート製躯体に内張りされたライナプレートと、を備え、前記鉄筋コンクリート製躯体は、前記原子炉格納容器の中央から外側に向かう方向に放射状に配筋された複数の異形鉄筋を有し、前記複数の異形鉄筋の各々の一端は、前記複数のライナアンカの各々と一体化されており、前記複数のライナアンカに作用する引抜荷重に応じて、前記複数の異形鉄筋の径及び配置ピッチが定められていることを特徴とする。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、原子炉格納容器の構造に係り、特に、原子炉格納容器と原子炉建屋が一体構造で構成されるコンクリート製原子炉格納容器の壁構造に適用して有効な技術に関する。

従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）では、鋼製の原子炉格納容器を採用していたが、改良型沸騰水型軽水炉（ＡＢＷＲ：Advanced Boiling Water Reactor）では、鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ：Reinforced Concrete Containment Vessel）が採用されている。また、他の型式のコンクリート製原子炉格納容器として、鋼板コンクリート製原子炉格納容器（ＳＣＣＶ：Steel plate Concrete Containment Vessel）の開発も進められてきた。

ＢＷＲは、鋼製の原子炉格納容器の外側に放射線を遮蔽する目的でコンクリート壁を備えているが、ＲＣＣＶを採用したＡＢＷＲは、耐圧機能と放射線遮蔽機能を受け持つ鉄筋コンクリートと、耐漏洩機能を受け持つ鋼製ライナの内張りで構成される。

ＲＣＣＶの採用で、原子炉格納容器と原子炉建屋を一体の構造とすることにより、原子炉建屋の重心が低くなり耐震性が向上する他、建屋容積を削減することができる。

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「円筒形状をしたバウンダリを形成する内貼り鋼製ライナをコンクリート打設用型代りに用いる鉄筋コンクリート製格納容器において、地上でライナを円筒形状としたライナに貫通部を取り付け、ライナアンカより周方向鉄筋及び縦方向鉄筋を支持する補強材を固定し、これに周方向鉄筋及び縦方向を結合させ、ライナと貫通部及び周方向鉄筋、更に縦方向鉄筋を一体化して吊り込む円筒型鉄筋コンクリート製格納容器の建設方法」が開示されている。

また、特許文献２には「内外面に所定間隔を置いて対向位置し、鉄板等の金属板で構成してある板体と、この内外面の板体を連結支持する連結部材と、内外面の両板体間に充填して形成したコンクリート部と、上記両板体の対向する面に配設したスタッドボルト等の定着手段と、この定着手段の配設範囲内に配筋した用心鉄筋とを具備する原子炉建屋等における壁構造」が開示されている。

また、特許文献３には「内面にライナプレートを有し、このライナプレートにライナアンカを取り付け、このライナアンカに型枠支持金物を設け、内側鉄筋と外側鉄筋とを配筋しコンクリート打設してなる鉄筋コンクリート製原子炉格納容器の壁構造において、前記ライナアンカと前記鉄筋の相互位置関係を同一とするように前記ライナアンカの取付間隔を鉄筋間隔の整数倍としてなる原子炉格納容器の壁構造」が開示されている。

特開平４－２８５８９３号公報特開昭５９－１１６０９０号公報特開平８－２２０２７３号公報

上述したように、鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）は、原子炉建屋と一体化した鉄筋コンクリート構造により耐圧機能、遮蔽機能、耐震機能を受け持ち、コンクリートに内張りされた鋼製ライナ（ライナプレート）が放射性物質の漏洩防止機能を持っている。

鋼製ライナ（ライナプレート）は、ＣＴ鋼製のライナアンカによって鉄筋コンクリート製躯体に内張された構造となっているが、熱荷重によるライナひずみや、事故時に鋼製ライナ（ライナプレート）に作用する外圧により、ライナアンカの引き抜けが生じ、鋼製ライナ（ライナプレート）の剥離に至る可能性があるため、ライナアンカの引き抜け防止が可能な安全設計が求められる。

上記特許文献１には、例えば、図６及び段落［０００６］－［０００７］に、ライナアンカ（鉛直スチフナ）５に鉄筋サポート１０（ａ），１０（ｂ）を溶接接合することが記載されているが、数本おきに設定されるとの記載からも分かるように、施工工数の削減及び工程短縮を前提とした構造であり、上述したようなライナアンカの引き抜けを考慮したものではない。

また、上記引用文献２は、２枚の板体１，２を連結板４で結合し、板体１，２間にコンクリートを充填したＳＣ構造（Steel plate Concrete）に関するものであるが、連結板４は、板体１，２の剥離防止を考慮したものではない。

また、上記引用文献３には、例えば、図２及び段落［００２６］に、型枠取付金物１９を直接ライナアンカ１７に接続して型枠取付用金物取付用仮設材とすることが記載されているが、型枠取付金物１９（セパレータ）はコンクリート打設枠を支持するためのものであり、ライナアンカ１７の引き抜け防止を考慮したものではない。

そこで、本発明の目的は、鉄筋コンクリート製原子炉格納容器において、鋼製ライナの剥離やライナアンカの引き抜け防止が可能であり、なおかつ、コンクリート打設枠を支持するセパレータ（型枠支持金物）を設ける必要がない信頼性及び施工性に優れた原子炉格納容器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、鉄筋コンクリート製の原子炉格納容器であって、鉄筋コンクリート製躯体と、複数のライナアンカを介して前記鉄筋コンクリート製躯体に内張りされたライナプレートと、を備え、前記鉄筋コンクリート製躯体は、前記原子炉格納容器の中央から外側に向かう方向に放射状に配筋された複数の異形鉄筋を有し、前記複数の異形鉄筋の各々の一端は、前記複数のライナアンカの各々と一体化されており、前記複数のライナアンカに作用する引抜荷重に応じて、前記複数の異形鉄筋の径及び配置ピッチが定められていることを特徴とする。

また、本発明は、鉄筋コンクリート製の原子炉格納容器であって、鉄筋コンクリート製躯体と、少なくとも一部が表面に露出するように前記鉄筋コンクリート製躯体に埋め込まれた埋込金物パッドと、を備え、前記鉄筋コンクリート製躯体は、複数のせん断補強筋を有し、前記複数のせん断補強筋のうち、少なくとも一部のせん断補強筋の一端は、前記埋込金物パッドと一体化されており、前記埋込金物パッドに作用する引抜荷重に応じて、前記複数のせん断補強筋の径が定められていることを特徴とする。

また、本発明は、鋼板コンクリート製の原子炉格納容器であって、コンクリート製躯体と、前記コンクリート製躯体の内面に設置された内側鋼板と、前記コンクリート製躯体の外面に設置された外側鋼板と、を備え、前記コンクリート製躯体は、前記原子炉格納容器の中央から外側に向かう方向に放射状に配筋された複数の異形鉄筋を有し、前記複数の異形鉄筋の各々の一端は、前記内側鋼板と一体化されており、前記複数の異形鉄筋の各々の他端は、前記外側鋼板と一体化されており、前記内側鋼板及び前記外側鋼板に作用する荷重に応じて、前記複数の異形鉄筋の径及び配置ピッチが定められていることを特徴とする。

本発明によれば、鉄筋コンクリート製原子炉格納容器において、鋼製ライナの剥離やライナアンカの引き抜け防止が可能であり、なおかつ、コンクリート打設枠を支持するセパレータ（型枠支持金物）を設ける必要がない信頼性及び施工性に優れた原子炉格納容器を実現することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る原子炉格納容器の一部を示す図である。図１Ａを上方から見た図である。図１Ｂの変形例を示す図である。本発明の実施例２に係る原子炉格納容器の一部を示す図である。図３の変形例を示す図である。本発明の実施例３に係る原子炉格納容器の一部を示す図である。図５Ａを上方から見た図である。従来の原子炉格納容器の一部を示す図である。代表的な原子炉格納容器の概略構成を示す図である。図６Ａの壁構造の一部を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

先ず、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、本発明の対象となるコンクリート製原子炉格納容器について説明する。図６Ａは、代表的なコンクリート製原子炉格納容器の例として、鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）の概略構成を示している。また、図６Ｂは、図６Ａの壁構造（ＲＣＣＶ円筒部）の一部を示している。

図６Ａに示すように、鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）１は、原子炉圧力容器２の基礎となる原子炉本体基礎７と、原子炉圧力容器２の周囲に設置された原子炉遮蔽壁８と、原子炉圧力容器２を内部に格納し、原子炉一次系の配管破断が生じた場合の原子炉からの冷却材の放出空間である上部ドライウェル３及び下部ドライウェル４と、原子炉冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）時等に放出される炉蒸気を凝縮するプール水を保持する圧力抑制室５と、原子炉冷却材喪失事故等の事故が発生した際に上部ドライウェル３及び下部ドライウェル４内に放出される蒸気と水の混合物を圧力抑制室５に導く水平ベント管６などを有して構成されている。鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）１は、ＲＣＣＶ円筒部９や、上部ドライウェル３の天井に相当するトップスラブ１０などを介して、原子炉建屋と一体化している。

鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）１の壁構造は、図６Ｂに示すように、主に鉄筋コンクリート製躯体１４と、鉄筋コンクリート製躯体１４に複数のライナアンカ１２を介して内張りされたライナプレート１１と、複数のライナアンカ１２同士を連結するフラットバー１３で構成されている。ライナアンカ１２には、ＣＴ鋼が用いられている。また、鉄筋コンクリート製躯体１４内には、複数の異形鉄筋１５が周方向及び鉛直方向に、複数層に重ねて配置されている。

この鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）１は、ＬＯＣＡ等の事故時に原子炉系から放射性物質を含む高温の蒸気・水等が放出された際、圧力障壁の役目を果たし、かつ放射性物質の環境への放散に対する防壁（閉じ込め）機能を有する。

なお、原子炉の規模や型式によっても異なるが、鉄筋コンクリート製躯体１４の壁厚は約２ｍ程度であり、ライナプレート１１の板厚は約６ｍｍ程度で設計される。

鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）１は、以上のように構成されており、鉄筋コンクリートを介して原子炉格納容器が原子炉建屋と一体化しているため、コンパクトな原子炉建屋となる。そのため、原子炉建屋の重心が低くなり耐震性を向上することができる、建屋とＲＣＣＶの同時施工により建設工期の短縮が図れる等のメリットがある。

しかしながら、図６Ｂに示すように、ライナプレート１１は、ＣＴ鋼製のライナアンカ１２によって鉄筋コンクリート製躯体１４に内張された構造となっているため、熱荷重によるライナひずみや、事故時にライナプレート１１に作用する外圧により、鉄筋コンクリート製躯体１４からライナアンカ１２の引き抜けが生じる可能性がある。

次に、図１Ａから図２を参照して、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器について説明する。図１Ａは、本実施例の原子炉格納容器の壁構造を示す図であり、図６Ｂに示したＲＣＣＶ円筒部９に相当する。図１Ｂは、図１Ａを上方から見た図である。また、図２は、図１Ｂの変形例を示す図である。

なお、図１Ａから図２では、構造を分かり易くするために、打設されたコンクリートを省略して示している。また、コンクリート打設枠１６が設置された状態を示しているが、コンクリート打設枠１６は、コンクリート打設後に異形鉄筋１５から切り離され撤去される。

本実施例の原子炉格納容器は、図１Ａに示すように、鉄筋コンクリート製躯体と、複数のライナアンカ１２を介して鉄筋コンクリート製躯体に内張りされたライナプレート１１を備えている。鉄筋コンクリート製躯体内には、原子炉格納容器の中央から外側に向かう方向に複数の異形鉄筋１５が放射状に配筋されており、複数の異形鉄筋１５の各々の一端は、複数のライナアンカ１２の各々と一体化されている。

そして、複数の異形鉄筋１５は、複数のライナアンカ１２に作用する引抜荷重に応じて、その径、及び鉄筋コンクリート製躯体内における配置ピッチが定められている。

ライナアンカ１２に作用する引抜力に対して、放射状に配筋された異形鉄筋１５の引張強度、並びにコンクリートへの付着力及び定着力により抵抗することが期待され、ライナアンカ１２の引き抜け防止の信頼性を向上することができる。

また、鉄筋コンクリート製躯体及びライナプレート１１、ライナアンカ１２を、以上のように構成することで、放射状に配筋された異形鉄筋１５が、従来のセパレータ（型枠支持金物）の役割を兼ねることができるため、鉄筋コンクリート製躯体の施工性が向上する。

なお、ライナアンカ１２には、例えばＣＴ型鋼を用いる。この場合、異形鉄筋１５の一端をＣＴ型鋼のフランジ部と一体化する。

また、図１Ｂに示すように、異形鉄筋１５は、カプラ１７を介してライナアンカ１２と一体化してもよい。カプラ１７を用いることで、異形鉄筋１５とライナアンカ１２の一体化を建設現場で容易に行うことができる。

また、図２に示すように、鉄筋同士の間隔が正確に保てるように、異形鉄筋１５の両端に幅止め機能を有する鉄筋ねじ込み式定着板１８を設けてもよい。さらに、異形鉄筋１５の外側の端部（他端）に、カプラ１９を介してコンクリート打設枠１６を固定する型枠固定ボルト２０を設けてもよい。この場合、型枠固定ボルト２０は、コンクリート固化後にコンクリート打設枠１６と共に撤去する。原子炉格納容器１外の配管取替工事などの際には、型枠固定ボルト２０を異形鉄筋１５の外側の端部（他端）に再び取り付けて、配管サポートなどの固定用治具として利用することもできる。

本実施例によれば、鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）において、鋼製ライナの剥離やライナアンカの引き抜け防止が可能であり、なおかつ、コンクリート打設枠を支持するセパレータ（型枠支持金物）を設ける必要がない信頼性及び施工性に優れた原子炉格納容器を実現することができる。

図３及び図４を参照して、本発明の実施例２に係る原子炉格納容器について説明する。図３は、本実施例の原子炉格納容器のトップスラブ１０の構造を示す図であり、実施例１で説明したＲＣＣＶ円筒部９とは異なる箇所を示している。また、図４は、図３の変形例を示している。

鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）では、図３及び図４に示すように、鉄筋コンクリート製躯体の表面に埋込金物パッド２２，２６を設け、埋込金物パッド２２，２６を介して、配管サポートや支持ブラケット等を鉄筋コンクリート製躯体に設置する場合が多い。

従来の埋込金物パッドは、裏面にスタッドを設け、スタッドを鉄筋コンクリート製躯体内に埋め込むことで、鉄筋コンクリート製躯体の表面に固定しているが、埋込金物パッドに引抜荷重が作用した場合、鉄筋コンクリート製躯体から埋込金物パッド２２，２６の引き抜けが生じる可能性がある。

そこで、本実施例の原子炉格納容器では、図３に示すように、埋込金物パッド２２にスタッドを設ける替わりに、鉄筋コンクリート製躯体内に配筋された複数のせん断補強筋２４のうち、少なくとも一部のせん断補強筋２４の一端を、埋込金物パッド２２と一体化している。

そして、複数のせん断補強筋２４は、埋込金物パッド２２に作用する引抜荷重に応じて、その径が定められている。

鉄筋コンクリート製躯体内のせん断補強筋２４及び埋込金物パッド２２を、以上のように構成することで、埋込金物パッド２２にスタッドを設けることなく、埋込金物パッド２２に作用する引抜力に対して、せん断補強筋２４の引張強度、並びにコンクリートへの付着力及び定着力により抵抗することが期待され、埋込金物パッド２２の引き抜け防止の信頼性を向上することができる。

なお、図３に示すように、せん断補強筋２４は、カプラ２３を介して埋込金物パッド２２と一体化してもよい。カプラ２３を用いることで、せん断補強筋２４と埋込金物パッド２２の一体化を建設現場で容易に行うことができる。

また、図４に示すように、鉄筋コンクリート製躯体の表面にライナアンカ２５を設ける場合は、カプラ２７をライナアンカ２５に取り付けて、せん断補強筋２４、カプラ２７、ライナアンカ２５、埋込金物パッド２６を一体化してもよい。ライナアンカ２５を介してせん断補強筋２４と埋込金物パッド２６を一体化することにより、構造を合理化することができる。

図５Ａから図５Ｃを参照して、本発明の実施例３に係る原子炉格納容器について説明する。実施例１及び実施例２では、鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）の例を用いて説明したが、本実施例では、鋼板コンクリート製原子炉格納容器（ＳＣＣＶ）への適用例について説明する。

図５Ａは、本実施例の原子炉格納容器の壁構造を示す図であり、図５Ｂは、図５Ａを上方から見た図である。図５Ｃは、本実施例の構成を分かり易くするために、比較例として示す従来の鋼板コンクリート製原子炉格納容器（ＳＣＣＶ）の壁構造を示す図である。

図５Ｃに示すように、従来の鋼板コンクリート製原子炉格納容器（ＳＣＣＶ）は、２枚の鋼板（内側鋼板２８，外側鋼板２９）間にコンクリートを充填させてスタッド３１等で結合したＳＣ構造（Steel plate Concrete）に、タイバー３０や隔壁等で耐力補強して原子炉格納容器として使用する。その他の構成は、図６Ａと略同様である。

鋼板コンクリート製原子炉格納容器（ＳＣＣＶ）は、鉄筋コンクリートを用いた工法と違い、工場製作時に鋼製部分をモジュール生産することが容易となり施工性が良くなるが、スタッド３１やタイバー３０、隔壁の配置や仕様を考慮する必要がある。

そこで、本実施例では、図５Ａに示すように、２枚の鋼板（内側鋼板２８，外側鋼板２９）を異形鉄筋１５で一体化し、内側鋼板２８及び外側鋼板２９間にコンクリートを充填させた鉄筋コンクリート構造（Reinforced Concrete）及びＳＣ構造（Steel plate Concrete）の複合構造としている。

つまり、本実施例の壁構造は、鉄筋コンクリート製躯体の内面に設置された内側鋼板２８と、鉄筋コンクリート製躯体の外面に設置された外側鋼板２９を備えており、鉄筋コンクリート製躯体は、原子炉格納容器の中央から外側に向かう方向に放射状に配筋された複数の異形鉄筋１５を有し、複数の異形鉄筋１５の各々の一端は、内側鋼板２８と一体化されており、複数の異形鉄筋１５の各々の他端は、外側鋼板２９と一体化されている。

そして、複数の異形鉄筋１５は、内側鋼板２８及び外側鋼板２９に作用する引抜荷重及び温度荷重の少なくともいずれか一方の荷重に応じて、複数の異形鉄筋１５の径、及び鉄筋コンクリート製躯体内における配置ピッチが定められている。

なお、図５Ｂに示すように、異形鉄筋１５は、カプラ１７を介して内側鋼板２８及び外側鋼板２９の各々と一体化してもよい。カプラ１７を用いることで、異形鉄筋１５と内側鋼板２８及び外側鋼板２９の一体化を容易に行うことができる。

本実施例によれば、内側鋼板２８及び外側鋼板２９の鉄筋コンクリート製躯体からの剥離防止の信頼性を向上することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…鉄筋コンクリート製原子炉格納容器（ＲＣＣＶ）
２…原子炉圧力容器
３…上部ドライウェル
４…下部ドライウェル
５…圧力抑制室
６…水平ベント管
７…原子炉本体基礎
８…原子炉遮蔽壁
９…ＲＣＣＶ円筒部
１０…トップスラブ
１１…ライナプレート
１２，２５…ライナアンカ
１３…フラットバー
１４…鉄筋コンクリート製躯体
１５…異形鉄筋
１６…コンクリート打設枠
１７，１９，２３，２７…カプラ
１８…鉄筋ねじ込み式定着板
２０…型枠固定ボルト
２１…トップスラブライナ
２２，２６…埋込金物パッド
２４…せん断補強筋
２８…内側鋼板
２９…外側鋼板
３０…タイバー
３１…スタッド。

Claims

鉄筋コンクリート製の原子炉格納容器であって、
鉄筋コンクリート製躯体と、
複数のライナアンカを介して前記鉄筋コンクリート製躯体に内張りされたライナプレートと、を備え、
前記鉄筋コンクリート製躯体は、前記原子炉格納容器の中央から外側に向かう方向に放射状に配筋された複数の異形鉄筋を有し、
前記複数の異形鉄筋の各々の一端は、前記複数のライナアンカの各々と一体化されており、
前記複数のライナアンカに作用する引抜荷重に応じて、前記複数の異形鉄筋の径及び配置ピッチが定められていることを特徴とする原子炉格納容器。