JPS6341511B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は鋼線を巻き付けてプレストレスを施
された外壁を有し、原子炉装置特にガス冷却式原
子炉装置に使用されるプレストレストコンクリー
ト圧力容器すなわちPC圧力容器に関する。

PC圧力容器は周知であり、通常シリンダ状の
製作され、原子炉運転に際して内部空間に生ずる
圧力に対抗するコンクリート製の厚い外壁を有し
ている。この外壁にはシースが埋め込まれ、該シ
ースを通して挿入した多数の線材、ケーブル又は
帯体（以下PCケーブルと記す）に張力を与える
事によりPC圧力容器の外壁にはプレストレスが
施されている。このプレストレスは周知のPC建
築に用いるプレストレス技術と同様の効果を得る
ために用いられる。すなわち圧力容器を形成する
コンクリートに予め圧縮応力を発生させ、原子炉
運転中に内部空間に高圧が生じても、コンクリー
トに危険を生ずる程の引張り応力が発生しないよ
うに該引張応力を相殺するために用いられる。ガ
ス冷却式の原子力装置に於てもPCケーブルが用
いられるが該PCケーブルは、熱的原因および放
射線に基因するストレスが少い所に設けられてい
る。上記プレストレスのうちの円周方向およびラ
ジアル方向のプレストレスはシリンダ状のPC圧
力容器の高さ全体にわたつて弓形に分布され、又
軸方向のプレストレスの形成にはほぼ該PC圧力
容器の軸方向すなわち垂直に設けられたPCケー
ブルが用いられる。円周方向およびラジアル方向
のプレストレスを形成する別の方法は、PC圧力
容器の外側にPCケーブルを引張応力を発生した
状態、すなわち緊張した状態で巻き付けることで
ある。しかしこのように形成されたPC圧力容器
は、次のような要求を十分に満足するように設計
されなくてはならない。すなわち、このPC圧力
容器は平常運転時、および故障時に印加される圧
力に十分に耐えること、平常運転時および故障時
のいずれに於ても、冷却ガスの漏洩および放射能
の漏出が生ぜぬこと、炉心からのニユートロンを
遮蔽できること、および放射性を有する冷却ガス
が外部に出ないように形成されていること等であ
る。上記冷却ガスの圧力はPCケーブルによつて
プレストレスを施されたコンクリート及び該PC
ケーブルによつて支持され、ガス洩れの阻止は、
内部空間のライナ、外部との貫通孔、およびPC
圧力容器全体に十分なシールを施すことによつて
達せられる。通常の運転状態では冷却媒体の温度
はガス冷却式原子炉では約800℃であり、圧力は
約40気圧程度である。PC圧力容器のプレストレ
スを施された外壁は、該プレストレスの作用によ
り、40気圧より高い圧力にも耐抗するように強化
することができる。しかし天井部および床部は、
天井部と床部を結合する側壁のように容易には強
化できない。それは作業員の出入り、諸機器や機
材の搬出、搬入のために、複数個の貫通口が設け
られているために、プレストレスを効果的にかけ
ることが困難であるからである。従つて原子炉の
運転に際し、天井部および床部に生ずるストレス
が許容最大値以上に達すると、圧縮応力を生じて
いる部分が過大な引張応力が生ずる部分に変化す
ることがあるからである。この事態を回避するた
めに内部空間に過大な圧力が発生してもこれに対
抗できる天井部と床部の構造が知られている。

その一つはPC圧力容器の天井部と床部に、内
部空間に向けて突出するアーチ構造を設けること
である。このようなアーチ構造が内部空間側から
印加される圧力に対して強いことは材料力学的に
も明らかである。このような構造の一例では、
PC圧力容器の内径がたとえば約14mの場合、側
壁の厚さは約5mとなる。そしてこのPC圧力容器
の全内部は圧力によつてほぼ一様に変形するよう
に形成されている。このPC圧力容器の内部空間
に発生する高圧力によつて、天井部および床部に
印加される力は、PC圧力容器の側壁に伝えられ、
ここで支持される。

この発明の課題は、内部空間を有し軸をほぼ鉛
直にして配置された原子炉装置、特にガス冷却型
原子炉装置に用いられ、軸方向上端及び下端に設
けられた天井部と床部の少くとも一方が、ほぼ平
板状に形成され中立面がほぼ水平になるように配
置されている周知のPC圧力容器に於て、内部空
間に大気圧以上の圧力が発生したとき、該圧力に
基因して天井部及び床部に生ずる応力、特に引張
応力を、天井部及び床部に対して大きな構造の変
更を加えることなしに、相殺しコンクリート構造
に危険な張力生ずるのを回避する技術を見出すこ
とである。

この発明の目的は上記の課題を解決することで
あり、その目的を達成するために、この発明の
PC圧力容器の平板状に形成された天井部及び床
部の少くとも一方にはプレストレスが施され、該
プレストレスは天井部と床部の上記少くても一方
に形成される中立面が、該PC圧力容器の内部空
間に向かつて突出するアーチ形状となるように形
成することにより達成される。上述の中立面と
は、部材に曲げモーメントが加わつたとき、部材
内に於て引張応力が生ずる領域と圧縮応力を生ず
る領域との境面を称し、材料力学に於て中立面と
定義された面と同じである。この中立面は無負荷
状態、プレストレスを施された状態及び内部空間
からの圧力を受けた場合、印加される力の状態に
よつて形が定まる。

この発明の基礎となる事実は、無負荷状態で中
立面がほぼ平面に形成される平板状の天井部と床
部を有するPC圧力容器に於ては、ラジアル方向
にプレストレスをかけることによつて、無負荷状
態でほぼ平面的に形成された上記中立面は、内部
空間側に突出する中立面に変形し、該天井部と床
部の内部には上記中立面にほぼ沿つた方向に向か
うストレス分布すなわちアーチ状のストレス分布
が形成されるという事実である。シリンダ状の
PC圧力容器の外壁にラジアル方向のプレストレ
スを発生させる装置と方法は西独公開番号
2131707に開示されている。

本発明のPC圧力容器も従来のPC圧力容器も、
コンクリート部分の製作において大差はなく、
PC圧力容器のコンクリートが乾燥し硬化した後、
圧力容器にプレストレスを付与するために、PC
ケーブルに張力、すなわち緊張が加えられる。こ
のようにして、上記天井部又は床部に所望のアー
チ状のストレス分布を形成するために、PC圧力
容器の外壁の対応する両領域、すなわち天井部と
床部にPCケーブルによつて力を加え、床部の上
端部および天井部の下端部のプレストレスがほぼ
同じ強さになり、天井部及び床部のその他の部分
はPC圧力容器の上端部及び下端部にゆくに従つ
てそれぞれ増加するプレストレスが与えられるの
が好ましい。上述の手段のいずれを用いた場合に
も、該プレストレスを生ずるために用いられる
PCケーブルは、プレストレスを越えて生ずると
予想される大きな引張力に十分耐えるものでなく
てはならない。PC圧力容器に付与されるプレス
トレスは、上記天井部の上端部および床部の下端
部には所定の最大プレストレスがそれぞれ付与さ
れ、天井部の下端部および床部の上端部に於てそ
れぞれ最小値をとるように形成され、天井部及び
床部のいずれに於ても、プレストレスの最大値か
ら最小値への変化はほぼ一様に行なわれる。又上
記天井部と床部の間の外壁のプレストレスは予め
定められたほぼ一定値となるように形成されてい
る。同様にPC圧力容器に上述の階段的プレスト
レスを施し、天井部の上端部と床部の下端部に於
て、PC圧力容器の外壁のプレストレスを最大に
することができる。この場合にもPCケーブルの
引張強さは該PCケーブルに印加される引張力よ
り大きくなければならない。上記説明によるプレ
ストレスはそれが連続的であつても階段的であつ
ても、天井部および床部のそれぞれの中立面を前
述のように移動させてPC圧力容器の内部空間に
向かうアーチ状のストレス分布を形成し、該スト
レス分布によるストレスによつて、天井部の上端
部には該天井部の下端部より大きな最大のラジア
ル方向のプレストレスが与えられる。同様にし
て、圧力容器の床部に施されるラジアル方向のプ
レストレスは、床部の下端部にゆくに従つて大き
くなり、該下端部で最大の強さとなることができ
る。なお天井部と床部のプレストレスの強さは、
該天井部と床部の無負荷時の中立面が、該プレス
トレスによつて移動し、天井部および床部内に内
部空間に向つて突出するアーチ状のストレス分布
が形成できるように選ばれる。

この発明のPC圧力容器では、天井部及び床部
に所望のラジアルプレストレスを与えるために、
圧力容器の両端に加えられる力は、PC圧力容器
の上部端と下部端方向に向くに従つて連続的に増
大するように定められ、その結果天井部の上端部
と床部の下端部に最大のプレストレスが与えられ
る。また前述のアーチ状のストレス分布を得るた
めに天井部およ也び床部の範囲のPC圧力容器の
外壁を階段的に厚くし、この厚さの変化を利用し
て天井部の上端部及び床部の下端部にゆく程強い
プレストを生ずるように、PCケーブルを配置す
ればよい。上記のように、連続的に変化するプレ
ストレス及び階段的に強さが変化するストレスす
なわちプレストレスによつて、原子炉の内部空間
から加えられ上記プレストレスと逆方向に印加さ
れる圧力を相殺し、PC圧力容器の中に、PC圧力
容器のコンクリート構造に対して安全な圧縮応力
のみが作用するようにすることができる。上述の
ようにして形成されたこの発明のPC圧力容器は
耐爆構造を有し、しかも低コストで製造すること
ができること、PC圧力容器従つて原子炉を小形
に形成できること、故障の少い原子炉が製作でき
ること等の利点を得ることができる。

次にこの発明の実施例を説明する。第１図は従
来のPC圧力容器でPC巻線がなお緊張されず、内
部空間になお圧力が生じていないときの天井部及
び床部の水平に延びる中立面を示す図である。第
２図及び第３図には省略されているが、プレスト
レス及び内部空間の圧力の作用が無いときの中立
面は第１図と同様の形をなす。第１図の圧力容器
の外壁は側壁１と天井部と床部３を有し内部空間
４は側壁１、天井部２及び床部３に囲まれてい
る。PC圧力容器の外周部には該外周部をめぐつ
て埋め込まれたPCケーブルの巻線、すなわちPC
巻線を備えたプレストレス部５が設けられてい
る。図中２ａ及び３ａは、それぞれ天井部２と床
部３に、プレストレスも内部空間４からの圧力も
印加されていないときの、該天井部と床部３との
ほぼ水平に延びる上記の中立面を示す。

第２図はこの発明のPC圧力容器の一例である。
天井部２と床部３には、その外周をめぐつて埋め
込まれた鋼線又はこれと類似の材料からなるPC
ケーブルで形成されたPC巻線を施されたプレス
トレス部６が突設されている。内部空間４内に圧
力が生成されていない場合、天井部２には上部の
プレストレス部６の作用により、内部空間４の
側、すなわち図の下方に湾曲して突出するアーチ
状の中立面７で代表されるアーチ状のストレス分
布すなわちプレストレス分布が形成される。同様
に床部３には、下部のPC巻線を施されたプレス
トレス部６の作用により、内部空間４の側すなわ
ち図の上方に湾曲して突出する中立面８で代表さ
れるアーチ状のストレス分布が形成されている。
この場合、天井部２の中立面７の上方部分には圧
縮応力が発生し、下方部分には、コンクリートの
安全を維持する範囲の引張応力が発生している。
又床部３の中立面８の上方部分にはコンクリート
の安全を維持する範囲の引張応力が発生し、下方
部分には圧縮応力が発生している。

第３図は主としてPC圧力容器の天井部２の一
部と外壁１の一部とを例示する。この図に於て、
天井部２の外周部をめぐるPC巻線を埋込んだプ
レストレス部９は、外壁１の上端に向かつて進む
に従つて、段階的に厚さを増大し、該上端で最大
の厚さに達する。従つて天井部２には上端部に進
むに従つて段階的に、より大きなプレストレスが
印加されるようにPC巻線を配置することができ
る。第３図の天井部２に、この場合に形成される
中立面は符号１１で示されている。この中立面１
１は、PC圧力容器の内部空間４内に圧力が生成
されていない場合のものである。

第４図も、主としてPC圧力容器の天井部２の
一部と外壁１の一部の他の実施例を示す。この場
合の天井部２は、矢印方向に上端１０に進むに従
つて、連続的に次第に厚く形成されるプレストレ
ス部１２を有し、この内部に埋込ましたPC巻線
により、上端１０に近い程強くプレストレスを生
ずることができる。このPC圧力容器の内部空間
に、圧力が生成されていない場合の、天井部２の
中立面は符号１３で示されている。なおこの実施
例では天井部２の上端部には、載頭円錐形の凹所
１４が形成されている。この凹所１４を設けた事
により、内部空間４に向かつて突出するアーチ状
のストレス分布が容易に形成される。

第５図は、主としてPC圧力容器の床部３の一
部及び側壁１の一部の一実施例を示す。床部３の
矢印方向下端１６の部分に設けられたプレストレ
ス部１５は、下端１６に近付くに従つて厚く形成
され、内部に埋込まれたPC巻線の数と配置を適
切に選択すれば、床部３に付与されるプレストレ
スを下端１６に近い程強く形成することができ
る。床部３の下端１６に形成された凹所１８は、
上記PC巻線によつて床部３の中に、内部空間４
に向かつて上方に湾曲して突出するアーチ状のス
トレス分布を容易に形成することができる。

上述のようにこの発明のPC圧力装置によれば、
外周にPC巻線を適切に分布して配置することに
より、天井部及び床部の一方又は双方の中立面を
内部空間の方向に凸出するアーチ状に形成し、そ
のことにより、天井部及び床部に生ずるプレスト
レスを用いて原子炉運転の際に内部空間に発生し
た高い圧力により、天井部及び床部が、その中央
部が内部空間から離れる方向に押圧されるときに
生ずるストレスを相殺し、天井部及び床部に生ず
るストレスを減少させてPC圧力容器に印加され
る圧力によるストレス安全な状態になし、原子炉
運転の安全を向上させることができる。又必要に
応じてPC圧力容器に軸方向すなわち垂直方向に
延びるPCケーブルを設ける事ができるが、この
発明の要部でないので説明は省略されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のPC圧力容器の説明図、第２図
はこの発明のプレストレスを付与されたPC圧力
容器の説明、第３図は圧力容器の天井部の一部及
び段階的プレストレスを施されたシリンダ状の壁
の一部を示す説明図、第４図は圧力容器の天井部
の一部及び連続的プレストレスを施されたシリン
ダ状の壁の一部を示す説明図、第５図は圧力容器
の床部の一部及び段階的プレストレスを施された
シリンダ状の壁の一部を示す説明図である。 １……壁、２……天井部、、３……床部、４…
…内部空間、５，６……プレストレス部、７，８
……中立面、９……プレストレス部、１０……上
端、１１……中立面、１２……プレストレス部、
１３……中立面、１５……プレストレス部、１６
……下端、１７……中立面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼線を巻き付けてプレストレスを施した外壁
   を有し、原子炉装置特にガス冷却式原子炉装置に
   使用されるシリンダ状のPC圧力容器に於て、 上記PC圧力容器の外壁の天井部および床部の
   少くとも一方に設けられたプレストレス部が上記
   PC圧力容器に設けられた内部空間に向かつて突
   出するアーチ状の中立面を有することを特徴とす
   る原子炉用PC圧力容器。 ２ PC圧力容器の天井部及び床部の少くとも一
   方の領域に形成された上記プレストレス部が、圧
   力容器の軸方向両端の少くとも一方に近付くに従
   つて連続的に拡大し、該一端に近いほど強いプレ
   ストレスを生ずるように形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のPC圧力
   容器。 ３ PC圧力容器の外壁の少くとも上記一方の領
   域に形成されたプレストレス部が、PC圧力容器
   の軸方向両端の少くとも一端に近付くに従つて段
   階的に拡大し、該一端に近い程、強いプレストレ
   スを生ずるように形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のPC
   圧力容器。