特許 6397206 立坑からの溢水量を低減する構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6397206

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】立坑からの溢水量を低減する構造

(51)【国際特許分類】

   E02B 3/04 20060101AFI20180913BHJP

   G21D 1/00 20060101ALI20180913BHJP

   E02B 5/00 20060101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   E02B3/04

   G21D1/00 R

   E02B5/00 Z

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-76415(P2014-76415)

(22)【出願日】2014年4月2日

(65)【公開番号】特開2015-197009(P2015-197009A)

(43)【公開日】2015年11月9日

【審査請求日】2017年3月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】本田 隆英

(72)【発明者】

【氏名】清水 徹

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 一教

【審査官】 田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２４８５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭３７−０１７４６４（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開平０８−０９３０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２２２７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１６０５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２４７２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２２３２０８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｂ ３／０４−３／１４

Ｅ０２Ｂ ５／００−５／０８

Ｇ２１Ｄ １／００−１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

津波又は高潮によって水位が変化する水源部に連通する水路と、
前記水路から立ち上がる立坑と、
前記水源部と前記立坑の間に設けられた防波堤と、
前記立坑の天端に設けられた蓋から立ち上がるとともに一端が前記立坑に連通し、他端が外部に連通する筒状の調整塔と、を有し、
前記調整塔の天端は、津波又は高潮が発生した場合に、前記防波堤に設定された前記水源部の想定最高水位よりも上に位置していることを特徴とする立坑からの溢水量を低減する構造。

【請求項2】

前記調整塔内に、前記調整塔内を上昇する水の流速を低減させる抵抗部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の立坑からの溢水量を低減する構造。

【請求項3】

前記調整塔の天端を覆う屋根と、貯水槽と、前記調整塔から前記貯水槽に至る管状部材とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立坑からの溢水量を低減する構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、立坑からの溢水量を低減する構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、原子力発電所では、海から海水を組み上げてこの汲み上げた海水を原子力プラントの冷却水として利用することが行われている。海水を汲み上げる取水構造については、例えば、特許文献１に記載されている。図５は、従来の取水構造を示す概略図である。

【0003】

図５に示すように、従来の取水構造１００は、原子炉建屋Ｐの近くに設置されている。取水構造１００は、海（以下、「水源部」とも言う）１０１に連通するとともに地中に埋設される水路１０２と、水路１０２から立ち上がる第一立坑１０３と、同じく水路１０２から立ち上がる第二立坑１０４と、第一立坑１０３の上部に設置されたポンプ１０５とで主に構成されている。第一立坑１０３及び第二立坑１０４は、筒状を呈し、天端が地面Ｇに連通している。第一立坑１０３は、冷却水を組み上げるための取水槽として用いられている。一方、第二立坑１０４は、空気抜きやメンテナンス等のためのピットとして用いられている。当該取水構造１００では、ポンプ１０５で第一立坑１０３内の海水を汲み上げることにより、冷却水を得ることができる。

【0004】

ここで、通常、水源部１０１の水面Ｗａは第一水位Ｈ１付近に位置しているが、例えば、津波や高潮により、防波堤Ｔの第二水位Ｈ２付近まで上昇すると、水面Ｗａの上昇に同調して、第一立坑１０３及び第二立坑１０４内の水面Ｗａも上昇するため、第一立坑１０３及び第二立坑１０４の天端から海水が溢れ出て周辺設備の機能が喪失するとともに避難経路も消失するという問題がある。そこで、例えば、第一立坑１０３及び第二立坑１０４の天端に蓋を設置して、当該問題に対処することが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−２１２７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、津波が発生した場合には蓋に非常に大きな水圧が作用するため、当該水圧によって蓋やポンプ１０５が破損するという問題がある。

【0007】

一方、第一立坑１０３及び第二立坑１０４から溢れ出た海水によって周辺設備が浸水しないように、第一立坑１０３及び第二立坑１０４の周囲に海水を貯留可能な防水壁１０６（二点鎖線で描画）を構築する対策も一案であるが、防水壁１０６の貯水容量の設定が困難になるとともに防水壁１０６の施工コストが嵩むという問題がある。

【0008】

このような観点から、本発明は、津波等によって水源部の水位が上昇した際の溢水量を簡易な構造で低減することができる立坑からの溢水量を低減する構造を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

このような課題を解決する本発明は、津波又は高潮によって水位が変化する水源部に連通する水路と、前記水路から立ち上がる立坑と、前記水源部と前記立坑の間に設けられた防波堤と、前記立坑の天端に設けられた蓋から立ち上がるとともに一端が前記立坑に連通し、他端が外部に連通する筒状の調整塔と、を有し、前記調整塔の天端は、津波又は高潮が発生した場合に、前記防波堤に設定された前記水源部の想定最高水位よりも上に位置していることを特徴とする。

【0010】

かかる構成によれば、調整塔の天端が、水源部の想定最高水位よりも上に位置しているため、調整塔から水が溢れ難くなる。また、調整塔の高さを想定最高水位よりも上に設定するだけであるため、簡易な構成とすることができ、施工コストを低減することができる。

【0011】

また、前記調整塔内に、前記調整塔内を上昇する水の流速を低減させる抵抗部が形成されていることが好ましい。

【0012】

かかる構成によれば、調整塔からの溢水をより低減することができる。

【0013】

また、前記調整塔の天端を覆う屋根と、貯水槽と、前記調整塔から前記貯水槽に至る管状部材とを有することが好ましい。

【0014】

かかる構成によれば、調整塔から溢水が発生した場合でも、貯水槽に水が貯留されるため、周辺設備への悪影響を回避できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の立坑からの溢水量を低減する構造によれば、津波等によって水源部の水位が上昇した際の溢水量を簡易な構造で低減することができることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る立坑からの溢水量を低減する構造の概略図である。

【図2】本実施形態に係る調整塔を示す斜視図である。

【図3】本実施形態に係る調整塔を示す鉛直断面図である。

【図4】本発明の変形例を示す概略斜視図である。

【図5】従来の取水構造を示す概略図である。

【図6】（ａ）は一般的な取放水設備の概略斜視図を示し、（ｂ）は立坑の上に調整塔を設けた場合を示す概略斜視図である。

【図7】非定常一次元管路流れモデルを示す概略図である。

【図8】（ａ）は本実施例における計算条件を示す概略図であり、（ｂ）は計算結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本実施形態に係る立坑からの溢水量を低減する構造について、図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る立坑からの溢水量を低減する構造１は、原子力発電所の一部の設備として用いられる場合を例示する。立坑からの溢水量を低減する構造１は、原子力プラントの冷却水となる水を水源部である海Ｓから汲み上げる設備である。立坑からの溢水量を低減する構造１は、原子炉建屋Ｐの近くに設置される。なお、海岸には、防波堤Ｔが構築されている。

【0018】

立坑からの溢水量を低減する構造１は、第一溢水量低減構造１Ａと、第二溢水量低減構造１Ｂとで主に構成されている。

【0019】

第一溢水量低減構造１Ａは、水路２と、第一立坑３と、蓋４と、ポンプ５と、調整塔６とで構成されている。水路２は、地中に設けられた管路であって、一端が海Ｓに連通している。水路２は、例えば、鋼管又はコンクリート管で形成されている。

【0020】

第一立坑３は、水路２の他端側に連結される立坑である。第一立坑３は、海水を汲み上げるための取水槽として用いられる。第一立坑３は、水路２に対して立ち上がっている。第一立坑３は、その大部分が地中に設けられているが、天端周りは地面Ｇから露出している。第一立坑３は、例えば、鋼管又はコンクリート管で形成されている。

【0021】

蓋４は、第一立坑３の天端を水密に覆う板状部材である。

【0022】

ポンプ５は、第一立坑３内の水を汲み上げる装置である。ポンプ５は、モーター等を備えた駆動部１２と、筒状の取水管１３とで構成されている。取水管１３の先端側は、第一立坑３内に存する海水に接している。ポンプ５の設置数、取水管１３の口径等は、汲み上げる水量に応じて適宜設定すればよい。

【0023】

調整塔６は、津波や増水等が発生する異常時において、第一立坑３及び調整塔６内の水面Ｗａの高さ位置を調整するための部位である。調整塔６は、蓋４から立ち上がる筒状部材で構成されている。調整塔６は、本実施形態では鋼管で形成しているが、他の部材（材料）を用いてもよい。調整塔６の下端は第一立坑３に連通しており、天端６ａは開口している。

【0024】

本実施形態では、津波や高潮が発生した場合における想定最高水位を、防波堤Ｔの第二水位Ｈ２に設定している。調整塔６の天端６ａの高さ位置Ｈ３は、津波等の異常時における想定最高水位（第二水位Ｈ２）よりも高くなるように設定されている。

【0025】

調整塔６の水平断面の面積は、第一立坑３の水平断面の面積よりも小さくなっている。なお、調整塔６の水平断面の形状は特に制限されるものではない。図２に示すように、調整塔６の側壁部２１には点検扉２２が形成されている。点検扉２２は、側壁部２１に対して水密に設置されている。点検扉２２を開くことで、調整塔６の内部の点検、補修等が可能になっている。

【0026】

また、図３に示すように、調整塔６の内部には複数の抵抗部２３が形成されている。抵抗部２３は、板状部材で構成されている。抵抗部２３は、側壁部２１の対向する面において、所定の間隔をあけて交互に取り付けられている。抵抗部は、調整塔６内を上昇する海水の流速を低減させる構造であれば、どのような構成であってもよい。例えば、調整塔６の内部に複数のメッシュ部材を配設してもよい。

【0027】

第一溢水量低減構造１Ａは、新設として施工する場合はもちろんのこと、既設の第一立坑３に対して施工することも可能である。既設の第一立坑３に対して施工する場合には、まずは、蓋４を第一立坑３に設置する。蓋４の周縁部は、第一立坑３に対して水密にする。そして、予め形成された蓋４の開口と調整塔６の中空部とが連通するように配置する。そして、蓋４と調整塔６とを溶接により接続する。なお、本実施形態では、蓋４と調整塔６とを溶接によって接続してもよいが、ブラケットやボルト等の締結具を用いて蓋４と調整塔６とを着脱自在に接続してもよい。締結具を介して接続する場合は、蓋４と調整塔６との間に、シール部材を介設することが好ましい。

【0028】

図１に示すように、第二溢水量低減構造１Ｂは、水路２と、蓋４と、第二立坑７と、調整塔６とで構成されている。第二溢水量低減構造１Ｂは、ポンプ５を備えていない点を除いては、第一溢水量低減構造１Ａと共通するため、細かな部分の説明は省略する。

【0029】

水路２は、第一溢水量低減構造１Ａと共用されている。第二立坑７は、水路２の中腹から立ち上がり、先端が地面Ｇに露出している。第二立坑７は、空気抜きやメンテナンス等のために用いられている。第二立坑７の天端には、蓋４が設置されている。蓋４は、第二立坑７に対して水密に設置される。

【0030】

調整塔６は、蓋４から立ち上がる筒状部材で構成されている。調整塔６の下端は第二立坑７に連通しており、天端６ａは開口している。

【0031】

本実施形態では、津波や高潮が発生した場合における想定最高水位を、防波堤Ｔの第二水位Ｈ２に設定している。第二溢水量低減構造１Ｂに係る調整塔６の天端６ａの高さ位置Ｈ３は、津波等の異常時における想定最高水位（第二水位Ｈ２）よりも高くなるように設定されている。

【0032】

次に、本実施形態に係る立坑からの溢水量を低減する構造１の作用効果について説明する。図1に示すように、平常時においては、海Ｓの水面Ｗａは第一水位Ｈ１付近に位置している。本実施形態に係る立坑からの溢水量を低減する構造１によれば、平常時においては、ポンプ５の駆動によって、第一立坑３内の海水を汲み上げることができる。

【0033】

一方、津波や高潮等が発生した異常時の場合、海Ｓの水面Ｗａは第二水位Ｈ２付近まで上昇する。これに伴って、第一立坑３及び第二立坑７内の水面Ｗａも上昇して、調整塔６の内部に海水が流入する。しかし、調整塔６の天端６ａの高さ位置Ｈ３は、第二水位Ｈ２よりも十分に上方に位置するため、調整塔６から海水が溢れるのを無くすか、若しくは溢水量を低減することができる。

【0034】

また、本実施形態であれば、津波や高潮等が発生した後に改めて行う操作が無いため、確実に溢水を防ぐことができる。

【0035】

また、調整塔６の水平断面の面積は、第一立坑３及び第二立坑７の水平断面の面積よりも小さくてもよいため、既設の第一立坑３及び第二立坑７の蓋４にポンプ５や配管等が設置されている場合であっても、限られたスペース内での施工が可能となる。

【0036】

また、第一立坑３及び第二立坑７に調整塔６を設置する際には、蓋４に対して調整塔６を着脱自在にすることも可能である。これにより、第一立坑３、第二立坑７及び調整塔６の点検、補修が容易となる。

【0037】

また、本実施形態では調整塔６の内部に抵抗部２３が形成されているため、調整塔６内を上昇する海水の流速を低減させることができる。これにより、調整塔６から海水が溢れるのを確実に無くすか、若しくは溢水量をより低減することができる。なお、抵抗部２３は、必要に応じて設ければよい。

【0038】

また、本実施形態に係る調整塔６は、点検扉２２が形成されているため、調整塔６の内部の点検や修理等を容易に行うことができる。

【0039】

＜変形例＞
図４は、本発明の変形例を示す概略斜視図である。変形例では、屋根２４、貯水槽３１及び管状部材３２を有する点で、前記した実施形態と相違する。変形例では、前記した実施形態と相違する部分を中心に説明する。

【0040】

変形例に係る立坑からの溢水量を低減する構造４１は、水路２と、第一立坑３と、蓋４と、ポンプ５と、調整塔６と、屋根２４と、貯水槽３１及び管状部材３２とで構成されている。

【0041】

屋根２４は、調整塔６の天端６ａに設置されている。屋根２４は、板状部材であって、調整塔６の天端６ａの開口を水密に覆う。

【0042】

貯水槽３１は、所定の量の海水を貯留するための水槽である。管状部材３２は、例えば、チューブを用いており、一端側が屋根２４に接続されており、他端が貯水槽３１に接続されている。なお、本実施形態では、管状部材３２の一端は屋根２４に接続されているが、調整塔６の側壁部２１に接続されていてもよい。

【0043】

調整塔６の水平断面の面積は、ポンプ５や配管等を配置する（若しくは、既設の場合はポンプ５や配管等が既に配置されている）ため第一立坑３の水平断面の面積よりも小さくなる。そのため、津波等が発生して調整塔６内に海水が進入した際に、調整塔６の水面Ｗａが急上昇して、溢水するおそれがある。しかし、変形例のように、屋根２４、貯水槽３１及び管状部材３２を備えることにより、仮に、水面Ｗａが調整塔６の天端６ａをも超えてしまう場合であっても溢水が貯水槽３１に流入する。これにより、ポンプ５や他の設備への浸水を防ぐことができる。

【0044】

以上の本発明の実施形態について説明したが、本発明に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態では、海の海水を取水する場合を例示したが、水を取得する水源部については海に限定されるものではない。水源部は、例えば、河川、湖、池等であってもよい。河川、湖、池等では、津波や風雨、ダムの放流による増水等によって水位が変化する場合があるが、そのような場合でも本発明を適用することができる。

【0045】

また、本実施形態では、立坑からの溢水量を低減する構造１を原子力発電所の一部の設備として用いられる場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、他のプラント施設、工場施設や、上水施設、下水施設等における取水設備として用いてもよい。

【0046】

本実施形態では、立坑からの溢水量を低減する構造１は、第一溢水量低減構造１Ａと第二溢水量低減構造１Ｂの両方を有しているが、いずれか一方のみを設置するだけでもよい。

【実施例】

【0047】

次に、本発明の立坑からの溢水量を低減する構造の実施例について説明する。図６の（ａ）は一般的な取放水設備の概略斜視図を示し、（ｂ）は立坑の上に調整塔を設けた場合を示す概略斜視図である。図６の（ａ）に示すように、一般的な取放水設備は、水路２と、水路２に対して垂直に立設された立坑３とで構成されている。

【0048】

ここでは、水路２の断面積は、例えば、ａ＝１６.０ｍ^２（縦４.０ｍ×横４.０ｍ）に設定され、立坑３の断面積は、例えば、Ａ_０＝１６.０ｍ^２（縦４.０ｍ×横４.０ｍ）に設定されている。一般的に、津波襲来時の立坑３内の水位上昇速度は、津波水位上昇速度ｗ_０（０．０５〜０．３０ｍ/Ｓ）と概ね同等である。

【0049】

図６の（ｂ）に示すように、調整塔６は、既設の立坑３の上に設けられる。調整塔６の断面積は、例えば、Ａ_１＝４.０ｍ^２（縦２.０ｍ×横２.０ｍ）に設定されている。立坑３の断面積に対する調整塔６の断面積の比率は、Ａ_１/Ａ_０＝４．０/１６.０＝０．２５となる。調整塔６内の水位上昇速度ｗ_１は、断面積比の逆数と津波水位上昇速度ｗ_０との積で表される。つまり、調整塔６（縦２.０ｍ×横２.０ｍ）の調整塔内水位上昇速度ｗ_１は、ｗ_１＝１/（Ａ_１/Ａ_０）×ｗ_０＝４ｗ_０となる。調整塔６内の水位上昇速度ｗ_１は、津波水位上昇速度ｗ_０の４倍の速度となる。

【0050】

津波が襲来した際に取放水設備でのピット（立坑３及び調整塔６）での水位変動を算出するため、非定常一次元管路流れモデルを適用した。これは、図７に示すように、水路とピットの２要素を用いて取放水設備をモデル化し、水路内平均流速及びピット内水位の２変数を時間発展で求める方法である。なお、この方法では、水路は常に満管の条件が前提となる。

【0051】

非定常一次元管路流れモデルの基礎方程式を以下に示す。
連続式（式１）

【数1】

【0052】

運動方程式（式２）

【数2】

【0053】

ここで、ｚ：ピット水位（地上ＧＬからピット（立坑３及び調整塔６）内の水位）、ｔ：時間、ａ：水路断面積、ｖ：水路内流速、Ａ：ピット断面積、ｃ：水路の総損失係数、ｌ：水路長、ｇ：重力加速度、ｉ：水路又はピットの位置をそれぞれ示す。なお、水路の総損失係数ｃは、形状損失係数と摩擦損失係数の和として以下のように表せる。

【0054】

水路の総損失係数ｃ（式３）

【数3】

【0055】

ここで、Σζ：水路の形状損失係数、ｎ：水路に対するマニングの粗度係数、Ｒ：水路の径深である。

【0056】

次に、計算条件について説明する。図８の（ａ）は本実施例における計算条件を示す概略図であり、（ｂ）は計算結果を示すグラフである。図８の（ａ）に示すように、当該計算条件では、津波の大きさＴをＴ＝６０ｓ（Ｔは水位が増加し始めてから減少し、初期水位に戻るまでの時間）、津波の波高ＨをＨ＝５．０ｍに設定した。また、地上ＧＬから立坑３の天端までの高さを３.０ｍに設定した。

【0057】

また、初期水位から水路２までの深さを６.０ｍに設定した。また、水路２の水路長ｌをｌ＝５０.０ｍ、水路断面積ａをａ＝１６.０ｍ^２（縦４.０ｍ×横４.０ｍ）、立坑３の立坑断面積ＡをＡ＝１６.０ｍ^２、調整塔６の調整塔断面積を４.０ｍ^２（縦２.０ｍ×横２.０ｍ）に設定した。なお、当該計算においては、水路２の損失については無視した。

【0058】

上記計算条件において、上記式１及び式２に基づいて算出された経過時間ごとのピット内水位ｚの計算結果を図８の（ｂ）に示す。図８の（ｂ）に示すように、本実施例におけるピット内水位ｚの最高水位は６.４５ｍとなった。地上ＧＬから立坑３の天端までの高さは３.０ｍに設定しているため、本実施例の計算条件においては、調整塔６の高さを少なくとも３.４５ｍよりも高く設定することで溢水量をなくすか、もしくは低減することができる。

【符号の説明】

【0059】

１ 立坑からの溢水量を低減する構造
１Ａ 第一溢水量低減構造
１Ｂ 第二溢水量低減構造
２ 水路
３ 第一立坑
４ 蓋
５ ポンプ
６ 調整塔
７ 第二立坑
２３ 抵抗部
３１ 貯水槽
３２ 管状部材
Ｓ 海（水源部）
Ｔ 防波堤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】