(57)【要約】【課題】大津波の発生時においても高い耐性を有する浮揚式原子力発電設備を実現する。【解決手段】  本発明に係る浮揚式原子力発電設備は、内陸の地盤を掘削することで形成されるピット３と、原子炉建屋、タービン建屋、及び、廃棄物処理建屋からなる主要建屋を収容し、ピット３に配置される鋼製浮体１と、ピット３に貯留され、鋼製浮体１に浮力を与える淡水ＷＡとを有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内陸の地盤を掘削することで形成されるピットと、
原子炉建屋、タービン建屋、及び、廃棄物処理建屋からなる主要建屋を収容し、前記ピットに配置される鋼製浮体と、
前記ピットに貯留され、前記鋼製浮体に浮力を与える水と
を有することを特徴とする浮揚式原子力発電設備。
【請求項２】
前記鋼製浮体の側面と前記ピットとの間に、扁平な鋼製箱体を浮かべたことを特徴とする請求項１に記載の浮揚式原子力発電設備。
【請求項３】
前記鋼製箱体の側面に、弾性を有する緩衝材を配置したことを特徴とする請求項２に記載の浮揚式原子力発電設備。
【請求項４】
前記ピットの上部に、前記ピットの内側に向けて下り傾斜した傾斜面を設けたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の浮揚式原子力発電設備。
【請求項５】
前記鋼製浮体には、電気防食が施されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の浮揚式原子力発電設備。
【請求項６】
前記ピットに淡水を貯留することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の浮揚式原子力発電設備。
【請求項７】
前記鋼製浮体は、複数のバラストタンクを備えていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の浮揚式原子力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主要建屋が収容された鋼製浮体を、内陸に形成されたピットに浮かべた内陸堀込み浮揚式原子力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐震設計審査指針によれば、原子力発電設備の主要建物は十分な支持性能地盤に設置されなければならないと規定されている。このため、現在、主要建物は岩盤上に設置されている。これに伴って原子力発電設備には、地震動の影響を直接受けるという問題が生じている。このような問題を解決する従来技術として、次のものが考えられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ドッグ内に浮かせたプラント搭載パージ上に、原子力発電設備を載置するようにした浮揚式原子力発電プラントが記載されている。この発電プラントは、沿岸に設置されている。
【０００４】
また、特許文献２には、原子力発電工場を設置した船舶を囲み、鎖で繋いで固定した状態で水上に浮かべ、発電した電気を陸地に供給するようにした原子力発電工場船が記載されている。この原子力発電工場船は、沿岸や川岸に停泊された状態で使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平１−９３５９４号公報
【特許文献２】特開２００９−３１２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の発電プラントや原子力発電工場船の何れも、沿岸や川岸で用いられるものであるため、大津波が生じた場合には、海水や河川に生じた大きな水位変動の影響を受けてしまう虞がある。例えば、津波によって水没してしまう虞がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大津波の発生時においても高い耐性を有する浮揚式原子力発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明の浮揚式原子力発電設備は、内陸の地盤を掘削することで形成されるピットと、原子炉建屋、タービン建屋、及び、廃棄物処理建屋からなる主要建屋を収容し、前記ピットに配置される鋼製浮体と、前記ピットに貯留され、前記鋼製浮体に浮力を与える水とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、内陸の地盤を掘削することでピットを形成し、このピットに主要建屋を収容した鋼製浮体を配置するとともに、水を貯留することで鋼製浮体を浮かせているので、鋼製浮体に対する免震効果を得ることができる。そして、ピットが内陸に形成されているので、大津波による影響を受け難くすることができる。
【００１０】
上記原子力発電設備において、前記鋼製浮体の側面と前記ピットとの間には、扁平な鋼製箱体を浮かべることが好ましい。このように構成することで、地震に伴う水面の揺動（スロッシング）を抑制することができる。
【００１１】
上記原子力発電設備において、前記鋼製箱体の側面に、弾性を有する緩衝材を配置することが好ましい。このように構成することで、地震発生時における鋼製浮体、鋼製箱体、及び、ピットの損傷を抑制できる。
【００１２】
上記原子力発電設備において、前記ピットの上部には、前記ピットの内側に向けて下り傾斜した傾斜面を設けることが好ましい。このように構成することで、ピットの水面の揺動を速やかに収束できる。
【００１３】
上記原子力発電設備において、前記鋼製浮体には、電気防食が施されていることが好ましい。このように構成することで、鋼製浮体に対する腐食の進行を抑制できる。
【００１４】
上記原子力発電設備において、前記ピットには淡水を貯留することが好ましい。このように構成することで、鋼製浮体に対する腐食の進行を抑制できる。
【００１５】
上記原子力発電設備において、前記鋼製浮体が複数のバラストタンクを備えていることが好ましい。このように構成することで、鋼製浮体に対する作業時において、浮体が過度に傾斜する不具合を抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、大津波の発生時においても高い耐性を有する浮揚式原子力発電設備を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】浮揚式原子力発電設備の平面図である。
【図２】浮揚式原子力発電設備の断面図である。
【図３】鋼製浮体の傾斜を説明する模式図である。
【図４】鋼製箱体の側面に設けられた緩衝材を説明する図である。
【図５】ピットを垂直掘削した場合において、ピット上部へ溢れ出す水を説明する図である。
【図６】ピット上部で環流される水の流れを説明する図である。
【図７】ピット上部で環流される水の流れを説明する断面図である。
【図８】浮揚式原子力発電設備の構築手順を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の浮揚式原子力発電設備は、鋼製浮体１と、鋼製箱体２と、ピット３を含んで構成されている。
【００１９】
まず、鋼製浮体１について説明する。鋼製浮体１は、原子炉建屋、タービン建屋、及び、廃棄物処理建屋からなる主要建屋を収容する鋼鉄製の箱状体であり、ピット３に貯留された水ＷＡによって浮揚状態で支持される。本実施形態において鋼製浮体１は、原子炉建屋を収容する直方体形状の第１部分１ａ、タービン建屋を収容する直方体形状の第２部分１ｂ、及び、廃棄物処理建屋を収容する直方体形状の第３部分１ｃを有しており、平面視で略Ｌ字状に形成されている。
【００２０】
鋼製浮体１と外部配管及び外部ケーブルとの間は、可撓管や耐震ジョイント（可撓継ぎ手）によって接続されている（何れも図示せず）。ここで、ピット３が形成される敷地岩盤に関し、地震時の応答絶対変位は、大地震（８００gal）において例えば±０．２ｍ程度である。このため、大地震が発生して鋼製浮体１が揺動したとしても、可撓管や耐震ジョイントによって揺動を吸収することができ、外部配管や外部ケーブルに対する損傷が防止される。
【００２１】
この鋼製浮体１は、放射線の遮蔽部分をコンクリートで構築した鋼殻構造をしている。そして、第１部分１ａにおける原子炉の下方は、十分な厚さのコンクリートが充填されており、このコンクリートがおもりとしても機能する。同様に、第１部分１ａや第２部分１ｂの底部にもコンクリートが充填され、おもりとしても機能する。
【００２２】
また、鋼製浮体１には電気防食が施されている。例えば、アルミインゴット（図示せず）を陽極として用い、被防食体である鋼製浮体１との間に直流を流すことで、鋼製浮体１における腐食の進行を抑えている。これにより、鋼製浮体１の腐食を長期間に亘って防ぐことができる。
【００２３】
鋼製浮体１の底部周縁には、複数のバラストタンク４が設けられている。これらのバラストタンク４は、鋼製浮体１の傾斜を調整するための水を貯留する部分である。例えば、図２に示す給排水ポンプ５を動作させて水の貯留量を増減することにより、バラストタンク４ごとに浮力を変化させることができる。その結果、資材等の鋼製浮体１への搬入に伴って生じる鋼製浮体１の傾斜を調整することができる。
【００２４】
例えば、図３に示すように、幅Ｂ（ｍ）、長さＬ（ｍ）、及び喫水Ｈ（ｍ）の鋼製浮体１に対して、幅方向の中央から図中右側へＢ／４離れた位置に、重量Ｗの資材が搬入された場合を考える。この場合において、幅Ｂが約９３ｍであり、長さＬが約９０ｍであり、喫水Ｈが約４０ｍであり、重量Ｗが約１００ｔであると仮定すると、喫水の増加量ｄＨ１は約１ｃｍとなり、傾斜深さｄＨ２は約２ｃｍとなる。従って、傾斜深さの合計ｄＨ１＋ｄＨ２は約３ｃｍとなる。
【００２５】
この程度の傾斜深さであるため、各バラストタンク４の貯水量を調整することで、水平状態維持することが可能である。例えば、資材の搬入計画等から重量の変化パターンを予測しておき、この予測に応じて各バラストタンク４の貯水量を増減する。このようにすることで、鋼製浮体１の水平状態を維持しながら資材を搬入することが可能になる。
【００２６】
次に、鋼製箱体２について説明する。図１及び図２に示すように、鋼製箱体２は、平面視矩形状の扁平な箱状体であり、ピット３に貯留された水ＷＡに浮かべられた状態で用いられる。この鋼製箱体２は、例えばメガフロートと同様に、内部空間が密封された直方体形状の浮体ブロックを平面方向につなぎ合わせることで作製される。この鋼製箱体２は、平面視で複数種類の形状、大きさに作製され、鋼製浮体１とピット３の隙間を埋めるように配置される。
【００２７】
図４に示すように、鋼製箱体２の側面には緩衝材として、弾性及び浮揚性を有する浮き球６が複数取り付けられている。この浮き球６は、例えば、内部が空洞であって外観が楕円体状の球体によって構成される。浮き球６における長軸方向の両端には、それぞれ鎖７が装着されており、鋼製箱体２に係留されている。図１及び図２に示すように、浮き球６は、鋼製浮体１と鋼製箱体２、ピット３と鋼製箱体２、鋼製箱体２同士の間に介在し、これらの各部による押圧力を緩和して損傷を抑制する。
【００２８】
鋼製箱体２及び浮き球６は、地震発生時において、ピット３に貯留された水ＷＡの揺動を抑制する揺動抑制部材として機能する。すなわち、地震の発生に伴ってピット３に貯留された水ＷＡの水面が揺動するが、水面に浮いている鋼製箱体２によって揺動が抑制され、揺動を早期に収束させる。
【００２９】
なお、鋼製箱体２に関し、本実施形態では、平面視矩形状の扁平な箱状体を例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、平面視Ｌ字状或いは十字状とされた扁平な箱状体で構成してもよいし、平面視台形状とされた扁平な箱状体で構成してもよい。
【００３０】
そして、本実施形態のように、鋼製箱体２を平面視矩形状の扁平な箱状体で構成すると、直方体形状の浮体ブロックを複数つなぎ合わせることで作製できるため、作製作業の容易化が図れる。また、浮き球６の取り付けも容易に行える。
【００３１】
次に、ピット３について説明する。図１及び図２に示すように、ピット３は、鋼製箱体２を収容し、この鋼製箱体２に浮力を与える水ＷＡを貯留する窪地である。このピット３は、内陸の地盤を掘削し、その表面をコンクリートで被覆することで構築される。本実施形態において、ピット３の底面形状は、鋼製浮体１の底面形状を一回り大きくしたＬ字状に形成されている。
【００３２】
前述したように、本実施形態の鋼製浮体１は、第１部分１ａ〜第３部分１ｃを有しているが、下面の高さがそれぞれ相違している。このため、ピット３の底面３ａについても、第１部分１ａ〜第３部分１ｃの下面高さにあわせた段差（高低差）が設けられている。このような段差を底面３ａに設けることにより、鋼製浮体１の構築時において、第１部分１ａ〜第３部分１ｃに対する高さ調整が容易になり、作業の効率化が図れる。
【００３３】
ピット３の側部３ｂは、上方に向けて外周側に拡がる法面（傾斜面）によって構成されている。また、側部３ｂにおける水面の高さ位置には、小段３ｃ（周方向の細長い平地）が設けられている。そして、小段３ｃよりも下側の部分について、傾斜角度を４５度に設定している。
【００３４】
仮に、図５に示すように、小段３ｃよりも下側の部分を垂直に掘削してしまうと、大地震が発生して鋼製浮体１が揺動した場合に鋼製浮体１との間隔が狭まって、ピット３に貯留された水ＷＡがピット３の内壁面に沿って高速で流れることになり、ピット内壁面のコンクリート被覆が剥がれ落ちてしまう可能性がある。
【００３５】
また、図５に符号Ｇで示すピット３の内壁面と鋼製浮体１の側面との間隔が３ｍであり、大地震によって敷地岩盤が±０．２ｍに亘って変位したとすると、ピット３の水位が±３ｍも変動する可能性がある。このような大きな水位変動が生じてしまうと、鋼製浮体１が大きく傾斜してしまう。
【００３６】
このような不具合を防止すべく、本実施形態では、側部３ｂにおける小段３ｃよりも下側の部分を４５度に傾斜させ、この部分を保護するとともに、地震発生時において鋼製浮体１が過度に揺れないようにしている。
【００３７】
また、図２に符号Ｄで示す小段３ｃから底面までの深さは、鋼製浮体１の喫水に基づいて定められる。具体的には、鋼製浮体１の喫水にマージンを加えた深さに定められる。例えば、鋼製浮体１の喫水Ｈが４０ｍであったとすると、水面からの深さが４０ｍ＋α（３〜４ｍ）となるように、当該部分の深さＤが定められる。これにより、通常時には鋼製浮体１を安定的な浮揚状態にでき、かつ、地震発生時には鋼製浮体１の底部がピット３の底面に衝突することを防止できる。
【００３８】
また、図６及び図７に示すように、ピット３の側部３ｂにおける小段３ｃよりも上側の部分（便宜上、ピット上部３ｄという）は、地震発生時において環流面として機能する。本実施形態では、ピット３の内側（小段３ｃ側）に向けて４５度に下り傾斜した傾斜面によって構成している。この構成により、図６や図７に矢印で示すように、あふれ出た水ＷＡをピット３の内側に環流させることができ、新たにあふれ出る水ＷＡと衝突させることで消波させることができる。その結果、地震発生時や暴風時における水面の揺動（スロッシング）を早期に収束させることができる。
【００３９】
また、小段３ｃには、受圧ブロック８が設けられている。この受圧ブロック８は、鋼製箱体２の側面に設けられた浮き球６と当接するための部材である。浮き球６を介して伝達される鋼製箱体２からの押圧力を受圧ブロック８で受けることで、ピット３（側部３ｂ，小段３ｃ）を損傷から保護できる。
【００４０】
また、本実施形態においてピット３には、水ＷＡとして淡水を貯留している。淡水を貯留した理由は、腐食の進行を抑えるためである。前述した鋼製浮体１や鋼製箱体２は、鋼板で作製されているため、長期間に亘る使用によって腐食の進行が懸念される。そこで、本実施形態では、ピット３に淡水を貯留することで、腐食の進行を抑制している。さらに、ピット３に貯留された水ＷＡは、バラストタンク４に貯留されたり、バラストタンク４から排出されたりする。このため、ピット３に淡水を貯留することで、バラストタンク４内における腐食も抑制できる。
【００４１】
さらに、ピット３に淡水を貯留することで、この淡水を非常時における原子炉冷却水に用いることもできる。例えば、図２に示すように、鋼製浮体１の内部に冷却ポンプ９とフィルタ１０とを設け、ピット３に貯留された淡水を冷却ポンプ９で吸い込み、フィルタで濾過しつつ原子炉側へ送出することで、非常用冷却水として使用できる。
【００４２】
仮に、海水を非常用冷却水として用いた場合には、塩分による材料腐食が懸念され、事後の洗浄作業が必須となり、復旧に長期間を要してしまう。これに対し、本実施形態のように、ピット３に貯留された淡水を非常用冷却水として用いる場合には、事後の洗浄作業が不要又は簡略化でき、早期復旧が実現できる。なお、鋼製浮体１を浮かべることから、ピット３に貯留される淡水の量は、非常用冷却水として十分な量である。
【００４３】
また、図２に示すように、ピット３の天端であって海側の部分には、津波防波壁１１が設けられている。この津波防波壁１１を設けることで、地震発生時に津波が生じてもピット３内への浸入を抑制できる。この津波防波壁１１の高さは、津波の最大想定高さに応じて定められる。加えて、ピット３の近傍には、上水設備からの淡水が貯留される取水槽１２が設けられている。この取水槽１２とピット３とは、バルブ付の給水管１３によって接続されている。このため、バルブを開放することで、取水槽１２からピット３へ淡水を供給することができる。
【００４４】
次に、浮揚式原子力発電設備の構築方法を、図８に基づいて説明する。
【００４５】
浮揚式原子力発電設備の構築に際しては、まず基礎工事を行う。図８（ａ）に示すように、この基礎工事では、内陸の地盤を掘削することで窪地を形成し、窪地の表面にコンクリートを打設することでピット３を構築する。また、ピット３の天端に津波防波壁１１を構築するとともに、ピット３の近傍に取水槽１２を設ける。そして、取水槽１２とピット３とをバルブ付の給水管１３によって接続する。
【００４６】
基礎工事が終了したならば、図８（ｂ）に示すように、鋼製浮体１をピット３の内部で作製する。鋼製浮体１の作製に際しては、予め工場でモジュール（例えば第１部分１ａ〜第３部分１ｃ）を組み立てておき、これらのモジュールをクレーン等でピット３の内部に吊り込んで組み立てる。前述したように、本実施形態では、ピット３の底面３ａに段差を設けて各モジュールの高さを規定しているので、組み立てに際して作業性を向上させることができる。
【００４７】
鋼製浮体１が作製され、必要な配線や配管が終了したならば、図８（ｃ）に示すように、ピット３への注水を行う。本実施形態では、給水管１３のバルブを開放することで、ピット３へ淡水を貯留する。
【００４８】
ピット３にある程度淡水が貯留されたならば、鋼製箱体２の組み立てを開始する。本実施形態の鋼製箱体２は、メガフロートと同様に、内部空間が密封された直方体形状の浮体ブロック（小ブロック）を平面方向につなぎ合わせることで作製される。このため、鋼製浮体１からピット３までの水面の面積が、組み立てに必要な大きさに拡がった時点で、浮体ブロック同士の接合を行う。これにより、組み立て途中の鋼製箱体２であっても、水面の揺動を抑制するように機能する。その結果、万一、作業中に大地震が発生したとしても、鋼製浮体１やピット３に対する損傷を軽減することができる。
【００４９】
そして、図８（ｄ）に示すように、ピット３に所定量の淡水が貯留され、鋼製箱体２の組み立てが完成したならば、浮揚式原子力発電設備の構築は終了となる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の浮揚式原子力発電設備では、内陸の地盤を掘削することでピット３を形成し、このピット３に水ＷＡ（淡水）を貯留して鋼製浮体１を浮かせているので、鋼製浮体１に対する免震効果を得ることができる。そして、ピット３が内陸に形成されているので、津波による影響を受け難くすることができる。
【００５１】
また、鋼製浮体１の側面とピット３との間に、扁平な鋼製箱体２を浮かべているので、地震に伴うスロッシングを抑制することができる。そして、この鋼製箱体２の側面には、弾性及び浮揚性を有する浮き球６を緩衝材として配置しているので、地震発生時において、鋼製浮体１、鋼製箱体２、及び、ピット３に対する損傷を抑制できる。
【００５２】
また、ピット上部３ｄに、ピット３の内側に向けて下り傾斜させた環流面（ピット上部３ｄ）を設けているので、あふれ出た水ＷＡをピット３の内側に戻すことができ、新たにあふれ出る水ＷＡと衝突させることで消波させることができる。その結果、地震発生時や暴風時における水面の揺動を早期に収束させることができる。
【００５３】
また、鋼製浮体１には電気防食が施され、ピット３には水ＷＡとして淡水が貯留されているので、鋼製浮体１に対する腐食の進行を抑制できる。
【００５４】
また、鋼製浮体１が複数のバラストタンク４を備えているので、鋼製浮体１に対して資材を積み込む等の作業時において、浮体が過度に傾斜する不具合を抑制できる。
【００５５】
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。
【００５６】
鋼製浮体１に関し、原子炉建屋、タービン建屋、及び、廃棄物処理建屋からなる主要建屋を収容するものを例示したが、他の構成物を収容するようにしてもよい。また、腐食の進行を抑制するための防食手段として電気防食を例示したが、他の防食手段を用いてもよい。
【００５７】
ピット３に貯留される水ＷＡ関し、淡水を例示したが海水を用いてもよい。しかし、本実施形態のように淡水を用いることで、鋼製浮体１や鋼製箱体２に対する腐食の進行を抑制することができるし、貯留した淡水を非常用の冷却水として容易に転用できる。
【００５８】
浮き球６に関し、中空の楕円体形状のものを例示したが、緩衝材となるものであれば、この構成に限定されるものではない。例えば、バネ式の緩衝材を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  鋼製浮体
１ａ  原子炉建屋を収容する第１部分
１ｂ  タービン建屋を収容する第２部分
１ｃ  廃棄物処理建屋を収容する第３部分
２  鋼製箱体
３  ピット
３ａ  ピットの底面
３ｂ  ピットの側部
３ｃ  小段
３ｄ  ピット上部
４  バラストタンク
５  給排水ポンプ
６  浮き球
７  鎖
８  受圧ブロック
９  冷却ポンプ
１０  フィルタ
１１  津波防波壁
１２  取水槽
１３  給水管
ＷＡ  水（淡水）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013156023.tif 000008
【図７】
2013156023.tif 000009
【図８】
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