(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方が開口する収容部の内側に貯留された液体の前記収容部からの溢れを防止するスロッシング防止構造であって、
前記収容部の内壁面における前記液体の液面の上方に、前記収容部の外周側に向かって窪むとともに、前記収容部の内壁面に接続されて前記外周側に向かって延びる凹部下面、及び該凹部下面に接続されて前記収容部の高さ方向に延びる凹部側底面を有する凹部が形成されており、
前記凹部下面は、前記収容部の高さ方向に直交する水平方向であって前記凹部下面が接続される前記収容部の内壁面に沿う方向に向かって、高さが異なっていることを特徴とするスロッシング防止構造。
【請求項２】
前記凹部における上方を向く内面は、前記収容部の外周側から内周側に向かうに従って、上方から下方に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のスロッシング防止構造。
【請求項３】
前記収容部は、前記凹部における上方を向く内面に開口して前記液体を前記収容部へ流入可能とする連通部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のスロッシング防止構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収容部の内側に貯留された液体の溢水防止構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子力発電所で発生した使用済核燃料は、貯水された使用済燃料ピット内に保管されることによって崩壊熱を冷却除去して臨界未満で保持されて、放射線が遮断されている。
【０００３】
このような使用済燃料ピットにおいては、例えば大規模な地震等が発生した場合には、スロッシング挙動が発生し、貯水に振動が生じて、使用済燃料ピットから外部へ内部水が溢水してしまい、使用済核燃料を安定的に保持することができないというおそれもある。
【０００４】
ここで、特許文献１には、上記スロッシング挙動の発生を抑制するスロッシング溢水防止装置が開示されている。具体的には、水を収容する容器の縁部から起立する起立壁に摺動要連結具を介して移動壁が設けられており、この移動壁からは略水平な横向き片が設置されている。この横向き片が水面の揺動、即ちスロッシングを抑制し、容器からの溢水を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５１９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のスロッシング溢水防止装置においては、横向き片が容器（ピット、収容部）の水面上部を覆うように配置されているため、使用済核燃料を上部から収容する際にこの横向き片が収容作業の障害となってしまい好ましくない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、収容部への物体の収容作業を妨げずに、収容部に貯留された液体のスロッシング挙動による溢水を防止可能なスロッシング防止構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係るスロッシング防止構造は、上方が開口する収容部の内側に貯留された液体の前記収容部からの溢れを防止するスロッシング防止構造であって、前記収容部の内壁面における前記液体の液面の上方に、前記収容部の外周側に向かって窪むとともに、前記収容部の内壁面に接続されて前記外周側に向かって延びる凹部下面、及び該凹部下面に接続されて前記収容部の高さ方向に延びる凹部側底面を有する凹部が形成されており、前記凹部下面は、前記収容部の高さ方向に直交する水平方向であって前記凹部下面が接続される前記収容部の内壁面に沿う方向に向かって、高さが異なっていることを特徴とする。
【０００９】
このようなスロッシング防止構造によると、大規模地震等で発生する長周期の振動によって液面が揺動してスロッシング挙動が発生した際には、凹部に液体が流入し、流れが乱れる。また、凹部と収容部では開口面積が異なるため、スロッシングの周期が異なる。従って、このような流れの乱れと、スロッシング周期の差異とによって、スロッシング挙動を抑制することができ、収容部の外側への液体の溢水を防止可能となる。さらに、液面を上方から覆う部材を別途設けることなく、凹部のみによってスロッシング挙動を防止することができるため、収容部への物体を収容する際には、収容作業の障害となるものがない。
また、収容部の内壁面における液体の液面の上方に、収容部の外周側に向かって窪むとともに、収容部の内壁面に接続されて外周側に向かって延びる凹部下面、及び凹部下面に接続されて収容部の高さ方向に延びる凹部側底面を有し、かつ凹部下面が、収容部の高さ方向に直交する水平方向であって凹部下面が接続される収容部の内壁面に沿う方向に向かって、高さが異なる凹部を備えることで、凹部での液体のスロッシングによる揺動のタイミングが水平方向において異なり、複数の異なる位相の揺動の波が生成される。これら複数の波が互いに力を打ち消し合うことで液体の揺動力を抑制し、スロッシング挙動抑制による液体の溢水のさらなる防止が可能となる。
【００１０】
また、前記凹部における上方を向く内面は、前記収容部の外周側から内周側に向かうに従って、上方から下方に向かって傾斜していてもよい。
【００１１】
このような凹部によって、凹部へ流入した液体が、凹部内部に滞留してしまうことを防止できる。
【００１６】
さらに、前記収容部は、前記凹部における上方を向く内面に開口して前記液体を前記収容部へ流入可能とする連通部を備えていてもよい。
【００１７】
このような連通部によって、凹部に液体を滞留させることなく収容部へ戻すことができる。また、凹部へ流入した液体が直接収容部へ戻されること無く、連通部を介して収容部へ戻されるため、直接収容部に液体が戻された際に液体が飛び跳ねて、収容部の外側へ液体が溢水してしまうことを防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のスロッシング防止構造によると、凹部によって、収容部への物体の収容作業を妨げずに、収容部に貯留された液体のスロッシング挙動発生を防止でき、収容部の外側への溢水が防止可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係るスロッシング防止構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るスロッシング防止構造を上方から見た概略断面図であって、図１の断面Ａ−Ａを示すものである。
【図３】本発明の第二実施形態に係るスロッシング防止構造を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係るスロッシング防止構造を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係るスロッシング防止構造を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係るスロッシング防止構造を上方から見た概略断面図であって、図５の断面Ａ−Ａを示すものである。
【図７】本発明の第四実施形態に係るスロッシング防止構造の変形例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の第五実施形態に係るスロッシング防止構造を示す概略断面図である。
【図９】本発明の第五実施形態に係るスロッシング防止構造を上方から見た概略断面であって、図８の断面Ａ−Ａを示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係るスロッシング防止構造１について説明する。
図１及び図２に示すように、スロッシング防止構造１は、例えば原子力発電所において、燃料棒Ｆを保持するピット、即ち収容部２に設けられるものである。
【００２１】
スロッシング防止構造１は、上方が開口する内部に水Ｗを貯留した収容部２の上方において、この収容部２の内壁面２ａに形成される凹部１０を備えている。
【００２２】
収容部２は略直方体の箱状をなし、内部が空洞とされて上方が開口する容器であり、内部に水Ｗを貯留可能としており、この水Ｗの中に燃料棒Ｆを保持可能としている。
【００２３】
凹部１０は、収容部２の内部に貯留された水Ｗの水面の上方に、収容部２の内壁面２ａから外周側に向かって窪んで形成されるものである。
【００２４】
そして図２に示すように、この凹部１０は収容部２の四つの側面である内壁面２ａそれぞれに形成されており、凹部１０において収容部２の外周側に位置する面である凹部側底面１０ｃは、収容部２の高さ方向に平行となる鉛直面とされている。また、凹部１０において下方を向く内面である凹部上面１０ａ、及び、上方を向く内面である凹部下面１０ｂは、収容部２の高さ方向に直交する収容部２の縁部に沿う水平方向である幅方向（図２の紙面左右方向）及び奥行き方向（図２の紙面上下方向）に平行な水平面とされている。なお、収容部２の上方からは燃料棒Ｆが挿入され、収容部２に貯留された水Ｗの水中に保持されるようになっている。
【００２５】
このようなスロッシング防止構造１によると、大規模地震等で発生する長周期の振動によって、水面が揺動してスロッシング挙動が発生した際には、凹部１０に水Ｗが流入する。そしてこの水Ｗのスロッシング周期が凹部１０で変わる。また、凹部に水Ｗが流れ込むことで、水Ｗが乱れる。従って、このような凹部１０での水Ｗのスロッシング周期の変化と、水Ｗの乱れとによってスロッシング挙動を抑制することができる。
【００２６】
さらに収容部２に貯留された水Ｗの水面上方には、燃料棒Ｆを収容する際に、収容作業を妨げるような部材は設けられていないため、収容作業を困難にすることがない。
【００２７】
本実施形態のスロッシング防止構造１においては、凹部１０によって水Ｗのスロッシング周期が変わることと、水Ｗが乱れることで、収容部２への燃料棒Ｆの収容作業を妨げることなく、スロッシング挙動の発生を抑制でき、収容部２の外側への溢水を防止可能となる。
【００２８】
なお、本実施形態では、収容部２の四つの側面である内壁面２ａそれぞれから独立して四つの凹部１０が形成されている例を説明したが、例えば、これら四つの凹部１０全てが幅方向及び奥行き方向に接続されて、凹部１０が収容部２の内壁面２ａを一周して形成されていてもよい。この場合、さらなるスロッシング防止効果を得ることができる。
【００２９】
また、収容部２の全ての側面に凹部１０を形成しなくとも、隣り合う二つの側面にのみこの凹部１０を設置してもよい。この場合、最低限のスロッシング挙動の防止を図りながらコストダウンを達成可能となる。
【００３０】
次に、第二実施形態に係るスロッシング防止構造１について説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する
図３に示すように、凹部下面２０ｂが収容部２の外周側から内周側に向かって傾斜している点で、第一実施形態とは異なっている。
【００３１】
凹部２０は、収容部２の内部に貯留された水Ｗの水面の上方に、収容部２の内壁面２ａから外周側に向かって窪んで形成されて、この凹部下面２０ｂは、収容部２の外周側から内周側に向かって、上方から下方に傾斜する傾斜面２０ｄとされている。
【００３２】
そしてこの傾斜面２０ｄは、傾斜角が幅方向（または奥行き方向）に常に一定とされて、これら幅方向（または奥行き方向）に延在している。
【００３３】
このようなスロッシング防止構造１によると、スロッシング挙動によって、凹部２０に水Ｗが流入した際には、凹部２０でスロッシング周期が変わることと、水Ｗが乱れることによって水Ｗの揺動力を抑制でき、さらに傾斜面２０ｄによって凹部１０内に水Ｗが滞留することなく、円滑に収容部２へ水Ｗを戻すことができる。
【００３４】
本実施形態のスロッシング防止構造１においては、凹部２０によって、水Ｗのスロッシング周期が変わることと、水Ｗが乱れることで、収容部２への燃料棒Ｆの収容作業を妨げることなく、収容部２の外側への溢水Ｗが防止可能となり、さらにスロッシング挙動が終息した際にも、凹部２０の内部に水Ｗが滞留してしまうことを防止できる。
【００３５】
次に、第三実施形態に係るスロッシング防止構造１について説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する
図４に示すように、本実施形態では、凹部下面３０ｂが収容部２の内壁面２ａの外周側から内周側へ向かうに従って高さが低くなる階段状に形成されている点で、第一実施形態とは異なっている。
【００３６】
凹部３０は、収容部２の内部に貯留された水Ｗの水面の上方に、収容部２の内壁面２ａから外周側に向かって窪んで形成されて、凹部下面３０ｂは、下方から上方に向かって突出する第一面３１ａ、第二面３２ａ、第三面３３ａを有している。
【００３７】
第一面３１ａは、収容部２の最も外周側において高さ方向の最も高い位置に配置される幅方向（または奥行き方向）に延在する水平面であり、この第一面３１ａの内周側の縁部は、下方に落ち込む高さ方向に平行な鉛直面である第一段差面３１ｂを介して、第二面３２ａに接続されている。
【００３８】
第二面３２ａは、第一面３１ａよりも高さ方向の下方に配置される幅方向（または奥行き方向）に延在する水平面であり、その外周側の縁部は、第一段差面３１ｂに接続されて、また、内周側の縁部は、下方に落ち込む高さ方向に平行な鉛直面である第二段差面３２ｂを介して、第三面３３ａに接続されている。
【００３９】
第三面３３ａは、収容部２の最も内周側において高さ方向の最も低い位置に配置される幅方向（または奥行き方向）に平行な水平面であり、その外周側の縁部は、第二段差面３２ｂに接続されて、また、内周側の縁部は、下方に落ち込む高さ方向に平行な鉛直面である第三段差面３３ｂを介して、滑らかに収容部２の内壁面２ａに接続されている。
【００４０】
このようにして、凹部３０の上方を向く内面が、第一面３１ａから第三面３３ａまで三段の階段状に形成されている。
【００４１】
このようなスロッシング防止構造１によると、スロッシング挙動によって、凹部３０へ水Ｗが流入した際には、第一面３１ａ、第二面３２ａ、第三面３３ａ、及び、第一段差面３１ｂ、第二段差面３２ｂ、第三段差面３３ｂによって水Ｗが乱される。そしてこのとき、水Ｗの流れに渦が発生して流れがさらに乱され、流れのエネルギーが消費されることで、水Ｗの揺動力をさらに抑制することができる。
【００４２】
本実施形態のスロッシング防止構造１においては、凹部３０によって水Ｗのスロッシング周期が変わることと、水Ｗが乱れることで、収容部２への燃料棒Ｆの収容作業を妨げることなく、収容部２の外側への溢水Ｗを防止可能となり、さらに凹部３０の内部において渦の発生を促し、さらなるスロッシング挙動発生の抑制効果を向上でき、収容部２の外側への溢水Ｗを防止可能となる。
【００４３】
なお、本実施形態では、三つの段差を設けた場合を説明したが、段差の数量は三つに限定されない。凹部３０の寸法や、得ようとする効果に応じて適宜選択可能である。
【００４４】
また、第一面３１ａ、第二面３２ａ、第三面３３ａを傾斜面として形成してもよい。この場合、凹部３０内で、渦の発生を促進するとともに、第二実施形態で説明したように凹部３０の内部の水Ｗの滞留を防止することができる。
【００４５】
次に、第四実施形態に係るスロッシング防止構造１について説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する
図５及び図６に示すように、本実施形態では、凹部下面４０ｂの高さ方向の位置が幅方向（または奥行き方向）に異なっている。
【００４６】
凹部４０は、収容部２の内部に貯留された水Ｗの水面の上方に、収容部２の内壁面２ａから外周側に向かって窪んで形成されて、この凹部４０は、凹部下面４０ｂに設けられる複数の凸部４１を有している。
【００４７】
凸部４１は、幅方向（または奥行き方向）に複数（本実施形態では、一つの凹部４０当り三つずつ）が一定の間隔をあけて、凹部下面４０ｂから上方に向かって突出して設けられている。さらにこの凸部４１の外周側の端面は凹部側底面４０ｃに結合されて、凸部４１が凹部４０に一体に設けられているとともに、内周側の端面は、収容部２の内壁面２ａと同一面内に配置される鉛直面となっており、収容部２の内壁面２ａに滑らかに接続されている。
【００４８】
また、これら複数の凸部４１の上方を向く凸部上面４１ａは、凹部上面４０ａと凹部下面４０ｂとの間に配置され、全ての凸部上面４１ａは高さ方向位置が同一の水平面とされている。
【００４９】
このようなスロッシング防止構造１によると、スロッシング挙動によって、凹部４０へ水Ｗが流入した際には、凹部４０及び凸部４１によって水Ｗのスロッシング周期が変わる。そしてこの際、凸部４１と凹部４０での水Ｗの揺動の波のタイミングが奥行き方向（または幅方向）にずれることとなり、複数の異なる位相の波が生成される。これら複数の波が互いに力を打ち消し合うことで水Ｗの揺動力をさらに抑制し、スロッシング挙動の抑制効果を向上できる。
【００５０】
本実施形態のスロッシング防止構造１においては、凸部４１によって、水Ｗの揺動の波のタイミングをずらすことができ、収容部２への燃料棒Ｆの収容作業を妨げることなく、収容部２の外側への溢水をさらに防止することができる。
【００５１】
なお、凸部４１は本実施形態で説明した設置数量に限定されることはなく、任意に選択可能である。また、全ての凸部４１の高さが同じである必要は無く、高さの異なる凸部４１を採用することで、水Ｗの揺動の波のタイミングをずらすことや、渦の生成を促すことができ、さらなるスロッシング挙動の抑制が可能となる。
【００５２】
また、凹部下面４０ｂ及び、凸部上面４１ａを第二実施形態と同様に傾斜面とすることによって、凹部４０内に水Ｗが滞留してしまうことも防止可能となる。
【００５３】
さらに、全ての凹部４０に凸部４１を設けず、一部の凹部４０のみに凸部４１を設けたり、凹部４０毎に凸部４１の数量を変えて設置してもよい。この場合、より水Ｗの揺動の波の複雑化を促進でき、さらなるスロッシング挙動の抑制につながる。
【００５４】
また、図７に示すように、各凹部４０毎に凹部下面４０ｂの高さ方向の位置を幅方向（または奥行き方向）に異なるようしてもよい。そして、このような高さの異なる凹部４０へさらに、凸部４１を設け、各凹部４０内で高さ方向位置を異なるようにすることもでき、さらなるスロッシング挙動の抑制が可能である。
【００５５】
次に、第五実施形態に係るスロッシング防止構造１について説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する
図８及び図９に示すように、本実施形態では、凹部５０に、凹部下面５０ｂから下方に向かって形成される連通部５１を備えている。
【００５６】
連通部５１は、凹部下面５０ｂに開口する流入口５２と、流入口５２から下方に向かって延びるループ流路５３と、ループ流路５３と収容部２とを接続する流出口５４とを有している。
【００５７】
流入口５２は、凹部下面５０ｂにおいて、凹部側底面５０ｃに沿って奥行き方向に延びて形成されて、水Ｗを下方のループ流路５３へ流入させるものである。
【００５８】
ループ流路５３は、凹部側底面５０ｃに沿って、流入口５２から下方へ延びる水Ｗの流路であり、収容部２の底面２ｂとほぼ同じ高さ方向位置まで形成されている。
【００５９】
流出口５４は、ループ流路５３の下端６０ｂ部と、収容部２の底面２ｂとを連通して、ループ流路５３からの水Ｗを収容部２内へ流入可能とするものである。
【００６０】
即ち、図９に示すように、流入口５２とループ流路５３と流出口５４とによって、収容部２の内壁面２ａのさらに内周側に、収容部２の内壁面２ａに沿って、内壁面２ａと一定の間隔をあけて、奥行き方向に延在する仕切り壁６０が設けられることとなる。また、この仕切り壁６０の下端６０ｂは流入口５２が形成されることによって、収容部２の底面２ｂから一定の間隔をあけて設けられていることとなる。
【００６１】
さらに、この仕切り壁６０は、収容部２の奥行き方向を向く側面である内壁面２ａに一体に固定されて支持されており、またこの仕切り壁６０の上方を向く面である凹部下面５０ｂは、収容部２の内周側から外周側に向かって上方から下方に傾斜する傾斜面６０ａとされている。そしてこの傾斜面６０ａが、流入口５２の縁部５２ａへ滑らかに接続されている。
【００６２】
このようなスロッシング防止構造１においては、スロッシング挙動によって、凹部５０へ水Ｗが流入した際には、凹部５０でのスロッシング周期が変わることと、水Ｗが乱れることによって水Ｗの揺動力を抑制できる。さらに、仕切り壁６０部の傾斜面６０ａによって、水Ｗが凹部５０内に滞留することなく流入口５２へ導かれ、この水Ｗは流入口５２からはループ流路５３及び流出口５４を介して、収容部２へ戻される。従って、凹部５０で反射した水Ｗがそのまま収容部２へ戻った際に生じる水Ｗの飛び跳ねを防止することができ、収容部２の外側への溢水を防ぐことが可能となる。
【００６３】
本実施形態のスロッシング防止構造１においては、収容部２への燃料棒Ｆの収容作業を妨げることなく、スロッシング挙動を抑制でき、さらに凹部５０への水Ｗの滞留及び、収容部２へ反射された水Ｗの飛び跳ねも防止可能となりさらに確実に溢水を防ぐことができる。
【００６４】
なお、本実施形態では仕切り壁６０が奥行き方向にのみ設けられているが、例えば、幅方向にも設けることが可能であり、この場合、さらなる溢水の防止効果向上を達成できる。
【００６５】
さらに、仕切り壁６０の傾斜面６０ａは逆方向、即ち、第二実施形態と同様に幅方向外側から内側に向かって上方から下方へ傾斜していてもよし、水平面とされていてもよい。また第三実施形態のように、傾斜面６０ａは階段状に形成されてもよく、第四実施形態のように凸部４１が設けられる等で、幅方向（または奥行き方向）に高さが異なっていてもよい。
【００６６】
以上、本発明の実施形態についての詳細説明を行なったが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、貯留された水Ｗの水Ｗ面の上方に高さ方向に間隔をあけて、凹部１０、２０、３０、４０、５０を高さ方向に複数設けてもよい。
【００６７】
なお、上述の実施形態では、原子力発電所における燃料棒Ｆを保持するピットについて説明したが、これに限定されることなく、例えば液体を貯留する浄水場等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１…スロッシング防止構造、２…収容部、２ａ…内壁面、２ｂ…底面、１０…凹部、１０ａ…凹部上面、１０ｂ…凹部下面、１０ｃ…凹部側底面、２０…凹部、２０ｂ…凹部下面、２０ｄ…傾斜面、３０…凹部、３０ｂ…凹部下面、３１ａ…第一面、３２ａ…第二面、３３ａ…第三面、３１ｂ…第一段差面、３２ｂ…第二段差面、３３ｂ…第三段差面、４０…凹部、４０ａ…凹部上面、４０ｂ…凹部下面、４０ｃ…凹部側底面、４１…凸部、４１ａ…凸部上面、５０…凹部、５０ｂ…凹部下面、５０ｃ…凹部側底面、５１…連通部、５２…流入口、５２ａ…縁部、５３…ループ流路、５４…流出口、６０…仕切り壁、６０ａ…傾斜面、６０ｂ…下端、Ｗ…水、Ｆ…燃料棒
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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