(57)【要約】【課題】冷却プールの貯水機能が喪失したときでも収容されている被冷却物を冷却することのできる冷却装置及び該冷却装置を備える使用済燃料貯蔵プールを提供する。【解決手段】使用済燃料貯蔵プール６１に収容された、一部又は全部が露出した状態の燃料棒（使用済燃料）５４に冷却水を散水し冷却する散水手段を備え、該散水手段は、使用済燃料貯蔵プール６１の側壁に沿って配置されるスパージャ配管１２を備え、該スパージャ配管１２により収容されている燃料棒５４に冷却水を散水することで継続して燃料棒５４の冷却を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容物を冷却する冷却プールに収容された、一部又は全部が露出した状態の被冷却物に冷却水を散水し冷却する散水手段を備え、
前記散水手段は、前記冷却プールの側壁に沿って配置されるスパージャ配管を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記スパージャ配管は、前記被冷却物よりも高い位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記散水手段は、さらに、伸縮及び／又は屈伸自在な散水配管と、該散水配管を伸縮及び／又は屈伸させる駆動装置とを備え、
前記駆動装置は、前記冷却プールの上空へ前記散水配管を送り出す、及び前記冷却プールの外へ前記散水配管を収納することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
原子力プラントに設置される、使用済燃料を収容し冷却する使用済燃料貯蔵プールであって、
請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置を備え、
前記散水手段は、本使用済燃料貯蔵プールに前記使用済燃料を運搬する燃料取替装置と干渉しない位置に配置される、及び／又は前記燃料取替装置と干渉しない位置に収納可能なことを特徴とする使用済燃料貯蔵プール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却プールの貯水機能喪失時に被冷却物の冷却を行う冷却装置及び該冷却装置を備える使用済燃料貯蔵プールに関する。
【背景技術】
【０００２】
収容物を冷却する冷却プール、特に原子力プラントで発生する使用済燃料を収容して冷却する使用済燃料貯蔵プールでは、地震などの災害による異常発生時にも収容した使用済燃料を冷却し続けなければならない。使用済燃料貯蔵プールでは、通常、冠水冷却を基本とし、冷却水をポンプにより熱交換器を通して循環させ、水温を一定以下に保っている。
【０００３】
原子力プラントには、災害時の停電に備え、非常用のディーゼル発電設備が設置されており、停電時においても冷却水循環用のポンプが動作するようになっている。また２台のポンプを並列に設け、それぞれのポンプに別系統の非常用電源を接続することで片方のポンプが停止したとしても、もう片方のポンプで冷却水を循環させ、使用済燃料を冷却させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この他、非常時に使用済燃料貯蔵プール内の使用済燃料を冷却する方法として、使用済燃料貯蔵プール内に直接、熱交換器を設置する方法や、使用済燃料貯蔵プールの周囲に流路を設けて空冷する方法がある（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００５】
また使用済燃料貯蔵プールを自然水源の引潮水位以下に設置し、該自然水源に接続しておくことで、非常時にポンプを用いることなく自然水源から冷却水を供給する方法がある（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−６３９９５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３００７９号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２５８７０号公報
【特許文献４】特開２０１３−７７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１から３に記載の技術は、非常時においても使用済燃料貯蔵プールの貯水機能が維持されている前提であり、地震などにより使用済燃料貯蔵プールが破損し、冷却水が漏洩してしまうような状況では使用することはできない。
【０００８】
また特許文献４に記載の技術は、原子炉建屋を地下に設置する必要があり、コストが莫大であるとともに、既存の設備に適用することは困難である。
【０００９】
本発明の目的は、冷却プールの貯水機能が喪失したときでも被冷却物を冷却することのできる冷却装置及び該冷却装置を備える使用済燃料貯蔵プールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、収容物を冷却する冷却プールに収容された、一部又は全部が露出した状態の被冷却物に冷却水を散水し冷却する散水手段を備え、前記散水手段は、前記冷却プールの側壁に沿って配置されるスパージャ配管を備えることを特徴とする冷却装置である。
【００１１】
本発明によれば、冷却プールに収容された、一部又は全部が露出した状態の被冷却物に冷却水を散水するスパージャ配管を備えるので、地震などの災害により冷却プールが破損し貯水機能が喪失したときでも継続して被冷却物を冷却することができる。
【００１２】
また本発明において、前記スパージャ配管は、前記被冷却物よりも高い位置に配置されることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、スパージャ配管は、被冷却物よりも高い位置に配置されるので、被冷却物が放射性物質を含有する場合、上方からの散水により放射線量を低減させることができる。
【００１４】
また本発明において、前記散水手段は、さらに、伸縮及び／又は屈伸自在な散水配管と、該散水配管を伸縮及び／又は屈伸させる駆動装置とを備え、前記駆動装置は、前記冷却プールの上空へ前記散水配管を送り出す、及び前記冷却プールの外へ前記散水配管を収納することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、散水時に散水配管を冷却プールの上空へ送り出すことができるので、スパージャ配管からの散水では冷却水が届かない位置に被冷却物が収容されている場合でも、散水配管により散水することができる。また散水配管は、冷却プールの外へ収納することができるので、冷却プール上空にアクセスする他の装置との干渉を回避することができる。このような冷却装置は、既存の原子力プラントの使用済燃料貯蔵プールに好適に用いることができる。
【００１６】
また本発明は、原子力プラントに設置される、使用済燃料を収容し冷却する使用済燃料貯蔵プールであって、前記冷却装置を備え、前記散水手段は、本使用済燃料貯蔵プールに前記使用済燃料を運搬する燃料取替装置と干渉しない位置に配置される、及び／又は前記燃料取替装置と干渉しない位置に収納可能なことを特徴とする使用済燃料貯蔵プールである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の冷却装置によれば、冷却プールの貯水機能が喪失し収容されている被冷却物の一部又は全部が露出した場合でも、継続して被冷却物を冷却することができる。また本発明の冷却装置を備える使用済燃料貯蔵プールによれば、災害時に貯水機能が喪失したときでも収容されている使用済燃料を継続して冷却することができるので、使用済燃料の溶融などの致命的な事故を抑制することができる。また本発明の冷却装置及び該冷却装置を備える使用済燃料貯蔵プールは、既存の原子力プラントにも低コストで適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の冷却装置１及び原子炉５１の概略構成図である。
【図２】図１の冷却装置１のスパージャ配管１２を説明するための図である。
【図３】図１の冷却装置１の水源を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態の冷却装置１及び原子炉５１の概略構成図である。図２は、図１の冷却装置１のスパージャ配管１２を説明するための図である。図３は、図１の冷却装置１の水源を説明するための図である。
【００２０】
原子力発電所の原子炉５１には、原子炉ウェル５２に設置された原子炉圧力容器５３から取り出された燃料棒（使用済燃料）５４を収容し、冷却する使用済燃料貯蔵プール６１が設置されている。
【００２１】
使用済燃料貯蔵プール６１には、燃料棒５４を収容する燃料収容部６２が設けられており、燃料収容部６２は、収容された燃料棒５４が常に冠水するように一段深く形成されている。また燃料収容部６２には、燃料棒５４を一定間隔で整列して収容する複数の燃料貯蔵ラック６３が整列して載置されている。
【００２２】
使用済燃料貯蔵プール６１と原子炉ウェル５２との境界には、燃料棒５４の運搬時の通路となる燃料通路６４が設けられている。燃料通路６４は、原子炉５１の運転時には仕切壁６５及びプールゲート６６により水密に塞がれている。燃料棒５４の運搬時には、燃料棒５４を水没させた状態で運搬するために、仕切壁６５及びプールゲート６６が開放され原子炉ウェル５２内にも冷却水が充填される。なお図１は、原子炉ウェル５２内にも冷却水が充填された状態を示している。
【００２３】
この他、使用済燃料貯蔵プール６１には、水温が上昇し浮上した冷却水をオーバーフローさせて回収するスキマサージタンク６７と、使用済燃料貯蔵プール６１の水位低下を検出し中央制御室（図示省略）へ警報を発する水位検知手段（図示省略）とが設置されている。
【００２４】
使用済燃料貯蔵プール６１の大きさの一例を示せば、縦が約１８ｍ、横が約１４ｍ、燃料収容部６２の深さが約１２ｍ、燃料収容部６２と燃料通路６４との間のスペース６９の深さが約８ｍである。また燃料棒５４の長さが約４ｍである。但し、使用済燃料貯蔵プール６１及び燃料棒５４の大きさは、これに限定されるものではない。
【００２５】
原子炉ウェル５２及び使用済燃料貯蔵プール６１の長手方向の両縁には、走行レール５５が設置されており、走行レール５５上を燃料取替装置５６が走行する。燃料取替装置５６は、原子炉ウェル５２及び使用済燃料貯蔵プール６１の幅方向に亘って横行可能に設置されており、伸縮する燃料把持部５７で燃料棒５４を掴み、原子炉圧力容器５３と燃料貯蔵ラック６３との間で燃料棒５４の入替えを行う。
【００２６】
本発明の第１実施形態である冷却装置１は、基本的には、冷却水の漏洩による使用済燃料貯蔵プール６１の水位低下時において燃料収容部６２の燃料棒５４（燃料貯蔵ラック６３）の一部又は全部が露出したときに、燃料棒５４に冷却水を散水し燃料棒５４を冷却する機能を有する。また冷却装置１は、冷却水の散水により燃料棒５４の放射線量を低減させる効果も発揮する。
【００２７】
冷却装置１は、散水手段として使用済燃料貯蔵プール６１の周囲に配置されるスパージャ配管１２と、使用済燃料貯蔵プール６１の中央部に散水可能に配置される散水配管１３とを備え、さらに散水配管１３を支持し使用済燃料貯蔵プール６１の中央部に送り出す駆動装置２１と、スパージャ配管１２及び散水配管１３への冷却水の供給、遮断の切替えを行う電動弁３１とを備える。
【００２８】
スパージャ配管１２は、使用済燃料貯蔵プール６１の側壁に沿って配置される。スパージャ配管１２は、基本的には燃料収容部６２の燃料棒５４に散水するためのものであるが、燃料収容部６２と燃料通路６４との間のスペース６９に原子炉５１内の構造物が収容されることがあるので、このスペース６９の収容物に対しても散水可能に配置される。スパージャ配管１２には、冷却水を噴射する噴射口１４が一定間隔で設けられており、噴射口１４から冷却水が放射状に散水される。
【００２９】
スパージャ配管１２は、被冷却物である、収容された燃料棒５４（燃料貯蔵ラック６３）よりも高い位置から散水するように配置すると燃料棒５４の放射線量を低減させることができ、好ましい。またスパージャ配管１２は、燃料取替装置５６が燃料棒５４を運搬する際に燃料取替装置５６の燃料把持部５７と干渉しないように燃料通路６４を除いて配置される。
【００３０】
散水配管１３は、容易に伸縮及び／又は屈伸自在な配管、例えばフレキシブル配管であり、先端に冷却水を放射状に散水するスプレーノズル１５が設けられている。散水配管１３は、後述する駆動装置２１に支持されており、散水時には駆動装置２１により使用済燃料貯蔵プール６１の中央部上方に送り出され、散水時以外には走行中の燃料取替装置５６などと干渉しないように駆動装置２１により使用済燃料貯蔵プール６１の外に収納される。
【００３１】
散水配管１３は、基本的にはスパージャ配管１２による散水では届かない位置に散水するために用いられる。
【００３２】
駆動装置２１は、電源や駆動機器などが収容された本体２２と、散水配管１３を支持するアーム２３とを備え、アーム２３を屈伸させることで散水配管１３の送り出し、及び収納を行う。
【００３３】
アーム２３は、中央に回動自在な継手２４を有し、継手２４を支点として回動することで屈伸し、散水配管１３のスプレーノズル１５を使用済燃料貯蔵プール６１の長手方向に平行移動させる。
【００３４】
電動弁３１は、スパージャ配管１２と散水配管１３とが合流する上流側に設置される。電動弁３１を開弁するとスパージャ配管１２及び散水配管１３から冷却水が散水される。
【００３５】
なお駆動装置２１及び電動弁３１は、非常時の電源喪失に備え、手動でも操作可能なことが好ましい。
【００３６】
次に本実施形態の冷却装置１の水源について説明する。通常、原子炉５１において使用済燃料貯蔵プール６１へ冷却水を供給可能な系統としては、燃料プール冷却系（ＦＰＣ系）７１、残留熱除去系（ＲＨＲ系）、復水移送系（ＭＵＷＣ系）がある。なお図３では、ポンプや電動弁などは省略している。
【００３７】
燃料プール冷却系７１は、冷却水を浄化する濾過脱塩器７２と、冷却水を冷却する熱交換器７３とを備え、使用済燃料貯蔵プール６１のスキマサージタンク６７に回収された冷却水を循環させて浄化、冷却し、使用済燃料貯蔵プール６１の底部へ供給する。
【００３８】
残留熱除去系は、原子炉５１の停止時後に原子炉圧力容器５３内の燃料棒５４の崩壊熱を除去する系統である。また残留熱除去系は、使用済燃料貯蔵プール６１に収容されている燃料棒５４の熱負荷が高い場合に燃料プール冷却系７１に冷却水を供給する。
【００３９】
復水移送系は、復水タンク（図示省略）を備え、燃料プール冷却系７１や残留熱除去系などの熱負荷が高い場合や、これらの系統が点検などで停止する場合に復水タンクから復水を使用済燃料貯蔵プール６１などへ供給する。
【００４０】
また火災等の非常時に備え、ダム等から取水し濾過した水を貯蔵する濾過水タンク（図示省略）を備える系統や、海水を貯蔵しておく耐震防火水槽（図示省略）などがある。
【００４１】
本実施形態の冷却装置１は、水源として、これらの燃料プール冷却系７１、残留熱除去系、復水移送系、濾過水タンク、耐震防火水槽から冷却水を引き込むことができる。また濾過脱塩器などを介して海から直接、海水を冷却装置１へ引き込む系統を設けてもよい。なお冷却装置１へ供給可能な水量は、地震などによる使用済燃料貯蔵プール６１の破損時において使用済燃料貯蔵プール６１の貯水機能が復旧するまでの間、継続して散水可能な水量を確保しておく必要がある。
【００４２】
次に本実施形態の冷却装置１による散水要領について説明する。地震などの災害により使用済燃料貯蔵プール６１が破損し冷却水の供給量以上に冷却水が漏洩すると、使用済燃料貯蔵プール６１の水位が低下し燃料棒５４（燃料貯蔵ラック６３）の一部又は全部が露出する。燃料棒５４が露出すると燃料棒５４の溶融や放射能汚染が起こる恐れがあり、燃料棒５４の冷却及び放射線量の低減を行う必要がある。
【００４３】
使用済燃料貯蔵プール６１の水位検知手段により水位低下が検出されると、中央制御室へ警報が発せられる。警報が発せられると中央制御室から駆動装置２１に起動信号を発信する。駆動装置２１は、起動信号を受信すると散水配管１３を燃料棒５４（燃料貯蔵ラック６３）の上方へ送り出す。散水配管１３の送り出し後、中央制御室からの信号により電動弁３１が開弁されると、スパージャ配管１２及び散水配管１３より散水が行われる。なお水位検知手段が作動する水位を燃料棒５４（燃料貯蔵ラック６３）の一部が露出する水位よりも高い水位に設定しておき、燃料棒５４が露出する前から散水が行われることが安全上、好ましい。
【００４４】
また駆動装置２１が散水配管１３を送り出す際に使用済燃料貯蔵プール６１の上空に燃料取替装置５６があると干渉してしまうので、燃料取替装置５６が使用済燃料貯蔵プール６１の上空にある場合は、燃料取替装置５６を使用済燃料貯蔵プール６１の外へ移動させてから散水配管１３の送り出しを行う。
【００４５】
冷却装置１による散水は、応急処置等により使用済燃料貯蔵プール６１の貯水機能が復旧し、再び燃料棒５４の冠水冷却が可能になるまで行われる。中央制御室からの信号により電動弁３１が閉弁され冷却装置１による散水が終了すると、中央制御室からの信号により駆動装置２１が散水配管１３を使用済燃料貯蔵プール６１の外へ収納する。
【００４６】
このように本実施形態の冷却装置１を用いると、使用済燃料貯蔵プール６１の貯水機能が喪失した場合でも燃料棒５４を冷却可能であるとともに、散水により放射線量を低減させることができる。
【００４７】
原子炉５１において使用済燃料貯蔵プール６１の破損は致命的であり、燃料棒５４が露出された場合は、一刻も早く冷却する必要がある。使用済燃料貯蔵プール６１を含む原子炉建屋内の構造物は、放射線から原子炉容器等を保護するために特殊な材料及び構造で構成されており、使用済燃料貯蔵プール６１が破損した際の補修は、容易ではない。本発明の冷却装置１が設置されていない場合、使用済燃料貯蔵プール６１の破損時には、応急処置が整うまでの間、消火栓などから放水を行うことが考えられるが、放水開始までに時間がかかるとともに、継続して放水するには負担が大きい。
【００４８】
本発明の冷却装置１を予め設置しておけば、燃料棒５４が露出する時点から散水可能であり、また燃料棒５４の冷却を継続して行うことが容易であり、致命的な事故の発生を抑制することができる。
【００４９】
以上、第１実施形態の冷却装置１を用いて、本発明の冷却装置及び該冷却装置を備える使用済燃料貯蔵プールを説明したが、本発明の冷却装置及び該冷却装置を備える使用済燃料貯蔵プールは、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で変形して使用することができる。例えば、使用済燃料貯蔵プール６１の幅方向に駆動装置２１用の横行レールを敷き、散水しながら駆動装置２１を使用済燃料貯蔵プール６１の幅方向に横行させるようにしてもよい。
【００５０】
また散水配管１３及び駆動装置２１には、例えば、公知のローディングアームを好適に用いることができる。さらに駆動装置２１は、アーム２３及び継手２４に代えて、例えば、伸縮式の梯子（図示省略）を用いて散水配管１３の送り出し及び収納を行うようにしてもよい。
【００５１】
本発明の冷却装置の水源は、前述したものに限定されるものではない。例えば、使用済燃料貯蔵プール６１の下方に漏洩した冷却水を受け入れるタンク（図示省略）を予め設置しておき、該タンクから濾過脱塩器及び熱交換器を介して冷却装置へ冷却水を循環させる系統を設けてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１                  冷却装置
１２                  スパージャ配管
１３                  散水配管
１４                  噴射口
１５                  スプレーヘッド
２１                  駆動装置
５１                  原子炉
５４                  燃料棒
５６                  燃料取替装置
６１                  使用済燃料貯蔵プール
【図１】
2015075349.tif 000003
【図２】
2015075349.tif 000004
【図３】
2015075349.tif 000005