(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料貯蔵ラックを固定することなく、地震等があった場合に水平方向への移動を抑制することが可能な燃料貯蔵設備を提供する。【解決手段】水３を収容するプール１と、前記プール１の床面１ａに固定されず載置され、その内部に燃料を貯蔵可能な燃料貯蔵ラック２と、前記プール１の床面１ａに固定して立設されたラック支持構造物４と、を備え、前記燃料貯蔵ラック２は、その下面から上方に延びる孔部を有し、前記燃料貯蔵ラック２が、前記ラック支持構造物４が前記孔部に挿入されて嵌合するように前記プール床面１ａに配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を収容するプールと、
前記プールの床面に固定されず載置され、その内部に燃料を貯蔵可能な燃料貯蔵ラックと、
前記プールの床面に固定して立設されたラック支持構造物と、を備え、
前記燃料貯蔵ラックは、その下面から上方に延びる孔部を有し、
前記ラック支持構造物が前記孔部に挿入された燃料貯蔵設備。
【請求項２】
前記孔部が前記燃料貯蔵ラックの上面まで達する貫通孔であって、
前記ラック支持構造物の高さが、前記燃料貯蔵ラックの設計用地震動による燃料貯蔵ラック浮き上がり高さよりも高い請求項１に記載の燃料貯蔵設備。
【請求項３】
前記ラック支持構造物の先端が、前記ラック支持構造物の下部に比べて細い形状である請求項１または２記載の燃料貯蔵設備。
【請求項４】
前記ラック支持構造物に取り付けられた支持構造物側スペーサをさらに備え、
前記支持構造物側スペーサは、少なくともその一部が、前記ラック支持構造物から遠ざかるように斜め下方向に形成された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料貯蔵設備。
【請求項５】
前記孔部の内面に取り付けられたラック側スペーサをさらに備え、
前記ラック側スペーサは、少なくともその一部が、前記孔部の内側に向かうよう斜め上方向に形成された請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料貯蔵設備。
【請求項６】
水源に接続される給水ポンプをさらに備え、
前記ラック支持構造物は中空部と、
前記中空部から前記ラック支持構造物表面に繋がる流路を有し、
前記給水ポンプから前記中空部へ水が供給されるよう構成された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料貯蔵設備。
【請求項７】
前記水源が共用プールと別途に設けられた設備である請求項６記載の燃料貯蔵設備。
【請求項８】
前記ラック支持構造物を覆うカバーをさらに備え、
前記カバーが、前記ラック支持構造物の上面に載置される上部と、
当該上部から下方に延びて前記ラック支持構造物を覆う側面部と、を有し、
前記側面部が前記ラック支持構造物と前記燃料貯蔵ラックの相対的な移動によって挟まれる際に変形することで緩衝作用を生ずる請求項１乃至７の何れか１項に記載の燃料貯蔵設備。
【請求項９】
燃料プール内に配置され、その内部に燃料を装荷できる燃料貯蔵ラックであって、
前記燃料プールの床面に立設されたラック支持構造物が挿入される孔部を下面に有する燃料貯蔵ラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所で使用される燃料を貯蔵する設備と、当該設備に使用される燃料貯蔵ラックに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所では、原子炉の炉心において所定期間使用した燃料（使用済燃料）を炉心から取り出した後、原子炉建屋内の使用済燃料プールに設置された使用済燃料貯蔵ラックに装荷し、貯蔵する。このような燃料貯蔵ラックには、使用済燃料プールに固定設定される固定式と、使用済み燃料プールに固定せずに配置される自立式がある。何れも、一般的に縦長の箱型として形成され、固定式の場合は、底部に設けられたベースが基礎ボルトにより使用済み燃料プール床に固定される。一方、自立式の場合は、底部に脚部が設けられて、プール床に固定されることなく自立する構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平4-27898号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料貯蔵ラックは、所定期間にわたって使用済燃料が臨界に達しないよう支持・保管し、冷却する機能を維持する必要がある。そのため、地震が発生した場合に、燃料貯蔵ラックにかかる荷重での破損や転倒を防止する必要がある。
【０００５】
固定式の場合は、基礎ボルトに大きな引張荷重が発生するが、自立式は使用済燃料プール床に固定されていないため、固定式のように基礎ボルトに荷重が発生することはない。また、固定式に比べると、使用済み燃料プール内への設置や除却が容易という利点もある。
【０００６】
その一方、自立指揮の場合は、地震等による滑り、浮き上がり、ロッキングが起こる可能性がある。通常、燃料貯蔵ラックはプール内に多数並べて配置されるため、他の燃料貯蔵ラックや、プール内の機器、プール側壁等の周辺構造物との接触を防止する必要がある。また、周辺構造物との接触なかったとしても、滑り等で移動した燃料貯蔵ラックを初期位置へ戻す作業が必要である。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑み、燃料貯蔵ラックを固定することなく、地震等があった場合に水平方向への移動を抑制することが可能な燃料貯蔵設備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】
上記目的を達成するため、本発明の実施形態による燃料貯蔵設備は、水を収容するプールと、前記プールの床面に固定されず載置され、その内部に燃料を貯蔵可能な燃料貯蔵ラックと、前記プールの床面に固定して立設されたラック支持構造物と、を備え、前記燃料貯蔵ラックは、その下面から上方に延びる孔部を有し、前記燃料貯蔵ラックが、前記ラック支持構造物が前記孔部に挿入されて嵌合するように  前記プール床面に配置されたものである。
【０００９】
また、本発明の実施形態による燃料貯蔵ラックは、燃料プール内に配置され、その内部に燃料を装荷できる燃料貯蔵ラックであって、前記燃料プールの床面に立設されたラック支持構造物が挿入される孔部を下面に有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、燃料貯蔵ラックをプールに固定することなく、地震等があった場合に水平方向への移動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態による燃料貯蔵設備の概略を示す斜視図。
【図２】（ａ）第１実施形態による燃料貯蔵ラックの概略を示す斜視図、（ｂ）燃料貯蔵ラックの上面図、（ｃ）第１実施形態による燃料貯蔵設備の要部拡大縦断面図。
【図３】第１実施形態の変形例による燃料貯蔵設備の要部拡大縦断面図。
【図４】第２実施形態による燃料貯蔵設備の要部拡大縦断面図。
【図５】第２実施形態の変形例による燃料貯蔵設備の要部拡大縦断面図。
【図６】第３実施形態による燃料貯蔵設備の要部拡大縦断面図。
【図７】第３実施形態の変形例による燃料貯蔵設備の要部拡大縦断面図。
【図８】第４実施形態による燃料貯蔵設備の要部拡大縦断面図。
【図９】（ａ）第５実施形態による燃料貯蔵設備の要部拡大縦断面図、（ｂ）本実施形態の作用を示す要部拡大縦断面図。
【図１０】（ａ）第５実施形態の変形例の要部拡大縦断面図、（ｃ）第５実施形態の別の変形例の要部拡大縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る燃料貯蔵設備の構成について、図１等を用いて説明する。図１は、第１実施形態による燃料貯蔵設備の概略を示す図である。燃料貯蔵設備１００は、燃料プール１と、この燃料プール１内に多数並べて配置された自立式の燃料貯蔵ラック２を有する。燃料プール１は水３で満たされており、通常、燃料ラック２は水没している。燃料貯蔵ラック２には原子炉で使用された燃料が装荷されて、燃料プール１内部で保管される。また、燃料プール底部１ａには、柱状の構造物であるラック支持構造物４が固定して立設されている。ラック支持構造物４は、後で詳述するように、燃料貯蔵ラック２の下面から挿入されるように配置される。図１においては一部の燃料貯蔵ラック２を省略してラック支持構造物４を図示しており、また図示されている燃料貯蔵ラック２もラック支持構造物４が下面から挿入された状態である。ラック支持構造物４は、中空構造でも中実構造であってもよい。また、ラック支持構造物４には、例えば燃料貯蔵ラック２と同様の材料、コンクリート、ボロン添加ステンレス鋼等を用いる。
【００１４】
次に、燃料貯蔵ラック２の構成について図２を用いて説明する。図２は燃料貯蔵ラック１０２の構成を示す図で、図２（ａ）が構造の概略を示す斜視図、図２（ｂ）が上面図、図２（ｃ）が図２（ｂ）に示したＡ−Ａ線による矢視図である。燃料貯蔵ラック２は多角形の角筒形状（本実施形態では四角筒形状とする）で、上面が開放しており、その内側が格子で区切られて形状を有する。例えば角筒の外枠の中に格子板が並べられて形成されるほか、小さい角筒を外枠内に配列して形成する場合がある。
【００１５】
この格子で区切られたセル２ａのひとつひとつに、原子炉の燃料集合体５が装荷される。使用済み燃料を装荷するのが通常であるが、これに限定されず例えば使用前の燃料等を装荷しても構わない。
【００１６】
さらに、この燃料貯蔵ラックは、セル２ａの配列の中央に当たる位置に、下側に開口した孔部２ｂを有する。孔部２ａは下面と上面のそれぞれに開口した貫通孔である。なお、孔部２ｂがセル２ａの配列の中央に限定されず、また下面のみ開口した非貫通孔であってもよい。孔部２ｂは、セル２ａとほぼ同じ断面積で形成される。
【００１７】
燃料貯蔵ラック２は、図２（ｃ）に示すように、その孔部２ｂにラック支持構造物４が挿入されるように配置される。より具体的には、燃料貯蔵ラック２を上方から吊り下ろしてプール底部１ａに配置する際に、孔部２ｂとラック支持構造物４の水平方向位置を合わせて吊り下ろすことで、孔部２ｂにラック支持構造物４を挿入させる。
【００１８】
以下、燃料貯蔵設備１００の作用について説明する。燃料貯蔵ラック２ａは、基礎ボルトによる固定等を行っていない自立式である。地震が起きた場合、鉛直方向への移動に対しては制限がないので、燃料貯蔵ラック２ａに大きい荷重がかかることがない。その一方、燃料貯蔵ラック２ａの水平方向への移動は、孔部２ｂに挿入されたラック支持構造物４と燃料貯蔵ラック２ａの干渉により制限される。
【００１９】
ここで、地震時に発生する荷重は、孔部２ｂの内面とラック支持構造物４の外面の衝突によるものとなり、ラック支持構造物４に発生する荷重はせん断荷重が主となる。このため、固定式の燃料貯蔵ラックに比較して、発生する引張荷重が小さい。
【００２０】
なお、上述したように燃料貯蔵ラック２の鉛直方向への移動には制限がない。このため、ラック支持構造物４の高さを、設計時に想定する地震動による燃料貯蔵ラック２の浮き上がり高さよりも大きくすることが望ましい。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態の燃料貯蔵設備１００によれば、地震が起きた場合に燃料貯蔵ラック２に生じる荷重を、従来の固定式のラックに比べて小さくすることができる。
【００２２】
また、地震が起きた場合に、従来の自立式のラックのように水平方向に移動してしまって、位置を戻す作業が発生することがない。
【００２３】
また、孔部２ｂはセル２ａと概ね同じ断面積であるため、従来の燃料貯蔵ラックの任意の数かつ任意の位置のセル２ａを孔部２ｂに変更しただけの構成であり、製造が容易である。
【００２４】
また、ラック支持構造物４が孔部２ｂに挿入されるように燃料貯蔵ラック２をするだけなので、基礎ボルトの取り付けや取り外し作業が生じる従来の固定式のラックに比較して、据付や除却の作業効率に優れる。
【００２５】
なお、図３に示すように、ラック支持構造物４の高さ寸法を燃料貯蔵ラック２の高さ寸法と同等としてもよい。孔部２ｂを貫通孔とした場合、一見してセル２ａとの見分けがつき難い。このため、ラック支持構造物４を燃料貯蔵ラック２と同等の高さとすることで、孔部２ｂに挿入された状態のラック支持構造物４の視認性が高まり、燃料３を誤挿入することを防止することができる。
【００２６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る構成について、図４等を用いて以下説明する。なお、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図４は、本実施形態に係る燃料貯蔵設備１００の要部拡大縦断面図である。本実施形態では、ラック支持構造物４の上端が錘状に形成されている。また、図５に示す本実施形態の変形例では、ラック支持構造物４の上端が半球形状に形成されている。
【００２８】
本実施形態及び変形例によれば、ラック支持構造物４の先端が下部に比べて細い形状とすることで、ラック支持構造物４を孔部２ｂに挿入させる際の挿入性が向上し、設置工事の作業効率を向上させることができる。
【００２９】
また、燃料貯蔵ラック２にロッキングが発生した場合、ラック支持構造物４をこのような形状とすることにより燃料貯蔵ラック２の内壁との干渉を回避することで、転倒モーメントの発生を抑制することができる。
【００３０】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る構成について、図６等を用いて以下説明する。なお、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３１】
本実施形態では、ラック支持構造物４に、スペーサ６ａを取り付けている。スペーサ６ａは、ラック支持構造物４の上端付近に取り付けられ、下にいくほど外側に広がるような形状を有する。つまり、ラック支持構造物４への取り付け位置から、斜め下方向へ延びている。このスペーサ６ａが、ラック支持構造物４の燃料貯蔵ラック２と対向する面それぞれに設けられている。また、スペーサ６ａの下端近傍は、ラック支持構造物４側に屈曲している。
【００３２】
このスペーサ６ａには、例えば炭素鋼やステンレス鋼、アルミ合金等を用い、ボロン等を添加したものであってもよい。
【００３３】
また、図７に示す変形例では、スペーサ６ｂを燃料貯蔵ラック２側に設けている。スペーサ６ｂは、燃料貯蔵ラック２の取り付け位置から斜め上方向へ延びており、その上端近傍は、燃料貯蔵ラック２の内面側に屈曲している。
【００３４】
本実施形態及び変形例では、スペーサ６ａまたは６ｂにより、燃料貯蔵ラック２を設置する際の位置決め精度を向上させることができる。また、スペーサ６ａまたは６ｂの先端近傍を反対側に折り返した形状としたことで、スペーサ６ａまたは６ｂが燃料貯蔵ラック２やラック支持構造物４にひっかかる可能性が低い。
【００３５】
なお、本実施形態ではスペーサ６ａまたは６ｂをそれぞれ４つ設けた例で説明したが、これに限られず任意の個数とすることができ、また例えばスペーサ６ａとスペーサ６ｂを２つずつ組み合わせることも可能である。また、スペーサ６ａとスペーサ６ｂの取り付け位置についても、燃料貯蔵ラック２が設置された状態において、スペーサ６ａまたは６ｂの少なくとも一部がラック支持構造物４と燃料貯蔵ラック２の間に位置するような配置であればよい。
【００３６】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係る構成について、図８を用いて以下説明する。なお、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
本実施形態では、ラック支持構造物４の内部に中空部４ａ形成され、この中空部４ａは、流路４ｂによってラック支持構造物４の外側と連通している。ラック支持構造物の中空部４ａは、給水ポンプ１１と接続されており、給水ポンプ１１によって水源１２（冷却水タンク）に貯蔵された水が供給される。中空部４ａに供給された水は、流路４ｂからラック支持構造物４の外に流出する。
【００３８】
本実施形態によれば、ラック支持構造物４を介して燃料貯蔵ラック２の内部に水を供給して強制対流を発生させることができる。これにより貯蔵された燃料集合体５の除熱性を向上させることができる。
【００３９】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態に係る構成について、図９等を用いて以下説明する。なお、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図９（ａ）は、本実施形態によるカバー２１を設けられたラック支持構造物４の要部拡大縦断面図である。
【００４０】
本実施形態では、ラック支持構造物４にカバー２１（例えば金属製）が設置されている。カバー２１は、ラック支持構造物４の上面に載置されており、ラック支持構造物４の側面を覆っている。また、カバー２１の上部には吊り具２２が取り付けられており、燃料交換機等のクレーンで吊り上げや吊り降ろすことが可能である。吊り上げや吊り降ろしに専用の治具を用いることで、吊り具２２を不要とすることもできる。
【００４１】
カバー２１の形状について、具体的に説明する。ラック支持構造物４上面と接する水平部がラック支持構造物４上面の外まで延び、そこから屈曲して下方に延びてラック支持構造物４側面を覆う。さらに、ある程度下方まで延びたところでラック支持構造物４側へ折り返し、カバー２１の外側面部とラック支持構造物４の間で上方に延びている。カバー２１の外側面部と、ラック支持構造物４に近い内側面部の間には、間隙２３が形成される。
【００４２】
本実施形態の作用について、図９（ｂ）を用いて説明する。地震が発生した場合、地震動の大きさがある程度大きいと燃料貯蔵ラック２とラック支持構造物４の相対的な移動により燃料貯蔵ラック２とラック支持構造物４接触する。この際、カバー２１の側面部が燃料貯蔵ラック２とラック支持構造物４に挟まれて変形する。図９（ｂ）は、カバー２１が燃料貯蔵ラック２とラック支持構造物４に挟まれて変形し、間隙２３が無くなった状態を示している。
【００４３】
カバー２１が変形する際、カバー２１の変形によってエネルギが吸収される。また、間隙２３は水で満たされているので、カバー２１が変形する際にカバー２１内側の水が狭い流路を通ってカバー２１の外側へ流出するため、ダンパとして作用し、エネルギが吸収される。
【００４４】
本実施形態によれば、地震動によって燃料貯蔵ラック２とラック支持構造物４が接触する際に、カバー２１がエネルギを吸収することで、燃料貯蔵ラック２とラック支持構造物４それぞれの負荷を低減することができる。また、地震動以外の原因で、例えば燃料ラック２の設置時の位置決めミス等で接触する場合も、燃料貯蔵ラック２とラック支持構造物４を保護することができる。
【００４５】
また、カバー２１は、吊り上げないし吊り降ろしのみで除却ないし設置できるため、交換作業が簡単である。したがって、地震後に燃料貯蔵ラック２やラック支持構造物４の健全性が維持されておりカバー２１の交換のみですむ場合は、燃料貯蔵ラック２やラック支持構造物４の補修や交換等を行なう場合に比較して、復旧作業等を短期間で完了することができる。
【００４６】
本実施形態の変形例を、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）に示す変形例では、カバー２１の内側面部を波板形状としている。この場合、カバー２１が燃料貯蔵ラック２とラック支持構造物４に挟まれた場合に、カバー２１全体としての変形量が大きくなるので、より多くのエネルギを吸収することができる。また、図１０（ｂ）に示す別の変形例では、カバー２１の先端がカバー２１の外側面部に向けて屈曲されている。先端は、カバー２１にの外側面部に接触してもしなくてもよい。この場合も、本実施形態に比較してカバー２１全体としての変形量が大きくなるので、より多くのエネルギを吸収することができる。
【００４７】
また、本実施形態及び各変形例において、例えば間隙２３に中空の金属球等を緩衝材として配置してもよい。これにより、吸収するエネルギをさらに増大させることができる。この際、カバー２１の側面部が潰れた状態でも、緩衝材はカバー２１と一緒に吊り上げられるので、設置や除却の作業性に影響しない。
【００４８】
また、ラック支持構造物４の上面に接する部分は、板状でなく、例えば十字形の梁状であってもよい。あるいは、カバー２１がラック支持構造物４の上面から側面の途中までを完全に覆う形状だと、気中環境で設置した後に燃料貯蔵プール１を水で満たす場合に間隙２３等に空気が残る可能性があるので、空気の排出口としてのカバー２１の内側と外側を連通する貫通孔を設けてもよい。貫通孔は大きく形成する必要はないので、カバー２１のダンパとしての作用に影響しない。また、貫通孔を設けることで第４実施形態のラック支持構造物４に適用することも可能である。
【００４９】
また、本実施形態および変形例では、カバー２１が水平部を有するものとして説明したが、ラック支持構造物４に応じた形状であればよく、例えば第２実施形態のラック支持構造物４に適用する場合は、ラック支持構造物４の上面を覆う錘形状や半球形状の上部と、ラック支持構造物４の側面を覆う側面部を有するカバー２１とされる。
【００５０】
また、本実施形態及び変形例ではカバー２１の側面部が鉛直方向に延びる形状として説明したが、例えば下に延びるにつれてラック支持構造物４から遠ざかる形状として、第３実施形態に示すスペーサ６ａ、６ｂの機能を兼ねることも可能である。
【００５１】
さらに、カバー２１の側面部は、下方へ延びてから内側へ折り返し、上方へ延びる形状として説明したが、これに限られず、燃料貯蔵ラック２とラック支持構造物４が接触を緩衝する作用があればよい。例えば、側面部が下方へ延びる波板形状とするものや、下方延びる中空の板であってもよい。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５３】
例えば、第５実施形態および変形例によるカバー２１は、ラック支持構造物４の側面全周を覆うのではなく、部分的に覆う構成であってもよい。
【００５４】
あるいは、カバー２１は主に塑性変形によってエネルギを吸収するものとして説明したが、弾性変形によってエネルギを吸収するものであってもよい。例えば、ラック支持構造物４の側面との間にバネ等の弾性体を取り付ける、あるいはカバー２１の上部と側面部の間を板バネで接続する構成が考えられる。
【符号の説明】
【００５５】
１００  燃料貯蔵設備
１  燃料貯蔵プール
１ａ  プール底部
２  燃料貯蔵ラック
２ａ  セル
２ｂ  孔部
３  水
４  ラック支持構造物
４ａ  中空部
４ｂ  流路
５  燃料集合体
６ａ、６ｂ  スペーサ
１１  給水ポンプ
１２  水源
２１，２１ａ，２１ｂ  カバー
２２  吊り具
２３  間隙
【図１】
2015197334.tif 000003
【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】
2015197334.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015197334.tif 000011
【図１０】
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