(57)【要約】【課題】  使用された燃料集合体を貯蔵する燃料ラックに十分な耐震性を保持させ、且つ据付作業性及び経済性の向上と構造の簡略化を図る。【解決手段】  隣接する燃料ラックの上端部へ連結用ハンガとサポート金物を設け連結させることにより、地震力に対する水平方向の負荷を他の燃料ラックにより支持することで、過大な振動を抑制する。また、燃料プール床あるいは壁との固定を不要とし、そのまま燃料ラック本体を設置することにより、原子力発電設備建屋から伝達される地震力は低減される。さらに基礎ボルトによる固定作業及び共通ベースを不要とすることとサポート金物による連結部を燃料ラック上方に位置させることで、作業の簡易化及びコスト削減が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電設備内で使用された燃料集合体を貯蔵する使用済燃料貯蔵ラックにおいて、
前記燃料ラック上端部に回転軸又は支持軸を有する連結用ハンガと、
隣接するハンガを固定するサポート金物により、燃料ラック上方にてラック同士を連結固定することを特徴とする使用済燃料貯蔵ラック。
【請求項２】
請求項１の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、
該使用済燃料貯蔵ラックの据付けにおいて基礎ボルト若しくは共通ベース及びナット等の固定部材を用いないことを特徴とする使用済燃料貯蔵ラック。
【請求項３】
請求項１の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、
前記連結用ハンガは燃料ラック吊具と同等、またはそれ以下の高さを有したことを特徴とする使用済燃料貯蔵ラック。
【請求項４】
請求項１の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、
前記サポート金物は、連結脱着を行うためにその上部に作業用の取手が少なくとも１つ以上設けられていることを特徴とする使用済燃料貯蔵ラック。
【請求項５】
請求項１の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、
隣接する前記連結用ハンガと固定する前記サポート金物の高さを変えることで、燃料ラックをクロスに連結する手段を有することを特徴とする使用済燃料貯蔵ラック。
【請求項６】
請求項１の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、
前記原子力発電設備が設置される地域の地震規模により、燃料ラックの連結方向，連結数を選択可能なことを特徴とする使用済燃料貯蔵ラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電設備で使用された燃料集合体を貯蔵する使用済燃料貯蔵ラックに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電設備において使用された燃料集合体は、燃料プール内に据付けられる燃料ラックへ貯蔵される。燃料ラックは、臨界安全上重要な機器であり、地震に対する健全性が強く要求されているため、燃料ラックの本体は燃料プール床あるいは壁と固定されている。これより、水平方向に地震力を受けた場合、燃料ラック自身に大きな振動が伝達される。これに耐えられるよう燃料ラック本体、および固定部は十分剛に製作され、燃料集合体保持や未臨界性維持を行っている。一方、特開平８−３３４５９６号公報〔特許文献１〕記載のように燃料ラック同士を上下２段に固定されたブラケットへピンを差し込むことにより互いを連結させ、剛性を高めることで耐震性を向上させ、燃料集合体保持や未臨界性維持を行うものがある。
【０００３】
近年は、燃料プール内のスペースを有効活用して燃料集合体の貯蔵容量を増加させるため、高密度燃料ラックへのリプレース工事（以下「リラッキング」という）が実施されている。従来、例えばＢＷＲでの燃料ラック固定方法における燃料プール床上の基礎ボルトは、燃料集合体を１本ずつ挿入し保管する燃料ラックの貯蔵セルの中心に位置するよう設置されており、燃料ラック据付け後、締付用工具を上方から貯蔵セル内へ通し、ナット等により基礎ボルトを締付け固定する。しかし、リラッキングの場合は既設燃料ラックから新しい高密度燃料ラックへの取替えとなり、燃料集合体の貯蔵密度増加に伴い、既設燃料ラックと高密度燃料ラックの貯蔵セル中心の間隔は異なる。したがって、既設燃料ラックを固定していた基礎ボルトと高密度燃料ラックの貯蔵セル中心は一致しないため、水面上方から締付用工具を使用したボルト締付作業は困難となる。この問題を解消するため、現在では図１０に示すように燃料プール９内において、燃料プール床２と新しく取替えられる燃料ラック１との間に据付用架台７（以下「共通ベース」という）を置いている。これは、共通ベース下部と基礎ボルト８をナット６ａにより締付後、共通ベース上部のラック取付け用ボルト５を燃料ラック１のラックベース４へ貫通させ、ナット６ｂで固定している。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３３４５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の公知例であるピンによる燃料ラック連結据付法は地震力に対して十分な強度を保持させるため、連結するピンの径の増加及びこれに伴いブラケット部の穴の配置や間隔の拡大から、据付け後、隣接する燃料ラック間の隙間は大きくなることが考えられる。燃料集合体の貯蔵密度増加を達成するためには、燃料ラックの稠密化と燃料ラック間の据付ギャップを小さくすることが必要となるが、前述の公知例においては、据付ギャップを小さくすることは困難であり、燃料プール内の限られた貯蔵スペースを有効に活用できないものと考えられる。次に燃料ラック据付け作業においては、燃料プール内へ部品脱落の可能性があり、さらにリラッキングで新たな燃料ラックに取替える必要がある場合、燃料ラック間に位置するピンの脱着作業は、工具と燃料ラックとの干渉問題や燃料ラック間での操作により作業進行の困難が予想される。
【０００６】
例えばＢＷＲにおける従来技術の基礎ボルトによる固定方法によれば、直接燃料プール床と燃料ラックが固定されるため、地震力を受けた際、燃料ラックと原子炉建屋を繋ぐ基礎ボルトに対し、十分な強度を持たせる必要がある。また、この固定方法はプール建設時、基礎ボルトを有する埋込金物を燃料プール床に埋め込む設定作業が非常に煩雑になるという問題がある。
【０００７】
ＢＷＲにおける燃料プールは原子炉建屋上部に位置しており燃料プール内設備に対して許容重量が定められている。そのため、共通ベースを用いたリラッキングでは、高密度燃料ラック設置による燃料集合体の貯蔵増加量と共通ベース据付けに伴う重量増加によりこの許容値を超える場合も想定され、共通ベースを用いたリラッキングを現在の既設原子力発電設備全てに適用することは困難な場合も有り得る。また、燃料ラック及び共通ベースのボルト固定作業においては、燃料ラックと締付用工具との衝突や燃料プール内へのボルトの落下という人為的な事故に対する安全性が強く求められる。
【０００８】
従って、燃料ラック据付けに関する作業が簡易且つ効率的であり、リラッキングにおいては共通ベースを使用しないで据付けられ、いずれも地震に対する安全性を維持した新しい固定方法を採用した燃料ラックが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は原子力発電設備内で使用された燃料集合体を貯蔵する使用済燃料貯蔵ラックにおいて、前記燃料ラック上端部に回転軸又は支持軸を有する連結用ハンガと、隣接するハンガを固定するサポート金物により、燃料ラック上方にてラック同士を連結固定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は使用済燃料貯蔵ラックにおいて、該使用済燃料貯蔵ラックの据付けにおいて基礎ボルト若しくは共通ベース及びナット等の固定部材を用いないことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明は使用済燃料貯蔵ラックにおいて、前記連結用ハンガは燃料ラック吊具と同等、またはそれ以下の高さを有したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明は使用済燃料貯蔵ラックにおいて、前記サポート金物は、連結脱着を行うためにその上部に作業用の取手が少なくとも１つ以上設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明は使用済燃料貯蔵ラックにおいて、隣接する前記連結用ハンガと固定する前記サポート金物の高さを変えることで、燃料ラックをクロスに連結する手段を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明は使用済燃料貯蔵ラックにおいて、前記原子力発電設備が設置される地域の地震規模により、燃料ラックの連結方向，連結数を選択可能なことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の使用済燃料貯蔵ラックによれば、燃料ラックをボルト等で燃料プール床あるいは壁に固定せず、隣接する燃料ラック同士を連結させる自立構造とすることにより、基礎ボルト用の埋込金物をなくすことができ、さらに据付け施工を簡易にすることができる。
【００１６】
また、本発明の使用済燃料貯蔵ラックによれば、燃料ラック，連結用ハンガ及びサポート金物を一体にすることで、従来使用される固定用ナットや連結用ピン等は不要となり、燃料ラックの据付け・取外し作業時の燃料プール内への部品落下を回避できる。また、連結するサポート金物がラック上部に位置するため、プール上方からの脱着作業の操作がしやすくなる。
【００１７】
本発明の使用済燃料貯蔵ラックを適用した場合、リラッキング時、新しく据付ける燃料ラックは、基礎ボルトによる固定を行わず、基礎ボルトにより燃料ラックの水平方向の地震のみを支持することで、サポート金物による上方での連結支持と基礎ボルトによる下方での水平支持が成立する。従って、基礎ボルトに働く地震荷重が低減されるとともに、共通ベース省略に伴う据付け工程の大幅な短縮，共通ベース本体に関わるコスト削減によって、リラッキングに関わる費用の低減を達成できる。
【００１８】
従来の共通ベースを用いたリラッキングでは、工事後のラック頂部高さが高くなるため、燃料集合体移動時の燃料ラックとの干渉を防止するため、燃料集合体の移動に使用される燃料取替機の改造が必須となる。しかし、本発明の設置方法は、連結用ハンガを燃料ラック吊具の高さを同じにすることで、このような高さ変更に伴う干渉検討や改造工事は不要となり、これに伴う工程を削減することができる。
【００１９】
また、本発明の使用済燃料貯蔵ラックによれば、連結用ハンガとサポート金物を燃料ラックへ適用することは、既存燃料ラックに大きな構造変更をすることなく、作業工程の簡略化を達成できる。また、従来技術のピンによる連結は、必要な強度を有するピン径やその本数等といった影響により燃料ラック間の据付けギャップは大きくなることが考えられるが、本発明では、燃料ラックの連結が上方であり、サポート金物の形状や連結用ハンガの取付け位置を検討することで、連結時の燃料ラック間の据付けギャップはピンによる連結よりも比較的小さくしやすく、燃料プール内の貯蔵スペースを有効活用できる。
【００２０】
このように、本発明の使用済燃料貯蔵ラックによれば、各地の原子力発電設備に求められる耐震条件に合わせた連結手段を選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１，図２を用いて本発明を詳細に述べる。図１は本発明の使用済燃料貯蔵ラックを新しく建設されるプラント（以下、「新設プラント」という）に適用した設置例を示す図である。燃料プール床２にはラック取付け用の基礎ボルトはなく、そのまま燃料ラック１を設置する。一方の燃料ラック上端面に取付けられた連結用ハンガ１０ａには、回転軸１１とサポート金物１２が取付けられており、隣接する燃料ラックの連結用ハンガ10ｂは、サポート金物１２を連結支持する支持軸１３が取付けられている。燃料ラック据付け時、それぞれの燃料ラックの連結用ハンガ１０ａ，１０ｂは必ず隣接するものとし、サポート金物１２のホルダー部１４を連結用ハンガ１０ｂの支持軸１３に結合させることによって燃料ラックの固定を行う。このサポート金物１２は、地震時において燃料ラック同士の振動により発生する水平方向の圧縮，引張及びせん断荷重に対して十分な強度を有するものとする。このような連結が他に設置される燃料ラックにも同様に行われる。この設置状態において地震を受けた場合、ある燃料ラックにおいて発生する転倒モーメントは、その横に位置する燃料ラックや他に周囲に配置される燃料ラックにより連結され、その結果、転倒が抑制される。このような複数の燃料ラック連結を施すことで、燃料ラックの転倒を相互に防止し、地震時における燃料ラックの横揺れを抑制し、耐震性を向上させる。
【００２２】
図２には、本発明をリラッキングに適用した場合の燃料ラック据付け実施例を示す。従来ならば、新しく置き換えられる燃料ラックは共通ベースを介し固定する方法が行われるが、前述と同様に、燃料ラック１をサポート金物１２によって連結し、燃料プール床２に直接設置する。その際、燃料ラックのラックベース４には、既設燃料ラックを固定していた基礎ボルト８を貫通させるのみとし、ナットなどによる固定は行わない。燃料ラックを基礎ボルト８に固定した場合、ボルトには地震力を受けた際、転倒モーメントに逆らって燃料ラックを支持する引張荷重とせん断荷重が発生するが、ナット等による固定を行わないことで、基礎ボルトへは引張荷重は発生しなくなり、水平方向のせん断荷重のみを負担することとなる。このため、基礎ボルトの強度に依存しないリラッキングが可能となる。
【００２３】
図３に、従来技術と本発明による据付施工フロー図を示す。新設プラントにおいて本発明を適用した場合、燃料ラックを燃料プール床に固定する埋込金物の設置(ステップ３１)が省略でき、ナットによる燃料ラックの固定作業（ステップ３３）はサポート金物の連結作業に置換される。また燃料ラックのリラッキングでは、共通ベースの据付けに関わる作業（ステップ３６，３７）が不要となり、すべての作業が燃料プール内の水中で行われることを考慮すると、リラッキング作業工程の大幅な短縮が可能となる。
【００２４】
燃料ラックに連結用ハンガとサポート金物を適用した例を図４〜図６に示す。図４は角筒体１５を燃料集合体が１本ずつ収納可能な間隔で市松模様状に配列させた市松構造の燃料ラックにおいて、側面端の角筒体１５ａを連結用ハンガとして適用した一例である。この時、尚、燃料ラックを構成する材料には、中性子遮蔽（吸収）効果をもつ材料を用いても良い。既存構造の燃料ラックの角筒体を通常より長手方向に長くした角筒体１５ａにサポート金物１２，回転軸１１及び支持軸１３を取付け、角筒体１５ａの対角の２面は、サポート金物がないため通常のラック高さ（貯蔵セル高さ）と同じとする。図５は部材１７を、燃料集合体を１本ずつ収納可能な正方格子状に配列することで貯蔵セルを構成する板構造の燃料ラックにサポート金物を適用した一例であり、燃料ラック側面を構成する部材１７ａ，１７ｂを連結用ハンガとして使用したものである。図６は連結用ハンガとして鋼板１８ａ，１８ｂを既存板構造の燃料ラックへ適用した例を示す。この鋼板は燃料ラックを構成する部材と同一材質である必要はない。このような構造を有することで燃料ラック自身の大幅な構造変更を不要とし、簡単に取付ける事が可能となる。尚、上記各種の連結用ハンガについては回転軸１１，支持軸１３どちらをつけてもよい。この場合、ある燃料ラックの連結用ハンガには回転軸が構成され、連結する相手側燃料ラックに対応する軸は必ず支持軸となる必要がある。
【００２５】
サポート金物１２は回転軸１１により角筒体、あるいは鋼板と固定され、上下に開閉する機構をもつ。サポート金物１２の材料は、地震時に燃料ラック同士の振動により発生する引張荷重やせん断荷重に対して十分な強度を有する鋼材を用いる。連結用ハンガである角筒体１５ａ，部材１７ａ，１７ｂ及び鋼板１８ａ，１８ｂの高さは、燃料ラック吊具３の高さと同等又はそれ以下とする。これより、燃料集合体移動時の燃料ラックと燃料集合体との干渉評価を省略できる。
【００２６】
連結用ハンガ１５ａ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ及び１８ｂには、サポート金物の開閉範囲を制限する支持ピン１９が取付けられており、これにより燃料ラック本体又は隣接する燃料ラックとサポート金物の接触を防止する。また、サポート金物１２の上部には取手
２０が付いており、連結作業時はこの取手を使って操作を行う。
【００２７】
図７に燃料プール内に本発明を適用した一例を示す。リラッキングにおける燃料ラックの連結作業者は、燃料プールの水面上方から作業を行う。作業者は、水中観察用ＣＣＤカメラ２１により状況を確認しながら連結用工具２２で取手２０を操作し、燃料ラック同士の連結取付け又は取外しを行う。このとき、連結用ハンガとサポート金物は燃料ラックと一体に構成しているため、従来の固定方法において使用されるナットやピン等といった部品を燃料プール内へ落下させるという事故は未然に防げる。さらに、連結用ハンガとサポート金物がラック上方に位置するため、連結作業性の向上が図れる。
【００２８】
上記図７の燃料ラック同士の連結部詳細例を図８に示す。燃料ラック２３の連結用ハンガ部の回転軸に支持されたサポート金物１２ａは、燃料ラック２４の連結用ハンガ部の支持軸と連結される。前述燃料ラック２３のサポート金物１２ａに対して９０°向きの異なる方向に位置するサポート金物１２ｂは、燃料ラック２６と連結される。同様に燃料ラック２５（図７）は、燃料ラック２４，２６と連結する。このような連結が隣接する燃料ラック同士に行われる。尚、この機構はある燃料ラックに対して別の燃料ラックが隣接する場合に適用され、燃料ラックが隣接しない側の燃料ラック上端部は、本構造を有する必要はない。
【００２９】
図９に燃料ラック連結状態の平面図を示す。想定される地震の規模が大きい地域にある原子力発電設備で使用される燃料ラックは、地震力による倒れを防止するため、サポート金物１２ａ，１２ｂにて四方に隣接する燃料ラックと連結する（図９（ａ）参照）。しかし、比較的地震の規模が小さな原子力発電設備においては、上記のような連結方法をすべての燃料ラックに適用する必要はなく、一方向連結（例：サポート金物１２ａによる長手方向のみ連結）や、評価・解析等の検討結果より強度が求められる箇所の燃料ラックに対して本発明を適用してもよい（図９（ｂ）参照）。その際、連結が行われない燃料ラック上端部は本機構を有する必要はない。
【００３０】
本発明の使用済燃料貯蔵ラックにおいては、例えば特開２００３−１２１５８６号記載の地震力を軽減する制御装置や特開平１１−８４０７０号記載の使用済燃料貯蔵ラック用壁サポート等（実施例の図８及び図１０符号２７）のような装置を必要に応じ組み合わせてもよい。これにより、燃料プールと燃料ラックの支持及び燃料ラック同士支持の支持が行われ、燃料ラックの耐震性に対する安全性は、本発明のみを実施した場合と比較し、さらに向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】新設プラントにおいて本発明の一実施例である使用済燃料貯蔵設備内に設置された燃料ラックの据付状態を示す縦断面図である。
【図２】リラッキングにおいて本発明の一実施例である使用済燃料貯蔵設備内に設置された燃料ラックの据付状態を示す縦断面図である。
【図３】新設プラントとリラッキングにおける従来技術及び本発明を適用した場合の燃料ラック据付施工を示すフロー図である。
【図４】連結用サポート金物及び連結用ハンガを有する市松構造の燃料ラックの実施例の構成図である。
【図５】連結用ハンガを有した板構造の燃料ラックの実施例の構成図である。
【図６】連結用ハンガが鋼板である燃料ラックの実施例の構成図である。
【図７】本発明の一実施例である使用済燃料貯蔵設備内に設置された燃料ラックの連結状態および連結作業を表す概略図である。
【図８】図７の燃料ラック間上部の連結部における詳細図である。
【図９】（ａ）地震力が大きい原子力発電設備での燃料ラック設置及び連結状態の平面図である。（ｂ）地震力が小さい原子力発電設備での燃料ラック設置及び連結状態の平面図である。
【図１０】リラッキングにおいて従来技術である共通ベースを用いて使用済燃料貯蔵設備内に設置された従来例の燃料ラックの据付状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，２３，２４，２５，２６…燃料ラック、２…燃料プール床、３…ラック吊具、４…ラックベース、５…ラック取付け用ボルト、６ａ，６ｂ…ナット、７…共通ベース、８…基礎ボルト、９…燃料プール、１０ａ…連結用ハンガ（回転軸側）、１０ｂ…連結用ハンガ（支持軸側）、１１…回転軸、１２，１２ａ，１２ｂ…サポート金物、１３…支持軸、１４…ホルダー部、１５，１５ａ…角筒体、１６…プレート、１７…部材、１７ａ…部材（連結用ハンガ回転軸側）、１７ｂ…部材（連結用ハンガ支持軸側）、１８ａ…鋼板（連結用ハンガ回転軸側）、１８ｂ…鋼板(連結用ハンガ支持軸側)、１９…支持ピン、２０…取手、２１…観察用ＣＣＤカメラ、２２…連結用工具、２７…燃料ラック用壁サポート、３０…燃料プール建設、３１…埋込金物設置作業、３２…燃料ラック据付け作業、３３…ボルト締付け作業、３４…燃料ラック連結作業、３５…ラック取外し作業、３６…共通ベース据付け作業、３７…共通ベース固定作業、３８…高密度燃料ラック据付け作業。
【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】
2005345397.tif 000009
【図８】
2005345397.tif 000010
【図９】
2005345397.tif 000011
【図１０】
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