(57)【要約】【課題】簡易な構造で確実に水中構造物の制振を可能にする水中構造物の制振装置を提供する。【解決手段】水中に設置される水中構造物Ｂに取り付けられて、水中構造物Ｂに作用した振動エネルギーを吸収する制振装置１０であって、環状に形成された管部材１１を上下方向Ｔ１に立設し、上端と下端の間の中間部に管部材１１の内部と外部を連通させるエア抜き孔１２を設け、且つエア抜き孔１２よりも下端側に管部材１１の内部と外部を連通させる吸水孔１３を設けて構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に設置される水中構造物に取り付けられて、前記水中構造物に作用した振動エネルギーを吸収する制振装置であって、
環状又はＵ字状に形成された管部材を上下方向に立設し、上端と下端の間の中間部に前記管部材の内部と外部を連通させるエア抜き孔を設け、且つ前記エア抜き孔よりも下端側に前記管部材の内部と外部を連通させる吸水孔を設けて構成されていることを特徴とする水中構造物の制振装置。
【請求項２】
請求項１記載の水中構造物の制振装置において、
前記エア抜き孔よりも下端側に前記管部材の内径を他の部分よりも小径にするオリフィスを設けて構成されていることを特徴とする水中構造物の制振装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水中構造物の制振装置において、
前記管部材の上端側に空気室を設けて構成されていることを特徴とする水中構造物の制振装置。
【請求項４】
水中に設置される水中構造物に取り付けられて、前記水中構造物に作用した振動エネルギーを吸収する制振装置であって、
直管又はＬ字管の管部材を上下方向に配設するとともに、上端に空気室を設け、上端と下端の間の中間部に前記管部材の内部と外部を連通させるエア抜き孔を設け、前記エア抜き孔よりも下端側に前記管部材の内径を他の部分よりも小径にするオリフィスを設けて構成されていることを特徴とする水中構造物の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に設置される水中構造物の制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子力発電所で発生した使用済み核燃料（使用済み核燃料棒）は、核燃料貯蔵施設に貯蔵して保管される。また、使用済み核燃料は、図６に示すように、核燃料集合体として角管内に収容した状態で燃料貯蔵用ラックＡの鉛直セル（ラックセル）１中に収納し、核燃料貯蔵施設２の貯蔵ピット３内に貯蔵される。このとき、貯蔵ピット３には、水が貯留されており、複数の核燃料貯蔵用ラックＡ（核燃料集合体）を整列配置して水中に貯蔵することで、崩壊熱を冷却除去して臨界未満で保持し、また、放射線を遮蔽するようにしている。
【０００３】
さらに、従来、核燃料貯蔵用ラックＡは、サポート（アンカー）を介して貯蔵ピット３の側壁３ａに固定し、サポート及び貯蔵ピット３で支持した状態で貯蔵されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このように核燃料貯蔵用ラックＡを貯蔵ピット３に固設した場合には、地震発生時に水の流体付加減衰効果によってある程度免震効果を得ることが可能であるが、大地震時にはサポート荷重が大きくなって核燃料貯蔵用ラックＡを支持しきれなくなるおそれがある。
【０００４】
このため、核燃料貯蔵用ラックＡを貯蔵ピット３の側壁３ａや底部（底面）３ｂに固定せずに貯蔵する方法が提案、実用化されている（例えば、特許文献２参照）。この貯蔵ピット３の側壁３ａや底部３ｂに固定せずに核燃料貯蔵用ラックＡを貯蔵した核燃料貯蔵施設２では、核燃料貯蔵用ラック（フリースタンディングラック）Ａが貯蔵ピット３の底面３ｂに相対的に滑動可能に載置され（滑り機構を設けて相対的に滑動可能に載置され）、地震発生時に作用する水平力（地震力）を水の流体付加減衰効果とともに核燃料貯蔵用ラックＡの滑動によって吸収する。
【０００５】
一方、このフリースタンディング型の核燃料貯蔵用ラックＡ（水中構造物）は、図６及び図７に示すように、貯蔵ピット３の側壁３ａや底部３ｂに固定されていないため、地震時にロッキング挙動や滑り挙動、ラック本体Ａ１の弾性モードが励起される。
【０００６】
これに対し、特許文献３には、下部に制動装置を設け、この制振装置（制動装置）により上下方向の運動に対して抵抗力を生じさせて過大なロッキング振動を防ぐようにした核燃料貯蔵用ラックが開示されている。また、この核燃料貯蔵用ラックの制振装置は、核燃料貯蔵用ラックがロッキング振動するとともに抵抗板が上下方向に運動し、この抵抗板の運動によって生じる流体抵抗力で、核燃料貯蔵用ラックのロッキング振動を吸収、減衰させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１９０４９４号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２５９５号公報
【特許文献３】特開２００３−１２１５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の制振装置を設けた核燃料貯蔵用ラック（水中構造物）は、制振装置の構造が複雑であり、また、ロッキング挙動だけでなく、滑り挙動やラック本体の弾性モードなどの様々な振動モードに対応できるものではない。
【０００９】
また、特に核燃料貯蔵用ラックにおいては、高放射線環境で、水質管理も厳しいことから、機械要素を極力用いず、メンテナンスフリーを可能にする単純構造の制振装置で耐震性を向上させることが強く望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の水中構造物の制振装置は、水中に設置される水中構造物に取り付けられて、前記水中構造物に作用した振動エネルギーを吸収する制振装置であって、環状又はＵ字状に形成された管部材を上下方向に立設し、上端と下端の間の中間部に前記管部材の内部と外部を連通させるエア抜き孔を設け、且つ前記エア抜き孔よりも下端側に前記管部材の内部と外部を連通させる吸水孔を設けて構成されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明においては、制振装置が、環状又はＵ字状に形成し、且つ中間部にエア抜き孔、下端側に吸水孔の細孔を形成した管部材で構成されているため、水中構造物にこの管部材を配置するだけで、容易に制振装置を取り付けることができる。
【００１２】
そして、制振装置を取り付けた水中構造物を水中に浸漬させて設置するとき、管部材の内部の空気がエア抜き孔から排出されるとともに吸水孔から水が管部材に入り込み、エア抜き孔よりも下方の管部材の内部が水で満たされる。すなわち、エア抜き孔よりも下方の管部材の内部に溜まった水が制振装置のダイナミックダンパの質量になる。これにより、単に水中構造物を水中に浸漬させて設置するだけでセットアップを行うことが可能になる。
【００１３】
また、例えば地震によって振動エネルギーが作用した際には、管部材の内部で水（質量）が移動して水中構造物の振動を打ち消し、地震時の応答を抑制することが可能になる。
【００１４】
また、本発明の水中構造物の制振装置においては、前記エア抜き孔よりも下端側に前記管部材の内径を他の部分よりも小径にするオリフィスを設けて構成されていることが望ましい。
【００１５】
この発明においては、管部材のエア抜き孔よりも下端側にオリフィスを設けることによって、水の振動挙動に減衰を与えることができる。また、オリフィスによってダイナミックダンパとしての性能を調整することができ、すなわち、ダイナミックダンパとしての最適減衰に調整することが可能になる。これにより、より確実に地震時の応答を抑制することが可能になる。
【００１６】
さらに、本発明の水中構造物の制振装置においては、前記管部材の上端側に空気室を設けて構成されていることがより望ましい。
【００１７】
この発明においては、管部材の上端側に空気室を設けることにより、エア抜き孔よりも上端側に溜まった空気を弾性体（空気バネ）として利用することができる。また、空気室の大きさ（容量）を調節することで、ダイナミックダンパのバネ定数を自由に調整することが可能になる。さらに、バネ定数の設定幅が広がることにより、ダイナミックダンパの質量比を増加させることが可能になる。これにより、さらに確実に地震時の応答を抑制することが可能になる。
【００１８】
本発明の水中構造物の制振装置は、水中に設置される水中構造物に取り付けられて、前記水中構造物に作用した振動エネルギーを吸収する制振装置であって、直管又はＬ字管の管部材を上下方向に配設するとともに、上端に空気室を設け、上端と下端の間の中間部に前記管部材の内部と外部を連通させるエア抜き孔を設け、前記エア抜き孔よりも下端側に前記管部材の内径を他の部分よりも小径にするオリフィスを設けて構成されていることを特徴とする。
【００１９】
この発明においては、水中構造物に管部材を配置するだけで、制振装置を水中構造物に取り付けることができる。また、細孔のエア抜き孔を管部材に設けることにより、単に水中構造物を水中に浸漬させて設置するだけでセットアップを行うことが可能になる。
【００２０】
そして、地震時には、水中構造物の振動を打ち消すように管部材の内部で水が移動して、地震時の応答を抑制することが可能になる。このとき、直管又はＬ字管の管部材を備えることで、設置箇所を自由に選ぶことができ、様々な振動モードに確実に対応することが可能になる。また、管部材のエア抜き孔よりも下端側にオリフィスを設けることによって、水の振動挙動に減衰を与えることができ、オリフィスによってダイナミックダンパの最適減衰に調整することが可能になる。さらに、管部材の上端側に空気室を設けることにより、エア抜き孔よりも上端側に溜まった空気を弾性体（空気バネ）として利用することができる。これにより、ダイナミックダンパの質量比を増加させることが可能になり、確実に地震時の応答を抑制することが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の水中構造物の制振装置においては、従来のように制振装置の構造が複雑でなく、管部材を水中構造物に取り付けるだけで地震時の応答を抑制することが可能になる。これにより、機械要素を用いず、メンテナンスフリーの制振装置を実現することができ、好適に耐震性を向上させることが可能になる。また、ロッキング挙動だけでなく、滑り挙動や弾性モードなど、様々な振動モードに対応することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラック（水中構造物）の制振装置を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラック（水中構造物）の制振装置を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラック（水中構造物）の制振装置の変形例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラック（水中構造物）の制振装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る核燃料貯蔵用ラック（水中構造物）の制振装置を示す図である。
【図６】核燃料貯蔵用ラックを貯蔵した核燃料貯蔵施設の貯蔵ピットを示す図である。
【図７】核燃料貯蔵用ラックに作用する振動モードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の第１実施形態に係る水中構造物の制振装置について説明する。なお、本実施形態では、水中構造物が例えば原子力発電所で発生した使用済み核燃料を核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内の水中に貯蔵して保管するための核燃料貯蔵用ラックであるものとして説明を行う。
【００２４】
はじめに、本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＢ（水中構造物）は、図１（及び図６）に示すように、フリースタンディング型のラックであり、核燃料集合体を収納するラック本体Ｂ１と、ラック本体Ｂ１の下部に設けられてラック本体Ｂ１を支持する複数の支持脚部Ｂ２とを備えて構成されている。そして、この核燃料貯蔵用ラックＢは、核燃料貯蔵施設２の貯蔵ピット３内の水Ｗの中に貯蔵される。このとき、支持脚部Ｂ２が貯蔵ピット３の底面３ｂに接地して、核燃料貯蔵用ラックＢは貯蔵ピット３内の所定位置に滑動可能に設置されている。
【００２５】
一方、この核燃料貯蔵用ラックＢには制振装置１０が取り付けられている。そして、本実施形態の制振装置１０は、環状に形成された管部材１１を備えてなり、この管部材１１を上下方向Ｔ１に立設し、核燃料貯蔵用ラックＢのラック本体Ｂ１に取り付けて構成されている。また、管部材１１は、上下方向Ｔ１に延びる左右一対の縦管部１１ａ、１１ｂと、横方向Ｔ２に延びて一対の縦管部１１ａ、１１ｂの上端同士、下端同士をそれぞれ連結する上下一対の横管部１１ｃ、１１ｄとを備えて、略方形環状に形成されている。なお、核燃料貯蔵用ラックＢには、このような制振装置１０が複数取り付けられている。このとき、複数の制振装置１０（管部材１１）はそれぞれ、その設置方向（向き）を任意の制振対象方向に向けて設置されている。
【００２６】
そして、この制振装置１０の管部材１１には、各縦管部１１ａ、１１ｂの上下方向Ｔ１略中央に（管部材１１の上端と下端の間の中間部に）、管部材１１の内部と外部を連通させるエア抜き孔１２が設けられている。また、下方の横管部１１ｄの横方向Ｔ２略中央に（管部材１１のエア抜き孔１２よりも下端側に）、管部材１１の内部と外部を連通させる吸水孔１３が設けられている。さらに、本実施形態において、左右一対の縦管部１１ａ、１１ｂにそれぞれ設けられた一対のエア抜き孔と、下方の横管部１１ｄに設けられた吸水孔１３はそれぞれ、直径１〜５ｍｍ程度の細孔として形成されている。
【００２７】
また、制振装置１０の管部材１１には、下方の横管部１１ｄの吸水孔１３の近傍位置に（エア抜き孔１２よりも下端側に）、管部材１１の内径を他の部分よりも小径にするオリフィス１４が設けられている。
【００２８】
そして、上記構成からなる本実施形態の制振装置１０は、環状に形成し、且つ一対の縦管部１１ａ、１１ｂの中間部にエア抜き孔１２、下方の横管部１１ｄに吸水孔１３の細孔を形成した管部材１１によって構成されている。このため、核燃料貯蔵用ラックＢの外周に管部材１１を配置するだけで、核燃料貯蔵用ラックＢの基本的な構造に変更を生じさせることなく、制振装置１０を核燃料貯蔵用ラックＢに取り付けることができる。
【００２９】
また、図１に示すように、制振装置１０を取り付けた核燃料貯蔵用ラックＢを貯蔵ピット３の水Ｗ中に浸漬させて設置すると、管部材１１の内部の空気１６が一対のエア抜き孔１２から排出され、これとともに吸水孔１３から貯蔵ピット３内の水Ｗが管部材１１に入り込み、エア抜き孔１２よりも下方の管部材１１の内部が水Ｗで満たされる。そして、このエア抜き孔１２よりも下方の管部材１１の内部に溜まった水Ｗがダイナミックダンパの質量になる。このため、ダイナミックダンパの質量となる水（液体）Ｗを事前に封入する必要がなく、細孔のエア抜き孔１２と吸水孔１３を管部材１１に設け、単に核燃料貯蔵用ラックＢを水Ｗ中に浸漬させて設置するだけで、ダイナミックダンパとしてのセットアップを行うことが可能になる。
【００３０】
一方、エア抜き孔１２と吸水孔１３を直径１〜５ｍｍ程度の細孔として形成しておくことにより、水Ｗ中に設置する際には、長時間をかけて管部材１１の内部に水Ｗが流入する。また、地震動などの周期の短い振動エネルギーが作用した際には、エア抜き孔１２や吸水孔１３から外部への水Ｗや空気１６の漏洩がほとんど生じない（無視することができる）。このため、図２に示すように、地震時に、ロッキング挙動や滑動挙動、ラック本体Ｂ１の弾性モードが核燃料貯蔵用ラックＢに励起された場合には、管部材１１の内部で水（質量）Ｗが移動することによって、核燃料貯蔵用ラックＢに作用した振動エネルギーが打ち消される。すなわち、核燃料貯蔵用ラックＢに取り付けた本実施形態の制振装置１０がＵ字管ダンパと同様の作用を示し、重力を動吸振器系の復元力として利用したダイナミックダンパとしての性能を発揮して、地震時の応答を抑制することが可能になる。
【００３１】
さらに、このとき、本実施形態の制振装置１０には、管部材１１の下方の横管部１１ｄにオリフィス１４が設けられている。このため、核燃料貯蔵用ラックＢに振動エネルギーが作用して管部材１１の内部で水Ｗが移動する際に、オリフィス１４によって水Ｗの振動挙動に減衰を与えることができる。そして、このようなオリフィスの形状、大きさなどを調整することで、ダイナミックダンパとしての性能を調整することができる。これにより、ダイナミックダンパの最適減衰に調整することができ、より確実に地震時の応答を抑制することが可能になる。
【００３２】
したがって、本実施形態の制振装置１０においては、従来のように制振装置の構造が複雑でなく、管部材１１を核燃料貯蔵用ラックＢ（水中構造物）に取り付けるだけで地震時の応答を抑制することが可能になる。これにより、機械要素を用いず、メンテナンスフリーの制振装置１０を実現することができ、好適に耐震性を向上させることが可能になる。また、ロッキング挙動だけでなく、滑り挙動や弾性モードなど、様々な振動モードに対応することが可能になる。
【００３３】
以上、本発明に係る水中構造物の制振装置の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、水中構造物が核燃料貯蔵用ラックＢであるものとしたが、本発明に係る水中構造物の制振装置は、核燃料貯蔵用ラックＢへの適用に限定されるものではなく、水Ｗ中に設置されるあらゆる水中構造物に適用可能である。
【００３４】
また、例えば図３に示すように、管部材１１の上端側に（管部材１１の上方の横管部１１ｃに）空気室１５を設けて制振装置１０を構成するようにしてもよい。このとき、空気室１５を左右に区画するように仕切り板１７を設けることが好ましい。そして、このように構成した制振装置１０においては、エア抜き孔１２よりも上端側に溜まった空気１６を弾性体（空気バネ）として利用することができる。また、空気室１６の大きさ（容量）を調節することで、ダイナミックダンパのバネ定数を自由に調整することが可能になる。さらに、バネ定数の設定幅が広がることにより、ダイナミックダンパの質量比を増加させることが可能になる。これにより、さらに確実に地震時の応答を抑制することが可能になる。
【００３５】
さらに、本実施形態では、制振装置１０の管部材１１が環状に形成されているものとしたが、例えば図４に示すように、管部材１１がＵ字状に形成されていてもよい。このとき、管部材１１の上端（一対の縦管部１１ａ、１１ｂの上端）にそれぞれ空気室１５を設けることが好ましい。そして、このように構成すると、エア抜き孔１２よりも上端側に溜まった空気１６を弾性体（空気バネ）として利用することができる。また、空気室１５の大きさ（容量）を調節することで、ダイナミックダンパのバネ定数を自由に調整することが可能になる。さらに、バネ定数の設定幅が広がることにより、ダイナミックダンパの質量比を増加させることが可能になる。これにより、確実に地震時の応答を抑制することが可能になる。なお、左右一対の縦管部１１ａ、１１ｂの上端に空気室１５を設けなくても、上記の作用効果を得ることが可能である。
【００３６】
次に、図５を参照し、本発明の第２実施形態に係る水中構造物の制振装置について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様に、水中構造物が核燃料貯蔵用ラックであるものとして説明を行う。このため、第１実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３７】
本実施形態の制振装置２０は、縦管部２１ａと、縦管部２１ａの下端に一端を接続して横方向Ｔ２に延設された横管部２１ｂとからなるＬ字管の管部材２１を備えて構成されている。また、縦管部２１ａの上端には空気室１５が設けられ、縦管部２１ａの上下方向Ｔ１略中央に（上端と下端の間の中間部に）、管部材２１の内部と外部を連通させるエア抜き孔１２が設けられている。さらに、横管部２１ｂに（エア抜き孔１２よりも下端側に）、管部材２１の内径を他の部分よりも小径にするオリフィス１４が設けられている。
【００３８】
そして、この制振装置２０においても、第１実施形態と同様に、核燃料貯蔵用ラックＢの外周に管部材２１を配置するだけで、制振装置２０を取り付けることができる。また、細孔のエア抜き孔１２を管部材２１に設けることにより、単に核燃料貯蔵用ラックＢを水Ｗ中に浸漬させて設置するだけでセットアップを行うことが可能になる。
【００３９】
さらに、地震時には、管部材２１の内部に水Ｗが出入りし、核燃料貯蔵用ラックＢの振動を打ち消すように管部材２１の内部で水Ｗが移動して、地震時の応答を抑制することが可能になる。このとき、Ｌ字管の管部材２１を備えることで、設置場所、制振対象方向を自由に選ぶことができ、様々な振動モードに確実に対応することが可能になる。例えば、図５に示すようにラック本体Ｂ１の上端側に制振装置２０を設置することで、ラック本体Ｂ１の弾性モード（基本次のビームモード）の制振が可能になる。
【００４０】
また、管部材２１のエア抜き孔１２よりも下端側にオリフィス１４を設けることによって、水Ｗの振動挙動に減衰を与えることができ、オリフィス１４によってダイナミックダンパの最適減衰に調整することが可能になる。
【００４１】
さらに、管部材２１の上端側に空気室１５を設けることにより、エア抜き孔１２よりも上端側に溜まった空気１６を弾性体（空気バネ）として利用することができる。そして、このように上端側に空気室１５を設けることで、固有振動数の調整の自由度が上がり、ダイナミックダンパのバネ定数を自由に調整することが可能になる。これにより、ダイナミックダンパの動吸振器系の質量を増やすことができ、制振効果が向上し、確実に地震時の応答を抑制することが可能になる。
【００４２】
よって、本実施形態の制振装置２０においても、従来のように制振装置の構造が複雑でなく、管部材２１を核燃料貯蔵用ラックＢに取り付けるだけで地震時の応答を抑制することが可能になる。これにより、機械要素を用いず、メンテナンスフリーの制振装置２０を実現することができ、好適に耐震性を向上させることが可能になる。また、ロッキング挙動だけでなく、滑り挙動や弾性モードなど、様々な振動モードに対応することが可能になる。
【００４３】
以上、本発明に係る水中構造物の制振装置の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、第１実施形態の変更例を含め、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、Ｌ字管の管部材２１を備えて制振装置２０が構成されているものとしたが、直管の管部材を備えて制振装置が構成されていてもよい。そして、この場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１      鉛直セル（ラックセル）
２      核燃料貯蔵施設
３      貯蔵ピット
３ａ    側壁
３ｂ    底面（底部）
１０    制振装置
１１    管部材
１１ａ  縦管部
１１ｂ  縦管部
１１ｃ  横管部
１１ｄ  横管部
１２    エア抜き孔
１３    吸水孔
１４    オリフィス
１５    空気室
１６    空気
１７    仕切り板
２０    制振装置
２１    管部材
２１ａ  縦管部
２１ｂ  横管部
Ａ      従来の核燃料貯蔵用ラック
Ａ１    ラック本体
Ｂ      核燃料貯蔵用ラック（水中構造物）
Ｂ１    ラック本体
Ｂ２    支持脚部
Ｔ１    上下方向
Ｔ２    横方向
Ｗ      水
【図１】
2012102751.tif 000003
【図２】
2012102751.tif 000004
【図３】
2012102751.tif 000005
【図４】
2012102751.tif 000006
【図５】
2012102751.tif 000007
【図６】
2012102751.tif 000008
【図７】
2012102751.tif 000009