(57)【要約】【課題】上下、水平同時に作用する地震時にロッキングを防止する。【解決手段】核燃料集合体を収納する本体部２と、本体部２を支持するとともに上下方向の振動を免震する対をなす免震手段６，６Ａを備え、免震手段６は、上面に本体部２が載置されるピストンロッド１３が設けられたピストン１０と、内部にピストン１０が往復動自在に収容され、ピストン１０に第一空間１５と第二空間１６とに上下に仕切られたケーシング９とを有し、対をなす免震装置６，６Ａの一方の第一空間１５と他方の第二空間１６Ａ、及び一方の第二空間１６と他方の第一空間１５Ａとが配管１９，２０を介して接続されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核燃料集合体を収納した状態で貯蔵ピット内の水中に設置される核燃料貯蔵用ラックであって、
前記核燃料集合体を収納する本体部と、
前記本体部を支持するとともに上下方向の振動を免震する対をなす免震手段を備え、
前記免震手段は、上面に前記本体部が載置されるピストンロッドが設けられたピストンと、
内部に前記ピストンが往復動自在に収容され、該ピストンに第一空間と第二空間とに上下に仕切られたケーシングとを有し、
前記一方の免震手段の第一空間と他方の免震手段の第二空間、及び一方の免震手段の第二空間と他方の免震手段の第一空間とが配管を介して接続されていることを特徴とする核燃料貯蔵用ラック。
【請求項２】
請求項１記載の核燃料貯蔵用ラックにおいて、
前記免震手段は前記貯蔵ピット床面に対して摺動可能に支持されていることを特徴とする核燃料貯蔵用ラック。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の核燃料貯蔵用ラックにおいて、
前記免震手段の前記第一空間または前記第二空間にアキュムレータが接続されていることを特徴とする核燃料貯蔵用ラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内の水中に、核燃料集合体を収納した状態で貯蔵される核燃料貯蔵用ラックに関する。
【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。この際、使用済み核燃料は、核燃料集合体として角管内に収容された状態で核燃料貯蔵用ラックの鉛直セル中に収納され、核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内に貯蔵される。貯蔵ピットには水が貯留されており、核燃料貯蔵用ラック及び核燃料集合体を水中に貯蔵することにより、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】
従来、核燃料貯蔵用ラックは、サポートを介して貯蔵ピットの側壁に固定され、サポート及び貯蔵ピット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）。このように核燃料貯蔵用ラックを貯蔵ピット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。しかしながら、大地震時においてサポート荷重が大きくなった場合は、核燃料貯蔵用ラックを支持しきれなくなるおそれがある。
【０００４】
これに対し、貯蔵ピットの側壁や底盤に固定しない形態の核燃料貯蔵用ラックが提案、実用化されている（例えば、特許文献２参照）。この核燃料貯蔵用ラックにおいては、核燃料貯蔵用ラックが貯蔵ピットの底面に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を水の流体付加減衰効果とともに核燃料貯蔵用ラックの滑動によって吸収できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１９０４９４号公報
【特許文献２】特開２００３−７５５８１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、上記従来の核燃料貯蔵用ラックにおいては、水平方向に加えて上下方向の震動が同時に作用する地震が発生した場合においては、核燃料貯蔵用ラックにロッキング応答が生じやすくなる。これにより、核燃料貯蔵用ラックが転倒する可能性が高まるおそれがある。
また、耐震化構造が施された現行の貯蔵プール及び核燃料貯蔵用ラックを、免震化構造を有するものに移行させる場合、当該貯蔵プール底面が凹凸状態である場合は自重を支持する部材への自重支持荷重が均一化できないため、滑り摺動に伴う支持部材への作用荷重が偏在化し、支持部材の強度面への課題が残る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００８】
本発明の核燃料貯蔵用ラックは、核燃料集合体を収納した状態で貯蔵ピット内の水中に設置される核燃料貯蔵用ラックであって、前記核燃料集合体を収納する本体部と、前記本体部を支持するとともに上下方向の振動を免震する対をなす免震手段を備え、前記免震手段は、上面に前記本体部が載置されるピストンロッドが設けられたピストンと、内部に前記ピストンが往復動自在に収容され、該ピストンに第一空間と第二空間とに上下に仕切られたケーシングとを有し、前記一方の免震手段の第一空間と他方の免震手段の第二空間、及び一方の免震手段の第二空間と他方の免震手段の第一空間とが配管を介して接続されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明においては、免震装置の一方の第一空間と他方の第二空間、一方の第二空間と他方の第一空間とが配管を介して接続されているため、地震発生時に核燃料貯蔵用ラックの本体部が傾斜し、免震装置の一方の第一空間の内部の圧力が上昇するようにピストンが押圧されると、他方の第二空間の内部の圧力が上昇し、他方の免震装置のピストンが下方に移動する。これにより、本体部の左右の平衡が保たれるため、ロッキングが生じにくくなる。
【００１０】
また、本発明の核燃料貯蔵用ラックにおいて、前記免震手段は前記貯蔵ピット床面に対して摺動可能に支持されていることが望ましい。
【００１１】
この発明においては、地震発生の際、免震手段と貯蔵ピットとの間で摺動作用が生じることによって、水平方向の振動を吸収することができる。
【００１２】
また、本発明の核燃料貯蔵用ラックにおいて、前記免震手段の前記第一空間または前記第二空間にアキュムレータが接続されていることが望ましい。
【００１３】
この発明においては、例えば急激な振動によりピストンに衝撃荷重が印加され、第一空間または第二空間内部の圧力が急変した場合においても、第一空間または第二空間に接続されたアキュムレータに封入された加圧ガスが収縮することによって衝撃を緩和する作用が働く。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の核燃料貯蔵用ラックによれば、地震発生時に、核燃料貯蔵用ラックの本体部の左右の平衡が保たれるため、ロッキングが生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックの免震装置を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックの免震装置を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックの免震装置を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態の核燃料貯蔵用ラックについて、図面を用いて説明する。本実施形態の核燃料貯蔵施設１００は、図１に示すように、水Ｗが貯留され、核燃料貯蔵用ラック１を水中で貯蔵する貯蔵ピット３を備えている。
【００１７】
核燃料貯蔵用ラック１は、貯蔵ピット３の床面３ａ上に設置されている第一摺動材４と、第一摺動材４の上面に載置されている４つの免震装置ユニット５（図１には、１つの免震装置ユニット５のみを示す）と、免震装置ユニット５に支持され、使用済み核燃料棒（図示せず）が収容された本体部２から構成されている。第一摺動材４は平面視正方形状であり、低摩擦の滑り部材を用いて形成されている。免震装置ユニット５は２つの免震装置６，６Ａからなり、免震装置６，６Ａのそれぞれが本体部２を支持している。免震装置６と免震装置６Ａは略同一の構成を有している。
【００１８】
４つの免震装置ユニット５は、本体部２の底面２ａを支持している。図２に示すように、略正方形状である底面２ａの一辺の両端近傍に２つの免震装置６，６Ａが配置されており、底面２ａの四辺に沿うように、各々の免震装置ユニット５が配置されている。
【００１９】
図３に示すように、免震装置ユニット５を構成する免震装置６は、矩形板状の第二摺動材７と、第二摺動材７の上面に接合された円筒形状の支持台８と、支持台８の上面に接合されたシリンダ形状のケーシング９と、ケーシング９の内部に配されたピストン部１０と、ケーシング９の内部空間と接続されたアキュムレータ１１とから構成されている。
第二摺動材７は、第一摺動材４と同様に低摩擦の滑り部材を用いて形成されており、第一摺動材４と第二摺動材７とは協働して滑り機構２６を構成している。
【００２０】
ケーシング９とピストン部１０とは、協働することによって所謂空気バネとしての機能を有するものであり、ケーシング９内部には空気が封入されている。
ピストン部１０は、円板形状のピストン本体１２と、ピストン本体１２の上面に接合されたピストンロッド１３からなり、ピストン本体１２の外周がケーシング９のシリンダ状の内面を摺動可能に挿入されている。ケーシング９の上面には、ピストンロッド９が貫通する貫通孔１４が形成されており、ピストンロッド９の上面は核燃料貯蔵用ラック２の載置面２７となっている。
【００２１】
ケーシング９の内部は、ピストン本体１２によって第一空間１５と第二空間１６とに仕切られている。ピストン本体１２の下方が第一空間１５、上方が第二空間１６として画定されている。第一空間１５と第二空間１６の容積は、ピストン部１０が上下に移動するに伴ってそれぞれ変化するようになっている。
【００２２】
第一空間１５には、配管１７を介してアキュムレータ１１が接続されている。アキュムレータ１１の内部上方には、窒素ガスが封入された伸縮自在の容器１８が組み込まれている。
【００２３】
上述したように、免震装置６Ａは免震装置６と略同一の構成を有しており、免震装置６と所定間隔をおいて設置されている。免震装置６Ａのケーシング９Ａは、ピストン本体１２によって、第一空間１５Ａと第二空間１６Ａとに仕切られている。
【００２４】
第一免震装置６の第一空間１５と、第二免震装置６Ａの第二空間１６Ａとは、配管１９によって接続されている。同様に、第一免震装置６の第二空間１６と第二免震装置６Ａの第一空間１５Ａとは、配管２０によって接続されている。つまり、図３に示すように、免震装置６，６Ａがそれぞれ有する２つの空間１５，１６，１５Ａ，１６Ａはクロス状態で接続されている。
【００２５】
上記実施形態によれば、上下、水平同時に作用する地震などによって、第一免震装置６のピストンロッド１３の載置面２７が押圧力が加えられ、ピストン部１０が下方に移動すると、第一免震装置６の第一空間１５の内部の圧力が上昇する。第一免震装置６の第一空間１５と第二免震装置６Ａの第二空間１６Ａとは接続されているため、第一空間１５の内部の圧力が上昇することによって、第二免震装置６Ａの第二空間１６Ａの内部の圧力が上昇する。第二免震装置６Ａの第二空間１６Ａの圧力が上昇することによって、第二免震装置６Ａのピストン部１０Ａが下方に移動する。これにより、左右の載置面２７，２７の平衡が保たれるため、ロッキングが生じにくくなる。
【００２６】
また、水平方向の振動は、第一摺動材４と第二摺動材７の間で滑りが発生することによって吸収することができる。
【００２７】
また、例えば急激な振動によりピストン部１０に衝撃荷重が印加され第一空間１５内部の圧力が急変した場合においても、第一空間１５に接続されたアキュムレータ１１の容器１８が収縮することによって衝撃を緩和する作用が働く。
また、アキュムレータ１１を設けたことによって、ケーシング９内部の圧力を調整することができる。さらに、ピストン部１０の高さを容易に変更することができる。
【００２８】
また、例えば１年に１度など、定期的に本体部２に対して偏在荷重を印加することによって、ピストン部１０のピストン本体１２がケーシング９に固着することを防ぐことができる。
【００２９】
なお、本実施形態においては、第一摺動材４と第二摺動材７は低摩擦の滑り部材を用いて形成する構成としたが、例えば第一摺動材４と第二摺動材７の当接面のみに低摩擦処理を施すことによって、第一摺動材４と第二摺動材７とが滑り機構２６を構成するようにしてもよい。
【００３０】
また、本実施形態においては、ケーシング９内部には空気などの気体が封入されているが、ケーシング９内部には油やグリセリン水溶液などの作動流体を封入してもよい。
また、アキュムレータ１１は、第一空間１５に接続するのみならず、第二空間１６に接続しても良い。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態において、使用済み核燃料棒が収容された本体部２が免震ユニット５に支持されている基本構造は、第１実施形態と同様であるので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態の核燃料貯蔵用ラックは、第一実施形態の第一摺動材４と第二摺動材７の代替として、鋼球の転がりによる滑り機構、所謂ボールキャスタ、ボールローラを採用していることを特徴としている。
【００３２】
図４に示すように、本実施形態の貯蔵ピット３の床面３ａには、所定厚さで形成された鋼板２１が載置されている。免震ユニット５Ｂを構成する免震装置６Ｂは、ケーシング９がボールキャスタ部２２によって支持されている。
ボールキャスタ部２２は、円筒形状のキャスタ本体部２３と、本体部２３の下部に接合されたベース部２４と、本体部２３の内部に格納され、一部をベース部の開口から露出したボール部２５とを有しており、免震装置６を任意の方向に移動可能に支持している。
【００３３】
上記実施形態によれば、水平方向の振動は、ボール部２５が鋼板２１上を転がることによって吸収することができる。転がり時の水平方向の反力は、第１実施形態の滑り機構２６と比較して１／５〜１／１０であるため、第１実施形態の効果に加え、さらに地震によって水平方向に作用する荷重を軽減させることができる。
【００３４】
（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態においても、第１実施形態と同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態の核燃料貯蔵用ラックは、第２実施形態の核燃料貯蔵用ラックの変形形態であって、核燃料貯蔵用ラック１Ｂの鋼板２１の代替として、凹球面状のくぼみを有する台座を採用していることを特徴としている。
【００３５】
図５に示すように、本実施形態の貯蔵ピット３の床面３ａには、くぼみ付き台座２９が載置されている。くぼみ付き台座２９には、免震装置６Ｃのケーシング９及びピストン部１０の位置に対応した、くぼみ２８が形成されている。くぼみ２８は、その中心部から外周に向けて漸次床面３ａからの高さが高くなるように、少なくとも一部が曲面形状を有している。上述したように、くぼみ２８は、各々の免震装置６のボール部２５に対応した位置に形成されているため、本実施形態のくぼみ付き台座２９には、８つのくぼみ２８が形成されている。
【００３６】
上記実施形態によれば、第２実施形態の効果に加え、地震が発生して核燃料貯蔵用ラック１が大きく応答し、くぼみ２８上を滑った後、くぼみ２８の傾斜によって導かれることによって、貯蔵ピット３の床面３ａ上の通常時の位置、つまり原点に復帰することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１：核燃料貯蔵用ラック、２：本体部、３：貯蔵ピット、６，６Ａ：免震装置（免震手段）、９：ケーシング、１０：ピストン部（ピストン）、１１：アキュムレータ、１３：ピストンロッド、１５：第一空間、１６：第二空間、１９：配管、２０：配管
【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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