本資料のうち，枠囲みの内容

東海第二発 電所

工事 計画審査資 料

は営業秘密又は防護上の観点

資 料 番 号

補足-180-2

改 17から公開で き ません 。

提出年月日

平成 30 年 8 月 6 日

工事計画に係る補足説明資料
補足-180-2【燃料体等又は重量物の落下による使用済燃料貯蔵槽内の燃料体等の破損の防止及び使用済燃料貯蔵槽の機能喪失の防止に関する説明書に係る補足説明資料】

平成 30 年 8 月
日本原子力発電株式会社

1.

添付書類に係る補足説明資料「核燃料物質の取扱施設及び貯蔵施設」に係る添付書類（共通資料は除く）の記載内
容を補足するための説明資料リストを以下に示す。

工認添付書類

補足説明資料
1.使用済燃料プール周りの主要な重量物

Ｖ-1-3-3の配置

燃料体等又は重量物の落下による使用済

2.燃料取替機及び原子炉建屋クレーンの燃料貯蔵槽内の燃料体等の破損の防止及待機場所についてび使用済燃料貯蔵槽の機能喪失の防止に

3.原子炉建屋クレーンのインターロック

関する説明書について
4.新燃料の取扱いにおける落下防止対策
5.キャスク取扱い作業時における使用済
燃料プールへの影響
6.照射済燃料及び使用済燃料取扱い時の使用済燃料プールへの影響
7.ワイヤロープ及び主要部材の強度に関する説明について8.イコライザハンガの概要について
9.使用済燃料プールの機能に影響を及ぼすおそれのある重量物の抽出結果
別添1 重量物落下時のチャンネル・ボッ
クスへの荷重について
別 添 2 BWR燃料 集 合体 落 下 時 の使 用 済 燃
料プールライニングの健全性について

2.

別

紙

（１）工認添付書類と設置許可まとめ資料との関係【核燃料物質の取扱施設及び貯蔵施設】

1

別紙 工認添付書類と設置許可まとめ資料との関係【核燃料物質の取扱施設及び貯蔵施設】
工認添付書類
燃料体等又は重量物の落下による使用済燃料貯蔵槽内の燃料体等の破損の防Ｖ-1-3-3
止及び使用済燃料貯蔵槽の機能喪失の防止に関する説明書

DB第 16 条

設置許可まとめ資料

引用内容

燃料体等の取扱施設及び貯蔵施設

落下防止について引用
ただし，燃料取替機，原子炉建屋クレーン及び使用済燃料乾式貯蔵建屋天井クレーンに係る評価方法，評価結果については，各耐震計
算書に示す。

2

補足説明資料目次頁
1.

使用済燃料プール周りの主要な重量物の配置････････････････････････････････････････1-1

2.

燃料取替機及び原子炉建屋クレーンの待機場所について･･････････････････････････････2-1

3.

原子炉建屋クレーンのインターロックについて･･････････････････････････････････････3-1

4.

新燃料の取扱いにおける落下防止対策･･････････････････････････････････････････････4-1

5.

キャスク取扱い作業時における使用済燃料プールへの影響････････････････････････････5-1

6.

照射済燃料及び使用済燃料取扱い時の使用済燃料プールへの影響･･････････････････････6-1

7.

ワイヤロープ及び主要部材の強度に関する説明について･･････････････････････････････7-1

8.

イコライザハンガの概要について･･････････････････････････････････････････････････8-1

9.

使用済燃料プールの機能に影響を及ぼすおそれのある重量物の抽出結果････････････････9-1

別添1 重量物落下時のチャンネル・ボックスへの荷重について･････････････････････････別1-1
別添2 BWR燃料集合体落下時の使用済燃料プールライニングの健全性について････････････別2-1

1.

使用済燃料プール周りの主要な重量物の配置
落下時に使用済燃料プールの機能へ影響を及ぼすおそれのある主要な重量物の配置を第1−1図に示す。

第 1−1 図 使用済燃料プール周りの主要な重量物の配置

1-1

2.

燃料取替機及び原子炉建屋クレーンの待機場所について
燃料取替機及び原子炉建屋クレーンは，使用済燃料プール上へ待機配置せず，待機位置はＤ／
Ｓプール上とする運用にすることで，使用済燃料プールへの落下は防止される。また，レールからの落下を防止するよう，ストッパから基準地震動Ｓｓでの滑りを考慮した距離をとる。第2−1〜2図に東海第二発電所の燃料取替機及び原子炉建屋クレーンの待機場所を示す。

第2−1図 燃料取替機待機場所

2-1

第2−2図 原子炉建屋クレーン待機場所

2-2

3.

原子炉建屋クレーンのインターロックについて
原子炉建屋クレーンは，使用済燃料プール上を使用済燃料輸送容器又は使用済燃料乾式貯蔵容器（以下，「キャスク」という。）及び重量物が走行及び横行できないように可動範囲を制限するインターロックを設けている。
原子炉建屋クレーン走行レール及び横行レールは原子炉建屋原子炉棟6階床面全域を走行及び横行できるよう敷設されているが，重量物及びキャスクの移送を行う際には，重量物及びキャスクが使用済燃料プール上を通過しないよう，レールに沿って設置されたリミットスイッチ及びイ
ンターロックによる移送範囲の制限により，使用済燃料プールへの重量物及びキャスクの落下を防止する設計とする。
インターロックには3つのモード（A〜Cモード）があり，取り扱う重量物に応じてモード選択を行い，移送範囲を制限することで，使用済燃料プールへの重量物及びキャスクの落下を防止している。上記について，3次文書「工事要領書作成手引き」にて原子炉建屋原子炉棟6階にて楊重作業を行う場合，インターロック（A〜Cモード）のモード選択を行い，移送範囲を制限することを明確化し（使用済燃料プールへ移送を行わない場合は，A又はBモードとする。），工事毎の要領書にて，走行範囲を明確にし，使用済燃料プールへの落下防止を図る。
原子炉建屋クレーンのインターロックによる重量物移送範囲とリミットスイッチ展開図の関係
を第3−1〜2図に示す。
なお，
使用済燃料プール上へアクセス可能なモードはCモードのみである。

第3−1図 原子炉建屋クレーンのインターロック（Bモード）による重量物移送範囲とリミットスイッチ展開図3-1

第3−2図 原子炉建屋クレーンのインターロック（Aモード）によるキャスク移送範囲とリミットスイッチ展開図

3-2

4.

新燃料の取扱いにおける落下防止対策
新燃料は，新燃料輸送容器に2体ずつ収納され原子炉建屋クレーン（主巻）によって原子炉建屋
原子炉棟6階へ搬入する。新燃料輸送容器から新燃料検査台へは新燃料を1体ずつ原子炉建屋クレーン（補巻）によって移送し，受入検査を実施するとともにチャンネル・ボックスを装着する。
新燃料検査台から新燃料貯蔵庫又はチャンネル着脱機へ原子炉建屋クレーン（補巻）にて移送する。新燃料貯蔵庫からチャンネル着脱機への移送にも原子炉建屋クレーン（補巻）を用いる。吊具として使用するナイロンスリングは気中作業で確実な装着を確認し，安全率は，6 以上を確保している。チャンネル着脱機から使用済燃料プールのラック，ラック間及びラック−原子炉間の移送は燃料取替機にて取り扱われる。
新燃料の取扱いに係る移送フロー及び経路（例）を第4−1図に示す。

＜新燃料移送フロー＞① 原子炉建屋 6 階への搬入② 新燃料検査台への移送（バイパスすることもある）③ 新燃料貯蔵庫へ移送・保管④ チャンネル着脱機への移送⑤ 使用済燃料プールへの移送⑥ 原子炉への移送
第4−1図 新燃料の取扱いに係る移送フロー及び経路（例）
第4−1図に示すとおり，新燃料は，原子炉ウェル上を通過しているが，新燃料移送は運転中に実施するため，原子炉蓋は閉まっており，原子炉内に新燃料が落下することはない。また，新燃料を使用済燃料プールへ移送する際は，使用済燃料プール上を移送しない運用とし，使用済燃料
プール上への落下を防止している（次頁「【参考】新燃料の入水作業」参照）。
原子炉建屋クレーンは，動力電源喪失時にて自動的にブレーキがかかる機能を有しているとともに，フックには外れ止め金具を装備し，新燃料の落下を防止する構造としており，速度制限，過巻防止用のリミットスイッチにより，誤操作等による新燃料の落下は防止される。
原子炉への燃料装荷の際には，燃料取替機による新燃料移送作業を行うこととなるが，燃料取替機についても，動力電源喪失時等における種々のインターロックが設けられており，新燃料の4-1

落下は防止される。
チャンネル着脱機（第4−2図）は，使用済燃料プールの床面に設置し，。チャンネル着脱機は，1体のみ燃
料体等を載せることのできる台座と【参考】新燃料の入水作業
新燃料取扱時においては，原子炉建屋原子炉棟 6 階に搬入された新燃料輸送容器から，原子炉建屋クレーン（補巻）によって，燃料集合体を 1 体ずつ吊上げ，新燃料検査台にて受入検査しチャンネル・ボックスを装着した上で，再び原子炉建屋クレーン（補巻）にて吊上げて移動し（場合によっては新燃料貯蔵庫に貯蔵した後同様に吊上げて移動し），チャンネル着脱機に載せて使用済燃料プールに入水し，燃料取替機に受け渡す。
新燃料検査台又は新燃料貯蔵庫にて，原子炉建屋クレーン（補巻）は，安全率 6 以上のワイヤ
ロープに装着された落下防止装置付きのフックに，安全率 6 以上のナイロンスリングを気中作業にて確実に取り付けた新燃料をゆっくり吊り上げる。
新燃料検査台又は新燃料貯蔵庫からチャンネル着脱機の直近までは，原子炉建屋原子炉棟 6 階の床面上を，新燃料の動線上にある構造物を避けるために必要な高さ（最大約 1.2 m）に吊上げながら移動する。新燃料は，使用済燃料プールのチャンネル着脱機上に移動する前に，約 50 cm の吊上げ高さに降下し，参考図のように，金属製の柵に囲まれたチャンネル着脱機の吊り下ろしエリアへ，作業員が直接手で触れ監視しつつクレーン操作者に指示を出して移動する。チャンネル
着脱機の吊り下ろしエリアでは，水面上に差し掛かる前に新燃料をチャンネル着脱機上面から約10 cm の高さまでゆっくり吊下ろす。
チャンネル着脱機のカートが，水面から深さcm 程度の高さまで上昇した状態で待機しているところへ，作業員が直接手でサポートしながらクレーン操作者に指示を出し，新燃料をカート直上にゆっくりと移動させる。カートの真上に来たことを作業員が目視で確認し，ゆっくりと確
実にカートの上面にある燃料をホールドする四角形の孔に目視をしながら下部タイ・プレートの下端から挿入し，カート下方の台座まで新燃料を降下させる。

4-2

吊り上げた燃料集合体
万一カートの直上以外にアクセスしようとしても柵等が障害となる

チャンネル着脱機カート上にアクセスするまでの動線上に使用済燃料プールライニングは無い。

参考図 チャンネル着脱機のカートへ吊り下ろす直前の状況（イメージ）4-3

第4−2図 チャンネル着脱機概略図

第4−3図 ストッパの位置

4-4

5.

キャスク取扱い作業時における使用済燃料プールへの影響
空のキャスクの取扱い作業は原子炉建屋クレーン（主巻）を使用し，機器ハッチより原子炉建
屋原子炉棟6階床面へキャスクの移送を行い，キャスクピットにて使用済燃料の収納作業が行われる。ラックからキャスクピットのキャスクへの使用済燃料の移送には燃料取替機を用いる。作業
概要について第5−1図に示す。
本作業時における原子炉建屋クレーンの運転は，キャスクが使用済燃料プール上を通過することがないよう，インターロックによる可動範囲制限を行うことで，使用済燃料プールへのキャスクの落下は防止される設計としている。
また，原子炉建屋クレーンはインターロックによる運転の他，動力電源喪失時にて自動的にブレーキがかかる機能を有しているとともに，フックには外れ止め金具が装備されており，速度制
限，過巻防止用のリミットスイッチも設けられていることから，キャスクの落下は防止される設計としている。
なお，キャスクピットでのキャスク取扱い時に，仮に地震等にて原子炉建屋クレーンの各ブレーキ（横行，走行，巻上下）の機能が喪失した場合，キャスクは横行，走行方向及び鉛直方向に滑るおそれがあるが，キャスクをキャスクピットにて取り扱う際には，キャスクピットを使用済
燃料プールと隔離して，キャスクピット単独で水抜き等を実施するためのキャスクピットゲートが設置されるため，キャスクが横行，走行方向及び鉛直方向に滑った＊1,2としても，使用済燃料
プール水位維持のための使用済燃料プールライニング健全性は維持される。キャスクとキャスク
ピットゲートの上から見た位置関係を第5−2図に示す。
使用済燃料を燃料取替機にてキャスクに収納する際は，キャスクピットにアクセスするため，燃料取替機のモードをキャスクピットモードに切り替える。通常燃料をないインターロックとなっているが，これによって，最大mmしか吊り上げられmmまで吊り上げられるようになる。

しかし当該モード切替は通常モードでアクセス不可となるキャスクピットゲートの手前で行うこととしmm以上の吊り上げもキャスクの手前であるキャスクピットゲート付近で行うこととする。第5−3図にキャスクとキャスクピットゲートの横から見た位置関係を示す。
キャスクピットから取り出したキャスクは，原子炉建屋原子炉棟6階床面とは隔離されたキャス
ク除染ピットにおいて，転倒防止装置を取り付けることにより固縛する。
注記 ＊1：キャスク取扱い時は，インターロックにより可動範囲が制限されること及びキャスクピ
ットはキャスクピットゲートにより使用済燃料プールと隔離されることから，キャスク
がキャスクピット内に吊下ろされている状態で横行，走行方向に滑ったとしてもキャ
スクとキャスクピット壁の隙間は最大でも約20 cmであり，使用済燃料プールライニ
ングを損傷させない。
＊2：鉛直方向ブレーキについて，制動力を上回る負荷トルクが発生した場合の滑り量は「補足●●-● 原子炉建屋クレーンの耐震計算についての補足説明資料」にて示す。

5-1

第5−1図 キャスク取扱い作業フロー（例）5-2

第5−2図 キャスクとキャスクピットゲートの位置関係（上から見た図）5-3

第5−3図 キャスクとキャスクピットゲートの位置関係（横から見た図）

5-4

6． 照射済燃料及び使用済燃料取扱い時の使用済燃料プールへの影響
照射済燃料及び使用済燃料は，直接には燃料取替機のみにて取り扱われ，ラックから燃料取替機によって移動し,使用済燃料プール内にて必要に応じて検査され，所定の場所（燃料装荷の場合
は原子炉，それ以外の場合は使用済燃料プール，キャスクなどを指す）へ移動される。
燃料体等の使用済燃料プール上での移動経路（例）を第6−1図に示す。
なお，使用済燃料プール底部の使用済燃料プールライニングの下に設置されている漏えい検知
溝については第6−1図に示す箇所にて，ラックに隠れていない箇所は存在するが，燃料取替機が原子炉ウェルから使用済燃料プール内へ自動モードにて入ってくる場合，燃料取替機は最南端の使用済燃料貯蔵ラックに燃料を貯蔵する場合であっても，ラック南端のほぼ真上を移動して各ラックへ向かうため，燃料が直接漏えい検知溝上へ落下することはない。また，自動モード範囲外
で唯一漏えい検知溝上を通る可能性があるのは旧チャンネル着脱機にアクセスする場合だが，直下に漏えい検知溝がない東側チャンネル着脱機1基のみを使用可能とすることから，燃料体等は漏えい検知溝上を通らない。

第6−1図 燃料体等の使用済燃料プール上での移動経路（例）

6-1

7.

ワイヤロープ及び主要部材の強度に関する説明について
燃料取替機は，ワイヤロープを2本有しており，1本が「燃料集合体及びグラップル」を，もう1本が「伸縮管」をそれぞれ吊る構造となっている（第7−1図参照）。
燃料取替機は，定格荷重を450 kgとしており，0.5 t未満のためクレーン構造規格適用除外揚重機となるが，ホイスト，走行レール，ガーダの設計については，クレーン構造規格を準用し，その他の部品は，JIS及びメーカ社内基準等に基づいた設計としており，各ワイヤロープは，当該規格要求を満足する安全率を有した設計としている。
万が一どちらかのワイヤロープが切断した場合でも，残り1本のワイヤロープで吊荷（燃料集合体 約g），伸縮管（本体側に設置（固定）された第１段を除く第２段〜６段の荷重：約及びグラップル（約kg）を保持可能な設計としている。

ワイヤロープの破断荷重（
グラップル 約kg）kN）に対し，使用上の最大荷重は12.5 kN（定格荷重 450 kg，kg，伸縮管（第２段〜６段の荷重）約kg：合計約kg）で，安全率は約10であり，クレーン構造規格要求（安全率3.55）を満足した設計となっている。また，燃料吊り
荷重伝達ルートにおける，ワイヤロープ以外の主要強度部材（フック，グラップルシャフト，ワ
イヤロープ取付部等）においても，クレーン構造規格に定めるワイヤロープと同等以上の安全率を有する設計としている。

第7−1図 ワイヤロープ概要図
7-1

・片側ワイ ヤロープ が 切断した場合の衝撃 荷重について
先に示し たクレー ン 構造規格要求の安全 率3.55は，静荷 重に対して定められたものであるため，片 側ワイヤ ロ ープが切断した場合 の衝撃荷重が加わっても，残りの片側ワイヤロープが保持 可能であ る ことについて以下の とおり確認した。

ワイヤロ ープの破 断 荷重が，衝撃荷重と 負担荷重の和よりも大きいことを確認する。
ワイヤロー プ2本の 内，伸縮管 側のワイヤロー プが切断し たと仮定 する。この場合の 衝撃
荷重Ｆは，Ｆで表される 。ここ で ，m：伸縮管荷重（約kg），v：速度である 。ワイヤロー プ の固有周期をTと すれ ば ，
F＝2πmV/Tとなる。こ こで， π ： 円周 率，V：落下距 離到達時の速度である。
固有周期Tは ，以下 の式 で表せる。

T2π

ここで，kは ワイヤ ロー プのバネ定数で，
k＝E・A/L（E：ワ イヤロ ープの弾性係数 約
断面積N/mm 2 ，A：ワイヤロ ープ のmm 2 ，L：ワイヤロープ の長さ（ 巻 出し長さ） 約m）

落下距離 は（伸縮 管 −グラップル間）と して46 mmであり，落下距 離到達時の速度Vは重力加速度を 9.8 m/s 2 と す れば0.95 m/sと計 算でき，衝撃荷重F＝約
ワイヤロ ープの負 担 荷重は，定格荷重kgとグラップル約Nとなる。

kgの合計とし，衝撃荷重

Fには余裕を みて F＝ 40000 Nとする と，ワイヤロープの破断荷重：
破断 荷重/（ 衝撃 荷重＋負担 荷重）＝/（40000＋

＝

N より，

×9.8）

＞ 2

上記結果に より， 片 側 ワイ ヤロー プ（伸縮管側）が切断した場合においても，破断 荷重
が衝撃荷重 と負担荷 重 の和を上回っており ，もう片側のワイヤロープにて保持可能な設計を有してい る。

なお，式 の出典は 機 械工学便覧，各パラ メータは以下による。
E： ワイヤロ ープの メ ー カ値を採用。ワイヤロープはプレ テンション 加工 ＊ 1 を実 施しており，経 年 後の固 く なった状態を想定）
A： ワイヤロ ープは ， 約 10 倍の安全率を有し た設計であ り，2 定検毎に交換を 行 うこと か ら ， 顕 著 な 恒 久 的 伸びは発生 しないた め ， 断面積の縮小 は考慮 せず， 製 作 時の寸法を想 定7-2

L： グ ラ ッ プ ル を 最 上 限 位 置 まで巻上げ， 伸縮管第２ 段〜６段 の荷重 が掛かっ た 状 態を想定

注記＊1：製作完 了後 ，引張装置を使用し，所定の荷重（張力）をかけ，一定時間保持した 後 ， 荷 重 を 元 に 戻す こと を 一 定回 数 繰 り返 す こ と で ，使 用 初期 に 生 じ る 初期伸び及び ロ ープ径の 細りが少なくなる。なお，加工により弾性係 数が約 1.3倍増加する 。

7-3

8.
8.1

イコラ イザハン ガ の概要について
ストッ パの機 構に ついて
イコライザ ハ ンガの ス ト ッパ機構は，ワイ ヤロープ，ロープクリップ，イコラ イザ
シーブ及び スト ッパ で 構成 されて いる。
ワイヤロー プ が破断 し た とすると，吊荷の 質量によりイコライザハンガからロ ープ
が引き出さ れる が， 第8−1図のようにイコライザハンガのロープに ロープクリッ プが取り付けら れ， その 下 方に ストッ パが備えら れた構造であり，ロープクリップ が イコ
ライザハン ガに 当た り 保持 される ことで，引 き出しが止まるので吊荷は落下し な い。

第8−1図

8.2

イコライザ ハンガのストッパ概 念図

ワイヤ ロープ 破断 時の動作について
ケース①： ワ イヤロ ー プ がイコライザハン ガ外で破断した場合（第8−2図）
吊荷の質量 に より， イ コ ライザハンガから 破断していない方のワイヤロープが 引き出されるが ， ロープ ク リ ップがストッパに 当たり保持されることにより，引き 出しが止まり落 下 しない 。
ケース②： ワ イヤロ ー プ がイコライザハン ガ内で破断した場合（第8−3図）
吊荷の質量 に より， イ コ ライザハンガから 両方のワイヤロープが引き出される が，それぞれの ロ ープク リ ッ プがストッパに当 たり保持されることにより，引き出 しが止まり落下 し ない。

第8−2図

ワイヤロ ー プがイコライザハン ガ外で破断し た場合の概要図8-1

第8−3図8.3

ワイヤロ ー プがイコライザハン ガ内で破断し た場合の概要図

ストッ パ機能 の実 証実験等の有無について
ロープクリ ッ プの把 握 力 試験にて確認して いる（限界値約
あたり約

8.4

kNに対しワイヤ １本

kNの荷 重 ）。

ロープ クリッ プの 点検について
施設定期検 査 毎に外 観 点 検，ボルトのハン マリング及びマーキングを行い，ず れの有無を確認 する こと と して いる。

8-2

9.

使用済 燃料プー ル の機能に影響を及ぼ すおそれのある重量物の抽出結果
使用済燃料 プー ル周 辺 設備 等の重 量物につい て，使用済燃料プールへの落下時 に 使用済燃料プー ルの機 能 に 影響 を及ぼ すおそれのある重量物について，使用済燃料プー ルとの位置関係 ，作 業計 画 を踏まえて抽出した結果の詳細を第1表に 示す。気中落下時の 衝突
エネルギが 落下試 験 の 衝突 エネル ギより大きい設備等について，十分 な離隔距離の確保，
固縛若しく は固定 ， 又 は基 準地震 動Ｓｓによる地震荷重に対し使用済燃料プールへ 落下
しない設計 を行う こ と によ り落下 防止対策を行っている。なお，使用済燃料プール 周辺
で資機材等 を設置 す る 場合 は，落 下時の衝突エネルギの大小に関わらず，社内規程 に基
づき荷重評 価を行 い ， 設置 場所や 固定方法について検討した上で設置している。
また，使用 済燃 料プ ー ルの 機能に 影響を及ぼ すおそれのある重量物のうち，使 用 済燃料プールの フロア レ ベ ルに 設置す るものの一覧（第2表），配置図（第9−2図）及 び 吊荷の落下防止 対策（ 第 3表 ）を以下に示す。

9-1

第1表

使用 済燃料 プー ルの機能に影響を及ぼすおそれのある重量物 の抽出結果 ＊ 1

番
号

抽出項目

1

原子炉建屋原子炉棟

2
3
4

燃料取替機
原子炉建屋クレーン
その他クレーン

屋根トラス，耐震壁等
天井照明
燃料取替機
原子炉建屋クレーン
使用済燃料プール用ジブクレーン

5

PCVヘ ッ ド（取扱具含む）

PCVヘ ッ ド 吊 具

6

RPVヘ ッ ド（取扱具含む）7

ドライヤ，セパレータ等（取扱具含む）8

プール内設置物

9

プールゲート類

10

キャスク（取扱具含む）

11

電源盤類

12

フェンス・ラダー類

13

装置類

詳細

作業計画を踏まえ抽出作業計画を踏まえ抽出作業計画を踏まえ抽出使用済燃料プールに対する位置関係，作業計画を踏まえた落下防止対策
基準地震動Ｓｓに対する落下防止対策同上
同上
撤去＊2

ウォークダウンにより抽出

離隔，固縛等による
落 下 防 止 対 策 ＊ 3,4

ウォークダウンにより抽出

同 上 ＊ 3,4

作業計画を踏まえ抽出（プール床置きだが作業時吊り上げる）

同上＊4

作業計画を踏まえ抽出（プール床置きだが作業時吊り上げる）

落下時に使用済燃料プールの機能に影響を及ぼさない

作業計画を踏まえ抽出（プール床置きだが作
業時吊り上げる）

離隔，固縛等による落下防止対策＊4

作業計画を踏まえ抽出（ウォークダウン時はなし。作業時原子炉建
屋に搬入）

同上＊4

ウォークダウンにより抽出

離隔，固縛等による落下防止対策＊3

ウォークダウンにより抽出

離隔，固縛等による落下防止対策＊3

ウォークダウンにより
抽出

同上＊3

抽出の考え方PCVヘ ッ ド

RPVヘ ッ ド（＋スタッドボルトテンショナ）
RPVヘ ッ ド フ ラ ン ジ ガ ス ケ ッ ト
ミラーインシュレーション
スタッドボルト着脱装置
ミラーインシュレーションベロー
ドライヤ
セパレータ
シュラウドヘッドボルト
シュラウドヘッドボルトレンチ
D/S吊 具MSラ イ ン プ ラ グ
MSLP用 電 源 箱
MSLP用 空 気 圧 縮 機
MSLP用 電 動 チ ェ ー ン ブ ロ ッ ク
マルチストロングバック
D/S水 中 移 動 装 置
制御棒ハンガ及び貯蔵中制御棒＊5
制御棒
燃料集合体（ツインブレードガイド含む）

収納缶類
LPRM等 使 用 済 炉 内 計 装 品
使用済チャンネル・ボックス
使用済カートリッジフィルタ
燃料プールゲート（大）燃料プールゲート（小）キャスクピットゲート
キャスク
キャスク吊具
ドライキャスク
ドライキャスク吊具
固体廃棄物移送容器
固体廃棄物移送容器用垂直吊具（ R/B用 ）照明用トランス
照明用分電盤チャンネル着脱機制御盤
作業用分電盤
中継端子箱
原子炉建屋クレーン電源切替盤，操作盤
水中照明電源箱
シッピング用操作盤部
シッピング動力盤
開閉器
キャスクピット排水用電源盤
手摺り（除染機用レール含む）
可動ステージ開放用ホイスト架台
原子炉ウェル用梯子
DSP昇 降 梯 子
パーテーション
集塵装置（収納コンテナ含む）
DSPパ ッ キ ン 用 減 圧 器
酸化膜厚測定装置
水中テレビ制御装置
燃料付着物採取用装置（本体，ポール，ヘッド）
水位調整装置リークテスト測定装置

9-2

作業計画を踏まえ抽出

番
号

14

抽出項目

作業用機材類詳細
SFPゲ ー ト 用 架 台
工具類
大型セイバーソー
遮へい体
防炎シート類
足場材
水中簡易清掃装置保管箱
局所排風機
ウェル用資機材
ローリングタワーフィルタ収納容器
LPRM収 納 箱
テント
酸化膜厚測定装置架台
工具箱（引き出しタイプ）鋼製
ドロップライト収納箱
グラップル収納箱
水中カメラ支持ポール
チャンネル固縛仮置き架台
NFV用 吊 り 具 ワ イ ヤ
除染ピット用クーラー
スポットクーラー
注水ユニットキャスク底部固定金具抽出の考え方

使用済燃料プールに対する位置関係，作業計画を踏まえた落下防止対策

ウォークダウンにより抽出

落下時に使用済燃料プールの機能に影響を及ぼさない

ウォークダウンにより抽出

同上

ウォークダウンにより抽出

離隔，固縛等による落下防止対策＊3

ウォークダウンにより抽出

同 上 ＊ 3,4

足場収納箱

15

計器・カメラ・
通信機器類

差圧計
エリアモニタプロセスモニタ
ページング
固定電話
監視カメラ
IAEAカ メ ラ
使用済燃料プール温度計
使用済燃料プール水位計
水素濃度計
D/Sプ ー ル レ ベ ル ス イ ッ チ （ 保 管 箱 含 む ）16

試験・検査用機材類

17

コンクリートプラグ・ハッチ類

18

空調機

RCWサ ー ジ タ ン ク 液 位 計
地震計
テンショナ用テストブロック
スタッドボルト試験片
FHM用 テ ス ト ウ ェ イ ト
シッパーキャップ架台（ 16キ ャ ッ プ 含 む ）シッピング装置架台
可動ステージ
キャスク除染ピットカバー
DSプ ー ル カ バ ー
原子炉ウェルシールドプラグ
スキマサージタンク用コンクリートプラグ

19

注記

重大事故対処設備

SFPス ロ ッ ト プ ラ グ
SFPス ロ ッ ト プ ラ グ 吊 具
DSPス ロ ッ ト プ ラ グ
DSPス ロ ッ ト プ ラ グ 吊 具
新燃料貯蔵庫コンクリートプラグ
FPC F/Dコ ン ク リ ー ト プ ラ グ
CUW F/Dコ ン ク リ ー ト プ ラ グ
空調機
FHM操 作 室 空 調 機
静的触媒式水素再結合器
常設スプレイヘッダ

ウォークダウンにより抽出作業計画を踏まえ抽出

落下時に使用済燃料プールの機能に影響を及ぼさない
基準地震動Ｓｓに対する落下防止対策＊1：な お， 重 量 物 の抽 出に あた って は， ニ ュー シア 情報 を確 認し 重 量物 の固 縛措 置に関 して ， 東 海 第二 発電 所で 反映 が必 要 な事 項は ない こと を確 認 して いる 。
＊2： ジ ブク レ ー ン は基 準地 震 動 Ｓｓ に よる 使用 済 燃 料 プ ー ル へ の 波 及的 影響 を 考 慮 して撤 去 する （第 9− 1図参 照 ）。
＊3： 離隔 ，固 縛等 によ る 落下 防止 対策 の詳 細に つい て 第2表に て 記載 す る 。
＊4： 吊り 上げ 時の 落下 防 止対 策の 詳細 につ いて 第3表 にて 記載 す る。
＊5： 制御 棒ハ ンガ は3本 掛け であ る が， そのう ち 先端 部を 除く 2箇所 を使 用 する。

9-3

ジブクレーン

ジブクレ ーンは以下の ものの吊上げ，吊下ろしに使用してきた。
・チャンネル・ボックス
・水中 TV カメラ
・酸化膜厚測定用治具・かき取り装置・シッパーキャップ
当該作業は原子炉建屋クレーンでも可能なため，ジブクレーン撤去 による当該作業への 影響は
ない。
第9−1図

ジブクレー ンの撤去

9-4

撤去

第2表

使用 済燃 料プールのフロア レベルに設置するものの一覧
離隔の考え方（ 使 用 済 燃 料 プ ー ル か ら の 距 離 ，設 置 高 さ ，重量，形状，床の段差）

番
号

抽出項目

No

5

PCVヘ ッ ド（取扱具含む）1

PCVヘ ッ ド

2

PCVヘ ッ ド 吊 具

36

RPVヘ ッ ド（取扱具含む）

4
5
6
7
8
9
10
11
12

11

電源盤類

13

12

フェンス・ラダー類

13

装置類

14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

16

試験・検査用機材類

29
30
31
32
33
34

17

コンクリートプラグ・ハッチ類

35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47

詳細

使用済燃料プールからの距離，重量，形状

RPVヘ ッ ド（＋スタッドボルトテンショナ）
RPVヘ ッ ド フ ラ ン ジ ガ ス ケ ッ ト
ミラーインシュレーション
スタッドボルト着脱装置
ミラーインシュレーションベロー
照明用トランス
照明用分電盤チャンネル着脱機制御盤
作業用分電盤
中継端子箱
原子炉建屋クレーン電源切替盤，操作盤
水中照明電源箱
シッピング用操作盤部
シッピング動力盤
開閉器
キャスクピット排水用電源盤
手摺り（除染機用レール含む）
可動ステージ開放用ホイスト架台
原子炉ウェル用梯子
DSP昇 降 梯 子
パーテーション
集塵装置（収納コンテナ含む）
DSPパ ッ キ ン 用 減 圧 器
酸化膜厚測定装置
水中テレビ制御装置
燃料付着物採取用装置（本体，ポール，ヘッド）
水位調整装置リークテスト測定装置
テンショナ用テストブロック
スタッドボルト試験片
FHM用 テ ス ト ウ ェ イ ト
シッパーキャップ架台（ 16キ ャ ッ プ 含 む ）シッピング装置架台
可動ステージ
キャスク除染ピットカバー
DSプ ー ル カ バ ー
原子炉ウェルシールドプラグ

使用済燃料プールからの距離，重量，形状

使 用 済 燃 料 プ ー ル か ら の 距 離 ，形 状 ，床 の 段 差

使用済燃料プールからの距離，床の段差

使用済燃料プールからの距離，床の段差

使用済燃料プールからの距離，床の段差

スキマサージタンク用コンクリートプラグ

SFPス ロ ッ ト プ ラ グ
SFPス ロ ッ ト プ ラ グ 吊 具
DSPス ロ ッ ト プ ラ グ
DSPス ロ ッ ト プ ラ グ 吊 具
新燃料貯蔵庫コンクリートプラグ
FPC F/Dコ ン ク リ ー ト プ ラ グ
CUW F/Dコ ン ク リ ー ト プ ラ グ

9-5

使用済燃料プールからの距離，重量，形状

第3表
番
号

5

抽出項目

PCVヘ ッ ド（取扱具含む）

吊荷の落下 防止対策使用するクレーン（主巻・補巻・モノレール
ホ イ ス ト ）及 び 吊 具（ 専用・汎用のワイヤ・ス
リング・吊具）適用法令・安全率の考え方

PCVヘ ッ ド

主巻・専用吊具

主 巻 は 工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
吊具はメーカ社内基準に基づき，強度評価を実施。

PCVヘ ッ ド 吊 具

主巻

詳細

RPVヘ ッ ド（＋スタッドボルトテンショナ）
6

RPVヘ ッ ド（取扱具含む）

RPVヘ ッ ド フ ラ ン ジ ガ ス ケ ッ ト
ミラーインシュレーション
スタッドボルト着脱装置
ミラーインシュレーションベロー
ドライヤ
セパレータ
シュラウドヘッドボルト
シュラウドヘッドボルトレンチ

7

ドライヤ，セパレータ等（取扱具含む）

D/S吊 具MSラ イ ン プ ラ グ
MSLP用 電 源 箱
MSLP用 空 気 圧 縮 機
MSLP用 電 動 チ ェ ー ン ブ ロ ッ ク

910

主巻・専用吊具

補巻・汎用吊具（ワイヤロープ）

補巻はクレーン構造規格による。
ワイヤロープはクレーン等安全規則により，安全率6 以上のものを使用。

主巻・専用吊具
補巻・汎用吊具（ワイヤロープ）
主巻
補巻・汎用吊具（ワイヤロープ及びナ
イロンスリング）

マルチストロングバック

補巻・専用吊具

D/S水 中 移 動 装 置
燃料プールゲート（大）主巻

燃料プールゲート（小）補巻・汎用吊具（ワイヤロープ）

キャスクピットゲート

補巻・汎用のワイヤ

キャスク

主巻・専用吊具

プールゲート類

キャスク（取扱具含む）キャスク吊具主巻

ドライキャスク

主巻・専用吊具

ドライキャスク吊具

主巻

固体廃棄物移送容器

主巻・専用吊具

固体廃棄物移送容器用垂直吊具（ R/B用 ）水位調整装置リークテスト測定装置
可動ステージ17

コンクリートプラグ・ハッチ類

工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
主 巻 は 工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
吊具はメーカ社内基準に基づき，強度評
価を実施。

主巻

工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。

−
−
−

−
−
−
工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。汎 用 のワイヤロープについてはクレーン等安全規 則 に よ り ，安 全 率 6 以 上 の も の を 使 用 。
補巻はクレーン構造規格による。
ワイヤロープはクレーン等安全規則により，安全率6 以上のものを使用。
主 巻 は 工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
ナイロンスリングはメーカ値に対して，余裕をもった使用荷重としている。
補巻はクレーン構造規格による。
ワイヤロープはクレーン等安全規則により，安全率6 以上のものを使用。
補巻はクレーン構造規格による。
吊具はメーカ社内基準に基づき，強度評価を実施。

キャスク除染ピットカバー

主巻・汎用のワイヤ

DSプ ー ル カ バ ー

補巻・汎用吊具（ワイヤロープ）

原子炉ウェルシールドプラグ

主巻・汎用吊具（ナイロンスリング）

スキマサージタンク用コンクリートプラグ

補巻・汎用吊具（ワイヤロープ）

SFPス ロ ッ ト プ ラ グ

補巻・専用吊具

SFPス ロ ッ ト プ ラ グ 吊 具

補巻

9-6

主 巻 は 工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
吊具はメーカ社内基準に基づき，強度評価を実施。（二重化）
補巻はクレーン構造規格による。
ワイヤロープはクレーン等安全規則により，安全率6 以上のものを使用。
主 巻 は 工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
補巻はクレーン構造規格による。
ワイヤロープはクレーン等安全規則により，安全率6 以上のものを使用。
ナイロンスリングはメーカ値に対して，余裕をもった使用荷重としている。
補巻はクレーン構造規格による。
吊具はメーカ社内基準に基づき，強度評価を実施。
工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
補巻はクレーン構造規格による。
ワイヤロープはクレーン等安全規則により，安全率6 以上のものを使用。
補巻はクレーン構造規格による。
汎用のワイヤロープについてはクレーン等安全規則により，安全率6 以上のものを使用。
主 巻 は 工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
専用吊具は二重化している。
工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
主 巻 は 工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
専用吊具は二重化している。
工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
主 巻 に つ い て は 工 認 -028 3. 落 下 防 止 対策による。汎用のワイヤロープについて
はクレーン等安全規則により，安全率6以上のものを使用。

補巻はクレーン構造規格による。

番
号

抽出項目

詳細

使用するクレーン（主巻・補巻・モノレール
ホ イ ス ト ）及 び 吊 具（ 専用・汎用のワイヤ・ス
リング・吊具）DSPス ロ ッ ト プ ラ グ

主巻・専用吊具

DSPス ロ ッ ト プ ラ グ 吊 具

主巻

新燃料貯蔵庫コンクリートプラグ

補巻・汎用のワイヤ

FPC
CUW

F/Dコ ン ク リ ー ト プ ラ グ
F/Dコ ン ク リ ー ト プ ラ グ

モノレールホイスト

9-7

適用法令・安全率の考え方
主 巻 は 工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
吊具はメーカ社内基準に基づき，強度評価を実施。
主 巻 は 工 認 -028 3.落 下 防 止 対 策 に よ る 。
補巻はクレーン構造規格による。汎用のワイヤロープについてはクレーン等安全規 則 に よ り ，安 全 率 6 以 上 の も の を 使 用 。
クレーン構造規格による。

第9−2図使用 済燃料プールのフ ロアレベ ルに設置するものの一覧

9-8

別添1
重量物落下 時のチャンネル・ボッ クスへの荷 重についてチャンネル ・ボッ ク ス はチ ャンネ ル・ファスナによって上部タイ・プレートに結合 されており，チ ャンネル ・ ファスナを通じて上 部タイ・プレートを支えている。その荷重は摩擦によって 7 つの スペ ーサ及び下部タイ・プレートにか かっている。7 つのスペーサ は 2
本のウォー タ・ロッ ド のうちの 1 本に結 合しており，支持されている。したがって，燃料棒でなくウ ォータ・ ロ ッドにチャンネル・ ボックスへの重量物の荷重がかかることになる（第 1 図） 。
以上を考慮 すると ， チ ャン ネル・ ボックスによる支持を無視し，燃料棒のみで落下 物の荷重を受け 止める想 定 は保守的であると考 えられる。

チャンネル・ファス ナ

第1図

チャ ンネル・ボックスの受ける荷重について

別 1-1

別添2
BWR燃料集合 体落 下 時の使用済燃料 プールライニングの健全性につい て

１．確認方 法BWR燃 料集 合体 落下 時の 使用済 燃 料プー ル ラ イ ニング の健 全性 の 確 認方 法は ，文献 １ ＊ 1の落下試験 に基づ い て いる 。
文献１ において は ，落下時に使用済燃 料プールライニングに衝突する下部タイ・プレート部分を 特に模 擬 し た310 kgの模擬燃料集合体を，気中にて高さ5.1 mから落下さ せている。
使用済 燃料プー ル ライニングは厚さ3.85 mmであり，模擬燃料集合体が落下して衝突したことによ り，0.7 mm減肉 したも のの，割れ等の有害な欠陥は認められず，健全性 が確認された。
このと きの落下 エ ネルギは，
310 kg×ｇ×5.1 m ≒ 15.5 kJであるので ，使用済 燃 料プールにおけるBWR燃 料集合体落下を想定する場合，下 部 タ イ ・
プレートの 形状は 燃 料 集合 体によ らずほぼ同等であることから，この落下エネルギ を超えないこと の確認 に よ り使 用済燃 料プールライニングの健全性を判断できる。
注記＊1：株式会 社日 立製作所「沸騰水型 原子力発電所燃料集合体落下時の燃料プールラ
イニングの 健全 性について」（HLR-050），平成6年12月

２．落下試 験の保守 性
文献１ の燃料集 合 体落下試験には，以 下の保守性がある。
（１）燃料 集合体重 量 （気中）東海第 二発電 所の燃 料に 対し ，８×８燃料（kg）を除 き，全ての燃料 よりも 重い310 kgの 模擬燃 料 集 合体 を使用 している。
（２）燃料 集合体重 量 （水中）
気中の落 下試験 で あ るた め，水 中で落下する燃料集合体の浮力は無視してい る。
（３）水の 抵抗を無 視
気中の落 下試験 で あ るた め，水中で落下する燃料集合体が受ける水の抵抗を 無視している。
（４）使用 済燃料プ ー ルライニング厚さ
東海第二 発電所 の 使 用済 燃料プ ールライニング厚さは，公称値6 mm，設計値 mmで，落下 試 験 に 使 用 し た ラ イ ニ ン グ 厚 さ は それ よ りも 薄 い3.85 mmで あ り ， ま た ， 落 下試
験により0.7 mm減 肉 し たも のの， 割れ等の有害な欠陥は認められず健全であっ た。

別 2-1

（５）落下 高さ
東海第二発電所の使用済燃料プール中で燃料取替機が通常の燃料移動の際の吊上げ高さmmに対 し， 落下試験時は高さ5.1 mから落下させた。

３．東海第 二発電所 の 運用における確認
使用済 燃料プー ル 水中における燃料取 扱いの運用において，２．の保守性を超えて非保守的とな る項目 が あ る場 合，そ の他の項目の保守性を考慮したうえで，１．のと おり
落下エネル ギによ る 確 認が 必要と なる。
（１）燃料 集合体重 量
８×８燃料の み，落 下試験に用いた模擬燃 料集合体を上回る重 量（kg）であ る。

これに対し ては，排 水 体積分の水による浮力 を考慮することにより ，落下エネ ルギを評価する（ 工認-028に て重 量が310 kgを下回ることを評価済）。
（２）落下 高さ
使 用済 燃料 プー ル における燃 料取扱いの運用において， 吊上げ高さの上限 は 2 種類あり，通常 時は 上記 の 通りmmで落下試験の落下高さ5.1 mに包絡されるが ， キャ

スク 装 荷 時 は 上限 を 切 り替え，キャスクの 最大寸法に応じ てmmとしてお り ，包絡されない。これに対 し ては，排水体積分の水による浮力を考慮することに加 え，落下中の水の 抵抗 を考 慮 することに より，落下 エネルギを評価する（４．参照） 。
新燃料搬入 の場合 ，使 用済燃料プ ールへの 入水時は，気中吊上げ高さを含め る と最大mの 高 さにな る 。こ れについては，新燃料搬入時，使用済燃料プールま で の動線において は，チャン ネ ル着脱機 上で新燃 料を入水させるまで，使用済燃料プ ー ルラ
イニング上 を通 らな い。新 燃料の吊具として使用するナイロンスリングは気中作 業で確実な 装着を 確認 し， 安全率は，6以上を確保しており，落下させな い運用と して いる。チャンネ ル 着脱機 は，新燃料を所定の場所に確実に入水させるよう，入水 箇所 の周りを柵等 で囲 む構 造 と している 。

４．水の抵 抗を考慮 し た落下エネルギ評価（１）落下 エネルギ 評 価式
燃料集合 体の変 位（ 落下移動距離）をx（m），時間をt（s）とし，以下に示す 運動
方程 式 を 用 い て ， 6 m落 下 後の 使 用 済燃 料 プ ール ライ ニン グ衝 突直 前の 速度 及 び 落 下エネルギを 評価す る 。本評価では，燃料集合体は垂直に落下し，落下中に水に よる浮力及び抵抗 （抗力 ） を 受け ること を想定する。

・ｇ
これを，速 度vの式 に すると
別 2-2

・ｇ
ここで，
ｇ：重力加 速度，9.80665 m/s 2
m 1 ：燃料 集 合体 の 重 量 （気 中 ） ，kg（東 海第 二発電所使 用済燃料プ ール内最大 重量 燃料：８×８燃料）m 2 ：燃料 集合体 の 重量 （ 水中），kg（ 浮力考慮）（m 1 −ρＶ）

）

Ｄ：抗力（

ρ：水の密 度，9.8045×10 2 kg/m 3 （大気圧・65 ℃）
C d ：抗力 係数， 0.60（ 抗 力係数測 定試験結 果を反映した設定の考え方を参考資料に示す ）Ａ：流れに 垂直な面 の 投影面積，正方形断 面（0.13 m×0.13 m＝1.69×10 ‐ 2 m 2 ）を仮定
m 3 （メーカ 設計値）

Ｖ：燃料集 合体体積 ，
上記微分方 程式 より ，
ｇ

v

tanh

ここで，

k

1
2

（２）落下 エネルギ 評 価結果
6 m 落下時 点 の速度 v は×2

m/s と評価され，このときの落下エネルギは，／2 ≒ 14.9 kJ

であり ，15.5 kJ を下回 るため，使用済燃料プールライニン グの健全性を確認 した 。
なお，上記 に 従った 燃 料 集合体の気中と水 中の落下距離と落下速度の関係を示 した
グラフを第 1 図 に示 す 。

第1図

燃 料集合体の落下距離と 落下速度の 関係

別 2-3

参考資料

抗 力係数 測定試験の結果を反映 した設定の考え方について

以下のと おり，燃 料 集合体の抗力係数測 定試験を実施し，燃料集合体の使用済燃料プー
ルライニン グへの落 下 エネルギ評価に用い る抗力係数を，測定値のばらつき等を考慮して設定した。

１．燃料集 合体抗力 測 定試験（１）試験 条件（図 1）
試験体 につい て は，実 機８×８形状の模擬燃料集合体（燃 料ペレットなし ，チャ ン
ネル・ボッ クス 付） を 用 いた。
計測速度に つ いては ，実機における燃料集合 体落下では約 10 m/s の速度が想定 されるが，試験 場の機能 の 上 限である 6.0 m/s を 最大値として，2.8 m/s，4.0 m/s，5.0 m/s，6.0 m/s に て 計測し た 。
水温につ い ては，実 機 では使用済燃料プー ル水温として 最大 65 ℃まで想定さ れる
ところ，試 験場 では 室 温 と同等の 20 ℃程度となる。

図1

抗力係数測定 試験イメージ（２）評価 手順
①燃料集合 体 を取り 付 け た状態で，荷重計 により計測速度毎の抗力 D1 を測定。
②燃料集合 体 を取外 し た 状態で，荷重計に より計測速度毎の抗力 D2 を測定。
③D1−D2 の 差分から ， 燃 料集合体のみの抗 力 D を得る。
④抗力 D か ら 抗力係 数 C d を求める 。
Cd ＝
こ こで，D：抗 力[N]，ρ：水密度[kg/m 3 ]，A： 流れに垂直な投影面積[m 2 ]，v：流速[m/s]
ま た，抗力 係 数のレイノルズ数依 存性を確認。
別 2-4

⑤試験体系 で の CFD 解 析 （２．参照）により，試験状態を評価し試験結果と傾 向を比較，確認 。
⑥CFD 解析 に より実 機 状態での抗力係数を計算し，実機の抗力係数 を推定。
⑦抗力係数 か ら落 下エ ネルギを評価し， 既往の燃料集合体落下試験に包絡さ れ ることを確認。

（３）試験 測定結果
①燃 料集合体 と 固定治具の合計抗力 D1500

抗力 (N)

400
300
200
100
0
0

1

2

3

4

5
6
流速 (m/s)

7

8

9

10

2

3

4

5

7

8

9

10

7

8

9

10

②固定治具 の みの抗 力 D2
500

抗力(N)

400
300
200
100
0
0

1

6

流速 (m/s)③燃料集合 体 のみの 抗 力 D
500

抗力(N)

400
300
200
100
0
0

1

2

3

4
5
6
流速 (m/s)

別 2-5

④燃料集合 体 の抗力 係 数 C d
抗力係数（●：試験結果，▲：CFD解析）
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
1.0E+05

1.0E+06

1.0E+07

レ イノ ルズ 数

２．CFD 解 析
今回 の 試験 に お いて ， 試験体 の形状につい ては実機と同じものを 使用したが ， 速度
及び水温の 不 足分を レ イノルズ数で整理し て，CFD 解析により 抗力係数 C d を求め 補完した。

（１）解析 モデル
解析モデル の 概念図 を 図 2 に示す。燃料集 合体外形の詳細形状を模擬（下部 タ イ・
プレートの CAD を使 用 ）し，燃料集合体内部形状は多孔質近似（実際の集合体 内 の流動抵抗係数 （燃 料設 計 値 ）を設定 ）とした 。

（２）解析 手法
解析コード の 概要を 表 1 に示す 。解析コードは，汎用熱流体解析コード（STAR-CCM＋）で あ り，解 析手法 に は定常単 相流解析 を，乱流モデルにはチャンネル・ボッ クス
近傍をより 精緻 に計 算 す るモデル を採用し てチャンネル・ボックス近傍にメッシ ュを密に配置し ，流 速分 布 を 考慮する メッシュ 条件とした。

（３）解析 条件
一様流の中 で 燃料集 合 体にかかる抗力を解 析するものとし，以下のとおり試 験 条件と実機条件 にて 解析 し た 。
＜試験解析 ＞流体 ： 水 （大 気圧，20 ℃），流速：1.3 m/s，2.8 m/s，6.0 m/s （レ イノ
ルズ数 Re＝ 1.7×10 5 〜7.8×10 5 ）＜実機補完 ＞流体：水（ 大気圧，65 ℃），流速： 10.5 m/s（レイノルズ 数 Re＝3.1×10 6 ）

別 2-6

（４）使用 コードの 適 用事例
使用 コードに は ，以下の適用事例が ある。
・円柱後流 部の渦 剥 離 構造 におい て，レイノルズ数 Re

1×10 5 ，2×10 6 ，1×10 7 に対 する抗力係 数 C d に ついて 実験値及び 他コードとの比較により妥当性確認がなされ ている（Ahmed Ibrahim, et al
Number,

CFD Simulation of Current Past Bluff Body at High Reynolds

Offshore Technology Conference, OTC-26911ｆMS, Huston, Texas, USA, May

2016.）・高レイノ ルズ数 体 系 にお ける複 雑形状に対する適用事例多数（航空機，自動車等 ）チャンネル・
ボックス（流 路）

多孔 質近 似(流動抵抗)

流れ

下部 タイ・
プレート
燃料 集合
体断 面図

図2

（一 様流 速）解析モデルの 概念図

別 2-7

表1
コード名
項目

解析 コードの概要

STAR-CCM＋

使用目的

3 次元流動解析によ る燃料集合体の抗力評価

開発機関

シーメンス社

開発時期

2004 年使用したバ ージョ ン

13.02

計算機コー ドの概 要有限体積法を用いた汎 用流体解析用計算機 プログラムで あり，数多くの研究機関や企 業において，航空宇宙 ，鉄道，自動車，機械，原 子力・火力・水力・風力発電などの様々な分野の流体解析に広く利用されている 。
【検証（Verification）】
・ 他コードによる計算結果と比較して検証が実施されていることを確認した。

検証（Verification） 【妥当性確認（Validation）】
及 び 妥 当 性 確 認（Validation）

・ 本解析コードは有限体積法を用いた汎用流体解析用計算機
プログラムであり，数 多くの研究 機関や企業において，様 々な分野の流体解析に広く利用されていることを確認している。
・ 本解 析コードは，航空 宇宙，鉄道，自動車，機械，原子 力 ・
火力・水力・風力発電などの様々な分野における使用実 績を有しており，妥当性は 十分に確認されてい る。

別 2-8

３．試験結 果の整理 及 び評価（１）統計 的整理
抗力 係数 C d の試 験結果を 計測車の速 度毎（≒レ イノルズ 数（Re）毎）に統計 的 に整理した結果 は以 下の と おり である 。
2.76 m/s（Re＝ 3.58×10 5 ）：データ数 6，平均値 0.866，標準偏差 0.0429
3.95 m/s（Re＝ 5.11×10 5 ）：データ数 2，平均値 0.857，標準偏差 0.0126
4.94 m/s（Re＝ 6.39×10 5 ）：データ数 5，平 均値 0.856，標準偏差 0.0225
5.92 m/s（Re＝ 7.67×10 5 ）：データ数 6，平均値 0.824，標準偏差 0.0346
上記 のうち最 も 大きい標準偏差 0.0429 によって，±3σ=±0.129 にて 99.7 ％ 信頼
区間をとり ，試験結 果 の 抗力係数から 0.129 を差し引いて 落下エネル ギ評価に用 いる。

（２）近似 曲線１．（ ３） ④ の抗 力係数 C d のグラフに近 似曲線を加えたもの が図 3 である。 流体力
学上の観点 から ，直 線 近似 でなく 対数近似し た曲線を示した。対数近似は双方 の 傾向
が同様にな って おり ，摩擦抵抗に レイノルズ数の−0.25 乗の項が含まれるブラ ジ ウスの式の特徴 の一 端が 示 され ている と考えられ る。この場合，試験測定結果の外 挿 （水温 65 ℃， 落下 速度 10.5 m/s）は 0.77 となる。

実機の燃料落下時の範 囲

抗力係数（●：試験結果，▲：CFD解析）

1.0
0.9
y = -0.047ln(x) + 1.4636

0.8

●
0.77

0.7
0.6

y = -0.039ln(x) + 1.1949

0.5

1.0E+05

1.0E+06
レイノルズ数図3

試験結果の外 挿の検討

別 2-9

1.0E+07

（３）中実 四角柱の 試 験
比較的高 い レイノル ズ 数でのデータを得る ため，中実の 四角柱（水が柱体の中 を通過しない）が円管 内 流 水によって 受ける抗力を測定する 試験も行 った（図 4）。図 3 に
この実験の 結 果を加 え て，図 5 に示す。この場合は内部を水が通り抜けることは な く，
レイノルズ 数 が高く な っても抗力係数の変 化は小さい。
（２）と同様に表計算ソ フ トの対数近似に よ り外挿 に よっても，変化が小 さい傾向を確認した。

0.20 m
荷重計

中実 四 角柱・上 下 部タ イ・ プレ ート に 相当す る 部分
を加 工 して 簡単に 模 擬）・高 い L/d を 確保 しつ つ円 管の 影響 を受
けな い よう 断面を 小 さく 設計

2 m
比較的高いレイノルズ数を得るため水温を約
53 ℃ 〜65 ℃とし た

0.05 m円管
流水

図4

中実 四角柱の 実験

抗力係数（●：試験結果，▲：CFD解析，○中実四角柱実験）

実機の燃料落下時
の範 囲

1.2
1.1

y = -0.003ln(x) + 1.1634

1.0

y = -0.047ln(x) + 1.4636
0.9

3σ

0.8

0.77

3σ

0.7

0.64

y = -0.039ln(x) + 1.1949
0.6
0.5
1.0E+05

1.0E+06

レイノルズ数
図5

抗力 係数の外挿

別 2-101.0E+07

（４）CFD 解析結果 と 試験測 定結果への考察
CFD 解析 で は ，燃 料 集 合体の 外面形状と内 部流動抵抗 を精密に模 擬する一方 ，表 面
粗さ や 燃料 集 合体 内 の 非均 質 性を無視して 単純化（図 6） しているため，抗力 係 数解
析値 は 保守 側 の小 さ い 値と な る。解析の不 確かさを考慮し ても保守性が大きく ， 実際の燃料集合 体 の抗力 係 数が解析値を下回る ことはない。詳細は表 2 のとおり。

表2

CFD 解析結果に対 する感度評価

項目

説明

抗力係数へ の感度

正多孔質下端部に実際

多孔質近似した燃料集合体内部の流動

約 6 ％増加のの空隙率（流路面積

抵抗が変らないように 配慮しながら，下感割合）を与 える部タイ・プレー ト部分に 相当する多 孔質

度

下端部に実際の空隙率 （流路面積割合）を与えた結果，燃料集合 体内部を通 る流
量に変化はなかったも のの，抗力係数は増加。これは，下部 タイ・プレート部分の構造物としての充填率が増加したことにより ，下部タイ・プレート部分（多孔質下端面）に 衝突する 水流の圧力 を直接受ける割合が増加したためと考えら
れる。
横流れ禁止

構造物がある場所には本来流れないた

約 5 ％増加め，横 流れを禁 止する措 置をとると 抗力係数は増加。これは，横 流れ禁止前 には斜めに流入できた経路に流入できなくなり，流入でき ない流れ による圧力 抗力が増加したためと考え られる。
表面粗さ

表面 粗 さを一律 20 μm（滑らかとさ れ

約 1 ％増加る表面の 2 倍〜数倍） とする
負多孔質近似に用いた圧損係数を 10 ％低 下させる

約 1 ％低下の圧損係数の 誤差感

解析が収束に至るま解析が収束に至るまでの抗力係数の振約 2 ％低下度での抗力係 数の振幅

幅は±2 ％程度あるため低い方を考慮

解析手法の 誤差

円 柱 の文献値と CFD 解析 の誤差を 差し
引く

別 2-11

約 1 ％低下大 きな 抵抗 にな る非 均質 な 構造

下 部タ イ・ プレ ート

流れ の 方向

大き な 抵抗 にはな っ ていな い 均質 な多孔 質 体
で近 似

図 6 CFD 解 析の保守性

抗力係数 の 試験測定 結 果は，当初 推定した 0.80 を下回った。燃料集 合体は，外 観は
直方 体 に近 い が， 内 部 を通 り 抜ける水の影 響を無視できず ，内部を通り抜けた 後 の水流が 後 流の 抗 力を 打 ち 消す 方 向に作用した ため，抗力係数 が低くなった可能性 が 考えられる（図 7）。
チ ャン ネル ・
ボッ ク ス
流れ の 方向流 れの 方向円柱

内部通過した流れに よ り
後流の渦は見られな い
中実円柱
の解析例
図7

燃料集合体 抗力測定試験 の解析結果

内部 通過流の 影響（CFD 解析結果の比較）（５）試験 結果
試験結果と し て，落 下 エネルギを評価する。落下エネル ギ評価に用 いる抗力係 数は，（２）近似 曲線 にて 求 めた 0.77 から，（１） 統計的整理により求めた 3σ＝ 0.129 を差し引いて ，0.64 に 余 裕を みた 0.60 とする。
抗力係数 0.60 とす ると ，落下高さの速度はm で使用済燃料プール床面 に衝突する とき

m/s と な り，最も重い８×８燃 料の重量を用いて落下 エネルギを 評 価す

れば，14.9 kJ であ り ，の落下試 験結果 15.5 kJ よりも低い結果となった。

別 2-12

なお，燃料 集 合体の 落 下 において，落下開 始から使用済燃料プールライニング への衝突まで抗 力係 数を 一 定と する本 手法におい ては，速度 0 m/s 付近でレイノル ズ 数が非常に小さ い落 下開 始 時に は，抗 力係数は一 般的に大きな値となり，次第に低 下 することを考慮 して いな い ため ，手法 そのものに も保守性がある。
また，今回 の 燃料集 合 体 抗力係数測定試験 において，模擬燃料集合体を水中で 動かし始めてか ら測 定速 度 に達 するま での加速領 域において，測定区間よりも大き な 抗力を測定した 。こ れよ り ，重 力によ って加速さ れながら静水中を落下していく燃 料 集合体において も， 同様 の 大き な抗力 が働くと考 えられる。この抗力を考慮しなか っ た今
回の試験結 果は ，更 に 保守 的であ る可能性が ある。

別 2-13