JP2009257996A - スロッシング防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で、且つ取り扱いが容易な構造で、スロッシングを抑制できる。
【解決手段】スロッシング防止装置１は、燃料プール２内の水面付近に配置され、プール開口部の前面にわたって、帯状をなす格子板５１をその面方向を略上下方向に向けて平面視格子状に組み合わせた格子体５と、格子体５の上方を覆うように配置されるとともに、空気の流通路を形成した可動ルーバー６２を有する弁体付き蓋体６とを備え、格子板５１が燃料プール２内の水の揺動の抵抗となる邪魔板の作用をなし、水面付近で最大となる波の大きさを小さくしてスロッシング現象を抑制するとともに、弁体付き蓋６によって、燃料プール２内で生じる波しぶきの周囲への飛散を防止するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子力発電所の使用済み燃料棒を冷却するための燃料貯蔵プール等に設置されるスロッシング防止装置に関する。

従来、原子力発電所の原子炉建屋には、使用済み燃料棒を冷却するため、或いは原子炉の定期点検時において原子炉内の機器や使用中の燃料棒を仮置きするための水が入ったプール等が設けられており、それらのプールの開口部は蓋などで塞いでいないのが一般的となっている。つまり、使用済み燃料棒の温度は３００℃にもなる高温な状態であり、プール内の冷却水を循環させながら長時間をかけて冷却するため、プール上部の開口部が塞がれていると冷却の妨げになるため、蓋を設置していないのが現状となっている。

ところで、スロッシング現象は、長周期の地震動に共振してゆっくりとした波が発生するものである。これに対して、上述した燃料貯蔵プールでは、設計用地震動に対してスロッシング現象が発生してもプール内部の水が溢れないように設計されているが、例えば想定した地震動を超えるようなキラーパルスの非常に大きな地震動を受けると、その衝撃力によりスロッシング現象が発生し、プール内の水面が上昇してプール外部に多量の内容水が溢れ出してしまうおそれがあった。しかも、使用済み燃料棒を貯蔵するプールの水は高い放射能を帯びているため、外部への流出を避けることが必要条件となっている。

このような課題に対して、スロッシング現象によってプールから溢れ出した水を堰き止める技術が、例えば特許文献１に提案されている。
特許文献１は、燃料貯蔵プール（容器）の縁部近傍に、プール内の水面よりも高い溢水防止用の冶具を設置する構造であり、容器縁部から起立する起立壁と、この起立壁に摺動用連結具を介して上下に移動可能な移動壁とを有する構造や、その起立壁に袋状の防水シートを備えておき、その防水シートに溢れ出した水を収容する構造の治具からなるスロッシング溢水防止装置について開示したものである。
特開２００６−３２９７９９号公報

しかしながら、従来のスロッシング防止装置では以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１のスロッシング溢水防止装置はプールの縁部に防壁の機能を持たせた起立壁等を設けているが、スロッシング現象そのものを抑制するものではないことから、多量のプール内の水が溢れ出したときに、起立壁が破壊されるおそれがある。そして、溢れ出した水圧に壁が耐え得るように、且つ水を収容する防水シートの止水性を確保するように設計すると、これら溢水防止用の冶具が大規模で、且つ重量の大きな構造となり、コストがかかるうえ、例えば原子炉の定期点検時に取り扱いにくく、作業効率が低下するといった問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、軽量で、且つ取り扱いが容易な構造で、スロッシング現象を抑制できるスロッシング防止装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るスロッシング防止装置では、原子力発電所内に設置される水が入ったプールに設けられるスロッシング防止装置であって、プール内の水面付近に配置され、プール開口部の少なくとも外周部にわたって、帯状をなす格子板をその面方向を略上下方向に向けて平面視格子状に組み合わせた格子体と、格子体の上方を覆うように配置されるとともに、空気の流通路を形成した弁体を有する弁体付き蓋体とを備えていることを特徴としている。

本発明では、格子体をプール内の水面付近に配置させることで、水の揺動範囲が格子板によって仕切られた小範囲となり、それら格子板がプール内の水の揺動の抵抗となる邪魔板の作用をなし、水の揺動が分散されて、水面付近で最大となる波の大きさを小さくすることできるので、スロッシング現象を抑制することができる。そして、格子体の上方には弁体付き蓋が設けられているので、プール内で生じる波しぶきの周囲への飛散を防止することができる。
しかも、使用済み燃料棒を貯蔵する燃料貯蔵プールにおいては、その冷却時に生じる水蒸気を弁体付き蓋に形成される空気の流通路を通して逃がすことができるので、冷却効率を低下させることがない構造となっている。

また、本発明に係るスロッシング防止装置では、格子体の格子板は、その上部が格子体の平面視中心側に向くように傾斜していることが好ましい。
本発明では、傾斜した格子板に衝突した波の向きが平面視でプール中心側に向けられ、プール外部に波しぶきが飛散しないようにすることができるうえ、傾斜した格子板の下側斜面が波の上昇を抑える抵抗となることから、スロッシング現象をさらに小さくする効果を得ることができる。

また、本発明に係るスロッシング防止装置では、格子板には、略水平方向に延びる水平リブが固定されていることが好ましい。
本発明では、格子板によって仕切られた範囲内に水平リブが介在する構成であるので、その水平リブが波の上昇を抑える抵抗となることから、スロッシング現象をさらに小さくする効果を得ることができる。

また、本発明に係るスロッシング防止装置では、弁体は、開閉可能であることが好ましい。
本発明では、使用済み燃料棒を仮置きする燃料貯蔵プールにおいては、冷却時に生じる水蒸気をプールから逃がすために、弁体付き蓋の弁体を適宜な開口量に調整して開けておくことができる。また、例えば使用済み燃料棒をプール内に移し替える際などにおいて、弁体付き蓋を取り外して、弁体を閉じた状態でプールの周囲に衝立状に立てておけば、その弁体付き蓋にプール外方への水の流出を防ぐ防壁の役割を持たせたることができる。

また、本発明に係るスロッシング防止装置では、弁体付き蓋体は、平面視で複数に分割され、それら分割された隣接する蓋ユニットどうしが蛇腹状に折り畳み可能に連結されていることが好ましい。
本発明では、使用済み燃料棒を原子炉からプールに移し替えるなどの作業を行うためにプールの開口部を開放する際に、弁体付き蓋を折り畳んで簡単に取り外すことができる。また、折り畳んだ状態の弁体付き蓋をプールの外周部などに縦置きにして配置させて防壁を構成することが可能となり、プール開放時に大地震が発生して場合でもスロッシング現象が起きた場合であってもプール内の水の溢れ出した水の外部への流出を抑えることができる。

本発明のスロッシング防止装置によれば、プール内の水面付近に格子状の格子体を配置することで、プール内の水の揺動が分散され、スロッシング現象を効果的に抑制することができるとともに、格子体の上方の弁体付き蓋によって波しぶきの周囲への飛散を防ぐことができる。
また、スロッシング現象が抑えられて多量の水がプールより溢れ出すことがなくなるので、弁体付き蓋を軽量で簡単な構造とすることが可能となるとともに、格子体もまた格子板から構成される簡単な構造であることから、それらの取り扱いが容易になる利点がある。そのため、これら格子体と弁体付き蓋を取り外してプールの開口部を開放し、原子炉から使用済み燃料棒をプール内に移し替えるといった作業などを効率よく行うことができる。

以下、本発明の実施の形態によるスロッシング防止装置について、図１乃至図７に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態によるスロッシング防止装置の概略構成を示す一部破断平面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図、図３は図２に示す格子体の拡大図、図４は弁体付き蓋を折り畳む過程の状態を示す斜視図、図５は弁体付き蓋の構成を示す側断面図であって、（ａ）は図４に示すＢ−Ｂ線断面図で羽板を開いた状態の図、（ｂ）は同じく羽板を閉じた状態の図、図６は燃料プール開放時のスロッシング防止装置の状態を示す平面図であって、図１に対応する図、図７は同じく燃料プール開放時のスロッシング防止装置を示す縦断面図であって、図２に対応する図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態によるスロッシング防止装置１は、原子力発電所の原子炉建屋内の使用済み燃料棒４を冷却するために冷却水が貯められている燃料貯蔵プール（以下、単に「燃料プール２」という）において、地震時に起きるスロッシング現象を抑制するものである。燃料プール２は、平面視矩形状をなし、図示しない原子炉の上部に設けられた円筒型のピット３の近傍に設けられている。そして、通常、ピット３にはコンクリート製の蓋（図示省略）が取り付けられるとともに、その内部には水が入っていない状態であり、燃料プール２のみに水が入った状態となっている。そして、燃料プール２は、使用済み燃料棒４を冷却するために図示しない循環ポンプで内部の水を循環し、プール内の水位を一定に保持している。

使用済み燃料棒４は、ピット３から取り出した時点において、例えば３００℃になる高温な状態であり、燃料プール２内で１００℃程度まで冷却される。そして、ピット３から取り出した使用済み燃料棒４は、その高さ寸法が略４ｍ程度であり、燃料プール２の底部に立てた状態で貯蔵されることになる。

図１および図２に示すように、スロッシング防止装置１は、燃料プール２の開口２ａ全体にわたってスロッシング現象を抑えるための格子体５が配置され、さらにその格子体５の上面を覆うようにして空気の通路を形成させた弁体付き蓋６を備えた構成となっている。なお、図１では、見易いように弁体付き蓋６は略半分を省略した図とし、格子体５においては弁体付き蓋６の下方に位置する二点鎖線の領域にも配置されている。

格子体５は、例えばステンレス製などの部材からなる帯状の格子板５１を、その面方向を略上下方向に向けて平面視格子状となるように縦横に組み合わせた部材をなしている。図３に示す側面視で、格子体５のそれぞれの格子板５１は、その上部が格子体５の平面視中心側に向くように適宜な傾斜角度で傾いた状態で配置されている。また、格子体５が設けられる位置は、燃料プール２内の水が地震時に揺動する表面付近の自由水の位置、つまり、格子体５の上面５ａと水面とが一致する位置、或いはほぼ一致する位置が好ましく、これにより地震時に生じるスロッシング現象を抑えることが可能な構造となっている。

図１、図２に示すように、弁体付き蓋６は、ルーバーの開閉によって蓋の面内に空気の流通路を形成できるようにした板状蓋構造であり、燃料プール２の縁部２ｂ上及び燃料プール２の開口部に架設した支持部材７上に載置されている。図４に示すように、弁体付き蓋６は、平面視帯状をなす複数の蓋ユニット６Ａ、６Ａ、…に分割され、それら分割された隣接する蓋ユニット６Ａ、６Ａどうしがその長辺部（連結部６ａ）で連結されている。これら連結された蓋ユニット６Ａ、６Ａどうしは、その連結部６ａが連結方向（長手方向）を中心軸にして回動可能な状態で繋がっており、図４に示すように蛇腹状に折り畳めるようになっている。なお、図４は、後述する可動ルーバー６２（図５参照）が省略された図となっている。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、各蓋ユニット６Ａは、鋼材などから形成され、枠体６１と、その枠体６１内に開閉自在に設けられた可動ルーバー６２（弁体）とからなる。枠体６１は、帯状の平板を四角形状に枠組みして一体に形成されている。可動ルーバー６２は、複数の帯状平板をなす矩形状の羽板６２ａ、６２ａを一方向に整列的に配列させたものであり、各羽板６２ａの短手方向の一端（回転軸６２ｂ）を中心軸として回動自在（矢印Ｅ方向）となっている。図５（ａ）に示すように、可動ルーバー６２を所定の回転角度で開けたときには、弁体付き蓋６に流通路Ｓが形成され、弁体付き蓋６の面内に空気を流通させることができるようになっている。

そして、図５（ｂ）に示すように、可動ルーバー６２を閉じたときには、隣り合う各羽板６２ａ、６２ａどうしの間に隙間Ｓが形成されない状態とすることができ、例えば詳しくは後述するが定期点検時などで燃料プール２を開放する際には、可動ルーバー６２を閉じた状態で燃料プール２の外周部に折り畳んだ状態で配置させて使用できる構成となっている。

次に、上述したスロッシング防止装置１の作用および使用方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、本スロッシング防止装置１では、大規模地震が発生すると、燃料プール２内の冷却水にスロッシング現象（このときの水の揺動状態の一部が図２の破線で示されている）が起きるが、格子体５が燃料プール２内の水面付近に配置されているので、水の揺動範囲が格子板５１（図３参照）によって仕切られた小範囲となり、それら格子板５１が燃料プール２内の水の揺動の抵抗となる邪魔板の作用をなし、水の揺動が分散されて、水面付近で最大となる波の大きさを小さくすることできるので、スロッシング現象を抑制することができる。

とくに、図３に示すように、本実施の形態のスロッシング防止装置１では、格子体５の各格子板５１が平面視中心側に向けて傾斜した形状となっているので、傾斜した格子板５１に衝突した波の向きが平面視でプール中心側に向けられ、プール外部に波しぶきが飛散しないようにすることができるうえ、傾斜した格子板５１の下側斜面５１ａが波の上昇を抑える抵抗となることから、スロッシング現象をさらに小さくする効果を得ることができる。
さらに、本スロッシング防止装置１では、燃料プール２の開口付近に設置されることから、燃料プール２内の底に立てた状態で貯蔵される使用済み燃料棒４、４、…に干渉することなく、確実にスロッシング現象を防止することができる。

そして、格子体５の上方には弁体付き蓋６が設けられているので、燃料プール２内で生じる波しぶきの周囲への飛散を防止することができる。
また、使用済み燃料棒４を貯蔵する燃料プール２では、その冷却時に生じる水蒸気を弁体付き蓋６に形成される空気の流通路Ｓを通して逃がすことができるので、冷却効率を低下させないようになっている。しかも、弁体付き蓋６の可動ルーバー６２を適宜な開口量に調整して開けておくことができる。

また、図６及び図７に示すように、使用済み燃料棒４を燃料プール２に移し替える際や、原子炉の定期点検時で使用中の燃料棒を燃料プール２に仮置きする際などで燃料プール２を開放するときには、燃料プール２に設置されているスロッシング防止装置１の弁体付き蓋６を折り畳んで燃料プール２の外周部に衝立状にしてサポート材１０などで支持させて配置する。なお、図６に示すように本実施の形態では、ピット３と燃料プール２の両方を囲うようにして折り畳んだ弁体付き蓋６が配置されている。その後、格子体５を取り外して燃料プール２の開口部を開放した状態で作業が行われる。

このように、弁体付き蓋６は、折り畳んで簡単に取り外すことができ、また、折り畳んだ状態の弁体付き蓋６を燃料プール２の外周部に縦置きにして配置させ、さらに可動ルーバー６２の羽板６２ａを閉じた状態（図５（ｂ）参照）とすることで、隙間のない防壁を構成することが可能となり、このプール開放時に地震が発生してスロッシング現象が起きた場合であっても燃料プール２内の水の溢れ出した水の外部への流出を抑えることができる。

上述した本実施の形態によるスロッシング防止装置では、燃料プール２内の水面付近に格子状の格子体５を配置することで、燃料プール２内の水の揺動が分散され、スロッシング現象を効果的に抑制することができるとともに、格子体５の上方の弁体付き蓋６によって波しぶきの周囲への飛散を防ぐことができる。
また、スロッシング現象が抑えられて多量の水が燃料プール２より溢れ出すことがなくなるので、弁体付き蓋６を軽量で簡単な構造とすることが可能となるとともに、格子体５もまた格子板５１から構成される簡単な構造であることから、それらの取り扱いが容易になる利点がある。そのため、これら格子体５と弁体付き蓋６を取り外して燃料プール２の開口部を開放し、原子炉から使用済み燃料棒４を燃料プール２内に移し替えるといった作業などを効率よく行うことができる。

次に、上述した実施の形態の変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。

図８は実施の形態の第１の変形例によるスロッシング防止装置の格子体の構成を示す平面図、図９は同じく弁体付き蓋の構成を示す平面図である。
図８および図９に示すように、第１の変形例によるスロッシング防止装置１は、燃料プール２の開口部の平面視外周部のみの範囲に格子体８、および弁体付き蓋９を配置させた形態、すなわち格子体８および弁体付き蓋９はそれぞれ平面視中央部分に矩形状の開口８ａ、９ａを形成させた形状をなしている。
つまり、一般的に燃料プール２におけるスロッシング現象は、燃料プール２の外周部側で波の高さが大きくなるので、本第１の変形例では、その外周部のみの範囲にスロッシング防止装置１を配置させた構成となっている。

また、図１０（ａ）〜（ｃ）は実施の形態の他の変形例によるスロッシング防止装置の格子体の構成を示す側面図である。
図１０（ａ）〜（ｃ）には、それぞれ第２〜第４の変形例による格子体５Ａ、５Ｂ、５Ｃが示されており、格子板５１に略水平方向に延びる水平リブを固定させた形状となっている。
図１０（ａ）に示す第２の変形例による格子体５Ａは、各格子板５１の上端部５１ｂから水平方向で一方向に向けて張り出す水平リブ５２を設けた構成となっている。
図１０（ｂ）に示す第３の変形例による格子体５Ｂは、上端部５１ｂに側面視Ｔ字状となるようにし水平リブ５３を設けた格子板５１と、下端部５１ｃに同じく水平リブ５４を設けた格子板５１とを配列方向に交互に配置させた構成となっている。
図１０（ｃ）に第４の変形例による格子体５Ｃは、上端部５１ｂ及び下端部５１ｃの両端に水平リブ５３、５４を設けた格子板５１と、上下方向中間部５１ｄに側面視十字状となるようにして水平リブ５５を設けた格子板５１とを配列方向に交互に配置させた構成となっている。
上述した第２〜第４の変形例では、格子板５１によって仕切られた範囲内に水平リブ５２、５３、５４、５５が介在する構成であるので、その水平リブ５２〜５５が波の上昇を抑える抵抗となることから、スロッシング現象をさらに小さくする効果を得ることができる。

以上、本発明によるスロッシング防止装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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、格子体５の格子板５１の寸法や、格子板５１によって囲まれる範囲の大きさ、燃料プール２における設置高さなどは、適宜な設計的変更が可能である。
また、本実施の形態では弁体付き蓋６の空気を通過させる流通路を形成する弁体として可動ルーバー６２としているが、この形態に限定されることはなく、羽板の取り付け角度が固定されたルーバーであってもよく、またルーバーでなく、例えばスライド式の窓状の部材により空気の流通路を形成可能な構造を採用することができる。
さらに、本実施の形態では、弁体付き蓋６、蓋ユニット６Ａ、６Ａを連結して折り畳み可能な構成としているが、これに限定されることはない。そして、折り畳んで衝立状に配置させる範囲を、ピット３と燃料プール２の両方を囲う範囲としているが、とくに限定されることはなく、燃料プール２のみを囲う範囲であってもかまわない。

本発明の実施の形態によるスロッシング防止装置の概略構成を示す一部破断平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図である。 図２に示す格子体の拡大図である。 弁体付き蓋を折り畳む過程の状態を示す斜視図である。 弁体付き蓋の構成を示す側断面図であって、（ａ）は図４に示すＢ−Ｂ線断面図で羽板を開いた状態の図、（ｂ）は同じく羽板を閉じた状態の図である。 燃料プール開放時のスロッシング防止装置の状態を示す平面図であって、図１に対応する図である。 燃料プール開放時のスロッシング防止装置を示す縦断面図であって、図２に対応する図である。 実施の形態の第１の変形例によるスロッシング防止装置の格子体の構成を示す平面図である。 同じく弁体付き蓋の構成を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施の形態の他の変形例によるスロッシング防止装置の格子体の構成を示す側面図である。

符号の説明

１ スロッシング防止装置
２ 燃料プール
３ ピット
４ 使用済み燃料棒
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、８ 格子体
５１ 格子板
５１ａ 下側斜面
５２、５３、５４、５５ 水平リブ
６、９ 弁体付き蓋
６Ａ 蓋ユニット
６２ 可動ルーバー（弁体）

Claims (5)

1. 原子力発電所内に設置される水が入ったプールに設けられるスロッシング防止装置であって、
   前記プール内の水面付近に配置され、プール開口部の少なくとも外周部にわたって、帯状をなす格子板をその面方向を略上下方向に向けて平面視格子状に組み合わせた格子体と、
   前記格子体の上方を覆うように配置されるとともに、空気の流通路を形成した弁体を有する弁体付き蓋体と、
   を備えていることを特徴とするスロッシング防止装置。
2. 前記格子体の格子板は、その上部が前記格子体の平面視中心側に向くように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のスロッシング防止装置。
3. 前記格子板には、略水平方向に延びる水平リブが固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスロッシング防止装置。
4. 前記弁体は、開閉可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスロッシング防止装置。
5. 前記弁体付き蓋体は、平面視で複数に分割され、
   それら分割された隣接する蓋ユニットどうしが蛇腹状に折り畳み可能に連結されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスロッシング防止装置。

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