JP2010190605A - 使用済燃料プール設備 - Google Patents

Abstract

【課題】使用済燃料プールにおける使用済燃料等の取扱いの作業性に影響を与えずに、地震時に使用済燃料プールから溢れたプール水の散逸を防止する。
【解決手段】原子炉から取り出した使用済燃料を水中に貯蔵する使用済燃料プール１と、前記使用済燃料プール１の水面より高い運転床２を有する使用済燃料プール設備において、前記使用済燃料プール１を取り囲み、かつ前記使用済燃料プールのプール側壁５から所定距離離間して前記運転床２に形成された溝部６と、通常時には前記溝部の内部に収納され、溢水検知信号又は地震情報検知信号に基づいて前記溝部の上方に展開する折り畳み式の堰７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は原子力発電所の使用済燃料プール設備に関し、特に、地震時において使用済燃料プール水の散逸を防止する使用済燃料プール設備に関する。

原子力発電所には、原子炉内で燃焼された燃料集合体を使用済燃料ラックに収納し、大量の水で冷却しながら貯蔵する使用済燃料プールが設置されており、使用済燃料プールの開口部は、燃料取替機等が設置された運転床に位置している。プールのような液体を保有する容器に地震等に起因する低周波数の外力が加えられると容器内の液面にスロッシングと呼ばれる遥動が生じる。

使用済燃料プールでは、地震時にスロッシングが発生するとプールの液面がプール側壁を超え、放射性物質を含むプール水が運転床に溢水する可能性がある。運転床にプール水が溢水した場合、運転床およびに運転床上に設置された機器等がプール水で濡れたり、又はプール水が下階へ流出するおそれがある。

さらに、定期点検等の最中に地震が発生した場合、作業員がプール水に濡れるおそれもある。このため、原子力発電所の信頼性及び安全性の向上を図るために、従来からスロッシングによる溢水対策が講じられている。

例えば、使用済燃料プールを使用済み燃料プールの側壁よりさらに高い側壁で覆う二重構造とすることにより、スロッシングにより溢れたプール水が、使用済燃料プール周囲の空間へ流入させ、使用済燃料プールから溢れたプール水が運転床に散逸するのを防止する燃料プール設備が提案されている（特許文献１）。

また、通常時には燃料交換作業に影響を与えないようプール側壁に平板を収納し、地震検知信号またはプール水位の変動を検知したときには平板を使用済燃料プールの液面近傍に水平に位置させ、使用済燃料プールで発生するスロッシングを抑制する装置も提案されている（特許文献２）。

さらに、使用済燃料プールの縁部に上下方向に伸縮可能な壁を設置し、スロッシングが発生し通常時レベルよりも高い水面になった場合に、壁を上昇させ溢水量を低減させることも提案されている（特許文献３、特許文献４）。

特開平７−１２８４８５号公報 特開平８−１０１２９６号公報 特開２００６−３２９７９９号公報 特開２００７−１６３２０４号公報

近年発生した大地震の影響により、原子力発電所の信頼性及び安全性をさらに高める必要があることから、使用済燃料プール周辺への溢水対策が注目されている。しかし、上記特許文献１乃至特許文献４に示された従来の溢水防止設備では、新規プラントにおいては、予め建設当初から計画して設置すれば有効であるものの、既設プラントにおいては、大幅な追加工事が必要となり、設置スペース、コスト、放射線被曝、等の課題がある。

また、特許文献３又は特許文献４のように、使用済燃料プールの縁部を高くして溢水を抑える構成は、スロッシング時のプール水より壁に大荷重が加えられるため、非常に頑丈な構造にしなければならず、広い設置スペースを要するとともに、コストの面でも問題がある。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、使用済燃料プールにおける使用済燃料等の取扱いの作業性に影響を与えずに、地震時に使用済燃料プールから溢れたプール水の散逸を確実に防止するとともに、作業員の安全性を確保できる使用済燃料プール設備を提供することを目的とする。

また、本発明は、既設プラントの使用済燃料プールに容易にかつ低コストで設置できる使用済燃料プール設備を提供することを目的とする。

本発明に係る使用済燃料プール設備は、上記課題を解決するために、原子炉から取り出した使用済燃料を水中に貯蔵する使用済燃料プールと、前記使用済み燃料プールの水面より高い運転床を有する使用済燃料プール設備において、前記使用済燃料プールを取り囲み、かつ前記使用済燃料プールのプール側壁から所定距離離間して前記運転床に形成された溝部と、通常時には前記溝部の内部に収納され、溢水検知信号又は地震情報検知信号に基づいて前記溝部の上方に展開する堰と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る使用済燃料プール設備は、原子炉から取り出した使用済燃料を水中に貯蔵する使用済燃料プールと、前記使用済み燃料プールの水面より高い運転床を有する使用済燃料プール設備において、前記使用済燃料プールを取り囲むように、かつ前記使用済燃料プールのプール側壁から所定距離離間して前記運転床に形成された溝部と、前記溝部の内部に収納された水分吸着材と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る使用済燃料プール設備によれば、地震情報又はプール水の揺動を検知して折り畳み式の堰を上方へ展開させることにより、溢れたプール水が折り畳み式の堰の外側の運転床上へ散逸することを確実に防止することができるとともに、折り畳み式の堰は通常時は溝部内に収納されているので運転床上の作業性を向上することができる。

本発明の第１の実施形態に係る使用済燃料プール設備の全体構成図。 （ａ）は折り畳み式が折り畳まれた状態を示す図、（ｂ）、（ｃ）は折り畳み式の堰が展開した状態を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る折り畳み式の堰の他の変形例を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る折り畳み式の堰の設置状況を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る溢水検知装置のブロック図。 本発明の第２の実施形態に係る地震情報検知装置のブロック図。 本発明の第３の実施形態に係る燃料プール設備の全体構成図。

以下、本発明に係る使用済燃料プール設備の実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態に係る使用済燃料プール設備を、図１乃至図４を参照して説明する。

図１において、使用済燃料プール１は原子炉建屋（図示せず）内にあって、使用済み燃料プール１の開口部は運転床２に設けられている。使用済燃料プール１には、プール水４が満たされており、使用済燃料（図示せず）を収納した使用済燃料ラック３が複数貯蔵されている。運転床２には使用済燃料プール１を取り囲み、かつ、プール側壁５から所定距離を離間して溝部６が形成されており、溝部６の内部には折り畳み式の堰７が収納されている。なお、図１では、折り畳み式の堰７が展開した状態を図示している。

図２（ａ）において、折り畳み式の堰７が溝部６の内部に折り畳まれた状態で収納されている場合の断面図を図示している。折り畳み式の堰７の上部に、運転床２と同一面を構成する蓋８を設けてもよい。

折り畳み式の堰７は、その内部に空気あるいはガス等の気体を導入することにより溝部６の上方に膨張展開する袋状の密閉部材からなり、図２（ｂ）では、折り畳み式の堰７が膨張し展開した場合の断面図を図示している。
また、空気あるいはガス等の気体を外部から導入するかわりに、溢水に反応して瞬時にガスを発生する材料を溝部６内に配置して堰７を膨張展開させてもよい。

上述した折り畳み式の堰７が展開した後の形状は、様々な形状が考えられ、例えば、図２（ｂ）に示す楕円形状、図２（ｃ）に示す波返し形状、等が用いられる。
なお、上記説明では、堰７として袋状の密閉部材を用いた例を説明したが、袋状に限定されることはなく、展開可能であれば蛇腹状又は他の形状の密閉部材を用いることも可能である。

次に、図３に示された折り畳み式の堰７の変形例では、通常時は溝部６内に収納され溢水時に堰７として機能するシート１１と、溢水時にアクチュエータ９により駆動されシート１１を上部に展開する支持棒１０とから構成されており、図３は展開した場合の断面図を図示している。この折り畳み式の堰７に対しても図２と同様に蓋８を設けてもよい。

このように構成された折り畳み式の堰７は、図２（ａ）に示すとおり通常時には、折り畳み式の堰７は折り畳まれた状態で溝部６に収納されており、運転床２上での作業の妨げにならない。さらに、作業性の向上を図るために、溝部６の上面には蓋８が運転床２と同一面を構成するように設けられている。

一方、地震が発生し、プール水４の遥動による波が発生した場合には、蓋８が開き、折り畳み式の堰７は、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図３あるいは図４に示すように展開される。図２の例では、折り畳み式の堰７は気体を導入して瞬時に膨らみ、袋状の密閉部材内部の気体を所定圧力に保持して、運転床２より高い壁を形成して、溢れたプール水に対して堰の役割をする。折り畳み式の堰が図２（ｃ）に示すように波返し形状にすると更に効果的である。

また、図３の例では、折り畳み式の堰７は、運転床２に対して水平に溝部６に収納されていた支持棒９をアクチュエータ１１によって垂直方向へ立ち上げて、支持棒９の先端に連結されたシート１０を開き、運転床２より高い壁を形成して、溢れたプール水に対して堰の役割を果たす。

また、折り畳み式の堰７は、図２（ｂ）、（ｃ）においては気体を排出し、図３においてはアクチュエータを駆動させることによって、再び折り畳み式の堰７を溝部６に自動的に収納できる機能を有している。

また、作業員の通路を確保するため、図４に示すように折り畳み式の堰７の一部を互い違いに配置してもよく、あるいは、堰７に開閉可能な機構を備えてもよい。
さらに、警報音、警報放送、警告ランプ等によって、折り畳み式の堰７が展開することを作業員に喚起する機能を有しても良い。

また、折り畳み式の堰７を収納する溝部６は、プール側壁５から所定距離を隔てて設置されるため、使用済燃料プールの縁部に設置した場合と比較して、折り畳み式の堰７が溢れたプール水４から受ける荷重は小さく、したがって、折り畳み式の堰７を頑強な構造にスル必要がないので、低コスト化が実現できる。

さらに、運転床２上に溢れたプール水４を一定量保持することができるため、折り畳み式の堰７の高さをある程度低くしてもよく、展開された折り畳み式の堰７の上を作業員が容易に飛び越えて避難することができる。

なお、本発明に係る折り畳み式の堰７は、使用済燃料プールに限らず、同様の構造を持つ、放射化された部材や機器を水中に貯蔵するプール設備にも適用可能である。

以上説明したように、本第１の実施形態に係る使用済燃料プール設備によれば、地震時に折り畳み式の堰７を上方に展開させることによって溢れたプール水４を折り畳み式の堰７の外側の運転床２上へ散逸することを確実に防止するとともに、通常時には堰７は溝部６内に収納されているので運転床上の作業性を向上することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を、図５から図６を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図５は、溢水または溢水の危険を検知する溢水検知装置２０のブロック図である。
図１において、使用済燃料プール１内部にプール水の揺動を監視するセンサ２１が取り付けられている。センサ２１は圧力センサ又は水位計が用いられる。センサ２１から取得した時系列信号は、信号処理部２２で周波数領域に変換されフィルタによりスロッシングが発生する周波数帯域のみを取り出す。次に、判定部２３において得られた信号がある閾値以上であるならば、溢水または溢水の危険があると判定し、折り畳み式の堰７を展開する溢水検知信号を送信するとともに、溢水または溢水の危険を喚起する警報を発生させる溢水警報発信部２５に警報発信指示信号を送出する。

図６は、原子力発電所の外部からの地震発生情報に基づき折り畳み式の堰を作動させる地震情報検知装置３０のブロック図である。図６において、原子力発電所外部からの地震発生情報３１とは、気象庁等が提供している緊急地震速報、あるいは東海地震等の特定地域の想定震源域に設置された地震計の現地情報であってもよい。

地震情報検知装置３０が地震情報受信部３２で地震発生情報３１を受信すると、判定部３３において得られた信号がある閾値以上が否かを判定し、閾値以上でれば溢水または溢水の危険があると判断し、折り畳み式の堰７を展開する信号３４を発信するとともに、溢水または溢水の危険を知らせる警報３５を発信する。

このように、使用済燃料プール１の内部に設置されたセンサ２１からの信号、あるいは発電所外部から発信される地震発生情報３１によって、地震時に発生するスロッシングを検知又は予知して折り畳み式の堰７を自動的に展開するとともに、警報によって周囲の作業員に溢水の危険性を喚起する。

以上より明らかなように、本第２の実施形態に係る使用済燃料プール設備によれば、地震情報又はプール水の揺動を検知して折り畳み式の堰７を自動的に展開するとともに警報を発信することによって、溢れたプール水４が折り畳み式の堰７の外側の運転床２上へ散逸することを防止し、さらに、周囲の作業員の退避を促すことで設備及び人員の安全性をさらに高めることができる。また、折り畳み式の堰７は、通常時は溝部内に収納されているので、運転床上の作業性を向上することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を、図７を参照して説明する。なお実施例１と同一の構成については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本第３実施形態では、使用済燃料プール１を取り囲む溝部６の内部に、折り畳み式の堰７の変わりに、速やかに水分を吸収する水分吸着材１２を設置する。溝部６に有孔板や格子板等の蓋８を設置してもよい。

地震時に溢水したプール水４は溝部６へ流入し水分吸収材１２によって吸収され、溢水が溝部６の外側に散逸することを防止する。

このように、第３の実施形態では、単に、溝部６に水分吸収材１２を配置するだけで、地震時に溢れたプール水４が、溝部６の外側の運転床２上へ散逸することを抑制できる。また、水分吸収材１２として、水分を吸収すると速やかに体積が膨張する性質を備えているものを適用すれば、運転床２より高い堰が形成されることにより、さらに溝部６の外側へ溢れ出るプール水４の量を減少させることができる。

他の変形例としては、水と接触すると瞬時に発泡・膨張する性質の材料を溝部６内に配置してもよい。
また、この第３の実施形態に係る水分吸着剤１２と第１の実施形態で説明した折り畳み式の堰７を併用してもよく、また、溢水の散逸をさらに確実に防止するために溝部６を燃料プールの周囲に多重に設けてもよい。その際、第３の実施形態に係る水分吸着剤１２及び／又は第１の実施形態に係る折り畳み式の堰７を、多重に設けられた溝部内６に適宜設置することができる。

本第３の実施形態によれば、溝部に水分吸収材１２を配置するという簡単な構成で、溢れたプール水４が折り畳み式の堰７の外側の運転床２上へ散逸することを防止するとともに、通常時は溝部内に収納されているので、運転床上の作業性を向上することができる。

１…使用済燃料プール、２…運転床、３…使用済燃料ラック、４…プール水、５…プール側壁、６…溝部、７…堰、８…蓋、９…アクチュエータ、１０…支持棒、１１…シート、１２…水分吸着剤、２０…溢水検知装置、２１…センサ、２２…信号処理部、２３…判定部、２４…溢水検知信号、２５…溢水警報発信部、３０…地震情報検知装置、３１…地震情報発信部、３２…地震情報受信部、３３…判定部。

Claims (11)

1. 原子炉から取り出した使用済燃料を水中に貯蔵する使用済燃料プールと、前記使用済燃料プールの水面より高い運転床を有する使用済燃料プール設備において、
   前記使用済燃料プールを取り囲み、かつ前記使用済燃料プールのプール側壁から所定距離離間して前記運転床に形成された溝部と、通常時には前記溝部の内部に収納され、溢水検知信号又は地震情報検知信号に基づいて前記溝部の上方に展開する堰と、を備えたことを特徴とする使用済燃料プール設備。
2. 前記堰は、袋状又は蛇腹状の密閉部材からなり、前記密閉部材内に気体を導入することにより前記溝部の上方に展開するよう設けられることを特徴とする請求項１記載の使用済燃料プール設備。
3. 前記使用済燃料プール内部に設置されたセンサと、前記センサからの信号を処理してスロッシングが発生する周波数帯域のみを通過させるフィルタと、溢水の有無を判断し、溢水の危険性があるときに前記溢水検知信号を出力する判断部と、を有する溢水検知装置を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の使用済燃料プール設備。
4. 地震発生情報を受信する地震情報受信部と、地震情報受信部からの信号を所定値と比較して溢水の有無を判断し、溢水の危険性があるときに前記地震情報検知信号を出力する判断部と、を有する地震情報検知装置を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の使用済燃料プール設備。
5. 前記判断部は、溢水の危険性があるときに前記溢水検知信号又は前記地震情報検知信号とともに、溢水警報発信部に警報発信指示信号を送信することを特徴とする請求項３又は４記載の使用済燃料プール設備。
6. 前記堰に開閉機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の使用済燃料プール設備。
7. 前記堰に間隙を設けたことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の使用済燃料プール設備。
8. 原子炉から取り出した使用済燃料を水中に貯蔵する使用済燃料プールと、前記使用済み燃料プールの水面より高い運転床を有する使用済燃料プール設備において、
   前記使用済燃料プールを取り囲むように、かつ前記使用済燃料プールのプール側壁から所定距離離間して前記運転床に形成された溝部と、前記溝部の内部に収納された水分吸着材と、を備えたことを特徴とする使用済燃料プール設備。
9. 前記水分吸着材は、水分を吸着することにより前記溝部の上方まで膨張する材料からなることを特徴とする請求項８記載の使用済燃料プール設備。
10. 前記溝部の上部に蓋を設けたことを特徴とする請求項１乃至９いずれか１項に記載の使用済燃料プール設備。
11. 前記使用済燃料プールの周囲に前記溝部を多重に設け、前記溝部の内部に前記堰又は前記水分吸着材を収納したことを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項に記載の使用済燃料プール設備。

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