JP2014048134A - 使用済燃料プール及び仕切り壁構成体 - Google Patents

Abstract

【課題】
高いスロッシング抑制効果を有する使用済燃料プール及び、使用済燃料プールの仕切り壁構成体を提供する。
【解決手段】
実施形態の使用済燃料プールは、冷却水が収容されたプールと、使用済燃料ラックと、そこに挿入される仕切り壁構成体と、複数の仕切り壁構成体からなりプールを分割する仕切り壁を備え、仕切り壁構成体は、使用済燃料ラックの各セルより幅が広い板状の仕切り部と、セルに挿入される仕切り支持部を備え、仕切り支持部がセルに挿入された仕切り壁構成体の仕切り部は、直立しその上端が冷却水の水面上に突出する。
また、実施形態の仕切り壁構成体は、使用済燃料ラックの各セルよりも幅が広い板状の仕切り部と、セルに挿入される仕切り支持部を備え、セルに仕切り支持部が挿入されると、仕切り部が直立しその上端が冷却水の水面上に突出し、複数が隣接するよう使用済燃料ラックに挿入され、プールを分割するためのものとする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、使用済燃料プール及び仕切り壁構成体に関する。

原子力発電所には、原子炉内で使用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いる。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。液体を保有したプールのような容器に地震によ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。使用済燃料プールにおいてスロッシングが発生した場合、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。すると、運転床および運転床上に設置された機器等がプール水で濡れる、あるいはプール水が下階へ流れ出すおそれがある。そのため、スロッシングによる溢水対策を施して、原子力発電所の信頼性向上を図る必要がある。

特開昭６１−８２１９７号公報

本発明が解決しようとする課題は、高いスロッシング抑制効果を有する使用済燃料プール及び、使用済燃料プールの仕切り壁構成体を提供することである。

上記課題を解決するため、実施形態の使用済燃料プールは、冷却水が収容されたプールと、プールの底部に設置され、使用済燃料を収納する使用済燃料ラックと、使用済燃料ラック内に挿入される仕切り壁構成体と、隣接する複数の仕切り壁構成体から構成されるプールを水平面上において複数に分割する仕切り壁と、を備え、仕切り壁構成体は、使用済燃料ラックの各セルの幅よりも幅が広い板状の仕切り部と、使用済燃料ラックのセルに挿入される仕切り支持部と、を備え、仕切り支持部が使用済燃料ラックのセルに挿入された仕切り壁構成体の仕切り部は、プールの底面に対して直立し、仕切り部の上端が冷却水の水面上に突出するものとする。

また、上記課題を解決するため、実施形態の仕切り壁構成体は、冷却水を溜めるプールの底部に設置された、使用済燃料を収納する使用済燃料ラックの各セル幅よりも幅が広い板状の仕切り部と、使用済燃料ラックのセルに挿入される仕切り支持部と、を備え、使用済燃料ラックのセルに仕切り支持部が挿入されると、仕切り部がプールの底面に対して直立し、仕切り部の上端が冷却水の水面上に突出し、複数が隣接するよう並べて使用済燃料ラックに挿入されて、プールを水平面上において複数に分割するためのものとする。

第１の実施形態における使用済燃料プールの斜視図。 第１の実施形態における仕切り壁構成体が挿入された使用済燃料ラックの斜視図。 （ａ）第１の実施形態における仕切り壁構成体の斜視図と、（ｂ）第１の実施形態における仕切り壁構成体の正面図。 第１の実施形態における仕切り壁構成体が挿入された使用済燃料ラックの上面図。 第１の実施形態における縦横に４分割された使用済燃料プールの上面図。 （ａ）第１の実施形態における仕切り壁が交差する部分の使用済燃料ラックの上面図と、（ｂ）第１の実施形態における仕切り壁が交差する部分の仕切り壁構成体の斜視図。 第２の実施形態における使用済燃料ラックの上面図。 （ａ）第３の実施形態における仕切り壁構成体の斜視図と、（ｂ）第３の実施形態における使用済燃料ラックの上面図。 （ａ）第４の実施形態における仕切り壁構成体の正面図と、（ｂ）第４の実施形態における使用済燃料ラックの上面図。 第４の実施形態における仕切り壁構成体の長軸方向に水平な段面図。 （ａ）第１の実施形態における縦に２分割された使用済燃料プールの上面図と、（ｂ）第１の実施形態における横に２分割された使用済燃料プールの上面図と、（ｃ）第１の実施形態における斜めに４分割された使用済燃料プールの上面図。

以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の使用済燃料プールについて、図１乃至図６を参照して説明する。図１は本実施形態における使用済燃料プールの斜視図であり、図２は本実施形態における仕切り壁構成体が挿入された使用済燃料ラックの斜視図である。図３（ａ）は本施形態における仕切り壁構成体の斜視図であり、図３（ｂ）は本施形態における仕切り壁構成体の正面図である。図４は本施形態における仕切り壁構成体が挿入された使用済燃料ラックの上面図である。図５は本実施形態における縦横に４分割された使用済燃料プールの上面図である。図６（ａ）は本施形態における仕切り壁が交差する部分の使用済燃料ラックの上面図であり、図６（ｂ）は本実施形態における仕切り壁が交差する部分の仕切り壁構成体の斜視図である。

（構成）
以下、本実施形態の使用済燃料プール１の構成について説明する。使用済燃料プール１は原子炉建屋（図示せず）内にあって、図１に示すように使用済み燃料プール１の開口部２は運転床３に設けられている。使用済燃料プール１には、プール水４が満たされている。また、使用済燃料プール１の底には使用済燃料ラック５が沈められており、使用済燃料プール１の底に溶接または、ボルト等で固定されている。使用済燃料ラック５は横に梁を設けて、使用済燃料プールの壁６に固定されていてもよい。

図２に示すように、使用済燃料ラック５はその内側がさらに格子状に仕切られている。仕切られたそれぞれのセルを収納ケース２１と呼称する。また、使用済燃料ラック５内を仕切っている板を収納ケース板２２と呼称する。使用済燃料は収納ケース２１内に挿入されて使用済燃料プール１内に保管される。

図１に示すように、使用済燃料プール１は仕切り壁７により分割される。仕切り壁７は、使用済燃料プール１をプール底面に対して垂直に分割し、プール水４の水面上から突出する。仕切り壁７は複数の仕切り壁構成体２３から構成される。

以下、仕切り壁構成体２３の構成について説明する。図３（ａ）に示すように、仕切り壁構成体２３は、板状の仕切り部３１と棒状の仕切り支持部３２を備える。仕切り支持部３２の一端には、仕切り部３１が溶接などで固定されている。仕切り支持部３２は収納ケース２１に挿入される。すると、仕切り部３１は使用済燃料プール1の底面に対して垂直に支持され、その上端はプール水４の水面上に突出する。

以下、仕切り壁７の構成ついて説明する。図２に示すように、仕切り壁７を構成する複数の仕切り壁構成体２３は、それぞれが隣接する収納ケース２１に挿入される。これら複数の仕切り壁構成体２３は、仕切り部３１が同じ方向を向き、仕切り部３１が同一平面を構成する。

また、図４に示すように、仕切り部３１の幅は収納ケース２１の幅よりも広く、隣接する収納ケース２１に挿入された隣の仕切り部３１と近接する。

また、仕切り壁７には、隣同士の使用済燃料ラック５を渡る部分がある。この部分で仕切り壁７内に大きな隙間が生じないよう、この部分を構成する仕切り部３１の幅は、隣の使用済燃料ラック５との距離に合わせて広くなっている。

また、仕切り壁７が使用済燃料プールの壁６と近接する部分がある。使用済燃料プールの壁６と仕切り壁７の間に大きな隙間が生じぬよう、この部分を構成する仕切り部３１の幅は、使用済燃料ラック５と使用済燃料プールの壁６の距離に合わせて広くなっている。

以下、仕切り壁７によって分割されている使用済燃料プール１について説明する。例えば図５に示すように、仕切り壁７により、使用済燃料プール１はその長辺に対して垂直と平行に４分割されている。

また、仕切り壁７同士が交差する部分では、隙間が生じない工夫がなされている。例えば、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように仕切り壁７同士が交差する部分の仕切り部３１は、長軸方向に垂直な断面が十字である。

（作用）
本実施形態の使用済燃料プール１及び仕切り壁構成体２３の作用について説明する。

まず、スロッシングについて説明する。本実施形態の使用済燃料プール１のように液体を保有している容器に振動が加えられると、保有されている液体の液面は遥動する。この液面の遥動をスロッシングという。スロッシングは、加えられる振動の振動数が容器内の液体の固有振動数に近い場合に、きわめて大きくなる。

地震の振動数は低周波数であり、大型の容器に大量に保持された液体であるプール水４の固有振動数と近い。そのため、地震が生じるとプール水４には大きなスロッシングが引き起こされる可能性が高い。

地震によるスロッシングを抑制する手段として、プール水４の固有振動数を高周波数に調節することが考えられる。プール水４の固有振動数は後述する式（１）から求めることができ、使用済燃料プール１をその底面に対して垂直に分割することで、高周波数に調節することが可能である。

式（１）ではプール水４の固有周期Ｔを求めることができ、プール水４の固有周期Ｔの逆数がプール水４の固有振動数である。

ここで、Ｔはプール水４の固有周期、Ｌ（ｍ）は使用済燃料プール１の振動方向の長さ、Ｈ（ｍ）は水深、ｇは重力加速度（９．８ｍ／ｓ^２）、πは円周率である。式（１）において、使用済燃料プール１を分割し使用済燃料プール１の振動方向の長さＬを小さくすると、プール水４の固有周期Ｔは短くなる。よって、プール水４の固有振動数が高周波数となる。

以下に、仕切り壁７の作用について説明する。仕切り壁７は使用済燃料プール１を底面に垂直に分割して、使用済燃料プール１の振動方向の長さを短くする。そして、分割後のそれぞれのプールエリアのプール水４の固有振動数を高くする。

また、仕切り壁７は仕切り壁構成体２３によって構成されるため、使用済燃料プール１を任意の形状及び数に分割可能である。また、使用済燃料プール１から部分的に脱着が可能である。

また、図示していないが仕切り壁構成体の上端には、吊り耳が設けられている。そのため仕切り壁構成体２３の搬入出は、燃料取替機等で容易に行うことができる。

（効果）
本実施形態の使用済燃料プール１は、仕切り壁７で分割されることで、地震によるプール水４のスロッシングを抑制することができる。そのため、地震時のプール水４の溢水を防ぐことができ、原子力発電所の信頼性向上を図ることが可能になる。

また、仕切り壁７は使用済燃料ラック５に挿入された仕切り壁構成体２３から構成されるので、仕切り壁７は既存の原子力発電所にも、容易に設けることが可能である。

また、仕切り壁構成体２３は燃料取替機で搬入出可能なため、使用済燃料の搬入出の際に同時に、仕切り壁７を設置することができる。また、すでに仕切り壁７が設置されている場合には、適宜仕切り壁構成体２３を外すことで、仕切り壁７を迂回することなく最短経路で使用済燃料の搬入出が可能である。

また、仕切り壁７は仕切り壁構成体２３から構成されるため、予想される地震に対して最も効果的な形状及び数に、使用済燃料プール１を容易に分割することができる。そのため、地震によるプール水４のスロッシングをより効果的に抑制することが可能である。

なお、仕切り壁７及び、仕切り部３１の上端は少なくとも平常時に設定されているプール水４の水位よりも高いものであればよい。また、仕切り壁７及び仕切り部３１のプール水４水面から突出する部分が長いほど、大きなスロッシングを抑制することが可能である。

また、仕切り部３１は隣の仕切り部３１と近接するが、最低でも仕切り壁構成体２３の着脱に必要な間隔が設けられている。仕切り壁７が使用済燃料プールの壁６と近接する部分でも同様に、仕切り部３１と壁６の間には最低でも仕切り壁構成体２３の着脱に必要な間隔が設けられている。

（第２の実施形態）
第２の実施形態における仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３について、図７を参照して説明する。図７は本実施形態における使用済燃料ラックの上面図である。

なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構成）
以下、本実施形態における仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３の構成について説明する。本実施形態の仕切り壁構成体２３は、第１の実施形態の仕切り壁構成体２３よりも、さらに幅が広い仕切り部３１を有する。また図７に示すように、仕切り部３１は使用済燃料プール１の上面図上で、仕切り壁７に対して所定角度をなす。そして、仕切り壁７を構成している仕切り壁構成体２３は、隣り合って挿入された仕切り壁構成体２３の仕切り部３１と、仕切り壁７と垂直な方向から見て一部重なり合う。

（作用）
以下、本実施形態における仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３の作用について説明する。仕切り壁７では、仕切り壁７と垂直な方向から見て、隣り合う仕切り部３１同士が一部重なり合う。そのため、仕切り壁７と垂直な方向から見て、仕切り壁７には隙間がない。

（効果）
以下、本実施形態における仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３の作用について説明する。仕切り壁７は、仕切り壁７と垂直な方向から見て隙間がないため、分割された使用済燃料プール１の区分間でのプール水４の行き来を防ぐことができる。そのため、プール水４のスロッシングを抑制することができる。よって、使用済燃料プール１の信頼性をより向上させることができるができる。

また、本実施形態の仕切り壁構成体２３の形状によれば、仕切り部３１同士が重なり合う部分では、仕切り壁７はその分厚くなっている。そのため、仕切り壁７はプール水４の遥動により加わる力に対して、より頑丈になる。

なお、仕切り壁７と垂直な方向から見て重なり合う仕切り部３１同士は近接しているが、最低でも仕切り壁構成体２３の着脱に必要な間隔が設けられている。

（第３の実施形態）
第３の実施形態における仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３について、図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して説明する。図８（ａ）は本実施形態における仕切り壁構成体の斜視図であり、図８（ｂ）本実施形態における使用済燃料ラックの上面図である。

なお、第１の実施形態及び第２の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構成）
以下、本実施形態における仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３の構成について説明する。図８（ａ）に示すように、仕切り部３１は隣り合う仕切り部３１同士が勘合する形状である。本実施形態の仕切り壁２３で構成された仕切り壁７の上面図を図８（ｂ）に示す。

（作用）
以下、本実施形態の仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３の作用について説明する。仕切り壁７では、仕切り壁７の上方から見て、隣り合う仕切り部３１同士が勘合している。そのため、仕切り壁７には仕切り壁７と垂直な方向から見て隙間がない。

（効果）
以下、本実施形態の仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３の作用について説明する。仕切り壁７は、仕切り壁７と垂直な方向から見て隙間がない。そのため、分割された使用済燃料プール１の区分間でのプール水４の行き来を防ぐことができ、スロッシングを抑制することができる。よって、使用済燃料プール１の信頼性をより向上させることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態における仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３について、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）は本実施形態における仕切り壁構成体の正面図であり、図９（ｂ）は本実施形態における使用済燃料ラックの上面図である。

なお、第１の実施形態乃至第３の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構成）
以下、本実施形態における仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３の構成について説明する。図９（ａ）に示すように、仕切り壁構成体２３は複数の収納ケース２１を渡る幅の広い仕切り部３１を備え、複数の仕切り支持部３２を備えている。仕切り壁７の上面図を図９（ｂ）に示す。

（作用）
以下、本実施形態の仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３の作用について説明する。仕切り部３１の水平方向の幅が大きいため、本実施形態ではより少ない数の仕切り部構成体２３で仕切り壁７が構成される。

（効果）
以下、本実施形態の仕切り壁７及び仕切り壁構成体２３の作用について説明する。仕切り壁７は少ない数の仕切り壁構成体２３から構成されるため、仕切り壁７の設置や解体の際に、仕切り壁構成体２３を搬入出する回数を減少させることができる。よって、仕切り壁７の設置や解体にかかる時間を短縮することができ、作業員の被ばく量を低減することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態における仕切り壁構成体２３について、図１０を参照して説明する。図１０は本実施形態における仕切り壁構成体２３の長軸方向に水平な段面図である。

なお、第１の実施形態乃至第４の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構成）
以下、本実施形態における仕切り壁構成体２３の構成ついて説明する。仕切り壁構成体２３は、スロッシングによる振動エネルギを吸収する振動エネルギ吸収機構を備えている。振動エネルギ吸収機構の一例を図１０に示す。仕切り部３１と仕切り支持部３２は一体であり、仕切り支持部３２には複数の貫通孔３５が設けられている。仕切り壁構成体２３が挿入される収納ケース２１の上端には、仕切り支持部３２を収納ケース２１内で回動自由に支持するヒンジ３６が設けられている。

（作用）
以下、本実施形態における仕切り壁構成体２３の作用について説明する。プール水４のスロッシングを受けることで、仕切り部３１がヒンジ３６を支点に回動する。仕切り部の回動により、収納ケース２１内の仕切り支持部３２もヒンジ３６を支点に回動する。

仕切り支持部３２が収納ケース２１内を回動すると、仕切り支持部３２と収納ケース板２２に挟まれ圧縮されるプール水４が生じる。この圧縮されたプール水４は、仕切り支持部３２に設けられた複数の貫通孔３５を通過する。その際、貫通孔３５にはプール水４との摩擦による抵抗が生じる。この抵抗は、スロッシングによる仕切り支持部３２の回動と逆方向の力である。よって、スロッシングによる振動エネルギの一部を、貫通孔３５に生じる抵抗が打ち消す。つまり、振動エネルギ吸収機構がスロッシングによる振動エネルギを一部吸収する。

（効果）
以下、本実施形態の仕切り壁構成体２３の効果について説明する。仕切り壁構成体２３がスロッシングの振動エネルギを一部吸収するため、プール水４のスロッシングを小さくすることができる。よって、プール水４の溢水を防ぐことができ、原子力発電所の信頼性向上を図ることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また、各実施形態はいずれも適宜組み合わせることができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、第１の実施形態において、使用済燃料プール１を分割するパターンは図５に示したパターンに限られない。予想される地震によって遥動するプール水４の距離が、短くなるように分割すればよい。例えば、図１１（ａ）に示すように、仕切り壁７により、使用済燃料プール１はその長辺に対して垂直に２分割されてもよい。また、例えば図１１（ｂ）に示すように、仕切り壁７により、使用済燃料プール１はその長辺に対して平行に２分割されてもよい。また、または、例えば図１１（ｃ）に示すように、仕切り壁７により、使用済燃料プール１はその長辺に対して斜めに分割されてもよい。

１ 使用済燃料プール
２ 開口部
３ 運転床
４ プール水
５ 使用済燃料ラック
６ 使用済燃料プールの壁
７ 仕切り壁
２１ 収納ケース
２２ 収納ケース板
２３ 切り壁構成体
３１ 仕切り部
３４ 仕切り支持部
３５ 貫通孔
３６ ヒンジ

Claims (9)

1. 冷却水が収容されたプールと、
   前記プールの底部に設置され、使用済燃料を収納する使用済燃料ラックと、
   前記使用済燃料ラック内に挿入される仕切り壁構成体と、
   隣接する複数の前記仕切り壁構成体から構成され、前記プールを水平面上において複数に分割する仕切り壁と、を備え、
   前記仕切り壁構成体は、
   前記使用済燃料ラックの各セルの幅よりも幅が広い板状の仕切り部と、
   前記使用済燃料ラックの前記セルに挿入される仕切り支持部と、を備え、
   前記仕切り支持部が前記使用済燃料ラックの前記セルに挿入された前記仕切り壁構成体の前記仕切り部は、前記プールの底面に対して直立し、前記仕切り部の上端が前記冷却水の水面上に突出する使用済燃料プール。
2. 前記仕切り壁は、
   隣り合う前記仕切り壁構成体の前記仕切り部同士を、前記仕切り壁と垂直な方向から見て一部重ねることで構成される、請求項１に記載の使用済燃料プール。
3. 前記仕切り壁は、
   隣り合う前記仕切り壁構成体の前記仕切り部同士を勘合させることで構成される、請求項１に記載の使用済燃料プール。
4. 前記仕切り壁は、
   １個で複数のセルを渡る仕切り部を備える仕切り壁構成体を複数用いて構成される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の使用済燃料プール。
5. 前記仕切り壁は、前記冷却水のスロッシングによる振動エネルギを吸収する振動エネルギ吸収機構を設けた仕切り支持部を有する仕切り壁構成体を備える請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の使用済燃料プール。
6. 冷却水を溜めるプールの底部に設置された、使用済燃料を収納する使用済燃料ラックの各セル幅よりも幅が広い板状の仕切り部と、
   前記使用済燃料ラックの前記セルに挿入される仕切り支持部と、を備え、
   前記使用済燃料ラックの前記セルに前記仕切り支持部が挿入されると、
   前記仕切り部が前記プールの底面に対して直立し、前記仕切り部の上端が前記冷却水の水面上に突出し、
   複数が隣接するよう並べて前記使用済燃料ラックに挿入されて、
   前記プールを水平面上において複数に分割するための、
   仕切り壁構成体。
7. 複数が隣接するように前記セルに挿入されると、前記仕切り部が隣の前記仕切り部と勘合可能な構造を有する、請求項６に記載の仕切り壁構成体。
8. 前記仕切り部の幅が隣接する前記セル２個分の幅以上である、
   請求項６または請求項７に記載の仕切り壁構成体。
9. 前記冷却水のスロッシングによる振動エネルギを吸収する振動エネルギ吸収機構を設けた仕切り支持部を有する、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の仕切り壁構成体。

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