JP2014071049A

JP2014071049A - 破損燃料貯蔵ラック

Info

Publication number: JP2014071049A
Application number: JP2012218794A
Authority: JP
Inventors: Akira Kuroita; 景黒板; Hidenobu Hasegawa; 秀信長谷川; Manabu Maeda; 学前田; Koji Matsumoto; 浩二松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP5913036B2

Abstract

【課題】作業現場にてフレキシブルに収納作業に対応することが可能な破損燃料貯蔵ラックの提供。
【解決手段】
破損燃料貯蔵ラック１は、破損燃料を収納したキャニスタを複数個貯蔵可能な直方体形状であって、ベース２の矩形面の四隅にそれぞれ接合される構造強度材３と、２つの構造強度材の間を接合する板４ａやブレース４ｂと、ベース２の矩形面の上方空間を鉛直方向で複数に分割し、キャニスタを複数個保管するために設けられた複数のセルの少なくとも一部はキャニスタが貯蔵された際にキャニスタ側面を支持するものであって、前記構造強度材の複数の高さ位置に取り付け自在に設置可能な複数の枠板５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、破損した燃料を貯蔵する破損燃料貯蔵ラックに関する。

一般に、原子力発電プラントにおいて、原子炉を一定期間運転した後に炉心から取り出された使用済燃料は、再処理に移行するまでの期間、安定的に格納可能な燃料貯蔵ラックへ収納し、原子力発電プラント内の燃料貯蔵プールに収納済みの燃料貯蔵ラックを浸水させ、冷却することにより崩壊熱除去が行われている。ここで安定的に格納可能な燃料貯蔵ラックとは、燃料の形状やウラン量、反応度などを考慮して事前設計された燃料貯蔵ラックのことを言う。

この際に利用される燃料貯蔵ラックは、健全な使用済燃料を対象として設計されていたため、健全な使用済燃料や、ピンホール等が発生しているが健全な使用済燃料と同じ形状を維持している破損燃料を収納することは可能であった（たとえば特許文献１参照）。

一方、炉心溶融などにより著しい破損が生じた燃料は、燃料の形状が大幅に変形している可能性が高い。このような形状が変形した破損燃料を炉心から取り出しても、その後、安定的に収容・貯蔵し、冷却することを考慮された燃料貯蔵ラックはなかった。

特開２００１−１０８７８８号公報

破損した燃料を取り出す場合には、破損燃料を破砕してキャニスタに収納し、キャニスタごと燃料貯蔵ラックに収納し燃料貯蔵プールで保管することが考えられる。破損燃料はその形状やウラン量、反応度などを事前に予測することは難しいため、現地でフレキシブルに破損燃料を破砕するサイズなどを決め、収納作業することになる。この場合、燃料貯蔵プールの容量制限などもあることから、破損燃料をある程度効率的に収納することが必要になると考えられるが、このようなことを満たす燃料貯蔵ラックは考えられていなかった。

そこで、本発明は上記課題を考慮してなされたものであり、作業現場にてフレキシブルに収納作業に対応することが可能な破損燃料貯蔵ラックを提供する。

本発明の実施形態にかかる破損燃料貯蔵ラックは、破損燃料を収納したキャニスタを複数個貯蔵可能な直方体形状の破損燃料貯蔵ラックであって、矩形面を持つベースと、前記ベースの矩形面の四隅にそれぞれ接合され、前記ベースに対し鉛直方向の柱となる少なくとも４本の構造強度材と、隣り合う少なくとも２つの前記構造強度材の間を接合する複数の補強部材と、ベースの矩形面の上方空間を鉛直方向に複数に分割しキャニスタを複数個保管するために設けられた複数のセルの少なくとも一つはキャニスタが貯蔵された際にキャニスタ側面を支持するものであって、前記構造強度材の複数の高さ位置に取り付け自在に設置可能な複数の枠板とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、作業現場にてフレキシブルに収納作業に対応することが可能な破損燃料貯蔵ラックを提供できる。

第１の実施形態の破損燃料貯蔵ラックの斜視図。枠板５の平面図。枠板５の取り付け例を示す図支持部材６の取り付け例を示す図支持部材６のアジャスタ機構８を説明する図支持部材６と枠板５をボルト締結した例を示す図第２の実施形態の破損燃料貯蔵ラックの斜視図。第３の実施形態の破損燃料貯蔵ラックの斜視図。第４の実施形態の破損燃料貯蔵ラックの斜視図。

以下に破損燃料貯蔵ラックの実施形態に関し、図面を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
図１は本実施形態の破損燃料貯蔵ラック１を示している。

破損燃料貯蔵ラック１は、破損燃料を収納したキャニスタを複数個貯蔵可能な直方体形状であって、矩形面を持つベース２と、ベース２の矩形面の四隅にそれぞれ接合され、矩形面に対し鉛直方向の柱となる４本の構造強度材３と、隣り合う少なくとも２つの構造強度材の間を接合する複数の補強部材４（図では板４ａ、ブレース４ｂ）と、ベース２の矩形面の上方空間を鉛直方向で複数に分割し、キャニスタを複数個保管するために設けられた複数のセルの少なくとも一部はキャニスタが貯蔵された際にキャニスタ側面を支持するものであって、前記構造強度材の複数の高さ位置に取り付け自在に設置可能な複数の枠板５を備える。

ここで、ベース２は、図示しないが燃料貯蔵プールに設置された基礎ボルトなどにより固定してもよいが、基礎ボルトなどの支持部材が得られない場合や強度上既設の支持部材が使用できない場合は滑り支承としてもよい。構造強度材３は、ここでは角管で示しているがこれに限るものではない。また、構造強度材３は、ここでは４本としたが４本以上であっても良い。補強部材４は、ここでは板４ａ、およびブレース４ｂで示しているがこれに限るものではない。

図２は枠板５の標準的な断面形状を示す。枠板５は、ステンレス鋼や耐食アルミニウム合金鋼などの部材で形成された構造材部５ａと、破損燃料を入れる容器であるキャニスタを保持するための空間である貯蔵セル部５ｂと、燃料貯蔵ラックの外周部と面一になるように設けた空間部５ｃとからなり、また、ベース２と同じ外形寸法で構造強度材３をかわすための切り欠き部５ｄを備えている。破損燃料貯蔵ラック１に対し枠板５は、貯蔵セル部５ｂまたは空間部５ｃにスリング等を取り付けて設置する。また、貯蔵セル部５ｂは予めキャニスタ外形寸法に合うように形成しておくが、予め数種のキャニスタ外形寸法に対応するように、数種の貯蔵セル部５ｂの内形寸法を持つ枠板５を用意しておき、現地にて必要に応じた枠板５を選択し設置するようにしてもよい。

図３は、現地で枠板５を据付可能とするための構造の一例を示している。

支持部材６は、構造強度材３の所定の位置に設置され、枠板５を鉛直方向に支持する。支持部材６は図４に示すようなフック形状などとする。支持部材６は、予め使用が想定されるキャニスタの高さに対応した構造強度材３の位置に設けられた穴７へ挿入し設置する。支持部材６に枠板５を設置するだけではがたつきが生じるため、例えば図５に示すようなアジャスタ機構８を設置し突っ張ることで枠板５を固定するようにしてもよい。このようにすることにより、地震などによる鉛直方向荷重により枠板５が浮き上がることを防止できる。

なお、図示のアジャスタ機構８は、ねじ８ａに溶接されているナット８ｂを廻して締め込むことでくさび８ｃを押し込み、ブロック８ｄが拡張する構造となっている。また、図６に示すように枠板５の外周部の空間部５ｃに長穴９ａが施された台座９ｂを設置し、支持部材６にも通し穴９ｃ及びナット９ｄを設置しておいて、枠板５の据付後にボルト９ｅを締付けて枠板５及び支持部材６を固定してもよい。

本実施形態では、枠板５を高さ方向３箇所に設置した構造を示したが、必要がなければ２箇所以下でもよい。３箇所以上に枠板５を設置する場合には、上方の複数の枠板５を高さ方向に長棒などにより連結してもよく、この場合据付時間を短縮できる。

また、図１ではベース２上に構造強度材３を接合しそれを板やブレースなどの補強部材４で接合する構造を示したが、これに代え、構造強度材３間をそれと同じ高さの大板で接合したり、構造強度材３を使用せず大板でベース上に枠を形成するようにしてもよい。

以上のように構成した本実施形態によれば、破損燃料貯蔵ラック全体の耐震強度は４隅の構造強度材３で担保されており、貯蔵物の水平方向荷重は枠板５で支持される。さらに、支持部材６は枠板５の鉛直下向きの荷重を支持し、枠板５の水平方向荷重は構造強度材３により支持される。

また、本実施形態によれば、予め用意した数種の貯蔵セル内形を持つ枠板は、現地で任意に選択可能である。これにより、破損燃料貯蔵ラック１を燃料貯蔵プールに設置した後にも上方から枠板５を設置することができ、更に、状況（必要）に応じた貯蔵セルを保持できる枠板を設置することができる。

更に、本実施の形態によれば、支持部材６が設置できるよう予め準備した高さ位置に対しては、上方からのアクセスにより枠板５を追設できることから、破損燃料貯蔵ラックを燃料貯蔵プールに据付けた後であっても、貯蔵するキャニスタ高さに応じて枠板５による適切な支持を施すことができる。

そして、このような本実施形態の破損燃料貯蔵ラックは、外形をほぼ同一形状とすることが可能であるため、燃料プール内に多数の破損燃料貯蔵ラックを稠密に配置することができる。
［第２の実施形態］
図７は第２の実施形態を示している。

本実施形態の破損燃料貯蔵ラックは、第１の実施形態の破損燃料貯蔵ラックに、更に、前記枠板５の一つのセルに取り付け自在であって、キャニスタの外周寸法に適合するような寸法を持った格子板１０を備えたものである。

格子板１０は、枠板５の貯蔵セル部５ｂの内形寸法と同等の幅を有している。

格子板１０の端部の一部には、落下防止のために枠板５の構造材５ａに乗るための突出部１０ａを設けている。構造材５ａには格子板１０の部材の板厚と勘合するようなスリット（図示しない）が施されており、格子板１０をスリットへはめ込むように設置することにより格子板１０が回転しないようにしている。

なお、本図では、代表的に貯蔵セル部５ｂを等配するような格子板１０を示したが、使用が予想されるキャニスタの寸法に応じて貯蔵セル部５ｂと格子板１０の寸法を決定すればよい。また、必要に応じて格子板１０と枠板５を溶接などにより接合してもよい。
このように構成された本実施形態は、前述の第１の実施形態の効果に加え、更に、枠板５の貯蔵セル部５ｂを現地にて分割することができ、現地において事前の想定とは異なるキャニスタの使用状況が生じてもよりフレキシブルに対応することができる。なお、現地において高反応度のキャニスタを貯蔵する際などには貯蔵ピッチを拡大することを目的に使用することもでき、容易に未臨界を維持することが可能となる。

［第３の実施形態］
図８は、第３の実施形態の破損燃料貯蔵ラックを示している。第３の実施形態の破損燃料貯蔵ラックは、第１の実施形態または第２の実施形態の破損燃料貯蔵ラックに対し、更に、セルで分割された空間に設置されるものであって、少なくとも金属材料、または中性子吸収材からなる角管を備えたものである。

角管１１は貯蔵物の反応度に応じて未臨界性を維持するために設置する。この図において、角管の大きい方を角管１１ａ、小さい方を角管１１ｂとしているが、角管１１ａは第２の実施形態で示した分割するための格子１０を設けずに保持されたものであり、角管１１ｂは格子１０を設けて保持したものである。

角管１１ａ、ｂは、破損燃料貯蔵ラック１を現地で組み立てる際に、併せて設置してもよいが、破損燃料貯蔵ラック１を燃料貯蔵プールへ設置した後に、上方から追設することも可能である。さらに、貯蔵予定の貯蔵物の反応度に応じて必要な貯蔵セル部５ｂにのみ設置すればよい。

角管１１ａ、１１ｂはステンレス鋼や耐食アルミニウム合金鋼、これらに高濃度のボロンを添加した合金鋼、炭化ホウ素を内包若しくは焼結した金属材料などから製造され、貯蔵するキャニスタの反応度に応じて適した材質のものを使用する。

このように構成された本実施形態によれば、貯蔵セル５ｂの外周に角管１１を設置することにより、角管１１の材質に応じた中性子吸収効果を得ることができる。特に、第２の実施形態と比較し、高反応度のキャニスタを貯蔵する場合に、貯蔵ピッチを拡大するために貯蔵セルを使用する必要がなく、さらに強力な中性子吸収効果を得ることができる。

また、角管１１の破損燃料貯蔵ラック１への設置は、破損燃料貯蔵ラック１を燃料貯蔵プールに設置した後にも実施することができるため、キャニスタを破損燃料貯蔵ラックに貯蔵する過程で、事前の計画と違って反応度の高い貯蔵物を隣接貯蔵する必要が生じた場合などにも有効である。

［第４の実施形態］
図９は、第４の実施形態を示している。第４の実施形態の破損燃料貯蔵ラックは、第１から第３の実施形態の何れかに対し、更に、構造強度材の長さよりも低いキャニスタ１３を貯蔵した後に、その上部空間に別のキャニスタを貯蔵するために取り付け可能な追設ベースを備えたものである。

追設ベース１２は板１２ａ、及び脚１２ｂからなる椅子形の構造をとっている。板１２ａの上方の領域は、拡大された貯蔵スペースとなる。板１２ａの下方の略四隅に二本ずつ配置される脚１２ｂは、枠板５の外周縁の空間５ｃを通ってベース２上に着座する。脚１２ｂは構造強度材であれば良いが、ここでは角管で構成したものを例示している。なお、高さの低いキャニスタ１３が複数種あり、それぞれの高さ寸法に違いがある場合は、長さの異なる複数の構造材を予め用意しておき、選択した幾つかの構造材間をボルトで連結し、脚１２ｂの高さを調整する構造としてもよい。

脚１２ｂのベース２への着座面には枠板５の外周部の空間５ｃを通過するサイズの板を設置して面圧を減少させるようにしてもよい。ここでは、脚１２ｂが８本の例を示したが、ベース２への面圧などの諸条件を考慮してその本数を増減することも可能である。

このような追設ベース１２は、破損燃料貯蔵ラックに比較的高さの低いキャニスタ１３を貯蔵する場合に用いられ、追設ベース１２の設置後に、板１２ａの上方に別のキャニスタ１３設置することができる。

本実施の形態によれば、平面的に限られた燃料貯蔵プールを高さ方向にも利用することができ、貯蔵容量を増加することができる。また、追設ベース１２は破損燃料貯蔵ラックの外側に突出しないため、破損燃料貯蔵ラックを稠密に据付けることもできる。

なお、本発明は上記の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施す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、追加、置き換え、変更を行なうことができる。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。

１・・・破損燃料貯蔵ラック、２・・・ベース、３・・・構造強度材、
４・・・補強部材、４ａ・・・板、４ｂ・・・ブレース、
５・・・枠板、５ａ・・・構造材、５ｂ・・・貯蔵セル部、
５ｃ・・・空間部、５ｄ・・・切り欠き部、６・・・支持部材、７・・・穴、
８・・・アジャスタ機構、８ａ・・・ねじ、８ｂ・・・ナット、８ｃ・・・くさび、
８ｄ・・・ブロック、９ａ・・・長穴、９ｂ・・・台座、９ｃ・・・通し穴、
９ｄ・・・ナット、９ｅ・・・ボルト
１０・・・格子板、１１、１１ａ、１１ｂ・・・角管、１２・・・追設ベース、
１２ａ・・・板、１２ｂ・・・脚、１３・・・キャニスタ

Claims

破損燃料を収納したキャニスタを複数個貯蔵可能な直方体形状の破損燃料貯蔵ラックであって、
矩形面を持つベースと
前記ベースの矩形面の四隅にそれぞれ接合され、前記ベースに対し鉛直方向の柱となる少なくとも４本の構造強度材と、
隣り合う少なくとも２つの前記構造強度材の間を接合する複数の補強部材と、
ベースの矩形面の上方空間を鉛直方向に複数に分割しキャニスタを複数個保管するために設けられた複数のセルの少なくとも一つはキャニスタが貯蔵された際にキャニスタ側面を支持するものであって、前記構造強度材の複数の高さ位置に取り付け自在に設置可能な複数の枠板とを備えたことを特徴とした破損燃料貯蔵ラック。
前記枠板の一つのセルに取り付け自在であって、キャニスタの外周寸法に適合するような寸法を持った格子板を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の破損燃料貯蔵ラック。
セルで分割された空間に設置されるものであって、少なくとも金属材料、または中性子吸収材からなる角管を更に備えたことを特徴とする請求項１また２の破損燃料貯蔵ラック。
構造強度材の長さよりも低いキャニスタを貯蔵した後に、その上部空間に別のキャニスタを貯蔵するために取り付け可能な追設ベースを更に備えたことを特徴とする請求１から３の何れかに記載の破損燃料貯蔵ラック。