JP2014098663A

JP2014098663A - 破損燃料容器収納ラック

Info

Publication number: JP2014098663A
Application number: JP2012251434A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nakamura; 正明中村; Hironori Tamaoki; 廣紀玉置; Hisahiro Matsuoka; 寿浩松岡; Katsuhiko Taniguchi; 勝彦谷口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-05-29

Abstract

【課題】破損燃料同士の臨界安全性を考慮しつつ、燃料プールの冷却水中において破損燃料を極力近づけた状態で配置すること。
【解決手段】破損燃料が収容された破損燃料容器１１を燃料プール１３２の冷却水中で保持する破損燃料容器収納ラック１において、１つの破損燃料容器１１の側部を囲むように形成された容器保管セル２を備え、当該容器保管セル２を形成する材料に中性子吸収材が添加される。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉から取り出された使用済の燃料、または原子炉に設置される未使用の燃料のうち、欠陥が発見された破損燃料を保管するため、破損燃料が収容された破損燃料容器を保持する破損燃料容器収納ラックに関する。

原子力発電プラントで使用された燃料、または原子力発電プラントで使用される以前の燃料は、原子炉格納容器に隣接した燃料取扱建屋内の検査ピットの中で欠陥の有無が検査される。欠陥が発見された燃料（破損燃料）は、燃料取扱建屋内の燃料貯蔵設備である燃料プールの冷却水中の破損燃料容器に収容され保管される。この破損燃料容器は、燃料プールの冷却水中に設置された破損燃料容器収納ラック（破損燃料ラック）により立てた状態で保持される（例えば、特許文献１参照）。

実公平２−２２７１９号公報

ところで、複数の破損燃料容器を燃料プール内で保管する場合、隣接する破損燃料容器に収容された破損燃料同士の臨界安全性を考慮し、隣接する破損燃料容器の間隔を大きく取る必要がある。この結果、多くの破損燃料が発生した場合、破損燃料容器を配置するスペースが確保できなくなる問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、破損燃料同士の臨界安全性を考慮しつつ、燃料プールの冷却水中において破損燃料を極力近づけた状態で配置することのできる破損燃料容器収納ラックを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明の破損燃料容器収納ラックは、破損燃料が収容された破損燃料容器を燃料プールの冷却水中で保持する破損燃料容器収納ラックにおいて、１つの前記破損燃料容器の側部を囲むように形成された容器保管セルを備え、当該容器保管セルを形成する材料に中性子吸収材が添加されていることを特徴とする。

この破損燃料容器収納ラックによれば、破損燃料容器の側部を囲む容器保管セルにより破損燃料容器内の破損燃料における中性子を吸収することから、破損燃料容器内に収容された破損燃料の臨界安全性を高めることができる。このため、燃料プールの冷却水中において破損燃料が収容された複数の破損燃料容器を、破損燃料同士の臨界安全性を考慮しつつ、破損燃料を極力近づけた状態で配置することができる。この結果、燃料プールの限られた領域内に、多くの破損燃料を保管することができる。

また、第２の発明の破損燃料容器収納ラックは、第１の発明において、前記容器保管セルは、その内側の下端部に前記破損燃料容器の底部を前記燃料プールの床面から離した状態で支持するとともに鉛直方向および水平方向に開通して前記冷却水が流通可能に形成された容器止部を備え、前記容器止部に対応する側部に内外に通じる貫通部が形成されていることを特徴とする。

この破損燃料容器収納ラックによれば、容器保管セルの内外に貫通部を介して冷却水を流通させるとともに、容器止部によって破損燃料容器を支持する側とその下側との間に容器止部を介して冷却水を流通させる。このため、破損燃料容器および破損燃料容器に収容されている破損燃料を冷却し、破損燃料の崩壊熱を効率よく除去することができる。この結果、破損燃料同士の臨界安全性を考慮しつつ、破損燃料を極力近づけた状態で配置することができる。

また、第３の発明の破損燃料容器収納ラックは、第１または第２の発明において、前記容器保管セルが筒状に形成されており、隣接する前記容器保管セル同士が連結して構成されることを特徴とする。

この破損燃料容器収納ラックによれば、複数の破損燃料容器を、破損燃料同士の臨界安全性を考慮しつつ、破損燃料を極力近づけた状態で配置する構成を実現することができる。

また、第４の発明の破損燃料容器収納ラックは、第１または第２の発明において、前記容器保管セルが複数の枠状に区画形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、破損燃料同士の臨界安全性を考慮しつつ、燃料プールの冷却水中において破損燃料を極力近づけた状態で配置することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの平面図である。図２は、本発明の実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの容器保管セルの側断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの容器保管セルの斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの斜視図である。図５は、接合部材の他の例を示す斜視図である。図６は、本発明の実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの他の例の平面図である。図７は、本発明の実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの他の例の平面図である。図８は、本発明の実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの他の例の平面図である。図９は、本発明の実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの他の例の側面図である。図１０は、図９におけるＡ−Ａ断面図である。図１１は、原子力発電プラントを示す概略構成図である。図１２は、原子炉格納容器を示す概略図である。図１３は、ＰＷＲ用燃料集合体の概略図である。図１４は、ＢＷＲ用燃料集合体の概略図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本実施形態の燃料貯蔵設備は、原子力発電プラントにおいて適用される。図１１は、原子力発電プラントを示す概略構成図であり、図１２は、原子炉格納容器を示す概略図である。また、図１３は、ＰＷＲ用燃料集合体の概略図であり、図１４は、ＢＷＲ用燃料集合体の概略図である。

本実施形態において、原子力発電プラントは、例えば、図１１に示すように、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）１１２が適用される。加圧水型原子炉１１２は、軽水を原子炉冷却材および中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン１１８へ送って発電機１２３で発電する。

この加圧水型原子炉１１２を有する原子力発電プラントにおいて、原子炉格納容器１１１の内部に、加圧水型原子炉１１２および蒸気発生器１１３が格納されている。加圧水型原子炉１１２と蒸気発生器１１３とは、冷却水配管１１４，１１５を介して連結されている。冷却水配管１１４は、加圧器１１６が設けられ、冷却水配管１１５は、冷却水ポンプ１１７が設けられている。この場合、減速材および一次冷却水として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１１６により１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水としての軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１１６により所定の高圧に維持された状態で冷却水配管１１４を通して蒸気発生器１１３に送られる。この蒸気発生器１１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１１５を通して加圧水型原子炉１１２に戻される。

蒸気発生器１１３は、原子炉格納容器１１１の外部に設けられたタービン１１８および復水器１１９と冷却水配管１２０，１２１を介して連結されており、冷却水配管１２１に給水ポンプ１２２が設けられている。また、タービン１１８は、発電機１２３が接続され、復水器１１９は、冷却水（例えば、海水）を給排する取水管１２４および排水管１２５が連結されている。従って、蒸気発生器１１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管１２０を通してタービン１１８に送られ、この蒸気によりタービン１１８を駆動して発電機１２３により発電を行う。タービン１１８を駆動した蒸気は、復水器１１９で冷却された後、冷却水配管１２１を通して蒸気発生器１１３に戻される。

このように構成された原子力発電プラントにおいて、原子炉格納容器１１１は、図１２に示すように、その内部に、上述した加圧水型原子炉１１２、蒸気発生器１１３、加圧器１１６などが収容されている。また、原子炉格納容器１１１に隣接して燃料取扱建屋１３０が設置され、この燃料取扱建屋１３０に燃料貯蔵設備１３１が設けられている。

燃料貯蔵設備１３１は、コンクリート製で床面１３２ａおよび内壁面１３２ｂがステンレス製のライニング板で防水被覆された燃料プール１３２を有している。燃料プール１３２は、平面視で矩形状の床面１３２ａの４辺に、内壁面１３２ｂが垂直に立設するように形成されている。この燃料プール１３２は、冷却水が満たされ、その中に破損燃料容器収納ラック１が設置される。本実施形態における破損燃料容器収納ラック１は、欠陥が発見された破損燃料を冷却水中で一時的に貯蔵するものである。

ここで、燃料は、図１３に示すように、燃料集合体（ＰＷＲ用燃料集合体）１４０として構成されており、複数の燃料棒１４１が支持格子１４２により外形が矩形状で格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズル１４３が固定される一方、下端部に下部ノズル１４４が固定されている。また、燃料集合体１４０は、図示しないが、複数の燃料棒１４１に対して、制御棒が挿入される複数の制御棒案内シンブルと、炉内計装用検出器が挿入される炉内計装用案内シンブルとが設けられている。そして、複数の制御棒は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ１４５となる。

また、破損燃料容器収納ラック１は、図示しない沸騰型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）で使用される燃料の内、欠陥が発見された破損燃料を冷却水中で一時的に貯蔵することもできる。沸騰型原子炉で使用される燃料は、図１４に示すように、燃料集合体（ＢＷＲ用燃料集合体）１５０として構成されており、複数の燃料棒１５１がスペーサグリッド１５２により外形が矩形状で格子状に束ねられて構成され、上端部に上部タイプレート１５３が固定される一方、下端部に下部タイプレート１５４が固定され、角筒状のチャンネルボックス１５５内に収容されている。また、燃料集合体１５０は、燃料棒１５１の束が中央部に中空管からなる水管１５６を少数含んでおり、上部タイプレート１５３にハンドル１５７が固定され、下部タイプレート１５４にノーズピース１５８が固定されている。

これらの燃料１４０，１５０は、核燃料ペレットが筒状の燃料棒１４１，１５１に挿入されている。そして、破損燃料とは、燃料棒１４１，１５１から核燃料ペレットが離脱することがない程度に燃料棒１４１，１５１にスルーホールやクラックが生じており燃料集合体の原型を止めているものや、燃料棒１４１，１５１から離脱した核燃料ペレットや、炉心溶融により燃料が溶融した核燃料デブリや、核燃料ペレットが離脱した燃料１４０，１５０を含む。この破損燃料は、臨界安全性を考慮して破損燃料容器に収容された状態で破損燃料容器収納ラック１の容器保管セルに挿入される。

図１は、本実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの平面図であり、図２は、本実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの容器保管セルの側断面図であり、図３は、本実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの容器保管セルの斜視図であり、図４は、本実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの斜視図であり、図５は、接合部材の他の例を示す斜視図である。また、図６は、本実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの他の例の平面図である。

破損燃料容器収納ラック１は、図１および図２に示すように、破損燃料容器１１が挿入される複数の容器保管セル２を備えている。破損燃料容器１１は、図２に示すように、上述した燃料１４０，１５０の破損燃料を収容するもので、容器本体１２と蓋１３とを備えている。容器本体１２は、筒状の胴１２ａと、胴１２ａの下端を閉止する底フランジ１２ｂと、胴１２ａの上端縁に設けられた胴フランジ１２ｃとを有して上部に開口するように構成されている。胴１２ａは、本実施形態では円筒状に形成されているが、円筒状に限定されない。蓋１３は、円盤状に形成され、胴フランジ１２ｃの上面に配置されることで容器本体１２の上部開口を閉塞する。蓋１３は、吊り下げ装置（図示せず）が係合する係合部１３ａを有している。

容器保管セル２は、図１および図２に示すように、１つの破損燃料容器１１の側部を囲むように形成されている。

容器保管セル２は、図２に示すように、１つの破損燃料容器１１の側部を囲むセル本体２１を有している。容器保管セル２は、セル本体２１の下端が燃料プール１３２の床面１３２ａに当接した状態で燃料プール１３２の冷却水中に配置される。セル本体２１は、本実施形態において筒状に形成されており、その高さは、燃料１４０，１５０に組み込まれて、密封された燃料棒１４１、１５１の内部に装填されている図示しない燃料ペレットの上端よりも高く、かつ、破損燃料容器１１の蓋１３よりも低く設定されている。

また、容器保管セル２は、図２および図３に示すように、容器止部２２が設けられている。容器止部２２は、破損燃料容器１１を収納するセル本体２１の内側の下端部に設けられ、破損燃料容器１１の底部（底フランジ１２ｂ）が当接することで、当該破損燃料容器１１を燃料プール１３２の床面１３２ａから離した状態で支持する。この容器止部２２は、鉛直方向および水平方向に開通して形成されている。具体的に、容器止部２２は、複数の板材２２ａが平面視で十字状に組まれることで鉛直方向に開通して形成され、かつ板材２２ａに水平方向に貫通する切欠２２ｂが形成されていることで水平方向に開通して形成されている。なお、容器止部２２は、板材２２ａが平面視で十字状に組まれる構成に限らず、例えば、平面視で中央から放射状に組まれる構成や、平面視で格子状に組まれる構成や、平面視でハニカム状に組まれる構成などであってもよい。また、容器保管セル２は、容器止部２２に対応するセル本体２１の側部に、当該セル本体２１の内外に通じる貫通部２１ａが切り欠かれて形成されている。セル本体２１の貫通部２１ａおよび容器止部２２の切欠２２ｂの切り欠き形状は、矩形に限られるものではなく、例えば、図２において、一点鎖線に示すような馬蹄形、または半円形（図は省略）などであってもよい。

これにより、容器保管セル２は、セル本体２１内に収納された破損燃料容器１１を、容器止部２２により燃料プール１３２の床面１３２ａから嵩上げして支持し、セル本体２１の内外に貫通部２１ａを介して冷却水を流通させるとともに、容器止部２２によって破損燃料容器１１を支持する側とその下側との間に容器止部２２を介して冷却水を流通させる。

この容器保管セル２は、当該容器保管セル２を形成する材料に中性子吸収材が添加されている。容器保管セル２を形成する材料としては、中性子吸収能力に優れるボロンおよび／またはガドリニウムを添加したステンレス鋼あるいはアルミニウム合金などがある。形成材料に中性子吸収材が添加されるのは、少なくともセル本体２１であり、容器止部２２にも適用されることが好ましい。

そして、破損燃料容器収納ラック１は、図１に示すように、隣接する容器保管セル２（セル本体２１）同士が連結して構成されている。容器保管セル２同士を連結する場合、図１および図４に示すように、円筒状のセル本体２１の間の隙間に接合部材２３を設け、この接合部材２３をセル本体２１に溶接またはネジなどで接合する。接合部材２３は、図４に示す板状のもの以外であってよい。例えば、図５に示すように、接合部材２３は、板材を円筒状のセル本体２１の間の隙間に嵌るように板材２３ａを楔状に折り曲げ、セル本体２１に溶接またはネジなどで接合する。板材２３ａを折り曲げた内側には、補強用のリブ２３ｂを溶接などで固定しておく。また、容器保管セル２同士を連結する場合、接合部材２３を用いず、セル本体２１同士が接触する部分を溶接などで接合してもよい。また、図１では、容器保管セル２を３角配置としているが、４角配置であってもよい。また、図６に示すように、セル本体２１を角形（図６では六角形として示す）の筒状に形成し、セル本体２１同士が接触する部分を溶接またはネジなどで接合してもよい。

図７および図８は、本実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの他の例の平面図である。図１〜図６に示す破損燃料容器収納ラック１は、容器保管セル２を筒状のセル本体２１を基に個々に備え、複数の容器保管セル２を連結して構成したものである。これに対し、図７および図８に示す破損燃料容器収納ラック１は、容器保管セル２を複数の枠状に区画形成して構成したものである。具体的には、図７は、板材２４を格子状に組んで複数の枠状に区画形成したもので、図８は板材２４をハニカム状に組んで複数の枠状に区画形成したものである。

図７および図８に示す容器保管セル２は、図２および図３に示す容器保管セル２と同様に、下端が燃料プール１３２の床面１３２ａに当接した状態で燃料プール１３２の冷却水中に配置される。また、図７および図８に示す容器保管セル２は、図２および図３に示す容器保管セル２と同様に、容器止部が設けられ、かつ容器止部に対応する側部に、区画された内外に通じる貫通部が切り欠かれて形成されている。

図９は、本実施形態に係る破損燃料容器収納ラックの他の例の側面図であり、図１０は、図９におけるＡ−Ａ断面図である。図９および図１０に示す破損燃料容器収納ラック１は、容器保管セル２が、図７に示すように板材２４を格子状に組んで構成されその外側にセル枠部材２５を設けて複数個のセル本体２１を有する。容器保管セル２は、その下端に容器止部２２が設けられている。ここでの容器止部２２は、枠部２５と同じ外形に形成されて内部が空間となっている止部枠部材２２ｃを有し、この止部枠部材２２ｃの内部に、セル本体２１の底部となる支持梁２２ｄが設けられている。支持梁２２ｄは、図１０において鉛直方向に貫通するように棒材（例えば鋼棒、鋼管、フラットバーなど）が格子状に配置され、冷却水を流通させるための貫通部２２ｇが設けられている。これに限らず、支持梁２２ｄは、貫通部２２ｇを塞がない範囲で、例えば、複数の棒材を平行に配置してもよい。また、容器止部２２は、止部枠部材２２ｃの下端に、止部枠部材２２ｃを燃料プール１３２の床面１３２ａから嵩上げして支持する複数の脚部２２ｅが設けられている。また、容器止部２２は、止部枠部材２２ｃの側部に、貫通部２１ａに相当する貫通部２２ｆが設けられている。なお、支持梁２２ｄをフラットバーとする場合においては、支持梁２２ｄにも冷却水を流通させるための貫通部２２ｆを設ける。

すなわち、図９および図１０に示す破損燃料容器収納ラック１の容器保管セル２は、各セル本体２１内に収納された破損燃料容器１１を、容器止部２２の支持梁２２ｄおよび脚部２２ｅにより燃料プール１３２の床面１３２ａから嵩上げして支持する。また、容器保管セル２は、容器止部２２における支持梁２２ｄおよび止部枠部材２２ｃの内部の空間により、鉛直方向および水平方向に開通して冷却水が流通可能に形成されている。さらに、容器保管セル２は、容器止部２２における止部枠部材２２ｃの側部に、内外に通じる貫通部２２ｆが形成されている。なお、図９および図１０に示す破損燃料容器収納ラック１の容器保管セル２の形態に限らず、すべての容器保管セル２の形態においても、図９および図１０に示す容器止部２２を設けることができる。

このように、本実施形態の破損燃料容器収納ラック１は、破損燃料が収容された破損燃料容器１１を燃料プール１３２の冷却水中で保持する破損燃料容器収納ラック１において、１つの破損燃料容器１１の側部を囲むように形成された容器保管セル２を備え、当該容器保管セル２を形成する材料に中性子吸収材が添加されている。

この破損燃料容器収納ラック１によれば、破損燃料容器１１の側部を囲む容器保管セル２により破損燃料容器１１内の破損燃料における中性子を吸収することから、破損燃料容器１１内に収容された破損燃料の臨界安全性を高めることが可能になる。このため、燃料プール１３２の冷却水中において破損燃料が収容された複数の破損燃料容器１１を、破損燃料同士の臨界安全性を考慮しつつ、破損燃料を極力近づけた状態で配置することが可能になる。この結果、燃料プール１３２の限られた領域内に、多くの破損燃料を保管することが可能になる。

また、本実施形態の破損燃料容器収納ラック１では、容器保管セル２は、その内側の下端部に破損燃料容器１１の底部を燃料プール１３２の床面１３２ａから離した状態で支持するとともに鉛直方向および水平方向に開通して冷却水が流通可能に形成された容器止部２２を備え、容器止部２２に対応する側部に内外に通じる貫通部２１ａが形成されていることが好ましい。

この破損燃料容器収納ラック１によれば、容器保管セル２の内外に貫通部２１ａを介して冷却水を流通させるとともに、容器止部２２によって破損燃料容器１１を支持する側とその下側との間に容器止部２２を介して冷却水を流通させる。このため、破損燃料容器１１および破損燃料容器１１に収容されている破損燃料を冷却し、破損燃料の崩壊熱を効率よく除去することが可能になる。この結果、破損燃料同士の臨界安全性を考慮しつつ、破損燃料を極力近づけた状態で配置することが可能になる。

また、本実施形態の破損燃料容器収納ラック１は、容器保管セル２が筒状に形成されており、隣接する容器保管セル２同士が連結して構成される。

この破損燃料容器収納ラック１によれば、複数の破損燃料容器１１を、破損燃料同士の臨界安全性を考慮しつつ、破損燃料を極力近づけた状態で配置する構成を実現することが可能になる。

また、本実施形態の破損燃料容器収納ラック１は、容器保管セル２が複数の枠状に区画形成されている。

なお、容器保管セル２は、その上端に外側に広がるテーパ部を有することが、破損燃料容器１１の挿入を円滑に行うために好ましい。しかし、本実施形態では、破損燃料を極力近づけた状態で配置するため、上記テーパ部を無くし、その代わりに図２に示すように破損燃料容器１１の底部に下方に窄まるテーパ部を設けて破損燃料容器１１の挿入を円滑に行えるようにしている。

１破損燃料容器収納ラック
１１破損燃料容器
２容器保管セル
２１セル本体
２１ａ，２２ｆ，２２ｇ貫通部
２２容器止部
２２ａ板材
２２ｂ切欠
２３接合部材
２４板材
１３２燃料プール
１３２ａ床面

Claims

破損燃料が収容された破損燃料容器を燃料プールの冷却水中で保持する破損燃料容器収納ラックにおいて、
１つの前記破損燃料容器の側部を囲むように形成された容器保管セルを備え、当該容器保管セルを形成する材料に中性子吸収材が添加されていることを特徴とする破損燃料容器収納ラック。
前記容器保管セルは、その内側の下端部に前記破損燃料容器の底部を前記燃料プールの床面から離した状態で支持するとともに鉛直方向および水平方向に開通して前記冷却水が流通可能に形成された容器止部を備え、前記容器止部に対応する側部に内外に通じる貫通部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の破損燃料容器収納ラック。
前記容器保管セルが筒状に形成されており、隣接する前記容器保管セル同士が連結して構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の破損燃料容器収納ラック。
前記容器保管セルが複数の枠状に区画形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の破損燃料容器収納ラック。