JP2015175829A

JP2015175829A - 制振機構を有する使用済燃料ラック

Info

Publication number: JP2015175829A
Application number: JP2014054909A
Authority: JP
Inventors: 芳郎浪田; Yoshirou Namita; 唯司飯島; Tadashi Iijima; 成良岩倉; Shigeyoshi Iwakura
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-10-05

Abstract

【課題】使用済燃料ラックの板厚や使用済燃料ラック間の距離によらず設置することができ、使用済燃料ラックの耐震性を向上することができる制振機構を有する使用済燃料ラック、およびそれを用いた原子力発電プラントを提供する。
【解決手段】使用済燃料を上方から挿入および抜き取り可能な複数のセル１０により方形に構成された使用済燃料ラック１の制振機構において、複数配置された使用済燃料ラック１のそれぞれに対して上方から着脱可能に設けられたダンパ支持部材５と、ダンパ支持部材５の上部に設けられたダンパ取付部材８と、隣接する使用済燃料ラック１に設けられたダンパ支持部材５のダンパ取付部材８同士を接続し、隣接する使用済燃料ラック１間の相対振動を吸収するダンパ機構４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉から取り出された使用済燃料棒を一時的に貯蔵する使用済燃料ラックに係り、制振機構を有する使用済燃料ラック、およびそれを用いた原子力発電プラントに関する。

原子力発電プラントの原子炉建屋内には、圧力容器から取り出した使用済燃料を貯蔵しておく使用済燃料プールが設置されている。水で満たされた使用済燃料プールの底部には、使用済燃料を保持するための複数の使用済燃料ラックが水没するよう設置されており、使用済燃料ラックの下部はボルト等で使用済燃料プールの基礎（底部）に固定されている。使用済燃料ラックは、使用済燃料を格納するためのセルと呼ばれる角管を束ねた構造を有しており、各角管の中に使用済燃料が挿入されて保持される。

このような原子力プラントにおける設計地震動の大きさは、耐震性能に対する要求の高まりに伴って増大する傾向にあり、原子炉建屋の上層階に設けられた使用済燃料プールに配置される使用済燃料ラックに対して設計地震動で加わると想定される加速度についても当然ながら増加する。特に、多くの使用済燃料が使用済燃料ラックに保持された状態では、地震発生時に使用済燃料ラックと使用済燃料プールとの結合部に働く応力が非常に大きくなることが予想される。

このような使用済燃料ラックの耐震性に関する技術として、例えば、特許文献１（特開２０１３−１２７４３２号公報）には、隣接する前記複数の使用済燃料ラック同士をダンパ装置により連結することにより、地震などの発生により各使用済燃料ラックが振動して隣接する使用済燃料ラック同士の衝突を抑制する技術が開示されている。

特開２０１３−１２７４３２号公報

しかしながら、上記従来技術においては以下のような問題点がある。

すなわち、上記従来技術では、使用済燃料ラックの外枠部に上方に開口する切欠部を形成し、ダンパ装置の勘合部を鉛直方向に着脱するよう構成しているが、使用済燃料ラックの板厚は非常に薄いため、切欠部を設けるのは困難である。また、使用済燃料プール内のスペースを有効活用するために、隣接する使用済燃料ラック間の隙間をできるだけ小さくする配置となっているため、使用済燃料ラック間にダンパ装置を配置することは困難である。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、使用済燃料ラックの板厚や使用済燃料ラック間の距離によらず設置することができ、使用済燃料ラックの耐震性を向上することができる制振機構を有する使用済燃料ラック、およびそれを用いた原子力発電プラントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、使用済燃料を上方から挿入および抜き取り可能な複数のセルにより方形に構成された使用済燃料ラックの制振機構において、複数配置された前記使用済燃料ラックのそれぞれに対して上方から着脱可能に設けられたダンパ支持部材と、前記ダンパ支持部材の上部に設けられたダンパ取付部材と、隣接する前記使用済燃料ラックに設けられた前記ダンパ支持部材の前記ダンパ取付部材同士を接続し、隣接する前記使用済燃料ラック間の相対振動を吸収するダンパ機構とを備えたものとする。

本発明によれば、使用済燃料ラックの板厚や使用済燃料ラック間の距離によらず設置することができ、使用済燃料ラックの耐震性を向上することができる。

第１の実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構をその周辺構成とともに概略的に示す上面図である。第１の実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構をその周辺構成とともに概略的に示す側面図である。第１の実施の形態に係るダンパ機構取付部材の構成を模式的に示す図である。第１の実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構の装着判定の手順を示すフローチャートである。第２の実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構をその周辺構成とともに概略的に示す上面図である。第２の実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構をその周辺構成とともに概略的に示す側面図である。第３の実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構をその周辺構成とともに概略的に示す上面図である。第３の実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構をその周辺構成とともに概略的に示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を参照しつつ説明する。

図１及び図２は、本実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構をその周辺構成とともに概略的に示す図であり、図１は上面図、図２は側面図である。

図１及び図２において、使用済燃料を上方から挿入および抜き取り可能な複数のセル１０により方形に構成された複数（本実施の形態では４つ）の使用済燃料ラック１は、側壁３により囲まれた使用済燃料プール２の底部（基礎）３ａにボルト３ｂ等により固定されて、使用済燃料プール２内に収められている。使用済燃料プール２は、冷却用の水２ａにより満たされており、複数の使用済燃料ラック１は、完全に水中に没するように配置されている。

使用済燃料ラック１は、複数のセル１０を縦横方向（図１における左右上下方向）に並べて構成されている。本実施の形態の使用済燃料ラック１においては、例えば、横方向（図１における左右方向）に１０個、縦方向（図１における上下方向）に６個のセル１０が並べられて構成されている場合について説明する。使用済燃料ラック１に貯蔵される使用済燃料の数は、使用済燃料ラック１ごとに固有振動数が異なるように調整される。なお、使用済燃料ラック１に用いるセル１０の数は上記に限られるものではなく、使用済燃料プール２の形状や大きさなど使用済燃料ラック１の設置環境に応じて適宜選択するものである。

使用済燃料ラック１のうち、後述する制振機構取付判定において取り付け対象であると判定された使用済燃料ラック１には、その上方から着脱可能に設けられたダンパ支持部材５と、ダンパ支持部材５の上部に設けられたダンパ取付部材８と、隣接する使用済燃料ラック１にそれぞれ設けられたダンパ支持部材５のダンパ取付部材８同士を接続し、隣接する使用済燃料ラック間の相対振動を吸収するダンパ機構４とが載置される。なお、本実施の形態では、必要最小単位である４体の使用済燃料ラック１が使用済燃料プール２に収められている場合であり、４体の使用済燃料ラック１が制振機構取付判定において取り付け対象であると判定された場合を例示して説明する。

ダンパ機構４には、金属の弾塑性特性を利用した弾塑性ダンパを用いる。弾塑性ダンパは、水や放射線等の環境下にも強いため、本実施の形態においても容易に用いることができる。

ダンパ支持部材５は、使用済燃料ラック１の上端外周を囲むように配置された枠部材６と、枠部材６の対向する部位の間に渡して配置され、上部にダンパ取付部材８が設けられる梁部材７とから構成されている。

枠部材６は、使用済燃料ラック１の上端外周、すなわち、使用済燃料ラック１の上面を囲む４辺をそれぞれ上方および側方（外方向）から保持するようになっており、使用済燃料ラック１の上方から被せて取り付けることができる。これにより、使用済燃料ラック１に取り付けられた枠部材６は、使用済燃料ラック１に対して水平方向に相対的に固定される。

梁部材７は、枠部材６の強度の向上を目的としたものであり、枠部材６の対向する辺の中央部同士を繋ぐように配置されており、枠部材６の縦方向（図１における上下方向）に延在する部位同士、及び横方向（図１における左右方向）に延在する部位同士を繋いで、十字に配置されている。この枠部材６の上部にダンパ取付部材８が設けられる。これにより、使用済燃料ラック１の水平方向の重心の上方にダンパ取付部材８が配置される。

上記のように枠部材６及び梁部材７を構成することにより、ダンパ支持部材５が使用済燃料ラック１に取り付けられた状態において、使用済燃料の使用済燃料ラック１への挿入および抜き取りが可能なセル１０の数を確保しつつ、ダンパ支持部材５の強度を向上することができる。

図３は、ダンパ取付部材の構成例を模式的に示す図である。

図３において、ダンパ取付部材８は、継手８ａを有しており、ダンパ機構４は、継手８ａを介してピン４ａ等により固定されている。ダンパ機構４のピン４ａが貫通する部分は球面継手になっており、軸周り方向の回転運動や、軸方向に垂直な方向への運動等を吸収することができる。なお、図３においては説明の簡単のために、ダンパ機構４をダンパ取付部材の１方向のみ接続する場合を例示して説明したが、本実施の形態のダンパ取付部材８の他のダンパ機構４の取り付け部分も同様の構成を有している。

ここで、ダンパ支持部材５、ダンパ取付部材８、及びダンパ機構４により構成される使用済燃料ラック１の制振機構の取り付け対象であるかどうかを、使用済燃料ラック１ごとに判定する制振機構取付判定について説明する。

図４は、本実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構の装着判定の手順を示すフローチャートである。

図４においては、まず、判定対象の使用済燃料ラック１を決定し（ステップＳ１０）、その判定対象の使用済燃料ラック１について予め設定されている使用済燃料の数の閾値を確認する（ステップＳ２０）。ここで、使用済燃料ラック１に貯蔵されている使用済燃料の数が閾値以上であるかどうかを判定し（ステップＳ３０）、判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、使用済燃料ラック１に貯蔵されている使用済燃料の数が閾値として定めた、ある一定数以上である場合には、制振機構の取り付け対象であると判定する（ステップＳ４０）。また、ステップＳ３０での判定結果がＮＯである場合、すなわち、使用済燃料ラック１に貯蔵されている使用済燃料の数が閾値として定めた、ある一定数に満たない場合には、制振機構の取り付け対象外であると判定する（ステップＳ３１）。

以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。

例えば、使用済燃料ラックの外枠部に上方に開口する切欠部を形成し、ダンパ装置の勘合部を鉛直方向に着脱するよう構成する従来技術においては、使用済燃料ラックの板厚は非常に薄いため、切欠部を設けるのは困難である。また、使用済燃料プール内のスペースを有効活用するために、隣接する使用済燃料ラック間の隙間をできるだけ小さくする配置となっているため、使用済燃料ラック間にダンパ装置を配置することは困難である。

これに対して本実施の形態においては、複数配置された使用済燃料ラック１のそれぞれに対して上方から着脱可能に設けられたダンパ支持部材５と、ダンパ支持部材の上部に設けられたダンパ取付部材８とを備え、隣接する使用済燃料ラック１に設けられたダンパ支持部材５のダンパ取付部材８同士をダンパ機構４で接続して、隣接する使用済燃料ラック間の相対振動を吸収するように構成したので、使用済燃料ラックの板厚や使用済燃料ラック間の距離によらず設置することができ、使用済燃料ラックの耐震性を向上することができる。

すなわち、地震入力が増大しても地震応答を低減することができるので、使用済燃料ラック１の下部やボルト３ｂに発生する応力を抑制することができ、耐震信頼性を大きく増加させることができる。

また、本実施の形態では、使用済燃料ラック１の上部にダンパ機構４を配置し、使用済燃料ラック１同士を接続する構成としたので、より高い位置で使用済燃料ラック１をダンパ機構４で接続することになり、ダンパ機構４に作用する変位がより大きくなり、従って、より大きな減衰効果をえることができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図５及び図６を参照しつつ説明する。

図５及び図６は、本実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構をその周辺構成とともに概略的に示す図であり、図５は上面図、図６は側面図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

図５及び図６において、使用済燃料を上方から挿入および抜き取り可能な複数のセル１０により方形に構成された複数（本実施の形態では４つ）の使用済燃料ラック１は、側壁３により囲まれた使用済燃料プール２の底部（基礎）３ａにボルト３ｂ等により固定されて、使用済燃料プール２内に収められている。使用済燃料プール２は、冷却用の水２ａにより満たされており、複数の使用済燃料ラック１は、完全に水中に没するように配置されている。

使用済燃料ラック１は、複数のセル１０を縦横方向（図５における左右上下方向）に並べて構成されている。本実施の形態の使用済燃料ラック１においては、例えば、横方向（図５における左右方向）に１０個、縦方向（図５における上下方向）に６個のセル１０が並べられて構成されている場合について説明する。使用済燃料ラック１に貯蔵される使用済燃料の数は、使用済燃料ラック１ごとに固有振動数が異なるように調整される。なお、使用済燃料ラック１に用いるセル１０の数は上記に限られるものではなく、使用済燃料プール２の形状や大きさなど使用済燃料ラック１の設置環境に応じて適宜選択するものである。

使用済燃料ラック１のうち、制振機構取付判定において取り付け対象であると判定された使用済燃料ラック１には、その上方から着脱可能に設けられたダンパ支持部材５Ａと、ダンパ支持部材５Ａ上部に設けられたダンパ取付部材８と、隣接する使用済燃料ラック１にそれぞれ設けられたダンパ支持部材５Ａのダンパ取付部材８同士を接続し、隣接する使用済燃料ラック１間の相対振動を吸収するダンパ機構４とが載置される。なお、本実施の形態では、必要最小単位である４体の使用済燃料ラック１が使用済燃料プール２に収められている場合であり、４体の使用済燃料ラック１が制振機構取付判定において取り付け対象であると判定された場合を例示して説明する。

ダンパ支持部材５Ａは、使用済燃料ラック１の角に配置された４つのセル１０のそれぞれに上方から挿入および抜き取り可能に設けられた挿入部材９と、挿入部材９間を使用済燃料ラック１の外周に沿って繋ぐよう配置された枠部材６Ａと、枠部材６Ａの対向する部位の間に渡して配置され、上部にダンパ取付部材８が設けられる梁部材７Ａとから構成されている。

枠部材６Ａは、使用済燃料ラック１の角に配置された４つのセル１０に挿入された挿入部材９を繋ぐように、使用済燃料ラック１の外周のセル１０の上方に配置されている。これにより、使用済燃料ラック１に挿入部材９を介して取り付けられた枠部材６Ａは、使用済燃料ラック１に対して水平方向に相対的に固定される。

梁部材７Ａは、枠部材６Ａの強度の向上を目的としたものであり、枠部材６Ａの対向する辺の中央部同士を繋ぐように配置されており、枠部材６Ａの縦方向（図５における上下方向）に延在する部位同士、及び横方向（図５における左右方向）に延在する部位同士を繋いで、十字に配置されている。この枠部材６Ａの上部にダンパ取付部材８が設けられる。これにより、使用済燃料ラック１の水平方向の重心の上方にダンパ取付部材８が配置される。

上記のように枠部材６Ａ及び梁部材７Ａを構成することにより、ダンパ支持部材５Ａが使用済燃料ラック１に取り付けられた状態において、使用済燃料の使用済燃料ラック１への挿入および抜き取りが可能なセル１０の数を確保しつつ、ダンパ支持部材５Ａの強度を向上することができる。

その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、使用済燃料ラック１の水平方向の外周よりも外側に部材を配置する必要がないので、隣接する使用済燃料ラック１間の距離の変位の許容範囲が大きくなり、さらに確実に隣接する使用済燃料ラック間の相対振動を吸収することができ、使用済燃料ラックの耐震性を向上することができる。

なお、本実施の形態においては、使用済燃料ラック１の４角のセル１０に挿入部材９を挿入する場合を例示して説明したが、これに限られず、ダンパ取付部材８が使用済燃料ラック１の重心の上方に配置されるように構成できれば、使用済燃料ラック１の４角以外のセル１０に挿入部材９を挿入してもよい。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図７及び図８を参照しつつ説明する。

図７及び図８は、本実施の形態に係る使用済燃料ラックの制振機構をその周辺構成とともに概略的に示す図であり、図７は上面図、図８は側面図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

図７及び図８において、使用済燃料を上方から挿入および抜き取り可能な複数のセル１０により方形に構成された複数（本実施の形態では４つ）の使用済燃料ラック１は、側壁３により囲まれた使用済燃料プール２の底部（基礎）３ａにボルト３ｂ等により固定されて、使用済燃料プール２内に収められている。使用済燃料プール２は、冷却用の水２ａにより満たされており、複数の使用済燃料ラック１は、完全に水中に没するように配置されている。

使用済燃料ラック１は、複数のセル１０を縦横方向（図７における左右上下方向）に並べて構成されている。本実施の形態の使用済燃料ラック１においては、例えば、横方向（図７における左右方向）に１０個、縦方向（図７における上下方向）に６個のセル１０が並べられて構成されている場合について説明する。使用済燃料ラック１に貯蔵される使用済燃料の数は、使用済燃料ラック１ごとに固有振動数が異なるように調整される。なお、使用済燃料ラック１に用いるセル１０の数は上記に限られるものではなく、使用済燃料プール２の形状や大きさなど使用済燃料ラック１の設置環境に応じて適宜選択するものである。

使用済燃料ラック１のうち、制振機構取付判定において取り付け対象であると判定された使用済燃料ラック１には、その上方から着脱可能に設けられたダンパ支持部材５Ｂと、ダンパ支持部材５Ｂの上部に設けられたダンパ取付部材８と、隣接する使用済燃料ラック１にそれぞれ設けられたダンパ支持部材５Ｂのダンパ取付部材８同士を接続し、隣接する使用済燃料ラック１間の相対振動を吸収するダンパ機構４とが載置される。なお、本実施の形態では、必要最小単位である４体の使用済燃料ラック１が使用済燃料プール２に収められている場合であり、４体の使用済燃料ラック１が制振機構取付判定において取り付け対象であると判定された場合を例示して説明する。

ダンパ支持部材５Ｂは、使用済燃料ラック１の重心に配置された４つのセル１０のそれぞれに上方から挿入および抜き取り可能に設けられた挿入部材９Ｂにより構成されている。この挿入部材９Ｂの上部にダンパ取付部材８が設けられる。これにより、使用済燃料ラック１の水平方向の重心の上方にダンパ取付部材８が配置される。

その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

さらに、ダンパ支持部材５Ｂが使用済燃料ラック１に取り付けられた状態においても、使用済燃料の使用済燃料ラック１への挿入および抜き取りが可能なセル１０の数をより多く確保することができる。

１使用済燃料ラック
２使用済燃料プール
２ａ水
３側壁
３ａ底部（基礎）
３ｂネジ
４ダンパ
４ａピン
５，５Ａ，５Ｂダンパ支持部材
６，６Ａ枠部材
７，７Ａ梁部材
８ダンパ取付部材
８ａ継手
９，９Ｂ挿入部材
１０セル

Claims

使用済燃料を上方から挿入および抜き取り可能な複数のセルにより方形に構成された使用済燃料ラックの制振機構において、
複数配置された前記使用済燃料ラックのそれぞれに対して上方から着脱可能に設けられたダンパ支持部材と、
前記ダンパ支持部材の上部に設けられたダンパ取付部材と、
隣接する前記使用済燃料ラックに設けられた前記ダンパ支持部材の前記ダンパ取付部材同士を接続し、隣接する前記使用済燃料ラック間の相対振動を吸収するダンパ機構と
を備えたことを特徴とする使用済燃料ラックの制振機構。
請求項１記載の使用済燃料ラック制振機構において、
前記ダンパ支持部材は、
前記使用済燃料ラックの上端外周を囲むように配置された枠部材と、
前記枠部材の対向する部位の間に渡して配置され、上部に前記ダンパ取付部材が設けられる梁部材と
を備えたことを特徴とする使用済燃料ラック制振機構。
請求項１記載の使用済燃料ラック制振機構において、
前記ダンパ支持部材は、
前記使用済燃料ラックの角に配置された４つの前記セルに上方から挿入および抜き取り可能に設けられた挿入部材と、
前記挿入部材間を前記使用済燃料ラックの外周に沿って繋ぐよう配置された枠部材と、
前記枠部材の対向する部位の間に渡して配置され、上部に前記ダンパ取付部材が設けられる梁部材と
を備えたことを特徴とする使用済燃料ラック制振機構。
請求項１記載の使用済燃料ラック制振機構において、
前記ダンパ支持部材は、
前記使用済燃料ラックの中央部に配置された前記セルに上方から挿入および抜き取り可能に設けられ、上部に前記ダンパ取付部材が設けられる挿入部材を備えたことを特徴とする使用済燃料ラック制振機構。
請求項１〜４の何れか１項記載の使用済燃料ラックの制振機構において、
前記ダンパは、金属の弾塑変形を利用した弾塑性ダンパであることを特徴とする使用済燃料ラックの制振機構。
請求項１記載の制振機構を備えた使用済燃料ラック。
請求項６記載の使用済燃料ラックにおいて、
前記複数の使用済燃料ラックの固有振動数がそれぞれ異なるような数の使用済燃料が前記複数の使用済燃料ラックのそれぞれに貯蔵されることを特徴とする使用済燃料ラック。
請求項６又は７記載の使用済燃料ラックを備えた原子力発電プラント。
使用済燃料を上方から挿入および抜き取り可能な複数のセルにより方形に構成された使用済燃料ラックの制振方法において、
前記使用済燃料ラックに貯蔵された前記使用済燃料の数が予め定めた閾値以上である場合に、複数配置された前記使用済燃料ラックのそれぞれに対して上方から着脱可能に設けられたダンパ支持部材と、前記ダンパ支持部材の上部に設けられたダンパ取付部材と、隣接する前記使用済燃料ラックに設けられた前記ダンパ支持部材の前記ダンパ取付部材同士を接続し、隣接する前記使用済燃料ラック間の相対振動を吸収するダンパ機構とを備えた使用済燃料ラックの制振機構を装着する手順を備えたことを特徴とする使用済燃料ラックの制振方法。