JP4772767B2 - スロッシング溢水抑止装置およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は使用済燃料貯蔵プール等の液体を内包する設備におけるスロッシング溢水抑止装置およびその方法に関する。

原子力発電所等では、使用済燃料が液体を内包する燃料貯蔵プールに貯蔵される。燃料貯蔵プールは平面視で長方形状とされており、この燃料貯蔵プール内には冷却水が貯蔵され、その上面は自由水面を形成している。

燃料貯蔵プールの底面には、使用済みの燃料集合体を収納する使用済燃料ラックが設置されている。燃料貯蔵プールでは、燃料集合体等の移動を水中で行えるように、使用済燃料ラックの上面と水面の間隔は燃料集合体等の長さよりも深く設定されている。

燃料貯蔵プールではプール内に可能な限り多くの燃料集合体を貯蔵するため、使用済燃料ラックはプール側壁近傍まで設置されている。このため、燃料貯蔵プールでは燃料集合体等の移動を行う手段として使用済燃料ラックの上部を開放状態にしておく必要がある。

また、使用済燃料等を移動させるためには、天井クレーンまたは燃料交換専用機器である燃料交換機を利用しなければならないため、燃料貯蔵プールの周りに堰を設けること、または自由水面に浮屋根もしくは蓋をすることができない。

液体を内包する容器に地震等の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揺動が生じる。建屋内に設置されている燃料貯蔵プールで地震によりスロッシングが発生すると、燃料貯蔵プールの側壁を超えてプール水が流出する可能性がある。事実、この事象は平成１９年７月１６日に発生した新潟県中越沖地震発生時に、プール水がプール側壁を越えて流出した。

従来技術としては、スロッシングを防止するため、燃料貯蔵プールの側壁に平板を水面下に設置することが提案考案されている（特許文献１等参照）。
特開平８−１０１２９６号公報

燃料貯蔵プールの上方では、使用済燃料等を移動可能とする必要があるため、上述したように、プール内に平板等を設置した場合にはプールの平板設置部の下方を利用することができず、利用効率が低下する。このため、従来ではプール利用効率を低下させることなくスロッシングを防止することは困難であった。

また、平板を可動式とする方法では、上方を使用済燃料等が移動中に地震等により発生したスロッシングに対してその効力を発揮することが困難であった。さらに、直下型地震等により発生するスロッシング若しくは想定を遥かに超える地震等に対しては、その効力を発揮することは困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、プール利用効率を低下させることなく、スロッシングにより発生する溢水を抑止することができ、スロッシングが発生してもプール内の液体の溢水または外部への飛散をより効果的に防止することができるスロッシング溢水抑止装置およびその方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係るスロッシング溢水抑止方法は、原子炉圧力容器を収容する原子炉格納容器内の上方に原子炉ウェルを形成し、この原子炉ウェル内に原子炉圧力容器を配置し、前記原子炉ウェルの側方に燃料貯蔵プールおよび機器仮置プールを設け、前記原子炉ウェル、前記燃料貯蔵プールおよび前記機器仮置プールの上面の作業床に骨組みを設置し、前記作業床に設置されて前記燃料貯蔵プール内の使用済燃料を移動する燃料交換機の高さ分まで覆い、かつ前記原子炉ウェル、前記燃料貯蔵プール、前記機器仮置プールの上面全体をシートで覆い、地震時に発生する前記燃料貯蔵プールのスロッシング溢水を前記シートの内周側に留めるとともに、前記シートに排風機とフィルタ装置とを接続し、これらの排風機およびフィルタ装置を介して前記シート内の気体を排気することを特徴とする。
また、本発明に係るロッシング溢水抑止装置は、原子炉圧力容器を収容する原子炉格納容器内の上方に形成された原子炉ウェルと、この原子炉ウェル内に配置された原子炉圧力容器と、前記原子炉ウェルの側方に設けられた燃料貯蔵プールおよび機器仮置プールと、前記原子炉ウェル、前記燃料貯蔵プールおよび前記機器仮置プールの上面に形成された開口部の周辺に設置された骨組みと、この骨組みに被せられ前記燃料貯蔵プールの上面開口部および作業床上の燃料交換機の高さ分までを覆い、かつ前記燃料貯蔵プール、前記機器仮置プールおよびこれらプールの上面に設けられた作業床の全体を覆うシートと、このシート内の気体を外部に排気する配管、排風機、フィルタ装置および排気塔とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、燃料貯蔵プールに対して耐圧耐水性シートカバーで覆うこと、および覆う手順を定め、プール利用効率を低下させることなく、スロッシングにより発生する溢水をより効果的に防止することができ、スロッシングが発生してもプール内の液体の溢水または飛散を防止することができる。

以下、本発明に係るスロッシング溢水抑止装置およびその方法の実施形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態（図１）］
本実施形態では、液体を収容する容器である燃料貯蔵プールの上面開口部周辺に骨組みを設置し、その骨組みに燃料貯蔵プールの上面開口部を覆うシートを被せて燃料貯蔵プールの上面開口部周辺を密閉することにより、地震時に発生するスロッシング溢水をシートの内周側に止めるスロッシング溢水抑止装置およびその方法について説明する。

図１は本実施形態による沸騰水型原子炉設備の燃料貯蔵プールにおけるスロッシング溢水抑止装置およびその方法を実施する設備構成を示す縦断面図である。

図１に示すように、原子炉格納容器１に設置された原子炉圧力容器２の上方に原子炉ウェル３が配置してあり、原子炉ウェル３の側方には使用済み燃料を貯蔵する燃料貯蔵プール４および機器仮置プール（ＤＳプール）５が配置されている。燃料貯蔵プール４の底部には燃料貯蔵ラック１０が設置されている。

そして、原子炉ウェル３、燃料貯蔵プール４およびＤＳプール５の上面が作業床としてのオペレーティングフロア６とされており、このオペレーティングフロア６上に設置されたレール７上に燃料移動等を専用に行う燃料交換機８が搭載されている。この燃料交換機８の周囲には、作業領域を区画する手摺９が設けられている。

この構成のもとで、燃料貯蔵プール６の上面開口部周辺のオペレーティングフロア６上に、第１の骨組み１１を設置する。この骨組み１１は第１のシートを自立させるためのものであり、平面視長方形状の燃料貯蔵プール４の周囲に沿って複数本配置される柱体と、必要な補強用桟等により構成する。

そして、骨組み１１に燃料貯蔵プール４の上面開口部を覆うシート１２を被せ、燃料貯蔵プール４の上面開口部周辺を密閉する。この場合、シート１２は例えば燃料貯蔵プール４の上面開口部周辺から立上る部分と、この立上る部分から上面開口部の上方全体を覆う水平屋根状の部分とする。そして、燃料貯蔵プール４を覆うシート１２は、燃料交換機８のブリッジ１３の高さ以下に設定する。これにより、作業者によるシート１２の設置を容易に行うことができる。

また、シート１２の骨組み１１と相まって、シート１２の周辺部上端位置には自立を支える複数本のロープ１４を備え、これらのロープ１４をオペレーティングフロア６上のアンカー１５に連結する。

さらに、シート１２の下端部には、オペレーティングフロア６の燃料貯蔵プール表面位置において、図１に太い破線で示すように水平方向に沿い、気密性を有するジッパー１６により開閉可能に綴じ合せてある。

以上の構成により、燃料集合体を移動する等の作業が無い場合においては、図１に示すように、シート１２を自立させるための骨組み１１と、ロープ１４およびアンカー１５の張力によって、シート１２が燃料貯蔵プール４の上部に固定される。

したがって、地震等によりスロッシングが発生してスロッシング波高が成長し、燃料貯蔵プール４側の壁高さを乗り越えた場合でも、シート１２により覆われている範囲以外には溢水が生じることはなく、溢水の拡大を防ぐことができる。

［第２実施形態（図２）］
本実施形態では、液体を収容する容器と、この容器の表面に沿う作業床とを備えた設備に対し、容器の上面に形成された開口部周辺および作業床の全体に亘る骨組みを設置し、この骨組みに容器および作業床を覆うシートを被せて容器および作業床の全体を密閉することにより、地震時に発生するスロッシング溢水をシートの内周側に留めるスロッシング溢水抑止装置およびその方法について説明する。

図２は本実施形態による沸騰水型原子炉設備の燃料貯蔵プールにおけるスロッシング溢水抑止装置およびその方法を実施する設備構成を示す縦断面図である。なお、図２において、図１と同一および共通する機能構成部分には図１と同一符号を付し、その部分の構成が重複する説明については省略する。

図２に示すように、本実施形態では、燃料交換機８の作業範囲を内包する第２のシート２０と、オペレーティングフロア６とシート２０とを連結するための気密性を有するジッパー１６と、シート２０を自立させるための第２の骨組み１１ａと、この骨組み１１ａと相まってシート２０の自立を支えるロープ１４ａと、このロープ１４ａをオペレーティングフロア６に連結するアンカー１５ａとを備える。なお、本実施形態および以下の実施形態においては、原子炉圧力容器１を炉内作業等のため開放とし、原子炉圧力容器２内の炉心部２ａを示している。

このような構成により、燃料交換機８を使用して、燃料集合体等の移動等の作業が行われる場合において、シート２０を自立させるための骨組み１１ａと、ロープ１４ａと、アンカー１５ａとの張力により、シート２０を燃料交換機８の作業範囲を内包して燃料貯蔵プール４の上部に固定する。

本実施形態によっても、地震等によりスロッシングが発生してスロッシング波高が成長し、燃料貯蔵プール側壁高さを乗り越えても、シート２０で覆われている範囲以外には溢水が生じることがなく、溢水の拡大を防ぐことができる。

［第３実施形態（図３）］
本実施形態では、シートが開閉可能な開口部を有するものとし、この開口部を介してシートの上部から液面上に作業対象物の出し入れを可能とするスロッシング溢水抑止装置およびその方法について説明する。

なお、図３において、図１および図２と同一および共通する機能構成部分には同一符号を付し、その部分の構成が重複する説明は省略する。

本実施形態は、図３に示すように、第２実施形態の構成（図２参照）に対し、シート２０上部に、開口部１７と、この開口部１７を開閉するための気密性を有するジッパー３１とを備えた構成とされている。他の構成は第１実施形態および第２実施形態と同様である。

以上の構成において、図示しない天井クレーン等を使用して燃料貯蔵プール４等からオペレーティングフロア６へ、若しくはオペレーティングフロア６から燃料貯蔵プール４等へ重量物を移動させる場合においては、ジッパー３１によってシート２０の上部に設けた開口部１７を開き、この開口部１７を介して移動を行うことができ、かつシート２０で覆っている範囲以外には溢水の拡大を防ぐことができる。

［第４実施形態（図４）］
本実施形態では、シートの内部に排風機とフィルタ装置とを接続し、これらの排風機およびフィルタ装置を介してシート内の気体を既設の排気塔から外部に排気するスロッシング溢水抑止装置およびその方法について説明する。なお、図４において、図１、図２および図３と同一および共通する機能構成部分には同一符号を付し、その部分の構成が重複する説明は省略する。

本実施形態では、図４に示すように、第２実施形態の構成（図２参照）に移動可能な小型の排風機２１と、この排風機２１とシート２０とを繋ぐための配管２２と、移動可能な小型のフィルタ２３と、排風機２１とフィルタ２３とを連結するための配管２４および排気塔２６と、排気塔２６とフィルタ２３とを繋ぐための配管２７とにより構成する。

以上の構成において、燃料交換等の作業実施中には排風機２１を運転してシート２０内を負圧管理し、排風機２１の排気は配管２２、フィルタ２３、配管２４および配管２７を介して排気塔２６から排気することにより、燃料交換等の作業実施中に燃料集合体等の重量物の落下等による燃料取扱事故時の放射能放散を確実に、かつ大幅に低減することが可能となる。またシート２０により覆われている範囲以外には、溢水の拡大を防ぐことができる。

［第５実施形態（図５）］
本実施形態では、液体を収容する容器の上面に形成された開口部周辺を第１のシートで覆う工程と、第１のシートを含む作業床全体を第２のシートで覆う工程と、第２のシートの内部から第１のシートを外部に取出し、第２のシートのみで作業床全体を覆う状態とする工程とを備えるスロッシング溢水抑止装置およびその方法について説明する。

本実施形態では、図５に示すように、第１実施形態の構成と第３実施形態の構成とを備えた構成により実施する。すなわち、図１に示した燃料貯蔵プール６の上面開口部周辺のオペレーティングフロア６上に、骨組み１１を設置する。この骨組み１１はシートを自立させるためのものであり、平面視長方形状の燃料貯蔵プール６の周囲に沿って複数本配置される柱体と、必要な補強用桟等により構成する。

そして、骨組み１１に燃料貯蔵プール４の上面開口部を覆うシート１２を被せ、燃料貯蔵プール４の上面開口部周辺を密閉する。この場合、シート１２は例えば燃料貯蔵プール４の上面開口部周辺から立上る部分と、この立上る部分から上面開口部の上方全体を覆う水平屋根状の部分とする。燃料貯蔵プール４を覆うシート１２は、燃料交換機８のブリッジ１３の高さ以下に設定する。

また、シート１２の骨組み１１と相まって、シート１２の周辺部上端位置には自立を支える複数本のロープ１４を備え、これらのロープ１４をオペレーティングフロア６上のアンカー１５に連結する。さらに、シート１２の下端部には、オペレーティングフロア６の燃料貯蔵プール表面位置において、図１に太い破線で示すように水平方向に沿い、気密性を有するジッパー１６により開閉可能に綴じ合せてある。

また、図３に示したように、燃料貯蔵プール４等からオペレーティングフロア６へ、若しくはオペレーティングフロア６から燃料貯蔵プール４等へ重量物を移動させる場合においては、ジッパー３１によってシート２０の上部に設けた開口部１７を開き、この開口部１７を介して移動を行うことができるようにする。

本実施形態において適用する第３実施形態の構成としては、第２実施形態と同様にシート２０の上部に開口部１７およびジッパー３１を設けるものであり、ジッパー３１を閉じた状態の第３実施形態は第２実施形態と同様である。燃料交換等の作業を実施していない場合には、第１実施形態と同様に、燃料貯蔵プール４を覆うシートのみを適用する。

なお、上記以外の構成については、図５において図１、図２、図３および図４と同一部分に同一符号を付し、その部分の構成が重複する説明は省略する。

燃料交換等の作業を実施する場合には、次の作業ステップを実施する。

（１）まず、第１実施形態で示した構成を内包するように、シート２０のジッパー３１を閉じた状態とする。この状態は第３実施形態の状態と同様である。

（２）ジッパー３１を閉じることにより、上述の第３実施形態と同様の状態が完成した後、ジッパー３１を閉じた状態の第３実施形態と同様に、シート２０内における第１実施形態の状態を解く。

（３）燃料貯蔵プール等を覆うシートがジッパー３１を閉じた状態のシート２０のみの状態に完成した後、燃料交換機８等による燃料交換等の作業について、図示しない天井クレーン等により重量物をオペレーティングフロア６に移動させる場合には、ジッパー３１を開いてシート２０の上部に開口部１７を設けて実施する。燃料交換等の作業が終了した場合には、次の作業ステップを実施する。

（４）ジッパー３１を閉じた第３実施形態の状態の中に、第１実施形態の状態を構築する。

（５）第１実施形態の状態が完成した後、ジッパー３１を閉じた状態の実施形態状態を解く。

以上の工程により、燃料貯蔵プール４等を覆うシートがシート１２のみの状態となり、
初期状態に戻ることができることにより、燃料貯蔵プールでの作業の有無に関連せずに覆
われているシート１２内部の範囲以外には、溢水の拡大を防ぐことができる。

本発明の第１実施形態によるスロッシング溢水抑止装置およびその方法を示す説明図。 本発明の第２実施形態によるスロッシング溢水抑止装置およびその方法を示す説明図。 本発明の第３実施形態によるスロッシング溢水抑止装置およびその方法を示す説明図。 本発明の第４実施形態によるスロッシング溢水抑止装置およびその方法を示す説明図。 本発明の第５実施形態によるスロッシング溢水抑止装置およびその方法を示す説明図。

符号の説明

１‥原子炉格納容器、２‥原子炉圧力容器、３‥原子炉ウェル、４‥燃料貯蔵プール、５‥ＤＳプール、６‥オペレーティングフロア、７‥レール、８‥燃料交換機、９‥手摺り、１０‥燃料貯蔵ラック、１１‥骨組み、２０‥シート、１３‥ブリッジ、１４‥ロープ、１５‥アンカー、１６‥ジッパー１７‥開口部、２１‥排風機、２２‥配管、２３‥フィルタ、２４‥配管、２５‥配管、２６‥排気塔、２７‥配管、３１‥ジッパー。

Claims (2)

1. 原子炉圧力容器を収容する原子炉格納容器内の上方に原子炉ウェルを形成し、この原子炉ウェル内に原子炉圧力容器を配置し、前記原子炉ウェルの側方に燃料貯蔵プールおよび機器仮置プールを設け、前記原子炉ウェル、前記燃料貯蔵プールおよび前記機器仮置プールの上面の作業床に骨組みを設置し、前記作業床に設置されて前記燃料貯蔵プール内の使用済燃料を移動する燃料交換機の高さ分まで覆い、かつ前記原子炉ウェル、前記燃料貯蔵プール、前記機器仮置プールの上面全体をシートで覆い、地震時に発生する前記燃料貯蔵プールのスロッシング溢水を前記シートの内周側に留めるとともに、前記シートに排風機とフィルタ装置とを接続し、これらの排風機およびフィルタ装置を介して前記シート内の気体を排気することを特徴とするスロッシング溢水抑止方法。
2. 原子炉圧力容器を収容する原子炉格納容器内の上方に形成した原子炉ウェルと、この原子炉ウェル内に配置した原子炉圧力容器と、前記原子炉ウェルの側方に設けた燃料貯蔵プールおよび機器仮置プールと、前記原子炉ウェル、前記燃料貯蔵プールおよび前記機器仮置プールの上面の作業床に設置した骨組みと、前記作業床に設置され前記燃料貯蔵プール内の使用済燃料を移動する燃料交換機の燃料高さ分まで覆い、かつ前記原子炉ウェル、前記燃料貯蔵プールおよび前記機器仮置プールの上面全体を覆うシートと、前記シートに接続され前記シート内の気体を排気する排風機およびフィルタ装置と、を備えたことを特徴とするスロッシング溢水抑止装置。

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