JP4857233B2

JP4857233B2 - ガラス固化体貯蔵設備

Info

Publication number: JP4857233B2
Application number: JP2007250414A
Authority: JP
Inventors: 誠一堀江; 亮二園部; 英策林
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009080056A

Description

本発明は、原子力発電設備からの使用済み燃料再処理による廃液を封入したガラス固化体を収納するためのガラス固化体貯蔵設備及びその貯蔵方法に係る。

使用済み燃料の再処理によって分離された放射性廃棄物は、放射線と崩壊熱を発生するために溶融ガラスと混合されてキャニスターと呼ばれる容器に充填，封入されたガラス固化体として安定化された後、ガラス固化体貯蔵設備で所定温度以下となるまで長期間保管される。

このガラス固化体貯蔵設備の例として、特許文献１の実開平２−７７６９８号公報に、図１０及び図１１に示す技術が記載されている。図１０において、地下に形成した貯蔵ピット１上部の床面（天井スラブ）２に多数の高レベルパッケージ（ガラス固化体）３の挿入孔４を穿設し、該挿入孔４に下端を閉口として高レベルパッケージ３を多段に収納し得るようにした内管５上端を固定して該内管５を前記貯蔵ピット１内部に吊り下げ支持し、前記内管５の外周を外管６で覆って、内管５と外管６の間隙に冷却流体を流し得るようにしている。なお、１５は内管５の下端に挿入した緩衝材、１６は床プラグ、１７は内管蓋、１８は上部遮蔽板、１９は支柱を示す。

さらに、内管５及び外管６の支持装置として、図１０及び図１１に示す技術が考えられている。すなわち、外管６を囲うようにしてＨ字型鋼等の鉄骨を井桁状に組んで上部及び下部外管支持架構７，８を設け、該各外管支持架構７，８に取付けた支持部材９及びブロック１０により外管６外周の周方向に等間隔な４箇所の位置を固定して外管６を各外管支持架構７，８に支持する。そして、外管６にねじ孔１１に連通する貫通孔１２を設け、前記ねじ孔１１及び貫通孔１２に外管６外周側から調整ボルト１３等のスペーサを螺着して内管５の表面に取付けた座１４との間に微小の間隙Ｓを有するように調整ボルト１３先端を外管６内周面に対し突設配置し、内管５と外管６に温度差による長手方向の伸び差が生じた場合でも、内管５と外管６の間を直接連結せず、外管６から突出する調整ボルト１３の先端で内管５を係止するようにしている。したがって、地震時の振動や衝撃或いは熱膨張等の半径方向の変形により内管５が振れた場合でも外管６に接触して破損することが抑止される。

これらのガラス固化体貯蔵設備では、放射性物質の崩壊熱によって、内管５の温度が高くなり、図示されていないがガラス固化体貯蔵設備建屋の外から外気が取り込まれ、図示されていないが下部遮蔽板と貯蔵ピット１の下部流路に流入し、内管５と外管６の間隙を上昇する自然対流が生じてガラス固化体が冷却される。ここで、一般にガラス固化体貯蔵設備における最高使用温度は、内管５では約２００℃、外管６では約１００℃、上部及び下部外管支持架構７，８では約５０℃以下である。しかるに、実開平２−７７６９８号公報では、内管５と外管６は温度差による熱伸び差を吸収する構造となっているが、外管６と上部及び下部外管支持架構７，８は各外管支持架構に取付けた支持部材９及びブロック１０により外管６外周の周方向に等間隔な４箇所の位置を固定して外管６を上部及び下部外管支持架構７，８に支持するとあり、外管６と上部及び下部外管支持架構７，８は温度差による熱伸び差を吸収する構造を考慮していないと考えられる。

一方、特許文献２の特許第３３１４５２４号では、外管と支持構造物（支持架構）は半径方向及び上下方向（長手方向）の移動を許容し、水平回転方向の移動を拘束する支持装置を具備しているので、地震時の振動や衝撃に対処し、かつ、温度差による熱伸び差を吸収する構造になっている。しかし、内管と外管は固定スペーサにより固定されているので、内管と外管は温度差による熱伸び差を吸収する構造を考慮していないと考えられる。

実開平２−７７６９８号公報特許第３３１４５２４号公報

前述した公開及び特許公報より、内管５と外管６、外管６と上部及び下部外管支持架構７，８はいずれも温度差があり固定すると熱膨張差応力が発生するので、これらの温度差による半径方向及び上下方向（長手方向）熱伸び差を吸収する構造が要求される。一方、地震時の振動や衝撃に対しては、内管５と外管６、外管６と上部及び下部外管支持架構７，８はいずれも水平方向地震荷重の場合には水平回転方向の移動を拘束する支持構造が要求され、垂直方向地震荷重の場合には垂直方向に支持する構造が要求される。また、ガラス固化体貯蔵設備では多数本の内管５と外管６並びに上部及び下部外管支持架構７，８を建設現場で組立作業するため、据付工程の短縮が要求される。さらに、工場作業と異なり、これらの現地組立作業における据付精度向上も課題となる。

以上のように、地震時の振動や衝撃及び熱膨張差に対する好適な支持構造を提供し、多数本の内管と外管並びに上部及び下部外管支持架構の現地据付工程を短縮し、さらに、現地組立作業における据付精度向上を図ることが望まれる。

本発明の目的は、地震時の振動や衝撃及び熱膨張差に対する好適な支持構造のガラス固化体貯蔵設備及びその貯蔵方法を提供することにある。

本発明のガラス固化体貯蔵設備は、貯蔵ピットの上部の天井スラブに上端を固定されて吊り下げ支持されたガラス固化体収納用の内管の外周を外管で覆い、該内管と該外管の間に冷却空気を流すよう構成したガラス固化体貯蔵設備であって、外管垂直方向支持板と上部及び下部耐震サポートを、長さ調整可能な耐震ラグにより狭隘部となる井桁状の支持架構に取り付けたことを特徴とする。

或いは、本発明のガラス固化体貯蔵設備は、貯蔵ピットの上部の床面である天井スラブに上端を固定されて吊り下げ支持された高レベルパッケージであるガラス固化体収納用の内管の外周を外管で覆い、内管と外管の間に冷却空気を流すようにしたガラス固化体貯蔵設備において、内管と外管並びに上部及び下部耐震サポートを工場で組立調整し、これらの組立構造物を現地にて一括同時据付を行うようにしたことを特徴とする。

或いは、本発明のガラス固化体貯蔵設備の貯蔵方法は、貯蔵ピットの上部の天井スラブに上端を固定されて吊り下げ支持されたガラス固化体収納用の内管の外周を外管で覆い、該内管と該外管の間に間隙を有するガラス固化体貯蔵設備の貯蔵方法であって、外管垂直方向支持板と上部及び下部耐震サポートを、長さ調整可能な耐震ラグにより狭隘部となる井桁状の支持架構に取り付け、該内管と該外管の間に間隙に冷却空気を流して貯蔵することを特徴とする。

本発明によると、地震時の振動や衝撃及び熱膨張差に対する好適な支持構造のガラス固化体貯蔵設備及びその貯蔵方法を提供することができる。

貯蔵ピットの上部の床面（天井スラブ）に上端を固定されて吊り下げ支持された高レベルパッケージ（ガラス固化体）収納用の内管の外周を外管で覆い、内管と外管の間に冷却空気を流すようにした貯蔵設備において、外管の内周面及び外周面の両方に突出した耐震ラグを設け、これに取合う内管の外周面にはスリット付きの補強パッドを取付け、さらに外管外周面の上部及び下部外管支持架構の上面に取合う位置にスリット付きの上部及び下部耐震サポートを配した構成とする。上部及び下部耐震サポートは現地据付時に上部及び下部外管支持架構の上面に溶接固定される。このような構成にすることにより、内管と外管並びに外管と上部及び下部外管支持架構はそれぞれ温度差による半径方向及び上下方向（長手方向）熱伸び差を吸収することができる。一方、地震時の振動や衝撃に対しては、内管と外管、外管と上部及び下部外管支持架構はいずれも水平方向地震荷重の場合には、補強パッド及び耐震サポートのスリットと耐震ラグが取合い水平回転方向の移動を拘束することができる。垂直方向地震荷重の場合には外管の上部に取付けられた外管垂直支持板が上部耐震サポートに支持ボルトにより締結され、垂直方向に支持される。また、上部及び下部外管支持架構の間に中間支柱が固定され、下部外管支持架構と貯蔵ピット下面の間に支柱が固定されて外管を含めて垂直方向に支持される。支柱及び中間支柱は全部の井桁状支持架構に対して必要ではなく、耐震強度を満足する本数であればよい。また、内管は貯蔵ピットの上部の床面（天井スラブ）に上端を固定されて吊り下げられ、垂直方向に支持される。このような構成にしたことにより、内管と外管並びに上部及び下部耐震サポートを工場で組立調整し、これらの組立構造物を現地まで輸送し、現地にて一括同時据付を行うことができるようにした。この場合、内管と外管並びに上部及び下部耐震サポートはスリットを介して上下にスライドするので、図示しないが据付固定冶具や縛着等による仮固定が必要である。なお、外管垂直方向支持板並びに上部及び下部耐震サポートを菱形構造として、現地据付時にこれらを４５°回転させて狭隘部となる井桁状の支持架構を通過させることができるようにした。

次の作用を説明する。内管と外管並びに上部及び下部耐震サポートは、品質管理及び信頼性環境の良い工場で組立調整し、これらの組立構造物を現地まで輸送し、現地にて一括同時据付を行う。これは、外管垂直方向支持板並びに上部及び下部耐震サポートを菱形構造として、現地据付時にこれらを４５°回転させて狭隘部となる井桁状の支持架構を通過させ、通過後に４５°回転を戻すことによって、一括同時据付が可能となる。したがって、工場で組立調整後にケガキ線或いは合いマークを入れておくことによって、現地ではこれらのケガキ線或いは合いマークを確認するだけでよく、現地での組立調整が不要となり、また、これらの現地組立作業における据付精度も向上することになる。これらの現地一括同時据付後、上部及び下部耐震サポートは井桁状の上部及び下部外管支持架構の上面に溶接固定されるので、狭隘部となる井桁部の内側や下面での作業と異なり、作業性及び検査性が一段と向上する。これらの現地一括同時据付及び狭隘部作業の回避により、現地据付工程が短縮され、現地工数低減にも寄与することになる。一方、内管，外管，上部及び下部耐震サポート並びに上部及び下部外管支持架構の構成は、それぞれ温度差による半径方向及び上下方向（長手方向）熱伸び差を吸収するので、熱膨張差応力の発生を防ぐことができる。また、地震時の振動や衝撃に対しても、水平方向地震荷重の場合には、少なくとも内管及び外管周方向の２箇所の耐震ラグを介して水平回転方向の移動を拘束するので、地震時の横振れを抑止することができる。垂直方向地震荷重の場合も、耐震強度を満足する構成とすることができる。

本発明の好適な一実施例であるガラス固化体貯蔵設備の支持構造を図１から図９により説明する。

貯蔵ピット１の上部の床面（天井スラブ）２に上端を固定されて吊り下げ支持されたガラス固化体３収納用の内管５の外周を外管６で覆い、内管５と外管６の間に冷却空気を流すようにしたガラス固化体貯蔵設備において、外管６の内周面及び外周面の両方に突出した耐震ラグ２４を設け、これに取合う内管５の外周面にはスリット付きの補強パッド２３を取付け、さらに外管６外周面の上部及び下部外管支持架構７，８の上面に取合う位置にスリット付きの上部及び下部耐震サポート２５，２６を配した構成とする。上部及び下部耐震サポート２５，２６は現地据付時に上部及び下部外管支持架構７，８の上面に現地にて溶接固定される。ここで、符号２７は上部現地溶接部、２８は下部現地溶接部である。上部及び下部外管支持架構７，８は外管６を囲うようにして井桁状に組んだ鉄骨であるが、図１から図９では一例として角形型鋼を示したが、Ｈ字型鋼等でもよい。このような構成にすることにより、内管５と外管６並びに外管６と上部及び下部外管支持架構７，８はそれぞれ温度差による半径方向及び上下方向（長手方向）熱伸び差を吸収することができる。なお、上部耐震サポート２５は上部連結板２５ａと上部ブラケット２５ｂを菱形に組み立てて一体構造としたものであり、耐震ラグ２４と係合するスリット加工を行ったものである。下部耐震サポート２６も同様に下部連結板２６ａと下部ブラケット２６ｂを菱形に組み立てて一体構造としたものであり、耐震ラグ２４と係合するスリット加工を行ったものである。

一方、地震時の振動や衝撃に対しては、内管５と外管６、外管６と上部及び下部外管支持架構７，８はいずれも水平方向地震荷重の場合には、補強パッド２３及び上部及び下部耐震サポート２５，２６のスリットと耐震ラグ２４が取合い水平回転方向の移動を拘束することができる。垂直方向地震荷重の場合には外管６の上部に取付けられた外管垂直支持板２１が上部耐震サポート２５に支持ボルト２２により締結され、垂直方向に支持される。ここで、外管垂直支持板２１は上部耐震サポート２５と同様に菱形に加工される。また、上部及び下部外管支持架構７，８の間に中間支柱２０が固定され、下部外管支持架構８と貯蔵ピット１下面の間に支柱１９が固定されて外管６を含めて垂直方向に支持される。支柱１９及び中間支柱２０は全部の井桁状の上部及び下部外管支持架構７，８に対して必要ではなく、耐震強度を満足する本数であればよい。また、内管５は貯蔵ピット１の上部の床面（天井スラブ）２に上端を固定されて吊り下げられ、垂直方向に支持される。

このような構成にしたことにより、内管５と外管６並びに上部及び下部耐震サポート２５，２６を工場で組立調整し、これらの組立構造物を現地まで輸送し、現地にて一括同時据付を行うことができるようにした。この場合、内管５と外管６並びに上部及び下部耐震サポート２５，２６はスリットを介して上下にスライドするので、図示しないが据付固定冶具や縛着等による仮固定が必要である。なお、外管垂直方向支持板２１並びに上部及び下部耐震サポート２５，２６を菱形構造として、現地据付時にこれらを４５°回転させて貯蔵ピット１の上部の床面（天井スラブ）２の桁梁（図示しない）及び狭隘部となる井桁状の上部外管支持架構７を通過させることができるようにした。また、外管垂直方向支持板２１並びに上部及び下部耐震サポート２５，２６を菱形構造としたことにより、従来例の図１１に示す支持部材９が不要となり、上部及び下部外管支持架構７，８の井桁部をさらに小さくできるので、内管５及び外管６の据付密度を高めることが可能である。

図６の内管５と外管６の工場組立において、内管５の外周面にはスリット付きの補強パッド２３を取付け、このスリットに密着するように耐震ラグ２４を押し込み、そのときの位置を表すケガキ線を耐震ラグ２４に入れ、しかる後に内管５の半径方向の相対熱伸び量に応じたギャップＧ１を確保するために、耐震ラグ２４をその分引き抜き外管６の外面に溶接する。外管６には耐震ラグ２４を出し入れする角孔があけてある。耐震ラグ２４と上部及び下部耐震サポート２５，２６との間には、外管６との半径方向の相対熱伸び量にこれらの組立誤差等を考慮してギャップＧ２が確保されるようにする。このようにすることにより、内管５と外管６並びに外管６と上部及び下部外管支持架構７，８はそれぞれ温度差による半径方向及び上下方向（長手方向）熱伸び差を吸収することができる。

一方、図８は地震時の水平方向地震荷重が作用したときの内管５と外管６の相対変位の一例を誇張して示したものである。図９は図８の地震時相対変位の一例を上から見た横断面図である。図９から分かるように、相対変位により内管５と外管６の半径方向の間隙部断面積（図９ではＡ１及びＡ２）が一定ではない。また、図６のギャップＧ１及びＧ２により、上部及び下部外管支持架構７，８のエレベーションにおける内管５と外管６の相対変位も異なることになる。さらに、内管５と外管６には溶接管が使用される場合があり、これらの断面は許容差範囲内で楕円形状になる場合が多い。このように内管５と外管６は、常に真円とはならず、半径方向間隙が一定ではない。しかしながら、一般に内管５と外管６との半径方向の間隙は地震時の相対変位に比べて余裕を見て大きくしている。したがって、図９を一例にとれば、冷却流量Ｑ≒Ａ１×υ１≒Ａ２×υ２と考えられる（管壁の摩擦損失は無視した）。ここに、Ａ１，Ａ２は間隙部断面積、υ１，υ２は間隙部流速である。すなわち、内管５と外管６の間隙部の冷却効果は冷却流量に比例すると考えられるので、Ａ１部とＡ２部においては冷却効果の影響差は小さいと考えられる。

さらに、内管５と外管６並びに上部及び下部耐震サポート２５，２６は、品質管理及び信頼性環境の良い工場で組立調整し、これらの組立構造物を現地まで輸送し、現地にて一括同時据付を行う。これは、外管垂直方向支持板２１並びに上部及び下部耐震サポート２５，２６を菱形構造として、現地据付時にこれらを４５°回転させて貯蔵ピット１の上部の床面（天井スラブ）２の桁梁（図示しない）及び狭隘部となる井桁状の上部外管支持架構７を通過させ、通過後に４５°回転を戻すことによって、一括同時据付が可能となる。したがって、工場で組立調整後にケガキ線或いは合いマークを入れておくことによって、現地ではこれらのケガキ線或いは合いマークを確認するだけでよく、現地での組立調整が不要となり、また、これらの現地組立作業における据付精度も向上することになる。これらの現地一括同時据付後、上部及び下部耐震サポート２５，２６は井桁状の上部及び下部外管支持架構７，８の上面にそれぞれ上部現地溶接部２７及び下部現地溶接部に示されるように溶接固定されるので、狭隘部となる井桁部の内側や下面での作業と異なり、作業性及び検査性が一段と向上する。これらの現地一括同時据付及び狭隘部作業の回避により、現地据付工程が短縮され、現地工数低減にも寄与することになる。

本実施例によると、内管と外管並びに上部及び下部耐震サポートは、工場で組立調整後にケガキ線或いは合いマークを入れておくことによって、現地ではこれらのケガキ線或いは合いマークを確認するだけでよく、現地での組立調整が不要となる。したがって、内管と外管並びに上部及び下部耐震サポートは工場で組立調整し、この状態で現地まで輸送し、現地にてこれらの組立構造物の一括同時据付を可能とした。また、現地での組立調整作業が不要となるので、これらの現地組立作業における据付精度も向上することになる。これらの現地一括同時据付後、上部及び下部耐震サポートは井桁状の上部及び下部外管支持架構の上面に溶接固定されるので、狭隘部となる井桁部の内側や下面での作業と異なり、作業性及び検査性が一段と向上する。これらの現地一括同時据付及び狭隘部作業の回避により、現地据付工程が短縮され、現地工数低減にも寄与することになる。なお、内管、外管、上部及び下部耐震サポート並びに上部及び下部外管支持架構は、今まで述べたように地震時の振動や衝撃に対する耐震強度を満足し、かつ、温度差による熱膨張差応力の発生を防ぐことができる構成となっている。

また、外管垂直方向支持板並びに上部及び下部耐震サポートを菱形構造として、現地据付時にこれらを４５°回転させて貯蔵ピットの上部の床面（天井スラブ）の桁梁及び狭隘部となる井桁状の上部外管支持架構を通過させ、通過後に４５°回転を戻すことによって、請求項１の一括同時据付が可能となる。また、外管垂直方向支持板並びに上部及び下部耐震サポートを菱形構造としたことにより、従来例に示す支持部材が不要となり、上部及び下部外管支持架構の井桁部をさらに小さくできるので、内管及び外管の据付密度を高めることが可能となる。

本発明に係るガラス固化体貯蔵設備の支持構造の一実施例を示す主要部の縦断面図である。図１のＩ−Ｉ矢視図である。図１のII−II矢視図である。図１のIII−III矢視図である。現地据付時に内管及び外管を４５°回転させて、狭隘部となる井桁状支持架構を通過させる説明図である。図１のIV部拡大図である。図６を上から見た図である。図１の内管及び外管に、水平方向地震荷重が作用した時の相対変位の一例を示す概略図である。図８の地震時の相対変位の一例を上から見た横断面図である。高レベルパッケージ（ガラス固化体）貯蔵設備の一例を示す縦断面図である。図１０の内管及び外管と井桁状支持架構との取合い構造を示す横断面図である。

符号の説明

１貯蔵ピット
２上部の床面（天井スラブ）
３高レベルパッケージ（ガラス固化体）
４挿入孔
５内管
６外管
７上部外管支持架構
８下部外管支持架構
９支持部材
１０ブロック
１１ねじ孔
１２貫通孔
１３調整ボルト
１４座
１５緩衝材
１６床プラグ
１７内管蓋
１８上部遮蔽板
１９支柱
２０中間支柱
２１外管垂直方向支持板
２２支持ボルト
２３補強パッド
２４耐震ラグ
２５ａ上部連結板
２５ｂ上部ブラケット
２５上部耐震サポート
２６ａ下部連結板
２６ｂ下部ブラケット
２６下部耐震サポート
２７上部現地溶接部
２８下部現地溶接部

Claims

貯蔵ピットの上部の床面である天井スラブに上端を固定されて吊り下げ支持された高レベルパッケージであるガラス固化体収納用の内管の外周を外管で覆い、内管と外管の間に冷却空気を流すようにしたガラス固化体貯蔵設備において、
内管と外管並びに上部及び下部耐震サポートを工場で組立調整し、これらの組立構造物を現地にて一括同時据付を行うようにするとともに、
外管垂直方向支持板と上部及び下部耐震サポートを菱形構造として、これらを４５°回転させて狭隘部となる井桁状の支持架構を通過させることができるようにしたことを特徴とするガラス固化体貯蔵設備。