JP4940103B2

JP4940103B2 - 使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強装置および耐震補強方法

Info

Publication number: JP4940103B2
Application number: JP2007280988A
Authority: JP
Inventors: 学前田; 秀信長谷川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: JP2009109302A

Description

本発明は、原子力発電プラントにおける使用済燃料貯蔵ラックの耐震性向上および既設の使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強を図る使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強装置および耐震補強方法に関する。

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した使用済燃料集合体は再処理を行うまでの間、燃料貯蔵プールに予め設置されている使用済燃料貯蔵ラックに収納貯蔵し、冷却して使用済燃料集合体の崩壊熱を除去するようにしている。使用済燃料貯蔵ラックは、使用済燃料集合体を１体ずつ内部に収納するセルを複数体平行に配列した直方体形状のものが知られており、これらの使用済燃料貯蔵ラックが燃料貯蔵プール内に複数台設置されている。

使用済燃料貯蔵ラックは耐震重要度分類の最上位クラスに分類され、使用済燃料貯蔵ラックが設置される燃料貯蔵プールは原子炉建屋の上階に位置するため、地震時に想定する震度が大きいことが知られており、耐震性を向上させた使用済燃料貯蔵ラックが提案されている。

また、近年、耐震基準の大幅な見直しにより、既設使用済燃料貯蔵ラックの耐震裕度が少なくなる可能性があり、耐震性を向上させるための耐震補強を実施する計画がある。

特に、初期に導入された原子力プラントに設置されているものは構造的に耐震裕度が少なく、この対策が喫緊の課題となっている。

耐震性を向上させるための使用済燃料貯蔵ラック構造としては、使用済燃料貯蔵ラック間および使用済燃料貯蔵ラックと燃料プール壁面間に使用済燃料貯蔵ラックを支持するためのサポートを、使用済燃料貯蔵ラックに固定して設置する構造のものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
特開平１０−３９０８７号公報

既設の使用済燃料貯蔵ラックは燃料貯蔵プール床に基礎ボルトにより固定されており、ラック高さ方向の中間位置において、既設水平方向ビームに具備されているブラケットにより強固に取付けられたデバイダでその短辺方向両端を保持している。

しかし、直方体の縦横比（平面視で短辺方向と長辺方向とがあり、その縦横比をいう。）が大きい使用済燃料貯蔵ラックでは、短辺方向の揺れにより貯蔵されている使用済燃料集合体および内包水の重量でラック自身が撓むことによって、地震時に大きな応力を生じることで耐震裕度が小さくなる可能性がある。

このような使用済燃料貯蔵ラックの耐震性を向上させるために、ラック自身の構造を補強する場合、例えばラック外周を囲む箱状のラック保持部材を取付ける場合、また部分的にラック短辺方向の撓みを抑えるための部材を強固に取付ける場合、さらに転倒モーメントを防止する補強サポートを使用済燃料貯蔵ラックに取付ける場合等においては、放射能により汚染されている使用済燃料貯蔵ラックを水中から一旦取り外し、またはサポートを水中で直接使用済燃料貯蔵ラックに固定しなければならず、施工が非常に困難になるという問題点があった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、構造上剛性の劣る使用済燃料貯蔵ラックの耐震性向上および既設の使用済燃料貯蔵ラックの耐震性を向上させるための現地施工性向上を図ることができる使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強装置および耐震補強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、本発明では、使用済燃料集合体を内部に収納するセルを複数体平行に配列した直方体状の複数の使用済燃料貯蔵ラックを、燃料貯蔵プール内で耐震補強する装置であって、複数の使用済燃料貯蔵ラックが挿入される複数の開口部を備えた格子状のラック保持部材と、このラック保持部材と一体に構成されてラック保持部材を燃料貯蔵プール上端から燃料貯蔵プール壁面に沿って吊下支持する吊下ビームと、使用済燃料貯蔵ラックとラック保持部材の開口部との間に挿入され、使用済燃料貯蔵ラックを側面から支持する突張り部材とを備えたことを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強装置を提供する。

また、本発明では、使用済燃料集合体を内部に収納するセルを複数体平行に配列した直方体状の複数の使用済燃料貯蔵ラックを、燃料貯蔵プール内で耐震補強する方法であって、燃料貯蔵プール上端から燃料貯蔵プール壁面に沿って吊下ビームを固定する工程と、複数の使用済燃料貯蔵ラックが挿入される複数の開口部を備え、吊下ビームに一体に構成される格子状のラック保持部材を使用済燃料貯蔵プール内に吊下げてラック保持部材の開口部に使用済燃料貯蔵ラックを挿入する工程と、この開口部と使用済燃料貯蔵ラックとの間を突張り部材によって支持する工程とを備えることを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強方法を提供する。

本発明によれば、水平地震力に対しては各々の使用済燃料貯蔵ラックをその短辺方向両端部および中央部等において格子状ラック保持部材の開口部に具備した突張り部材により保持するため、基礎ボルトにかかる転倒モーメントおよびラック短辺方向のラック自身の撓みを防止することができる。

また、長辺方向についても同様に、基礎ボルトにかかる転倒モーメントを軽減することができる。さらに格子状ラック保持部材は、ラック保持部材支持具、例えば燃料貯蔵プール上部から吊下した吊下げビームと一体化させて固定する補強方法とすることにより、放射能によって汚染された既設の使用済燃料貯蔵ラックを取り外す必要なく、ラック保持部材を設置することができる。

以下、本発明に係る使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強装置および耐震補強方法について、図１〜図７を参照して説明する。

［第１実施形態（図１，図２）］
本実施形態では、使用済燃料集合体を１体ずつ内部に収納するセルを複数体平行に配列した直方体状の使用済燃料貯蔵ラックを耐震補強する構造であって、使用済燃料貯蔵ラックを挿入する開口部を有する格子状のラック保持部材をプール全面に上下２段に亘って設置する場合について説明する。

図１は本発明に係る使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強装置の第１実施形態により構成される耐震補強構造を示す縦断面図であり、図２は図１の平面図である。

図１および図２には、原子炉建屋内の燃料貯蔵プール３０の内底部に複数の使用済燃料貯蔵ラック１を設置した状態が示してある。燃料貯蔵プール３０内には水３１が張られた状態となっており、この燃料貯蔵プール３０の底部床３０ａ上に使用済燃料貯蔵ラック１が格子状配列で配置されている。

各使用済燃料貯蔵ラック１は、図１に示すように縦長であり（図１には使用済燃料貯蔵ラック１の短辺方向の幅狭な外側面が示してある。）、図２に示すように平面視長方形状の角筒状に構成されている。使用済燃料貯蔵ラック１の短辺方向側面１ａと長辺方向側面１ｂとは互いに直交する一定方向に向き、各使用済燃料貯蔵ラック１の相互間にはそれぞれ縦横方向に一定の間隔が設定してある。

各使用済燃料貯蔵ラック１は図示省略の内部格子を有し、この格子により使用済燃料集合体を１体ずつ内部に収納するセルが構成されている。すなわち、複数体平行に配列した直方体状の使用済燃料貯蔵ラック１内の格子間に複数本の燃料が収納されるようになっている。

各使用済燃料貯蔵ラック１は燃料貯蔵プール３０の床３０ａにそれぞれ基礎ボルト２ａによって固定されている。使用済燃料貯蔵ラック１の高さ方向中間位置には、既設の水平方向ビーム３が使用済燃料貯蔵ラック１に配置されている。

この水平方向ビーム３の両端は，プール側壁３０ｂにボルト２ｂを介して支持されている。各使用済燃料貯蔵ラック１は、それぞれ水平方向ビーム３に具備されているブラケット５により、使用済燃料貯蔵ラック１に強固に取付けられたデバイダ４で短辺方向側面１ａを保持されている。

また、基礎ボルト２ａにかかる転倒モーメントおよび使用済燃料貯蔵ラック１の短辺方向のラック自身の撓みを防止し、高さ方向の中間位置における既設水平方向ビーム３の地震荷重を低減させるため、使用済燃料貯蔵ラック１が挿入してあり、開口２４を備えた格子状ラック保持部材２１をプール全面に２段に亘って設置し、この格子状ラック保持部材２１は燃料貯蔵プール３０上端から燃料貯蔵プール壁面３０ｂに沿って吊下した吊下げビーム８と一体化して構成してある。

また、各格子状ラック保持部材２１の開口部２４にはラック長辺方向（矢印ａ）を支持する突張り部材２２と、短辺方向（矢印ｂ）のラック両端と中央部を支持するクサビ状の突張り部材２３とを具備している。吊下げビーム８はボルト９により，燃料貯蔵プール３０上端の床面に固定されている。

なお、格子状ラック保持部材２１は水平ビームを組み合わせて構成してもよく、水平地震力の大きさと使用済燃料貯蔵ラック１の剛性によっては１段としてもよい。また、ラック長辺と短辺だけのいずれかの方向のみに設置することとしてもよい。

また、吊下げビーム８に変えて、燃料プール床面から支持する方法としてもよい。

さらに，突張り部材２３を図１に示すような単体のクサビではなく、クサビを複数個組み合わせてボルトで締めこむことにより突っ張り方向の変位を生じさせるもの、空気他の流体により変位を生じさせるもの、さらにボルトとリンク機構で構成されるジャッキ状のものなどにしてもよい。

次に、使用済燃料貯蔵ラック１の耐震補強方法について説明する。本実施形態では、鉛直な吊下ビーム８を燃料貯蔵プール内の壁面に沿って固定する工程と、用済燃料貯蔵ラックを挿入する開口部を有する格子状のラック保持部材を使用済燃料貯蔵プール内に吊下して開口部に使用済燃料貯蔵ラック１を挿入し、所定の下部高さに配置して、吊下ビーム８に結合させる工程と、順次に使用済燃料貯蔵ラック１とラック保持部材の開口部との間に使用済燃料貯蔵ラック１の表面を突張り部材により支持させる工程とを備える。

先ず、吊下げビーム８を燃料貯蔵プール３０の上端から壁面に沿って吊下しボルト９により固定する。次に、下部に設置する格子状ラック保持部材２１をプール内に吊下し、開口部２４に使用済燃料貯蔵ラック１を挿入して所定の高さにセットした後、ボルト他で吊下げビーム８と強固に結合する。

その後、順次に使用済燃料貯蔵ラック１と格子状ラック保持部材２１の開口部２４の間にラック長辺方向を支持する突張り部材２２と、短辺方向のラック両端と中央部を支持する突張り部材２３を上方から挿入し、使用済燃料貯蔵ラック１の水平方向の移動を拘束する。

その後、上部に設置する格子状ラック保持部材２１をプール内に吊下し開口部２４に使用済燃料貯蔵ラック１を挿入し、所定の高さにセットした後、ボルト等で吊下げビーム８と強固に結合する。

上部の格子状ラック保持部材２１の設置後、順次使用済燃料貯蔵ラック１と格子状ラック保持部材２１の開口部２４の間にラック長辺方向を支持する突張り部材２２と、短辺方向のラック両端と中央部を支持する突張り部材２３を上方から挿入し、使用済燃料貯蔵ラック１の水平方向の移動を拘束し、据付を終了する。

なお、上記の据付に際して、吊下げビーム８と格子状ラック保持部材２１を予め一体に結合して据付を行うことも可能である。

本実施形態によれば、水平地震力に対しては各々の使用済燃料貯蔵ラック１をその短辺方向両端部および中央部等において格子状ラック保持部材の開口部に具備した突張り部材により保持するため、基礎ボルト２にかかる転倒モーメントおよびラック短辺方向のラック自身の撓みを防止することができる。

また、長辺方向についても同様に、基礎ボルト２にかかる転倒モーメントを軽減することができる。さらに格子状ラック保持部材は、ラック保持部材支持具、例えば燃料貯蔵プール上部から吊下した吊下げビーム８と一体化させて固定する補強方法とすることにより、放射能によって汚染された既設の使用済燃料貯蔵ラック１を取り外す必要なく、ラック保持部材を設置することができる。

［第２実施形態（図３，４）］
本実施形態では、使用済燃料貯蔵ラック１の短辺方向両端部を支持するブラケット５を有し燃料貯蔵プールの全長に亘る水平方向ビーム３を設置し、この水平方向ビーム３を吊下ビーム８と一体化する使用済燃料貯蔵ラック１の耐震補強装置および耐震補強方法について説明する。

図３および図４は、本発明における使用済燃料貯蔵ラック１の耐震補強装置および耐震補強方法の他の実施形態を示している。図３および図４に示すように、使用済燃料貯蔵ラック１の短辺方向のみの補強が必要な場合、前記の格子状ラック保持部材および突張り部材に替えて、使用済燃料貯蔵ラック１の短辺方向両端部を保持するブラケット７を具備した燃料貯蔵プール全長に亘る追設水平方向ビーム６を設置する。

この追設水平方向ビーム６は燃料貯蔵プール３０上端から燃料貯蔵プール壁面に沿って吊下した吊下げビーム８と一体化して構成する。その他、吊下げビーム８はボルト９により燃料貯蔵プール３０上端の床面に固定されている。

なお、追設水平方向ビーム６は水平地震力の大きさと使用済燃料貯蔵ラック１の剛性によっては２段としてもよい。

水平地震力に対しては各々の使用済燃料貯蔵ラック１をその短辺方向両端部において追設水平方向ビーム６に固定したブラケット７にて区画保持する。このため、各々の使用済燃料貯蔵ラック１の支持荷重がブラケット７を介することよって燃料貯蔵プール壁面側の使用済燃料貯蔵ラック１に過大な地震荷重が累積して作用することがない。これにより、剛性の劣る使用済燃料貯蔵ラック１においても、使用済燃料貯蔵ラック１の支持部に過大な応力を生じさせることなく支持することができる。

さらに、使用済燃料貯蔵ラック１上部の短辺方向を支持するブラケット５は、燃料貯蔵プール上部から吊下した吊下げビーム８と一体化させた水平方向ビーム３に固定する補強方法とするため、放射能により汚染された既設の使用済燃料貯蔵ラック１を取り外すことなく、ブラケット５を設置することができる。

［第３実施形態（図３，図４，図５，図６）］
図５および図６は本発明における使用済燃料貯蔵ラック１の耐震補強方法の他の実施形態を示す断面図である。

図５に示すように、本実施形態では、第２実施形態に加えて、使用済燃料貯蔵ラック１自身の短辺方向の撓みを防止する必要が生じた場合、使用済燃料貯蔵ラック１の短辺方向中央部において、隣接する使用済燃料貯蔵ラック１と使用済燃料貯蔵ラック１の間に、使用済燃料貯蔵ラック１の地震時撓みを防止するためのスペーサ１４，１５を設けた構成としてある。

燃料貯蔵プール３０の全長に亘る追設水平方向ビーム６には、敷設する使用済燃料貯蔵ラック１の短辺方向両端部を保持するため、ブラケット７と干渉しない位置にブロック１０および横梁１１を固定し、この横梁１１からスペーサ１４，１５を保持するためのホルダ１３を吊り下げている。

スペーサ１４，１５は、中央部とその両端部において３分割し、中央部スペーサ１４はホルダ１３に固定されたボルトに挿入するための穴を有し、ボルト上部のナット１２を締め付けることで、中央部スペーサ１４がくさび形状を成している。これにより、端部スペーサ１５が使用済燃料貯蔵ラック１側に押し付けられ、使用済燃料貯蔵ラック１間の隙間を調整できるようになっている。

すなわち、本実施形態では、隣接する使用済燃料貯蔵ラック１と使用済燃料貯蔵ラック１との間および使用済燃料貯蔵ラック１と燃料貯蔵プール壁の間に、ラック短辺方向の地震時撓みを防止するスペーサ１４，１５を燃料貯蔵プールの全長に亘る水平方向ビームに敷設する。

そして、互いに隣接する使用済燃料貯蔵ラック１との間、および使用済燃料貯蔵ラック１と燃料貯蔵プール側壁との間に、使用済燃料貯蔵ラック１の短辺方向の撓みを防止するスペーサを燃料貯蔵プール全長に亘る水平方向ビームに敷設する。

本実施形態によれば、スペーサ１４，１５は燃料貯蔵プール上部から吊下した吊下げビーム８と一体化させた追設水平方向ビーム６に固定する補強方法とするため、放射能により汚染された既設の使用済燃料貯蔵ラック１を取り外すことなく、突張り部材を設置することができる。

［第４実施形態（図７）］
図７は、本発明の第４実施形態による使用済燃料貯蔵ラック１の耐震補強方法についての他の実施形態を示している。

図７に示すように、本実施形態では第２実施形態および第３実施形態に加えて、使用済燃料貯蔵ラック１の長辺方向の撓みを防止する必要が生じた場合、使用済燃料貯蔵ラック１の長辺方向を支持するための突張り部材１６を燃料プール全長に亘る追設水平方向ビーム６に敷設する構成とする。

そして、使用済燃料貯蔵ラック１の長辺方向を支持させる。すなわち、使用済燃料貯蔵ラック１の耐震補強方法において、使用済燃料貯蔵ラック１の長辺方向外側面を支持する突張り部材を燃料プール全長に亘る水平方向ビームに敷設する。

このような本実施形態によれば、突張り部材１６は燃料貯蔵プール上部から吊下した吊下げビーム８と一体化させた追設水平方向ビーム６に固定する補強方法とするため、放射能により汚染された既設の使用済燃料貯蔵ラック１を取り外すことなく、突張り部材１６を設置することができる。

本発明の第１実施形態による耐震補強構造を示す縦断面図。図１に示した耐震補強構造の平面図。本発明の第２実施形態による耐震補強構造を示す縦断面図。図３に示した耐震補強構造の平面図。本発明の第３実施形態による耐震補強構造を示す縦断面図。図５のＡ−Ａ線断面図。本発明の第４実施形態による耐震補強構造を示す縦断面図。

符号の説明

１‥使用済燃料貯蔵ラック、１ａ‥短辺方向側面、１ｂ‥長辺方向側面、２ａ‥基礎ボルト、３‥水平方向ビーム、４‥デバイダ、５‥ブラケット、８‥吊下げビーム、９‥ボルト、１１‥横梁、１２‥ナット、１３‥ホルダ、１４，１５‥スペーサ、１６‥突張り部材、２１‥ラック保持部材、２２‥突張り部材、２３‥突張り部材、２４‥開口、３０‥燃料貯蔵プール、３０ａ‥底部床、３１‥水。

Claims

使用済燃料集合体を内部に収納するセルを複数体平行に配列した直方体状の複数の使用済燃料貯蔵ラックを、燃料貯蔵プール内で耐震補強する装置であって、
複数の使用済燃料貯蔵ラックが挿入される複数の開口部を備えた格子状のラック保持部材と、
このラック保持部材と一体に構成されてラック保持部材を燃料貯蔵プール上端から燃料貯蔵プール壁面に沿って吊下支持する吊下ビームと、
使用済燃料貯蔵ラックとラック保持部材の開口部との間に挿入され、使用済燃料貯蔵ラックを側面から支持する突張り部材とを備えたことを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強装置。
使用済燃料集合体を内部に収納するセルを複数体平行に配列した直方体状の複数の使用済燃料貯蔵ラックを、燃料貯蔵プール内で耐震補強する方法であって、
燃料貯蔵プール上端から燃料貯蔵プール壁面に沿って吊下ビームを固定する工程と、
複数の使用済燃料貯蔵ラックが挿入される複数の開口部を備え、吊下ビームに一体に構成される格子状のラック保持部材を使用済燃料貯蔵プール内に吊下げてラック保持部材の開口部に使用済燃料貯蔵ラックを挿入する工程と、
この開口部と使用済燃料貯蔵ラックとの間を突張り部材によって支持する工程とを備えることを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強方法。
前記使用済燃料貯蔵ラックの短辺方向両端部を支持するブラケットを備えた水平方向ビームを前記燃料貯蔵プールの全長に亘って設置する請求項２に記載の使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強方法。
互いに隣接する前記使用済燃料貯蔵ラックとの間、および前記使用済燃料貯蔵ラックと前記燃料貯蔵プール側壁との間に、前記使用済燃料貯蔵ラックの短辺方向の撓みを防止するスペーサを前記燃料貯蔵プール全長に亘る水平方向ビームに敷設する請求項３に記載の使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強方法。
請求項３記載の使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強方法において、前記使用済燃料貯蔵ラックの長辺方向外側面を支持する前記突張り部材を前記燃料プール全長に亘る水平方向ビームに敷設する請求項３に記載の使用済燃料貯蔵ラックの耐震補強方法。