JP4971224B2 - スロッシング溢水防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電施設における使用済み燃料プール等の大型の液体貯留槽に設置して好適なスロッシング溢水防止装置に関するものである。

周知のように、原子力発電施設における使用済み燃料プールや、化学プラントの反応槽等の液体が収容された大型の液体貯留槽においては、地震等の振動が伝達された際に、内部の上記液体が比較的大きな振幅かつ波高で動揺する、いわゆるスロッシングが発生する。
このようなスロッシングが発生すると、特に上部に開口した上記液体貯留槽にあっては、貯留している内部の液体が外部に漏洩するおそれがある。

例えば、上記使用済み燃料プール（以下、プールと略す。）においては、底部のほぼ全面にわたって使用済みの核燃料集合体を垂直方向に格納する多数の燃料ラックが設けられるとともに、内部に放射能遮蔽用の水が貯留されている。ここで、当該プールの水深は、核燃料集合体を水中において移動可能となるように、上記核燃料集合体の長さ寸法の２倍以上の深さに設定されており、上部は核燃料集合体の搬入出用に開放されている。

このため、大きな地震が発生した際には、上記プールの内壁面に沿って大きな水の上昇流が発生し、上記開口部からの溢水を発生するおそれが高いことから、その対策が強く要請されている。

そこで、上記スロッシングによる溢水の発生を防止するために、下記特許文献１においては、上記プールに対して、内部の燃料ラックの上端に、水の水平方向の流動を妨げる部材を設けたスロッシング抑制燃料ラックを適所に配置する構造が提案されている。

ところが、上記従来のスロッシング溢水の防止構造にあっては、スロッシング抑制燃料ラックの上端に設けた上記部材は、周囲の燃料ラックよりも上方に突出しているために、当該プール内における核燃料集合体の移動の邪魔になるという問題点がある。また、燃料ラックの上端から上方に突出する上記部材によって、幾分水の水平方向の流動を妨げることはできるものの、プールの内壁に沿って上昇する水流を効果的に抑制することができないという問題点もある。

他方、従来の他のスロッシング溢水防止構造として、上記プールの上部内壁に沿って、水面下に平板を水平に設置することにより、上記上昇水流の発生を抑制する構造も提案されているが、当該平板の下方が核燃料集合体の格納スペースとして利用することができなくなって、利用効率が低下するという問題が発生する。

そこで、下記特許文献２においては、プールの側壁の自由水面以下に、所定の高さに全周にわたって平板を配設し、この平板を上記側壁に対してヒンジを介して回転自在に支持するとともに、この平板の端部に索を接続し、この索の他端をアクチュエータに接続したスロッシング溢水防止装置が提案されている。

上記構成からなるスロッシング溢水防止装置によれば、通常時は上記索をアクチュエータで巻き上げることによって発生する張力によって平板を水平方向に固定しておき、地震等によりスロッシングが励起された際に、上記平板によって水の運動を妨げることにより波高の成長を抑止することができるとともに、プール内作業時など核燃料集合体を自由に移動させたい場合には、アクチュエータを操作して索を引き延ばすことにより、平板を側壁に沿って折り畳むことができ、よってプールの利用効率の低下を防ぐことができるという効果が得られる。

しかしながら、上記スロッシング溢水防止装置においては、プールの全周にわたって配設された平板を操作するために、多数のアクチュエータを上記プールの周囲に配設する必要があり、設備コストが嵩むという問題点が発生する。
また、プール内作業が発生するたびに、上記アクチュエータを操作する必要があって当該作業に多くの手間を要するとともに、上記作業後に再びアクチュエータによって平板を水平位置に戻す作業を失念した場合や、アクチュエータが故障した場合などには、地震時に全くスロッシング溢水の防止効果を発揮することができなくなってしまうという問題点もある。
特開昭６１−８２１９７号公報 特開平０８−１０１２９６号公報

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、使用済み燃料プール等の内部に収納物を有する貯留槽に適用した場合においても、その利用効率を低下させることなく、かつ地震時には内壁に沿う上昇液流を効果的に抑制することができてスロッシングに起因する溢水の発生を防ぐことができるスロッシング溢水防止装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、液体の貯留槽の内壁に取り付けられて、スロッシングによる上記液体の溢水を防ぐスロッシング溢水の防止装置であって、上記内壁側に設けられた支承軸回りに、上記貯留槽の液面またはその下方の水平位置と上記内壁との間に鋭角を挟む位置との間に回動自在に設けられ、自重によって上記内壁側に回動する平板状の抵抗部材と、この抵抗部材の上記水平位置よりも上方への回動を阻止する第１のストッパと、上記抵抗部材の上記内壁との間に鋭角を挟む位置よりも下方への回動を阻止する第２のストッパとを備えてなり、かつ上記平板状の抵抗部材は、上記内壁の上下方向に間隔をおいて複数設けられ、連結部材によって一体的に上記回動を行うように連結されているとともに、少なくとも１つの当該抵抗部材が、上記貯留槽の液面よりも下方に配置されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明においては、平常時においては、支承軸回りに回動自在に設けられた平板状の抵抗部材が、その自重によって上記内壁側に回動して、第２のストッパに係止されている。このため、内部に収納物を有する貯留槽に用いた場合においても、上記抵抗部材が当該収納物に対する作業の妨げになることがなく、よって上記貯留槽における利用効率を低下させることがない。

また、地震時に、内部の液体に内壁に沿った上昇流が生じると、上記抵抗部材は、第２のストッパによって内壁との間に鋭角を挟む位置に係止されているために、当該抵抗部材と内壁との間に流入した上記液体によって上記抵抗部材が支承軸回りに回動し、ほぼ水平位置において第１のストッパによって係止される。この結果、上記抵抗部材によって、上記液体の上昇流を阻止することができ、よってスロッシングに起因する上記液体の溢水を防止することができる。

この結果、使用済み燃料プール等の内部に収納物を有する貯留槽に適用した場合においても、その利用効率を低下させることなく、かつ地震時には、別途装置や動力等を要することなく、内壁に沿う上昇液流を効果的に抑制することができ、よってスロッシングに起因する溢水の発生を防ぐことができる。

この際に、上記平板状の抵抗部材を、上記内壁の上下方向に間隔をおいて複数設ければ、一層大きな上記上昇液流の抑制効果を得ることができて好適である。

ただし、多段に設けた抵抗部材の間隔が小さいと、上下方向に隣接する抵抗部材間において干渉が生じたり、あるいは下方の抵抗部材が先に回動することにより、上方の抵抗部材の回動を妨げたりするおそれがあることから、上記複数の抵抗部材を、一体的に上記回動を行うように連結部材によって連結することが好ましい。

（第１の実施形態）
図１〜図３は、本発明に係るスロッシング溢水防止装置を、原子力発電施設における使用済み燃料プールに適用した第１の実施形態を示すものである。
これらの図において、符号１は、上記スロッシング溢水防止装置が取り付けられるプール（貯留槽）である。このプール１は、平面視長方形状に形成され、底部１ａに使用済みの核燃料集合体を格納するための燃料ラック３が配置されるとともに、上部が開放されている。ここで、燃料ラック３は、内壁２の近傍まで配置されており、支持部材４を介して内壁２に固定されている。また、このプール１は、燃料ラック３の高さの２倍以上の深さに形成されており、内部には水５が貯留されている。

そして、このプール１の全周にわたって、内壁２に沿うようにして複数組（図では合計１０組）のスロッシング溢水防止装置が設けられている。
各々のスロッシング溢水防止装置は、複数枚（図では、６枚）の平板（抵抗部材）１０と、この平板１０の基端部に設けられて当該平板１０を回動自在に支持する支承軸１１と、この支承軸１１が固定された取付板１２とから概略構成されたもので、プール１の内壁２に沿って立設された２本の柱１３に取り付けられている。

ここで、２本の柱１３は、水平方向に所定間隔をおいて上記内壁２に沿ってプール１の底部１ａに立設され、下部が燃料ラック３の支持部材４に固定されるとともに、上端部がプール１の開口縁部１ｂに固定されている。
また、これら柱１３には、水面（液面）５ａの下方位置から燃料ラック３の上方位置の間に、複数（図では、各々６組）の上記取付板１２が上下方向に間隔をおいて、水平方向に延出するように固定されている。

そして、これら柱１３に固定された取付板１２間に、上記支承軸１１が水平に横架され、当該支承板１１に上記平板１０が回動自在に取り付けられている。
この平板１０は、長方形の板状部材であり、長手方向の基端部が支承軸１１に回動自在に取り付けられることにより、水平位置と、内壁２との間に鋭角を挟む下方位置との間において回動自在に設けられている。

この平板１０は、自重によって上記水平位置から内壁２に向けて回動するように設けられており、支承軸１１の反対側に位置する基端には、当該平板１０の回動を円滑にするためのカウンターウエイト１４が取り付けられている。

そして、平板１０が図中点線で水平位置まで回動した際には、カウンターウエイト１４が取付板１２の上面に当接するようになっている。これにより、取付板１２の上面が、平板１０の上記水平位置よりも上方への回動を阻止する第１のストッパ１５となっている。

他方、取付板１２の先端部は、上方から下方に向けて漸次先端側に延出する傾斜面が形成されており、当該傾斜面が平板１０の内壁２との間に鋭角を挟む位置よりも下方への回動を阻止する第２のストッパ１６となっている。ここで、上記傾斜面の角度は、図中実線で示す平板１０と内壁２との間の角度が５°〜３０°の範囲になるように形成されている。

さらに、上方３枚の平板１０および下方の３枚の平板１０は、それぞれ互いの先端部が連結棒（連結部材）１７によって一体的に上記回動を行うように連結されている。
そして、隣接する上記スロッシング溢水防止装置は、互いの平板１０間に所定間隔をおいた状態で配置されている。

以上の構成からなるスロッシング溢水防止装置によれば、平常時においては、平板１０が、その自重によって内壁２と近接する下方位置側に回動して、取付板１２に形成された第２のストッパ１６に係止されている。この結果、図２に示すように、平板１０が燃料ラック３へ使用済み核燃料集合体を格納するためのクレーンの可動範囲１８を確保することができ、よってプール１における利用効率を低下させることがない。

また、地震時に、プール１内の内壁２に沿った上昇水流が生じると、平板１０は、取付板１２の第２のストッパ１６によって内壁２との間に５°〜３０°の角度を挟む位置に係止されているために、この平板１０と内壁２との間に流入した水によって平板１０が支承軸１１回りに回動し、ほぼ水平位置においてカウンターウエイト１４が第１のストッパ１５に係止される。この結果、平板１０が抵抗部材となって、上記上昇水流を阻止することができ、よってスロッシングに起因して水５がプール１の開口縁部１ｂから外部に溢水することを防止することができる。

この際に、平板１０を内壁２の上下方向に間隔をおいて複数枚（図では６枚）設けるとともに、各平板１０にカウンターウエイト１４を取り付けているために、極めて大きな上昇水流の抑制効果を応答良く得ることができる。
加えて、上下３枚ずつの平板１０を、連結棒１７によって一体的に回動するように連結しているために、上下方向に隣接する平板１０間において干渉が生じたり、あるいは下方の平板１０が先に回動することにより、上方の平板１０の回動を妨げたりするおそれがない。

（第２の実施形態）
図４および図５は、本発明の第２の実施形態の要部を示すものであり、他の部分の構成については、図２および図３に示したものと同様であるために、同一符号を付してその説明を簡略化する。
本実施形態のスロッシング溢水防止装置が、第１の実施形態に示したものと相違する点は、抵抗部材として平板１０に代えて平板状部材２０を用いたことにある。

この平板状部材２０は、図４に示すように、外周を画成する方形環状の枠材２１内に可撓性を有する膜材２２が張設されたものである。そして、この膜材２２には、所定の間隔をおいた複数箇所（図では８箇所）に、開口部２３が穿設されている。なお、その他の構成については、図２および図３に示した第１の実施形態と同一である。

上記構成からなるスロッシング溢水防止装置によれば、第１の実施形態に示したものと同様の作用効果を得ることができることに加えて、さらに図５に示すように、地震時に上昇水流が発生した際に、平板状部材２０がほぼ水平位置まで回動するとともに、上記上昇水流を受けた膜材２２が当該水流に対して凹状に撓むことにより、より一段と上昇水流のエネルギーの吸収効果を発揮してスロッシングを低減させることができる。

また、このスロッシング溢水防止装置においては、平板１０の周囲に、平板１０の下面から流出した水の渦流と、膜材２２に穿設した複数の開口部２３から平板１０の上面側に流出した水の渦流が発生する。この結果、これらの渦流によって、上記スロッシング時における動揺エネルギーを消費させることができ、よって第１の実施形態に示してものよりも一層上記エネルギーの消費効果を高めることができる。

なお、上記第１および第２の実施形態においては、いずれも本発明に係るスロッシング溢水防止装置を、液体の貯留槽の一種である原子力発電施設の使用済み燃料プールに取り付けるものに適用した場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、例えば化学プラントの反応槽等の液体が収容された各種の大型の液体貯留槽に対しても、同様に適用することが可能である。

また、平板１０または平板状部材２０と支承軸１１との連結部分に、平板１０または平板状部材２０の上方への回動を許容し、かつ内壁２側への回動を阻止する機能を有するとともに、当該機能を解除可能なラチェット機構を介在することもできる。
このような構成を採用することにより、地震時に上記上昇水流のみならず下降水流に対しても、平板１０または平板状部材２０を水流の抵抗部材として機能させることができ、また平常時には、核燃料集合体を格納するための燃料ラック３の上方に位置する平板１０または平板状部材２０について、上記ラチェット機構を解除して、当該平板１０または平板状部材２０をその自重によって内壁２側へと回動させることにより、使用済みクレーンの可動範囲１８を確保することができる。

本発明に係るスロッシング溢水防止装置の第１の実施形態における要部を示す正面図である。 第１の実施形態を示す縦断面視した正面図である。 図２の平面図である。 本発明の第２の実施形態における抵抗部材を示す平面図である 第２の実施形態における要部を示す正面図である。

符号の説明

１ 使用済み燃料プール（貯留槽）
２ 内壁
５ 水（液体）
１０ 平板（抵抗部材）
１１ 支承軸
１２ 取付板
１３ 柱
１４ カウンターウエイト
１５ 第１のストッパ
１６ 第２のストッパ
１７ 連結棒（連結部材）
２０ 平板状部材（抵抗部材）
２１ 枠材
２２ 膜材
２３ 開口部

Claims (1)

1. 液体の貯留槽の内壁に取り付けられて、スロッシングによる上記液体の溢水を防ぐスロッシング溢水の防止装置であって、
   上記内壁側に設けられた支承軸回りに、上記貯留槽の液面またはその下方の水平位置と上記内壁との間に鋭角を挟む位置との間に回動自在に設けられ、自重によって上記内壁側に回動する平板状の抵抗部材と、この抵抗部材の上記水平位置よりも上方への回動を阻止する第１のストッパと、上記抵抗部材の上記内壁との間に鋭角を挟む位置よりも下方への回動を阻止する第２のストッパとを備えてなり、
   かつ上記平板状の抵抗部材は、上記内壁の上下方向に間隔をおいて複数設けられ、連結部材によって一体的に上記回動を行うように連結されているとともに、少なくとも１つの当該抵抗部材が、上記貯留槽の液面よりも下方に配置されていることを特徴とするスロッシング溢水防止装置。

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