JP5622378B2 - 保管構造 - Google Patents

Description

本発明は、保管物を保管する保管構造に関するものである。

保管物を保管する保管構造としては、例えば、原子炉で使用された使用済みの燃料棒を保管する燃料貯蔵用ラック、燃料貯蔵設備等がある。燃料貯蔵設備（保管容器）では、使用済みの燃料棒が複数束ねられて燃料集合体（保管物）とされ、この燃料集合体が角管の燃料貯蔵用ラック（収容物）に収容される。そして、燃料貯蔵用ラックは、所定間隔を保って垂直に設置され、燃料貯蔵設備（保管容器）の水中で冷却しつつ貯蔵される。燃料貯蔵用ラックとしては、ラック自体が燃料貯蔵設備の壁面や底面に固定されずに保管されるものもある（フリースタンディング構造）。

特開２００２−１１６２８５号公報

上記フリースタンディング構造の燃料貯蔵用ラックでは、その底と燃料貯蔵設備の底面との間にすべり摩擦力が働いており、例えば、地震等による多少の振動は、このすべり摩擦力による減衰により緩和されている。ところが、大規模な地震が発生した場合には、すべり摩擦力による減衰のみでは十分でない場合も想定され、より大きな減衰付加により、振動を緩和する構造が必要とされている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、収容物に振動が生じた場合にも、この振動を有効に抑制する（減衰させる）ことができ、その結果、収容物の耐震性を向上させることができる保管構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る保管構造は、保管物を収容する収容物を、保管容器の液体中に保管する保管構造であって、前記保管物を収容する複数の収容物がすべり架構の上に固定されており、このすべり架構の側面と前記保管容器の内壁面との間に付勢手段が設けられているとともに、前記収容物の側面それぞれに、その上端部を中心として揺動し得るように構成された平板が取り付けられている。

本発明に係る保管構造によれば、平板からなる制振装置を収容物に設けることで、収容物に振動が生じた場合にも、この振動を有効に抑制する（減衰させる）ことができる。
また、本発明に係る保管構造によれば、すべり架構を収容容器の底面上の所定位置に保持させるため付勢手段が設けられているので、すべり架構と一体となって移動する（変位する）収容物に固有振動数を持たせることができて、動吸振器の効果をも同時に利用して、収容物の固有振動数近傍での周波数応答をさらに低減させることができる。
これにより、収容物の耐震性を向上させることができる。

上記保管構造において、前記平板の表面に容器を備え、この容器の上面を形成する壁部に開口部が設けられているとさらに好適である。

このような保管構造によれば、質量部として、容器の質量に加え、開口部を介して容器内に侵入した水の質量が作用することになる。
これにより、容器単体の質量以上の質量効果（質量部が大きくなる）を得ることができ、収容物に対する抗力をより大きなものとすることができて、振動抑制効果をさらに増大させることができる。

上記保管構造において、前記容器の正面を形成する壁部に多数の孔が設けられているとさらに好適である。

このような保管構造によれば、壁部の孔近傍の水が、孔を通り抜けようとするときに減衰力を生じ、制振装置自体の減衰効果を高めることができる。
これにより、収容物の変位をさらに抑制する（減衰させる）ことができ、その結果、収容物の耐震性をさらに向上させることができる。

本発明に係る保管構造によれば、収容物に振動が生じた場合にも、この振動を有効に抑制する（減衰させる）ことができ、その結果、収容物の耐震性を向上させることができるという効果を奏する。

本発明に共通する収容物（水中構造物）の構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る収容物の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る保管構造を側方から見た断面図である。 図２および図３に示す平板による振動系を示すモデル図である。 平板を備えることでの制振効果を示す図表である。 本発明の第２実施形態に係る収容物の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る保管構造を側方から見た断面図である。 本発明の第３実施形態に係る収容物の斜視図である。

本発明は、保管物を保管する保管構造、特に、フリースタンディング構造を用いた保管構造において、地震等による振動を抑制する（減衰させる）構造を設けるようにしたものである。
以下、本発明の第１実施形態に係る保管構造について、図１から図５を参照しながら説明する。
図１は、以下に説明する各実施形態で共通する水中構造物（収容物）の例を説明するための斜視図である。この図１に示すように、使用済み燃料を収納した燃料集合体（保管物）は、多数の筒体１からなるラックセル２内に収容されている。このラックセル２を構成する多数の筒体１は、平面視略矩形に配列された状態で、その外周部を支持フレーム３によって支持されている。支持フレーム３は、ラックセル２の下部を支持する底部フレーム４、ラックセル２の四隅を支持する柱５、互いに隣接する柱５と柱５とを連結し、ラックセル２の側面を支持する梁６およびブレース７を備えている。このようなラックセル２および支持フレーム３を備えた水中構造物１０は、地中に形成されたピット（保管容器）１１に収められて保管される。ここで、ピット１１には、ラックセル２よりも上方の所定レベルにまで水（ホウ酸水）が満たされ、これによって水中構造物１０は水中に保管されることになる。ピット１１内には、複数の水中構造物１０が所定の間隔を保って配置されている。また、水中構造物１０同士は、後述する付勢部材（例えば、コイルばね）２１を介して互いに連結されており、１つまたはいくつかの群を構成している。

また、図３に示すように、水中構造物１０の下面１０ａとピット１１の底面１１ａとの間には、すべり架構（すべり台盤）２０が設けられている。すなわち、すべり架構２０は、ピット１１の底面１１ａ上に配設され、水中構造物１０は、すべり架構２０上に配設されている。すべり架構２０上に配設された水中構造物１０は、複数のラックセル２がそれぞれ垂直になる向きで設置されており、ボルト（図示せず）等の固定手段によってすべり架構２０上に固定されている。一方、すべり架構２０はピット１１の底面１１ａには固定されずにピット１１の底面１１ａ上に単に載置されているに過ぎない。このため、水中構造物１０は、ピット１１には固定されておらず、フリースタンディング構造によりピット１１内に設けられていることになる。

さらに、すべり架構２０の側面とピット１１の内壁面１１ｂとの間、隣り合う（隣接する）すべり架構２０の側面間にはそれぞれ、付勢部材（例えば、コイルばね）２１が設けられている。
付勢部材２１は、すべり架構２０をピット１１の底面１１ａ上の所定位置に保持させるためのものであり、例えば、地震等によってすべり架構２０がピット１１の内壁面１１ｂの側に移動したとしても、付勢手段２１の復元力によりすべり架構２０が元の位置（所定位置）に原点復帰（自動復帰）するようになっている。
また、すべり架構２０がピット１１の内壁面１１ｂに向かって移動した場合に、付勢手段２１が抵抗体として働くようになっているので、すべり架構２０がピット１１の内壁面１１ｂに向かって移動する際に生じる抵抗を増やすことができる。

図２および図３に示すように、本実施形態においては、上記水中構造物１０の支持フレーム３の四方の側面それぞれに、制振装置Ａ１としての平板（質量部、揺動部材）１２が、支持フレーム３の四隅に配置された支持部材１３を介して取り付けられている。１枚の平板１２を対応する支持フレーム３に取り付けるための支持部材１３は、支持フレーム３の側面に取り付けられて外方に突出する１組（２枚）のアイプレート１４と、平板１２の上辺に沿って取り付けられて、その両端部がアイプレート１４にあけられた穴（板厚方向に貫通した穴１５（あるいは板厚方向に所定の深さであけられた穴）に向かってそれぞれ延びる棒状部材１６とを備えている。各平板１２と水中構造物１０との間には、隙間（空間）が形成され、これにより、各平板１２は、その上端部（すなわち、棒状部材１６の中心軸線（回転軸線））を中心として揺動し得るようになっている。

平板１２は、ある程度の剛性と、後述するような水との相対変位によって弾性変形するような弾性を有する材料、厚さとするのが好ましい。このような、材料の例としては、鋼板等があり、またその厚さの例としては、鋼板の場合、２ｍｍ〜３ｍｍとするのが好ましい。

このような制振装置Ａ１を備えた水中構造物１０は、ピット１１に収められた状態で地震等によって震動（他の要因による振動を含み、以下これらを「振動」と称する。）が外部から加わった場合、以下のようにして水中構造物１０の振動を抑制する。
外部からピット１１の底面１１ａを介して水中構造物１０に略水平方向の成分を含む振動が伝わると、水中構造物１０および制振装置Ａ１（平板１２）はピット１１とともに振動しようとする。すると、慣性により、平板１２は、水中構造物１０および支持フレーム３に対し、その上端部を中心として揺動することで相対変位する。

このとき、制振装置Ａ１の振動系では、図４に示したような振動モデルにおいて、質量部Ｍとして、平板１２の質量に加え、平板１２に対向する（接する）領域に位置する水Ｗ（図３参照）の付加質量が作用している。そして、弾性力を発揮する弾性部Ｋとしては、揺動する平板１２に作用する重力加速度、減衰力を発揮する減衰部Ｃとしては水Ｗ（の粘性）がそれぞれ作用することになる。
ここで、付加質量とは、水中で揺動する平板１２に対し水Ｗから作用する質量のことであり、例えば、平板１２の幅を２ｒ、高さをＨとした場合、平板１２には、π・ρ・ｒ^２・Ｈの大きさの付加質量が作用することになる。なお、ρは水Ｗの単位体積質量である。

本実施形態に係る保管構造によれば、平板１２からなる制振装置Ａ１を水中構造物１０に設けることで、水中構造物１０に振動が生じた場合にも、この振動を有効に抑制する（減衰させる）ことができ、その結果、水中構造物１０の耐震性を向上させることができる。
図５は、入力された振動数に対する周波数応答を示すもので、図５中の実線は、制振装置Ａ１を備えていない従来の場合、図５中の破線は、制振装置Ａ１を備えた水中構造物１０の場合であり、制振装置Ａ１を備えることで、水中構造物１０の固有振動数近傍での周波数応答を大幅に低減できていることが図５からもわかる。

しかもこのような制振装置Ａ１は、平板１２を、支持部材１３を介して支持フレーム３に取り付けるだけなので、構造も非常に簡易で、その取り付けも容易であり、また、低コストで上記効果を得ることができる。加えて、支持部材１３も、振動時に有効な弾性変形を生じさせるために薄くする必要があり、これによって制振装置Ａ１を軽量なものとすることができる。さらに、このような構成の制振装置Ａ１は、既存の水中構造物１０に対しても容易に取り付けることができるという利点もある。

また、本実施形態に係る保管構造によれば、すべり架構２０をピット１１の底面上の所定位置に保持させるため付勢手段２１が設けられているので、すべり架構２０と一体となって移動する（変位する）水中構造物１０に固有振動数を持たせることができて、動吸振器の効果をも同時に利用して、水中構造物１０の固有振動数近傍での周波数応答をさらに低減させることができる。

本発明に係る保管構造の第２実施形態について、図６および図７を参照しながら説明する。
本実施形態に係る保管構造は、制震装置Ａ１の代わりに制震装置Ａ２を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図６および図７に示すように、制震装置Ａ２は、平板１２の表面（水中構造物１０と対向する面（裏面）と反対側の面）に、正面視矩形状を呈する容器（質量部）３０を備えている。また、容器３０の上面を形成する壁部３１には、開口部３２が設けられており、制震装置Ａ２がピット１１内において水没した状態では、容器３０の内部に形成された空間が水Ｗで満たされた状態となる。
なお、図６中の符号３３は、容器３０の正面を形成する壁部である。

本実施形態に係る保管構造によれば、質量部Ｍとして、容器３０の質量に加え、開口部３２を介して容器３０内に侵入した水Ｗの質量が作用することになる。
これにより、容器３０単体の質量以上の質量効果（質量部Ｍが大きくなる）を得ることができ、水中構造物１０に対する抗力をより大きなものとすることができて、振動抑制効果をさらに増大させることができる。しかも、この制振装置Ａ２を水中構造物１０に取り付ける段階（当然、支持フレーム３を組み立てる段階、つまり水中ではない状態）では、容器３０のみの重量である（水Ｗが進入しない）ため軽量で、その取り扱いを容易に行うことができるという利点もある。

本発明に係る保管構造の第３実施形態について、図８を参照しながら説明する。
本実施形態に係る保管構造は、制震装置Ａ１，Ａ２の代わりに制震装置Ａ３を備えているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図８に示すように、制震装置Ａ３は、平板１２の表面（水中構造物１０と対向する面（裏面）と反対側の面）に、正面視矩形状を呈する容器（質量部）４０を備えている。容器４０は、第２実施形態のところで説明した容器３０の正面を形成する壁部３３に、板厚方向に貫通する多数の孔４１が設けられたものであり、制震装置Ａ３がピット１１内において水没した状態では、容器４０の内部に形成された空間が水Ｗで満たされた状態となる。

本実施形態に係る保管構造によれば、質量部Ｍとして、容器４０の質量に加え、孔４１を介して容器４０内に侵入した水Ｗの質量が作用することになる。
これにより、容器４０単体の質量以上の質量効果（質量部Ｍが大きくなる）を得ることができ、水中構造物１０に対する抗力をより大きなものとすることができて、振動抑制効果をさらに増大させることができる。しかも、この制振装置Ａ３を水中構造物１０に取り付ける段階（当然、支持フレーム３を組み立てる段階、つまり水中ではない状態）では、容器４０のみの重量である（水Ｗが進入しない）ため軽量で、その取り扱いを容易に行うことができるという利点もある。

また、本実施形態に係る保管構造によれば、外部からピット１１の底面１１ａを介して水中構造物１０に略水平方向の成分を含む振動が伝わると、水中構造物１０および制振装置Ａ３はピット１１とともに振動しようとする。このとき、壁部３３の孔４１近傍の水Ｗは、孔４１を通り抜けようとするわけであるが、このときに減衰力を生じ、この減衰力により、平板１２の制振効果が高まり、水中構造物１０の振動を抑制するように力が作用することになる。
これにより、水中構造物１０の変位をさらに抑制する（減衰させる）ことができ、その結果、水中構造物１０の耐震性をさらに向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜必要に応じて変形実施および変更実施することができる。
例えば、上述した実施形態では、水中構造物１０同士（より詳しくは、隣り合う（隣接する）すべり架構２０同士）を、付勢部材２１を介して互いに連結するようにしたが、その代わりに、弾性変形しない剛な支持部材（図示せず）を介して連結するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、平板１２、容器３０，４０を支持フレーム３の四方の側面それぞれに設けるようにしたが、これら平板１２、容器３０，４０は、支持フレーム３の二方の側面（対向する側面のいずれか一方の側面）のみに設けるようにすることもできる。

１０ 水中構造物（収容物）
１１ ピット（保管容器）
１１ｂ 内壁面
１２ 平板
２０ すべり架構
２１ 付勢手段
３０ 容器
３１ 壁部
３２ 開口部
３３ 壁部
４０ 容器
４１ 孔
Ｗ 水（液体）

Claims (2)

1. 保管物を収容する収容物を、保管容器の液体中に保管する保管構造であって、
   前記保管物を収容する複数の収容物がすべり架構の上に固定されており、このすべり架構の側面と前記保管容器の内壁面との間に付勢手段が設けられているとともに、
   前記収容物の側面それぞれに、その上端部を中心として揺動し得るように構成された平板が取り付けられ、
   前記平板の表面に容器を備え、この容器の上面を形成する壁部に開口部が設けられていることを特徴とする保管容器。
2. 前記容器の正面を形成する壁部に多数の孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の保管容器。

Images