JP5659133B2

JP5659133B2 - 使用済燃料貯蔵ラック

Info

Publication number: JP5659133B2
Application number: JP2011271830A
Authority: JP
Inventors: 前田　学; 学前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: JP2013124860A

Description

本発明の実施形態は、原子力設備で発生する使用済燃料を貯蔵する使用済燃料貯蔵ラックに関する。

一般に、原子力設備では、原子炉を一定期間運転した後に炉心から使用済燃料集合体が取り出される。この取り出され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た使用済燃料貯蔵ラックに収納して貯蔵される。使用済燃料貯蔵ラックに収納された使用済燃料集合体は、燃料貯蔵プールに収容された水により冷却されて崩壊熱が除去される。

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行及び複数列の行列状に配列した直方体形のものが知られている。これらの使用済燃料貯蔵ラックは、燃料貯蔵プール内に複数台設置されている。

また、使用済燃料貯蔵ラックとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。この使用済燃料貯蔵ラックは、仕切板を複数枚格子状に組み合わせたものである。

さらに、落下物から使用済燃料集合体を保護するための使用済燃料貯蔵ラックが従来から存在している。この使用済燃料貯蔵ラックは、その上端位置を、貯蔵されている使用済燃料集合体のハンドルの上端位置より高く延伸させた構造としている。

特開平５−８０１８９号公報

しかしながら、原子炉建屋の天井から重量物が落下した場合には、使用済燃料貯蔵ラックの上部に衝撃荷重が作用してその上部が大きく変形することになる。

そのため、従来の使用済燃料貯蔵ラックでは、使用済燃料集合体を安全に保護することができないという可能性があった。また、使用済燃料貯蔵ラックの上部が衝撃荷重により大きく変形した場合には、使用済燃料貯蔵ラック全体を交換する必要が生じる問題もあった。

本発明の実施形態は、重量物が落下した場合でも大きな変形を低減することができ、落下物の衝突後にラック全体の交換を不要とした使用済燃料貯蔵ラックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係る使用済燃料貯蔵ラックは、原子力設備の燃料貯蔵プールに設置され、複数の使用済の燃料集合体をそれぞれ収納する複数のセルを格子状にし、各セルの長手方向が鉛直になるように配置した使用済燃料貯蔵ラックにおいて、前記燃料集合体の有効長に相当する高さを有する本体格子と、前記本体格子の上部に設けられて前記燃料集合体のハンドル高さを超える高さを有する保護格子と、前記保護格子の上部に設けられる衝撃吸収格子と、を備え、前記本体格子に前記保護格子及び前記衝撃吸収格子を着脱可能に固定する固定用部材を設けたことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、重量物が落下した場合でも大きな変形を低減することができ、落下物の衝突後にラック全体の交換を不要とすることができる。

本発明に係る使用済燃料貯蔵ラックの一実施形態の全体構成を示す斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩ線による立断面構成図である。図２のＩＩＩ部拡大図である。図２の本体格子の構成を示す分解斜視図である。図２の保護格子の構成を示す分解斜視図である。図２の衝撃吸収格子の構成を示す分解斜視図である。図２の固定用部材を示す斜視図である。図２の固定用部材を示す側面図である。図２の固定用部材の動作を示す正面図である。図２の固定用部材の動作を示す正面図である。

以下に、本発明に係る使用済燃料貯蔵ラックの実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る使用済燃料貯蔵ラックの一実施形態の全体構成を示す斜視図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線による立断面構成図である。図３は図２のＩＩＩ部拡大図である。

まず、図１〜図３に基づいて本実施形態による使用済燃料貯蔵ラックの全体構成を説明する。

本実施形態による使用済燃料貯蔵ラック１は、図示しない原子力設備の燃料貯蔵プール内に設置される。使用済燃料貯蔵ラック１は、図１及び図２に示すように複数の使用済燃料集合体（以下、燃料集合体と略称する。）を区分して収納するため、鉛直方向に延びる四角筒状のセル２が複数行及び複数列の格子状に配置されている。使用済燃料貯蔵ラック１は、セル２が軸を鉛直とする方向に配置されて全体が直方体状に形成されている。この場合、各セル２は、燃料集合体３の外形に対応した幅Ｗ１と奥行きＷ２の寸法に設定されている。これら幅Ｗ１と奥行きＷ２の寸法は、同一である。

使用済燃料貯蔵ラック１は、図１及び図２に示すように底部を構成するベース５により使用済の燃料集合体３の下部が支持されている。使用済燃料貯蔵ラック１は、ベース５上に設けられ、複数のセル２を構成する格子体６を備えている。

この格子体６は、図２に示すように本体格子７と、保護格子８と、衝撃吸収格子９とから構成されている。保護格子８及び衝撃吸収格子９は、固定用部材１０により本体格子７に着脱可能に固定されている。

本体格子７は、燃料集合体３を収納することから、燃料集合体３の有効長Ｌに相当する高さを有する。保護格子８は、本体格子７の上部に設けられ、燃料集合体３のハンドル４の高さＨを超える格子高さを有する。保護格子８は、重量物が落下した場合でも燃料集合体３のハンドル４を損傷させない程度の剛性を備えている。保護格子８は、アルミニウム合金材料から形成されている。

衝撃吸収格子９は、保護格子８の上端に嵌合して保護格子８の上部に設けられる。この衝撃吸収格子９を構成する格子板は、図２及び図３に示すように板の両側にその長手方向に沿って複数の水平溝１１が形成され、上端にはガイド１２が設けられている。この水平溝１１は、衝撃吸収格子９の剛性を低下させている。そのため、重量物が落下した場合には、衝撃吸収格子９が変形して重量物の落下による衝撃エネルギーを吸収するようにしている。衝撃吸収格子９は、保護格子８と同様にアルミニウム合金材料から形成されている。

固定用部材１０は、図１に示すように保護格子８の下端から吊り下げられ、本体格子７のセル２の内壁を押圧して本体格子７に保護格子８及び衝撃吸収格子９を着脱可能に固定する。

次に、格子体６を構成する本体格子７、保護格子８及び衝撃吸収格子９を図４〜図６に基づいて説明する。図４は図２の本体格子の構成を示す分解斜視図である。図５は図２の保護格子の構成を示す分解斜視図である。図６は図２の衝撃吸収格子の構成を示す分解斜視図である。なお、図４〜図６は、各格子の一部のみを示している。

まず、図４に基づいて本体格子７を説明する。

本体格子７は、複数の平板状格子板１３と、複数の短冊状格子板１４とを備える。平板状格子板１３は、図４におけるｙ方向に互いに平行に配置され、かつ本体格子７のｘ方向全長及び図１に示す高さ方向全長に延びている。短冊状格子板１４は、ｘ方向に直交するｙ方向に互いに平行に配置され、各平板状格子板１３間で高さ方向に延びている。

平板状格子板１３には、短冊状格子板１４に設けられた突起部１５を嵌め込むためのスリット１６が複数形成されている。短冊状格子板１４は、突起部１５が形成された側の端面と反対側の端面に切欠部１５ａが形成されている。

したがって、平板状格子板１３の一面に、短冊状格子板１４の端面を当接させ、最初の短冊状格子板１４の突起部１５を平板状格子板１３のスリット１６内に嵌め込む。そして、次の短冊状格子板１４の突起部１５を次の平板状格子板１３のスリット１６内に挿入すると同時に、その突起部１５を最初の短冊状格子板１４の切欠部１５ａに嵌め込む。これらの一連の工程を繰り返して行うことにより、本体格子７が組み立てられる。

また、本体格子７は、平板状格子板１３及び短冊状格子板１４の寸法を規定することで、燃料集合体３の外形に対応した寸法に設定され、かつ燃料集合体３の有効長Ｌに相当する長さとすることができる。

次に、図５に基づいて保護格子８を説明する。

保護格子８は、ｙ方向格子板１７ａとｘ方向格子板１７ｂが縦横に配列して組み合わされた格子体である。

ｙ方向格子板１７ａには、上辺から中央へ向けて長さＳ２の縦長スリット１８ａが間隔をおいて櫛歯状に形成されている。

一方、ｘ方向格子板１７ｂには、下辺から中央へ向けて長さＳ１の縦長スリット１８ｂと、上辺から中央へ向けて長さＳ３の縦長スリット１８ｃが間隔をおいて櫛歯状に形成されている。

保護格子８は、ｙ方向格子板１７ａの縦長スリット１８ａにｘ方向格子板１７ｂの縦長スリット１８ｂを嵌め合わせて組み付けられる。

さらに、図６に基づいて衝撃吸収格子９を説明する。

衝撃吸収格子９は、保護格子８と同様に、ｙ方向格子板１９ａと、ｘ方向格子板１９ｂとが縦横に配列して組み合わされた格子体である。ｙ方向格子板１９ａとｘ方向格子板１９ｂのそれぞれの両面には、水平溝１１が複数形成されている。ｙ方向格子板１９ａには、上辺から中央へ向けて長さｔ２の縦長スリット２０ａが間隔をおいて櫛歯状に形成されている。一方、ｘ方向格子板１９ｂには、下辺から中央へ向けて長さｔ１のスリット２０ｂが間隔をおいて櫛歯状に形成されている。

そして、衝撃吸収格子９を組み立てるには、先に組み立てた保護格子８を形成するｘ方向格子板１７ｂの縦長スリット１８ｃに、ｙ方向格子板１９ａの下端を嵌め込む。次いで、ｙ方向格子板１９ａの縦長スリット２０ａにｘ方向格子板１９ｂのスリット２０ｂを嵌め込むことにより、衝撃吸収格子９が組み立てられる。

なお、本実施形態における本体格子７、保護格子８及び衝撃吸収格子９のそれぞれの格子体は、各格子板の交点位置を溶接により結合する。衝撃吸収格子９の下端と保護格子８との嵌合部についても、格子板の交点位置を溶接により結合する。

さらに、図７〜図１０に基づいて固定用部材１０を説明する。図７は図２の固定用部材を示す斜視図である。図８は図２の固定用部材を示す側面図である。図９は図２の固定用部材の動作を示す正面図である。図１０は図２の固定用部材の動作を示す正面図である。

固定用部材１０は、図１に示すようにそれぞれ本体格子７のセル２における４隅の位置に設けられる。一方の対角２隅位置は、セル２のｘ方向のセル内壁２２を押圧する。他方の対角２隅位置は、セル２のｙ方向のセル内壁２２を押圧する。以下、固定用部材１０の構成を具体的に説明する。

固定用部材１０は、図１に示すように保護格子８の下端に溶接により固定されて吊り下げられている。固定用部材１０は、セル２に挿入するセル挿入部２５を備えている。このセル挿入部２５は、図８に示すように底面及び両側面を有して略Ｕ字状に一体に形成されている。

このセル挿入部２５の底面には、スタッドボルト２９が鉛直上方に延びるように固定されている。スタッドボルト２９には、くさび状部材２４の長手方向に貫通してナット２１が螺合している。このナット２１には、フランジ２１ａが一体に設けられている。

くさび状部材２４は、図７、図９及び図１０に示すように下方向に徐々に幅が狭くなるようなテーパに形成されている。くさび状部材２４は、両側面がテーパ面２４ａに形成されている。くさび状部材２４の上面には、係止爪２４ｂが固定されている。この係止爪２４ｂは、ナット２１のフランジ２１ａを回転可能に保持している。くさび状部材２４の両側面には、押圧ブロック２３が当接するように配置されている。

押圧ブロック２３は、セル挿入部２５の底面に支持されている。押圧ブロック２３は、前面にガイドピン２３ａが取り付けられている。このガイドピン２３ａは、セル挿入部２５に形成された長孔２５ａを貫通している。そのため、ガイドピン２３ａは、長孔２５ａに沿って移動可能である。すなわち、押圧ブロック２３は、ガイドピン２３ａの移動範囲内において水平方向に移動可能である。

押圧ブロック２３は、互いに対向する面が傾斜面２３ｂに形成されている。この傾斜面２３ｂは、くさび状部材２４のテーパ面２４ａと同じ角度である。テーパ面２４ａは、押圧ブロック２３の傾斜面２３ｂの一部に常に当接している。

次に、固定用部材１０の作用を図９及び図１０に基づいて説明する。

なお、固定用部材１０は、予め保護格子８の下端に固定され、この保護格子８に衝撃吸収格子９が嵌め込まれている。まず、これら保護格子８及び衝撃吸収格子９を、固定用部材１０を用いて本体格子７に固定する場合について説明する。

図９に示すように、水中遠隔下で固定用部材１０の上端に設けられたナット２１を一方向に回転させる。すると、そのフランジ２１ａも回転しつつ、フランジ２１ａがくさび状部材２４を下方向に押圧する。つまり、このくさび状部材２４は、ナット２１がスタッドボルト２９へねじ込まれるに従って下方向に移動する。

このとき、くさび状部材２４のテーパ面２４ａは、押圧ブロック２３の傾斜面２３ｂに当接していることから、図１０に示すようにくさび状部材２４が押圧ブロック２３間に徐々に食い込み、押圧ブロック２３を互いに離反するように移動させる。すると、各押圧ブロック２３は、水平方向に移動して格子体６のセル内壁２２を押圧することになる。この押圧力により、本体格子７に保護格子８及び衝撃吸収格子９が固定される。

次に、保護格子８及び衝撃吸収格子９を、固定用部材１０を用いて本体格子７から取り外す場合について説明する。

水中遠隔下で固定用部材１０の上端に設けられたナット２１を上記と反対方向に回転させる。すると、フランジ２１ａも回転しつつ、上方に移動する。このとき、フランジ２１ａは、係止爪２４ｂに回転可能に保持されている。また、係止爪２４ｂは、くさび状部材２４に固定されている。そのため、フランジ２１ａは、係止爪２４ｂを介してくさび状部材２４を上方に移動させる。

そして、くさび状部材２４のテーパ面２４ａは、押圧ブロック２３の傾斜面２３ｂに当接していることから、図９に示すようにくさび状部材２４が押圧ブロック２３間に対する押圧力を解除する。すると、押圧ブロック２３が互いに接近するように水平方向に移動する。これにより、各押圧ブロック２３は、本体格子７の格子体６の内壁への押圧力が解除されることになる。これにより、本体格子７から保護格子８及び衝撃吸収格子９を取り外すことができる。

したがって、本実施形態では、固定用部材１０のナット２１を回転操作することにより、くさび状部材２４の押圧ブロック２３への押圧力を負荷させるか、あるいは解除することで、本体格子７への衝撃吸収格子９及び保護格子８の取付け又は取外しを行うようにしている。

このように本実施形態によれば、衝撃吸収格子９が落下物の衝突による衝撃エネルギーを良好に吸収するとともに、保護格子８が燃料ハンドル４を保護するため、ラックに貯蔵される燃料集合体３をより安全に保護することができる。

また、本実施形態によれば、固定用部材１０の上端に設けられたナット２１を水中遠隔下で回転操作することで、くさび状部材２４の押圧ブロック２３への押圧力を負荷させるか、あるいは解除することにより、本体格子７への保護格子８及び衝撃吸収格子９の取付け又は取外しを行う。そのため、仮に保護格子８又は衝撃吸収格子９が損傷したとしても、その部分だけを交換すれば済むので、ラック全体を交換する必要がなくなる。

さらに、本実施形態によれば、衝撃吸収格子９は、ｘ方向格子板１９ｂとｙ方向格子板１９ａが縦横に配列して組み合わされて形成された角筒状の空間を有し、それぞれの格子板１９ｂ，１９ａの両面には水平溝１１を複数設けて剛性を低下させている。そのため、重量物が落下した場合には、衝撃吸収格子９が変形して重量物の落下による衝撃エネルギーを吸収することができる。

以上のように本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、固定用部材１０は、保護格子８の下端に溶接にて固定した例について説明したが、これに限らず、固定用部材１０を保護格子８又は衝撃吸収格子９と別体に構成するようにしてもよい。

１…使用済燃料貯蔵ラック、２…セル、３…燃料集合体、４…燃料ハンドル、５…ベース、６…格子体、７…本体格子、８…保護格子、９…衝撃吸収格子、１０…固定用部材、１１…水平溝、１２…ガイド、１３…平板状格子板、１４…短冊状格子板、１５…突起部、１５ａ…切欠部、１６…スリット、１７ａ…ｙ方向格子板、１７ｂ…ｘ方向格子板、１８ａ…縦長スリット、１８ｂ…縦長スリット、１８ｃ…縦長スリット、１９ａ…ｙ方向格子板、１９ｂ…ｘ方向格子板、２０ａ…縦長スリット、２０ｂ…スリット、２１…ナット、２１ａ…フランジ、２２…セル内壁、２３…押圧ブロック、２３ａ…ガイドピン、２３ｂ…傾斜面、２４…くさび状部材、２４ａ…テーパ面、２４ｂ…係止爪、２５…セル挿入部、２５ａ…長孔、２９…スタッドボルト

Claims

原子力設備の燃料貯蔵プールに設置され、複数の使用済の燃料集合体をそれぞれ収納する複数のセルを格子状にし、各セルの長手方向が鉛直になるように配置した使用済燃料貯蔵ラックにおいて、
前記燃料集合体の有効長に相当する高さを有する本体格子と、
前記本体格子の上部に設けられて前記燃料集合体のハンドル高さを超える高さを有する保護格子と、
前記保護格子の上部に設けられる衝撃吸収格子と、を備え、
前記本体格子に前記保護格子及び前記衝撃吸収格子を着脱可能に固定する固定用部材を設けたことを特徴とする使用済燃料貯蔵ラック。
前記衝撃吸収格子は、ｘ方向格子板とｙ方向格子板が縦横に配列して組み合わされて形成された角筒状の空間を有し、それぞれの格子板の両面には溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料貯蔵ラック。
前記固定用部材は、それぞれ前記本体格子の格子状セルの４隅位置に設けられ、一方の対角２隅位置は、前記格子状セルのｘ方向内壁を押圧し、他方の対角２隅位置は、前記格子状セルのｙ方向内壁を押圧することを特徴とする請求項１又は２記載の使用済燃料貯蔵ラック。
前記固定用部材は、前記格子状セルのｘ方向内壁及びｙ方向内壁への押圧力を前記燃料貯蔵プールの水面より上方から操作して負荷あるいは解除することで、前記本体格子に対する前記保護格子及び前記衝撃吸収格子の取付け又は取外しを行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の使用済燃料貯蔵ラック。