JP5836006B2 - 核燃料貯蔵用ラック - Google Patents

Description

本発明は、核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内の水中に、核燃料集合体を収納した状態で貯蔵される核燃料貯蔵用ラックに関するものである。

原子力発電所で発生した使用済み核燃料（使用済み核燃料棒）は、核燃料貯蔵施設に貯蔵して保管される。この際、使用済み核燃料は、核燃料集合体として角管内に収容された状態で核燃料貯蔵用ラックの鉛直セル中に収納され、核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内に貯蔵される。貯蔵ピットには水が貯留されており、核燃料貯蔵用ラック及び核燃料集合体を水中に貯蔵することにより、崩壊熱を冷却除去して臨界未満で保持し、また、放射線を遮蔽するようにしている。

例えば、特許文献１に開示されているように、核燃料貯蔵用ラックは、サポートを介して貯蔵ピットの側壁に固定され、サポート及び貯蔵ピットで支持した状態で貯蔵されている。このように核燃料貯蔵用ラックを貯蔵ピットに固設した場合には、地震発生時に水の流体付加減衰効果によってある程度の応答低減効果を得ることが可能である。しかしながら、大地震時においてサポート荷重が大きくなった場合は、核燃料貯蔵用ラックを支持しきれなくなるおそれがある。

これに対し、例えば、特許文献２では貯蔵ピットの側壁や底盤に固定しない形態の核燃料貯蔵用ラックが提案され、また実用化されている。この核燃料貯蔵用ラックは、貯蔵ピットの底面に相対的に滑動可能に載置され、地震発生時に作用する水平力を水の流体付加減衰効果とともに核燃料貯蔵用ラックの滑動によって吸収するものである。

特開昭６２−１９０４９４号公報 特開２００３−７５５８１号公報

しかしながら、上記特許文献２の核燃料貯蔵用ラックにおいては、大地震等の発生によってさらに大きな水平力が作用した際には、核燃料貯蔵用ラックの滑動範囲が大きくなり、貯蔵ピットの側壁等に衝突し、核燃料貯蔵用ラックが損傷してしまうおそれがあった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、水平方向の滑動量の抑制を図ることができる核燃料貯蔵用ラックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る核燃料貯蔵用ラックは、核燃料の集合体を収納した状態で貯蔵ピット内の水中に設置される核燃料貯蔵用ラックであって、前記核燃料を収納するラック本体と、前記ラック本体の下方に設けられて、床面に対して水平方向に滑動可能に配置された基部と、前記ラック本体と前記基部との間に、前記ラック及び基部に対して水平方向に相対移動不能に介在され、前記ラック本体を前記基部に対して水平方向に延びる少なくとも一つの軸線回りに揺動可能に接続する回転支承部と、前記基部と前記ラック本体との間に介在されてこれら前記基部と前記ラック本体とを接続し、前記軸線回りの揺動力を吸収する、弾性部材と、を備えることを特徴とする。

このような核燃料貯蔵用ラックにおいては、地震等による水平力を受けた際に、基部が床面に対して水平方向に滑動する。また、滑動時には回転支承部が軸線回りに揺動することによって、回転支承部に接続されたラック本体が揺動する。従って、地震等による水平力を基部の滑動力と、ラック本体の揺動力の二つの力に変換することができる。換言すると、滑動力の一部を揺動力に移行することができ、基部の滑動力の低減を図ることができる。

また、本発明に係る核燃料貯蔵用ラックの前記回転支承部は、前記ラック本体を前記基部に対して水平方向に延びる全ての軸線回りに揺動可能に接続する球体を有していてもよい。

このような球体によって、水平方向全ての軸線回りにラック本体を揺動させることができるため、さらに効果的に地震等による水平力を揺動力に変換でき、基部へ作用する滑動力の低減によって、基部の滑動量の抑制を図ることができる。

さらに、本発明に係る核燃料貯蔵用ラックの前記回転支承部は、前記ラック本体を前記基部に対して水平方向に延びる第一軸線回りに揺動可能に接続する第一軸部材と、
前記ラック本体を前記基部に対して、前記第一軸線に直交するとともに水平方向に延びる第二軸線回りに揺動可能に接続する第二軸部材とを有していてもよい。

第一軸部材と第二軸部材とによって、第一軸線、第二軸線の直交する二つの軸線回りにラック本体が揺動可能となり、効果的に地震等による水平力を揺動力に変換でき、基部へ作用する滑動力の低減によって、基部の滑動量の抑制を図ることができる。

このような弾性部材によって、地震等による水平力が作用してラック本体が揺動した際には、基部の滑動量を維持したまま揺動力を吸収し、ラック本体と基部とが接触して衝撃が発生することを防止できる。また、揺動の復元を行ない、ラック本体が傾いた状態で静止することを回避できる。従って、ラック本体に収容された核燃料をさらに安定的に保持することができる。

さらに、前記基部と前記ラック本体との間に介在されてこれら基部とラック本体とを接続する減衰部材を備えていてもよい。

このような減衰部材によって、ラック本体が揺動した際には、基部の滑動量を維持したまま揺動力を吸収し、揺動量の減衰を行なうことができる。従って、ラック本体に収容された核燃料をさらに安定的に保持することができる。

前記基部と前記ラック本体との間に介在される緩衝材を備えていてもよい。

このような緩衝材によって、ラック本体が揺動した際には、基部の滑動量を維持したままラック本体と基部との間で発生する衝撃を緩衝するとともに、揺動量を抑制することが可能となる。従って、ラック本体に収容された核燃料をさらに安定的に保持することができる。

本発明の核燃料貯蔵用ラックによれば、地震等による水平力を滑動力と揺動力に変換することによって、滑動量の抑制を図ることが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを貯蔵用ピット内に配置した図である。 本発明の第一実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す図である。 本発明の第三実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す図である。 本発明の第四実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す図である。

以下、本発明の第一実施形態に係る核燃料貯蔵用ラック１Ａについて説明する。
図１に示すように、核燃料貯蔵用ラック１Ａは、例えば原子力発電所で発生した使用済み核燃料Ｗを核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット１００内の水中に貯蔵して保管するものである。

図２に示すように、核燃料貯蔵用ラック１Ａは、核燃料Ｗを収容するラック本体１１と、ラック本体１１の下部に設けられ、ラック本体１１の揺動を制御する制振装置１２とを備えている。

ラック本体１１は、外形が直方体をなす箱状の鋼製容器であり、内部に核燃料Ｗを収容した状態で水中に配置されるものである。

次に制振装置１２について説明する。
制振装置１２は、ラック本体１１の下部に設置される上台板１３と、上台板１３の下部に設置される自在継手（回転支承部）１６Ａと、自在継手１６Ａの水平方向外側に設けられるバネ（弾性部材）１５と、自在継手１６Ａ及びバネ１５の下方に設けられる下台板１７と、下台板１７の下方に設けられる支持脚部１８とを備えている。

上台板１３は、水平方向を長手方向とする四角形の平板状をなす部材であり、ラック本体１１を下方から支持するものである。そして、上台板１３の水平方向の寸法は、ラック本体底面１１ａの水平方向の寸法に一致している。
また、この上台板１３及びラック本体１１の水平方向を向く面側には複数の連結板１４が設けられ、この連結板１４によって上台板１３とラック本体１１とが結合されている。

自在継手１６Ａは、球体２１と、この球体２１を回転自在に上方から挟み込む上側保持部材２２と、下方から挟み込む下側保持部材２３とを有している。そしてこの自在継手１６Ａは、上台板１３の中央部に配置されるとともに、上側保持部材２２の上方を向く面は、上台板１３の下方を向く面に結合されており、下側保持部材２３の下方を向く面は、下台板１７の上方を向く面に結合されている。このような自在継手１６Ａによって、下台板１７を基準として上台板１３及びラック本体１１が水平方向に延びる全ての軸線回りに揺動可能とされている。

バネ１５は、核燃料Ｗを収容したラック本体１１の重量等に応じて、所定の弾性係数に設定されたコイルバネであり、自在継手１６Ａの周囲に複数（本実施形態では、上台板１３及び下台板１７のコーナー部に４つ）設けられ、上端部は上台板１３に結合されて、下端部は下台板１７に結合されている。

下台板１７は、上台板１３同様に水平方向を長手方向とする四角形の平板状をなす部材であり、本実施形態では、この下台板１７の水平方向の寸法は、上台板１３及びラック本体底面１１ａの水平方向の寸法に一致している。

支持脚部１８は、下台板１７の下方を向く面から突出するように複数（本実施形態では、下台板１７のコーナー部に４つ）設けられる鉛直方向を軸線とする略円柱状の部材である。そしてこの支持脚部１８は、貯蔵ピット底面（床面）１００ａに対して水平方向に滑動可能な状態に載置されている。

このような核燃料貯蔵用ラック１Ａにおいては、地震等によって大きな水平力を受けた際には、支持脚部１８が貯蔵ピット底面１００ａに対して水平方向に滑動する。さらに自在継手１６Ａによって、下台板１７に対して上台板１３及びラック本体１１が揺動する。即ち、地震等による水平力が支持脚部１８の滑動力と上台板１３及びラック本体１１の揺動力の二つの力に変換される。そして、この際、上記水平力の全てを滑動力に変換する場合と比較して、水平力の一部を揺動力に変換することができ、支持脚部１８に作用する滑動力の低減を図ることができる。

また、支持脚部１８の滑動によって、支持脚部１８の下方を向く面と貯蔵ピット底面１００ａとの間には摩擦力が作用して滑動力は消費される。さらに、バネ１５によって揺動力が吸収され、揺動が復元されるため、揺動によってラック本体１１と下台板１７との接触による衝撃を回避でき、また、ラック本体が傾いた状態で静止することも回避できる。

さらに、上台板１３とラック本体１１とは連結板１４によって結合されており、貯蔵ピット１００に核燃料貯蔵用ラック１Ａを設置する場合には、ラック本体１１と制振装置１２とを一体で設置することができる。

本実施形態の核燃料貯蔵用ラック１Ａにおいては、地震等による水平力を支持脚部１８の滑動力と上台板１３及びラック本体１１の揺動力に変換することができるため、滑動力低減による滑動量の抑制を図ることが可能となる。また滑動力は摩擦力によって消費される。この結果、核燃料貯蔵用ラック１Ａが貯蔵ピット１００の側壁に衝突し、損傷することを防止できる。
さらに、バネ１５によって揺動の吸収と復元が可能となり、内部の核燃料Ｗを安定的に保持することができる。
また、ラック本体１１と制振装置１２とを一体で設置することによって核燃料貯蔵用ラック１Ａを貯蔵ピット１００に設置する際の手間を省くことができる。

なお、本実施形態の自在継手１６Ａについては、球体２１によって水平方向に延びる全ての軸線回りに揺動可能とされているが、球体２１に限られず、例えば半球状の部材を用いて上台板１３側か下台板１７側のいずれか一方が固定され、他方が揺動可能な状態とされてもよい。また、上台板１３及び下台板１７から突出するよう単なる凸部が設けられ、揺動可能とされていてもよい。

次に図３を参照して、第二実施形態に係る核燃料貯蔵用ラック１Ｂについて説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
自在継手１６Ｂは水平方向に延びる第一軸線回りに揺動可能な第一ピン（第一軸部材）３１と、水平方向に延びるとともに第一軸線に直交する第二軸線回りに揺動可能な第二ピン（第二軸部材）３２とを有している。

さらに、自在継手１６Ｂは、第一ピン３１を上方から挟み込む上側保持部材３３と、第一ピン３１を下方から挟み込むとともに第二ピン３２を上方から挟み込む中間保持部材３４と、第二ピン３２を下方から挟み込む下側保持部材３５とを有している。

即ち、自在継手１６Ｂは、上方から上側保持部材３３、第一ピン３１、中間保持部材３４、第二ピン３２、下側保持部材３５の順に構成されている。
また、上側保持部材３３の上方を向く面は上台板１３の下方を向く面に結合されており、下側保持部材３５の下方を向く面は、下台板１７の上方を向く面に結合されている。

このような核燃料貯蔵用ラック１Ｂにおいては、第一実施形態と同様に、地震等によって大きな水平力を受けた際には、支持脚部１８が貯蔵ピット底面１００ａに対して水平方向に滑動する。さらに自在継手１６Ｂによって、下台板１７に対して上台板１３及びラック本体１１が第一軸線回り及び第二軸線回りに揺動する。即ち、地震等による水平力が支持脚部１８の滑動力と上台板１３及びラック本体１１の揺動力の二つの力に変換されるため、上記水平力の全てを滑動力に変換する場合と比較して、その一部を揺動力に変換することができ、支持脚部１８に作用する滑動力の低減を図ることができる。

そして、支持脚部１８の滑動によって、支持脚部１８の下方を向く面と貯蔵ピット底面１００ａとの間には摩擦力が作用して滑動力は消費される。

本実施形態の核燃料貯蔵用ラック１Ｂにおいては、地震による水平力を滑動力と揺動力に変換することができ、滑動力の低減による滑動量の抑制を図ることが可能となる。また滑動力は摩擦力によって消費される。この結果、核燃料貯蔵用ラック１Ｂが貯蔵ピット１００の側壁に衝突し、損傷することを防止できる。
また、第一実施形態同様に、バネ１５によって内部の核燃料Ｗを安定的に保持することができ、ラック本体１１と制振装置１２とを一体で設置することによって核燃料貯蔵用ラック１Ｂを貯蔵ピット１００に設置する際の手間を省くことができる。

なお、第一ピン３１及び第二ピン３２の上下の順序は本実施形態の場合に限定されず、第二ピン３２の下に第一ピン３１が設けられてもよい。
さらに第一ピン３１の軸線及び第二ピン３２の軸線は直交する場合に限定されず、これらが同一軸線でなければよい。

また、本実施形態では、第一ピン３１及び第二ピン３２の二つのピンによってラック本体１１及び上台板１３を揺動可能としていたが、さらに複数のピンを設けて水平方向に延びる複数の軸線回りに揺動可能とすることもできる。
さらに、複数のピンに代えて、第一ピン３１又は第二ピン３２と同様の構成の単一のピンによってラック本体１１及び上台板１３を揺動可能としてもよく、即ち、少なくとも一つの軸線回りに揺動可能とされていればよい。

次に図４を参照して、第三実施形態に係る核燃料貯蔵用ラック１Ｃについて説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
核燃料貯蔵用ラック１Ｃは、上台板１３と下台板１７との間において、バネ１５よりもさらに水平方向外側、即ち上台板１３及び下台板１７のコーナー寄りに複数（本実施形態では、上台板１３及び下台板１７のコーナー部に４つ）設けられるダンパ４１（減衰部材）を備えている点で、第一実施形態と異なっている。

ダンパ４１は、例えばオイルダンパ等であり、上台板１３及びラック本体１１の揺動の減衰を行なうものである。

このような核燃料貯蔵用ラック１Ｃにおいては、第一実施形態と同様に地震等による水平力を支持脚部１８の滑動力と上台板１３及びラック本体１１の揺動力に変換することができるため、滑動力低減による滑動量の抑制を図ることが可能となる。

さらに、バネ１５が揺動力の吸収と揺動の復元を行なうとともに、ダンパ４１が揺動の減衰を行なう。従って、支持脚部１８の滑動量を増加させないまま揺動量の抑制を図ることが可能となり、より大きな水平力が作用したとしても、ラック本体１１に収容された核燃料Ｗを保護することができる。

本実施形態の核燃料貯蔵用ラック１Ｃにおいては、滑動量の抑制とともに、ダンパ４１によって揺動量の抑制も可能となり、核燃料貯蔵用ラック１Ｃが貯蔵ピット１００の側壁に衝突して、損傷することを防止できるとともに、収容された核燃料Ｗをさらに安定的に保持することができる。

次に図５を参照して、第四実施形態に係る核燃料貯蔵用ラック１Ｄについて説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
核燃料貯蔵用ラック１Ｄは、上台板１３と下台板１７との間において、バネ１５よりもさらに水平方向外側、即ち、上台板１３及び下台板１７コーナー寄りに複数（本実施形態では、上台板１３のコーナー部に４つ、下台板１７のコーナー部に４つの合計８つ）設けられる緩衝材５１を備えている点で、第一実施形態及び第三実施形態と異なっている。

緩衝材５１は、例えばゴム等の弾性部材であって、上台板１３から台座５０を介して下方に突出するように設けられる上側の緩衝材５１と、下台板１７から台座５０を介して上方に突出するように設けられる下側の緩衝材５１とを有している。そして、これら上側の緩衝材５１と下側の緩衝材５１とは対面している。

このような核燃料貯蔵用ラック１Ｄにおいては、第一実施形態と同様に地震等による水平力を支持脚部１８の滑動力と上台板１３及びラック本体１１の揺動力に変換することができるため、滑動力低減による滑動量の抑制を図ることが可能となる。この結果、核燃料貯蔵用ラック１Ｄが貯蔵ピット１００の側壁に衝突し、損傷することを防止できる。

さらに、バネ１５が揺動力の吸収と揺動の復元とを行なうとともに、緩衝材５１が揺動の際の衝撃吸収と揺動量の抑制とを行なう。従って、支持脚部１８の滑動量を増加させないまま揺動量低減及び衝撃吸収を図ることが可能となり、より大きな水平力が作用したとしてもラック本体１１に収容された核燃料Ｗを保護することができる。

本実施形態の核燃料貯蔵用ラック１Ｄによれば、滑動量の抑制とともに、緩衝材５１によって、揺動量の抑制及び揺動時の衝撃吸収が可能となる。従って、核燃料貯蔵用ラック１Ｄが貯蔵ピット１００の側壁に衝突して損傷することを防止でき、また、収容された核燃料Ｗをさらに安定的に保持することができる。

以上、本発明の実施形態についての詳細説明を行なったが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、バネ１５はコイルバネに限定されず、板バネや空気バネ等、復元力のある他の部材を採用してもよい。

さらに上記実施形態では、バネ１５、ダンパ４１及び緩衝材５１の設置位置は上台板１３及び下台板１７のコーナー部としていたが、自在継手１６Ａの周囲であれば設置場所及び設置数量は上記実施形態の場合に限定されない。

１Ａ…核燃料貯蔵用ラック、１Ｂ…核燃料貯蔵用ラック、１Ｃ…核燃料貯蔵用ラック、１１…ラック本体、１１ａ…ラック本体底面、１２…制振装置、１３…上台板、１４…連結板、１５…バネ、１６Ａ…自在継手（回転支承部）、１６Ｂ…自在継手（回転支承部）、１７…下台板、１８…支持脚部、２１…球体、２２…上側保持部材、２３…下側保持部材、３１…第一ピン（第一軸部材）、３２…第二ピン（第二軸部材）、３３…上側保持部材、３４…中間保持部材、３５…下側保持部材、４１…ダンパ（減衰部材）、５０…台座、５１…緩衝材、１００…貯蔵ピット、１００ａ…貯蔵ピット底面（床面）

Claims (5)

1. 核燃料の集合体を収納した状態で貯蔵ピット内の水中に設置される核燃料貯蔵用ラックであって、
   前記核燃料を収納するラック本体と、
   前記ラック本体の下方に設けられて、床面に対して水平方向に滑動可能に配置された基部と、
   前記ラック本体と前記基部との間に、前記ラック及び基部に対して水平方向に相対移動不能に介在され、前記ラック本体を前記基部に対して水平方向に延びる少なくとも一つの軸線回りに揺動可能に接続する回転支承部と、
   前記基部と前記ラック本体との間に介在されてこれら前記基部と前記ラック本体とを接続し、前記軸線回りの揺動力を吸収する、弾性部材と、
   を備えることを特徴とする核燃料貯蔵用ラック。
2. 前記回転支承部は、前記ラック本体を前記基部に対して水平方向に延びる全ての軸線回りに揺動可能に接続する球体を有することを特徴とする請求項１に記載の核燃料貯蔵用ラック。
3. 前記回転支承部は、前記ラック本体を前記基部に対して水平方向に延びる第一軸線回りに揺動可能に接続する第一軸部材と、
   前記ラック本体を前記基部に対して、前記第一軸線に直交するとともに水平方向に延びる第二軸線回りに揺動可能に接続する第二軸部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の核燃料貯蔵用ラック。
4. 前記基部と前記ラック本体との間に介在されてこれら基部とラック本体とを接続する減衰部材を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の核燃料貯蔵用ラック。
5. 前記基部と前記ラック本体との間に介在される緩衝材を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の核燃料貯蔵用ラック。

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