JP5959846B2 - 使用済燃料ラックの支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉から取り出された使用済燃料棒を一時的に貯蔵する使用済燃料ラックの支持構造に関するものである。

原子力発電プラントの一つとして、加圧水型原子炉があり、この加圧水型原子炉では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電している。

このような原子力発電プラントでは、加圧水型原子炉から取り出された使用済燃料棒を一時的に貯蔵する使用済燃料プールが原子炉建屋に設けられており、この使用済燃料プールには、多数の使用済燃料棒を立てた状態で支持する使用済燃料ラックが設置されている。このような使用済燃料ラックは、一般的に、ベースプレートを介して床面に固定されている。しかし、このように使用済燃料ラックを固定した場合、地震発生時などにベースプレートに大きな荷重が作用することから、大型化を招いてしまう。

そのため、使用済燃料ラックを使用済燃料プールに固定せずに、床面に対して滑動可能に載置することで、地震発生時などに作用する水平力を水の流体付加減衰効果と共に、使用済燃料ラックの滑動によって吸収するものが提案されている。このような使用済燃料ラックとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２０１１−１４９９０４号公報

上述した従来の使用済燃料ラックは、セル格納部を複数の脚部により支持しており、この使用済燃料ラックが複数所定の隙間をあけて使用済燃料プールの底面に載置されている。この場合、各使用済燃料ラックでは、セル格納部に収納される燃料の量や位置が相違している。そのため、地震などの発生により各使用済燃料ラックが振動すると、その挙動が相違することから隣接する使用済燃料ラック同士が衝突するおそれがあった。

本発明は上述した課題を解決するものであり、隣接する使用済燃料ラック同士の衝突を防止することで安定した支持を可能とする使用済燃料ラックの支持構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の使用済燃料ラックの支持構造は、使用済燃料を鉛直方向に沿って上方から挿入可能なセル収納部を有し、使用済燃料プール内に所定の隙間をあけて複数隣接して載置される使用済燃料ラックにおいて、隣接する前記複数の使用済燃料ラック同士がダンパ装置により連結される、ことを特徴とするものである。

従って、複数の使用済燃料ラック同士は、水平揺れがダンパ装置により抑制されることで、隣接する使用済燃料ラック同士の衝突を防止することができ、安定した支持を可能として使用済燃料ラックの耐震性を向上することができる。

本発明の使用済燃料ラックの支持構造では、前記複数の使用済燃料ラックは、上部同士が前記ダンパ装置により連結されることを特徴としている。

従って、複数の使用済燃料ラックは、下部が使用済燃料プールの底部に載置され、上部がダンパ装置により連結されることで、使用済燃料ラックの水平揺れを適正に抑制して衝突を防止することができる。

本発明の使用済燃料ラックの支持構造では、前記ダンパ装置は、内部に充填された流体の移動により振動を減衰することを特徴としている。

従って、複数の使用済燃料ラックは、水平揺れがダンパ装置の内部に充填された流体の移動により抑制されることで、容易に使用済燃料ラック同士の衝突を防止することができる。

本発明の使用済燃料ラックの支持構造では、前記ダンパ装置は、内部に充填されたダイラタント流体により振動を減衰することを特徴としている。

従って、使用済燃料ラックの水平揺れを抑制する流体としてダイラタント流体を用いることで、効果的に使用済燃料ラック同士の衝突を防止することができる。

本発明の使用済燃料ラックの支持構造では、前記ダンパ装置は、内部に充填された磁性流体を磁化させることで振動を減衰することを特徴としている。

従って、使用済燃料ラックの水平揺れを抑制する流体として磁性流体を用いることで、効果的に使用済燃料ラック同士の衝突を防止することができる。

本発明の使用済燃料ラックの支持構造では、前記ダンパ装置は、長手方向における各端部が隣接する前記複数の使用済燃料ラックに対して鉛直方向に着脱自在に設けられることを特徴としている。

従って、ダンパ装置を使用済燃料ラックに対して鉛直方向に容易に着脱することが可能となり、使用済燃料プールに対する使用済燃料ラックの取り出しや位置調整などを容易に実施することができる。

本発明の使用済燃料ラックの支持構造によれば、使用済燃料プール内に所定の隙間をあけて複数の使用済燃料ラックを隣接して載置し、隣接する複数の使用済燃料ラック同士をダンパ装置により連結するので、ダンパ装置により隣接する使用済燃料ラック同士の衝突を防止することができ、安定した支持を可能として使用済燃料ラックの耐震性を向上することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る使用済燃料ラックの支持構造を表す使用済燃料プールの概略図である。 図２は、本実施例の使用済燃料ラックの支持構造を表す概略図である。 図３は、使用済燃料ラックに形成された連結部を表す概略図である。 図４は、使用済燃料ラックを連結するための連結部材を表す斜視図である。 図５は、使用済燃料ラックの支持構造の作用を表す概略図である。 図６は、使用済燃料ラックの支持構造の変形例を表す概略図である。 図７は、原子力発電プラントを表す概略構成図である。 図８は、原子炉格納容器を表す概略図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る使用済燃料ラックの支持構造の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の一実施例に係る使用済燃料ラックの支持構造を表す使用済燃料プールの概略図、図２は、本実施例の使用済燃料ラックの支持構造を表す概略図、図３は、使用済燃料ラックに形成された連結部を表す概略図、図４は、使用済燃料ラックを連結するための連結部材を表す斜視図、図５は、使用済燃料ラックの支持構造の作用を表す概略図、図６は、使用済燃料ラックの支持構造の変形例を表す概略図、図７は、原子力発電プラントを表す概略構成図、図８は、原子炉格納容器を表す概略図である。

本実施例の原子力発電プラントに適用された原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。

即ち、この加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図７に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１７が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持された状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。

蒸気発生器１３は、原子炉格納容器１１の外部に設けられたタービン１８及び復水器１９と冷却水配管２０，２１を介して連結されており、冷却水配管２１に給水ポンプ２２が設けられている。また、タービン１８には発電機２３が接続され、復水器１９には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２４及び排水管２５が連結されている。従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管２０を通してタービン１８に送られ、この蒸気によりタービン１８を駆動して発電機２３により発電を行う。タービン１８を駆動した蒸気は、復水器１９で冷却された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に戻される。

このように構成された原子力発電プラントの原子炉格納容器１１は、図８に示すように、内部に上述した加圧水型原子炉１２、蒸気発生器１３、加圧器１６などが収容されている。一方、原子炉格納容器１１に隣接して燃料取扱建屋３０が設置され、この燃料取扱建屋３０内に使用済燃料プール３１が設けられており、この使用済燃料プール３１の内部に使用済燃料ラック３２が設置されている。この使用済燃料ラック３２は、加圧水型原子炉１２で使用された使用済の燃料（燃料棒）を一時的に貯蔵するものであり、この使用済燃料ラック３２に貯蔵された使用済燃料は、使用済燃料プール３１に充填され、且つ、循環する冷却水により冷却可能となっている。

使用済燃料ラック３２は、図１及び図２に示すように、底付の四角筒形状をなし、上方が開口しており、内部に複数の四角管が均等間隔で配置され、溶接により固定されることで、使用済燃料を鉛直方向に沿って上方から挿入可能なセル収納部４１が形成されている。また、使用済燃料ラック３２は、このセル収納部４１の下部に複数の脚部４２が装着されており、この各脚部４２が使用済燃料プール３１の底面３１ａに載置されている。本実施例では、この使用済燃料ラック３２は、使用済燃料プール３１内の中央にて、所定の隙間をもって９個配置されており、使用済燃料プール３１の壁面３１ｂとの間に所定の隙間が確保されている。そして、使用済燃料プール３１は、内部に使用済燃料ラック３２の全体が浸漬されるように冷却水が充填されている。なお、ここでは、使用済燃料ラック３２を使用済燃料プール３１内に９個配置したが、この個数に限定されるものではない。

そして、本実施例の使用済燃料ラック３２の支持構造では、隣接する複数の使用済燃料ラック３２同士をダンパ装置５１により連結されている。この場合、９個の使用済燃料ラック３２は、使用済燃料プール３１内に所定の隙間をあけて配置されており、隣接する使用済燃料ラック３２同士の上部が２つのダンパ装置５１により連結されている。即ち、各使用済燃料ラック３２は、複数のダンパ装置５１により水平方向に交差（直交）する２方向で連結されることとなる。そして、本実施例にて、ダンパ装置５１は、内部に充填された流体としての磁性流体を磁化させることで、使用済燃料ラック３２の振動を減衰するようにしている。

具体的に説明すると、隣接する使用済燃料ラック３２は、図３に示すように、外枠部４３に上方に開口する切欠部４４が形成されている。この切欠部４４は、第１切欠４４ａと第２切欠４４ｂとが直交するように連通されることで、平面視がＴ字形状をなし、第２切欠４４ｂが上方だけでなく、側方、つまり、使用済燃料ラック３２の外壁面に開口している。また、切欠部４４は、使用済燃料ラック３２の上面から所定深さにわたって形成されている。

一方、ダンパ装置５１は、図４に示すように、２つの嵌合部５２がピストン部５３により連結されて構成されている。各嵌合部５２は、第１嵌合部材５２ａと第２嵌合部材５２ｂとが直交するように連結されることで、平面視がＴ字形状をなし、各第２嵌合部材５２ｂ同士がピストン部５３により連結されている。また、嵌合部５２は、所定高さ、つまり、使用済燃料ラック３２の切欠部４４の深さとほぼ同じ寸法に形成されている。

従って、ダンパ装置５１は、長手方向における各嵌合部５２が隣接する使用済燃料ラック３２の各切欠部４４に対して、鉛直方向に着脱自在となっている。

また、このピストン部５３は、図５に示すように、一方の嵌合部５２に固定された中空形状をなすシリンダ５４と、シリンダ５４内に移動自在なピストン５５と、一端部がピストン５５に連結され、他端部が他方の嵌合部５２に固定された支持部材５６から延出されたロッド５７とを有し、シリンダ５４内に磁性流体（ＭＲ流体）５８が充填されている。また、ピストン５５に対向するシリンダ５４の外周部に電磁石（コイル）５９が設けられ、この電磁石５９に電源装置６０が接続されている。そして、制御装置６１は、電源装置６０に接続されると共に、加速度計６２が接続されている。

従って、制御装置６１により電源装置６０が電磁石５９に電流を印加していないときには、磁性流体５８が無磁化状態にあることから、ピストン５５はほとんど抵抗なく移動することができる。一方、加速度計６２が検出した加速度が予め設定された所定の加速度以上であるとき、制御装置６１により電源装置６０が電磁石５９に電流を印加するため、磁性流体５８が磁化状態となり、それぞれの粒子間に結合力が発生して粘性が増加し、ピストン５５が移動するときに所定の抵抗力が作用する。なお、予め設定された所定の加速度とは、例えば、地震が発生したときの所定震度に対応する加速度とすることが望ましい。

このように複数の使用済燃料ラック３２は、使用済燃料プール３１の床面３１ａ上に複数の脚部４２により載置され、上部同士がダンパ装置５１により連結されている。そして、地震の発生時には、各使用済燃料ラック３２が使用済燃料プール３１の底面３１ａ上を滑動することで揺れが抑制される。また、このとき、制御装置６３は、加速度計６２からの検出結果を受け、電源装置６０により電磁石５９に電流を印加するため、磁性流体５８が磁化状態となり、それぞれの粒子間に結合力が発生して粘性が増加し、ピストン５５が移動するときに所定の抵抗力が作用する。そのため、各ダンパ装置５１は、隣接する使用済燃料ラック３２同士の水平振動を吸収することで減衰し、使用済燃料ラック３２同士の衝突が防止される。

なお、上述の説明では、ダンパ装置５１にて、内部に充填された流体として磁性流体を適用したが、この構成に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、ダンパ装置７１は、内部に充填された流体としてのダイラタント流体により使用済燃料ラック３２の振動を減衰するようにしている。

即ち、隣接する使用済燃料ラック３２は、外枠部４３に切欠部４４が形成されている。一方、ダンパ装置７１は、２つの嵌合部７２がピストン部７３により連結されて構成されている。なお、各嵌合部７２は、上述したダンパ装置５１の各嵌合部５２とほぼ同様の構成である。ピストン部７３は、一方の嵌合部７２に固定された中空形状をなすシリンダ７４と、シリンダ７４内に移動自在なピストン７５と、一端部がピストン７５に連結され、他端部が他方の嵌合部７２に固定された支持部材７６から延出されたロッド７７とを有し、シリンダ７４内にダイラタント流体７８が充填されている。

従って、複数の使用済燃料ラック３２は、使用済燃料プール３１の床面３１ａ上に複数の脚部４２により載置され、上部同士がダンパ装置７１により連結されている。そして、地震の発生時には、各使用済燃料ラック３２が使用済燃料プール３１の底面３１ａ上を滑動することで揺れが抑制される。また、このとき、ダンパ装置７１にて、シリンダ７４とピストン７５とが相対移動しようとする。ここで、シリンダ７４内にダイラタント流体７８が密封充填されていることから、ピストン７５がシリンダ７４内を移動するとき、ダイラタント流体７８の粘度が高くなり、ピストン７５の移動抵抗が増加して移動速度が低減される。そのため、各ダンパ装置７１は、隣接する使用済燃料ラック３２同士の水平振動を吸収することで減衰し、使用済燃料ラック３２同士の衝突が防止される。

なお、各ダンパ装置５１，７１にて、各シリンダ５４，７４内での磁性流体５８やダイラタント流体７８の沈殿を抑制するため、各シリンダ５４，７４の内部にフィン（攪拌翼）を設けることが望ましい。

このように本実施例の使用済燃料ラックの支持構造にあっては、使用済燃料を鉛直方向に沿って上方から挿入可能なセル収納部４１を複数の脚部４２により使用済燃料プール３１内に載置可能に構成し、隣接する複数の使用済燃料ラック３２同士を複数のダンパ装置５１，７１により連結している。

従って、複数の使用済燃料ラック３２同士は、水平揺れがダンパ装置５１，７１により抑制されることで、隣接する使用済燃料ラック３２同士の衝突を防止することができ、安定した支持を可能としてその挙動の安定化を図り、使用済燃料ラック３２の耐震性を向上することができる。

また、本実施例の使用済燃料ラックの支持構造では、複数の使用済燃料ラック３２同士の上部を複数のダンパ装置５１，７１により連結している。従って、複数の使用済燃料ラック３２は、下部が使用済燃料プール３１の底面３１ａに載置され、上部がダンパ装置５１，７１により連結されることで、使用済燃料ラック３２の水平揺れを適正に抑制して衝突を防止することができる。

また、本実施例の使用済燃料ラックの支持構造では、ダンパ装置５１は、内部に充填された流体の移動により振動を減衰するようにしている。具体的には、ダンパ装置５１は、内部に充填された磁性流体５８を磁化させることで振動を減衰している。従って、複数の使用済燃料ラック３２は、水平揺れがダンパ装置５１の内部に充填された磁性流体５８を磁化して抑制されることで、容易に使用済燃料ラック３２同士の衝突を防止することができる。また、使用済燃料ラック３２の水平揺れを抑制する流体として磁性流体５８を用いることで、効果的に使用済燃料ラック３２同士の衝突を防止することができる。

また、本実施例の使用済燃料ラックの支持構造では、ダンパ装置７１は、内部に充填された流体の移動により振動を減衰するようにしている。具体的には、ダンパ装置７１は、内部に充填されたダイラタント流体７８により振動を減衰している。従って、複数の使用済燃料ラック３２は、水平揺れがダンパ装置７１の内部に充填されたダイラタント流体７８により抑制されることで、容易に使用済燃料ラック３２同士の衝突を防止することができる。また、使用済燃料ラック３２の水平揺れを抑制する流体としてダイラタント流体７８を用いることで、効果的に使用済燃料ラック３２同士の衝突を防止することができるとともに、構造の簡素化を可能とすることができる。

また、本実施例の使用済燃料ラックの支持構造では、ダンパ装置５１，７１は、長手方向における各端部に位置する嵌合部５２，７２をピストン部５３，７３により連結して構成し、嵌合部５２，７２を隣接する使用済燃料ラック３２に対して鉛直方向に着脱自在としている。従って、ダンパ装置５１，７１を使用済燃料ラック３２に対して鉛直方向に容易に着脱することが可能となり、使用済燃料プール３１に対する使用済燃料ラック３２の取り出しや位置調整などを容易に実施することができる。

なお、上述した各実施例では、使用済燃料プール３１内に９個の使用済燃料ラック３２を配置したが、この個数や配置構成に限定されるものではなく、使用済燃料プール３１の大きさや形状に応じて適宜設定すればよいものである。また、使用済燃料ラック３２の形状も実施例に限定されるものではない。更に、使用済燃料ラック３２における切欠部４４及びダンパ装置５１，７１の嵌合部５２，７２をＴ字形状としたが、この形状に限定されるものではなく、Ｈ字形状でも、コ字形状などいずれの形状であってもよい。

また、上述した各実施例では、本発明の使用済燃料ラックの支持構造を加圧水型原子炉に適用して説明したが、沸騰型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）に適用することもでき、いずれの原子炉に適用してもよい。

１１ 原子炉格納容器
１２ 加圧水型原子炉
１３ 蒸気発生器
３１ 使用済燃料プール
３２ 使用済燃料ラック
４１ セル収納部
４２ 脚部
４４ 切欠部
５１，７１ ダンパ装置
５２，７２ 嵌合部
５３，７３ ピストン部
５８ 磁性流体
７８ ダイラタント流体

Claims (5)

1. 使用済燃料を鉛直方向に沿って上方から挿入可能なセル収納部を有し、使用済燃料プール内に所定の隙間をあけて複数隣接して載置される使用済燃料ラックにおいて、
   隣接する前記複数の使用済燃料ラック同士がダンパ装置により連結され、
   前記ダンパ装置は、２つの嵌合部がピストン部により連結されて構成される一方、隣接する前記複数の使用済燃料ラックは、外枠部に上方に開口する切欠部が形成され、前記２つの嵌合部が前記切欠部に鉛直方向に着脱自在に嵌合する、
   ことを特徴とする使用済燃料ラックの支持構造。
2. 前記複数の使用済燃料ラックは、上部同士が前記ダンパ装置により連結されることを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料ラックの支持構造。
3. 前記ダンパ装置は、内部に充填された流体の移動により振動を減衰することを特徴とする請求項１または２に記載の使用済燃料ラックの支持構造。
4. 前記ダンパ装置は、内部に充填されたダイラタント流体により振動を減衰することを特徴とする請求項３に記載の使用済燃料ラックの支持構造。
5. 前記ダンパ装置は、内部に充填された磁性流体を磁化させることで振動を減衰することを特徴とする請求項３に記載の使用済燃料ラックの支持構造。

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