JP6248019B2

JP6248019B2 - 燃料貯蔵プール冷却設備

Info

Publication number: JP6248019B2
Application number: JP2014195339A
Authority: JP
Inventors: 成良岩倉; 彰人横山; 博文川崎; 佐々木　宏; 宏佐々木
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2034-09-25
Also published as: JP2016065812A

Description

本発明は、燃料貯蔵プール冷却設備に係り、特に、沸騰水型原子力発電プラントに適用するのに好適な燃料貯蔵プール冷却設備に関する。

沸騰水型原子力発電プラント等の原子力発電プラントの原子炉圧力容器内の炉心に装荷されている燃料集合体は、所定の運転サイクルでの運転が経過した後、原子力発電プラント運転停止中に、使用済燃料集合体として炉心から取り出される。この使用済燃料集合体は、崩壊熱による発熱があるため、原子力発電プラントの施設である、内部に冷却水を充填した燃料貯蔵プールまで移送され、燃料貯蔵プール内で燃料貯蔵プールの底部に設置された燃料貯蔵ラック内に収納されて保管される。燃料貯蔵プールは冷却水で満たされており、燃料貯蔵ラックは燃料貯蔵プール内で冷却水中に存在する。燃料貯蔵プール内の燃料貯蔵ラックに収納された使用済燃料集合体は、燃料貯蔵プールに保管されている間、その冷却水によって冷却される。

最近では、例えば、平成２３年３月に発生した東北地方太平洋沖地震のように、通常の設計想定を大きく超える事象が発生した場合における燃料貯蔵プールの冷却性が問題視されたこともあり、万一、燃料貯蔵プール内の冷却水を冷却する機能が損なわれて燃料貯蔵プール内の冷却水が大量に蒸発し、燃料貯蔵プール内に貯蔵されている使用済燃料集合体が気中に露出するような事故の発生を想定して、燃料貯蔵プールの周辺雰囲気及び燃料貯蔵プール内に保管されている使用済燃料集合体を直接冷却する必要性が指摘されている。その対策として燃料貯蔵プールへの非常時注水・冷却設備の設置が望まれている。

これまでの燃料貯蔵プール冷却設備は、特開平６−２７３５７６号公報に記載されているように、浄化装置、熱交換器（冷却器）及び散水管を有している。燃料貯蔵プール内の、保管されている使用済燃料集合体の冷却により温度が上昇した冷却水が、浄化装置で浄化されて熱交換器で冷却され、その後、燃料貯蔵プールの底部に設置された散水管から燃料貯蔵プール内に噴射される。熱交換器による冷却で温度が低下して散水管から噴射された冷却水が、燃料貯蔵プール内の燃料貯蔵ラックに収納された使用済燃料集合体を冷却する。燃料貯蔵プール内の冷却水の水位は、設定水位以上に確保されている。

特開２０１２−２３００６６号公報は、燃料プール冷却システムを記載している。原子力発電プラントの運転が地震等により停止され、非常用電源が作動せず、外部電源も遮断された状態においては、燃料貯蔵プール内の冷却水の冷却機能が阻害される。このため、燃料貯蔵プール内の冷却水の温度が上昇し、この冷却水が蒸発して燃料貯蔵プール内の冷却水の水位が低下する恐れがある。特開２０１２−２３００６６号公報に記載された燃料プール冷却システムでは、燃料貯蔵プールの上方に冷却水の噴射口を配置し、燃料貯蔵プール内の冷却水の冷却機能が阻害されて燃料貯蔵プール内の冷却水の水位が低下したとき、原子炉格納容器を取り囲む原子炉建屋の外部から供給される冷却水を、燃料貯蔵プールの真上に配置した冷却水の噴射口から燃料貯蔵プールに向って噴射する。

特開平６−２７３５７６号公報特開２０１２−２３００６６号公報

特開２０１２−２３００６６号公報は、燃料プール冷却システムでは、地震により原子力発電プラントの運転が停止され、非常用電源が作動せずかつ外部電源も遮断された状態でも、原子炉建屋の外部から冷却水を、冷却水供給管を通して燃料貯蔵プールの真上に配置された噴射口から燃料貯蔵プールに向って噴射することができる。このように、冷却水を燃料貯蔵プールに供給することによって、上記の異常状態が発生した時でも、燃料貯蔵プール内の使用済燃料集合体の冷却が可能になる。

しかしながら、燃料貯蔵プールの真上に冷却水の噴出口を配置した場合には、噴射口から噴射された冷却水が、燃料貯蔵プール近傍及び周辺に設置される電気品にかかり、電気品が破損してしまうため、冷却水の噴射後にそれらの電気品の再使用が困難になる可能性があった。

本発明の目的は、燃料貯蔵プール内の冷却水の水位低下を防ぐことができ、且つ燃料貯蔵プールの周辺に設置される電気品の被水を避けることができる燃料プールの冷却設備を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、第１の側面を有し、第１の側面に平行な方向における幅がＷ₁であって第１の側面に接する第１領域、及びその平行な方向における幅Ｗ₂がＷ₁＞Ｗ₂＞Ｗ₁／２を満足して第１領域に接している第２領域を有し、さらに、第１の側面から第１の側面と直交する方向に伸びて第１領域及び第２領域に接する、その直交する方向における長さがＬ₁である第２の側面、及び第１の側面からその直交する方向に伸びて前記第２の側面に対向し且つ第１領域に接して第２領域に接していない、その直交する方向における長さがＬ₁よりも短いＬ₂である第３の側面を有する、燃料貯蔵プールの燃料貯蔵エリアに、冷却水を供給する燃料貯蔵プール冷却設備であって、
複数のスプレイノズルが設けられた第１散水管が、第２の側面を有して燃料貯蔵エリアの第１領域及び第２領域に接する第１プール側壁の上端部に設置され、
複数のスプレイノズルが設けられた第２散水管が、第３の側面を有して燃料貯蔵エリアの第１領域に接してその第２領域に接していない第２プール側壁の上端部に設置され、
第１散水管に設けられた複数のスプレイノズルが、複数の第１スプレイノズル、複数の第２スプレイノズル及び複数の第３スプレイノズルを含んでおり、
第２散水管に設けられた複数のスプレイノズルが、複数の第１スプレイノズル及び複数の前記第３スプレイノズルを含んでおり、
第１散水管において、複数の第１スプレイノズルが第１の側面と第１の側面からの長さがＬ₂の位置との間に存在し、
第１散水管において、複数の第２スプレイノズルが第１の側面からの長さがＬ ₂ の位置と第１の側面からの長さがＬ ₁ の位置の間に存在し、
第１散水管において、複数の第３スプレイノズルが第１の側面と第１の側面からの長さがＬ ₁ の位置の間に存在し、
第１散水管及び第２散水管のそれぞれに設けられた第１スプレイノズルの噴射口が、水平より下向きになっており、
第１散水管及び第２散水管のそれぞれに設けられた第２スプレイノズルの噴射口が、水平より上向きになっており、
第１散水管及び第２散水管のそれぞれに設けられた第３スプレイノズルの噴射口が、第１スプレイノズルの噴射口よりも下向きになっており、
第２スプレイノズルの噴射角が第１スプレイノズルの噴射角よりも小さくなっている燃料貯蔵プール冷却設備である。

本発明によれば、燃料貯蔵プール内の冷却水の水位低下を防ぐことができ、且つ燃料貯蔵プールの周辺に設置される電気品の被水を避けることができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の燃料貯蔵プール冷却設備を設置した燃料貯蔵プールの平面図である。図１のII−II断面図である。図１のIII−III断面図である。図１のIV−IV断面図である。スプレイノズルの散水管への取り付け状態を示す、図１のＶ−Ｖ断面図である。スプレイノズルの他の実施例を示す構成図である。スプレイノズルの他の実施例を示す構成図である。本発明の他の好適な実施例である実施例２の燃料貯蔵プール冷却設備を設置した燃料貯蔵プールの平面図である。図８のIX−IX断面図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の燃料貯蔵プール冷却設備を、図１、図２、図３及び図４を用いて説明する。本実施例の燃料貯蔵プール冷却設備１は、沸騰水型原子力発電プラントの燃料貯蔵プールに適用できる。

沸騰水型原子力発電プラントの燃料貯蔵プール８は、原子炉圧力容器を取り囲む原子炉格納容器の上方で、原子炉格納容器が据え付けられている原子炉建屋内に設けられる。燃料貯蔵プール８は原子炉格納容器の上方で原子炉建屋内に形成されるプール側壁２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ及びキャスクピット２４によって取り囲まれており（図１、図２及び図４参照）、これらのプール側壁には側壁上端部１２が形成されている。側壁上端部１２は、運転床１３によって取り囲まれており、運転床１３よりも少し高くなっている。

多数の燃料貯蔵ラック１１が、燃料貯蔵プール８内の燃料貯蔵エリア３１に配置され、燃料貯蔵プール８の底面、すなわち、燃料貯蔵エリア３１の底面２９（図２参照）に並んで設置されている。各燃料貯蔵ラック１１は、図示されていないが、燃料集合体、例えば、使用済燃料集合体を個々に収納する多数の燃料収納領域を形成している。燃料貯蔵ラック１１の各燃料収納領域に、原子炉圧力容器内の炉心から取り出された使用済燃料集合体が収納されている。通常状態では、燃料貯蔵プール８内には、所定水位の冷却水が充填されており、各燃料貯蔵ラック１１は冷却水中に配置され、各燃料貯蔵ラック１１内に収納された各使用済燃料集合体は、その冷却水によって冷却される。

燃料貯蔵エリア３１は、連絡水路２７を通して、原子炉格納容器の上方で原子炉圧力容器の真上に形成された原子炉ウエル（図示せず）に連絡される。沸騰水型原子力発電プラントの運転時では、連絡水路２７は、プール側壁２５Ｂの側面に取り外し可能に設置されたゲート２８（図３参照）によって、燃料貯蔵プール８内の冷却水が原子炉ウエル側に流出しないように、封鎖されている。すなわち、ゲート２８は、沸騰水型原子力発電プラントの運転時において、連絡水路２７の、燃料貯蔵エリア３１に開放される開口を覆ってこの開口を封鎖しており、燃料貯蔵プール８内に配置されている。沸騰水型原子力発電プラントの運転停止時における炉心内の一部の燃料集合体を交換するとき、原子炉圧力容器及び原子炉格納容器のそれぞれの上蓋が取り外され、冷却水が原子炉ウエル内に充填される。原子炉ウエル内に冷却水が満たされた後、プール側壁２５Ｂの側面からゲート２８が取り外され、燃料貯蔵プール８の燃料貯蔵エリア３１が、冷却水で満たされた連絡水路２７によって原子炉ウエルに連絡される。

炉心内の一部の燃料集合体である使用済燃料集合体が、炉心から順次取り出されて原子炉ウエルまで上昇され、冷却水で満たされた連絡水路２７を通って、前述したように、燃料貯蔵エリア３１に配置された燃料貯蔵ラック１１内の該当する燃料収納領域に収納される。燃料貯蔵エリア３１内に配置された別の燃料貯蔵ラック１１に収納されている新燃料集合体が、炉心から取り出された使用済燃料集合体と逆に、連絡水路２７を通って原子炉ウエルまで移動され、原子炉ウエルから原子炉圧力容器内に下降されて炉心内の所定の位置に装荷される。炉心内の使用済燃料集合体が全て新燃料集合体と交換され、沸騰水型原子力発電プラントが再起動される前に、ゲート２８がプール側壁２５Ｂの側面に取り外し可能に設置されて連絡水路２７を封鎖する。その後、原子炉ウエル内の冷却水が排出され、原子炉圧力容器及び原子炉格納容器のそれぞれが、上蓋の取り付けにより密封される。

運転床１３の上面から連絡水路２７の底面３０（図３参照）までの深さは、連絡水路２７内を移動する使用済燃料集合体の軸長（高さ）と、この移動する使用済燃料集合体の上方に形成される、使用済燃料集合体から放出される放射線を遮へいする冷却水層の厚みを合計した値よりも少し大きくなっている。本実施例の燃料貯蔵プール冷却設備１が適用される燃料貯蔵プール８では、この燃料貯蔵プール８内の全域が燃料貯蔵エリア３１になっている。運転床１３の上面から燃料貯蔵エリア３１の底面２９までの深さは、図３に示すように、運転床１３の上面から連絡水路２７の底面３０（図３参照）までの深さよりも深くなっており、底面３０に設置された燃料貯蔵ラック１１の高さ、燃料貯蔵エリア３１内で燃料貯蔵ラック１１の上方を移動する使用済燃料集合体の軸長（高さ）と、この移動する使用済燃料集合体の上方に形成される、使用済燃料集合体から放出される放射線を遮へいする冷却水層の厚みを合計した値よりも少し大きくなっている。

本実施例の燃料貯蔵プール冷却設備１が適用される燃料貯蔵プール８の横断面は、長方形の一つの角部にキャスクピット２４が存在するため、厳密には長方形ではない。燃料貯蔵プール８の長手方向に伸びるプール側壁２５Ｃの、燃料貯蔵プール８に面する側面（以下、プール側壁２５Ｃの側面という）の長さは、Ｌ₁であり、この側面に対向するプール側壁２５Ｄの、燃料貯蔵プール８に面する側面（以下、プール側壁２５Ｄの側面という）の長さＬ₂よりも長くなっている。プール側壁２５Ｃ及び２５Ｄのそれぞれの側面と直交する方向に伸びるプール側壁２５Ａの側面（以下、プール側壁２５Ａの側面という）の幅Ｗ₁はこの側面と対向するプール側壁２５Ｂの、燃料貯蔵プール８に面して冷却水排出口９が形成される側面（以下、プール側壁２５Ｂの側面という）の幅Ｗ₂よりも大きく、幅Ｗ₂はＷ₁／２よりも大きい。幅Ｗ₂の、プール側壁２５Ｂの側面は、排水口形成側面である。

燃料貯蔵プール８内の燃料貯蔵エリア３１は、幅Ｗ₁のプール側壁２５Ａの側面、長さＬ₂のプール側壁２５Ｄの側面、キャスクピット２４、幅Ｗ₂のプール側壁２５Ｂの側面及び長さＬ₁のプール側壁２５Ｃの側面によって取り囲まれている。燃料貯蔵エリア３１の底面２９の深さは、プール側壁２５Ｂの側面の位置において、連絡水路２７の底面３０の深さから急激に深くなっている。

キャスクピット２４と燃料貯蔵エリア３１はキャスクピット２４の側壁２６で仕切られている。キャスクピット２４の横断面は、例えば、長方形である。側壁２６は、燃料貯蔵プール８とキャスクピット２４を区分しているとも言える。キャスクピット２４の側壁２６は、プール側壁２５Ａの側面と対向する第１の側面、及びプール側壁２５Ａの側面と対向する第２の側面の二つの側面を有する。キャスクピット２４内の領域と燃料貯蔵エリア３１は、側壁２６に形成された、使用済燃料集合体が通過する通路によって連絡される。冷却水排出口９Ａがキャスクピット２４の原子炉ウエル側の側面に形成される。プール側壁２５Ｂの側面に形成された冷却水排出口９及びキャスクピット２４の原子炉ウエル側の側面に形成された冷却水排出口９Ａは、運転床１３の上面からの距離が同じくなる位置に形成されている。燃料貯蔵エリア３１内の燃料貯蔵ラック１１に収納されている使用済燃料集合体を、例えば、燃料再処理施設に搬送する際に、空のキャスク（図示せず）がキャスクピット２４内に置かれ、このキャスク内への使用済燃料集合体の収納作業がキャスクピット２４内で行われる。燃料貯蔵ラック１１から取り出された使用済燃料集合体は、側壁２６に形成された上記通路を通してキャスクピット２４内に移送され、そのキャスク内に収納される。

冷却水排出口９に接続された冷却水排水路１０は、幅Ｗ₂の側面を有するプール側壁２５Ｂに形成されており、プール側壁２５Ｂ内に配置された第１スキマサージタンク１９に接続される。冷却水排出口９Ａに接続されてプール側壁２５Ｂに形成された冷却水排水路１０も、プール側壁２５ＡＢ内に配置された第２スキマサージタンク１９に接続される。第２スキマサージタンク１９は、第１スキマサージタンク１９と同じ構成を有する。第１スキマサージタンク１９及び第２スキマサージタンク１９は、燃料貯蔵プール８と原子炉ウエルの間に配置されている。連絡水路２７は、第１スキマサージタンク１９と第２スキマサージタンク１９の間に配置されている。

燃料貯蔵プール冷却設備１は、燃料貯蔵プール８内の冷却水の水位が低下する異常時に使用される異常時冷却装置１７及び通常時に使用される通常時冷却装置１８を有する。異常時冷却装置１７は、冷却水供給管２及び２Ａ及び散水管３及び３Ａを含んでいる。通常時冷却装置１８は、冷却水供給管７及び７Ａ及び冷却水注水管６及び６Ａ、冷却水供給管２０、ポンプ２１、熱交換器（冷却装置）２２及び浄化装置（例えば、ろ過脱塩器）２３を含んでいる。

異常時冷却装置１７の構成を説明する。散水管３はプール側壁２５Ｃの側壁上端部１２上、具体的には、側壁上端部１２の上面に設置されている。散水管３Ａはプール側壁２５Ｄの側壁上端部１２上に、具体的には、側壁上端部１２の上面に設置されている。冷却水供給管２は散水管３のプール側壁２５Ａ側の一端に接続される。冷却水供給管２Ａは散水管３Ａのプール側壁２５Ａ側の一端に接続される。冷却水供給管２及び２Ａは原子炉建屋内で１本の冷却水供給管（図示せず）に接続され、この冷却水供給管は原子炉建屋の外部に伸びている。原子炉建屋の外部まで伸びた冷却水供給管の端部には、ポンプ車と接続可能な接続部が設けられる。原子炉建屋の外部でこの接続部付近において、開閉弁が冷却水供給管に設けられる。

複数のスプレイノズル５が、ノズル管（管状部材）４を介して散水管３に取り付けられる（図５参照）。複数のスプレイノズル５は、ノズル管４を介して散水管３Ａにも取り付けられる。散水管３及び３Ａに取り付けられたそれぞれのスプレイノズル５は、燃料貯蔵エリア３１の方を向いている。散水管３に取り付けられたスプレイノズル５のうち、プール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の範囲内に存在する各スプレイノズル（以下、第１スプレイノズルという）５は、第１スプレイノズル５の噴射口が水平より１０°下向きになるように散水管３に取り付けられている。プール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の位置と散水管３の先端の間の長さＬ₃（図１参照）の範囲内で散水管３に取り付けられたスプレイノズル（以下、第２スプレイノズルという）５は、第２スプレイノズル５の噴射口が水平より１０°上向きになるように散水管３に取り付けられている。すなわち、各第２スプレイノズル５の噴射口は、第１スプレイノズル５の噴射口よりも上向きになっている。散水管３Ａに取り付けられた全てのスプレイノズル５は、第１スプレイノズル５及び後述の第３スプレイノズル５を含んでおり、第１スプレイノズル５は噴射口が水平より１０°下向きになるように散水管３Ａに取り付けられている。さらに、第２スプレイノズル５の噴射角は、第１スプレイノズル５の噴射角よりも小さくなっており、１５°〜４５°の範囲内から選択される。第２スプレイノズル５の噴射角よりも広くなっている第１スプレイノズル５の噴射角は、４５°〜８０°の範囲内から選択される。

散水管３に取り付けられたそれぞれの第１スプレイノズル５から噴射された冷却水は、プール側壁２５Ｃの長さＬ₁の側面と直交する方向において、その側面からＷ₁／２の位置まで到達する。散水管３Ａに取り付けられたそれぞれの第１スプレイノズル５から噴射された冷却水も、プール側壁２５Ｄの長さＬ₂の側面と直交する方向において、その側面からＷ₁／２の位置まで到達する。また、散水管３に取り付けられたそれぞれの第２スプレイノズル５から噴射された冷却水は、プール側壁２５Ｃの長さＬ₁の側面と直交する方向において、その側面から幅Ｗ₂の位置まで到達する。

上記した第１及び第２スプレイノズル５だけでは、燃料貯蔵エリア３１の、散水管３及び３Ａに近い領域に冷却水を噴射することができない。このため、別のスプレイノズル（以下、第３スプレイノズルという）５が、必要な個数、散水管３の長さＬ₂の部分及び散水管３Ａに噴射口が、例えば、水平より３０°下向きになるように設置される。また、散水管３の長さＬ₃の部分には、例えば、噴射口が水平より１０°下向きの第１スプレイノズル５、及び噴射口が水平より３０°下向きの第３スプレイノズル５が、それぞれ、必要な個数だけ設置される。このようなスプレイノズル５の設置により、燃料貯蔵エリア３１内の第１領域（プール側壁２５Ａの側面とプール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の間に存在する領域）及び燃料貯蔵エリア３１内の第２領域（プール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の位置とプール側壁２５Ｂの側面の間に存在する領域）のそれぞれに存在する全ての燃料貯蔵ラック１１に対して冷却水をより均一に噴射することができる。

プール側壁２５Ｃの側面のうちプール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の位置とプール側壁２５Ａの側面から長さＬ₁の位置（プール側壁２５Ｂの側面）の間に存在する側面に対向している、キャスクピット２４の側壁２６の上端には、設置が困難であるために散水管が存在しない。このため、側壁２６の上端部から燃料貯蔵エリア３１に向って冷却水をスプレイすることができない。

通常時冷却装置１８の構成を説明する。冷却水供給管２０が第１スキマサージタンク１９及び第２スキマサージタンク１９の下端部に接続される。ポンプ２１、熱交換器２２及び浄化装置２３が、スキマサージタンク１９から燃料貯蔵プール８に向ってこの順に、冷却水供給管２０に設置される。冷却水供給管７及び７Ａは、浄化装置２３の下流で冷却水供給管２０に接続される。冷却水供給管７は、プール側壁２５Ｃの長さＬ₁の側面側で燃料貯蔵エリア３１内に配置され、燃料貯蔵エリア３１の底面２９上に設置される冷却水注水管６に接続される。冷却水供給管７Ａは、プール側壁２５Ｄの長さＬ₂の側面側で燃料貯蔵エリア３１内に配置され、燃料貯蔵エリア３１の底面２９上に設置される冷却水注水管６Ａに接続される。冷却水注水管６及び６Ａは、上側に、多数の噴射口を形成している。

燃料貯蔵プール冷却設備１を用いた燃料貯蔵エリア３１に存在する燃料貯蔵ラック１１に収納された各使用済燃料集合体の冷却方法を、以下に説明する。

まず、燃料貯蔵プール８内に設定水位まで冷却水が存在する通常時における使用済燃料集合体の冷却を説明する。燃料貯蔵エリア３１内の冷却水は冷却水排出口９から第１スキマサージタンク１９に排出され、キャスクピット２４内の冷却水は冷却水排出口９Ａから第２スキマサージタンク１９に排出される。キャスクピット２４内の冷却水の冷却水排出口９Ａへの排出により、燃料貯蔵エリア３１内の冷却水が側壁２６に形成された前述の通路を通してキャスクピット２４内に流入し、キャスクピット２４内の冷却水の水面が燃料貯蔵エリア３１内の冷却水の水面と等しくなるように保たれる。第１スキマサージタンク１９及び第２スキマサージタンク１９内のそれぞれの冷却水は、冷却水供給管２０に排出され、ポンプ２１によって昇圧されて熱交換器２２及び浄化装置２３に供給される。冷却水は、熱交換器２２で冷却され、浄化装置２３で浄化される。冷却されて温度が低下した冷却水は、冷却水供給管７を通して冷却水注水管６に導かれ、冷却水供給管７Ａを通して冷却水注水管６Ａに導かれる。この冷却水は、冷却水注水管６及び６Ａのそれぞれに形成された各噴射口から燃料貯蔵エリア３１内に噴出され、燃料貯蔵ラック１１内に収納された各使用済燃料集合体内を上昇し、各使用済燃料集合体の各燃料棒を冷却する。使用済燃料集合体の上端部から排出された冷却水は、冷却水排出口９及び９Ａに流入する。燃料貯蔵プール８内の冷却水は、冷却水供給管２０及び冷却水供給管７及び７Ａを通して循環しながら燃料貯蔵ラック１１内の各使用済燃料集合体を冷却する。

燃料貯蔵プール８内に存在する冷却水の水位が設定水位に維持されている場合には、発熱源である使用済燃料集合体は、冷却水の水面よりも下方で燃料貯蔵ラック１１に収納されて燃料貯蔵エリア３１の下部に配置されており、熱交換器２２で冷却されて温度が低下した冷却水により、前述したように、冷却される。このため、各使用済燃料集合体の冷却効率が向上する。一般的に、燃料貯蔵エリア３１内の冷却水が散水管３，３Ａに接続された冷却水供給管７及び７Ａ、及び冷却水供給管２０のいずれかの破損等の事故によっても燃料貯蔵エリア３１内の冷却水が外部に流出しないように、冷却水供給管７及び７Ａは、燃料貯蔵エリア３１の底を貫通していなく、運転床１３の上方より燃料貯蔵エリア３１内に挿入されている。

もし、地震が発生して沸騰水型原子力発電プラントの運転が緊急停止され、さらに、非常用電源が作動せずかつ外部電源が遮断された異常事態が生じたときには、ポンプ２１が停止し、燃料貯蔵エリア３１内の冷却水を熱交換器２２で冷却することができなくなる。このような異常事態が継続されると、燃料貯蔵エリア３１内の冷却水の温度が上昇し、やがて、この冷却水が蒸発するため、燃料貯蔵エリア３１内の冷却水の水位が低下する。

しかしながら、本実施例では、沸騰水型原子力発電プラントの運転が停止されているときに、非常用電源が作動せずかつ外部電源が遮断された異常状態が生じたとき、冷却水供給管２及び２Ａに接続された冷却水供給管の、原子炉建屋の外部に存在する接続部に、ポンプ車の給水口が接続される。燃料貯蔵プール８に設置された水位計（図示せず）で測定された燃料貯蔵エリア３１内の冷却水の水位が設定水位よりも低下したとき、ポンプ車に接続された冷却水供給管に設けられた開閉弁を開けてポンプ車を駆動する。ポンプ車によって昇圧された冷却水が、冷却水供給管２及び２Ａのそれぞれに導かれる。ポンプ車は、例えば、原子力発電所内の貯水池（または貯水槽）内の水を散水管３及び３Ａに供給する。

冷却水供給管２に供給された冷却水は、散水管３に導かれ、散水管３に設けられたそれぞれのスプレイノズル５から燃料貯蔵エリア３１に存在する燃料貯蔵ラック１１に収納された各使用済燃料集合体に向かって噴射される。散水管３に設けられたスプレイノズル５のうち、プール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の範囲内に存在する、噴射口が水平よりも１０°下向きになっている各第１スプレイノズル５は、その噴射口から噴射する冷却水を、プール側壁２５Ｃの長さＬ₁の側面と直交する方向において、その側面からＷ₁／２の位置までスプレイする。また、散水管３に設けられたスプレイノズル５のうち、長さＬ₃の範囲内に存在する、噴射角が第１スプレイノズル５のそれよりも小さくて噴射口が水平よりも１０°上向きになっている各第２スプレイノズル５は、その噴射口から噴射する冷却水を、プール側壁２５Ｃの長さＬ₁の側面と直交する方向において、その側面から幅Ｗ₂の位置までスプレイする。第２スプレイノズルは噴射口が第１スプレイノズルよりも上向きになっており且つ噴射角が第１スプレイノズル５のそれよりも小さいので、第２スプレイノズルから噴射される冷却水の飛距離は、第１スプレイノズルから噴射される冷却水の飛距離よりも長くなるのである。散水管３Ａに設けられた各第１スプレイノズル５は、その噴射口から噴射する冷却水を、プール側壁２５Ｄの長さＬ₂の側面と直交する方向において、その側面からＷ₁／２の位置までスプレイする。

散水管３に設けられたスプレイノズル５のうち、第１スプレイノズル５及び第２スプレイノズル５以外の各スプレイノズル５は、第１スプレイノズル５及び第２スプレイノズル５によって冷却水がスプレイされる領域よりも散水管３側の領域で冷却水を燃料貯蔵エリア３１内にスプレイする。散水管３Ａに設けられたスプレイノズル５のうち、第１スプレイノズル５以外の各スプレイノズル５は、第１スプレイノズル５によって冷却水がスプレイされる領域よりも散水管３Ａ側の領域で冷却水を燃料貯蔵エリア３１内にスプレイする。

本実施例によれば、沸騰水型原子力発電プラントの運転が緊急停止されたときに、非常用電源が作動せずかつ外部電源が遮断された異常事態が生じ、燃料貯蔵プール８内の冷却水の水位が設定水位よりも低下した場合でも、ポンプ車により供給された冷却水を、散水管３及び３Ａにそれぞれ設けられた各スプレイノズルから燃料貯蔵エリア３１内にスプレイするので、燃料貯蔵エリア３１内の燃料貯蔵ラック１１に収納された各使用済燃料集合体の冷却が可能になる。

特に、キャスクピット２４が形成される関係上、本実施例の燃料貯蔵プール冷却設備１が設置される燃料貯蔵プール８、すなわち、燃料貯蔵エリア３１では、プール側壁２５Ａの側面とこの側面から長さＬ₂の位置との間に存在する第１領域では燃料貯蔵エリア３１の、プール側壁２５Ｃの側面と直交する方向における幅がＷ₁であり、プール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の位置とプール側壁２５Ｂの側面との間に存在する第２領域では燃料貯蔵エリア３１の、プール側壁２５Ｃの側面と直交する方向における幅がＷ₂である。このように、燃料貯蔵エリア３１の横断面の形状は、プール側壁２５Ａの側面の幅方向の中点を通りプール側壁２５Ａの側面に直交する直線に対して非対称の形状になっている。横断面の形状が非対称になっている燃料貯蔵エリア３１においても、燃料貯蔵エリア３１の、幅がＷ₁である第１領域に対しては、散水管３及び３Ａに取り付けられた各第１スプレイノズル５から冷却水を噴射することによって、また、燃料貯蔵エリア３１の、幅がＷ₂である第２領域に対しては、散水管３に取り付けられた各第２スプレイノズル５から冷却水を噴射することによって、さらに、これら以外のスプレイノズルからも冷却水をスプレイすることによって、非対称の横断面の形状を有する燃料貯蔵エリア３１においても、冷却水をより一様にスプレイすることができる。

本実施例では、散水管がキャスクピット２４の側壁２６の上端に設置されていないけれども、上記したように、噴射口が水平よりも１０°上向きになっている第２スプレイノズル５が散水管３に取り付けられているため、燃料貯蔵エリア３１の、幅がＷ₂である第２領域に対して冷却水を一様にスプレイすることができる。

また、本実施例では、第１スプレイノズル５及び第２スプレイノズル５が取り付けられた散水管３、及び第１スプレイノズル５が取り付けられた散水管３Ａが、燃料貯蔵プール８の周囲、すなわち、側壁上端部１２に設置されているため、各スプレイノズル５から噴射された冷却水が、燃料貯蔵プール８を跨いで配置されて運転床１３上を走行する燃料交換機、クレーン、及び水位計及び温度計（燃料貯蔵プール８内の冷却水の温度を測定）等の、燃料貯蔵プール８の近傍に配置された電気品にかかることを避けることができる。

本実施例では、第１スプレイノズル５及び第２スプレイノズル５がノズル管４を介して散水管３，３Ａに取り付けられているため、冷却水をスプレイする方向を容易に設定することができ、効率良く燃料貯蔵プール８の全域に広くスプレイすることができる。

前述した沸騰水型原子力発電プラントの運転が停止され、非常用電源が作動せずかつ外部電源が遮断された異常事態だけでなく、燃料貯蔵プール８の底のコンクリートにき裂が入ってこのき裂を通して燃料貯蔵エリア３１内の冷却水が漏えいするとき、及び冷却水供給管７，７Ａ及び２０のいずれかにき裂が入って熱交換器２２による燃料貯蔵エリア３１内の冷却水の冷却ができなくなるとき等の燃料貯蔵プール８内の冷却水の水位が設定水位よりも低下する異常事態において、本実施例の燃料貯蔵プール冷却設備１は、各スプレイノズル５から冷却水を燃料貯蔵プール８に向かってスプレイすることができる。

散水管３，３Ａのそれぞれに取り付けられるスプレイノズル５の代わりに、散水管３，３Ａのそれぞれに冷却水のスプレイノズルとなる噴射口１６を形成し（図６参照）、または、散水管３，３Ａのそれぞれにスプレイノズルとなる噴射管４Ａを取り付ける（図７参照）ことによっても、燃料貯蔵エリア３１に冷却水を供給することができる。噴射管４Ａの先端は、開放されて噴射口になっている。噴射口１６及び噴射管４Ａは、一種のスプレイノズルである。

図６において、噴射口１６は丸穴であるが、噴出する冷却水の噴射を制御する目的で噴射口１６の形状を楕円、長丸穴またはその他のあらゆる多角形の穴形状としても良い。また、図７において、噴射管４Ａの断面は円であるが、噴射管４Ａの断面形状を楕円、長丸またはその他のあらゆる多角形の形状としてもよい。スプレイノズルとして噴射管４Ａを用いる場合には、図７に示すように、散水管３，３Ａのそれぞれに噴射口１６を形成する場合に比べて冷却水の噴射する方向を容易に設定することができる。さらに、効率良く燃料貯蔵プール８の全域に広くスプレイすることができる。噴射管４Ａの断面形状は、噴射管４Ａの軸方向において変えてもよい。例えば、散水管３，３Ａのそれぞれに取り付けられた噴射管４Ａの根元では断面形状を円形とし、噴射管４Ａの先端では扁平につぶした形状にしてもよい。このように、噴射管４Ａの先端を扁平につぶした形状にすることにより、冷却水の飛距離が増大する。

本発明の他の好適な実施例である実施例２の燃料貯蔵プール冷却設備を、図８及び図９を用いて説明する。本実施例の燃料貯蔵プール冷却設備１は、実施例１の燃料貯蔵プール冷却設備１と同じ構成を有する。本実施例の燃料貯蔵プール冷却設備１は、例えば、改良型沸騰水型原子力発電プラントの燃料貯蔵プールに適用される。改良型沸騰水型原子力発電プラントの燃料貯蔵プール８Ａは、実施例１の燃料貯蔵プール冷却設備１が適用された、全領域が燃料貯蔵エリア３１になっている燃料貯蔵プール８と異なり、燃料貯蔵エリア３１、及び燃料貯蔵ラック１１が設置されていない領域（以下、非燃料貯蔵エリアという）３２を有している。このような燃料貯蔵プール８Ａの構造は、改良型沸騰水型原子力発電プラントの原子炉格納容器の構造の影響を受けている。

ここで、燃料貯蔵プール８Ａについて、より具体的に説明する。燃料貯蔵プール８Ａは、燃料貯蔵プール８と同様に、原子炉格納容器の上方に配置され、原子炉ウエルに隣接して配置される。燃料貯蔵プール８Ａにおいて、非燃料貯蔵エリア３２は、燃料貯蔵エリア３１よりも原子炉ウエル側に配置される。非燃料貯蔵エリア３２の底面３３は燃料貯蔵エリア３１の底面２９よりも上方に位置しており、非燃料貯蔵エリア３２の、運転床１３の上面から底面３３までの深さは、燃料貯蔵エリア３１の、運転床１３の上面から底面２９までの深さよりも浅くなっている（図９参照）。非燃料貯蔵エリア３２の、運転床１３の上面から底面３３までの深さは、運転床１３の上面から連絡水路２７の底面３０までの深さよりも少し深くなっている。底面２９と底面３３との間には、段差が存在し、且つ燃料貯蔵エリア３１を画定する側面３４が形成されている。

改良型沸騰水型原子力発電プラントの運転時において、連絡水路２７の、非燃料貯蔵エリア３２に開放される開口を覆ってこの開口を封鎖することにより連絡水路２７を封鎖するゲート２８が、プール側壁２５Ｂの側面に取り外し可能に設置されている。改良型沸騰水型原子力発電プラントの運転が停止されて炉心に装荷されている燃料集合体の一部を交換するとき、ゲート２８がプール側壁２５Ｂの側面から取り外されて、燃料貯蔵プール８Ａが連絡水路２７を通して原子炉ウエルに連絡される。

キャスクピット２４が燃料貯蔵プール８Ａにも設けられる。キャスクピット２４は、燃料貯蔵プール８Ａの一つの角部ではなく、燃料貯蔵プール８Ａの一つの側壁であるプール側壁２５Ｃの側面と対向している側面の途中に設けられる。キャスクピット２４と燃料貯蔵プール８Ａのプール側壁２５Ａの側面との間には、側壁２５Ｃの側面と対向する、燃料貯蔵プール８Ａのプール側壁２５Ｄの側面が存在する。キャスクピット２４と燃料貯蔵プール８Ａのプール側壁２５Ｂの側面との間には、側壁２５Ｃの側面と対向する、燃料貯蔵プール８Ａのプール側壁２５Ｄ’の側面が存在する。キャスクピット２４の横断面は、例えば、長方形である。

燃料貯蔵プール８Ａとキャスクピット２４を区分しているキャスクピット２４の側壁２６は、３つの側面を有する。側壁２６の第１の側面はプール側壁２５Ａの側面に対向している。側壁２６の第２の側面はプール側壁２５Ｃの側面に対向している。側壁２６の第３の側面は燃料貯蔵プール８Ａのプール側壁２５Ｂの側面に対向している。プール側壁２５Ｂの側面はプール側壁２５Ａの側面とも対向している。プール側壁２５Ｂの側面から側壁２６の第３の側面までの距離は、プール側壁２５Ｂの側面から側面３４までの距離と等しい。

燃料貯蔵プール８Ａは、プール側壁２５Ａ、プール側壁２５Ｃ、プール側壁２５Ｂ、プール側壁２５Ｄ’、キャスクピット２４及びプール側壁２５Ｄによって取り囲まれている。

燃料貯蔵プール８Ａの燃料貯蔵エリア３１は、プール側壁２５Ａの側面、プール側壁２５Ｄの側面、側壁２６の第１の側面及び第２の側面、側面３４及びプール側壁２５Ｃの側面によって取り囲まれている。燃料貯蔵プール８Ａの燃料貯蔵エリア３１において、プール側壁２５Ａの側面の幅がＷ₁であり、プール側壁２５Ｃの側面と直交する方向におけるプール側壁２５Ｃの側面と側壁２６の第２の側面の間の幅（側面３４の幅）がＷ₂である。さらに、プール側壁２５Ｃの側面の、プール側壁２５Ａの側面から側面３４までの長さがＬ₁であり、プール側壁２５Ｄの側面の長さがＬ₂である。燃料貯蔵エリア３１には、多数の燃料貯蔵ラック１１が配置され、これらの燃料貯蔵ラック１１は燃料貯蔵エリア３１の底面２９に設置される。この燃料貯蔵エリア３１は、燃料貯蔵プール８の燃料貯蔵エリア３１と同様に、プール側壁２５Ａの側面とこの側面から長さＬ₂の位置との間に存在する第１領域、及びプール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の位置とプール側壁２５Ａの側面から長さＬ₁の位置（側面３４）との間に存在する第２領域を有している。第１領域はプール側壁２５Ｃの側面とプール側壁２５Ｄの側面の間に存在し、第２領域はプール側壁２５Ｃの側面とキャスクピット２４の第２の側面の間に存在する。

プール側壁２５Ａの側面を基点にしたプール側壁２５Ｃの側面の長さはＬ₄である。プール側壁２５Ｃの側面の、側面３４の位置とプール側壁２５Ｂの側面との間の長さはＬ₅である。また、キャスクピット２４の第３の側面とプール側壁２５Ｂの側面との間の長さ、すなわち、プール側壁２５Ｄ’の側面の長さはＬ₅である。

非燃料貯蔵エリア３２は燃料貯蔵プール８Ａ内で底面３３の真上に形成される。プール側壁２５Ｃの、側面３４の位置とプール側壁２５Ｂの側面との間の長さＬ₅の部分、プール側壁２５Ｂの側面、プール側壁２５Ｄ’の側面及びキャスクピット２４の第３の側面のそれぞれは、非燃料貯蔵エリア３２に面している。原子炉ウエルに連絡される連絡水路２７は非燃料貯蔵エリア３２に連絡される。非燃料貯蔵エリア３２の、プール側壁２５Ｃの側面に沿った方向における長さはＬ₅である。また、非燃料貯蔵エリア３２の、プール側壁２５Ｃの側面とプール側壁２５Ｄ’の側面との間の幅はＷ₂である。

燃料貯蔵エリア３１及び非燃料貯蔵エリア３２は、所定水位まで冷却水で満たされている。改良型沸騰水型原子力発電プラントにおける燃料集合体の交換時において、炉心から取り出された使用済燃料集合体は、冷却水で満たされた原子炉ウエル及びゲート２８が取り外されて冷却水で満たされた連絡水路２７を通って、燃料貯蔵プール８Ａの非燃料貯蔵エリア３２に移送され、その後、燃料貯蔵エリア３１内の燃料貯蔵ラック１１に収納される。

改良型沸騰水型原子力発電プラントにおいても、第１スキマサージタンク１９及び第２スキマサージタンク１９が、燃料貯蔵プール８Ａと原子炉ウエルの間に配置されている。連絡水路２７は、第１スキマサージタンク１９と第２スキマサージタンク１９の間に配置されている。第１スキマサージタンク１９に連絡される冷却水排出口９及び第２スキマサージタンク１９に連絡される冷却水排出口９Ａは、プール側壁２５Ｂの側面にそれぞれ形成される。冷却水排出口９と冷却水排出口９Ａの間には、連絡水路２７の、非燃料貯蔵エリア３２に開放される開口が存在する。プール側壁２５Ｂの、幅Ｗ₂の側面は、排水口形成側面である。

燃料貯蔵プール８Ａに適用される燃料貯蔵プール冷却設備１は、実施例１の燃料貯蔵プール冷却設備１と同じ構成を有している。燃料貯蔵プール８Ａに適用される燃料貯蔵プール冷却設備１の散水管３はプール側壁２５Ｃの側壁上端部１２の上面に設置され、散水管３Ａはプール側壁２５Ｄの側壁上端部１２の上面に設置される。散水管３の、プール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の部分及び散水管３Ａのそれぞれに、実施例１と同様に、複数の第１スプレイノズル５がそれぞれ設置される。散水管３の、プール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の位置と散水管３の先端の間の長さＬ₃の部分には、実施例１と同様に、複数の第２スプレイノズル５が設置される。さらに、散水管３の、プール側壁２５Ａの側面から長さＬ₂の部分及び散水管３Ａのそれぞれには、実施例１と同様に、第１スプレイノズル５以外の複数のスプレイノズルが設置される。散水管３の、先端側の長さＬ₃の部分には、実施例１と同様に、第２スプレイノズル５以外の複数のスプレイノズルが設置される。

本実施例の燃料貯蔵プール冷却設備１は、実施例１の燃料貯蔵プール冷却設備１と同様に機能し、実施例１の燃料貯蔵プール冷却設備１で生じる各効果を得ることができる。

以上の各実施例は沸騰水型原子力プラントの燃料貯蔵プールを対象に設置した燃料貯蔵プール冷却設備を例に挙げて説明しているが、上記した各実施例の燃料貯蔵プール冷却設備は、加圧水型原子力発電プラントの燃料貯蔵施設及び燃料再処理施設における燃料貯蔵プールにも適用することができる。

１…燃料貯蔵プール冷却設備、２，２Ａ，７，７Ａ，２０…冷却水供給管、３，３Ａ…散水管、４…ノズル管、４Ａ…噴射管、５…スプレイノズル、６，６Ａ…冷却水注水管、８，８Ａ…燃料貯蔵プール、９，９Ａ…冷却水排出口、１１…燃料貯蔵ラック、１２…側壁上端部、２４…キャスクピット、１６…噴射口、１７…異常時冷却装置、１８…通常時冷却装置、２２…熱交換器、２３…浄化装置、３１…燃料貯蔵エリア、３２…非燃料貯蔵エリア。

Claims

第１の側面を有し、前記第１の側面に平行な方向における幅がＷ₁であって前記第１の側面に接する第１領域、及び前記平行な方向における幅Ｗ₂がＷ₁＞Ｗ₂＞Ｗ₁／２を満足して前記第１領域に接している第２領域を有し、さらに、前記第１の側面から前記第１の側面と直交する方向に伸びて前記第１領域及び前記第２領域に接する、前記直交する方向における長さがＬ₁である第２の側面、及び前記第１の側面から前記直交する方向に伸びて前記第２の側面に対向し且つ前記第１領域に接して前記第２領域に接していない、前記直交する方向における長さが前記Ｌ₁よりも短いＬ₂である第３の側面を有する、燃料貯蔵プールの燃料貯蔵エリアに、冷却水を供給する燃料貯蔵プール冷却設備であって、
複数のスプレイノズルが設けられた第１散水管が、前記第２の側面を有して前記燃料貯蔵エリアの前記第１領域及び第２領域に接する第１プール側壁の上端部に設置され、
複数のスプレイノズルが設けられた第２散水管が、前記第３の側面を有して前記燃料貯蔵エリアの前記第１領域に接して前記第２領域に接していない第２プール側壁の上端部に設置され、
前記第１散水管に設けられた前記複数のスプレイノズルが、複数の第１スプレイノズル、複数の第２スプレイノズル及び複数の第３スプレイノズルを含んでおり、
前記第２散水管に設けられた複数のスプレイノズルが、複数の前記第１スプレイノズル及び複数の前記第３スプレイノズルを含んでおり、
前記第１散水管において、前記複数の第１スプレイノズルが前記第１の側面と前記第１の側面からの長さがＬ₂の位置との間に存在し、
前記第１散水管において、前記複数の第２スプレイノズルが前記第１の側面からの長さがＬ ₂ の位置と前記第１の側面からの長さがＬ ₁ の位置の間に存在し、
前記第１散水管において、前記複数の第３スプレイノズルが前記第１の側面と前記第１の側面からの長さがＬ ₁ の位置の間に存在し、
前記第１散水管及び前記第２散水管のそれぞれに設けられた前記第１スプレイノズルの噴射口が、水平より下向きになっており、
前記第１散水管及び前記第２散水管のそれぞれに設けられた前記第２スプレイノズルの噴射口が、前記水平より上向きになっており、
前記第１散水管及び前記第２散水管のそれぞれに設けられた前記第３スプレイノズルの噴射口が、前記第１スプレイノズルの噴射口よりも下向きになっており、
前記第２スプレイノズルの噴射角が前記第１スプレイノズルの噴射角よりも小さくなっていることを特徴とする燃料貯蔵プール冷却設備。
前記第１スプレイノズルの噴射口が水平より１０°下向きになっており、前記第２スプレイノズルの噴射口が水平より１０°上向きになっており、前記第３スプレイノズルの噴射口が水平より３０°下向きになっている請求項１に記載の燃料貯蔵プール冷却設備。
前記燃料貯蔵エリアの底面に取り付けられて複数の噴射口が形成された冷却水注水管、前記冷却水注水管に接続され、前記燃料貯蔵プールから排出される冷却水を導く冷却水供給管、及び前記冷却水供給管に設けられた冷却装置を備えた請求項１または２に記載の燃料貯蔵プール冷却設備。
前記第１スプレイノズル及び前記第２スプレイノズルが管状部材により前記第１散水管に取り付けられ、及び前記第１スプレイノズルが管状部材により前記第２散水管に取り付けられている請求項１または２に記載の燃料貯蔵プール冷却設備。