JP6327621B2 - 自立式ラック - Google Patents

Description

本発明は、床面に自立して設置すると共に、内部に格納物を格納する自立式ラックに関する。

床面に自立して設置すると共に、内部に格納物を格納する自立式ラックが知られている。これは、ラックを床面に固定すると地震時の荷重がそのままラックにかかり、ラックのサポート部には大きな荷重がかかるためである。自立式にすると、地震時にラックが滑るため、ラックの加速度が小さくなり、サポート部の荷重を低減して、サポート部の破損を抑制し、その安全性を高めることができる。
このような自立式ラックの一例として、例えば、核燃料の燃料集合体を格納する自立式燃料集合体格納ラックがある。このような自立式ラックは、例えば、水で満たされたピット内の床面に単に設置されているだけであり、地震時の荷重低減のため、地震時に床面を横滑り可能としている。しかしながら、地震時の横滑り量が大きいと、以下のような不具合がある。
（１）ピット壁やラック同士が衝突して破損する。
（２）ラックの脚が所定位置からずれて、地震後に大がかりな配置修正作業が発生する。

特開２０１３−４０８７１号公報

上記不具合に対し、例えば、上記特許文献１では、ラック本体（１１）と台板（１７）を自在継手（１６Ａ）とバネ（１５）等を介して分離し（特許文献１の図２等参照）、地震水平力が自在継手（１６Ａ）を通じてラック本体（１１）に伝わると、ラック本体（１１）が首振り運動することで、ダンパ（４１）によるエネルギ消費により、台板（１７）の基部（１８）の横滑りを低減するようにしている。

しかしながら、地震によるエネルギを消費するのはダンパのみであるため、横滑り低減量（エネルギ消費量）が小さい。又、首振り運動では格納物が飛び跳ねてしまい、又、遠心力により格納物上部の速度が大きくなり、隣接するラックやピット壁との衝突による損傷が懸念される。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、地震によるエネルギの消費を効率的に行って、床面に対する横滑りを低減することができる自立式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第１の発明に係る自立式ラックは、
流体中に設置される自立式ラックであって、
前記流体を貯留する場所の床面に、複数の脚により自立して設置される第１の箱と、
格納物を格納すると共に、前記流体を介在させる隙間を空けて前記第１の箱の内部に収容される第２の箱と、
前記第１の箱の底板と前記第２の箱の底板との間に設けられ、前記第２の箱を支持する複数の弾性部材とを有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る自立式ラックは、
上記第１の発明に記載の自立式ラックにおいて、
前記第１の箱の底板と前記第２の箱の底板との間であって、前記第１の箱の底板の上面側又は前記第２の箱の底板の下面側に、前記第２の箱の底板の下面側又は前記第１の箱の底板の上面側に向かって延設された第１の抵抗板を設けた
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る自立式ラックは、
上記第２の発明に記載の自立式ラックにおいて、
前記第１の抵抗板を、上方から見て、格子状に複数配置するか、又は、放射状に複数配置した
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る自立式ラックは、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の自立式ラックにおいて、
前記第１の箱の側壁の上端又は前記第２の箱の側壁の上端に、前記第１の箱の側壁と前記第２の箱の側壁との間の隙間の出口を覆う第２の抵抗板を設けた
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る自立式ラックは、
上記第１〜第４のいずれか１つの発明に記載の自立式ラックにおいて、
前記第１の箱の側壁と前記第２の箱の側壁との間に他の弾性部材を設けた
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る自立式ラックは、
上記第１〜第４のいずれか１つの発明に記載の自立式ラックにおいて、
前記第１の箱の側壁と前記第２の箱の側壁との間であって、前記第１の箱の側壁の内面側又は前記第２の箱の側壁の外面側に、水平方向に延設された第３の抵抗板を設けた
ことを特徴とする。

本発明によれば、自立式ラックを外側の第１の箱と内側の第２の箱に分離し、地震時のエネルギを内側の第２の箱の水平方向変位に伴う流体の抵抗エネルギに効率よく変換する構成としているので、外側の第１の箱の床面に対する横滑り（水平方向変位）をより低減することができる。

本発明に係る自立式ラックの一適用例となる自立式燃料集合体格納ラックをピット内に配置した状態を示す斜視図である。 本発明に係る自立式ラックの実施形態の一例（実施例１）を示す図であり、（ａ）は、その鉛直方向の断面図であり、（ｂ）は、その水平方向の断面図である。 図２に示した自立式ラックに地震による水平力が働いたときの動きを説明する断面図である。 図２に示した自立式ラックの変形例を示す断面図である。 本発明に係る自立式ラックの実施形態の他の一例（実施例２）を示す図であり、（ａ）は、その鉛直方向の断面図であり、（ｂ）は、その水平方向の断面図である。 図５に示した自立式ラックに地震による水平力が働いたときの動きを説明する断面図である。 図５に示した自立式ラックの変形例を示す断面図である。 図５に示した自立式ラックの他の変形例を示す断面図である。

以下、図１〜図８を参照して、本発明に係る自立式ラックの実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、自立式ラックの一例として、自立式燃料集合体格納ラックを例示するが、本発明は、これに限らず、他の用途の自立式ラックにも適用可能である。

（実施例１）
図１は、本実施例の自立式ラックの一適用例となる自立式燃料集合体格納ラックをピット内に配置した状態を示す斜視図である。又、図２は、本実施例の自立式ラックを示す図であり、図２（ａ）は、その鉛直方向の断面図（図２（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図）であり、図２（ｂ）は、その水平方向の断面図（図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図）である。又、図３は、図２に示した自立式ラックに地震による水平力が働いたときの動きを説明する断面図である。又、図４は、図２に示した自立式ラックの変形例を示す断面図である。

本実施例の自立式ラックの一適用例として、例えば、核燃料の燃料集合体を格納する自立式燃料集合体格納ラックがある。図１に示すように、自立式燃料集合体格納ラック２０（以降、ラック２０）は、水１１を貯留する場所であるピット１２の床面１２ａに自立して多数設置されて、燃料集合体を水１１中に貯蔵して保管するものである。ラック２０は、床面１２ａ上に設置しているだけであり、固定されていない。これは、地震時の荷重低減のために、地震時に床面１２ａを横滑り可能とするためである。又、ラック２０同士も連結されていない。そのため、横滑り量が大きいと、前述したように、ピット壁１２ｂやラック２０同士が衝突して破損したり、ラック２０の脚が所定位置からずれて、地震後に大がかりな配置修正作業が発生したりする不具合がある。

そこで、本実施例では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ラック２０Ａの構造を工夫することにより、その横滑り量を低減するようにしている。なお、図２〜図４では、１つのラック２０Ａのみ図示するが、他のラック２０Ａも同様の構造である。

具体的には、ラック２０Ａは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ピット１２の床面１２ａに自立して設置される台箱２２（第１の箱）と、格納物を格納すると共に、水１１を介在させる隙間を空けて台箱２２の内部に収容されるラック箱２１（第２の箱）とを有している。ラック箱２１は上方が開口した箱型形状であり、同様に、台箱２２も上方が開口した箱型形状である。ラック箱２１の底板２１ａと台箱２２の底板２２ａとの間には、複数の下部弾性部材２３が配置されて、台箱２２の底板２２ａの上面にラック箱２１を支持している。又、台箱２２の底板２２ａの下面には、複数の脚２４が設けられており、これらの脚２４により、ラック２０Ａは床面１２ａの上に自立している。下部弾性部材２３としては、例えば、ビルの免震に使用されるような積層ゴムやバネ等を使用する。

このように、ラック２０Ａは、ラック箱２１と台箱２２とを分離した二重構造となっており、ラック箱２１の台箱２２に対する相対水平変位を許容すると共に、ラック箱２１の自重を支えるために必要な上下方向の剛性を持つ下部弾性部材２３で、ラック箱２１と台箱２２との間を支持している。又、ラック箱２１の側壁２１ｂと台箱２２の側壁２２ｂとは、各々が互いに対向して配置されて、水１１を介在させる隙間を空けており、ここでは、ラック箱２１の４つの側壁２１ｂに対して、台箱２２の４つの側壁２２ｂが各々対面して、四方を取り囲むように配置されて、隙間が設けられている。

ラック箱２１の側壁２１ｂ及び台箱２２の側壁２２ｂには、後述する流体抵抗を考慮して、穴等の開口部は設けていないが、ラック箱２１の底板２１ａ及び台箱２２の底板２２ａには、小さな穴が複数設けられており、水１１がこれらの穴を通って循環して、ラック箱２１の内部に格納している燃料集合体（格納物）を冷却できるようになっている。

上述した構造を有するラック２０Ａにおいて、地震による水平力が働いたときの動きを、図３を参照して説明する。

地震による水平力が働き、例えば、台箱２２に対して、ラック箱２１が水平変位方向Ｈへ相対変位した場合には、水平変位方向Ｈの前方側のラック箱２１の側壁２１ｂと台箱２２の側壁２２ｂの間の隙間が狭まる。すると、側壁２１ｂと側壁２２ｂの間の隙間を上下に抜ける水１１の流れと、底板２１ａと底板２２ａとの間の隙間を水平に抜ける水１１の流れとを発生させることになる（白抜き矢印参照）。これは、ラック箱２１が水平変位方向Ｈと逆の方向に相対変位した場合も同様である。つまり、地震により、ラック箱２１が台箱２２に対して水平震動すると、水１１の流れをラック箱２１と台箱２２との間に発生させることになる。

そして、この際、地震によるエネルギを、側壁２１ｂと側壁２２ｂとの隙間の間にある流体（水１１）の抵抗により吸収することで、ラック箱２１の水平変位（水平震動）に伴う流体の抵抗エネルギに効率良く変換することになる。

このようにして、ラック箱２１の水平変位（水平振動）により発生する流体抵抗を効率的かつ有効に活用し、地震によるエネルギを流体の抵抗エネルギに変換することで、台箱２２自体の床面１２ａに対する相対変位を抑えて、その脚２４が床面１２ａを滑る量を抑制すること、つまり、台箱２２自体の床面１２ａに対する横滑りを抑制することができる。これは、どの水平方向にラック箱２１が変位しても、同じ作用、効果を奏する。従って、どの方向に震動するか分からない地震による水平力が働いても対応可能である。

引用文献１に開示された発明と比較すると、ダンパによるエネルギ消費より、水平方向運動による流体抵抗によるエネルギ消費の方が、エネルギを効率的に消費させるので、上述した構造を有するラック２０Ａでは、台箱２２の脚２４の床面１２ａに対する横滑りを引用文献１の発明より低減することができる。又、ラック箱２１は、台箱２２の中に収納されているので、ピット壁１２ｂやラック２０Ａ同士の衝突による損傷を、引用文献１の発明より低減することができる。

更に、図４に示すように、ラック箱２１の側壁２１ｂと台箱２２の側壁２２ｂとの間に、ゴムやバネ等の側部弾性部材２５を挟み込むようにしても良い。この側部弾性部材２５により、地震によるエネルギを消費して、台箱２２の脚２４の床面１２ａに対する横滑りをより低減することができ、ピット壁１２ｂやラック２０Ａ同士の衝突による損傷をより低減することができる。側部弾性部材２５を側壁２１ｂ及び側壁２２ｂの上方側に設ける場合には、首振り運動を抑制することも期待できる。又、ラック箱２１が台箱２２に対して動くので、流体抵抗エネルギの消費を利用することができ、ラック２０Ａが床面を滑る量を効果的に低減できる。

（実施例２）
図５は、本実施例の自立式ラックを示す図であり、図５（ａ）は、その鉛直方向の断面図（図５（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図）であり、図５（ｂ）は、その水平方向の断面図（図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図）である。又、図６は、図５に示した自立式ラックに地震による水平力が働いたときの動きを説明する断面図である。又、図７、図８は、各々、図５に示した自立式ラックの変形例を示す断面図である。

本実施例のラック２０Ｂは、基本的には、実施例１のラック２０Ａと同等の構造であるが、更に、流体の抵抗エネルギを効率良く利用するための構造物を追加することにより、その横滑り量をより低減するようにしている。そこで、実施例１のラック２０Ａと同等の構造には同じ符号を付し、重複する説明は省略して、本実施例のラック２０Ｂを説明する。なお、図５〜図８でも、１つのラック２０Ｂのみ図示するが、他のラック２０Ｂも同様の構造である。

本実施例のラック２０Ｂには、実施例１のラック２０Ａと比較して、更に、下部抵抗板２６、上部抵抗板２７を追加している。

下部抵抗板２６は、ラック箱２１の底板２１ａの下面側に設けられ、台箱２２の底板２２ａの上面側に向かって、下方に向けて立設されている。ここでは、上方から見て、格子状になるように、複数の下部抵抗板２６が配置されている。底板２１ａの下面側には、下部弾性部材２３が配置されて、底板２１ａと台箱２２の底板２２ａとの間には、所定の隙間（所定の流路幅）が確保されているので、下部抵抗板２６の配置の自由度が高く、このような格子状に配置可能である。

この下部抵抗板２６は、台箱２２の底板２２ａの上面との隙間（距離）を狭くすることで、つまり、底板２１ａと底板２２ａとの間の流路を狭くすることで、流体抵抗を増加させている。なお、底板２１ａ及び底板２２ａには、複数の穴が設けられているが、ここでの流体抵抗の増加に大きな影響がでない程度に小さいものである。

又、上部抵抗板２７は、ラック箱２１の側壁２１ｂの上端に設けられ、ここから上方に延設されると共に、その上端部が外側に向けて水平に延設されている。言い換えると、Ｌ字断面の形状に形成されており、その水平部分が側壁２２ｂの上端より高い位置となるように配置されている。このような形状、配置とすることにより、上部抵抗板２７が、ラック箱２１の側壁２１ｂと台箱２２の側壁２２ｂとの間の隙間の出口を覆うと共に、ラック箱２１の変位時に、台箱２２側と接触しないようになっている。上部抵抗板２７は、ラック箱２１の側壁２１ｂの上端に沿って、全周に設けても良いが、全周に限らず、その一部に設けるようにしても良い。

この上部抵抗板２７は、側壁２１ｂと側壁２２ｂとの間の隙間の出口を覆うようにすることで、つまり、側壁２１ｂと側壁２２ｂとの間の流路の出口を覆うようにすることで、流体抵抗を増加させている。なお、上部抵抗板２７を外側に向けて延設する長さは、通常の配置状態（初期の配置状態）において、上記隙間をちょうど覆うように、台箱２２の側壁２２ｂの上端の真上まで延設すれば良い。

上記の下部抵抗板２６は、ラック箱２１の底板２１ａの下面側に代えて、台箱２２の底板２２ａの上面側に設けても良く、この場合、下部抵抗板２６を、ラック箱２１の底板２１ａの下面側に向かって、上方に向けて立設するようにすれば良い。同様に、上記の上部抵抗板２７も、ラック箱２１の側壁２１ｂの上端に代えて、台箱２２の側壁２２ｂの上端に設けても良く、この場合、上部抵抗板２７の上端部を内側に向けて延設するようにすれば良い。更に、下部抵抗板２６及び上部抵抗板２７のいずれか一方のみを設けるようにしても良い。又、下部抵抗板２６は、鉛直方向や斜め方向に向かって延設されても良いし、上部抵抗板２７は、鉛直方向に延設された後、水平に延設されて良いし、最初から斜め方向に向かって延設されても良い。

上述した構造を有するラック２０Ｂにおいて、地震による水平力が働いたときの動きを、図６を参照して説明する。

地震による水平力が働き、例えば、台箱２２に対して、ラック箱２１が水平変位方向Ｈへ相対変位した場合には、水平変位方向Ｈの前方側のラック箱２１の側壁２１ｂと台箱２２の側壁２２ｂの間の隙間が狭まる。すると、側壁２１ｂと側壁２２ｂの間の隙間を上下に抜ける水１１の流れと、底板２１ａと底板２２ａとの間の隙間を水平に抜ける水１１の流れとを発生させることになる（白抜き矢印参照）。これは、ラック箱２１が水平変位方向Ｈと逆の方向に相対変位した場合も同様である。つまり、地震により、ラック箱２１が台箱２２に対して水平震動すると、水１１の流れをラック箱２１と台箱２２との間に発生させることになる。

そして、この際、地震によるエネルギを、側壁２１ｂと側壁２２ｂとの間の隙間にある流体（水１１）の抵抗により吸収することで、ラック箱２１の水平変位（水平震動）に伴う流体の抵抗エネルギに効率良く変換することができる。

加えて、下部抵抗板２６では、水１１の流れが発生したとき、底板２１ａと底板２２ａとの間の水１１の流れる方向と、上下方向に立設した下部抵抗板２６の水平変位方向Ｈとが逆となるので、下部抵抗板２６に大きな流体抵抗が発生し、地震によるエネルギを流体の抵抗エネルギに更に効率良く変換することができる。又、下部抵抗板２６を格子状に配置しているので、地震による水平力がどの水平方向に働いても、上下方向に立設した下部抵抗板２６において、大きな流体抵抗を発生させることができる。

又、上部抵抗板２７でも、水１１の流れが発生したとき、側壁２１ｂと側壁２２ｂの間の隙間を上方に抜ける水１１の流れに対して、当該隙間を覆う上部抵抗板２７が大きな抵抗となるので、上部抵抗板２７に大きな流体抵抗が発生し、地震によるエネルギを流体の抵抗エネルギに更に効率良く変換することができる。

このようにして、ラック箱２１の水平変位（水平振動）により発生する流体抵抗を効率的かつ有効に活用し、地震によるエネルギを流体の抵抗エネルギに変換することで、台箱２２自体の床面１２ａに対する相対変位を抑えて、その脚２４が床面１２ａを滑らないようにすること、つまり、台箱２２自体の床面１２ａに対する横滑りを抑制することができる。これは、どの水平方向にラック箱２１が変位しても、同じ作用、効果を奏する。従って、どの方向に震動するか分からない地震による水平力が働いても対応可能である。

加えて、ラック２０Ｂでは、下部抵抗板２６、上部抵抗板２７がラック箱２１の振動運動の邪魔にならない位置に設けられているので、この振動運動を阻害することなく、実施例１のラック２０Ａよりも流体抵抗が大きくなり、この結果、地震によるエネルギを、より効率的に消費して、台箱２２の脚２４の床面１２ａに対する横滑りをより低減することができる。又、大きな流体抵抗が発生するので、ラック箱２１の変位時に、ラック箱２１の側壁２１ｂと台箱２２の側壁２２ｂの接触も防止、抑制することができる。

なお、下部抵抗板２６の配置は、流体抵抗を増加できれば、格子状に限らず、格子状以外の配置でも良い。特に、ラック箱２１の底板２１ａの下面側には下部弾性部材２３が配置されて、ラック箱２１の底板２１ａと台箱２２の底板２２ａとの間には所定の隙間（所定の流路幅）が確保されており、このため、下部抵抗板２６の配置の自由度は高い。例えば、図７に示すように、複数の下部抵抗板２８を、底板２１ａの中央に向かって流路を狭めるように、例えば、放射状に（ハの字のように）配置しても良い。

このように、底板２１ａの中央に向かって流路を狭めるように、複数の下部抵抗板２８を配置しているので、実施例１のラック２０Ａよりも流体抵抗が大きくなり、この結果、地震によるエネルギを、より効率的に消費して、台箱２２の脚２４の床面１２ａに対する横滑りをより低減することができる。

又、例えば、図８に示すように、側壁２１ｂと側壁２２ｂの間の隙間に、更に、側部抵抗板２９を設けるようにしても良い。

この側部抵抗板２９は、台箱２２の側壁２２ｂの内壁側に設けられ、側壁２１ｂと側壁２２ｂとの間の隙間を狭めるように、内側に向けて延設されている。又、台箱２２の側壁２２ｂの内壁に沿って、側部抵抗板２９を全周に設けて良いが、全周に限らず、その一部に設けるようにしても良い。この側部抵抗板２９は、上記隙間を狭くすることで、つまり、側壁２１ｂと側壁２２ｂとの間の流路を狭くすることで、流体抵抗を増加させている。但し、側部抵抗板２９を設ける場合、ラック箱２１の変位時に、側部抵抗板２９がラック箱２１に接触しないように、側部抵抗板２９の長さを側壁２１ｂと側壁２２ｂとの間の隙間より小さく設定するか、又は、側壁２１ｂと側壁２２ｂとの間の隙間を側部抵抗板２９の長さより大きく設定する必要がある。このとき、地震時の変位量を考慮しても良い。

上記の側部抵抗板２９は、台箱２２の側壁２２ｂの内壁側に代えて、ラック箱２１の側壁２２ｂの外壁側に設けても良く、この場合、側部抵抗板２９を内側に向けて延設するようにすれば良い。

この側部抵抗板２９により、地震によるエネルギを消費して、台箱２２の脚２４の床面１２ａに対する横滑りをより低減することができ、ピット壁１２ｂやラック２０Ａ同士の衝突による損傷をより低減することができる。

本発明は、フリースタンディング・ラックと呼ばれる自立式のラックに好適なものである。

１１ 水
１２ ピット
１２ａ 床面
１２ｂ ピット壁
２０Ａ、２０Ｂ ラック
２１ ラック箱
２１ａ 底板
２１ｂ 側壁
２２ 台箱
２２ａ 底板
２２ｂ 側壁
２３ 下部弾性部材
２４ 脚
２５ 側部弾性部材
２６ 下部抵抗板
２７ 上部抵抗板
２８ 下部抵抗板
２９ 側部抵抗板

Claims (6)

1. 流体中に設置される自立式ラックであって、
   前記流体を貯留する場所の床面に、複数の脚により自立して設置される第１の箱と、
   格納物を格納すると共に、前記流体を介在させる隙間を空けて前記第１の箱の内部に収容される第２の箱と、
   前記第１の箱の底板と前記第２の箱の底板との間に設けられ、前記第２の箱を支持する複数の弾性部材とを有する
   ことを特徴とする自立式ラック。
2. 請求項１に記載の自立式ラックにおいて、
   前記第１の箱の底板と前記第２の箱の底板との間であって、前記第１の箱の底板の上面側又は前記第２の箱の底板の下面側に、前記第２の箱の底板の下面側又は前記第１の箱の底板の上面側に向かって延設された第１の抵抗板を設けた
   ことを特徴とする自立式ラック。
3. 請求項２に記載の自立式ラックにおいて、
   前記第１の抵抗板を、上方から見て、格子状に複数配置するか、又は、放射状に複数配置した
   ことを特徴とする自立式ラック。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の自立式ラックにおいて、
   前記第１の箱の側壁の上端又は前記第２の箱の側壁の上端に、前記第１の箱の側壁と前記第２の箱の側壁との間の隙間の出口を覆う第２の抵抗板を設けた
   ことを特徴とする自立式ラック。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の自立式ラックにおいて、
   前記第１の箱の側壁と前記第２の箱の側壁との間に他の弾性部材を設けた
   ことを特徴とする自立式ラック。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の自立式ラックにおいて、
   前記第１の箱の側壁と前記第２の箱の側壁との間であって、前記第１の箱の側壁の内面側又は前記第２の箱の側壁の外面側に、水平方向に延設された第３の抵抗板を設けた
   ことを特徴とする自立式ラック。

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