JP6655350B2 - 使用済燃料ラック支持構造及び使用済燃料ラック - Google Patents

Description

本発明は、核燃料貯蔵施設の使用済燃料プールの冷却水中に、使用済燃料棒を収納した状態で配置される使用済燃料ラックの支持構造及び使用済燃料ラックに関する。

原子力発電所で発生した使用済燃料棒は、核燃料貯蔵施設に貯蔵して保管される。この際、使用済燃料棒は、核燃料集合体として角管内に収容された状態で使用済燃料ラックのセル中に収納され、核燃料貯蔵施設の使用済燃料プール内に貯蔵される。使用済燃料プールには冷却水が貯留されており、使用済燃料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。近年の原子力発電所の耐震性向上要求に伴い、使用済燃料ラックについても耐震補強が求められている。

特許文献１には、使用済燃料ラックの支持構造として、シリンダとピストンからなるダンパを使用済燃料プールの内壁面と使用済燃料ラックの外側面との間の間隔に設置する構成が記載されている。

特開２０１３−１０４７３８号公報

ところで、使用済燃料ラックは、使用済燃料プールの底部に強固に（剛に）固定されている。よって、支持構造は、地震等の振動が印加された際は、使用済燃料プール側の振動を使用済燃料ラックに直接的に伝達しなければ、ラックの振動が過大となり、ラック等の破損につながる虞がある。
特許文献１に記載されている支持構造の場合、ピストンの外周面とシリンダの内周面との間の隙間を冷却水が通過することにより、使用済燃料プール側の振動が使用済燃料ラックに直接的に伝達されず、ラックの振動が過大となるという課題がある。

この発明は、使用済燃料プールの内壁面と使用済燃料ラックの外側面の一方の移動速度が小さい場合は、内壁面と外側面との間の間隔の変化を吸収し、内壁面と外側面の一方の移動速度が大きい場合は、剛体のように振る舞い、他方の振動が過大となることを防止することができる使用済燃料ラック支持構造及び使用済燃料ラックを提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、使用済燃料ラック支持構造は、冷却水が貯留された使用済燃料プールの内壁面と前記使用済燃料プール内に設けられた使用済燃料ラックの外側面との間に設けられる使用済燃料ラック支持構造であって、前記内壁面と前記外側面との一方に当接するロッド部と、前記ロッド部の一端に設けられたピストン本体とを有するピストンと、前記内壁面と前記外側面との他方に固定され、前記ピストン本体が摺動可能に嵌め込まれる凹部を有するとともに、前記ピストン本体と前記シリンダの凹部の底部との間に画成された空間内と前記シリンダの外部とを連通させる連通部を有するシリンダと、を備え、前記連通部は、前記連通部を流れる冷却水の流量が閾値よりも増加すると閉状態となるヒューズ弁を有する。

このような構成によれば、内壁面と外側面の一方の移動速度が小さい場合には、空間の水圧が緩やかに上昇することにより、連通部から圧力損失が大きくなることなく冷却水が流出する。これにより、一方の移動は他方に伝達されない。
内壁面と外側面の一方の移動速度が大きい場合には、連通部の圧力損失の増加により、連通部から十分に冷却水が流出することなく空間内の水圧が急に上昇する。これにより、空間の水圧がシリンダに作用して一方の移動が他方に伝達される。
即ち、内壁面と外側面の一方の移動速度が小さい場合は、内壁面と外側面との間の間隔の変化を吸収して、使用済燃料ラック、使用済燃料プール、又は支持構造自身に過大な力が作用することを防止することができる。また、地震等、内壁面と外側面の一方の移動速度が大きい場合は、シリンダ、ピストン、及び空間内の冷却水が剛体のように振る舞い、他方の振動が過大となることを防止することができる。

上記使用済燃料ラック支持構造において、前記ピストンは、前記ピストン本体の外周面に設けられ、前記シリンダの内周面に密着するシール部材を有してよい。

このような構成によれば、空間から、ピストン本体の外周面とシリンダの内周面との間の隙間を介して冷却水が漏れることを防止することができる。

このような構成によれば、内壁面の移動速度が大きくなるのに伴い連通部が閉状態となるため、空間の水圧を介して確実に使用済燃料プールの移動を使用済燃料ラックに伝達することができる。

上記使用済燃料ラック支持構造において、前記ヒューズ弁は、連通部に形成された弁座と、前記弁座に着座することで連通部を閉状態とする弁体と、前記弁体を弁座から離れる方向に付勢する弾性部材と、を有してよい。

上記使用済燃料ラック支持構造において、前記空間内の水圧が閾値以上となった場合に開状態となるリリーフ弁を備えてもよい。

このような構成によれば、空間内の水圧が過大に上昇した場合に、シリンダが内部圧力に耐え切れずに損傷することを防止することができる。

また、使用済燃料ラック支持構造は、冷却水が貯留された使用済燃料プールの内壁面と前記使用済燃料プール内に設けられた使用済燃料ラックの外側面との間に設けられる使用済燃料ラック支持構造であって、前記内壁面と前記外側面との一方に当接するロッド部と、前記ロッド部の一端に設けられたピストン本体とを有するピストンと、前記内壁面と前記外側面との他方に固定され、前記ピストン本体が摺動可能に嵌め込まれる凹部を有するシリンダであって、前記ピストン本体と前記シリンダの凹部の底部との間に画成された空間内と前記シリンダの外部とを連通させる連通部を有するシリンダと、を備え、前記連通部は、前記連通部の連通部の延在方向に互いに間隔を開けて複数配置されている室部と、隣り合う前記室部同士を接続する複数の絞り部と、を有する。

このような構成によれば、連通部におけるキャビテーション事象による空気泡の発生を抑制することができる。これにより、空間内に空気泡が入り込み、圧力変化応答が遅れることを防止することができる。

また、使用済燃料ラック支持構造は、冷却水が貯留された使用済燃料プールの内壁面と前記使用済燃料プール内に設けられた使用済燃料ラックの外側面との間に設けられる使用済燃料ラック支持構造であって、前記内壁面と前記外側面との一方に当接するロッド部と、前記ロッド部の一端に設けられたピストン本体とを有するピストンと、前記内壁面と前記外側面との他方に固定され、前記ピストン本体が摺動可能に嵌め込まれる凹部を有するとともに、前記ピストン本体と前記シリンダの凹部の底部との間に画成された空間内と前記シリンダの外部とを連通させる連通部を有するシリンダと、を備え、前記連通部は、前記ピストン本体が前記底部に近づく相対移動によって開放状態から前記ピストン本体に閉鎖される閉鎖状態となる閉鎖貫通孔と、前記閉鎖貫通孔に対して前記相対移動方向の前記底部側に隣接して設けられて前記ピストン本体の相対移動に関わらず開放状態である開放貫通孔と、を有してよい。

このような構成によれば、ピストン本体が底部に近づく相対移動が小さい場合においては、閉鎖貫通孔が開状態となり、連通部から圧力損失が大きくなることなく冷却水が流出する。これにより、一方の移動は他方に伝達されない。
ピストン本体が底部に近づく相対移動が大きい場合においては、閉鎖貫通孔が閉状態となり、連通部の圧力損失が増加する。連通部の圧力損失の増加により、連通部から十分に冷却水が流出することなく空間内の水圧が急に上昇する。これにより、空間の水圧がシリンダに作用して一方の移動が他方に伝達される。
即ち、相対移動が小さい場合は、内壁面と外側面との間の間隔の変化を吸収し、相対移動が大きい場合は、剛体のように振る舞い、他方の振動が過大となることを防止することができる。

上記使用済燃料ラック支持構造において、前記連通部は、前記シリンダの上部に設けられた第一連通部と、前記シリンダの下部に設けられた第二連通部と、を有してよい。

このような構成によれば、使用済燃料ラック支持構造を使用済燃料プール内に沈める際に、シリンダの第二連通部から冷却水が流入するとともに、第一連通部から空気が流出する。これにより、空間内に空気溜まりが生じることを防止することができる。

本発明の第二の態様によれば、使用済燃料ラックは、上記いずれかの使用済燃料ラック支持構造を有する。

本発明によれば、内壁面と外側面の一方の移動速度が小さい場合は、内壁面と外側面との間の間隔の変化を吸収し、内壁面と外側面の一方の移動速度が大きい場合は、剛体のように振る舞い、他方の振動が過大となることを防止することができる。

本発明の第一実施形態の使用済燃料ラック支持構造が適用される使用済燃料プールの平面図である。 本発明の第一実施形態の使用済燃料プールの縦断面図である。 本発明の第一実施形態の使用済燃料ラック支持構造の概略側断面図である。 本発明の第一実施形態の使用済燃料ラック支持構造の作用を説明する概略側断面図である。 本発明の第一実施形態の使用済燃料ラック支持構造の作用を説明する概略側断面図である。 本発明の第一実施形態の使用済燃料ラック支持構造の施行方法を説明する概略側断面図である。 本発明の第二実施形態の使用済燃料ラック支持構造の概略側断面図である。 図７のＡ拡大図であり、本発明の第二実施形態の使用済燃料ラック支持構造のフローヒューズ弁の概略断面図である。 本発明の第二実施形態の使用済燃料ラック支持構造の作用を説明する概略側断面図である。 本発明の第三実施形態の使用済燃料ラック支持構造の絞り孔の概略側断面図である。 本発明の第四実施形態の使用済燃料ラック支持構造の概略側断面図である。 本発明の第四実施形態の使用済燃料ラック支持構造の作用を説明する概略側断面図である。 本発明の第五実施形態の使用済燃料ラック支持構造の概略平面図である。 本発明の第七実施形態の使用済燃料ラック支持構造の概略側断面図である。 本発明の第八実施形態の使用済燃料ラック支持構造の概略側断面図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態の使用済燃料ラック支持構造について説明する。本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１が適用される使用済燃料ラック（核燃料貯蔵用ラック）は、例えば原子力発電所で発生した使用済燃料棒（使用済核燃料）を核燃料貯蔵施設の使用済燃料プール（貯蔵ピット）内の冷却水中に貯蔵して保管するものである。

図１及び図２に示すように、使用済燃料ラック３５は、冷却水Ｆが貯留された使用済燃料プール３１の内部に設置されている。
使用済燃料プール３１は平面視して矩形状をなす凹状空間である。使用済燃料プール３１の底面３２には、矩形状の厚板であるベースフレーム３４が固定されている。使用済燃料ラック３５は、ベースフレーム３４上に固定されている。

使用済燃料ラック３５は、底を有する四角筒形状をなしている。使用済燃料ラック３５は上方が開口しており、内部に複数の四角筒が均等間隔で配置されている。複数の四角筒は互いに溶接により固定されており、これにより、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３６が形成されている。
複数の使用済燃料ラック３５は、使用済燃料プール３１の中央にて、ベースフレーム３４上に互いに所定の隙間をもって６個配置されている。使用済燃料ラック３５と使用済燃料プール３１の壁面との間には、所定の隙間が形成されている。使用済燃料プール３１には、内部に使用済燃料ラック３５の全体が浸漬されるように冷却水Ｆが充填されている。

使用済燃料ラック支持構造１は、使用済燃料プール３１の内壁面３３と使用済燃料ラック３５の外側面３７との間に配置されている。使用済燃料ラック支持構造１は、使用済燃料プール３１の内壁面３３と使用済燃料ラック３５の外側面３７の上部との間であって、６個の使用済燃料ラック３５の四方に設けられている。

図３に示すように、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１は、使用済燃料ラック３５の外側面３７に固定されたシリンダ２と、シリンダ２内に摺動可能に嵌め込まれているピストン１０と、フタ１４と、を有している。使用済燃料ラック支持構造１の全体は、冷却水Ｆに浸漬される。また、シリンダ２の内部も冷却水Ｆで完全に満たされる。即ち、シリンダ２とピストン１０によって画成される第一空間１６は冷却水Ｆで満たされ、第一空間１６の内部には気体は存在しない。

シリンダ２は、有底円筒状をなす部材である。シリンダ２は、円筒部３と、円筒部３の軸方向の一端に形成されている底部４と円筒部３の軸方向の両端に形成されている第一フランジ部５及び第二フランジ部６と、を有している。第一フランジ部５及び第二フランジ部６は、円筒部３の両端からシリンダ２の径方向の外側に突出している。シリンダ２は、第一フランジ部５を介して使用済燃料ラック３５の外側面３７に、例えばボルト２７のような締結部材によって固定されている。
円筒部３の内周側であって、円筒部３と底部４とに囲まれた領域は、ピストン１０のピストン本体１１が摺動可能に嵌め込まれる凹部９である。

ピストン１０は、シリンダ２の凹部９に摺動可能に嵌め込まれる円柱形状のピストン本体１１と、ピストン本体１１に接続されたロッド部１２と、を有している。ピストン本体１１は、ロッド部１２の一端に設けられている。ピストン本体１１の直径は、シリンダ２の円筒部３の内径よりも僅かに小さい。ピストン本体１１とシリンダ２の凹部９の底部４との間には、第一空間１６が画成される。

ピストン１０は、ピストン本体１１の外周面１１ａに設けられ、周方向に延在するシール部材１３を有している。シール部材１３は、シリンダ２の内周面２ａに密着する。シール部材１３が設けられていることによって、第一空間１６から、ピストン本体１１の外周面１１ａとシリンダ２の円筒部３の内周面２ａとの間の隙間を介して冷却水Ｆが漏れることはない。
ピストン本体１１の外周面１１ａには、周方向に延在する軸受２４が設けられている。軸受２４は、ピストン本体１１がシリンダ２の内周面２ａを摺動する際にピストン本体１１を支持する滑り軸受２４である。

シール部材１３を形成する材料は、インコネル６００、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３１６Ｌ等の耐放射線性の高い材料が好ましい。同様に、軸受２４を形成する材料は、黄銅、カーボンファイバー等の耐放射線性の高い材料が好ましい。

ロッド部１２は、ピストン本体１１と同軸となるように、ピストン本体１１の一端に接続された円柱形状の部材である。ロッド部１２の直径は、ピストン本体１１の直径よりも小さい。
ロッド部１２の軸方向の長さは、使用済燃料ラック３５の外側面３７と使用済燃料プール３１の内壁面３３との間の間隔に応じて適時調整される。具体的には、ロッド部１２の長さは、ピストン本体１１が、凹部９の略中央に位置するときに、ロッド部１２の端部が使用済燃料プール３１の内壁面３３に当接するように調整される。

フタ１４は、ピストン１０がシリンダ２から外れることを防止するための部材である。フタ１４は、ピストン１０の円筒部３の底部４とは反対側の端部の第二フランジ部６にボルト２７及びナット２８等の締結部材を用いて固定されている。フタ１４には、複数の流通孔１５が形成されている。流通孔１５は、フタ１４とシリンダ２とピストン本体１１とによって画成される第二空間１７と、シリンダ２の外部とを連通させる。シリンダ２とフタ１４によって画成される第二空間１７は冷却水Ｆで満たされている。

第一空間１６には、シリンダ２の底部４から離間させるようにピストン１０を付勢する圧縮コイルばね１８が配置されている。圧縮コイルばね１８は、圧縮コイルばね１８の軸線が、シリンダ２と同軸となるように、シリンダ２の底部４に固定されている。

シリンダ２の円筒部３には、第一絞り孔７（第一連通部）及び第二絞り孔８（第二連通部）が形成されている。第一絞り孔７は、シリンダ２の上部に設けられている。第二絞り孔８は、シリンダ２の下部に設けられている。シリンダ２は、第一絞り孔７及び第二絞り孔８の軸方向が鉛直方向に沿うように使用済燃料プール３１の内壁面３３に取り付けられている。第一絞り孔７及び第二絞り孔８は、第一空間１６と、シリンダ２の外部とを連通させる連通部として機能する。
第一絞り孔７及び第二絞り孔８は、断面形状が円形の貫通孔である。シリンダ２の内径を例えば２００ｍｍとすると、第一絞り孔７及び第二絞り孔８の最も細い部分の内径は、例えば０．５ｍｍから１ｍｍとすることができる。

次に、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１の作用について説明する。
使用済燃料ラック支持構造１のシリンダ２は使用済燃料ラック３５の外側面３７に固定されており、ピストン１０のロッド部１２は、圧縮コイルばね１８の付勢力によって使用済燃料プール３１の内壁面３３に当接している。

（雰囲気温度変動時）
まず、雰囲気温度（冷却水温度）が変動した場合における、使用済燃料ラック支持構造１の作用について説明する。例えば、雰囲気温度が上昇した場合、使用済燃料ラック３５と使用済燃料プール３１の熱伸びによって、使用済燃料ラック３５と使用済燃料プール３１との間の間隔が小さくなる。これにより、ピストン本体１１がシリンダ２の底部４に近づき、第一空間１６の内部の冷却水Ｆが圧縮される。また、第一空間１６内の冷却水Ｆの温度が上昇すると、第一空間１６内の冷却水Ｆの体積が増加する。

以上、２つの事象により、第一空間１６内の水圧が上昇する。第一空間１６内の水圧が上昇すると、絞り孔７，８から冷却水Ｆが流出する。即ち、雰囲気温度の上昇による熱伸びは、ピストン１０がシリンダ２内を摺動することにより吸収される。
ピストン本体１１の外周面１１ａ（摺動部）には、シール部材１３及び軸受２４が設けられていることによって、第一空間１６とシリンダ２の外部との間の冷却水Ｆの往来は、絞り孔を通してのみ行われる。

（地震振動印加時）
次に、地震等により振動が印加された場合における、使用済燃料ラック支持構造１の作用について説明する。図４に示すように、振動により、使用済燃料プール３１の内壁面３３がピストン１０を押すと、ピストン１０により第一空間１６内の冷却水Ｆが圧縮され、絞り孔７，８を通して冷却水Ｆが排出される。また、流通孔１５を介して冷却水Ｆが第二空間１７に流入する。
ここで、地震等による振動によって水平方向に移動する使用済燃料プール３１の内壁面３３の速度が大きくなり、冷却水Ｆの排出速度が増加すると、絞り孔７，８における圧力損失が大きくなる。即ち、冷却水Ｆが絞り孔より排出されにくくなる。絞り孔における圧力損失が大きくなると、第一空間１６内の圧力が増加する。

第一空間１６内の圧力が増加することによって、使用済燃料プール３１の内壁面３３がピストン１０を押す力が、シリンダ２を介して使用済燃料ラック３５の外側面３７に伝えられる。即ち、ピストン１０は、シリンダ２の内部を僅か（αｍｍ）に摺動するに留まり、シリンダ２とピストン１０とからなる使用済燃料ラック支持構造１が剛体として振る舞う。
これにより、使用済燃料プール３１の内壁面３３からの振動が使用済燃料ラック３５に伝達されて、使用済燃料ラック３５の振動が過大となることを防止することができる。

例えば、使用済燃料プール３１の内壁面３３が５ｍｍ移動したとすると、使用済燃料ラック３５の外側面３７は、第一空間１６内の冷却水Ｆの圧縮量αｍｍを差し引いて、（５−α）ｍｍ移動する。
図５に示すように、使用済燃料ラック３５側からシリンダ２が押される場合や、使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動方向がピストン１０から離れる方向に変動した際は、第一空間１６の水圧が高圧で保持となっているため、ピストン１０は内壁面３３の動きに追従する。

上述したように、シリンダ２の内径を例えば２００ｍｍとすると、第一絞り孔７及び第二絞り孔８の最も細い部分の内径は、例えば０．５ｍｍから１ｍｍとすることができる。具体的には、第一絞り孔７及び第二絞り孔８の断面積（開口面積）は、雰囲気温度変動時（熱伸び時）に第一空間１６内の体積変化により生じる冷却水Ｆの流入出量により決定することができる。

上記実施形態によれば、使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動速度が小さい場合には、第一空間１６の水圧が緩やかに上昇することにより、絞り孔７，８における圧力損失が大きくなることなく絞り孔７，８におけるから冷却水Ｆが流出する。これにより、使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動は使用済燃料ラック３５の外側面３７に伝達されない。
使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動速度が大きい場合には、絞り孔７，８の圧力損失の増加により、絞り孔７，８から十分に冷却水Ｆが流出することなく第一空間１６内の水圧が急に上昇する。これにより、第一空間１６の水圧がシリンダ２に作用して使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動が使用済燃料ラック３５の外側面３７に伝達される。

即ち、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１は、使用済燃料プール３１の内壁面３３移動速度が小さい場合は、内壁面３３と外側面３７との間の間隔の変化を吸収して、使用済燃料ラック３５、使用済燃料プール３１、又は支持構造１自身に過大な力が作用することを防止することができる。また、地震等、使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動速度が大きい場合は、シリンダ２、ピストン１０、及び第一空間１６内の冷却水Ｆが剛体のように振る舞い、使用済燃料ラック３５の外側面３７の振動が過大となることを防止することができる。

使用済燃料プール３１の内壁面３３ではなく、使用済燃料ラック３５の外側面３７が移動する場合も同様である。即ち、揺れが繰り返される場合等、使用済燃料ラック３５が使用済燃料プール３１側に移動する場合にも、上記作用を発揮させることができる。

また、ピストン１０のピストン本体１１の外周面１１ａにシール部材１３が設けられていることによって、第一空間１６から、ピストン本体１１の外周面１１ａとシリンダ２の内周面２ａとの間の隙間を介して冷却水Ｆが漏れることを防止することができる。

（施工方法）
次に、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１の施行方法について説明する。
図６に示すように、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１を使用済燃料ラック３５に取り付ける際は、まず、ピストン固定治具２９を用いてピストン１０を圧縮する。ピストン固定治具２９は、一方向に延在する基礎部３８と、基礎部３８の延在方向の端部から突出するピストン固定部３９とからなる。

ピストン固定治具２９は、基礎部３８をシリンダ２又はフタ１４に固定することによって、ピストン固定部３９がピストン１０を圧縮した状態で固定するように形成されている。
次に、２つの絞り孔７，８がシリンダ２の上下に配置されるようにして、使用済燃料ラック支持構造１を使用済燃料プール３１に沈める。
次に、シリンダ２を使用済燃料ラック３５の外側面３７に固定し、ピストン固定治具２９を取り外す。ピストン固定治具２９を取り外すことにより、圧縮コイルばね１８の弾性力によってピストン１０のロッド部１２が使用済燃料プール３１の内壁面３３に当接する。この際、第二絞り孔８から第一空間１６内に冷却水Ｆが流入するとともに、第一絞り孔７からは、第一空間１６の空気が流出する。

上記施工方法によれば、使用済燃料ラック支持構造１を使用済燃料プール３１内に沈める際に、シリンダ２の下方の第二絞り孔８から冷却水Ｆが流入するとともに、シリンダ２の上方の第一絞り孔７から空気が流出する。これにより、第一空間１６内に空気溜まりが生じることを防止することができる。

なお、上記実施形態では、使用済燃料プール３１内に設置された使用済燃料ラック３５に使用済燃料ラック支持構造１と取り付ける方法を説明したが、使用済燃料プール３１外で使用済燃料ラック３５に使用済燃料ラック支持構造１を取り付けた状態で、使用済燃料プール３１内に沈める構成としてもよい。即ち、使用済燃料ラック支持構造１を有する使用済燃料ラック３５を準備して、この使用済燃料ラック３５を使用済燃料プール３１に設置する構成としてもよい。

また、シリンダ２を使用済燃料ラック３５に固定する構成としたが、これに限ることはない。例えば、シリンダ２を使用済燃料プール３１の内壁面３３に固定する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、ピストン１０のロッド部１２を固定しない構造としたが、これに限ることはなく、ピストン１０のロッド部１２は、使用済燃料プール３１の内壁面３３又は使用済燃料ラック３５の外側面３７に固定してよい。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｂを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｂは、絞り孔７，８にフローヒューズ弁１９（ヒューズ弁）が設けられている。フローヒューズ弁１９は、通常の状態においては開状態であり、絞り孔７，８を流れる冷却水Ｆの流量が第一閾値よりも増加すると閉状態となる弁である。

図８に示すように、フローヒューズ弁１９は、第一絞り孔７に形成されている弁座２０と、弁座２０に着座することで第一絞り孔７を閉状態とする球状の弁体２１と、弁体２１を弁から離れる方向に付勢する弾性部材である弁用圧縮コイルばね２２と、弁座２０から離れた位置にある弁体２１を支持する支持部材２３と、を有している。
支持部材２３は、第一絞り孔７の内周面に、周方向に間隔を開けて複数設けられている。即ち、支持部材２３は、第一絞り孔７を流れる冷却水Ｆの流れを妨げることなく、弁体２１を支持する。

次に、フローヒューズ弁１９の作用について説明する。
絞り孔７，８を流れる冷却水Ｆの排出流量が増加し、弁体２１による圧力損失が弁用圧縮コイルばね２２のばね力を超えると、弁体２１が弁用圧縮コイルばね２２を押し縮める。これにより、弁体２１が弁座２０に着座してフローヒューズ弁１９は閉状態となる。フローヒューズ弁１９が閉状態となることによって、第一空間１６の水圧は、高圧状態で保持される。

次に、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｂの作用について説明する。
（雰囲気温度変動時）
雰囲気温度が変動した場合においては、絞り孔７，８を流れる冷却水Ｆの排出速度が小さいため、フローヒューズ弁１９は開状態（図８に示す状態）となる。この場合の、使用済燃料ラック支持構造１Ｂの挙動は、第一実施形態の使用済燃料ラック支持構造１と同様である。

（地震振動印加時）
図９に示すように、地震等により振動が印加された場合においては、絞り孔７，８を流れる冷却水Ｆの排出速度が大きくなるため、フローヒューズ弁１９は閉状態となる。これにより、絞り孔７，８からは冷却水Ｆが排出されなくなるため、第一空間１６の水圧は、第一実施形態の使用済燃料ラック支持構造１と比較して高くなる。
フローヒューズ弁１９が閉状態となる第一閾値は、地震等の振動が印加された際に、絞り孔７，８を流れる冷却水Ｆの流量に基づいて設定することができる。

上記実施形態によれば、使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動速度が大きくなり、絞り孔７，８を流れる冷却水Ｆの排出流量が大きくなるのに伴いフローヒューズ弁１９が閉状態となる。これにより、第一空間１６の水圧を介して確実に使用済燃料プール３１の移動を使用済燃料ラック３５に伝達することができる。

また、フローヒューズ弁１９が開状態で固着した場合においても、地震等の振動が印加された際に、絞り孔７，８における圧力損失により、シリンダ２、ピストン１０、及び第一空間１６内の冷却水Ｆを剛体のように振る舞わせることができる。

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｃを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１０に示すように、本実施形態の絞り孔７Ｃは、複数の絞り部２５を有している。即ち、本実施形態の絞り孔７Ｃは、多段絞り構造を有している。
具体的には、本実施形態の絞り孔７Ｃは、絞り孔７Ｃの延在方向（シリンダ２の径方向）に互いに間隔を開けて複数配置されている室部２６と、隣り合う室部２６同士を接続する複数の絞り部２５とから構成されている。

上記実施形態によれば、絞り孔７Ｃにおけるキャビテーション事象による空気泡の発生を抑制することができる。これにより、第一空間１６内に空気泡が入り込み、圧力変化応答が遅れることを防止することができる。

（第四実施形態）
以下、本発明の第四実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｄを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１１に示すように、本実施形態のシリンダ２には複数（本実施形態では３つ）の貫通孔である絞り孔５１が形成されている。複数の絞り孔５１の配列方向は、ピストン１０のストローク方向、即ち、シリンダ２の軸方向に沿っている。

複数の絞り孔５１のうち、最もシリンダ２の底部４側に設けられている絞り孔５１は、ピストン本体１１のシリンダ２に対する相対移動に関わらず開放状態である開放絞り孔５２（開放貫通孔）である。
複数の絞り孔５１のうち、底部４側とは反対の側に設けられている二つの絞り孔５１は、閉鎖絞り孔５３（閉鎖貫通孔）である。閉鎖絞り孔５３は、ピストン本体１１が底部４に近づく相対移動によって開放状態からピストン本体１１に閉鎖される閉鎖状態となる。
即ち、開放絞り孔５２は、閉鎖絞り孔５３に対してピストン１０の相対移動方向の底部４側に隣接して設けられている。

全ての絞り孔５１は、通常の状態（図１１に示す状態）においては、ピストン本体１１によって閉鎖されておらず、第一空間１６とシリンダ２の外部とを連通させる連通部として機能する。
図１２に示すように、閉鎖絞り孔５３は、ピストン本体１１の移動に伴いピストン本体１１に閉鎖される位置に配置されている。

次に、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｄの作用について説明する。
（雰囲気温度変動時）
雰囲気温度が変動した場合、即ち、使用済燃料ラック３５と使用済燃料プール３１の熱伸びが生じた場合は、複数の絞り孔５１により十分な開口面積が得られる。これにより、第一空間１６内の水圧を過度に上昇させることなく、複数の絞り孔５１から冷却水Ｆを流出させることができる。

（地震振動印加時）
図１２に示すように、地震等により振動が印加された場合、ピストン１０の移動（第一空間１６の圧縮）に伴い、複数の絞り孔５１のうち閉鎖絞り孔５３が閉鎖される。即ち、絞り孔５１の開口面積が小さくなることにより圧力損失が大きくなり、第一空間１６内の水圧が上昇しやすくなる。これにより、地震等の振動の印加時においては、より使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動が使用済燃料ラック３５に伝達しやすくなる。

上記実施形態によれば、ピストン本体１１が底部４に近づく相対移動が小さい場合においては、閉鎖絞り孔５３が開状態となり、複数の絞り孔５１から圧力損失が大きくなることなく冷却水Ｆが流出する。これにより、使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動は使用済燃料ラック３５の外側面３７に伝達されない。
ピストン本体１１が底部４に近づく相対移動が大きい場合においては、閉鎖絞り孔５３が閉状態となり、複数の絞り孔５１の圧力損失が増加する。絞り孔５１の圧力損失の増加により、絞り孔５１から十分に冷却水Ｆが流出することなく第一空間１６内の水圧が急に上昇する。これにより、第一空間１６の水圧がシリンダ２に作用して使用済燃料プール３１の内壁面３３の移動が使用済燃料ラック３５の外側面３７に伝達される。

即ち、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｄは、ピストン本体１１が底部４に近づく相対移動が小さい場合は、内壁面３３と外側面３７との間の間隔の変化を吸収し、相対移動が大きい場合は、剛体のように振る舞い、使用済燃料ラック３５の振動が過大となることを防止することができる。
なお、絞り孔５１の数は、閉鎖絞り孔５３と開放絞り孔５２とが設けられていれば３つに限ることはない。

（第五実施形態）
以下、本発明の第五実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｅを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１３に示すように、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｅは、ピストン保持構造４０を備えている。ピストン保持構造４０は、ピストン１０のロッド部１２の端部に形成された突起部４１と、突起部４１を保持する一対のリブ部４２と、を有している。

突起部４１は、ロッド部１２のピストン本体１１とは反対側の端部に形成されている。突起部４１は、ロッド部１２の端部から水平方向の両側に突出している。
一対のリブ部４２は、突起部４１と係合する部材であり、使用済燃料プール３１の内壁面３３に固定されている。各々のリブ部４２は、平面視にてＬ字状をなし、内壁面３３に固定されている固定部４３と、固定部４３の先端から内壁面３３と平行な方向に突出する保持部４４と、を有している。リブ部４２の内壁面３３と対向する面と内壁面３３との距離は、突起部４１の厚さよりも少し大きい。
リブ部４２は、ピストン１０を鉛直方向に摺動可能に保持する。また、ピストン１０は、リブ部４２に上方から挿入することができる。

上記実施形態によれば、高周波の地震等の振動の印加時においても、ピストン１０と使用済燃料プール３１の内壁面３３とが離れることなく、より振動をピストン１０を介して使用済燃料ラック３５に伝達することができる。
また、施工時においては、使用済燃料ラック支持構造１の上下方向の移動を妨げることなく、ピストン１０をリブ部４２に挿入することができる。
なお、シリンダ２を使用済燃料プール３１の内壁面３３に固定する構成の場合は、リブ部４２を使用済燃料ラック３５の外側面３７に設けることができる。

（第六実施形態）
以下、本発明の第六実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｆを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１４に示すように、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｆは、絞り孔７，８に設けられた電磁弁４６と、地震の発生を検出することができる地震検出装置４７と、電磁弁４６を操作する制御装置４８と、を有している。

電磁弁４６は、電気的に駆動可能な弁であり、電磁石の磁力を用いて開閉可能な弁を有している。電磁弁４６が閉状態となることによって、絞り孔７，８を完全に閉鎖することができる。
地震検出装置４７は、地震発生と同時に、揺れの大きさを検出し、最大加速度が所定の加速度以上であると判断された場合、信号を発する装置である。
制御装置４８は、地震検出装置４７から発生された信号に基づいて電磁弁４６を制御する装置である。

次に、本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１の作用について説明する。
通常の状態においては、電磁弁４６は開状態である。即ち、冷却水Ｆは絞り孔７，８を流通することができる。
地震が発生すると、地震検出装置４７が地震の揺れの大きさを検出する。地震の揺れの大きさが所定御加速度以上だった場合、地震検出装置４７から信号が発せられる。制御装置４８は、信号を受信すると、電磁弁４６を閉状態にする。

上記実施形態によれば、地震発生時において、絞り孔７，８が閉状態となるため、第一空間１６の水圧を介して確実に使用済燃料プール３１の移動を使用済燃料ラック３５に伝達することができる。

（第七実施形態）
以下、本発明の第七実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｇを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｇは、第二実施形態の使用済燃料ラック支持構造１Ｂが備えるフローヒューズ弁１９に加えて、リリーフ弁４９を有している。リリーフ弁４９は、第一空間１６内の水圧が第二閾値以上になった場合に自動的に開状態となる弁である。リリーフ弁４９が開く第二閾値は、シリンダ２が破壊される圧力や、塑性変形を起し始める圧力とすることができる。

上記実施形態によれば、第一空間１６内の水圧が過大に上昇した場合に、シリンダ２が内部圧力に耐え切れずに損傷することを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。

１ 使用済燃料ラック支持構造
２ シリンダ
２ａ 内周面
３ 円筒部
４ 底部
５ 第一フランジ部
６ 第二フランジ部
７ 第一絞り孔（第一連通部）
８ 第二絞り孔（第二連通部）
９ 凹部
１０ ピストン
１１ ピストン本体
１１ａ 外周面
１２ ロッド部
１３ シール部材
１４ フタ
１５ 流通孔
１６ 第一空間（空間）
１７ 第二空間
１８ 圧縮コイルばね
１９ フローヒューズ弁（ヒューズ弁）
２０ 弁座
２１ 弁体
２２ 弁用圧縮コイルばね
２３ 支持部材
２４ 軸受
２５ 絞り部
２６ 室部
２７ ボルト
２８ ナット
２９ ピストン固定治具
３１ 使用済燃料プール
３２ 底面
３３ 内壁面
３４ ベースフレーム
３５ 使用済燃料ラック
３７ 外側面
４０ ピストン保持構造
４１ 突起部
４２ リブ部
４３ 固定部
４４ 保持部
４６ 電磁弁
４７ 地震検出装置
４８ 制御装置
４９ リリーフ弁
５１ 絞り孔
５２ 開放絞り孔（開放貫通孔）
５３ 閉鎖絞り孔（閉鎖貫通孔）
Ｆ 冷却水

Claims (8)

1. 冷却水が貯留された使用済燃料プールの内壁面と前記使用済燃料プール内に設けられた使用済燃料ラックの外側面との間に設けられる使用済燃料ラック支持構造であって、
   前記内壁面と前記外側面との一方に当接するロッド部と、前記ロッド部の一端に設けられたピストン本体とを有するピストンと、
   前記内壁面と前記外側面との他方に固定され、前記ピストン本体が摺動可能に嵌め込まれる凹部を有するシリンダであって、前記ピストン本体と前記シリンダの凹部の底部との間に画成された空間内と前記シリンダの外部とを連通させる連通部を有するシリンダと、 を備え、
   前記連通部は、前記連通部を流れる冷却水の流量が閾値よりも増加すると閉状態となるヒューズ弁を有する使用済燃料ラック支持構造。
2. 前記ヒューズ弁は、連通部に形成された弁座と、前記弁座に着座することで連通部を閉状態とする弁体と、前記弁体を弁座から離れる方向に付勢する弾性部材と、を有する請求項１に記載の使用済燃料ラック支持構造。
3. 前記空間内の水圧が閾値以上となった場合に開状態となるリリーフ弁を備える請求項１又は請求項２に記載の使用済燃料ラック支持構造。
4. 冷却水が貯留された使用済燃料プールの内壁面と前記使用済燃料プール内に設けられた使用済燃料ラックの外側面との間に設けられる使用済燃料ラック支持構造であって、
   前記内壁面と前記外側面との一方に当接するロッド部と、前記ロッド部の一端に設けられたピストン本体とを有するピストンと、
   前記内壁面と前記外側面との他方に固定され、前記ピストン本体が摺動可能に嵌め込まれる凹部を有するシリンダであって、前記ピストン本体と前記シリンダの凹部の底部との間に画成された空間内と前記シリンダの外部とを連通させる連通部を有するシリンダと、を備え、
   前記連通部は、前記連通部の連通部の延在方向に互いに間隔を開けて複数配置されている室部と、隣り合う前記室部同士を接続する複数の絞り部と、を有する使用済燃料ラック支持構造。
5. 前記ピストンは、前記ピストン本体の外周面に設けられ、前記シリンダの内周面に密着するシール部材を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の使用済燃料ラック支持構造。
6. 冷却水が貯留された使用済燃料プールの内壁面と前記使用済燃料プール内に設けられた使用済燃料ラックの外側面との間に設けられる使用済燃料ラック支持構造であって、 前記内壁面と前記外側面との一方に当接するロッド部と、前記ロッド部の一端に設けられたピストン本体とを有するピストンと、
   前記内壁面と前記外側面との他方に固定され、前記ピストン本体が摺動可能に嵌め込まれる凹部を有するシリンダであって、前記ピストン本体と前記シリンダの凹部の底部との間に画成された空間内と前記シリンダの外部とを連通させる連通部を有するシリンダと、を備え、
   前記連通部は、前記ピストン本体が前記底部に近づく相対移動によって開放状態から前記ピストン本体に閉鎖される閉鎖状態となる閉鎖貫通孔と、前記閉鎖貫通孔に対して前記相対移動方向の前記底部側に隣接して設けられて前記ピストン本体の相対移動に関わらず開放状態である開放貫通孔と、を有する使用済燃料ラック支持構造。
7. 前記連通部は、前記シリンダの上部に設けられた第一連通部と、前記シリンダの下部に設けられた第二連通部と、を有する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の使用済燃料ラック支持構造。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の使用済燃料ラック支持構造を有する使用済燃料ラック。

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