JP6813465B2 - 燃料貯蔵ラックの連結装置及び燃料貯蔵ラック - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、原子力発電プラントの核燃料貯蔵施設に設置される燃料貯蔵ラックの連結装置及び燃料貯蔵ラックに関する。

使用済の燃料集合体は、原子炉から取り出されて核燃料貯蔵施設に貯蔵され保管される。核燃料貯蔵施設の燃料貯蔵プールには、使用済の燃料集合体を貯蔵する使用済燃料貯蔵ラックが設置されている。燃料貯蔵プールには、水が貯溜されおり、使用済燃料貯蔵ラック内に収納された燃料集合体は水で冷却されることで崩壊熱が除去される。

図１２に示すように、使用済燃料貯蔵ラック１は、従来、燃料貯蔵プール４のプール床４ａに基礎ボルト５により締結されて設置される。ここで、プール床４ａには、埋設金物（例えば鉄板）３７及びボス３８が結合されて、更にボス３８にアンカーボルト３９が螺合されて、それぞれ埋設されている。本実施形態では、基礎ボルト５は、アンカーボルト３９と同軸状態でボス３８に螺合される。このような使用済燃料貯蔵ラック１には、地震時の転倒モーメントＭによって、水平方向端部の基礎ボルト５に大きな引張荷重Ｐ、圧縮荷重Ｑが作用する。

つまり、図１２（Ａ）に示すように、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士が地震時に水平方向に反相で振動する場合には、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接し且つ引張荷重Ｐが作用した基礎ボルト５に対応するアンカーボルト３９（アンカーボルト３９ａ、３９ｂ）は、そのピッチが近接している。このため、例えば、アンカーボルト３９ａにおけるコンクリートの引張荷重評価では、図１２（Ｃ）に示すように、隣り合ったアンカーボルト３９ａ、３９ｂのコーン状破壊面４０同士の重なり部分を二重に評価しないようにコーン状破壊面４０の有効投影面積４２を算定する必要があり、この場合、有効投影面積４２が減少してしまう。

従って、アンカーボルト３９ａにおけるコンクリートの引張荷重評価は、コーン状破壊面４０の有効投影面積４２が減少することで厳しくなる虞があり、燃料貯蔵プール４のプール床４ａのコンクリート強度に余裕度を確保することが課題であった。

また、図１２（Ｂ）に示すように、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士が地震時に水平方向に同相で振動することが担保される場合には、隣接するアンカーボルト３９ａ、３９ｂのうち、一方のアンカーボルト３９ａに対応する基礎ボルト５に引張荷重Ｐが作用する際、他方のアンカーボルト３９ｂに対応する基礎ボルト５には圧縮荷重Ｑが作用する。このため、アンカーボルト３９ａにおけるコンリートの引張荷重評価において、コーン状破壊面４０の重なりを考慮する必要がなく、コーン状破壊面４０の有効投影面積４２が減少しないので、燃料貯蔵プール４のプール床４ａのコンクリート強度に十分な余裕度を確保できることが一般に知られている。

また、特許文献１には、複数基の使用済燃料貯蔵ラックがコモンベース上に固定状態で設置され、燃料貯蔵プールのプール壁と使用済燃料貯蔵ラックとの間にサポートが設けられ、更に、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック同士の側面の隙間にスペーサが設けられて使用済燃料貯蔵ラックを支持することで、使用済燃料貯蔵ラックの耐震性を向上させる発明が開示されている。

特開平１０−３９０８７号公報

上述の公報記載の使用済燃料貯蔵ラックでは、コモンベースを燃料貯蔵プールのプール床に基礎ボルトにより固定状態で設置しないため、燃料貯蔵プールのプール床のコンクリート強度に十分な余裕度を確保している。しかしながら、大地震が発生した場合には、プール壁が使用済燃料貯蔵ラックを支持しきれない虞がある。また、燃料貯蔵プールのプール壁側に配置される使用済燃料貯蔵ラックには過大な支持荷重が作用するため、使用済燃料貯蔵ラック本体の強度に余裕度を担保できない虞がある。更に、既設の使用済燃料貯蔵ラックを改造する場合、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）の燃料貯蔵プールでは、使用済燃料貯蔵ラックと燃料貯蔵プールのプール壁との間に存在する種々の構造物がサポートと干渉して、公報記載の発明における使用済燃料貯蔵ラックの配置が成立しない可能性がある。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、燃料貯蔵ラックを燃料貯蔵プールのプール床に基礎ボルトを用いて設置する場合でも、プール床のコンクリート強度に十分な余裕度を確保できる燃料貯蔵ラックの連結装置及び燃料貯蔵ラックを提供することを目的とする。

本発明の実施形態における燃料貯蔵ラックの連結装置は、燃料集合体を収納するラックセルが格子状に配置されると共に燃料貯蔵プールのプール床に基礎ボルトを用いて隣り合って設置される燃料貯蔵ラックを連結する燃料貯蔵ラックの連結装置であって、隣り合った前記燃料貯蔵ラックにおける異なった前記燃料貯蔵ラック間で隣接する前記ラックセル内の上部に配置されて、前記ラックセルに対して固定力を発生する楔機構を構成する複数の連結ブロックと、隣接する前記ラックセルの上端に配置されて前記連結ブロックを水平方向に支持する連結プレートと、隣接する前記ラックセル内に配置されて、前記連結ブロック及び前記連結プレートを鉛直方向に支持する支柱ユニットと、を有することを特徴とするものである。

また本発明の実施形態における燃料貯蔵ラックは、燃料集合体を収納するラックセルが格子状に配置されると共に燃料貯蔵プールのプール床に基礎ボルトを用いて隣り合って設置される燃料貯蔵ラックにおいて、この隣り合って設置される燃料貯蔵ラックが、上記燃料貯蔵ラックの連結装置によって連結されて構成されたことを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、隣り合った燃料貯蔵ラックの上部を連結ブロック及び連結プレートにより水平方向に強固に連結できると共に、連結ブロック及び連結プレートを支柱ユニットにより鉛直方向に強固に固定できる。従って、地震時に、隣り合った燃料貯蔵ラック同士を水平方向に同相で振動させることができる。このため、燃料貯蔵ラックの水平方向端部位置の基礎ボルトに対応するアンカーボルトにおけるコンクリートの引張荷重評価において、コーン状破壊面の重なりを考慮する必要がないので、コーン状破壊面の有効投影面積の減少を回避できる。この結果、燃料貯蔵ラックを燃料貯蔵プールのプール床に基礎ボルトにより設置しても、燃料貯蔵プールのプール床のコンクリート強度に十分な余裕度を確保できる。

第１実施形態に係る使用済燃料貯蔵ラックの連結装置を使用済燃料貯蔵ラックと共に示す一部切欠き側面図。 図１の連結装置を拡大して示す部分断面図。 図２の連結ブロック及び連結プレートを使用済燃料貯蔵ラックのラックセルと共に示す斜視図。 図３の連結ブロック及び連結プレートの分解斜視図。 図１の支柱ユニットを使用済燃料貯蔵ラックのラックセルと共に示す斜視図。 図１の使用済燃料貯蔵ラックの連結装置における一配置例を示す使用済燃料貯蔵ラックの平面図。 図１の使用済燃料貯蔵ラックの連結装置における他の配置例を示す使用済燃料貯蔵ラックの平面図。 第２実施形態に係る使用済燃料貯蔵ラックの連結装置を、燃料貯蔵プールのプール床にコモンベースを介して設置される使用済燃料貯蔵ラックと共に示す一部切欠き断面図。 第３実施形態に係る使用済燃料貯蔵ラックの連結装置の一部を示す部分断面図。 図９の連結装置の一部を示す斜視図。 比較技術において、燃料貯蔵プールのプール床にコモンベースを介して設置される使用済燃料貯蔵ラックを示し、（Ａ）が同ラックの単体の場合を、（Ｂ）が同ラックが複数基で地震時に同相で振動する場合を、（Ｃ）が同ラックが複数基で地震時に反相で振動する場合をそれぞれ示す説明図。 従来技術において、燃料貯蔵プールのプール床に隣り合って直接設置された使用済燃料貯蔵ラックが地震時に反相で振動する場合を（Ａ）に、同相で振動する場合を（Ｂ）にそれぞれ示し、図１２（Ａ）の場合のコーン状破壊面を（Ｃ）に示す説明図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図７）
図１は、第１実施形態に係る使用済燃料貯蔵ラックの連結装置を使用済燃料貯蔵ラックと共に示す一部切欠き側面図である。また、図２は、図１の連結装置を拡大して示す部分断面図である。本第１実施形態において、使用済燃料貯蔵ラック及び燃料貯蔵プールの構成については、図１２の従来技術と同一の符号を付す。

図１において、符号１は、既設の原子力発電プラント（以下、既設プラントという）の燃料貯蔵プール４に据え付けられた使用済燃料貯蔵ラックを示している。この使用済燃料貯蔵ラック１は、ラックベース２の上に複数のラックセル３を立てた状態とし、これらのラックセル３を水平方向に格子状に整列させ、結合バンド３０で束ねた構造である。長い角筒状の１つのラックセル３に、１本の使用済燃料集合体が収納される。１基の使用済燃料貯蔵ラック１は、１００本から２００本程のラックセル３から構成されている。この使用済燃料貯蔵ラック１は、燃料貯蔵プール４のプール床４ａに、複数基が基礎ボルト５により締結されて設置される。

図１及び図２に示すように、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１は、箱型の連結ブロック７ａ、７ｂ、連結プレート８及び支柱ユニット２５ａ、２５ｂを有する連結装置６を用いて、ラックセル３の上部で相互に連結される。

つまり、連結装置６は、連結ブロック７ａ及び７ｂと、連結プレート８と、支柱ユニット２５ａ及び２５ｂとを有して構成される。連結ブロック７ａ及び７ｂは、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３の上端から挿入されて、このラックセル３内の上部に配置され、ラックセル３に対して固定力を発生する楔機構を構成する。連結プレート８は、上述の隣接するラックセル３の上端に配置されて、連結ブロック７ａ、７ｂを水平方向に支持する。支柱ユニット２５ａ及び２５ｂは、上述の隣接するラックセル３内に配置されて、連結ブロック７ａ、７ｂ及び連結プレート８を鉛直方向に支持する。これらの連結ブロック７ａ及び７ｂ、連結プレート８、支柱ユニット２５ａ及び２５ｂについて、以下に詳説する。

図２〜図４に示すように、連結ブロック７ａは、楔ブロック９ａと一対のクランプブロック１０ａとが組み合わされた状態で、箱状のガイドケース１４ａ内に収納されて構成される。ガイドケース１４ａは、楔ブロック９ａとクランプブロック１０ａの組み合わせ状態を保持すると共に、クランプブロック１０ａの鉛直方向の移動（後述）を案内する。また、クランプブロック１０ａでは、特に図４に示すように、ガイドケース１４ａに収納された状態で後述の垂直面１３ａが露出される。

また、連結ブロック７ｂは、楔ブロック９ｂと一対のクランプブロック１０ｂとが組み合わされた状態で、箱状のガイドケース１４ｂ内に収納されて構成される。ガイドケース１４ｂは、楔ブロック９ｂとクランプブロック１０ｂとの組み合わせ状態を保持すると共に、クランプブロック１０ｂの鉛直方向の移動（後述）を案内する。また、クランプブロック１０ｂは、ガイドケース１４ｂ内に収納された状態で後述の垂直面１３ｂが露出される。

楔ブロック９ａ、９ｂは、連結プレート８の下側で、この連結プレート８に強固に結合されている。また、この楔ブロック９ａ、９ｂは、縦断面略台形形状の剛体であり、両側に楔側傾斜面１１ａ、１１ｂをそれぞれ備える。

クランプブロック１０ａ、１０ｂは、縦断面略台形形状の剛体であり、片側に、楔ブロック９ａ、９ｂの楔側傾斜面１１ａ、１１ｂに摺接するクランプ側傾斜面１２ａ、１２ｂが形成される。クランプブロック１０ａ、１０ｂにおけるクランプ側傾斜面１２ａ、１２ｂと反対の片側には、ラックセル３のセル内側面２６に接する垂直面１３ａ、１３ｂが形成されている。そして、クランプブロック１０ａ、１０ｂは、後述のねじ機構２７ａ、２７ｂにより上昇したときに、クランプ側傾斜面１２ａ、１２ｂのそれぞれが楔ブロック９ａ、９ｂの楔側傾斜面１１ａ、１１ｂのそれぞれに摺接する楔作用で、垂直面１３ａ、１３ｂがラックセル３のセル内側面２６を押し付けて、ラックセル３に対して水平方向の固定力を発生可能に構成される。

図２及び図５に示すように、支柱ユニット２５ａは、連結ブロック７ａ及び連結プレート８を鉛直方向に支持するものであり、使用済燃料貯蔵ラック１のラックセル３内で鉛直方向に延びる支柱１５ａと、この支柱１５ａの上端に結合されて鉛直方向に延びるスタッドボルト１９ａと、燃料貯蔵プール４のプール床４ａに締結されて設置される特殊基礎ボルト１６ａと、を有して構成される。

また、支柱ユニット２５ｂは、連結ブロック７ｂ及び連結プレート８を鉛直方向に支持するものであり、使用済燃料貯蔵ラック１のラックセル３内で鉛直方向に延びる支柱１５ｂと、この支柱１５ｂの上端に結合されて鉛直方向に延びるスタッドボルト１９ｂと、燃料貯蔵プール４のプール床４ａに締結されて設置される特殊基礎ボルト１６ｂと、を有して構成される。

支柱１５ａ、１５ｂの下端に座１７が、上端に座１８がそれぞれ固定されている。支柱１５ａ、１５ｂの座１７が、特殊基礎ボルト１６ａ、１６ｂの上端部に螺合して締結される。支柱１５ａ、１５ｂの座１８にスタッドボルト１６ａ、１６ｂが固定される。スタッドボルト１９ａ、１９ｂは、それぞれ、ガイドケース１４ａ、１４ｂ、楔ブロック９ａ、９ｂ及び連結プレート８を鉛直方向に貫通し、連結プレート８の上面でナット２０に螺合される。これにより、ガイドケース１４ａ、楔ブロック９ａ及び連結プレート８は支柱ユニット２５ａに、ガイドケース１４ｂ、楔ブロック９ｂ及び連結プレート８は支柱ユニット２５ｂにそれぞれ固定されて、ラックセル３内で鉛直方向に支持される。

図２、図３及び図４に示すように、クランプブロック１０ａには、このクランプブロック１０ａを鉛直方向に移動（昇降）させる機構として、クランプボルト２１ａ及び操作ナット２２ａを備えなるねじ機構２７ａが設けられている。また、クランプブロック１０ｂには、このクランプブロック１０ｂを鉛直方向に移動（昇降）させる機構としてクランプボルト２１ｂ及び操作ナット２２ｂを備えてなるねじ機構２７ｂが設けられている。

クランプボルト２１ａ、２１ｂは、それぞれの下端部がクランプブロック１０ａ、１０ｂに結合され、更に、連結プレート８の貫通孔２８を貫通して鉛直方向へ延び、連結プレート８の上方へ突出する。貫通孔２８は、使用済燃料貯蔵ラック１の連結方向（図２のＸ方向）に対して平行な長孔に形成されている。

また、操作ナット２２ａ、２２ｂは、連結プレート８の貫通孔２８を貫通したクランプボルト２１ａ、２１ｂに連結プレート８の上面で螺合し、レンチ等の工具に嵌合されて回転操作される。この操作ナット２２ａ、２２ｂにはフランジ部２４が形成されている。また、連結プレート８の上面には、貫通孔２８の近傍にそれぞれ一対の爪部材２３ａ、２３ｂが固定されている。操作ナット２２ａのフランジ部２４が爪部材２３ａに係合し、操作ナット２３ｂのフランジ部２４が爪部材２３ｂに係合することで、操作ナット２２ａ、２２ｂは、回転が許容されるが、鉛直方向の変位が阻止される。

従って、操作ナット２２ａ、２２ｂを図示しないレンチ等によりそれぞれ正回転させることで、クランプブロック１０ａ、１０ｂがクランプボルト２１ａ、２１ｂと共に鉛直方向上方へ移動する。そして、楔ブロック９ａ、９ｂとクランプブロック１０ａ、１０ｂとの楔作用で、クランプブロック１０ａ、１０ｂの垂直面１３ａ、１３ｂがラックセル３のセル内側面２６を押し付けることで、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３に配置された連結装置６に水平方向の固定力が発生して、上述の隣接するラックセル３が水平方向に固定される。これにより、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士が連結装置６により水平方向に強固に固定された状態で連結される。

他方、操作ナット２２ａ、２２ｂを図示しないレンチ等によりそれぞれ逆回転させると、操作ナット２２ａ、２２ｂが爪部材２３ａ、２３ｂにより鉛直方向に拘束されて上方への変位が阻止されるので、クランプブロック１０ａ、１０ｂは、クランプボルト２１ａ、２１ｂと共に鉛直方向下方へ移動する。これにより、楔ブロック９ａ、９ｂとクランプブロック１０ａ、１０ｂとによる楔作用が解消されて、クランプブロック１０ａ、１０ｂの垂直面１３ａ、１３ｂがラックセル３のセル内側面２６ａに押し付けられなくなり、連結装置６による隣接するラックセル３の水平方向の固定が解除される。尚、操作ナット２２ａ、２２ｂの正回転を完了させた後に、この操作ナット２２ａ、２０ｂに必要に応じてエポキシ系接着剤（ヘンケル社製「ロックタイト」）などを塗布して、緩み止めを行ってもよい。

次に、上述のようにして構成された使用済燃料貯蔵ラック１の連結装置６について作用を説明する。
図１において、既設の使用済燃料貯蔵ラック１は既設プラントの燃料貯蔵プール４のプール床４ａに設置されている。まず、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３、つまり連結装置６を設置すべき隣接するラックセル３内の底部の基礎ボルト５を、図示しないレンチ等を用いて特殊基礎ボルト１６に取り替える。

次に、図２〜図５に示すように、支柱ユニット２５ａ、２５ｂの支柱１５ａ、１５ｂをラックセル３内に挿入し、下端の座１７を特殊基礎ボルト１６ａ、１６ｂの上端部に螺合させた後、連結装置６の連結ブロック７ａ、７ｂ及び連結プレート８を、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３の上端部に搭載する。この際、支柱ユニット２５ａ、２５ｂのスタッドボルト１９ａ、１９ｂを、連結ブロック７ａ、７ｂのガイドケース１４ａ、１４ｂ及び楔ブロック９ａ、９ｂ、並びに連結プレート８に鉛直方向に貫通させた後、スタッドボルト１９ａ、１９ｂの上端部にナット２０を螺合させる。

この状態で、楔ブロック９ａとクランプブロック１０ａを組み合わせてガイドケース１４ａに収納した一方の連結ブロック７ａは、一方の使用済燃料貯蔵ラック１のラックセル３内に挿入され、クランプブロック１０ａに固定されたクランプボルト２１ａが連結プレート８を貫通し、このクランプボルト２１ａに操作ナット２２ａが、連結プレート８の上面上で螺合される。また、楔ブロック９ｂとクランプブロック１０ｂを組み合わせてガイドケース１４ｂに収納した他方の連結ブロック７ｂは、他方の使用済燃料貯蔵ラック１のラックセル３内に挿入され、クランプブロック１０ｂに固定されたクランプボルト２１ｂが連結プレート８を貫通し、このクランプボルト２１ｂに操作ナット２２ｂが、連結プレート８の上面上で螺合される。

次に、ねじ機構２７ａ、２７ｂの操作ナット２２ａ、２２ｂを正回転させて、クランプボルト２１ａ、２１ｂと共にクランプブロック１０ａ、１０ｂを鉛直方向上方へ移動させ、楔ブロック９ａ、９ｂとの楔作用で、クランプブロック１０ａ、１０ｂの垂直面１３ａ、１３ｂをラックセル３のセル内側面２６に接触させる。操作ナット２２ａ、２２ｂを更に正回転させてクランプブロック１０ａ、１０ｂを上方へ移動させると、楔ブロック９ａ、９ｂ、クランプブロック１０ａ、１０ｂ及び連結プレート８を備えて構成される連結装置６に、隣接する各ラックセル３を水平方向に強固に固定する固定力が発生する。

これにより、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３の上部が、振動により水平方向に接近または離反する場合の拘束がなされることで、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士が水平方向に固定状態で連結される。

連結装置６を、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１のラックセル３の上部に配置するために、楔ブロック９ａ、９ｂとクランプブロック１０ａ、１０ｂを使用済燃料貯蔵ラック１のラックセル３内に挿入したとき、水平方向に多少の間隙があっても、クランプブロック１０ａ、１０ｂがこの間隙を埋める方向に押し付けられて上記間隙が吸収される。このため、使用済燃料貯蔵ラック１には、連結装置６に対して厳格な嵌め合い公差や据付公差が必要とされない。このように公差を緩和できることから、連結装置６のラックセル３への取り付けが簡単になり、操作ナット２２ａ、２２ｂを締め付けるだけで、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１の連結作業を効率的に行うことが可能になる。

また、楔ブロック９ａとクランプブロック１０ａをガイドレール１４ａに、楔ブロック９ｂとクランプブロック１０ｂをガイドレール１４ｂにそれぞれ収納した連結ブロック７ａ、ｂを、この連結ブロック７ａ、ｂの楔作用によって、使用済燃料貯蔵ラック１のラックセル３に水平方向に固定する。従って、この固定した状態では、連結装置６にがたつきが発生しない状態で、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１を連結することが可能になる。

更に、地震の縦揺れにより連結装置６に鉛直方向の浮き上がり力が作用した場合や、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１の地震による相互の転倒モーメントにより連結装置６の連結プレート８に鉛直方向のせん断力が作用した場合には、連結ブロック７ａ、７ｂ及び連結プレート８が、隣接するラックセル３の上部を水平方向の固定力により支持することに加えて、支柱ユニット２５ａ、２５ｂ（支柱１５ａ、１５ｂ、スタッドボルト１９ａ、１９ｂ、及び特殊基礎ボルト１６ａ、１６ｂ）が、連結ブロック７ａ、７ｂをラックセル３内の底部から鉛直方向に支持する。このため、連結ブロック７ａ、７ｂ及び連結プレート８を鉛直方向に強固に固定することが可能になる。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
（１）図１及び図２に示すように、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１の上部が連結装置６の連結ブロック７ａ、７ｂ及び連結プレート８により水平方向に強固に連結されると共に、連結ブロック７ａ、７ｂ及び連結プレート８が連結装置６の支柱ユニット２５ａ、２５ｂ（支柱１５ａ、１５ｂ、スタッドボルト１９ａ、１９ｂ及び特殊基礎ボルト１６ａ、１６ｂ）により鉛直方向に強固に固定されている。従って、地震時に、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士を水平方向に同相で振動させることができる。

このため、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３の下端部に設置された特殊基礎ボルト１６ａ、１６ｂに対応するアンカーボルト３９ａ、３９ｂにおけるコンクリートの引張荷重評価において、コーン状破壊面４０の重なりを考慮する必要がないので、このコーン状破壊面４０の有効投影面積４２（図１２（Ｃ））の減少を回避できる。この結果、使用済燃料貯蔵ラック１を燃料貯蔵プール４のプール床４ａに基礎ボルト５、特殊基礎ボルト１６ａ、１６ｂにより締結して設置しても、燃料貯蔵プール４のプール床４ａのコンクリート強度に十分な余裕度を確保できる。

（２）特に、地震時の縦揺れにより連結装置６に鉛直方向の浮き上がり力が作用した場合や、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における地震による相互の転倒モーメントによって、連結装置６の連結プレート８に鉛直方向のせん断力が作用した場合でも、支柱ユニット２５ａ、２５ｂ（支柱１５ａ、１５ｂ、スタッドボルト１９ａ、１９ｂ及び特殊基礎ボルト１６ａ、１６ｂ）により、連結装置６の連結ブロック７ａ、７ｂ及び連結プレート８を強固に支持することで、連結装置６の浮き上がりや外れを防止できる。この結果、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士の固定状態での連結を確実に維持することができる。

（３）本第１実施形態では、各原子力発電所で想定される地震の大きさや立地での揺れの特性に応じて、連結装置６を柔軟に配置することができる。例えば、図６は、水平面内でＹ方向に使用済燃料貯蔵ラック１を連結する連結装置６ａと、水平面内でＹ方向に直交するＸ方向に使用済燃料貯蔵ラック１を連結する連結装置６ｂとが組み合わされて、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１をＸ方向及びＹ方向に連結する配置例である。この配置例は、様々な方向の地震の揺れが想定される場合に有効である。また、図７は、水平面内のＹ方向に使用済燃料貯蔵ラック１を連結する連結装置６ａのみを用いて、隣り合った２個の使用済燃料貯蔵ラック１を一方向（Ｙ方向）のみに連結した配置例である。

連結装置６は、まず、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３内の底部の基礎ボルト５を特殊基礎ボルト１６ａ、１６ｂに交換する。次に、支柱１５ａ、１５ｂを隣接するラックセル３内に設置した後、隣接するラックセル３の上端部に連結ブロック７ａ、７ｂ及び連結プレート８を上方から搭載する。そして、連結ブロック７ａ、７ｂの楔ブロック９ａ、９ｂ及びクランプブロック１０ａ、１０ｂに楔作用を生じさせるだけなので、使用済燃料貯蔵ラック１側に特別な構造が必要とされない。このため、各原子力発電所で想定される地震の大きさや立地での揺れの特性に応じて、連結装置６を柔軟に配置することができる。

［Ｂ］第２実施形態（図８、図１１）
図８は、第２実施形態に係る使用済燃料貯蔵ラックの連結装置を、燃料貯蔵プールのプール床にコモンベースを介して設置される使用済燃料貯蔵ラックと共に示す一部切欠き断面図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

この第２実施形態の連結装置３１が第１実施形態と異なる点は、連結装置３１により連結される隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１が、コモンベース（上部コモンベース３２及び下部コモンベース３３）を介して燃料貯蔵プール４のプール床４ａに、基礎ボルト２５により締結されて設置された点である。また、本第２実施形態の連結装置３１は、第１実施形態の連結装置６のうち、支柱ユニット２５ａ、２５ｂの特殊基礎ボルト１６ａ、１６ｂに代えて、支柱１５ａ、１５ｂを上部コモンベース３２に取り付けるための特殊ラック取付ボルト３６が用いられるが、他の構成は連結装置６と同様である。

ここで、図１１（Ａ）に示すように、単体の使用済燃料貯蔵ラック１が基礎ボルト５を用いて燃料貯蔵プール４のプール床４ａに直接締結されて設置される場合、基礎ボルト５間のスパンはスパンＳである。これに対し、図１１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、複数基の使用済燃料貯蔵ラック１が、上部コモンベース３２及び下部コモンベース３３を介して基礎ボルト５を用い燃料貯蔵プール４のプール床４ａに締結されて設置される場合、コモンベース３２、３３の水平面内でＸ方向に沿う両端の基礎ボルト５間のスパンＬは、スパンＳよりも数倍大きなスパンとなる。

このため、コモンベース３２、３３を用いてプール床４ａに設置された使用済燃料貯蔵ラック１に水平面内でＸ方向の地震力が作用したとき、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士がＸ方向に同相で振動することが担保できる場合（図１１（Ｂ））には、コモンベース３２、３３におけるＸ方向両端の基礎ボルト５に作用する引張荷重Ｐ、圧縮荷重Ｑは小さくなる。なお、上部コモンベース３２と下部コモンベース３３は、コモンベース連結ボルト３４により連結されている。また、使用済燃料貯蔵ラック１は、上部コモンベース３２にラック取付ボルト３５を用いて締結されて設置されている。

しかしながら、コモンベース３２、３３を用いてプール床４ａに設置される隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士が、地震時に水平面内でＸ方向に反相で振動する場合（図１１（Ｃ））には、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接する位置にあって、且つスパンＬの略中央位置にあるラック取付ボルト３５ａ、３５ｂに、引張荷重Ｒが同時に作用する。このため、コモンベース３２、３３の設置によっても、上記ラック取付ボルト３５ａ、３５ｂに対応する位置の基礎ボルト５に作用する引張荷重Ｐを低減させる効果が得られない虞がある。

これに対し、本第２実施形態では、図８に示すように、既設の燃料貯蔵プール４のプール床４ａに下部コモンベース３３が基礎ボルト５により締結されて設置され、この下部コモンベース３３に上部コモンベース３２がコモンベース連結ボルト３４により連結され、この上部コモンベース３２に複数基の使用済燃料貯蔵ラック１がラック取付ボルト３５、特殊ラック取付ボルト３６用いて締結されて設置される。そして、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３に連結装置３１が設置されている。

これにより、使用済燃料貯蔵ラック１に水平面内でＸ方向の地震力が作用した場合には、連結装置３１による連結によって、隣り合った使用済燃料ラック１同士は必然的にＸ方向に同相で振動する。従って、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接する位置にあって、且つスパンＬの略中央位置にある特殊ラック取付ボルト３６には、引張荷重Ｐが同時に作用しない。このため、図１１（Ｂ）の隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１の同相での振動を担保できるので、上部コモンベース３２及び下部コモンベース３３の設置によって、上記特殊ラック取付ボルト３６に対応する基礎ボルト５への引張荷重Ｐを低減させる効果を確実に得ることが可能になる。

従って、この第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。
（４）隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１が上部コモンベース３２及び下部コモンベース３３に設置され、しかも、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３に連結装置３１が設置されたことで、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１の同相振動が担保されて、基礎ボルト５に作用する引張荷重Ｐを確実に低減できる。

［Ｃ］第３実施形態（図９、図１０）
図９は、第３実施形態に係る使用済燃料貯蔵ラックの連結装置の一部を示す部分断面図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第３実施形態の連結装置４５が第１実施形態と異なる点は、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３内の上部に配置された連結ブロック７ａ、７ｂの楔ブロック９ａ、９ｂとクランプブロック１０ａ、１０ｂのうち、クランプブロック１０ａ、１０ｂは、楔ブロック９ａ、９ｂに対して使用済燃料貯蔵ラック１の隙間４６に隣接する側のみに設けられた点と、使用済燃料貯蔵ラック１の隙間４６に、他の連結ブロックとしての連結ブロック７ｃ、及びこの連結ブロック７ｃを動作させるねじ機構２７ｃがそれぞれ配置された点とである。

連結ブロック７ｃは、楔ブロックとしての楔ブロック９ｃと、他のクランプブロックとしてのクランプブロック１０ｃと、ガイドケース１４ｃとを有して構成される。楔ブロック９ｃは、楔側傾斜面１１ｃ及び楔側垂直面１３ｄを備え、連結プレート８の下方に設けられる。クランプブロック１０ｃは、クランプ側傾斜面１２ｃ及びクランプ側垂直面１３ｃを備え、ねじ機構２７ｃにより昇降する。ガイドケース１４ｃは、楔ブロック９ｃ及びクランプブロック１０ｃを収納して保持し、クランプブロック１０ｃの昇降を案内する。これらの楔ブロック９ｃ、クランプブロック１０ｃ、ガイドケース１４ｃ及びねじ機構２７ｃについて、以下に詳説する。

ねじ機構２７ｃは、クランプブロック１０ｃに下端が結合され且つ連結プレート８を貫通して鉛直方向に延びるクランプボルト２１ｃと、連結プレート８の上面でクランプボルト２１ｃに螺合しレンチ等により回転操作される操作ナット２２ｃと、を有して構成される。クランプボルト２１ｃは、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１間の隙間４６が狭隘であるため、クランプブロック１０ｃのクランプ側傾斜面１２ｃを含む上面から下面に亘って鉛直方向に設けられた穴に差し込まれてこのクランプブロック１０ｃに結合される。更に、クランプボルト２１ｃは、楔ブロック９ｃに形成された鉛直方向の溝４７内を通り、楔ブロック９ｃとの干渉が回避されている。

操作ナット２２ｃは、操作ナット２２ａ、２２ｂと同様にフランジ部２４を備える。また、連結プレート８には、クランプボルト２１ｃが貫通し且つ隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１の連結方向に延びる長孔形状の貫通孔２８が形成されると共に、この貫通孔２８の近傍に一対の爪部材２３ｃが設置される。この爪部材２３ｃは、操作ナット２２ｃのフランジ部２４に係合し、操作ナット２０ｃの回転を許容するが、操作ナット２２ｃの鉛直方向の変位を阻止する。これにより、操作ナット２２ｃの回転操作によって、クランプブロック１０ｃがクランプボルト２１ｃと共に鉛直方向に移動（昇降）する。

クランプブロック１０ｃは、操作ナット２２ｃの回転操作により鉛直方向上方へ移動することで、クランプ側傾斜面１２ｃが楔ブロック９ｃの楔側傾斜面１１ｃに摺接し、楔作用によりクランプ側垂直面１３ｃを、楔ブロック９ｃの楔側垂直面１３ｄと共に、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１のラック側面４８に押し付けて、水平方向の固定力を発生する。尚、楔ブロック９ｃは、楔ブロック９ａ、９ｂと同様に連結プレート８の下面に結合されている。但し、連結装置４５が隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士を連結する機能を果たせばよいことから、楔ブロック９ｃは必ずしも連結プレート８に結合される必要はない。

隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１間の隙間４６に配置される連結ブロック７ｃの設定に際しては、予め隙間４６の寸法測定を行い、必要に応じて、楔ブロック９ｃの楔側垂直面１３ｄに寸法調整用のシム等（不図示）を取り付けておく。そして、連結装置４５の連結ブロック７ａ、７ｂ、７ｃを、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３の上端部に搭載する。この際、楔ブロック９ｃの楔側垂直面１３ｄが、使用済燃料貯蔵ラック１のラック側面４８に直接またはシム等を介して当接するようにしておく。

この状態で操作ナット２２ｃを正回転させて、クランプブロック１０ｃを鉛直方向上方へ移動させ、楔ブロック９ｃの楔側傾斜面１１ｃとクランプブロック１０ｃのクランプ側傾斜面１２ｃとの楔作用により、クランプブロック１０ｃのクランプ側垂直面１３ｃをラック側面４８に接触させる。操作ナット２２ｃを更に正回転させてクランプブロック１０ｃを上方へ移動させ、楔ブロック９ｃの楔側傾斜面１１ｃとクランプブロック１０ｃのクランプ側傾斜面１２ｃとの楔作用により、楔ブロック９ｃの楔側垂直面１３ｄとクランプブロック１０ｃのクランプ側垂直面１３ｃとを、それぞれが対向するラック側面４８に水平方向に強固に固定する。

上述の連結ブロック７ｃによる隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１のラック側面４８の固定と略同時に、第１実施形態と同様にして、連結ブロック７ａ、７ｂにより、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３のセル内側面２６を水平方向に固定して支持し、この連結ブロック７ａ、７ｂを支柱ユニット２５ａ、２９ｂにより鉛直方向に支持する。

このようにして、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３の上部同士が、振動により水平方向に接近する場合には、連結ブロック７ｃが拘束を行う。また、上述の隣接するラックセル３の上部同士が振動により水平方向に離反する場合には、ラックセル３内の楔ブロック９ａ、９ｂ、クランプブロック１０ａ、１０ｂ及び連結プレート８から構成される連結ブロック７ａ、７ｂが拘束を行う。これらにより、隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１同士を水平方向及び鉛直方向に強固に連結することが可能になる。

従って、本第３実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。
（５）隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１における異なった使用済燃料貯蔵ラック１間で隣接するラックセル３に配置される連結ブロック７ａ、７ｂでは、連結ブロック７ａにクランプブロック１０ａが１個、連結ブロック７ｂにクランプブロック１０ｂが１個それぞれ設けられ、上述の隣り合った使用済燃料貯蔵ラック１の隙間４６に、１個のクランプブロック１０ｃを備える連結ブロック７ｃが配置されている。

従って、連結装置４５の１個当たりに、それぞれ１個のクランプブロック１０ａ、１０ｂ、１０ｃを昇降させるための操作ナット２２ａ、２２ｂ、２２ｃもそれぞれ１個となる。この結果、操作ナット２２ａ、２２ｂの合計４個を回転操作させなければならない第１実施形態の場合に比べ、連結装置４５では、操作ナット２２ａ、２２ｂ、２２ｃの合計３個を回転操作すればよいので、異なった使用済燃料貯蔵ラック１に多数配置される連結装置４５の取り付け及び取り外し作業を極めて短時間に実施できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、連結装置６、３１、４５は、未使用の燃料集合体を貯蔵する燃料貯蔵ラック１に適用されてもよい。また、連結装置６、３１、４５は、新設の原子力発電プラントの燃料貯蔵プーリに設置された、使用済燃料貯蔵ラックを含む燃料貯蔵ラックに適用されてもよい。

１…使用済燃料貯蔵ラック（燃料貯蔵ラック）、３…ラックセル、４…燃料貯蔵プール、４ａ…プール床、５…基礎ボルト、６、３１、４５…連結装置、７ａ、７ｂ、７ｃ…連結ブロック、８…連結プレート、９ａ、９ｂ、９ｃ…楔ブロック、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…クランプブロック、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…楔側傾斜面、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…クランプ側傾斜面、１３ａ、１３ｂ…垂直面、１３ｃ…クランプ側垂直面、１３ｄ…楔側垂直面、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…ガイドケース、１５ａ、１５ｂ…支柱、１６ａ、１６ｂ…特殊基礎ボルト、１９ａ、１９ｂ…スタッドボルト、２０…ナット、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…クランプボルト、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…操作ナット、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…爪部材、２４…フランジ部、２５ａ、２５ｂ…支柱ユニット、２６…セル内側面、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ…ねじ機構、３２…上部コモンベース、３３…下部コモンベース、３６…特殊ラック取付ボルト、３９、３９ａ、３９ｂ…アンカーボルト、４０…コーン状破壊面、４６…隙間、４８…ラック側面。

Claims (8)

1. 燃料集合体を収納するラックセルが格子状に配置されると共に燃料貯蔵プールのプール床に基礎ボルトを用いて隣り合って設置される燃料貯蔵ラックを連結する燃料貯蔵ラックの連結装置であって、
   隣り合った前記燃料貯蔵ラックにおける異なった前記燃料貯蔵ラック間で隣接する前記ラックセル内の上部に配置されて、前記ラックセルに対して固定力を発生する楔機構を構成する複数の連結ブロックと、
   隣接する前記ラックセルの上端に配置されて前記連結ブロックを水平方向に支持する連結プレートと、
   隣接する前記ラックセル内に配置されて、前記連結ブロック及び前記連結プレートを鉛直方向に支持する支柱ユニットと、を有することを特徴とする燃料貯蔵ラックの連結装置。
2. 前記連結ブロックは、楔側傾斜面を備え且つ連結プレートに結合された楔ブロックと、クランプ側傾斜面及び垂直面を備え、前記クランプ側傾斜面が前記楔側傾斜面に摺接することで前記垂直面をラックセルの内側面に押し付け可能なクランプブロックと、前記楔ブロック及び前記クランプブロックを保持すると共に、前記クランプブロックの移動を案内するガイドケースと、を有して構成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料貯蔵ラックの連結装置。
3. 前記支柱ユニットは、ラックセル内で鉛直方向に延びる支柱と、この支柱の上端に結合されて鉛直方向に延びるスタッドボルトと、燃料貯蔵プールのプール床に設置される特殊基礎ボルトとを有し、
   前記支柱は、底部に前記特殊基礎ボルトに螺合する座を備え、
   前記スタッドボルトは、ガイドケース、楔ブロック及び連結プレートを貫通して前記連結プレートの上面でナットに螺合されて、前記ガイドケース、前記楔ブロック及び前記連結プレートを前記支柱ユニットに固定するよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料貯蔵ラックの連結装置。
4. 前記クランプブロックには、このクランプブロックを鉛直方向に移動させるねじ機構が設けられ、
   このねじ機構は、前記クランプブロックに下端が結合され且つ連結プレートを貫通して鉛直方向に延びるクランプボルトと、前記連結プレートの上面で前記クランプボルトに螺合し回転操作される操作ナットと、を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料貯蔵ラックの連結装置。
5. 前記操作ナットはフランジ部を備え、
   前記連結プレートには、前記フランジ部に係合して、前記操作ナットの回転を許容するが前記操作ナットの鉛直方向の変位を阻止する爪部材が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の燃料貯蔵ラックの連結装置。
6. 前記燃料貯蔵ラックは複数基がコモンベースに設置され、このコモンベースが、燃料貯蔵プールのプール床に基礎ボルトにより設置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料貯蔵ラックの連結装置。
7. 隣り合った前記燃料貯蔵ラックにおける異なった前記燃料貯蔵ラック間で隣接するラックセル内の上部に配置された連結ブロックの楔ブロックとクランプブロックのうち、前記クランプブロックは、前記楔ブロックに対して前記燃料貯蔵ラック間の隙間に隣接する側に設けられ、
   前記燃料貯蔵ラック間の隙間には他の連結ブロックが配置され、
   この他の連結ブロックは、楔側傾斜面及び楔側垂直面を備え且つ連結プレートの下方に設けられた他の楔ブロックと、クランプ側傾斜面及びクランプ側垂直面を備え、前記クランプ側傾斜面が前記楔側傾斜面に摺接することで、前記クランプ側垂直面及び前記楔側垂直面を隣り合った前記燃料貯蔵ラックのラック側面に押し付け可能な他のクランプブロックと、を有して構成されたことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の燃料貯蔵ラックの連結装置。
8. 燃料集合体を収納するラックセルが格子状に配置されると共に燃料貯蔵プールのプール床に基礎ボルトを用いて隣り合って設置される燃料貯蔵ラックにおいて、
   この隣り合って設置される燃料貯蔵ラックが、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料貯蔵ラックの連結装置によって連結されて構成されたことを特徴とする燃料貯蔵ラック。

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