JP6878218B2 - 燃料貯蔵施設、燃料貯蔵施設の改造方法および原子炉建屋 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、燃料貯蔵施設、燃料貯蔵施設の改造方法および原子炉建屋に関する。

従来、原子力発電所の貯蔵プールに保管される核燃料貯蔵ラックの保管方法には、核燃料貯蔵ラックを貯蔵プールの床面に固定する固定式と、核燃料貯蔵ラックを貯蔵プールの床面に置くだけの自立式の２種類がある。近年、基準地震動の見直しが行われ、想定される地震荷重が大きく見積もられている。固定式では、地震の揺れに対して核燃料貯蔵ラックを支持しきれないおそれがある。特に、核燃料貯蔵ラック同士が異なる位相で振動した場合に、隣接する核燃料貯蔵ラックの支持荷重が重なって過大な荷重が発生するおそれがある。一方、自立式では、滑りまたは浮き上がりによって、核燃料貯蔵ラック同士が衝突したり、貯蔵プールの側壁に衝突したりするおそれがある。

このような過大な地震に対応するために、核燃料貯蔵ラック同士を連結する構造が提案されている。例えば、核燃料貯蔵ラックの上端部に係合溝を設け、この係合溝に上方から係合部材を挿入することにより、核燃料貯蔵ラック同士を連結している。

特許第５４３９２０２号公報

従来の核燃料貯蔵ラックでは、連結部材の嵌め合わせにより連結しているので、嵌め合い公差、または核燃料貯蔵ラックの据付公差に起因するがたつきが発生し易い。特に、地震発生時に核燃料貯蔵ラックの水平荷重が連結部材に集中するため、核燃料貯蔵ラックの外枠構造体と連結部材との接続部分に局所的に過大な荷重が発生してしまうという課題がある。

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、地震発生時に核燃料貯蔵ラックの振動を抑えることができる燃料貯蔵技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る燃料貯蔵施設は、貯蔵プールの水中に核燃料を貯蔵する第１ラックと第２ラックの少なくとも２個のラックが並んで配置され、その間に、前記第１ラックと前記第２ラックの少なくとも一方に対して揺動可能な状態で配置される特定部材を備え、前記特定部材は、前記第１ラックの外面に対面する第１面と、前記第１面との間隔が保たれるとともに前記第２ラックの外面に対面する第２面と、を有し、前記第１ラックと前記第１面との間または前記第２ラックと前記第２面との間の少なくとも一方に前記水が出入り可能な隙間が形成され、前記隙間の寸法が、入り込む前記水の流れにより流体−構造連成力を向上可能な寸法に設定されている。

本発明の実施形態により、地震発生時に核燃料貯蔵ラックの振動を抑えることができる燃料貯蔵技術が提供される。

第１実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置を示す側面図。 第１実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置を示す平面図。 第１実施形態の特定部材を示す側面図。 第１実施形態の特定部材を示す平面図。 第２実施形態の特定部材を示す側面図。 第３実施形態の特定部材を示す側面図。 第４実施形態の特定部材を示す側面図。 第５実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置を示す平面図。 第６実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置を示す側面図。 第６実施形態の壁面用の特定部材を示す側面図。 第６実施形態の壁面用の特定部材を示す平面図。 第７実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置を示す側面図。

（第１実施形態）
以下、本実施形態の燃料貯蔵施設およびその改造方法を添付図面に基づいて説明する。まず、第１実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置について図１から図４を用いて説明する。図１の符号１は、第１実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置である。

図１および図２に示すように、原子力発電所において、原子炉格納容器を取り囲む原子炉建屋には、燃料貯蔵施設が設けられる。この燃料貯蔵施設には、例えば、原子炉の炉心で使用した使用済核燃料を保管するための貯蔵プール２が設けられている。この貯蔵プール２は、底面３および壁面４を有し、その内部に多量の水５が溜められる。この貯蔵プール２には、使用済核燃料を収めた燃料集合体６（図３参照）を貯蔵する核燃料貯蔵ラック７が沈められている。なお、１つの貯蔵プール２の水中には、複数個のラック７が保管されている。これらのラック７に貯蔵された使用済核燃料は、水５で冷却されることで崩壊熱が除去される。なお、ラック７に貯蔵される核燃料は、使用前のものであっても良い。

本実施形態では、貯蔵プール２の底面３（床面）に置くだけの自立式のラック７を例示する。なお、固定式のラック７であっても本実施形態を適用することができる。また、貯蔵プール２の底面３には、基礎盤８（鋼製ライナ）が置かれている。この基礎盤８の上面（床面）にラック７が着座されている。なお、貯蔵プール２の底面３にラック７を直接置いても良い。

ラック７は、複数本の角管９を互いに溶接させて形成されている。１本の角管９には、１本の燃料集合体６（図３参照）が収容される。なお、それぞれの角管９は、直立して設けられる。燃料集合体６は、角管９の上方の開口から出し入れされる。また、それぞれの角管９の下端は、支持パッド１０に固定されている。本実施形態では、平面視で縦方向に１０本の角管９が並ぶとともに、横方向に１０本の角管９が並んで１個のラック７を構成する。つまり、ラック７は、平面視で正方形状を成す。なお、全てのラック７は、同一構成を成す。

平面視において、貯蔵プール２は、長方形状を成す。この貯蔵プール２の横方向および縦方向に複数個のラック７が格子状に配置されている。本実施形態では、横方向に４個のラック７が並んで配置されるとともに、縦方向に２個のラック７が並んで配置される。つまり、４個のラック７が並ぶ方向（紙面横方向）と直交する方向（紙面縦方向）に他のラック７が並んで配置される。なお、本実施形態では、合計８個のラック７を図示しているが、ラック７の個数は、特に限定されるものではない。少なくとも２個のラック７が配置されていれば良い。

図３および図４に示すように、ラック７同士の間には、特定部材１１が配置される。特定部材１１は、平面視で直線状を成す部材である。なお、これらの図において、紙面左側のラック７を第１ラック７Ａと称するとともに、紙面右側のラック７を第２ラック７Ｂと称して以下に説明する。なお、図３では、理解を助けるために、特定部材１１の一部を断面にして図示している。

第１ラック７Ａと第２ラック７Ｂが並んで配置されると、第１ラック７Ａの外面１２と第２ラック７Ｂの外面１２とが、互いに対面して配置される。つまり、所定のラック７の側周面に存在する４つの外面１２（側面）のうちの１の外面１２が、他のラック７の外面１２と対向し、かつ互いの外面１２が平行を成すように配置される。そして、これら外面１２同士の間の空間Ｃに特定部材１１が挿入される。

第１実施形態の特定部材１１は、ボックス状を成す。この特定部材１１は、第１ラック７Ａの外面１２に対面する第１面１３と、第２ラック７Ｂの外面１２に対面する第２面１４とを有する。この特定部材１１は、第１面１３を有する第１板部１５と、第２面１４を有する第２板部１６とを梁部１７により連結して形成される。なお、梁部１７が第１面１３から第２面１４までの間隔（幅寸法Ｚ）を保つ構造部となっている。また、第１面１３から第２面１４までの間隔は、垂直方向および水平方向に亘って均一の間隔となっている。

特定部材１１を構成する第１板部１５および第２板部１６は、特定部材１１の厚さ方向の剛性が角管９と同程度またはそれ以上の剛性となるように構成される。また、梁部１７も充分な強度を有する。なお、梁部１７の強度は、万が一、ラック７が第１板部１５または第２板部１６に衝突した場合に、潰れることで緩衝を行える程度の強度であることが好ましい。

特定部材１１が第１ラック７Ａと第２ラック７Ｂとの間の空間Ｃに配置されると、特定部材１１の第１面１３は、第１ラック７Ａの外面１２と平行を成すとともに、特定部材１１の第２面１４は、第２ラック７Ｂの外面１２と平行を成す。第１面１３と第１ラック７Ａの外面１２および第２面１４と第２ラック７Ｂの外面１２は、必ずしも平行である必要はなく、例えば、特定部材１１が側面視または平面視で傾斜されて配置されても良い。また、第１面１３または第２面１４が曲面を構成していても良い。なお、第１面１３または第２面１４が曲面であっても、第１面１３から第２面１４までの間隔は、垂直方向および水平方向に亘って均一の間隔であることが好ましい。

また、特定部材１１における第１面１３および第２面１４以外の２つの側面１８，１９は、側板部２０，２１でそれぞれ閉塞されている。さらに、特定部材１１の上部は、上板部２２で閉塞されている。なお、第２板部１６には、特定部材１１の内部と外部とで水５が出入りする連通口２３が設けられている。

このようにすれば、この連通口２３から特定部材１１の内部に水５が入るので、第１板部１５と第２板部１６との間の水５により、１のラック７から他のラック７に向けて放射される放射線（中性子線）を遮蔽することができる。また、特定部材１１を軽量化することができるので、設置作業を容易に行うことができる。

なお、連通口２３を設ける位置および数は、特に限定されない。また、連通口２３を設けることに換えて、特定部材１１の上面または側面を閉塞しない構成（即ち、上方ないし側方から見て梁部１７がむき出しに見える構成）としても良い。特定部材１１を撤去する際の排水のためには、低位置または底部に開口（連通口２３）があることが望ましい。

また、梁部１７が第１面１３から第２面１４までの間隔を保つことで、特定部材１１の体積を一定に保つことができる。さらに、特定部材１１がラック７同士の間の空間Ｃに配置されることで、ラック７に接する空間（隙間Ｇ）の体積を小さくすることができる。

特定部材１１の下部には、貯蔵プール２の底に設けられた基礎盤８（床面）に着座される着座部２４が設けられる。この着座部２４により特定部材１１が基礎盤８に着座して自立する。本実施形態では、貯蔵プール２の底に置くだけの自立式の特定部材１１を例示する。このようにすれば、特定部材１１の設置作業を容易に行うことができる。なお、基礎盤８に固定する固定式の特定部材１１であっても本実施形態を適用することができる。なお、貯蔵プール２の底面３に特定部材１１を直接置いても良い。

特定部材１１において、第１面１３および第２面１４のそれぞれの高さ寸法Ｙ（着座部２４を含む高さ寸法：縦寸法）が、ラック７の高さ寸法Ｈ（縦寸法）に対応する寸法となっている。つまり、第１面１３および第２面１４のそれぞれの高さ寸法Ｙが、互いに同一寸法を成し、かつラック７の高さ寸法Ｈと同一寸法となっている。

なお、第１面１３および第２面１４の高さ寸法Ｙは、ラック７の高さ寸法Ｈと必ずしも同一とする必要はなく、所望の流体−構造連成力が得られるように設計されていれば良い。具体的には、第１面１３および第２面１４をラック７よりも低くした場合、ラック７と同程度の高さとした場合に比べると流体−構造連成力は小さくなるが、想定する地震動に対して充分な耐震性を得られるのであればラック７よりも低くても良い。また、特定部材１１は、燃料の移送作業などの障害とならないようにラック７と同程度以下の高さであることが望ましいが、流体−構造連成力の観点でいえばラック７より高くても良い。

また、特定部材１１において、第１面１３および第２面１４のそれぞれの水平寸法Ｘ（横寸法）が、ラック７の水平寸法Ｖ（横寸法）に対応する寸法となっている。つまり、第１面１３および第２面１４のそれぞれの水平寸法Ｘが互いに同一寸法を成し、かつラック７の水平寸法Ｖと同一寸法となっている。なお、第１面１３および第２面１４の水平寸法Ｘは、ラック７の水平寸法Ｖとほぼ同じ寸法であれば良い。第１面１３および第２面１４の水平寸法Ｘが、ラック７の水平寸法Ｖよりも若干長くても良いし、若干短くても良い。

また、第１面１３から第２面１４までの間隔、つまり、特定部材１１の幅寸法Ｚが、第１ラック７Ａと第１面１３との間または第２ラック７Ｂと第２面１４との間の少なくとも一方に水５が出入り可能な隙間Ｇを形成する寸法となっている。本実施形態では、第１ラック７Ａと第１面１３との間または第２ラック７Ｂと第２面１４との間の両方に、隙間Ｇが形成されている。なお、この隙間Ｇには、上方または側方から水５が出入り可能となっている。なお、一方のみに水５が出入り可能とする場合は、他方の面では特定部材１１とラック７が直接接触する。

なお、本実施形態では、第１ラック７Ａと第１面１３との隙間Ｇと、第２ラック７Ｂと第２面１４との隙間Ｇとが同一寸法になっているが、第１ラック７Ａと第１面１３との隙間Ｇと、第２ラック７Ｂと第２面１４との隙間Ｇとを異なる寸法にしても良い。

地震発生時にラック７が水平方向に揺れたときに、ラック７と特定部材１１との隙間Ｇに対して、上方または側方から水５が入り込む流れＦが生じる。この隙間Ｇに存在する水５によって、流体−構造連成力が生じるようになり、第１ラック７Ａと第２ラック７Ｂとを一体的に振動させることができる。本実施形態では、全てのラック７の間に特定部材１１が配置されるので、全てのラック７が一体的に振動するようになる。このようにすれば、地震発生時にラック７の振動を抑えることができる。

本実施形態では、地震発生時に、第１ラック７Ａの外面１２と第１面１３との隙間Ｇおよび第２ラック７Ｂの外面１２と第２面１４との隙間Ｇで水５が流動されることで、水５と第１ラック７Ａおよび第２ラック７Ｂとの間で働く流体−構造連成力を、特定部材１１を介して向上させることができる。即ち、隙間Ｇに出入りされる水５によって、第１ラック７Ａおよび第２ラック７Ｂと水５との間に働く流体−構造連成力を、特定部材１１を用いて強化することができる。

流体−構造連成（Fluid-Structure Interaction: FSI）とは、流体の流れによって構造物が変形し、構造物が変形することによって流れが影響を受け、流体と構造物の相互作用が含まれる現象のことである。本実施形態では、この流体の流れによって構造物が受ける力を流体−構造連成力と称している。この流体−構造連成力は、公知のシミュレータを用いて解析することができる。

地震が発生し、ラック７が水平方向に揺れると、隙間Ｇに存在する水５がラック７の揺れとともに流動される。この水５の流動によって流体−構造連成力が向上し、ラック７同士が連結された状態になる。このとき、隙間Ｇが広い場合よりも狭い場合の方が、隙間Ｇを流れる水５の流速が速くなる。特に、広い空間にある水５が、狭い隙間Ｇに入り込むときに、水５の流速が加速されるので、大きな流体−構造連成力が生じるようになる。例えば、空間の幅を狭くした場合に、その狭くした寸法に応じて水５の流速が速くなる。そして、水５の慣性力も大きくなる。

この流体−構造連成力が生じることにより、地震により加わるエネルギーに対してラック７の見かけ上の重さを増大させることができる。その結果、ラック７の振動が抑えられる。特に、隙間Ｇに対して上方から入り込む水５の流れＦが生じる場合に、この水５は、横揺れの地震動からエネルギーを得ることがないので、ラック７の見かけ上の重さを増大させることにのみに仕事をするようになる。そのため、ラック７の横揺れを抑えることができる。

以上のように、本実施形態では、燃料ラック７の間に特定部材１１を設置するのみの簡素な構成で燃料ラック７間の隙間を調整して流体−構造連成力を向上させることができる。

また、特定部材１１は、クレーン（天井クレーンまたは燃料交換機など）により容易に撤去することができる。また、貯蔵プール２または燃料ラック７の保守作業などにおいて、空間Ｃに検査装置、治具、工具などを投入する必要がある場合には、特定部材１１を一時的に撤去して保守作業などの作業領域を確保することができる。

また、燃料ラック７同士の隙間を所望の流体−構造連成力を得られる程度に狭くした構成と比しても、以下の優位な点がある。即ち、特定部材１１を撤去して空間を確保できるため、燃料ラック７の設置作業、貯蔵プール２に設置するその他の機器の組立作業、保守作業などの作業領域を広く確保できる。また、燃料ラック７同士の隙間を広くできるため、燃料ラック７の貯蔵プール２内へ配置する設計の自由度および作業性を確保できる。特に、燃料ラック７設置時の作業性および燃料ラック７同士の衝突回避のため、燃料ラック７同士の隙間は、ある程度以上とすることが通常求められる。

また、基礎盤８が燃料ラック７の設置位置を前提とした構造となっている。このため、既存の貯蔵プール２において燃料ラック７の配置を変更して隙間を調節するには、基礎盤８の改造工事が必要となる。この改造工事を実施するには、貯蔵中の燃料を別の場所で保管する必要もあり、現実的には実施が困難である。これに対して、本実施形態の改造方法では、既存の貯蔵プール２に対しても容易に適用可能である。

なお、図面では、理解を助けるために、ラック７の幅寸法Ｗ、ラック７同士の間の空間Ｃ、隙間Ｇ、特定部材１１の幅寸法Ｚを誇張して図示している。ラック７同士の間の空間Ｃ（距離）に応じて、特定部材１１の幅寸法Ｚが決定される。例えば、特定部材１１の幅寸法Ｚが狭ければ、その重量および燃料の遮蔽に問題がなければ、特定部材１１を、中実の板材を着座部２４から上方に延びるように設けた構成であってもいい。

本実施形態では、水５の流体−構造連成力によってラック７同士が連結された状態になるので、隣り合うラック７同士が互いに逆方向に動くことが困難になる。そのため、ラック７同士が一体となって同相で群振動される。また、ラック７が群振動されることで、ラック７同士が衝突するおそれもなくなる。

また、第１面１３から第２面１４までの間隔が、垂直方向および水平方向に亘って均一の間隔であることで、流体−構造連成力による効果を大きくすることができる。

また、固定式のラック７に本実施形態を適用した場合において、ラック７が群振動されることで、ラック７の上端が互いに離れる方向に揺れることを防止することができる。例えば、ラック７の上端が互いに離れる方向に揺れてしまうと、ラック７の四隅を固定する複数本のアンカーボルトのうち、互いに近接するアンカーボルト同士に互いに抜ける方向に力が加わってしまう場合がある。このような場合に、基礎盤８の限定的な領域に引き抜き力が集中し、基礎盤８が破損してしまうおそれがある。本実施形態では、ラック７が群振動されるので、互いに近接するアンカーボルトにおいて、一方に抜ける方向に力が加わっても、他方に押し付ける方向に力が加わるので、基礎盤８の限定的な領域で引き抜き力と押し付け力が相殺する。これにより、基礎盤８の破損を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置１Ａについて図５を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。また、この図において、紙面左側のラック７を第１ラック７Ａと称するとともに、紙面右側のラック７を第２ラック７Ｂと称して以下に説明する。

図５に示すように、第２実施形態の特定部材１１Ａは、第１面１３を有する第１板部１５と、第２面１４を有する第２板部１６とを、梁部１７により連結して形成される。なお、第２実施形態の特定部材１１Ａでは、第１実施形態の特定部材１１と異なり、２０，２１と上板部２２と着座部２４が設けられていない。

第２実施形態の特定部材１１Ａの上部には、側面視で逆Ｕ字状を成す接続部２５（掛止部）が設けられる。この接続部２５は、特定部材１１Ａの幅方向に延び、その端部に爪部２６を備える。また、接続部２５は、特定部材１１Ａの水平方向の所定の２箇所に設けられる。

第１ラック７Ａおよび第２ラック７Ｂにおいて、特定部材１１Ａに向く外面１２の上部には、フック状を成す支持部２７（受け部）が設けられる。特定部材１１Ａの接続部２５の爪部２６は、第１ラック７Ａおよび第２ラック７Ｂの支持部２７に掛止される。このようにして、特定部材１１Ａが吊り下げられる。

このようにすれば、地震発生時に特定部材１１Ａが揺れても、特定部材１１Ａの位置が自重で復元される。そのため、第１ラック７Ａと第１面１３との隙間Ｇ（図３参照）および第２ラック７Ｂと第２面１４との隙間Ｇ（図３参照）を保つことができる。そして、隙間Ｇに入り込む水５の流れＦにより流体−構造連成力を向上させ、地震発生時のラック７の振動を抑えることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置１Ｂについて図６を用いて説明する。なお、前述した実施形態と同一構成で重複する構成を省略する。また、この図において、紙面左側のラック７を第１ラック７Ａと称するとともに、紙面右側のラック７を第２ラック７Ｂと称して以下に説明する。

図６に示すように、第３実施形態の特定部材１１Ｂは、第１板部１５の第１面１３および第２板部１６の第２面１４に設けられる複数の突出部２８を備える。第１面１３に設けられた突出部２８は、第１ラック７Ａの外面１２に向かって水平方向に突出されている。また、第２面１４に設けられた突出部２８は、第２ラック７Ｂの外面１２に向かって水平方向に突出されている。

このようにすれば、地震発生時に、第１面１３または第２面１４と、ラック７の外面１２との接触が防止され、水５が出入り可能な隙間Ｇ（図３参照）を維持することができる。つまり、地震発生時の流体−構造連成力の性能の変化を抑えることができる。そして、隙間Ｇに入り込む水５の流れＦにより流体−構造連成力を向上させ、地震発生時のラック７の振動を抑えることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置１Ｃについて図７を用いて説明する。なお、前述した実施形態と同一構成で重複する構成を省略する。また、この図において、紙面左側のラック７を第１ラック７Ａと称するとともに、紙面右側のラック７を第２ラック７Ｂと称して以下に説明する。

図７に示すように、第４実施形態の特定部材１１Ｃは、第１板部１５の第１面１３および第２板部１６の第２面１４に設けられる複数の緩衝部材２９を備える。これらの緩衝部材２９は、板バネを屈曲させて形成されている。第１面１３に設けられた緩衝部材２９は、第１ラック７Ａの外面１２に向かって膨出（突出）するように屈曲されている。また、第２面１４に設けられた緩衝部材２９は、第２ラック７Ｂの外面１２に向かって膨出（突出）するように屈曲されている。

このようにすれば、第１面１３または第２面１４と、ラック７の外面１２との接触が防止され、水５が出入り可能な隙間Ｇ（図３参照）を維持することができる。つまり、地震発生時の流体−構造連成力の性能の変化を抑えることができる。そして、隙間Ｇに入り込む水５の流れＦにより流体−構造連成力を向上させ、地震発生時のラック７の振動を抑えることができる。なお、万が一、ラック７が揺れて特定部材１１Ｃに接触される場合であっても、緩衝部材２９によって、接触の衝撃が緩和されるので、ラック７を疵付けることがない。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置１Ｄについて図８を用いて説明する。なお、前述した実施形態と同一構成で重複する構成を省略する。

図８に示すように、第５実施形態では、平面視で直線状を成す第１特定部材３１と、平面視で十字形状（プラス記号形状）を成す第２特定部材３２と、平面視でＴ字形状を成す第３特定部材３３との３種類の特定部材３１，３２，３３が設けられる。

第１特定部材３１は、ラック７の対向する外面の中央位置に配置される。これらの第１特定部材３１は、２個のラック７の外面に対応し、かつ平面視で直線状に延びる２つの面（第１面および第２面）を有する。これらの第１特定部材３１によって、流体−構造連成力が向上し、２個のラック７同士が第１特定部材３１を介して連結された状態になる。

第２特定部材３２は、４個のラック７の角部が近接する位置に配置される。これらの第２特定部材３２は、４個のラック７の角部に対応し、かつ平面視でＬ字状に曲がった４つの面（第１面、第２面、第３面および第４面）を有する。これらの第２特定部材３２によって、流体−構造連成力が向上し、４個のラック７同士が第２特定部材３２を介して連結された状態になる。

第３特定部材３３は、貯蔵プール２の壁面４に近接する位置に配置される。これらの第３特定部材３３は、２個のラック７の角部に対応し、かつ平面視でＬ字状に曲がった２つの面（第１面および第２面）を有する。これらの第３特定部材３３によって、流体−構造連成力が向上し、２個のラック７同士が第３特定部材３３を介して連結された状態になる。

さらに、第３特定部材３３は、壁面４に対応し、かつ平面視で直線状に延びる１つの面（第３面）を有する。この第３面は、壁面４に向き、かつ壁面４から離れて設けられる。そして、第３特定部材３３と壁面４との間に広い空間が確保される。

第５実施形態では、ラック７と壁面４との間の広い空間に隣接する第３特定部材３３が平面視でＴ字状を成すことで、壁面４に近接する側方からラック７同士の隙間Ｇ（図３参照）に、水５が入り難くなる。そのため、側方から入ってくる水５の流れＦが加速され、流体−構造連成力が向上する。

貯蔵プール２の横方向および縦方向に複数個のラック７が格子状に配置されている状態において、つまり、第２特定部材３２が、横方向に並ぶ複数個のラック７と、縦方向（直交する方向）に並ぶ複数個のラック７とが、配置される範囲に亘って四方に延びている。

このようにすれば、横方向または縦方向のいずれの方向に並ぶラック７であっても、ラック７と水５との間に働く流体−構造連成力を強化することができる。なお、横方向に並ぶ２個のラック７の間に配置される第１特定部材３１が、縦方向に並ぶ他のラック７が配置される範囲に亘って延びても良い。

第５実施形態では、複数の特定部材３１，３２，３３の端部同士を互いに連結する連結部材３４が設けられる。なお、連結部材３４は、特定部材３１，３２，３３の端部を挟み込む機構を有する。または、連結部材３４は、特定部材３１，３２，３３の端部に嵌るソケットを有する。

例えば、第１特定部材３１では、一方の端部が連結部材３４を介して第２特定部材３２と連結され、他方の端部が連結部材３４を介して第３特定部材３３と連結される。このようにすれば、複数の特定部材３１，３２，３３を連結部材３４で一体化することができるので、特定部材３１，３２，３３を一体化することができる。また、多数のラック７が配置された貯蔵プールに容易に設置することができる。

なお、複数の第１特定部材３１同士を連結部材３４で連結しても良い。このようにすれば、小型の第１特定部材３１（分割された特定部材）を製造しておき、貯蔵プール２で連結することができるようになる。そのため、特定部材の製造性および搬送性が向上する。

また、例えば、ラック７同士の間の空間Ｃの平面視の形状が複雑な形状である場合であって、分割された特定部材を多数製造しておき、空間Ｃの形状に合わせて特定部材を組み合わせることで、設置作業を容易に行うことができる。

なお、第３特定部材３３の第３面を壁面４に近接させて、第３特定部材３３の第３面と壁面４との隙間を狭くすることで、第３特定部材３３と壁面４とに働く流体−構造連成力を向上させても良い。このようにすれば、壁面４とラック７とが第３特定部材３３を介して連結された状態になる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置１Ｅについて図９から図１１を用いて説明する。なお、前述した実施形態と同一構成で重複する構成を省略する。

図９に示すように、第６実施形態では、ラック用の特定部材１１に加えて壁面用の特定部材４１が設けられる。壁面用の特定部材４１は、ラック７と貯蔵プール２の壁面４との間に配置される。なお、ラック用の特定部材１１は、第１実施形態のものを例示しているが、第１から第５実施形態のいずれのものを適用しても良い。

図１０および図１１に示すように、壁面用の特定部材４１は、第１面４２を有する第１板部４４と、第２面４３を有する第２板部４５とを、梁部４６により連結して形成される。なお、梁部４６が第１面４２から第２面４３までの間隔（幅寸法Ｍ）を保つ構造部となっている。また、第１面４２から第２面４３までの間隔は、垂直方向および水平方向に亘って均一の間隔となっている。

さらに、第１板部４４および第２板部４５の下部には、貯蔵プール２の底に設けられた基礎盤８（床面）に着座される着座部４７が設けられる。この着座部４７により壁面用の特定部材４１が基礎盤８に着座され、その位置が一定に保たれる。

第６実施形態では、貯蔵プール２の底（床面）に置くだけの自立式の壁面用の特定部材４１を例示している。なお、基礎盤８に固定する固定式の壁面用の特定部材４１であっても良い。さらに、貯蔵プール２の底面３に壁面用の特定部材４１を直接置いても良い。

ラック７が貯蔵プール２の壁面４に近接して配置されると、ラック７の外面１２と貯蔵プール２の壁面４とが、互いに対面して配置される。つまり、所定のラック７の側周面に存在する４つの外面１２（側面）のうちの１の外面１２が、貯蔵プール２の壁面４と対向し、かつ、この外面１２と壁面４が平行を成すように配置される。そして、外面１２と壁面４の間の空間Ｓに壁面用の特定部材４１が挿入される。

壁面用の特定部材４１が壁面４とラック７との間の空間Ｓに配置されると、壁面用の特定部材４１の第１面４２は、壁面４と平行を成すとともに、壁面用の特定部材４１の第２面４３は、ラック７の外面１２と平行を成す。

また、梁部４６が第１面４２から第２面４３までの間隔を保つことで、壁面用の特定部材４１の体積を一定に保つことができる。さらに、壁面用の特定部材４１が壁面４とラック７の間の空間Ｓに配置されることで、壁面４およびラック７に接する空間（隙間Ｐ）の体積を小さくすることができる。

壁面用の特定部材４１において、第１面４２および第２面４３のそれぞれの高さ寸法Ｌ（着座部４７を含む高さ寸法：縦寸法）が、ラック７の高さ寸法Ｈ（縦寸法）に対応する寸法となっている。つまり、第１面４２および第２面４３のそれぞれの高さ寸法Ｌが、互いに同一寸法を成し、かつラック７の高さ寸法Ｈと同一寸法となっている。なお、第１面４２および第２面４３の高さ寸法Ｌは、ラック７の高さ寸法Ｈとほぼ同じ寸法であれば良い。第１面４２および第２面４３の高さ寸法Ｌが、ラック７の高さ寸法Ｈよりも若干長くても良いし、若干短くても良い。

また、壁面用の特定部材４１において、第１面４２および第２面４３のそれぞれの水平寸法Ｋ（横寸法）が、ラック７の水平寸法Ｖ（横寸法）に対応する寸法となっている。つまり、第１面４２および第２面４３のそれぞれの水平寸法Ｋが互いに同一寸法を成し、かつラック７の水平寸法Ｖと同一寸法となっている。なお、第１面４２および第２面４３の水平寸法Ｋは、ラック７の水平寸法Ｖとほぼ同じ寸法であれば良い。第１面４２および第２面４３の水平寸法Ｋが、ラック７の水平寸法Ｖよりも若干長くても良いし、若干短くても良い。

また、第１面４２から第２面４３までの間隔、つまり、壁面用の特定部材４１の幅寸法Ｍが、壁面４と第１面４２との間またはラック７と第２面４３との間の少なくとも一方に水５が出入り可能な隙間Ｐを形成する寸法となっている。第６実施形態では、壁面４と第１面４２との間またはラック７と第２面４３との間の両方に、隙間Ｐが形成されている。なお、この隙間Ｐには、上方または側方から水５が出入り可能となっている。

なお、第６実施形態では、壁面用の特定部材４１と壁面４との隙間Ｐと、壁面用の特定部材４１とラック７との隙間Ｐとが同一寸法となっているが、壁面用の特定部材４１と壁面４との隙間Ｐと、壁面用の特定部材４１とラック７との隙間Ｐとを異なる寸法にしても良い。

なお、壁面用の特定部材４１から壁面４までの隙間Ｐと、壁面用の特定部材４１からラック７までの隙間Ｐとが、同一寸法を成している。さらに、壁面用の特定部材４１から壁面４までの隙間Ｐと、壁面用の特定部材４１からラック７までの隙間Ｐと、ラック用の特定部材１１からラック７の外面１２までの隙間Ｇ（図３参照）とが、同一寸法を成している。

なお、第６実施形態では、壁面用の特定部材４１が形成する隙間Ｐと、ラック用の特定部材１１が形成する隙間Ｇ（図３参照）とが、同一寸法を成しているが、壁面用の特定部材４１が形成する隙間Ｐよりも、ラック用の特定部材１１が形成する隙間Ｇを狭くすることが好ましい。このようにすれば、地震発生時のラック７の揺れが抑えられる。

地震発生時にラック７が水平方向に揺れたときに、壁面用の特定部材４１と壁面４との隙間Ｐおよび壁面用の特定部材４１とラック７との隙間Ｐに対して、上方または側方から水５が入り込む流れＦが生じる。この隙間Ｐに存在する水５によって、流体−構造連成力が生じるようになり、ラック７を壁面４に対して固定させることができる。また、全てのラック７の間にラック用の特定部材１１が配置されるので、全てのラック７が一体的になり、かつ全てのラック７が、水５が発生させる流体−構造連成力を介して壁面４に固定された状態になる。このようにすれば、地震発生時にラック７の振動を抑えることができる。

さらに、地震発生時のラック７の振動数を変化させることができる。壁面用の特定部材４１と壁面４との隙間Ｐおよび壁面用の特定部材４１とラック７との隙間Ｐが、狭くなるに連れて、ラック７の剛性が壁面４の剛性と同じ位になってゆく。つまり、ラック７の振動数を調整することができる。

例えば、貯蔵プール２が設けられている建物の固有振動数に対し、ラック７の振動数が異なるように壁面用の特定部材４１を用いて調整を行うことで、建物の固有振動数と一致する振動数の地震が発生した場合であっても、ラック７の揺れが抑えられる。そのため、耐震性を向上させることができる。また、隙間Ｇ，Ｐにおける水５の流れＦによって、流動抵抗による減衰力を得ることができき、地震による振動を抑制することができる。

また、地震発生時にラック７が壁面４に向かって滑ってしまっても、壁面用の特定部材４１が緩衝部材となるので、ラック７が壁面４に衝突してしまうことを防止することができる。

なお、第６実施形態では、ラック用の特定部材１１を設けなくても良い。例えば、ラック７同士の間の空間Ｃの寸法を充分に小さくした場合は、ラック用の特定部材１１の設置を省略しても良い。そして、壁面４に近接して配置されたラック７から壁面までの空間Ｓにのみ、壁面用の特定部材４１を配置する。このときに、壁面用の特定部材４１から壁面４までの隙間Ｐと、壁面用の特定部材４１からラック７までの隙間Ｐとが、それぞれラック７同士の間の空間Ｃの寸法よりも大きくなるように、第１面４２から第２面４３までの間隔（幅寸法Ｍ）を調整する。このようにすれば、地震発生時に全てのラック７の揺れが抑えられる。

なお、第６実施形態では、ラック７の個数は、特に限定されるものではない。第６実施形態では、少なくとも１個のラック７が配置されていれば良い。

なお、壁面用の特定部材４１が、壁面４に沿って並ぶ複数個のラック７が配置される範囲に亘って延びる水平寸法Ｋを有していても良い。

なお、壁面用の特定部材４１の端部同士を互いに連結する連結部材を設けるようにしても良い。つまり、第５実施形態のラック用の特定部材１１を連結部材３４で連結する構成を、第６実施形態の壁面用の特定部材４１に適用しても良い。

なお、壁面用の特定部材４１の第１面４２または第２面４３の少なくとも一方に設けられ、壁面４またはラック７に向かって突出する突出部を設けるようにしても良い。つまり、第３実施形態のラック用の特定部材１１の突出部２８を、第６実施形態の壁面用の特定部材４１に設けても良い。

なお、壁面用の特定部材４１の第１面４２または第２面４３の少なくとも一方に設けられ、壁面４またはラック７に向かって突出する緩衝部材を設けるようにしても良い。つまり、第４実施形態のラック用の特定部材１１の緩衝部材２９を、第６実施形態の壁面用の特定部材４１に設けても良い。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態の核燃料貯蔵ラックの保管装置１Ｆについて図１２を用いて説明する。なお、前述した実施形態と同一構成で重複する構成を省略する。

図１２に示すように、第７実施形態の壁面用の特定部材４１Ａは、第１面４２を有する第１板部４４と、第２面４３を有する第２板部４５とを、梁部４６により連結して形成される。なお、第７実施形態の壁面用の特定部材４１Ａでは、第６実施形態の壁面用の特定部材４１Ａと異なり、着座部４７が設けられていない。

第７実施形態の壁面用の特定部材４１Ａの上部には、吊り下げ用のワイヤから成る接続部４８が設けられる。また、壁面４には、接続部４８が接続されるフレーム状の支持部４９が、水平方向に突出して設けられている。この支持部４９に対して接続部４８が接続される。このようにして、壁面用の特定部材４１Ａが吊り下げられる。

なお、接続部４８は、壁面用の特定部材４１Ａの梁部４６から上方に延びる。第７実施形態では、１つの壁面用の特定部材４１Ａに対して２本の接続部４８が設けられている。

このようにすれば、地震発生時に壁面用の特定部材４１Ａが揺れても、壁面用の特定部材４１Ａの位置が自重で復元される。そのため、壁面４と第１面４２との隙間Ｐ（図１０参照）およびラック７と第２面４３との隙間Ｐ（図１０参照）を保つことができる。そして、隙間Ｐに入り込む水５の流れＦにより流体−構造連成力を向上させ、地震発生時のラック７の振動を抑えることができる。

本実施形態に係る核燃料貯蔵ラックの保管装置を第１実施形態から第７実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。

なお、従来技術において、地震発生時に複数個のラック７を一体的に振動させようとすると、互いのラック７を連結部材で連結しなければならない。この場合に、ラック７の水平荷重が連結部材に集中するため、ラック７の外枠構造体と連結部材との接続部分に局所的に過大な荷重が発生してしまう。これに対して本実施形態では、ラック７同士が互いに連結されず、特定部材１１が向上させる流体−構造連成力によって、ラック７同士が連結される。そのため、地震発生時に局所的に過大な荷重が発生してしまうことがない。そして、ラック７に負荷を与えることなく、ラック７の振動を抑えることができる。

なお、本実施形態では、複数本の角管９を互いに溶接させてラック７が形成されているが、ラック７は、その他の態様であっても良い。例えば、フレームを用いて形成したラックでも良いし、外周面を板で覆ったラックでも良い。

平面視で縦方向に１０本および横方向に１０本の角管９が並んで互いに溶接されて通常のラック７を構成しているが、１０本の角管９を１列に並べて互いに溶接してラックを構成し、このラックを特定部材としても良い。そして、この特定部材を２個の通常のラック７同士の間に配置する。

なお、本実施形態では、ラック用の特定部材１１の第１面１３および第２面１４の両方が、ラック７の外面１２から離れていることで、隙間Ｇを形成しているが、第１面１３または第２面１４のいずれか一方の面をラック７の外面１２に接触させても良い。また、壁面用の特定部材１１において、第１面１３を壁面４に接触させても良いし、第２面１４をラック７の外面１２に接触させても良い。

以上説明した実施形態によれば、貯蔵プールの水中に核燃料を貯蔵する第１ラックと第２ラックの少なくとも２個のラックが並んで配置され、その間に配置される特定部材を備えることにより、地震発生時に核燃料貯蔵ラックの振動を抑えることができる。

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、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ）…核燃料貯蔵ラックの保管装置、２…貯蔵プール、３…底面、４…壁面、５…水、６…燃料集合体、７…ラック、７Ａ…第１ラック、７Ｂ…第２ラック、８…基礎盤、９…角管、１０…支持パッド、１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１）…特定部材、１２…外面、１３…第１面、１４…第２面、１５…第１板部、１６…第２板部、１７…梁部、１８，１９…側面、２０，２１…側板部、２２…上板部、２３…連通口、２４…着座部、２５…接続部、２６…爪部、２７…支持部、２８…突出部、２９…緩衝部材、３１…第１特定部材、３２…第２特定部材、３３…第３特定部材、３４…連結部材、４１（４１Ａ）…壁面用の特定部材、４２…第１面、４３…第２面、４４…第１板部、４５…第２板部、４６…梁部、４７…着座部、４８…接続部、４９…支持部、Ｃ…ラック同士の間の空間、Ｆ…水の流れ、Ｇ…隙間、Ｈ…ラックの高さ寸法、Ｋ…壁面用の特定部材の水平寸法、Ｌ…壁面用の特定部材の高さ寸法、Ｍ…壁面用の特定部材の幅寸法、Ｐ…隙間、Ｓ…ラックから壁面までの空間、Ｖ…ラックの水平寸法、Ｗ…ラックの幅寸法、Ｘ…特定部材の水平寸法、Ｙ…特定部材の高さ寸法、Ｚ…特定部材の幅寸法。

Claims (13)

1. 貯蔵プールの水中に核燃料を貯蔵する第１ラックと第２ラックの少なくとも２個のラックが並んで配置され、その間に、前記第１ラックと前記第２ラックの少なくとも一方に対して揺動可能な状態で配置される特定部材を備え、
   前記特定部材は、前記第１ラックの外面に対面する第１面と、前記第１面との間隔が保たれるとともに前記第２ラックの外面に対面する第２面と、を有し、
   前記第１ラックと前記第１面との間または前記第２ラックと前記第２面との間の少なくとも一方に前記水が出入り可能な隙間が形成され、前記隙間の寸法が、入り込む前記水の流れにより流体−構造連成力を向上可能な寸法に設定されている燃料貯蔵施設。
2. 前記特定部材は、前記第１面を有する第１板部と前記第２面を有する第２板部を梁部により連結して形成される請求項１に記載の燃料貯蔵施設。
3. 前記第１ラックと前記第２ラックとが並ぶ方向と直交する方向に他のラックが並んで配置され、
   前記特定部材が、前記直交する方向に並んだ少なくとも２個のラックが配置される範囲に亘って延びる請求項１または請求項２に記載の燃料貯蔵施設。
4. 複数の前記特定部材の端部同士を互いに連結する連結部材を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料貯蔵施設。
5. 前記特定部材を前記貯蔵プールの床面に着座させる着座部を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料貯蔵施設。
6. 前記特定部材の上部に設けられる接続部と、
   前記ラックに上部に設けられる支持部と、
   を備え、
   前記接続部を前記支持部に掛止して前記特定部材を吊り下げる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料貯蔵施設。
7. 前記第１面または前記第２面の少なくとも一方に設けられ、前記ラックに向かって突出する突出部を備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃料貯蔵施設。
8. 前記第１面または前記第２面の少なくとも一方に設けられ、前記ラックに向かって突出する緩衝部材を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の燃料貯蔵施設。
9. 貯蔵プールの水中に核燃料を貯蔵するラックが前記貯蔵プールの壁面に近接して配置され、前記ラックと前記壁面の間に、少なくとも前記壁面に対して揺動可能な状態で配置される特定部材を備え、
   前記特定部材は、前記ラックの外面に対面する第１面と、前記第１面との間隔が保たれるとともに前記壁面に対面する第２面と、を有し、
   前記ラックと前記第１面との間または前記壁面と前記第２面との間の少なくとも一方に前記水が出入り可能な隙間が形成され、前記隙間の寸法が、入り込む前記水の流れにより流体−構造連成力を向上可能な寸法に設定されている燃料貯蔵施設。
10. 前記特定部材を前記貯蔵プールの床面に着座させる着座部を備える請求項９に記載の燃料貯蔵施設。
11. 前記特定部材の上部に設けられる接続部と、
    前記壁面に設けられる支持部と、
    を備え、
    前記接続部を前記支持部に掛止して前記特定部材を吊り下げる請求項９に記載の燃料貯蔵施設。
12. 貯蔵プールの水中に核燃料を貯蔵する第１ラックと第２ラックの少なくとも２個のラックが並んで配置され、その間に、前記第１ラックの外面に対面する第１面と、前記第１面との間隔が保たれるとともに前記第２ラックの外面に対面する第２面と、を有する特定部材を、前記第１ラックと前記第２ラックの少なくとも一方に対して揺動可能な状態で配置し、
    前記第１ラックと前記第１面との間または前記第２ラックと前記第２面との間の少なくとも一方に前記水が出入り可能な隙間が形成され、前記隙間の寸法が、入り込む前記水の流れにより流体−構造連成力を向上可能な寸法に設定されている燃料貯蔵施設の改造方法。
13. 原子炉格納容器を取り囲み、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の燃料貯蔵施設を備える原子炉建屋。

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