JP7195969B2 - 核燃料貯蔵用ラック、核燃料貯蔵用ラックの設置方法並びに核燃料貯蔵用ラックの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、核燃料を貯蔵ピット内の水中に立てた状態で貯蔵するために当該核燃料を支持する核燃料貯蔵用ラックに関する。

例えば、特許文献１には、核燃料貯蔵用ラック（以下、ラックと言う）が貯蔵ピットの床面（底面）に対して摺動可能に載置され、地震発生時に作用する水平力を水の流体付加減衰効果と共にラックの摺動抵抗によって吸収する、いわゆるフリースタンディング式のラックが示されている。

特許第５８２６３２５号公報

フリースタンディング式のラックとして構成した場合、貯蔵ピットの床面に直置きで支持構造が不要となり、かつ地震時に支持構造に荷重（応力）が集中して破損するなどのおそれがない。その反面、フリースタンディング式のラックは、過大な地震によりラックの片端が浮き上がるロッキング事象が発生するおそれがある。ロッキング事象が発生すると、ラック同士が衝突したり、ラックが貯蔵ピットの床面や壁面に衝突したりするおそれがある。

また、ロッキング事象によりラックの片端が浮き上がると、このラックの上部が他のラックや貯蔵ピットの壁面に衝突しやすい。ラックの上部に衝突の衝撃が伝わると、衝突の荷重がラックの上部から下部の構造物に伝わりやすいため、ラックの部材への応力が過大となるおそれがある。

上述した特許文献１では、フリースタンディング式のラックにおいて、ラック本体の側面から突出する衝突部材を設けることが示されている。

しかし、特許文献１の衝突部材は、ラックの側面に設けられていることから、ロッキング事象が発生して衝突部材が他のラックや貯蔵ピットの壁面に衝突すると、ラックの部材全体に衝突の衝撃が伝わるおそれがある。

なお、互いに隣り合うラックを連結することで、ロッキング事象を抑制することも考えられるが、このような構成は部品点数が多く、当該部品をラックに取り付ける作業に手間がかかる問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、フリースタンディング式においてラック構造部材に係る応力を低減することのできる核燃料貯蔵用ラックを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックは、貯蔵する核燃料の周りを囲む外枠と、前記外枠の下端が取り付けられて前記核燃料の下端を支持する基盤と、前記基盤の底面に取り付けられて貯蔵ピットの水中の床面に載置される脚部と、前記基盤から前記外枠よりも外側に突出する外側突出部を有する衝突部材と、を備える。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックでは、前記床面に載置されている状態で転倒方向の最外位置の前記脚部を転倒の中心とし、この中心から重心までの水平方向の距離ａと、前記中心から重心までの鉛直方向の距離ｂと、に基づき、転倒時の前記転倒方向への前記重心の移動角度θが、θ＝ａｔａｎ（ａ／ｂ）の関係を満たし、前記外側突出部は、前記転倒方向への前記重心の移動角度αで突出端が前記床面に接触する場合に、α＞θの範囲で前記外枠よりも外側への突出寸法が規定されることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックでは、前記衝突部材は、前記外側突出部から上方に立ち上がる上側突出部を含むことが好ましい。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックでは、前記上側突出部は、前記外枠とは別体で離れて設けられていることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックでは、前記上側突出部は、核燃料の有効長よりも下方の範囲に配置されていることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックでは、前記上側突出部は、側面視において、核燃料貯蔵用ラックの上端位置と、前記外側突出部の最大突出位置とを結ぶ直線よりも外側に突出して配置されていることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックでは、前記外側突出部および前記上側突出部は、互いの外面が面一に設けられていることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックでは、前記上側突出部は、補強リブが設けられていることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックでは、前記衝突部材は、前記基盤と別体で取り付けられていてもよい。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックの設置方法は、上述した核燃料貯蔵用ラックを用い、互いに隣接する前記核燃料貯蔵用ラック同士の前記衝突部材を対向させて前記貯蔵ピットの床面に載置する。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックの設置方法では、互いに隣接する前記核燃料貯蔵用ラック同士の前記衝突部材を接触させて配置することが好ましい。

また、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックの設置方法では、前記床面から前記衝突部材の最上位置までの距離Ｘ_１と、前記床面から前記核燃料貯蔵用ラックの上端位置までの距離Ｘ_２と、前記核燃料貯蔵用ラックの前記外枠から前記衝突部材の最大突出位置までの距離Ｘ_３と、互いに隣接する前記核燃料貯蔵用ラックの前記衝突部材の対面する距離Ｘ_４と、転倒時の前記核燃料貯蔵用ラックの前記床面に対する傾き角度βと、が、Ｘ_３＞（Ｘ_２・β－Ｘ_１・β）、β＝Ｘ_１／Ｘ_４の関係を満たすことが好ましい。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る核燃料貯蔵用ラックの製造方法は、貯蔵する核燃料の周りを囲む外枠と、前記外枠の下端が取り付けられて前記核燃料の下端を支持する基盤と、前記基盤の底面に取り付けられて貯蔵ピットの水中の床面に載置される脚部と、を備える核燃料貯蔵ラックの製造方法であって、前記基盤に、前記外枠よりも外側に突出する衝突部材を取り付ける。

本発明によれば、地震発生時に作用する水平力により貯蔵ピットの床面上を水平方向に移動し隣り合う核燃料貯蔵用ラックが近づいた場合、まず、隣り合う核燃料貯蔵用ラックの衝突部材が衝突する。このため、衝突荷重を全て衝突部材から基盤の面内で受け止めることとなる。この結果、基盤以外に核燃料を支持する構成への衝突荷重の伝達を抑制する。従って、本発明は、フリースタンディング式において核燃料に係る応力を低減できる。

図１は、貯蔵ピットの側断面図である。 図２は、貯蔵ピットの平面図である。 図３は、本発明の実施形態１に係る核燃料貯蔵用ラックの側面図である。 図４は、本発明の実施形態１に係る核燃料貯蔵用ラックの平面図である。 図５は、本発明の実施形態１に係る核燃料貯蔵用ラックの他の例平面図である。 図６は、本発明の実施形態１に係る核燃料貯蔵用ラックの説明図である。 図７は、本発明の実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの側面図である。 図８は、本発明の実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの部分拡大斜視図である。 図９は、本発明の実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの部分拡大斜視図である。 図１０は、本発明の実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの部分拡大斜視図である。 図１１は、本発明の実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの部分拡大斜視図である。 図１２は、本発明の実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの部分拡大斜視図である。 図１３は、本発明の実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの説明図である。 図１４は、本発明の実施形態３に係る核燃料貯蔵用ラックの設置方法の説明図である。 図１５は、本発明の実施形態３に係る核燃料貯蔵用ラックの設置方法の説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、貯蔵ピットの側断面図である。図２は、貯蔵ピットの平面図である。

貯蔵ピット１０１は、原子力発電プラントにおいて原子炉にて使用された使用済みの燃料集合体や、未使用の燃料集合体が貯蔵される。燃料集合体は、複数の燃料棒である核燃料が束ねられた集合体である。従って、燃料集合体は、いわゆる核燃料である。貯蔵ピット１０１は、矩形状で上部が開放されたコンクリート躯体のプールとして構成されている。貯蔵ピット１０１は、床面１０１ａ、および図２中のＮ方向、Ｓ方向と、Ｗ方向、Ｅ方向の４方向を囲む側壁の縦壁面１０１ｂを有している。この貯蔵ピット１０１において、床面１０１ａに核燃料貯蔵用ラック１が配置される。核燃料貯蔵用ラック１は、上部が開放されて格子状に区画された複数の燃料収納部としてのセル１２が設けられている。そして、貯蔵ピット１０１は、内部に水１０３が貯留された状態で、核燃料貯蔵用ラック１の各セル１２に燃料集合体が立てられた状態で収納されて貯蔵される。

貯蔵ピット１０１は、その床面１０１ａおよび縦壁面１０１ｂの内面であるコンクリート面にライニング１０２が張り付けられている。ライニング１０２は、厚さ約５ｍｍ程度のオーステナイト系ステンレス鋼からなり、貯蔵ピット１０１の床面１０１ａおよび縦壁面１０１ｂの内面を保護するものである。

核燃料貯蔵用ラック１は、ラック本体１１と、ラック本体１１に設けられた燃料収納部としてのセル１２を有する。

ラック本体１１は、ステンレス鋼で形成され、基盤１１Ａと、外枠１１Ｂと、支持格子１１Ｃと、脚部１１Ｄと、を含み構成されている。基盤１１Ａは平面視で矩形状に形成されラック本体１１の基部をなす。外枠１１Ｂは、矩形の板材として形成され、基盤１１Ａの各辺から上方に立ち上がって設けられて平面視で矩形状の筒を形成し、ラック本体１１の外周部をなす。外枠１１Ｂは、後述する上部、中央部、下部の支持格子１１Ｃを支持するように各支持格子１１Ｃの周りを囲む。なお、図には明示しないが、外枠１１Ｂは、後述する上部、中央部、下部の支持格子１１Ｃを支持するように各支持格子１１Ｃの周りを囲む構成として、矩形の板材以外に帯状の板材の組み合わせにて形成されていてもよい。支持格子１１Ｃは、セル１２を個々に支持する格子が形成されている。支持格子１１Ｃは、ラック本体１１の外枠１１Ｂがなす筒内において、例えば、上部、中央部、下部の３箇所に設けられている。脚部１１Ｄは、基盤１１Ａの底面に複数設けられている。脚部１１Ｄは、床面１０１ａに対して摺動することが可能に設けられている。ラック本体１１は、脚部１１Ｄにより床面１０１ａに自立して支持され、床面１０１ａに対して相対移動が可能とされている。従って、核燃料貯蔵用ラック１は、いわゆるフリースタンディング方式のラックである。ラック本体１１は、直方体形状の外形をなし、貯蔵ピット１０１の周りを矩形状に囲む４面の縦壁面１０１ｂから所定距離を隔てた状態で複数（図２では１２個）が平面視の４方向に矩形状に整列して床面１０１ａに配置されている。

セル１２は、角型の筒状（角パイプ状）に形成され、ラック本体１１の支持格子１１Ｃの各格子に挿入され、基盤１１Ａに下端が置かれて支持される。セル１２は、中性子吸収材からなる板材で形成されている。中性子吸収材は、ボロン、ガドリニウムの少なくとも一方を添加したステンレス鋼や、ボロン化合物（好ましくは炭化ホウ素）、ガドリニウムの少なくとも一方を含有するアルミニウム複合材からなる。各セル１２は、筒内に核燃料である燃料集合体が上方から挿入されて収納される。

従って、核燃料貯蔵用ラック１は、各セル１２に挿入された燃料集合体は、基盤１１Ａにより下端が支持され、支持格子１１Ｃにより周囲が支持され、外枠１１Ｂにより周りを囲まれて保護される。

ところで、フリースタンディング方式の核燃料貯蔵用ラック１は、地震発生時に作用する水平力を水１０３の流体付加減衰効果と共に核燃料貯蔵用ラック１の摺動抵抗によって吸収することで高い耐震性を有する。その反面、地震レベルが大きくなると、移動方向の片側がロックされて移動方向の反対側の片側が浮き上がるロッキング事象が発生し、核燃料貯蔵用ラック１同士が衝突したり、核燃料貯蔵用ラック１が貯蔵ピット１０１の床面１０１ａや縦壁面１０１ｂに衝突したり、核燃料貯蔵用ラック１が縦壁面１０１ｂに接近したりすることが課題となっている。核燃料貯蔵用ラック１同士が衝突すると、ラック本体１１およびセル１２に荷重が伝わり応力が過大となるおそれがある。核燃料貯蔵用ラック１が貯蔵ピット１０１の床面１０１ａや縦壁面１０１ｂに衝突すると、床面１０１ａや縦壁面１０１ｂのライニング１０２が損傷した場合に当該床面１０１ａや縦壁面１０１ｂの保護ができなくなるおそれがある。核燃料貯蔵用ラック１が貯蔵ピット１０１の縦壁面１０１ｂに接近すると、貯蔵ピット１０１の壁の向こう側に存在する通路などに核燃料が近くなり、通路などの空間線量の増加が生じるおそれがある。そこで、例えば、核燃料貯蔵用ラック１の滑り量分を考慮して核燃料貯蔵用ラック１同士の距離や、縦壁面１０１ｂからラック本体１１の距離を大きくすると、貯蔵ピット１０１内において核燃料の貯蔵スペースが狭くなるため核燃料の貯蔵体数が少なくなる課題が生じる。以下の各実施形態では、この課題を解決するための核燃料貯蔵用ラック１、核燃料貯蔵用ラックの設置方法並びに核燃料貯蔵用ラックの製造方法を提供する。

［実施形態１］
図３は、実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックの側面図である。図４は、実施形態１に係る核燃料貯蔵用ラックの平面図である。図５は、実施形態１に係る核燃料貯蔵用ラックの他の例平面図である。図６は、実施形態１に係る核燃料貯蔵用ラックの説明図である。

図３に示すように、実施形態１の核燃料貯蔵用ラック１は、衝突部材１３を備える。衝突部材１３は、基盤１１Ａから外枠１１Ｂよりも外側に突出する外側突出部１３Ａを有する。ここで、基盤１１Ａから外枠１１Ｂよりも外側に突出する、とは、ラック本体１１を貯蔵ピット１０１の床面１０１ａ載置した状態で、基盤１１Ａから水平方向に沿って外枠１１Ｂよりも外側に延びることを意味する。水平方向に沿って外枠１１Ｂよりも外側に延びるとは、水平方向に対して傾斜した状態も含む。外側突出部１３Ａは、基盤１１Ａ自体が外枠１１Ｂよりも外側に突出する構成であってもよく、または、基盤１１Ａとは別体の部材が基盤１１Ａから外枠１１Ｂよりも外側に突出する構成であってもよい。

外側突出部１３Ａは、図４に示すように、基盤１１Ａの周りを囲むように、基盤１１Ａから水平方向に沿って外枠１１Ｂよりも外側に延びて設けられていてもよい。または、外側突出部１３Ａは、図４に示すように、基盤１１Ａの一部から水平方向に沿って外枠１１Ｂよりも外側に延びて設けられていてもよい。図４では、平面視で矩形状の基盤１１Ａの各辺の一部から水平方向に沿って外枠１１Ｂよりも外側に延びて設けられている形態を示しているが、この形態に限らず、例えば、平面視で矩形状の基盤１１Ａの各角部から水平方向に沿って外枠１１Ｂよりも外側に延びて設けられている形態であってもよい。

このような核燃料貯蔵用ラック１は、地震発生時に作用する水平力により貯蔵ピット１０１の床面１０１ａ上を水平方向に移動し隣り合う核燃料貯蔵用ラック１が近づいた場合、まず、隣り合う核燃料貯蔵用ラック１の外側突出部１３Ａが衝突する。このため、衝突荷重を全て外側突出部１３Ａから基盤１１Ａの面内で受け止めることとなる。この結果、基盤１１Ａ以外の部材である、外枠１１Ｂや支持格子１１Ｃやセル１２への衝突荷重の伝達を抑制する。従って、本実施形態の核燃料貯蔵用ラック１によれば、フリースタンディング式において核燃料に係る応力を低減できる。

ここで、図６を参照し、外側突出部１３Ａの外枠１１Ｂよりも外側に延びる突出寸法Ｌについて説明する。図６に実線で示されているように、核燃料貯蔵用ラック１は、床面１０１ａに載置されている状態でロッキング時の転倒方向の最外位置の脚部１１Ｄを転倒時の中心Ｏとし、この中心Ｏから重心Ｇまでの水平方向の距離ａと、中心Ｏから重心までの鉛直方向の距離ｂと、に基づき、転倒時に中心Ｏ上の鉛直ラインＶに至る転倒方向の重心Ｇの移動角度θ、即ち中心Ｏの鉛直ラインＶに重心Ｇが至り核燃料貯蔵用ラック１が転倒するときの重心Ｇの移動角度θが、θ＝ａｔａｎ（ａ／ｂ）の関係を満たす。そして、外側突出部１３Ａは、転倒方向への重心Ｇの移動角度αで突出端（端面１３Ａａ）が床面１０１ａに接触する場合に、α＞θの範囲で外枠１１Ｂよりも外側への突出寸法Ｌが規定される。即ち、外側突出部１３Ａは、中心Ｏの鉛直ラインＶを重心Ｇが通過するような重心Ｇの移動角度αで外側突出部１３Ａの突出端が床面１０１ａに接触するように外枠１１Ｂよりも外側への突出寸法Ｌが設定される。

このように、外側突出部１３Ａの外枠１１Ｂよりも外側に延びる突出寸法Ｌを設定することで、核燃料貯蔵用ラック１が転倒するときの重心Ｇの移動角度θを超えて転倒することを阻止するように外側突出部１３Ａを設けることができる。

なお、外側突出部１３Ａは、基盤１１Ａと同等の剛性を有する材料で構成されており、基盤１１Ａと同様にステンレス鋼であることが好ましい。従って、衝突荷重を外側突出部１３Ａから基盤１１Ａの面内に確実に伝えることができる。

また、外側突出部１３Ａは、ラック本体１１を貯蔵ピット１０１の床面１０１ａ載置した状態で、突出端が鉛直方向に沿う端面１３Ａａを有していることが好ましい。従って、衝突荷重を外側突出部１３Ａの端面１３Ａａから基盤１１Ａの面内に確実に伝えることができる。

［実施形態２］
図７は、実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの側面図である。図８～図１２は、実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの部分拡大斜視図である。図１３は、実施形態２に係る核燃料貯蔵用ラックの説明図である。

実施形態２の核燃料貯蔵用ラック１では、上述した実施形態１の核燃料貯蔵用ラック１に対し、衝突部材１３は、上側突出部１３Ｂをさらに有している。その他の核燃料貯蔵用ラック１の構成は実施形態１と同様である。よって、以下に説明する実施形態２において、実施形態１と同等の構成に同一の符号を付して説明を省略する。

上側突出部１３Ｂは、外側突出部１３Ａから上方に立ち上がって設けられている。上側突出部１３Ｂは、ラック本体１１を貯蔵ピット１０１の床面１０１ａ載置した状態で、外側突出部１３Ａから鉛直方向に沿って上方に延びて設けられている。鉛直方向に沿って上方に延びるとは、鉛直方向に対して傾斜した状態も含む。上側突出部１３Ｂは、外側突出部１３Ａ自体の全体が上方に延びる構成であってもよく、または、外側突出部１３Ａ自体の一部が上方に延びる構成であってもよく、あるいは、外側突出部１３Ａとは別体の部材が上方に延びて設けられている構成であってもよい。上側突出部１３Ｂは、外側突出部１３Ａの全体から上方に立ち上がって設けられていてもよく、外側突出部１３Ａの一部から上方に立ち上がって設けられていてもよい。

上側突出部１３Ｂは、図８に示すように、外側突出部１３Ａの端面１３Ａａ（突出端）よりも外枠１１Ｂ側（内側）寄りで外側突出部１３Ａから鉛直方向に沿って上方に延びる板状に形成されている。そして、上側突出部１３Ｂは、外側突出部１３Ａの角部において交差して、側端の側端面１３Ｂａが外側突出部１３Ａの端面１３Ａａと面一に配置されている。

上側突出部１３Ｂは、図９に示すように、外側突出部１３Ａの端面１３Ａａ（突出端）に沿って外側突出部１３Ａから鉛直方向に沿って上方に延びる板状に形成されている。そして、上側突出部１３Ｂは、外側突出部１３Ａの角部において交差して角部を形成して、側端面１３Ｂａが外側突出部１３Ａの端面１３Ａａと面一に配置されている。

上側突出部１３Ｂは、図１０に示すように、外側突出部１３Ａの端面１３Ａａ（突出端）に沿って外側突出部１３Ａの角部にて鉛直方向に沿って上方に延びる板状に形成されている。そして、上側突出部１３Ｂは、外側突出部１３Ａの角部において交差して角部を形成して、側端面１３Ｂａが外側突出部１３Ａの端面１３Ａａと面一に配置されている。

このような核燃料貯蔵用ラック１は、地震発生時に作用する水平力により貯蔵ピット１０１の床面１０１ａ上を水平方向に移動し隣り合う他の核燃料貯蔵用ラック１に近づいた場合、まず、外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂが隣り合う他の核燃料貯蔵用ラック１の外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂに衝突する。このため、衝突荷重を全て外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂから基盤１１Ａの面内で受け止めることとなる。この結果、基盤１１Ａ以外の部材である、外枠１１Ｂや支持格子１１Ｃやセル１２への衝突荷重の伝達を抑制する。従って、本実施形態の核燃料貯蔵用ラック１によれば、フリースタンディング式においてラックの構造部材に係る応力を低減できる。

また、上側突出部１３Ｂは、外枠１１Ｂとは別体で離れて設けられていることが好まし。このように構成することで、上側突出部１３Ｂから外枠１１Ｂへの衝突荷重の伝達を阻止でき、核燃料に係る応力を低減できる。なお、上側突出部１３Ｂは、外側突出部１３Ａから上方に突出していることで、衝突荷重を外側突出部１３Ａに伝えるため、上側突出部１３Ｂが外枠１１Ｂとは別体であれば、外枠１１Ｂに接触していても、上側突出部１３Ｂから外枠１１Ｂへの衝突荷重が伝わることを抑制できる。

また、外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂは、図８および図９に示すように、互いの外面（端面１３Ａａと側端面１３Ｂａ）が面一に設けられていることが好ましい。このように構成することで、外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂが共に、隣り合う他の核燃料貯蔵用ラック１の外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂに衝突する。このため、衝突荷重を全て外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂから基盤１１Ａの面内に効率的に伝えることができる。

なお、上側突出部１３Ｂは、外側突出部１３Ａと共に基盤１１Ａと同等の剛性を有する材料で構成されており、基盤１１Ａと同様にステンレス鋼であることが好ましい。従って、衝突荷重を外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂから基盤１１Ａの面内に確実に伝えることができる。

また、上側突出部１３Ｂは、図１１および図１２に示すように、補強リブ１３Ｃが設けられていることが好ましい。

上側突出部１３Ｂは、図１１に示すように、図８に示す形態に対し、補強リブ１３Ｃが設けられている。図１１に示す例では、補強リブ１３Ｃは、上側突出部１３Ｂが交差した交差部を繋ぐように設けられている。補強リブ１３Ｃは、外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂと共に基盤１１Ａと同等の剛性を有する材料で構成されており、基盤１１Ａと同様にステンレス鋼であることが好ましい。

上側突出部１３Ｂは、図１２に示すように、図９に示す形態に対し、補強リブ１３Ｃが設けられている。図１２に示す例では、補強リブ１３Ｃは、上側突出部１３Ｂの内側の面と、外側突出部１３Ａの上側の面とを繋ぐように設けられている。

このように、補強リブ１３Ｃを設けることで、上側突出部１３Ｂを補強することができる。このため、衝突荷重を外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂから基盤１１Ａの面内に確実に伝えることができる。

ここで、図１３を参照し、上側突出部１３Ｂの上方に延びる上端１３Ｂｂの位置について説明する。図１３に示すように、核燃料５１は、セル１２に挿入される。この核燃料５１は、上述したように燃料集合体として構成されている。核燃料５１は、複数の燃料棒５２を有している。燃料棒５２は、図１３において一点鎖線で囲む拡大図に示すように、円筒形状の燃料被覆管５２Ａの内部に複数の核燃料ペレット５２Ｂが配置されている。核燃料ペレット５２Ｂは、燃料被覆管５２Ａの内部において、燃料被覆管５２Ａの長さ方向に複数配置される。複数の核燃料ペレット５２Ｂは、外形が等しい。燃料被覆管５２Ａは、その上端部が上部端栓５２Ｃで塞がれている。また、燃料被覆管５２Ａは、その下端部が下部端栓５２Ｄで塞がれている。また、燃料被覆管５２Ａは、その内部において、上部端栓５２Ｃと最も上側に配置される核燃料ペレット５２Ｂとの間にスプリング５２Ｅが設けられている。複数の核燃料ペレット５２Ｂは、スプリング５２Ｅにより下部端栓５２Ｄ側に押さえ付けられ、輸送中や取扱い中での移動が規制されている。核燃料５１は、この複数の燃料棒５２を束ねるグリッド５３と、複数の燃料棒５２の長さ方向の上部に設けられた上部ノズル５４と、複数の燃料棒５２の長さ方向の下部に設けられた下部ノズル５５と、を備えている。上部ノズル５４および下部ノズル５５は、図には明示しないが、核燃料５１が原子炉に配置された際に、制御棒が挿入される制御棒案内管と、炉内計装用検出器が挿入される炉内計装用案内管との長さ方向の上端部および下端部を固定する。また、セル１２に挿入された核燃料５１は、基盤１１Ａに下部ノズル５５が載置され支持される。

上側突出部１３Ｂは、上述した核燃料５１の有効長Ｔよりも下方の範囲に配置されていることが好ましい。核燃料５１の有効長Ｔとは、セル１２に挿入された核燃料５１において、核燃料ペレット５２Ｂが配置されている範囲であって、燃料被覆管５２Ａの内部で最も上側に配置される核燃料ペレット５２Ｂの上端と、最も下側に配置される核燃料ペレット５２Ｂの下端との間の範囲である。

このように、核燃料５１の有効長Ｔよりも下方の範囲に上側突出部１３Ｂを配置することで、貯蔵ピット１０１の床面１０１ａ上において互いに隣り合う核燃料貯蔵用ラック１に貯蔵された核燃料５１間で未臨界性に影響を及ぼす可能性があるような距離関係の場合に、核燃料５１の有効長Ｔに上側突出部１３Ｂが存在せず、未臨界性に影響を与えることを防止できる。一方、貯蔵ピット１０１の床面１０１ａ上において互いに隣り合う核燃料貯蔵用ラック１に貯蔵された核燃料５１間で未臨界性に影響を及ぼす可能性がない場合は、核燃料５１の有効長Ｔの範囲に上側突出部１３Ｂを配置してもよく、互いに隣り合う核燃料貯蔵用ラック１のラック本体１１の上部同士が幾何学的に干渉する前に上側突出部１３Ｂ同士が先立って干渉し得る高さとすることができる。

また、上側突出部１３Ｂは、図７に示すように、側面視において、核燃料貯蔵用ラック１の上端位置（図７ではラック本体１１の上端位置）Ｐ１と、外側突出部１３Ａの最大突出位置（図７では外側突出部１３Ａの突出端である端面１３Ａａ）Ｐ２とを結ぶ直線よりも外側に突出して配置されていることが好ましい。

このように、上側突出部１３Ｂが側面視において核燃料貯蔵用ラック１の上端位置Ｐ１と、外側突出部１３Ａの最大突出位置Ｐ２とを結ぶ直線よりも外側に突出して配置されていることで、ロッキング時の転倒方向の最外位置に上側突出部１３Ｂが存在して、当該上側突出部１３Ｂが最初に衝突するため、外枠１１Ｂや支持格子１１Ｃやセル１２への衝突荷重の伝達を抑制でき、フリースタンディング式においてラック構造部材に係る応力を低減できる。

なお、上側突出部１３Ｂは、外側突出部１３Ａと共に基盤１１Ａと同等の剛性を有する材料で構成されており、基盤１１Ａと同様にステンレス鋼であることが好ましい。従って、衝突荷重を外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂから基盤１１Ａの面内に確実に伝えることができる。

なお、上述した実施形態１，２において、衝突部材１３が基盤１１Ａとは別の部材の場合、核燃料貯蔵用ラック１は、貯蔵する核燃料の周りを囲む外枠１１Ｂと、外枠１１Ｂの下端が取り付けられて核燃料の下端を支持する基盤１１Ａと、基盤１１Ａの底面に取り付けられて貯蔵ピット１０１の水中の床面１０１ａに載置される脚部１１Ｄと、を備えており、基盤１１Ａに、外枠１１Ｂよりも外側に突出する衝突部材１３を取り付ける製造方法により製造できる。

この核燃料貯蔵用ラック１の製造方法により、フリースタンディング式において核燃料に係る応力を低減できる核燃料貯蔵用ラック１を製造することができる。

［実施形態３］
図１４および図１５は、実施形態３に係る核燃料貯蔵用ラックの設置方法の説明図である。

実施形態３の核燃料貯蔵用ラック１の設置方法は、実施形態１，２の核燃料貯蔵用ラック１を用いて貯蔵ピット１０１に設置する方法である。

図１４および図１５に示す核燃料貯蔵用ラック１の設置方法は、互いに隣接する核燃料貯蔵用ラック１同士の衝突部材１３を対向させて貯蔵ピット１０１の床面１０１ａに載置する。図１４および図１５では、外側突出部１３Ａおよび上側突出部１３Ｂを有する衝突部材１３を示しているが、外側突出部１３Ａのみを有する衝突部材１３であってもよい。

このように、互いに隣接する核燃料貯蔵用ラック１同士の衝突部材１３を対向させて貯蔵ピット１０１の床面１０１ａに載置することで、ロッキング時において互いに隣接する核燃料貯蔵用ラック１同士の衝突部材１３が衝突するため、外枠１１Ｂや支持格子１１Ｃやセル１２への衝突荷重の伝達を抑制でき、フリースタンディング式においてラック構造部材に係る応力を低減できる。

また、核燃料貯蔵用ラック１の設置方法では、図１４に示すように、互いに隣接する核燃料貯蔵用ラック１同士の衝突部材１３を接触させて配置することが好ましい。

このように、互いに隣接する核燃料貯蔵用ラック１同士の衝突部材１３を接触させて配置することで、ロッキング時において互いに隣接する核燃料貯蔵用ラック１同士の衝突部材１３が初めから接触していることで、ロッキング時の核燃料貯蔵用ラック１の転倒を防止できる。

また、核燃料貯蔵用ラック１の設置方法では、図１５に示すように、床面１０１ａから衝突部材１３の最上位置までの距離Ｘ_１と、床面１０１ａから核燃料貯蔵用ラック１の上端位置までの距離Ｘ_２と、核燃料貯蔵用ラック１の外枠１１Ｂから衝突部材１３の最大突出位置までの距離Ｘ_３と、互いに隣接する核燃料貯蔵用ラック１の衝突部材１３の対面する距離Ｘ_４と、転倒時の核燃料貯蔵用ラック１の床面１０１ａに対する傾き角度βと、が、Ｘ_３＞（Ｘ_２・β－Ｘ_１・β）、β＝Ｘ_１／Ｘ_４の関係を満たすことが好ましい。

ここで、図１５において、衝突部材１３の最上位置は、上側突出部１３Ｂの上端を最上位置とする。また、核燃料貯蔵用ラック１の上端位置は、ラック本体１１の上端位置とする。また、衝突部材１３の最大突出位置は、外側突出部１３Ａの突出端である端面１３Ａａおよび上側突出部１３Ｂとする。また、転倒時の核燃料貯蔵用ラック１の床面１０１ａに対する傾き角度βは、核燃料貯蔵用ラック１が床面１０１ａに載置されている状態でロッキング時の転倒方向の最外位置の脚部１１Ｄを転倒時の中心Ｏとし、転倒時に中心Ｏ上の鉛直ラインＶに核燃料貯蔵用ラック１の上端位置が至る角度とする。

このように、Ｘ_３＞（Ｘ_２・β－Ｘ_１・β）、β＝Ｘ_１／Ｘ_４の関係を満たすことで、ロッキング時に互いに隣り合う核燃料貯蔵用ラック１同士の上端位置が衝突をする前に衝突部材１３が衝突するような衝突部材１３の最大突出位置を設定できる。この結果、ロッキング時において互いに隣接する核燃料貯蔵用ラック１同士の衝突部材１３が先に衝突するため、外枠１１Ｂや支持格子１１Ｃやセル１２への衝突荷重の伝達を抑制でき、フリースタンディング式においてラック構造部材に係る応力を低減できる。

１ 核燃料貯蔵用ラック
１１ ラック本体
１１Ａ 基盤
１１Ｂ 外枠
１１Ｃ 支持格子
１１Ｄ 脚部
１２ セル
１３ 衝突部材
１３Ａ 外側突出部
１３Ａａ 端面
１３Ｂ 上側突出部
１３Ｂａ 側端面
１３Ｂｂ 上端
１３Ｃ 補強リブ
５１ 核燃料
５２ 燃料棒
５２Ａ 燃料被覆管
５２Ｂ 核燃料ペレット
５２Ｃ 上部端栓
５２Ｄ 下部端栓
５２Ｅ スプリング
５３ グリッド
５４ 上部ノズル
５５ 下部ノズル
１０１ 貯蔵ピット
１０１ａ 床面
１０１ｂ 縦壁面
１０２ ライニング
１０３ 水
ａ 距離
ｂ 距離
Ｇ 重心
Ｌ 突出寸法
Ｏ 中心
Ｐ１ 上端位置
Ｐ２ 最大突出位置
Ｔ 有効長
Ｖ 鉛直ライン
Ｘ_１ 距離
Ｘ_２ 距離
Ｘ_３ 距離
Ｘ_４ 距離
α 移動角度
β 角度
θ 移動角度

Claims (12)

1. 貯蔵する核燃料の周りを囲む外枠と、
   前記外枠の下端が取り付けられて前記核燃料の下端を支持する基盤と、
   前記基盤の底面に取り付けられて貯蔵ピットの水中の床面に載置される脚部と、
   前記基盤から前記外枠よりも外側に突出する外側突出部を有する衝突部材と、
   を備え、
   前記床面に載置されている状態で転倒方向の最外位置の前記脚部を転倒の中心とし、この中心から重心までの水平方向の距離ａと、前記中心から重心までの鉛直方向の距離ｂと、に基づき、転倒時の前記転倒方向への前記重心の移動角度θが、θ＝ｔａｎ－１（ａ／ｂ）の関係を満たし、
   前記外側突出部は、前記転倒方向への前記重心の移動角度αで突出端が前記床面に接触する場合に、α＞θの範囲で前記外枠よりも外側への突出寸法が規定される、核燃料貯蔵用ラック。
2. 貯蔵する核燃料の周りを囲む外枠と、
   前記外枠の下端が取り付けられて前記核燃料の下端を支持する基盤と、
   前記基盤の底面に取り付けられて貯蔵ピットの水中の床面に載置される脚部と、
   前記基盤から前記外枠よりも外側に突出する外側突出部を有する衝突部材と、
   を備え、
   前記衝突部材は、前記外側突出部から上方に立ち上がる上側突出部を含み、前記上側突出部は、全てが核燃料の有効長よりも下方の範囲に配置される、核燃料貯蔵用ラック。
3. 前記衝突部材は、前記外側突出部から上方に立ち上がる上側突出部を含む、請求項１に記載の核燃料貯蔵用ラック。
4. 前記上側突出部は、前記外枠とは別体で離れて設けられている、請求項２または３に記載の核燃料貯蔵用ラック。
5. 前記上側突出部は、側面視において、核燃料貯蔵用ラックの上端位置と、前記外側突出部の最大突出位置とを結ぶ直線よりも外側に突出して配置されている、請求項２～４のいずれか１つに記載の核燃料貯蔵用ラック。
6. 前記外側突出部および前記上側突出部は、互いの外面が面一に設けられている、請求項２～５のいずれか１つに記載の核燃料貯蔵用ラック。
7. 前記上側突出部は、補強リブが設けられている、請求項２～６のいずれか１つに記載の核燃料貯蔵用ラック。
8. 前記衝突部材は、前記基盤と別体で取り付けられている、請求項１～７のいずれか１つに記載の核燃料貯蔵用ラック。
9. 貯蔵する核燃料の周りを囲む外枠と、
   前記外枠の下端が取り付けられて前記核燃料の下端を支持する基盤と、
   前記基盤の底面に取り付けられて貯蔵ピットの水中の床面に載置される脚部と、
   前記基盤から前記外枠よりも外側に突出する外側突出部を有する衝突部材と、
   を備える核燃料貯蔵用ラックを用い、互いに隣接する前記核燃料貯蔵用ラック同士の前記衝突部材を対向させて前記貯蔵ピットの床面に載置し、
   前記床面から前記衝突部材の最上位置までの距離Ｘ_１と、前記床面から前記核燃料貯蔵用ラックの上端位置までの距離Ｘ_２と、前記核燃料貯蔵用ラックの前記外枠から前記衝突部材の最大突出位置までの距離Ｘ_３と、互いに隣接する前記核燃料貯蔵用ラックの前記衝突部材の対面する距離Ｘ_４と、転倒時の前記核燃料貯蔵用ラックの前記床面に対する傾き角度βと、が、
   Ｘ_３＞（Ｘ_２・β－Ｘ_１・β）、β＝Ｘ_１／Ｘ_４
   の関係を満たす、核燃料貯蔵用ラックの設置方法。
10. 前記核燃料貯蔵用ラックは、請求項１～８のいずれか１つに記載の核燃料貯蔵用ラックを用いる、請求項９に記載の核燃料貯蔵用ラックの設置方法。
11. 貯蔵する核燃料の周りを囲む外枠と、
    前記外枠の下端が取り付けられて前記核燃料の下端を支持する基盤と、
    前記基盤の底面に取り付けられて貯蔵ピットの水中の床面に載置される脚部と、
    を備える核燃料貯蔵ラックの製造方法であって、
    前記基盤に、前記外枠よりも外側に突出する外側突出部を有する衝突部材を取り付け、
    前記床面に載置されている状態で転倒方向の最外位置の前記脚部を転倒の中心とし、この中心から重心までの水平方向の距離ａと、前記中心から重心までの鉛直方向の距離ｂと、に基づき、転倒時の前記転倒方向への前記重心の移動角度θが、θ＝ｔａｎ－１（ａ／ｂ）の関係を満たし、
    前記外側突出部は、前記転倒方向への前記重心の移動角度αで突出端が前記床面に接触する場合に、α＞θの範囲で前記外枠よりも外側への突出寸法が規定される、核燃料貯蔵用ラックの製造方法。
12. 貯蔵する核燃料の周りを囲む外枠と、
    前記外枠の下端が取り付けられて前記核燃料の下端を支持する基盤と、
    前記基盤の底面に取り付けられて貯蔵ピットの水中の床面に載置される脚部と、
    を備える核燃料貯蔵ラックの製造方法であって、
    前記基盤に、前記外枠よりも外側に突出する外側突出部を有する衝突部材を取り付け、
    前記衝突部材は、前記外側突出部から上方に立ち上がる上側突出部を含み、前記上側突出部は、全てが核燃料の有効長よりも下方の範囲に配置される、核燃料貯蔵用ラックの製造方法。
    

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