JP2001116885A

JP2001116885A - レジン充填装置およびレジン充填方法

Info

Publication number: JP2001116885A
Application number: JP29578199A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nihei; 潔二瓶; Kenji Najima; 憲治名島; Takashi Miyake; 崇史三宅; Toshihiko Kashiwai; 俊彦柏井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】レジンの充填作業を容易にすること。【解決手段】混合容器１内の温度を水冷ジャケット２
および冷却器３によりコントロールすることで、熱硬化
までの時間を稼ぐ。従って、レジンを大量混合すること
ができるから、キャスク５００に対してレジンを連続的
に充填することができる。これにより、レジンの充填作
業を容易にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、中性子遮蔽体を
形成するレジンを混合して送出し、キャスク内に充填す
るレジン充填装置およびレジン充填方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】核燃料サイクルの終期にあって燃焼を終
え使用できなくなった核燃料集合体を、使用済み核燃料
集合体という。使用済み核燃料体は、ＦＰなど高放射能
物質を含むので熱的に冷却する必要があるから、原子力
発電所の冷却ピットで所定期間（３〜６ヶ月間）冷却さ
れる。その後、遮蔽容器であるキャスクに収納され、ト
ラックまたは船舶で再処理施設に搬送、貯蔵される。使
用済み核燃料集合体をキャスク内に収容するにあたって
は、バスケットと称する格子状断面を有する保持枠を用
いる。当該使用済み核燃料集合体は、当該バスケットに
形成した複数の収納空間であるセルに１体ずつ挿入さ
れ、これにより、輸送中の振動などに対する適切な保持
力を確保している。

【０００３】図３は、キャスクの一例を示す斜視図であ
る。このキャスク５００は、γ線遮蔽体である胴本体５
０１と、胴本体５０１のキャビティ内に挿入したバスケ
ット５０２と、胴本体５０１と外筒５０３の間に設けた
複数の内部フィン５１１と、当該内部フィン５１１、胴
本体５０１および外筒５０３とから構成される空間に充
填した中性子吸収能を有する中性子遮蔽体（レジン）５
０４と、ステンレス鋼製であってその内部に中性子遮蔽
体５０６を封入した一次蓋５０５と、γ線を遮蔽するス
テンレス鋼等からなる二次蓋５０７と、下部に中性子を
遮蔽するための補助遮蔽体を取り付けた底板と、キャス
ク５００を吊り下げるトラニオン５１０とから構成され
ている。バスケット５０２は、複数の角パイプ５１２か
ら構成されており、当該角パイプ５１２の間には、臨界
防止のため中性子吸収板５１３が配置されている。

【０００４】ここで、前記内部フィン５１１などにより
形成される空間にレジンを充填するときは、つぎのよう
にして行う。まず、混合容器内に、主剤であるエポキシ
樹脂を投入し、この後、無機の難燃剤である水酸化アル
ミニウム粉末と共に熱中性子の吸収に適する炭化ホウ素
を投入する。続いて、エポキシ樹脂、水酸化アルミニウ
ム粉末および炭化ホウ素を混合しつつ、さらにエポキシ
硬化剤を投入する。これら材料の混合は、２０分〜３０
分間行うようにする。エポキシ樹脂の主剤とエポキシ硬
化剤とが混ざった時点から硬化反応が始まり、開環重合
発熱により容器内の温度が次第に上昇する。

【０００５】つぎに、流動状態のレジンを、流量計によ
り計測しつつ更にホースとポンプを用い、前記内部フィ
ンにより構成する空間内に流し込む。流し込んだレジン
は、エポキシ樹脂とエポキシ硬化剤との反応熱により当
該空間内で加熱硬化が進行する。この作業をそれぞれの
空間毎に行うことにより、レジンの充填が完了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法によれば、エポキシ樹脂の主剤、硬化剤、難燃剤
および中性子吸収剤を混合すると、時間経過と共に反応
熱により温度が上昇し混合容器内で硬化が進行してしま
うので、レジンを大量に混合して、キャスク５００の空
間に充填することが困難であった。このため、それぞれ
の空間毎に小容量のバッチ処理でレジンの充填を行うし
かなく、作業に手間がかかるという問題点があった。

【０００７】この発明は、上記に鑑みてなされたもので
あって、レジンの充填を効率的に行うことができるレジ
ン充填装置およびレジン充填方法を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１にかかるレジン充填装置は、エポキシ樹
脂の主剤と硬化剤とを混ぜることにより開環重合発熱し
て硬化する基剤と、中性子を吸収する中性子吸収剤と、
水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムその他の難燃
剤とを混合容器内で混合して流動状態にしたレジンを充
填するレジン充填装置において、前記混合容器に冷却手
段を設けたものである。

【０００９】硬化剤および主剤と中性子吸収剤とを混合
容器内で混ぜて流動状態のままキャスク内に充填し、そ
のまま発熱を促進させて硬化させるが、硬化までの温度
に早く到達すると硬化して流動性がなくなってしまう。
このため、当該発明では、混合容器の周囲に冷却手段を
設けることにより硬化するまでの時間（可使時間）を長
くするようにしている。これにより、キャスク内に充填
するレジンの全てを充填しても、長時間、鋳込み可能状
態を維持できるから、レジンを連続的に充填することが
できる。これに対して従来では、鋳込み可能時間が短い
ため大量製造に適さず、バッチ処理によりレジンを充填
しなければならなかったが、この発明によれば、冷却手
段の作用により流動状態を長く保持できるから連続充填
が可能であり、レジン充填を効率的に行うことができる
ようになる。なお、冷却手段には、冷却可能なものであ
ればあらゆるものを適用することができる。なお、中性
子吸収剤は、炭化硼素、無機硼素、正硼酸、メタ硼酸な
どの無機硼素化合物からなる。

【００１０】また、請求項２にかかるレジン充填装置
は、上記レジン充填装置において、さらに、混合容器を
真空状態にする真空ポンプを設けたものである。すなわ
ち、大気中で混合を行うとレジンに気泡が混入してしま
うので、真空中で混合するようにした。これにより、気
泡混入によるレジンの密度低下、すなわち見かけの水素
含有率の減少を抑えることができる。

【００１１】また、請求項３にかかるレジン充填装置
は、上記レジン充填装置において、さらに、混合容器内
で混合を行う回転翼を駆動するモータを、前記混合容器
内に設けたものである。このように、モータを混合容器
内に設けることにより、メカニカルシールなどを施さず
にすむようになり、混合容器の真空度を高めることがで
きる。また、混合容器内を真空のみならず、加圧するこ
ともできるから、レジンをガス圧で圧送できる。このた
めポンプを省略できる。

【００１２】また、請求項４にかかるレジン充填装置
は、上記レジン充填装置において、さらに、混合容器内
からキャスクまでレジンを送出するにあたり、ギアポン
プまたはサインポンプを用いたものである。このよう
に、ギアポンプまたはサインポンプを用いてレジンを送
出することにより、さらに高速度で液を移送（鋳込む）
することができる。

【００１３】また、請求項５にかかるレジン充填方法
は、エポキシ樹脂の主剤と硬化剤とを混ぜることにより
開環重合発熱して硬化する基剤と、中性子を吸収する中
性子吸収剤と、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウ
ムその他の難燃剤とを混合して流動状態にしたレジンを
充填するレジン充填方法において、キャスクへの充填を
行うまでの間、冷却手段を用いて前記混合したレジンが
可使温度を保つように冷却するようにしたものである。

【００１４】鋳込み可能な状態を長くするには、基剤の
反応熱を冷却して流動状態（可使状態）を保つ必要があ
る。これは基剤が熱により硬化して流動性を失ない、キ
ャスクの充填に適さなくなるからである。このため、冷
却手段を用いてレジンを冷却するようにすれば、レジン
の温度上昇を抑制することができるから、流動状態を長
く保持することができる。従って、レジンを大量混合し
てもその全てを充填するまでレジンが硬化することはな
いから、レジンを連続的に充填することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかるレジン充
填装置およびレジン充填方法の実施の形態につき図面を
参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によ
りこの発明が限定されるものではない。

【００１６】図１は、この発明の実施の形態にかかるレ
ジン充填装置を示す構成図である。このレジン充填装置
１００は、無機の難燃剤である水酸化アルミニウム粉末
と中性子吸収剤である炭化ホウ素からなる粉末（Ａ粉）
を入れたドラム缶１０１を搬送するドラムフィーダー１
０２と、ドラムフィーダー１０２からＡ粉を搬送し貯蔵
する貯蔵タンク１０３と、貯蔵タンク１０３からスプリ
ングフィーダー１０４などによりＡ粉を搬送して計量す
る計量タンク１０５と、主剤であるエポキシ樹脂（Ｂ
液）を貯蔵するＢ液用タンク１０６と、Ｂ液を搬送する
ポンプ１０７と、Ｂ液の流量を計測する流量計１０８お
よびＢ液の流れを調整する調整弁１０９と、硬化剤であ
るエポキシ硬化剤（Ｃ液）を貯蔵するＣ液用タンク１１
０と、Ｃ液を搬送するポンプ１１１と、Ｃ液の流量を計
測する流量計１１２およびＣ液の流れを調整する調整弁
１１３と、これらの要素を制御する制御部１１４を備え
ている。

【００１７】計量タンク１０３は、内部にテフロンコー
ティングが施されており、油圧シリンダー１１５により
混合容器１側に移動することができる。また、上記レジ
ン充填装置１００は、Ａ粉、Ｂ液およびＣ液を投入する
混合容器１と、混合容器１の外部に設けた水冷ジャケッ
ト２と、水冷ジャケット２の水を冷却する冷却器３と、
混合したレジンを搬送するギアポンプ４と、レジンの流
れを調整する調整弁５とを備えている。混合容器１に
は、内部を真空引きする真空ポンプ６が設けられてい
る。ギアポンプ４を用いたのは、混合容器１内を所定の
真空度に保ったままレジンを高速で移送するためであ
る。また、Ｂ液およびＣ液は、混合容器１の容器頂部か
ら投入され、混合容器１内の密封は前記調整弁１０９，
１１３により確保されている。Ａ粉は、混合容器１の投
入口７から投入され、その投入口７には油圧シリンダー
８により開閉する密閉蓋９により密封を確保するように
している。

【００１８】さらに、混合容器１の内部には、環状のプ
ラネタリ回転翼１０と、高速回転をするディスパーサ回
転翼１１とが設けられている。これらプラネタリ回転翼
１０およびディスパーサ回転翼１１は、ギアボックス１
２の回転軸に結合しており、当該ギアボックス１２の上
部には駆動用のモータ１３が取り付けられている。ギア
ボックス１２は混合容器１内に配置されているが、モー
タ１３は混合容器１の上部に取り付けられ、その回転軸
がメカニカルシール１４を介して混合容器１内のギアボ
ックス１２と結合している。なお、メカニカルシール１
４の他に、通常の軸部分に用いる簡易なシールを用いる
ようにしてもよい。ギアボックス１２内には、プラネタ
リ回転翼１０およびディスパーサ回転翼１１を所定の回
転数にできるように、遊星歯車を用いた歯車の組み合わ
せが収容されている（図示省略）。

【００１９】プラネタリ回転翼１０およびディスパーサ
回転翼１１は、自転しながら公転する。プラネタリ回転
翼１０の回転数は６ｒｐｍ〜７０ｒｐｍであり、ディス
パーサ回転翼１１の回転数は２０００ｒｐｍ〜６０００
ｒｐｍの範囲に設定される。水冷ジャケット２の冷却器
３は、熱交換を行うラジエータを備えている（図示省
略）。前記ギアポンプ４および調整弁５を有する系統の
配管から、キャスク５００内にレジンを投入する。混合
容器１内の真空圧は、４０Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒの範
囲に設定する。また、上記制御部１１４は、プラネタリ
回転翼１０およびディスパーサ回転翼１１などの回転数
および回転時間、原料仕込み作業時のポンプ稼動および
停止指示、水冷ジャケットの水温管理、鋳込み作業時の
ポンプ駆動などの制御を行う。

【００２０】つぎに、このレジン充填装置１００の動作
について説明する。混合容器１内に投入するＡ粉と、Ｂ
液およびＣ液の割合は、Ａ粉を６２ｗｔ％（水酸化アル
ミニウム６０．６ｗｔ％、炭化ホウ素１．４ｗｔ％）、
Ｂ液およびＣ液を３８ｗｔ％とする。混合容器１内へ
は、Ｂ液を入れてからＡ粉を投入攪拌し、Ａ粉がＢ液に
混入された後で、最後にＣ液を投入するようにする。は
じめにＢ液およびＣ液を入れると両者が反応してしまう
ためである。

【００２１】まず、調整弁１０９を開いた状態でポンプ
１０７を駆動してＢ液用タンク１０６からＢ液を送出す
る。Ｂ液の流量は流量計１０８により計測されている。
調整弁１０９は、Ｂ液が所定量流れた時点で閉じられ
る。つぎに、貯蔵タンク１０３内に貯蔵されているＡ粉
をスプリングフィーダー１０４により計量タンク１０５
内に搬送する。計量タンク１０５は、Ａ粉の重量を計量
できる機能を有しており、Ａ粉が所定量投入された時点
で上部のバルブ１１６を閉めると共にスプリングフィー
ダー１０４の動作を停止する。続いて、計量タンク１０
５を移動すると共に混合容器１の密閉蓋９を開け、当該
混合容器１内にＡ粉を投入する。Ａ粉の投入後は油圧シ
リンダー８により密閉蓋９を閉じておく。

【００２２】つぎに、調整弁１１３を開いた状態でポン
プ１１１を駆動してＣ液用タンク１１０からＣ液を送出
する。Ｃ液の流量は流量計１１２により計測されてい
る。調整弁１１３は、Ｃ液が所定量流れた時点で閉じら
れる。Ｃ液が混合容器１内に投入された時点でＢ液との
硬化反応が始まる。ここで、調整弁１１３を閉めて混合
容器１内の密封が完了すると、真空ポンプ６により混合
容器１内を所定真空圧まで真空引きする。真空ポンプ６
の前段には、フィルター１５が装備されているから、Ａ
粉が真空ポンプ６内に吸引されるのを防止できる。続い
て、Ａ粉、Ｂ液およびＣ液をプラネタリ回転翼１０およ
びディスパーサ回転翼１１により混合容器１内にて低速
および高速に回転させる。真空中で攪拌混合することに
よりレジン内に気泡が混入するのを防止することができ
る。

【００２３】プラネタリ回転翼１０およびディスパーサ
回転翼１１は、所定の回転速度で自転および公転を継続
する。これと共に、冷却器３を作動させて混合容器１を
冷却し、内部温度のコントロールを行う。具体的な混合
容器１内の温度は、材料の配合比により異なるが、たと
えば２０℃〜２７℃の範囲内に収めるようにし、その温
度制御は、±１℃の範囲で行うようにする。当該温度範
囲内においては、レジンが長時間に渡って鋳込み可能な
流動状態にあるのでキャスク５００まで容易に運搬する
ことができる。かかる冷却の効果により、可使時間を２
時間から３時間確保することができる。そして、流動状
態のレジンは混合容器１内からギアポンプ４によって送
出され、キャスク５００内に連続的に充填される。レジ
ンはキャスク５００に充填された状態で開環重合発熱
し、その温度上昇によりキャスク５００内で固化する。

【００２４】以上、この発明のレジン充填装置１００に
よれば、真空状態でＡ粉、Ｂ液およびＣ液を混合容器１
内で混合し、当該混合容器１を冷却することでレジンの
固化時間を遅くさせるようにした。このため、可使時間
が長くなりレジンの充填を容易に行うことができるよう
になる。また、従来は可使時間が短いために小容量のバ
ッチ処理によってレジンを充填するようにしていたた
め、レジン充填作業の効率が低かったが、このレジン充
填装置１００によれば、レジンを大量混合できるので連
続的に充填することができ、混合作業などが少数回で済
むことになる。このため、キャスク５００の製造効率が
向上する。

【００２５】つぎに、このレジン充填装置１００の変形
例を示す。図２は、このレジン充填装置の混合容器部分
を示す構成図である。このレジン充填装置２００は、プ
ラネタリ回転翼１０およびディスパーサ回転翼１１を駆
動するモータ２０１を混合容器２０２内に配置し、メカ
ニカルシール１４を廃止したものである。かかる構成に
よれば、モータ２０１ごと真空引きすることにより真空
度を向上させることができると共に、混合容器２０２内
の加圧が可能になる。すなわち、混合容器２０２内を真
空引きした後、逆に容器内を加圧することで、レジンを
キャスク５００まで圧送することができる。

【００２６】なお、Ａ粉、Ｂ液およびＣ液を混合容器
１、２０２に投入するまでの構成は上記構成に限られ
ず、Ａ粉、Ｂ液およびＣ液を所定配分で投入することが
できれば、どのようなものであってもよい。また、貯蔵
タンク１０３、Ｂ液用タンク１０６およびＣ液用タンク
１１０などを、混合容器１、２０２の上部に配置するよ
うな構成にしてもよい。かかる構成によればポンプなど
を簡略化または省略することができる。さらに、前記ギ
アポンプ４に代えてサインポンプ、ツールポンプ、一軸
スネークポンプその他の粘性流体を扱える形式のポンプ
を用いるようにしてもよい。また、上記では混合容器
１、２０２の冷却に冷却器３を用いたが、これ以外に液
化しやすい冷媒を用いた圧縮冷凍機など、冷却作用があ
って且つある程度温度を制御することが可能なものであ
ればどのようなものでも用いることができる。

【００２７】また、中性子吸収剤には、上記炭化ホウ素
の他、鉛、バリウム、鉄、水素化物などを用いることが
できる。耐火剤には、水酸化アルミニウムの他、水酸化
マグネシウムなどを用いるようにしてもよい。さらに、
Ｂ液には、エポキシ樹脂の他、不飽和ポリエステル樹
脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイ
ミド樹脂などを用いることもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
レジン充填装置（請求項１）では、混合容器に冷却手段
を設けたので、レジンの可使時間を稼ぐことができる。
このため、レジンを大量製造して連続的に充填すること
が可能になるから、レジン充填を効率的に行うことがで
きる。

【００２９】また、この発明にかかるレジン充填装置
（請求項２）では、混合容器を真空状態にする真空ポン
プを設けたので、レジンへの気泡混入を防止できるか
ら、レジンの密度減少による性能低下が防止できる。

【００３０】また、この発明にかかるレジン充填装置
（請求項３）では、混合容器内で混合を行う回転翼を駆
動するモータを混合容器内に設けたので、真空度を高め
ることができる。このため、気泡混入をさらに防止する
ことができる。また、レジンの圧送も可能になる。

【００３１】また、この発明にかかるレジン充填装置
（請求項４）では、混合容器内からキャスクまでレジン
を送出するにあたりギアポンプなどの粘性流体を扱える
ポンプを用いたので、レジンの高速移送によりすみやか
に充填することができる。

【００３２】また、この発明にかかるレジン充填方法
（請求項５）では、キャスクへの充填を行うまでの間、
冷却手段を用いて前記混合したレジンが可使時間、すな
わち移動可能な状態を保つように冷却するようにしたの
で、レジンの大量混合が可能である。このため、レジン
の充填を連続的に行えるから効率的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態にかかるレジン充填装置
の構成を示す図である。

【図２】図１に示したレジン充填装置の変形例を示す図
である。

【図３】従来におけるキャスクの一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１混合容器２水冷ジャケット３冷却器４ギアポンプ５調整弁６真空ポンプ１０プラネタリ回転翼１１ディスパーサ回転翼１３モータ１４メカニカルシール１００レジン充填装置１０１ドラム缶１０２ドラムフィーダー１０３貯蔵タンク１０４スプリングフィーダー１０５計量タンク１０６Ｂ液用タンク１０７、１１１ポンプ１０８、１１２流量計１０９、１１３調整弁１１０Ｃ液用タンク

フロントページの続き (72)発明者三宅崇史兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者柏井俊彦神戸市兵庫区小松通五丁目１番16号株式会社神菱ハイテック内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂の主剤と硬化剤とを混ぜる
ことにより開環重合発熱して硬化する基剤と、中性子を
吸収する中性子吸収剤と、水酸化アルミニウム、水酸化
マグネシウムその他の難燃剤とを混合容器内で混合して
流動状態にしたレジンを充填するレジン充填装置におい
て、前記混合容器に、冷却手段を設けたことを特徴とするレ
ジン充填装置。
【請求項２】さらに、混合容器を真空状態にする真空
ポンプを設けたことを特徴とする請求項１に記載のレジ
ン充填装置。
【請求項３】さらに、混合容器内で混合を行う回転翼
を駆動するモータを、前記混合容器内に設けたことを特
徴とする請求項２に記載のレジン充填装置。
【請求項４】さらに、混合容器内からキャスクまでレ
ジンを送出するにあたり、ギアポンプ、サインポンプそ
の他の粘性流体を扱えるポンプを用いたことを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか一つに記載のレジン充填装
置。
【請求項５】エポキシ樹脂の主剤と硬化剤とを混ぜる
ことにより開環重合発熱して硬化する基剤と、中性子を
吸収する中性子吸収剤と、水酸化アルミニウム、水酸化
マグネシウムその他の難燃剤とを混合して流動状態にし
たレジンを充填するレジン充填方法において、キャスクへの充填を行うまでの間、前記混合したレジン
が可使時間を保つように冷却するようにしたことを特徴
とするレジン充填方法。