JP2002156490A

JP2002156490A - キャスクおよび管継手

Info

Publication number: JP2002156490A
Application number: JP2000351701A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Akamatsu; 哲郎赤松; Masaharu Minami; 正晴南; Masanari Osono; 勝成大園; Kazuo Asada; 和夫浅田; Koji Takeshita; 興二竹下
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】金属ガスケットをＯリングに換装する作業を
省略すること。【解決手段】輸送中の落下により金属ガスケット５１
８の接触面圧が低下した場合、ボルト５１１を締め付け
ることによって、二次蓋５０８を突起部３で支持された
状態で全体的にへこむように変形させ、金属ガスケット
５１８のつぶし量を増加させる。これにより金属ガスケ
ット５１８の密封性能を回復させることができる。この
ため、Ｏリングへに換装することなく、金属ガスケット
５１８のみでキャスクを輸送できる。

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、燃焼を終えた使
用済み燃料集合体を収容する圧力容器であって、金属ガ
スケットの換装作業を省略できるようにしたキャスクお
よび管継手に関する。

【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、使用済み燃料集
合体という。使用済み燃料集合体は、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約６０年間冷却される。その後、
遮蔽容器であるキャスクに収納され、トラック等で再処
理施設に搬送、貯蔵される。キャスク内には、高放射能
物質が収容されているので、当該キャスクの密封には厳
重なる注意が必要である。

【０００３】図５は、従来のキャスクの構造を示す断面
図である。図６は、図５に示したキャスクの一部拡大図
である。このキャスク５００は、ステンレス製または炭
素鋼製の胴本体５０１と、キャスク外面を構成する外筒
５０２と、胴本体５０１と外筒５０２との間に充填され
る水素を含有した高分子材料のレジン５０３と、胴本体
５０１の下部に溶接され、レジン５０４を封入した構造
の底板５０５と、胴本体５０１に溶接一体化したフラン
ジ部５０６に設けた一次蓋５０７および二次蓋５０８と
から構成される。使用済み燃料集合体を収納するバスケ
ット５１３は、胴本体５０１のキャビティ５０９内に配
置される。前記一次蓋５０７と二次蓋５０８は、図６に
示すように、ボルト５１０、５１１によってフランジ部
５０６に固定され、二次蓋５０８にはレジン５１２が封
入されている。

【０００４】前記バスケット５１３は、ボロン（Ｂ）と
アルミニウムとの複合材料によって形成した複数のセル
から構成されている。また、このキャスク５００のキャ
ビティ５０９内にはヘリウムガスが負圧状態で充填され
ており、その一方、一次蓋５０７と二次蓋５０８の間の
空隙内は正圧となり、これによってキャスク内部と外部
との間に圧力障壁を形成している。また、二次蓋５０８
には、蓋間空間の圧力を測定するための孔５１４が設け
られており、この孔５１４の出口には圧力センサー５１
５が設けられている。

【０００５】前記一次蓋５０７には、キャスク内のガス
置換を行うためのバルブ５１６が設けられており、当該
バルブ５１６はバルブカバー５１７によって覆われてい
る。一次蓋５０７と胴本体５０１との間、二次蓋５０８
と胴本体５０１との間の密封には、長期間に渡って密封
機能を維持する観点から耐熱性、耐食性を有し耐久性の
高い金属ガスケット５１８、５１９を用いる。

【０００６】図７は、キャスクのシール部を示す拡大図
である。なお、一次蓋５０７と胴本体５０１との間およ
び二次蓋５０８と胴本体５０１との間のシール部は同様
のシール構造となる。シール溝５２０は機械加工により
形成され、使用する金属ガスケット５１８、５１９は内
外輪が二連構造のものを用いる。この金属ガスケット５
１８、５１９は、腐食や高温酸化に強いインコネル（商
標名：クロム16%、鉄7%を含むニッケル系合金）によっ
て製作したコイルスプリング５２１に、同じくインコネ
ル製のインナーエンベロープ５２２で被覆し、さらに、
アルミニウム製のアウターエンベロープ５２３により内
外輪をまとめて被覆した構成である。

【０００７】シール溝５２０に対しては、アウターエン
ベロープ５２３部分に設けたボルト穴を用いて固定す
る。前記金属ガスケット５１８、５１９には、例えば原
子力用キャスクに対する使用実績が多い、日本バルカー
工業株式会社製「トライバック」やフランス国のCEFILA
C社製の「ヘリコフレックスシール」などを用いること
ができる。

【０００８】金属ガスケットの塑性変形率と密封性能の
温度・時間依存性はLarson-Miller Parameter（ＬＭＰ）
により表すことが可能であり、その詳細は、「使用済燃
料貯蔵キャスクの長期密封性能評価手法の開発」（加
藤、伊東、三枝、日本原子力学会誌、Vol.38,No.6,95〜
101,1996）により開示されている。一般的に、金属ガス
ケットの長期密封性能は、密封保持限界のLMPを求め、
所定温度における限界時間を予測することにより行う。

【０００９】また、金属ガスケット５１８、５１９の内
周側には、合成ゴム製のＯリングを嵌めこむＯリング溝
５２４が機械加工されている。通常、キャスク５００の
貯蔵時には、合成ゴム製のＯリングは用いない。貯蔵時
に合成ゴム製のＯリングを用いないのは、高温（１５０
℃前後）、高線量条件下においての使用に耐えることが
できないからである。

【００１０】一方、金属ガスケット５１８、５１９は、
以下の理由によりキャスク輸送時の使用には不向きであ
る。金属ガスケット５１８、５１９を用いた場合、メー
カー推奨値である漏えい率（１×１０^-9Ｐａ・ｍ³／
ｓ）に対する二次蓋５０８と胴本体５０１とのずれ量は
０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度が限界となるが、実際にキ
ャスク５００が落下した場合のずれ量は数ｍｍとなり、
両者は１桁近く相違する。従って、金属ガスケット５１
８、５１９を装着したキャスク５００が落下した場合は
上記推奨値を超える可能性があり、このため、従来のキ
ャスク５００では、輸送時に二次蓋５０８の金属ガスケ
ット５１８を合成ゴム製のＯリングに換装してからキャ
スク輸送を行わなければならなかった。

【００１１】これに対して、合成ゴム製のＯリングは、
高温、高線量下においても数ヶ月程度（輸送にかかる期
間）であれば、落下による横ずれに対しても十分な密封
機能を保持できることが確認されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のキャスク５
００では、金属ガスケット５１８と合成ゴム製のＯリン
グを換装するには、いったん二次蓋５０８を取り外し、
この二次蓋５０８のＯリング溝５２４にＯリングを装着
する必要がある。そして、二次蓋５０８を再びキャスク
に取り付け、その後に機密検査を行う。また、これらの
作業は全て高線量下にて行われるため、キャスク５００
をプール内に沈めた状態で行わなければならない。或い
は、厚い遮蔽壁に囲まれたホットセル内にキャスク５０
０を設置し、遠隔作業によって行わなければならない。
このようなことから従来のキャスク５００では、シール
の換装作業に手間とコストがかかるという問題点があっ
た。

【００１３】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、金属ガスケットによってキャスクの輸
送および貯蔵に対応し得るように工夫することで、金属
ガスケットの換装作業を省略できるキャスクを提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【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に係るキャスクは、γ線の遮蔽を行う胴
本体に底付きのキャビティが形成され、このキャビティ
内に使用済み燃料集合体を収納するバスケットを収め、
前記胴本体のキャビティ開口側に蓋を取り付けると共に
胴本体の端部と蓋との間に金属ガスケットを介在させ前
記キャビティ内の密封を保持するキャスクにおいて、前
記胴本体にフランジを形成し、前記蓋のフランジと胴本
体のフランジとを突起部をもって当接して当該蓋と胴本
体との間に空隙を形成し、径方向において前記突起部の
一方側に、蓋と胴本体端部とを固定するボルトと、前記
金属ガスケットとを設けたことを特徴とする。

【００１５】フランジに突起部を設けることで蓋と胴本
体との間に空隙が形成される。一方、蓋と胴本体とを固
定するボルトは、径方向において突起部の一方側に設け
られているから、ボルトを締め付けることでフランジが
変形しつつ空隙を狭めることができる。ここで、金属ガ
スケットも同様に突起部の一方側に配置されているか
ら、この狭まる空隙によって金属ガスケットがつぶされ
る。かかる構成によれば、ボルトを締め付けることで、
金属ガスケットを再びつぶし、その接触面圧を上げるこ
とができる。この結果、キャスクの密封性能が低下した
場合でも、ボルトの締付によってその密封性能を回復で
きるから、例えば金属ガスケットのままで輸送すること
ができる。なお、ボルトおよび金属ガスケットは、突起
部に対して内径側に位置しても、外径側に位置してもよ
い。

【００１６】また、請求項２にかかるキャスクは、上記
キャスクにおいて、さらに、径方向において前記突起部
から金属ガスケットまでにかけて、前記胴本体または蓋
のフランジを薄肉化したことを特徴とする。このよう
に、フランジを薄肉化することで、ボルトの締付による
変形が容易になる。

【００１７】また、請求項３にかかる管継手は、管フラ
ンジの周縁部に突起部を設けて突合せ面の間に空隙を形
成し、この空隙部分を貫通して管フランジを固定するボ
ルトを通すと共に当該空隙部分に金属ガスケットを配置
したことを特徴とする。

【００１８】通常、管継手には全面座、大または小平面
座、嵌めこみ形、溝形など種々のものがあるが、これら
は管接合面にガスケットを介在させ、密封を行うように
している。しかしながら、金属ガスケットのクリープに
よって密封性能が低下することがあり、これら通常の管
継手では密封性能の回復を簡単に行うことはできず、ガ
スケット自体を交換する必要があった。これに対して、
この発明では、突起部によって管継手の突合せ面に空隙
を設け、この空隙部分に金属ガスケットを配置（ガスケ
ット溝を付けるのが好ましい）すると共に前記空隙部分
を貫通してボルトを通したことで、当該ボルトの締め付
けによって、金属ガスケットを再びつぶすことが可能に
なっている。この結果、管継手の使用中に密封性能が低
下した場合でも、ボルトの締付によってその密封性能を
簡単に回復させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
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。

【００２０】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１にかかるキャスクを示す一部断面図である。こ
のキャスク１００では、胴本体５０１の端部には径方向
にフランジ１が形成されている。また、二次蓋５０８の
フランジ２は、前記胴本体５０１のフランジ１と同径に
なるように形成されており、その周縁部には突起部３が
形成されている。この突起部３は、二次蓋５０８を取り
付けたときに胴本体５０１のフランジ１に当接する。二
次蓋５０８と胴本体５０１とはボルト５１１によって固
定されている。また、二次蓋５０８と胴本体５０１との
間には、上述した金属ガスケット５１８が設けられてい
る。

【００２１】胴本体５０１のフランジ面１ａと二次蓋５
０８のフランジ面２ａとは、１２Ｓ〜２５Ｓ程度の表面
粗さに加工されている。このフランジ面１ａ、２ａはフ
ランジ間の空隙Ａの寸法を測定するのに用いられる。当
該測定には、例えばノギスを用いて寸法Ｂを測かること
で行う。胴本体５０１と二次蓋５０８との密封は、金属
ガスケット５１８を塑性域でつぶすことにより維持され
る。つぶし量は、ガスケット溝４の深さと突起部３の高
さによって規制される。なお、二次蓋５０８のボルト穴
５にはボルト５１１の軸部６が位置し、そのネジ部７は
胴本体側の雌ねじ８と螺合している。

【００２２】キャスク１００の密封領域の温度は最大で
１５０℃程度まで上昇し、金属ガスケット５１８には連
続的に締付力が加わっているから、長期的な使用により
金属ガスケット５１８の特に外皮にクリープが発生し、
接触面圧が低下する。その場合、ボルト５１１を締め付
けることによって、二次蓋５０８が突起部３で支持され
た状態で全体的にへこむように変形し、金属ガスケット
５１８のつぶし量を増加させる。これにより、金属ガス
ケット５１８のシール面に対する接触面圧が増大し、密
封性能を回復させることができる。ここで、ボルト５１
１は二次蓋５０８の周縁に複数（例えば３６本）設けら
れているから、フランジ間の空隙Ａを測定しつつ、これ
らを均等に締め付けるようにするのが好ましい。

【００２３】このようにすれば、輸送中におけるキャス
ク１００の落下により密封破壊が生じた場合や、長期貯
蔵中に密封性能が低下した場合に、密封性能を回復でき
る。このため、Ｏリングに換装することなく金属ガスケ
ット５１８のままキャスク１００を輸送することができ
る。また、長期貯蔵において内部気体のリークが防止さ
れ、より安全性が増す。

【００２４】なお、上記キャスク１００において、突起
部３は胴本体側に設けてもよい。また、突起部３は、二
次蓋５０８または胴本体５０１と一体成形されている必
要はなく、リング状の部材を嵌めこむことによって代替
できる。さらに、突起部３の材質を二次蓋５０８または
胴本体５０１よりも柔らかい材料、例えばアルミニウム
などにしてもよい。

【００２５】図２は、上記キャスクの変形例を示す一部
断面図である。このように、二次蓋５０８のフランジ２
と胴本体５０１のフランジ１にリング状の凹部２０、２
１を設けてもよい。このようにすれば、凹部２０、２１
においてフランジ１、２の肉厚が小さくなるので、ボル
ト５１１の締付力が小さくても空隙Ａを狭めて金属ガス
ケット５１８をつぶすことができる。また、凹部２０、
２１を突き合わせることで、接合部に空洞２２ができる
ため、当該空洞２２をヘリウムチャンバーなどに利用す
ることもできる。例えば空洞２２内にヘリウムセンサー
２３などを設置すれば、金属ガスケット５１８から漏洩
したヘリウムを検出することができる。

【００２６】図３は、上記キャスクの別の変形例を示す
一部断面図である。このキャスクでは、突起部３０を二
次蓋５０８のガスケット溝４より内径側に設けたもので
あり、胴本体５０１のフランジ３１と二次蓋５０８のフ
ランジ３２とに渡ってボルト５１１を締結している。こ
の構成において、ボルト５１１を締め付けると、突起部
３０を支持した状態で二次蓋５０８のフランジ３２が撓
み、金属ガスケット５１８をさらにつぶすことができ
る。なお、この構成において、二次蓋５０８のフランジ
３２を図２のように薄肉化するようにしてもよい。

【００２７】（実施の形態２）図４は、この発明の実施
の形態２にかかる管継手を示す断面図である。この管継
手２００は、管フランジ２０１の周縁部に突起部２０２
を設けたものであり、当該突起部２０２が他方の管フラ
ンジ２０３と当接し、複数のボルト２０４によって結合
されている。また、一方側の管２０５の突合せ面２０５
ａにはガスケット溝２０６が設けられている。このガス
ケット溝２０６には金属ガスケット２０７が入れられ、
対向する突合せ面２０８ａが所定の空隙Ａ（突起部の高
さ）を有する状態で金属ガスケット２０７がつぶされ
る。これにより、管継手２００の密封が得られる。

【００２８】また、管２０５、２０８の周囲には凸部２
０９、２１０が形成され、この凸部２０９、２１０の軸
方向段面２０９ａ、２１０ａは１２Ｓ〜２５Ｓ程度の表
面粗さに加工されている。この段面２０９ａ、２１０ａ
はフランジ間の空隙寸法を測定するのに用いられる。当
該測定には、例えばノギスを用いて寸法Ｂを測かること
で行う。なお、金属ガスケット２０７は、リング状のコ
イルスプリングの外周に内皮および外皮を巻いた構造で
ある（図示省略）。コイルスプリングおよび内皮の材料
にはインコネルを用い、外皮にはアルミニウムや銀など
を用いる。

【００２９】金属ガスケット２０７にクリープが発生し
てその接触面圧が低下した場合、ボルト２０４を締め付
け、突起部２０２を支持した状態で空隙Ａを狭め、金属
ガスケット２０７の接触面圧を高くする。なお、ボルト
２０４の締付は、フランジ間の空隙Ａを測定しつつ、均
等になるようにするのが好ましい。これにより、金属ガ
スケット２０７による密封性能を回復させることができ
る。なお、金属ガスケット２０７の内径側の管構造は、
管内部を流れる流体が金属ガスケットに直接当たらない
ように溝型構造やラビリンス構造を採用することもでき
る（図示省略）。上記管継手２００は高温媒体が流れる
部分に適しており、その適用例としては、原子力プラン
トの配管類、ガスタービンの配管類などを挙げることが
できる。

【００３０】

【発明の効果】以上、この発明のキャスク（請求項１）
では、胴本体にフランジを形成し、前記蓋のフランジと
胴本体のフランジとを突起部をもって当接して当該蓋と
胴本体との間に空隙を形成し、径方向において前記突起
部の一方側に、蓋と胴本体端部とを固定するボルトと、
前記金属ガスケットとを設けたので、ボルトの締め付け
で密封性能を回復させることができる。このため、長期
貯蔵において密封性能を維持できると共にＯリングへの
換装作業なしに金属ガスケットのまま輸送することがで
きる。

【００３１】また、この発明のキャスク（請求項２）で
は、径方向において前記突起部から金属ガスケットまで
にかけて、前記胴本体または蓋のフランジを薄肉化した
ので、ボルトの締付を容易に行うことができる。

【００３２】また、この発明の管継手（請求項３）で
は、管フランジの周縁部に突起部を設けて突合せ面の間
に空隙を形成し、この空隙部分を貫通して管フランジを
固定するボルトを通すと共に当該空隙部分に金属ガスケ
ットを配置したので、ボルトを締め付けることで簡単に
密封性能を回復させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１にかかるキャスクを示
す一部断面図である。

【図２】テーパスリーブを用いて固定を行う箇所を示す
平面図である。

【図３】この発明の実施の形態２にかかるキャスクを示
す一部断面図である。

【図４】図３に示したキャスクにおける平行ピンの組み
立てを示す説明図である。

【図５】従来のキャスクの構造を示す断面図である。

【図６】図５に示したキャスクの一部拡大図である。

【図７】キャスクのシール部を示す拡大図である。

【符号の説明】

１００キャスク１、２フランジ３突起部４ガスケット溝５０１胴本体５０８二次蓋５１１ボルト５１８金属ガスケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ２１Ｃ 19/06 Ｇ２１Ｃ 19/06 ＵＧ２１Ｆ 5/12 Ｇ２１Ｆ 5/00 Ｄ (72)発明者大園勝成神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者浅田和夫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)発明者竹下興二兵庫県加古川市加古川町北在家15番地株式会社関西技研内Ｆターム(参考） 3H016 AB08 AD08 3J040 AA17 BA01 EA18 FA01 HA03 HA06 HA30 3J046 AA07 BA01 BB03 BC04 BC06 CA01 DA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 γ線の遮蔽を行う胴本体に底付きのキャ
ビティが形成され、このキャビティ内に使用済み燃料集
合体を収納するバスケットを収め、前記胴本体のキャビ
ティ開口側に蓋を取り付けると共に胴本体の端部と蓋と
の間に金属ガスケットを介在させ前記キャビティ内の密
封を保持するキャスクにおいて、前記胴本体にフランジを形成し、前記蓋のフランジと胴
本体のフランジとを突起部をもって当接して当該蓋と胴
本体との間に空隙を形成し、径方向において前記突起部
の一方側に、蓋と胴本体端部とを固定するボルトと、前
記金属ガスケットとを設けたことを特徴とするキャス
ク。
【請求項２】さらに、径方向において前記突起部から
金属ガスケットまでにかけて、前記胴本体または蓋のフ
ランジを薄肉化したことを特徴とする請求項１に記載の
キャスク。
【請求項３】管フランジの周縁部に突起部を設けて突
合せ面の間に空隙を形成し、この空隙部分を貫通して管
フランジを固定するボルトを通すと共に当該空隙部分に
金属ガスケットを配置したことを特徴とする管継手。