JP2003215290A - 非放射性核燃料移送システム - Google Patents

非放射性核燃料移送システム

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JP2003215290A JP2002309912A JP2002309912A JP2003215290A JP 2003215290 A JP2003215290 A JP 2003215290A JP 2002309912 A JP2002309912 A JP 2002309912A JP 2002309912 A JP2002309912 A JP 2002309912A JP 2003215290 A JP2003215290 A JP 2003215290A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 移送される燃料集合体の外側エンベロープに
ぴったり適合する内寸、および一般的なオーバーパック
管状容器に適合する外寸を有するクラムシェル型燃料集
合体インナーライナを備える非放射性核燃料集合体移送
容器を提供すること。 【解決手段】 上記ライナを、バードケージフレーム内
の緩衝支持システムにより支持されるオーバーパック管
状容器内に挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、核燃料集合体用の
移送容器に関し、特に、幾何形状アレイ内に支持された
複数の燃料ロッドを有する非放射性核燃料集合体用のか
かる容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】核分裂性物質Ｕ235を多量かつ／または
濃厚に含有する非放射性原子炉燃料要素および集合体の
移送および貯蔵において、通常の使用の間、ならびに潜
在的な事故の状況下で、臨界が回避されることを保証す
る必要がある。たとえば、燃料移送容器は、各燃料集合
体の構造（design）について特定の最大の燃料濃縮度
（すなわちＵ235の重量および重量％）を移送すること
を原子力規制委員会（ＮＲＣ）により認可されている。
新規な移送容器の設計が認可承認を受けるためには、そ
の新規な容器の設計が、１０ＣＦＲ７１に規定されるも
のを含む、ＮＲＣの規定および規制の要件に見合うであ
ろうということを、ＮＲＣが満足のいくように実証しな
ければならない。これらの要件は、中に収容された燃料
集合体の未臨界度を維持するのに移送容器およびその内
部支持構造が耐えなければならない最大想定事故（ＭＣ
Ａ）を規定している。
【０００３】本発明の譲渡人に譲渡されている米国特許
第４，７８０，２６８号は、頂部方形ノズル、方形アレ
イの燃料ロッド、および底部方形ノズルを有する２つの
従来の核燃料集合体を移送するための移送容器を開示し
ている。この容器は、並んだ２つの燃料集合体間に垂直
に延在した部分を有する支持フレームを備えている。各
燃料集合体は、クランプフレームにより支持フレームに
クランプ締めされ、このクランプフレームはそれぞれ２
つの圧力パッドを有している。この集合体全体は、緩衝
マウントフレームおよび複数の緩衝マウントにより容器
に連結されている。上記垂直部分内に、少なくとも２つ
の中性子吸収材要素がシールされている。一層のゴムコ
ルククッション材料が、燃料集合体から支持フレームと
垂直部分とを分離させている。
【０００４】従来の燃料集合体のそれぞれの頂部ノズル
は、集合体の縦軸に沿って、４カ所所で頂部方形ノズル
に締め付けられる（tightened down）圧力パッドを備え
たジャックポストにより保持される。これらの従来の燃
料集合体のうちのいくつかの底部ノズルは、面取り端を
有する。これらの燃料集合体は、集合体の縦軸に沿っ
て、底部ノズルの面取り端を保持する底部ノズルスペー
サにより保持される。
【０００５】本発明の譲渡人が用いる上記および他の移
送容器（たとえば略方形断面形状の加圧水型原子炉（Ｐ
ＷＲ）の燃料集合体用ＲＣＣ−４）は、認証番号第５４
５０、代理人整理番号第７１−５４５０、米国原子力規
制委員会、燃料サイクルおよび物質安全（Material Saf
ety）部門、Office of Nuclear Material Safety andsa
feguards, Washington, DC 20555に記載されている。
【０００６】本発明の譲渡人に譲渡された特許第５，４
９０，１８６号は、六方燃料（hexagonal fuel）用、特
に、ロシア型ＶＶＥＲ原子炉のために意図された燃料用
に設計された全く異なる核燃料移送容器を記載してい
る。さらに、沸騰水型原子炉燃料用に他の移送容器構造
を必要としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、多数の原
子炉燃料集合体の構造と互換可能に用いることができる
核燃料集合体用の改善された移送容器が必要とされる。
【０００８】軽量で、耐性があり、かつ認可され得る設
計内で、単一の集合体を収容することができるような燃
料集合体移送容器が必要とされる。
【０００９】さらに、水平または垂直のどちらの向きで
も容易に積載できるような移送容器が必要とされる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】これらの目的および他の
目的は、通常の状況下または仮想事故の状況下で安全に
非放射性核燃料集合体を移送するための本発明の個々の
燃料集合体容器システム設計によって達成される。この
移送容器は、燃料集合体と少なくとも同じ長さの軸寸法
を有する細長い管状インナーライナを備える。このライ
ナは、好ましくは、その軸寸法に沿って半分に分割さ
れ、燃料集合体の周囲でライナの２つの半部分がなす配
置についてクラムシェルのように分離できるようになっ
ている。ライナの外周は、ライナと少なくとも同じ長さ
の軸寸法を有する細長い管状容器から形成されたオーバ
ーパックの内側にぴったり受容されるように設計されて
いる。好ましくは、管状容器の壁は、間に置かれた微細
セルポリウレタンと同軸に位置付けられたステンレス鋼
の比較的薄いシェルから構成される。好ましくは、イン
ナーシェルは、ホウ素含浸ステンレス鋼を含む。
【００１１】燃料集合体を取り囲む管状インナーライナ
は、管状容器オーバーパック内に摺動可能に取り付けら
れ、オーバーパックは、各端部でエンドキャップにより
シールされている。管状容器オーバーパックは、好まし
くは、離間した軸方向位置で管状容器の円周に沿って延
びる周縁リブを有し、この周縁リブは、オーバーパック
の周縁剛性を高め、周縁緩衝材に対して取付け点を形成
する。
【００１２】好ましくはバードゲージ設計を有する細長
い外フレームは、該外フレームと離間関係にある管状容
器を該外フレーム内に受容するようなサイズにされる。
このフレームは、軸方向に離間した周縁ストラップから
形成されており、このストラップは、フレーム構造を形
成するために該ストラップを固定的に連結する、円周方
向に離間し軸方向に配向された支持リブに連結される。
複数の緩衝材が、ある種のストラップと、管状容器の周
囲に延びる、好ましくは少なくとも２つの周縁リブとの
間に連結されて、万一、外フレームが影響を及ぼされた
場合には、該フレームが被る相当な量の衝撃エネルギー
から管状容器を分離する。
【００１３】添付の図面とともに読まれる好適な実施形
態の以下の記載により、本発明のさらなる理解を得るこ
とができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の燃料集合体容器のオーバ
ーパックおよび内部コンポーネントならびに移送システ
ムを図１に示す。燃料集合体２４が、細長いインナーラ
イナ１８によりぴったり取り囲まれて象徴的に示されて
いる。インナーライナ１８は２つの半部分２２および２
０に分割されて示されており、この分割により、インナ
ーライナ１８は、オーバーパック１０内に装填される前
に燃料集合体の周囲により容易に位置付けられ得るよう
になっている。インナーライナ１８は、クラムシェル構
造で、好ましくは２つの等しい半部分２０および２２に
分割されて示されているが、本発明の範囲から逸脱する
ことなく、等しいまたは不等な周縁長を有する２つまた
はそれ以上の部分に分割され得ることを理解されたい。
望ましくは、インナーライナの部分２０および２２の合
わせ面は、燃料集合体２４の周囲のライナの部分２０お
よび２２の位置決めを容易にさせる相補的なキー溝を備
える。ライナ１８は、管状オーバーパック１０内にぴっ
たり受容されるように設計された外周の形状およびサイ
ズを有するステンレス鋼から構成されることが好まし
い。インナーライナ１８の内部は、燃料集合体２４の外
側エンベロープにぴったり適合するように型押しあるい
は機械加工される。ホウ素スリーブ（boron sleeve）１
６が、インナーライナの装填前に、インナーライナ１８
とオーバーパック１０との間に挿入される。代替的に、
たとえば火炎堆積法または他の被覆技法によって、イン
ナーライナ１８の外面をホウ素で被覆することができ
る。ホウ素スリーブ１６についての別の代替または補足
として、燃料集合体２４の外面と合わさるインナーライ
ナ１８の内壁と、オーバーパック１０内にぴったり受容
されるインナーライナ１８の外面との間にある、インナ
ーライナ１８の空所に、ホウケイ酸塩を注入することが
できる。さらに別の代替は、ホウケイ酸塩またはホウ酸
塩処理したステンレス鋼から形成されたプレートをイン
ナーライナ１８の内部に取り付けることである。
【００１５】オーバーパック１０は細長い管状部材であ
り、その壁は同軸に位置付けられた２つの約０．３１７
５ｃｍ（＝約１／８インチ）厚のステンレス鋼シェルか
ら形成されることが好ましい。強度の要件を満たすもの
であれば他の壁厚を採用することもできる。しかしなが
ら、壁厚が大きいと、オーバーパック１０の重量に上乗
せすることになる。好ましくは、各シェルは、溶接され
るか、あるいは連続した継ぎ目のない円周を有するよう
に製造される。この実施形態では、限定する意図はない
例として、ぴったりパックされた構成をしたシェル間に
約７．６２ｃｍ（＝３インチ）の厚層の微細セルポリウ
レタン層(layer of close cell polyurethane)を差し入
れ、好ましくは、インナーシェルがホウ素に含浸させた
ステンレス鋼シートから形成されるが、両シェルをホウ
素含浸ステンレス鋼から形成することができ、あるいは
この目的のためにホウ素以外の別の減速材を用いること
ができることを理解されたい。オーバーパックを、円形
断面を有するものとして示したが、他の形状（たとえば
楕円または矩形状）を用いることができる。ただし、円
形状にはいくつかの構造上の利点がある。
【００１６】オーバーパックは、軸方向に離間した多数
の周縁リブに嵌まり、このリブは、オーバーパック１０
の壁を形成するシェルに対し周縁剛性を加える。別個の
緩衝マウント取付け点１４を外側の軸方向のレール２８
に沿って設けることができ、あるいは緩衝マウント取付
け点を周縁リブ１２上に直接設けることもできる。ボー
ルベアリング２６は、点線で象徴的に示され、オーバー
パック１０内へのインナーライナ１８の装填を補佐する
ために用いられる摩擦低減機構を表している。摩擦低減
機構は、オーバーパック１０の内面あるいはライナ１８
の外面上のボールベアリングとすることができ、あるい
はオーバーパック１０の内壁中に固定的に構築され、ラ
イナ１８に取り外し可能に連結され得る入れ子式レール
構成とすることができる。ライナ１８の部分２０および
２２は、いったん燃料集合体２４の周囲に位置付けられ
ると互いにクランプ締めされ得ることにも留意された
い。
【００１７】図２は、２つのエンドキャップ３６によっ
て封鎖され（enclosed）ているオーバーパック１０を示
しており、エンドキャップ３６は、燃料集合体を収容し
たインナーライナが装填されると、ボルトによる取り付
けまたはヒンジおよび蝶ナットによる迅速な取り付けに
より固定され得る。オーバーパック１０は、バードケー
ジ状フレーム３０内に支持されて示されており、フレー
ム３０は、円周方向に離間し軸方向に配向されたレール
３４に固定的に連結（たとえば溶接）された、軸方向に
離間した複数の周縁ストラップ３２から形成されてい
る。端部位置３８は、角ストラップ(angle straps)から
形成されている。この構成では、外フレームは、方形断
面を有するものとして示されているが、他の形状（たと
えば円形断面）を用いることができることに留意された
い。オーバーパック１０は、少なくとも１つの緩衝機構
４０によりフレーム３０内に支持される。緩衝材支持体
は、たとえば、Lord Corporation,Mechanical Products
Division ,2000 West Grandview Boulevard,Erie,Penn
sylvania 16514により供給される部品番号Ｊ−５７３５
−６４とすることができる。図４ＡないしＥは、オーバ
ーパック１０を支持するのに用いることができるバード
ケージフレーム３０内での異なる支持構成を示してい
る。図４Ａでは、オーバーパック１０は、その正反対の
両側でバードゲージフレーム３０の側壁の中点から支持
されている。図４Ｂでは、単一のわずかに異なる緩衝マ
ウント支持体が、オーバーパック１０をバードケージフ
レーム３０の１つの側壁に固定している。図４Ｃでは、
４つの緩衝マウント支持体がそれぞれ、バードケージフ
レーム３０の側壁の中点からオーバーパック１０を支持
している。図４Ｄでは、３つの緩衝マウント支持体４０
が、バードケージフレーム３０の３つの側壁の中点から
オーバーパック１０を支持している。図４Ｅでは、オー
バーパック１０は、バードケージフレーム３０の側壁の
交点にそれぞれ取り付けられた４つの緩衝マウント４０
により支持されている。したがって、本発明の範囲から
逸脱せずに他の支持構成を構成することが可能であるこ
とが理解されるはずである。
【００１８】図３は、一旦、ライナ１８が燃料集合体の
上に配置されると、ライナ１８をオーバーパック１０内
に装填するのに用いることができる移送車（car transp
ort）４２を示している。移送車４２の側壁４６は、外
フレーム３０と位置合わせられており、このフレーム３
０は、オーバーパック１０の軸に対しライナ１８を保持
しているクレードル４４を位置合わせする。したがっ
て、ライナ１８は、積載車４２の基台のローラでオーバ
ーパック１０内に軸方向に移動することができ、フレー
ム３０および移送車４２は水平位置に保持される。代替
的に、フレーム３０を垂直位置に配向することができ、
ウインチ５０が、移送車４２の端部に繋がったケーブル
４８を制御してオーバーパック１０の内側にライナ１８
を徐々に下ろしていくことができる。
【００１９】種々の燃料集合体構造は、燃料集合体のエ
ンベロープと相補的である種々の内部形状をライナに与
えることにより適応し得る。その基本形態において、本
発明は、オーバーパック管状容器内に挿入されるクラム
シェル型燃料集合体パッケージである。したがって、こ
の管状オーバーパックを外部支持システムおよびバード
ケージフレームが支持する。この構造により、現在の燃
料移送キャスクに対し、非常に単純であり、コストが低
く、軽量なものの代替が可能となる。
【００２０】オーバーパックは、多数の種々の加圧水型
原子炉燃料構造ならびに多数の燃料型を担持する多様性
を提供する。オーバーパックは、沸騰水型原子炉燃料集
合体および他の核生成物用に構成されたクラムシェルを
担持することができる。
【００２１】本発明の特定の実施形態を詳細に説明して
きたが、本開示の教示全体に鑑みて、それらの詳細に対
し種々の変更および代替を展開し得ることが当業者には
理解されよう。したがって、開示された特定の実施形態
は、本発明の範囲に関して例示的にすぎなく限定的では
なく、併記の特許請求の範囲の十分な広がりおよびその
均等物すべてを与えられるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオーバーパック内に部分的に挿入され
るホウ素スリーブ内に部分的に挿入される燃料集合体を
取り巻く、本発明の細長い管状インナーライナを示す、
部分切り欠き斜視図である。
【図２】緩衝アタッチメントにより外フレームに支持さ
れた、本発明のオーバーパックの斜視図である。
【図３】図２に示したオーバーパック内にインナーライ
ナを装填するように位置合わされている、燃料集合体を
取り囲むインナーライナを支持するキャリッジの斜視図
である。
【図４】ＡないしＥは、外フレーム内のオーバーパック
を支持するための異なる実施形態の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノーマン・エイ・ケント アメリカ合衆国、サウスカロライナ州、コ ロンビア、シダー・リッジ・ロード 6015 (72)発明者 ジョン・エフ・ステイプルズ アメリカ合衆国、サウスカロライナ州、ブ リスウッド、パインヴュー・チャーチ・ロ ード 155 (72)発明者 ピーター・ジェイ・ヴェスコヴィ アメリカ合衆国、サウスカロライナ州、ウ ィルミントン、ハンモック・デューンズ・ ドライブ 8505 (72)発明者 ブライアン・イー・ヘンピー アメリカ合衆国、ノースカロライナ州、コ ロンビア、ナースリー・ヒル・ロード 1702

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の核燃料集合体用の移送容器であっ
    て、 該燃料集合体と少なくとも同じ長さの軸寸法、および前
    記第１の核燃料集合体よりも大きな内部断面を有する細
    長い管状容器と、 前記燃料集合体と少なくとも同じ長さの軸寸法、および
    前記管状容器の内側にぴったり受容されるように設計さ
    れている外周を有する細長い管状インナーライナであっ
    て、前記第１の外部断面とほぼぴったり合致する内部断
    面を有するインナーライナと、 前記管状容器と少なくとも同じ長さの軸寸法を有する細
    長い外フレームであって、該外フレームと離間関係にあ
    る前記管状容器を該外フレーム内に受容するサイズにさ
    れているフレームと、 万一、前記外フレームが衝撃を受けた場合には、前記フ
    レームが被る相当な量の衝撃エネルギーから前記管状容
    器を緩衝手段が分離するような方法で前記管状容器が前
    記フレーム内に実質的に支持されるように前記フレーム
    に前記管状容器を取り付ける該緩衝手段とを備える移送
    容器。
  2. 【請求項２】 前記管状容器は円形断面を有する請求項
    １に記載の移送容器。
  3. 【請求項３】 前記管状容器は連続的な円周を有する請
    求項１に記載の移送容器。
  4. 【請求項４】 前記管状インナーライナは、該管状イン
    ナーライナを少なくとも２つの円周方向部分に分離可能
    にさせる、前記軸寸法上に延びた少なくとも２つの軸方
    向の継ぎ目（axial seams）を有する請求項１に記載の
    移送容器。
  5. 【請求項５】 前記インナーライナは、２つの略等しい
    半部分に分離可能である請求項４に記載の移送容器。
  6. 【請求項６】 前記管状インナーライナの隣接部分に、
    相補的な位置決めキーを有する請求項４に記載の移送容
    器。
  7. 【請求項７】 前記管状インナーライナは、前記第１の
    核燃料集合体の周辺エンベロープとは異なる周辺エンベ
    ロープを有する第２の核燃料集合体の外部断面とほぼ合
    致するように機械加工されている内部断面を有する第２
    の管状インナーライナと互換可能である請求項１に記載
    の移送容器。
  8. 【請求項８】 前記管状インナーライナは、ステンレス
    鋼から構成される請求項１に記載の移送容器。
  9. 【請求項９】 前記管状インナーライナが前記管状容器
    の中へ、あるいは該容器から軸方向に摺動される際の摩
    擦抵抗を低減する手段を備える請求項１に記載の移送容
    器。
  10. 【請求項１０】 前記摩擦抵抗を低減する手段は、前記
    管状インナーライナの双方あるいは一方または他方、お
    よび前記管状容器の上で支持される請求項９に記載の移
    送容器。
  11. 【請求項１１】 前記摩擦抵抗を低減する手段は、入れ
    子式レールである請求項１０の移送容器。
  12. 【請求項１２】 前記摩擦抵抗を低減する手段は、軸方
    向に離間したボールベアリングである請求項１０に記載
    の移送容器。
  13. 【請求項１３】 前記管状インナーライナと前記管状容
    器との間に差し入れられるホウ素ライナを備える請求項
    １に記載の移送容器。
  14. 【請求項１４】 前記管状容器は、軸方向に離間した複
    数の周縁リブを備える請求項１に記載の移送容器。
  15. 【請求項１５】 前記リブの数は、４〜９の間である請
    求項１４に記載の移送容器。
  16. 【請求項１６】 前記管状容器は、少なくとも１つのク
    イックリリースエンドキャップ（quick release end ca
    p）を備える請求項１に記載の移送容器。
  17. 【請求項１７】 前記管状容器は、管状インナーシェル
    およびアウターシェル間に差し入れられる微細セルポリ
    ウレタンコアと同軸の該インナーシェルおよび該アウタ
    ーシェルを含む請求項１に記載の移送容器。
  18. 【請求項１８】 前記インナーシェルまたは前記アウタ
    ーシェルは、ホウ素を有する請求項１７に記載の移送容
    器。
  19. 【請求項１９】 前記インナーシェルまたは前記アウタ
    ーシェルは、ホウ素ステンレス鋼から形成される請求項
    １８に記載の移送容器。
  20. 【請求項２０】 前記外フレームは、軸方向に離間した
    複数の周縁ストラップを備え、該周縁ストラップはそれ
    ぞれ、バードケージ構造の前記管状容器の軸に略平行に
    位置付けられた、円周方向に離間し軸方向に延びた部材
    に連結されている請求項１に記載の移送容器。
  21. 【請求項２１】 前記緩衝手段は、前記周縁ストラップ
    の１つおよび前記管状容器にそれぞれが連結された少な
    くとも２つの緩衝材を含む請求項２０に記載の移送容
    器。
  22. 【請求項２２】 前記緩衝材は、前記周縁ストラップの
    １つおよび前記管状容器の周縁リブにそれぞれ連結され
    る請求項２１に記載の移送容器。
  23. 【請求項２３】 前記細長いライナの内面と外面との間
    に差し入れられるホウケイ酸塩コアを備える請求項１に
    記載の移送容器。
  24. 【請求項２４】 前記細長いライナの内面を、ホウ酸塩
    処理した（borated）ステンレス鋼またはホウケイ酸塩
    を含むプレートでライニングすることを含む請求項１に
    記載の移送容器。
JP2002309912A 2001-12-19 2002-10-24 放射性核燃料移送システム Expired - Fee Related JP3950403B2 (ja)

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