JP2004156997A - 使用済核燃料収納容器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、内筒と外筒間の伝熱性能向上させて軽量化でき、かつ製造期間の短縮可能でガス抜き穴の逆止弁の保守を不要にできる使用済核燃料収納容器を提供することにある。
【解決手段】内筒１に一端を固着され外方に突出して配設されている複数の外筒支持部材１３の他端を外筒３に固着する。伝熱部材４は断面コ字型で脚部にガス溜空間を形成するガス溜部を形成され、また、コ字型腹部に中性子遮蔽材２を充填固化される。伝熱部材４が両脚の外面が内筒１あるいは外筒３に当接するように、内筒１、外筒３および外筒支持部材１３によって形成される中性子遮蔽空間に配置される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子力発電所から発生する使用済核燃料を輸送用または輸送貯蔵兼用として用いられる使用済核燃料収納容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１―３１８１８７号公報
原子力発電所の原子炉炉心で一定期間使用された核燃料（燃料）は、炉心より取出されて使用済核燃料プール等に一次保管される。所定の冷却期間が終了した燃料は燃料プール中でキャスク（収納容器）に収納され、燃料再処理施設もしくは中間貯蔵施設などに運搬される。中間貯蔵施設では燃料をキャスクに収納した状態で長期間に亘り貯蔵するようにしている。
【０００３】
キャスクの内筒は上部開口の円筒形状容器であり、使用済核燃料が発生するγ線を遮蔽できる厚さに構成されている。使用済核燃料が発する中性子は内筒の外周面及び底面に設けた中性子遮蔽材（中性子遮蔽体）で遮蔽する。中性子遮蔽体の外周には二次γ線の遮蔽と中性子遮蔽体の保護のために円筒形状の外筒が配置される。内筒と外筒は、通常ステンレス鋼や炭素鋼で構成される。
【０００４】
使用済核燃料が発生する崩壊熱を効率よく除去するためにキャスク内筒と外筒の間には熱伝導体で作られた十数枚の伝熱フィンが取付けられている。伝熱フィンは内筒、外筒の両方もしくは片方に溶接によって固着されており、事故時等に外筒が外れないように保持している。伝熱フィンには内筒及び外筒と溶接が容易で、かつ外筒を保持する十分な強度を持った炭素鋼もしくはステンレス鋼が用いられる。
【０００５】
キャスクの内筒と外筒の間に設けられる中性子遮蔽体は、十分に混練された液状の中性子遮蔽材をキャスクを立てた状態にして、内筒、外筒および伝熱フィンで区切られた空間（中性子遮蔽空間と称する）に上部開口から注入して充填固化して形成している。
【０００６】
上述したようなキャスクについては、例えば、上述した特許文献１に記載されている。
【０００７】
ところで、中性子遮蔽材が注入される中性子遮蔽空間を形成する面の一部には固化した中性子遮蔽体の割れを防止するため剥離剤を塗布し、中性子遮蔽材を注入している。中性子遮蔽材を注入する中性子遮蔽空間は高さが４〜５ｍ程度あり、また、上部開口は一辺が１０〜２０ｃｍ程の略角形である。したがって、剥離剤の塗布は専用の機械を使用して行われる。
【０００８】
一方、使用済燃料の長期間の貯蔵中には中性子遮蔽体より水蒸気を主成分としたガスが放出される。通常、中性子遮蔽空間の圧力上昇を抑えるためにガス抜き穴が設けられている。使用済燃料のキャスクへの収納は燃料プール中で行われるため、ガス抜き穴には中性子遮蔽体に水が入らないよう逆止弁などが取り付けられる。この逆止弁は貯蔵期間中動作することを確認する必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、伝熱フィンに外筒を保持するのに必要な強度を持った炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材料を用いると、崩壊熱を除熱するためには外筒を保持するのに必要以上の伝熱フィンを必要とする。また、中性子遮蔽空間を形成する面に剥離剤を塗布するのに専用の機械を必要としている。
【００１０】
このように、従来技術はキャスクの重量が重く製造期間が長期間になり、ガス抜き穴の逆止弁の保守が大きな負担になるという問題点を有する。
【００１１】
本発明の目的は、内筒と外筒間の伝熱性能向上させて軽量化でき、かつ製造期間の短縮可能でガス抜き穴の逆止弁の保守を不要にできる使用済核燃料収納容器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、内筒の外周面に一端を固着され外方に突出して配設されている複数の外筒支持部材の他端を外筒の内周面を固着し、伝熱部材は断面コ字型で脚部にガス溜空間を形成するガス溜部を形成されると共にコ字型腹部に中性子遮蔽材を充填固化され、中性子遮蔽材を固着された伝熱部材が、一方脚の外面が内筒の外周面、他方脚の外面が外筒の内周面にそれぞれ対向するように、内筒、外筒および外筒支持部材によって形成される中性子遮蔽材配置領域に配置されることにある。
【００１３】
本発明は伝熱部材で外筒を支持する必要がなくなり伝熱部材として軽く熱伝導度の高い材料を使用でき、また、外筒支持部材を外筒の支持に必要な量だけ使用すればよいので、伝熱性能の向上と軽量化を図ることができる。また、中性子遮蔽体（伝熱部材と中性子遮蔽材）はキャスク本体とは別に製作できるためキャスクの製造期間を短縮することができる。さらに、伝熱部材にガス溜空間を形成しているのでガス溜空間容積を大きくできるためガス抜き穴と逆止弁を設ける必要が無く逆止弁の保守を不要にできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示す。
図１において、内筒１は上部が開口している炭素鋼製の円筒形状容器であり、図示しない使用済核燃料が発生するγ線を遮蔽できる厚さに構成されている。使用済核燃料が発生する中性子は内筒１の外周面に設けた中性子遮蔽体２で遮蔽する。中性子遮蔽体２は図３に示すように、断面コ字型の伝熱部材４の腹部に固化充填されている。中性子遮蔽体２としては、通常エポキシ樹脂又はシリコンゴムなどの高分子化合物に粉末状の中性子吸収材及び耐火材といった添加物を加えた樹脂が使用されている。なお、中性子遮蔽体２は内筒１の底面にも設けられるが図示を省略している。
【００１５】
伝熱部材４は図３に示すように断面コ字型に形成され、腹部４１に脚４２、４３を備えている。一方脚４２の先端は内側に略９０度折曲された後に外方（他方脚４３と平行方向）に略９０度折曲されたＬ字型の鍵部４４を形成している。鍵部４４の外側の窪み４５がガス溜空間となる。鍵部４４は伝熱部材４のガス溜部となる。
【００１６】
伝熱部材４は図５に示すようにコ字型の開放端を図示しない平板で密閉され、長手方向の一端も平板４６で密閉される。また、伝熱部材４の長手方向の他端に液状の中性子吸収材２を注入する注入機具４７が取付けられる。注入機具４７から中性子吸収材２を注入し固化させる。伝熱部材４は中性子遮蔽体２を製作する場合において中性子吸収材受ける容器として使用される。
【００１７】
中性子吸収材２が固化したらコ字型の開放端を図示しない平板、平板４６および注入機具４７を取外し、注入機具４７側の中性子吸収材２を平坦に研磨する。このようにして伝熱部材４のコ字型腹部には中性子吸収材２が充填固化される。
【００１８】
さて、内筒１の外周面には図２に示すように複数の外筒支持板（外筒支持部材）１３の一端が溶接によって固着されている。複数の外筒支持板１３の他端は外方に放射状に突出している。複数の外筒支持板１３は内筒１の外周面に、例えば、４５度の等角度で固定されている。
【００１９】
内筒１、外筒３および外筒支持板１３で形成される空間（中性子遮蔽材配置領域）１７には図２に示すように３個の伝熱部材４が配置されている。中性子遮蔽空間１７は内筒１、外筒３、外筒支持板１３の他に上端板１２、下端板１４によって形成される。
【００２０】
伝熱部材４は脚４２の外面が内筒１の内周面に対向し、脚４３の外面が外筒３の内周面に対向している。脚４２の外面を内筒１の外周面の当接させ、脚４３の外面を外筒３の内周面の当接させるようにしてもよい。このようにそれぞれが当接されることによって、内筒１から脚４２への伝熱特性、および脚４３から外筒４３への伝熱特性を向上させることができる。
【００２１】
また、伝熱部材４の脚４２の先端（鍵部４４）は図２に示すように外筒支持板１３あるいは他の伝熱部材４の腹部４１の外面に対向して配置される。鍵部４４は外筒支持板１３あるいは他の伝熱部材４の腹部４１の外面に当接されてもよい。伝熱部材４の鍵部４４の窪み４５はガス溜空間１５を形成する。鍵部４４の窪み４５は外筒支持板１３の内筒１との溶接部分の肉盛りとの干渉を排除する。
【００２２】
外筒３を保持する外筒支持板１３は内筒１と外筒３に溶接が容易に行える部材、例えば炭素鋼もしくはステンレス鋼で構成されている。また、伝熱部材４は炭素鋼よりも伝熱性能の良いアルミもしくはアルミ合金で構成されている。
【００２３】
二次γ線の遮蔽と中性子遮蔽体２の保護のために炭素鋼製の円筒形状の外筒３が配置される。外筒３は周方向に複数に分割して構成され、分割された長手方向の端が外筒支持板１３の他端に位置するように配置される。分割された外筒３は外筒支持板１３の他端に隣接する他の分割外筒３と共に溶接して固着される。
【００２４】
内筒１の内部にはバスケット５が配置され、バスケット５に使用済核燃料（図示せず）が格子状に配置される。バスケット５はいかなる場合においても使用済核燃料が臨界になるのを防止するように構成されている。キャスク本体蓋部は、一次蓋６と二次蓋７の二重構造となっており、キャスク本体内部の放射能を確実に閉じ込める構造となっている。一次蓋６にも中性子遮蔽体１６が設けられている。
【００２５】
図１には図示が複雑になるので省略しているが、図４に示すように内筒１に上端板１２と下端板１４が取付けられている。上端板１２と下端板１４は中空円盤状に構成され、内筒１の全周に取付けられている。また、キャスクの外側には吊下ろし等の取扱い時に使用するトラニオン８が設けられている。
【００２６】
なお、キャスクは４メートル程度の長さの使用済核燃料を収納するため、その高さは５メートル程度、直径は２．５メートル程度であり、使用済核燃料集合体を収納した時の全重量は１００から１５０トン程度となる。
【００２７】
このような構成のキャスクは次のような手順で製作される。この製作手順を図６、図７を参照して説明する。
【００２８】
工程Ａにおいて伝熱部材４を製作する。伝熱部材４としてアルミもしくはアルミ合金を使用する場合には、押出成型により製作することで同一形状の物を短期間に製作することが可能となる。工程Ｂでは製作した伝熱部材４の必要な面に剥離剤を塗布する。伝熱部材４はコ字型形状であり、長手方向の一面が開放されているので、特別な専用機器を用いることなく剥離剤を簡単に塗布することができる。
【００２９】
次に、工程Ｃでは図５のようにして上述したようにして伝熱部材４の内部に中性子遮蔽材２を鋳込む作業を実施する。すなわち、伝熱部材４は図５に示すようにコ字型の開放端を図示しない平板で密閉され、長手方向の一端も平板４６で密閉される。また、伝熱部材４の長手方向の他端に液状の中性子吸収材２を注入する注入機具４７が取付けられる。注入機具４７から中性子吸収材２を注入し固化させる。伝熱部材４は中性子遮蔽体２を製作する場合において中性子吸収材受ける容器として使用される。工程Ｄに移り伝熱部材４に中性子遮蔽体２を固化充填した状態で外観検査などによって検査を行う。
【００３０】
一方、工程Ｅでは別ルートで図７（ａ）のようなキャスク内筒１を製作する。工程Ｆに移行して図７（ｂ）に示すように、内筒１を横置きにして複数の内筒支持板１３を溶接により固定する。工程Ｇでは図７（ｃ）に示すように内筒１に上端板１２と下端板１４を溶接によって取付ける。
【００３１】
工程Ｈでは図７（ｄ）に示すように複数の内筒支持板１３と上端板１２、下端板１４を取付固定された内筒１に上述の要領で製造された中性子遮蔽体２を固化充填された伝熱部材４を外筒支持部材１３の間に配置する。中性子遮蔽体２を固化充填された伝熱部材４は内筒１の長手方向に沿って複数個配置される。
【００３２】
工程Ｉでは図７（ｅ）のように分割製作された外筒３を中性子遮蔽体２（伝熱部材４）を覆うように取付け、外筒支持部材１３に溶接する。
【００３３】
以上の作業を内筒１の全周に亘って行うことによって中性子遮蔽体２を固化充填されている伝熱部材４の取付けが完了する。
【００３４】
このような構成のキャスクは、伝熱部材４で外筒を支持する必要がなくなり伝熱部材４として軽く熱伝導度の高い材料を使用でき、また、外筒支持部材１３を外筒３の支持に必要な量だけ使用すればよいので、伝熱性能の向上と軽量化を図ることができる。また、中性子遮蔽体（伝熱部材４と中性子遮蔽材２）はキャスク本体とは別に製作できるためキャスクの製造期間を短縮することができる。
【００３５】
また、長期間の貯蔵中に中性子遮蔽体２より図４に矢印で示すように水蒸気を主成分としたガスが放出される。このガスは伝熱部材４の鍵部４４によって形成されるガス溜空間１５に貯留される。ガス溜空間１５は容量が大きいので中性子遮蔽空間１７からガスを抜く必要がなくなる。したがって、ガス抜き穴と逆止弁を設ける必要が無く逆止弁の保守を不要にできる。
【００３６】
なお、中性子遮蔽体２を取付けるには、図８に示すように、内筒１、外筒支持部材１３、外筒３を溶接しキャスク底部の遮蔽体カバー１８を取付、キャスクを縦置きにし中性子遮蔽体２を内筒１、外筒３および外筒支持部材１３によって形成される中性子遮蔽空間１７に伝熱部材４を挿入し、その後に上端板１２を溶接するようにしても行える。
【００３７】
図９にコ字型伝熱部材４の配置の他の例を示す。
図９は内筒１と外筒３の間隔の間隔方向に２個の伝熱部材４を重ねて配置している。２個の伝熱部材４はそれぞれコ字型腹部に中性子遮蔽材２を固化充填されている。図９の構成においても上述の実施例と同様な効果を奏し得る。
【００３８】
図１０に伝熱部材４の他の例を示す。図１０の伝熱部材４は脚４３に溝４８を設け、溝４８でガス溜空間１５を形成するようにしたものである。
【００３９】
図１０に伝熱部材４でも図３の伝熱部材と同様にガス溜空間の容積を大きくでき、上述の実施例と同様な効果を奏し得る。
【００４０】
以上説明したように、本発明の使用済核燃料収納容器は伝熱部材で外筒を支持する必要がなくなり伝熱部材として軽く熱伝導度の高い材料を使用でき、また、外筒支持部材を外筒の支持に必要な量だけ使用すればよいので、伝熱性能の向上と軽量化を図ることができる。また、中性子遮蔽体（伝熱部材と中性子遮蔽材）はキャスク本体とは別に製作できるためキャスクの製造期間を短縮することができる。さらに、伝熱部材にガス溜空間を形成しているのでガス溜空間容積を大きくできるためガス抜き穴と逆止弁を設ける必要が無く逆止弁の保守を不要にできる。
【００４１】
また、上述の実施例は伝熱部材がコ字型であり、開放端から剥離剤の塗布及び塗布状態の確認が容易となる。さらに、キャスクとは別に中性子遮蔽体を製作するため中性子遮蔽体の外観の全数検査が可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は伝熱部材で外筒を支持する必要がなくなり伝熱部材として軽く熱伝導度の高い材料を使用でき、また、外筒支持部材を外筒の支持に必要な量だけ使用すればよいので、伝熱性能の向上と軽量化を図ることができる。
また、中性子遮蔽体（伝熱部材と中性子遮蔽材）はキャスク本体とは別に製作できるためキャスクの製造期間を短縮することができる。
さらに、伝熱部材にガス溜空間を形成しているのでガス溜空間容積を大きくできるためガス抜き穴と逆止弁を設ける必要が無く逆止弁の保守を不要にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例の要部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の伝熱部材の一例を示す構成図である。
【図４】本発明を説明するための部分拡大図である。
【図５】本発明による伝熱部材の説明図である。
【図６】本発明による実施例の一例製作工程図である。
【図７】本発明による実施例の製作工程の一例説明図である。
【図８】本発明による実施例の製作工程の説明図である。
【図９】本発明の伝熱部材配置の他の例を示す構成図である。
【図１０】本発明の伝熱部材の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…内筒、２…中性子遮蔽体、３…外筒、４…伝熱部材、５…バスケット、６…一次蓋、７…二次蓋、８…トラニオン、１２…上端板、１３…外筒支持部材、１４…下端板、１７…中性子遮蔽空間、１５…ガス溜空間。

Claims (6)

1. 使用済核燃料を収納する内部空間を形成する内筒と、前記内筒の外周面に一端を固着され外方に突出して配設されている複数の外筒支持部材と、前記複数の外筒支持部材の他端にそれぞれ内周面を固着されている外筒と、断面コ字型を成し、脚部にガス溜空間を形成するガス溜部を有する伝熱部材と、前記伝熱部材のコ字型腹部に固化充填されている中性子遮蔽材とを具備し、前記中性子遮蔽材が固着された前記伝熱部材は、一方脚の外面が前記内筒の外周面に、他方脚の外面が前記外筒の内周面にそれぞれ対向するように、前記内筒、外筒および外筒支持部材によって形成される中性子遮蔽材配置領域に配置されることを特徴とする使用済核燃料収納容器。
2. 複数の格子にそれぞれ使用済核燃料を収納するバスケットが内部に配置されている内筒と、前記内筒の外周面に一端を固着され外方に突出して配設されている複数の外筒支持板と、前記複数の外筒支持板の他端にそれぞれ内周面を固着されている外筒と、断面コ字型を成し、１つの脚の先端を内側に鍵状に折曲してガス溜空間を形成する折曲部を有する伝熱部材と、前記伝熱部材のコ字型腹部に固化充填されている中性子遮蔽材とを具備し、前記中性子遮蔽材が固着された前記伝熱部材は、一方脚の外面が前記内筒の外周面に、他方脚の外面が前記外筒の内周面にそれぞれ対向するように、前記内筒、外筒および外筒支持板によって形成される中性子遮蔽材配置領域に配置されることを特徴とする使用済核燃料収納容器。
3. 請求項１または２において、前記伝熱部材は、前記中性子遮蔽材配置領域に前記内筒の長手方向に沿って複数個配置されることを特徴とする使用済核燃料収納容器。
4. 請求項１または２において、前記伝熱部材は、前記中性子遮蔽材配置領域に前記内筒の周方向に沿って複数個配置されることを特徴とする使用済核燃料収納容器。
5. 請求項１または２において、前記外筒支持部材あるいは外筒支持板は、前記内筒および前記外筒と同種類の金属材料で構成され、前記伝熱部材は良熱伝導率の金属材料で構成されていることを特徴とする使用済核燃料収納容器。
6. 請求項２において、前記コ字型伝熱部材の一方脚を折曲した鍵状先端と前記外筒支持板あるいは他の伝熱部材の腹部外面とでガス溜空間を形成することを特徴とする使用済核燃料収納容器。

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