JP2005321304A

JP2005321304A - キャスク用緩衝体

Info

Publication number: JP2005321304A
Application number: JP2004139773A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Mochizuki; 信一望月; Koichi Yamamoto; 浩市山本
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】落下等による衝撃をバランス良く緩衝材に分散させて吸収させる衝撃緩和性能に優れたキャスク用緩衝体を提供する。
【解決手段】ハウジング４１内部にハウジング４１の平面方向に対して放射状に設けられた金属板からなる放射状隔壁４５がハウジング４１内部の緩衝材全体に衝撃を分散させ、効率的に吸収させる一方で、放射状リブ４４上端面を境界として外側となる第１領域の放射状隔壁４５ａの壁厚を内側（キャスク１側）となる第２領域の放射状隔壁４５ｂの壁厚よりも薄くして放射状隔壁４５ａを変形しやすくさせ、キャスク１に伝わる衝撃を抑制し、優れた衝撃吸収性能保つ。
【選択図】図２

Description

本発明は、使用済み核燃料集合体を収容、貯蔵するキャスクを落下衝撃などから保護するキャスク用緩衝体に関するものである。

原子力発電の使用済み核燃料は、冷却ピットで一定期間、冷却された後、キャスクに収容されて貯蔵施設または再処理施設に搬送され、そこで貯蔵または再処理される。搬送には船舶やトラックが使用されるが、キャスク自体は外径３〜４ｍ、全長７ｍ、重量１３０ton程度の巨大な重量物であり搬送作業中に落下などに対して、キャスクが健全であるような対策が講じられている。その対策の一つとしてキャスクの両端にはフランジ状の緩衝体が装着されてキャスクを保護している。

図９に示すようにキャスク１の外形は外筒１１と蓋部２と底部３とからなる円柱状をしているが、多角形柱の外形をしたキャスク１もある。外筒１１の内側には胴部１２があり、胴部１２、外筒１１および底部３は主に炭素鋼製であり、溶接されて一体化している。蓋部２は主に炭素鋼製であり、１次蓋２１、２次蓋２２の二重構造となっていて、胴部１２とは金属ガスケットを挟んで、合金鋼製のボルトで固定されて、胴部１２内の気密性を保っている。また、胴部１２には吊り上げ作業の際の吊具などを引掛けるトラニオン１５が突出している。

外筒１１の内側の構造は、バスケット１３と呼ばれるアルミ合金製板による菓子折り格子体を炭素鋼製の胴部１２が取り囲み、さらに、その外側を中性子しゃへい体１４がつつみ囲み、この菓子折り格子体の中に図示しない使用済み核燃料が挿入される。また、胴部１２からは外周に放射状に伝熱フィン１６が設けられ、この伝熱フィン１６から内部の熱を逃して、内部温度を下げるようにしている。

従来のキャスク用緩衝体４は図９に示すようにキャスク１両端部を覆うようにフランジ状の外形となっていて、内部を中空としたハウジング４１は、主にステンレス鋼製でありハウジング４１内部には緩衝材４２が充填されている。緩衝材４２には、主に木材が使用されていて、その他ポリウレタンフォーム、発泡スチロールなどの高分子材料が用いられることもある。即ち、従来のキャスク用緩衝体４は中空のハウジング４１内部に緩衝材４２（木材等）が充填される構造であった。

キャスク用緩衝体４は着脱可能で、キャスク１を搬送する際にキャスク１の両端部を覆うように装着され、装着されたままの状態でキャスク１は搬送される。搬送の際にキャスク１を船舶やトレーラに積み込む時には、キャスク１の胴部１２に設けられたトラニオン１５に水平吊具を引掛けて、クレーンで吊り上げて積み込む。搬送後、積み下ろしの際はこの反対の作業をすることとなる。

キャスク用緩衝体４はキャスク１よりも大径であり、かつ両端部に装着されているので、クレーン作業中に仮に落下しても落下面が平坦ならばキャスク１よりもキャスク緩衝体４が先に着地するのでキャスク１に対する衝撃を緩和することができる。また、搬送中にキャスク１が転がり落ちても同様に、先にキャスク緩衝体４が着地するので衝撃を緩和できる。この衝撃は、主にキャスク用緩衝体４内部に充填されている緩衝材４２の変形によって緩和される。

キャスクの安全性については、９メートルの高さから平面上にキャスクを落下させる落下試験や１メートルの高さから棒状突起上に落下させる落下試験の規定（核燃料物質等の工場又は事業所の外における運搬に関する技術上の基準に係る細目等を定める告示に規定されている特別の試験条件の落下試験）があり、これらを基にしてキャスク用緩衝体の衝撃緩和性能の向上策が種々検討されている。

例えば、緩衝体内部の位置に応じて、緩衝材となる木材の木目方向を変えることや異種の木材を組み合わせる構造として、いろいろな方向からの衝撃力を効果的に緩和しようとする提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、木材の衝撃緩和性能には大きなばらつきがあり、改良の必要性があった。

また、緩衝材に、木材の集成材を用いることで衝撃緩和性能のばらつきを低減させる構造とし、緩衝体内部に補強用に設けられている筒状リブを軸方向へ一定範囲内で延長して、より広い範囲の緩衝材に衝撃を伝えて衝撃緩和性能を向上させる構造が提案されている（特許文献２参照）。この構造であっても緩衝材には衝撃緩和に寄与しない部分が生じ、緩衝材を十分に活用できない場合があった。特に、圧縮強度の低い木材を緩衝材として使用する場合は、緩衝材の変形量が大きくなるため、緩衝材全体に衝撃を分散させる必要があった。
特開２００１−８３２９１号公報特開２００２−３１１１８６号公報

そこで、本発明の目的は落下等による衝撃をバランス良く緩衝材に分散させて吸収させる衝撃緩和性能に優れたキャスク用緩衝体を提供することにある。

請求項１に記載のキャスク用緩衝体は、円柱状のキャスクの両端面および両端部周辺の側面を覆うように取り付けられ、前記キャスクを落下衝撃から保護するキャスク用緩衝体であって、内部を中空としたハウジングと、該ハウジング内部を充填する緩衝材とからなり、前記ハウジング内部に前記緩衝材を複数の独立した緩衝材に隔離する金属板からなる隔壁を設けたものである。

請求項２に記載のキャスク用緩衝体は請求項１に記載のキャスク用緩衝体において、前記隔壁がハウジングの平面方向に対して放射状に設けられ、かつハウジングの高さ方向中途に壁厚を変えた部分を有するものである。

請求項３に記載のキャスク用緩衝体は請求項１に記載のキャスク用緩衝体において、前記隔壁がハウジングの高さ方向に対して水平に設けられたものである。

請求項４に記載のキャスク用緩衝体は請求項２に記載のキャスク用緩衝体において、さらに、前記隔壁がハウジングの高さ方向に対して水平に設けられたものである。

本発明のキャスク用緩衝体は、円柱状のキャスクの両端面および両端部周辺の側面を覆うように取り付けられ、前記キャスクを落下衝撃から保護するキャスク用緩衝体であって、内部を中空としたハウジングと、該ハウジング内部を充填する緩衝材とからなり、前記ハウジング内部に前記緩衝材を複数の独立した緩衝材に隔離する金属板からなる隔壁を設けたので、隔壁が衝撃を緩衝材全体に分散させて、効率よく吸収させることができる。

また、隔壁をハウジングの平面方向に対して放射状に設け、かつハウジングの高さ方向中途に壁厚を変えた部分を有することで、ハウジングの平面方向に対して垂直方向の衝撃（キャスク装着時のキャスク軸方向の衝撃）は隔壁が緩衝材全体に衝撃を分散させ、効率的に衝撃を吸収させることができる一方で、壁厚の変わる部分で変形しやすくなりキャスクに伝わる衝撃を増加させず、衝撃吸収性能を損なうことがない。

ハウジングの側面方向の衝撃（キャスクに装着時のキャスク水平方向の衝撃）は隔壁が緩衝材全体に衝撃を分散させるように機能して効率的に衝撃を吸収させる一方で、直接的に衝撃を受けるのが少数の隔壁なので変形しやすくキャスクに伝わる衝撃を増加させることがなく、衝撃吸収性能を損なうことがない。

また、隔壁をハウジングの高さ方向に対して水平に設けることでハウジングの平面方向に対して垂直方向の衝撃や側面方向の衝撃は隔壁が緩衝材全体に分散させ、効率的に吸収させることができる。

キャスクに装着時には隔壁はキャスク端面と平行となるので、キャスクに伝わる衝撃を増加させず、衝撃吸収性能を損なうこともない。

また、ハウジングの平面方向に対して放射状に設けられ、かつハウジングの高さ方向中途に壁厚を変えた部分を有する隔壁に加えて、ハウジングの高さ方向に対して水平な隔壁を設けることで、衝撃は隔壁が緩衝材全体により細かく分散させ、効率的に吸収させることができる。

以下、図に示す本発明の実施形態に基づいて具体的に説明する。図１は第一の実施形態を示しており、キャスク用緩衝体４はキャスク１両端面および両端部周辺の側面を覆うように取り付けられる。図９に示すようにキャスク１の蓋部２と底部３に取り付けられる緩衝体４は基本的に同様の構造となっているので、以後の説明は両端面に取り付けられる緩衝体４は同一のものとして説明する。また、キャスク１が円柱状の場合について説明するが、多角柱状の場合でも本発明の緩衝体４を適用することができる。

キャスク用緩衝体４は内部を中空としたステンレス鋼製のハウジング４１に、ハウジング４１内部を充填する木材の緩衝材４２から構成されている。この緩衝材４２が衝撃緩和の性能を決定する重要な一要因であり、木材の他にポリウレタンフォーム、発泡スチロールなどの高分子材料を用いてもよい。

緩衝体４のハウジング４１は両端面に円柱状の凹部を設けた円柱体をしていて、一端面側の凹部の径を他端面側のよりも大径としている。そして、一端面側の凹部がキャスク１端面に嵌合するように取り付けられることになる。ハウジング４１をこのような外形とすることで落下などの衝撃を受けた際に、最も応力集中し易いキャスク１の角部を厚く、かつ無駄なく保護することができる。他端面側に凹部を設けず平らにすることもできる。また、ハウジング４１の角部を大き目にアール処理をすると衝撃を受けた場合に応力集中を緩和することができる。

ハウジング４１内部にはハウジング４１の平面方向に対して放射状に緩衝材４１を独立した複数の緩衝材４１に隔離する金属板からなる放射状隔壁４５が設けられている。図１にはすべての放射状隔壁４５が図示されていないが放射状に３０°間隔で１２枚が設置されている。

放射状隔壁４５の数は適宜、決定されるが放射状に好ましくは８〜２０等分、さらに好ましくは１２〜１６等分がよい。放射状隔壁４５の数が少ないと衝撃を緩衝材４２全体に効率的に分散させることができず衝撃緩和性能が低下し、放射状隔壁４５の数が多すぎると衝撃をキャスク１に伝達しやすくなり、衝撃緩和性能が損なわれ、またコストもかかるからである。放射状隔壁４５の素材はハウジング４１の素材と溶接し易いものが選択されるが、例えば、炭素鋼などが用いられる。

緩衝材４２が充填されていない状態のハウジング４１内部には図２に示すように、放射状隔壁４５の他にキャスク１装着時にキャスク端面と当接するキャスク端面当接面４１ａの裏側にハウジング４を補強する環状リブ４３と放射状リブ４４が設けられている。これらのリブの大きさ、位置、形状および設置数は装着するキャスク１の形状、重量等の条件などによって適宜、決定される。

この放射状隔壁４５は、ハウジング４１の高さ方向中途に壁厚を変えた部分を有している。詳述すると放射状リブ４４の上端面を境界として外側となる第１領域の放射状隔壁４５ａの壁厚が内側（キャスク側）となる第２領域の放射状隔壁４５ｂの壁厚よりも薄くなっている。

図３、４に第１領域の放射状隔壁４５ａと第２領域の放射状隔壁４５ｂの詳細を示すが、これらは溶接によって接合されている。

放射状隔壁４５の壁厚は素材、数や緩衝材４２の素材などによって変わるが、キャスク１に衝撃を伝達しにくくする一方で、できるだけ緩衝材４２全体に衝撃を分散させて吸収させることが重要であり、ハウジング４１の壁厚以下に設定する。

放射状隔壁４５の壁厚がハウジング４１の高さ方向中途で変化がないとハウジング４１の平面方向に対して垂直方向の衝撃を受けても変形しにくく、キャスク１に衝撃を伝達しやすくなりキャスク１に影響を与えてしまう。したがって、放射状隔壁４５がハウジング４１の高さ方向中途で壁厚を変えた部分を有することが本発明の重要点の一つである。

例えば、キャスク緩衝体４の外径が４ｍ程度、高さが１ｍ程度、ハウジング４１壁厚が１０ｍｍ程度の場合は、第１領域の放射状隔壁４５ａの壁厚は０．３〜３ｍｍ程度、好ましくは０．５〜２ｍｍ程度とし、第２領域の放射状隔壁４５ｂの壁厚は３〜１０ｍｍ程度、好ましくは５〜６ｍｍ程度とする。

放射状隔壁４５ａおよび４５ｂの壁厚が薄すぎると衝撃を緩衝材４２全体に効率良く分散させることができず、厚すぎると変形しくく、衝撃をキャスク１に伝えやすくなり衝撃緩和性能が損なわれるためである。

また、図５、６に示すように放射状隔壁４５のハウジング４１の高さ方向中途に壁厚を薄くした薄壁部Cを設けておき、放射状隔壁４５を変形しやすくして衝撃がキャスク１に伝わりにくくすることもできる。薄壁部Cはハウジング４１の高さ方向水平に全体に渡って溝状に設けても、一部に設けてもよく、薄溝部Ｃの位置、数および形状は適宜、決定する。

放射状隔壁４５の取り付けは、所定の場所に充填される緩衝材４２を配置し、その後、放射状隔壁４５をハウジング４１の平面方向に対して放射状となるように溶接して順次、隣接する緩衝材４２の配置と放射状隔壁４５の溶接を繰り返し、最終的にハウジング４１の一部を閉じてキャスク用緩衝体４が完成する。

以上の構造とすることで、ハウジング４１の平面方向に対して垂直方向の衝撃は１２枚の放射状隔壁４５が緩衝材４２全体に分散させ、効率的に吸収させることができる一方で、第２領域の放射状隔壁４５ｂよりも壁厚が薄い第１領域の放射状隔壁４５ａが変形しやすくなり、キャスク１に伝わる衝撃を増加させず、衝撃吸収性能を損なうことはない。

また、ハウジング４１の側面方向の衝撃は１〜２枚程度の少数の放射状隔壁４５が直接的に衝撃を受けて緩衝材４２全体に衝撃を分散させるように機能する一方で、少数で衝撃を負担するので放射状隔壁４５が変形しやすくなり、キャスク１に伝わる衝撃を増加させず、衝撃吸収性能を損なうことはない。

その他の方向の衝撃についても、放射状隔壁４５が衝撃を緩衝材４２全体に分散させるように機能して、優れた衝撃緩衝性能を発揮する。

次に、第二の実施形態について図７に基づいて説明する。この実施形態では、ハウジング４１の高さ方向に対して水平に２枚の水平隔壁４６が設けられている。水平隔壁４６の数、設置位置、および壁厚は優れた衝撃緩和性能が発揮できるように適宜、諸条件によって決定するが、キャスク１に伝わる衝撃を大きくしないためハウジング４１の剛性を高くしないようにする必要がある。

例えば、壁厚はハウジング４１の壁厚以下にすることが好ましく、数は１〜３枚程度が好ましい。

水平隔壁４６のハウジング４１への取り付け方法や薄壁部Ｃを設けることができることは第一の実施形態と同様である。

水平隔壁４６がハウジング４１の平面方向に対して垂直方向および側面方向の衝撃を緩衝材４２全体に分散させ、効率的に衝撃を吸収させることができる。また、キャスク１に装着時には水平隔壁４６はキャスク１の端面と平行となるのでキャスク１に伝わる衝撃を増加させず、衝撃吸収性能を損なうこともない。

次に第三の実施形態について図８に基づいて説明する。これは、第一の実施形態において、さらにハウジング４１内部にハウジング４１の高さ方向に対して水平に２枚の水平隔壁４６を設けたものである。

第三の実施形態では、放射状隔壁４５と水平隔壁４６がハウジング４１内部に交差して設けられるので、構造的にハウジング４１の剛性が高くなるため、水平隔壁４６の壁厚は第１領域の隔壁４５ａの壁厚と同程度に薄くして、剛性が高くなるのを防ぐのが好ましい。

以上の構造としたので、ハウジング４１の平面方向に対して垂直方向および側面方向の衝撃を放射状隔壁４５および水平隔壁４６が連動して緩衝材４２全体に衝撃をより細かく分散させ、効率的に衝撃を吸収させることができる。またハウジング４１内部に隔壁が多くなっても壁厚を薄く設定することでハウジング４１の高剛性化を防いでキャスク１に大きな衝撃を伝えず、衝撃緩和性能を損なうこともない。

本発明のキャスク用緩衝体の第一の実施形態を示す一部切欠斜視図である。第一の実施形態の切欠拡大図である（緩衝材が充填されていない状態）。第一の実施形態の放射状隔壁の形状を示す縦断面図である。図３のＡ−Ａ断面図である。放射状隔壁の他の形状の一例を示す縦断面図である。図５のＢ−Ｂ断面図である。第二の実施形態の切欠拡大図である（緩衝材が充填されていない状態）。第三の実施形態の切欠拡大図である（緩衝材が充填されていない状態）。従来のキャスク用緩衝体をキャスクに装着した状態の切欠き全体図である。

符号の説明

１キャスク２蓋部３底部
４緩衝体
１１外筒１２胴部１３バスケット
１４中性子しゃへい体１５トラニオン１６伝熱フィン
２１１次蓋２２２次蓋
４１ハウジング４１ａキャスク端面当接面
４２緩衝材
４３環状リブ４４放射状リブ
４５放射状隔壁
４５ａ第１領域の放射状隔壁４５ｂ第２領域の放射状隔壁
４６水平隔壁

Claims

円柱状のキャスクの両端面および両端部周辺の側面を覆うように取り付けられ、前記キャスクを落下衝撃から保護するキャスク用緩衝体であって、内部を中空としたハウジングと、該ハウジング内部を充填する緩衝材とからなり、前記ハウジング内部に前記緩衝材を複数の独立した緩衝材に隔離する金属板からなる隔壁を設けたキャスク用緩衝体。
前記隔壁がハウジングの平面方向に対して放射状に設けられ、かつハウジングの高さ方向中途に壁厚を変えた部分を有する請求項１に記載のキャスク用緩衝体。
前記隔壁がハウジングの高さ方向に対して水平に設けられた請求項１に記載のキャスク用緩衝体。
さらに、前記隔壁がハウジングの高さ方向に対して水平に設けられた請求項２に記載のキャスク用緩衝体。