JP2007212385A - 使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット - Google Patents

Abstract

【課題】強度および遮蔽機能および未臨界性能等を確実に満たすことができるとともに、材料費の低廉化および製作工程の簡易化等を図る。
【解決手段】筒状の使用済燃料貯蔵キャスク内に配置され、複数の使用済燃料を遮蔽および未臨界状態で収納する使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１であり、ボロン添加ステンレス鋼板およびアルミニウム合金板の重合枠板を縦横に交差させて構成したバスケット格子４と、このバスケット格子の周縁部に配置されたアルミニウム合金製伝熱ブロック６と、これらバスケット格子および伝熱ブロックの外周側を固定保持する拘束リング５とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子炉で使用された使用済燃料を貯蔵するための使用済燃料貯蔵キャスク内に配置されて、複数の使用済燃料を遮蔽および未臨界状態で収納する使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットに関するものである。

原子炉で使用された使用済燃料の運搬および貯蔵等には、放射線遮蔽機能を有する筒状の使用済燃料貯蔵キャスクが適用される。図８は、この使用済燃料貯蔵キャスクの一例を示す概略断面図である。図８に示すように、使用済燃料貯蔵キャスク１０２は例えば全体として円筒状であり、鋼製の外筒１０２ａ、遮蔽材製の内筒１０２ｂおよび蓋１０２ｃ等により密封構造とされる。この使用済燃料貯蔵キャスク１０２内には、図８に仮想線で示すように、複数本の燃料を個々に収納保持するための格子状の使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１０１が配置される。

従来では、このような使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットとして、使用済燃料貯蔵キャスク内に配置されて内部に使用済燃料を収納する複数の格納室が形成された使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来技術による使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットでは、使用済燃料を挿入可能な格納室形成用の角筒材を複数本それぞれの面を合わせて積層配置された角筒集合体と、これらの角筒集合体の外周部を覆って角筒材を固定するサポート部材と、この角筒材集合体の上面に取り付けられて角筒材にそれぞれ連通する挿入口が形成された上板と、角筒集合体の下面に取り付けられた底板とを備えた構成とされている。

ところで、使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットでは、使用済燃料装荷時の未臨界性を担保する必要があり、かつ崩壊熱により燃料が過熱し破損に至らないよう伝熱性を確保する必要がある。そこで、上記の角筒材には中性子吸収材であるボロンを添加した金属、例えばボロン添加アルミニウム合金等を適用することが提案されている。
特開平９−１５９７９６号公報

上述した従来技術における使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットにおいては、実機適用に当たっての重量制限等を考慮して、殆どの部材がボロン添加アルミニウム合金等の軽合金により製作されている。しかしながら、アルミニウム合金等を主体とする構成では、必要強度等を満たすために多量のアルミニウム合金が必要となり、材料費が極めて高くなる難点がある。また、多数の角筒材を連結する構成では製作工程が複雑化し、多くの製作手間および時間を要する等の課題もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、要求される強度および遮蔽機能および未臨界性能等を確実に満たすことができるとともに、材料費の低廉化および製作工程の簡易化等を図ることができる使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明では、筒状の使用済燃料貯蔵キャスク内に配置され、複数の使用済燃料を遮蔽および未臨界状態で収納する使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットであって、ボロン添加ステンレス鋼板およびアルミニウム合金板の重合枠板を縦横に交差させて構成したバスケット格子と、このバスケット格子の周縁部に配置されたアルミニウム合金製伝熱ブロックと、これらバスケット格子および伝熱ブロックの外周側を固定保持する拘束リングとを備えたことを特徴とする使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットを提供する。

本発明によれば、ボロン添加ステンレス鋼板製枠板により格子枠の強度を確保することができるとともに、拘束リングにより格子枠全体の形状を保持を行うことができる。そして、ボロン添加ステンレス鋼板製枠板は中性子吸収材でもあり、格子枠形状が保持されるため、格子枠に収納された使用済燃料が臨界となることを防止することができる。これにより、要求される強度および遮蔽機能および未臨界性能等を確実に満たすことができ、材料費低廉、製作工程簡易化等を図ることができる。

以下、本発明に係る使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットの実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態（図１〜図５）］
図１は本発明の第１実施形態による使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットを示す平面図であり、図２は図１の側面図である。図３は図２の横断面図（Ａ−Ａ線切断端面図）であり、図４は図３の一部を拡大して示す詳細図である。図５は枠板組立構造を示す分解斜視図である。

図１および図２に示すように、本実施形態の使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１は使用済燃料貯蔵キャスク（図８参照）の内面に沿う円筒状枠体として構成されており、複数の燃料収納空間を区画するためのバスケット格子４と、このバスケット格子４の周縁部に配置された複数の伝熱ブロック６と、これらバスケット格子４および伝熱ブロック６の外周側を固定保持する拘束リング５とを備えている。

バスケット格子４は、一定の間隔で一方向（図１のｙ方向）に沿って配置された複数枚の幅広な枠板（以下、「大型板枠」という。）２と、これらの大型板枠２と直交する方向（図１のｘ方向）に沿って配置され、大型板枠２間に挿入された複数枚の幅狭な枠板（以下、「小型板枠」という）３とを縦横に交差させた組立体として構成されている。

大型板枠２のうち、使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１の中央位置に配置されるものは、使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１の直径に近い最も大幅な幅寸法を有している。また、使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１の周辺側に配置される各大型板枠２の幅寸法は、周辺に配置されるに従って順次に小さくなっている。これに対し、小型板枠３の幅は全て大型板枠２の間隔寸法と同一となっている。

そして、本実施形態では、バスケット格子４を構成する大型板枠２および小型板枠３が、全てボロン添加ステンレス鋼板（ＢＳＵＳ板）およびアルミニウム合金板（Ａｌ合金板）の重合枠板により構成されている。ボロン（Ｂ）は中性子吸収材であり、ステンレス鋼（ＳＵＳ）は剛性材である。したがって、ボロン添加ステンレス鋼板は格子内に収納される使用済燃料が臨界となることを防止する機能を発揮するとともに強度保持機能を発揮することができる。また、アルミニウム合金（Ａｌ合金）は伝熱機能を有し、格子の伝熱パスを確保する機能を有する。

以下の説明においては、大型板枠２を構成するボロン添加ステンレス鋼板を「ボロン添加ステンレス鋼板（大）７」と称し、アルミニウム合金板を「アルミニウム合金板（大）」８と称する。また、小型板枠３を構成を構成するボロン添加ステンレス鋼板を「ボロン添加ステンレス鋼板（小）９」と称し、アルミニウム合金板を「アルミニウム合金板（小）」１０と称する。

これら大型板枠２および小型板枠３の重合枠板構成を図５によって説明する。図５には、１枚の大型板枠２を構成する重合用の１対のボロン添加ステンレス鋼板（大）７およびアルミニウム合金板（大）８と、１枚の小型板枠３を構成する重合用の１対のボロン添加ステンレス鋼板（小）９およびアルミニウム合金板（小）１０がそれぞれ分解状態で示されている。

大型板枠２を構成するボロン添加ステンレス鋼板（大）７およびアルミニウム合金板（大）８の板面には、互いに重合する位置に縦溝状の孔１１，１２がそれぞれ穿設されている。また、これらの孔１１，１２に対応する配置で、小型板枠３を構成するボロン添加ステンレス鋼板（小）９およびアルミニウム合金板（小）１０の縁部の互いに重合する位置に、凸部１３，１４が突出して形成されている。そして、これらの凸部１３，１４を孔１１，１２に嵌合して連結することにより、大型板枠２と小型板枠３とが組合い、図１および図２に示すように、複数の燃料格納部を有するバスケット格子４が形成されている。

図３および図４には、バスケット格子４の大型板枠２を構成するボロン添加ステンレス鋼板（大）７およびアルミニウム合金板（大）８の向きと、小型板枠３を構成するボロン添加ステンレス鋼板（小）９およびアルミニウム合金板（小）１０の向きとが詳細に示されている。これらの図３および図４に示すように、使用済燃料格納空間である各格子部において、バスケット格子４の中心に対して外周縁側に位置する面にはボロン添加ステンレス鋼板（大）７およびボロン添加ステンレス鋼板（小）９が配置され、バスケット格子４の中心側に向く面にはアルミニウム合金板（大）８およびアルミニウム合金板（小）１０が配置されている。

次に、図３および図４に平面形状を示すように、バスケット格子４の周縁部には複数の伝熱ブロック６が配置されている。これらの伝熱ブロック６はアルミニウム合金製であり、バスケット格子４の大型板枠２を構成するアルミニウム合金板（大）８の外周側端部にボルトおよびナット等の締付具１５により連結されている。これらの伝熱ブロック６は平面視で一部円弧部を有する四角形状である。すなわち、各伝熱ブロック６は大型板枠２と小型板枠３との交差位置にそれぞれ配置される三面が平面視で略直角形状であり、残る外周面側の一面が円弧面とされている。この円弧面が図１に示した拘束リング５の内周面に一致する円弧面として形成されている。また、各伝熱ブロック６は図２に示したように、側面視においては縦長な棒状をなしている。

そして、図１および図２に示したように、バスケット格子４の上端部、下端部および中間２ヶ所が、それぞれ上述の拘束リング５（上端部拘束リング５ａ、下端部拘束リング５ｂおよび中間拘束リング５ｃ，５ｄ）によって周縁側から囲まれ、ボルトおよびナット等の締付具１６により締付けられている。また、バスケット格子４の上下端部には蓋板１７，１８が設けられる。

以上の第１実施形態によれば、ボロン添加ステンレス鋼板（大）７、アルミニウム合金板（大）８、ボロン添加ステンレス鋼板（小）９、およびアルミニウム合金板（小）１０の組み合わせによりバスケット格子４が構成され、使用済燃料収納部が形成される。このうちボロン添加ステンレス鋼板枠板（大）７およびボロン添加ステンレス鋼板枠板（小）９によりバスケット格子４の強度を確保し、また、拘束リング５によりバスケット格子４全体の形状を保持している。また、ボロン添加ステンレス鋼板（大）７およびボロン添加ステンレス鋼板（小）９は中性子吸収材でもあり、前述の構成によりバスケット格子４の形状が保持されているため、バスケット格子４に収納された使用済燃料が臨界となることを防止することができる。

また、アルミニウム合金板（大）８およびアルミニウム合金板（小）１０によりバスケット格子４内の伝熱パスが確保され、アルミニウム合金板（大）８およびアルミニウム合金板（小）１０の端部に取り付けられた伝熱ブロック６により、バスケット格子４とキャスク本体（図８参照）との間の伝熱パスを確保することができ、使用済燃料から発生する崩壊熱を外部に放熱することができる。

よって本実施形態によれば、従来バスケット格子とキャスク本体との間の空間をすべてサポート部材で満たすことにより確保していたバスケット格子４の形状を保持する機能および使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１とキャスク本体との間の伝熱性能確保の機能を、それぞれ、格子形状保持機能はボロン添加ステンレス鋼製およびＳＵＳ製枠板および拘束リング５に担保させ、使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１とキャスク本体との間の伝熱性能確保の機能を伝熱ブロック６で分割して担保させることにより、物量を大幅に削減することが可能であり、低コストの使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１を提供することができる。

また、本実施形態によれば、バスケット格子４を構成するにあたり、ボロン添加ステンレス鋼板（大）７、アルミニウム合金板（大）８、ボロン添加ステンレス鋼板（小）９および拘束リング５以外の部材を必要とせず、また、溶接等による別の固定方法を必要としないため、物量および組立工数を大幅に削減することが可能であり、低コストの使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１を提供することができる。

［第２実施形態（図６）］
本発明に係る使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットの第２実施形態を図６により説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、ボロン添加ステンレス鋼板（大）７、ボロン添加ステンレス鋼板（小）７、アルミニウム合金板（大）９およびアルミニウム合金板（小）１０の重合枠板を縦横に交差させて略全体を構成するとともに、この重合枠板とボロン添加ステンレス鋼板の単体枠板１９とを縦横に交差させて一部を構成したバスケット格子４と、このバスケット格子４の周縁部に配置されたアルミニウム合金製伝熱ブロック６と、これらバスケット格子４および伝熱ブロック６の外周側を固定保持する拘束リング５とを備えている。

このように構成された本実施形態において、バスケット格子４に収納される使用済燃料の発熱量に見合う放熱量を得られるように、詳細な伝熱計算を実施することにより、アルミニウム合金板（大）８とアルミニウム合金板（小）１０の使用数量を削減することができる。

本実施の形態によれば、バスケット７を構成するにあたり、アルミニウム合金板（大）８とアルミニウム合金板（小）１０の使用量を削減することできるため、低コストの使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１を提供することができる。

［第３実施形態（図７）］
さらに、本発明に係る使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットの第３実施形態を、図７により説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、ボロン添加ステンレス鋼板（大）７、ボロン添加ステンレス鋼板（小）７、アルミニウム合金板（大）９、アルミニウム合金板（大）８およびアルミニウム合金板（小）１０の重合枠板を縦横に交差させて略全体を構成するとともに、これらの重合枠板とボロン非添加ステンレス鋼板２０の単体枠板とを縦横に交差させて一部を構成したバスケット格子４と、このバスケット格子４の周縁部に配置されたアルミニウム合金製伝熱ブロック６と、これらバスケット格４および伝熱ブロック６の外周側を固定保持する拘束リング５とを備えている。

このように構成された本実施の形態によれば、バスケット格子４を構成するにあたり、格子の形状および強度を保ったまま、高価なボロン添加ステンレス鋼の使用量を大幅に削減することができるため、低コストの使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット１を提供することができる。

本発明の第１実施形態による使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットの格子構造を示す平面図。 図１の側面図。 図２の横断面図（Ａ−Ａ線切断端面図）。 図３の一部を拡大して示す詳細図。 本発明の第１実施形態による枠板組立構造を示す分解斜視図。 本発明の第２実施形態による使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットの格子構造を示す平面図。 本発明の第３実施形態による使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットの格子構造を示す平面図。 従来例を説明する使用済燃料貯蔵キャスクの概略断面図。

符号の説明

１ 使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット
２ 大型板枠
３ 幅狭な枠板
４ バスケット格子
５ 拘束リング
６ 伝熱ブロック
７ ボロン添加ステンレス鋼板（大）
８ アルミニウム合金板（大）
９ ボロン添加ステンレス鋼板（小）
１０ アルミニウム合金板（小）
１１，１２ 孔
１３，１４ 凸部
１５，１６ 締付具
１７，１８ 基板
１９ ボロン添加ステンレス鋼板の単体枠板
２０ ボロン非添加ステンレス鋼板の単体枠板

Claims (4)

1. 筒状の使用済燃料貯蔵キャスク内に配置され、複数の使用済燃料を遮蔽および未臨界状態で収納する使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットであって、ボロン添加ステンレス鋼板およびアルミニウム合金板の重合枠板を縦横に交差させて構成したバスケット格子と、このバスケット格子の周縁部に配置されたアルミニウム合金製伝熱ブロックと、これらバスケット格子および伝熱ブロックの外周側を固定保持する拘束リングとを備えたことを特徴とする使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット。
2. 筒状の使用済燃料貯蔵キャスク内に配置され、複数の使用済燃料を遮蔽および未臨界状態で収納する使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットであって、ボロン添加ステンレス鋼板およびアルミニウム合金板の重合枠板を縦横に交差させて略全体を構成するとともに前記重合枠板とボロン添加ステンレス鋼板の単体枠板とを縦横に交差させて一部を構成したバスケット格子と、このバスケット格子の周縁部に配置されたアルミニウム合金製伝熱ブロックと、これらバスケット格子および伝熱ブロックの外周側を固定保持する拘束リングとを備えたことを特徴とする使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット。
3. 筒状の使用済燃料貯蔵キャスク内に配置され、複数の使用済燃料を遮蔽および未臨界状態で収納する使用済燃料貯蔵キャスク用バスケットであって、ボロン添加ステンレス鋼板およびアルミニウム合金板の重合枠板を縦横に交差させて略全体を構成するとともに前記重合枠板とボロン非添加ステンレス鋼板の単体枠板とを縦横に交差させて一部を構成したバスケット格子と、このバスケット格子の周縁部に配置されたアルミニウム合金製伝熱ブロックと、これらバスケット格子および伝熱ブロックの外周側を固定保持する拘束リングとを備えたことを特徴とする使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット。
4. 前記バスケット格子は、一定の間隔で一方向に沿って配置された複数枚の幅広な大型板枠と、これらの大型板枠間に直交する配置で挿入された幅狭な小型板枠との組立体であり、前記各大型枠板の板面に穿設した孔に、前記各小型枠板の縁部から突出した凸部を嵌合して連結されている請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の使用済燃料貯蔵キャスク用バスケット。

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