JP2007225524A

JP2007225524A - キャスク並びにキャスクの真空乾燥方法及び装置

Info

Publication number: JP2007225524A
Application number: JP2006049326A
Authority: JP
Inventors: Hironori Noguchi; 浩徳野口; Kiminobu Hojo; 公伸北条; Kazuo Murakami; 和夫村上; Kenichi Matsunaga; 健一松永; Kenichiro Kotani; 健一郎小谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】キャスク並びにキャスクの真空乾燥方法及び装置において、水分の排水性を向上することで真空乾燥処理時間の短縮を可能とする。
【解決手段】放射線を遮蔽可能な胴本体１２のキャビティ１３内に燃料集合体４０を収納可能な格子形状をなすバスケット１４を配設すると共に、胴本体１２のキャビティ１３の開口部を蓋部２２により閉塞可能とし、胴本体１２のキャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段として、バスケット１４の下端に４つの切欠部５１を形成することで脚部５２を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用済みの燃料集合体を貯蔵するために使用されるキャスク、並びにこのキャスク内を乾燥させるキャスク真空乾燥方法及び装置に関する。

核燃料サイクルの終期にあって、燃焼を終えて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。この使用済み燃料集合体は、ＦＰなど高放射能物質を含むために熱的に冷却する必要があることから、原子力発電所の冷却ピットで所定期間にわたって冷却される。その後、この使用済み燃料集合体は、キャスクに収納され、トラック等で中間貯蔵施設に搬送して貯蔵される。

このようなキャスクは、一般的に、上部が開口して円筒形状をなす胴本体と、この胴本体の外周部に設けられた中性子遮蔽体であるレジンと、このレジンの外周部に設けられた外筒と、胴本体の内部に配置されて使用済み燃料集合体を収容するバスケットと、胴本体の上部に固定される一次蓋及び二次蓋とから構成されている。

従って、原子力プラントにて、使用済燃料集合体は、燃料貯蔵プールに保管されており、蓋が取り外されたキャスクの胴本体をこの燃料貯蔵プールに鎮め、水中でこの胴本体内のバスケットに使用済燃料集合体を収容する作業を行う。そして、胴本体内に所定本数の使用済燃料集合体が収容されると、胴本体が水中に沈められたまま、胴本体の上部に一次蓋を固定することで上部開口を閉止する。続いて、一次蓋が固定された胴本体をプールから吊上げて取り出した後、除染ピット内で、一次蓋に形成されたベント・ドレン孔を通して内部の水を排出すると共に、真空ポンプを用いて残留した水を吸引除去し、キャビティ内にヘリウムガスを充填して密閉する。そして、胴本体の上部に二次蓋を固定することで上部開口を完全に閉止する。その後、使用済み燃料集合体が収容されたキャスクは、中間貯蔵施設で適正な年数、つまり、所定の温度以下に冷却されるまで保管される。

このように燃料貯蔵プール内でキャスク内に使用済燃料集合体を収容することで、この燃料集合体の高温化が抑制され、キャスク内に使用済燃料集合体を収容して密閉した後に内部に残留した水を排出して真空乾燥することで、胴本体と一次蓋との間に装着される金属ガスケットの腐食を防止している。

なお、上述したキャスクの乾燥方法及びその装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２００２−１５６４８８号公報

上述した従来のキャスクの乾燥方法では、キャスク内に収容された使用済燃料集合体が、バスケット内に格納された状態で一次蓋が固定されて密閉状態となり、この状態で排水処理と真空乾燥処理を実施することとなる。ところが、使用済燃料集合体やバスケットは、キャスクの底面に接触した載置状態で収容されているため、水分がその表面張力によりこの接触部から離れにくく、排水や乾燥に長時間を要してしまう。

一般に、キャスク内を真空乾燥すると、使用済燃料集合体の周囲に空気がなくなって温度が上昇しやすくなる。この使用済燃料集合体は、構造の健全性の観点から、真空乾燥中の温度を、例えば、２７０℃以下に維持する必要があり、排水処理や乾燥処理を短時間で行う必要がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、水分の排水性を向上することで真空乾燥処理時間の短縮を可能としたキャスク並びにキャスクの真空乾燥方法及び装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明のキャスクは、キャビティが形成されて放射線を遮蔽可能な胴本体と、該胴本体のキャビティ内に配設されて燃料集合体を収納可能な格子形状をなすバスケットと、前記胴本体のキャビティの開口部を閉塞可能な蓋と、前記胴本体のキャビティ底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段とを具えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明のキャスクでは、前記乾燥補助手段は、前記バスケットの下面に形成された切欠部を有することを特徴としている。

請求項３の発明のキャスクでは、前記乾燥補助手段は、前記燃料集合体を構成する燃料棒の下部と前記胴本体のキャビティ底部との間に設けられた熱伝導部材を有することを特徴としている。

請求項４の発明のキャスクでは、前記熱伝導部材は、前記燃料集合体に対して着脱自在に設けられたことを特徴としている。

請求項５の発明のキャスクでは、前記乾燥補助手段は、前記胴本体の下部に設けられた加熱手段を有することを特徴としている。

請求項６の発明のキャスクでは、前記乾燥補助手段は、前記胴本体のキャビティ底面に設けられた伝熱フィンを有することを特徴としている。

請求項７の発明のキャスクの真空乾燥方法では、前記キャスク内の空気を吸引する空気吸引処理と、前記キャスク内に高温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給処理とを、前記キャスク内の湿度が予め設定された湿度以下となるまで交互に繰り返し行うことを特徴としている。

請求項８の発明のキャスクの真空乾燥装置では、前記キャスク内の空気を吸引する空気吸引手段と、前記キャスク内に高温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記キャスク内の湿度を検出する湿度検出手段と、該湿度検出手段が検出した前記キャスク内の湿度が予め設定された所定の湿度以下となるまで前記空気吸引手段及び前記不活性ガス供給手段を制御して前記キャスク内の空気の吸引と前記キャスク内への高温の不活性ガスの供給を交互に行う制御手段とを具えたことを特徴としている。

請求項１の発明のキャスクによれば、キャビティが形成されて放射線を遮蔽可能な胴本体と、この胴本体のキャビティ内に配設されて燃料集合体を収納可能な格子形状をなすバスケットと、胴本体のキャビティの開口部を閉塞可能な蓋とを設けると共に、胴本体のキャビティ底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段を設けたので、胴本体のキャビティ内に配設されたバスケットに燃料集合体を収納し、蓋を用いて内部を密閉した後、内部を真空乾燥により乾燥させるとき、乾燥補助手段を用いてキャビティの底部に残留する水分の乾燥を補助することができ、キャビティ内の水分の排水性を向上することで真空乾燥処理時間の短縮を可能とすることができる。

請求項２の発明のキャスクによれば、乾燥補助手段としてバスケットの下面に切欠部を形成したので、バスケットの下面とキャビティ底面との接触面積を減少することができ、表面張力による水分の残留量が減少し、真空乾燥時間を短縮することができる。

請求項３の発明のキャスクによれば、乾燥補助手段として燃料集合体を構成する燃料棒の下部と胴本体のキャビティ底部との間に熱伝導部材を設けたので、燃料棒の熱が熱伝導部材を介してキャビティ底部に伝わることで、キャビティの底部に残留する水分を加熱して乾燥を効率的に行うことができ、真空乾燥時間を短縮することができると共に、燃料棒の温度上昇を抑制することができる。

請求項４の発明のキャスクによれば、熱伝導部材を燃料集合体に対して着脱自在に設けたので、原子炉で燃料集合体を使用するときはこの熱伝導部材を取外し、燃料集合体をキャスクに収容するときに、熱伝導部材を燃料集合体に取付けてからキャスクに収容すればよく、熱伝導部材の利便性を向上することができる。

請求項５の発明のキャスクによれば、乾燥補助手段として胴本体の下部に加熱手段を設けたので、胴本体のキャビティ内に燃料集合体を収納して密閉した後、加熱手段により胴本体の下部を加熱することで、キャビティの底部に残留する水分を加熱して蒸発を促進することができ、真空乾燥時間を短縮することができる。

請求項６の発明のキャスクによれば、乾燥補助手段として胴本体のキャビティ底面に伝熱フィンを設けたので、伝熱フィンによりキャビティ底面の伝熱面積が拡大し、加熱手段により胴本体の下部を加熱するとき、キャビティの底部に残留する水分を早期に加熱して蒸発を促進することができ、真空乾燥時間を更に短縮することができる。

請求項７の発明のキャスクの真空乾燥方法によれば、キャスク内の空気を吸引する空気吸引処理と、キャスク内に高温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給処理とを、キャスク内の湿度が予め設定された湿度以下となるまで交互に繰り返し行うようにしたので、キャスク内の空気を吸引することで、キャビティに残留する水分を排除して乾燥することができ、キャスク内に高温の不活性ガスを供給することで、キャビティ内を加熱して残留する水分を昇温し、この水分の蒸発を促進して真空乾燥時間を更に短縮することができる。

請求項８の発明のキャスクの真空乾燥装置によれば、キャスク内の空気を吸引する空気吸引手段と、キャスク内に高温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、キャスク内の湿度を検出する湿度検出手段を設けると共に、湿度検出手段が検出したキャスク内の湿度が予め設定された所定の湿度以下となるまで空気吸引手段及び不活性ガス供給手段を制御してキャスク内の空気の吸引とキャスク内への高温の不活性ガスの供給を交互に行う制御手段を設けたので、制御手段は、キャスク内の空気の吸引とキャスク内への高温の不活性ガスの供給を交互に行ってキャスク内の湿度を所定の湿度以下まで下降させることとなり、この場合、キャスク内の空気を吸引することで、キャビティに残留する水分を排除して乾燥することができ、キャスク内に高温の不活性ガスを供給することで、キャビティ内を加熱して残留する水分を昇温し、この水分の蒸発を促進して真空乾燥時間を更に短縮することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るキャスク並びにキャスクの真空乾燥方法及び装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係るキャスクにおける燃料集合体が収容されたバケットの断面図、図２は、実施例１のバケット斜視図、図３は、実施例１のキャスクの一部断面概略図、図４は、実施例１のキャスクの縦断面図、図５は、実施例１のキャスクの水平断面図、図６は、実施例１のキャスク内の乾燥作業を表す概略図である。

まず、実施例１のキャスクについて詳細に説明する。図３乃至５に示すように、キャスク１１において、胴本体１２は円筒形状をなし、内部に設けられるキャビティ１３の内面がバスケット１４の外側形状に合わせて機械加工されており、このキャビティ１３の内面の機械加工は、専用の加工装置を用いてフライス等によって行われる。胴本体１２の下部には底部１５が溶接により結合されており、この胴本体１２及び底部１５は、γ線遮蔽機能を有する炭素鋼製の鍛造品となっているが、炭素鋼の代わりにステンレス鋼を用いることもできる。

胴本体１２の外周側には所定の隙間を開けて外筒１６が配設されており、胴本体１２の外周面と外筒１６の内周面との間には、熱伝導を行う銅製の伝熱フィン１７が周方向に均等間隔で複数溶接されている。そして、胴本体１２と外筒１６との空間部に水素を多く含有する高分子材料であって中性子遮蔽機能を有するレジン（中性子遮蔽体）１８が流動状態で図示しないパイプ等を介して注入され、冷却固化されている。この場合、内部フィン１７は、放熱を均一に行うために熱量の多い部分に高い密度で設けるようにするのが好ましい。また、底部１５の下側には複数の連結板１９により所定の隙間を開けて底板２０が連結されており、この底部１５と底板２０との空間部にレジン（中性子遮蔽体）２１が設けられている。なお、レジン１８，２１と外筒１６または底板２０との間には、数ｍｍの熱膨張しろが設けられており、この熱膨張しろは、ホットメルト接着剤等にヒータを埋め込んだ消失型を外筒１６の内周面または底板２０の上面に配設し、レジン１８，２１を注入して固化した後、ヒータを加熱して溶融排出することによって形成する。

胴本体１２の上部開口を閉塞する蓋部２２は、一次蓋２３と二次蓋２４によって構成されている。一次蓋２３は、γ線を遮蔽するステンレス鋼または炭素鋼からなる円盤形状である。また、二次蓋２４も、ステンレス鋼製または炭素鋼製の円盤形状であるが、その上面には、レジン（中性子遮蔽体）２５が封入されている。この一次蓋２３及び二次蓋２４は、ステンレス鋼製または炭素鋼製のボルト２６，２７により胴本体１２の上端部に取付けられている。この場合、胴本体１２と一次蓋２３、一次蓋２３と二次蓋２４との間に、それぞれアルミニウム製の金属ガスケット２８，２９が介装され、内部の密封性を確保している。また、蓋部２２の周囲には、レジン３０を封入した補助遮蔽体３１が設けられている。

キャスク１１の内部に設けられるバスケット１４は、使用済みの燃料集合体４０を収納するセル３２を構成する複数本の角パイプから構成されている。この角パイプには、アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末に中性子吸収性能をもつボロンまたはボロン化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金を用いる。また、中性子吸収材としては、ボロンの他にカドミウムを用いることができる。

また、一次蓋２３には、これを貫通してベント・ドレン孔３３が形成されており、このベント・ドレン孔３３にベント・ドレンプラグ３４が嵌合して固定されており、ベント・ドレンプラグ３４の上部にこれを被覆するプラグカバー３５が固定されている。そして、キャビティ１４の側部にはドレンパイプ３６が上下方向に沿って配設されており、上端部がベント・ドレン孔３３に接続する一方、下端部が胴本体１２（キャビティ１４）の底面近傍まで延出されている。

また、胴本体１２の外周面の両側には、キャスク１１を吊り下げるためのトラニオン３７が設けられている。キャスク１１は、内部に使用済みの燃料集合体４０を収納した後、貯蔵施設まで搬送されるが、このキャスク１１の搬送時には、胴本体１２の上端部に取付けた補助遮蔽体３１を取外し、キャスク１１の上端部及び下端部に図示しない緩衝体を取付ける。この緩衝体は、ステンレス鋼材によって作成されたハウジング内にレッドウッド材などの緩衝材を組み込んだ構造となっている。そして、キャスク１１が中間貯蔵施設に搬入された後は、この緩衝体を取外し、据付台３８を用いて起立状態で保管する。

ところで、使用済燃料集合体４０は、燃料貯蔵プールに保管されており、上述したキャスク１１をこの燃料貯蔵プールに鎮め、水中でこの使用済燃料集合体４０をキャスク１１のバスケット１４に収容する作業を行う。そして、キャスク１１内に所定本数の使用済燃料集合体４０が収容されると、水中で一次蓋２３を固定してからこのキャスク１１をプールから取り出す。そして、除染ピット内で、一次蓋２３のベント・ドレン孔３３を通してキャビティ１３内の水を排出すると共に、真空ポンプを用いて残留した水を吸引除去して乾燥させることで、胴本体１２と一次蓋２３との間に装着される金属ガスケット２８の腐食を防止している。

ところが、使用済燃料集合体４０はバスケット１４に収容され、このバスケット１４は、キャスク１１におけるキャビティ１３の底面に接触した状態で載置されており、使用済燃料集合体４０及びバスケット１４の下部とキャビティ１３の底面との接触部に、表面張力により水分が残留しやすく、排水や乾燥に長時間を要してしまう。そこで、本実施例では、キャビティ１４の底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段として、バスケット１４の下面に切欠部を形成している。

燃料集合体４０は、図１に示すように、多数の燃料棒４１が支持格子４２により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズル４３が固定される一方、下端部に下部ノズル４４が固定されている。なお、図１では、煩雑になるため、燃料棒４１間の格子部分を省略し、外周部のみ模式的に図示した。また、燃料集合体４０は、上述した多数の燃料棒４１と、図示しない制御棒が挿入される複数の制御棒案内管４５と、図示しない炉内計装用検出器が挿入される１本の炉内計装用案内管４６とからなっており、各燃料棒４１の燃料棒ピッチは、所定長さに設定されている。

一方、この燃料集合体４０が収容されるバスケット１４は、上述したように、セル３２を構成する複数本の角パイプが組み合わされて格子形状をなしている。そして、このバスケット１４は、図１及び図２に示すように、側壁部の下端に４つの切欠部５１を形成することで、４つの角部にそれぞれ脚部５２を設け、バスケット１４の下部とキャビティ１３の底面との接触部を少なくしている。

ここで、上述したキャスク１１内に使用済燃料集合体４０を収容した後に、内部の空気を吸引してキャビティ１３を乾燥させるキャスクの真空乾燥装置及び方法について説明する。

キャスクの真空乾燥装置において、図６に示すように、胴本体１２に固定された一次蓋２３には、ベント・ドレン孔３３が形成されており、このベント・ドレン孔３３には、排出ライン６０が接続可能となっており、この排出ライン６０に開閉弁６１と真空ポンプ６２が接続されると共に、圧力センサ６３、温度センサ６４、湿度センサ６５が接続されている。また、ベント・ドレン孔３３には、供給ライン６６が接続可能となっており、この供給ライン６６に開閉弁６７とブロワ６８とヘリウムガスタンク６９が接続されている。そして、制御装置７０には、圧力センサ６３、温度センサ６４、湿度センサ６５が接続され、各種の検出結果が入力されるようになっており、制御装置７０は、その検出結果に基づいて排出ライン６０の開閉弁６１及び真空ポンプ６２と、供給ライン６６の開閉弁６７及びブロワ６８を制御可能となっている。

従って、燃料貯蔵プールでキャスク１１の胴本体１２内に所定本数の使用済燃料集合体４０を収容し、一次蓋２３を固定してからキャスク１１をプールから取り出した状態で、一次蓋２３のベント・ドレン孔３３に対して排出ライン６０及び供給ライン６６を接続する。そして、制御装置７０は、まず、開閉弁６１を開放する一方、開閉弁６７を閉止し、真空ポンプ６２を駆動することで、キャビティ１３内に残留する水分をベント・ドレン孔３３及びドレンパイプ３６を用いて吸引除去する。そして、所定時間にわたってキャビティ１３内に残留する水分の吸引除去処理をすると、制御装置７０は真空ポンプ６２の駆動を停止し、次に、開閉弁６１を閉止する一方、開閉弁６７を開放し、ブロワ６８を駆動することで、キャビティ１３内にヘリウムガスを充填する。

制御装置７０は、このキャビティ１３内の吸引除去処理と、ヘリウムガスの充填処理を繰り返し行い、湿度センサ６５の検出結果に基づいて、キャビティ１３内の湿度が所定値以下になったら、各種処理を終了する。このキャビティ１３における水分の吸引除去処理を実施するとき、本実施例では、上述したように、この燃料集合体４０が収容されるバスケット１４は、下端に４つの切欠部５１を形成することで脚部５２を設けており、キャビティ１３の底面との接触面積が少なくなっているため、この接触部での表面張力による水分の残留量が減少し、真空乾燥時間を短縮することができる。

そして、キャスク１１におけるキャビティ１３内の真空乾燥作業が終了したら、ベント・ドレン孔３３から排出ライン６０及び供給ライン６６の接続を解除すると共に、このベント・ドレン孔３３にベント・ドレンプラグ３４を嵌合して固定し、一次蓋２３を上方から被覆するように二次蓋２４を嵌合し、複数のボルト２７により胴本体１１に固定することでキャビティ１３を完全に密閉する。従って、キャスク１１のキャビティ１３内に残留する水分を確実に排出することができ、金属ガスケット２８，２９の腐食を防止することができる。

このように実施例１のキャスクにあっては、放射線を遮蔽可能な胴本体１２のキャビティ１３内に燃料集合体４０を収納可能な格子形状をなすバスケット１４を配設すると共に、胴本体１２のキャビティ１３の開口部を蓋部２２により閉塞可能とし、胴本体１２のキャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段として、バスケット１４の下端に４つの切欠部５１を形成することで脚部５２を設けている。

従って、胴本体１２のキャビティ１３内に配設されたバスケット１４に使用済燃料集合体４０を収納し、一次蓋２３を用いて内部を密閉した後、内部を真空乾燥により乾燥させるとき、バスケット１４の下端には切欠部５１が形成されているため、脚部５２とキャビティ１３の底面との接触面積が少なくなり、キャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助することで、この接触部での表面張力による水分の残留量が減少し、その結果、キャビティ１３内の水分の排水性を向上することで真空乾燥処理時間の短縮を可能とすることができる。

また、本実施例では、乾燥補助手段として、バスケット１４の下端に４つの切欠部５１を形成して４つの脚部５２を設け、バスケット１４の下端部とキャビティ１３の底面との接触面積を減少させており、簡単な構成で、且つ、高コスト化を招くことなく容易にキャビティ１３内の水分の排水性を向上することができる。

なお、本実施例では、バスケット１４の下端に４つの切欠部５１を形成して４つの脚部５２を設けたが、その数は実施例に限定されることはなく、また、切欠部５１及び脚部５２の形状も実施例に限定されるものではなく、例えば、切欠部を台形状として脚部の下端部を先細となるように形成することで、更に、バスケット１４の下端部とキャビティ１３の底面との接触面積を減少させることができる。

図７は、本発明の実施例２に係るキャスクにおける燃料集合体が収容されたバケットの断面図、図８は、実施例２における燃料集合体が収容されたバケットの水平断面図、図９は、実施例２における熱伝導部材の平面図である。なお、本実施例のキャスクにおける全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図３乃至図６を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２のキャスク１１において、図７及び図８に示すように、燃料集合体４０は、多数の燃料棒４１が支持格子４２により格子状に束ねられ、上端部に上部ノズル４３が固定される一方、下端部に下部ノズル４４が固定されており、多数の燃料棒４１と共に複数の制御棒案内管４５と、１本の炉内計装用案内管４６が束ねられている。一方、この燃料集合体４０が収容されるバスケット１４は、複数本の角パイプが組み合わされて格子形状をなしており、このバスケット１４内に使用済燃料集合体４０が収容されている。

そして、本実施例では、胴本体１２におけるキャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段として、燃料集合体４０を構成する燃料棒４１の下部とキャビティ１３の底部との間に熱伝導部材７１を設けている。この熱伝導部材７１は、図７乃至図９に示すように、一対のコ字形状をなす枠形部材７２，７３の一端部が連結ピン７４により回動自在に連結されると共に、他端部が連結ボルト７５及び連結ナット７６により連結可能であり、燃料集合体４０に対して着脱自在となっている。

即ち、この熱伝導部材７１は、一対の枠形部材７２，７３を連結ピン７４を支点として開いた状態で、燃料集合体４０の外側から各燃料棒４１の下面と下部ノズル４４の上面との間に挿入可能であり、他端部を連結ボルト７５及び連結ナット７６により連結することで、燃料集合体４０に装着することができる。この熱伝導部材７１の装着状態では、上面が外側に位置する一部の燃料棒４１の下面に接触し、下面が下部ノズル４４の上面に接触している。つまり、燃料集合体４０の燃料棒４１と下部ノズル４４とを熱伝導部材７１を介して接触状態とすることで、燃料棒４１とキャビティ１３の底面とを伝導部材７１及び下部ノズル４４を介して接触状態としている。

この場合、燃料棒４１は、自身の熱膨張を考慮して下部ノズル４４との間に所定の隙間が設けられているが、制御棒案内管４５と炉内計装用案内管４６は下端部が下部ノズル４４に連結されているため、制御棒案内管４５と炉内計装用案内管４６が存在しない燃料棒４１と下部ノズル４４との隙間、つまり、燃焼集合体４０の外周部に熱伝導部材７１を装着している。また、熱伝導部材７１の材質は、熱伝導性が高く、且つ、耐腐食性の高い材料とすることが望ましく、例えば、アルミニウム合金が好ましく、または、下部ノズル４４と同材質のステンレス鋼としてもよい。

従って、図６及び図７に示すように、燃料貯蔵プールでキャスク１１の胴本体１２内に所定本数の使用済燃料集合体４０を収容し、一次蓋２３を固定してからキャスク１１をプールから取り出す。この使用済燃料集合体４０をャスク１１内に収容するとき、燃料集合体４０における外側の燃料棒４１の下部と下部ノズル４４との間に熱伝導部材７１を装着する。この状態で、一次蓋２３のベント・ドレン孔３３に対して排出ライン６０及び供給ライン６６を接続する。そして、開閉弁６１を開放する一方、開閉弁６７を閉止し、真空ポンプ６２を駆動することで、キャビティ１３内に残留する水分をベント・ドレン孔３３及びドレンパイプ３６を用いて吸引除去する。そして、所定時間にわたってキャビティ１３内に残留する水分の吸引除去処理をすると、真空ポンプ６２の駆動を停止し、開閉弁６１を閉止する一方、開閉弁６７を開放し、ブロワ６８を駆動することで、キャビティ１３内にヘリウムガスを充填する。

このキャビティ１３内の吸引除去処理とヘリウムガスの充填処理を繰り返し行い、湿度センサ６５の検出結果に基づいて、キャビティ１３内の湿度が所定値以下になったら、各種処理を終了する。このキャビティ１３における水分の吸引除去処理を実施するとき、本実施例では、上述したように、燃料集合体４０における外側の燃料棒４１の下部と下部ノズル４４との間に熱伝導部材７１が装着されており、各燃料棒４１の熱が熱伝導部材７１及び下部ノズル４４を伝ってキャビティ１３の底面に伝達される。そのため、キャビティ１３の底面に残留している水分を加熱してその蒸発が促進され、真空乾燥時間を短縮することができる。また、燃料棒４１の熱が熱伝導部材７１及び下部ノズル４４を伝ってキャビティ１３の底面に伝達されため、燃料棒４１の昇温を抑制することができる。

このように実施例２のキャスクにあっては、放射線を遮蔽可能な胴本体１２のキャビティ１３内に燃料集合体４０を収納可能な格子形状をなすバスケット１４を配設すると共に、胴本体１２のキャビティ１３の開口部を蓋部２２により閉塞可能とし、胴本体１２のキャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段として、燃料集合体４０における外側の燃料棒４１の下端部と下部ノズル４４との間に熱伝導部材７１を装着している。

従って、胴本体１２のキャビティ１３内に配設されたバスケット１４に使用済燃料集合体４０を収納し、一次蓋２３を用いて内部を密閉した後、内部を真空乾燥により乾燥させるとき、各燃料棒４１の熱が熱伝導部材７１及び下部ノズル４４を伝ってキャビティ１３の底面に伝達され、このキャビティ１３の底面に残留している水分を加熱してその蒸発を促進することとなり、キャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助することで、この接触部での表面張力による水分の残留量が減少し、その結果、キャビティ１３内の水分の排水性を向上することで真空乾燥処理時間の短縮を可能とすることができる。

また、本実施例では、乾燥補助手段としての熱伝導部材７１を、一対のコ字形状をなす枠形部材７２，７３の一端部を連結ピン７４により回動自在に連結して構成し、燃料集合体４０に対してその外側から挿入し、連結ボルト７５及び連結ナット７６により連結可能としており、簡単な構成で、且つ、高コスト化を招くことなく容易にキャビティ１３内の水分の排水性を向上することができる。

なお、本実施例では、熱伝導部材７１を、一対のコ字形状をなす枠形部材７２，７３と連結ピン７４し連結ボルト７５及び連結ナット７６により構成したが、この構成に限定されるものではなく、複数のブロック形状をなす熱伝導部材を燃料棒４１の下端部と下部ノズル４４との間に嵌合、または、固定してもよく、適宜設計すればよいものである。

図１０は、本発明の実施例３に係るキャスクの一部断面概略図である。なお、本実施例のキャスクにおける全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図６を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３のキャスク１１において、図１０に示すように、胴本体１２におけるキャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段として、胴本体１２の下部に円盤形状をなすヒータ（加熱手段）８１を設けている。この場合、ヒータ８１の代えて低周波加熱装置であってもよい。

従って、図６及び図１０に示すように、燃料貯蔵プールでキャスク１１の胴本体１２内に所定本数の使用済燃料集合体４０を収容し、一次蓋２３を固定してからキャスク１１をプールから取り出す。このとき、キャスク１１をヒータ８１上に設置する。この状態で、一次蓋２３のベント・ドレン孔３３に対して排出ライン６０及び供給ライン６６を接続する。そして、開閉弁６１を開放する一方、開閉弁６７を閉止し、真空ポンプ６２を駆動することで、キャビティ１３内に残留する水分をベント・ドレン孔３３及びドレンパイプ３６を用いて吸引除去する。そして、所定時間にわたってキャビティ１３内に残留する水分の吸引除去処理をすると、真空ポンプ６２の駆動を停止し、開閉弁６１を閉止する一方、開閉弁６７を開放し、ブロワ６８を駆動することで、キャビティ１３内にヘリウムガスを充填する。

このキャビティ１３内の吸引除去処理とヘリウムガスの充填処理を繰り返し行い、湿度センサ６５の検出結果に基づいて、キャビティ１３内の湿度が所定値以下になったら、各種処理を終了する。このキャビティ１３における水分の吸引除去処理を実施するとき、本実施例では、上述したように、キャスク１１の下部にヒータ８１を設けており、この処理を実施するときに、ヒータ８１を作動して胴本体１２の下部を加熱する。そのため、キャビティ１３の底面に残留している水分が加熱されてその蒸発が促進され、真空乾燥時間を短縮することができる。

このように実施例３のキャスクにあっては、放射線を遮蔽可能な胴本体１２のキャビティ１３内に燃料集合体４０を収納可能な格子形状をなすバスケット１４を配設すると共に、胴本体１２のキャビティ１３の開口部を蓋部２２により閉塞可能とし、胴本体１２のキャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段として、胴本体１２の下部に円盤形状をなすヒータ（加熱手段）８１を設けている。

従って、胴本体１２のキャビティ１３内に配設されたバスケット１４に使用済燃料集合体４０を収納し、一次蓋２３を用いて内部を密閉した後、内部を真空乾燥により乾燥させるとき、ヒータ８１を作動して胴本体１２の下部を加熱することで、キャビティ１３の底面に残留している水分を加熱してその蒸発を促進することとなり、キャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助することで、この接触部での表面張力による水分の残留量が減少し、その結果、キャビティ１３内の水分の排水性を向上することで真空乾燥処理時間の短縮を可能とすることができる。

また、本実施例では、乾燥補助手段としてヒータ９１を適用したことで、キャスク１１の大幅な変更を不要として高コスト化を抑制することができる。

図１１は、本発明の実施例４に係るキャスクの一部断面概略図である。なお、本実施例のキャスクにおける全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図６を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４のキャスク１１において、図１１に示すように、胴本体１２におけるキャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段として、胴本体１２の下部に円盤形状をなすヒータ（加熱手段）８１を設けると共に、胴本体１２のキャビティ１３の底面に伝熱フィン８２を設けている。この場合、複数の伝熱フィン８２を格子状に形成することで、伝熱面積を拡大することが望ましい。

従って、図６及び図１１に示すように、燃料貯蔵プールでキャスク１１の胴本体１２内に所定本数の使用済燃料集合体４０を収容し、一次蓋２３を固定してからキャスク１１をプールから取り出す。このとき、キャスク１１をヒータ８１上に設置する。この状態で、一次蓋２３のベント・ドレン孔３３に対して排出ライン６０及び供給ライン６６を接続する。そして、開閉弁６１を開放する一方、開閉弁６７を閉止し、真空ポンプ６２を駆動することで、キャビティ１３内に残留する水分をベント・ドレン孔３３及びドレンパイプ３６を用いて吸引除去する。そして、所定時間にわたってキャビティ１３内に残留する水分の吸引除去処理をすると、真空ポンプ６２の駆動を停止し、開閉弁６１を閉止する一方、開閉弁６７を開放し、ブロワ６８を駆動することで、キャビティ１３内にヘリウムガスを充填する。

このキャビティ１３内の吸引除去処理とヘリウムガスの充填処理を繰り返し行い、湿度センサ６５の検出結果に基づいて、キャビティ１３内の湿度が所定値以下になったら、各種処理を終了する。このキャビティ１３における水分の吸引除去処理を実施するとき、本実施例では、上述したように、キャスク１１の下部にヒータ８１を設けており、この処理を実施するときに、ヒータ８１を作動して胴本体１２の下部を加熱する。このとき、キャビティ１３の底面に複数の伝熱フィン８２が形成されていることで伝熱面積が拡大され、ヒータ８１の熱がキャビティ１３の底面に残留している水分に効果的に伝達されるため、この水分が加熱されてその蒸発が促進され、真空乾燥時間を短縮することができる。

このように実施例４のキャスクにあっては、放射線を遮蔽可能な胴本体１２のキャビティ１３内に燃料集合体４０を収納可能な格子形状をなすバスケット１４を配設すると共に、胴本体１２のキャビティ１３の開口部を蓋部２２により閉塞可能とし、胴本体１２のキャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段として、胴本体１２の下部に円盤形状をなすヒータ８１を設けると共に、胴本体１２のキャビティ１３の底面に伝熱フィン８２を設けている。

従って、胴本体１２のキャビティ１３内に配設されたバスケット１４に使用済燃料集合体４０を収納し、一次蓋２３を用いて内部を密閉した後、内部を真空乾燥により乾燥させるとき、ヒータ８１を作動して胴本体１２の下部を加熱することで、この熱が複数の伝熱フィン８２を介してキャビティ１３の底面に残留している水分に効果的に伝達されるため、この水分を早期に加熱してその蒸発を促進することとなり、キャビティ１３の底部に残留する水分の乾燥を補助することで、この接触部での表面張力による水分の残留量が減少し、その結果、キャビティ１３内の水分の排水性を向上することで真空乾燥処理時間の短縮を可能とすることができる。

図１２は、本発明の実施例５に係るキャスク内の乾燥作業を表す概略図である。なお、本実施例のキャスクにおける全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図３乃至図５を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５のキャスクの真空乾燥装置において、図１２に示すように、胴本体１２に固定された一次蓋２３には、ベント・ドレン孔３３ａ，３３ｂが形成されており、このベント・ドレン孔３３ａ，３３ｂには、ドレンパイプ３６ａ，３６ｂが連結されている。一方のベント・ドレン孔３３ａには、排出ライン９１が接続可能となっており、この排出ライン９１に第１開閉弁６２と真空ポンプ９３が接続されると共に、排出ライン９１から分岐した分岐ライン９４に第２開閉弁９５が接続されている。そして、この排出ライン９１に圧力センサ９６、温度センサ９７、湿度センサ９８が接続されている。また、他方のベント・ドレン孔３３ｂには、供給ライン９９が接続可能となっており、この供給ライン９９に第３開閉弁１００とヒータ１０１とブロワ１０２と不活性ガスタンク１０３が接続されている。そして、制御装置１０４には、圧力センサ９６、温度センサ９７、湿度センサ９８が接続され、各種の検出結果が入力されるようになっており、制御装置１０４は、その検出結果に基づいて排出ライン９１の第１開閉弁８２及び真空ポンプ９３、分岐ライン９４の第２開閉弁９５、供給ライン９９の第３開閉弁１００及びヒータ１０１及びブロワ１０２を制御可能となっている。

従って、燃料貯蔵プールでキャスク１１の胴本体１２内に所定本数の使用済燃料集合体４０を収容し、一次蓋２３を固定してからキャスク１１をプールから取り出した状態で、一次蓋２３のベント・ドレン孔３３ａ，３３ｂに対して排出ライン９１及び供給ライン９９を接続する。そして、制御装置１０４は、まず、第１開閉弁９２を開放する一方、第２、第３開閉弁９５，１００を閉止し、真空ポンプ９３を駆動することで、キャビティ１３内に残留する水分をベント・ドレン孔３３ａ及びドレンパイプ３６ａを用いて吸引除去する。そして、所定時間にわたってキャビティ１３内に残留する水分の吸引除去処理をすると、制御装置１０４は真空ポンプ９３の駆動を停止し、次に、第１開閉弁９２を閉止する一方、第２、第３開閉弁９５，１００を開放し、ヒータ１０１及びブロワ１０２を駆動することで不活性ガスを加熱し、ベント・ドレン孔３３ｂ及びドレンパイプ３６ｂを用いてキャビティ１３内に供給し、排出ライン９１及び分岐ライン９４を通して外部に排出する。即ち、キャビティ１３内に高温の不活性ガスを循環することで内部を加熱する。

制御装置１０４は、このキャビティ１３内の吸引除去処理と、高温の不活性ガスの循環処理を繰り返し行い、湿度センサ９８の検出結果に基づいて、キャビティ１３内の湿度が所定値以下になったら、各種処理を終了する。このキャビティ１３における水分の吸引除去処理を実施するとき、本実施例では、上述したように、キャビティ１３内に高温の不活性ガスを循環して内部を加熱するため、キャビティ１３内に残留している水分が加熱されて蒸発が促進され、真空乾燥時間を短縮することができる。

そして、キャスク１１におけるキャビティ１３内の真空乾燥作業が終了したら、ベント・ドレン孔３３ａ，３３ｂから排出ライン９１及び供給ライン９９の接続を解除すると共に、このベント・ドレン孔３３ａ，３３ｂに図示しないベント・ドレンプラグを嵌合して固定し、一次蓋２３を上方から被覆するように二次蓋２４を嵌合し、複数のボルト２７により胴本体１１に固定することでキャビティ１３を完全に密閉する。従って、キャスク１１のキャビティ１３内に残留する水分を確実に排出することができ、金属ガスケット２８，２９の腐食を防止することができる。なお、キャスク１１におけるキャビティ１３内の真空乾燥作業の終了後、内部にヘリウムガスを充填してもよい。

このように実施例５のキャスクにあっては、放射線を遮蔽可能な胴本体１２のキャビティ１３内に燃料集合体４０を収納可能な格子形状をなすバスケット１４を配設すると共に、胴本体１２のキャビティ１３の開口部を蓋部２２により閉塞可能とし、一次蓋２３のベント・ドレン孔３３ａ，３３ｂに排出ライン９１を接続し、この排出ライン９１に第１開閉弁６２と真空ポンプ９３が接続すると共に、排出ライン９１から分岐した分岐ライン９４に第２開閉弁９５が接続する一方、ベント・ドレン孔３３ｂに供給ライン９９を接続し、この供給ライン９９に第３開閉弁１００とヒータ１０１とブロワ１０２と不活性ガスタンク１０３を接続している。

従って、制御装置１０４が各開閉弁９２，９５，１００を開閉制御すると共に、真空ポンプ９３とヒータ１０１及びブロワ１０２を駆動制御することで、キャビティ１３内の吸引除去処理と高温の不活性ガスの循環処理とを繰り返し行い、キャビティ１３内に残留している水分を高温の不活性ガスにより加熱して蒸発を促進し、その結果、キャビティ１３内の水分の排水性を向上することで真空乾燥処理時間の短縮を可能とすることができる。

本発明に係るキャスク及びキャスクの真空乾燥方法及び装置は、内部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段を設けることで、水分の排水性を向上して真空乾燥処理時間の短縮を可能とするものであり、いずれの種類のキャスクにも適用することができる。

本発明の実施例１に係るキャスクにおける燃料集合体が収容されたバケットの断面図である。実施例１のバケット斜視図である。実施例１のキャスクの一部断面概略図である。実施例１のキャスクの縦断面図である。実施例１のキャスクの水平断面図である。実施例１のキャスク内の乾燥作業を表す概略図である。本発明の実施例２に係るキャスクにおける燃料集合体が収容されたバケットの断面図である。実施例２における燃料集合体が収容されたバケットの水平断面図である。実施例２における熱伝導部材の平面図である。本発明の実施例３に係るキャスクの一部断面概略図である。本発明の実施例４に係るキャスクの一部断面概略図である。本発明の実施例５に係るキャスク内の乾燥作業を表す概略図である。

符号の説明

１１キャスク
１２胴本体
１３キャビティ
１４バスケット
２２蓋部
２３一次蓋
２４二次蓋
２８，２９金属ガスケット
３３ベント・ドレン孔
３４ベント・ドレンプラグ
３６ドレンパイプ
４０燃料集合体
４１燃料棒
４２支持格子
４３上部ノズル
４４下部ノズル
５１切欠部（乾燥補助手段）
５２脚部
７１熱伝導部材（乾燥補助手段）
７２，７３枠形部材
８１ヒータ乾燥補助手段）
９１排出ライン
９２，９５，１００開閉弁
９３進行ポンプ
９４分岐ライン
９５第２開閉弁
９８湿度センサ
９９供給ライン
１０１ヒータ
１０２ブロワ
１０３不活性ガスタンク
１０４制御装置

Claims

キャビティが形成されて放射線を遮蔽可能な胴本体と、該胴本体のキャビティ内に配設されて燃料集合体を収納可能な格子形状をなすバスケットと、前記胴本体のキャビティの開口部を閉塞可能な蓋と、前記胴本体のキャビティ底部に残留する水分の乾燥を補助する乾燥補助手段とを具えたことを特徴とするキャスク。
請求項１に記載のキャスクにおいて、前記乾燥補助手段は、前記バスケットの下面に形成された切欠部を有することを特徴とするキャスク。
請求項１に記載のキャスクにおいて、前記乾燥補助手段は、前記燃料集合体を構成する燃料棒の下部と前記胴本体のキャビティ底部との間に設けられた熱伝導部材を有することを特徴とするキャスク。
請求項３に記載のキャスクにおいて、前記熱伝導部材は、前記燃料集合体に対して着脱自在に設けられたことを特徴とするキャスク。
請求項１に記載のキャスクにおいて、前記乾燥補助手段は、前記胴本体の下部に設けられた加熱手段を有することを特徴とするキャスク。
請求項５に記載のキャスクにおいて、前記乾燥補助手段は、前記胴本体のキャビティ底面に設けられた伝熱フィンを有することを特徴とするキャスク。
請求項１から６のいずれか一つに記載のキャスクにおいて、前記キャスク内の空気を吸引する空気吸引処理と、前記キャスク内に高温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給処理とを、前記キャスク内の湿度が予め設定された湿度以下となるまで交互に繰り返し行うことを特徴とするキャスクの真空乾燥方法。
請求項１から６のいずれか一つに記載のキャスクにおいて、前記キャスク内の空気を吸引する空気吸引手段と、前記キャスク内に高温の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記キャスク内の湿度を検出する湿度検出手段と、該湿度検出手段が検出した前記キャスク内の湿度が予め設定された所定の湿度以下となるまで前記空気吸引手段及び前記不活性ガス供給手段を制御して前記キャスク内の空気の吸引と前記キャスク内への高温の不活性ガスの供給を交互に行う制御手段とを具えたことを特徴とするキャスクの真空乾燥装置。