JP2010025701A

JP2010025701A - 使用済燃料貯蔵ラックおよびその製造方法

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Publication number: JP2010025701A
Application number: JP2008186239A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujii; 幸二藤井; Manabu Maeda; 学前田; Takao Sato; 孝男佐藤; Hidenobu Hasegawa; 秀信長谷川; Kaoru Takagi; 薫高木; Tetsuo Takeshita; 哲郎竹下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: JP5058089B2

Abstract

【課題】高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼は溶接構成としない方法でステンレス鋼板の格子状セルに取付けることにより溶接部の強度低下等を懸念する必要なく、また、ステンレス鋼板で剛性を受け持つことにより地震荷重の大きい国、地域においても採用できる使用済燃料貯蔵ラックの構造とその製造方法を提供する。
【解決手段】ステンレス鋼板を格子状に溶接して構成されるセルを有する使用済燃料貯蔵ラックにおいて、ステンレス鋼板に１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板を取付けた構造を有することを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子炉から取り出された使用済燃料集合体を燃料プール内に収容保管するための使用済燃料貯蔵ラックおよびその製造方法に係り、特に、１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板を、ステンレス鋼板で格子状に溶接構成されたセルと組合せた構成として設置する使用済燃料貯蔵ラックの構造およびその製造方法に関する。

一般に原子力発電プラントにおいては、原子炉を一定期間運転した後に炉心から取り出された使用済燃料を再処理するまでの間、燃料貯蔵プールに予め設置されているステンレス鋼板を格子状に組合せた使用済燃料貯蔵ラックに収納貯蔵し、冷却により使用済燃料の崩壊熱を除去するようにしている。

近年では、燃料貯蔵プール内のスペースを有効活用して使用済燃料の貯蔵容量を増加させる要望があり、これに応えるため、貯蔵燃料間に中性子吸収能力が大きい材料で構成されたボロン添加ステンレス鋼板を配置し、燃料相互の未臨界性を保持した状態で貯蔵燃料の間隔を狭くするとともに、構成部材を地震時における貯蔵燃料支持用の強度部材としても利用することにより、稠密度を増大することができる使用済燃料貯蔵ラックが提案されている。

このような使用済燃料貯蔵ラックとしては、中性子吸収能力に優れ、かつ構造強度も高いボロン濃度が１％までのボロン添加ステンレス鋼を適用し、格子板を貯蔵燃料間に１枚ずつ介在させて格子状に溶接構成された燃料貯蔵セル構造のものが知られている。（例えば特許文献１等参照）。
特開２０００−２５８５３８公報

最近では、さらに貯蔵容量を増加させる要望が高まり、貯蔵燃料間に中性子吸収能力がより大きい１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板を使用する必要性が生じている。

しかしながら、１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼は溶接部強度が低下するため、ボロン添加ステンレス鋼を溶接により接合して構成することは困難であるという課題がある。

また、ボロン添加ステンレス鋼は法律で溶接によって禁止されている地域もあり、その場合には採用することができないという課題もある。

さらに、格子を構成するボロン添加ステンレス鋼板を溶接することなく、スリットを有するボロン添加ステンレス鋼板を互いに組合せて構成する組立式のセル構造も提案されているが、この組立式構造では剛性が低い欠点があり、地震荷重の大きい地域では採用が困難であるという課題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼を溶接しない構成としてステンレス鋼板の格子状セルに取付けることにより、溶接部の強度低下等を懸念する必要なく、またステンレス鋼板で剛性を受け持つことにより、地震荷重の大きい地域においても安全を確保して採用することができる使用済燃料貯蔵ラックおよびその製造方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明では、原子力施設の燃料貯蔵プールに設置され、複数の使用済燃料を複数行および複数列の行列状配置で区分収納する交差枠状の使用済燃料貯蔵ラックであって、縦長な複数のステンレス鋼製の平板を交差させて格子状に組立てるとともに、前記各平板の接合部を溶接により固定して平面視正方形状の複数のセルを有する格子状構造物を構成し、この格子状構造物のセルの内面にボロン添加ステンレス鋼板を貼り付けたことを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックを提供する。

また、本発明では、前記セルの内面に貼り付けた前記ボロン添加ステンレス鋼板として、前記セルの辺長と略同等の長さに設定されて辺長方向両端部が前記セルの各隅角部位で互いに近接配置される長形のボロン添加ステンレス鋼板が含まれており、これら長形のボロン添加ステンレス鋼板同士の近接する端部間を狭隘空間として設定することにより、当該セルの隅角部からの中性子漏れを小さく抑える構成を有する請求項１記載の使用済燃料貯蔵ラックを提供する。

また、本発明では、前記狭隘空間を有するセルを囲む他の４つのセルは、これらのセル辺長よりも短いボロン添加ステンレス鋼板を貼り付けた構成として、セル内の隅角部に形成される隙間を設けた使用済燃料貯蔵ラックを提供する。

また、本発明では、短いボロン添加ステンレス鋼板を貼り付けた構成の格子部は、ステンレス鋼製の前記格子状構造物の相対する２箇所の隅角位置にて断続溶接により構成され、かつ、前記断続溶接部との干渉を避けるようにボロン添加ステンレス鋼板の交差部の一部を切り欠いた構造を有する使用済燃料貯蔵ラックを提供する。

また、本発明では、中性子の漏れ箇所を使用済燃料貯蔵ラックの高さ方向で分散させるため、セル毎に切り欠き部の高さを変えた使用済燃料貯蔵ラックを提供する。

また、本発明では、ボロン添加ステンレス鋼板をセルの内面４面すべてに設置し、このセルに隣接する４つのセルにはボロン添加ステンレス鋼板を非設置として、ボロン添加ステンレス鋼板を設置したセルが市松模様に配置されている使用済燃料貯蔵ラックを提供する。

また、本発明では、予めボロン添加ステンレス鋼板をステンレス鋼板に取付ける工程と、格子状に溶接構成する工程とを有することを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックの製造方法を提供する。

また、本発明では、ビスでステンレス鋼板を枠形に固定する工程と、留め金具を介してボロン添加ステンレス鋼板を前記ステンレス鋼板に固定する工程と、前記ボロン添加ステンレス鋼板と前記ステンレス鋼板とが互いに嵌め合う構造として固定する工程またはボロン添加ステンレス鋼板で角管状に組立てたステンレス鋼板で形成される格子に挿入する工程と、を備えることを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックの製造方法を提供する。

本発明に係る使用済燃料貯蔵ラックによれば、高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼を溶接構成としない構成を適用し、ステンレス鋼板により形成される格子状セルに設置することにより、溶接部の強度低下や法律規制を懸念することなく、またステンレス鋼板で剛性を受け持つことにより地震荷重の大きい地域においても採用することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態における使用済燃料貯蔵ラック１の斜視図である。

この図１に示すように、本実施形態による使用済燃料貯蔵ラック１は、複数の縦長な平板状のステンレス鋼板２を組合せて格子状に組立て、ステンレス鋼板２の交差部を溶接により固定して格子状構造物とし、この格子状構造物を平坦なラックベース５上に設置することにより、これら複数のステンレス鋼板２の交差部に平面視正方形状の複数のセルＡを形成する構成となっている。

各ステンレス鋼板２の両面には、それぞれ１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板３が貼り付けてあり、各ボロン添加ステンレス鋼板３はそれぞれ複数のビス４によって各ステンレス鋼板２に締着固定されている。

図２は、図１に示した使用済燃料貯蔵ラック１の格子構造およびセル連結部分を水平断面として示す拡大断面図である。

図２に示すように、使用済燃料貯蔵ラック１のステンレス鋼板２は平面視で縦横方向に所定定間隔をあけて互いに平行に配列されて交差しており、これにより正方格子を構成している。そして、図２の縦方向に沿うステンレス鋼板２（縦ステンレス鋼板２ａ）と、同図の横方向に沿うステンレス鋼板２（横ステンレス鋼板２ｂ）とが、溶接部６によって連結されている。

これらの溶接部６は、縦ステンレス鋼板２ａと横ステンレス鋼板２ｂとの交差部に対して、図示斜め方向の交差部に向う相対する隅角部で２箇所ずつ溶接したものであり、これらの溶接部６が１つのセルＡの周囲において、そのセルＡの外側にそれぞれ向きを異ならせて形成されている。すなわち、各ステンレス鋼板２の各交差部の互いに対向する隅角部の溶接部６は、セルＡの内部に存在しない構成となっている。

そして、各ステンレス鋼板２の両面にボロン添加ステンレス鋼板３がそれぞれ配置されており、セルＡの各内面側に配置されるボロン添加ステンレス鋼板３（３ａ）は、セルＡの各１辺と略同一の長さに設定されている。これらのボロン添加ステンレス鋼板３ａの長さ方向両端部が、セルＡを構成する各ステンレス鋼板２に対してビス４によりそれぞれ固定されている。

この構成において、ボロン添加ステンレス鋼板３の各端部の交差部には隙間ｂが形成されるが、これらの隙間ｂからの中性子の漏れを小さく抑えるため、各交差部の隙間が小さくなるように構成してある。また、セルＡの周囲で隣接する４つのセルのＢ内面には、ステンレス鋼板２の交差部における溶接施工のため、セルＡの各辺の長さよりも短いボロン添加ステンレス鋼板３ｂとして、隙間を設けたセルＢが形成されている。

このような構成の本実施形態による使用済燃料貯蔵ラック１では、セルコーナー部に小さい隙間を有するセルＡ、と比較的大きい隙間を有するセルＢとが形成されており、これらのセルＡ，Ｂが例えば市松模様の配置となる。

以上の本実施形態の使用済燃料貯蔵ラックによれば、高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼３を溶接構成としない方法で、ステンレス鋼板２により形成される格子状セルＡに設置することにより、溶接部の強度低下や法律規制を懸念することなく、またステンレス鋼板２で剛性を受け持つことにより、地震荷重の大きい地域においても採用することができる。

本実施形態の使用済燃料貯蔵ラックを製造する場合には、下記の方法によって行うことができる。

まず、ビス４挿入用の孔をあけた複数枚のステンレス鋼板２を格子状に配列し、これらの隅角部を溶接し、溶接部６により固定された格子状枠を形成する。

この格子上枠のステンレス鋼板２にボロン添加ステンレス鋼板３をビス４で枠形に固定することにより、ボロン添加ステンレス鋼板３とステンレス鋼板２とが互いに嵌め合う構造として固定する。

この工程により、すべてのセルの内面に１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板３が取付けられた本実施形態の使用済燃料貯蔵ラック１を製造することができる。

なお、図２に示す実施形態では、すべてのセルの内面に１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板３が取付けられた構造であるが、以下では図３以下において、半発明の他の実施形態について説明する。

図３は、図１に示した使用済燃料貯蔵ラックの他の実施形態を示す部分断面図である。

この実施形態では、ステンレス鋼板２の各一面にボロン添加ステンレス鋼板３を取付けて、セルＡを市松模様状に配置し、このボロン添加ステンレス鋼板３に隣接するセルＢにはボロン添加ステンレス鋼板３を取付けない構造としている。

この図３に示す実施形態においても、ボロン添加ステンレス鋼板３の交差部は中性子の漏れを小さく抑えるため交差部の隙間ｂが小さくなるように取付けられる。

また、図４は、図１に示した使用済燃料貯蔵ラックのさらに他の実施形態を示す部分断面図である。

この図４に示す実施形態では、ボロン添加ステンレス鋼板３同士を直接ビス４にて取付けることに代え、留め金具７を介してステンレス鋼板２にボロン添加ステンレス鋼板３を取付けたものである。

この留め金具７を介すことにより、ビス４をサイズアップすることができ、ステンレス鋼板２が薄肉である場合でも、十分な締め付け力を持って、ボロン添加ステンレス鋼板３を設置することが可能となる。

なお、図４に示したように、留め金具７とともに、また留め金具７に代えて、ナット８を使用しても良い。

図５は、本発明に係る使用済燃料貯蔵ラックの別の実施形態を示す斜視図である。

この図５に示す実施形態では、角管形状の１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板９を、ステンレス鋼板で形成される格子１０に挿入する方法により構成したものである。

なお、角管９は、軸方向の溶接による継ぎ目はなく、小さい隙間を持って開いているか、あるいはオーバーラップさせることにより、中性子の漏れを抑える構造としてある。

このように、本実施形態では、ボロン添加ステンレス鋼板の取付方法として、ビスでステンレス鋼板に固定する方法、留め金具を介しボロン添加ステンレス鋼板を固定する方法、ボロン添加ステンレス鋼板とステンレス鋼板とが互いに嵌め合う構造により固定する方法、或いはボロン添加ステンレス鋼板で角管状に組立てたステンレス鋼板で形成される格子に挿入する方法等により構成さすることが可能である。

以上のように、本実施形態においては、中性子の漏れ箇所を使用済燃料貯蔵ラックの高さ方向で分散させるため、セル毎に切り欠き部の高さを変えてある。

また、ボロン添加ステンレス鋼板はセルの内面４面すべてに設置されており、このセルに隣接する４つのセルにはボロン添加ステンレス鋼板が非設置とされて、ボロン添加ステンレス鋼板が設置されたセルが市松模様に配置されている。

また、予めボロン添加ステンレス鋼板をステンレス鋼板に取付ける工程と、格子状に溶接構成する工程とを有する。

ステンレス鋼板２を格子状に溶接構成されたセルを有する使用済燃料貯蔵ラックにおいて、ステンレス鋼板２に１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板３を取付けた構造とする。

また、すべてのセルの内面にボロン添加ステンレス鋼板３を設置し、そのボロン添加ステンレス鋼板３の交差部は中性子の漏れを小さく抑えるため交差部の隙間が小さくなるように取付ける。

また、ボロン添加ステンレス鋼板３の交差部の隙間が小さくなるようにセルの内面に取付けたセルと、そのセルに隣接する４つのセルの内面にはステンレス鋼板２の交差部における溶接施工のためセル辺長よりも短いボロン添加ステンレス鋼板３として隙間を設ける。

また、ステンレス鋼で形成される格子を断続溶接により構成し、かつ、断続溶接部との干渉を避けるようにボロン添加ステンレス鋼板３の交差部の一部を切り欠いた構造を有するものとする。

また、中性子の漏れ箇所を使用済燃料貯蔵ラックの高さ方向で分散させるため、セル毎に切り欠き部の高さを変えるものとする。

また、ボロン添加ステンレス鋼板３をセルの内面すべてに設置し、このセルに隣接する４つのセルはボロン添加ステンレス鋼板３を設置しないことにより、ボロン添加ステンレス鋼板３を設置したセルが市松模様に配置される。

また、ボロン添加ステンレス鋼板３をステンレス鋼板２に取付けておき、次に格子状に溶接構成する使用済燃料貯蔵ラックの製造方法を適用する。

また、ステンレス鋼板２による格子を溶接構成し、次にボロン添加ステンレス鋼板３をステンレス鋼に取付ける使用済燃料貯蔵ラックの製造方法を適用する。

また、ボロン添加ステンレス鋼板３の設置方法として、ビスでステンレス鋼板２に固定する方法、或いは留め金具を介しボロン添加ステンレス鋼板３を固定する方法、或いはボロン添加ステンレス鋼板３とステンレス鋼板とが互いに嵌め合う構造により固定する方法、或いはボロン添加ステンレス鋼板３で構成された角管をステンレス鋼の格子に挿入する。

本実施形態の使用済燃料貯蔵ラックによれば、高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼３を溶接構成としない方法で、ステンレス鋼板２により形成される格子状セルＡに設置することにより、溶接部の強度低下や法律規制を懸念することなく、またステンレス鋼板２で剛性を受け持つことにより、地震荷重の大きい地域においても採用することができる。

本発明の一実施形態による使用済燃料貯蔵ラックを示す全体斜視図。図１に示した使用済燃料貯蔵ラックのセル構造を示す横断面図。図１に示した使用済燃料貯蔵ラックの他のセル構造を示す横断面図。本発明の他の実施形態による使用済燃料貯蔵ラックの格子交差部を示す拡大断面図。本発明に係る使用済燃料貯蔵ラックの別の実施形態を示す斜視図。

符号の説明

１‥使用済燃料貯蔵ラック、２‥ステンレス鋼板、３‥１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板、４‥ビス、５‥ラックベース、６‥ステンレス鋼板の溶接部、７‥留め金具、８‥ナット、９‥角管形状の１％を超える高ボロン濃度のボロン添加ステンレス鋼板、１０‥ステンレス鋼板で形成される格子。

Claims

原子力施設の燃料貯蔵プールに設置され、複数の使用済燃料を複数行および複数列の行列状配置で区分収納する交差枠状の使用済燃料貯蔵ラックであって、縦長な複数のステンレス鋼製の平板を交差させて格子状に組立てるとともに、前記各平板の接合部を溶接により固定して平面視正方形状の複数のセルを有する格子状構造物を構成し、この格子状構造物のセルの内面にボロン添加ステンレス鋼板を貼り付けたことを特徴とする使用済燃料貯蔵ラック。
請求項１記載の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、前記セルの内面に貼り付けた前記ボロン添加ステンレス鋼板として、前記セルの辺長と略同等の長さに設定されて辺長方向両端部が前記セルの各隅角部位で互いに近接配置される長形のボロン添加ステンレス鋼板が含まれており、これら長形のボロン添加ステンレス鋼板同士の近接する端部間を狭隘空間として設定することにより、当該セルの隅角部からの中性子漏れを小さく抑える構成を有する請求項１記載の使用済燃料貯蔵ラック。
請求項２記載の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、前記狭隘空間を有するセルを囲む他の４つのセルは、これらのセル辺長よりも短いボロン添加ステンレス鋼板を貼り付けた構成として、セル内の隅角部に形成される隙間を設けた使用済燃料貯蔵ラック。
請求項３記載の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、短いボロン添加ステンレス鋼板を貼り付けた構成の格子部は、ステンレス鋼製の前記格子状構造物の相対する２箇所の隅角位置にて断続溶接により構成され、かつ、前記断続溶接部との干渉を避けるようにボロン添加ステンレス鋼板の交差部の一部を切り欠いた構造を有する使用済燃料貯蔵ラック。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、中性子の漏れ箇所を使用済燃料貯蔵ラックの高さ方向で分散させる手段として、セル毎に切り欠き部の高さを変えた使用済燃料貯蔵ラック。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の使用済燃料貯蔵ラックにおいて、ボロン添加ステンレス鋼板をセルの内面４面すべてに設置し、このセルに隣接する４つのセルにはボロン添加ステンレス鋼板を非設置として、ボロン添加ステンレス鋼板を設置したセルが市松模様に配置されている使用済燃料貯蔵ラック。
請求項１から請求項６までのいずれか１項記載の使用済燃料貯蔵ラックを製造する方法であって、予めボロン添加ステンレス鋼板をステンレス鋼板に取付ける工程と、格子状に溶接構成する工程とを有することを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックの製造方法。
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の使用済燃料貯蔵ラックを製造する製造方法であって、ビスでステンレス鋼板を枠形に固定する工程と、ボロン添加ステンレス鋼板を前記ステンレス鋼板に固定する工程と、前記ボロン添加ステンレス鋼板と前記ステンレス鋼板とが互いに嵌め合う構造として固定する工程またはボロン添加ステンレス鋼板で角管状に組立てたステンレス鋼板で形成される格子に挿入する工程と、を備えることを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックの製造方法。