JP2010127866A - 燃料集合体の衝撃吸収装置及び燃料集合体収納容器 - Google Patents

Abstract

【課題】落下時における燃料集合体の変形を抑制すること。
【解決手段】燃料集合体２０は、複数の燃料棒２１を組み合わせて複数の支持格子２２でこれらを拘束し、複数の燃料棒２１の両端部に下部ノズル２４及び上部ノズル２３を配置して構成される。下部ノズル２４及び上部ノズル２３には、燃料集合体の衝撃吸収装置１０が取り付けられる。燃料集合体の衝撃吸収装置１０は、下部ノズル２４の凹部２４Ｕ及び上部ノズル２３の凹部２３Ｕに取り付けられるノズル支持体１２と、ノズル支持体１２と組み合わされ、かつ燃料棒２１の長手方向における剛性がノズル支持体１２以下の緩衝体１１とで構成される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、原子炉で使用される燃料集合体の輸送に関する。

原子力発電所等で用いられる核燃料の集合体を燃料集合体という。原子炉に装荷されて所定の期間燃焼させた後に原子炉から取り出された燃料集合体は、核分裂生成物（ＦＰ）等を含むので、通常、原子力発電所等の冷却ピットで所定期間冷却される。その後、放射線の遮蔽機能を有する燃料集合体収納容器に収納され、車両又は船舶で再処理施設又は中間貯蔵施設に搬送され、再処理を行うまで貯蔵される。特許文献１には、放射性物質集合体とバスケットとの間の半径方向の隙間に位置した緩衝部材、及び放射性物質集合体と蓋体との間の軸方向の隙間に位置したスペーサが開示されている。

特許第３６００５５１号（０００６、図８、図１１）

ところで、燃料集合体は、複数の燃料棒の両端部に、複数の脚部（通常４本）を有するノズルを備えるが、燃料集合体を収納した輸送容器が垂直に、すなわち、燃料集合体の長手方向が鉛直方向となるように落下した場合、ノズルが撓んで変形するおそれがある。この場合、ノズルの変形に起因して、燃料集合体も変形するおそれがある。本発明は、落下時における燃料集合体の変形を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置は、複数の燃料棒を組み合わせ、当該複数の燃料棒の両端部に第１のノズル及び第２のノズルを配置して構成される燃料集合体に与えられる衝撃を抑制するものであり、前記第１のノズルの凹部に取り付けられるノズル支持体と、当該ノズル支持体と組み合わされ、かつ前記燃料棒の長手方向における剛性が前記ノズル支持体以下である緩衝体と、を含むことを特徴とする。

この燃料集合体の衝撃吸収装置は、ノズル支持体で燃料集合体の第１のノズルを支持して、落下による衝撃力に起因する第１のノズルの撓みを抑制する。また、燃料集合体に作用する衝撃力は、緩衝体によって吸収する。これによって、落下に起因する第１のノズルの変形を抑制できるので、当該変形に起因する燃料棒の変形が抑制される。また、緩衝体によって、燃料集合体に作用する衝撃力が緩和されるので、燃料集合体の変形が抑制される。これらの作用によって、本発明では、落下時における燃料集合体の変形を抑制できる。なお、前記第２のノズルは、凹部に取り付けられるノズル支持体と、当該ノズル支持体と組み合わされ、かつ前記燃料棒の長手方向における剛性が前記ノズル支持体以下の緩衝体とにおいて、いずれとも組み合わせないことと、緩衝体のみ組み合わせることと、ノズル支持体及び緩衝体と組み合わせることとを選択可能である。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置は、複数の燃料棒を組み合わせ、当該複数の燃料棒の両端部に第１のノズル及び第２のノズルを配置して構成される燃料集合体に与えられる衝撃を抑制するものであり、前記第１のノズルの凹部に取り付けられるノズル支持体と、当該ノズル支持体と組み合わされ、かつ前記第１のノズル及び前記第２のノズルに組み合わされる燃料棒の長手方向における剛性が前記ノズル支持体以下である緩衝体と、を含むことを特徴とする。

この燃料集合体の衝撃吸収装置は、ノズル支持体で燃料集合体の第１のノズルを支持して、落下による衝撃力に起因する第１のノズルの撓みを抑制する。また、燃料集合体に作用する衝撃力は、緩衝体によって吸収する。これによって、落下に起因する第１あるいは第２のノズルの変形を抑制できるので、当該変形に起因する燃料棒の変形が抑制される。また、緩衝体によって、燃料集合体に作用する衝撃力が緩和されるので、燃料集合体の変形が抑制される。これらの作用によって、本発明では、落下時における燃料集合体の変形を抑制できる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置は、複数の燃料棒を組み合わせ、当該複数の燃料棒の両端部に第１のノズル及び第２のノズルを配置して構成される燃料集合体に与えられる衝撃を抑制するものであり、前記第１のノズルの凹部及び前記第２のノズルの凹部に取り付けられるノズル支持体と、当該ノズル支持体と組み合わされ、かつ前記燃料棒の長手方向における剛性が前記ノズル支持体以下である緩衝体と、を含むことを特徴とする。

この燃料集合体の衝撃吸収装置は、ノズル支持体で燃料集合体の第１及び第２のノズルを支持して、落下による衝撃力に起因する第１及び第２のノズルの撓みを抑制する。また、燃料集合体に作用する衝撃力は、緩衝体によって吸収する。これによって、落下に起因する第１及び第２のノズルの変形を抑制できるので、当該変形に起因する燃料棒の変形が抑制される。また、緩衝体によって、燃料集合体に作用する衝撃力が緩和されるので、燃料集合体の変形が抑制される。これらの作用によって、本発明では、落下時における燃料集合体の変形を抑制できる。

本発明の望ましい態様としては、前記燃料集合体の衝撃吸収装置において、前記緩衝体は、樹脂、木材、ハニカムのうち少なくとも一つを筐体で囲んで構成されることが好ましい。前記緩衝体の形態は、板材、ハニカム構造、積層構造、発泡体、ウール状などで形成されるものであって、複数を組み合わせることも可能である。例えば、木材積層材を金属板で覆い、前記緩衝体を形成する。これによって、比較的簡易に緩衝体を構成できる。

本発明の望ましい態様としては、前記燃料集合体の衝撃吸収装置において、前記緩衝体は、複数の板材を含んで構成され、当該複数の板材は、板面が前記燃料棒の長手方向と平行であることが好ましい。これによって、板材の数や高さ等を調整することで、比較的容易に緩衝体の剛性を調整できる。

本発明の望ましい態様としては、前記燃料集合体の衝撃吸収装置において、前記緩衝体は、複数の棒状部材を含んで構成され、当該複数の棒状部材の軸方向は、前記燃料棒の長手方向と平行であることが好ましい。これによって、棒状部材の本数や高さ等を調整することで、比較的容易に緩衝体の剛性を調整できる。

本発明の望ましい態様としては、前記燃料集合体の衝撃吸収装置において、前記第１のノズルは、前記燃料集合体を運搬する燃料集合体収納容器の底部側に配置され、前記第１のノズル側の緩衝体は、前記燃料集合体収納容器の底部へ配置されることが好ましい。これによって、燃料集合体を燃料集合体収納容器に収納する前に、燃料集合体の衝撃吸収装置を燃料集合体に取り付ける必要はないので、燃料集合体を燃料集合体収納容器へ装荷する作業の効率が向上する。

本発明の望ましい態様としては、前記燃料集合体の衝撃吸収装置において、前記第１のノズルは、前記燃料集合体を運搬する燃料集合体収納容器の底部側に配置され、前記第１のノズル側の緩衝体は、前記燃料集合体収納容器の内部に配置されて前記燃料集合体を収納するバスケットと組み合わされて、燃料集合体収納容器の底部側に配置されることが好ましい。これによって、燃料集合体を燃料集合体収納容器に収納する前に、燃料集合体の衝撃吸収装置を燃料集合体に取り付ける必要はないので、燃料集合体を燃料集合体収納容器へ装荷する作業の効率が向上する。また、バスケットを組み立てるときに燃料集合体の衝撃吸収装置をバスケットに取り付け、そのバスケットを燃料集合体収納容器に組み込むことができるので、燃料集合体収納容器の内部で燃料集合体の衝撃吸収装置を底部に敷設する必要はない。これによって、燃料集合体の衝撃吸収装置を燃料集合体収納容器に組み込む作業が容易になる。

本発明の望ましい態様としては、前記燃料集合体の衝撃吸収装置において、前記第２のノズルは、前記燃料集合体を運搬する燃料集合体収納容器の開口側に配置され、前記第２のノズル側の緩衝体は、前記燃料集合体を運搬する燃料集合体収納容器の蓋に配置されることが好ましい。これによって、燃料集合体を燃料集合体収納容器に装荷した後、蓋を取り付けるだけで、衝撃吸収装置を燃料集合体の第２のノズルに組み合わせることができる。

なお、前記燃料集合体の緩衝装置において、前記緩衝装置はノズル支持体によるノズル変形抑制能力と緩衝体による衝撃吸収能力を最適化することが好ましい。例えば、ノズル支持体に接する緩衝体の緩衝能力をノズル脚部に接する緩衝体よりも緩衝体厚さ、材質、積層構成、分割配置などを選択し最適化することにより、緩衝体へ荷重が負荷されるノズル脚部と、ノズル平面部がノズル支持体を通じ緩衝体に負荷される荷重と、により緩衝体が衝撃吸収し変形する圧縮量を略同等とすることで、ノズル変形抑制能力と衝撃緩衝能力をバランスさせることが可能となる。これにより、ノズル脚部の緩衝体圧縮量がノズル支持体部の緩衝体圧縮量より大きいとノズルが凸に変形し、ノズル脚部の緩衝体圧縮量がノズル支持体部の緩衝体圧縮量より小さいとノズルが凹に変形するおそれを除去できる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る燃料集合体収納容器は、有底の容器であって、内部空間に燃料集合体を収納する胴本体と、少なくとも前記胴本体の底部に配置される、前記燃料集合体の衝撃吸収装置と、を含むことを特徴とする。この燃料集合体収納容器は、本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置を備えるので、落下時における燃料集合体の変形を抑制できる。

本発明の望ましい態様としては、前記燃料集合体収納容器において、前記燃料集合体の衝撃吸収装置を、前記内部空間の開口部に取り付けられる蓋に配置することが好ましい。このように、燃料集合体収納容器内に燃料集合体が収納されていて、燃料集合体容器内には、燃料集合体の第１ノズルと第２ノズルとにそれぞれ接して、本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置の緩衝体を設置している。このようにすれば、より効果的に落下時における燃料集合体の変形を抑制できる。

本発明は、落下時における燃料集合体の変形を抑制できる。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の説明により本発明が限定されるものではない。また、下記の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置は、ＰＷＲ（Pressurized Water Reactor）の燃料集合体に対して好適である。なお、ＢＷＲ（Boiling Water Reactor）に対する本発明の適用を除外するものではない。また、本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置は、特に燃料集合体の輸送時において好適であるが、貯蔵時の適用が排除されるものではない。また、本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置は、原子炉から取り出された燃料集合体の輸送のみならず、新しく製造されて原子炉に装荷される燃料集合体の輸送に適用してもよい。

図１は、燃料集合体を収納する燃料集合体収納容器の全体構成を示す模式図である。燃料集合体収納容器１は、原子炉から取り出した燃料集合体を収納し、輸送及び貯蔵に用いるものである。燃料集合体収納容器１は、有底の容器である胴本体２と、胴本体２の外側に取り付けられる中性子遮蔽体３と、一次蓋４と、二次蓋５とを含んでいる。胴本体２は、筒状の胴部と、当該胴部の一方の端部に設けられる底部とで構成されており、前記胴部と前記底部とで形成される空間（胴本体内部空間、キャビティともいう）２Ｉが、燃料集合体を収納する空間となる。燃料集合体は、複数の格子状のセル３０Ｃを有するバスケット３０のセル３０Ｃに格納される。そして、燃料集合体を収納したバスケット３０が、胴本体２の内部空間（胴本体内部空間）２Ｉへ収納される。本実施形態において、バスケット３０は、断面外形状及び内形状が略正方形の角パイプ３１を複数組み合わせて構成され、角パイプ３１の内部がセル３０Ｃとなる。

胴本体２は、胴本体内部空間２Ｉへ収納した燃料集合体からのγ線を遮蔽する機能を有する。また、中性子遮蔽体３は、内部に中性子を遮蔽するための中性子遮蔽物が設けられる。胴本体内部空間２Ｉとバスケット３０との間には、スペーサ３８が配置されている。スペーサ３８は、バスケット３０に収納した燃料集合体からの崩壊熱を胴本体２へ伝える。そして、前記崩壊熱は、胴本体２及び中性子遮蔽体３を介して大気中へ放出される。バスケット３０内に燃料集合体を収納した後（すなわち、胴本体内部空間２Ｉに燃料集合体を収納した後）、胴本体内部空間２Ｉの開口部に一次蓋（蓋）４を取り付け、その後、二次蓋５を取り付けて胴本体内部空間２Ｉを密封する。また、仕様により、三次蓋を設けることもある。ここで、一次蓋４、二次蓋５を区別しない場合、蓋という。

図２は、燃料集合体及び本実施形態に係る燃料集合体の衝撃吸収装置の説明図である。燃料集合体２０は、複数の燃料棒２１を複数の支持格子２２で束ねて構成される。燃料棒２１の両方の端部には、それぞれ下部ノズル（第１のノズル）２４と上部ノズル（第２のノズル）２３とが配置される。下部ノズル２４は、燃料集合体２０が図１に示す燃料集合体収納容器１の内部に収納された状態において、胴本体２の底部２Ｂ側であり上部ノズル２３は一次蓋４側（燃料集合体収納容器１の開口、すなわち胴本体内部空間２Ｉの開口側）である。燃料集合体２０が原子炉内に配置されている場合、下部ノズル２４は鉛直方向側に配置され、上部ノズル２３は鉛直方向反対側に配置される。

図３−１は、燃料集合体収納容器が垂直落下する状態を示す図である。図３−２は、通常時における下部ノズルの形状を示す模式図である。図３−３は、燃料集合体収納容器が垂直落下した場合における下部ノズルの形状を示す模式図である。図３−１に示すように、燃料集合体収納容器１の蓋又は底部が鉛直方向（図３−１に矢印Ｇで示す方向）に向かって地面ＧＬに落下する形態を、垂直落下という。垂直落下の場合、燃料集合体２０の長手方向と略平行な方向（図２の矢印Ｓで示す方向）の衝撃荷重が燃料集合体２０に作用する。

下部ノズル２４は、通常は図３−２に示すように、変形のない状態となる。下部ノズル２４（上部ノズル２３も同様）は、平面視が略正方形であり、４個の角部にそれぞれ設けられた複数本の脚部（具体的には４本）２４Ｆ（２３Ｆ）で燃料集合体２０を支持する構成である。したがって、４本の脚部で囲まれる部分は、凹部２４Ｕ（２３Ｕ）が形成される。

このため、燃料集合体収納容器１が垂直落下して、燃料集合体２０の長手方向と略平行な方向の衝撃力が燃料集合体２０に作用すると、図３−３に示すように、下部ノズル２４（上部ノズル２３）は中央部が撓むおそれがある。下部ノズル２４（上部ノズル２３）が撓むと、これに追従する形で図２に示す燃料棒２１が変形するおそれがある。このため、本実施形態では、燃料集合体の衝撃吸収装置（以下衝撃吸収装置という）１０を下部ノズル２４（上部ノズル２３）に取り付けて、下部ノズル２４（上部ノズル２３）の撓み（変形）を抑制するとともに、落下により発生して燃料集合体２０に作用する衝撃力を低減する。

図４は、本実施形態に係る衝撃吸収装置の斜視図である。図４、図１に示すように、衝撃吸収装置１０は、ノズル支持体１２と、緩衝体１１とを含んで構成される。ノズル支持体１２は、下部ノズル２４の凹部２４Ｕ及び上部ノズル２３の凹部２３Ｕに取り付けられる。緩衝体１１は、ノズル支持体１２と組み合わされ、かつ燃料集合体２０を構成する燃料棒２１の長手方向における剛性が、ノズル支持体１２以下である。ここでいう剛性は、緩衝体１１及びノズル支持体１２全体としての圧縮剛性である。すなわち、緩衝体１１及びノズル支持体１２が燃料棒２１の長手方向と平行な圧縮力を受けた場合、同じ圧縮力であれば、緩衝体１１は、ノズル支持体１２と同等、又はノズル支持体１２よりも大きく変形する。

このような構成により、衝撃吸収装置１０は、ノズル支持体１２で下部ノズル２４（上部ノズル２３）を支持して、落下による衝撃力に起因する下部ノズル２４（上部ノズル２３）の撓みを抑制する。また、燃料集合体２０に作用する衝撃力は、緩衝体１１によって吸収する。これによって、落下に起因する下部ノズル２４（上部ノズル２３）の変形を抑制できるので、当該変形に起因する燃料棒２１の変形が抑制される。また、緩衝体１１によって、燃料集合体２０に作用する衝撃力が緩和される。その結果、燃料集合体２０の変形はより低減されるので、安全性が向上する。

本実施形態では、下部ノズル２４及び上部ノズル２３の両方に、衝撃吸収装置１０を設けている。これによって、燃料集合体収納容器１の内部に収納された燃料集合体２０は、その長手方向における燃料集合体収納容器１とのクリアランスを小さくできる。その結果、燃料集合体２０の長手方向への動きが抑制されるので、落下時に燃料集合体収納容器１が接地したときには、燃料集合体２０が地面に向かう動きを抑制できる。これによって、燃料集合体２０に作用する衝撃力をより緩和できる。

ここで、上部ノズル２３は、一次蓋４及び二次蓋５側にある。一次蓋４及び二次蓋５を下に向けて落下した場合、上部ノズル２３から一次蓋４へ落下の衝撃力が伝達される。本実施形態では、上部ノズル２３に衝撃吸収装置１０を設けるので、上部ノズル２３から伝達される衝撃力を衝撃吸収装置１０によって緩和して、一次蓋４の密封を維持できる。上部ノズル２３から一次蓋４へ伝達される衝撃力をより緩和する観点において、上部ノズル２３に設けられる衝撃吸収装置１０の緩衝体１１は、下部ノズル２４に設けられる緩衝体１１と比較して、より大きい衝撃エネルギを吸収できることが好ましい。

図５−１は、本実施形態に係る衝撃吸収装置を構成するノズル支持体を示す斜視図である。図５−１に示すように、衝撃吸収装置１０を構成するノズル支持体１２は、緩衝体１１に載置される。ノズル支持体１２は、平面視において、正方形の四つの角を取り除いた板状の部材である。これによって、図４に示すように、下部ノズル２４（上部ノズル２３）にノズル支持体１２を取り付けた場合には、下部ノズル２４（上部ノズル２３）の４本の脚部とノズル支持体１２とが干渉しない。

ノズル支持体１２は、垂直落下による荷重が入力される方向（ノズル支持体１２の板面と直交する方向）における圧縮剛性は、できる限り高いことが好ましい。このため、ノズル支持体１２は、圧縮に強い材料を用いたり、圧縮に強い構造としたり、両者を組み合わせたりして構成される。ノズル支持体１２は、例えば、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、鉛、コンクリート等が用いられる。これらの材料を用いる場合、ノズル支持体１２は、中実とすることが好ましい。これによって、ノズル支持体１２は、より高い圧縮剛性を確保できる。また、ノズル支持体１２に鉄、ボロン（Ｂ^１０）を含有したアルミニウム合金やステンレス鋼、鉛、コンクリートのように放射線の遮蔽機能を有する材料を用いれば、燃料集合体２０から放出されるγ線や中性子を遮蔽できるので、より好ましい。

図５−２から図５−４は、本実施形態に係るノズル支持体の他の構成例を示す斜視図である。図５−２に示す衝撃吸収装置１０ａのように、円盤状のノズル支持体１２ａを用いてもよいし、図５−３に示す衝撃吸収装置１０ｂのように、平面視が十字形状のノズル支持体１２ｂを用いてもよい。また、図５−４に示す衝撃吸収装置１０ｃのように、平面視が十字形状となるように組み合わせたリブ１２ｃｒを、２枚の平板１２ｃｐを用いて、リブ１２ｃｒと平板１２ｃｐとが互いに直交するように挟持して、ノズル支持体１２ｃを構成してもよい。このノズル支持体１２ｃは、構造で圧縮剛性を向上させるので、ノズル支持体１２ｃを構成する材料が少なくて済む。その結果、材料コストの低減及び軽量化を図ることができる。

図６−１は、本実施形態に係る衝撃吸収装置を構成する緩衝体を示す斜視図である。本実施形態において、緩衝体１１は、平面視が正方形の形状であり、垂直落下による荷重が入力される方向（緩衝体１１の板面と直交する方向）における圧縮剛性は、ノズル支持体１２以下である。なお、緩衝体１１の形状は、正方形に限定されるものではない。緩衝体１１の形態は、板材、ハニカム構造、積層構造、発泡体、ウール状などで形成されるものであって、複数を組み合わせることも可能である。

緩衝体１１は、例えば、緩衝部材１１Ｉを保持部材である筐体１１Ｅで囲んで構成される。なお、筐体１１Ｅは必ずしも必要ではない。緩衝部材１１Ｉは、例えば、樹脂、木材、金属から一つを用いるか、あるいはこれらのうち少なくとも二つを組み合わせて構成する。筐体１１Ｅは、例えば、鉄板やステンレス鋼板等を組み合わせて構成する。

緩衝部材１１Ｉに樹脂を用いる場合、例えば、水素を含むレジンを用いることが好ましい。このようなレジンを用いれば、中性子遮蔽機能を発揮するからである。また、緩衝部材１１Ｉにハニカムを用いる場合、孔の貫通方向は、垂直落下による荷重が入力される方向と平行とすることが好ましい。このようにすれば、緩衝体１１の圧縮剛性を適切な大きさに調整できる。なお、本実施形態において、ハニカムは、正六角形の孔を複数組み合わせたものの他、六角形、五角形、四角形等の多角形の孔を複数組み合わせたものも含む。また、緩衝部材１１Ｉに木材を用いる場合、木材の繊維の方向を垂直落下による荷重が入力される方向と平行にすることが好ましい。このようにすれば、緩衝体１１の圧縮剛性を適切な大きさに調整できる。なお、木材の繊維の方向を異ならせて、緩衝体１１の圧縮剛性を調整してもよい。

図６−２、図６−３は、本実施形態に係る緩衝体の他の構成例を示す斜視図である。図６−２に示す緩衝体１１ａは、複数の板材１１Ｐを含んで構成され、複数の板材１１Ｐは、板面が垂直落下による荷重が入力される方向と平行、すなわち、燃料棒２１の長手方向と平行に配置される。この例では、底板１１Ｂに、これと直交して板材１１Ｐを複数取り付けたものである。板材１１Ｐの数、厚さや高さによって、緩衝体１１ａの圧縮剛性を調整できる。なお、板材１１Ｐは、板面が燃料棒２１の長手方向と平行であるものに限定されず、例えば、板面が燃料棒２１の長手方向に対して傾斜していてもよいし、板材１１Ｐが曲部を有していてもよい（例えば、板材１１Ｐの断面が「く」の字形状）。

また、図６−３に示す緩衝体１１ｂは、複数の棒状部材１１Ｎを含んで構成され、複数の棒状部材１１Ｎは、軸方向が燃料棒２１の長手方向と平行に配置される。この例では、底板１１Ｂに、これと直交して棒状部材１１Ｎを複数取り付けたものである。棒状部材１１Ｎの本数、直径や高さによって、緩衝体１１ｂの圧縮剛性を調整できる。なお、緩衝体の構成は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、皿ばねや板ばねや弦巻ばね等の弾性体を用いてもよい。

図７−１、図７−２は、本実施形態に係る衝撃吸収装置を燃料集合体収納容器に取り付ける例を示す模式図である。図７−１に示す例では、下部ノズル２４側の衝撃吸収装置１０を構成する緩衝体１１は、燃料集合体２０を運搬する燃料集合体収納容器１の底部２Ｂへ配置される。この場合、図１に示すバスケット３０を胴本体内部空間２Ｉに配置する前に、予め底部２Ｂへ衝撃吸収装置１０を敷設しておく。衝撃吸収装置１０を配置する位置は、バスケット３０を構成するセル３０Ｃの位置に合わせる。これによって、燃料集合体２０をバスケット３０に装荷するだけで、衝撃吸収装置１０を燃料集合体２０の下部ノズル２４に組み合わせることができる。

図７−２に示す例では、上部ノズル２３側の衝撃吸収装置１０を構成する緩衝体１１は、燃料集合体２０を運搬する燃料集合体収納容器１の蓋、より具体的には一次蓋４に配置される。この場合、衝撃吸収装置１０を配置する位置は、バスケット３０を構成するセル３０Ｃの位置に合わせる。これによって、燃料集合体２０をバスケット３０に装荷した後、一次蓋４を胴本体２に取り付けるだけで、衝撃吸収装置１０を燃料集合体２０の上部ノズル２３に組み合わせることができる。

図７−３、図７−４は、緩衝体支持部材に複数の緩衝体を配置した例を示す図である。図７−３は平面図であり、図７−４は側面図である。このように、緩衝体支持部材である円盤１４に、複数の緩衝体１１を取り付けてもよい。そして、複数の緩衝体１１を取り付けた円盤１４を、図１に示す燃料集合体収納容器１の胴本体２の底部に配置したり、一次蓋４に取り付けたりする。このようにすれば、複数の緩衝体１１をまとめて取り扱えるので、緩衝体１１の設置作業が容易になる。なお、緩衝体１１にノズル支持体１２を取り付けて、円盤１４に取り付けてもよい。

図８−１、図８−２は、本実施形態に係る衝撃吸収装置をバスケットに取り付ける例を示す模式図である。図８−１に示す例では、衝撃吸収装置１０を、図１に示すバスケット３０に取り付ける。より具体的には、バスケット３０を構成する角パイプ３１の一方の端部（燃料集合体収納容器１の底部２Ｂ側の端部）に、衝撃吸収装置１０を取り付ける。この場合、緩衝体１１と角パイプ３１とが連結部材３２を介して連結されることにより、衝撃吸収装置１０が角パイプ３１に取り付けられる。連結部材３２と緩衝体１１及び角パイプ３１とはボルト、溶接等によって結合される。図８−１に示す構成では、角パイプ３１から緩衝体１１が張り出すが、角パイプ３１同士の距離がある程度必要な場合には、張り出した部分をスペーサとして利用できるので、バスケット３０組み立てが容易になる。角パイプ３１同士の距離がある程度必要な場合としては、例えば、中性子遮蔽体や、中性子を遮蔽する構造体等を配置する場合がある。

図８−２に示す例も、角パイプ３１の一方の端部（燃料集合体収納容器１の底部２Ｂ側の端部）に、衝撃吸収装置１０を取り付ける点では図８−１に示す例と同様であるが、衝撃吸収装置１０の緩衝体１１の外形形状及び寸法を、角パイプ３１の外形形状及び寸法と略同一、好ましくは同一とするか、あるいは緩衝体１１の方を小さくする。緩衝体１１と角パイプ３１とは、連結部材３３を介して連結されて、衝撃吸収装置１０が角パイプ３１に取り付けられる。図８−２に示す例では、緩衝体１１が角パイプ３１よりも張り出さないので、角パイプ３１同士の距離を接近させたい場合に有利である。

このように、燃料集合体を収納するバスケット３０に衝撃吸収装置１０を取り付けることにより、バスケット３０に燃料集合体２０を装荷するだけで、衝撃吸収装置１０を燃料集合体２０の上部ノズル２３に組み合わせることができる。これによって、燃料集合体２０をバスケット３０に装荷する前に燃料集合体２０へ衝撃吸収装置１０を取り付ける必要はないので、燃料集合体２０をバスケット３０に装荷する作業が容易になる。なお、作業形態によっては、燃料集合体２０に衝撃吸収装置１０を取り付けてからバスケット３０に装荷してもよい。

図９−１から図９−４は、本実施形態に係る衝撃吸収装置の変形例を示す図である。ノズル（下部ノズル又は上部ノズル）と衝撃吸収装置との接合時の取り合いは、実際にはノズルの脚部が緩衝体と接触するように設計することが考えられる。この状態で燃料集合体収納容器が落下した場合、緩衝体の材料特性が弾性体の変形挙動を示すと、緩衝体の変形が緩衝体の全範囲において一様となり、ノズルとノズル支持体とは接触せず、ノズルの変形を十分には抑制できないおそれがある。

そこで、図９−１から図９−４に示すように、緩衝体の形態を変更したり、緩衝体内部の構造又は材料に工夫をしたりすることで、衝撃エネルギの吸収、及びノズルの変形が最適となるようにする。図９−１に示す衝撃吸収装置１０ｄは、緩衝体１１ｄを、第１緩衝体１１Ａと第２緩衝体１１Ｂとで構成する。この場合、第１緩衝体１１Ａに凹部を形成し、前記凹部内に第２緩衝体１１Ｂを配置する。そして、第１緩衝体１１Ａと下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）とを接触させ、第２緩衝体１１Ｂとノズル支持体１２とを接触させる。これによって、下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）の脚部２４Ｆ（２３Ｆ）と接触する第１緩衝体１１Ａの変形と、ノズル支持体１２と接触する第２緩衝体１１Ｂの変形とのタイミングを異ならせる。すなわち、下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）とノズル支持体１２との隙間が埋まるまで脚部２４Ｆ（２３Ｆ）と接触する第１緩衝体１１Ａが変形し、前記隙間が埋まるタイミングで、緩衝体１１ｄ、すなわち第１緩衝体１１Ａ及び第２緩衝体１１Ｂの両方が変形を開始する。

図９−２に示す衝撃吸収装置１０ｅは、上述した衝撃吸収装置１０ｄと略同様の構成であり、緩衝体１１ｅを、第１緩衝体１１Ｃと第２緩衝体１１Ｄとで構成する。この場合、第１緩衝体１１Ｃと第２緩衝体１１Ｄとの間に隙間を設ける。このような構成により、下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）の脚部２４Ｆ（２３Ｆ）と接触する第１緩衝体１１Ｃの変形と、ノズル支持体１２と接触する第２緩衝体１１Ｄの変形とのタイミングを異ならせる。すなわち、下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）とノズル支持体１２との隙間が埋まるまで脚部２４Ｆ（２３Ｆ）と接触する第１緩衝体１１Ａが変形し、前記隙間が埋まるタイミングで、緩衝体１１ｄ、すなわち第１緩衝体１１Ａ及び第２緩衝体１１Ｂの両方が変形を開始する。

図９−３に示す衝撃吸収装置１０ｆは、緩衝体１１ｄを、第１緩衝体１１Ｅと第２緩衝体１１Ｆとで構成する。この場合、第１緩衝体１１Ｅの圧縮方向における剛性を第２緩衝体１１Ｆの圧縮方向における剛性よりも低くするとともに、第１緩衝体１１Ａと下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）とを接触させ、第２緩衝体１１Ｂとノズル支持体１２とを接触させる。このとき、第２緩衝体１１Ｆに凸部を形成してノズル支持体１２と接触させ、前記凸部の周囲に第１緩衝体１１Ｅを配置して下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）と接触させる。

これによって、下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）の脚部２４Ｆ（２３Ｆ）と接触する第１緩衝体１１Ｅの変形と、ノズル支持体１２と接触する第２緩衝体１１Ｆの変形とのタイミングを異ならせる。すなわち、下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）とノズル支持体１２との隙間が埋まるまで脚部２４Ｆ（２３Ｆ）と接触する第１緩衝体１１Ｅが変形し、前記隙間が埋まるタイミングで、緩衝体１１ｅ、すなわち第１緩衝体１１Ｅ及び第２緩衝体１１Ｆの両方が変形を開始する。

ノズル支持体と緩衝体との接触面を平面で構成すると、ノズルの脚部と接する緩衝体への荷重分布と、ノズル支持体と接する緩衝体への荷重分布とに変化が生ずるので、緩衝能力は維持できてもノズルの変形抑制能力が十分に発揮できないおそれがある。そこで、図９−４に示す衝撃吸収装置１０ｇのように、緩衝体１１ｇの厚みを最適化する、又は下部ノズル２４（又は上部ノズル２３）の脚部２４Ｆ（２３Ｆ）に接する緩衝体１１ｇの部分と、ノズル支持体１２と接する緩衝体１１ｇの部分との間で緩衝能力を最適化（例えば、両者を異なる材料とする等）することで、緩衝能力とノズルの変形を抑制する能力とをバランスさせる。

以上、本実施形態では、ノズル支持体で燃料集合体の下部ノズルあるいは上部ノズルを支持して、落下による衝撃力に起因する下部ノズルあるいは上部ノズルの撓み（変形）を抑制する。また、燃料集合体に作用する衝撃力を緩衝体によって吸収する。これによって、落下に起因する下部ノズルあるいは上部ノズルの変形を抑制できる。また、緩衝体によって、燃料集合体に作用する衝撃力が緩和されるので、燃料集合体の変形を抑制できる。

以上のように、本発明に係る燃料集合体の衝撃吸収装置は、燃料集合体を輸送することに有用であり、特に、落下時における燃料集合体の変形を抑制することに適している。

燃料集合体を収納する燃料集合体収納容器の全体構成を示す模式図である。 燃料集合体及び本実施形態に係る燃料集合体の衝撃吸収装置の説明図である。 燃料集合体収納容器が垂直落下する状態を示す図である。 通常時における下部ノズルの形状を示す模式図である。 燃料集合体収納容器が垂直落下した場合における下部ノズルの形状を示す模式図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置の斜視図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置を構成するノズル支持体を示す斜視図である。 本実施形態に係るノズル支持体の他の構成例を示す斜視図である。 本実施形態に係るノズル支持体の他の構成例を示す斜視図である。 本実施形態に係るノズル支持体の他の構成例を示す斜視図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置を構成する緩衝体を示す斜視図である。 本実施形態に係る緩衝体の他の構成例を示す斜視図である。 本実施形態に係る緩衝体の他の構成例を示す斜視図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置を燃料集合体収納容器に取り付ける例を示す模式図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置を燃料集合体収納容器に取り付ける例を示す模式図である。 緩衝体支持部材に複数の緩衝体を配置した例を示す図である。 緩衝体支持部材に複数の緩衝体を配置した例を示す図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置をバスケットに取り付ける例を示す模式図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置をバスケットに取り付ける例を示す模式図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置の変形例を示す図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置の変形例を示す図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置の変形例を示す図である。 本実施形態に係る衝撃吸収装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 燃料集合体収納容器
２ 胴本体
２Ｂ 底部
２Ｉ 胴本体内部空間
３ 中性子遮蔽体
４ 一次蓋
５ 二次蓋
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ 衝撃吸収装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ 緩衝体
１１Ｂ 底板
１１Ｅ 筐体
１１Ｉ 緩衝部材
１１Ｎ 棒状部材
１１Ｐ 板材
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ ノズル支持体
１２ｃｐ 平板
１２ｃｒ リブ
２０ 燃料集合体
２１ 燃料棒
２２ 支持格子
２３ 上部ノズル
２３Ｆ 脚部
２３Ｕ 凹部
２４ 下部ノズル
２４Ｆ 脚部
２４Ｕ 凹部
３０ バスケット
３０Ｃ セル
３１ 角パイプ
３２、３３ 連結部材
３８ スペーサ

Claims (11)

1. 複数の燃料棒を組み合わせ、当該複数の燃料棒の両端部に第１のノズル及び第２のノズルを配置して構成される燃料集合体に与えられる衝撃を抑制するものであり、
   前記第１のノズルの凹部に取り付けられるノズル支持体と、
   当該ノズル支持体と組み合わされ、かつ前記燃料棒の長手方向における剛性が前記ノズル支持体以下である緩衝体と、
   を含むことを特徴とする燃料集合体の衝撃吸収装置。
2. 複数の燃料棒を組み合わせ、当該複数の燃料棒の両端部に第１のノズル及び第２のノズルを配置して構成される燃料集合体に与えられる衝撃を抑制するものであり、
   前記第１のノズルの凹部に取り付けられるノズル支持体と、
   当該ノズル支持体と組み合わされ、かつ前記第１のノズル及び前記第２のノズルに組み合わされる燃料棒の長手方向における剛性が前記ノズル支持体以下である緩衝体と、
   を含むことを特徴とする燃料集合体の衝撃吸収装置。
3. 複数の燃料棒を組み合わせ、当該複数の燃料棒の両端部に第１のノズル及び第２のノズルを配置して構成される燃料集合体に与えられる衝撃を抑制するものであり、
   前記第１のノズルの凹部及び前記第２のノズルの凹部に取り付けられるノズル支持体と、
   当該ノズル支持体と組み合わされ、かつ前記燃料棒の長手方向における剛性が前記ノズル支持体以下である緩衝体と、
   を含むことを特徴とする燃料集合体の衝撃吸収装置。
4. 前記緩衝体は、樹脂、木材、金属のうち少なくとも一つで構成される請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料集合体の衝撃吸収装置。
5. 前記緩衝体は、複数の板材を含んで構成され、当該複数の板材は、板面が前記燃料棒の長手方向と平行である請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料集合体の衝撃吸収装置。
6. 前記緩衝体は、複数の棒状部材を含んで構成され、当該複数の棒状部材の軸方向は、前記燃料棒の長手方向と平行である請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料集合体の衝撃吸収装置。
7. 前記第１のノズルは、前記燃料集合体を運搬する燃料集合体収納容器の底部側に配置され、
   前記第１のノズル側の緩衝体は、前記燃料集合体収納容器の底部へ配置される請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料集合体の衝撃吸収装置。
8. 前記第１のノズルは、前記燃料集合体を運搬する燃料集合体収納容器の底部側に配置され、
   前記第１のノズル側の緩衝体は、前記燃料集合体収納容器の内部に配置されて前記燃料集合体を収納するバスケットと組み合わされて、燃料集合体収納容器の底部側に配置される請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料集合体の衝撃吸収装置。
9. 前記第２のノズルは、前記燃料集合体を運搬する燃料集合体収納容器の開口側に配置され、
   前記第２のノズル側の緩衝体は、前記燃料集合体を運搬する燃料集合体収納容器の蓋に配置される請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料集合体の衝撃吸収装置。
10. 有底の容器であって、内部空間に燃料集合体を収納する胴本体と、
    少なくとも前記胴本体の底部に配置される、請求項１から９のいずれか１項に記載の燃料集合体の衝撃吸収装置と、
    を含むことを特徴とする燃料集合体収納容器。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載の燃料集合体の衝撃吸収装置を、前記内部空間の開口部に取り付けられる蓋に配置することを特徴とする請求項１０に記載の燃料集合体収納容器。

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