JP2015513675A - 中間貯蔵のための燃料棒または燃料棒部分のカプセル化方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は以下の工程：ａ）容器（２）内に燃料棒（２０）または燃料棒部分を装填する、ｂ）容器（２）の一端を洗流ガス導管に接続する、ｃ）容器（２）を洗流ガス（Ｇ）で排水および洗流する、ｄ）容器（２）の端部をバイパス管（１１８）に接続して１つの閉鎖ガス循環路を形成し、このガス循環路において絶対湿度量がそれ以上は上昇しない最終値（Ｘmax）に達するまで加熱ガス（Ｈ）を循環させる、ｅ）容器（２）をガス循環路から分離する、ｆ）続いて容器（２）の両端を流体密に閉鎖する、を有する容器（２）内に燃料棒（２０）または燃料棒部分をカプセル化する方法に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、中間貯蔵のための燃料棒または燃料棒部分のカプセル化方法および装置に関する。

輸送および／または貯蔵目的のため欠陥のある燃料棒または燃料棒部分を真空および流体密に容器またはカプセルに装填することは、たとえば特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４から知られている。燃料棒または燃料棒部分のカプセル化はできるだけ本来の貯蔵場所の近くで、すなわち水面下にある燃料要素貯蔵槽内で行われるので、燃料棒または燃料棒部分を開放された容器内に装填する際に水がこの中に侵入することが避けられない。この水はしかし崩壊熱により蒸発し許容できない高い内圧を生じかねないので燃料棒容器から除去する必要がある。この理由から特許文献１、特許文献２および特許文献３から知られている容器に使用されている閉鎖部材はガスを吹き込んで容器内にある水を追出すことのできる流路を有している。特許文献１および特許文献２からそれぞれ知られている閉鎖栓では各閉鎖栓に同軸流路を設け、この中にばね付勢された弁を配置し、閉鎖部材で流路を流体密に閉鎖するようにしている。水の追出しのためこの閉鎖部材は突き棒によりその弁座から持ち上げられ、これにより開いた流路を介してガスが吹き込まれ、水が対向する閉鎖部材の同様に開いた流路を介して追出される。この公知の両容器では水の追出しは、閉鎖部材がねじ止め、溶接または変形により容器を流体密に閉鎖する最終取り付け位置にあるときに、行われる。

特許文献３から知られている容器では容器のおねじにねじ止めできる閉鎖部材を設け、この中にパッキン材を軸方向に移動可能に支承している。閉鎖部材がまだ固定されていない閉鎖部材の中間位置では、パッキン材の密閉面とパッキン対としてこの面と協働する中空円筒状容器部分の端面との間に継目があり、これが閉鎖部材内の側方の排気開口と通じてこの中間位置で外室を中空円筒状容器部分の洗流空間と流体的に接続している。

特許文献４から公知の容器では閉鎖部材としてキャップが設けられ、これが中空円筒状容器部分の上に被せられ、その端面と材料結合的に接続されている。容器の閉鎖は流体密の室内で行われる。閉鎖前に、すなわち中空円筒状容器部分にキャップが被せられていないときに室内にある液体が引き抜かれ、続いて真空乾燥が実施される。燃料棒を装填した容器内で燃料棒と容器の内壁の間に狭い空隙があるので場合によっては容器内に残水が生じることがある。

長期間の中間貯蔵のため燃料棒または燃料棒部分をカプセル化する場合に容器内に残水があると大きな問題を生じる。残水は所定量、通常は１ｇを越えてはならない。しかしこれらの公知の方法では、燃料棒カプセル内に真空乾燥後も全体として存在する残水量に関して量的に推量することは不可能である。

独国特許第１９６４０３９３Ｂ４号明細書 欧州特許出願公開第１２４８２７０Ａ１号明細書 欧州特許第１６００９８２Ｂ１号明細書 国際公開第２０１０/０８４１２２Ａ１号パンフレット

本発明の課題は、燃料棒または燃料棒部分を気密に容器内に封入するとともに、容器内の残水量に関する量的推量を可能にする燃料棒または燃料棒部分のカプセル化方法を提供することにある。さらに本発明の課題は、燃料棒または燃料棒部分を含む容器を既知の残水量で閉鎖することのできる装置を提供することにある。

その上に本発明の課題は、燃料棒または燃料棒部分を封入する多数の容器を操作および貯蔵するための方法および装置を提供することにある。

上述の課題はそれぞれ独立請求項１、４、６、１０の特徴により解決される。有利な実施態様はこれらの独立請求項に従属する請求項に提示されている。

請求項１による容器内に燃料棒または燃料棒部分をカプセル化するための方法は以下の工程：
ａ）容器内に燃料棒または燃料棒部分を装填する、
ｂ）容器の一端を洗流ガス導管に接続する、
ｃ）容器を洗流ガスで排水および洗流する、
ｄ）容器の端部をバイパス管に接続して１つの閉鎖ガス循環路を形成し、このガス循環路において絶対湿度量がそれ以上は上昇しない最終値に達するまで加熱ガスを循環させる、
ｅ）容器をガス循環路から分離する、
ｆ）続いて容器の両端を流体密に閉鎖する、
を有する。

容器は閉鎖する前に改めて洗流ガスで洗流すると有利である。

さらに上記の工程ｃ）とｄ）を順次複数回周期的に実施し、各周期において工程ｃ）を、続いて工程ｄ）を実施すれば、湿度量に対する特に低い限界値を確実に達成できる。

それぞれ燃料棒または燃料棒部分をカプセル化した多数の容器を貯蔵するための方法では、請求項４に記載のように以下の工程：
ａ）多数の格子状スペーサを有し上側が開いたカプセルケース内に容器を装填する、
ｂ）カプセルケースをフードで流体密に閉鎖する、
ｃ）カプセルケースの内部に突出しフードを貫通して案内される吸引管と流体的に接続された吸引ランスを備えた蓋をカプセルケースの上に載置する、
ｄ）カプセルケース内にある水を吸引ランスで吸引する、
ｅ）カプセルケースを洗流ガスで洗流する、
ｆ）カプセルケースを加熱ガスで絶対湿度量が所定の限界値に達するまで洗流する、
ｇ）蓋をカプセルケースに溶接し、蓋内にあり吸引ランスまで通じている開口をフード内に支承された溶接装置で溶接する、
が実施される。

この方法においても上記の工程ｅ）とｆ）を順次複数回周期的に実施し、各周期において工程ｅ）を、続いて工程ｆ）を実施すると有利である。

請求項６によれば容器内に燃料棒または燃料棒部分をカプセル化するための装置は以下の特徴：
ａ）装置が第１および第２室を有する、
ｂ）第１および第２室が互いに間隔を置いて１つの共通のシステム軸上に配置される、
ｃ）第１および第２室がこれらの室に通じている容器の自由端を収容するための第１もしくは第２の開口を備えて、第１および第２室がこれらの間に配置された容器において専らこの容器自体を介して流体的に互いに接続するようにされる、
ｄ）第１室は洗流ガスのための導入管に、第２室はその排出管に接続される、
ｅ）導入管および排出管は室外にあるバイパス管を介して１つの閉鎖ガス循環路が形成されるように互いに接続され、このガス循環路内にある加熱ガスを循環および加熱するためのポンプおよび加熱装置がガス循環路内に配置される、
ｆ）ガス循環路内に第２室からバイパス管に流入する加熱ガスの絶対湿度量を検出するための測定装置が配置される、
ｇ）各室が容器を閉鎖するための手段を有する、
を有する。

有利な実施形態においては、第１および第２室がシステム軸に沿って互いに固定的に接続管を介して接続され、接続管には容器の自由端が接続管より突出するように容器が装入される。

特に容器と接続管の間には少なくとも１つのパッキン材が配置され、このパッキン材は両室が専ら容器を介して流体的に互いに接続されるように調整可能にされる。

接続管の両端に可調整パッキン材を配置すれば、容器と接続管の間に各室に対して流体密に閉鎖される円筒状の空隙が形成される。

請求項１０によれば、それぞれ燃料棒または燃料棒部分をカプセル化した多数の容器を流体密に貯蔵するための装置は以下の特徴：
ａ）多数の格子状スペーサを有するカプセルケース、
ｂ）フレーム内に装填されたカプセルケースを流体密に閉鎖するためのフード、
ｃ）カプセルケース（２２２）内にある水を吸引するためフードおよびこのフード内を移動可能に支承された蓋を貫通する吸引ランス、
ｄ）フードが洗流ガスおよび加熱ガスのための導入口および排出口を有する、
ｅ）排出口に容器から出る加熱ガスの絶対湿度量を測定するための測定装置が配置される、
ｆ）フード内に、前記蓋を前記カプセルケース上に載置し、かつ前記蓋を前記カプセルケースと溶接するための手段が配置される、
を有する。

本発明を詳細に説明するために図面に示した実施例を参照する。

図１は燃料棒または燃料棒部分のカプセル化のための本発明による装置の概略原理図である。 図２は容器またはカプセルケースから流出する加熱ガスの湿度量を時間軸で表わしたダイアグラムである。 図３は燃料棒または燃料棒部分をカプセル化した多数の容器を流体密に貯蔵するための本発明による装置の時間的に連続して実施される作業工程を示した図（その１）である。 図４は燃料棒または燃料棒部分をカプセル化した多数の容器を流体密に貯蔵するための本発明による装置の時間的に連続して実施される作業工程を示した図（その２）である。 図５は燃料棒または燃料棒部分をカプセル化した多数の容器を流体密に貯蔵するための本発明による装置の時間的に連続して実施される作業工程を示した図（その３）である。 図６は燃料棒または燃料棒部分をカプセル化した多数の容器を流体密に貯蔵するための本発明による装置の時間的に連続して実施される作業工程を示した図（その４）である。 図７は燃料棒または燃料棒部分をカプセル化した多数の容器を流体密に貯蔵するための本発明による装置の時間的に連続して実施される作業工程を示した図（その５）である。

図１によれば燃料棒２０を備えた容器２が装置へ装填されており、この装置内で容器２内にある残水が容器２から除去され、容器は残水量を所定の最大許容限界値にもしくはその限界値内に減少させた後に気密に閉鎖される。その前の作業工程で図に破線で示した燃料棒２０は容器２内に装填され、容器の端部にたとえば特許文献３から公知の閉鎖部材１０が中間位置でねじ込まれている。

装置は第１室５０と第２室５２を有しており、これらは互いに１つの共通のシステム軸５３上に間隔を置いて配置されている。第１室５０と第２室５２はこのシステム軸５３に沿って両端が開いている接続管１００を介して互いに固定接続されている。接続管１００の端部は第１室５０と第２室５２に第１の開口５６と第２の開口５７を形成しており、これらの開口を介して接続管１００に挿入された容器２はその自由端で接続管１００を越えて室５０、５２に突出している。接続管１００と容器２の間にはそれらの自由端の範囲に可調整パッキン材１１６が配置され、このパッキン材は接続管１００と容器２の間にある円筒状の空隙１１９を閉鎖するので、第１室５０と第２室５２はこれらの間に配置された容器２では専らこの容器自体を介して流体的に互いに接続され得る。

閉鎖部材１０を備えた容器２は第２室５２内において閉鎖部材１０に適合された収容部２００に回転不能に支承されている。第１室５０には操作工具２０２が装入され、この工具は閉鎖部材１０に回転トルクを与えるように係合し、この工具により両閉鎖部材１０は容器２に気密な最終位置にねじ込まれる。

第１室５０には洗流ガスＧの導入管６６が接続されており、洗流ガスは容器２を通って第２室５２に流れ、排出管６９を介してここから出て行く。導入管６６と排出管６９は弁１３４、１３６を介して室５０、５２の外側にあるバイパス管１１８に接続されているので、洗流ガスＧの導入管６６もしくは排出管６９内にある弁１２６および１３０の閉鎖後に１つの閉鎖されたガス循環路が生じ、その容量は容器２の自由容量を数倍、１０倍以上、この実施例では約５０倍のオーダーで上回っている。このガス循環路にはガス循環路内にある加熱ガスＨの循環および加熱のためのポンプ１４０と加熱装置１４２が配置されている。さらにガス循環路には測定装置１５０、１５２、１５４が配置されており、これらの装置により第１室５０に流入し第２室５２から流出する加熱ガスＨの温度、相対湿度および圧力が測定される。

接続管１００はさらに室５０、５２間に配置された外管２０２により囲まれており、この外管は加熱循環路２０４に接続され、この循環路内では同様に加熱装置２０６で加熱された液状媒体Ｍがポンプ２０８で循環させられるので、接続管１００は熱的に周囲から絶縁されている。これとは異なりこのような熱絶縁は接続管１００と外管２０２の間に熱を遮断する材料または加熱部材を装着することによっても達成可能である。

まず可調整パッキン材１１６が開かれ、洗流ガスＧの吹き込みにより作業室５０、５２と空隙１１９が排出管６９を介して排水される。その後に空隙１１９がパッキン材１１６で閉鎖され、容器２内の燃料棒２０と容器２の内壁の間にある水が洗流ガスＧにより追出される。その後に弁１２６、１３０が閉じられ、バイパス管１１８内にある弁１３４、１３６が開かれる。続いてバイパス管１１８内の加熱ガスＨが連続的にこの閉鎖ガス循環路内を循環させられる。第１室５０と第２室５２の近くの導入管６６と排出管６９にそれぞれ配置された測定装置１５０、１５２、１５４によりガス循環路内を流れる加熱ガスＨの温度、湿度量および圧力が検出される。排出管６９で測定された圧力、温度、相対湿度量の値により加熱ガスＨに含まれる水もしくは湿度の絶対量がｋｇ/ｍ³で求められ、その時間的経過が記録される。

図２のダイアグラムにはこの絶対湿度量Ｘが曲線ａで時間ｔに対して示されている。図に示すように、この絶対湿度量Ｘは時点ｔ₀以降、すなわち加熱ガスがガス循環路内を循環させられる時点以降は絶えず上昇し、横ばい状態で一定の最終値Ｘ_maxに達している。この最終値Ｘ_maxへの到達は閉鎖ガス循環路内にある水が完全に蒸発したことを示す。容器２に開放された燃料棒または開放された燃料棒部分がある場合には、さらに核燃料に含まれる水も完全に蒸発されることが保証される。

この最終値Ｘ_maxから容器２および燃料棒２０の自由容量が既知の場合には容器２内にある水蒸気の絶対質量をグラムで求めることができる。最終値Ｘ_maxに到達した後に弁１３４、１３６が閉じられる。これにより容器２内になお存在する水の量が明らかになる。原理的には容器２は引き続き気密に閉鎖できるが、弁１２６、１３０を改めて開き、容器２を改めて洗流ガスＧで洗流すると有利である。このようにすれば容器２内および燃料棒プレナムにある水蒸気が追出されるので、容器２内にある水の量が付加的に減少させられる。これに応じて先に検出された残量が実際の残量よりも大きい上側値と看做すことができる。

容器２は次いで閉鎖部材１０と溶接されるかまたは以下に説明する別の処理を施される。この後続の処理では容器２は装置から取り外され、図３に示すように操作工具２２０によりカプセルケース２２２に移されるが、このケースは、脚部２２８を有するフレーム２２６内に配置された円筒状の収容管２２４から構成される。このカプセルケース２２２は多数の容器２を収容するために用意される。このためカプセルケース２２２には多数の軸方向に間隔を置いた格子状のスペーサ２２９が配置され、そのセル内に容器２が導入される。

図４に示すようにカプセルケース２２２に容器２を装填後に収容管２２４には中央に吸引ランス２３２を有する蓋２３０が被せられ、この吸引ランスはカプセルケース２２２の底まで案内されカプセルケース２２２内にある水の吸引に用いられる。収容管２２４には流体密にフード２３４が被せられ、このフードを吸引管２３６が貫通しており、吸引管は蓋２３０にある開口２３７を介して吸引ランス２３２と流体的に接続される。吸引管２３６を介してカプセルケース２２２内の水が導入開口２３８を介する洗流ガスＧの同時供給のもとに吸引される。続いて導入開口２３８を介して加熱ガスＨが供給され、吸引管２３６を介して排出される。容器２の乾燥以外には加熱ガスＨは閉鎖循環路内に導入されない。

測定装置１５０、１５２、１５４により温度、相対湿度量および圧力が出口で検出され、それらの値から実際の絶対湿度量Ｘが検出されるが、この湿度量は乾燥工程が続くにつれて段々と減少する。絶対湿度量Ｘの時間的経過は図２のダイアグラムに曲線ｂで概略的に示されている。

加熱ガスＨは、絶対湿度量Ｘが所定の限界値Ｘ_gに達するかこれを下回るまでカプセルケース２２２に導入される。絶対湿度量Ｘの時間的経過は図２のダイアグラムに曲線ｂで示されている。これによりカプセルケース２２２の内部にある水の絶対量が所定の最大値を上回らないことが保証される。このようにして所定の限界値が守られているかどうかの確実な推量が可能となる。

カプセルケース２２２の乾燥後に図５に示すように蓋が収容管２２４と、フード２３４の内部で収容管２２４の長手軸を中心に回転可能に支承された溶接装置２４０により溶接される。

次の工程において図６に示す溶接装置２４０により、蓋２３０内にある吸引ランス２３２への開口２３７が同様に溶接される。補助的に場合によっては超音波検査装置をフード２３４に配置し、溶接継目の点検を行うことも可能である。

続いて図７に示すようにフード２３４が外され、フレーム２２６上に搬送ヘッド２４０が載置され、これにより閉鎖されたカプセルケース２２２の搬送が容易にされる。

容器２の洗流および乾燥時並びにカプセルケース２２２の洗流および乾燥時にこの２つの工程を、乾燥が行われた後に新たな洗流およびその後に新たな乾燥が引き続き行われるように何回も周期的に繰り返すことができる。

２ 容器
１０ 閉鎖部材
２０ 燃料棒
５０ 第１室
５２ 第２室
５３ システム軸
５６ 第１開口
５７ 第２開口
６６ 導入管
６９ 排出管
１００ 接続管
１１６ パッキン材
１１８ バイパス管
１１９ 間隙
１４０ ポンプ
１４２ 加熱装置
１５０ 測定装置
１５２ 測定装置
１５４ 測定装置
２２０ 操作工具
２２２ カプセルケース
２２９ スペーサ
２３０ 蓋
２３２ 吸引ランス
２３４ フード
２３６ 吸引管
２３７ 開口
２４０ 溶接装置
Ｇ 洗流ガス
Ｈ 加熱ガス

Claims (10)

1. 以下の工程：
   ａ）容器（２）内に燃料棒（２０）または燃料棒部分を装填する、
   ｂ）容器（２）の一端を洗流ガス導管に接続する、
   ｃ）容器（２）を洗流ガス（Ｇ）で排水および洗流する、
   ｄ）容器（２）の端部をバイパス管（１１８）に接続して１つの閉鎖ガス循環路を形成し、このガス循環路において絶対湿度量がそれ以上は上昇しない最終値（Ｘ_max）に達するまで加熱ガス（Ｈ）を循環させる、
   ｅ）容器（２）をガス循環路から分離する、
   ｆ）続いて容器（２）の両端を流体密に閉鎖する、
   を有する容器（２）内に燃料棒（２０）または燃料棒部分をカプセル化する方法。
2. 容器（２）を閉鎖する前に改めて洗流ガス（Ｇ）で洗流する請求項１記載の方法。
3. 工程ｃ）およびｄ）を順次複数回周期的に実施し、各周期において工程ｃ）を、続いて工程ｄ）を実施する請求項１または２記載の方法。
4. 以下の工程：
   ａ）多数の格子状のスペーサ（２２９）を有しかつ上側が開いたカプセルケース（２２２）内に容器（２）を装填する、
   ｂ）カプセルケース（２２２）をフード（２３４）で流体密に閉鎖する、
   ｃ）カプセルケースの内部に突出しフードを貫通して案内される吸引管（２３６）と流体的に接続される吸引ランス（２３２）を備えた蓋（２３０）をカプセルケース（２２２）の上に載置する、
   ｄ）カプセルケース（２２２）内にある水を吸引ランス（２２３）で吸引する、
   ｅ）カプセルケース（２２２）を洗流ガス（Ｇ）で洗流する、
   ｆ）カプセルケース（２２２）を加熱ガス（Ｈ）で絶対湿度量（Ｘ）が所定の限界値（Ｘ_g）に達するまで洗流する、
   ｇ）蓋（２３０）をカプセルケース（２２２）に溶接し、蓋（２３０）内にあり吸引ランス（２３２）まで通じている開口（２３７）をフード（２３４）内に支承された溶接装置（２４０）で溶接する、
   を有するそれぞれ燃料棒（２０）または燃料棒部分を内部にカプセル化した容器（２）の貯蔵方法。
5. 工程ｅ）およびｆ）を順次複数回周期的に実施し、各周期において工程ｅ）を、続いて工程ｆ）を実施する請求項４記載の方法。
6. 以下の特徴：
   ａ）装置が第１および第２室（５０、５２）を有する、
   ｂ）第１および第２室（５０、５２）が互いに間隔を置いて１つの共通のシステム軸（５３）上に配置される、
   ｃ）第１および第２室（５０、５２）がこれらの室（５０、５２）に通じている容器（２）の自由端を収容するための第１もしくは第２の開口（５６、５７）を備えており、第１および第２室（５０、５２）がこれらの間に配置された容器（２）において専らこの容器自体を介して流体的に互いに接続される、
   ｄ）第１室（５０）は洗流ガス（Ｇ）のための導入管（６６）に、第２室（５２）はその排出管（６９）に接続される、
   ｅ）導入管（６６）および排出管（６９）は室（５０、５２）外にあるバイパス管（１３８）を介して１つの閉鎖ガス循環路が形成されるように互いに接続され、このガス循環路内にある加熱ガス（Ｈ）を循環および加熱するためのポンプ（１４０）および加熱装置（１４２）がガス循環路内に配置される、
   ｆ）ガス循環路内に第２室からバイパス管（１３８）に流入する加熱ガス（Ｈ）の絶対湿度量を検出するための測定装置が配置される、
   ｇ）各室（５０、５２）が容器（２）を閉鎖するための手段を有する、
   を有する、容器（２）内に燃料棒（２０）または燃料棒部分をカプセル化するための装置。
7. 第１および第２室（５０、５２）がシステム軸（５３）に沿って接続管（１００）を介して互いに固定的に接続され、容器（２）の自由端が接続管（１００）を突出するように容器（２）が接続管に装入される請求項６記載の装置。
8. 容器（２）と接続管（１００）の間に少なくとも１つのパッキン材（１１６）が配置され、このパッキン材が室（５０、５２）を専ら容器（２）を介して流体的に互いに接続するように調整可能にされる請求項７記載の装置。
9. 接続管（１００）の両端に可調整パッキン材（１１６）が配置され、容器（２）と接続管（１００）の間に円筒状の空隙（１１８）が形成され、この空隙が室（５０、５２）に対して流体密に閉鎖される請求項８記載の装置。
10. 以下の特徴：
    ａ）多数の格子状のスペーサを有するカプセルケース（２２２）、
    ｂ）カプセルケース（２２２）を流体密に閉鎖するためのフード（２３４）、
    ｃ）カプセルケース（２２２）内にある水を吸引するためフード（２３４）およびこのフード（２３４）内を移動可能に支承された蓋（２３０）を貫通する吸引ランス（２３２）、
    ｄ）フード（２３４）が洗流ガス（Ｇ）および加熱ガス（Ｈ）のための導入口（６６）および排出口（６９）を有する、
    ｅ）排出口に容器（２）から出る加熱ガス（Ｈ）の絶対湿度量（Ｘ）を測定するための測定装置が配置される、
    ｆ）フード（２３４）内に、前記蓋（２３０）を前記カプセルケース（２２２）上に載置し、かつ前記蓋（２３０）を前記カプセルケース（２２２）と溶接するための手段が配置される、
    を有する、それぞれ燃料棒（２０）または燃料棒部分を内部にカプセル化した多数の容器（２）を流体密に貯蔵するための装置。

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