JP2019060615A - キャスク用緩衝体及びそれを用いたキャスク - Google Patents

Abstract

【課題】緩衝体の外形寸法を大きくすることなく、緩衝体内部のリブ構造により、緩衝体が吸収可能なエネルギー量を大きくすることのできる、キャスク用緩衝体を提供する。【解決手段】水平落下時の衝撃を効果的に吸収できる特性をもつ水平方向衝撃吸収部材１３と、垂直落下時の衝撃を効果的に吸収できる特性をもつ垂直方向衝撃吸収部材１４と、水平方向衝撃吸収部材１３と垂直方向衝撃吸収部材１４に上面側から被さるように配置される可動リブ構造１０１と、水平方向衝撃吸収部材１３と垂直方向衝撃吸収部材１４に下面側から被さるように配置される可動リブ構造１０２を備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、原子炉の炉心から発生する使用済燃料等の放射性物質を収納するキャスクに関する。

原子力発電所から発生する使用済燃料は、まず原子力発電所内に設けられた冷却プールで、放射線量が一定レベル以下に低下するまで保管される。冷却プールの容量には上限があるため、その後、遮へい機能および密封機能を有するキャスクに収められ、燃料処理施設等に輸送される。キャスクは放射性物資を内包する重量物であり、輸送時および取扱い時の万一の落下時おいても、所定の遮へい機能および密封機能を有することが義務付けられている。落下の例として、キャスク中心軸が垂直になる姿勢で落下する垂直落下（以下、単に垂直落下という）、キャスク中心軸が水平になる姿勢で落下する水平落下（以下、単に水平落下という）、そしてキャスク中心軸がある角度をもつ姿勢で落下するコーナー落下（以下、単にコーナー落下という）等があり、輸送時および取扱い時には、キャスクの上下端にキャスク用緩衝体を取り付け、衝撃を緩和させる対応がとられている。

ところで、キャスク用緩衝体は、遮へい機能および密封機能を維持するために、落下時の衝撃を限られた変形量内で効率的に吸収しきることが要求される。そのため衝撃を吸収する材料（衝撃吸収部材）としては、木材や発泡材料などの比重が小さく、衝撃吸収能力が大きい材料を採用し、配置や方向を調整することで効果的に衝撃を吸収できる構造が適用されている。

例えば、特許文献１に開示されているようにキャスク用緩衝体では、前記した水平落下による荷重、垂直落下による荷重およびコーナー落下による荷重を分担して吸収する衝撃吸収部材をそれぞれ配置することが提案されている。このキャスク用緩衝体では、垂直落下による荷重を吸収する衝撃吸収部材が、キャスク端面部に接する内周側領域において強度を有する方向を軸方向に向けて配置され、また、水平落下による荷重を吸収する衝撃吸収部材が、キャスク側面に接する領域において強度を有する方向を半径方向に向けて配置され、さらに、コーナー落下による荷重を吸収する衝撃吸収部材が、キャスク端面部に接する外周側領域において強度を有する方向を半径方向に向けて配置されている。このようなキャスク用緩衝体によれば、前記したような衝撃吸収部材の配置によって、キャスクの落下時における様々な姿勢の衝撃を適度に吸収することが可能である。

特開2004-309235号公報

前述のように、キャスク用緩衝体は、キャスク落下時の衝撃を限られた変形量内で効率的に吸収しきる必要があり、現在製造されているキャスク用緩衝体は、垂直落下、水平落下、コーナー落下の各落下条件で、キャスクの遮へい機能および密封機能が維持されるように構造設計されている。一方で、今後、より衝突速度の速い落下事象を考慮する場合を想定した場合、より吸収可能なエネルギー量が大きいキャスク用緩衝体の構造設計が必要となる。

上記の解決手段として、キャスクの遮へい機能および密封機能を維持するために、キャスク落下時に緩衝体が吸収可能なエネルギー量を大きくする、キャスクをより強固な構造にする等の構造変更が挙げられる。しかしながら、キャスクは、輸送する際の機器の制約上、最大外形寸法が定められており、前記のように緩衝体の領域を大きくしたり、キャスクをより強固な構造にしたりすると、その分、燃料収納領域が減少してしまい、燃料収納効率が低下してしまう。このため、緩衝体の領域を変化させることなく衝撃吸収能力を向上させる手法が必要となる。

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、緩衝体の外形寸法を大きくすることなく、緩衝体内部のリブ構造により、緩衝体が吸収可能なエネルギー量を大きくすることのできる、キャスク用緩衝体を提供することにある。

上記課題を解決するため、本願発明は、略円柱形状をなすキャスクの蓋部と底部周り外装されるキャスク用緩衝体であって、緩衝体の内部構造として、緩衝体外殻に固定されていない可動リブ構造を備えることを特徴とする。

本発明によれば、緩衝体内部の半径方向に渡って配置される可動リブ構造は、衝撃吸収材よりも圧縮剛性が高くなるように構成したので、水平落下や傾斜落下時に緩衝体の衝突部に作用する衝撃を、衝突部と反対側に伝達することができる。これにより、衝突部側の衝撃吸収材が圧潰すると同時に、衝突部と反対側の衝撃吸収部も圧潰するため、一つの緩衝体で吸収可能なエネルギー量を大きくすることができる。すなわち、より衝突速度の速い条件でも衝撃エネルギーを吸収しきることができ、また、同じ落下速度でも緩衝体外形寸法を従来よりも小さくすることが可能である。

キャスク用緩衝体をキャスク本体に設置した状態の模式断面図である。 実施例１におけるキャスク用緩衝体の模式断面図である。 実施例１におけるキャスク用緩衝体の緩衝体外殻を外した状態の上面模式図である。 実施例１におけるキャスク用緩衝体の圧潰挙動を示す模式断面図である。 実施例２におけるキャスク用緩衝体の模式断面図である。 実施例２におけるキャスク用緩衝体の緩衝体外殻を外した状態の上面模式図である。 実施例２におけるキャスク用緩衝体の圧潰挙動を示す模式断面図である。

以下、本発明のキャスク用緩衝体の実施の形態を説明する。まず、図１を用いて、キャスク本体へのキャスク用緩衝体の設置の形態を説明する。なお、本発明のキャスク用緩衝体は特定の使用済燃料用キャスクに限定するものではない。

図１に示すように、本発明のキャスク用緩衝体１０は、主に胴体１と蓋部２と底部３とトラニオン４から構成されるキャスクの、蓋部２と底部３周りを覆うように外装されるものである。キャスク用緩衝体１０は、主に緩衝体外殻１１と、内部の衝撃吸収部材１２から構成され、衝撃吸収部材１２の配置、材料を適切に配置することで、輸送時および取扱い時の万一の落下時にキャスクに作用する衝撃を緩和するものである。キャスク用緩衝体１０は、蓋部２を覆うように外装されるものであるが、底部３を覆うように外装されるキャスク用緩衝体２０も同様の構成である。

以下、本発明の構造について、キャスク用緩衝体１０を例にとって説明するが、キャスク用緩衝体２０に対しても同様に適用可能である。

キャスク用緩衝体の実施例１の構成を図２乃至図４を用いて説明する。図２は実施例１におけるキャスク用緩衝体の模式断面図である。図３は実施例１におけるキャスク用緩衝体の緩衝体外殻を外した状態の上面模式図である。図４は実施例１におけるキャスク用緩衝体の挙動を示す模式図である。

図２に示すように、本実施例のキャスク用緩衝体１０は、主に緩衝体外殻１１と、水平落下時の衝撃を効果的に吸収できる特性をもつ水平方向衝撃吸収部材１３と、垂直落下時の衝撃を効果的に吸収できる特性をもつ垂直方向衝撃吸収部材１４と、水平方向衝撃吸収部材１３と垂直方向衝撃吸収部材１４に上面側から被さるように配置される可動リブ構造１０１と、水平方向衝撃吸収部材１３と垂直方向衝撃吸収部材１４に下面側から被さるように配置される可動リブ構造１０２から構成される。可動リブ構造１０１と１０２は、側面から見たときにコの字状になる構造であり、緩衝体外殻１１に非固定であるとともに、キャスクの水平落下時に可動リブ構造１０１と１０２の長手方向が座屈しない程度に剛な構造を採用する。可動リブ構造１０１と１０２の材質としては、高強度の金属材料や、一方向に強い強度を有する、繊維強化複合材料などがある。以下、キャスクは図２中の矢印の方向に落下し、図中下側に位置する緩衝体の部位から圧潰するものとして説明する。

可動リブ構造１０１は、上部に位置する水平方向衝撃吸収部材１３の上面側と、垂直方向衝撃吸収部材１４の下面側を挟み込むように配置されており、一方で、可動リブ構造１０２は、垂直方向衝撃吸収部材１４の上面側と、衝突位置と垂直方向衝撃吸収部材１４の下面側を挟み込むように配置されている。これにより、可動リブ構造１０１と１０２は水平方向衝撃吸収部材１３が落下方向に圧潰するのに合わせて、上下に可動することができる。

図４に示すように、本実施例のキャスク用緩衝体１０が、図中の矢印の方向に水平落下し、衝突面３０に衝突したことを想定する。この場合、衝突面側に位置する水平方向衝撃吸収部材１３が圧潰するが、可動リブ構造１０２の長手方向の剛性が高いため、衝突面側とは反対に位置する水平方向衝撃吸収部材１３にも衝撃が伝達される。これより、水平落下時に衝突面側の水平方向衝撃吸収部材１３が圧潰すると同時に、衝突面と反対側の水平方向衝撃吸収部材１３も圧潰するため、片側のみ圧潰する場合と比較して吸収可能なエネルギー量を大きくすることができる。

キャスク用緩衝体の実施例２の構成を図５乃至図７を用いて説明する。図５は実施例２におけるキャスク用緩衝体の模式断面図である。図６は実施例２におけるキャスク用緩衝体の緩衝体外殻を外した状態の上面模式図である。図７は実施例２におけるキャスク用緩衝体の挙動を示す模式図である。

図５に示すように、本実施例でのキャスク用緩衝体１０は、主に緩衝体外殻１１と、垂直落下時の衝撃を効果的に吸収できる特性をもつ垂直方向衝撃吸収部材１４と、水平落下時の衝撃を効果的に吸収できる特性をもつ衝撃吸収材のうち、外周側に位置する外周側衝撃吸収部材１５と、内周側に位置する内周側衝撃吸収部材１６と、円筒形状の可動リブ構造１０３から構成される。可動リブ構造１０３は、緩衝体外殻１１に非固定であるとともに、キャスクの水平落下時に円筒の半径方向に座屈しない程度に剛な構造を採用する。可動リブ構造１０３の材質としては、一方向に強い強度を有する繊維強化複合材料などがあり、繊維方向を円筒の周方向と一致させることで、半径方向の圧縮強度を高められる。以下、キャスクは図５中の矢印の方向に落下し、図中下側に位置する緩衝体の部位から圧潰するものとして説明する。

図６に示すように、可動リブ構造１０３は、外周側衝撃吸収部材１５と内周側衝撃吸収部材１６の間に位置するように配置されており、外周側衝撃吸収部材１５と内周側衝撃吸収部材１６が圧潰するのに合わせて、可動することができる。また、軸対象の構造となるため、どの方向から落下した場合にも同様に可動できる。

図７に示すように、本実施例のキャスク用緩衝体１０が、図中の矢印の方向に水平落下し、衝突面３０に衝突したことを想定する。この場合、外周側衝撃吸収部材１５と内周側衝撃吸収部材１６が圧潰するが、可動リブ構造１０３によって衝突面側とは反対に位置する外周側衝撃吸収部材１５にも衝撃が伝達される。これより、水平落下時に衝突面側の外周側衝撃吸収部材１５と内周側衝撃吸収部材１６が圧潰すると同時に、衝突面と反対側の外周側衝撃吸収部材１５も圧潰するため、片側のみ圧潰する場合と比較して吸収可能なエネルギー量を大きくすることができる。

なお、本発明は上述した第１乃至第２の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１：胴体
２：蓋部
３：底部
４：トラニオン
１０、２０：キャスク用緩衝体
１１：緩衝体外殻
１２：衝撃吸収部材
１３：水平方向衝撃吸収部材
１４：垂直方向衝撃吸収部材
１５：外周側衝撃吸収部材
１６：内周側衝撃吸収部材
３０：衝突面
１０１、１０２、１０３：可動リブ構造

Claims (8)

1. キャスクの蓋側と底側に設置される緩衝体であって、
   前記緩衝体は外殻と、
   前記外殻の内部に設けられた衝撃吸収部材と、
   前記外殻に固定されていない可動リブを備える
   ことを特徴とするキャスク用緩衝体。
2. 請求項１に記載のキャスク用緩衝体において、
   前記可動リブはコの字状である
   ことを特徴とするキャスク用緩衝体。
3. 請求項１に記載のキャスク用緩衝体において、
   前記可動リブは円筒状である
   ことを特徴とするキャスク用緩衝体。
4. 請求項２に記載のキャスク用緩衝体において、
   前記衝撃吸収部材は、円筒状の第１衝撃吸収部材と、前記第１衝撃吸収部材を取り囲むように設けられた円筒状の第２衝撃吸収部材であって、
   前記可動リブの一端は、前記第１衝撃吸収部材と前記第２衝撃吸収部材との間に設けられる
   ことを特徴とするキャスク用緩衝体。
5. 請求項４に記載のキャスク用緩衝体において、
   前記可動リブの他端は、前記第２衝撃吸収部材の外部に設けられる
   ことを特徴とするキャスク用緩衝体。
6. 請求項２に記載のキャスク用緩衝体において、
   前記可動リブを複数備え、
   前記衝撃吸収部材の上面側から被さるように配置される可動リブと、衝撃吸収部材の下面側から被さるように配置される可動リブを有する
   ことを特徴とするキャスク用緩衝体。
7. 請求項３に記載のキャスク用緩衝体において、
   前記衝撃吸収部材は円筒状の第１衝撃吸収部材と、前記第１衝撃吸収部材を取り囲むように設けられた円筒状の第２衝撃吸収部材であって、
   前記可動リブは、前記第１衝撃吸収部材と前記第２衝撃吸収部材との間に設けられる
   ことを特徴とするキャスク用緩衝体。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載したキャスク用緩衝体を用いて構成したキャスク。

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