JP2020067287A

JP2020067287A - 使用済燃料収納容器

Info

Publication number: JP2020067287A
Application number: JP2018198172A
Authority: JP
Inventors: 瑠々松尾; Ruru Matsuo; 仁清水; Hitoshi Shimizu
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2020-04-30

Abstract

【課題】放射性物質の閉じ込め機能と使用済燃料の冷却性能を低下させることなく、２つの蓋の間のガスの温度計測の精度を向上できる使用済燃料収納容器を提供する。【解決手段】本発明による使用済燃料収納容器１は、開口部を有する金属製容器２と、開口部に設けられ、開口部を塞いだ第１の蓋３ａと、開口部に設けられ、第１の蓋３ａの内側で開口部を塞いだ第２の蓋３ｂと、第１の蓋３ａの外面部に設けられ、第１の蓋３ａの温度を計測する温度検出器４と、第１の蓋３ａの外面部に設けられ、温度検出器４を覆う断熱部材６とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、使用済燃料を収納する使用済燃料収納容器に関する。

原子力発電所で発生する使用済燃料は、金属製の密封容器である使用済燃料収納容器に収納された状態で貯蔵施設にて保管される。特許文献１には、従来の使用済燃料収納容器の例として、使用済核燃料が収納された容器本体と容器本体を収納するコンクリートキャスクとを備える使用済核燃料貯蔵容器が記載されている。

使用済燃料収納容器は、開口部を有する金属製容器と、金属製容器の開口部に設けられた２つの蓋とを備え、金属製容器の内部に使用済燃料を収納し、２つの蓋により金属製容器を密閉する。２つの蓋の間の空間には、ガス（例えば、ヘリウムガス）が充填されている。使用済燃料収納容器では、使用済燃料に含まれる放射性物質が閉じ込められていることを監視する必要がある。放射性物質の使用済燃料収納容器への閉じ込めは、２つの蓋の間のガスの圧力を計測し、その圧力が正圧であることによって確認する。ガスの漏洩量から、貯蔵容器の閉じ込め性能が設計どおりになっていることを確認し、貯蔵容器の閉じ込め性能について監視することができる。ガスの漏洩量は、２つの蓋間のガス圧力を圧力検出器で計測し、その計測をある期間を置いて２回行い、計測値の差分を２回の計測間の期間で除することで算出できる。例えば、特許文献１では、２つの蓋のうち外側に設置される応力ゲージによって、２つの蓋の間の圧力変動で生じる応力（歪）変化を検知し、閉じ込め機能を監視する。このとき、２つの蓋の間のガスの圧力は、ガスの温度によって変動する。このため、蓋間のガスの圧力を正確に計測するには、蓋間のガスの温度を精度良く計測することが重要である。

特許文献２には、蓋間のガスの温度を計測できるキャスク用モニタリング装置が記載されている。特許文献２に記載の装置では、温度を測定するための光ファイバを収納した金属管が、キャスクの外部から一方の蓋（二次蓋）を貫通して蓋間の空間に入り、再び二次蓋を貫通してキャスクの外部に出ている。

特開２００２−１１６２９４号公報特開２００２−０４８８９８号公報

特許文献２に記載の装置では、二次蓋は、金属管が貫通する貫通部を少なくとも２つ有する。この貫通部は、二次蓋が有する放射性物質の閉じ込め機能を低下させる可能性がある。また、例えば、二次蓋や金属管に荷重が作用して貫通部に破損が生じた場合には、蓋間のガスが放出され、蓋間のガスの圧力を正確に計測できなくなる可能性もある。

本発明は、放射性物質の閉じ込め機能と使用済燃料の冷却性能を低下させることなく、２つの蓋の間のガスの温度計測の精度を向上できる使用済燃料収納容器を提供することを目的とする。

本発明による使用済燃料収納容器は、開口部を有する金属製容器と、前記開口部に設けられ、前記開口部を塞いだ第１の蓋と、前記開口部に設けられ、前記第１の蓋の内側で前記開口部を塞いだ第２の蓋と、前記第１の蓋の外面部に設けられ、前記第１の蓋の温度を計測する温度検出器と、前記第１の蓋の外面部に設けられ、前記温度検出器を覆う断熱部材とを備える。

本発明によれば、放射性物質の閉じ込め機能と使用済燃料の冷却性能を低下させることなく、２つの蓋の間のガスの温度計測の精度を向上できる使用済燃料収納容器を提供することができる。

本発明の実施例１による使用済燃料収納容器の斜視図。本発明の実施例１による使用済燃料収納容器の、蓋とその周辺を示す縦断面図。本発明の実施例２による使用済燃料収納容器の、蓋とその周辺を示す縦断面図。

本発明による使用済燃料収納容器は、使用済燃料を収納する金属製容器の開口部に設けられた２つの蓋のうち、外側の蓋の外面部に温度検出器を備える。温度検出器は、外側の蓋の外面部に設けられた、熱抵抗の大きい部材である断熱部材で覆われている。温度検出器は、外側の蓋の温度を計測することで、２つの蓋の間の空間のガスの温度を間接的に計測する。

本発明による使用済燃料収納容器では、使用済燃料収納容器の周囲の温度の変動が温度検出器に与える影響を断熱部材が低減するので、２つの蓋の間のガスの温度計測の精度を向上できる。さらに、本発明による使用済燃料収納容器は、信号線などが貫通する孔部を２つの蓋が有さないので、放射性物質の閉じ込め機能が低下せず、断熱部材が温度検出器の周囲だけを覆うので、使用済燃料の冷却性能が低下しない。

以下、本発明の実施例による使用済燃料収納容器について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例１による使用済燃料収納容器１の斜視図である。使用済燃料収納容器１は、開口部を有する金属製容器２と、金属製容器２の開口部に設けられた２つの蓋３を備え、金属製容器２に収納した使用済燃料に含まれている放射性物質を閉じ込める機能を有する。蓋３は、金属製容器２と同様に、金属製である。

金属製容器２は、使用済燃料を内部に収納する。金属製容器２の形状は任意であるが、円筒形が多く用いられている。

２つの蓋３は、外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂからなり、外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂにより金属製容器２を密閉する。金属製容器２の開口部を塞いだ外側の蓋３ａの内側に、金属製容器２の開口部を塞いだ内側の蓋３ｂが配置される。外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂの間の空間には、ガス（例えば、ヘリウムガス）が充填されている。後述するように、外側の蓋３ａには、断熱部材６が設けられる。

図２は、本実施例による使用済燃料収納容器１の縦断面図であり、蓋３とその周辺を示す図である。上述したように、金属製容器２の開口部に設けられた蓋３は、外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂからなり、外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂの間の空間８には、ガスが充填されている。

使用済燃料収納容器１は、外側の蓋３ａの外面に温度検出器４を備える。温度検出器４は、例えば熱電対であり、外側の蓋３ａの外面に設置され、外側の蓋３ａの温度を計測する。温度検出器４は、外側の蓋３ａの温度を計測することで、外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂの間の空間８のガスの温度を間接的に計測する。ガスの温度は、温度検出器４が計測した外側の蓋３ａの温度と、外側の蓋３ａの熱伝導率と熱拡散率と、温度検出器４と空間８との距離（外側の蓋３ａの厚さ）を用いて求めることができる。

温度検出器４には、信号線５が接続されている。信号線５は、温度検出器４が計測した温度を表示したり記録したりする温度計測装置７に接続されている。温度計測装置７は、例えばコンピュータで構成することができる。温度計測装置７は、温度検出器４が計測した外側の蓋３ａの温度と、外側の蓋３ａの熱伝導率と熱拡散率と、温度検出器４と空間８との距離（外側の蓋３ａの厚さ）と、例えば定常周期熱伝導の式を用いて、外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂの間の空間８のガスの温度を求めることができる。

使用済燃料収納容器１は、外側の蓋３ａの外面に、温度検出器４を覆う断熱部材６を備える。断熱部材６は、外側の蓋３ａの温度検出器４が設置された領域（温度検出器４の周囲の領域）を覆うことで、温度検出器４を覆う。温度検出器４は、外側の蓋３ａに接する部分以外の部分が断熱部材６に覆われる。断熱部材６には、熱伝導率が小さい任意の部材を使用でき、既存の断熱材を用いることができる。断熱部材６は、使用済燃料収納容器１の周囲の環境が温度検出器４に与える影響を低減する。

温度検出器４は、外側の蓋３ａの外周部（水平方向で中心より外側の位置）に設置することが望ましい。外側の蓋３ａの内周部に設置する場合と比較し、外側の蓋３ａの外周部に設置する場合の方が、保守・交換作業の利便性が高い。

温度検出器４は、断熱部材６に覆われているので、使用済燃料収納容器１の周囲の温度変化の影響を受けにくい。このため、温度検出器４は、外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂの間の空間８のガスの温度計測の精度を向上できる。

なお、断熱部材６は、信号線５が貫通する孔部１０を備えるが、この孔部１０の大きさは、信号線５が断熱部材６を貫通するのに必要な最小の大きさにするのが好ましい。孔部１０の大きさがこのようであると、孔部１０による断熱部材６の断熱性能の低下を防止できる。

外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂは、孔部（例えば、温度検出器４が貫通する孔部や信号線５が貫通する孔部）を有さないので、使用済燃料収納容器１の放射性物質の閉じ込め機能を低下させることはない。

使用済燃料収納容器１は、金属製容器２の内部に収納した使用済燃料を使用済燃料収納容器１の表面からの自然放熱によって冷却することが求められる。断熱部材６は、外側の蓋３ａの温度検出器４が設置された領域（温度検出器４の周囲の領域）だけを覆うので、外側の蓋３ａと金属製容器２の表面からの自然放熱をほとんど妨げない。すなわち、使用済燃料収納容器１は、収納した使用済燃料の冷却性能を低下させることがない。

使用済燃料収納容器１は、温度検出器４が外側の蓋３ａの外面部に設けられるので、点検や交換などのために温度検出器４を使用済燃料収納容器１から取り出すのが容易であるという利点も備える。

本発明の実施例２による使用済燃料収納容器１を説明する。以下では、本実施例による使用済燃料収納容器１について、実施例１による使用済燃料収納容器１と異なる点を主に説明する。

図３は、本実施例による使用済燃料収納容器１の縦断面図であり、蓋３とその周辺を示す図である。図３において、図２と同一の符号は、実施例１と同一のまたは対応する構成要素を示し、これらの構成要素については説明を省略する。

使用済燃料収納容器１は、外側の蓋３ａの外面部に温度検出器４を備える。外側の蓋３ａは、外面部に凹部９を備える。凹部９は、外側の蓋３ａの外面から、内側の蓋３ｂに向かって凹んでいる。温度検出器４と断熱部材６は、凹部９の内部に設置される。温度検出器４は、凹部９の底部で外側の蓋３ａの外面に設置され、外側の蓋３ａの温度を計測する。断熱部材６は、凹部９の側面部と凹部９の開口部とに設置され、外側の蓋３ａの温度検出器４が設置された領域（温度検出器４の周囲の領域）を覆うことで、温度検出器４を覆う。温度検出器４は、外側の蓋３ａに接する部分以外の部分が断熱部材６に覆われる。

温度計測装置７は、温度検出器４が計測した外側の蓋３ａの温度と、外側の蓋３ａの熱伝導率と熱拡散率と、温度検出器４と空間８との距離（外側の蓋３ａの、凹部９での厚さ）と、例えば定常周期熱伝導の式を用いて、外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂの間の空間８のガスの温度を求めることができる。

本実施例では、温度検出器４は、凹部９の内部に位置し、外側の蓋３ａと内側の蓋３ｂの間の空間８との距離が実施例１における温度検出器４と空間８との距離よりも短いので、空間８のガスの温度計測の精度を向上できる。また、断熱部材６が凹部９の内部で温度検出器４を覆うので、温度検出器４は、使用済燃料収納容器１の周囲の環境からの影響をさらに受けずに、ガスの温度計測の精度を向上できる。また、使用済燃料収納容器１は、外側の蓋３ａから外部に向かって突出する部分がないので、運搬時や保管時の取り扱いが容易である。

使用済燃料収納容器１が空間８のガスの圧力を計測する圧力検出器を備える場合には、使用済燃料収納容器１は、圧力検出器も凹部９の内部に備えることができる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１…使用済燃料収納容器、２…金属製容器、３…蓋、３ａ…外側の蓋、３ｂ…内側の蓋、４…温度検出器、５…信号線、６…断熱部材、７…温度計測装置、８…蓋間の空間、９…凹部。

Claims

開口部を有する金属製容器と、
前記開口部に設けられ、前記開口部を塞いだ第１の蓋と、
前記開口部に設けられ、前記第１の蓋の内側で前記開口部を塞いだ第２の蓋と、
前記第１の蓋の外面部に設けられ、前記第１の蓋の温度を計測する温度検出器と、
前記第１の蓋の外面部に設けられ、前記温度検出器を覆う断熱部材と、
を備える、
ことを特徴とする使用済燃料収納容器。
前記第１の蓋は、外面部に凹部を備え、
前記温度検出器は、前記凹部の内部に設置され、
前記断熱部材は、前記凹部の側面部と前記凹部の開口部とに設置されて前記温度検出器を覆う、
請求項１に記載の使用済燃料収納容器。
前記温度検出器は、温度計測装置に接続され、
前記第１の蓋と前記第２の蓋の間の空間には、ガスが充填されており、
前記温度計測装置は、前記温度検出器が計測した前記第１の蓋の温度を用いて、前記ガスの温度を求める、
請求項１または２に記載の使用済燃料収納容器。
前記温度検出器は、前記第１の蓋の外周部に設置される、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の使用済燃料収納容器。