JP2023056346A - 架台 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023056346000001
【課題】十分な強度を確保しながら、設置される床面の温度上昇を抑制可能な架台を提供する。
【解決手段】放射性物質収納容器を支持するための架台であって、面内方向に沿った第1熱伝導率が面外方向に沿った第2熱伝導率と異なる少なくとも1つの異方性伝熱材が、表面のうち少なくとも一部に設けられる。
【選択図】図3

Description

本開示は、例えば放射性物質収納容器を支持するための架台に関する。
原子力発電プラントの原子炉などで発生した放射性物質を収納するための放射性物質収納容器が知られている。放射性物質を収納した放射性物質収納容器は、貯蔵設備の建屋床面上に、縦置又は横置の姿勢で架台によって支持されて貯蔵される(例えば特許文献1には縦置の姿勢で放射性物質収納容器を支持可能な架台を開示し、特許文献2は横置の姿勢で放射性物質収納容器を支持可能な架台を開示している)。
特開2014-66524号公報 特開2015-87324号公報
前述のように架台によって支持される放射性物質収納容器では、内部に収納された放射性物質からの崩壊熱が、架台を介して建屋床面に伝達されることで、建屋床面のうち架台と接触する位置に温度上昇が生じる。建屋床面は例えばコンクリート等の材料によって構成され、基準温度が設定されているため、架台を介して伝達される崩壊熱による温度上昇を抑える必要がある。このような温度上昇を抑えるための手段として、例えば、建屋床面に接触する架台の面上に切り欠きを設けることで架台と建屋床面との接地面積を減らすことが考えられるが、切り欠きを設けることによって加工工数が増大したり、強度確保が過大になる。
本開示の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、十分な強度を確保しながら、設置される床面の温度上昇を抑制可能な架台を提供することを目的とする。
一実施形態に係る架台は、上記課題を解決するために、
放射性物質収納容器を支持するための架台であって、
面内方向に沿った第1熱伝導率が面外方向に沿った第2熱伝導率と異なる少なくとも1つの異方性伝熱材が、表面のうち少なくとも一部に設けられる。
本開示の少なくとも一実施形態によれば、十分な強度を確保しながら、設置される床面の温度上昇を抑制可能な架台を提供できる。
一実施形態に係る放射性物質収納容器の縦断面図である。 図1のA-A線断面図である。 一実施形態に係る縦置型の架台を放射性物質収納容器とともに上方側から示す斜視図である。 図3の架台を放射性物質収納容器とともに下方側から示す斜視図である。 図4の変形例である。 図4の変形例である。 図4の変形例である。 図4の変形例である。 図4の変形例である。 図4の変形例である。 一実施形態に係る横置型の架台を放射性物質収納容器とともに下方側から示す斜視図である。 図11の変形例である。 図11の変形例である。 図11の変形例である。
以下、添付図面を参照して幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
<放射性物質収納容器>
図1は一実施形態に係る放射性物質収納容器200の縦断面図であり、図2は図1のA-A線断面図である。
放射性物質収納容器200は、放射性物質(例えば、使用済燃料集合体)を収納可能な本体胴210を有する。本体胴210は、上部に開口部212を有するとともに、下部に底部(閉塞部)214が形成された有底円筒形状を有する。本体胴210は、γ線遮蔽機能を有する炭素鋼製、合金鋼製の鍛造品で形成されるが、ステンレス鋼を用いてもよいし、球状黒鉛鋳鉄や炭素鋼鋳鋼などの鋳造品を用いてもよい。
本体胴210の内部に設けられたキャビティ216には、バスケット218が配置されている。バスケット218は、図2に示されるように、板状部材を格子状に組み合わせることにより、複数の放射性物質を個々に収納するための複数のセルである放射性物質収納部218Aを区画形成している。
尚、キャビティ216の内周面とバスケット218の外周との間に生じた隙間には、熱伝達が可能な中空のスペーサ(不図示)が配置されている。
本体胴210の開口部212は、そのフランジ面に蓋部219が取り付けられることにより閉塞されている。蓋部219は、γ線を遮蔽するステンレス鋼又は炭素鋼からなる円盤形状を有しており、その内部にはレジン(中性子遮蔽体)が封入されていてもよい。
蓋部219は、例えばステンレス鋼製又は炭素鋼製のボルト(不図示)によって本体胴210の上端部に着脱自在に取付けられている。この場合、蓋部219と本体胴210との間には、それぞれ不図示の金属ガスケットが介装され、内部の密封性が確保されている。
本体胴210の外周側には所定の隙間を介して外筒220が配設されている。本体胴210の外周面と外筒220の内周面との間には、図2に示されるように、熱伝達を行うための銅製の伝熱フィン222が所定間隔をおいて複数設けられている。そして本体胴210、外筒220及び伝熱フィン222によって区画された空間には、水素を多く含有する高分子材料であって中性子遮蔽機能を有するボロン又はボロン化合物を含有するレジン(中性子遮蔽体)224が流動状態で不図示のホース等を介して注入され、固化されている。
また本体胴210には、外部に向けて突出するように形成されたトラニオン230が設けられている。トラニオン230は、本体胴210の外周に固定されており、外筒220を貫通して外側に至るまで突出するように設けられている。各トラニオン230の先端は、搬送時に用いられるクレーン等の搬送装置と係合可能な形状を有している。このようなトラニオン230は、蓋部219側の相反する方向に突出する2箇所に設けられるとともに、底部214側の相反する方向に突出する2箇所にそれぞれ設けられている。
尚、トラニオン230は、蓋部219側に周方向に沿って略90度ピッチ間隔の4箇所に設けられていてもよく、底部214側も同様に周方向に沿って略90度ピッチ間隔の4箇所にそれぞれ設けられていてもよい。
<架台(縦置型)>
続いて上記構成を有する放射性物質収納容器200を支持するための架台100について説明する。ここではまず架台100のうち、放射性物質収納容器200を縦置姿勢(中心軸が鉛直方向に沿った姿勢)で支持可能な架台100について述べる。図3は一実施形態に係る縦置型の架台100を放射性物質収納容器200とともに上方側から示す斜視図であり、図4は図3の架台100を放射性物質収納容器200とともに下方側から示す斜視図である。
尚、図3及び図4では、説明をわかりやすくするために前述の放射性物質収納容器200を簡略化した円筒形状として示している。
架台100は、床面(不図示)上に載置された状態で、縦置姿勢にある放射性物質収納容器200を下方から支持する。具体的には、架台100は、床面に設置された際に、床面と略平行な上面104及び下面106を有する。
架台100の上面104は、放射性物質収納容器200を支持するための支持部108が設けられる。支持部108は、縦置姿勢にある放射性物質収納容器200の底部214に対応するように凹状に形成されており、底部214が嵌め込まれることにより、放射性物質収納容器200を安定的に支持するように構成される。
架台100の下面106は、床面102に接触する略平面形状を有するが、本実施形態では、凹状に切り欠かれた複数の溝部110が形成される。各溝部110は、下面106の表面に沿って平行に延在し、互いに所定間隔で設けられており、冷却風が導入されることにより、下面106からの放熱を促進する機能を有する。
尚、本実施形態では略矩形状の溝部110が例示されているが、他の形状でもよい。
架台100の少なくとも一部には、異方性伝熱材112が設けられる。異方性伝熱材112は面内方向に沿った第1熱伝導率σ1が面外方向に沿った第2熱伝導率σ2と異なる伝熱材であり、例えばグラフェンが所定方向に沿って積層されたグラフェンシートを含んで構成される。異方性伝熱材112が、架台100のうち上面104又は下面106の少なくとも一方に設けられる(図3及び図4では、ハッチングで示すように、上面104及び下面106の両方に異方性伝熱材112が設けられた場合が一例として示されている)。これにより、放射性物質収納容器200から伝達された熱量は、異方性伝熱材112によって架台100の広い範囲にわたって分散されることで周囲への放熱が促進され、架台100が設置される床面102に伝達される熱量を抑えることができる。
異方性伝熱材112は、上面104を少なくとも部分的に覆い、第1熱伝導率σ1が第2熱伝導率σ2より大きい第1異方性伝熱材112aを含んでもよい。これにより、放射性物質収納容器200から伝達された崩壊熱は、架台100の上面104に設けられた第1異方性伝熱材112aによって面内方向に沿って架台100の広い範囲に分散される。
第1異方性伝熱材112aは、架台100を上方から見た場合に、支持部108から周囲に広がるように設けられる。本実施形態では、図3に示すように、第1異方性伝熱材112は支持部108から上面104の縁部に至るまで延在する。これにより、放射性物質収納容器200に接触する支持部108から周囲に向けて熱伝導が行われることで、放射性物質収納容器200からの崩壊熱を好適に分散できる。
尚、第1異方性伝熱材112aは、支持部108において放射性物質収納容器200の下側に至るまで延在していてもよい。
異方性伝熱材112は、下面106を少なくとも部分的に覆い、第1熱伝導率σ1が第2熱伝導率σ2より大きい第1異方性伝熱材112aを含んでもよい。これにより、放射性物質収納容器200から伝達された崩壊熱は、架台100の下面106に設けられた第1異方性伝熱材112aによって面内方向に沿って架台100の広い範囲に分散される。
本実施形態では図4に示すように、第1異方性伝熱材112aは、下面106上に形成された複数の溝部110の間に設けられる。これにより、複数の溝部110による前述の冷却効果を維持しつつ、第1異方性伝熱材112aによる熱量の分散によって、より優れた冷却効果を得ることができる。
図5~図10はそれぞれ図4の変形例である。図5に示す例では、第1異方性伝熱材112aは、複数の溝部110の間のうち中心部を通る範囲Rに限定的に設けられる。これにより、第1異方性伝熱材112aの施工範囲を抑えつつ、下面106における熱伝達を効率的に促進することができる。
また図6に示す例では、第1異方性伝熱材112aが設けられる範囲が、前述の図5に示す例に比べて更に狭くなっている。この場合、第1異方性伝熱材112aは、複数の溝部110の間のうち中心部を含む範囲R2に限定的に設けられる。これにより、第1異方性伝熱材112abの施工範囲を更に抑えつつ、下面106における熱伝達を効率的に促進することができる。
また図7に示す例では、下面106は上述のような溝部110が設けられない平面形状を有しており、その全面にわたって第1異方性伝熱材112aが設けられる。これにより、第1異方性伝熱材112aによって下面106における熱伝達を更に促進できる。
また図8及び図9に示す例では、下面106は図7と同様に平面形状を有しており、第1異方性伝熱材112aが下面106に部分的に設けられる。図8の例では、第1異方性伝熱材112aは、下面106において中心部において互いに直交する2本の帯状として設けられている。図9の例では、第1異方性伝熱材112aは、下面106において中心部に限定的に設けられている。
また図10に示す例では、架台100は、異方性伝熱材112として、架台100の側面に設けられ、第2熱伝導率σ2が第1熱伝導率σ1より大きい第2異方性伝熱材112bを含む。第2異方性伝熱材112bによって、架台の側面の少なくとも一部が覆われることにより、放射性物質収納容器200から架台100の上面104又は下面106を介して伝達された崩壊熱は、側面に設けられた第2異方性伝熱材112bによって面外方向に伝達されることで、外部への放熱が促進される。
<架台(横置型)>
続いて架台100のうち、放射性物質収納容器200を横置姿勢(中心軸が水平方向に沿った姿勢)で支持可能な架台100について述べる。図11は一実施形態に係る横置型の架台100を放射性物質収納容器200とともに下方側から示す斜視図である。
架台100は、床面(不図示)上に載置された状態で、横置姿勢にある放射性物質収納容器200を下方側から支持する。架台100は、床面に略平行な本体120と、本体120から上方に向けてそれぞれ立設される複数の支持部108を有する。また架台100の本体120は、床面に設置された際に、床面と略平行な上面104及び下面106を有する。複数の支持部108は、放射性物質収納容器200の側面から突出するように設けられたトラニオン230(図1を参照)にそれぞれ対応する位置に設けられる。
また架台100に設置された放射性物質収納容器200の両端部には、それぞれ緩衝体124が取り付けられることにより、搬送時や貯蔵時における放射性物質収納容器200の保護を行っている。
架台100の少なくとも一部には、異方性伝熱材112が設けられる。異方性伝熱材112は面内方向に沿った第1熱伝導率σ1が面外方向に沿った第2熱伝導率σ2と異なる伝熱材であり、例えばグラフェンが所定方向に沿って積層されるグラフェンシートを含んで構成される。異方性伝熱材112が、架台100の本体120のうち上面104又は下面106の少なくとも一方に設けられる(図11では、上面104及び下面106の両方に異方性伝熱材112が設けられた場合を一例として示している)。これにより、放射性物質収納容器200から伝達された熱量は、異方性伝熱材112によって架台100の広い範囲にわたって分散されることで周囲への放熱が促進され、架台100が設置される床面102に伝達される熱量を抑えることができる。
異方性伝熱材112は、上面104を少なくとも部分的に覆い、第1熱伝導率σ1が第2熱伝導率σ2より大きい第1異方性伝熱材112aを含んでもよい。これにより、放射性物質収納容器200から伝達された崩壊熱は、架台100の上面104に設けられた第1異方性伝熱材112aによって面内方向に沿って架台100の広い範囲に分散される。
第1異方性伝熱材112aは、架台100を上方から見た場合に、支持部108から周囲に広がるように設けられる。本実施形態では、第1異方性伝熱材112は各支持部108の間にわたって上面104の全面に至って設けられている。これにより、放射性物質収納容器200に接触する支持部108から周囲に向けて熱伝導が行われることで、放射性物質収納容器200からの崩壊熱を好適に分散できる。
異方性伝熱材112は、下面106を少なくとも部分的に覆い、第1熱伝導率σ1が第2熱伝導率σ2より大きい第1異方性伝熱材112aを含んでもよい。これにより、放射性物質収納容器200から伝達された崩壊熱は、架台100の下面106に設けられた第1異方性伝熱材112bによって面内方向に沿って架台100の広い範囲に分散される。
本実施形態では図11に示すように、第1異方性伝熱材112aは、下面106の全面に至って設けられている。これにより、放射性物質収納容器200に接触する支持部108から入力される熱量を架台100の広範囲にわたって分散させ、放熱を促進できる。
図12~図14はそれぞれ図11の変形例である。図12及び図13に示す例では、下面106に対して第1異方性伝熱材112aが部分的に設けられている。特に図12に示す例では、下方から見た場合に、下面106のうち底部214にある2つの支持部108の間と、蓋部側にある2つの支持部108の間にそれぞれ第1異方性伝熱材112aが設けられている。言い換えると、下面106のうち、支持される放射性物質収納容器200の軸方向に垂直に延在する領域に対して第1異方性伝熱材112aが部分的に設けられる。また図13の例では、下方から見た場合に、支持される放射性物質収納容器200の軸方向に沿った2つの支持部108の間にそれぞれ第1異方性伝熱材112aが設けられている。これにより、第1異方性伝熱材112aの施工範囲を抑えつつ、下面106における熱伝達を効率的に促進することができる。
また図14に示す例では、架台100は、異方性伝熱材112として、架台100の側面(支持部108を含む)に設けられ、第2熱伝導率σ2が第1熱伝導率σ1より大きい第2異方性伝熱材112bを含む。第2異方性伝熱材112bによって、架台の側面の少なくとも一部が覆われることにより、放射性物質収納容器200から架台100の上面104又は下面106を介して伝達された崩壊熱は、側面に設けられた第2異方性伝熱材112bによって面外方向に伝達されることで、外部への放熱が促進される。
以上説明したように上記各実施形態によれば、十分な強度を確保しながら、設置される床面の温度上昇を抑制可能な架台を提供できる。
その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
(1)一態様に係る架台は、
放射性物質収納容器(200)を支持するための架台(100)であって、
面内方向に沿った第1熱伝導率(σ1)が面外方向に沿った第2熱伝導率(σ2)と異なる少なくとも1つの異方性伝熱材(112)が、表面のうち少なくとも一部に設けられる。
上記(1)の態様によれば、放射性物質収納容器を支持する架台には、放射性物質収納容器に収納された放射性物質からの崩壊熱が伝達される。架台では、その表面のうち少なくとも一部に異方性伝熱材が設けられる。異方性伝熱材は面内方向に沿った第1熱伝導率が面外方向に沿った第2熱伝導率とが異なっており、放射性物質収納容器から伝達された熱量を架台の広い範囲に対して分散させる。これにより、架台からの放熱が促進され、架台が設置される床面に伝達される熱量を抑えることができるため、架台の強度を確保しながら床面の温度を効果的に低減できる。
(2)他の態様では、上記(1)の態様において、
前記放射性物質収納容器を支持する支持部(108)を有する上面(104)と、
前記上面と反対側にある下面(106)と、
を有し、
前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、前記上面又は前記下面の少なくとも一方に設けられる。
上記(2)の態様によれば、架台の上面又は下面の少なくとも一方に異方性伝熱材が設けられる。これにより、放射性物質収納容器から伝達された熱量は、架台の上面又は下面において分散されることで周囲への放熱が促進され、架台が設置される床面に伝達される熱量を抑えることができる。
(3)他の態様では、上記(2)の態様において、
前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、前記放射性物質収納容器を支持する前記架台を上方から見た場合に、前記支持部から周囲に広がるように設けられる。
上記(3)の態様によれば、異方性伝熱材は、架台のうち放射性物質収納容器を支持する支持部から周囲に広がるように設けられる。これにより、放射性物質収納容器から支持部に伝達された崩壊熱が、異方性伝熱材によって好適に分散される。
(4)他の態様では、上記(2)又は(3)の態様において、
前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、前記上面を少なくとも部分的に覆い、前記第1熱伝導率が前記第2熱伝導率より大きい第1異方性伝熱材(112a)を含む。
上記(4)の態様によれば、第1熱伝導率が第2熱伝導率より大きな第1異方性伝熱材によって、架台の上面の少なくとも一部が覆われる。これにより、放射性物質収納容器から伝達された崩壊熱は、架台の上面に設けられた第1異方性伝熱材によって面内方向(すなわち表面に沿った方向)に沿って架台の広い範囲に分散される。
(5)他の態様では、上記(2)から(4)のいずれか一態様において、
前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、前記下面を少なくとも部分的に覆い、前記第1熱伝導率が前記第2熱伝導率より大きい第1異方性伝熱材(112a)を含む。
上記(5)の態様によれば、第1熱伝導率が第2熱伝導率より大きな第1異方性伝熱材によって、架台の下面の少なくとも一部が覆われる。これにより、放射性物質収納容器から伝達された崩壊熱は、架台の下面に設けられた第1異方性伝熱材によって面内方向(すなわち表面に沿った方向)に沿って架台の広い範囲に分散される。
(6)他の態様では、上記(5)の態様において、
前記第1異方性熱伝導材は、前記下面に沿って帯状に延在する。
上記(6)の態様によれば、架台の下面の少なくとも一部に、第1異方性伝熱材を帯状に延在するように設けることで、架台の下面における面内方向に沿った熱伝導を広い範囲にわたって効率的に促進できる。
(7)他の態様では、上記(5)又は(6)の態様において、
前記第1異方性伝熱材は、前記下面上に形成された複数の溝部(110)の間に設けられる。
上記(7)の態様によれば、架台の下面に、例えば冷却風を導入するための複数の溝部が設けられる場合には、これらの溝部の間に第1異方性伝熱材が設けられる。これにより、複数の溝部による冷却効果を維持しつつ、第1異方性伝熱材による熱量の分散によって、より優れた冷却効果を得ることができる。
(8)他の態様では、上記(2)から(7)のいずれか一態様において、
前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、側面に設けられ、前記第2熱伝導率が前記第1熱伝導率より大きい第2異方性伝熱材(112b)を含む。
上記(8)の態様によれば、第2熱伝導率が第1熱伝導率より大きな第2異方性伝熱材によって、架台の側面の少なくとも一部が覆われる。これにより、放射性物質収納容器から架台の上面又は下面を介して伝達された崩壊熱は、側面に設けられた第2異方性伝熱材によって面外方向に伝達されることで、外部への放熱が促進される。
(9)他の態様では、上記(1)から(8)のいずれか一態様において、
前記支持部は、前記放射性物質収納容器の底部(214)を下方側から支持可能である。
上記(9)の態様によれば、放射性物質収納容器の底部を下方側から支持する、いわゆる縦置型の放射性物質収納容器用の架台において、異方性伝熱材を表面の少なくとも一部に設けることで、放射性物質収納容器からの崩壊熱を分散し、架台が設置される床面に伝達される熱量を効果的に抑えることができる。
(10)他の態様では、上記(1)から(8)のいずれか一態様において、
前記支持部は、前記放射性物質収納容器の側面に設けられたトラニオン(230)を支持可能である。
上記(10)の態様によれば、放射性物質収納容器の側面に設けられたトラニオンを支持する、いわゆる横置型の放射性物質収納容器用の架台において、異方性伝熱材を表面の少なくとも一部に設けることで、放射性物質収納容器からの崩壊熱を分散し、架台が設置される床面に伝達される熱量を効果的に抑えることができる。
(11)他の態様では、上記(1)から(10)のいずれか一態様において、
前記少なくとも1つの異方性熱伝導材は、グラフェンシートが積層されて構成される。
上記(11)の態様によれば、グラフェンシートを所定の方向に沿って積層することで、上記構成の異方性伝熱材を好適に実現できる。
100 架台
102 床面
104 上面
106 下面
108 支持部
110 溝部
112 異方性伝熱材
112a 第1異方性伝熱材
112b 第2異方性伝熱材
120 本体
124 緩衝体
200 放射性物質収納容器
210 本体胴
212 開口部
214 底部
216 キャビティ
218 バスケット
218A 放射性物質収納部
219 蓋部
220 外筒
222 伝熱フィン
230 トラニオン

Claims (11)

  1. 放射性物質収納容器を支持するための架台であって、
    面内方向に沿った第1熱伝導率が面外方向に沿った第2熱伝導率と異なる少なくとも1つの異方性伝熱材が、表面のうち少なくとも一部に設けられる、架台。
  2. 前記放射性物質収納容器を支持する支持部を有する上面と、
    前記上面と反対側にある下面と、
    を有し、
    前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、前記上面又は前記下面の少なくとも一方に設けられる、請求項1に記載の架台。
  3. 前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、前記放射性物質収納容器を支持する前記架台を上方から見た場合に、前記支持部から周囲に広がるように設けられる、請求項2に記載の架台。
  4. 前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、前記上面を少なくとも部分的に覆う第1異方性伝熱材を含む、請求項2又は3に記載の架台。
  5. 前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、前記下面を少なくとも部分的に覆う第1異方性伝熱材を含む、請求項2から4のいずれか一項に記載の架台。
  6. 前記第1異方性熱伝導材は、前記下面に沿って帯状に延在する、請求項5に記載の架台。
  7. 前記第1異方性伝熱材は、前記下面上に形成された複数の溝部の間に設けられる、請求項5又は6に記載の架台。
  8. 前記少なくとも1つの異方性伝熱材は、側面に設けられ、前記第2熱伝導率が前記第1熱伝導率より大きい第2異方性伝熱材を含む、請求項2から7のいずれか一項に記載の架台。
  9. 前記支持部は、前記放射性物質収納容器の底部を下方側から支持可能である、請求項1から8のいずれか一項に記載の架台。
  10. 前記支持部は、前記放射性物質収納容器の側面に設けられたトラニオンを支持可能である、請求項1から8のいずれか一項に記載の架台。
  11. 前記少なくとも1つの異方性熱伝導材は、グラフェンシートが積層されて構成される、請求項1から10のいずれか一項に記載の架台。
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