JP3034344B2 - 燃料貯蔵ラック - Google Patents

燃料貯蔵ラック

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JP3034344B2
JP3034344B2 JP3198152A JP19815291A JP3034344B2 JP 3034344 B2 JP3034344 B2 JP 3034344B2 JP 3198152 A JP3198152 A JP 3198152A JP 19815291 A JP19815291 A JP 19815291A JP 3034344 B2 JP3034344 B2 JP 3034344B2
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉に使用される又
は使用された燃料集合体を収納する燃料貯蔵ラックに関
する。
【0002】
【従来の技術】図13は、沸騰水型原子炉(以下BWRと
称する)に使用される燃料集合体の上部外観を示したも
のである。図示しない多数の燃料棒は、上部タイプレー
ト、下部タイプレートおよびスペーサによって規則正し
く配置されてバンドルとなっている。バンドルの上端に
設けられた上部タイプレートには、上側に向かって、取
扱い用のハンドル51が取付いている。このようなバンド
ルは、チャンネルボックス52の内側に収納され、ファス
ナ53によって一体化されている。チャンネルボックス52
上端部には、隣接する燃料集合体との間隙をほぼ一定に
保てるように、パッド54が取付けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】多数の燃料集合体を稠
密に配置しても充分に未臨界状態を維持できるように、
燃料集合体収納管には、ボロンを添加した材料が用いら
れてきた。ボロンを構造材である金属材料(代表例はス
テンレス鋼)に添加すると材料が硬化したり脆くなった
り、加工性と健全性を損う傾向がある。一定量(例え
ば、2重量パーセント)以上のボロンを含むステンレス
鋼材は構造材として使用するのは困難とされている。
【0004】また、チャンネルボックス52の外表面に
は、パッド54及びファスナ53が付属しているので、チャ
ンネルボックス52の外表面より5〜10mm突出している。
従来の燃料集合体収納箱に、このチャンネルボックス52
を全長にわたって収納していた。このことが、従来の燃
料集合体収納管の内のりを大きくし、燃料集合体を稠密
に貯蔵する場合の阻害要因となっていた。
【0005】一方、燃料集合体を稠密状態で貯蔵する場
合、単位床面積当りの荷重が増加し、床の健全性を損っ
たり、輸送容器では、荷重超過となり、収納する燃料集
合体の本数を削減しなければならないという課題があっ
た。
【0006】本発明は上記の点を考慮してなされたもの
で、ボロン含有材料等の中性子吸収材と構造材とを機能
的に分離し、大きな中性子吸収能力と強い機械的強度を
確保すると共に、この中性子吸収材が横断的に構造材の
横断面から内外に突出させない構成とすることにより、
燃料貯蔵密度の向上を図り、しかも臨界安全性の高い燃
料貯蔵ラックを提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するに
は、本発明においては、燃料集合体を収納する金属製角
管と、この金属製角管の側面に設けた側面窓と、この側
面窓に取付けた中性子吸収材と、前記金属製角管と中性
子吸収材より組立てられた燃料収納管と、この燃料収納
管複数本を拘束する構造材とからなる燃料貯蔵ラックを
提供する。
【0008】
【作用】このように構成することにより、金属製角管の
内、側面窓を除いた構造材によって機械的強度が保持さ
れる。この金属製角管の側面に広い側面窓が形成される
が、この窓のうち必要な部分にカドミウム、ボロン、ガ
ドリニウム、ジスプロシウムその他の中性子吸収材を含
む中性子吸収板が取付けられる。中性子吸収板には大き
な機械的強度が要求されないため、多量の中性子吸収物
質を含ませることができ、燃料貯蔵体系の未臨界度を格
段に高めることができる。中性子吸収効果を容易に高め
ることが出来る。このため、燃料集合体収納管が相互に
隣接するときには、片側の収納管の側面のみに中性子吸
収板を装着し、他方にはそれを装着しなかったりするこ
ともできる。また軸方向の必要な中性子吸収効果の分布
を考慮して、未臨界度向上への寄与が微少な部分では、
中性子吸収板を装着しないことによって燃料集合体収納
管の軽量化又は材料の節減を図ることができる。未臨界
度向上への寄与が高い部分では、濃縮ボロンを使用した
り、平板状にボロンカーバイト(B4 C)を充填した中
性子吸収板を使用して、未臨界度を効率的に高めること
ができる。
【0009】また、パッド又はファスナのようにチャン
ネルボックス外面から外へ突出した部分を、燃料集合体
収納管に収納しないよう短尺化したり切込みをつけ、燃
料集合体収納管の内のりを小さくすることができる。こ
の減少分に相当して、単位面積当りの燃料集合体収納管
の数、即ち、燃料集合体の収納数を増大することができ
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図6を参
照して説明する。図1は第1の実施例である燃料貯蔵ラ
ックに使用される燃料集合体収納管の構造材1の断面を
示す。構造材1は、4本のアングル状材2が、上端部結
合板3、図示しない下端部結合板および中間結合材4で
結合され一体化されている。
【0011】この一体化により、構造材1の側面には、
側面窓5ができる。あるいは一体成形した角管もしくは
金属板を溶接等で形状した金属製角管11に孔をあけて、
孔の部分を側面窓5とし、金属製角管11の残りの部材を
構造材1とすることもできる。
【0012】尚、構造材1の側面窓5を上下に仕切って
いる中間結合板4の高さ方向位置が側面により変更して
いる。このことは、中間結合材4に中性子吸収材7を含
まない場合に効果がある。
【0013】二つの燃料集合体収納管が隣接したとき、
両者の中間結合材4がもし対面したとすると、そこは中
性子吸収材7が存在しない空間となり、未臨界度確保上
不利になる。
【0014】中間結合材4が対面していなければ、いず
れか一方側の中性子吸収板6が隣接する燃料集合体から
の中性子を吸収できるため、未臨界度確保上不利を生じ
ない。
【0015】中間結合材4の軸方向位置はこのような考
えの基に決定されている。1つの燃料集合体収納管での
中間結合材4の高さが4面で同一であっても、隣接する
他の燃料集合体収納管のそれと異なっていれば同様の効
果が得られる。
【0016】図2は、図1の側面窓5に装着する中性子
吸収板6の断面の一部を示す。中性子吸収材7は、金属
製シース8で結合した結合部材9を介して、密封積層構
造となっている。中性子吸収板6は、その周囲が結合部
材9で取囲まれており、構造材1の側面窓5に溶接など
によって取付けられている。側面窓5と結合部9とは、
階段状切込み10により結合する。これは単なる一例であ
り、例えば、結合部9と側面窓5の取付部を斜めに切り
取り結合する構造等も当然考えられる。
【0017】構造材1、結合部材9およびシース8の材
料として最も一般的なものは、ステンレス鋼であるが、
ステンレス鋼に限定する必要がない。これらの一部又は
全部に材料特性に与える影響が小さい範囲で、例えば、
ボロンでは 0.5重量%以内で、ボロン又は希土類元素等
を含有させてもよい。またこれらの材料として、ハフニ
ウム(Hf)又はHfをジルコニウム(Zr)、チタン
(Ti)、ニッケル(Ni)等で希釈した合金等を利用
しても良い。
【0018】中性子吸収材7としては非常に多くの種類
のものが考えられる。カドミウム金属(Cd)、ボロン
カーバイト(B4 C)粉粒、希土類元素の酸化物(ガド
リニアGd23 、ジスプロシアDy23 、サマリア
Sm23 、ユーロピアEu23 等の単体またはこれ
らの混合物)の粉粒、希土類元素酸化物とハフニアHf
2 との混合粉粒、六ホウ化ユーロピウムEuB6 、窒
化ボロンBN、ボロン含有率の高い合金類、前記希土類
酸化物を金属に混合したサーメット材等いずれも中性子
吸収材7として使用できる。Hf,Hf合金又はサーメ
ット材の一部のものの場合には、シース8によって密封
する必要は必ずしもない。上記多種類の中性子吸収材の
うち、Cd,B4 C,Gd23 ,Dy23 、Sm2
3 等は比較的安価で中性子吸収能が大きく利用し易い
という特徴がある。
【0019】図3は、図1に示した構造材1と、図2で
例示した中性子吸収板6とより形成された燃料集合体収
納管21に、BWR用燃料集合体を挿入した状態を示す。
燃料集合体頂部付近のパッド54とファスナ53が収納管上
端切口58より上方に位置している。即ち、チャンネルボ
ックス52表面から突出しているパッド54とファスナ53を
燃料集合体収納管21に収納しなくてもよい分だけ燃料集
合体収納管21の内面を小さくすることができる。このこ
とは、燃料集合体貯蔵の稠密化に寄与することができ
る。中性子吸収板6の外面は、構造材1の外面と一致し
ており、突出部がないため、燃料収納管21相互間の間隙
を小さくすることができる。尚、側面窓5の一部は、条
件により、中性子吸収板6を取付けなくともよい場合が
考えられる。
【0020】図4は、多数の燃料集合体収納管21が、こ
の図では16本を4×4に配置し、その外周を大容器22の
壁で取囲んで燃料貯蔵ラックを構成した平面図を示して
いる。図5は、図4の斜視図である。大容器22の壁によ
り燃料集合体収納管21は、相互の間隙が保持されるた
め、燃料集合体収納管21を相互に一体化する必要は必ず
しも必要ではない。
【0021】図6は、図5のA−A線矢視断面図を示し
ている。中性子吸収板6の中性子吸収効果を従来に比べ
格段に向上させた一例である。中性子吸収板6は、隣接
する燃料集合体収納管21の側面間で、横断面上1枚しか
配置しない一例である。このような構成の種類は、ほぼ
無数に考えられる。この図では、大容器22内に収納され
た多数の燃料集合体収納管21は、4側面に中性子吸収体
6を取付けたもの、2側面に取付けたもの、1側面のみ
に取付けたもの、1側面さえ取付けていないものの4種
が示されている。大容器22内に配置される燃料集合体収
納管21の数又は配列方法により、どの側面窓5に中性子
吸収板6を取付け、どの側面窓5に取付けないかという
ことを選択する。この選択により、製造性、コスト低
減、重量バランス等を考慮した最適化を図ることができ
る。
【0022】中性子吸収板6を取付けない側面窓5は、
あけたままでもよく、必要であれば薄い金属板を取付け
てもよい。中性子吸収板6を取付けないことによって、
燃料集合体収納管21の平均的重量の軽減を図ることがで
きる。前記の燃料集合体収納管21を大容器22の壁で取囲
んで、輸送容器のバスケットとしても使用することがで
きる。
【0023】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。アングル状材2と上下端を結合す
る上端部結合板3、下端部結合板(図示せず)及び中間
結合板4を結合することにより構造材1を形成する。こ
の様に構造材1を形成することにより、構造材1の側面
に、側面窓5を設けることができる。同様に、金属製角
管11に孔をあけて、孔の部分を側面窓5とし、金属製角
管11の側面窓5以外の部材を構造材1とすることもでき
る。この構造材1によって、機械的強度が保持され、側
面に側面窓5が形成される。この構造材1とは別個に、
中性子吸収板6を準備する。この中性子吸収板6は、カ
ドミウム金属(Cd)、ボロンカーバイト(B4 C)粉
粒、希土類の酸化物(ガドリニアGd2 3 、ジスプロ
シアDy2 3 、サマリアSm2 3 )その他の中性子
吸収材7を、シース8及び結合部材9で密封した積層構
造のものである。この中性子吸収板6を、前記構造材1
の側面窓5に取付けて、燃料集合体収納管21を形成す
る。中性子吸収板6には大きな機械的強度は要求されな
いので、多量の中性子吸収物質を含ませることができ、
燃料貯蔵体系の未臨界度を格段に高めることができる。
中性子吸収効果を容易に高めることができる。
【0024】またBWR使用済燃料集合体ではその軸方
向に中性子増倍特性が変化しており、それに対応して中
性子吸収材を選定することもできる。燃料集合体の上端
部、下端部は、核燃料物質を含んでいないので、燃料集
合体収納管の上端部、下端部は中性子吸収材を必要とし
ない場合も考えられる。
【0025】以上はBWR燃料集合体を収納する燃料集
合体収納管について説明してきたが、加圧水型原子力発
電所の燃料集合体のように水平断面方向に殆ど突出部が
ない燃料集合体にあっては、突出部を避けるために、燃
料集合体収納管の短尺化を必要としない。
【0026】また以上の説明では、断面正方形の燃料集
合体を例示したが、多角形の燃料集合体であっても、ま
た長方形の燃料集合体であっても、本発明に係る燃料集
合体収納管は適用可能である。
【0027】本発明に係る燃料集合体収納管によれば、
構造材と中性子吸収材とを空間的に機能分離したので、
充分な機械的強度と中性子吸収特性が得られる。また中
性子吸収材の不要な部分には、中性子吸収板を配置しな
い側面窓をあけるために、重量軽減も図れ、燃料プール
等の床荷重の低減、輸送容器にあっては、重量低減が図
れる。さらに必要に応じて、燃料集合体の突出部を、燃
料集合体収納管の肉厚を利用して干渉を避ける構成とな
っている。このため燃料集合体収納管相互間の間隙をよ
り小さくでき、より多くの燃料集合体を限られた床面積
内に収納することができる。
【0028】第2の実施例を図7を用いて、第3の実施
例を図9を使用して説明する。図7の図1と異なる点
は、上端部結合板3に、ファスナ53を逃げる切込み35を
設けると共に、燃料集合体収納管21の全長を若干長くし
たことである。
【0029】燃料集合体を収納した例を図8に示す。バ
ンドル上部に設けてあるハンドル51を取付けた上部タイ
プレート(図示しない)は、通常、切断線36と37との間
にある。本実施例では、地震時に、燃料集合体が横ゆれ
を生じるときにかかる荷重を燃料集合体収納管で受ける
ことができ、貯蔵中の燃料集合体の機械的健全性に寄与
できる。特にチャンネルボックスを取外して燃料集合体
収納管にバンドルを収納したときには、上部タイプレー
トを切断線36と37との間の構造材1で支持することにな
り、地震時のバンドルの健全性確保に効果がある。
【0030】図9は、図7の変形であり、切込み35a 、
35b が対向する2コーナに設けられている変形例であ
る。切込みが2コーナにあることによって、燃料集合体
を2方向の任意方向に配置することができる。
【0031】第4の実施例を、図10を用いて、第5の実
施例を、図12を使用して説明する。図10、図12の図7に
示す第2の実施例と異なる点は、燃料集合体のパッド54
とファスナ53と共に逃げるように切込み45、又は45a と
45b を設け、燃料集合体収納管の上端(チャンネルボッ
クス上端)とほぼ一致させた点にある。図11は、図10の
燃料集合体収納管に燃料集合体を収納した例を示す斜視
図である。作用と効果は、第2の実施例と殆ど同じであ
る。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料貯蔵密度の向上を図りしかも臨界安全性の高い燃料
貯蔵ラックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施例における構造材を示
す斜視図
【図2】本発明に係る第1の実施例における中性子吸収
板を示す断面図
【図3】本発明の第1実施例の燃料集合体収納管に燃料
集合体を収納した状態の斜視図
【図4】本発明の第1実施例の燃料集合体収納管を大容
器の中に多数配置した燃料貯蔵ラックの平面図
【図5】本発明の第1実施例の燃料集合体収納管を大容
器の中に多数配置した燃料貯蔵ラックの斜視図
【図6】図5のA−A線矢視断面図
【図7】本発明に係る第2の実施例を示す斜視図
【図8】本発明の第2実施例の燃料集合体収納管に燃料
集合体を収納した状態の斜視図
【図9】本発明に係る第3の実施例を示す斜視図
【図10】本発明に係る第4の実施例を示す斜視図
【図11】本発明の第4の実施例の燃料集合体収納管に
燃料集合体を収納した状態の斜視図
【図12】本発明の第5の実施例を示す斜視図
【図13】BWR燃料集合体の上端を示す斜視図
【符号の説明】
1…構造材 2…アングル状
材 3…上端部結合板 4…中間部結合
材 5…側面窓 6…中性子吸収
板 7…中性子吸収材 8…シース 9…結合部材 11…金属製角管 21…燃料集合体収納管 22…大容器 35,35a,35b,45,45a,45b …切込み
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蛭川 厚治 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 廣瀬 豊 神奈川県川崎市幸区堀川町66番2 東芝 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−104698(JP,A) 特開 昭63−118693(JP,A) 特開 平2−129598(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 19/07 G21C 19/40 G21F 5/012

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料集合体を収納する金属製角管と、こ
    の金属製角管の側面に設けた側面窓と、この側面窓に取
    付けた中性子吸収材と、前記金属製角管と中性子吸収材
    より組立てられた燃料収納管と、この燃料収納管複数本
    を拘束する構造材とからなる燃料貯蔵ラック。
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