JP3146244B2 - 使用済燃料ラック - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉用燃料集合
体を使用後に貯蔵するための使用済燃料ラックに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】商業用原子炉に装荷された燃料は、その
後、補助建造物屋内の使用済み燃料ピットで保存され
る。ピット内での燃料貯蔵体数は、一炉心の数倍の容量
を持っているが、長期間に亘って運転している原子炉に
関しては、その貯蔵体数が多くなり貯蔵容量の限界近く
なることが考えられる。

【０００３】従って、ピット内において、未臨界を保ち
つつ隣接する燃料同士間の距離、即ち、各燃料体が収納
されるセルとセルの間の距離、所謂セルピッチをできる
だけ小さくして効率的な燃料貯蔵を行なうことが求めら
れる。

【０００４】そこで、従来、ボロン含有ステンレス板
（以下、ボロンステンレス板と記す）を用いた使用済燃
料ラックが開発されている。ステンレス板にボロン添加
量を増加させるほど、中性子吸収能力が向上し、セル間
距離を小さくすることが実現できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の使用済燃料
ラックは、通常、構造材としてボロンステンレス板が使
われている。即ち、ラックを構成するセルそのものがボ
ロンステンレス板製であった。

【０００６】しかしながら、ボロンステンレス板はステ
ンレスに比べて、曲げ、衝撃に対する強度が低くて損な
われ易く、その劣化の度合いはボロン含有量と相関があ
る。従って、構造強度の低下を回避するためには、ボロ
ンの添加量を抑える必要があるが、これは前述したよう
な未臨界性の追求とは相反するものである。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、原子炉用燃
料の使用後貯蔵に適した使用済燃料ラックを得ることを
主目的とする。また、本発明の他の目的は、未臨界制御
に必要な中性子吸収材としてボロン含有ステンレスを利
用しながらも、ラック自体の機械的強度を維持しつつ、
効率的な燃料貯蔵が可能となるような使用済燃料ラック
を得ることである。

【０００８】また、従来の使用済燃料ラックを用いてピ
ット内に保存されているもので、燃料貯蔵体数が既に限
界に達しつつあるものは、よりセルピッチの小さいラッ
クへの入れ換え、所謂リラッキング工事が行なわれる
が、既存のセルやスペーサ等の構造材は放射性廃棄物と
なっていた。

【０００９】これらの放射性廃棄物は、それぞれ放射性
レベルを低減するための洗浄工程を経て、細断されたう
えで廃棄物保管用ドラム缶内に貯蔵される。一連のリラ
ッキング工事で発生する放射性廃棄物量は、ドラム缶数
にすると数千本にも達し、発電所備えつけの貯蔵スペー
スが不足することが予想される。

【００１０】上記問題点に鑑み、本発明の他の目的は、
リラッキングの際に生ずる廃棄物を低減し得る使用済燃
料ラックを提供をすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係る使用済燃料ラックは、
使用済燃料集合体を収容するための中空セルとして構造
材で構成された複数の略角管状セルと、これら複数のセ
ルを、隣接するセル間に一定の間隔をあけて正方格子状
に結束するスペーサーグリッドと、該スペーサーグリッ
ドによって束ねられた全セルの下端に固着され、各セル
内に冷却水を導くための流水孔および各セル内の底部と
なる台座を有するベースプレートと、各セルの四側面の
内側あるいは外側を覆うボロン含有ステンレス部材と、
該ボロン含有ステンレス部材を、セルからの荷重を伝え
ることなく支持する支持手段と、を備えた使用済燃料ラ
ックにおいて、前記略角管状セルは、既存ピットから取
り出された既存セルであり、洗浄後に再利用されるもの
であり、前記複数のスペーサーグリッドとして、予め組
み立てられたセル挿入構造材を用い、このセル挿入用構
造材は、既存セルが挿入されるための開口が正方格子状
に配列されたサポート板を、その四隅でサポート脚に複
数枚縦軸方向に固定してなり、前記開口は、既存セルと
セル四側面を覆うボロン含有ステンレス平板とを合わせ
た断面外形状にほぼ一致する面積を持つものである。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】本発明の使用済燃料ラックによれば、ボロ
ン含有ステンレスを、燃料体が収容されるセルやスペー
サーグリッド等のラックを構成する構造部に用いない
で、燃料体や構造部からの荷重を支持するのではなく未
臨界制御に必要な中性子吸収材としてのみ配置されるた
め、その機械的強度の問題はラック強度に影響を及ぼす
ことはない。

【００１８】即ち、セルやスペーサーグリッド、ベース
プレート等、ラックの構造部に強度的に問題のあるボロ
ン含有ステンレスを使用する必要はなく、ステンレスな
どの機械的強度の優れた金属鋼を構造材に選択できるの
で、未臨界制御に必要な中性子吸収材としてボロン含有
ステンレスを利用しながらも、ラック自体の機械的強度
を維持しつつ、良好に複数の使用済燃料集合体をラック
内で保管できる。

【００１９】また、本発明は、複数の略角管状セルを、
スペーサーグリッドによって隣接するセル間に一定の間
隔をあけて正方格子状に結束しているため、スペーサー
グリッド分だけが間隔となるのでセルピッチを無駄な間
隔なく最小限に抑えられ、限られた容積に最大限の使用
済燃料が保管できる。

【００２０】本発明に用いられる未臨界制御に必要な中
性子吸収材としてのボロン含有ステンレス部材は、セル
からの荷重を支持することなく各セルの四側面の内側あ
るいは外側を覆うものであれば良い。

【００２１】具体的なボロン含有ステンレス部材の構成
として、セルの内側寸法に応じた４枚のボロン含有ステ
ンレス平板を組継ぎしてなる箱状部材が挙げられる。こ
のような構成によれば、箱状部材をセル内に挿入するこ
とによって、ボロン含有ステンレス板がセルの４側面を
内側から覆うことになる。

【００２２】なお、ここでボロン含有ステンレス平板を
組継ぎによって箱状に成形したのは、例えばネジ止めに
よって成形した場合に応力集中によるクラックが生じる
危険性や、溶接によって成形した場合、溶け込み部のボ
ロン含有量が担保できなくなる問題を回避することがで
きるためである。各ボロン含有ステンレス平板の両端面
の組継ぎに必要な欠き込み部は、レーザー切断により正
確に形成することができる。

【００２３】また、ボロン含有ステンレスを用いた他の
使用済燃料ラックの構成として、支持手段としてバンド
部材で該４枚のボロン含有ステンレス平板をセルの外面
上で抱える構成が挙げられる。これによって、４枚のボ
ロン含有ステンレス平板で各セルの四側面の外側を各々
覆う状態となる。このとき、バンド部材は、セルの各外
面に、各々対応するボロン含有ステンレス平板をそれぞ
れ独立した状態で押し付けて固定できるように、各セル
の外周面に取付られているものである。

【００２４】このようなバンド部材によるボロン含有ス
テンレス平板の押さえ付け状態においては、場合によっ
ては自重でボロン含有ステンレス平板がセル外周面を滑
り落ちることが考えられる。そこで、請求項４に記載し
たように、セルの下部またはセルが載っているベースプ
レートに、ボロン含有ステンレス平板の下端を支える突
起を設けておけば、平板のズリ落ちが防止できる。

【００２５】もちろん、全ボロン含有ステンレス平板の
ズリ落ちを防止するように、各セルの外四面下部や或は
ベースプレート上の各セルの台座付近に各ボロン含有ス
テンレス平板の下端を支える相当位置に突起を形成す
る。

【００２６】なお、リラッキングの際には、ピットから
取り出され、使用済燃料入れ換え後の既存セルやスペー
サー等は、通常、放射性廃棄物となるが、本発明におい
ては、既存セルを洗浄して、ボロンステンレス平板を組
み込み、本発明の使用済燃料ラックを構成する使用済燃
料集合体収容用セルとして再利用することにより、その
分、放射性廃棄物が大幅に低減される。

【００２７】また本発明においては、予め、既存セル挿
入用構造材をモジュール枠組として組立てておいたもの
を用いることにより、回収・洗浄後の既存セルを挿入す
るだけで使用済燃料ラックを簡便に構成することができ
る。このとき、前記構造材の各サポート板のそれぞれセ
ルが挿入される開口は、既存セルの断面外形状にほぼ一
致させる必要があるが、既存セルの四側面が外側からボ
ロン含有ステンレス部材で覆われる場合は、開口面積は
ボロン含有ステンレス部材のスペースも考慮したものと
する。

【００２８】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）次に、本発明の第１の実施の形態による
使用済燃料ラックを図１および図２をもって説明する。
本使用済燃料ラック１では、図１の概略構成図に示すと
おり、使用済みの燃料集合体をそれぞれ収容するための
中空セルとしての複数の角管状セル２が隣接するセル２
間で各セル２を固定するスペーサグリッド３によって正
方格子状に結束されている。

【００２９】この、スペーサグリッド３によって結束さ
れたセル２群は、ベースプレート６上に各セル２の下端
が溶接されることによって載置されている。本使用済燃
料ラック１は、主に、上記のごとくセル２、スペーサー
グリット３とベースプレート６によって構成されてい
る。これらは、構造材として、ステンレス鋼等の機械的
強度の高い金属材で成形されている。

【００３０】なお、ここでは、各セル２間の結束をより
強固にし、ラック全体のねじれ曲がりに対する抵抗を持
たせるために、隣接するセル２どうしを全てスペーサー
ストラップ５で溶接止めした。

【００３１】ベースプレート６の上面には、図１中の部
分破断領域でも見られるように、各セル２の底部となる
台座７が取付けられている。台座７の外形状はセル２の
内形状に嵌合するものであり、ラック組み立ての際に
は、この各台座７に夫々セル２の下端を嵌め込むように
してベースプレート６上にセル２を固定する。また、ベ
ースプレート６内には、セル２内へ冷却水が導入される
ための流水孔が各台座面上に亙って形成されている。

【００３２】また、本実施形態においては、使用済の燃
料集合体が各セル２内に収納され貯蔵される際に、未臨
界性を維持するための中性子吸収材として、ボロン含有
ステンレス（以下、ボロンステンレスと記す）部材を各
セルについてそれぞれその四側面を覆うように配置する
が、各セルの内側からその側面を覆う構成とした。

【００３３】即ち、セル２の内形状に応じた４枚のボロ
ンステンレス平板からなるボロンステンレス箱状部材１
０を、それぞれセル２内に挿入することにより、各セル
２の四側面を内側から覆う状態とした。このとき、ボロ
ンステンレス箱状部材１０は、台座７の面上に載置され
ている。従って、このような台座面によるボロンステン
レス箱状部材１０の支持状態においては、セル２の荷重
はほとんどボロンステンレス箱状部材１０に伝わること
がない。

【００３４】上記ボロンステンレス箱状部材１０は、そ
れぞれ４枚のボロンステンレス平板の両端面に、隣り合
う平板の端面と嵌合する欠き込み１１を形成し、組継ぎ
により箱状に成形したものである。このような組継ぎに
よる成形は、ネジ止めによって成形した場合に現れる応
力集中によるクラックが生じる危険性や、溶接によって
成形した場合に溶け込み部のボロン含有量が担保できな
くなるという問題がない。各欠き込み１１は、レーザー
による切断で形成することができる。

【００３５】このように、本使用済燃料ラック１では、
ボロンステンレス箱状部材１０にセルからの荷重（セル
２内収容時の燃料集合体の荷重も含む）がほとんど作用
しないため、前述のようなボロンステンレスの強度的な
問題がラック本体の強度に影響することなく、セル２内
での未臨界性を持ちながら使用済燃料集合体の収納、貯
蔵が行なえる。

【００３６】各セル２内に燃料集合体１５が収容される
際には、図２の側面図に示されるように、下部ノズル１
３を下にして台座７上に載置するようにセル２内に挿入
する。また、セル２の上端付近には、燃料集合体１５が
セル２の上部開口から抜け出ないように、上部ノズル１
４の外面を押圧する抜け止め突起１２を設けておくのが
良い。

【００３７】本使用済燃料ラック１には、ベースプレー
ト６の下面側に、ラック１を支えるサポートパッド９を
複数個ネジ止めで取付けた。このネジ１６の調整でサポ
ートパッド９高を変化させられるので、ピット床面の微
妙な凹凸に対してもラック１の水平度を確保することが
できる。

【００３８】（実施形態２）上記第１実施形態において
は、各セルの四側面を内側からボロンステンレスで覆う
場合を示したが、次に、本発明の第２の実施の形態によ
る使用済燃料ラックとして、各セルの四側面を外側から
覆う構成を説明する。

【００３９】図３は、本実施形態による使用済燃料ラッ
クの概略構成図であるが、図３（ａ）の斜視図に示すよ
うに、本使用済燃料ラックは、主な構造材による構成、
即ち、セル２２とスペーサーグリット２３とベースプレ
ート２６の構成は第１実施形態と同様である。

【００４０】複数の角管状セル２２が隣接するセル２２
間で各セル２２を固定するスペーサグリッド２３によっ
て正方格子状に結束され、これら結束されたセル２２群
は、ベースプレート２６上に各セル２２の下端が溶接さ
れることによって載置されている。

【００４１】また、ベースプレート２３の上面には、第
１実施形態と同様に、セル２２の内形状に嵌合する外形
状の台座（不図示）が各セル２２の底部となるように取
付けられており、ラック組み立ての際に、各台座に夫々
セル２２の下端を嵌め込むようにしてベースプレート２
３上にセル２２が固定される。また、ベースプレート２
３内には、セル２２内へ冷却水が導入されるための流水
孔が形成されている。

【００４２】さらに、本実施形態においては、使用済の
燃料集合体が各セル２２内に収納され貯蔵される際に、
未臨界性を維持するための中性子吸収材としてのボロン
ステンレス平板２４を、各セル２２についてそれぞれそ
の四側面を外側から覆うように配置するため、各セル２
２の外周で夫々ボロンステンレス平板２４を抱えるバン
ド部材２５を設けた。

【００４３】このバンド部材２５は、各セル２２の外周
四面に夫々、鉛直方向に複数並列し、各セル２２につ
き、外周四面に当接させる４枚のボロンステンレス平板
２４それぞれを独立してセル面側へ付勢するものであ
る。具体的には、図３（ｂ）に示すように、ボロンステ
ンレス平板２４を抱えるのに必要な付勢力となる弾性を
持つ帯状部材をセル２２の一外周側面の幅方向に亙るよ
うにその両端をセル２２に固定したものである。

【００４４】各ボロンステンレス平板２４は、セル２２
外周面とバンド部材２５の間に挟まれた状態となる。な
お、長期に亘るバンド部材２５によるボロンステンレス
平板２４の抱え状態では、ボロンステンレス平板２４は
セル２２に固着されているわけではないので、ボロンス
テンレス平板２４がその自重により下方にズリ落ちてく
る可能性がある。

【００４５】本実施形態においては、ラック最外周に位
置するセル２２のラック外周側面の下方には、ボロンス
テンレス平板２４の下端を支持する支持突起２７を形成
した。

【００４６】このようなバンド部材２５によるボロンス
テンレス平板２４の支持状態においては、セル２２およ
びセル２２内に収容される燃料集合体の荷重がボロンス
テンレス平板２４に伝わることがないので、ボロンステ
ンレスの強度的な問題がラック本体の強度に影響するこ
となく、セル２２内での未臨界性を持ちながら使用済燃
料集合体の収納、貯蔵が行なえる。

【００４７】（実施形態３）次に、本発明の第３の実施
の形態として、リラッキングの際に取り出された既存セ
ルを再利用して使用済燃料ラックを構成する場合を以下
に示す。ここでは、予め組立てられた既存セル挿入用構
造材を用いる。

【００４８】セル挿入用構造材４１は、図４（ａ）に示
すように、スペーサーグリッドとしての役割を持つサポ
ート板４１を、その四隅でサポート脚４４に複数枚縦軸
方向に固定したものである。サポート板４１には、挿入
される既存セル４２の断面外形状にほぼ一致する面積を
持つ開口が正方格子状に配列されており、隣り合う開口
間の距離がセルピッチとなる。

【００４９】最下段のサポート板４１は、ベースプレー
トとして下面側にサポートパッド４５が取付けられてい
る。また、各開口端縁には、挿入された既存セル４２が
下方へズリ落ちないように既存セル４２をサポート板４
１に固定するための押し付け金具４６が取付けられる。

【００５０】このようなセル挿入用構造材４１では、各
開口に既存セル４２を挿入するだけで使用済燃料ラック
が構成される。そこで、リラッキングの際には、既存ピ
ットから取り出され、回収された既存セル４２を洗浄
後、速やかに構造材４１に挿入できるように、予めセル
挿入用構造材４１を組立てておく。

【００５１】既存セル４２を回収する際には、先に既存
セル４２を束ねていたサポート部材や金具を切断し、セ
ルを破損することなく抜取った後、洗浄によって放射能
レベルを低減させる。洗浄後の既存セル４２をセル挿入
用構造材４１の開口に挿入し、複数の押し付け金具４６
を取り付け、再利用ラックとする。

【００５２】使用済燃料集合体を収容する際には、前記
第１の実施形態で示したように、既存セル４２の内形状
に応じた４枚のボロンステンレス平板を組継ぎにより成
形してなるボロンステンレス箱状部材５０を、未臨界性
を維持するための中性子吸収材としてそれぞれセル４２
内に挿入することにより、各既存セル４２の四側面を内
側から覆う状態とする。

【００５３】また、既存セル４２を外側からボロンステ
ンレス平板５１で覆う場合は、図４（ｂ）に示すよう
に、前記第２の実施形態と同様に、各既存セル４２の外
周四面に夫々鉛直方向に複数並列させたバンド部材５２
で、各４枚のボロンステンレス平板５１それぞれを独立
してセル四面へ保持させたうえで既存セル挿入用構造材
４１に挿入し、押し付け金具４６で構造材に既存セル４
２を固定する。

【００５４】この場合、予め組立てられる既存セル挿入
用構造材の各開口は、既存セル４２の断面外形状だけで
なく、外周四面に各々取る付けられるボロンステンレス
平板５１のスペース分も考慮した開口面積とする。

【００５５】以上のように、本第３実施形態による使用
済燃料ラックでは、リラッキングの際に既存ピットから
取り出され回収された既存セルが再利用されるので、放
射性廃棄物量が大幅に低減される。

【００５６】なお、本発明による使用済燃料ラックは、
上記第１〜第３実施形態による使用済燃料ラックからも
明らかなように、ラック外形状が略直方体のモジュール
となるので、燃料ピット内で、使用済燃料集合体を収容
したラックを複数貯蔵する場合、所要数のモジュールに
よりその配列が効率よく行なえる。

【００５７】例えば、図５に示すように、ラック３１の
ＸＹＺ軸に対応するフレーム構造３２をピット内に複数
配列し、各単位フレーム構造３２内ごとにラック３１を
保持することによって複数のラック３１を効率的に安定
した固定状態で貯蔵することができる。

【００５８】図５（ｂ）に示すように、ピット壁側に面
するフレーム構造３２に壁にむかって形成されたフック
が、壁面のアンカ−プレートから出ている止め具の孔に
引掛けられており、ラック３１の荷重は、フレーム構造
３２を介してピットの壁面へ伝達される。止め具の孔
は、熱膨張を考慮して自由度が取られている。フレーム
構造３２には、ラック３１を安定させて保持するため
に、フレーム構造３２からラック３１の外面を押さえ付
ける押付金具が設けられている。

【００５９】また、ラック３１の他の固定方法として
は、図６に示すように、各ラック３１の下部を囲むベー
スフレーム３３を用い、複数のラック３１をベースフレ
ーム３３を介して連結し、ピット壁面側のベースプレー
ム３３と壁との間に両側に付勢するサポート部材３４を
所定数設置する方法がある。例えば地震などでラック３
１に水平方向への力が作用しても、このサポート部材３
４のつっぱりによって、ラック３１のピット内での動き
は押えられ、常に安定した状態で貯蔵される。

【００６０】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、必要な中
性子吸収材としてボロン含有ステンレスを利用しながら
も、セルやスペーサーグリッド等のラック構造部は他の
構造材で構成でき、これら構造部の荷重およびセルに収
容される燃料集合体の荷重がボロンステンレス部材に伝
達されることがなく、ボロンステンレスの強度の問題が
他の構造部へ影響することがないため、ラック自体の機
械的強度を維持しつつ、未臨界制御の下で複数の使用済
燃料集合体をラック内で良好に保管できるという効果が
ある。

【００６１】また、本発明では、使用済燃料集合体を収
容するためのセルに、既存セルを再利用することによっ
て、その分、放射性破棄物量が大幅に低減することがで
き、廃棄物貯蔵スペース不足の問題が解消される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による使用済燃料ラ
ックの概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態による使用済燃料ラ
ックの部分断面を含む側面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態による使用済燃料ラッ
クの概略構成図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は
バンド部材を示す説明図である。

【図４】本発明の第３の実施形態による使用済燃料ラッ
クの概略構成図である。

【図５】本発明による使用済燃料ラックのピット内安定
貯蔵方法の一例を示す説明図であり、（ａ）（ｃ）はフ
レーム構造を利用したラック保持状態の説明図、（ｂ）
はピット壁面側フレーム構造の部分拡大図である。

【図６】本発明による使用済み燃料ラックのピット内安
定貯蔵方法の他の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１，２１，３１：使用済燃料ラック ２，２２：セル ３，２３：スペーサーグリッド ４：保護ベルト ５：スペーサーストラップ ６，２６：ベースプレート ７：台座 ８：流水孔 ９，４５：サポートパッド １６：（サポートパッド止め用）ネジ １０，５０：ボロンステンレス箱状部材 １１：（組継ぎ用）欠き込み １２：抜け止め突起 １３：下部ノズル １４：上部ノズル １５：使用済燃料集合体 ２４，５１：ボロンステンレス平板 ２５，５２：バンド部材 ２７：支持突起 ３２：フレーム構造 ３３：ベースフレーム ３４：サポート部材 ４１：既存セル挿入用構造材 ４２：既存セル ４３：サポート板 ４４：サポート脚 ４６：押し付け金具

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 使用済燃料集合体を収容するための中空
   セルとして構造材で構成された複数の略角管状セルと、
   これら複数のセルを、隣接するセル間に一定の間隔をあ
   けて正方格子状に結束するスペーサーグリッドと、該ス
   ペーサーグリッドによって束ねられた全セルの下端に固
   着され、各セル内に冷却水を導くための流水孔および各
   セル内の底部となる台座を有するベースプレートと、各
   セルの四側面の内側あるいは外側を覆うボロン含有ステ
   ンレス部材と、該ボロン含有ステンレス部材を、セルか
   らの荷重を伝えることなく支持する支持手段と、を備え
   た使用済燃料ラックにおいて、 前記略角管状セルは、既存ピットから取り出された既存
   セルであり、洗浄後に再利用されるものであり、 前記複数のスペーサーグリッドとして、予め組み立てら
   れたセル挿入構造材を用い、 このセル挿入用構造材は、既存セルが挿入されるための
   開口が正方格子状に配列されたサポート板を、その四隅
   でサポート脚に複数枚縦軸方向に固定してなり、 前記開口は、既存セルとセル四側面を覆うボロン含有ス
   テンレス平板とを合わせた断面外形状にほぼ一致する面
   積を持つ ことを特徴とする使用済燃料ラック。