JP3950403B2 - 放射性核燃料移送システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核燃料集合体用の移送容器に関し、特に、幾何形状アレイ内に支持された複数の燃料ロッドを有する放射性核燃料集合体用のかかる容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核分裂性物質Ｕ²³⁵を多量かつ／または濃厚に含有する放射性原子炉燃料要素および集合体の移送および貯蔵において、通常の使用の間、ならびに潜在的な事故の状況下で、臨界が回避されることを保証する必要がある。たとえば、燃料移送容器は、各燃料集合体の構造（design）について特定の最大の燃料濃縮度（すなわちＵ²³⁵の重量および重量％）を移送することを原子力規制委員会（ＮＲＣ）により認可されている。新規な移送容器の設計が認可承認を受けるためには、その新規な容器の設計が、１０ＣＦＲ７１に規定されるものを含む、ＮＲＣの規定および規制の要件に見合うであろうということを、ＮＲＣが満足のいくように実証しなければならない。これらの要件は、中に収容された燃料集合体の未臨界度を維持するのに移送容器およびその内部支持構造が耐えなければならない最大想定事故（ＭＣＡ）を規定している。
【０００３】
本発明の譲渡人に譲渡されている米国特許第４，７８０，２６８号は、頂部方形ノズル、方形アレイの燃料ロッド、および底部方形ノズルを有する２つの従来の核燃料集合体を移送するための移送容器を開示している。この容器は、並んだ２つの燃料集合体間に垂直に延在した部分を有する支持フレームを備えている。各燃料集合体は、クランプフレームにより支持フレームにクランプ締めされ、このクランプフレームはそれぞれ２つの圧力パッドを有している。この集合体全体は、緩衝マウントフレームおよび複数の緩衝マウントにより容器に連結されている。上記垂直部分内に、少なくとも２つの中性子吸収材要素がシールされている。一層のゴムコルククッション材料が、燃料集合体から支持フレームと垂直部分とを分離させている。
【０００４】
従来の燃料集合体のそれぞれの頂部ノズルは、集合体の縦軸に沿って、４カ所所で頂部方形ノズルに締め付けられる（tightened down）圧力パッドを備えたジャックポストにより保持される。これらの従来の燃料集合体のうちのいくつかの底部ノズルは、面取り端を有する。これらの燃料集合体は、集合体の縦軸に沿って、底部ノズルの面取り端を保持する底部ノズルスペーサにより保持される。
【０００５】
本発明の譲渡人が用いる上記および他の移送容器（たとえば略方形断面形状の加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の燃料集合体用ＲＣＣ−４）は、認証番号第５４５０、代理人整理番号第７１−５４５０、米国原子力規制委員会、燃料サイクルおよび物質安全（Material Safety）部門、Office of Nuclear Material Safety and safeguards, Washington, DC 20555に記載されている。
【０００６】
本発明の譲渡人に譲渡された特許第５，４９０，１８６号は、六方燃料（hexagonal fuel）用、特に、ロシア型ＶＶＥＲ原子炉のために意図された燃料用に設計された全く異なる核燃料移送容器を記載している。さらに、沸騰水型原子炉燃料用に他の移送容器構造を必要としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、多数の原子炉燃料集合体の構造と互換可能に用いることができる核燃料集合体用の改善された移送容器が必要とされる。
【０００８】
軽量で、耐性があり、かつ認可され得る設計内で、単一の集合体を収容することができるような燃料集合体移送容器が必要とされる。
【０００９】
さらに、水平または垂直のどちらの向きでも容易に積載できるような移送容器が必要とされる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これらの目的および他の目的は、通常の状況下または仮想事故の状況下で安全に放射性核燃料集合体を移送するための本発明の個々の燃料集合体容器システム設計によって達成される。この移送容器は、燃料集合体と少なくとも同じ長さの軸寸法を有する細長い管状インナーライナを備える。このライナは、好ましくは、その軸寸法に沿って半分に分割され、燃料集合体の周囲でライナの２つの半部分がなす配置についてクラムシェルのように分離できるようになっている。ライナの外周は、ライナと少なくとも同じ長さの軸寸法を有する細長い管状容器から形成されたオーバーパックの内側にぴったり受容されるように設計されている。好ましくは、管状容器の壁は、間に置かれた微細セルポリウレタンと同軸に位置付けられたステンレス鋼の比較的薄いシェルから構成される。好ましくは、インナーシェルは、ホウ素含浸ステンレス鋼を含む。
【００１１】
燃料集合体を取り囲む管状インナーライナは、管状容器オーバーパック内に摺動可能に取り付けられ、オーバーパックは、各端部でエンドキャップによりシールされている。管状容器オーバーパックは、好ましくは、離間した軸方向位置で管状容器の円周に沿って延びる周縁リブを有し、この周縁リブは、オーバーパックの周縁剛性を高め、周縁緩衝材に対して取付け点を形成する。
【００１２】
好ましくはバードゲージ設計を有する細長い外フレームは、該外フレームと離間関係にある管状容器を該外フレーム内に受容するようなサイズにされる。このフレームは、軸方向に離間した周縁ストラップから形成されており、このストラップは、フレーム構造を形成するために該ストラップを固定的に連結する、円周方向に離間し軸方向に配向された支持リブに連結される。複数の緩衝材が、ある種のストラップと、管状容器の周囲に延びる、好ましくは少なくとも２つの周縁リブとの間に連結されて、万一、外フレームが影響を及ぼされた場合には、該フレームが被る相当な量の衝撃エネルギーから管状容器を分離する。
【００１３】
添付の図面とともに読まれる好適な実施形態の以下の記載により、本発明のさらなる理解を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料集合体容器のオーバーパックおよび内部コンポーネントならびに移送システムを図１に示す。燃料集合体２４が、細長いインナーライナ１８によりぴったり取り囲まれて象徴的に示されている。インナーライナ１８は２つの半部分２２および２０に分割されて示されており、この分割により、インナーライナ１８は、オーバーパック１０内に装填される前に燃料集合体の周囲により容易に位置付けられ得るようになっている。インナーライナ１８は、クラムシェル構造で、好ましくは２つの等しい半部分２０および２２に分割されて示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、等しいまたは不等な周縁長を有する２つまたはそれ以上の部分に分割され得ることを理解されたい。望ましくは、インナーライナの部分２０および２２の合わせ面は、燃料集合体２４の周囲のライナの部分２０および２２の位置決めを容易にさせる相補的なキー溝を備える。ライナ１８は、管状オーバーパック１０内にぴったり受容されるように設計された外周の形状およびサイズを有するステンレス鋼から構成されることが好ましい。インナーライナ１８の内部は、燃料集合体２４の外側エンベロープにぴったり適合するように型押しあるいは機械加工される。ホウ素スリーブ（boron sleeve）１６が、インナーライナの装填前に、インナーライナ１８とオーバーパック１０との間に挿入される。代替的に、たとえば火炎堆積法または他の被覆技法によって、インナーライナ１８の外面をホウ素で被覆することができる。ホウ素スリーブ１６についての別の代替または補足として、燃料集合体２４の外面と合わさるインナーライナ１８の内壁と、オーバーパック１０内にぴったり受容されるインナーライナ１８の外面との間にある、インナーライナ１８の空所に、ホウケイ酸塩を注入することができる。さらに別の代替は、ホウケイ酸塩またはホウ酸塩処理したステンレス鋼から形成されたプレートをインナーライナ１８の内部に取り付けることである。
【００１５】
オーバーパック１０は細長い管状部材であり、その壁は同軸に位置付けられた２つの約０．３１７５ｃｍ（＝約１／８インチ）厚のステンレス鋼シェルから形成されることが好ましい。強度の要件を満たすものであれば他の壁厚を採用することもできる。しかしながら、壁厚が大きいと、オーバーパック１０の重量に上乗せすることになる。好ましくは、各シェルは、溶接されるか、あるいは連続した継ぎ目のない円周を有するように製造される。この実施形態では、限定する意図はない例として、ぴったりパックされた構成をしたシェル間に約７．６２ｃｍ（＝３インチ）の厚層の微細セルポリウレタン層(layer of close cell polyurethane)を差し入れ、好ましくは、インナーシェルがホウ素に含浸させたステンレス鋼シートから形成されるが、両シェルをホウ素含浸ステンレス鋼から形成することができ、あるいはこの目的のためにホウ素以外の別の減速材を用いることができることを理解されたい。オーバーパックを、円形断面を有するものとして示したが、他の形状（たとえば楕円または矩形状）を用いることができる。ただし、円形状にはいくつかの構造上の利点がある。
【００１６】
オーバーパックは、軸方向に離間した多数の周縁リブに嵌まり、このリブは、オーバーパック１０の壁を形成するシェルに対し周縁剛性を加える。別個の緩衝マウント取付け点１４を外側の軸方向のレール２８に沿って設けることができ、あるいは緩衝マウント取付け点を周縁リブ１２上に直接設けることもできる。ボールベアリング２６は、点線で象徴的に示され、オーバーパック１０内へのインナーライナ１８の装填を補佐するために用いられる摩擦低減機構を表している。摩擦低減機構は、オーバーパック１０の内面あるいはライナ１８の外面上のボールベアリングとすることができ、あるいはオーバーパック１０の内壁中に固定的に構築され、ライナ１８に取り外し可能に連結され得る入れ子式レール構成とすることができる。ライナ１８の部分２０および２２は、いったん燃料集合体２４の周囲に位置付けられると互いにクランプ締めされ得ることにも留意されたい。
【００１７】
図２は、２つのエンドキャップ３６によって封鎖され（enclosed）ているオーバーパック１０を示しており、エンドキャップ３６は、燃料集合体を収容したインナーライナが装填されると、ボルトによる取り付けまたはヒンジおよび蝶ナットによる迅速な取り付けにより固定され得る。オーバーパック１０は、バードケージ状フレーム３０内に支持されて示されており、フレーム３０は、円周方向に離間し軸方向に配向されたレール３４に固定的に連結（たとえば溶接）された、軸方向に離間した複数の周縁ストラップ３２から形成されている。端部位置３８は、角ストラップ(angle straps)から形成されている。この構成では、外フレームは、方形断面を有するものとして示されているが、他の形状（たとえば円形断面）を用いることができることに留意されたい。オーバーパック１０は、少なくとも１つの緩衝機構４０によりフレーム３０内に支持される。緩衝材支持体は、たとえば、Lord Corporation,Mechanical Products Division ,2000 West Grandview Boulevard,Erie,Pennsylvania 16514により供給される部品番号Ｊ−５７３５−６４とすることができる。図４ＡないしＥは、オーバーパック１０を支持するのに用いることができるバードケージフレーム３０内での異なる支持構成を示している。図４Ａでは、オーバーパック１０は、その正反対の両側でバードゲージフレーム３０の側壁の中点から支持されている。図４Ｂでは、単一のわずかに異なる緩衝マウント支持体が、オーバーパック１０をバードケージフレーム３０の１つの側壁に固定している。図４Ｃでは、４つの緩衝マウント支持体がそれぞれ、バードケージフレーム３０の側壁の中点からオーバーパック１０を支持している。図４Ｄでは、３つの緩衝マウント支持体４０が、バードケージフレーム３０の３つの側壁の中点からオーバーパック１０を支持している。図４Ｅでは、オーバーパック１０は、バードケージフレーム３０の側壁の交点にそれぞれ取り付けられた４つの緩衝マウント４０により支持されている。したがって、本発明の範囲から逸脱せずに他の支持構成を構成することが可能であることが理解されるはずである。
【００１８】
図３は、一旦、ライナ１８が燃料集合体の上に配置されると、ライナ１８をオーバーパック１０内に装填するのに用いることができる移送車（car transport）４２を示している。移送車４２の側壁４６は、外フレーム３０と位置合わせられており、このフレーム３０は、オーバーパック１０の軸に対しライナ１８を保持しているクレードル４４を位置合わせする。したがって、ライナ１８は、積載車４２の基台のローラでオーバーパック１０内に軸方向に移動することができ、フレーム３０および移送車４２は水平位置に保持される。代替的に、フレーム３０を垂直位置に配向することができ、ウインチ５０が、移送車４２の端部に繋がったケーブル４８を制御してオーバーパック１０の内側にライナ１８を徐々に下ろしていくことができる。
【００１９】
種々の燃料集合体構造は、燃料集合体のエンベロープと相補的である種々の内部形状をライナに与えることにより適応し得る。その基本形態において、本発明は、オーバーパック管状容器内に挿入されるクラムシェル型燃料集合体パッケージである。したがって、この管状オーバーパックを外部支持システムおよびバードケージフレームが支持する。この構造により、現在の燃料移送キャスクに対し、非常に単純であり、コストが低く、軽量なものの代替が可能となる。
【００２０】
オーバーパックは、多数の種々の加圧水型原子炉燃料構造ならびに多数の燃料型を担持する多様性を提供する。オーバーパックは、沸騰水型原子炉燃料集合体および他の核生成物用に構成されたクラムシェルを担持することができる。
【００２１】
本発明の特定の実施形態を詳細に説明してきたが、本開示の教示全体に鑑みて、それらの詳細に対し種々の変更および代替を展開し得ることが当業者には理解されよう。したがって、開示された特定の実施形態は、本発明の範囲に関して例示的にすぎなく限定的ではなく、併記の特許請求の範囲の十分な広がりおよびその均等物すべてを与えられるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオーバーパック内に部分的に挿入されるホウ素スリーブ内に部分的に挿入される燃料集合体を取り巻く、本発明の細長い管状インナーライナを示す、部分切り欠き斜視図である。
【図２】緩衝アタッチメントにより外フレームに支持された、本発明のオーバーパックの斜視図である。
【図３】図２に示したオーバーパック内にインナーライナを装填するように位置合わされている、燃料集合体を取り囲むインナーライナを支持するキャリッジの斜視図である。
【図４】ＡないしＥは、外フレーム内のオーバーパックを支持するための異なる実施形態の概略図である。

Claims (19)

1. 核燃料集合体用の移送容器であって、
   前記核燃料集合体と少なくとも同じ長さの軸寸法、および前記核燃料集合体よりも大きな内部断面を有する細長い管状容器と、
   前記核燃料集合体と少なくとも同じ長さの軸寸法、および前記管状容器の内側にぴったり受容されるように設計されている外周を有する細長い管状インナーライナであって、前記核燃料集合体の外部断面とほぼぴったり合致する内部断面を有する該管状インナーライナと、
   前記管状容器と少なくとも同じ長さの軸寸法を有する細長い外フレームであって、該外フレームの内側に間隔を開けて前記管状容器を受容するようなサイズに構成されている外フレームと、
   前記外フレームに前記管状容器を取り付ける緩衝手段であって、万一、前記外フレームが衝撃を受けた場合には、前記外フレームが被る相当な量の衝撃エネルギーを吸収することによって前記管状容器を前記衝撃から隔離するように、前記外フレーム内に前記管状容器を支持する該緩衝手段と、
   前記管状インナーライナが前記管状容器の中へ、あるいは該管状容器から軸方向に摺動される際の摩擦抵抗を低減する手段と、を備え、
   該摩擦抵抗を低減する手段は、前記管状インナーライナまたは前記管状容器のいずれか一方または両方で支持された、入れ子式レール、あるいは、軸方向に離間したボールベアリングのいずれかである移送容器。
2. 前記管状容器は円形断面を有する請求項１に記載の移送容器。
3. 前記管状容器は円形または楕円のように連続的な円周を有する請求項１に記載の移送容器。
4. 前記管状インナーライナは、該管状インナーライナを少なくとも２つの円周方向部分に分離可能にさせる、前記軸寸法上に延びた少なくとも２つの軸方向の継ぎ目を有する請求項１に記載の移送容器。
5. 前記管状インナーライナは、２つの略等しい半部分に分離可能である請求項４に記載の移送容器。
6. 前記管状インナーライナの隣接部分に、相補的な位置決めキーを有する請求項４に記載の移送容器。
7. 前記管状インナーライナは、ステンレス鋼から構成される請求項１に記載の移送容器。
8. 前記管状インナーライナと前記管状容器との間に差し入れられるホウ素ライナを備える請求項１に記載の移送容器。
9. 前記管状容器は、軸方向に離間した複数の周縁リブを備える請求項１に記載の移送容器。
10. 前記リブの数は、４〜９の間である請求項９に記載の移送容器。
11. 前記管状容器は、少なくとも１つのエンドキャップを備える請求項１に記載の移送容器。
12. 前記管状容器は、管状インナーシェルおよびアウターシェル間に差し入れられる微細セルポリウレタンコアと同軸の該インナーシェルおよび該アウターシェルを含む請求項１に記載の移送容器。
13. 前記インナーシェルまたは前記アウターシェルは、ホウ素を有する請求項１２に記載の移送容器。
14. 前記インナーシェルまたは前記アウターシェルは、ホウ素ステンレス鋼から形成される請求項１３に記載の移送容器。
15. 前記外フレームは、軸方向に離間した複数の周縁ストラップを備え、該周縁ストラップはそれぞれ、バードケージ状の該外フレーム内で前記管状容器の軸に略平行に位置付けられた、円周方向に離間し軸方向に配向されたレールに連結されている請求項１に記載の移送容器。
16. 前記緩衝手段は、前記周縁ストラップの１つおよび前記管状容器にそれぞれが連結された少なくとも２つの緩衝材を含む請求項１５に記載の移送容器。
17. 前記緩衝材は、前記周縁ストラップの１つおよび前記管状容器の軸方向に離間した複数の周縁リブにそれぞれ連結される請求項１６に記載の移送容器。
18. 前記細長いライナの内面と外面との間に差し入れられるホウケイ酸塩コアを備える請求項１に記載の移送容器。
19. 前記細長いライナの内面を、ホウ酸塩処理したステンレス鋼またはホウケイ酸塩を含むプレートでライニングすることを含む請求項１に記載の移送容器。

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