JP4632631B2 - 使用済み核燃料を貯蔵するシステム、使用済み核燃料を貯蔵する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済み核燃料の貯蔵の分野に、更に厳密には、使用済み核燃料を貯蔵するための通気垂直オーバーパックに関する。
【０００２】
【従来技術】
原子炉の操作においては、核燃料アッセンブリは、そのエネルギーを所定レベルまで使い果たした後、除去するのが慣例になっている。除去の際、使用済み核燃料はなお放射性が高く相当な熱を発生するので、梱包、輸送、及び貯蔵に当たっては十分な注意を払う必要がある。放射線被曝から環境を守るため、使用済み核燃料は、最初にキャニスターに入れられる。次に、充填された後、キャニスターは、キャスクと呼ばれる大型の円筒形容器に入れて輸送し、貯蔵する。使用済み核燃料をある場所から別の場所に輸送する際には移送キャスクを使用し、使用済み核燃料を所定期間貯蔵するためには貯蔵キャスクを使用する。
【０００３】
貯蔵キャスクの１つの種類として、通気垂直オーバーパック（ＶＶＯ）が挙げられる。ＶＶＯは、主に鋼とコンクリートで作られた塊状の構造体であり、使用済み核燃料が充填されたキャニスターを貯蔵するために使用される。通常、ＶＶＯは筒形状をしており、極めて重く、重量が１５０トンを超え、高さは１５フィートを超えることも多い。ＶＶＯは、平らな底部と、使用済み核燃料のキャニスターを収納できるチャンバを有する円筒形の本体と、取り外し可能な上部蓋部とを有している。
【０００４】
ＶＶＯを使用して使用済み核燃料を貯蔵する際、使用済み核燃料が充填されたキャニスターは、ＶＶＯの円筒形本体のチャンバに入れられる。使用済み核燃料は、貯蔵のためＶＶＯに入れるとき、なお大量の熱を発生させるため、この熱エネルギーをＶＶＯチャンバから逃す手段が必要となる。この熱エネルギーは、ＶＶＯチャンバの換気を図ることによりキャニスターの外面から除去される。ＶＶＯチャンバを換気する場合、低温の空気を底部通気ダクト経由でＶＶＯチャンバに入れ、充填済みキャニスターを通って上向きに流し、温度が上がった状態で上部通気ダクトを通してＶＶＯから出す。底部及び上部通気ダクトは、ＶＶＯの円筒状本体の底部及び上部付近にそれぞれ円周状に配置されている。
【０００５】
使用済み核燃料のキャニスターを外部環境に直接曝すようなことをしてはならないので、チャンバには底部に台座が設えられている。キャニスーを貯蔵のためにチャンバに入れる際、キャニスターは台座の上に載せられ、キャニスターが底部通気ダクトの開口部よりも確実に上方に位置するようにする。更に、上部通気ダクトは、キャニスターをＶＶＯチャンバ内の台座に載せた際に開口部がキャニスターより上方にくるように、円筒状本体に配置されている。キャニスターが外部環境に直接曝されないので、ダクトを通って外部環境に流れ出る放射能は無視できる程度のものである。しかしながら、底部通気ダクトをキャニスターの下方になるようにＶＶＯ本体に配置し、上部通気ダクトをキャニスターの上方になるようにＶＶＯ本体に配置すれば、ＶＶＯ本体の長さが増すことになる。このように長さが伸びると、ＶＶＯは高くなりすぎてドアを通り抜けられなくなるため、原子力施設建物内でキャニスター移送操作を行なうのは困難になる。このようなわけで、独立した外部キャニスター移送設備を建設するか、又は原子力施設のドアを大きくするかの何れかに、余計な金を費やさねばならなくなってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
大部分の電子力施設では、使用済み核燃料が充填されたキャニスターを、放射能プールからＶＶＯまで移送キャスクにより移送している。充填済みのキャニスターを移送キャスクからＶＶＯに移す際には、移送キャニスターをＶＶＯチャンバ内に降下できるように、蓋を外したＶＶＯの上に移送キャニスターを積み重ねる。降下操作の間、キャニスターは上部通気ダクトが設けられている高さを通過せねばならず、放射能が逃げる直接の通路が生まれてしまう。使用済み核燃料を充填したキャニスターを直接環境に曝すのは何れの場合にも望ましくないため、ＶＶＯ本体の上部通気ダクトの開口は移送中には閉鎖しなければならない。閉鎖は、仮遮蔽プラグを開口部に取り付けることにより行なわれる。これら仮遮蔽プラグは、十分な放射能遮蔽性能を持ったものでなければならないので、コンクリートで作られ、しばしば大きな塊となるため、床より少なくとも１５フィート上方に配置されている上部通気ダクトにこのプラグを取り付けたり外したりするのにかかる作業労力に後方支援的問題を突きつけることになる。例えば、４個のシールドブロックを取り付けて取り外すには、重量物を８度取り扱う必要が生じ、重量物を落す事故（及び作業者の負傷）の可能性が高くなる。更には、キャニスターの移送操作に続いてシールドブロックの取り外しがあるため、作業員への被曝放射線量が増える。
【０００７】
更には、充填済みのキャニスターをＶＶＯチャンバ内へ降下させる間に上部通気ダクトを通る放射能漏れの可能性は、上部通気ダクトに遮蔽プラグを取り付けても、遮蔽プラグと上部ダクト開口部との間には許容公差のために狭いクレビスが存在するはずなので、極めて現実性が高いといえる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ある態様では、使用済み核燃料を受け入れるためのチャンバを有する通気垂直オーバーパック用の、通気手段を設けた蓋部であり、これによって、上記及びその他の問題は解決される。該蓋部は、蓋キャップ及び蓋本体を備え、通気手段は蓋本体上に配置されている。
【０００９】
通気手段は１つ又は複数の蓋通気ダクトであるのが望ましい。又、蓋部は、蓋側係合リングを備え、蓋部を通気垂直オーバーパック本体に固定する手段を有することが望ましい。
【００１０】
別の態様では、本発明は、上記のような蓋部と、下部通気ダクトを設けた円筒状本体、底部、及び本体と底部で形成され使用済み核燃料のキャニスタを受け入れることができるようになっているチャンバを有する通気垂直オーバーパックとを備えた、使用済み核燃料を貯蔵するためのシステムである。
【００１１】
下部通気ダクトは円筒状本体の底部付近に配置され、オーバーパックの円筒状本体には上部通気ダクトを設けないのが望ましい。又、蓋部は、ボルトを蓋部に貫通させオーバーパック本体と螺子係合するようにして固定するのが望ましい。
【００１２】
本システムの蓋部は、実質的にチャンバを密閉する蓋キャップと、上部通気手段が設けられた蓋本体とを備えている。本システムの蓋部の通気手段は、１つ又は複数の通気ダクトであるのが望ましい。システムの蓋部は、蓋側係合リングを有し、円筒状本体は本体側係合リングを有する上面を有し、蓋部を円筒状本体上に載せたときに該蓋側係合リングが該本体側係合リングと係合し、蓋部の円筒状本体に対する横移動を制限するようになっているのが望ましい。
【００１３】
又、使用済み核燃料のキャニスターがオーバーパックに入れられ蓋部が固定されると、チャンバ内の空気は使用済み核燃料からの熱により温められるが、低温の空気が下部通気ダクトを通って入り、温められた空気が蓋部の通気手段を通って出て行くようになっているのが望ましい。
【００１４】
又別の態様では、本発明は、使用済み核燃料を貯蔵するための方法において、上記システムのオーバーパックのチャンバ内に使用済み核燃料のキャニスターを入れる段階と、チャンバ内の空気が使用済み核燃料からの熱により温められ、従って低温の空気が下部通気ダクトを通って入り、温められた空気が蓋部の通気手段を通って出て行くように蓋を固定する段階と、から成る方法である。蓋部はボルト留めによりオーバーパックの本体に固定されるのが望ましい。本方法では、蓋部は蓋側係合リングを有し、円筒状本体は本体側係合リングを有する上面を有し、蓋部を円筒状本体上に載せたときに、蓋部の円筒状本体に対する横移動を制限するようになっているのが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、従来技術による通気垂直オーバーパック（ＶＶＯ）２を示す。従来技術によるＶＶＯ２は、平坦な底部１７、円筒状本体１２、及び蓋部１４を備えている。蓋部１４は、ボルト１８で円筒状本体１２に固定されている。ボルト１８は、従来技術によるＶＶＯ２が倒れるようなことがあれば、蓋部１４の円筒状本体に対する横すべりを拘束する役目も果たす。円筒状本体１２は、上部通気ダクト１５と下部通気ダクト１６を有している。上部通気ダクト１５は、円筒状本体１２の頂部又は頂部付近に配置され、一方底部通気ダクト１６は円筒状本体１２の底部又は底部付近に配置されている。底部通気ダクト１６及び上部通気ダクト１５は、共に、円筒状本体１２の円周周りに配置されている。
【００１６】
図２に示すように、従来技術によるＶＶＯ２の円筒状本体１２はチャンバ２５を形成している。チャンバ２５は、蓋部１４を取り外すと、使用済み核燃料を充填したキャニスターを入れることができるようになっている。
【００１７】
図３には、貯蔵のためキャニスター１３をチャンバ２５に充填した状態の、従来技術によるＶＶＯ２を一部断面で示している。従来技術によるＶＶＯ２には、チャンバ２５の底部に台座１９が設けられている。貯蔵のため、キャニスター１３を従来技術によるＶＶＯ２のチャンバ２５に入れると、キャニスター１３は台座１９の上に載る。底部通気ダクト１６は、キャニスター１３をチャンバ２５に入れたときキャニスター１３が底部通気ダクト１６の高さより上方にくるような円筒状本体１２上の位置に設けられている。上部通気ダクト１５は、キャニスター１３をチャンバ２５に入れたときキャニスター１３が上部通気ダクト１５の高さより下方にくるような円筒状本体１２上の位置に設けられている。このように配置されているので、底部通気ダクト１６及び上部通気ダクト１５双方から出る放射能の外部環境に及ぼす程度が緩和される。円筒状本体１２及び蓋部１４の部分は、コンクリート２２のようなガンマ線吸収材料で作られている。
【００１８】
キャニスター１３をチャンバ２５に入れた状態で蓋部１４を固定したとき、チャンバ２５の通気（更には使用済み核燃料の冷却）が起きなければならない。従来技術によるＶＶＯ２では、低温の空気３０が底部通気ダクト１６から入り、上方に流れてキャニスター１３を通過しながら熱エネルギーをキャニスター１３から対流により奪い、暖められた空気３１となって上部通気ダクト１５から従来技術によるＶＶＯ２を出て行く。
【００１９】
図４に示すように、充填済みのキャニスター１３を移送キャスク２７から従来技術によるＶＶＯ２に移す際には、移送キャスク２７をオーバーヘッドクレーン２６によって従来技術によるＶＶＯ２の上方に位置決めして重ねる。
【００２０】
図５に示すように、移送キャスク２７は開放可能な格納式底部２８を有しており、移送キャスク２７を従来技術によるＶＶＯ２の上に重ねている間に、充填済みのキャニスター１３を従来技術によるＶＶＯ２のチャンバ２５内へ直接降下できるようになっている。この降下操作の間に、キャニスター１３は上部通気ダクト１５（図１）のそばを通過するので、放射能が漏れ出す直接の経路ができる。
【００２１】
図６に示すように、降下中にこの放射能が上部通気ダクト１５を通って漏れ出すのを阻止するため、移送キャスク２７を従来技術によるＶＶＯ２の上方に配置する前に、仮遮蔽プラグ２９を上部通気ダクト１５の開口に装着する。仮遮蔽プラグ２９は、コンクリートのようなガンマ線吸収材料で作られている。
【００２２】
図７に示すように、キャニスター１３を従来技術によるＶＶＯ２内に完全に降下させると、移送キャスク２７は除去される。仮遮蔽プラグ２９は、チャンバ２５が適正に換気できるように、蓋部１４を再度円筒状本体１２に固定する前に取り外さなければならない。仮遮蔽プラグ２９を取り外した後、ボルト１８で蓋部１４を円筒状本体１２に固定する（図１）。
【００２３】
図８は、本発明のシステムの実施形態である、通気垂直オーバーパック（ＶＶＯ）４０を示している。通気垂直オーバーパック４０は、円筒状本体４３、底部４４、及び通気蓋部４１を備えている。円筒状本体４３と底部４４は、使用済み核燃料のキャニスターを収納可能なチャンバ４６を形成している。円筒状本体４３には、チャンバ４６を換気するため、円筒状本体４３の底部又は底部付近に下部通気ダクト４５が設けられている。しかし、従来技術によるＶＶＯ２の円筒状本体１２（図１）とは異なり、ＶＶＯ４０の円筒状本体４３には、上部又は上部付近に上部通気ダクトは設けられていない。代わりに、通気蓋部４１にチャンバ４６を換気するため１つ又は複数の蓋部通気ダクト４２が設けられている。
【００２４】
図９に示すように、円筒状本体４３には上部通気ダクトがないので、円筒状本体４３の上面４７は概ね平坦な面となっており、上部全周にガンマ線吸収シールドが形成されている。この様になっているので、キャニスター１３をチャンバ４６内に完全に降下させたとき、外部環境へ放射能が直接漏れ出ないことを確実なものとするために、円筒状本体４３をキャニスター１３よりも高く伸ばす必要はない。更に、上面４７が平坦なので、一旦移送キャスクを正しく上面４７に固定してしまえば、放射能が漏れ出る開口部がないことから、キャニスター１３を降下させる際に仮遮蔽プラグ２９を設置しておく（図６）必要が無くなる。しかしながら、従来技術によるＶＶＯ２（図１）でのように、下部通気ダクト４５は、キャニスター１３をチャンバ４６に入れたときにキャニスター１３より下方にくるような円筒状本体４３上の位置に設けられている。
【００２５】
通気垂直オーバーパック４０のチャンバ４６（図８）内にキャニスター１３を入れ、通気蓋部４１を円筒状本体４３に固定することにより、使用済み核燃料の充填済みキャニスター１３をＶＶＯ４０内に貯蔵するので、使用済み核燃料からの熱によってチャンバ４６内の空気が温められ、低温の空気が下部通気ダクト４５を通って入り、暖められた空気となって蓋部通気ダクト４２を通って出て行くことになる。通気蓋部４１は、円筒状本体４３にボルト留めしてもよい。
【００２６】
図１０に示すように、通気蓋部４１には、側壁３０上に４つの蓋部通気ダクト４２が設けられている。通気４１は、蓋側係合リング２１も備えている。図９に示すように、円筒状本体４３には、上面４７に本体側係合リング２０が固定されている。通気蓋部４１を円筒状本体４３に載せると、蓋側係合リング２１（図１０）は本体側係合リング２０と相互作用して、ボルト１８が固定されていなくとも、円筒状本体４３に対する通気蓋部４１の横移動を拘束する。通気蓋部４１は、通気蓋部４１にボルト１８を通して円筒状本体４３のボルト穴４８に螺子係合させることにより、円筒状本体４３に固定される。
【００２７】
図１１に示すように、通気蓋部４１は、２つの部品、即ち実質的にチャンバ４６を閉じる蓋キャップ４９と、蓋部通気ダクト４２として図示されているチャンバ４６を換気する手段を保有する蓋本体５０とを備えるよう構成されている。蓋部通気ダクト４２は、蓋本体５０の側壁３０（図１０）に設けられている。蓋キャップ４９と蓋本体５０として構成した場合、蓋キャップ４９は、蓋本体５０を取り外さなくとも円筒状本体４３から取り外すことができる。このような実施形態では、蓋本体５０は、蓋キャップ４９とは独立して円筒状本体４３に対して取り外し、固定することのできる環状リング様の構造体である。或いは、通気蓋部４１は、全体を取り外さねばならない１つの剛体部品となるように構成してもよい。
【００２８】
以上の説明は、本発明の代表的な実施形態を明らかにし説明したものに過ぎない。当業者には理解頂けるように、本発明は、その精神又は本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態に具現化することができる。従って、本発明の開示は説明を目的とし、本発明の範囲を限定するものではなく、その範囲は上記特許請求の範囲により定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による通気垂直オーバーパック（ＶＶＯ）の斜視図である。
【図２】 従来技術によるＶＶＯの蓋部を取り外した状態を示す斜視図である。
【図３】 従来技術によるＶＶＯの、使用済み核燃料のキャニスターが完全に中に挿入された状態の一部断面斜視図であり、キャニスタの通気を示している。
【図４】 移送キャスクを、部分的に図示する遮蔽プラグを定位置に配置した従来技術によるＶＶＯの上に配した状態を示す斜視図である。
【図５】 従来技術によるＶＶＯの上に固定した移送キャスクの破断図であり、キャニスターが、部分的に図示する遮蔽プラグを定位置に配置した従来技術によるＶＶＯの中へ降下されている状態を示す。
【図６】 従来技術によるＶＶＯの上部の斜視図であり、仮遮蔽プラグを上部通気ダクト開口内に設置している状態を示す。
【図７】 キャニスターを、移送キャスクから、部分的に図示する従来技術によるＶＶＯに移し替えた後、移送キャスクをその従来技術によるＶＶＯから取り出している状態を示す斜視図である。
【図８】 蓋部に上部通気ダクトを有する、本発明の通気垂直オーバーパックの斜視図である。
【図９】 蓋部に上部通気ダクトを有する、本発明の通気垂直オーバーパックの斜視図であり、キャニスターが通気垂直オーバーパック本体のチャンバ内に完全に挿入された状態を示す。
【図１０】 本発明の通気蓋装置の底部斜視図である。
【図１１】 本発明の通気垂直オーバーパックの斜視図であり、通気蓋部は蓋本体と蓋キャップを備えている。
【符号の説明】
１３ キャニスター
１８ ボルト
２７ 移送キャスク
３０ 側壁
４０ 通気垂直オーバーパック
４１ 通気蓋部
４２ 蓋部通風ダクト
４３ 円筒状本体
４４ 底部
４５ 下部通気ダクト
４６ チャンバ
４７ 上面
４９ 蓋キャップ
５０ 蓋本体

Claims (4)

1. 使用済み核燃料を貯蔵するシステムであって、
   側壁及び底面を有し、側壁には水平な通気ダクトが貫通して延びる蓋部と、
   下部通気ダクト、底部、上面、及び本体を有し、当該本体は使用済み核燃料のキャニスターを受け入れるようにされたチャンバを含む通気垂直オーバーパックとを備え、
   蓋部の底面とオーバーパックの上面とが水平な部分を有する界面を形成するように、蓋部が複数の締結部によりオーバーパックに固定され、
   前記蓋部は、蓋キャップと、環状リング状の蓋本体とを有し、前記水平な通気ダクトが前記蓋本体を貫通して延びている、システム。
2. 使用済み核燃料を貯蔵するシステムであって、
   側壁及び底面を有し、側壁には水平な通気ダクトが貫通して延びる蓋部と、
   下部通気ダクト、底部、上面、及び本体を有し、当該本体は使用済み核燃料のキャニスターを受け入れるようにされたチャンバを含む通気垂直オーバーパックと、
   蓋部の底面に取り付けられた下面を有する蓋側係合リングと、
   オーバーパックの上面に取り付けられた上面を有する本体側係合リングとを備え、
   蓋部は複数の締結部によりオーバーパックに固定され、本体側係合リングの上面が蓋部の底面と接触して第１の水平な界面を形成し、蓋側係合リングの下面がオーバーパックの上面に接触して第２の水平な界面を形成し、
   前記蓋部は、蓋キャップと、環状リング状の蓋本体とを有し、前記水平な通気ダクトが前記蓋本体を貫通して延びている、システム。
3. 使用済み核燃料を貯蔵する方法であって、
   側壁及び底面を有し、側壁には水平な通気ダクトが貫通して延びる蓋部であって、蓋キャップと、環状リング状の蓋本体とを有し、前記水平な通気ダクトが前記蓋本体を貫通して延びている前記蓋部、を準備し、
   下部通気ダクト、底部、上面、及び本体を有し、当該本体は使用済み核燃料のキャニスターを受け入れるようにされたチャンバを含む通気垂直オーバーパックと、を準備し、
   蓋部が複数の締結部によりオーバーパックに固定されたシステムの該オーバーパックのチャンバ内に使用済み核燃料のキャニスターを置き、
   蓋部の底面とオーバーパックの上面とが少なくとも１つの水平な部分を有する界面を形成するように、蓋部をオーバーパックに固定し、チャンバ内の空気が使用済み核燃料の熱により温められて、低温の空気が下部通気ダクトを通って入り、温められた空気が前記水平な通気ダクトを通って出て行くようにした、方法。
4. 使用済み核燃料を貯蔵する方法であって、
   側壁及び底面を有し、側壁には水平な通気ダクトが貫通して延びる蓋部であって、蓋キャップと、環状リング状の蓋本体とを有し、前記水平な通気ダクトが前記蓋本体を貫通して延びている前記蓋部と、蓋部の底面に取り付けられた下面を有する蓋側係合リングと、を準備し、
   下部通気ダクト、底部、上面、該上面に取り付けられた上面を有する本体側係合リング、及びチャンバを備えた本体、を有する通気垂直オーバーパック、を準備し、
   オーバーパックのチャンバ内に使用済み核燃料のキャニスターを置き、
   蓋部を複数の締結部によりオーバーパックに固定し、蓋側係合リングの下面がオーバーパックの上面に接触して第１の水平な界面を形成し、本体側係合リングの上面が蓋部の底面に接触して第２の水平な界面を形成し、チャンバ内の空気が使用済み核燃料の熱により温められて、低温の空気が下部通気ダクトを通って入り、温められた空気が前記水平な通気ダクトを通って出て行くようにした、
   方法。

Images