JP5638632B2 - 核燃料貯蔵用ラック - Google Patents

Description

本発明は、核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内の水中に、核燃料集合体を収納した状態で貯蔵される核燃料貯蔵用ラックに関する。本願は、２０１１年２月４日に、日本に出願された特願２０１１−０２２６２３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

例えば、原子力発電所で発生した使用済み核燃料（使用済み核燃料棒）は、核燃料貯蔵施設に貯蔵して保管される。また、使用済み核燃料は、グリッドで束ねた核燃料集合体として燃料貯蔵用ラックのラックセル内に収納し、核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内に貯蔵される。このとき、貯蔵ピットには、水が貯留されており、複数の核燃料貯蔵用ラックを整列配置して水中に貯蔵する。これにより、崩壊熱を冷却除去して臨界未満で保持し、また、放射線を遮蔽するようにしている。

核燃料貯蔵用ラックは、上下方向に延び、縦横に配列した複数のラックセルが形成されるように構成されている。例えば、核燃料貯蔵用ラックは、ボロン添加ステンレス鋼板を正方格子状に配設し、隣り合う鋼板同士を溶接で接続して製造されたり、ボロン添加ステンレス鋼管の角筒体を千鳥状に配設し、隣り合う角筒体のコーナー部同士を溶接で接続して製造される（例えば、特許文献１参照）。

日本国特開２００２−１８９０９８号公報

しかしながら、上記した従来の燃料貯蔵用ラックは、ボロン添加ステンレス鋼製の板や角筒体を溶接で接続して形成される。このため、溶接時の熱などで歪みが生じ、放射線の遮蔽性能などの品質が低下するおそれがあった。また、欧米では、中性子吸収性能を有するボロン添加ステンレス鋼を溶接して燃料貯蔵用ラックを製造することは許容されていない。
このため、溶接することなく燃料貯蔵用ラックを製造することが強く望まれている。

本発明の一態様によれば、核燃料貯蔵用ラックは、核燃料集合体を収納する複数のラックセルを備え、前記ラックセルは、放射線吸収材を含んでなり、前記核燃料集合体を収納する核燃料収納空間を形成するように立設される複数の板部材と、前記複数の板部材を締結する締結機構とを備える。また、前記板部材が、上下方向に延びる一側端と他側端からそれぞれ横方向外側に突出する突出部と、前記突出部によって一側端側と他側端側に形成される凹部とを備えて形成されている。また、隣り合う前記板部材のうちの一方における前記突出部と、他方における前記凹部を係合させて複数の板部材を組み付けた状態で、各前記板部材の前記突出部の先端から基端側に延びるスリットに嵌合させて前記突出部同士を締結する固縛板を、前記締結機構が備えている。

本発明の一態様においては、各板部材（側壁板）の突出部と凹部を係合させ、各板部材の外面から外側に突出した突出部同士を締結機構で締結（連結）する。このため、溶接を用いることなくラックセルを形成することができる。

本発明の態様に係る核燃料貯蔵用ラックにおいては、各板部材の突出部と凹部を係合させ、各板部材の外面から外側に突出した突出部同士を締結機構で連結して、溶接を用いることなくラックセルを形成することができる。このため、従来のように、溶接に伴って歪みが生じ、放射線の遮蔽性能などの品質が低下するおそれを解消することができる。その結果、信頼性の高い核燃料貯蔵用ラックを実現することが可能になる。

また、ラックセルが、各板部材の突出部と凹部を係合させて組み付け、板部材の外面から外側に突出部を突出させて形成される。このため、核燃料貯蔵用ラックを水中に貯蔵した状態で、隣り合うラックセルの間に、高速中性子を減速させる減速材として、水を介在させることができる。これにより、ラックセルの各板部材の放射線吸収材で中性子を吸収するだけでなく、この水をウォータートラップとして、高速中性子を減速させることができる。その結果、臨界安全性を確保することが可能になる。

本発明の第１参考例、第二参考例、及び、第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。 図１のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の第１参考例、第二参考例、及び、第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す平面図である。 本発明の第１参考例に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルを示す斜視図である。 本発明の第１参考例に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルの側壁板（板部材）と、核燃料集合体を示す正面図である。 本発明の第２参考例に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルを示す斜視図である。 図５のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の第２参考例に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルを示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルの側壁板（板部材）を示す正面図である。 図７のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルを示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルの固縛金具（締結機構）を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。 本発明の第２参考例に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルの変形例を示す斜視図である。 本発明の第２参考例に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルの変形例を示す斜視図である。 図１５のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の第２参考例に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルの変形例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックのラックセルの固縛金具（締結機構）の変形例を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックの変形例を示す斜視図である。

以下、図１から図４を参照し、本発明の第１参考例に係る核燃料貯蔵用ラックについて説明する。本参考例は、例えば原子力発電所で発生した使用済み核燃料を核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内の水中に貯蔵して保管するための核燃料貯蔵用ラックに関する。

本参考例の核燃料貯蔵用ラックＡは、図１及び図２に示すように、核燃料集合体を収納するラックセル１と、ラックセル１を収納するためのセル挿入孔２を有するラック本体３とを備えて構成されている。

ラック本体３は、図１に示すように、方形平板状のベースプレート４と、ベースプレート４の下面から下方に突設された複数の支持脚部５と、ベースプレート４上に一体に設けられ、上下方向に延びる断面方形状のセル挿入孔２を水平方向（横方向）の縦横に複数配列してなるセル収納部６とを備えて構成されている。また、セル収納部６には、例えばステンレス鋼板の板材を格子状に組み付けることで、水平方向の縦横に整列配置された断面方形状のセル挿入孔２が複数形成されている。このとき、セル収納部６は、耐震性を確保しつつ極力薄板を用いて形成されていることが好ましい。

一方、本参考例のラックセル１は、図３及び図４に示すように、核燃料集合体７を収納する核燃料収納空間（収容部）８を形成するように立設される複数の側壁板（板部材）１０、１１、１２、及び１３からなるセル本体９と、セル本体９の複数の側壁板１０〜１３を締結する締結機構１４とを備えて構成されている。

加圧水型原子力発電施設に用いる核燃料、特に複数の核燃料棒をグリッド１５で束ねた核燃料集合体７は、方形棒状である（図４参照）。このため、セル本体９は、４枚の側壁板１０〜１３を用いて形成され、核燃料収納空間８は、断面方形状に形成されている。

また、各側壁板１０〜１３は、ボロン添加ステンレス鋼、ボロン（炭化ホウ素）を添加したアルミニウム、ガドリニウムを添加した鉄合金又は非鉄金属、あるいはボロンとガドリニウムの双方を添加した鉄合金又は非鉄金属などの中性子吸収性能に優れる材料（放射線吸収材）を用いて形成されている。

また、本参考例の各側壁板１０〜１３は、上下方向Ｔ１に延びる一側端側に、一側端から内面及び外面（一面及び他面）に沿って横方向外側に突出する突出部１６を設けて、他側端側にも、他側端から内面及び外面に沿って横方向外側に突出する突出部１６を設けて形成されている。
さらに、本参考例において、各側壁板１０〜１３は、一側端側と他側端側にそれぞれ、上下方向Ｔ１に所定の間隔をあけて複数の突出部１６を設けて形成されている。すなわち、各側壁板１０〜１３は、一側端側と他側端側にそれぞれ、上下方向Ｔ１に交互に配設された突出部１６と凹部１７を備えて形成されている。

さらに、このとき、一側端側と他端側の一対の突出部１６同士が上下方向Ｔ１の同じ高さ位置に配されるように、各側壁板１０〜１３が形成されている。また、４枚の側壁板１０〜１３のうち、第１側壁板１０と第２側壁板１２は、上下方向Ｔ１の同じ高さ位置に突出部１６（及び凹部１７）を配して形成されている。一方、第３側壁板１１と第４側壁板１３は、上下方向Ｔ１の同じ高さ位置に突出部１６（及び凹部１７）を配して形成されている。また、第３側壁板１１と第４側壁板１３は、第１及び第２側壁板１０、１２の凹部１７の高さ位置に突出部１６が配されるように形成されている。すなわち、第１及び第２側壁板１０、１２と、第３及び第４側壁板１１、１３とは、突出部１６と凹部１７の配置をずらして形成されている。

また、各側壁板１０〜１３の各突出部１６の所定位置には、内面から外面に貫通する挿通孔１８が形成されている。さらに、各側壁板１０〜１３は、一側端から他側端の幅寸法Ｌ１を断面方形状の核燃料集合体７の幅寸法Ｌ２よりも僅かに大きくして形成され、下端から上端の高さ寸法Ｈ１を核燃料集合体７の高さ寸法Ｈ２よりも大きくして形成されている。

そして、セル本体９は、第１側壁板１０の一側端側と第３側壁板１１の他側端側の同じ高さ位置にある突出部１６と凹部１７同士を係合させ、第１側壁板１０の他側端側と第４側壁板１３の一側端側の同じ高さ位置にある突出部１６と凹部１７同士を係合させる。さらに、セル本体９は、第２側壁板１２の一側端側と第４側壁板１３の他側端側の同じ高さ位置にある突出部１６と凹部１７同士を係合させ、第２側壁板１２の他側端側と第３側壁板１１の一側端側の同じ高さ位置にある突出部１６と凹部１７同士を係合させる。そして、隣り合う側壁板同士（１０と１１、１１と１２、１２と１３、１３と１０）を直交させながら、上記のように互いの突出部１６と凹部１７を係合させて、４枚の側壁板１０〜１３を組み付ける。これにより、断面方形状の核燃料収納空間８が形成される。

締結機構１４は、上記のように組み付けた４枚の側壁板１０〜１３を一体に固定するための締付具である。そして、本参考例では、この締結機構１４としてボルト１４ａとナット１４ｂが用いられている。４枚の側壁板１０〜１３を組み付けた状態で、第１側壁板１０と第２側壁板１２の同じ高さ位置で対向する一対の突出部１６の挿通孔１８、第３側壁板１１と第４側壁板１３の同じ高さ位置で対向する一対の突出部１６の挿通孔１８にそれぞれボルト１４ａを挿通してナット１４ｂを締結する。これにより、第１側壁板１０と第２側壁板１２の突出部１６同士、第３側壁板１１と第４側壁板１３の突出部１６同士がそれぞれ、締結機構１４によって締結（連結）される。その結果、断面方形状の核燃料収納空間８を形成する４枚の側壁板１０〜１３が、確実且つ強固に一体化し、ラックセル１が形成される。

本参考例の核燃料貯蔵用ラックＡにおいて、ラックセル１の核燃料収納空間８に核燃料集合体７を収納し、ラックセル１をラック本体３のセル挿入孔２に収納した状態で、核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内の水（ほう酸水又は純水）中に貯蔵して保管される。そして、このとき、ラックセル１が溶接を用いずに形成されている。このため、従来のように溶接に伴って歪みが生じ、放射線の遮蔽性能などの品質が低下するおそれはない。

また、図２に示すように、ラックセル１が各側壁板１０〜１３の突出部１６と凹部１７を係合させ、側壁板１０〜１３の外面から外側に突出部１６が突出した状態で形成される。このため、ラックセル１をラック本体３のセル挿入孔２に収納した状態で、各側壁板１０〜１３の突出部１６によって側壁板１０〜１３の外面とセル挿入孔２の内面との間に空間Ｐが形成される。このため、ラックセル１をラック本体３のセル挿入孔２に収納して水中に貯蔵した状態で、ラックセル１の核燃料収納空間８が水で満たされ、各側壁板１０〜１３の外面とセル挿入孔２の内面との間Ｐも水で満たされる。

そして、このようにラックセル１の核燃料収納空間８と、各側壁板１０〜１３の外面とセル挿入孔２の内面の間Ｐとに水が満たされている。これにより、核燃料集合体７から放出される高速中性子が減速して熱中性子に変換し、各側壁板１０〜１３に添加されているボロン、ガドリニウムなどの放射線吸収材により、中性子が吸収される。上記した構成を有する放射線吸収材は、中性子を効率よく吸収するので、核燃料集合体７の貯蔵間隔を縮めることができ、核燃料を稠密に貯蔵することを可能にする。

また、このとき、各側壁板１０〜１３の外面とセル挿入孔２の内面との間Ｐが水で満たされている。これにより、ラック本体３の各セル挿入孔２に挿入して隣り合うラックセル１の間Ｐに、高速中性子を減速させる減速材（放射線減速材）としての水が介在する。そして、ラックセル１の各側壁板１０〜１３の放射線吸収材で中性子を吸収するだけでなく、この水（ウォータートラップ）によって高速中性子を減速させる。その結果、隣のラックセル１に収納した核燃料に高速中性子が影響して臨界になることが確実に防止される。

したがって、本参考例の核燃料貯蔵用ラックＡにおいて、各側壁板１０〜１３の突出部１６と凹部１７を係合させ、各側壁板１０〜１３の外面から外側に突出した突出部１６同士を締結機構１４で連結し、溶接を用いることなくラックセル１を形成することができる。このため、従来のように溶接に伴って歪みが生じ、放射線の遮蔽性能などの品質が低下するおそれを解消することができる。よって、信頼性の高い核燃料貯蔵用ラックＡを実現することが可能になる。

また、ラックセル１が、各側壁板１０〜１３の突出部１６と凹部１７を係合させて組み付け、側壁板１０〜１３の外面から外側に突出部１６を突出させて形成される。このため、核燃料貯蔵用ラックＡにラックセル１を収納して水中に貯蔵した状態で、隣り合うラックセル１の間Ｐに、高速中性子を減速させる減速材としての水を介在させることができる。これにより、ラックセル１の各側壁板１０〜１３の放射線吸収材で中性子を吸収するだけでなく、この水をウォータートラップとして高速中性子を減速させることができる。その結果、臨界安全性を確保することが可能になる。

次に、図１、図２、図５及び図６を参照し、本発明の第２参考例に係る核燃料貯蔵用ラックについて説明する。本参考例では、第１参考例に対してラックセルの構成のみが異なる。よって、本参考例では、第１参考例と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本参考例のラックセル２０は、第１参考例と同様、図５及び図６に示すように、核燃料集合体７を収納する核燃料収納空間８を形成する複数の側壁板１０〜１３からなるセル本体９と、セル本体９の複数の側壁板１０〜１３を締結する締結機構２１とを備えて構成されている。

セル本体９は、第１参考例と同様に、核燃料収納空間８が４枚の側壁板１０〜１３を用いて断面方形状に形成されている。また、各側壁板１０〜１３は、ボロン添加ステンレス鋼、ボロン（炭化ホウ素）を添加したアルミニウム、ガドリニウムを添加した鉄合金又は非鉄金属、あるいはボロンとガドリニウムの双方を添加した鉄合金又は非鉄金属などの中性子吸収性能に優れる材料（放射線吸収材）を用いて形成されている。

また、本実施例の各側壁板１０〜１３は、一側端側と他側端側にそれぞれ、上下方向Ｔ１に交互に配設された突出部１６と凹部１７を備えて形成されている。そして、セル本体９は、隣り合う側壁板同士（１０と１１、１１と１２、１２と１３、１３と１０）を直交させながら互いの突出部１６と凹部１７を係合させて、４枚の側壁板１０〜１３を組み付ける。これにより、断面方形状の核燃料収納空間８が形成される。

一方、本参考例において、締結機構２１は、Ｌ形金具２２と、締付具２３とで構成されている。Ｌ形金具２２は、断面Ｌ字状に形成されている。また、一辺部２２ａとこの一辺部２２ａに直交する他辺部２２ｂとがそれぞれ、側壁板１０〜１３の突出部１６の基端から突出方向先端までの長さと略同等の長さで形成されている。また、本参考例のＬ形金具２２は、軸線Ｏ１方向の長さ（高さ）を各側壁板１０〜１３の高さと略同等の寸法にして形成されている。さらに、Ｌ形金具２２の一辺部２２ａと他辺部２２ｂにはそれぞれ、軸線Ｏ１方向に所定の間隔をあけて複数の貫通孔２４が形成されている。

そして、この締結機構２１では、隣り合う側壁板同士（１０と１１、１１と１２、１２と１３、１３と１０）を直交させながら互いの突出部１６と凹部１７を係合させて４枚の側壁板１０〜１３を組み付けたセル本体９の４つのコーナー部にそれぞれ、Ｌ形金具２２を設置する。このとき、Ｌ形金具２２は、その上端と下端を各側壁板１０〜１３の上端と下端の高さ位置にそれぞれ合わせ、角部をコーナー部に合わせて設置される。さらに、Ｌ形金具２２は、一方の側壁板１０〜１３の外面から外側に突出する一方の突出部１６に一辺部２２ａの外面を接触させ、他方の側壁板１０〜１３の外面から一方の突出部１６に直交して外側に突出する他方の突出部１６に他辺部２２ｂの外面を接触させて設置される。また、上記した構成を有するＬ形金具２２を設置すると、Ｌ形金具２２の一辺部２２ａと他辺部２２ｂにそれぞれ形成された複数の貫通孔２４が、一方の側壁板１０〜１３の突出部１６の挿通孔１８と他方の側壁板１０〜１３の突出部１６の挿通孔１８に連通する。

次に、セル本体９の４つのコーナー部にそれぞれ設置したＬ形金具２２を、互いに連通した側壁板１０〜１３の突出部１６の挿通孔１８とＬ形金具２２の貫通孔２４に、ボルト（ナット）、小ネジ、リベット、又は割ピンなどの締付具２３を挿通して締結する。これにより、隣り合う側壁板（１０と１１、１１と１２、１２と１３、１３と１０）の突出部１６同士が、Ｌ形金具２２と締付具２３を介して締結（連結）される。その結果、断面方形状の核燃料収納空間８を形成する４枚の側壁板１０〜１３が確実且つ強固に一体化し、ラックセル２０が形成される。

そして、第１参考例と同様、本参考例の核燃料貯蔵用ラックＢにおいても、各側壁板１０〜１３の突出部１６と凹部１７を係合させ、各側壁板１０〜１３の外面から外側に突出した突出部１６同士を締結機構２１で連結して、溶接を用いることなくラックセル２０を形成することができる。このため、従来のように溶接に伴って歪みが生じ、放射線の遮蔽性能などの品質が低下するおそれを解消することができる。よって、信頼性の高い核燃料貯蔵用ラックＢを実現することが可能になる。

また、ラックセル２０が、各側壁板１０〜１３の突出部１６と凹部１７を係合させて組み付け、側壁板１０〜１３の外面から外側に突出部１６を突出させて形成される。このため、核燃料貯蔵用ラックＢにラックセル２０を収納して水中に貯蔵した状態で、隣り合うラックセル２０の間に、高速中性子を減速させる減速材として、水を介在させることができる。
これにより、ラックセル２０の各側壁板１０〜１３の放射線吸収材で中性子を吸収するだけでなく、この水をウォータートラップとして高速中性子を減速させることができる。その結果、臨界安全性を確保することが可能になる。

次に、図７から図１０を参照し、本発明の第１実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックについて説明する。本実施形態は、第１及び第２参考例に対してラックセルの構成のみが異なる。よって、本実施形態では、第１及び第２参考例と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態のラックセル３０は、図７に示すように、核燃料集合体７を収納する核燃料収納空間８を形成する複数の側壁板（板部材）３１〜３４からなるセル本体３５と、セル本体３５の複数の側壁板３１〜３４を締結する締結機構３６とを備えて構成されている。

セル本体３５は、核燃料収納空間８が４枚の側壁板３１〜３４を用いて断面方形状に形成されている。また、各側壁板３１〜３４は、ボロン添加ステンレス鋼、ボロン（炭化ホウ素）を添加したアルミニウム、ガドリニウムを添加した鉄合金又は非鉄金属、あるいはボロンとガドリニウムの双方を添加した鉄合金又は非鉄金属などの中性子吸収性能に優れる材料（放射線吸収材）を用いて形成されている。

また、各側壁板３１〜３４は、図７及び図８に示すように、一側端側と他側端側にそれぞれ、上下方向Ｔ１に交互に配設された突出部１６と凹部１７を備えて形成されている。
また、第１及び第２側壁板３１、３３と、第３及び第４側壁板３２、３４とは、突出部１６と凹部１７の配置をずらして形成されている。

さらに、本実施形態の側壁板３１〜３４は、各突出部１６が先端から基端側に延びるスリット（溝）３７を設けて形成されている。また、このスリット３７は、各突出部１６の高さ方向（長さ方向）略中央に形成されている。そして、セル本体３５は、第１及び第２参考例と同様、隣り合う側壁板同士（３１と３２、３２と３３、３３と３４、３４と３１）を直交させながら互いの突出部１６と凹部１７を係合させて、４枚の側壁板３１〜３４を組み付ける。これにより、断面方形状の核燃料収納空間８が形成される。

一方、本実施形態の締結機構３６は、図７、図９及び図１０に示すように、複数の固縛金具３８と締付具３９で構成されている。固縛金具３８は、ステンレス鋼や中性子吸収性能に優れる材料を用いて形成されている。固縛金具３８は、４枚の矩形平板状の固縛板４０、４１、４２、４３とこれら固縛板４０〜４３を回動可能に接続する３つのヒンジ４４、４５、４６とを備えて構成されている。また、固縛金具３８は、第１固縛板４０の一端と第２固縛板４１の他端を第１ヒンジ４４で、第２固縛板４１の一端と第３固縛板４２の他端を第２ヒンジ４５で、第３固縛板４２の一端と第４固縛板４３の他端を第３ヒンジ４６でそれぞれ、上下方向Ｔ１に延びる回動軸周りに回動可能に接続して形成されている。

また、このとき、第１固縛板４０が第１ヒンジ４４の回転ピンの下端に接続され、第３固縛板４２が第２ヒンジ４５の回転ピンの下端に接続され、これら第１固縛板４０と第３固縛板４２を上下方向Ｔ１の同じ高さ位置に配して、固縛金具３８が形成されている。さらに、第１ヒンジ４４の回転ピンと第２ヒンジ４５の回転ピンの上端に第２固縛板４１が接続され、第３固縛板４２に第３ヒンジ４６の回転ピンの下端が接続され、この第３ヒンジ４６の回転ピンの上端に第４固縛板４３が接続されている。これにより、固縛金具３８は、第２固縛板４１と第４固縛板４３を、上下方向Ｔ１の同じ高さ位置に配して、第１固縛板４０と第３固縛板４２よりも回転ピンの長さ分だけ上方に配して形成されている。

また、突出部１６と凹部１７を係合させて４枚の側壁板３１〜３４を組み付けてセル本体３５を形成した状態で、上下に隣り合う突出部１６同士のスリット３７の間隔と、第１固縛板４０及び第３固縛板４２と第２固縛板４１及び第４固縛板４３との上下方向Ｔ１の間隔が同じになるようにして、固縛金具３８が形成されている。

さらに、第１固縛板４０の他端側と第４固縛板４３の一端側にはそれぞれ、貫通孔４７、４８が形成されている。そして、第３ヒンジ４６で第４固縛板４３を回動させ、第１固縛板４０と第４固縛板４３の互いの貫通孔４７、４８が連通し、ボルト（ナット）、小ネジ、リベット、割ピンなどの締付具３９を貫通孔４７、４８に挿通する。これにより、第１固縛板４０の他端と第４固縛板４３の一端が接続される。

そして、突出部１６と凹部１７を係合させて４枚の側壁板３１〜３４を組み付けてセル本体３５を形成した段階で、第１ヒンジ４４と第２ヒンジ４５で回動させながら、上下に隣り合う突出部１６同士の下方のスリット３７に第１固縛板４０と第３固縛板４２を嵌め込み、また、上方のスリット３７に第２固縛板４１を嵌め込む。さらに、第３ヒンジ４６で第４固縛板４３を回動させ、この第４固縛板４３を上方のスリット３７に嵌め込み、連通した第１固縛板４０と第４固縛板４３の貫通孔４７、４８に締付具３９を挿通して、第１固縛板４０と第４固縛板４３を接続する。

これにより、隣り合う側壁板（３１と３２、３２と３３、３３と３４、３４と３１）の突出部１６同士が各固縛板４０〜４３によって締結（連結）される。その結果、断面方形状の核燃料収納空間８を形成する４枚の側壁板３１〜３４が確実且つ強固に固縛されて一体化し、ラックセル３０が形成される。また、本実施形態では、図７に示すように第１ヒンジ４４と第２ヒンジ４５と第３ヒンジ４６（各ヒンジ４４、４５、４６の回転ピン）として、ボルトとナットを用いている。そして、ボルト、ナットを用いて各ヒンジ４４、４５、４６を構成すると、締め付けることが可能になる。このため、この締め付けによってセル本体３５の形状を強固に保持することが可能になる。その結果、マテリアルハンドリングが容易になるという効果も得ることができる。

そして、第１及び第２参考例と同様、本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＣにおいても、各側壁板３１〜３４の突出部１６と凹部１７を係合させ、各側壁板３１〜３４の外面から外側に突出した突出部１６同士を締結機構３６で連結して、溶接を用いることなくラックセル３０を形成することができる。このため、従来のように溶接に伴って歪みが生じ、放射線の遮蔽性能などの品質が低下するおそれを解消することができる。よって、信頼性の高い核燃料貯蔵用ラックＣを実現することが可能になる。

また、ラックセル３０が、各側壁板３１〜３４の突出部１６と凹部１７を係合させて組み付け、側壁板３１〜３４の外面から外側に突出部１６を突出させて形成される。このため、核燃料貯蔵用ラックＣにラックセル３０を収納して水中に貯蔵した状態で、隣り合うラックセル３０の間に、高速中性子を減速させる減速材として、水を介在させることができる。
これにより、ラックセル３０の各側壁板３１〜３４の放射線吸収材で中性子を吸収するだけでなく、この水をウォータートラップとして高速中性子を減速させることができる。その結果、臨界安全性を確保することが可能になる。

次に、図１１及び図１２を参照し、本発明の第２実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックについて説明する。本実施形態では、第１参考例、第二参考例、及び、第１実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＤは、図１及び図２に示すように、核燃料集合体７を収納するラックセル１で構成され、ラックセル１を収納するための複数のセル挿入孔２を有するラック本体３を備えずに構成されている。また、本実施形態では、ラックセル１として第１参考例のラックセルを用いる。

そして、本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＤは、ラックセル１を水平方向の縦横に複数整列配置し、縦横に隣り合うラックセル１同士を接続して構成されている。また、水平方向の縦方向及び横方向の同一直線上で、互いの先端同士を突き合わせて配設される隣り合うラックセル１の突出部１６同士を連接金具５０で接続することによって、隣り合うラックセル１同士が接続されている。このとき、連接金具５０には、互いの先端同士を付き合わせた突出部１６の連通孔１８に連通させる貫通孔５１が設けられている。そして、連接金具５０を所定位置に配置して各突出部１６の連通孔１８に貫通孔５１を連通させるとともに、ボルト（ナット）、小ネジ、リベット、割ピンなどの締付具５２を挿通することで、隣り合うラックセル１の各突出部１６と連接金具５０を締結する。これにより、連接金具５０及び締付具５２を介して、隣り合うラックセル１が接続され、水平方向の縦横に整列配置した複数のラックセル１が一体に接続されて本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＤが形成される。

上記した構成を有する本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＤは、各ラックセル１の核燃料収納空間８に核燃料集合体７を収納した状態で、核燃料貯蔵施設の貯蔵ピット内の水（ほう酸水又は純水）中に貯蔵して保管される。そして、このとき、ラックセル１、特に核燃料貯蔵用ラックＤが溶接を用いずに形成されている。このため、従来のように溶接に伴って歪みが生じ、放射線の遮蔽性能などの品質が低下するおそれはない。

また、ラックセル１が各側壁板１０〜１３の突出部１６と凹部１７を係合させ、側壁板１０〜１３の外面から外側に突出部１６が突出した状態で形成され、互いの先端同士を突き合わせ、隣り合うラックセル１の突出部１６同士を連接金具５０及び締付具５２で接続して核燃料貯蔵用ラックＤが形成されている。このため、突出部１６によって、各ラックセル１の対向する側壁板１０〜１３の外面同士の間に空間Ｐが形成される。よって、核燃料集合体７を収納した複数のラックセル１からなる本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＤは、水中に貯蔵した状態で、各ラックセル１の核燃料収納空間８が水で満たされ、隣り合うラックセル１の互いに対向する側壁板１０〜１３の間Ｐも水で満たされる。

そして、隣り合うラックセル１の互いに対向する側壁板１０〜１３の間Ｐに水が満たされている。これにより、核燃料集合体７から放出される高速中性子を減速して熱中性子に変換し、各側壁板１０〜１３に添加されているボロン、ガドリニウムなどの放射線吸収材により、中性子が吸収される。

また、ラックセル１の各側壁板１０〜１３の放射線吸収材で中性子を吸収するだけでなく、隣り合うラックセル１の互いに対向する側壁板１０〜１３の間Ｐの水によって高速中性子を減速させる。これにより、隣のラックセル１に収納した核燃料に高速中性子が影響して臨界になることを確実に防止する。

したがって、本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＤにおいては、各側壁板１０〜１３の突出部１６と凹部１７を係合させ、各側壁板１０〜１３の外面から外側に突出した突出部１６同士を締結機構１４、５２で連結し、溶接を用いることなく形成した複数のラックセル１を接続して形成されている。このため、従来のように溶接に伴って歪みが生じ、放射線の遮蔽性能などの品質が低下するおそれを解消することができる。よって、信頼性の高い核燃料貯蔵用ラックＤを実現することが可能になる。

また、ラックセル１は、各側壁板１０〜１３の突出部１６と凹部１７を係合させて組み付け、側壁板１０〜１３の外面から外側に突出部を突出させて形成される。このため、核燃料貯蔵用ラックＤを水中に貯蔵した状態で、隣り合うラックセル１の間に、高速中性子を減速させる減速材としての水を介在させることができる。これにより、ラックセル１の各側壁板１０〜１３の放射線吸収材で中性子を吸収するだけでなく、この水をウォータートラップとして高速中性子を減速させることができる。その結果、臨界安全性を確保することが可能になる。

次に、図１３を参照し、本発明の第３実施形態に係る核燃料貯蔵用ラックについて説明する。本実施形態は、第２実施形態と同様の構成を備えた核燃料貯蔵用ラックに関する。
このため、本実施形態では、第２実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＥは、図１３に示すように、ラックセル１を水平方向の縦横に複数整列配置し、縦横に隣り合うラックセル１同士を接続して構成されている。
また、水平方向の縦方向及び横方向の同一直線上で、互いの先端同士を突き合わせて配設される隣り合うラックセル１の突出部１６同士を連接金具５０で接続することによって、隣り合うラックセル１同士が接続されている。

一方、本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＥは、各ラックセル１が高さ方向を複数個に分割可能に形成されている。そして、本実施形態では、例えば高さが４ｍ乃至５ｍのラックセル１の高さを複数個に分割するように形成されている。さらに、このとき、上下に隣り合う分割セル５３の継ぎ目Ｍを段状にしてラックセル１が形成されている。また、隣り合うラックセル１の継ぎ目Ｍ同士が上下方向Ｔ１の異なる高さ位置に配して、すなわち、隣り合うラックセル１の継ぎ目Ｍの高さ位置をずらして、各ラックセル１、特に核燃料貯蔵用ラックＥが形成されている。

第２実施形態（第１参考例、第二参考例、及び、第１実施形態も同様）では、ラックセル１が高さ方向Ｔ１に長尺であり、且つ核燃料収納空間８は人が入れるほど広くない。このため、第２実施形態のラックセル１においては、奥まった部分の締付具５２を締め付けるために特殊な工具を必要とする。

これに対し、本実施形態の核燃料貯蔵用ラックＥは、ラックセル１が分割可能に形成されている。このため、第１参考例、第二参考例、第１実施形態、及び第２実施形態に示した作用効果に加え、分割セル５３を順次積み重ねつつ締付具５２、１４によって接続することができ、第１参考例、第二参考例、第１実施形態、及び第２実施形態に示したラックセル１と比較し、特殊な工具を要することなく容易にラックセル１ひいては核燃料貯蔵用ラックＥを組み立てることが可能になる。なお、長尺のラチェットレンチで締付具５２を締め付けることを想定すると、ラックセル１は、分割セル５３の高さを０．２ｍ乃至１．５ｍ程度にして形成されていることが望ましい。

また、隣り合うラックセル１の継ぎ目Ｍの高さ位置をずらして核燃料貯蔵用ラックＥが形成されているため、継ぎ目Ｍから漏れる中性子を遮断する効果を得ることが可能になる。

以上、本発明に係る核燃料貯蔵用ラックの参考例、及び実施形態について説明したが、本発明は上記の参考例、及び実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、第１及び第２参考例では、各側壁板１０〜１１の全ての突出部１６に挿通孔１８を設け、さらに第２参考例では、Ｌ形金具２２に全ての突出部１６の挿通孔１８に連通する貫通孔２４を設け、全ての突出部１６とＬ形金具２２を締付具２３で締結するという説明を行った。これに対し、例えば図１４に示すように、ラックセル２０の上端側と下端側でのみ、締付具２３によってＬ形金具２２と突出部１６を締結するように構成してもよい。また、このとき、上端側と下端側にのみＬ形金具を配設してもよい。

さらに、上記構成にした場合には、図１５及び図１６に示すように、上下のＬ形金具２２の間にスペースバー（スペーサ）６０を挿入するようにしてもよい。このスペースバー６０は、角鋼管などの鋼管、鋼棒、山形鋼、又はＸ棒などを用いればよく、特に断面形状を限定する必要はない。また、スペースバー６０は、ステンレス鋼又は中性子吸収能力に優れる材料からなる。

そして、上記構成を有するスペースバー６０を、ラックセル２０をセル挿入孔２に挿入した際、ラック本体３のセル収納部６を形成する板材と第１及び第２側壁板１０、１２の突出部１６との間、板材と第２及び第３側壁板１２、１１の突出部１６との間、板材と第３及び第４側壁板１１、１３の突出部１６との間、板材と第４及び第１側壁板１３、１０の突出部１６との間に挿入する。これにより、ラックセル２０を安定して保持することを可能にし、好適に核燃料収納空間８を形成することを可能にする。なお、スペースバー６０は、ラックセル２０の全高にわたって挿入してもよい。この場合には、上述のＬ形金具２２及び締付具２３を不要にすることもできる。

また、上述の参考例、及び実施形態では、ラックセル１、２０、３０の上端から下端まで略均等に締結機構１４、２１、２３、３６、５０、５２を設置するように説明を行った。これに対し、地震時など、収納した核燃料集合体７からセル本体９に外力が作用する場合、使用済み核燃料棒を束ねるグリッド１５の高さ位置において核燃料集合体７からセル本体９に外力が作用する。このため、核燃料集合体７のグリッド１５と略同等の高さ位置に配される部分にのみ締結機構１４、２１、２３、３６、５０、５２を設けるようにしてもよい。すなわち、締結機構の設置位置は適宜選定すればよい。

また、第１実施形態では、締結機構段３６の固縛金具３８が、４枚の固縛板４０〜４３を備え、隣り合う固縛板４０〜４３を回動可能に接続する３つのヒンジ４４、４５、４６を備えて構成されている。これに限らず、例えば図１７に示すように、締結機構の固縛金具が、平面視Ｌ字状の第１固縛板６１と、この第１固縛板６１の一端に他端を第１ヒンジ６２で回動可能に接続した第２固縛板６３とを備え、第１固縛板６１の他端側と第２固縛板６３の一端側に形成した貫通孔６４、６５に締付具３９を挿通することによってセル本体３５を固縛するように構成してもよい。

さらに、第２及び第３実施形態では、第１参考例のラックセル１を水平方向の縦横に複数整列配置し、縦横に隣り合うラックセル１同士を接続して核燃料貯蔵用ラックＤ、Ｅを構成するという説明を行った。これに限らず、第２及び第３実施形態と同様に、第２参考例及び第１実施形態のラックセル２０、３０を複数接続して核燃料貯蔵用ラックを構成してもよい。

さらに、第３実施形態では、上下に隣り合う分割セル５３の継ぎ目Ｍを段状にしてラックセル１が形成されている。これに限らず、分割セル５３の継ぎ目Ｍの形状は任意の形でよく、例えば図１８に示すように、斜めに継ぎ目Ｍを形成するようにしてもよい。また、ラックセル１の側壁板１０〜１３ごとに異なる形状で継ぎ目Ｍを形成するようにしてもよい。この場合においても、隣り合うラックセル１の継ぎ目Ｍの位置をずらす場合と同様、継ぎ目Ｍから漏れる中性子を遮断する効果を得ることが可能になる。

また、本発明は、上記の変更例を含め、上述した参考例及び実施形態の構成を適宜組み合わせても勿論構わない。

本実施形態の核燃料貯蔵用ラックによれば、各板部材の突出部と凹部を係合させ、各板部材の外面から外側に突出した突出部同士を締結機構で連結して、溶接を用いることなくラックセルを形成することができる。このため、従来のように、溶接に伴って歪みが生じ、放射線の遮蔽性能などの品質が低下するおそれを解消することができる。その結果、信頼性の高い核燃料貯蔵用ラックを実現することが可能になる。
また、ラックセルが、各板部材の突出部と凹部を係合させて組み付け、板部材の外面から外側に突出部を突出させて形成される。このため、核燃料貯蔵用ラックを水中に貯蔵した状態で、隣り合うラックセルの間に、高速中性子を減速させる減速材として、水を介在させることができる。これにより、ラックセルの各板部材の放射線吸収材で中性子を吸収するだけでなく、この水をウォータートラップとして、高速中性子を減速させることができる。その結果、臨界安全性を確保することが可能になる。

１ ラックセル
２ セル挿入孔
３ ラック本体
４ ベースプレート
５ 支持脚部
６ セル収納部
７ 核燃料集合体
８ 核燃料収納空間
９ セル本体
１０ 側壁板（板部材）
１１ 側壁板（板部材）
１２ 側壁板（板部材）
１３ 側壁板（板部材）
１４ 締結機構
１５ グリッド
１６ 突出部
１７ 凹部
２０ ラックセル
２１ 締結機構
２２ Ｌ形金具
２３ 締付具
２４ 貫通孔
３０ ラックセル
３１ 側壁板（板部材）
３２ 側壁板（板部材）
３３ 側壁板（板部材）
３４ 側壁板（板部材）
３５ セル本体
３６ 締結機構
３７ スリット
３８ 固縛金具
３９ 締付具
４０ 固縛板
４１ 固縛板
４２ 固縛板
４３ 固縛板
４４ ヒンジ
４５ ヒンジ
４６ ヒンジ
４７ 貫通孔
４８ 貫通孔
５０ 連接金具
５１ 貫通孔
５２ 締付具
５３ 分割セル
６０ スペースバー
Ａ 核燃料貯蔵用ラック
Ｂ 核燃料貯蔵用ラック
Ｃ 核燃料貯蔵用ラック
Ｄ 核燃料貯蔵用ラック
Ｅ 核燃料貯蔵用ラック
Ｍ 継ぎ目
Ｏ１ 軸線
Ｔ１ 上下方向（高さ方向）

Claims (3)

1. 核燃料集合体を収納する複数のラックセルを備えた核燃料貯蔵用ラックであって、
   前記ラックセルは、放射線吸収材を含んでなり、前記核燃料集合体を収納する核燃料収納空間を形成するように立設される複数の板部材と、前記複数の板部材を締結する締結機構とを備えてなり、
   前記板部材が、上下方向に延びる一側端と他側端からそれぞれ横方向外側に突出する突出部と、前記突出部によって一側端側と他側端側に形成される凹部とを備えて形成され、
   隣り合う前記板部材のうちの一方における前記突出部と、他方における前記凹部を係合させて複数の板部材を組み付けた状態で、各前記板部材の前記突出部の先端から基端側に延びるスリットに嵌合させて前記突出部同士を締結する固縛板を、前記締結機構が備えている核燃料貯蔵用ラック。
2. 請求項１に記載の核燃料貯蔵用ラックにおいて、
   板材を格子状に組み付けて水平方向の縦横に整列配置された複数のセル挿入孔を有するラック本体を備え、
   前記ラック本体の前記セル挿入孔に前記ラックセルを挿入して収納するように構成されている核燃料貯蔵用ラック。
3. 請求項１又は２に記載の核燃料貯蔵用ラックにおいて、
   前記ラックセルを水平方向の縦横に整列配置するとともに、隣り合う前記ラックセルの前記突出部同士を接続して一体形成されている核燃料貯蔵用ラック。

Images