JP6868470B2

JP6868470B2 - 緩衝構造体

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Publication number: JP6868470B2
Application number: JP2017107404A
Authority: JP
Inventors: 啓介岡田; 森田　寛之; 寛之森田; 岡田　潤; 潤岡田
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: JP2018204998A

Description

本発明は、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体に関する。

従来、原子炉等で使用された使用済燃料は、放射線量が所定のレベル以下となるまで、原子力発電所内に設けられた冷却プールにて保管された後、遮蔽機能および密封機能等を有するキャスクに収容され、中間貯蔵施設または燃料再処理施設等へと輸送される。キャスクには、輸送時等の万一の落下事故の際に、所定の遮蔽機能および密封機能等を維持することが要求される。

キャスクの落下時の機能維持は、キャスクの中心軸が鉛直方向を向く姿勢で落下する垂直落下、当該中心軸が水平方向を向く姿勢で落下する水平落下、および、当該中心軸が鉛直方向および水平方向に対して傾斜する方向を向く姿勢で落下するコーナー落下のそれぞれに対して要求される。そこで、キャスクが搬送される際には、特許文献１ないし特許文献３に示されるように、キャスクの上下端部の外面にキャスク用緩衝体が取り付けられ、万一の落下時にキャスクに加わる衝撃を低減する対策が取られる。

特開２００６−７１４９０号公報特開２００９−１８６４２７号公報実開平６−４７８９７号公報

ところで、特許文献１のキャスク用緩衝体は円板状であるため、垂直落下時の接地面積が大きい。このため、垂直落下時にキャスクに加わる衝撃が大きくなる。特許文献２では、キャスク用緩衝構造体が円筒状であるため、特許文献１のキャスク用緩衝体に比べて、垂直落下時の接地面積を小さくしてキャスクに加わる衝撃を低減することができるが、更なる衝撃の低減が求められている。特許文献３の緩衝体においても同様である。また、特許文献２の円筒状のキャスク用緩衝構造体では、キャスクと径方向に重なっていない部位が、水平落下時に径方向内方へと大きく変形するため、衝撃の低減に限界がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、キャスクに加わる衝撃を低減することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、キャスクの長手方向の端面から前記長手方向に延びる円筒状の内側緩衝底部と、前記内側緩衝底部から径方向外方へと延び、外周縁が前記キャスクの前記端面の外周縁よりも径方向外側に位置する円筒状の外側緩衝底部と、前記外側緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部とを備え、前記内側緩衝底部の前記長手方向の端面が、前記外側緩衝底部の前記長手方向の端面よりも前記キャスクの前記端面から前記長手方向に離れており、前記内側緩衝底部の内側壁が、環状凸部と環状凹部とが前記長手方向に並んで配置されるとともに径方向において前記外側緩衝底部と重なる波板部を含む。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の緩衝構造体であって、前記環状凸部が径方向内方へと突出しており、前記環状凸部において前記内側壁と前記緩衝材との間に空隙が存在する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の緩衝構造体であって、前記波板部が、前記内側壁の前記長手方向の全長に亘る。

請求項４に記載の発明は、緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、キャスクの長手方向の端面から前記長手方向に延びる円筒状の内側緩衝底部と、前記内側緩衝底部から径方向外方へと延び、外周縁が前記キャスクの前記端面の外周縁よりも径方向外側に位置する円筒状の外側緩衝底部と、前記外側緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部とを備え、前記内側緩衝底部の前記長手方向の端面が、前記外側緩衝底部の前記長手方向の端面よりも前記キャスクの前記端面から前記長手方向に離れており、前記内側緩衝底部の内側壁が、前記長手方向に対して傾斜する。

請求項５に記載の発明は、緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、キャスクの長手方向の端面に接するとともに前記端面の外周縁から径方向外方へと延びる円筒状の緩衝底部と、前記緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部と、を備え、前記緩衝底部の内側壁が、前記長手方向に対して傾斜し、前記内側壁の前記長手方向の全長に亘って、前記内側壁の前記長手方向に対する傾斜角が一定である。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の緩衝構造体であって、前記内側壁が径方向内側に向かって凸状である。

請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、前記内側壁の径が、前記キャスクから前記長手方向に離れるに従って漸次増大する。

請求項８に記載の発明は、緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、キャスクの長手方向の端面に接するとともに前記端面の外周縁から径方向外方へと延びる円筒状の緩衝底部と、前記緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部とを備え、前記緩衝底部の内側壁が、周方向に配置された複数の凹部を有する。

請求項９に記載の発明は、緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、キャスクの長手方向の端面に接するとともに前記端面の外周縁から径方向外方へと延びる円筒状の緩衝底部と、前記緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部とを備え、前記緩衝底部の外壁が、前記緩衝材の内周面に接触する円筒状の内側壁と、前記緩衝材の前記長手方向の端面に接触する円環状の底壁とを備え、前記緩衝材の前記端面が、前記内側壁の前記長手方向の端部よりも前記キャスクの前記端面から前記長手方向に離れている。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の緩衝構造体であって、前記緩衝底部の前記外壁が、前記底壁の内周縁部から前記長手方向に円筒状に延びて前記内側壁の径方向内側にて前記内側壁と径方向に重なる最内壁をさらに備える。

本発明では、キャスクに加わる衝撃を低減するができる。

第１の実施の形態に係る緩衝構造体が取り付けられたキャスクを示す斜視図である。緩衝構造体の縦断面図である。水平落下時の緩衝構造体の縦断面図である。第２の実施の形態に係る緩衝構造体の縦断面図である。他の緩衝構造体の縦断面図である。第３の実施の形態に係る緩衝構造体の縦断面図である。第４の実施の形態に係る緩衝構造体の縦断面図である。垂直落下時の緩衝構造体の縦断面図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る緩衝構造体８が取り付けられたキャスク１を示す斜視図である。キャスク１は、使用済燃料集合体（以下、単に「燃料集合体」という。）を収容可能な柱状の容器である。キャスク１は、図１中の上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心とする略円柱状である。以下の説明では、キャスク１の中心軸Ｊ１が向く方向を「長手方向」ともいう。

キャスク１は、放射線を遮蔽する遮蔽機能、放射性物質を密封する密封機能、燃料集合体を未臨界状態にて維持する未臨界維持機能、および、燃料集合体の熱を放散する除熱機能等を有する。キャスク１が搬送される際等には、キャスク１の長手方向の両側の端部に２つの緩衝構造体８が外装される。緩衝構造体８は、例えば、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状である。

図２は、一方の緩衝構造体８を中心軸Ｊ１を含む面で切断した縦断面図である。他方の緩衝構造体８の構造は、図２に示すものと略同じである。図２では、キャスク１の一部も合わせて図示している。緩衝構造体８は、緩衝材８１を外壁８２により被覆した構造体である。緩衝材８１は、例えば、木製または硬質ポリウレタンフォーム製である。外壁８２は、例えば、金属製の板材である。図２では、外壁８２を太い実線にて示す。後述する図３ないし図８においても同様である。

緩衝構造体８は、緩衝側部８５と、緩衝底部８６とを備える。緩衝底部８６は、内側緩衝底部８３と、外側緩衝底部８４とを備える。図２では、内側緩衝底部８３と外側緩衝底部８４との境界、および、外側緩衝底部８４と緩衝側部８５との境界を破線にて示す。内側緩衝底部８３、外側緩衝底部８４および緩衝側部８５はそれぞれ、緩衝材８１を外壁８２により被覆した構造を有する。内側緩衝底部８３、外側緩衝底部８４および緩衝側部８５はそれぞれ、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の部位である。

内側緩衝底部８３は、キャスク１の長手方向の端面１１と長手方向に重なる位置に位置し、当該端面１１に接する。内側緩衝底部８３は、キャスク１の端面１１から長手方向に延びる。外側緩衝底部８４は、内側緩衝底部８３の外側面から、中心軸Ｊ１を中心とする径方向（以下、単に「径方向」とも呼ぶ。）の外方へと延びる。外側緩衝底部８４の外径は、キャスク１の端面１１の直径（すなわち、外径）よりも大きい。換言すれば、外側緩衝底部８４の外周縁は、キャスク１の端面１１の外周縁よりも径方向外側に位置する。

緩衝側部８５は、緩衝底部８６の外側緩衝底部８４からキャスク１に沿って長手方向に円筒状に突出する。緩衝側部８５の内側壁（すなわち、内側面）は、キャスク１の側面１２に接する。緩衝側部８５の外径は、キャスク１の直径よりも大きい。外側緩衝底部８４と緩衝側部８５との境界は、長手方向に関して、キャスク１の端面１１と同じ位置に位置する。

内側緩衝底部８３の長手方向の両端面８３１，８３２のうち、キャスク１から離れている方の端面８３１は、外側緩衝底部８４の長手方向の端面８４１よりも、キャスク１の端面１１から長手方向に離れている。換言すれば、内側緩衝底部８３は、外側緩衝底部８４の端面８４１から長手方向に沿ってキャスク１から離れる方向へと突出している。内側緩衝底部８３の外側壁８３４は、外側緩衝底部８４の端面８４１から長手方向に沿って延びる平滑な略円筒面である。内側緩衝底部８３の内側壁８３３は、キャスク１の端面１１から長手方向に沿って延びる略円筒状の面である。内側壁８３３の形状については後述する。内側緩衝底部８３の内側壁８３３および外側壁８３４は、上述の緩衝構造体８の外壁８２の一部である。

内側緩衝底部８３の内径は、キャスク１の端面１１の直径よりも小さい。キャスク１の端面１１に接する内側緩衝底部８３の端面８３２の内周縁は、キャスク１の端面１１の外周縁よりも径方向内側に位置する。内側緩衝底部８３の外径は、キャスク１の端面１１の直径よりも大きくてもよいが、端面１１の直径以下であることが好ましい。図２に示す例では、内側緩衝底部８３の外径は、キャスク１の端面１１の直径と略同じである。換言すれば、内側緩衝底部８３と外側緩衝底部８４との境界は、径方向に関して、キャスク１の端面１１の外周縁と略同じ位置に位置する。

内側緩衝底部８３の内側壁８３３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒面状の波板部８３５を含む。波板部８３５では、環状凸部８３６と環状凹部８３７とが、長手方向に並んで配置される。環状凸部８３６は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状の凸部であり、径方向内方へと突出する。環状凹部８３７は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状の凹部であり、径方向外方へと凹む。

環状凸部８３６の数は、１であってもよく、２以上であってもよい。環状凹部８３７の数も、１であってもよく、２以上であってもよい。環状凸部８３６および環状凹部８３７の数がそれぞれ１である場合、環状凸部８３６と環状凹部８３７とは、長手方向に並んで配置される。また、環状凹部８３７および環状凸部８３６のうち、少なくとも一方が複数である場合、環状凸部８３６と環状凹部８３７とは、長手方向に交互に並んで配置される。図２に示す例では、複数の環状凸部８３６と複数の環状凹部８３７とが、長手方向に交互に並んで配置される。

図２に例示する緩衝構造体８では、各環状凸部８３６の長手方向の長さ、および、各環状凹部８３７の長手方向の長さは、略同じである。例えば、波板部８３５の縦断面形状は、略サインカーブ状である。環状凸部８３６および環状凹部８３７の縦断面形状はそれぞれ、例えば略半円形であってもよい。

なお、環状凸部８３６および環状凹部８３７の縦断面形状は、様々に変更されてよい。例えば、環状凹部８３７は、必ずしも径方向外方へと凹んでいる必要はなく、環状凸部８３６よりも径方向外側に位置するのであれば、例えば長手方向に略平行であってもよい。また、環状凸部８３６も、必ずしも径方向内方へと突出している必要はなく、環状凹部８３７よりも径方向内側に位置するのであれば、例えば長手方向に略平行であってもよい。

図２に示す例では、内側緩衝底部８３の緩衝材８１は、複数の環状凹部８３７の径方向外端よりも外側に位置する。内側緩衝底部８３の緩衝材８１の内側面は、中心軸Ｊ１を中心とする平滑な略円筒面である。このため、複数の環状凸部８３６のそれぞれにおいて、内側壁８３３と緩衝材８１との間に空隙が存在する。

内側緩衝底部８３の内側壁８３３の波板部８３５は、径方向において外側緩衝底部８４と重なる。換言すれば、波板部８３５の少なくとも一部は、長手方向に関して、外側緩衝底部８４の少なくとも一部と同じ位置に位置する。さらに換言すれば、波板部８３５は、緩衝材８１を間に挟んで、外側緩衝底部８４の外側壁８４４と径方向に対向する。図２に示す例では、波板部８３５は、内側緩衝底部８３の内側壁８３３の長手方向の全長に亘る。換言すれば、波板部８３５は、内側緩衝底部８３の内側壁８３３全体に亘って設けられる。したがって、外側緩衝底部８４の全体が、径方向において波板部８３５と重なる。

キャスク１が垂直落下した場合、緩衝構造体８のうち内側緩衝底部８３の端面８３１が地面等に接触する。そして、内側緩衝底部８３の内側壁８３３および外側壁８３４、並びに、内側壁８３３と外側壁８３４との間の緩衝材８１が、落下方向（すなわち、キャスク１の長手方向）に圧縮されて変形（例えば、座屈）する。このように内側緩衝底部８３が長手方向に潰れることにより、地面等との衝突による衝撃が吸収され、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃が低減される。

上述のように、内側緩衝底部８３の内側壁８３３は波板部８３５を含んでいるため、内側壁が波板部を含まない平滑な円筒状である場合に比べて、長手方向から加わる荷重に対する剛性が低い。このため、垂直落下時に内側緩衝底部８３が潰れる際に、内側壁８３３が容易に変形し、内側壁８３３を介してキャスク１の端面１１に伝達される衝撃が低減される。その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃が低減される。

一方、キャスク１が水平落下した場合、図３に示すように、緩衝構造体８のうち外側緩衝底部８４の外側壁８４４および緩衝側部８５の外側壁８５４が地面等に接触し、径方向内方へと変形する。緩衝側部８５の外側壁８５４の径方向内側に位置する緩衝材８１は、当該外側壁８５４とキャスク１との間にて潰れ、これにより、地面等との衝突による衝撃が効率良く吸収される。

外側緩衝底部８４の外側壁８４４の径方向内側に位置する緩衝材８１は、外側壁８４４の径方向内方への変形に伴って、図３中に白抜きの矢印にて示すように、径方向内方へと移動する。上述のように、内側緩衝底部８３の内側壁８３３は波板部８３５を含んでいるため、内側壁が波板部を含まない平滑な円筒状である場合に比べて、径方向から加わる荷重に対する剛性が高い。また、波板部８３５は、径方向において外側緩衝底部８４と重なる位置に配置される。このため、径方向内方に移動する上述の緩衝材８１により、内側緩衝底部８３の内側壁８３３が径方向内方へと変形することが抑制される。したがって、外側緩衝底部８４の外側壁８４４の径方向内側に位置する緩衝材８１は、径方向内方へと変形する外側緩衝底部８４の外側壁８４４と、内側緩衝底部８３の内側壁８３３との間にて潰れ、これにより、地面等との衝突による衝撃が効率良く吸収される。

なお、仮に、内側緩衝底部の内側壁が波板部を含まない平滑な円筒状であるとすると、水平落下時に当該内側壁が径方向内方へと大きく変形し、外側緩衝底部の外側壁に押された緩衝材が径方向内方へと移動して潰れにくい。このため、水平落下時における衝撃吸収性能の向上に限界がある。

以上に説明したように、緩衝構造体８は、内側緩衝底部８３と、外側緩衝底部８４と、緩衝側部８５とを備える。内側緩衝底部８３は、キャスク１の長手方向の端面１１から、当該長手方向に延びる円筒状の部位である。外側緩衝底部８４は、内側緩衝底部８３から径方向外方へと延びる円筒状の部位である。外側緩衝底部８４の外周縁は、キャスク１の端面１１の外周縁よりも径方向外側に位置する。緩衝側部８５は、外側緩衝底部８４から長手方向に円筒状に突出してキャスク１の側面１２に接する。内側緩衝底部８３の長手方向の端面８３１は、外側緩衝底部８４の長手方向の端面８４１よりも、キャスク１の端面１１から長手方向に離れている。内側緩衝底部８３の内側壁８３３は、環状凸部８３６と環状凹部８３７とが長手方向に並んで配置される波板部８３５を含む。波板部８３５は、径方向において外側緩衝底部８４と重なる。

これにより、緩衝構造体８は、落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。具体的には、内側緩衝底部８３の端面８３１が、外側緩衝底部８４の端面８４１よりもキャスク１の端面１１から長手方向に離れていることにより（すなわち、内側緩衝底部８３が外側緩衝底部８４から長手方向に突出していることにより）、垂直落下時の接地面積を小さくすることができる。その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。また、内側緩衝底部８３の内側壁８３３が波板部８３５を含むことにより、垂直落下時に内側壁８３３が変形しやすい。このため、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、より一層低減することができる。さらに、波板部８３５が径方向において外側緩衝底部８４と重なることにより、内側壁８３３の板厚を増大することなく、水平落下時に内側壁８３３が径方向内方へと変形することを抑制することができる。このため、外側緩衝底部８４の径方向内側の緩衝材８１が径方向内方へと逃げにくくなり、水平落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。

緩衝構造体８では、環状凸部８３６は径方向内方へと突出しており、環状凸部８３６において内側壁８３３と緩衝材８１との間に空隙が存在する。これにより、垂直落下時に内側壁８３３がさらに変形しやすくなるため、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、より一層低減することができる。

また、上述のように、波板部８３５では、複数の環状凸部８３６と複数の環状凹部８３７とが、長手方向に交互に並んで配置される。これにより、垂直落下時に内側壁８３３がさらに変形しやすくなるため、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、より一層低減することができる。

上述のように、緩衝構造体８では、波板部８３５は、内側緩衝底部８３の内側壁８３３の長手方向の全長に亘る。これにより、垂直落下時に内側壁８３３がさらに変形しやすくなるため、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、より一層低減することができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る緩衝構造体８ａを中心軸Ｊ１を含む面で切断した縦断面図である。緩衝構造体８ａは、上述の緩衝構造体８と同様に、緩衝材８１を外壁８２により被覆した構造体であり、上述のキャスク１の端部に外装される。図４では、キャスク１の一部も合わせて図示している。緩衝構造体８ａでは、図２に示す内側緩衝底部８３に代えて、内側緩衝底部８３とは形状が異なる内側緩衝底部８３ａが設けられる。緩衝構造体８ａのその他の構成は、図２に示す緩衝構造体８と略同様である。以下の説明では、緩衝構造体８の各構成に対応する緩衝構造体８ａの構成に同符号を付す。

内側緩衝底部８３ａの内側壁８３３ａは、長手方向および径方向に対して傾斜する平滑な板状の部位である。内側壁８３３ａの長手方向に対する傾斜角は、内側壁８３３ａの長手方向の略全長に亘って略一定である。換言すれば、内側壁８３３ａの縦断面は、長手方向に対して所定の傾斜角にて傾斜する方向に略直線状に延びる。さらに換言すれば、内側壁８３３ａは、キャスク１の端面１１から長手方向に沿って延びる略円錐台の外周面である。内側壁８３３ａの径（すなわち、内径）は、キャスク１の端面１１から長手方向に離れるに従って漸次増大する。内側壁８３３ａの径は、内側壁８３３ａの長手方向の全長に亘って、キャスク１の直径よりも小さい。換言すれば、内側緩衝底部８３ａの長手方向の端面８３１，８３２の内周縁は、キャスク１の端面１１の外周縁よりも径方向内側に位置する。

緩衝構造体８ａは、内側緩衝底部８３ａと、外側緩衝底部８４と、緩衝側部８５とを備える。内側緩衝底部８３ａは、キャスク１の長手方向の端面１１から、当該長手方向に延びる円筒状の部位である。外側緩衝底部８４は、内側緩衝底部８３ａから径方向外方へと延びる円筒状の部位である。外側緩衝底部８４の外周縁は、キャスク１の端面１１の外周縁よりも径方向外側に位置する。緩衝側部８５は、外側緩衝底部８４から長手方向に円筒状に突出してキャスク１の側面１２に接する。内側緩衝底部８３ａの長手方向の端面８３１は、外側緩衝底部８４の長手方向の端面８４１よりも、キャスク１の端面１１から長手方向に離れている。内側緩衝底部８３ａの内側壁８３３ａは、長手方向に対して傾斜する。

これにより、緩衝構造体８ａは、落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。具体的には、内側緩衝底部８３ａの端面８３１が、外側緩衝底部８４の端面８４１よりもキャスク１の端面１１から長手方向に離れていることにより（すなわち、内側緩衝底部８３ａが外側緩衝底部８４から長手方向に突出していることにより）、垂直落下時の接地面積を小さくすることができる。その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。また、内側緩衝底部８３ａの内側壁８３３ａが長手方向に対して傾斜しているため、内側壁が長手方向に平行である場合に比べて、長手方向から加わる荷重に対する剛性が低い。したがって、垂直落下時に内側壁８３３ａが変形しやすいため、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。さらに、長手方向に対して傾斜する内側壁８３３ａが径方向において外側緩衝底部８４と重なることにより、内側壁８３３ａの板厚を増大することなく、水平落下時に内側壁８３３ａが径方向内方へと変形することを抑制することができる。このため、外側緩衝底部８４の径方向内側の緩衝材８１が径方向内方へと逃げにくくなり、水平落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。

緩衝構造体８ａでは、必ずしも内側緩衝底部８３ａが外側緩衝底部８４から長手方向に突出している必要はない。緩衝構造体８ａでは、例えば、内側緩衝底部８３ａの端面８３１と、外側緩衝底部８４の端面８４１とが、長手方向の略同じ位置に位置していてもよい。この場合、緩衝構造体８ａは、キャスク１の長手方向の端面１１に接するとともに端面１１の外周縁から径方向外方へと延びる円筒状の緩衝底部８６と、緩衝底部８６から長手方向に円筒状に突出してキャスク１の側面１２に接する緩衝側部８５とを備える。この場合であっても、上述と同様に、緩衝底部８６の内側壁８３３ａが長手方向に対して傾斜することにより、垂直落下時および水平落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。

上述のように、緩衝底部８６の内側壁８３３ａの径は、キャスク１から長手方向に離れるに従って漸次増大する。これにより、緩衝底部８６の底面積が小さくなるため、垂直落下時の接地面積が小さくなる。その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、さらに低減することができる。

また、緩衝構造体８ａでは、内側壁８３３ａの長手方向の全長に亘って、内側壁８３３ａの長手方向に対する傾斜角が一定である。このように、緩衝構造体８ａの形状を簡素化することにより、緩衝構造体８ａの製造を容易とすることができる。

図５は、図４に示す内側壁８３３ａとは形状が異なる内側壁８３３ｂを有する緩衝構造体８ｂを、中心軸Ｊ１を含む面で切断した縦断面図である。緩衝構造体８ｂでは、図４に示す緩衝構造体８ａと同様に、緩衝底部８６の内側壁８３３ｂが長手方向に対して傾斜する。これにより、垂直落下時および水平落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。また、緩衝構造体８ａと同様に、内側壁８３３ｂの径は、キャスク１から長手方向に離れるに従って漸次増大する。これにより、垂直落下時の接地面積が小さくなり、その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、さらに低減することができる。

緩衝構造体８ｂでは、緩衝底部８６の内側壁８３３ｂは、径方向内側に向かって凸状である。換言すれば、内側壁８３３ｂは、径方向において緩衝材８１が存在しない方向に向かって凸状である。これにより、垂直落下時に内側壁８３３ｂが変形（例えば、座屈）する際に、内側壁８３３ｂが径方向内方へとさらに変形しやすくなる。その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、より一層低減することができる。図５に示す例では、内側壁８３３ｂの縦断面は、キャスク１の端面１１から離れる方向へと略円弧状に延びる。

図５に例示する緩衝構造体８ｂでは、図４に例示する緩衝構造体８ａと同様に、内側緩衝底部８３ｂが外側緩衝底部８４から長手方向に突出している。換言すれば、内側緩衝底部８３ｂの長手方向の端面８３１は、外側緩衝底部８４の長手方向の端面８４１よりも、キャスク１の端面１１から長手方向に離れている。これにより、垂直落下時の接地面積をさらに小さくすることができる。その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、より一層低減することができる。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係る緩衝構造体８ｃを中心軸Ｊ１を含む面で切断した縦断面図である。緩衝構造体８ｃは、上述の緩衝構造体８と同様に、緩衝材８１を外壁８２により被覆した構造体であり、上述のキャスク１の端部に外装される。図６では、緩衝構造体８ｃの縦断面よりも奥側の部位についても細線にて併せて図示している。また、図６では、キャスク１の一部も合わせて図示している。緩衝構造体８ｃでは、図２に示す内側緩衝底部８３に代えて、内側緩衝底部８３とは形状が異なる内側緩衝底部８３ｃが設けられる。緩衝構造体８ｃのその他の構成は、図２に示す緩衝構造体８と略同様である。以下の説明では、緩衝構造体８の各構成に対応する緩衝構造体８ｃの構成に同符号を付す。

内側緩衝底部８３ｃの内側壁８３３ｃ（すなわち、緩衝底部８６の内側壁８３３ｃ）は、長手方向に略平行に延びる平滑な略円筒状の部位である。内側壁８３３ｃは、中心軸Ｊ１を中心とする周方向（以下、単に「周方向」とも呼ぶ。）に配置された複数の凹部８３８を有する。図６に示す例では、複数の凹部８３８は、長手方向の略同じ位置に配置され、周方向に略等角度間隔にて配列される。複数の凹部８３８の大きさは、略同じである。各凹部８３８は、径方向外方へと凹む略半球状である。なお、複数の凹部８３８の大きさは互いに異なっていてもよく、形状も様々に変更されてよい。また、複数の凹部８３８は、長手方向の異なる位置に配置されてもよい。例えば、内側壁８３３ｃの長手方向の２つの位置において、複数の凹部８３８が周方向に配列されてもよい。

緩衝構造体８ｃは、緩衝底部８６と、緩衝側部８５とを備える。緩衝底部８６は、キャスク１の長手方向の端面１１に接するとともに、端面１１の外周縁から径方向外方へと延びる円筒状の部位である。緩衝側部８５は、緩衝底部８６から長手方向に円筒状に突出してキャスク１の側面１２に接する。そして、上述のように、緩衝底部８６の内側壁８３３ｃは、周方向に配置された複数の凹部８３８を有する。このため、内側壁全体が平滑である場合に比べて、長手方向から加わる荷重に対する内側壁８３３ｃの剛性は低い。したがって、垂直落下時に内側壁８３３ｃが変形しやすいため、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。

図６に例示する緩衝構造体８ｃでは、図２に例示する緩衝構造体８と同様に、内側緩衝底部８３ｃが外側緩衝底部８４から長手方向に突出している。換言すれば、内側緩衝底部８３ｃの長手方向の端面８３１は、外側緩衝底部８４の長手方向の端面８４１よりも、キャスク１の端面１１から長手方向に離れている。これにより、垂直落下時の接地面積を小さくすることができる。その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、より一層低減することができる。

また、図６に例示する緩衝構造体８ｃでは、内側壁８３３ｃにおいて複数の凹部８３８が設けられる領域が、径方向において外側緩衝底部８４と重なる。これにより、内側壁８３３ｃの板厚を増大することなく、水平落下時に内側壁８３３ｃが径方向内方へと変形することを抑制することができる。このため、外側緩衝底部８４の径方向内側の緩衝材８１が径方向内方へと逃げにくくなり、水平落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。

緩衝構造体８ｃでは、例えば、緩衝構造体８ａまたは緩衝構造体８ｂと同様に、内側壁８３３ｃが長手方向に対して傾斜してもよい。これにより、水平落下時に内側壁８３３ｃが径方向内方へと変形することを、より一層抑制することができる。その結果、水平落下時にキャスク１に加わる衝撃を、さらに低減することができる。

図７は、本発明の第４の実施の形態に係る緩衝構造体８ｄを中心軸Ｊ１を含む面で切断した縦断面図である。緩衝構造体８ｄは、上述の緩衝構造体８と同様に、緩衝材８１を外壁８２により被覆した構造体であり、上述のキャスク１の端部に外装される。図７では、緩衝構造体８ｃの縦断面よりも奥側の部位についても細線にて併せて図示している。また、図７では、キャスク１の一部も合わせて図示している。緩衝構造体８ｄでは、図２に示す内側緩衝底部８３に代えて、内側緩衝底部８３とは形状が異なる内側緩衝底部８３ｄが設けられる。緩衝構造体８ｄのその他の構成は、図２に示す緩衝構造体８と略同様である。以下の説明では、緩衝構造体８の各構成に対応する緩衝構造体８ｄの構成に同符号を付す。

緩衝構造体８ｄでは、緩衝底部８６の内側緩衝底部８３ｄの外壁８２が、第１内側壁８２１と、第２内側壁８２２と、底壁８２３と、第１外側壁８２４と、第２外側壁８２５とを備える。

第１内側壁８２１は、キャスク１の端面１１から長手方向に略平行に延びる略円筒状の部位である。第１内側壁８２１は、内側緩衝底部８３ｄの緩衝材８１の径方向内側に位置し、当該緩衝材８１の内周面に接触する。第１外側壁８２４は、外側緩衝底部８４の端面８４１から長手方向に略平行に延びる略円筒状の部位である。第１外側壁８２４は、内側緩衝底部８３ｄの緩衝材８１の径方向外側に位置し、当該緩衝材８１の外周面に接触する。第１内側壁８２１および第１外側壁８２４は、外側緩衝底部８４および緩衝側部８５の外壁８２に連続する。

第１内側壁８２１および第１外側壁８２４の長手方向の端部（すなわち、図７中の下端部）は、内側緩衝底部８３ｄの緩衝材８１の長手方向の端面８１１（すなわち、キャスク１の端面１１から長手方向に離れている方の端面）と、キャスク１の端面１１との間に位置する。換言すれば、内側緩衝底部８３ｄの緩衝材８１の端面８１１は、第１内側壁８２１および第１外側壁８２４の長手方向の端部よりも、キャスク１の端面１１から長手方向に離れている。さらに換言すれば、内側緩衝底部８３ｄの緩衝材８１は、第１内側壁８２１および第１外側壁８２４から長手方向に突出している。

第２内側壁８２２、底壁８２３および第２外側壁８２５は、連続する一繋がりの部材であり、第１内側壁８２１および第１外側壁８２４等とは別部材である。底壁８２３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状の部位である。底壁８２３は、内側緩衝底部８３ｄの緩衝材８１の長手方向の端面８１１に接触する。底壁８２３は、第１内側壁８２１および第１外側壁８２４から長手方向に離れている。

第２内側壁８２２は、底壁８２３の内周縁部から長手方向に略平行に延びる略円筒状の部位である。第２内側壁８２２は、内側緩衝底部８３ｄの緩衝材８１、および、第１内側壁８２１よりも径方向内側に位置する最内壁である。第２内側壁８２２の上部は、第１内側壁８２１の下部と径方向に重なる。第２外側壁８２５は、底壁８２３の外周縁部から長手方向に略平行に延びる略円筒状の部位である。第２外側壁８２５は、内側緩衝底部８３ｄの緩衝材８１、および、第１外側壁８２４よりも径方向外側に位置する。第２外側壁８２５の上部は、第１外側壁８２４の下部と径方向に重なる。

第１内側壁８２１には、第２内側壁８２２と径方向に重なる位置にて径方向内方へと突出する複数の支持部８２６が設けられる。支持部８２６は、棒状の部材（例えば、ボルト）であり、第２内側壁８２２に設けられた貫通孔８２７に挿入されている。貫通孔８２７は、長手方向に延びる長孔であり、支持部８２６は、貫通孔８２７の上端部に位置する。これにより、第２内側壁８２２、底壁８２３および第２外側壁８２５が、緩衝構造体８ｄの外壁８２の他の部位（すなわち、第２内側壁８２２、底壁８２３および第２外側壁８２５以外の部位）と接続される。

緩衝構造体８ｄは、緩衝底部８６と、緩衝側部８５とを備える。緩衝底部８６は、キャスク１の長手方向の端面１１に接するとともに、端面１１の外周縁から径方向外方へと延びる円筒状の部位である。緩衝側部８５は、緩衝底部８６から長手方向に円筒状に突出してキャスク１の側面１２に接する。緩衝底部８６の外壁８２は、円筒状の内側壁である第１内側壁８２１と、円環状の底壁８２３とを備える。第１内側壁８２１は、緩衝材８１の内周面に接触する。底壁８２３は、緩衝材８１の長手方向の端面８１１に接触する。緩衝材８１の端面８１１は、第１内側壁８２１の長手方向の端部よりもキャスク１の端面８１１から長手方向に離れている。

このため、キャスク１が垂直落下した場合、図８に示すように、緩衝構造体８ｄの底壁８２３が地面等に接触し、キャスク１の端面１１に向かって長手方向へと移動する。底壁８２３とキャスク１の端面１１との間に位置する緩衝材８１は、底壁８２３の移動に伴って潰れる。緩衝構造体８ｄでは、第１内側壁８２１が底壁８２３から離間しているため、第１内側壁８２１が底壁８２３の上記移動に対する抵抗となることはない。これにより、底壁８２３とキャスク１との間の緩衝材８１が好適に潰れ、地面等との衝突による衝撃が効率良く吸収される。その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。また、第１外側壁８２４も底壁８２３から離間しているため、第１外側壁８２４が底壁８２３の上記移動に対する抵抗となることもない。したがって、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃をさらに低減することができる。

緩衝構造体８ｄでは、上述のように、第１内側壁８２１が底壁８２３の上記移動に対する抵抗にはならないため、垂直落下時の衝撃低減性能を低下させることなく、第１内側壁８２１の板厚を増大させることができる。これにより、第１内側壁８２１の径方向外側の緩衝材８１が径方向内方へと逃げにくくなり、水平落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。

上述のように、図７に例示する緩衝構造体８ｄでは、緩衝底部８６の外壁８２が、最内壁である第２内側壁８２２をさらに備える。第２内側壁８２２は、底壁８２３の内周縁部から長手方向に円筒状に延びる。第２内側壁８２２は、第１内側壁８２１の径方向内側にて第１内側壁８２１と径方向に重なる。これにより、水平落下時に第１内側壁８２１および第２内側壁８２２が径方向内方へと変形することを抑制することができる。このため、第１内側壁８２１の径方向外側の緩衝材８１が径方向内方へと逃げにくくなり、水平落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。

図７に例示する緩衝構造体８ｄでは、図２に例示する緩衝構造体８と同様に、内側緩衝底部８３ｄが外側緩衝底部８４から長手方向に突出している。換言すれば、内側緩衝底部８３ｄの長手方向の端面８３１は、外側緩衝底部８４の長手方向の端面８４１よりも、キャスク１の端面１１から長手方向に離れている。これにより、垂直落下時の接地面積を小さくすることができる。その結果、垂直落下時にキャスク１に加わる衝撃を、より一層低減することができる。

また、緩衝構造体８ｄでは、第１内側壁８２１と第２内側壁８２２とが径方向に重なっている領域が、外側緩衝底部８４と径方向に重なっている。これにより、外側緩衝底部８４の径方向内側の緩衝材８１が、水平落下時に径方向内方へと逃げにくくなり、水平落下時にキャスク１に加わる衝撃をさらに低減することができる。

上述の緩衝構造体８，８ａ〜８ｄでは、様々な変更が可能である。

例えば、図２に示す緩衝構造体８では、内側壁８３３の径方向内側に、中心軸Ｊ１に略垂直な円板状部材が配置されてもよい。当該円板状部材の外径は、内側壁８３３の内径と略同じであり、円板状部材の外周縁は、全周に亘って内側壁８３３に固定される。これにより、水平落下時に内側壁８３３が径方向内方へと変形することが抑制され、水平落下時にキャスク１に加わる衝撃を低減することができる。当該円板状部材は、好ましくは、外側緩衝底部８４と径方向に重なる位置に配置される。円板状部材の数は、１であっても、２以上であってもよい。当該円板状部材は、緩衝構造体８ａ〜８ｄにも設けられてよい。

図２に示す緩衝構造体８では、波板部８３５は、必ずしも内側壁８３３の全長に亘って設けられる必要はなく、例えば、内側壁８３３のうち径方向において外側緩衝底部８４と重なる領域のみに設けられてもよい。また、環状凸部８３６において、内側壁８３３と緩衝材８１との間に空隙は設けられず、内側壁８３３と緩衝材８１とが接触していてもよい。

図４および図５に示す緩衝構造体８ａ，８ｂでは、緩衝底部８６の内側壁８３３ａ，８３３ｂの径（すなわち、内径）は、キャスク１から長手方向に離れるに従って漸次減少してもよい。また、緩衝構造体８ｂでは、緩衝底部８６の内側壁８３３ｂは、径方向外側に向かって凸状であってもよい。

図６に示す緩衝構造体８ｃでは、複数の凹部８３８は、径方向内方へと凹んでいてもよい。換言すれば、緩衝構造体８ｃの内側壁８３３ｃでは、径方向内方へと突出する複数の凸部が周方向に配置されてもよい。

図７に示す緩衝構造体８ｄの外壁８２では、底壁８２３の外周縁部から長手方向に延びる部位と、外側緩衝底部８４の端面８４１の内周縁部から長手方向に延びる部位とは、内側緩衝底部８３ｄの緩衝材８１の径方向外側において連続する一繋がりの部位であってもよい。また、第２内側壁８２２は省略されてもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１キャスク
８，８ａ〜８ｄ緩衝構造体
１１（キャスクの）端面
１２（キャスクの）側面
８１緩衝材
８２外壁
８３，８３ａ〜８３ｄ内側緩衝底部
８４外側緩衝底部
８５緩衝側部
８６緩衝底部
８１１（緩衝材の）端面
８２１第１内側壁
８２２第２内側壁
８２３底壁
８３１（内側緩衝底部の）端面
８３３（内側緩衝底部の）内側壁
８３３ａ〜８３３ｃ（緩衝底部の）内側壁
８３５波板部
８３６環状凸部
８３７環状凹部
８３８凹部
８４１（外側緩衝底部の）端面

Claims

緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、
キャスクの長手方向の端面から前記長手方向に延びる円筒状の内側緩衝底部と、
前記内側緩衝底部から径方向外方へと延び、外周縁が前記キャスクの前記端面の外周縁よりも径方向外側に位置する円筒状の外側緩衝底部と、
前記外側緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部と、
を備え、
前記内側緩衝底部の前記長手方向の端面が、前記外側緩衝底部の前記長手方向の端面よりも前記キャスクの前記端面から前記長手方向に離れており、
前記内側緩衝底部の内側壁が、環状凸部と環状凹部とが前記長手方向に並んで配置されるとともに径方向において前記外側緩衝底部と重なる波板部を含むことを特徴とする緩衝構造体。
請求項１に記載の緩衝構造体であって、
前記環状凸部が径方向内方へと突出しており、
前記環状凸部において前記内側壁と前記緩衝材との間に空隙が存在することを特徴とする緩衝構造体。
請求項１または２に記載の緩衝構造体であって、
前記波板部が、前記内側壁の前記長手方向の全長に亘ることを特徴とする緩衝構造体。
緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、
キャスクの長手方向の端面から前記長手方向に延びる円筒状の内側緩衝底部と、
前記内側緩衝底部から径方向外方へと延び、外周縁が前記キャスクの前記端面の外周縁よりも径方向外側に位置する円筒状の外側緩衝底部と、
前記外側緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部と、
を備え、
前記内側緩衝底部の前記長手方向の端面が、前記外側緩衝底部の前記長手方向の端面よりも前記キャスクの前記端面から前記長手方向に離れており、
前記内側緩衝底部の内側壁が、前記長手方向に対して傾斜することを特徴とする緩衝構造体。
緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、
キャスクの長手方向の端面に接するとともに前記端面の外周縁から径方向外方へと延びる円筒状の緩衝底部と、
前記緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部と、
を備え、
前記緩衝底部の内側壁が、前記長手方向に対して傾斜し、
前記内側壁の前記長手方向の全長に亘って、前記内側壁の前記長手方向に対する傾斜角が一定であることを特徴とする緩衝構造体。
請求項４に記載の緩衝構造体であって、
前記内側壁が径方向内側に向かって凸状であることを特徴とする緩衝構造体。
請求項４ないし６のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、
前記内側壁の径が、前記キャスクから前記長手方向に離れるに従って漸次増大することを特徴とする緩衝構造体。
緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、
キャスクの長手方向の端面に接するとともに前記端面の外周縁から径方向外方へと延びる円筒状の緩衝底部と、
前記緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部と、
を備え、
前記緩衝底部の内側壁が、周方向に配置された複数の凹部を有することを特徴とする緩衝構造体。
緩衝材を外壁により被覆した構造体であり、燃料集合体が収容される円柱状のキャスクの端部に外装される緩衝構造体であって、
キャスクの長手方向の端面に接するとともに前記端面の外周縁から径方向外方へと延びる円筒状の緩衝底部と、
前記緩衝底部から前記長手方向に円筒状に突出して前記キャスクの側面に接する緩衝側部と、
を備え、
前記緩衝底部の外壁が、
前記緩衝材の内周面に接触する円筒状の内側壁と、
前記緩衝材の前記長手方向の端面に接触する円環状の底壁と、
を備え、
前記緩衝材の前記端面が、前記内側壁の前記長手方向の端部よりも前記キャスクの前記端面から前記長手方向に離れていることを特徴とする緩衝構造体。
請求項９に記載の緩衝構造体であって、
前記緩衝底部の前記外壁が、
前記底壁の内周縁部から前記長手方向に円筒状に延びて前記内側壁の径方向内側にて前記内側壁と径方向に重なる最内壁をさらに備えることを特徴とする緩衝構造体。