JP6968010B2 - 使用済燃料の輸送及び／又は貯蔵に用いられる容器の伝熱試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉から取り出した使用済燃料の輸送及び／又は貯蔵に用いられる容器に要求される性能を確認するための試験装置に関し、詳しくは、当該容器の除熱機能を確認する伝熱試験に用いられる伝熱試験装置に関する。

原子炉から取り出した使用済燃料の輸送及び／又は貯蔵に用いられる容器（以下、キャスクと称する）が知られている。キャスクに収容される使用済燃料は、キャスク１基当たりで最大数十ｋＷ程度の発熱があり、相当量のガンマ線や中性子を放出する。そのため、キャスクには、高い安全機能が要求される。

安全機能は、除熱機能、密封機能、遮蔽機能及び臨界防止機能を含む。除熱機能は、使用済燃料の熱を逃がしキャスクの構成部材や使用済燃料などの温度を適切に下げる機能である。密封機能は、放射線物質としての使用済燃料をキャスク内に閉じ込める機能である。遮蔽機能は、使用済燃料から放出されるガンマ線や中性子を遮蔽し、キャスク外部の線量率を下げて、放射線被爆を防止する機能である。臨界防止機能は、使用済燃料に若干残っているウラン２３５の核分裂による臨界を防止する機能である。

キャスクに要求される安全機能については、キャスクが実際に使用される前に確かめる必要がある。キャスクに要求される安全機能のうち、除熱性能については、伝熱試験が行われる。

伝熱試験においては、例えば、下記非特許文献１及び２参照に記載のように、使用済燃料の発熱量に相当する熱を発生するヒータをキャスク本体内に配置された格子状のバスケットによって区画された複数の収容空間の各々に挿入し、キャスク本体及びバスケットの表面温度を熱電対によって測定し、設計時に解析で求めた温度を超えないことを確認する。

三菱重工技報 Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．４ ２８６−２８９頁 日立評論 Ｖｏｌ．８６ Ｎｏ．２ ２０９−２１２頁

しかしながら、非特許文献１及び２に記載の伝熱試験では、その準備作業として、複数の収容空間の各々にヒータを挿入する作業が必要になるので、準備作業に時間がかかってしまい、その結果、伝熱試験を効率よく行うことが難しい。

本発明の目的は、伝熱試験の準備作業のうち、使用済燃料の発熱量を模擬した模擬熱源を格子状のバスケットによって画定された複数の収容空間の各々に挿入する作業に要する時間を短縮して、伝熱試験を効率よく行うことができる伝熱試験装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本願の発明者は、複数の模擬熱源の各々を複数の収容空間のうち対応する収容空間に対して同時に挿入することに着目して、検討を進めた。その結果、伝熱試験において容器本来の蓋の代わりに用いられる仮蓋に複数の模擬熱源を取り付ければ、複数の模擬熱源を一体的に取り扱うことができるので、仮蓋を容器本体に取り付けるときに、複数の模擬熱源の各々を複数の収容空間のうち対応する収容空間に対して同時に挿入することができるという知見を得た。しかしながら、複数の模擬熱源を仮蓋に対して相対移動不能に取り付けてしまうと、収容空間内での使用済燃料の動き（つまり、ただ単に収容空間に挿入されるが故に、収容空間内での任意の方向への移動が許容されている使用済燃料の動き）を模擬することができなくなってしまう。そこで、本願の発明者は、上記知見に基づいてさらに検討を進めた。その結果、複数の模擬熱源の各々を仮蓋に取り付ける連結機構として、模擬熱源を収容空間に挿入しているときには模擬熱源を仮蓋に対して吊り下げた状態に維持し、模擬熱源の収容空間への挿入が終了し且つ仮蓋が容器本体に取り付けられたときには模擬熱源が仮蓋に対して吊り下げられた状態を解除するものを採用すれば、収容空間内での使用済燃料を模擬することができるという知見を得るに至った。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。

本発明による伝熱試験装置は、格子状のバスケットによって画定され互いに平行な状態で所定の方向に延びる複数の収容空間の各々に使用済燃料を収容した状態で前記使用済燃料の輸送及び／又は貯蔵をするために用いられ、前記バスケットを外部から挿入するための開口が形成されて前記バスケットを収容する容器本体と前記容器本体の開口を覆うようにして前記容器本体に取り付けられる容器蓋とを含む容器の除熱機能を確認するための伝熱試験に用いられる伝熱試験装置であって、前記容器蓋の代わりに、前記容器本体に取り付けられることが可能な仮蓋と、前記複数の収容空間の各々に収容可能に配置され、各々が前記使用済燃料の発熱量を模擬した複数の模擬熱源と、前記複数の模擬熱源の各々を前記仮蓋に対して個別に連結する複数の連結機構とを備え、前記複数の連結機構は、前記複数の収容空間の各々が上方に向かって開口している状態の前記容器本体の上方から前記仮蓋を前記容器本体に向かって降下させるときには、前記複数の模擬熱源の各々が前記仮蓋に対して吊り下げられた状態を維持するように、前記複数の模擬熱源の各々の動きのうち少なくとも前記仮蓋から下方に離れる方向への動きを拘束し、前記複数の模擬熱源の各々が前記対応する収容空間に収容され且つ前記仮蓋が前記容器本体に取り付けられた状態では、前記複数の模擬熱源の各々の下端が前記容器本体の底面に接触することで、前記複数の模擬熱源の各々が前記仮蓋に対して吊り下げられた状態を解除する。

上記伝熱試験装置においては、容器本体に仮蓋を取り付ける際に、複数の模擬熱源を纏めて取り扱うことができるので、複数の模擬熱源の各々を対応する収容空間に対して同時に挿入することができる。その結果、複数の収容空間の各々に模擬熱源を別々に挿入する場合と比べて、複数の収容空間の各々に模擬熱源を挿入する作業に要する時間を短くすることができる。したがって、上記伝熱試験装置においては、伝熱試験の準備作業に要する時間を短くして、伝熱試験を効率よく行うことができる。

また、上記伝熱試験装置においては、複数の模擬熱源の各々が収容空間に収容された状態で、複数の模擬熱源の各々の拘束が解除されるから、複数の模擬熱源の各々が収容空間内で移動できる。そのため、複数の収容空間の各々に収容された使用済燃料の動き（特に、容器の載置状態の変化に伴う動き）を模擬することができる。そのため、実際にキャスクを使用している状況に近い条件で伝熱試験を行うことができる。

好ましくは、前記複数の模擬熱源は、それぞれ、各々が前記所定の方向に延びるように配置された複数のヒータ線を含み、前記複数のヒータ線は、それぞれ、前記使用済燃料の発熱領域を模擬するように、前記所定の方向に並んで形成され、発熱量が異なる複数の発熱領域を有する。

或いは、前記複数の模擬熱源は、それぞれ、前記所定の方向に離れて配置された複数の整熱板を含み、前記複数の整熱板は、使用済燃料の形状を模擬するとともに熱の対流を抑制するように、前記対応する収容空間内を複数の発熱空間に仕切る。

これらの場合、使用済燃料の発熱量だけでなく、使用済燃料の発熱領域についても模擬することができるので、より精度の高い伝熱試験を行うことができる。

上記伝熱試験装置において、好ましくは、前記複数の連結機構は、それぞれ、前記仮蓋に設けられた第１引掛部と、前記模擬熱源に設けられ、前記第１引掛部に対して引っ掛かることができる第２引掛部とを含み、前記複数の収容空間の各々が上方に向かって開口している状態の前記容器本体の上方から前記仮蓋を前記容器本体に向かって降下させるときには、前記第２引掛部が重力の作用によって前記第１引掛部に引っ掛かることにより、前記複数の模擬熱源の各々が前記仮蓋に対して吊り下げられた状態が実現され、前記複数の模擬熱源の各々が前記対応する収容空間内で前記容器本体の底面に接触した状態で前記仮蓋だけが前記容器本体に向かってさらに降下するときに、前記第１引掛部が前記第２引掛部から離れることにより、前記複数の模擬熱源の各々が前記対応する収容空間内で任意の方向に移動可能な状態が実現される。

この場合、複数の模擬熱源の各々が対応する収容空間に収容された状態で、第１引掛部に対する第２引掛部の引っ掛かりが自動的に解除されるので、容器外部からの特別な操作がなくても、模擬熱源が収容空間内で任意の方向に移動可能な状態を実現することができる。

上記伝熱試験装置において、好ましくは、前記第１引掛部は、前記複数の収容空間の各々が上方に向かって開口している状態の前記容器本体の上方から前記仮蓋を前記容器本体に向かって降下させるときに、前記模擬熱源に向かって突出するように湾曲又は屈曲しているガイド部を含み、前記第２引掛部は、重力の作用により、前記ガイド部のうち前記模擬熱源に最も近い部分に引っ掛かる。

この場合、第２引掛部が第１引掛部に引っ掛かる位置を特定の位置（つまり、第１引掛部が有するガイド部のうち模擬熱源に最も近い部分）に限定することができるので、複数の模擬熱源の各々が仮蓋に対して吊り下げられたときに、複数の模擬熱源の間で吊り下げられたときの姿勢がばらつくのを抑制することができる。

上記伝熱試験装置において、好ましくは、前記第１引掛部は、その両端が前記仮蓋に取り付けられることにより、前記仮蓋とともに、環状引掛部を形成し、前記第２引掛部は、前記第１引掛部からの脱落を防止するように、その中間部分が前記環状引掛部を通過している状態で、その両端が前記模擬熱源に取り付けられている。

この場合、第２引掛部の第１引掛部からの脱落が防止されるので、第２引掛部が第１引掛部に対して引っ掛かっていない状態から再び引っ掛かる状態へと確実に移行させることができる。そのため、例えば、伝熱試験が終了して、仮蓋を取り外すときに、複数の模擬熱源の各々を対応する収容空間から同時に引き抜く作業を安定して行うことができる。

本発明による伝熱試験装置によれば、伝熱試験の準備に要する時間を短くすることができるので、伝熱試験を効率よく行うことができる。

本発明の実施の形態による伝熱試験装置の概略構成を示す模式図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 図１におけるＣ−Ｃ断面図である。 図１に示す伝熱試験装置が備える温度測定装置の概略構成を示す斜視図である。 図１の一部を拡大して示す図面である。 図１の他の一部を拡大して示す図面である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳述する。

図１、図２、図３及び図４を参照しながら、本発明の実施の形態による伝熱試験装置１０について説明する。図１は、伝熱試験装置１０の概略構成を示す模式図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。図４は、図１におけるＣ−Ｃ断面図である。

伝熱試験装置１０は、キャスクの除熱機能を確認する伝熱試験に用いられる。キャスクは、使用済燃料の輸送及び／又は貯蔵に用いられる容器であって、バスケット６０を収容する容器本体と、当該容器本体の開口を覆う容器蓋とを含む。

ここで、バスケット６０は、図２、図３及び図４に示すように、複数の第１プレート６２と複数の第２プレート６４とを格子状に組み合わせることによって形成されている。バスケット６０には、複数の収容空間６６が形成されている。複数の収容空間６６は、互いに平行な状態で所定の方向に延びている。なお、複数の収容空間６６の各々の開口は、矩形形状を有している。

伝熱試験装置１０は、仮蓋２０と、複数の模擬熱源３０と、複数の連結機構４０と、温度測定装置５０とを含む。以下、これらについて説明する。

仮蓋２０は、伝熱試験のときに、容器蓋の代わりに、容器本体に取り付けられる。つまり、仮蓋２０は、容器本体に対して着脱可能である。仮蓋２０は、容器蓋と同程度の密封性能を有する。仮蓋２０は、容器蓋と同程度の伝熱性能を有する。

複数の模擬熱源３０は、それぞれ、使用済燃料の発熱量を模擬した温度に加熱される。複数の模擬熱源３０は、複数の収容空間６６の各々に１つずつ収容される。

複数の模擬熱源３０は、それぞれ、２つの支持板３１、３３と、複数の整熱板３２と、複数のヒータ線３４とを含む。

２つの支持板３１、３３は、収容空間６６が延びる方向（図１中の上下方向）に離れて配置される。２つの支持板３１、３３は、互いに同じ形状及び大きさを有している。本実施の形態では、２つの支持板３１、３３は、それぞれ、収容空間６６の開口よりも一回り小さいサイズの矩形板形状を有している。支持板３３は、模擬熱源３０の下端に位置する。つまり、支持板３３の下面が模擬熱源３０の下面に相当する。

複数の整熱板３２は、収容空間６６が延びる方向において、一対の支持板３１、３３の間に位置している。複数の整熱板３２は、互いに同じ形状及び大きさを有している。本実施の形態では、整熱板３２は、収容空間６６の開口よりも一回り小さいサイズの矩形板形状を有している。なお、整熱板３２は、支持板３１、３３と同じ形状及び大きさを有している。

複数のヒータ線３４は、それぞれ、収容空間６６が延びる方向に延びている。複数のヒータ線３４は、それぞれ、複数の整熱板３２を貫通して配置されている。複数のヒータ線３４の各々の一端は、支持板３１によって支持されている。複数のヒータ線３４の各々の他端は、支持板３３によって支持されている。複数のヒータ線３４は、それぞれ、複数の発熱領域３４１を有する。複数の発熱領域３４１は、ヒータ線３４が延びる方向に並んで形成されている。複数の発熱領域３４１の発熱量は互いに異なっている。複数の発熱領域３４１の発熱量を互いに異ならせる方法としては、例えば、発熱領域３４１ごとに導線の巻数を異ならせる方法や、発熱領域３４１ごとに供給する電力を異ならせる方法等がある。

ここで、複数の整熱板３２は、それぞれ、隣り合う２つの発熱領域３４１の境界に配置される。つまり、複数の整熱板３２は、複数の発熱領域３４１に応じて、収容空間６６内を複数の発熱空間６６１に仕切るように配置されている。

複数の連結機構４０は、複数の模擬熱源３０の各々を仮蓋２０に対して個別に連結する。複数の連結機構４０は、それぞれ、第１引掛部４２と、第２引掛部４４とを含む。

第１引掛部４２は、仮蓋２０の下面に設けられている。第１引掛部４２は、管状又は棒状の部材が半円状に湾曲された形状を有しており、その全体がガイド部として機能する。第１引掛部４２の両端は、仮蓋２０の下面に固定されている。第１引掛部４２は、仮蓋２０の下面に垂直な方向であって且つ当該下面から離れる方向に向かって突出している。第１引掛部４２の中央が仮蓋２０の下面から最も離れている。第１引掛部４２は、仮蓋２０とともに、環状の引掛部を形成している。

第２引掛部４４は、模擬熱源３０が有する支持板３１の上面に設けられている。第２引掛部４４は、管状又は棒状の部材が半円状に湾曲された形状を有している。第２引掛部４４の両端は、支持板３１の上面に固定されている。第２引掛部４４は、支持板３１の上面に垂直な方向であって且つ当該上面から離れる方向に向かって突出している。第２引掛部４４の中央が支持板３１の上面から最も離れている。第２引掛部４４は、支持板３１とともに、環状の引掛部を形成している。第２引掛部４４の中間部分は、第１引掛部４２と仮蓋２０との間（つまり、第１引掛部４２と仮蓋２０とによって形成された環状の引掛部）を通過している。そのため、第２引掛部４４は、第１引掛部４２からの脱落が防止された状態で、第１引掛部４２に対して引っ掛かることができる。

温度測定装置５０は、少なくとも一部が複数の収容空間６６の何れか１つに収容された状態で、バスケット６０の表面温度を測定する。

図５、図６及び図７を参照しながら、温度測定装置５０について説明する。図５は、温度測定装置５０の概略構成を示す斜視図である。図６は、図１の一部を拡大して示す図面である。図７は、図１の他の一部を拡大して示す図面である。

温度測定装置５０は、接触式温度測定器としての熱電対５１と、保持機構５２とを備える。以下、これらについて説明する。

熱電対５１は、複数の収容空間６６の何れかに挿入されて、当該収容空間６６を区画するバスケット６０の内面に接触している状態で、バスケット６０の内面における表面温度を測定する。熱電対５１は、バスケット６０の内面に接触可能な端子部５１１を含む。端子部５１１は、バスケット６０の内面に接触している状態で、バスケット６０の内面からの熱伝導を許容する。熱電対５１は、仮蓋２０に連結されて、仮蓋２０とともに移動可能である。

保持機構５２は、複数の収容空間６６の何れかに挿入されて、熱電対５１をバスケット６０の内面における表面温度を測定可能な位置に保持する。具体的には、保持機構５２は、熱電対５１が有する端子部５１１をバスケット６０の内面に接触させた状態に保持する。保持機構５２は、仮蓋２０に連結されて、仮蓋２０とともに移動可能である。

保持機構５２は、被操作部としての操作ハンドル５８１と、フレーム５３１と、フレーム５３２と、一対のパイプ５４と、一対の押え板５５と、一対のばね５６と、移動機構５７とを含む。以下、これらについて説明する。

操作ハンドル５８１は、仮蓋２０が取り付けられた容器本体の外側から操作可能に配置されている。操作ハンドル５８１は、伸縮継手５８に設けられている。伸縮継手５８は、仮蓋２０に形成された収容孔２２内に配置されている。伸縮継手５８は、ベローズ型の伸縮継手である。これにより、仮蓋２０の密封性が確保されている。

フレーム５３１は、フレーム５３２を吊り下げる。フレーム５３１とフレーム５３２は、一対のパイプ５４によって連結されている。一対のパイプ５４の各々には、熱電対５１が収容されている。熱電対５１が有する端子部５１１は、パイプ５４の外側に位置している。

フレーム５３１は、仮蓋２０に連結されている。具体的には、フレーム５３１が有する引掛部５３Ａが仮蓋２０の下面に設けられた引掛部２４に引っ掛かることにより、フレーム５３１が仮蓋２０に連結されている。

フレーム５３２は、一対の押え板５５の間に配置され、一対の押え板５５の各々を支持する。フレーム５３２は、複数の収容空間６６の何れかに収容された状態で、当該収容空間６６を区画するバスケット６０の内面から離れた位置に配置される。フレーム５３２は、矩形の枠体形状を有する。フレーム５３２は、複数のヒータ線３４を囲んでいる。

一対の押え板５５は、容器本体に収容された状態で、バスケット６０の内面に接触可能な位置に配置される。押え板５５は、熱電対５１を支持している。熱電対５１が有する端子部５１１は、押え板５５に形成された孔５５１内に位置している。押え板５５がバスケット６０の内面に接触した状態で、端子部５１１が押え板５５とともにバスケット６０の内面に接触する。押え板５５は、バスケット６０の内面に接触している位置（接触位置）とバスケット６０の内面から離れた位置（退避位置）との間を移動可能に配置されている。

一対のばね５６は、それぞれ、押え板５５とフレーム５３２との間に配置され、押え板５５に対して、押え板５５がフレーム５３２から離れる方向に付勢力を及ぼす。つまり、ばね５６は、押え板５５に対して、押え板５５を退避位置から接触位置に向かって移動させる方向に付勢力を及ぼす。

移動機構５７は、一対の押え板５５の各々をフレーム５３２に対して接近／離隔する方向に移動させる。操作ハンドル５８１の操作に連動して、押え板５５が移動する。押え板５５がフレーム５３２に対して移動する方向は、操作ハンドル５８１を操作する方向に対応している。押え板５５をフレーム５３２に接近させるときには、操作ハンドル５８１を第１方向に操作する。押え板５５をフレーム５３２から離すときには、操作ハンドル５８１を第２方向に操作する。

移動機構５７は、一対のワイヤ５７１と、接続部５７２と、ガイド部５７３とを含む。以下、これらについて説明する。

一対のワイヤ５７１は、それぞれ、押え板５５と接続部５７２とを連結する。一対のワイヤ５７１は、それぞれ、パイプ５４に収容されている。

接続部５７２は、伸縮継手５８に設けられて、操作ハンドル５８１に対する操作に伴って移動し、押え板５５をばね５６の付勢力に抗してフレーム５３２に近づけるような引張力をワイヤ５７１に与える。

ガイド部５７３は、操作ハンドル５８１の操作に伴うワイヤ５７１の動きをガイドする。本実施の形態では、ワイヤ５７１を収容するパイプ５４により、ガイド部５７３が実現されている。ガイド部５７３は、押え板５５の近傍において、押え板５５がフレーム５３２に対して接近／離隔する方向に延びる部分を有する。これにより、ワイヤ５７１の引張力が押え板５５に作用する方向は、ばね５６の付勢力が押え板５５に作用する方向とは反対の方向になっている。

続いて、伝熱試験装置１０を用いた伝熱試験について説明する。伝熱試験においては、模擬熱源３０を容器本体内に配置された格子状のバスケット６０によって区画された複数の収容空間６６の各々に挿入し、容器本体及びバスケット６０の表面温度を測定し、設計時に解析で求めた温度を超えないことを確認する。

伝熱試験を行うに際して、伝熱試験を行うための準備をする。具体的には、伝熱試験装置１０をキャスクの容器本体に取り付ける。以下、その作業について説明する。

先ず、複数の模擬熱源３０の各々が連結機構４０によって連結された仮蓋２０を準備する。

続いて、仮蓋２０を容器本体の上方に移動させる。このとき、複数の模擬熱源３０の各々は、重力の作用により、仮蓋２０に吊り下げられる。具体的には、模擬熱源３０の支持板３１に設けられた第２引掛部４４が、重力の作用により、仮蓋２０の下面に設けられた第１引掛部４２に引っ掛かる。このとき、第２引掛部４２は、第１引掛部４２のうち模擬熱源３０に最も近い部分に接している。

また、複数の模擬熱源３０の各々が仮蓋２０に吊り下げられるときには、温度測定装置５０も仮蓋２０に対して吊り下げられる。

続いて、複数の模擬熱源３０の各々が複数の収容空間６６のうち対応する収容空間６６の真上に位置するように、仮蓋２０の位置合わせをする。その後、仮蓋２０を容器本体に向かって降下させる。これにより、複数の模擬熱源３０の各々が対応する収容空間６６に対して同時に挿入される。

複数の模擬熱源３０の各々は、対応する収容空間６６内を降下する。ここで、仮蓋２０が容器本体に接する前に、複数の模擬熱源３０の各々の下端（つまり、複数の模擬熱源３０の各々が有する支持板３３の下面）が容器本体の底面１８（図１参照）に接する。そのため、仮蓋２０だけが容器本体に向かって降下し続ける。このとき、仮蓋２０に設けられた第１引掛部４２が、模擬熱源３０に設けられた第２引掛部４４に対して、下方に移動することにより、第２引掛部４４が第１引掛部４２に接触しなくなって、第２引掛部４４の動きが第１引掛部４２によって拘束されている状態が解除される。別の表現をすれば、第２引掛部４４が第１引掛部４２に対して引っ掛からなくなる。その結果、模擬熱源３０が収容空間６６内で任意の方向に移動可能となる。

この状態で、仮蓋２０が容器本体に取り付けられる。仮蓋２０を容器本体に対して取り付けるときには、例えば、ボルトが用いられる。

仮蓋２０が容器本体に取り付けられた状態で、容器本体内は減圧状態に維持されている。容器本体内には、ヘリウムガスが封入されている。

上記のように仮蓋２０が容器本体に取り付けられるときには、一対の押え板５５の各々が退避位置に保持された状態で、温度測定装置５０が複数の収容空間６６の何れかに挿入される。そのため、一対の押え板５５は、バスケット６０に接触することなく、収容空間６６に収容される。

仮蓋２０が容器本体に取り付けられた状態で、操作ハンドル５８１が第２方向に操作されることにより、ワイヤ５７１による引張力が解除される。このとき、ばね５６の付勢力により、押え板５５がフレーム５３２から離れる方向に移動してバスケット６０の内面（収容空間６６を区画している側面）に接触する。その結果、押え板５５に取り付けられた熱電対５１の端子部５５１がバスケット６０の内面に接触する。

このような準備をした後、伝熱試験を行う。伝熱試験では、複数の模擬熱源３０の各々が有するヒータ線３４に電流を流すことにより、複数の模擬熱源３０の各々を加熱する。これにより、使用済燃料の発熱量及び発熱領域が模擬される。

この状態で、バスケット６０の表面温度と容器本体の表面温度とを測定し、設計時に解析で求めた温度を超えないことを確認する。

伝熱試験は、容器本体が縦置きの状態（つまり、収容空間６６が縦方向に延びている状態）と横置きの状態（つまり、収容空間６６が横方向に延びている状態）で行われる。ここで、容器本体が縦置きの状態では、複数の模擬熱源３０の各々は、容器本体の底面１８に接触している。これに対して、容器本体が横置きの状態では、複数の模擬熱源３０の各々は、バスケット６０の内面に接触している。これは、複数の模擬熱源３０の各々が収容空間６６内で動きが拘束されていないためである。このようにすることで、使用済燃料の収容空間６６内での動きを模擬することができる。

このような伝熱試験が終了したら、伝熱試験装置１０を容器本体から取り外す。以下、その作業について説明する。

先ず、操作ハンドル５８１を第１方向に操作することにより、ワイヤ５７１に引張力を与えて、押え板５５をばね５６の付勢力に抗してフレーム５３２に近づく方向に移動させる。これにより、押え板５５がバスケット６０の内面から離れる。つまり、熱電対５１が有する端子部５１１がバスケット６０の内面から離れる。

このような状態にした後、仮蓋２０が容器本体に取り付けられた状態を解除して、仮蓋２０を容器本体から上方に持ち上げる。その初期の段階では、第２引掛部４４が第１引掛部４２に引っ掛かっていないので、仮蓋２０だけが上方に向かって移動するが、途中から第２引掛部４４が第１引掛部４２に引っ掛かるので、複数の模擬熱源３０の各々が仮蓋２０に対して吊り下げられた状態になり、仮蓋２０の上方への移動とともに、複数の模擬熱源３０の各々も上方に向かって移動する。その結果、複数の模擬熱源３０の各々が対応する収容空間６６から引き抜かれる。このようにして、伝熱試験装置１０が容器本体から取り外される。

伝熱試験装置１０においては、容器本体に仮蓋２０を取り付ける際に、複数の模擬熱源３０を纏めて取り扱うことができるので、複数の模擬熱源３０の各々を対応する収容空間６６に対して同時に挿入することができる。その結果、複数の収容空間６６の各々に模擬熱源３０を別々に挿入する場合と比べて、複数の収容空間６６の各々に模擬熱源３０を挿入する作業に要する時間を短くすることができる。したがって、伝熱試験装置１０においては、伝熱試験の準備に要する時間を短くして、伝熱試験を効率よく行うことができる。

また、伝熱試験装置１０においては、複数の模擬熱源３０の各々が収容空間６６内で任意の方向に移動可能であるから、複数の収容空間６６の各々に収容された使用済燃料の動きを模擬することができる。そのため、実際にキャスクを使用している状況に近い条件で伝熱試験を行うことができる。

伝熱試験装置１０においては、模擬熱源３０が有する複数のヒータ線３４の各々が発熱量が異なる複数の発熱領域３４１を有しているので、使用済燃料の発熱量だけでなく、使用済燃料の軸方向の発熱領域についても模擬することができる。そのため、より精度の高い伝熱試験を行うことができる。

伝熱試験装置１０においては、連結機構４０として、仮蓋２０に設けられた第１引掛部４２と、模擬熱源３０に設けられ、第１引掛部４２に対して引っ掛かることができる第２引掛部４４とを含むものが採用されているので、複数の模擬熱源３０の各々が対応する収容空間６６に収容された状態で、第１引掛部４２に対する第２引掛部４４の引っ掛かりが自動的に解除されるようにすることができる。そのため、外部からの特別な操作がなくても、模擬熱源３０が収容空間６６内で任意の方向に移動可能な状態を実現することができる。

伝熱試験装置１０においては、第２引掛部４４が、重力の作用により、第１引掛部のうち模擬熱源３０に最も近い部分に引っ掛かるので、第２引掛部４４が第１引掛部４２に引っ掛かる位置を特定の位置に限定することができる。そのため、複数の模擬熱源３０の各々が仮蓋２０に対して吊り下げられたときに、複数の模擬熱源３０の間で吊り下げられたときの姿勢がばらつくのを抑制することができる。

伝熱試験装置１０においては、第２引掛部４４の第１引掛部４２からの脱落が防止されているので、第２引掛部４４が第１引掛部４２に対して引っ掛かっていない状態から再び引っ掛かる状態へと確実に移行させることができる。そのため、例えば、伝熱試験が終了して、仮蓋２０を取り外すときに、複数の模擬熱源３０の各々を対応する収容空間６６から同時に引き抜く作業を安定して行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施の形態の記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。

例えば、上記実施の形態において、模擬熱源３０の上端に永久磁石を設ける一方、仮蓋２０の下面に電磁石を設け、電磁石による永久磁石の吸引により、模擬熱源３０の動きを拘束し、電磁石による永久磁石の吸引を解除して、模擬熱源３０の収容空間６６内での動きを許容するようにしてもよい。この場合、仮蓋２０を容器本体から取り外すときに、模擬熱源３０が仮蓋２０とともに移動しなくてもよい。つまり、本発明の伝熱試験装置は、複数の模擬熱源の各々を対応する収容空間に対して同時に挿入することができるものであればよく、複数の模擬熱源の各々を収容空間から同時に引き抜くことができなくてもよい。

例えば、上記実施の形態において、第１引掛部４２及び第２引掛部４４の一方を他方に対して着脱可能にしてもよい。このような構成は、例えば、第１引掛部４２及び第２引掛部４４の一方の中間部分を分断可能な構成によって実現される。

例えば、上記実施の形態では、１つの温度測定装置５０しか用いられていなかったが、複数の温度測定装置５０を用いてもよい。

例えば、上記実施の形態において、温度測定装置５０はなくてもよい。

例えば、上記実施の形態では、熱電対５１が有する端子部５１１は熱電対５１を支持する押え板５５に形成された孔５５１内に位置しており、押え板５５がバスケット６０の内面に接触した状態で端子部５１１が押え板５５とともにバスケット６０の内面に接触していたが、熱電対５１が有する端子部５１１を埋め込んだ接触板を押え板５５の代わりに採用し、熱電対５１の端子部５１１がバスケット６０の内面に接触している接触板を介してバスケット６０の内面からの熱伝導を許容するようにしてもよい。

１０ 伝熱試験装置
２０ 仮蓋
３０ 模擬熱源
３２ 整熱板
３４ ヒータ線
４０ 連結機構
４２ 第１引掛部
４４ 第２引掛部

Claims (6)

1. 格子状のバスケットによって画定され互いに平行な状態で所定の方向に延びる複数の収容空間の各々に使用済燃料を収容した状態で前記使用済燃料の輸送及び／又は貯蔵をするために用いられ、前記バスケットを外部から挿入するための開口が形成されて前記バスケットを収容する容器本体と前記容器本体の開口を覆うようにして前記容器本体に取り付けられる容器蓋とを含む容器の除熱機能を確認するための伝熱試験に用いられる伝熱試験装置であって、
   前記容器蓋の代わりに、前記容器本体に取り付けられることが可能な仮蓋と、
   前記複数の収容空間の各々に収容可能に配置され、各々が前記使用済燃料の発熱量を模擬した複数の模擬熱源と、
   前記複数の模擬熱源の各々を前記仮蓋に対して個別に連結する複数の連結機構とを備え、
   前記複数の連結機構は、
   前記複数の収容空間の各々が上方に向かって開口している状態の前記容器本体の上方から前記仮蓋を前記容器本体に向かって降下させるときには、前記複数の模擬熱源の各々が前記仮蓋に対して吊り下げられた状態を維持するように、前記複数の模擬熱源の各々の動きのうち少なくとも前記仮蓋から下方に離れる方向への動きを拘束し、
   前記複数の模擬熱源の各々が前記対応する収容空間に収容され且つ前記仮蓋が前記容器本体に取り付けられた状態では、前記複数の模擬熱源の各々の下端が前記容器本体の底面に接触することで、前記複数の模擬熱源の各々が前記仮蓋に対して吊り下げられた状態を解除する、伝熱試験装置。
2. 請求項１に記載の伝熱試験装置であって、
   前記複数の模擬熱源は、それぞれ、
   各々が前記所定の方向に延びるように配置された複数のヒータ線を含み、
   前記複数のヒータ線は、それぞれ、前記使用済燃料の発熱領域を模擬するように、前記所定の方向に並んで形成され、発熱量が異なる複数の発熱領域を有する、伝熱試験装置。
3. 請求項１に記載の伝熱試験装置であって、
   前記複数の模擬熱源は、それぞれ、
   前記所定の方向に離れて配置された複数の整熱板を含み、
   前記複数の整熱板は、使用済燃料の形状を模擬するとともに熱の対流を抑制するように、前記対応する収容空間内を複数の発熱空間に仕切る、伝熱試験装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の伝熱試験装置であって、
   前記複数の連結機構は、それぞれ、
   前記仮蓋に設けられた第１引掛部と、
   前記模擬熱源に設けられ、前記第１引掛部に対して引っ掛かることができる第２引掛部とを含み、
   前記複数の収容空間の各々が上方に向かって開口している状態の前記容器本体の上方から前記仮蓋を前記容器本体に向かって降下させるときには、前記第２引掛部が重力の作用によって前記第１引掛部に引っ掛かることにより、前記複数の模擬熱源の各々が前記仮蓋に対して吊り下げられた状態が実現され、
   前記複数の模擬熱源の各々が前記対応する収容空間内で前記容器本体の底面に接触した状態で前記仮蓋だけが前記容器本体に向かってさらに降下するときに、前記第１引掛部が前記第２引掛部から離れることにより、前記複数の模擬熱源の各々が前記対応する収容空間内で任意の方向に移動可能な状態が実現される、伝熱試験装置。
5. 請求項４に記載の伝熱試験装置であって、
   前記第１引掛部は、前記複数の収容空間の各々が上方に向かって開口している状態の前記容器本体の上方から前記仮蓋を前記容器本体に向かって降下させるときに、前記模擬熱源に向かって突出するように湾曲又は屈曲しているガイド部を含み、
   前記第２引掛部は、重力の作用により、前記ガイド部のうち前記模擬熱源に最も近い部分に引っ掛かる、伝熱試験装置。
6. 請求項４又は５に記載の伝熱試験装置であって、
   前記第１引掛部は、その両端が前記仮蓋に取り付けられることにより、前記仮蓋とともに、環状引掛部を形成し、
   前記第２引掛部は、前記第１引掛部からの脱落を防止するように、その中間部分が前記環状引掛部を通過している状態で、その両端が前記模擬熱源に取り付けられている、伝熱試験装置。

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