JP7227861B2 - 緩衝構造体 - Google Patents

Description

本発明は、燃料集合体が収容される柱状のキャスクの落下時にキャスクと床面との間にて衝撃を吸収す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。

そこで、キャスクが搬送される際には、キャスクの上下端部に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。例えば、特許文献１では、硬質木材と軟質木材とを組み合わせた環状体部材を金属被覆板で被覆した緩衝構造体が提案されている。また、特許文献２では、軸方向の硬度が異なる二種類以上の木材を金属外殻の内部に充填した緩衝体が提案されている。

一方、特許文献３の緩衝体では、複数の金属製の多面体フレームを三次元網状に並べて形成された緩衝材が、ケーシングの内部に収容されている。また、特許文献４の緩衝体では、ＦＲＰシートを積層して形成された多数の中空筒状体である衝撃吸収部材が、ケーシングの内部に配列されている。当該緩衝体は、クレーンによるキャスクの移動経路の床面に配置されてもよい。特許文献５では、燃料プールの床面に配置される多孔質状の金属製の緩衝体が提案されている。当該緩衝体の上面および下面には、鉄またはステンレス鋼等の金属板が取り付けられている。

特開２００４－２９４１９１号公報 特開２００６－９０７０５号公報 特開２０１７－１５０９４３号公報 特開２０１７－１１４５６４号公報 特開２０１４－４８１９０号公報

ところで、このような緩衝構造体では、キャスクの落下時の衝撃低減だけではなく、キャスクの搬送等を阻害しないように小型化も求められている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、緩衝構造体を小型化しつつ、衝突時にキャスクに作用する荷重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、燃料集合体が収容される柱状のキャスクの落下時に前記キャスクと床面との間にて衝撃を吸収する緩衝構造体であって、多孔質材料により形成されている第１部位と、前記第１部位と異なる密度を有する多孔質材料により形成されており、前記第１部位と上下方向に重なる第２部位と、前記第１部位および前記第２部位を含むとともに、床面上に載置されて上方から落下するキャスクを受ける載置ブロックと、を備える。

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、前記第１部位および前記第２部位はそれぞれ、発泡樹脂または発泡金属により形成される。

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、前記第１部位および前記第２部位のうち密度が低い方の部位の設計密度は、０．１ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．６５ｇ／ｃｍ^３以下であり、密度が高い方の部位の設計密度は、０．２ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．８ｇ／ｃｍ^３以下であり、前記第１部位の実際の密度は、前記第１部位の設計密度の９０％以上１１０％以下であり、前記第２部位の実際の密度は、前記第２部位の設計密度の９０％以上１１０％以下である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、前記第１部位の密度は前記第２部位の密度よりも低い。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、前記第１部位の密度は前記第２部位の密度よりも高い。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、前記第１部位は、それぞれが水平方向に広がる平板状であって上下方向に積層される複数の第１緩衝層を備え、あるいは、前記第２部位は、それぞれが水平方向に広がる平板状であって上下方向に積層される複数の第２緩衝層を備える。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の緩衝構造体であって、前記複数の第１緩衝層はそれぞれ、水平方向に連続的に配置された複数の第１板部材を備え、一の第１緩衝層において水平方向に隣接する２つの第１板部材の境界線は、前記一の第１緩衝層と上下方向に隣接する他の第１緩衝層における第１板部材の主面と重なり、あるいは、前記複数の第２緩衝層はそれぞれ、水平方向に連続的に配置された複数の第２板部材を備え、一の第２緩衝層において水平方向に隣接する２つの第２板部材の境界線は、前記一の第２緩衝層と上下方向に隣接する他の第２緩衝層における第２板部材の主面と重なる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の緩衝構造体であって、各第１板部材は、外縁部に位置する複数の接着箇所において、上下方向に隣接する他の第１板部材と接着剤により点接合され、あるいは、各第２板部材は、外縁部に位置する複数の接着箇所において、上下方向に隣接する他の第２板部材と接着剤により点接合される。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、前記載置ブロックの側面を被覆するケーシングをさらに備える。

本発明では、緩衝構造体を小型化しつつ、衝突時にキャスクに作用する荷重を低減することができる。

第１の実施の形態に係る緩衝構造体の側面図である。 緩衝構造体の縦断面図である。 載置ブロックの斜視図である。 落下したキャスクを受けた状態の緩衝構造体を示す縦断面図である。 落下したキャスクを受けた状態の緩衝構造体を示す縦断面図である。 第２の実施の形態に係る緩衝構造体の縦断面図である。 落下したキャスクを受けた状態の緩衝構造体を示す縦断面図である。 他の緩衝構造体を示す縦断面図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る緩衝構造体１を示す側面図である。図２は、緩衝構造体１を示す縦断面図である。緩衝構造体１は、キャスクの落下時にキャスクと床面８１との間にて衝撃を吸収する部材である。図１に示す例では、緩衝構造体１は、床面８１上に載置される略直方体状の敷設型の緩衝構造体であり、例えば、上方から自由落下するキャスクを受ける。

キャスクは、使用済燃料集合体（以下、単に「燃料集合体」という。）が内部に収容される略柱状の容器である。キャスクは、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。キャスクが搬送される際には、例えば、キャスクの中心軸が向く方向（以下、「長手方向」とも呼ぶ。）が上下方向に略平行となるように、クレーン等によりキャスクが吊り上げられる。あるいは、キャスクは、中心軸が水平方向を向くように吊り上げられてもよい。

緩衝構造体１は、載置ブロック２と、ケーシング３と、カバー４とを備える。ケーシング３は、板部材により形成された底面部３１および側壁部３２を有する略直方体状の部材である。換言すれば、ケーシング３は、無蓋有底の箱状部材である。ケーシング３は、例えば、ステンレス鋼等の金属製である。ケーシング３の縦、横および高さは、例えば、２ｍ～４ｍ、４ｍ～６ｍ、および、２ｍ～５ｍである。ケーシング３の材質および大きさは、様々に変更されてよい。載置ブロック２は、多孔質材料により形成された略直方体状の緩衝材である。載置ブロック２は、ケーシング３の略直方体状の内部空間に収容されて床面８１上に載置され、上方から落下するキャスクを受ける。載置ブロック２の底面および側面は、ケーシング３により囲まれて被覆される。図２に示す例では、載置ブロック２の上面とケーシング３の上端とは、上下方向の略同じ位置に位置する。

ケーシング３の側壁部３２には、複数の貫通孔３３が設けられる。図１に示す例では、複数の貫通孔３３はそれぞれ、水平方向に略平行に延びる略長円状または略長方形状である。複数の貫通孔３３は、例えば、４つの側壁部３２の略全面に亘って千鳥状に配置される。また、ケーシング３の側壁部３２には、水平方向に略平行に延びる厚板状または略半円柱状の補強材３４が設けられる。補強材３４は、ケーシング３の周囲の略全周に亘って設けられる。図１に示す例では、複数の補強材３４が上下方向に配列される。当該複数の補強材３４は、ケーシング３の上下方向の中央部、および、当該中央部よりも下側に配置される。なお、貫通孔３３の形状、数および配置、並びに、補強材３４の形状、数および配置は、様々に変更されてよい。

カバー４は、載置ブロック２の上面を略全面に亘って被覆するシート状の部材である。カバー４は、例えば、不燃性かつ不透液性の不織布等により形成される。カバー４は、例えば、不燃性のロープ等（図示省略）によりケーシング３に固定される。

載置ブロック２は、第１部位２１と、第２部位２２とを含む。図２では、第１部位２１および第２部位２２に、異なる平行斜線を付す。第１部位２１および第２部位２２はそれぞれ、略直方体状の部位である。第１部位２１と第２部位２２とは、ケーシング３内において上下方向に重なっている。第１部位２１は、載置ブロック２の最上段に位置する。換言すれば、第１部位２１の上面は、載置ブロック２の上面である。第１部位２１の上面は、キャスクの長手方向端面よりも大きく略水平方向に広がる略平面である。第２部位２２は第１部位２１の直下に位置し、第２部位２２の上面は第１部位２１の下面に当接している。平面視において、第１部位２１と第２部位２２とは略同形状であり、略全面に亘って重なっている。

第１部位２１および第２部位２２はそれぞれ、多孔質材料により形成されている。第１部位２１および第２部位２２はそれぞれ、多孔質状の様々な材料により形成されてよく、例えば、塑性変形可能な多孔質の樹脂または多孔質の金属により形成される。好ましくは、第１部位２１および第２部位２２はそれぞれ、発泡樹脂または発泡金属により形成される。第１部位２１を形成する多孔質材料の材質（すなわち、多孔質材料を構成する素材の種類）と、第２部位２２を形成する多孔質材料の材質とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。本実施の形態では、第１部位２１および第２部位２２は、硬質発泡ポリウレタンにより形成される。

第１部位２１を形成する多孔質材料の密度と、第２部位２２を形成する多孔質材料の密度とは異なる。図２に示す例では、第１部位２１の密度は、第２部位２２の密度よりも低い。また、第１部位２１の空隙率は、第２部位２２の空隙率よりも高い。第１部位２１（すなわち、密度が低い方の部位）の設計密度は、例えば、０．１ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．６５ｇ／ｃｍ^３以下であり、好ましくは、０．１ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．３ｇ／ｃｍ^３以下である。第１部位２１の実際の密度は、第１部位２１の設計密度の９０％以上かつ１１０％以下であり、好ましくは、９５％以上かつ１０５％以下である。第２部位２２（すなわち、密度が高い方の部位）の設計密度は、例えば、０．２ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．８ｇ／ｃｍ^３以下であり、好ましくは、０．３ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．６５ｇ／ｃｍ^３以下である。第２部位２２の実際の密度は、第２部位２２の設計密度の９０％以上かつ１１０％以下であり、好ましくは、９５％以上かつ１０５％以下である。なお、上述の設計密度は、第１部位２１および第２部位２２を製造する際に、製造装置等にて設定される密度である。

図３は、載置ブロック２を示す斜視図である。図３では、載置ブロック２の構造を理解しやすくするために、第１部位２１と第２部位２２とを上下に離間させて描き、第１部位２１および第２部位２２の上下方向の中央部の図示を省略している。実際には、上述のように、第２部位２２の上面は第１部位２１の下面と当接している。

第１部位２１は、上下方向に積層される略同形状の複数の第１緩衝層２１１を備える。各第１緩衝層２１１は、水平方向に広がる略平板状の部位である。各第１緩衝層２１１は、平面視において略長方形である。各第１緩衝層２１１の厚さは、例えば１０ｍｍ～３００ｍｍであり、好ましくは５０ｍｍ～２００ｍｍであり、より好ましくは７０ｍｍ～１００ｍｍである。第１緩衝層２１１の数は、例えば、１０層～２０層である。第１緩衝層２１１の形状、厚さおよび数は、様々に変更されてよい。

各第１緩衝層２１１は、水平方向に連続的に配置された複数の第１板部材２１２を備える。各第１板部材２１２は、水平方向に広がる略平板状の部材である。各第１板部材２１２は、平面視において略長方形である。複数の第１板部材２１２は、上述のように、平面視において略長方形となるように配列される。各第１緩衝層２１１において、水平方向に隣接する２つの第１板部材２１２の側面は、互いに当接している。

第１部位２１では、複数の第１緩衝層２１１の複数の第１板部材２１２が、いわゆる網代積みで上下方向に積層されている。換言すれば、一の第１緩衝層２１１における複数の第１板部材２１２の配列状態は、当該一の第１緩衝層２１１と上下方向に隣接する他の第１緩衝層２１１における複数の第１板部材２１２の配列状態と異なる。したがって、一の第１緩衝層２１１において水平方向に隣接する２つの第１板部材２１２の境界線は、当該一の第１緩衝層２１１と上下方向に隣接する他の第１緩衝層２１１における第１板部材２１２の主面（すなわち、図３中における上面または下面）と重なる。

各第１板部材２１２の４つの角部近傍には接着剤が点状（例えば、直径約３０ｍｍの略円状）に塗布される。第１板部材２１２は、当該接着剤（図示省略）を介して上下方向に隣接する他の第１板部材２１２と点接合される。なお、第１板部材２１２において接着剤が塗布される複数の領域（すなわち、複数の接着箇所）は、必ずしも角部近傍には限定されず、第１板部材２１２の外縁部に位置していればよい。

第２部位２２は、上下方向に積層される略同形状の複数の第２緩衝層２２１を備える。各第２緩衝層２２１は、第１緩衝層２１１と同様に、水平方向に広がる略平板状の部位である。各第２緩衝層２２１は、平面視において、第１緩衝層２１１と略同形状の略長方形である。各第２緩衝層２２１の厚さは、第１緩衝層２１１と同様に、例えば１０ｍｍ～３００ｍｍであり、好ましくは５０ｍｍ～２００ｍｍであり、より好ましくは７０ｍｍ～１００ｍｍである。第２緩衝層２２１の数は、例えば、１０層～２０層である。第２緩衝層２２１の形状、厚さおよび数は、様々に変更されてよい。

各第２緩衝層２２１は、水平方向に連続的に配置された複数の第２板部材２２２を備える。各第２板部材２２２は、水平方向に広がる略平板状の部材である。各第２板部材２２２は、平面視において略長方形である。複数の第２板部材２２２は、上述のように、平面視において略長方形となるように配列される。各第２緩衝層２２１において、水平方向に隣接する２つの第２板部材２２２の側面は、互いに当接している。

第２部位２２では、複数の第２緩衝層２２１の複数の第２板部材２２２が、いわゆる網代積みで上下方向に積層されている。換言すれば、一の第２緩衝層２２１における複数の第２板部材２２２の配列状態は、当該一の第２緩衝層２２１と上下方向に隣接する他の第２緩衝層２２１における複数の第２板部材２２２の配列状態と異なる。したがって、一の第２緩衝層２２１において水平方向に隣接する２つの第２板部材２２２の境界線は、当該一の第２緩衝層２２１と上下方向に隣接する他の第２緩衝層２２１における第２板部材２２２の主面（すなわち、図３中における上面または下面）と重なる。

各第２板部材２２２の４つの角部近傍には、第１板部材２１２と同様に、接着剤が点状（例えば、直径約３０ｍｍの略円状）に塗布される。第２板部材２２２は、当該接着剤（図示省略）を介して上下方向に隣接する他の第２板部材２２２と点接合される。また、第２部位２２の最上段に位置する第２板部材２２２は、４つの角部近傍に塗布された接着剤により、第１部位２１の最下段に位置する第１板部材２１２と点接合される。なお、第２板部材２２２において接着剤が塗布される複数の領域（すなわち、複数の接着箇所）も、第１板部材２１２と同様に、必ずしも角部近傍には限定されず、第２板部材２２２の外縁部に位置していればよい。

図４および図５は、上方から落下したキャスク９を緩衝構造体１により受けた状態の一例を示す断面図である。図４に示す例は、想定される最大落下高さ（例えば、約４０ｍ上方）からキャスク９が落下した場合を示す。図４に示す例では、キャスク９の下端が、緩衝構造体１の載置ブロック２の上面に衝突し、キャスク９は、低密度の第１部位２１を変形させつつ第１部位２１の内部を下方へと移動する。このとき、キャスク９の落下によるエネルギーは、第１部位２１の変形により吸収される。そして、キャスク９の下端が第１部位２１の下面に到達すると、キャスク９は、高密度の第２部位２２を変形させつつ第２部位２２の内部を下方へと移動する。このとき、キャスク９の落下によるエネルギーは、第２部位２２の変形により吸収される。キャスク９は、最終的に、載置ブロック２に刺さった状態で停止する。

図５に示す例は、上述の最大落下高さよりも低い位置からキャスク９が落下した場合を示す。図５に示す例では、落下したキャスク９は、低密度の第１部位２１を変形させつつ第１部位２１の内部を下方へと移動し、第２部位２２に到達することなく、第１部位２１に刺さった状態で停止する。この場合、キャスク９の落下によるエネルギーは、ほぼ第１部位２１のみにより吸収される。キャスク９は、最終的に、載置ブロック２に刺さった状態で停止する。

ここで、上述の載置ブロック２と略同じ大きさで全体が略一様な密度を有し、略同様の落下エネルギーを吸収可能な載置ブロック（以下、「第１の比較例の載置ブロック」と呼ぶ。）を想定する。当該第１の比較例の載置ブロックの密度は、上述の緩衝構造体１の載置ブロック２における第１部位２１の密度よりも高く、第２部位２２の密度よりも低い。緩衝構造体１の載置ブロック２では、上述のように、キャスク９との衝突により、まず低密度の第１部位２１が優先的に変形する。このとき、第１部位２１の変形量は、第１の比較例の載置ブロックにキャスク９が衝突した場合に比べて大きくなる。このため、緩衝構造体１では、第１の比較例の載置ブロックを有する緩衝構造体に比べて、衝突時にキャスク９に作用する荷重を低減することができる。特に、図５のように、キャスク９の落下によるエネルギーの大部分が第１部位２１により吸収される場合、衝突時にキャスク９に作用する荷重を、第１の比較例の載置ブロックに比べて、さらに大きく低減することができる。

なお、緩衝構造体１では、第２部位２２の変形量は、第１の比較例の載置ブロックにキャスク９が衝突した場合に比べて小さくなる。ただし、図４のように第２部位２２に変形が生じる場合であっても、当該変形は、落下によるエネルギーが大きいキャスク９との衝突直後ではなく、当該エネルギーがかなり吸収された後のキャスク９の下降停止直前に生じる。したがって、第２部位２２の変形によりキャスク９に作用する荷重はあまり大きくなく、キャスク９に与える影響は小さい。

一方、低密度の第１部位２１と同じ密度を有し、上述の載置ブロック２と略同様の落下エネルギーを吸収可能な一様密度の載置ブロック（以下、「第２の比較例の載置ブロック」と呼ぶ。）を想定すると、当該第２の比較例の載置ブロックの高さは、載置ブロック２に比べて非常に高くする（例えば、６倍～８倍の高さにする）必要がある。これに対し、上述の緩衝構造体１では、載置ブロック２が低密度の第１部位２１と高密度の第２部位２２とを備えることにより、緩衝構造体１を上下方向に小型化することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る緩衝構造体１ａについて説明する。図６は、緩衝構造体１ａを示す縦断面図である。緩衝構造体１ａは、図２に示す載置ブロック２に代えて、載置ブロック２とは構造が異なる載置ブロック２ａを備える。載置ブロック２ａでは、第１部位２１ａの密度は、第２部位２２ａの密度よりも高い。この点を除き、緩衝構造体１ａは、緩衝構造体１と略同様の構成を備える。以下の説明では、図１ないし図３に示す緩衝構造体１の構成と対応する緩衝構造体１ａの構成に同符号を付す。

図７は、上方から落下したキャスク９を緩衝構造体１ａにより受けた状態の一例を示す断面図である。図７に示す例は、上述の最大落下高さからキャスク９が落下した場合を示す。図７に示す例では、キャスク９の下端が、緩衝構造体１ａの載置ブロック２ａの上面に衝突し、キャスク９は、低密度の第２部位２２ａを優先的に変形させつつ、あまり変形していない高密度の第１部位２１ａと共に下方へと移動する。このとき、キャスク９の落下によるエネルギーは、主に第２部位２２ａの変形により吸収される。そして、第２部位２２ａの変形がある程度進行すると、キャスク９は、第１部位２１ａを変形させつつ第１部位２１ａ内部を下方へと移動する。このとき、キャスク９の落下によるエネルギーは、第１部位２１ａおよび第２部位２２ａの変形により吸収される。キャスク９は、最終的に、載置ブロック２ａに刺さった状態で停止する。

緩衝構造体１ａの載置ブロック２ａでは、上述のように、キャスク９との衝突により、まず低密度の第２部位２２ａが優先的に変形する。このとき、第２部位２２ａの変形量は、第１の比較例の載置ブロックにキャスク９が衝突した場合に比べて大きくなる。このため、緩衝構造体１ａにおいても、緩衝構造体１と同様に、第１の比較例の載置ブロックを有する緩衝構造体に比べて、衝突時にキャスク９に作用する荷重を低減することができる。

以上に説明したように、緩衝構造体１，１ａは、燃料集合体が収容される柱状のキャスク９の落下時に、キャスク９と床面８１との間にて衝撃を吸収する。緩衝構造体１，１ａは、第１部位２１，２１ａと、第２部位２２，２２ａとを備える。第１部位２１，２１ａは、多孔質材料により形成されている。第２部位２２，２２ａは、第１部位２１，２１ａと異なる密度を有する多孔質材料により形成されており、第１部位２１，２１ａと上下方向に重なる。これにより、上述のように、一様密度の載置ブロックを備える緩衝構造体に比べて、緩衝構造体１，１ａを小型化しつつ、衝突時にキャスク９に作用する荷重を低減することができる。

上述のように、第１部位２１，２１ａおよび第２部位２２，２２ａはそれぞれ、発泡樹脂または発泡金属により形成されることが好ましい。これにより、それぞれ所望の密度を有する第１部位２１，２１ａおよび第２部位２２，２２ａを、容易に製造することができる。

上述のように、第１部位２１，２１ａおよび第２部位２２，２２ａのうち、密度が低い方の部位の設計密度は、０．１ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．６５ｇ／ｃｍ^３以下であり、密度が高い方の部位の設計密度は、０．２ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．８ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。また、第１部位２１，２１ａの実際の密度は、第１部位２１，２１ａの設計密度の９０％以上かつ１１０％以下であり、第２部位２２，２２ａの実際の密度は、第２部位２２，２２ａの設計密度の９０％以上かつ１１０％以下であることが好ましい。これにより、第１部位２１，２１ａおよび第２部位２２，２２ａの密度の設計値からのずれを抑制し、それぞれ所望の密度を有する第１部位２１，２１ａおよび第２部位２２，２２ａを、容易に得ることができる。

上述のように、緩衝構造体１，１ａは、第１部位２１，２１ａおよび第２部位２２，２２ａを含むとともに、床面８１に載置されて上方から落下するキャスク９を受ける載置ブロック２，２ａをさらに備えることが好ましい。第１部位２１，２１ａは、載置ブロック２，２ａの最上段に位置し、キャスク９の端面よりも大きく水平方向に広がる上面を有する。第２部位２２，２２ａは、第１部位２１，２１ａの下面に当接する。これにより、緩衝構造体１，１ａを上下方向に小型化することができるとともに、床面８１に向けて上方から落下するキャスク９との衝突時に、キャスク９に作用する荷重を低減することができる。

上述のように、図２に示す緩衝構造体１では、第１部位２１の密度は、第２部位２２の密度よりも低い。このように、落下したキャスク９を最初に低密度の第１部位２１により受けることにより、キャスク９との接触箇所において第１部位２１が大きく変形する。その結果、載置ブロック２との接触直後にキャスク９に作用する荷重を小さくすることができる。また、落下したキャスク９が緩衝構造体１上にて停止した状態において、キャスク９の載置ブロック２への埋没長（すなわち、キャスク９のうち載置ブロック２に刺さっている部分の長さ）が大きくなるため、キャスク９が載置ブロック２から跳ね返ったり、周囲に向かって倒れることを好適に抑制することができる。

一方、図６に示す緩衝構造体１ａでは、第１部位２１ａの密度は、第２部位２２ａの密度よりも高い。このように、落下したキャスク９を最初に高密度の第１部位２１ａにより受けることにより、キャスク９の落下時の応力が、第１部位２１ａを伝播して低密度の第２部位２２ａに到達するまでに、水平方向に大きく広がる。このため、第２部位２２ａが広範囲に亘って大きく変形する。その結果、載置ブロック２ａとの接触直後にキャスク９に作用する荷重を小さくすることができる。

上述のように、第１部位２１，２１ａは、それぞれが水平方向に広がる平板状であって上下方向に積層される複数の第１緩衝層２１１を備えることが好ましい。これにより、キャスク９の落下時の応力が第１部位２１，２１ａを下方に伝播する際に、当該応力の水平方向における広がりが、上下方向に隣接する各２つの第１緩衝層２１１の滑り等により抑制される。その結果、第１部位２１，２１ａが割裂して落下エネルギーの吸収量が大きく低下することを抑制することができ、キャスク９が第１部位２１，２１ａを貫通することを抑制することができる。

また、第２部位２２，２２ａは、それぞれが水平方向に広がる平板状であって上下方向に積層される複数の第２緩衝層２２１を備えることが好ましい。これにより、キャスク９の落下時の応力が第２部位２２，２２ａを下方に伝播する際に、当該応力の水平方向における広がりが、上下方向に隣接する各２つの第２緩衝層２２１の滑り等により抑制される。その結果、第２部位２２，２２ａが割裂して落下エネルギーの吸収量が大きく低下することを抑制することができ、キャスク９が第２部位２２，２２ａを貫通することを抑制することができる。

上述のように、複数の第１緩衝層２１１はそれぞれ、水平方向に連続的に配置された複数の第１板部材２１２を備えることが好ましい。また、一の第１緩衝層２１１において水平方向に隣接する２つの第１板部材２１２の境界線は、当該一の第１緩衝層２１１と上下方向に隣接する他の第１緩衝層２１１における第１板部材２１２の主面と重なることが好ましい。このように、第１部位２１，２１ａにおいて、複数の第１板部材２１２が網代積みにて積層されることにより、キャスク９が第１板部材２１２同士の境界線に沿って第１部位２１，２１ａを貫通することを抑制することができる。

また、複数の第２緩衝層２２１はそれぞれ、水平方向に連続的に配置された複数の第２板部材２２２を備えることが好ましい。また、一の第２緩衝層２２１において水平方向に隣接する２つの第２板部材２２２の境界線は、当該一の第２緩衝層２２１と上下方向に隣接する他の第２緩衝層２２１における第２板部材２２２の主面と重なることが好ましい。このように、第２部位２２，２２ａにおいて、複数の第２板部材２２２が網代積みにて積層されることにより、キャスク９が第２板部材２２２同士の境界線に沿って第２部位２２，２２ａを貫通することを抑制することができる。

上述のように、各第１板部材２１２は、外縁部に位置する複数の接着箇所において、上下方向に隣接する他の第１板部材２１２と接着剤により点接合されることが好ましい。このように、上下方向に隣接する第１板部材２１２同士が接着されることにより、キャスク９との衝突によって第１板部材２１２が上方へと飛散することを抑制することができる。また、第１部位２１，２１ａの運搬、および、製造時における第１板部材２１２の位置決め等を容易とすることができる。さらに、上下方向に隣接する第１板部材２１２同士の接着を点接合とすることにより、上下方向に隣接する第１緩衝層２１１間の滑りが阻害されることを抑制し、第１部位２１，２１ａにおいて応力が下方に伝播する際に、当該応力の水平方向への広がりを好適に抑制することができる。その結果、第１部位２１，２１ａの割裂を抑制することができる。

また、各第２板部材２２２は、外縁部に位置する複数の接着箇所において、上下方向に隣接する他の第２板部材２２２と接着剤により点接合されることが好ましい。このように、上下方向に隣接する第２板部材２２２同士が接着されることにより、キャスク９との衝突によって第２板部材２２２が上方へと飛散することを抑制することができる。また、第２部位２２，２２ａの運搬、および、製造時における第２板部材２２２の位置決め等を容易とすることができる。さらに、上下方向に隣接する第２板部材２２２同士の接着を点接合とすることにより、上下方向に隣接する第２緩衝層２２１間の滑りが阻害されることを抑制し、第２部位２２，２２ａにおいて応力が下方に伝播する際に、当該応力の水平方向への広がりを好適に抑制することができる。その結果、第２部位２２，２２ａの割裂を抑制することができる。

各第１板部材２１２は、水平方向に隣接する他の第１板部材２１２と、接着剤により側面同士が接合されてもよい。これにより、キャスク９との衝突によって第１板部材２１２が上方へと飛散することを抑制することができる。また、第１部位２１，２１ａの運搬、および、製造時における第１板部材２１２の位置決め等を容易とすることができる。

また、各第２板部材２２２は、水平方向に隣接する他の第２板部材２２２と、接着剤により側面同士が接合されてもよい。これにより、キャスク９との衝突によって第２板部材２２２が上方へと飛散することを抑制することができる。また、第２部位２２，２２ａの運搬、および、製造時における第２板部材２２２の位置決め等を容易とすることができる。

上述のように、緩衝構造体１，１ａは、載置ブロック２，２ａの側面を被覆するケーシング３をさらに備えることが好ましい。これにより、落下したキャスク９が衝突することにより載置ブロック２，２ａが側方へと膨張することを抑制することができる。その結果、載置ブロック２，２ａが割裂することを抑制することができ、衝突時にキャスク９に作用する荷重を好適に低減することができる。

上述のように、ケーシング３の側壁部３２には、それぞれが水平方向に延びる複数の貫通孔３３が設けられることが好ましい。これにより、ケーシング３が上下方向に変形しやすくなる。したがって、上方から落下するキャスクが、仮にケーシング３の上端部に衝突したとしても、ケーシング３が容易に下方へと変形して衝撃を吸収するため、衝突時にキャスク９に作用する荷重を低減することができる。また、載置ブロック２，２ａによりキャスク９を受けた場合も、貫通孔３３からケーシング３内の空気が抜けるため、載置ブロック２，２ａの変形を促進することができる。

上述のように、ケーシング３の側壁部３２には、水平方向に延びる補強材３４が設けられる。このため、キャスク９との衝突時に載置ブロック２，２ａからケーシング３の側壁部３２へと伝わる力により、側壁部３２が変形する（すなわち、外方へと膨らむ）ことを抑制することができる。

また、図２に示す緩衝構造体１では、キャスク９との衝突時において、高密度の第２部位２２から側壁部３２に伝わる力は、低密度の第１部位２１から側壁部３２に伝わる力よりも大きい。したがって、ケーシング３において、複数の補強材３４は、側壁部３２の上下方向の中央部以下の領域（すなわち、第２部位２２と対向する領域）に配置されることが好ましい。これにより、キャスク９との衝突時における側壁部３２の変形をさらに抑制することができる。

上述のように、緩衝構造体１，１ａは、載置ブロック２，２ａの上面を被覆するカバー４をさらに備えることが好ましい。これにより、キャスク９との衝突時に載置ブロック２，２ａが上方へと飛散することを抑制することができる。また、水等の液体との接触による載置ブロック２，２ａの品質劣化、および、紫外線による載置ブロック２，２ａの品質劣化等を防止することができる。

上述の緩衝構造体１，１ａでは、様々な変更が可能である。

例えば、第１部位２１，２１ａおよび第２部位２２，２２ａの設計密度は、必ずしも上述の範囲には限定されず、様々に変更されてよい。また、第１部位２１，２１ａおよび第２部位２２，２２ａの設計密度と実際の密度との差も、必ずしも上述の範囲には限定されない。

載置ブロック２，２ａでは、上下方向に隣接する第１板部材２１２同士の接着箇所の形状、位置、数等の接合態様は、上述の例には限定されず、様々に変更されてよい。また、第１板部材２１２同士の接合は、行われなくてもよい。第２板部材２２２同士の接合、および、第１板部材２１２と第２板部材２２２との接合についても同様である。

第１部位２１，２１ａでは、複数の第１板部材２１２は、必ずしも網代積みにて積層される必要はなく、他の積層方法により積層されてもよい。また、第１板部材２１２は、必ずしも平板状である必要はなく、例えば、湾曲した板状であってもよい。あるいは、複数の第１板部材２１２では、積層可能な形状の凹凸が主面に設けられてもよい。各第１緩衝層２１１は、必ずしも複数の第１板部材２１２により形成される必要はなく、水平方向に広がる１枚の多孔質状の板部材であってもよい。また、第１部位２１，２１ａは、必ずしも複数の第１緩衝層２１１の積層体である必要はなく、１つの多孔質状の部材であってもよい。

第２部位２２，２２ａでは、複数の第２板部材２２２は、必ずしも網代積みにて積層される必要はなく、他の積層方法により積層されてもよい。また、第２板部材２２２は、必ずしも平板状である必要はなく、例えば、湾曲した板状であってもよい。あるいは、複数の第２板部材２２２では、積層可能な形状の凹凸が主面に設けられてもよい。各第２緩衝層２２１は、必ずしも複数の第２板部材２２２により形成される必要はなく、水平方向に広がる１枚の多孔質状の板部材であってもよい。また、第２部位２２，２２ａは、必ずしも複数の第２緩衝層２２１の積層体である必要はなく、１つの多孔質状の部材であってもよい。

載置ブロック２は、第１部位２１および第２部位２２以外の部位を含んでいてもよい。例えば、載置ブロック２は、第２部位２２の下面に当接する第３部位を備える３段構造であってもよい。当該第３部位の密度は、例えば、第２部位２２の密度以上であってもよく、第１部位２１と第２部位２２との間の密度であってもよく、第１部位２１の密度以下であってもよい。載置ブロック２は、４段以上の構造を有していてもよい。

載置ブロック２ａも同様に、第１部位２１ａおよび第２部位２２ａ以外の部位を含んでいてもよい。例えば、載置ブロック２ａは、第２部位２２ａの下面に当接する第３部位を備える３段構造であってもよい。当該第３部位の密度は、例えば、第２部位２２ａの密度以下であってもよく、第１部位２１ａと第２部位２２ａとの間の密度であってもよく、第１部位２１ａの密度以上であってもよい。載置ブロック２ａは、４段以上の構造を有していてもよい。

載置ブロック２，２ａおよびケーシング３の形状は、様々に変更されてよく、例えば円柱状であってもよい。また、ケーシング３では、貫通孔３３および補強材３４はそれぞれ、省略されてもよい。緩衝構造体１，１ａでは、ケーシング３およびカバー４はそれぞれ、省略されてもよい。

上述の例では、敷設型の緩衝構造体１，１ａについて説明したが、本発明の関連技術においては、上記構造は、図８に示すように、キャスク９の長手方向の端部に取り付けられる取付型の緩衝構造体１ｂに適用されてもよい。図８では、キャスク９の一方側の端部のみを図示しているが、緩衝構造体１ｂは、キャスク９の長手方向の両端部に取り付けられる。

図８に示すように、緩衝構造体１ｂは、多孔質材料により形成されている第１部位２１ｂと、第１部位２１ｂと上下方向に重なる第２部位２２ｂとを備える。第２部位２２ｂは、第１部位２１ｂとは異なる密度を有する多孔質材料により形成されている。これにより、上述の緩衝構造体１，１ａと略同様に、緩衝構造体１ｂを小型化しつつ、衝突時にキャスク９に作用する荷重を低減することができる。

図８に示す例では、緩衝構造体１ｂは略円筒状であり、キャスク９の長手方向端部の側面、および、長手方向端面の外周部に当接する。第１部位２１ｂは、緩衝構造体１ｂのうちキャスク９に当接する部位（すなわち、内周部）に配置される。第２部位２２ｂは、第１部位２１ｂの径方向外側、および、長手方向のキャスク９とは反対側に設けられる。第１部位２１ｂの密度は、第２部位２２ｂの密度よりも低い。これにより、キャスク９が様々な姿勢で落下した場合であっても、落下時のエネルギーは低密度の第１部位２１ｂが大きく変形することにより吸収されるため、キャスク９に作用する荷重が低減される。なお、第１部位２１ｂの密度は、第２部位２２ｂの密度よりも高くてもよい。

なお、キャスク９の落下とは、つり上げられた状態からの自由落下、および、垂直姿勢（すなわち、長手方向が上下方向に平行な姿勢）のキャスク９の転倒によるキャスク９上端部の下方への移動（すなわち、上端部の落下）を含む概念である。また、キャスク９の様々な姿勢の落下とは、キャスク９の中心軸が上下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、当該中心軸が上下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を含む概念である。

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。

１，１ａ，１ｂ 緩衝構造体
２，２ａ 載置ブロック
３ ケーシング
９ キャスク
２１，２１ａ 第１部位
２２，２２ａ 第２部位
８１ 床面
２１１ 第１緩衝層
２１２ 第１板部材
２２１ 第２緩衝層
２２２ 第２板部材

Claims (9)

1. 燃料集合体が収容される柱状のキャスクの落下時に前記キャスクと床面との間にて衝撃を吸収する緩衝構造体であって、
   多孔質材料により形成されている第１部位と、
   前記第１部位と異なる密度を有する多孔質材料により形成されており、前記第１部位と上下方向に重なる第２部位と、
   前記第１部位および前記第２部位を含むとともに、床面上に載置されて上方から落下するキャスクを受ける載置ブロックと、
   を備え、
   前記第１部位は、前記載置ブロックの最上段に位置し、前記キャスクの端面よりも大きく水平方向に広がる上面を有し、
   前記第２部位は、前記第１部位の下面に当接することを特徴とする緩衝構造体。
2. 請求項１に記載の緩衝構造体であって、
   前記第１部位および前記第２部位はそれぞれ、発泡樹脂または発泡金属により形成されることを特徴とする緩衝構造体。
3. 請求項１または２に記載の緩衝構造体であって、
   前記第１部位および前記第２部位のうち密度が低い方の部位の設計密度は、０．１ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．６５ｇ／ｃｍ^３以下であり、密度が高い方の部位の設計密度は、０．２ｇ／ｃｍ^３以上かつ０．８ｇ／ｃｍ^３以下であり、
   前記第１部位の実際の密度は、前記第１部位の設計密度の９０％以上１１０％以下であり、
   前記第２部位の実際の密度は、前記第２部位の設計密度の９０％以上１１０％以下であることを特徴とする緩衝構造体。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、
   前記第１部位の密度は前記第２部位の密度よりも低いことを特徴とする緩衝構造体。
5. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、
   前記第１部位の密度は前記第２部位の密度よりも高いことを特徴とする緩衝構造体。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、
   前記第１部位は、それぞれが水平方向に広がる平板状であって上下方向に積層される複数の第１緩衝層を備え、
   あるいは、前記第２部位は、それぞれが水平方向に広がる平板状であって上下方向に積層される複数の第２緩衝層を備えることを特徴とする緩衝構造体。
7. 請求項６に記載の緩衝構造体であって、
   前記複数の第１緩衝層はそれぞれ、水平方向に連続的に配置された複数の第１板部材を備え、一の第１緩衝層において水平方向に隣接する２つの第１板部材の境界線は、前記一の第１緩衝層と上下方向に隣接する他の第１緩衝層における第１板部材の主面と重なり、
   あるいは、前記複数の第２緩衝層はそれぞれ、水平方向に連続的に配置された複数の第２板部材を備え、一の第２緩衝層において水平方向に隣接する２つの第２板部材の境界線は、前記一の第２緩衝層と上下方向に隣接する他の第２緩衝層における第２板部材の主面と重なることを特徴とする緩衝構造体。
8. 請求項７に記載の緩衝構造体であって、
   各第１板部材は、外縁部に位置する複数の接着箇所において、上下方向に隣接する他の第１板部材と接着剤により点接合され、
   あるいは、各第２板部材は、外縁部に位置する複数の接着箇所において、上下方向に隣接する他の第２板部材と接着剤により点接合されることを特徴とする緩衝構造体。
9. 請求項１ないし８のいずれか１つに記載の緩衝構造体であって、
   前記載置ブロックの側面を被覆するケーシングをさらに備えることを特徴とする緩衝構造体。

Images