JPS6017075B2 - 貯蔵容器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、原子炉の使用済み燃料の貯蔵容器に関し、
特に、原子炉からその寿命の間に取り出した全ての使用
済み燃料を現場で貯蔵できる装置を提供することである
。

発電用に使用している現行原子炉の運転中に、該燃料は
消耗されるようになり、周期的間隔で取り出さねばなら
ない。

燃料交換スケジュールは修正されるが、燃料集合体の１
／３を１年毎に取り出して、炉心中の全燃料集合体の交
換を約３年の期間で行なわねばならない原子炉はその寿
命が約４０年に及ぶように設計されているので、原子炉
基地にある使用済み燃料の貯蔵設備は、全ての使用済み
燃料を収容するためには、明らかに、約１３の全炉心分
の燃料集合体、即ち２，６００の燃料集合体を収容しな
ければならない。現在、米国を含む世界中で燃料再処理
設備が不足している。

燃料を合理的に再処理できないので、原子炉から使用済
みの燃料集合体を取り出す電気事業者は、その中の燃料
が放射性である限り燃料集合体の安全な貯蔵を行なわね
ばならない。歴史的に言えば、電気事業者は常に、原子
炉のそばに燃料貯蔵区域を設けて少数の燃料集合体を収
容してきた。しかし、燃料の再処理及び原子炉基地から
の使用済み燃料の積み出いこ関する現在の不確定な諸問
題を考えて、最近、電気事業者は現場での燃料貯蔵容量
を増す積極的な処置をとつてきた。ところが、プラント
構造のために、使用済み燃料貯蔵プールの実際寸法を大
きくしえないのが一般的である。容量の増大は、燃料貯
蔵ラックを使用済み燃料プール中に小さいピッチで配直
し、利用できるスペース中の燃料貯蔵ラックの数を増し
て行なっていた。燃料貯蔵容量は大きくなるが〜大抵の
原子炉基地での現在の貯蔵プールは、新しい構造城は方
法が開発されない限り、寿命が終るまでに原子炉から取
り出されると思われる全ての燃料を収容しきれない。か
かるスペースを合理的に利用できないので、特に、現場
から離れた貯蔵設備も利用できない場合には、使用済み
燃料集合体が燃料ビットに収容できる以上に増加すると
、原子炉プラントを停止させる状況に至る。従って、こ
の発明の主な目的は、現在運転中の原子炉から取り出し
た使用済み燃料を貯蔵するための、非常に貯蔵容量の大
きい容器を提供することである。

上記目的から、この発明は、コンパクトな整列状態に燃
料榛を保持するために、燃料棒を支持すべく配置された
基台と、燃料棒を容れる壁とを有する貯蔵容器において
、前記容器の二つの対時する端壁はそれ等の上端に、前
記容器内に入れるべき燃料棒の列間距離に等しい距離だ
け互いに離れた溝を有し、また、前記容器内への燃料榛
の装入を容易にするために整列板が前記容器内に備えら
れており、前記整列板はその上端に、前記溝に受け容れ
られる突出部を有し、前記容器は整列板の下端に係合す
る対応した手段を有し、隣接した燃料榛が実質的に線接
触をなす列状をなして燃料榛が挿入される時、該整列板
が該燃料棒の側面を支持することを特徴としている。

この発明は、添付図面に一例としてだけで示した好適な
実施例に関する下記の説明から一層容易に明らかとなろ
う。

同一符号は同一又は対応部分を表わす図面を参照すると
、第１図〜第３図には、ステンレス鋼その他の耐食材料
の燃料ラック１０が示されている。

この燃料ラック１０は、原子炉で使用した使用済み燃料
集合体か取り出した使用済み燃料様２６を保持するよう
に配置された容器１１を受け容れるように設計されてい
る。燃料ラック１０‘ま横断面が実質的に正方形であり
、そして側壁１４を有する基板１２を含む。基板は、燃
料集合体の全体を受け容れる使用済み燃料プール中に位
置決めするのが普通である。側壁の上端では、燃料ラッ
ク内への燃料集合体の案内を助けるのに使うフランジ１
６が外方へ延びている。この構造の燃料ラックは使用済
み燃料プール或はビット内に配置するのが慣行である。
燃料ラックはこの発明の容器１を受け容れてビット内に
保持されるのでよく、或は燃料ラックを完全に取り外し
て容器だけを使用済み燃料ビット内に残しておいてもよ
い。容器１１は、燃料ラックとの間に小さなスペース２
１を有して燃料ラック内に入るように配置されていて、
このスペースを、容器を通る冷却材流れに利用する。容
器は、燃料棒の貯蔵機機能を単独で果たすに足る構造健
全性を有する単一の物体として設計してあるので、容器
を燃料ラック内に配置することは必須ではない。第１図
に示すように、容器１１の側壁１８は、端整２０より上
方へ延びて、後からもっと良く説明するようにキャップ
２２を受ける。容器１１の内側に位置して基台１２に支
持されているのは、各側壁１８から容器の中央に向って
昇る階段２４を有するピラミッド型の階段付き支持体又
は基台２５である。この階段の目的は、第２図に示すよ
うに、各階段上に複数列の燃料棒が垂直に位置決めされ
るようにこれ等を受け且つ支持することである。容器内
側にあるスペース内に合理的にできるだけ多くの燃料棒
を貯蔵することが目的であるから、全燃料榛は三角形に
整列するよう互いに組み合っており、従って、任意の一
つの燃料棒は、第１図の上部に明らかに示すように、同
じ列にある燃料榛及び反対側の列にあえる燃料棒とは長
さに沿って実質的に完全な線接触をしている。

この明細書で使用する“実質的に完全な線接触”という
用語は、容器内の大抵の燃料榛が隣接する燃料榛と長さ
沿いに線接触することを意味しており、そして完全な線
接触が行なわれない場合というのは、燃料棒の直径差、
熱眼張差、ある燃料棒の長さに沿って生じるわん曲等に
帰因している。発電用に現今の原子炉で使用される第１
図〜第３図に示すような型の燃料棒は、直径が１２．７
肋（１／２ｎ）より小さく長さが４２７肌（１４ｆｔ）
にも及ぶ長くて細い陣である。しかし、これ等の寸法は
変わるかも知れず、また、特定構造の原子炉で便用され
る燃料集合体の構造次第である。各燃料棒は大きな圧縮
強さを有するが、極端に曲がり易く且つ長さに沿って緩
から支持する時にだけ垂直位置を保持するので、取り扱
いが難しい。この理由で、燃料棒は、その長さに沿う座
属の可能性があるために支持体他ないこ容器内へ都合よ
く装入することができない。従って、第１図〜第３図の
容器は、燃料棒の可榛性に適応すると共に、最小の時間
で迅速且つ効率的な装入ができるように設計されいる。

第１図及び第２図に示したように、容器の両側の端壁２
０は側壁１８より短かく、そして第１図に示した段付き
部２８のところまでだけ上方へ延びている。基台にある
対応する階段２４の直接上方に位置する溝３川ま端壁２
０の双方の頂部にある。第１図及び第４図〜第６図に示
した整列板３２は、各端壁にある溝３０に入るように配
置される支持ブラケット又は端部又は突出部３６を支持
する。整列板は容器の全長に拡がっており、そして、第
１図に示したように燃料榛の長さより若干高い。整列板
の背面３４は第１図及び第５図に示したように平らであ
り、また、端部３６は端整２０の頂部に形成した対応す
る溝３０に鼓合する鈎形の構造である。燃料棒に面する
整列板の側辺は、容器に装入すべき燃料棒に合う大きさ
の多数の溝３８を備える。また、整列板のこのの側辺は
、溝の付いた面を越して外方へ延び、容器に袋入された
時の各燃料棒に係合する位置にある板ばね４０を支持す
る。この板ばねはピンとスロットからなる装置４１を含
むのでで、板ばねは、燃料棒に係合した時、圧縮され、
延ばされピンの上に乗る。各ばねを一つの溝３８に別々
に取り付けてもよく、また、ばねは数個の溝にかかって
いてもよい。燃料棒の装入を始める時、整列板３２を、
第１図において見て容器の左側に形成された最初の溝３
０の中の所定位置に置く。その後、各燃料棒を別々に容
器内に袋入する。燃料棒は、その一方の側面が容器１１
の側壁１８に軽く接触しながら、他方の側面が溝３８内
を案案内される。燃料棒は、十分に挿入された時、その
底端が支持構造であるたな４３の最初の階段２４に乗っ
ている。第１の列に燃料棒を詰めた後、整列板３２を次
の溝３０に移して第２列の燃料棒を容器内へ菱入するた
めのスペースをつくる。そのように移す際、板【まね４
０が、溝付きの面から外側ピン４１′に乗って第６図に
示す位置をとり、燃料榛を座屈させることなく直立位置
に保持する。山４２は、燃料棒によって再び内側へ動か
されるまでこの位置に留まっている。この構造は燃料棒
が所定位置外へ動くのを防止し、そして、重要な点につ
いて言えば、容器内に丁度装入してた燃料棒の列と整列
板の溝付き面との間に開放区域をつくる。この開放区域
は第２列の燃料樺を受け容れるのに十分である。その後
、整列板を持ち上げてその端部３６を、対嶋する端整２
０の頂部にある次の粗の溝３０１こ入れる。

整列板の面にある溝３８と第１の列に丁度菱入された燃
料榛との間の距離は１２．７燭（１／２ｉｎ）より小さ
く、且つ燃料榛は列の長さに沿って互いに実質的に直線
状に接触しているので、座屈その他の理由で第２列の袋
入が防害されるようなところまで燃料榛が変形すること
はない。第２列の燃料棒は、、第２図に示すように、第
２段に装入中の燃料棒の鼠心が第１の列にある二つの隣
り合う燃料榛の軸心の間にくるように、装入される。最
初の燃料榛を第２列に装入する時、該燃料棒は、一方の
側で、第１の列にある二つの隣接燃料榛と直線的に接触
し、また、他方の側で、整列板にある溝３８及びばねの
山４２に係合する。次の燃料棒も同様に装入され、そし
て、第１の列にある二つの隣接燃料棒と直線的に接触す
るだけでなく、第２の列に丁度先行して装入された燃料
棒とも直線的に接触する。この方法で燃料棒を容器内へ
装入することにより、容器内への菱入の際に直ちに各燃
料榛に対する実質的な支持が行なわれ、そして整列板が
次の列へ移されるまで上記支持は維持されている。次の
列では工程が再び繰り返され、こうして容器の左側で、
頂部の列以外の全ての列が満たされる。次に整列板を容
器の右側に移し、容器の左側の第１列の装入について前
述したのと同じ方法で、右側の第１列が菱入され、続い
て第２列ち汎降が菱入され、こうして頂部の列以外の全
ての列が満たされる。

しかる後二つの列をたな４３の上に装荷する。この時、
整列板３２は取り除かれ、そして残っているスペースは
整列板の中に等しいものだけとなるので、所望ならば、
身代わりの板を空いたスペースに挿入してもよく、或は
スペースを空けておきある程度の遊びを与えるようにし
てもよい。第２図に示すように、第２及び後続の列の燃
料棒は先行する列にある二つの隣接燃料棒の間に入り込
んでいるので、ピラミッド形支持体又は基台にある階段
が燃料榛の直径に等しい中のものでないことは明らかで
あり、従って、階段は燃料棒の中と等しくてはならず、
さもないと燃料榛の底部と基台上の階段部との間にスペ
ースが残るであるつｏ容器を燃料榛で完全に満たした後
、キャップ２２を容器内に入れて所定位置に鎖錠し、こ
うして燃料集合体の頂部ノズルと同一の構造を有する構
成とすることによって、燃料集合体を原子炉の内外へ昇
降させるのと同じ昇降装置で容器を昇降させることが可
能になる。

キャップ２２は、側壁５２により底板５１と一体に結合
された昇降部４８を含む。このキャップユニットは、容
器の側壁１８からキャップの側壁５２の中へ延びる一対
の対僻した枢回ピン５３により所定位層に保持される。
底板５１の頂面には回転可能の鎖鉄板５６が滑動可能に
装着されていて、六角ナット５８を支持する。

ナット５８は溶接その他の手段で鎖錠板５６に取り付け
る。鎖錠板５６をキャップ２２の底板５１に取り付ける
ために、ピン６０は鎖鉄板５６及び底板５１を貫通して
下方へ延び、その底端で、底板５１の中央に設けた溝に
溶接されている。第１図及び第３図の両方に示すように
、鎖錠板５６は、容器の側壁１８に形成したスロット６
４の中に延、びて入るに足る長さである。鎖鉄板５６を
斜行位置から第３図にに示す鎖錠位置へ回転させる時、
キャップが容器にしっかり銭錠されて容器を封止すると
共に、キャップが負荷支持機能を果たしうるようになる
ことは明らかであろう。更に、キャップの上部には関口
６６及びフランジ６８が備えられていて、原子炉設置場
所で容器をある区域から別の区域へ昇降し移送するため
、燃料集合体昇降機構の出張りがこのフランジに係合す
る構造になっている。ばねで付勢されたピン７０が下方
へ延びて、底板５１にある穴７２の中に入っており、容
器に固定後のキャップの不注意に基づく鯛錠を防止して
いる。キャップの頂部が昇降機構にある出張りの構造に
対応すべきこと、或は出張りの構造に対して補足的であ
るべきことは明らかであろう。

従って、キャップはその上部に、例えばキャップの下側
への昇降門出張りの接近を許容する、複数の開口を含み
うる。第７図〜第１１図の変形例では、階段付き支持体
及び階段付き端壁が除かれており、容器は平らな基台２
５′を有して全体的に箱状につくられている。

容器は基台２５′と、側壁１８と、端整２０とを備える
。階段付き支持体の代りに、基台２５′は容器の深さに
沿って複数の列に整列した穴５０を備え、これ等の穴は
燃料榛の端部より若干大きい大きさのものである。穴の
深さ及び間隔は、燃料棒の端部をその中に挿入した時、
燃料榛が後から横に動かないようになっている。穴は接
線個所で交差するので、各燃料榛はそ対崎する側辺にあ
る燃料榛と、そして次の隣接する列にある燃料棒と長さ
に沿って実質的に直線的に接触するのであろう。端壁２
０の頂面はのこぎり歯状になっていて、第１図、第４図
及び第５図に示した整列板３２のフランジ状末端を受け
容れる溝３０をつくっている。

しかし、二つの整列板３２，３３の各底端は面取りをし
た端３５を備えており、これが基台にある対応した穴５
０１こ係合する。整列板３２，３３を燃料榛装入のため
の所定位置に置いた時、第１の整列板の面と容器の側壁
、或は前に組み入れた燃料榛の列との間にこうしてでき
たスペースは、燃料榛を受け容れてそれ等を所定位置に
案内するのに十分なものとなろう。前述のように、各燃
料棒は相当の圧縮力に耐えるであろうが、極端に曲がり
易く、容器内の所定位置への燃料榛の案内は注意深く行
なわねばならないし、。

燃料捧菱入の用意ができたら、第４図〜第６図のものと
実質的に同一の第１整列板３２を、該整列板の溝付き面
と容器側壁との間に十分なスペースがある状態で所定位
置に設置する。その後、第２の整列板３３を、その溝付
き面が第１整列板の背面に当俵するように、第１整列板
の直ぐ後方に配置する。次に容器を約１５ｏ まで若干
の角度Ｑで額斜させ、そして燃料榛を容器の下方側に袋
入する。容器のこの額斜は、揺れ動く燃料棒によってさ
もないと生じるかも知れない望ましくないわん曲又は長
さに沿った半径方向変形を最小にするよう助けるため、
燃料榛が滑敷しうる或は少なくとも若干接触しうる容器
表面をもたらすのに十分である。整列板面にある溝３８
はばね４０と共に、燃料棒が同じ列にある前の燃料榛と
直線的に接触しながら容器に入り、最終的に容器の底に
ある対応した穴に入る時に、同燃料棒を助けて垂直位置
に保持する働きをする。第１の列を満たした後、第２列
の燃料穣用のスペースを占めている第１整列板を取り除
いて、第３列にある第２整列板３３の後に組み込む。

第１整列板はその二つの整列端３５で、第４列の燃料榛
用穴に入り、それにより第１整列板を固定位置に不動状
態に位置決めする。このような整列板の移動を行なう時
、第２整列板にあるばね４０の山４２は、図示しない退
出位置から第６図に実線で示した完全突出位置へ動く。
その際、山４２は燃料棒の側辺に係合して同燃料棒を曲
がりのない垂直位置に保持する。第１整列板３２の溝付
き面が第２整列板３３の背面に係合する時、第１整列板
３２のばね４川ま第２整列板３３の背面に係合し再び退
出位置へ動かされる。ばね４川ま整列板の背面３４と約
１０ｏの角度をなす。ピンとス。ットからなる装置４１
を使用しているが、ピン４１′を省略しても、燃料榛又
は他の整列板背面のどちらか一方との接触に応じてばね
を動かしうる。次に、第２整列板は第２列の燃料榛を容
器に装入する時に該燃料棒を所定位置へ案内するための
案内手段の役目を果たす。この装入手順を続け、最終列
の燃料棒も含めて全燃料棒を所定位置に菱入する。その
後、第１図の実施例のように、キャップ２２を容器頂部
の中に入れ、前述した方法で所定位置に鎖錠する。次に
、燃料榛を袋入した容器を、使用済み燃料に残っている
ウラン原子の核分裂を防止するように計画したホウ酸含
有水その他の中性子補獲物質を含む使用済み燃料ビット
に貯蔵する。上記したコンパクトな貯蔵装置の使用によ
り得られる主な利点は、現地貯蔵設備を有する原子炉プ
ラントでの貯蔵容量が拡大されて、原子炉からその全寿
命中に取り出した燃料綾の全てを収容しうろことである
。

得られる利点は次の表から明らかである。この表は、燃
料棒のコンパクトな貯蔵装置を用意することによってど
れだけ貯蔵容量を増大できるかを示している。この表中
の概算値は、燃料ビットが燃料集合体保持用のラックを
備える現地貯蔵設備のある原子炉に基づいている。この
表に示したよりも大きな貯蔵スペースをもたらすために
ラックを取り除いてもよいことは明らかであろう。燃料
貯蔵潜在能力の増大 ※ 緊急時の全炉心取出能力と仮定するｏ商用原子炉は
通常約３位王の寿命に設計されているので、ここに記載
した燃料綾貯蔵装置の構造は原子炉の寿命が終るまでの
全使用済み燃料棒を収容するであろうまた、この構造に
よる更なる利点は、使用済み燃料集合体を原子炉設置場
所から遠距離に多分ある遠隔貯蔵区域へ原子炉区域から
積み出す必要が排除されることである。

使用済み燃料集合体を遠隔基地に貯蔵すると、型式の異
なる原子炉では禾だ有効寿命のある使用済み燃料を貯蔵
区域から取り戻せないかも知れない。核燃料の再処理を
行なう時及び再処理のための諸設備を所定位置に設置す
る時、燃料積み出しの回数は、燃料集合体だけを再処理
設備へ積み出す場合ほど多くはならないであろう。第１
１図に示した基台の変形例においては、整列板３２，３
３の面取りした末端を受け容れるのに穴５０を使用する
代りに、一連の平行溝６０を容器基台に機械加工してあ
る。

これ等の溝が形成する台６２の上にも燃料棒が置かれる
。燃料榛は互いに組み込んであるので、整列板面の溝は
第１１図では点線で図示されている。以上の記載から考
えて多くの修正及び改変が可能であることは明らかであ
ろう。

従って、この発明は特許請求の範囲内で、特定的に記載
した以外に実施しうるものであることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、密集した燃料綾列の保持に使用するため使用
済み燃料集合体貯蔵ラックの内部に配置される容器の構
造を一部断面で示す立面図、第２図は、第１図の容器内
に燃料榛を整列させるのにどのようにして整列板を使用
するのかを説明するため、キャップを除いて第１図のロ
ーロ線に沿って示す図、第３図は第１図の容器の平面図
、第４図は、第２図で燃料榛を整列させるのに使用した
整列板の一部を示す部分立面図、第５図は第４図に示し
た整列板の平面図、第６図は、第４図の整列板の側面図
、第７図は第１図に示した容器の変形例の図、第８図は
第７図の容器の平面図、第９図は、第７図の容器にある
底板に設けた閉口にどのようにして燃料棒を位置決めす
るかを示す詳細図、第１０図は第９図の線×−Ｘに沿っ
て示す図、第１１図は第９図に示した基台の変形例を示
す図である。 図中、１１は貯蔵容器、２０は容器の端整、２５及び２
５′は基台、２６は燃料棒、３０は溝、３２及び３３は
整列板、３６は突出部、２４及び５０は整列板の下端に
係合する手段となる階段及び穴である。 第１図 第２図 第３図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンパクトな整列状態に燃料棒を保持するために、、
   燃料棒を支持すべく配置された基台と、燃料棒を容れる
   壁とを有する貯蔵容器において、前記容器の二つの対峙
   する端壁はそれ等の上端に、前記容器内に入れるべき燃
   料棒の列間距離に等しい距離だけ互いに離れた溝を有し
   、また、前記容器内への燃料棒の装入を容易にするため
   に整列板が前記容器内に備えられており、前記整列板は
   その上端に、前記溝に受け容れられる突出部を有し、前
   記容器は整列板の下端に係合する対応した手段を有し、
   隣接した燃料棒が実質的に線接触をなす列状をなして燃
   料棒が挿入される時、該整列板が該燃料棒の側面を支持
   することを特徴とする貯蔵容器。