JPS6119953B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核燃料要素用の棚に係り、特に加圧水
型原子炉（PWR）の核燃料要素用の棚に関連
し、更に改良型ガス冷却原子炉（AGR）の核燃
料要素用の棚にも応用しうる。

核燃料要素は消費されると炉心から除去されて
新しいものに交換される。この消費された核燃料
要素は高放射性で半減期の短い化合物を微量含む
ので、通常はこれらの化合物がほぼ自然崩壊する
よう貯蔵池に数週間置かれた後で最終的に貯蔵又
は再加工の場所に輸送される。

貯蔵又は輸送される時、核燃料要素は、ほぼ矩
形断面の複数の細長空胴を有する棚に収容され
る。このような棚の主な機能は、第１には取扱い
を容易にするため複数（典型的には14個）の核燃
料要素をまとめるということであり、第２には核
燃料要素から出される中性子放射の大部分を吸収
することである。後者の機能を果たすために、こ
のような棚には中性子を吸収する公知の特性を有
する硼素が常に組み入れられている。

環境汚染防止及び安全性確保のため、このよう
な棚は貯蔵池に貯蔵中又は輸送中に直接の空襲や
輸送中の大事故等でこうむり得る大衝撃荷重に耐
えるよう行政機関の規則により厳しく規制されて
いる。従つて、このような棚は、通常は比較的小
さい静荷重を受けるにもかかわらず大衝撃荷重に
耐えるよう極めて堅固に造られねばならず、しか
も相当な強度の中性子放射を吸収し得なければな
らない。それ故、通常このような棚は、棚を保護
するとともに棚に機械的安定性をも与える（典型
的には円筒形の）外コンテナに収容される。

英国で広く使用されてきた型の棚は複数の各各
矩形断面を有する細長コンテナから成り、各コン
テナは１枚のステンレス薄板鋼を長さ方向に３個
所折り曲げ、２つの自由縁を溶接接続して成る。
所要数のこれらコンテナは、中性子放射を吸収す
べく相互間に硼素／アルミニウム（ボラル）合成
物を挿入され、手でボルト締め等によつて相互連
結される。相互連結されたコンテナは断面円形の
複数のバツフルプレートに設けた相応形状の開口
内に通され、更にこのアセンブリ全体は、コンテ
ナを係合保持する前記バツフルプレートの周面に
係合する内面を有するステンレス鋼製の円筒形外
コンテナに収容される。このような棚は極めて不
経済である。何故なら、 ボラルは非常に高価
である。 ボラルは腐食しやすいので、腐食し
ない材料で被覆せねばならない。 コンテナの
組立て方は時間をくう手作業、即ち費用の掛かる
作業を必要とする。 出来上つた棚は極めて重
い。

ヨーロツパ大陸で使用されている別の棚の場合
は硼素鋼で個々の隔室を造ることにより支持機能
と中性子吸収機能を同一の構成要素に合わせ持た
せている。これにより勿論ボラルの使用に伴う問
題は除去されるが、本質的な組立ての問題はなお
も残されている。隔室はボルト締め等の手作業で
連結してもよい溶接接合してもよいが、前者の場
合には前記した費用等の難点があり、後者の場合
には溶接された硼素鋼部分はもろくなりやすい。
このような溶接された棚では、通常の小さい静荷
重下では全く満足に接合が保たれても大きい動荷
重の下では、即ち大きな機械的強度が必要な状態
の下では、もろく割れやすい。もろく割れるとい
う問題は普通、中性子放射を充分に吸収するのに
要する硼素含有量では許容できないとみなされ
る。従つて、所要構造の硼素鋼隔室をボルト締め
等の手作業により組立てるという不経済な方法を
使用するか、あるいは大きい荷重が加えられると
もろく割れ得ることを承知の上で溶接組立て方法
を使用せざるを得ない。

特に核燃料要素輸送用の硼素鋼の棚は従来ほと
んど常に溶接によるものであつたが、溶接には更
に別の欠点があることがわかつた。即ち、隔室組
立て時にゆがみが生じると核燃料要素を隔室内に
挿入できなくなるので隔室内に核燃料要素が長さ
方向に密着収容されるよう隔室を組立てねばなら
ず、製造が困難である。このようなゆがみを最小
にするには溶接中に手のこんだ、そして不経済な
予防策を講じなければならない。

従つて本発明の１つの目的は、こうむるかもし
れない最大動荷重に充分耐える機械的強度と充分
な中性子放射の吸収力とを有し、従来のものより
も安価且つ簡単である、貯蔵又は輸送に使える核
燃料要素用の棚を提供することであり、本発明の
別の目的は、構造に制約されずに中性子放射の吸
収力が選択設定でき且つ組立てが安価である構造
の前記棚を提供することである。

本発明によれば、核燃料要素用の棚は相互にほ
ぼ平行に延びる、硼素鋼でつくつた複数の第１プ
レートに、相互にほぼ平行に延びる、硼素鋼でつ
くつた複数の第２プレートをほぼ直角に交差させ
て複数の矩形断面の空胴を有するプレートアセン
ブリを構成し、該プレートアセンブリの外側に外
部を設けてなる核燃料要素用の棚において、各空
胴の隅部が前記プレートのいずれかを折り曲げて
一体に形成されるか或いは一方方のプレートに設
けた複数の突起を他のプレートに設けた複数の開
口または凹所に係合させる係合構造で一体に組み
立てられ、外部容器がプレートアセンブリの外側
にスキ間なく係合して各プレートを組み立てた状
態に保持したものである。

従来技術では棚が所要の強度を持つようにする
には個々の隔室に強度を持たせなければならない
という考えのもとに造られてきたが、本発明はこ
れが誤つた考えであり、各隔室ひいては全プレー
トアセンブリが本質的に機械的に不安定であつた
としても外コンテナを含む構造物全体が所要の剛
性及び強度を持てば問題ないという認識に基づい
ている。別の言葉で言えば、本発明は、各々が
個々には比較的弱い複数の構成要素から強い複合
構造を造り得るというそれ自体公知の事実を利用
している。

突起と開口または凹所を用いて組み合わされ溶
接接合されないこれら第１及び第２プレートは、
係合構造によつて直交する２方向のみの移動を拘
束されており、突起の延びる方向の移動を拘束で
きない。しかし、この拘束はプレートアセンブリ
の外側に係合する外部容器によつて達成される。

本発明による棚はボルト締め等の時間をくう連
結を必要とせず、又、溶接手段を何ら必要としな
いから、鋼板の硼素含有量は棚の組立て方法によ
る制約なしに最適条件、普通は重量の１〜２％に
選択し得る。

本発明の概念を具現化した棚は種々様々の形式
を採り得る。例えば本発明の１形式においては、
各空胴が他の空胴の一部を構成しないプレートで
構成されることにより、相隣接する空胴が２枚の
プレートで境界づけられる。各空胴は１枚のパネ
ルで構成してもよく、４辺のプレート全てを一体
としてその３隅を単にパネルの折り曲げで形成し
４番目の隅をパネルの２つの自由縁を組み合わせ
て形成する。しかしながら、好ましくは、各空胴
の各プレートは各々別個のユニツトとし、各プレ
ートの２縁各々を他のプレートと組み合わせる。
この場合、各プレートの複数の突起を同一長さと
し且つその長さと等しい距離だけ相互に離間さ
せ、突起相互間の空間で隣接するプレートの突起
を収容する開口を構成するのが好ましい。それに
よつてプレート相互に互換性が生じる。又、最も
好ましくは、各プレートの各側に同数の突起と開
口とを設ければ、配置方向を考慮せずにプレート
を用いることが可能となる。

本発明の別の形式においては、各々の隣接する
対の空胴が共通のプレートによつて境界づけられ
る。即ち、プレートアセンブリの外側部分を構成
するプレートを除き、各プレートが２つの隣接す
る空胴を部分的に構成する。このことは２枚又は
それ以上の隣接する共平面のプレート（同一平面
上に位置するプレート）を一体にできる可能性を
開くものであり、又この場合、一体となつたプレ
ートはこれに直交する複数のプレートが接する部
分に複数の開口を有し、これら開口に前記直交す
るプレートの突起が通る。

第１プレート又は第２プレートのいずれかの、
共平面であり相隣接するプレート全てが一体であ
るのが好ましい。組立て上の理由により、第１プ
レート及び第２プレート両方の、共平面であり相
隣接するプレート全てを一体にするのは不可能で
あるが、一組のプレートの共平面のもの全てを一
体にすることはできる。即ち、２方向或いは棚の
形状によつてはそれ以上の平面群のうち一方にあ
るプレートであつて共平面にあるもの全てを一体
にできる。

各プレートの突起が、そのプレートが組み合わ
せられる相手のプレートの厚みを越えて延びる
と、プレート積み重ね時や空胴への核燃料要素挿
入時に邪魔となる。このため、突起はそれが形成
されているプレートから、そのプレートが機械的
に組み合わせられる相手となるプレートの厚みを
越えない距離だけ延びるのが好ましい。

前記のようにしてプレートアセンブリは外コン
テナと係合し、この係合によりプレートがまとめ
てクランプされ、プレート同志の共働により側面
が相互に支えられ合う複数の箱桁形状の堅固な構
造物を形成する。外コンテナは個々別別の個所で
接するか又はプレートアセンブリに対応した形状
として全表面全体で接することにより直接プレー
トアセンブリに係合してもよい。しかしながら、
好ましくは、プレートアセンブリに対応する形状
の開口を有する２つ又はそれ以上のバツフルプレ
ートを用意し、プレートアセンブリを挿入したバ
ツフルプレートの外周を外コンテナの内面と係合
させる。この場合、外コンテナはプレートアセン
ブリに間接的に係合し、後者から離間してはいる
が、この構造は極めて剛性が高い。

上記のように、棚は複数の相隣接する箱桁と考
えてよく、棚が座屈するとしても実際に座屈し得
るのはプレートアセンブリの外側プレートのみで
あつて、残りのプレートは隣接するプレート又は
核燃料要素によつて安定なままである。従つて、
プレートアセンブリ外表面の座屈を防ぐため例え
ば金属製の細長山形材等の複数の制止部材を隣接
するバツフルプレート間に接続するのが好まし
い。

本発明のその他の特徴及び詳細は、添付図面を
参照した例示としての実施例に関する以下の記述
が明らかとなるであろう。

まず第１図及び第２図に関し、プレート２は例
えば1.2％の硼素を含む硼素鋼で形成され、例え
ば長さは約５ｍ、名目上の幅は約14cmそして厚み
は約６mmである。このようなプレートは連続スト
リツプとして製造してから所定長さに切断しても
よい。プレート２の一側には複数、例えば４個、
の一定長さの突起４を一体に設ける。突起４はプ
レートの縁から例えば約５mm延び、又、突起４の
長さ分だけ相互に離間して開口６を効果的に形成
する。プレート２の他側には同様の突起４及び開
口６を１ピツチずらして設け、プレート２の一側
の突起４が他側の開口６に、一側の開口６が他側
の突起４に対応するようにする。

棚は複数のこのようなプレート２から組み立て
られる。まず最初に１枚のプレート２の上に正方
形断面の型を置き、別の２枚のプレート２をこの
プレートと、突起４と開口６とを係合させること
により、機械的に組み合わせて底面と２側面とを
構成し、更に別のプレート２を型の上に置き同様
に機械的に組み合わせることにより上面を構成す
る。次にその周りを接着テープ又はひもで止める
ことによりプレートを相対位置に保持し、その全
体を、中空の円筒形ステンレス鋼の外コンテナ内
に配した２つ又はそれ以上の相互離間したバツフ
ルプレートの開口に通してからテープ又はひもを
除去する。この手順を何度も繰り返す。バツフル
プレートの開口は所望のプレートアセンブリの輪
郭に正確に対応する形状となつているので４枚の
プレートを組み合わせたものが全部がバツフルプ
レート内に挿入されれば、プレートアセンブリの
外周がバツフルプレートに堅固に係合する。それ
から型を除去する。

４枚のプレートを組み合わせたもの自体には機
械的安定性がなく、又、実際にも接着テープ又は
ひもなしではばらばらになるが、アセンブリ全体
は極めて堅固であり安定している。何故なら、プ
レート相互は物理的に接合されていなくともプレ
ートの相対運動が不可能なのでアセンブリが一連
の箱桁として作用するからである。

棚を核燃料要素を挿入した後、外コンテナを２
枚の端板で閉じる。

各プレートは、核燃料要素から発生する熱を排
出するため外コンテナ内の水を自由に通す複数の
開口８を備えている。

第３図は別の構造の貯蔵用棚のプレートアセン
ブリを示すもので、全部で３５の空胴を有し、プ
レートアセンブリの外面はプレートアセンブリの
全長を延びる２枚のプレート１０で構成されてい
る。プレート１０の各々は１２で曲げられて２つ
の隅を成し、残りの２つの隅１４はプレート１０
を前記したのと同様にして組み合わせることによ
り構成する。プレート１０内の矩形空間は４枚の
相互に離間した垂直なプレート１６によつて区切
られ、一体のプレート１６各々とプレート１０の
各垂直部には６列の相互に離間した開口が設けら
れる。プレート１６相互によつて又はプレート１
６とプレート１０によつて構成された各空間はプ
レート１０及び１６の開口と組み合う突起を有す
る６枚の相互に離間した水平なプレート１８によ
つて区切られる。

第５図からより明らかなように、プレート１０
と組み合うプレート１８の縁にはプレート１０の
開口に通る複数の突起２０が備えられ、突起２０
間の開口にプレート１０の突起が通る。プレート
１６と組み合うプレート１８の各縁には複数の突
起２２が備えられる。突起２２の間で形成される
開口は各各同一長さの小開口２４と大開口２６を
構成するよう段付けられる。図から明らかなよう
に、２枚の共平面のプレート１８が相互に及び介
在する垂直なプレート１６に組み合わせられる。
各プレート１８の突起２２は隣接するプレート１
８の大開口２６に正確に組み合い、相隣接するプ
レート１８の小開口２４同志で形成された隙間が
垂直なプレート１６で占められる。

このようにして全てのプレートが相互に組み合
わせられ、プレートアセンブリ自体は比較的小さ
な機械的安定性しか有していなくとも、外コンテ
ナとの係合で棚全体は極めて堅固となる。

この組み合わせ方は第４図に示した輸送用の棚
でも使用できる。第４図の場合、中央部に８個の
空胴があり、その各側に更に３個の空胴が中央部
の空胴とは上下にずれて配される。中央部の構造
は第３図同様で２枚の外側のプレート１０、１枚
の一体で垂直なプレート１６及び各個の水平プレ
ート１８から成る。各プレート１０の垂直部には
角ばつたＵ字形に曲げたプレート３０を、プレー
ト３０の自由端をプレート１０内の開口に挿入す
ることにより、組み合わせる。各プレート３０内
の空間は、２枚の水平なプレート３２の突起をプ
レート３０及び１０の開口内に通すことにより、
プレート３２により区切られる。

第３図及び第４図のプレートアセンブリはいず
れも外コンテナ内に収容され、好ましくは２枚又
はそれ以上のバツフルプレートで係合保持され
る。第６図は第４図のプレートアセンブリを、ス
テンレス鋼から成る２枚以上の円形のバツフルプ
レート３４に設けた相応形状の開口内に通したと
ころを示すもので、各バツフルプレート３４の外
周は中空円筒形の外コンテナ３６の内面に係合す
る。複数個（図示の場合、２個）の山形ブラケツ
ト等の制止部材３８が、プレートアセンブリの外
面に接した位置で、相隣接するバツフルプレート
３４間で溶接され、それによつてプレートアセン
ブリの座屈が制止され剛性が増す。

上記した構造から多数の変更例を造り得るこ
と、必要に応じて種々変更を加え得ること、一体
のプレートの数や突起及び開口の数及び配置は機
械的に矛盾のない範囲内で種々変更し得ること、
等は勿論である。プレートの数や突起及び開口の
数及び配置の決定並びに鋼板の厚み及び硼素含有
量の決定は、棚の構造及び組立て方法に制約され
ることなく、必要な機械的強度と中性子放射吸収
度の観点から行なうことができる。

以上に述べたごとく、本発明の棚は次の優れた
効果を発揮する。

(i) 空胴の隅部を板を曲げて一体に構成するか、
あるいは第１プレートと第２プレートを係合構
造で機械的に組み立て、係合構造による剛性不
足を外部容器で補うようにしたので、従来のよ
うに溶接接合またはボルト結合を用いることな
く強固な棚を構成できる。

(ii) 第(i)項の結果、溶接接合に基因する硼素鋼の
脆化を防止でき、組立時間を節約して棚の製作
費を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一形式に用いられるプレート
の平面図、第２図はその側面図、第３図は本発明
の別の形式のプレートアセンブリを示す正面図、
第４図は本発明明の更に別の形式のプレートアセ
ンブリを示す正面図、第５図は第３図及び第４図
のＡ―Ａ線断面図、第６図は第４図のプレートア
センブリを外コンテナに収容したところを示す図
である。 ２……プレート、４……突起、６……開口、８
……開口、１０……プレート、１６……一体の垂
直なプレート、１８……プレート、２２……突
起、２４……小開口、２６……大開口、３０……
プレート、３２……プレート、３４……バツフル
プレート、３６……外コンテナ、３８……制止部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相互にほぼ平行に延びる、硼素鋼でつくつた
   複数の第１プレートに、相互にほぼ平行に延び
   る、硼素鋼でつくつた複数の第２プレートをほぼ
   直角に交差させて複数の矩形断面の空胴を有する
   プレートアセンブリを構成し、該プレートアセン
   ブリの外側に外部容器を設てなる核燃料要素の棚
   ひおいて、各空胴の隅部が前記プレートのいずれ
   かを折り曲げて一体に形成されるか或いは一方の
   プレートに設けた複数の突起を他方のプレートに
   設けた複数の開口または凹所に係合させる係合構
   造で一体に組み立てられ、外部容器がプレートア
   センブリの外側にスキ間なく係合して各プレート
   を組み立てた状態に保持したことを特徴とする核
   燃料要素の棚。 ２ 突起がプレートと一体であり且つプレートと
   同一平面にある、特許請求の範囲第１項に記載の
   核燃料要素用の棚。 ３ 各空胴が、他の空胴の一部を構成しないプレ
   ートによつて構成されている、特許請求の範囲第
   １項乃至第２項のいずれかに記載の核燃料要素用
   の棚。 ４ 各空胴の各プレートが個別であり、且つそれ
   の２つの縁で他のプレートに機械的に組み合わせ
   てある、特許請求の範囲第２項に記載の核燃料要
   素用の棚。 ５ 各プレートの複数の突起が同一長さを有し且
   つその長さと等しい距離だけ相互に離間し、突起
   相互間の空間が隣接するプレートの突起を収容す
   る開口または凹所を構成している、特許請求の範
   囲第４項に記載の核燃料要素用の棚。 ６ 隣接する二つの空胴が共通のプレートによつ
   て仕切られている、特許請求の範囲第１項乃至第
   ２項のいずれかに記載の核燃料要素用の棚。 ７ ２枚又はそれぞれ以上の共平面のプレートが
   一体であり、この一体のプレートがこれに直交す
   る複数のプレートと接する部分に複数の開口また
   は凹所を有し、これら開口または凹所に前記直交
   するプレートの突起が係合している、特許請求の
   範囲第６項に記載の核燃料要素用の棚。 ８ 第１プレート又は第２プレートのいずれか
   の、共平面であり相隣接するプレート全てが一体
   である、特許請求の範囲第６項又は第７項に記載
   の核燃料要素用の棚。 ９ プレートアセンブリの外面を成す第１プレー
   トに対応する部分及び第２プレートに対応する部
   分がいずれも一体である、特許請求の範囲第８項
   に記載の核燃料要素用の棚。 １０ 突起は、それが形成されているプレートか
   ら、そのプレートが係合する相手となるプレート
   の厚みを越えない距離だけ延びている、特許請求
   の範囲第８項乃至第９項のいずれかに記載の核燃
   料要素用の棚。 １１ 外部容器がプレートアセンブリの輪郭に相
   応する形状の開口を有するバツフルプレートと、
   該バツフルプレートの外周に係合する外コンテナ
   とによつて構成されている、特許請求の範囲第１
   項乃至第１０項のいずれかに記載の核燃料要素用
   の棚。 １２ プレートアセンブリの座屈を防ぐため、プ
   レートアセンブリの外面に係合する複数の制止部
   材が相隣接するバツフルプレート間に接続されて
   いる、特許請求の範囲第１１項に記載の核燃料要
   素用の棚。