JPS62102191A

JPS62102191A - 使用済み燃料ラツクのセル

Info

Publication number: JPS62102191A
Application number: JP61250938A
Authority: JP
Inventors: ウィリアム・マーティン・フリン
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1986-10-23
Publication date: 1987-05-12
Also published as: EP0220931A2; KR940006203B1; EP0220931B1; EP0220931A3; KR870004455A; US4695424A; ES2022126B3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】兄肌−の背せ− 本発明は、燃料集合体を収容するためのラックにおける
セルに関し、特に、ラックの組立容易にする突出した隅
部を有するセルに関するものである。

核燃料は細長い燃料集合体の形態で加圧水型原子炉び沸
騰水型原子炉に供給される。燃料集合体は、ウランｕ４
３５が濃縮された核分裂性燃料からなるペレットを中空
の円筒体に装填することにより形成される燃料棒と共に
、制御棒及び他の構造要素から構成されている。このよ
うな燃料集合体は商業上程々な寸法で入手可能である。

沸騰水型原子炉の典型的な燃料集合体は、１７５ｉｎ（
４，４５ｉ＋）の長さと、３０４／４ｉｎ”（１９５ｃ
ｍ＋２）の矩形断面と、６００１ｂ（２７０ＡｆＩ）の
質量とを有している。

原子炉における数年の使用寿命後には、燃料集合体のＵ
−２３５の濃縮度は減損する。更に、燃料棒“　内には
、種々の半減期を有する種々の核分裂生成が存在する。

これ等の核分裂生成物は、燃料集合体を原子炉から取り
出した時に強い放射能及び熱を発生する。このことは、
水中に溶解したホウ素を含有するプール内に浸漬された
使用済み燃料ラックに短期間の貯蔵のため取り出された
燃料集合体についても当てはまる。このラックは「使用
済み燃料」ラックと規定されているが、使用寿命が残っ
ており原子炉に再び戻される燃料集合体を一時的に貯蔵
して置くのにも用いることができる。

この理由から、ラックは、燃料集合体の重量で燃料集合
体が歪んでしまって原子炉に戻すことが不可能にならな
いように、燃料集合体に対し横方向の支持を与えること
が要求される。

第１八図は、上述の典型的なりＷＲ（沸騰水型原子炉）
用燃料集合体を保持するための慣用の使用済み燃料ラッ
クを示す図である０図にはラック２０の１つの隅部しか
示されていないが、ラックは、１００体の燃料集合体を
受けるための１０ｘｌＯ個の貯蔵スロットのチェッカー
盤状の配列を有している。ラック２０は、水の循環を許
容するために、１００個の孔２４を有するステンレス鋼
製の底板２２を備えている。

底板２２には、５０個のセル（その内セル２６．２８及
び３０だけを図示するに留めた）が取り付けられており
、後述する仕方で互いに接合され、それにより貯蔵スロ
ットの内の５０個が５０個のセル内に設けられる。残り
の５０個の貯蔵スロットは、４つの隣接するセルの壁間
に設けられ、セル内の貯蔵スロットと識別するために「
自由」貯蔵スロットと称し得よう、板２２の周辺部には
４つの隣接するセルが存在しないので、この領域におけ
る「自由」貯蔵スロットは、底板２２に接続されるパネ
ルと一対の周辺セルにより完成されている０例えば、第
１Ａ図において、セル２６及び３０及び底板２２にパネ
ル３２が溶接されており、セル２６及び３０により境界
が画定される「自由Ｊ貯蔵スロットが完成されている。

第１Ｂ図を参照し慣用のセルの構造について説明する。

第１Ｂ図において、例えば、セル２８は、４つのステン
レス鋼製の壁３４を有する細長い中空の構造物である。

炭化ホウ素のような中性子毒物から形成されたシート材
３６が各壁土に配置されて、壁３４に溶接されたステン
レス鋼製の側板３８により定位置に保持される。中性子
毒物製のシート材３６は、ラック２０内に収容される燃
料集合体を隔離することにより臨界状態を阻止するため
に設けられるものである。セル２８の４つの隅部におい
て、壁３４は、参照数字４０で示すように突き合せ溶接
又は（セル２６の湾曲部分４２と同じ）湾曲部分により
接合することができる。

ラック２０により提供される１００個の貯蔵スロットの
寸法は、貯蔵しようとする特定の燃料集合体の寸法と整
合し、それにより、燃料集合体が貯蔵スロット内に嵌合
してその側部から横方向の支持を受けることができねば
ならない。この横方向支持は、燃料集合体が原子炉に再
び戻すことができない程に過度に湾曲するのを阻止する
作用をする。

地震の可能性を考慮して滑り嵌めが特に重要である。と
言うのは、セルにより与えられる横方向支持は、貯蔵さ
れている燃料集合体が地震性の擾乱中に過度にがたつく
のを阻止しなければならないからである。上述の典型的
な燃料集合体の場合、セルは１フ２ｉｎ（４３）ｃｍ＋
）の高さを有し、１つの壁３４から対向する壁３４まで
の内径は６．０２５ｉｎ＜１５．３０ｃｚ）である、湾
曲部分４２の曲率半径は１／４１ｎ（０，６４ｃｚ）又
はそれ以下でなければならず、そして典型的には内面で
０．０６２１ｎ（０，１６ｃｍ＞である。大きい曲率半
径の湾曲部分４２が用いられた場合には、地震事象中に
損傷し得る鋭い縁部を燃料集合体が有することになるた
め、小さい曲率半径が必要である。更に、小さい曲率半
径を用いることにより、設置中、或は、地震事象中に貯
蔵燃料集合体が若干回転する危険性が軽減される。この
ような回転が生ずると、燃料集合体はセルと結合してし
まい取り外すのが困難或は不可能になる可能性が生ずる
。

このようなセルの外側隅部を直接溶接して合わせると、
中性子毒物から成るシート材３６及び側板３８が、「自
由」貯蔵スロットとして利用可能な空間内に突出して該
空間従ってスロットを過度に小さくしてしまうであろう
ことは明らかである。この問題を解決するために、第１
Ｂ図には、溶接４６によりセル２６及び２８の隅部間に
固定された棒４４が示されている。既述の典型的な燃料
集合体の場合、この構造では、セル内に設けられた貯蔵
スロットと最近接している「自由」貯蔵スロットとの間
に６．２５ｉｎ（１５，８８ｃｍ）の中心間間隔が得ら
れる。しかし、機械的部凸金てにおいてそうであるよう
に、実際には、セルの寸法には若干偏差が生じ、従って
製造公差が設定されている。

ラック２０は中心から外に向かって組み立てられる。こ
の組立の始めに、中心孔２４内に矩形底部取付は具を挿
入し、この取付は具を用いてセルの底部を位置決めし、
セルの頂部に別の矩形取付は具を挿入して底板２２に対
する適切な配向を確保し、セルの底部を底板２２に溶接
し、次いで取付は具を取り外す。そこで、矩形の底部取
付は具を、設置したばかりの中心セルの４つの隅部に設
けられている孔２４内に挿入し、４つのセルを底部取付
は具と上部取付は具との間で位置決めする。これ等の取
付は具がセルをそれぞれの適正位置に維持している間に
、技術者はセルの底部を底板２２に溶接し、セルの隅部
間の隙間を橋絡するために適当な直径の棒４４を選択し
て、この選択された棒４４をセルに溶接する。しかる後
に溶接具を取り外し、次のセルリングに対して作業を開
始する。

棒４４を設置する前の隣接セルの隅部間の隙間の幅は、
特定のセルの寸法分散により決定される。

極端な場合には、隙間が全然生じないこともあり、セル
は直接−緒に溶接される。一般には、使用中に遭遇する
可能性がある地震性の擾乱にラック２０が耐えるのに充
分な安定性を確保するために、セルの全高に沿い棒を溶
接する必要はない。言い換えるならば、溶接の最小長さ
は特定の原子炉基地における地質学的要因に依存して変
わるのである。

技術者は地震上の要件を考慮して、形成すべき溶接の長
さを決定しなければならない。

このように慣用のセルを用いて使用済み燃料ラック２０
を製作することは幾つかの理由から面倒である。ラック
の製作中、底板２２及びセルに加えて、棒４４の在庫を
確保しなければならない。更に、棒を選択してセル間の
隙間内に溶接する必要性から、ラックを製作する技術者
の仕事は顕著に増加する。

更に、技術者は、溶接の長さを決定もしくは測定しなけ
ればならないために製作過程は更に面倒になる。

光」ｂへ１］［従って、本発明の目的は、上に述べた問題を回避するこ
とにより、使用済み燃料ラックの製作を容易にするセル
を提供することにある。

本発明の他の目的は、使用済み燃料ラックの製作中、セ
ルの隅部間に棒を溶接することを不必要にする小さい曲
率半径の突出隅部を有するセルを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、使用済み燃料ラックの製作
中要求される溶接の長さを識別する所定位置に突出して
いる隅部を有するセルを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、使用済み燃料ラックの製作中
、棒を溶接する必要性を回避することを可能にする突出
した隅部であって、中性子毒物製シート材のための側板
の製作を簡単にする形状を有する隅部を備えたセルを提
供することにある。

上に述べた目的及び他の目的は、４つの壁部分を形成す
るように曲げられた薄板金属要素を有し、壁部分間の隅
部の内の３つの隅部に細長い湾曲領域を有する４隅の付
いたセルを提供することにより達成される。各湾曲領域
は、小さい曲率半径を有し、隣接の壁部分の外側表面上
に在る平面と交差する少なくとも１つの突出部分を有す
る。本発明の１つの実施例においては、突出部分は、実
質的にセルの全高に亘って延在する。別の実施例におい
ては、突出部分はセルの隅部の離間した部分に沿い延在
する。更に他の実施例においては、湾曲領域は、側板の
縁部を固定するためのプラットホーム状（台状）の部分
を備える。

ｔ　　　の：第２図及び第３図に示しであるセル４８は、４つの壁部
分５０．５２．５４及び５６を形成するように曲げられ
たステンレス鋼製の薄板金属要素４９から構成されてお
り、上記壁部分５０〜５６の各々は、実質的に平面内に
在る外表面を有している。セル４８の隅部のうちの３つ
を構成す°る湾曲領域５８．６０及び６２は、隣接壁部
分５０〜５６の外表面上の平面を越えて突出している０
例えば、図から明らかなように、壁部分５０の外表面上
の平面は湾曲領域５８と交差し、壁部分５２の外表面上
の平面も湾曲領域５８と交差している。セル４８の第４
番目の隅部は、壁５０及び５６の当接部により形成され
ており、これ等の壁５０及び５６の縁部は参照数字６４
で示すように溶接されている。炭化ホウ素のような中性
子毒物から形成された薄板もしくはシート材６５が側板
６６により壁部分５０〜５６に固定されている。各側板
は、平らな中央部分６８と、薄板金属要素４９に溶接さ
れる平らな縁部領域７０と、該縁部竿域７０及び中央部
分６８を結合する成形領域７２とを有している。セル４
８の寸法は、貯蔵される特定の燃料集合体に依存して変
わ、るものであるが、典型的な寸法例として、１つの壁
部分の内面から対向する壁部分の内面までの寸法（例え
ば壁部分５２から壁部分５６までの°寸法）は６．０２
５ｉｎ（１５，３０ｃｍ＋）で、セルの高さは１７２ｉ
ｎ（４３）ｃｌｌ）で、薄板金属要素４９は０．０７５
１ｎ（０，１９ｃｍ）の厚さとすることができよう、湾
曲領域５８〜６２の曲率半径は、貯蔵される燃料集合体
に対しその隅部で最大限の支持を与えると共にセル内へ
の燃料集合体の挿入中或は地震発生中に燃料集合体の回
転を阻止するように比較的小さくする必要がある。何故
なら、このような回転が生じたとすれば、既述のように
燃料集合体がセル内に詰まってしまう可能性があるから
である。実際例においては、この曲率半径は１／４１ｎ
（０，６４ｃｍ）を越えるべきではない。

セル４８の製造に当たっては、薄板金属ストリップを、
湾曲領域５８〜６２を形成するためにダイを有するプレ
ス内に入れる。用いられる金属薄板は、大きな可鍛性を
有していなければならず、この理由からステンレス鋼が
有利である。この場合、ホウ素・ステンレス鋼合金のよ
うな脆性金属を用いたとすると、工作物に亀裂を生ぜし
めずに必要な鋭角的な湾曲を実現することができないで
あろう。

湾曲領域５８又は６２が、第１回目のプレス加工中に形
成される。この第１回目のプレス加工においては、対応
の壁部分５０又は５６のいずれかが上向きに湾曲される
。即ち、この第１回目のプレス加工中に、薄板金属工作
物はＬ字形状に曲げられるのである０次いで工作物を１
８０°回転し、残っている方の湾曲領域５８又は６２を
形成する。それにより、該残っている方の壁部分５６又
は５０が上向きに曲げられる。この第２回目のプレス加
工後に、工作物はほぼＵ字形の形状となり、このＵ字形
の基底部は、Ｕ字形の直立する腕部分より２倍の長さを
有する。

次いで工作物をプレスに対し配置換えして湾曲領域６０
を形成する。この第３回目のプレス加工で、工作物は実
質的にその最終形態に湾曲される。そこで壁部分５０及
び５６の縁部を参照数字４６で示すように突合せ溶接し
、次いで棒７４を交差部に沿って溶接する。次に、中性
子毒物から形成されているシート材６５及び側板６８を
壁部分５０〜５６に固定してセル４８の製作を完了する
。

使用済み燃料ラック２０（第１＾図参照）の製作中、慣
用のセルの隅部間の隙間を橋絡するのに必要とされる棒
４４の直径は、−貫して　（作業時間のほぼ９０％に渡
り一貫して）　１／４１ｎ（０，６４ｃｍ）であること
が判明している。棒７４の直径はその半分即ち１／８ｉ
ｎ（０，３２ｃｚ）である。更に、湾曲領域５８〜６Ｚ
の外面は、１／８１ｎ（０，３２ｃｘ）の曲率半径を有
する円弧面と見做される。尚、この曲率半径は、所望と
される最大１／４１ｎ（０，６４ｃｚ）よりも明らかに
小さい、湾曲領域５８〜６２は円弧として形成する必要
はない、と言うのは、他の形状を有する突出部を用いて
、使用済み燃料ラックの製造中セル間の隙間を橋絡する
ことが可能であるからである。しかし、円弧形状の突出
部を有する隅部を備えたセルの方が、薄板金属工作物に
亀裂を生ぜしめることなく形成するのが容易であること
が判明した。更に、湾曲領域５８〜６２のような丸味の
ある隅部の突出部によれば、使用済み燃料ラックを組み
立てる際に成る程度の横方向の位置調節が可能となる。

セル４８を有する使用済み燃料ラックの製作は実質的に
、棒４４が不要である点を除いて、本明細書の「１哩へ
え影」の項に述べた仕方で行われる。棒４４が用いられ
る代りに、湾曲領域５８〜６２及び棒フ４で、然もなく
ば生ずるであろう隅部間の隙間が橋絡される。セル間に
若干の寸法変動があっても、確率的に、作業時間でみて
その９０％に亘り隣接セル４８の隅部に直接溶接するこ
とができる。残りの１０％の時間においては、小さい直
径を有する棒が必要とされる可能性があるし、また技術
者が隣接のセル４８の隅部（５８，６０，６２，７４）
を研削する必要が生ずる可能性がある。このように使用
済み燃料ラックを組み立てる技術者がセル寸法を調整し
なければならない事例が小さい割合でしか起り得ないこ
とを考慮しただけでも、セル４８の使用により使用済み
燃料ラックを製造するのに要する仕事は相当に軽減され
ることは明らかである。

第４図及び第５図に示した変形実施例においては、（中
性子毒物のシート材及び側板を取り外して示しである）
セルフ５は、湾曲領域フ８．フ９及び８０を有する薄板
金属要素７６を備えている。これ等の湾曲領域７８．７
９及び８０はセルの全高に渡って突出しているのではな
く、隅部の突出部８２は予め定められた長さを有して離
間して設けられている。突出部８２は１７８１ｎ（０，
３２ｃｍ）の曲率半径を有する。突出部８２の長さ及び
これ等の突出部間の間隔は、使用済み燃料ラックが用い
られる基地における地震を考慮して決定され、顕著に異
なる地質学的活動を有する基地で使用されるセルフ５の
隅部を形成する場合には種々のダイが必要とされる。セ
ルフ５を用いることによる本質的な利点は、溶接すべき
領域を計寸したり印をつける必要が無しに技術者が直接
突出部８２を溶接して合わせることができるという点に
ある。

第６図（この図には壁部分における中性子毒物から形成
されるシート材及び側板は示されていない）及び第７図
の実施例においては、セル８４の薄板金属要素８３は、
セルの寸法と比較して、比較的に減少された幅の壁部分
８Ｂ、　８８．９０及び９２を形成すると共に湾曲領域
９４．９６．９８及び１００を形成するように曲げられ
ている。薄板の縁部が接合される領域９４には棒１０２
が溶接される。湾曲領域９４〜１００は実質的に平らな
壁部分８６〜９２の外表面を越えて突出する外表面を有
するプラットホーム状もしくは台状の部分１０４を有し
ている。また、湾曲領域９６〜１００は、円弧状の部分
１０６を有しており、その曲率半径は１／８１ｎ（０，
３２ｃｍ＋）である。

更に、第６図及び第７図を参照して説明するに、らであ
って中央部分１１０と同じ平面内、に在る側部縁領域１
１２とを有している。中央部分もしくは領域１１０には
、上部縁領域１１４が成形領域１１６により接合されて
いる。図示は省略しであるが、側板１０８の下部は、領
域１１４及び１１６に類似の下部縁領域及び成形領域で
終端している。明らかなように、プラットホーム状の部
分１０４を設けることにより、成形領域（例えば１１６
）は側板の上部及び下部においてのみ必要とされるに過
ぎず、然も、領域１１２は直接プラットホーム状部分１
０４に溶接することができるので側板１０８の側縁部を
成形する必要が無いため、側板１０８の製造は容易にな
る。

以上の説明から明らかなように、本発明は、使用済み燃
料ラックの構成を容易にするためにセルの隅部に突出部
を有する湾曲領域を備えたセルの幾つかの実施例を提示
した。突出部はセルの隅部に沿い連続して延在すること
もできるし、技術者が溶接すべき領域を計寸したり或は
印を付ける必要性を無くすために離間した部分を有する
ようにす入）しｉ、プ・ヘス　倖す）　倍曲頷藺Ｌ÷　
虚昇乏寸入ことなく側板の側部を取り付けることができ
るように、平らなプラットホーム状の部分を具備するこ
ともできる。

上に述べた本発明の実施例は、特許請求の範囲及びその
均等の範囲から逸脱すること無く、種々の変形、変更及
び適応が可能であることは理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１八図は、慣用のセルから製作された使用済み燃料ラ
ックを一部切除して示す頂面図、第１Ｂ図は、第１八図
の領域ＩＢにおける拡大断面図であって慣用の１対のセ
ルの隅部間に溶接された棒を示す図、第２図は、本発明
の第１実施例によるセ、ルの斜視図、第３図は、中性子
毒物のシート材及び側板をセル壁に設ける前の状態で第
２図のセルを示す頂面図、第４図は、中性子毒物のシー
ト材及び側板をセル壁に取り付ける前の状態で本発明の
セルの第２実施例を一部切除して示す斜視図、第５図は
、使用済み燃料ラックの製作中溶接位置に配設された第
４図の１対のセルを　（セル壁に設けられる中性子毒物
のシート材及び側板を除いて）一部切除して示す斜視図
、第６図はセル壁に設けられる中性子毒物のシート材及
び側板を取り除いて本発明のセルの第３実施例を示す頂
面図、第７図は、セル壁に中性子毒物のシート材及び簡
素化した側板を取り付けた状態で第６図のセルを一部切
除して示す斜視図である。４８．７５．８４・・・セル４９．７６．８３・・・薄板金属要素５０．８Ｂ・・・第１の壁部分５２．５８・・・第２の壁部分５４．９０・・・第３の壁部分５６．９２・・・第４の壁部分５８．９６・・・第１及び第２の壁部分を接合する突出
した細長い湾曲傾城６０．９８・・・第２及び第３の壁部分を接合する突出
した付加的な細長い湾曲領域６２．１００・・・第３及び第４の壁部分を接合する突
出した別の細長い湾曲領域６４．１０２・・・第１及び第４の壁部分を接合する接
合手段出願人　ウェスチングハウス・エレクトリック・コーポ
レーション □ 代理人　　　　　　曾　　我　　道　　照；４：１、−
−一・ｊ

Claims

【特許請求の範囲】内表面及び外表面を有する薄板金属要素から構成される
使用済み燃料ラックのセルであって、該薄板金属要素は
、実質的に平らな第１の壁部分と、該第１の壁部分に対し実質的に垂直に配置された実質的
に平らな第２の壁部分と、該第２の壁部分に対し実質的に垂直で且つ前記第１の壁
部分に対して実質的に平行に配置された、実質的に平ら
な第３の壁部分と、前記第１の壁部分及び第３の壁部分に対し実質的に垂直
に且つ前記第２の壁部分に対して実質的に平行に配置さ
れた、実質的に平らな第４の壁部分と、前記第１の壁部分及び第２の壁部分を接合し、前記第１
の壁部分の外表面上の平面及び前記第２の壁部分の外表
面上の平面と交差する少なくとも１つの突出部分を有し
、該少なくとも１つの突出部分の外表面が約０．６５ｃ
ｍより小さい曲率半径を有している細長い湾曲領域と、前記第２の壁部分及び第３の壁部分を接合し、前記第２
の壁部分の外表面上の平面及び前記第３の壁部分の外表
面上の平面と交差する少なくとも１つの突出部分を有し
、該少なくとも１つの突出部分の外表面が約０．６５ｃ
ｍより小さい曲率半径を有している、付加的に設けられ
た細長い湾曲領域と、前記第３の壁部分及び第４の壁部
分を接合し、前記第３の壁部分の外表面上の平面及び前
記第４の壁部分の外表面上の平面と交差する少なくとも
１つの突出部分を有し、該少なくとも１つの突出部分の
外表面が約０．６５ｃｍより小さい曲率半径を有してい
る別の細長い湾曲領域とを含んでおり、また、前記セル
は、前記第１及び第４の壁部分を接合する接合手段を備
えている、使用済み燃料ラックのセル。