JPS6331755B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子炉において使用された燃料集合
体の輸送に用いられる使用済燃料輸送容器に係
る。

［従来の技術］ 沸騰水型原子炉で用いられる燃料集合体は、
UO₂ペレツトを密封したジルカロイ被覆管内に充
填してなる複数の燃料棒を、正方格子状に束ねて
構成したものである。

燃料集合体が原子炉内で使用されている間に、
原子炉内の腐食生成物が燃料棒の表面に付着す
る。この腐食生成物が、使用済の燃料集合体の取
扱中に遊離する放射性物質の大部分を占めること
になる。このような特性を有する使用済の燃料集
合体は、輸送するために、外層に中性子しやへい
材として、水または含水素物質およびガンマ線し
やへい材として鉛などの高密度物質を有する耐圧
容器内に水とともに封入することが普通に行なわ
れている。耐圧容器内の水は、中性子のしやへい
材としての役割のほかに、主として使用済の燃料
集合体から発生する崩懐熱を輸送容器の表面から
放散させるための冷却媒体として作用しており、
使用済の燃料集合体の温度を高めないようにして
いる。

通常、耐圧容器への燃料集合体の装荷は、耐圧
容器を燃料取扱プールに沈め、水中で行なう。耐
圧容器中には、燃料集合体とともに常温の水が入
る。耐圧容器に蓋をした後における核分裂性物質
の崩懐熱および外部環境温度の上昇による冷却水
の温度上昇に基づいて、耐圧容器が異常な内圧上
昇で損傷しないように、耐圧容器に蓋をつけた直
後に適当な冷却水量を耐圧容器内から抜き取り、
耐圧容器内に空気層を作る。

しかしながら、冷却水の体積膨張を吸収して耐
圧容器内圧の異常上昇防止のために耐圧容器内に
空気層を作ると、使用済の燃料集合体の上部は、
輸送中に冷却水で冷却されず高温になる恐れがあ
る。

そこで、冷却水の出入は許すが空気が入らない
ような燃料集合体容器（例えば下部に開口を有す
る燃料集合体容器）を作つて耐圧容器に収納する
ことがある。この燃料集合体容器の中の冷却水温
は、内部に崩懐熱による熱源があるので外部に存
在する耐圧容器内の冷却水温より高くなる。高い
冷却水温に相当する高い飽和水蒸気圧のため、燃
料集合体容器内の上部に水蒸気層が形成されるこ
とを防ぐため、燃料集合体容器内の冷却水の飽和
水蒸気圧より高い外圧が常に与えられるようにあ
らかじめ耐圧容器の上部に存在する空気層に適当
な予圧を加える必要がある。この場合、耐圧容器
内の圧力を最初から高くする必要があり、そのた
めに耐圧容器内の放射性物質が外部に漏れる危険
性がある。

また、燃料集合体容器内に常時気相を形成しな
い場合でも異常温度上昇の際の圧力を吸収し得る
ようにするために、同容器内に異常圧力上昇時に
作動する圧力逃し装置を備えた中空室を設けたも
のが公知である（公開実用新案昭和50年第99399
号公報）。しかしながら、同技術は、異常圧力上
昇時のみに作動するものであるから、正常時の崩
懐熱による温度上昇による圧力上昇に対しては同
容器の耐圧力を高めることにより対応しなければ
ならず、さらにそれだけ漏洩の危険性も高まるの
でその完全な防止のため、それなり対策を備えた
ものとする必要がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の技術的課題は、使用済燃料を収納する
容器における冷却効果を高めるために、常時燃料
を冷却材で包囲すること、そのために冷却材など
の熱膨脹を同容器内の気相によつて吸収しないで
も済む熱膨張吸収機能を得ること、しかも上記の
燃料収納容器の圧力を出来るだけ低い状態に維持
することが出来ることである。それらによつて構
造が簡単で取扱が容易且つ信頼性が高い使用済燃
料輸送容器を得ることである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、燃料集合体を収納し、冷却材を充満
し、た第１の容器と、この第１の容器を収納し、
冷却材を充填し、かつその一部に気相を形成した
第２の容器からなり、第１の容器に冷却材の熱膨
張を吸収するための伸縮部を形成してなることを
骨子とするものである。

［作用］ 本発明によれば、燃料集合体を収納する第１の
容器に冷却材を充満させることにより、燃料は常
時冷却材により包囲され、従つて燃料の崩懐熱な
どによつて生ずる温度上昇に対して均一かつ効果
的な冷却が行われる。一方使用中の崩懐熱の発生
による通常の温度上昇による冷却材などの熱膨張
は第１の容器に設けた伸縮部の膨張により吸収さ
れるので、容器内部の圧力上昇は十分に抑制され
る。また第１の容器と第２の容器は隔絶されてい
るので、第１の容器内の冷却材の温度が上昇によ
つて同容器内の気相が形成されることがなく、従
つて第２の容器内の圧力を予め第１の容器内の予
想される高い圧力よりも更に高い圧力に設定し保
持しておく必要がない。さらに第１の容器と第２
の容器が隔絶されているので第１の容器の汚染度
の高い冷却水が第２の容器に移動することがな
く、放射線漏洩に対する安全性が高い装置が得ら
れる。

第１の容器に設ける伸縮部はその部分の弾性変
形によつて第１容器の容積を変化させる構造であ
ることが望ましい。

［実施例］ 第１図は、本発明の実施例になる使用済燃料輸
送装置の概略構造を示す同装置の縦断面図であ
る。本実施例は、容器自体の一部に伸縮部を形成
することにより、通常使用時の温度上昇による冷
却水の膨張を吸収するために第１の容器の伸縮部
が膨張する構造と、容器の内部に事故時の異常温
度上昇による膨張をその際の圧力上昇により作動
して吸収する水膨張吸収機構を配置することによ
り構成されている。使用済燃料輸送容器は第１の
容器である密封容器本体１２及び第２の容器であ
る耐圧容器本体５から構成されている。耐圧容器
本体５の内壁と外壁との間に形成される空間内に
γ線遮蔽材４が充填される。外殻２が耐圧容器本
体５の外壁に取付けられる。中性子遮蔽材３が、
外殻２と耐圧容器本体５の外壁との間に形成され
る空間内に充填される。耐圧容器蓋６内にも、γ
遮蔽材２０が存在する。密封容器本体１２は、耐
圧容器本体５内に配置される。密封容器蓋１３に
は、伸縮機構１４、例えばベローズが設けられ
る。耐圧容器２２は耐圧容器本体５と耐圧容器蓋
６によつて構成され、密封容器２３は密封容器本
体１２と密封容器蓋１３によつて構成される。密
封容器本体１２を収納する耐圧容器５は、耐圧容
器蓋６および密封容器蓋１３を取外した状態で燃
料貯蔵プール内に置かれる。使用済の燃料集合体
１７が、燃料貯蔵プール中で密封容器本体１２内
に収納される。密封容器蓋１３が、ボルト１５に
よつて密封容器本体１２の上部に取付けられ、密
封容器本体１２を密封する。シールリング１６
が、密封容器本体１２の上端と密封容器蓋１３と
の間に配置される。水膨張吸収機構１８が、密封
容器本体１２内に収納されている。密封容器２３
内には、燃料貯蔵プール内の冷却水１９が充満し
ている。耐圧容器本体５と密封容器本体１２との
間にも、冷却水９が存在する。耐圧容器蓋６が、
ボルト７によつて耐圧容器本体５の上部に取付け
られ、耐圧容器本体５を密封する。８はシールリ
ングである。耐圧容器蓋６および密封容器蓋１３
は燃料貯蔵プール内で取付けられる。使用済燃料
輸送容器１が燃料貯蔵プール外に取出された後、
ドレン弁１１を開いて耐圧容器２２内の冷却水９
の一部を抜き出し、ベント弁１０を開いて耐圧容
器２２内に空気を供給する。このため、耐圧容器
２２内の上部に、空気層２１が形成される。その
後、ベンド弁１０およびドレン弁１１は、閉じら
れる。空気層２１に伸縮機構１４の伸縮作動抵抗
をやや上廻る程度の予圧を加えておくことによつ
て、使用済燃料輸送容器１の使用中に、密封容器
２３内の圧力を耐圧容器２２内の圧力よりも常に
低く保つことがきる。このため密封容器２３の密
封性を向上させることができる。

このような状態で、使用済燃料輸送容器１は、
所定の場所まで運搬される。運搬中において使用
済燃料集合体１７を構成する燃料棒内の核分裂性
物質から発生する崩懐熱によつて密封容器２３内
の冷却水１９が加熱される。加熱による冷却水１
９の熱膨張は、伸縮機構１４が押上げられて縮む
量によつて吸収することができる。冷却水１９の
熱膨張による体積増加を吸収するために、密封容
器２３内に空気層を設ける必要がなく、また熱膨
張による同容器の圧力上昇も伸縮部の膨張により
吸収されるため、十分に抑制される。また、密封
容器２３内の燃料集合体１７の一部が冷却されな
い状態を回避することができ、安全性が著しく向
上する。密封容器本体１２を介して熱が冷却水１
９から冷却水９に伝わるが、冷却水１９の温度は
冷却水９のそれよりも常に高温である。また、密
封容器２３内の飽和水蒸気圧は、耐圧容器２２内
のそれよりも高い。冷却水９の水位は、密封容器
２３および冷却水９の熱膨張によつて上昇する。
このため、空気層２１が圧縮され、空気層２１の
温度上昇も付加されて耐圧容器２２内の全圧力
（飽和水蒸気圧力と空気層２１の圧力の和）を高
めるが前述のようにその値は充分に抑制されたも
のである。

水膨張吸収機構１８は、内部の空気を大気圧よ
り減圧して密封した金属製の容器であり、密封容
器２３内の圧力が高くなつた時に開放する圧力逃
し弁（または破裂板）を有している。事故等によ
つて冷却水１９の熱膨張が著しく増大して密封容
器２３内の圧力が増大した時、逃し弁（図示せ
ず）が作動し、冷却水１９の一部が水膨張吸収機
構１８内に流入する。これにより密封容器２３内
の圧力が、異常に高くなることを防止できる。

本実施例の場合、伸縮機構１４は、使用済燃料
輸送容器１の通常使用中における冷却水１９の温
度上昇に起因する冷却水１９の熱膨張を吸収する
ために十分な機能を有し、水膨張吸収機構１８
は、事故時における冷却水１９の異常な温度上昇
に起因する突発的な冷却水１９の熱膨張を吸収す
るために設けられている。本実施例では、通常時
の膨張吸収手段として伸縮手段を設け、異常時の
膨張吸収手段として水膨張吸収手段を設けたの
で、上記何れかの手段だけ設ける場合に比べて隔
通性が高くかつ全体構成の小型化が可能である。

本実施例によれば、通常輸送時および事故時に
ける冷却水１９の温度上昇に際し、冷却水１９の
熱膨張を許容する密封容器２３を与えることがで
きるので、使用済燃料輸送容器１の放射性物質密
封性能が向上し、燃料棒が被覆管に欠陥または破
損のある燃料集合体の輸送も安全に行えるように
なる。

以下に本実施例装置の具体的な使用例を説明す
る。

使用例 １ 崩懐熱量が7.5KWの使用済の燃料集合体を20
℃の冷却水157とともに密封容器２３内に収納
し、さらに、耐圧容器２２内に入れ、耐圧容器２
２内に20℃の冷却水66と1.3Kg／cm²absの空気70
を入れて耐圧容器蓋６をした。

使用済燃料輸送容器１を38℃の環境温度に放置
したところ、輸送容器１内の温度は上昇し、密封
容器２３内の冷却水１９は131℃、耐圧容器２２
内の冷却水９は118℃に達した。

このとき、ステンレス鋼製の密封容器２３は約
１の熱膨張を生じ、伸縮機構１４は冷却水１９
の熱膨張によつて約９の変形を生じた。密封容
器２３内の圧力は、131℃の水の飽和水蒸気圧に
相当する約2.9Kg／cm²absであつた。耐圧容器２２
内の空気容積は約56に減少し、全圧力は約4.1
Kg／cm²absであつた。

使用例 ２ 使用例１の条件で密封された輸送容器１を800
℃の環境温度に30分間保持したところ、３時間後
に内部の温度は最高となり、密封容器２３内の水
は225℃、耐圧容器２２内の水は217℃に達した。
このとき、密封容器２３内に設けた水膨張吸収機
構１８は約５Kg／cm²absで作動し、内部を真空に
した容積17の金属容器中に水が入つた。密封容
器２３は約３の熱膨張を生じ、伸縮機構は約10
変形していた。密封容器２３内の圧力は225℃
の飽和水蒸気圧に相当する約25Kg／cm²absであつ
た。耐圧容器２２内の空気の容積は約43に減少
し、全圧力は約28Kg／cm²absであつた。密封容器
２３の内容物には伸縮機構１４を介して飽和水蒸
気圧より高い圧力が加えられているので水蒸気相
は存在しない。

使用例 ３ 使用例１の条件で密封された輸送容器１を通常
の輸送条件で、搬入先施設まで輸送し、輸送容器
１のドレン弁１１に冷却水配管を連結し、冷却水
を耐圧容器５内に圧入しながらベント弁１０を開
放し、高温の冷却水９をベント弁１０から流出さ
せる。冷却水の耐圧容器５内への圧入前に、密封
容器１２内の冷却水９の温度は120℃であり、飽
和水蒸気圧は約２Kg／cm²absであつた。新しい冷
却水による置換後は密封容器１２内冷却水温度は
80℃に低下し、輸送容器１をプール中に沈めた
後、密封容器蓋１３の取りはずし操作上問題とな
るうよな内圧は存在しなかつた。

使用例 ４ 崩懐熱量が3.7KWの使用済の燃料集合体を20
℃の冷却水79とともに密封容器１２に収納し、
さらに耐圧容器２２内に入れ、耐圧容器２２内に
20℃の冷却水150と1.3Kg／cm²absの空気65を
入れて耐圧容器蓋６をした。輸送容器１を38℃の
環境温度に放置したところ輸送容器１内の温度は
上昇し、密封容器２３内の冷却水１９は85℃、耐
圧容器５内の冷却水９は78℃に達した。このと
き、密封容器２２は約0.1の熱膨張を生じ、伸
縮機構１４は冷却水１９の熱膨張によつて約2.1
の変形を生じた。密封容器２３内の圧力は85℃
の水の飽和蒸気圧に相当する約0.6Kg／cm²absであ
つた。耐圧容器５内の空気容積は約59に減少
し、全圧力は約2.2Kg／cm²absであつた。

使用例 ５ 使用例４の条件で密封した輸送容器を800℃の
環境温度に30分間保持したところ、３時間後に内
部の温度は最高となり、密封容器２３内の冷却水
１９は22℃、耐圧容器２２内の冷却水９は212℃
に達した。このとき、密封容器２３内に設けた水
膨張吸収機構１８は約５Kg／cm²absで作動し、内
部を真空にした容積10の金属缶中に水が入つ
た。密封容器２３には、約１の熱膨張を生じ、
伸縮機構１４は約3.8変形していた。密封容器
２３内の圧力は220℃の水の飽和水蒸気圧に相当
する約23.7Kg／cm²absであつた。耐圧容器５内の
空気の容積は約34に減少し、全圧力は約24.4
Kg／cm²absであつた。

使用例 ６ 使用例４の条件で密封された輸送容器１を通常
の輸送条件で、搬入先施設まで輸送し、輸送容器
１のベント弁１１を開放して耐圧容器５内を大気
圧としたところ、密封容器２３内の冷却水温度は
80℃であり、密封容器２３の構造上またはプール
内での密封容器蓋１３の取はずし操作上で問題と
なるような内圧は存在しなかつた。

前述した実施例では、密封容器の伸縮機構は密
封容器蓋に取付けられているが、伸縮機構を密封
容器本体に取付けてもよい。

伸縮機構の材質は、適度な強度と延性のある耐
食性の金属が望ましいが、高温の水中で劣化しな
いようなプラスチツクスを一部または全部に用い
ることも可能である。

水膨張吸収機構は、前述の実施例に示した破裂
板を有する金属缶のほかに、例えば、内部の空気
を大気圧より減圧し、外部圧力が高まると変形し
て容積を減ずるような金属製密封缶を用いてもよ
い。

水膨張吸収機構の材質は、適度な強度と延性の
ある耐食性の金属が望ましいが、高温の水中で劣
化しないようなプラスチツクスを一部または全部
に用いることも可能である。

水膨張吸収機構の内部の空気圧力について実施
例に示した真空にする場合のほかに、適当な圧力
まで減圧することも可能である。使用済核燃料輸
送容器の密封容器部分は、内容物の取出しに際
し、特別に困難な操作上の問題はないことは実施
例に示したとおりであるが、さらに操作性を考慮
した密封容器蓋を取はずす前に内部の水蒸気を放
出して過圧を逃がすための弁を取つけるとも可能
である。密封容器蓋は、適当なガスケツトとバヨ
ネット型の締付方式で密封容器によりつけること
も可能である。

［効果］ 本発明によれば、燃料の冷却効果が高く、使用
時の圧力上昇が十分に抑制されることにより、信
頼性が高く、又放射線の漏洩に対する安全性が高
く、且つ取扱性がよい使用済燃料輸送容器が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である使用済
燃料輸送容器の縦断面図である。 １…使用済燃料輸送容器、５…耐圧容器本体、
６…耐圧容器蓋、９，１９…冷却水、１２…密封
容器本体、１３…密封容器蓋、１４…伸縮機構、
１７…燃料集合体、１８…水膨張吸収機構、２１
…空気層、２２…耐圧容器、２３…密封容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料集合体を収納し、冷却材を充満した第１
   の容器と、この第１の容器を収納し、冷却剤を充
   填し、かつその一部に気相を形成した第２の容器
   からなり、第１の容器に冷却剤の体積変化を吸収
   するための伸縮部を形成してなることを特徴とす
   る使用済燃料輸送容器。 ２ 上記における第１の容器内に、冷却材温度の
   異常上昇の際に、同容器内の冷却材の一部を収容
   するための空室を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の使用済燃料輸送容器。