TW201814725A - 混凝土貯存桶 - Google Patents

Abstract

本發明提供能夠抑制在防護桶的蓋焊接部產生應力腐蝕破裂（SCC）的混凝土貯存桶。混凝土貯存桶10包括：金屬製的防護桶2，其收容有使用後的燃料；混凝土製的容器本體1，其於內部收容該防護桶2；冷卻通路3，其設置於防護桶2的外周面與容器本體1的內周面之間，供對防護桶2的外周面進行冷卻的空氣通過；以及上部空間6，其設置於防護桶2的上表面部與容器本體1的蓋部1a內側之間。設置有整流板11，該整流板11抑制在冷卻通路3中上升的空氣被導引至上部空間6。

Description

混凝土貯存桶

本發明是有關於一種混凝土貯存桶（concrete cask）。

貯存或搬運從原子爐取出的使用後的核燃料（以下稱為使用後的燃料）的專用容器稱為貯存桶。該貯存桶的種類有所謂的金屬貯存桶與所謂的混凝土貯存桶，所述金屬貯存桶是以密閉狀態，將使用後的燃料收容於壁厚極厚的金屬製圓筒內，所述混凝土貯存桶是以密閉狀態，將使用後的燃料收容於壁厚較所述金屬製圓筒更薄的被稱為防護桶（canister）的金屬製容器內，且將該防護桶收容於厚壁圓筒形狀的混凝土製的容器本體內。金屬貯存桶的金屬製圓筒或混凝土貯存桶的防護桶的材料可使用不鏽鋼等不易生鏽的金屬。

混凝土貯存桶的防護桶收納於混凝土製的容器本體內，因此，能夠使防護桶的金屬厚度大幅度地較金屬貯存桶的金屬厚度更薄，從而能夠大幅度地減少所使用的金屬量。因此，與金屬貯存桶相比較，能夠減少包含混凝土製的容器本體與防護桶的混凝土貯存桶整體的製造成本。混凝土貯存桶例如揭示於專利文獻1、專利文獻2等。

使用後的燃料會產生衰變熱（decay heat），因此，為了抑制由衰變熱引起的過度的溫度上升，如圖12、圖13簡略所示，混凝土貯存桶是以於容器本體101的內周面與防護桶102的外周面之間具有包含冷卻通路103的間隙的狀態配置，沿著徑方向貫通容器本體101地設置有通往該冷卻通路103的下端部的空氣導入路徑104、或通往冷卻通路103的上端部的空氣排出路徑105。而且，101a為容器本體101的蓋部。而且，冷卻空氣經由空氣導入路徑104而導入至冷卻通路103的下端部之後，一面由從防護桶102釋放出的衰變熱加熱（即，一面吸收該衰變熱），一面向上方進行自然循環，從連接於冷卻通路103的上端部的空氣排出路徑105排出。

而且，為了將從防護桶102的上表面部釋放出的衰變熱排出，於防護桶102的上表面部與容器本體101的蓋部101a之間設置有上部空間106。該上部空間106的空氣連接於冷卻通路103的上端部，且與冷卻通路103的冷卻用的空氣一併從空氣排出路徑105排出。

再者，如圖12、圖13簡略所示，空氣導入路徑104或空氣排出路徑105於途中設置有屈曲部等，使得放射線不會（或難以）經由空氣導入路徑104或空氣排出路徑105洩漏。再者，於圖12、圖13中，104a為空氣入口，105a為空氣出口。

呈圓筒形狀的防護桶102包含呈有底圓筒形狀且上表面開口的防護桶本體102a、與將防護桶本體102a的上表面的開口部封閉的蓋102b。而且，該防護桶102為如下構造，即，在將使用後的燃料收容於防護桶本體102a內之後，利用蓋102b來封閉防護桶本體102a的上表面的開口部且進行焊接，藉此，使該防護桶102密閉。

於工場等幾乎無放射性的場所，首先，使矩形板狀的金屬板彎曲且進行焊接等而製造軀幹部，藉由焊接將底面部例如接合於該軀幹部，從而製造防護桶本體102a。另一方面，在將從原子爐取出的使用後的燃料收容於防護桶本體102a內之後，進行焊接而接合蓋102b，因此，於原子爐的取出部位等高濃度的放射性環境中，使用機械臂（robot）等將蓋102b焊接接合於防護桶本體102a。再者，圖12、圖13中的102c為蓋焊接部，102d為側面焊接部。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2001-141883公報 [專利文獻2]日本專利特開2007-108052公報

[發明所欲解決之課題] 然而，日本是周圍被海包圍的島國，因此，混凝土貯存桶的貯存場所為沿岸部的可能性不小，在該情況下，包含海水的鹽分的空氣會導入至混凝土貯存桶的冷卻通路103。若導入至冷卻通路103的空氣中包含鹽分，且於防護桶102的表面部發生凝結等而形成濕度高的環境，則鹽分會溶解於濕氣的水分中，有可能因溶解後的氯化物離子，在金屬製的防護桶102中的殘留有拉伸應力的部位產生鏽或腐蝕，從而產生應力腐蝕破裂（SCC：Stress Corrosion Cracking）。

此處，防護桶本體102a於工場等中被製造，因此，能夠對側面焊接部102d等焊接部實施拋光（burnishing）加工等，以不殘留拉伸應力的方式而自由地進行加工。另一方面，防護桶102中的蓋焊接部102c於高濃度的放射性環境中被焊接，因此，其後，難以以不殘留拉伸應力的方式進行加工。因此，對於以往的混凝土貯存桶而言，防護桶102的蓋焊接部102c有可能會產生應力腐蝕破裂（SCC）。

本發明是解決所述課題的發明，其目的在於提供能夠抑制在防護桶的蓋焊接部產生應力腐蝕破裂（SCC）的混凝土貯存桶。 [解決課題之手段]

為了解決所述課題，本發明是一種混凝土貯存桶，其包括：金屬製的防護桶，其收容有使用後的燃料；混凝土製的容器本體，其於內部收容該防護桶；冷卻通路，其設置於防護桶的外周面與容器本體的內周面之間，供對防護桶的外周面進行冷卻的空氣通過；以及上部空間，其設置於防護桶的上表面部與容器本體的蓋部內側之間，該混凝土貯存桶的特徵在於：設置有整流板，該整流板抑制在冷卻通路中上升的空氣被導引至上部空間。

根據該構成，藉由整流板來抑制在冷卻通路中上升的空氣直接被導引至上部空間，結果是即使在導入至容器本體的內部的空氣中包含鹽分的情況下，包含鹽分的空氣亦不易直接接觸防護桶的包含蓋焊接部的上表面部，進而能夠抑制在防護桶的表面，尤其在包含蓋焊接部的上表面部的表面產生氯化物離子而產生應力腐蝕破裂。

而且，較佳為將整流板安裝於防護桶的上部外周面，且設為越靠上方，越向外周擴大的形狀，根據該構成，能夠良好地抑制在冷卻通路中上升的空氣被導引至上部空間。

而且，可設置將整流板安裝於防護桶的安裝配件，整流板藉由安裝配件而安裝於防護桶的上端部或該上端部的附近。

而且，安裝配件較佳為使用熱膨脹率較形成防護桶的金屬材的熱膨脹率更小的材料。根據該構成，若防護桶的溫度因使用後的燃料的衰變熱而上升，則由於防護桶的熱膨脹率大於安裝配件的熱膨脹率，故而防護桶會較安裝配件更大地膨脹，整流板在受到安裝配件以更強的力緊固的狀態下，良好地被安裝。

而且，亦可設置蓋板，該蓋板覆蓋設置於防護桶的上表面部的蓋焊接部。根據該構成，即使在包含鹽分的空氣從冷卻通路越過整流板而到達上部空間的情況下，亦能夠防止該空氣接觸蓋焊接部。 [發明的效果]

根據本發明，設置整流板，該整流板抑制在冷卻通路中上升的空氣被導引至上部空間，藉此，即使在導入至容器本體的內部的空氣中包含鹽分的情況下，包含鹽分的空氣亦不易直接接觸防護桶的包含蓋焊接部的上表面部，進而能夠抑制在防護桶的表面，尤其在包含蓋焊接部的上表面部的表面產生氯化物離子而產生應力腐蝕破裂，混凝土貯存桶的可靠性提高。

以下，基於圖式來對本發明實施形態的混凝土貯存桶進行說明。 圖1、圖2中的10為本發明實施形態（第1實施形態）的混凝土貯存桶。混凝土貯存桶10包括：金屬製圓筒形狀的防護桶2，其以密閉狀態，於內部收容有使用後的燃料（使用後的核燃料）；混凝土製圓筒形狀的容器本體1，其於內部收容該防護桶2；以及後述的冷卻通路3及上部空間6。防護桶2的金屬材料可使用不鏽鋼等不易生鏽的金屬材。

防護桶2內以密閉狀態收容的使用後的燃料會產生衰變熱，因此，於混凝土貯存桶10中，為了抑制由衰變熱引起的過度的溫度上升，於容器本體1的內周面與防護桶2的外周面之間設置有大致圓筒形狀的冷卻通路3的間隙，於防護桶2的上表面部與容器本體1的蓋部1a的內側之間設置有上部空間6的間隙。而且，沿著徑方向（半徑方向）貫通容器本體1地分別設置有多個通往冷卻通路3的下端部的空氣導入路徑4、或多個通往冷卻通路3的上端部的空氣排出路徑5。

而且，經由空氣導入路徑4而導入至冷卻通路3的下端部的冷卻用的空氣一面由從防護桶2（尤其是防護桶2的外周面）釋放出的衰變熱加熱（即，一面吸收來自防護桶2的衰變熱而對防護桶2進行冷卻），一面向上方進行自然循環，從連接於冷卻通路3的上端部的空氣排出路徑5排出至混凝土貯存桶10的外部等。而且，上部空間6利用外周部連接於冷卻通路3的上端部，上部空間6的空氣一面由從防護桶2的上表面部釋放出的衰變熱加熱（即，一面吸收來自防護桶2的上表面部的衰變熱而對防護桶2的上表面部進行冷卻），一面與冷卻通路3的空氣一併從空氣排出路徑5排出至混凝土貯存桶10的外部等。

再者，防護桶2為如下構造，即，將使用後的燃料（使用後的核燃料）收容於呈有底筒形狀且上表面部開口的本體部2a，然後，藉由焊接等將蓋2b固著於本體部2a，使內部密閉。例如使矩形的板金彎曲，將彎曲後的兩端部彼此焊接而形成圓筒形的周面，將底面部焊接接合於該圓筒部，從而製造本體部2a。如圖3所示，蓋2b例如包含外周環狀部2ba、與外周凹陷的中央圓盤狀部2bb，於多數情況下，在本體部2a中收容有使用後的燃料的狀態下，首先，將中央圓盤狀部2bb焊接於本體部2a，然後，將外周環狀部2ba嵌入至中央圓盤狀部2bb的凹陷的外周部，藉由焊接等進行固著，但不限於此。而且，圖1～圖3中的2c為將防護桶2的本體部2a與蓋2b接合的蓋焊接部（上表面焊接部），2d為以如下方式設置的外周焊接部，該方式是指於防護桶2的外周面，沿著上下方向呈大致直線狀地延伸。

而且，如圖1所示，空氣導入路徑4或空氣排出路徑5於途中設置有屈曲部等，使得來自防護桶2的放射線不會（或難以）經由空氣導入路徑4或空氣排出路徑5洩漏。而且，於圖1中，4a為空氣導入口，5a為空氣排出口。而且，7為設置於防護桶2的底面部與容器本體1的底面部內側之間且連接於冷卻通路3的下端部的下部空間，8為放置於容器本體1的底面部上，從下方支持防護桶2的防護桶支持體。再者，亦可設為如下構造，該構造未設置防護桶支持體8，而是利用容器本體1的底面部從下方直接支持防護桶2。

如圖1～圖4所示，除了所述構成之外，於混凝土貯存桶10中亦設置有整流板11，該整流板11抑制經由冷卻通路3而上升的空氣被導引至上部空間6。整流板11藉由安裝配件12，遍及整個圓周地安裝於防護桶2的上部外周面（上端部附近的外周面）。

整流板11的概略性的整體形狀設為環狀（ring shape），並且於該實施形態中，如圖3所示，該整流板11包含藉由安裝配件12而沿著防護桶2的上部外周面被安裝的安裝部11a、與接續於該安裝部11a的上方的整流部11b。而且，在整流板11的下端部的安裝部11a密接於防護桶2的上部外周面的狀態下，從整流板11的外周側纏繞安裝配件12，將該整流板11安裝於防護桶2的上部外周面。而且，整流板11（詳細而言為整流板11的整流部11b）的剖面形狀設為越靠上方，越向外周傾斜地擴大的形狀，隨著從整流部11b的下端部向上方延伸，遠離防護桶2的上部外周面，並且接近容器本體1的內周面。因此，使得整流板11的上端部（上端緣）與容器本體1的內周面之間的分隔距離小於整流板11的下端部與容器本體1的內周面之間的分隔距離。

而且，安裝配件12例如包含可變形的薄壁形狀的帶材，且如圖4所示，設為如下構造，即，在使用螺栓13及螺母14等，將該安裝配件12的兩端部彼此緊固的狀態下，對整流板11進行固定。而且，取而代之，亦可設為如下構造，即，利用螺栓13及螺母14等，將俯視呈半圓形的一分為二的形狀的一對安裝配件彼此固定。此處，安裝配件12使用了熱膨脹率較形成防護桶2的金屬材的熱膨脹率更小的材料。

於所述構成的混凝土貯存桶10中，冷卻用的空氣經由空氣導入路徑4而導入至冷卻通路3的下端部，然後，一面由從防護桶2釋放出的衰變熱加熱（即，一面吸收該衰變熱），一面向上方進行自然循環，從連接於冷卻通路3的上端部的空氣排出路徑5排出。

在該情況下，由於整流板11遍及整個圓周地安裝於防護桶2的上部外周面（上端部附近的外周面），故而如圖3中的實線箭頭所示，經由冷卻通路3而上升的空氣沿著整流板11，被引導至設置有空氣排出路徑5的冷卻通路3的上部外周側區域。接著，從空氣排出路徑5排出至外部。

然而，冷卻通路3的上端部連接於防護桶2的上表面部與容器本體1的蓋部1a的內側之間的上部空間6的間隙，因此，如圖3中的虛線箭頭所示，經由冷卻通路3而上升的空氣的一部分會流入至上部空間6，上部空間6的空氣亦與從空氣排出路徑5排出至外部的冷卻通路3的空氣一併從空氣排出路徑5排出至外部。即，經由冷卻通路3而上升的空氣的一部分流入至上部空間6，但其大部分沿著整流板11被引導至冷卻通路3的上部外周側區域，從空氣排出路徑5排出至外部。如此，藉由整流板11來抑制經由冷卻通路3而上升的空氣直接被導引至上部空間6。

此處，如上所述，防護桶2的防護桶本體2a於工場等中被製造，因此，能夠對側面焊接部2d等焊接部實施拋光加工等，以不殘留拉伸應力的方式而自由地進行加工。另一方面，防護桶2中的蓋焊接部2c於高濃度的放射性環境中被焊接，因此，其後，難以以不殘留拉伸應力的方式進行加工。因此，對於以往的混凝土貯存桶而言，防護桶的蓋焊接部有可能會產生應力腐蝕破裂（SCC）。

相對於此，於本構成中，藉由整流板11來抑制經由冷卻通路3而上升的空氣直接被導引至上部空間6，因此，即使在導入至容器本體1內部的冷卻通路3的空氣中包含鹽分的情況下，包含鹽分的空氣亦不易直接接觸防護桶2的上表面部，進而能夠抑制在防護桶2的表面，尤其在包含蓋焊接部2c的上表面部的表面產生氯化物離子而產生應力腐蝕破裂。

而且，於所述構成中，安裝配件12使用熱膨脹率較形成防護桶2的金屬材的熱膨脹率更小的材料。因此，若防護桶2及整流板11或安裝配件12的溫度因使用後的燃料的衰變熱而上升，則由於防護桶2的熱膨脹率大於安裝配件12的熱膨脹率，故而防護桶2會較安裝配件12更大地膨脹，整流板11在受到安裝配件12以更強的力緊固的狀態下，良好地被安裝。藉此，能夠更確實地防止整流板11從防護桶2的安裝部位脫落的情況，混凝土貯存桶10的可靠性提高。

再者，於所述實施形態中，敍述了防護桶2的蓋2b包含外周環狀部2ba、與外周凹陷的中央圓盤部2bb的情況，但不限於此，即使在如下情況下，亦可獲得同樣的作用效果，該情況是指如圖5所示，首先，防護桶2的蓋2b大致包含：一次蓋2bc，其閉合熔接於防護桶本體2a的上表面開口部的內側；以及二次蓋2bd，其進而熔接於該一次蓋2bc的外側。而且，即使在如下情況下，亦可獲得同樣的作用效果，該情況是指如圖6所示，防護桶2的蓋2b中的一次蓋2bc較所述一次蓋更薄，且於一次蓋2bc的內側進而設置有遮蔽蓋2be。

圖7、圖8是表示本發明的另一實施形態的混凝土貯存桶10的混凝土貯存桶的部分切開立體圖及主要部分正視剖面圖。於該混凝土貯存桶10中，除了所述實施形態的構成之外，覆蓋於防護桶2的上表面部的蓋板15亦安裝於整流板11。再者，蓋板15的構成材較佳為不鏽鋼等不易生鏽的金屬材，但不限於此，亦可使用樹脂材等。

蓋板15是以包夾於整流板11與防護桶2的外周面之間的狀態，與整流板11同樣地，遍及整個圓周地安裝於防護桶2的上部外周面等。而且，如圖8所示，蓋板15包含：筒狀部15a，其沿著防護桶2的上部外周面向上方延伸；覆蓋部15b，其從該筒狀部的上端沿著內徑方向，覆蓋於防護桶2的上表面部；以及保持部15c，其從筒狀部15a的下端部呈凸緣狀等向外周側延伸，且從下方支持整流板11的下端部（或整流板11的下端部及安裝配件12的下端部），覆蓋部15b設為向內徑側延伸至防護桶2的上表面部的覆蓋著蓋焊接部2c的位置為止的形狀。

根據所述構成，覆蓋部15b覆蓋防護桶2的上表面部的蓋焊接部2c，因此，即使在包含鹽分的空氣從冷卻通路3越過整流板11而到達上部空間6的情況下，亦能夠防止該空氣接觸蓋焊接部2c，藉此，能夠更確實地防止在防護桶2的表面，尤其在包含蓋焊接部2c的上表面部的表面產生氯化物離子而產生應力腐蝕破裂，混凝土貯存桶10的可靠性進一步提高。

而且，根據該構成，藉由安裝配件12來一併安裝整流板11與蓋板15，該蓋板15（詳細而言為蓋板15的覆蓋部15b）覆蓋於防護桶2的上表面部，因此，即使在安裝配件12所產生的緊固力減弱的情況下，亦會藉由蓋板15從下方保持整流板11（或整流板11及安裝配件12），整流板11（或整流板11及安裝配件12）不會脫落。藉此，混凝土貯存桶10的可靠性提高。

而且，於所述實施形態中，整流板11的整流部11b的剖面形狀設為越靠上方，越向外周傾斜且均一地擴大的形狀，但不限於此，如圖9所示，亦可設為一部分（於該變形例中為上下方向的中央部）越靠上方，越向外周傾斜且均一地擴大的形狀，或設為越靠上方，越呈台階狀地向外周擴大的形狀（未圖示）。而且，於該構成中，亦可設置與圖8相同的蓋板15（未圖示）。

而且，如圖10、圖11簡略所示，亦可採用如下構成，即，於防護桶2的外周面與容器本體1的內周面之間（即冷卻通路3），以不太妨礙冷卻通路3中的空氣的上下流動的狀態，配設例如亦作為間隔物而發揮功能的安裝用構件16，於該安裝用構件16的上部形成放置整流板11的槽部（凹部）16a，藉由該槽部（凹部）16a來支持整流板11。

1、101‧‧‧容器本體

1a、101a‧‧‧蓋部

2、102‧‧‧防護桶

2a‧‧‧本體部

2b、102b‧‧‧蓋

2ba‧‧‧外周環狀部

2bb‧‧‧中央圓盤狀部

2bc‧‧‧一次蓋

2bd‧‧‧二次蓋

2be‧‧‧遮蔽蓋

2c‧‧‧蓋焊接部（上表面焊接部）

2d‧‧‧外周焊接部（側面焊接部）

3、103‧‧‧冷卻通路

4、104‧‧‧空氣導入路徑

4a‧‧‧空氣導入口

5、105‧‧‧空氣排出路徑

5a‧‧‧空氣排出口

6、106‧‧‧上部空間

7‧‧‧下部空間

8‧‧‧防護桶支持體

10‧‧‧混凝土貯存桶

11‧‧‧整流板

11a‧‧‧安裝部

11b‧‧‧整流部

12‧‧‧安裝配件

13‧‧‧螺栓

14‧‧‧螺母

15‧‧‧蓋板

15a‧‧‧筒狀部

15b‧‧‧覆蓋部

15c‧‧‧保持部

16‧‧‧安裝用構件

16a‧‧‧槽部（凹部）

102a‧‧‧防護桶本體

102c‧‧‧蓋焊接部

102d‧‧‧側面焊接部

104a‧‧‧空氣入口

105a‧‧‧空氣出口

IV-IV‧‧‧剖面線

圖1是本發明實施形態的混凝土貯存桶的正視剖面圖。 圖2是所述混凝土貯存桶的部分切開立體圖。 圖3是所述混凝土貯存桶的主要部分正視剖面圖。 圖4是所述混凝土貯存桶的主要部分俯視剖面圖。 圖5是所述混凝土貯存桶的防護桶的變形例的主要部分剖面圖。 圖6是所述混凝土貯存桶的防護桶的另一變形例的主要部分剖面圖。 圖7是本發明的另一實施形態的混凝土貯存桶的部分切開立體圖。 圖8是所述混凝土貯存桶的主要部分正視剖面圖。 圖9是所述混凝土貯存桶的變形例的主要部分正視剖面圖。 圖10是本發明的另一實施形態的混凝土貯存桶的主要部分俯視剖面圖。 圖11是所述混凝土貯存桶的主要部分正視剖面圖。 圖12是以往的混凝土貯存桶的正視剖面圖。 圖13是所述以往的混凝土貯存桶的部分切開立體圖。

Claims (5)

1. 一種混凝土貯存桶，其包括： 金屬製的防護桶，其收容有使用後的燃料； 混凝土製的容器本體，其於內部收容所述防護桶； 冷卻通路，其設置於防護桶的外周面與容器本體的內周面之間，供對防護桶的外周面進行冷卻的空氣通過；以及 上部空間，其設置於防護桶的上表面部與容器本體的蓋部內側之間，所述混凝土貯存桶的特徵在於： 設置有整流板，所述整流板抑制在冷卻通路中上升的空氣被導引至上部空間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的混凝土貯存桶，其中 整流板安裝於防護桶的上部外周面，且呈越靠上方，越向外周擴大的形狀。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的混凝土貯存桶，其中 設置有將整流板安裝於防護桶的安裝配件，整流板藉由安裝配件而安裝於防護桶的上端部或所述上端部的附近。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的混凝土貯存桶，其中 安裝配件的熱膨脹率小於形成防護桶的金屬材的熱膨脹率。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的混凝土貯存桶，其中 設置有蓋板，所述蓋板覆蓋設置於防護桶的上表面部的蓋焊接部。