JP2005291960A - 燃料キャスクの保管装置および同保管方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料キャスクの保管に際して、より充分な密封確保が図れるとともに、蓋部におけるシール部からの漏えい監視を素早く検知することが可能な燃料キャスク保管装置および同保管方法を提供する。
【解決手段】周壁部および底壁部が一体に構成され、上端部が開口する縦型円筒状のキャスク本体２と、このキャスク本体の上端開口部内に装着された一次蓋６ａおよび二次蓋６ｂからなる二重蓋とを有し、内部収納物および充填気体の密封を保証する燃料キャスク１と、この燃料キャスクを倒立させた状態で下方から垂直に固定支持する貯蔵架台１４とを備え、貯蔵架台は、保管場所の床上に固定配置される基台１６と、この基台上に設けられ、下向きとなったキャスク本体２の下端部外周面を嵌合保持する保持枠１７とを有し、燃料キャスクの貯蔵架台への保管状態において、基台の上面側と、保持枠の内周面側と、燃料キャスクの二次蓋下面側とに面する気密空間２０が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、核施設において使用された使用済燃料を収容して専用の場所まで搬送し、長期間の貯蔵に供する使用済燃料輸送貯蔵容器（本発明において、「燃料キャスク」という。）を保管するための燃料キャスク保管装置および同保管方法に関する。

燃料キャスクは、使用済燃料を数十年以上の長期間に亘ってノーメンテナンスで気密に保管するための容器であり、Ｈｅガスを充填した乾式キャスクとして構成され、内部収納物および充填気体の密封を保証する構成となっている。

図７は、このような従来の燃料キャスクの構成を示す縦断面図である。図７に示すように、燃料キャスク１は、縦型円筒状のキャスク本体２の外周側に中性子遮蔽体３を設け、キャスク本体２の上端の開口部４を介して所定本数の使用済燃料５を収容する構成となっている。

キャスク本体２の開口部４は、段差をもって小径な第１段開口部４ａおよび大径な第２段開口部４ｂとして形成され、各開口部４ａ，４ｂにそれぞれ蓋６（小径な一次蓋６ａおよび大径な二次蓋６ｂ）によって二重に密封シールされる。一次蓋６ａおよび二次蓋６ｂは、それぞれキャスク本体２に締結具１０によって締結されている。

各々の蓋６ａ，６ｂには、蓋用金属シール７ａ，７ｂが取付けられており、この蓋用金属シール７ａ，７ｂにより、密封確保（二重シール）が行われ、充分な安全管理がなされている。また、一次蓋６ａと二次蓋６ｂとの間には、密閉された蓋間空間８が形成されている。

そして、保管時においては、密封境界の健全性確認およびシール部からの漏えい監視を目的として、燃料キャスク１ごとに、二次蓋６ｂに貫通孔を穿設して圧力変動検出装置をそれぞれ取付け、蓋間空間８の圧力を監視を行っている。

さらに、キャスク本体２の両端部近傍の外周面部には、例えば周方向に一定の間隔をあけて４個ずつのトラニオン９がそれぞれ設けられ、運搬時および保管時の支持が、これらのトラニオン９を介して行われている。

従来では、このような燃料キャスク１の保管について、横置きで保管する技術（特許文献１参照）、または縦置きで保管する技術（特許文献１参照）等が知られている。縦置きで保管する場合には、蓋側を上にして直立させる方式が考えられている。
特開平９−１２７２８８号公報 特開２００３−３１５４９３号公報

燃料キャスクの保管に際しては、より充分な密封確保が必要であり、安全管理の一環として、蓋部におけるシール部からの漏えい監視を常時行い、素早く検知することが望まれる。また、燃料キャスクの密封境界の健全性を確認するための装置を取付ける手間の簡便化が望まれる。具体的には、密封境界の健全性確認用として、一次蓋と二次蓋とで形成する蓋間空間の圧力を監視するために、この空間まで二次蓋を穿孔し、二次蓋に圧力変動の検出装置を引き回していたものを、改善することが望ましい。そして、漏えい可能ルートの減少による信頼性の向上を図ることが望ましい。

また、万一の漏えい発生を想定し、空間に放射性物質が流れ出ることを確実に防止できるようにすることが望ましい。さらに、サンプリング装置の簡便な接続構造および経済性の向上も望まれる。

さらに加えて、サンプリング装置について、放射性物質のみならず、圧力や温度等の多くの検出を行い、その漏えい検出の確率を、キャスク密封境界部を傷めることなく向上することも望まれる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、燃料キャスクの保管に際して、より充分な密封確保が図れるとともに、蓋部におけるシール部からの漏えい監視を素早く検知することが可能な燃料キャスク保管装置および同保管方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、燃料キャスクの密封境界の健全性を確認するための装置を取付ける手間の簡便化が図れるとともに、漏えい可能ルートの減少による信頼性の向上が図れ、万一の漏えい発生時に対しても、空間に放射性物質が流れ出ることを確実に防止でき、安全性を一層向上できる燃料キャスク保管装置および同保管方法を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、サンプリング装置の簡便化および経済性向上が図れるとともに、サンプリング装置について、放射性物質のみならず、圧力や温度等の多くの検出を行い、その漏えい検出の確率を、キャスク密封境界部を傷めることなく向上することができる燃料キャスク保管装置および同保管方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明では、周壁部および底壁部が一体に構成され、上端部が開口する縦型円筒状のキャスク本体と、このキャスク本体の上端開口部内に装着された一次蓋および二次蓋からなる二重蓋とを有し、内部収納物および充填気体の密封を保証する燃料キャスクと、この燃料キャスクを倒立させた状態で下方から垂直に固定支持する貯蔵架台とを備え、前記貯蔵架台は、保管場所の床上に固定配置される基台と、この基台上に設けられ、下向きとなった前記キャスク本体の下端部外周面を嵌合保持する保持枠とを有し、前記燃料キャスクの前記貯蔵架台への保管状態において、前記基台の上面側と、前記保持枠の内周面側と、前記燃料キャスクの二次蓋下面側とに面する気密空間が形成されることを特徴とする燃料キャスク保管装置を提供する。

なお、本発明においては、燃料キャスクの蓋側を下に向けた状態で貯蔵架台に装着し、トラニオンを貯蔵架台のキャスク支持部に搭載して固定し、倒立保持状態とすることが望ましい。

請求項２に係る発明では、前記キャスク本体の開口部側における周壁の外周面もしくは外端面と、前記保持枠の内周面側とに、前記燃料キャスク保管時に互いに接するシール溶接用突起をそれぞれ設け、これらシール溶接用突起同士の溶接部により、前記気密空間の上隅部を気密シールした燃料キャスク保管を提供する。

請求項３に係る発明では、前記気密空間内の圧力を、前記燃料キャスク内の充填ガス圧力よりも低圧とした燃料キャスク保管装置を提供する。

請求項４に係る発明では、前記保持枠を貫通して前記気密空間の内外を連通するサンプリング配管を備え、このサンプリング配管に、前記気密空間内の圧力、温度、気体の種類、および放射性物質の１以上を検出するサンプリング装置を接続した燃料キャスク保管装置を提供する。

請求項５に係る発明では、前記サンプリング装置は、検出データの定期的な取込み機能、または異常検出時に警報を出力する機能を備えた燃料キャスク保管装置を提供する。

請求項６に係る発明では、周壁部および底壁部が一体に構成され、上端部が開口する縦型円筒状のキャスク本体と、このキャスク本体の上端開口部内に装着された一次蓋および二次蓋からなる二重蓋とを有し、内部収納物および充填気体の密封を保証する燃料キャスクを、保管場所の床上に固定配置される基台に倒立状態で固定保持する燃料キャスク保管方法であって、前記燃料キャスクの下向きとなった前記二次蓋の下面側を囲む配置で気密空間を形成し、この気密空間内の圧力、温度、気体の種類、および放射性物質の１以上を検出しつつ、前記燃料キャスクを保管することを特徴とする燃料キャスク保管方法を提供する。

なお、本発明においては、シール溶接部を覆うように密閉カバーを設け、シール部の健全性を確認できるようにすることが望ましい。

また、密封空間の圧力および漏洩放射性物質検知結果を常時監視するシステムを具備し、異常があった場合に警報を発するとともに、データを定期的に保存用計算機に取込み異常の診断および予防に役立てることが望ましい。

さらに、本発明においては、ガスサンプリングシステムを、貯蔵架台と別置きのユニットとすることが望ましい。

本発明によれば、燃料キャスクを倒立させた状態で下方から垂直に固定支持する貯蔵架台を備え、この貯蔵架台によりキャスクの蓋部周囲下方を気密空間によって閉塞するようにすることで、燃料キャスクの保管に際し、より充分な密封確保が図れるとともに、蓋部におけるシール部からの漏えい監視を素早く検知することが可能となる。

また、本発明によれば、蓋部周囲下方の気密空間に予め健全性を確認するための装置を取付けることができるので、従来のように二次蓋を穿孔する必要がなく、燃料キャスクの密封境界の健全性確認装置の取付け手間を簡便化することができる。

また、この健全性確認装置は複数の気密空間に一括接続できる構造となるため、漏えい可能ルートの減少による信頼性の向上が図れるとともに、万一の漏えい発生時に対しても、空間に放射性物質が流れ出ることを確実に防止することができ、安全性の一層の向上が図れる。

さらに、本発明によれば、サンプリング装置の簡便化および経済性向上が図れるとともに、サンプリング装置について、放射性物質のみならず、圧力や温度等の多くの検出を行い、その漏えい検出の確率を、キャスク密封境界部を傷めることなく向上することができる。

以下、本発明に係る燃料キャスク保管装置および同方法の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。なお、燃料キャスクの構成について、従来のものと同一または対応する部分には、図７と同一の符号を使用して説明する。

図１は、燃料キャスクを倒立状態で保管する燃料キャスク保管装置の基本構造を示す断面図（図２のＡ−Ａ線断面図）であり、図２は同平面図である。図３は燃料キャスクを正立状態で示す縦断面図である。

まず、燃料キャスクについて説明する。なお、本実施形態の燃料キャスク１は、全体的な構成においては、図７に示した従来の燃料キャスク１と略同様である。ただし、後述するように、シール溶接用突起１１が設けられている点が、従来構成と異なっている。

図３に示すように、燃料キャスク１は、縦型円筒状のキャスク本体２の周壁２ａの外周側に中性子遮蔽体３を設け、キャスク本体２の上端の開口部４を介して所定本数の使用済燃料５を収容する構成となっている。使用済燃料５は、図示省略のバスケットにより保持されて、キャスク本体２内に収容される。

キャスク本体２の開口部４は、段差をもって小径な第１段開口部４ａおよび大径な第２段開口部４ｂとして形成され、各開口部４ａ，４ｂにそれぞれ蓋６（小径な一次蓋６ａおよび大径な二次蓋６ｂ）によって二重に密封シールされる。一次蓋６ａおよび二次蓋６ｂは、それぞれキャスク本体２に締結具１０によって締結されている。

各々の蓋６ａ，６ｂには、蓋用金属シール７ａ，７ｂが取付けられており、この蓋用金属シール７ａ，７ｂにより、密封確保（二重シール）が行われるようになっている。すなわち、内部収納物および充填気体の密封を保証する燃料キャスクとして構成され、充分な安全管理がなされるようになっている。また、一次蓋６ａと二次蓋６ｂとの間には、密閉された蓋間空間８が形成されている。さらに、キャスク本体２の両端部近傍の外周面部には、例えば周方向に一定の間隔をあけて４個ずつのトラニオン９がそれぞれ設けられている。

このような構成において、本実施形態の燃料キャスク１においては、キャスク本体２の開口部３側における周壁２ａの外周面、例えば二次蓋６ａの内面高さの近傍に対応する外周面に、保管時における気密空間形成のため、シール溶接用突起としてのリップ１１が形成されている。このシール溶接用リップ１１は、キャスク本体２の周壁２ａの外面に周方向に沿って形成されたリング状の窪み１２の上端縁位置から、下方に向って周壁２ａと一体に突設されたものであり、周方向全体に亘って形成されている。

次に、図１および図２によって燃料キャスク１を含めた保管装置１３の構成を説明する。図１および図２に示すように、保管装置１３は、燃料キャスク１を倒立させた状態で下方から垂直に固定支持する貯蔵架台１４を備え、この貯蔵架台１４は、保管場所の床１５上に固定配置される基台１６と、この基台１６上に設けられ、下向きとなったキャスク本体２の下端部外周面を嵌合保持する保持枠１７とを有する。

基台１６は、図２に示すように、例えば矩形平板状のものであり、その各角部が固定部１８により床１５に固定されている。

保持枠１７は、基台１６と略同一の輪郭（角部を除去した形状）を有するもので、基台１６上に配置されている。この保持枠１７の内側面は、キャスク本体２の開口端側の外周面と一致する円形状とされ、この内周面部分にキャスク本体２を嵌合保持することができるようになっている。

保持枠１７の上部には、燃料キャスク１の４本のトラニオン９を支持するためのキャスク支持部１９がそれぞれ設けられている。これらのキャスク支持部１９は、トラニオン９の荷重を下方から支持するトラニオン受け部１９ａと、トラニオン９を上側から押えるトラニオン押え１９ｂとを有し、確実にトラニオン９を固定し、想定される転倒荷重に耐えて燃料キャスク１全体を保持することができる構造とされている。

そして、このキャスク支持部１９により支持された燃料キャスク１の保管状態において、基台１６の上面側と、保持枠１７の内周面側と、燃料キャスク１の二次蓋６ｂ下面側とに面する気密空間２０が形成されるようになっている。

すなわち、気密空間２０には貯蔵中、キャスク本体２の内部に充填されている不活性ガス以外の不活性ガスを充填しておき、漏えい検出に備えるようにしている。また、気密空間内２０の圧力は、燃料キャスク内の充填ガス圧力よりも低圧とされている。

図４（Ａ）は、気密空間２０の気密保持のために設けられるシール溶接部の構造部分の一例を示している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の円形部分「ｂ」をさらに拡大して示している。

これらの図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、保持枠１７の内周面側には、燃料キャスク保管時にキャスク本体２の周壁２ａに設けたシール溶接用リップ１１と互いに接する部位に対応して、保持枠側シール溶接用突起（リップ）２１が設けられている。そして、これらシール溶接用リップ１１，２１同士が互いに溶接され、これによりシール溶接部２２が形成されている。このシール溶接部２２により、気密空間２０の上隅部が気密にシールされ、気密空間２０の密封が確実になされるようになっている。

なお、図１に示したように、このシール溶接部２２を覆うように密閉カバー２３を設け、シール部の健全性を確認できるようにすることが望ましい。

図５（Ａ）は、気密空間２０の気密保持のために設けられるシール溶接部の構造部分の他の例を示している。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の円形部分「ｂ」をさらに拡大して示している。

これらの図５（Ａ）、（Ｂ）に示す例では、キャスク本体２のシール溶接用リップ１１が、周壁２ａの開口部側の端面に形成されている。そして、保持枠１７の内周面側には、このキャスク本体２のシール溶接用リップ１１と燃料キャスク保管時に互いに接する部位に対応して、保持枠側シール溶接用突起（リップ）２１が設けられている。このような構成によって、シール溶接用リップ１１，２１同士が互いに溶接され、これによりシール溶接部２２が形成される。

以上の構成において、本実施形態では、さらに図６に示すように、気密空間２０に接続されるサンプリング装置２３が設けられている。すなわち、保持枠１７を貫通して気密空間の内外を連通するサンプリング配管２４が設けられ、このサンプリング配管２４に、気密空間内の圧力、温度、気体の種類、および放射性物質の１以上を検出するサンプリング装置が接続されている。具体的には、気密空間２０に、これを漏えい検出空間として貯蔵架台１４の任意の位置、例えば保持枠１７の円筒状の胴部に漏えい検知を行うための架台側サンプリング配管２４（２４ａ）が付設され、着脱可能な接続バルブ２５およびサンプリング装置側サンプリング配管２４（２４ｂ）を介してサンプリング装置２３が接続されている。

このサンプリング装置２３は、漏えい検知空間である気密空間２０内のガスを吸引して、漏えいを検出できるように、真空ポンプなどの吸引装置を備えている。そして、ガス中に放出された放射性物質の検出を行うことができる計測器類、圧力の検出装置、キャスク本体内部に充填されているヘリウムガス等の不活性ガスを検出するリーク検出器、温度計測器等を搭載している。そして、キャスク本体２と二次蓋６ｂとで形成する密封境界からの放射性物質の漏えいを、多方面から検出することができるようになっている。勿論、必要に応じ、計測器類を増減することが可能である。

サンプリング装置２３は、密封を保ちながら、架台側サンプリング配管２４ａに接続できればよい。なお、固定配管を介して常時接続して置くこと、例示のように着脱可能として置くこと、あるいは、着脱可能な接続バルブを介して常時接続すること等が可能である。

また、多数の燃料キャスク１の貯蔵に当たっては、一つのサンプリング装置２３に各々の気密空間２０からの配管を順次つなぎ代えて漏えい検出を行うことも可能である。

なお、サンプリング装置２３には、各々の気密空間２０に近接することができるように、車輪を設け、可般式とすることが望ましい。

さらに、サンプリング装置２３は、検出データの定期的な取込み機能、または異常検出時に警報を出力する機能を備えている。

次に、本実施形態の燃料キャスク保管方法について説明する。

まず、燃料キャスク１の蓋側である上端側を下に向けた状態で、貯蔵架台１４に装着し、トラニオン９を貯蔵架台１４のキャスク支持部に搭載して固定し、倒立保持状態とする。

次に、キャスク本体２と貯蔵架台１４とで形成される狭い隙間に形成されたシール溶接用リップ１１，２１の先端をシール溶接することにより、キャスク本体２と二次蓋６ｂと貯蔵架台１４とで漏えい検出用の気密空間２０を形成する。

この気密空間２０に架台側サンプリング配管２４ａと着脱可能な接続バルブ２５およびサンプリング装置側サンプリング配管２４ｂを介してサンプリング装置２３を接続し、この気密空間２０内には、キャスク本体２内部に充填された不活性ガス以外の不活性ガスを充填する。気密空間２０内は、真空もしくは空気としておくことも可能であり、いずれにしても密封を保ちながら、蓋用金属シールからの微量の放射性物質を含むガスの漏えいを検知できることを条件とする。

以上のように、本実施形態では、燃料キャスク１を、保管場所の床上に固定配置される基台１６に固定保持する燃料キャスク保管方法であって、下向きとなったキャスク本体２の二次蓋６ｂの下面側に気密空間２０を形成し、この気密空間２０内の圧力、温度、気体の種類、および放射性物質の１以上を検出しつつ、燃料キャスク１を保管するものである。

なお、密封空間２０の圧力および漏洩放射性物質検知結果を常時監視するシステムを具備し、異常があった場合には、警報を発するとともに、データを定期的に保存用計算機に取込み異常の診断および予防に役立てることが望ましい。

また、本発明においては、ガスサンプリングシステムを、貯蔵架台１４と別置きのユニットとすることが望ましい。

本実施形態によれば、漏えい検出システムを用いることにより、保管中のキャスクのキャスク本体２と一次蓋６ａおよび二次蓋６ｂにより形成される密封境界部からのキャスク保管期間中の放射性物質を含む充填ガスの漏えいを、確実に検出することができるとともに、放射性物質の漏えいの拡大を防止することができる。

また、このような漏えい検出方法を用いれば、これまで密封境界の健全性を確認するために一次蓋６ａと二次蓋６ｂとで形成する蓋間空間の圧力を監視するために、この空間まで二次蓋６ｂを穿孔し、二次蓋６ｂに圧力変動の検出装置を取付けていたものを、特別に設置する必要が無くなり、漏えい可能ルートの減少による信頼性の向上を図ることができる。

また、漏えいの可能性のある蓋部を全て密封空間内に収納するため、実際に漏えいが発生した際に、そのまま空間に放射性物質が流れ出ることが無く、安全性を向上できる。

さらに、サンプリング装置２３を順次つなぎ代えて漏えい検出を行うことが可能であり、キャスク各々に圧力検出装置を設ける従来の技術に対して経済性の向上が図れる。

さらに加えて、サンプリング装置２３は、放射性物質のみならず、圧力や温度等の多くの検出器を設置することが可能であり、漏えい検出の確率を、キャスク密封境界部を傷めることなく向上させることができる。

本発明の一実施形態による燃料キャスク保管装置を示す縦断面図（図２のＡ−Ａ線断面図）。 本発明の一実施形態による燃料キャスク保管装置を構成を示す平面図。 本発明の一実施形態による燃料キャスクの構成を示す縦断面図。 本発明の一実施形態によるサンプリングの一例を示す模式図。 （Ａ）は、本発明の一実施形態によるシール溶接部の構造部分の一例を示す拡大断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の円形部分「ｂ」の拡大図。 （Ａ）は、本発明の一実施形態によるシール溶接部の構造部分の他の例を示す拡大断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の円形部分「ｂ」の拡大図。 従来の燃料キャスクの構成を示す縦断面図。

符号の説明

１ 燃料キャスク
２ キャスク本体
２ａ 周壁
３ 中性子遮蔽体
４ 開口部
４ａ 第１段開口部
４ｂ 第２段開口部
５ 使用済燃料
６ 蓋
６ａ 一次蓋
６ｂ 二次蓋
７ａ，７ｂ 蓋用金属シール
９ トラニオン
１０ 締結具
１１ シール溶接用突起
１２ 窪み
１３ 保管装置
１４ 貯蔵架台
１５ 保管場所の床
１６ 基台
１７ 保持枠
１８ 固定部
１９ キャスク支持部
２０ 気密空間
２１ 保持枠側シール溶接用突起（リップ）
２２ シール溶接部
２３ サンプリング装置
２４ サンプリング配管
２４ｂ 架台側サンプリング装置側サンプリング配管
２４ｂ サンプリング装置側サンプリング配管
２５ 接続バルブ
２６ 車輪

Claims (6)

1. 周壁部および底壁部が一体に構成され、上端部が開口する縦型円筒状のキャスク本体と、このキャスク本体の上端開口部内に装着された一次蓋および二次蓋からなる二重蓋とを有し、内部収納物および充填気体の密封を保証する燃料キャスクと、この燃料キャスクを倒立させた状態で下方から垂直に固定支持する貯蔵架台とを備え、前記貯蔵架台は、保管場所の床上に固定配置される基台と、この基台上に設けられ、下向きとなった前記キャスク本体の下端部外周面を嵌合保持する保持枠とを有し、前記燃料キャスクの前記貯蔵架台への保管状態において、前記基台の上面側と、前記保持枠の内周面側と、前記燃料キャスクの二次蓋下面側とに面する気密空間が形成されることを特徴とする燃料キャスク保管装置。
2. 前記キャスク本体の開口部側における周壁の外周面もしくは外端面と、前記保持枠の内周面側とに、前記燃料キャスク保管時に互いに接するシール溶接用突起をそれぞれ設け、これらシール溶接用突起同士の溶接部により、前記気密空間の上隅部を気密シールした請求項１記載の燃料キャスク保管装置。
3. 前記気密空間内の圧力を、前記燃料キャスク内の充填ガス圧力よりも低圧とした請求項１記載の燃料キャスク保管装置。
4. 前記保持枠を貫通して前記気密空間の内外を連通するサンプリング配管を備え、このサンプリング配管に、前記気密空間内の圧力、温度、気体の種類、および放射性物質の１以上を検出するサンプリング装置を接続した請求項１記載の燃料キャスク保管装置。
5. 前記サンプリング装置は、検出データの定期的な取込み機能、または異常検出時に警報を出力する機能を備えた請求項４記載の燃料キャスク保管装置。
6. 周壁部および底壁部が一体に構成され、上端部が開口する縦型円筒状のキャスク本体と、このキャスク本体の上端開口部内に装着された一次蓋および二次蓋からなる二重蓋とを有し、内部収納物および充填気体の密封を保証する燃料キャスクを、保管場所の床上に固定配置される基台に倒立状態で固定保持する燃料キャスク保管方法であって、前記燃料キャスクの下向きとなった前記二次蓋の下面側を囲む配置で気密空間を形成し、この気密空間内の圧力、温度、気体の種類、および放射性物質の１以上を検出しつつ、前記燃料キャスクを保管することを特徴とする燃料キャスク保管方法。

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