JP2008292251A - バスケット構造および使用済燃料キャスク - Google Patents

Abstract

【課題】格子組立の形状を保持する機能、およびキャスクに熱を伝達させる機能を果たしつつ必要な物量を大幅に削減することができ、低コストで高い性能を持つバスケット構造、並びに使用済燃料キャスクを提供すること。
【解決手段】本発明の使用済燃料キャスクのバスケット構造５０は、使用済燃料キャスク本体６０内に配置され、使用済燃料を収納する複数の燃料収納室Ｒを構成している。バスケット構造５０は、燃料収納格子１と、燃料収納格子１を支持し、耐食性鋼からなる支持部材１０と、燃料収納格子１の外縁に当接され、アルミニウム合金からなるとともに、使用済燃料から発生した崩壊熱を使用済燃料キャスク本体に伝達する伝熱ブロック３０と、を備えている。燃料収納格子１は、ボロン添加アルミニウム合金からなる枠板４，６と、ステンレス鋼からなる枠板間構造体３，５と、を重ね合わせて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料収納格子の形状を保持する機能、および、使用済燃料キャスク本体に熱を伝達させる機能を果たすバスケット構造、および当該バスケット構造を備えた使用済燃料キャスクに関する。

図８に示すように、使用済燃料用キャスクは、使用済燃料キャスク本体６０と、当該使用済燃料キャスク本体６０内に配置され、使用済燃料を収納する複数の燃料収納室を構成するバスケット構造５０と、を備えている。このような使用済燃料キャスクは、その用途に応じて全使用期間を通じての構造健全性や内部雰囲気の密封性を確保するとともに、そのバスケット構造５０により使用済燃料装荷時の未臨界性の確保や、崩壊熱による燃料の過熱による破損に至らないよう伝熱性を確保する必要がある。

このような使用済燃料用キャスクのバスケット構造として、使用済燃料容器内に配置されて内部に使用済燃料を収納する複数の格納室が形成された使用済燃料容器用バスケット構造であって、使用済燃料を挿入可能な格納室形成用の角筒材を複数本それぞれの面を合わせて積層配置された角筒集合体と、これらの角筒集合体の外周部を覆い角筒材を固定するサポート部材と、この角筒材集合体の上面に取り付けられて角筒材にそれぞれ連通する挿入口が形成された上板と、角筒集合体の下面に取り付けられた底板とで構成されたことを特徴とする使用済燃料容器用バスケット構造というものがある（例えば、特許文献１参照）
特開平９−１５９７９６号公報

しかしながら、実機に適用するに当たっては重量制限があるため、特許文献１に開示されているバスケット構造のほとんどの部材を、ボロン添加アルミニウム（以下Ｂ−Ａｌ）を含むアルミニウム合金などの軽合金で製作する必要があり、材料費がかかり高コストとなってしまう。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、格子組立の形状を保持する機能、およびキャスクに熱を伝達させる機能を果たしつつ、必要な物量を大幅に削減することができ、低コストで高い性能を持つバスケット構造、並びに当該バスケット構造を備えた使用済燃料キャスクを提供することを目的とする。

本発明は、使用済燃料キャスク本体内に配置され、使用済燃料を収納する複数の燃料収納室を構成するバスケット構造において、
ボロン添加アルミニウム合金からなる枠板と、当該枠板を支持するとともに、ステンレス鋼からなる枠板間構造体と、を重ね合わせて構成される燃料収納格子と、
前記燃料収納格子を支持するとともに、耐食性鋼からなる支持部材と、
燃料収納格子の外縁に設けられ、アルミニウム合金からなるとともに、使用済燃料から発生し燃料収納格子を介して伝達された崩壊熱を使用済燃料キャスク本体に伝達する伝熱ブロックと、
を備えたことを特徴とする使用済燃料キャスクのバスケット構造である。

本発明は、前記燃料収納格子の枠板が、第一枠板と、当該第一枠板よりも大きさの小さい第二枠板とを有し、
前記燃料収納格子の枠板間構造体が、第一枠板間構造体と、当該第一枠板間構造体よりも大きさの小さい第二枠板間構造体とを有し、
前記第一枠板が、複数の枠板穴部を有し、
前記第一枠板間構造体が、前記枠板穴部に対向して配置される複数の枠板間構造体穴部を有し、
前記第二枠板が、前記枠板穴部および前記枠板間構造体穴部内に挿入される複数の枠板凸部を有し、
前記第二枠板間構造体が、前記枠板穴部および前記枠板間構造体穴部内に挿入される複数の枠板間構造体凸部を有し、
前記第二枠板が、枠板凸部が対応する枠板穴部および枠板間構造体穴部内に挿入されることによって、第一枠板および第一枠板間構造体に固定され、
前記第二枠板間構造体が、枠板間構造体凸部が対応する枠板穴部および枠板間構造体穴部内に挿入されることによって、第一枠板および第一枠板間構造体に固定されることを特徴とする使用済燃料キャスクのバスケット構造である。

本発明は、前記燃料収納格子の枠板間構造体が、垂直方向に延在する縦断部材と、水平方向に延在する横断部材とからなることを特徴とする使用済燃料キャスクのバスケット構造である。

本発明は、前記支持部材が、使用済燃料を挿入する装荷穴を有する上部支持板と、燃料収納格子を下方から保持する下部支持板と、上部支持板および下部支持板を連結するパイプ状または棒状の接続部材と、接続部材に連結されるとともに、水平方向に延在し、燃料収納格子を支持する横断支持部材と、横断支持部材に連結され、垂直方向に延在する縦断支持部材と、を有し、
当該支持部材が、耐食性材料からなることを特徴とする使用済燃料キャスクのバスケット構造である。

本発明は、使用済燃料キャスク本体と、
当該使用済燃料キャスク本体内に配置され、使用済燃料を収納する複数の燃料収納室を構成するバスケット構造と、を備え、
使用済燃料キャスク本体が、内面に、バスケット構造を固定し位置決めする複数の固定部材を有し、
バスケット構造が、
ボロン添加アルミニウム合金からなる枠板と、当該枠板を支持するとともに、ステンレス鋼からなる枠板間構造体と、を重ね合わせて構成される燃料収納格子と、
前記燃料収納格子を支持するとともに、耐食性鋼からなる支持部材と、
前記支持部材によって燃料収納格子の外縁に当接され、アルミニウム合金からなるとともに、使用済燃料から発生し燃料収納格子を介して伝達された崩壊熱を使用済燃料キャスク本体に伝達する伝熱ブロックと、を有することを特徴とする使用済燃料キャスクである。

本発明によれば、ボロン添加アルミニウム合金からなる枠板と当該枠板を支持するとともにステンレス鋼からなる枠板間構造体とを重ね合わせて構成される燃料収納格子と、燃料収納格子の外縁に当接されアルミニウム合金からなる伝熱ブロックと、によって、格子組立の形状を保持する機能およびキャスクに熱を伝達させる機能を果たしつつ必要な物量を大幅に削減することができ、低コストで高い性能を持つバスケット構造を提供することができる。また、当該バスケット構造を備えた使用済燃料キャスクを提供することもできる。

発明を実施するための形態

第１の実施の形態
以下、本発明に係る使用済燃料キャスクのバスケット構造の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図４は本発明の第１の実施の形態を示す図である。

本実施の形態の使用済燃料キャスクのバスケット構造５０は、使用済燃料キャスク本体内に配置され、使用済燃料を収納する複数の燃料収納室Ｒを構成している（図１乃至図３参照）。

また、図１乃至図３に示すように、使用済燃料キャスクのバスケット構造５０は、ボロン添加アルミニウム合金からなる枠板４，６（以下、Ｂ−Ａｌ枠板４，６と示す）と、当該Ｂ−Ａｌ枠板４，６を支持するとともに、ステンレス鋼からなる枠板間構造体３，５と、を重ね合わせて構成される燃料収納格子１（以下、格子組立１と示す）と、格子組立１を外側から拘束して支持するとともに、耐食性鋼からなる支持部材１０（以下、支持部組立１０と示す）と、を備えている。

なお、支持部組立１０の材料として使用される耐食性鋼としては、例えば、ステンレス鋼、低合金鋼や耐食性皮膜を施した鋼などが挙げられる。

また、図１および図２に示すように、格子組立１の外縁には、アルミニウム合金からなるとともに、使用済燃料から発生し格子組立１を介して伝達された崩壊熱を使用済燃料キャスク本体に伝達する伝熱ブロック３０が設けられている。なお、この伝熱ブロック３０は、後述する支持部組立１０の接続部材１２によって支持され、格子組立１に当接されている（図３参照）。

また、図１乃至図３に示すように、格子組立１のＢ−Ａｌ枠板４，６は、第一枠板４（以下、Ｂ−Ａｌ枠板（大）４と示す）と、当該Ｂ−Ａｌ枠板（大）４よりも大きさの小さい第二枠板６（以下、Ｂ−Ａｌ枠板（小）６と示す）とを有している。また、図１乃至図３に示すように、格子組立１の枠板間構造体３，５は、第一枠板間構造体３（以下、枠板間構造体（大）３と示す）と、当該枠板間構造体（大）３よりも大きさの小さい第二枠板間構造体５（以下、枠板間構造体（小）５と示す）とを有している。

また、図３および図４に示すように、支持部組立１０は、使用済燃料を挿入する装荷穴を有する上部支持板１５と、格子組立１を下方から保持する下部支持板１６と、上部支持板１５および下部支持板１６を連結するパイプ状または棒状の接続部材１２と、接続部材１２に連結されるとともに、水平方向に延在し、格子組立１を支持する横断支持部材１４と、横断支持部材１４に連結され、垂直方向に延在する縦断支持部材１３と、を有している。

また、図１乃至図３に示すように、格子組立１において、枠板間構造体（大）３および枠板間構造体（小）５に対して、装荷される使用済燃料と接する側にＢ−Ａｌ枠板（大）４およびＢ−Ａｌ枠板（小）６が設けられ、Ｂ−Ａｌ枠板（大）４およびＢ−Ａｌ枠板（小）６が燃料収納室Ｒの壁面を構成している。

また、図１乃至図３において、枠板間構造体（大）３および枠板間構造体（小）５は、Ｂ−Ａｌ枠板（大）４およびＢ−Ａｌ枠板（小）６で区切られて構成される燃料収納室Ｒ間のスペースに、燃料収納室Ｒ同士の間の隙間寸法を保って未臨界性を担保するように設置される。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。

図１乃至図３に示すように、格子組立１は、ステンレス鋼からなる枠板間構造体（大）３および枠板間構造体（小）５によって、その骨格（基盤）が構成されているので、高い強度を持っている。

また、図１乃至図３に示すように、格子組立１は耐食性鋼からなる支持部組立１０によって外側から拘束して支持されているので、格子組立１の全体の形状を安定した状態で維持することができる。

また、図１乃至図３において、Ｂ−Ａｌ枠板（大）４およびＢ−Ａｌ枠板（小）６はボロンを含有している中性子吸収材である。そして、枠板間構造体（大）３および枠板間構造体（小）５によって、燃料収納室Ｒ同士の間の隙間寸法が保たれ、かつ、支持部組立１０によって格子組立１の全体の形状が維持されているので、燃料収納室Ｒに収納された使用済燃料が臨界となることを防止することができる。

また、図１乃至図３において、Ｂ−Ａｌ枠板（大）４、Ｂ−Ａｌ枠板（小）６、枠板間構造体（大）３、および枠板間構造体（小）５をから構成される格子組立１は、これらの部材によって伝熱パスを確保している。

そして、図１および図２に示すように、この格子組立１の外縁には、アルミニウム合金からなるとともに、使用済燃料キャスク本体に接触された伝熱ブロック３０が、支持部組立１０の接続部材１２によって支持され当接されているので、使用済燃料から発生した崩壊熱を、格子組立１を介して使用済燃料キャスク本体に伝達し、外部に放熱することができる。

また、従来では、バスケット構造と使用済燃料キャスク本体との間の空間のすべてをサポート部材で満たすことによって、格子組立の形状を保持するとともに、使用済燃料からの崩壊熱をバスケット構造から使用済燃料キャスク本体に伝達していた。

これに対して、本発明によれば、図１乃至図３に示すように、ステンレス鋼からなる枠板間構造体３，５と耐食性鋼からなる支持部組立１０とによって、格子組立１の形状を保持し、かつ、伝熱ブロック３０によって、使用済燃料からの崩壊熱をバスケット構造５０から使用済燃料キャスク本体に伝達することができる。

すなわち、本発明によれば、枠板間構造体３，５および支持部組立１０に、格子組立１の形状を保持する機能を果たさせ、伝熱ブロック３０に、バスケット構造５０から使用済燃料キャスク本体に熱を伝達させる機能を果たさせることができる。この結果、これらの機能を果たすのに必要な物量を大幅に削減することができ、低コストで高い性能のバスケット構造５０を得ることができる。

ところで、図１乃至図３に示すように、格子組立１において、枠板間構造体（大）３および枠板間構造体（小）５に対して、装荷される使用済燃料と接する側にＢ−Ａｌ枠板（大）４およびＢ−Ａｌ枠板（小）６が設けられ、Ｂ−Ａｌ枠板（大）４およびＢ−Ａｌ枠板（小）６が燃料収納室Ｒの壁面を構成し、使用済燃料に直接面して配置されていることから、高い伝熱性能を実現することができる。

また、図３および図４に示すように、支持部組立１０は、上部支持板１５と、格子組立１を下方から保持する下部支持板１６と、上部支持板１５および下部支持板１６を連結する接続部材１２と、水平方向に延在する横断支持部材１４と、垂直方向に延在する縦断支持部材１３と、から構成されている。また、支持部組立１０は、例えば、ステンレス鋼、低合金鋼や耐食性皮膜を施した鋼などの耐食性鋼から構成されている。

このため、バスケット構造５０の支持部組立１０を製造するにあたり、高価なアルミ合金の使用量を大幅に削減することができるだけでなく、十分な高温強度や耐食性を有した支持部組立１０を提供することができる。

第２の実施の形態
次に、図５により、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５に示す第２の実施の形態は、枠板間構造体（大）３が、バスケット構造５０に要求される強度から適切に計算した形状および寸法を満足する、垂直方向に延在する縦断部材４１と、水平方向に延在する横断部材４２とからなっている。また、枠板間構造体（小）５も、バスケット構造５０に要求される強度から適切に計算した形状および寸法を満足する、垂直方向に延在する縦断部材４１と、水平方向に延在する横断部材４２とからなっている。その他の構成は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。

図５に示す第２の実施の形態において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示すように、枠板間構造体（大）３および枠板間構造体（小）５が、垂直方向に延在する縦断部材４１と、水平方向に延在する横断部材４２とからなっている。このため、格子組立１を製造するにあたり、枠板間構造体（大）３および枠板間構造体（小）５に用いられるステンレス鋼板使用量を削減することできるため、さらに低コストで格子組立１を得ることができる。

第３の実施の形態
次に、図６により、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６に示す第３の実施の形態は、Ｂ−Ａｌ枠板（大）４が複数の枠板穴部４ａを有し、枠板間構造体（大）３がＢ−Ａｌ枠板（大）４の枠板穴部４ａに対向して配置される複数の枠板間構造体穴部３ａを有している。また、Ｂ−Ａｌ枠板（小）６が、枠板穴部４ａおよび枠板間構造体穴部３ａ内に挿入される複数の枠板凸部６ａを有し、枠板間構造体（小）５が、枠板穴部４ａおよび枠板間構造体穴部３ａ内に挿入される複数の枠板間構造体凸部５ａを有している。その他の構成は図５に示す第２の実施の形態と略同一である。

図６に示す第３の実施の形態において、図５に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図６に示すように、Ｂ−Ａｌ枠板（小）６の枠板凸部６ａを対応する枠板穴部４ａおよび枠板間構造体穴部３ａ内に挿入することによって、Ｂ−Ａｌ枠板（小）６をＢ−Ａｌ枠板（大）４および枠板間構造体（大）３に固定することができる。また、枠板間構造体（小）５の枠板間構造体凸部５ａを対応する枠板穴部４ａおよび枠板間構造体穴部３ａ内に挿入することによって、枠板間構造体（小）５をＢ−Ａｌ枠板（大）４および枠板間構造体（大）３に固定することができる。そして、この様にして組み合わされた格子組立１全体を、支持部組立１０により拘束することによってバスケット構造５０が構成されている。

このため、本実施の形態によれば、格子組立１を組み立てる際に、溶接などを用いる必要がなく、物量および組立工数を大幅に削減することができる。この結果、さらに低コストで格子組立１を製造することができる。

なお、当然ながら、Ｂ−Ａｌ枠板４，６および枠板間構造体３，５から格子組立１を組み立てる際に、必要に応じて、溶接したり機械的締め付けたりしてもよい。このような方法を用いて格子組立１を構成することによって、より安定したバスケット構造５０を得ることができる。

第４の実施の形態
次に、図７により、本発明の第４の実施の形態について説明する。図７に示す第４の実施の形態は、使用済燃料キャスク本体６０と、当該使用済燃料キャスク本体６０内に配置され、使用済燃料を収納する複数の燃料収納室Ｒを構成するバスケット構造５０と、を備えた使用済燃料キャスクである。ここで、使用済燃料キャスク本体６０は、内面に、バスケット構造５０を固定し位置決めする複数の固定部材６１を有している。また、バスケット構造５０は、第１の実施の形態に示された構成からなっている。

図７に示す第４の実施の形態において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図７において、固定部材６１は、使用済燃料キャスク本体６０に、強固に取り付けまたは成型加工により形成されている。また、図７に示すように、使用済燃料キャスク本体６０に近接した格子組立１の横断支持部材１４が固定されて位置決めされている。このため、バスケット構造５０が使用済燃料キャスク本体６０に対して回転することを防止することができ、かつ格子組立１が過大に変形することを防止することができる。

なお、固定部材６１は、使用済燃料キャスク本体６０の内面で略均一になるようにして配置されている。このため、使用済燃料キャスク本体６０がバスケット構造５０を支持するにあたり、使用済燃料キャスク本体６０に加わる荷重を種々の方向に均一に分散することができる。この結果、使用済燃料キャスクの信頼性を高めることができる。

本発明の第１の実施の形態による使用済燃料キャスクのバスケット構造の横断面図。 図１の一部を拡大した拡大図。 本発明の第１の実施の形態による使用済燃料キャスクのバスケット構造の別の横断面を示す横断面図。 本発明の第１の実施の形態による使用済燃料キャスクのバスケット構造の側面図。 本発明の第２の実施の形態による使用済燃料キャスクのバスケット構造の組立方を説明するための斜視図。 本発明の第３の実施の形態による使用済燃料キャスクのバスケット構造の斜視図。 本発明の第４の実施の形態による使用済燃料キャスクの横断面を示す横断面図。 従来のバスケット構造および使用済燃料キャスク本体の縦断面を縦断面図。

符号の説明

１ 燃料収納格子（格子組立）
３ 第一枠板間構造体（枠板間構造体（大））
３ａ 枠板間構造体穴部
４ 第一枠板（Ｂ−Ａｌ枠板（大））
４ａ 枠板穴部
５ 第二枠板間構造体（枠板間構造体（小））
５ａ 枠板間構造体凸部
６ 第二枠板（Ｂ−Ａｌ枠板（小））
６ａ 枠板凸部
１０ 支持部材（支持部組立）
１２ 接続部材
１３ 縦断支持部材
１４ 横断支持部材
１５ 上部支持板
１６ 下部支持板
３０ 伝熱ブロック
４１ 縦断部材
４２ 横断部材
５０ バスケット構造
６０ 使用済燃料キャスク本体
Ｒ 燃料収納室

Claims (5)

1. 使用済燃料キャスク本体内に配置され、使用済燃料を収納する複数の燃料収納室を構成するバスケット構造において、
   ボロン添加アルミニウム合金からなる枠板と、当該枠板を支持するとともに、ステンレス鋼からなる枠板間構造体と、を重ね合わせて構成される燃料収納格子と、
   前記燃料収納格子を支持するとともに、耐食性鋼からなる支持部材と、
   燃料収納格子の外縁に設けられ、アルミニウム合金からなるとともに、使用済燃料から発生し燃料収納格子を介して伝達された崩壊熱を使用済燃料キャスク本体に伝達する伝熱ブロックと、
   を備えたことを特徴とする使用済燃料キャスクのバスケット構造。
2. 前記燃料収納格子の枠板は、第一枠板と、当該第一枠板よりも大きさの小さい第二枠板とを有し、
   前記燃料収納格子の枠板間構造体は、第一枠板間構造体と、当該第一枠板間構造体よりも大きさの小さい第二枠板間構造体とを有し、
   前記第一枠板は、複数の枠板穴部を有し、
   前記第一枠板間構造体は、前記枠板穴部に対向して配置される複数の枠板間構造体穴部を有し、
   前記第二枠板は、前記枠板穴部および前記枠板間構造体穴部内に挿入される複数の枠板凸部を有し、
   前記第二枠板間構造体は、前記枠板穴部および前記枠板間構造体穴部内に挿入される複数の枠板間構造体凸部を有し、
   前記第二枠板は、枠板凸部が対応する枠板穴部および枠板間構造体穴部内に挿入されることによって、第一枠板および第一枠板間構造体に固定され、
   前記第二枠板間構造体は、枠板間構造体凸部が対応する枠板穴部および枠板間構造体穴部内に挿入されることによって、第一枠板および第一枠板間構造体に固定されることを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料キャスクのバスケット構造。
3. 前記燃料収納格子の枠板間構造体は、垂直方向に延在する縦断部材と、水平方向に延在する横断部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料キャスクのバスケット構造。
4. 前記支持部材は、使用済燃料を挿入する装荷穴を有する上部支持板と、燃料収納格子を下方から保持する下部支持板と、上部支持板および下部支持板を連結するパイプ状または棒状の接続部材と、接続部材に連結されるとともに、水平方向に延在し、燃料収納格子を支持する横断支持部材と、横断支持部材に連結され、垂直方向に延在する縦断支持部材と、を有し、
   当該支持部材は、耐食性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の使用済燃料キャスクのバスケット構造。
5. 使用済燃料キャスク本体と、
   当該使用済燃料キャスク本体内に配置され、使用済燃料を収納する複数の燃料収納室を構成するバスケット構造と、を備え、
   使用済燃料キャスク本体は、内面に、バスケット構造を固定し位置決めする複数の固定部材を有し、
   バスケット構造は、
   ボロン添加アルミニウム合金からなる枠板と、当該枠板を支持するとともに、ステンレス鋼からなる枠板間構造体と、を重ね合わせて構成される燃料収納格子と、
   前記燃料収納格子を支持するとともに、耐食性鋼からなる支持部材と、
   前記支持部材によって燃料収納格子の外縁に当接され、アルミニウム合金からなるとともに、使用済燃料から発生し燃料収納格子を介して伝達された崩壊熱を使用済燃料キャスク本体に伝達する伝熱ブロックと、を有することを特徴とする使用済燃料キャスク。

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