JP5894877B2 - バスケットおよびキャスク - Google Patents

Description

本発明は、使用済みＰＷＲ燃料用のキャスク、およびそのキャスクに用いられるバスケットに関する。

わが国では、原子力発電所で使用された燃料は、炉心より取出されて使用済燃料プール等に一時保管され、崩壊熱による発熱を低減させるために冷却される。ここで所定の期間冷却された燃料は、再処理工場に搬出された後に再処理され、ウランとプルトニウムを再資源として取出し、新たな燃料として再利用される計画である。

原子力発電所で発生する使用済燃料は増加の一途をたどり、再処理工場が稼動しても国内で発生する使用済燃料は再処理工場の処理容量を上回ることから、再処理されるまでの間、使用済燃料を適切に貯蔵、管理する必要がある。使用済燃料を原子力発電所内あるいは発電所外にて貯蔵、管理する方法としては、金属キャスク貯蔵、ボールト貯蔵、サイロ貯蔵、コンクリートキャスク貯蔵、等の乾式貯蔵方式、および水プールの湿式貯蔵方式の各方式がある。この中でも、コストと長期に亘る安定貯蔵を考えた場合に乾式貯蔵が注目されている。

日本の商業炉には、おもに、加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)と、沸騰水型軽水炉(ＢＷＲ)がある。ＰＷＲ燃料は、ＢＷＲ燃料と比較して、燃料集合体１ 体あたりの燃料棒本数が多く、燃料集合体の寸法が大きいことから、反応度が高く臨界になりやすい。このため、加圧水型燃料の収納バスケットでは、未臨界維持機能を高めるために、燃料集合体間に所定厚さの水を充満させるギャップを確保する場合がある。

加圧水型軽水炉の使用済み燃料収納バスケットとして、中空の板材に切り込み部を設け、この切り込み部で板材を互いに交差し嵌め合わせて軸方向に格子状に積み上げてバスケットを構成する方式が提案されている(例えば、特許文献１参照)。

使用済みＰＷＲ燃料用キャスクのバスケットには、使用済み燃料から作用する荷重に耐えうる強度性能と、使用済み燃料から発生する崩壊熱を容器外部に伝える除熱性能と、使用済燃料から放出された中性子を吸収する性能と、バスケットの形状を保ち使用済み燃料が必要以上に近接して臨界を起こさないための未臨界性能が要求される。

これらのうち、特に強度性能は、バスケット形状を保ち、キャスクの落下等の万一の事故においても使用済み燃料が臨界を起こさないようにする上で重要である。また、除熱性能の向上は、使用済燃料のクリープ破壊を防止する上で重要となる。このようなバスケット構造としては、組み立てに特殊な技能を必要としない、上記構造のバスケットが好ましい。

特許第３１５０６７６号公報

しかしながら、上記構造においては、バスケット板の長辺に切り込みを設け、その切り込み部で互いに交差して嵌め合うようにしている。そのため、バスケット板の切り込み部に相当する板幅、すなわち、バスケット板の長辺端から１／２の板幅の部分は切り込みによって分離されることから、その分、バスケットの強度を補うことが望ましい。また、バスケット板を介して使用済み燃料の崩壊熱を容器外部に伝熱する際、バスケット板の切り込み部において熱伝達経路の断面積が小さくなるため、これを補い伝熱性能を向上させることが望まれていた。

請求項１の発明は、加圧水型軽水炉の使用済み燃料集合体を貯蔵するためのキャスクに収納され、燃料集合体が収納される収納区画が複数形成されたバスケットであって、両長辺に複数の窪みが所定間隔で形成された矩形板状の第１のバスケット壁材を、キャスクの第１の径方向に複数配置して成る第１の壁材群と、両長辺に複数の窪みが前記所定間隔で形成された矩形板状の第２のバスケット壁材を第１の径方向と直交する第２の径方向に複数配置して成る第２の壁材群とが、窪み同士が差し込まれるように交互に積層配置された積層体と、第１および２のバスケット壁材のいずれか一方を貫通すると共に、そのバスケット壁材の窪みに差し込まれた他方のバスケット壁材の長辺端部に配置される連通部材と、を備え、第１および２のバスケット壁材の各々は、片面に形成された凸部と窪みを構成する切り欠きとを有する一対の矩形仕切り板を、凸部が形成された面が互いに対向するように隙間を空けて対向配置して構成され、連通部材は、前記他方のバスケット壁材に接触してそれを支持するように隙間に配置されていることを特徴とする。
請求項９の発明は、加圧水型軽水炉の使用済み燃料集合体を貯蔵するためのキャスクであって、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のバスケットと、円筒状内周面の軸方向に溝が形成され、該溝にバスケット壁材の長手方向端部が挿入されるようにバスケットが収納されるγ線遮蔽用胴本体と、γ線遮蔽用胴本体の外周側に設けられた中性子遮蔽体と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、バスケット壁材を積層配置して成るバスケットの構造強度特性および伝熱特性を向上させることができる。

キャスク１の全体構造を示す図であり、一部を断面図とした斜視図である。 キャスク１の断面図である。 バスケット板２０の、長手方向端部を含む一部を示した斜視図である。 仕切り板２００を示す図である。 バスケット２の組立手順を説明する図であり、１段目のバスケット板群を示す。 ２段目のバスケット板群の組み付けを説明する図である。 連通部材１９の組み付けを説明する図である。 ３段目のバスケット板群の組み付けを説明する図である。 ３段目のバスケット板群に貫通される連通部材１９の組み付けを説明する図である。 端部カバー３４を説明する図である。 溝３０内に挿入されたバスケット板２０の端部の横断面図である。 積層体２Ａの課題を説明する図である。 図９のＤ−Ｄ断面図である。 第１の実施の形態の第１の変形例を示す図である。 第１の実施の形態の第２の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図である。 第２の実施形態の変形例を示す図である。 端部閉塞構造の他の例を示す図である。 冷却水抜き孔の例を示す図である。 凸部２０２の変形例を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施形態−
図１は、本発明の使用済燃料用キャスクの一実施形態を示す斜視図である。図１では、内部構造を示すために一部を断面とした。また、図２は、図１に示したキャスク１を、その軸方向に垂直な面で断面した断面図である。

キャスク１は、加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)で使用された燃料集合体７の貯蔵または輸送に使用するものであり、胴本体（内筒）３とバスケット２とが備えられている。胴本体３は、使用済の燃料集合体７から発生するγ線を遮蔽する機能を有するものである。バスケット２は、胴本体３内に設けられ、燃料集合体７を収納するための複数の収納区画Ｓを形成するものである。胴本体３は、例えば合金剛製の円筒状容器であり、図１に示すように、開口側に一次蓋８、二次蓋９および三次蓋１０がボルトによってそれぞれ取り付けられている。

詳細は後述するが、バスケット２は、図２に示すように板状部材であるバスケット板２０を格子状に組み上げたものを、キャスク１の軸方向に積層したものである。各バスケット板２０の端部は、胴本体３の内周面に形成された複数の溝３０内に挿入されている。各溝３０は、胴本体３の軸方向に沿って形成されている。胴本体３の外周側には、複数の伝熱フィン５が、周方向に等間隔で配設されている。また、胴本体３と外筒６との間には、中性子遮蔽体４が充填され、これにより、燃料集合体７から発生する中性子が遮蔽されるようになっている。中性子遮蔽体４は、中性子吸収力の高いホウ素（ボロン）を多量に含む樹脂で形成されている。

図３，４は、バスケット２の壁材として用いられるバスケット板２０の構造を説明する図である。図３は、矩形板状のバスケット板２０の、長手方向端部を含む一部を示した斜視図である。図３に示すバスケット板２０は、図４に示す仕切り板２００を２枚組み合わせた合わせ板構造体である。バスケット板２０の両長辺には直角に切り込まれた様な形状の窪み２１が、所定間隔で複数形成されている。後述するように、この窪み２１には、直交するバスケット２０が差し込まれる。以下では、この窪み２１を差し込み部２１と呼ぶことにする。

図４に示すように、仕切り板２００は、一方の面は平面であるが、他方の面には、長手方向に延在する凸部２０２が短辺方向（図示上下方向）の２箇所に形成されている。また、バスケット板２０の上下の長辺には、垂直に切り欠いた切り欠き２０１が形成されている。切り欠き２０１の深さ方向寸法Ｌ２は、仕切り板２００の短辺寸法Ｌの１／４に設定されている。また、切り欠き２０１の幅寸法は、ここに差し込まれるバスケット板２０の厚さ寸法とほぼ等しく設定されている。

仕切り板２００の両長辺に形成された切り欠き２０１は、長手方向の位置が一致しており、長手方向に所定間隔（所定ピッチ）Ｌ１で複数形成されている。さらに、上下一対の切り欠き２０１の間の中央位置（短辺方向中央位置）には貫通孔２０３がそれぞれ形成されている。貫通孔２０３の長手方向の位置は、切り欠き２０１の長手方向中央の位置と一致するように形成されている。よって、隣接する貫通孔２０３の間隔は、切り欠き２０１の間隔Ｌ１と同一に設定されている。

図３に示すように、バスケット板２０は、一対の仕切り板２００を凸部２０２が向かい合わせになるように配置した、合わせ板構造になっている。図４に示す仕切り板２００において、下側の凸部２０２の位置は、貫通孔２０３に関して上側の凸部２０２の位置と上下対称な位置よりも下側にずれている。図４に示す例では、凸部２０２の短辺方向厚さの１／２だけ、対称な位置から下方にずれている。そのため、一方の仕切り板２００を上下反転して他方の仕切り板２００と合わせると、図３に示すように、凸部２０２が上下に重なるような配置となる。

上述したように、凸部２０２は短辺方向に厚さの１／２だけずれているので、２枚の仕切り板２００を合わせたとき、一方の凸部２０２の下面が、他方の凸部２０２の上面に当接する。そのため、凸部２０２を利用して、一対の仕切り板２００の上下方向の位置決めを行うことができる。その結果、切り欠き２０１同士、および貫通孔２０３同士が対向するように位置決めされる。ここで、対向する一対の切り欠き２０１はバスケット板２０の一つの差し込み部２１（窪み２１）を構成し、対向する一対の貫通孔２０３はバスケット板２０の一つの貫通孔２３を構成している。以下では、バスケット板２０に関しては、厚さ方向の一対の貫通孔２０３を貫通孔２３と呼ぶことにする。

また、一対の仕切り板２００の間の間隔（すなわち隙間寸法）は、凸部２０２の先端が対向する仕切り板２００に当接することで、所定間隔に保持される。その結果、仕切り板２００間に隙間２４ａ，２４ｂが形成される。この隙間２４ａ，２４ｂは水ギャップと呼ばれ、使用済み燃料プール内でキャスクに使用済み燃料集合体を装荷する際には、冷却水が満たされる。また、上下の隙間２４ａには後述する連通部材１９が配置される。なお、図３、４に示す例では、仕切り板２００の長辺の部分の厚さが他の部分よりも厚くなっていて、隙間２４ａの幅も狭くなっているが、厚さを一様として隙間２４ａの幅を全領域で同一とするようにしても良い。

図５〜９は、バスケット２の組立手順を説明する図である。図５は、１段目のバスケット板群を示す図である。バスケット２を組み立てる際には、まず、図５に示すように、１段目のバスケット板群を構成する複数のバスケット板２０を、第２の径方向に所定間隔Ｌ１で平行に配置する。ここで、バスケット板２０の長手方向を、バスケット２が収納される胴本体３（図１参照）の第１の径方向とした場合、複数のバスケット板２０の配置方向を第２の径方向と呼ぶことにする。第１の径方向と第２の径方向とは直交している。各バスケット板２０の対応する差し込み部２１同士、および対応する貫通孔２０３同士は、第２の径方向に沿って一直線に並ぶ。ここで、対応するとは、バスケット板２０の長手方向端部から数えて同一番目であることを意味する。

次に、図６に示すように、第２の径方向に並べられた１段目のバスケット板２０に対して、２段目のバスケット板２０を組み付ける。２段目のバスケット板２０は、第１の径方向に沿って複数配置される。２段目のバスケット板２０は、１段目のバスケット板２０の上側の差し込み部２１に２段目のバスケット板２０の下側の差し込み部２１が差し込まれるように、組み付けられる。その結果、１段目のバスケット板２０と２段目のバスケット板２０とは、差し込み部２１の部分で直角に交差した格子状に組み合わされる。このとき、２段目のバスケット板２０の貫通孔２３は、１段目のバスケット板２０の上側の隙間２４ａに対向するように配置される。

図６に示すように１段目のバスケット板２０に対して２段目のバスケット板２０を組み付けたならば、図７に示すように連通部材１９を組み付ける。連通部材１９は、１段目のバスケット板２０の隙間２４ａを通るように２段目のバスケット板２０の貫通孔２３に挿入される。連通部材１９の長さはバスケット板２０の長手方向寸法と同一に設定され、その断面形状は貫通孔２３と同様の矩形とされる。連通部材１９の幅寸法は、隙間２４ａの狭くなったところの隙間寸法と同一とされる。そのため、連通部材１９は、１段目のバスケット板２０の上側の隙間２４ａに配置されてバスケット板２０と接触するとともに、２段目の全てのバスケット板２０の貫通孔２３を貫通している。

次いで、図８に示すように、３段目のバスケット板２０を組み付ける。このとき、３段目の各バスケット板２０は、それらの下側の差し込み部２１が２段目の各バスケット板２０の上側の差し込み部２１に差し込まれるように、それぞれ組み付けられる。その結果、３段目のバスケット板２０の下側の長辺は、１段目のバスケット板２０の上側の長辺と接触する。２段目のバスケット板２０の貫通孔２３を貫通する連通部材１９は、１段目のバスケット板２０の上側の隙間２４ａと、３段目のバスケット板２０の下側の隙間２４ａとに跨るように配置される。その連通部材１９の両側面は、１段目および３段目のバスケット板２０と接触している。

その後、図９に示すように、３段目のバスケット板２０の貫通孔２３を貫通するように連通部材１９が配設される。各連通部材１９は、２段目のバスケット板２０の上側の隙間２４ａを通って、３段目の各バスケット板２０の貫通孔２３を貫通している。

以後、同様にして、第１の径方向に間隔Ｌ１で並んだ複数のバスケット板２０と、第２の径方向に間隔Ｌ１で並んだ複数のバスケット板２０とを交互に積層し、隙間２４ａおよび貫通孔２３を通るように連通部材１９を配置することにより、図１，２に示すようなバスケット２が形成される。なお、本実施の形態では、バスケット板２０を格子状に積層したものを積層体２Ａと呼び、バスケット２は、積層体２Ａと複数の連通部材１９とで構成される。バスケット２には、上述した第１および第２の径方向と直交する方向（胴本体３の軸方向）に延在し、バスケット板２０により囲まれた正方形断面の収納区画Ｓが複数形成される。

全てのバスケット板２０が組み上がったならば、図１０に示すように、各バスケット板２０の長手方向端部に、端部カバー３４を装着する。端部カバー３４にはバスケット板２０の端部と対向する面にブロック状の凸部３４ａ，３４ｂが形成されている。端部カバー３４をバスケット板２０の端部に装着すると、凸部３４ｂが端部中央の隙間２４ｂに填り込む。また、凸部３４ｂの上下に形成された２つの凸部３４ａは、隙間２４ｂの上下に形成された隙間２４ａにそれぞれ填り込む。

なお、図１０に示す例では、端部カバー３４の長さをバスケット板２０の短辺と同一の長さに設定しているが、これに限定されず、任意の長さであってもよい。また、端部カバー３４を設ける代わりに、図１８に示すように、バスケット板２０の端部が中実構造となるように、仕切り板２００の端部形状を変更しても良い。さらに、端部カバーを設けなくても良い。

図１８は、仕切り板２００の端の部分の３面図である。なお、バスケット板２０を構成するもう一方の仕切り板２００、および連通部材１９を二点差線で示した。仕切り板２００の端部には、隙間２４ａ，２４ｂを閉塞するための壁部２０５が形成されている。一対の仕切り板２００を合わせてバスケット板２０を構成すると、互いの壁部２０５が密着して、隙間２４ａ，２４ｂの端部が閉塞される。

図２に示したように、バスケット２を胴本体３内に収納する際に、各バスケット板２０の端部は、胴本体３の内周面に形成された複数の溝３０内に挿入される。このように、胴本体３の内周面の軸方向に沿って形成された溝３０内に、各バスケット板２０の端部を胴本体開口部分から底部方向に挿入することで、バスケット２が胴本体３内部に装着される。図１１は、溝３０内に挿入されたバスケット板２０の端部の横断面図である。端部カバー３４の凸部３４ａは、バスケット板２を構成する一対の仕切り板２００の間の隙間２４ａ内に填り込んでいる。

このように、バスケット板２０の端部に端部カバー３４を設けたり、仕切り板２００の端部に隙間２４ａ，２４ｂを閉塞するための壁部２０５を形成することで、バスケット板端部が中実構造となり、バスケット板２０の端部の強度が向上する。その結果、溝３０によるバスケット板端部の支持がより強固になる。

なお、仕切り板２００の材質としては、強度と熱伝導性が高く中性子吸収能を有する材料が好ましく、例えば、ホウ素（ボロン）を添加した合金（アルミニウム合金）等が好適である。また、連通部材１９、端部カバー３４の材質としては、強度および熱伝導性の高い材料が好ましく、例えば高強度のアルミニウムやアルミ合金が好適である。

本実施の形態のキャスクに用いられるバスケット２は、図５〜９に示したようにバスケット板２０を差し込み部２１同士が差し込まれるように格子状に積層し、連通部材１９を貫通孔２３に貫通させるだけで組み上がる。さらに、バスケット板２０の端部を溝３０内にスライド挿入するだけでバスケット２の胴本体３への装着が行われ、バスケット２は格子状態を維持した状態で胴本体内部に保持される。このように、バスケット２の組立や、バスケット２の胴本体３への装着に際して、ボルト等の締結治具を用いたり溶接を用いたりしていないので、構造が簡単で組み立て作業が容易である。そのため、コスト低減を図ることができる。

ところで、ＰＷＲ用燃料集合体を収納するバスケット２には、（ａ）燃料集合体を安全に保持するための構造強度、（ｂ）燃料集合体で発生する熱を胴本体３へ伝達するための伝熱特性、（ｃ）未臨界状態に維持できるための特性（未臨界特性）が要求される。（ｃ）の未臨界特性に関しては、バスケット板２０を一対の仕切り板２００を用いた合わせ板構造とし、隙間２４ａ，２４ｂを形成したことで、要求に応えるようにしている。

しかしながら、図８，９のように、差し込み部２１を有するバスケット板２０を格子状に積層する構造の場合、以下に説明するように、上述した（ａ）構造強度および（ｂ）伝熱特性に関して構造面で課題があった。そこで、本実施の形態では、連通部材１９を用いることで強度特性および伝熱特性の向上を図り、格子状組立構造が有する課題を解決した。

図１２は、連通部材１９を設けない場合の積層体２Ａの課題を説明する図であり、図８の軸方向に積層された１段目のバスケット板２０と３段目のバスケット板２０とを示したものである。差し込み部２１が形成された部分においては、直交するバスケット板２０（不図示）が交差している。図１２のハッチングを施した領域Ｓ２は、交差するバスケット板２０が接触する領域を示したものであり、隙間２４ａの周囲を囲む仕切り板２００の断面形状に対応している。

例えば、キャスク１が横倒しの姿勢となって、燃料集合体７に矢印Ｆ方向（第２の径方向）の重力が作用した場合を考える。この場合、燃料集合体７の荷重は、差し込み部２１と差し込み部２１との間のバスケット板２０に負荷される。しかし、ラインＬ１１，１２の外側の帯状領域Ｂには差し込み部２１が形成されているため、バスケット板２０において燃料集合体７の荷重を負担できる部分は、実質的に帯状領域Ａの部分だけとなってしまう。

すなわち、差し込み部２１を有するバスケット板２０を格子状に積層する構造の場合、帯状領域Ｂの部分が荷重負担に対して有効に利用されず、構造強度（断面二次モーメント）の面で向上が望まれていた。なお、バスケット板２０の両端部（図１２では右端部）においては、バスケット２単体では片持ち梁構造となるが、胴本体３内に収納された状態では、図１０に示すようにバスケット板２０の端部が溝３０に挿入されるため、強度的には他の箇所と同程度となっている。

また、伝熱特性に関して見た場合、胴本体３の軸方向（図１２の上下方向）の伝熱に関しては、燃料集合体７が接触している面（領域ＡおよびＢの面）の全体が伝熱に寄与している。軸方向に配置されたバスケット板２０は、それらの長辺端部が接触しているため、軸方向への熱伝達が効果的に行われる。一方、バスケット板２０の長手方向の伝熱に関しては、領域Ｂの面は差し込み部２１によって分離されている。そのため、バスケット板２０の一つの収納区画の部分から隣接する収納区画への熱伝達に関しては、領域Ａに比べ領域Ｂの寄与が小さくなっている。

本実施の形態では、このような課題を解決するために、バスケット２に上述したような連通部材１９を設けた。図１３は、連通部材１９を有するバスケット２の構造を説明する図であり、図９のＤ−Ｄ断面図である。図１３は、１段目、２段目、３段目および４段目のバスケット板２０を示したものである。なお、図１３においては、１〜４段目のバスケット板をそれぞれ符号２０Ａ〜２０Ｄで示した。また、１段目のバスケット板２０Ａに関しては、バスケット板２０Ａの内部構造が分かりやすいように、一対の仕切り板２００の一方のみを示した。バスケット板２０Ｂおよび２０Ｄは、バスケット板２０Ａおよび２０Ｃに対して直角に交差している。

バスケット板２０Ａを表裏方向に貫通する連通部材１９は、バスケット板２０Ｂの下側の隙間２４ａの部分に長手方向（図面に垂直な第２の径方向）に沿って配置されている。また、バスケット板２０Ｃを表裏方向に貫通する連通部材１９は、バスケット板２０Ｂの上側の隙間２４ａの部分に長手方向（図面に垂直な第２の径方向）に沿って配置されるとともに、バスケット板２０Ｄの下側の隙間２４ａの部分に長手方向に沿って配置されている。そのため、例えば、バスケット板２０Ｂの領域Ｂの面に第１の径方向に燃料集合体の荷重が作用した場合でも、領域Ｂの部分は連通部材１９によって支持され、荷重による変形が抑制される。すなわち、バスケット板２０Ｂの断面二次モーメントが増加し、バスケット板２０Ｂの構造強度が向上する。

また、伝熱特性に優れた材料（アルミニウムやアルミニウム合金等）で形成された連通部材１９は、バスケット板２０に接触するように隙間２４ａに配置される。そのため、領域Ｂの部分の熱は、連通部材１９を介して隣接収納区画の領域Ｂの部分に伝達されるとともに、連通部材１９が貫通しているバスケット板２０へも伝達される。すなち、課題であったバスケット板２０の長手方向に関する伝熱特性の向上を図ることができる。

本実施の形態のバスケット板２０は、凸部２０２が形成された一対の仕切り板２００を、凸部２０２の面を向かい合わせに配置した合わせ板構造としている。仕切り板２００は一方の面に凸部２０２が形成された単純な形状であるため、容易に製造することができる。さらに、上述のような合わせ板構造でバスケット板２０を構成するようにしたので、隙間２４ａ，２４ｂを有するバスケット板２０を容易に形成することができる。

上述したように、本実施形態では、隙間２４ａのスペースを利用して連通部材１９を配置することで、バスケット２の構造強度向上を図るとともに、バスケット板２０の長手方向への伝熱特性の向上を図った。なお、本実施形態では、図４に示すように隙間寸法を規定する凸部２０２を、仕切り板２００の長手方向に延在するように設けたことにより、長手方向への伝熱特性の向上が図れると共に、構造強度向上も図れる。特に、図３に示すように、仕切り板２００とその凸部２０２とが形成する断面形状が矩形リング状を形成するように、凸部２０２を設けることで、バスケット板２０の断面二次モーメントの向上が図られる。

もちろん、隙間寸法を規定する部材としての凸部２０２の形状は図４に示すものに限らず、様々な形状が可能である。例えば、図２０（ａ）や図２０（ｂ）に示すような凸部２０２ａ，２０２を形成するようにしても良い。図２０（ａ）に示す例では、凸部２０２ａの下面の位置は、短辺方向（図示上下方向）中心位置と一致しており、貫通孔２０３の部分を除いて、長手方向に沿って形成されている。Ｇ１−Ｇ１断面図に示すように、仕切り板２００を上下反転して重ね合わせると、凸部２０２ａ同士が上下に接触し、これによって短辺方向の位置決めが行われる。貫通孔２０３には上述した連通部材１９が挿入されるので、貫通孔２０３の左右の凸部２０２ａは、連通部材１９を介して熱的に接触することになる。その結果、バスケット板２０の長手方向の伝熱性能の向上を図ることができる。また、凸部２０２ａは、一部が切り欠き２０１の形成範囲（直交するバスケット板２０によって挟まれる範囲）に含まれるので、構造強度が若干向上する。

図２０（ｂ）に示す例の場合、凸部２０２ｂは、切り欠き２０１の幅の範囲内に設けられている。この場合、図２０（ａ）に凸部２０２ａのように長手方向の伝熱特性向上にはほとんど寄与しないが、仕切り板２００同士の隙間寸法の規定、および短辺方向に位置決めを行う部材としての機能は有している。

（変形例１）
図１４は、本実施の形態の第１の変形例を示す図であり、図１３に示したＣ−Ｃ断面図に対応する図である。なお、上述した実施の形態と同一の構成要素には同一符号を付し、以下では異なる構成要素を中心に説明する。上述した実施形態では、連通部材１９は、径方向に平行に配置された複数のバスケット板２０の全てを貫くような寸法とされている。例えば、図９に示した連通部材１９の長さは、バスケット板２０の長手方向寸法と同一とされている。

一方、図１４に示す変形例１では、上述した長尺の連通部材１９に代えて、長さが差し込み部２１の配置間隔Ｌ１と等しく設定された連通部材１９０を使用している。例えば、１段目のバスケット板２０Ａの上側の隙間２４ａに配設される連通部材１９０は、２段目の隣接する２つのバスケット板２０Ｂの両方の貫通孔２３に挿入される。

上述した連通部材１９を用いる構成では、図９に示すように一段分のバスケット板２０を全て組み付けた後に、一段分の全てのバスケット板２０の貫通孔２３に連通部材１９を挿入するように組み付ける。一方、変形例の連通部材１９０を使用する場合には、１枚のバスケット板２０を組み付ける毎に連通部材１９０を装着することができる。そのため、連通部材１９０を組み付ける際の作業スペースが小さくて済み、装着作業が行いやすくなる。また、キャスク１の内部でバスケット２を組み立てることが可能となる。

また、バスケット板２０Ａの上側の隙間２４ａに配置される連通部材１９０は、その両端がバスケット板２０Ｂにより支持されている。そのため、バスケット板２０に径方向の荷重が加わった場合に、その荷重を連通部材１９０でも支えることができる。また、連通部材１９０の両端面が隣り合う連通部材１９０の端面に接する構造とすることで、熱を径方向に伝達する経路として機能し、胴本体３への熱伝達性能の向上を図ることができる。

（変形例２）
図１５は、本実施の形態の第２の変形例を示す図であり、図１３に示したＣ−Ｃ断面図に対応する図である。なお、上述した実施の形態と同一の構成要素には同一符号を付し、以下では異なる構成要素を中心に説明する。変形例２における連通部材１９１は、図１５に示すように、十字形状の断面を有し、両側面に凸部１９１ａを、上下面に凸部１９１ｂを備えている。各バスケット板４０Ａ〜４０Ｄには、連通部材１９１の断面形状に対応した十字形状の貫通孔４３がそれぞれ形成されている。

例えば、３段目のバスケット板４０Ｃを貫通する連通部材１９１の場合、上下の凸部１９１ｂが上下のバスケット板４０Ｄ，４０Ｂの隙間２４ａ内に納められ、両側面の凸部１９１ａは、バスケット板４０Ｄ，４０Ｂを構成する仕切り板２００の端部の間に挟まれている。

連通部材１９１の幅寸法（側面方向の厚さ）は、バスケット板４０Ａ〜４０Ｄの厚さ寸法と同一に形成することで、収納区画に収納された燃料集合体はバスケット板４０Ａ〜４０Ｄの面だけでなく、連通部材１９１の側面（凸部１０１ａの面）にも接触することになる。連通部材１９１はアルミニウムやアルミ合金等の高熱伝導率の材料で形成されているので、連通部材１９１に燃料集合体の熱が直接伝達されることにより、除熱性能（胴本体３への伝熱性能）の向上を図ることができる。また、凸部１９１ｂの側面が仕切り板４００の内周面に接触すると共に、凸部１９１ｂの側面が仕切り板４００の長辺端部に接触しているので、連通部材１９１を介した上下のバスケット板４０間の伝熱性能が向上する。

さらに、隙間２４ａに納められた凸部１９１ｂが、バスケット板４０Ａ〜４０Ｄの径方向への変形に対する支持部として機能する。そのため、上述した実施形態の場合と同様に、径方向の荷重に対するバスケット板４０Ａ〜４０Ｄの構造強度向上を図ることができる。なお、図１５に示す例では、連通部材１９１の長さをバスケット板４０Ａ〜４０Ｄの長手方向寸法とほぼ同一としているが、図１４に示す連通部材１９０の場合と同様に、隣り合うバスケット板の中心間距離Ｌ１と同一としても良い。それにより、上述した変形例１の場合と同様の作用効果を奏する。

−第２の実施形態−
図１６は、本発明の第２の実施形態を示す図である。なお、図１６は、図１３に示したＣ−Ｃ断面図に対応する図である。また、上述した実施の形態と同一の構成要素には同一符号を付し、以下では異なる構成要素を中心に説明する。図１６に示すバスケット２では、バスケット板２０の表裏両面に遮蔽板５１をさらに備えている。遮蔽板５１の形状は、バスケット板の外表面の形状とほぼ同一とされている。すなわち、バスケット板２０の貫通孔２３に対向する位置には、貫通孔２３とほぼ同一形状の貫通孔５１ａが形成されている。同様に、バスケット板２０の差し込み部２１に対向する位置には、差し込み部２１とほぼ同一形状の切り欠き５１ｂが形成されている。

連通部材１９はバスケット板２０の貫通孔２３と遮蔽板５１の貫通孔５１ａとを貫通するように組み付けられる。また、遮蔽板５１は、切り欠き５１ｂが設けられて幅が狭くなった部分がバスケット板２０の差し込み部２１内に差し込まれるように、組み付けられる。そのため、特別な固定治具を用いなくても、遮蔽板５１はバスケット板２０の外表面の位置に保持される。

ところで、図１３に示した遮蔽板５１を設けない構成の場合には、バスケット板２０は構造強度部材としての役割とともに中性子吸収材としての役割も担っている。そのため、図１３のバスケット板２０の材料には、強度、伝熱性および中性子吸収性を有するボロン添加アルミニウム合金等が用いられる。ボロン添加アルミニウム合金等を用いた場合、強度および熱伝導性の点でより優れたアルミニウム合金等を用いる場合に比べて、板厚を厚くする必要がある。しかし、ボロン量を含んだ材料は高価なため、板厚を厚くした分だけコストが高くなる。

一方、本実施形態においては、遮蔽板５１にはボロン（ホウ素）を豊富に含有する中性子遮へい材から構成され、バスケット２において中性子吸収材としての役割を担っている。そして、構造強度部材としての役割を担っているバスケット板２０には、強度特性に優れたアルミニウム合金等が材料として用いられる。このように、中性子吸収材としての役割と、構造強度部材としての役割とを別々の部材に担わせることにより、ボロンの使用量を抑えることができ、コスト低減を図ることができる。なお、本実施形態においても、第１の実施形態おける変形例１，２の構成を適用することができる。

図１７は、図１６に示した実施の形態の変形例を示す図である。図１７に示す例では、遮蔽板５２，５３をバスケット板６０の内部に配置するようにした。バスケット板６０は、仕切り板６００ａ，６００ｂを合わせ板構造としたものである。なお、図１７では、バスケット板６０の内部構造を示すために、一方の仕切り板６００ｂの図示を省略している。

仕切り板６００ａには長手方向に延在する一対の凸部６０１が形成され、仕切り板６００ｂには長手方向に延在する一対の凸部６０２が形成されている。一対の凸部６０２の外側面の間隔は、一対の凸部６０１の内側面の間隔よりも小さく設定されている。そのため、仕切り板６００ａ，６００ｂを合わせたときに、一対の凸部６０２は一対の凸部６０１の間に挿入されることになる。

遮蔽板５２は、一対の凸部６０１によって挟まれた空間の、凸部６０２の先端と仕切り板６００ａとの間に配置されている。また、２枚の遮蔽板５３の一方は、上側の凸部６０２の上側空間の仕切り板６００ｂと凸部６０１の先端との間に配置されている。他方の遮蔽板５３は、下側の凸部６０２の下側空間の仕切り板６００ｂと凸部６０１の先端との間に配置されている。すなわち、遮蔽板５２，５３は隙間２４ａ，２４ｂの空間を利用して設けられている。図１７に示す例では、遮蔽板５２と２枚の遮蔽板５３の幅寸法の合計は、バスケット板６０の幅寸法と同一となるように設定されている。そのため、図示上下方向（バスケット２の軸方向）に関して、遮蔽板５２および遮蔽板５３は隙間無く積層されている。

図１６に示した構成の場合も同様であるが、遮蔽板５２，５３の断面積（すなわち厚さ）は燃料の燃焼度の条件に依存するが、構造強度部材として機能する仕切り板６００ａ，６００ｂの断面積よりも小さくすることができる。そのため、図１７に示すように、熱伝導性により優れた仕切り板６００ａ，６００ｂを燃料集合体と接する側に配置することで、燃料集合体で発生する熱を効率的に胴本体３へ伝達することができる。また、図１７に示す遮蔽板構成では、遮蔽板５２，５３は、バスケット板６０の貫通孔６３が形成された幅が狭くなった部分には設けられていないので、図１６に示す場合に比べて遮蔽部材の量を少なくすることができ、コスト低減を図ることができる。

ところで、使用済み燃料プール内でキャスクに使用済み燃料集合体を装荷する際には、合わせ構造のバスケット板２０の隙間２４ａ、２４ｂには冷却水が満たされる。その後、隙間２４ａ、２４ｂ内の冷却水は抜き取られる。そこで、冷却水の抜き取りが効率良く行われるように、図１９（ａ）に示すように、凸部２０２や連通部材１９に、上下方向（胴本体３の軸方向）に貫通する貫通孔１９ｈ，２０２ｈを複数形成するようにしても良い。また、貫通孔２０２ｈに代えて、図１９（ｂ）に示すように軸方向の溝２０２ｇを形成するようにしても良い。

上述した実施の形態は、以下に示すような作用効果を奏する。
（１）バスケットは、両長辺に複数の差し込み部（窪み）２１が所定間隔Ｌ１で形成された矩形板状の第１のバスケット板２０を、キャスク１の第１の径方向に複数配置して成る第１のバスケット板群と、両長辺に複数の差し込み部（窪み）２１が所定間隔で形成された矩形板状の第２のバスケット板２０を第１の径方向と直交する第２の径方向に複数配置して成る第２のバスケット板群とが、差し込み部２１同士が差し込まれるように交互に積層配置された積層体２Ａと、第１および２のバスケット板２０のいずれか一方を貫通すると共に、そのバスケット板２０の差し込み部２１に差し込まれた他方のバスケット板２０の長辺端部に配置される連通部材１９と、を備える。そして、第１および２のバスケット板２０は、片面に形成された凸部２０２と差し込み部２１を構成する切り欠き２０１とを有する一対の矩形仕切り板２００を、凸部２０２が形成された面が互いに対向するように隙間２４ａ，２４ｂを空けて対向配置して構成される。また、連通部材１９は、他のバスケット板２０に接触してそれを支持するように隙間２４ａに配置されている。

一つの収納区間に関して見た場合、その部分の連通部材１９は、収納区間を挟む２つのバスケット板２０によって支持される構成となっている。そのため、燃料集合体７による径方向の荷重がバスケット板２０に働いた場合、差し込み部２１によって荷重の支持機能が低下しているバスケット板長辺端部側（領域Ｂ）が、連通部材１９を介して上記２つのバスケット板２０によって支えられる構造となる。

さらに、連通部材１９は上下段のバスケット板２０の隙間２４ａにも挿入されているため、バスケット板長辺端部側は、平行する上下のバスケット板２０によっても支えられることになる。その結果、バスケット２の構造強度の向上を図ることができる。

また、伝熱特性の面に関しては、バスケット板２０の領域Ｂの部分は差し込み部２１によって分離されているが、連通部材１９を接触するように設けたことにより、領域Ｂの部分の熱は、連通部材１９が貫通しているバスケット板２０や、連通部材１９が接触している隣接収納区画の領域Ｂの部分に伝達される。その結果、バスケット板２０の長手方向への伝熱特性が向上する。

さらに、バスケット板２０は、凸部２０２が形成された一対の仕切り板２００を、凸部２０２の面を向かい合わせに配置した合わせ板構造であるため、隙間２４ａ，２４ｂを有する長尺のバスケット板２０を容易に形成することができる。

（２）また、凸部２０２を、仕切り板２００の長手方向に一様に延在させることにより、バスケット板２０の構造強度の向上および長手方向への伝熱特性の向上をさらに図ることができる。

（３）なお、連通部材１９の長さは、所定間隔Ｌ１と同一に設定しても良いし、連通部材１９が配置される隙間２４ａが形成されたバスケット板２０の長辺方向の長さと同一に設定しても良い。なお、図９に示す例では、連通部材１９の長さをバスケット板２０の長手方向長さと同一としているが、厳密に同一でなくても良い。図１４の連通部材１９０のように、その長さを所定間隔Ｌ１と同一に設定した場合、１枚のバスケット板２０を組み付ける毎に連通部材１９０を装着することができる。そのため、連通部材１９０を組み付ける際の作業スペースが小さくて済み、装着作業が行いやすくなる。また、キャスク１の内部でバスケット２を組み立てることが可能となる。

一方、短尺の連通部材１９０を複数設けた場合には、接触熱抵抗によって胴本体３までの熱伝導率が低下するが、連通部材１９のようにバスケット板２０の長手方向寸法とほぼ同一長さの場合、そのような接触熱抵抗の発生を避けることができる。その結果、胴本体３への除熱をより効果的に行うことができる。

（４）また、連通部材１９１の形状を図１５に示すような形状とし、連通部材１９１の一部（凸部１９１ａ）が収納区画に露出するようにすることで、露出部である凸部１９１ａが燃料集合体７と接触することができる。このような構造とすることにより、燃料集合体７の熱を連通部材１９１を介して胴本体３へ効率良く伝達することができる。

（５）また、図１６や図１７に示すように、中性子吸収能力を有する板部材である遮蔽板５１〜５３を、バスケット板２０を構成する矩形の仕切り板２００の燃料集合体対向面に、または、対向面と表裏反対側の隙間２４ａ，２４ｂ内に配置することによって、中性子遮蔽機能を遮蔽板５１〜５３に分担させると共に、構造強度面および伝熱面の機能をバスケット板２０に分担させる。このような構成とすることにより、中性子遮蔽物質であるホウ素の使用量を抑えることができ、バスケット２のコスト低減を図ることができる。

（６）さらに、図１９に示すように凸部２０２および／または連通部材に、キャスク軸方向に貫通する開口としての貫通孔２０２ｈ、１９ｈや溝２０２ｇを形成したことにより、隙間２４ａ，２４ｂ内の冷却水を、より速く抜くことができる。

（７）また、図１０，１１および２０のように、バスケット板２０の長手方向端部に、隙間２４ａ，２４ｂを封止する封止部としての端部カバー３４や壁部２０５を形成することで、バスケット板端部が中実構造となり、バスケット板２０の端部の強度が向上する。その結果、胴本体３に設けられた溝３０によるバスケット板端部の支持がより強固になる。

上述した各実施形態および変形例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１：キャスク、２：バスケット、２Ａ：積層体、３：胴本体、７：燃料集合体、１９，１９０，１９１：連通部材、２０，２０Ａ〜２０Ｄ，４０Ａ〜４０Ｄ：バスケット板、２１：差し込み部（窪み）、３０，２０２ｇ：溝、２０１：切り欠き、２３，４３，２０３，１９ｈ，２０２ｈ：貫通孔、２４ａ，２４ｂ：隙間、３４：端部カバー、５１：遮蔽板、２００：仕切り板、２０２：凸部、２０５：壁部

Claims (9)

1. 加圧水型軽水炉の使用済み燃料集合体を貯蔵するためのキャスクに収納され、前記燃料集合体が収納される収納区画が複数形成されたバスケットであって、
   両長辺に複数の窪みが所定間隔で形成された矩形板状の第１のバスケット壁材を、前記キャスクの第１の径方向に複数配置して成る第１の壁材群と、両長辺に複数の窪みが前記所定間隔で形成された矩形板状の第２のバスケット壁材を前記第１の径方向と直交する第２の径方向に複数配置して成る第２の壁材群とが、前記窪み同士が差し込まれるように交互に積層配置された積層体と、
   前記第１および２のバスケット壁材のいずれか一方を貫通すると共に、そのバスケット壁材の窪みに差し込まれた他方のバスケット壁材の長辺端部に配置される連通部材と、を備え、
   前記第１および２のバスケット壁材の各々は、片面に形成された凸部と前記窪みを構成する切り欠きとを有する一対の矩形仕切り板を、前記凸部が形成された面が互いに対向するように隙間を空けて対向配置して構成され、
   前記連通部材は、前記他方のバスケット壁材に接触してそれを支持するように前記隙間に配置されていることを特徴とするバスケット。
2. 請求項１に記載のバスケットにおいて、
   前記凸部は、前記矩形仕切り板の長手方向に一様に延在することを特徴とするバスケット。
3. 請求項１または２に記載のバスケットにおいて、
   前記連通部材の長さは、前記所定間隔と同一に設定されていることを特徴とするバスケット。
4. 請求項１または２に記載のバスケットにおいて、
   前記連通部材の長さは、該連通部材が配置される前記隙間が形成されたバスケット壁材の長辺方向の長さと同一に設定されていることを特徴とするバスケット。
5. 請求項３に記載のバスケットにおいて、
   前記連通部材は、前記バスケット壁材の前記隙間に配置されると共に、前記バスケット壁材の長辺端部に配置されて前記収納区画に露出する露出部を備え、前記露出部が前記燃料集合体と接触可能に構成されていることを特徴とするバスケット。
6. 請求項５に記載のバスケットにおいて、
   中性子吸収能力を有する板部材を、前記バスケット壁材を構成する前記矩形仕切り板の前記燃料集合体に対向する面、または、前記対向する面と表裏反対側の前記隙間内に配置したことを特徴とするバスケット。
7. 請求項６に記載のバスケットにおいて、
   前記凸部および／または前記連通部材に、キャスク軸方向に貫通する開口を形成したことを特徴とするバスケット。
8. 請求項７に記載のバスケットにおいて、
   前記バスケット壁材の長手方向端部に、前記隙間を封止する封止部を設けたことを特徴とするバスケット。
9. 加圧水型軽水炉の使用済み燃料集合体を貯蔵するためのキャスクであって、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のバスケットと、
   円筒状内周面の軸方向に溝が形成され、該溝に前記バスケット壁材の長手方向端部が挿
   入されるように前記バスケットが収納されるγ線遮蔽用胴本体と、
   前記γ線遮蔽用胴本体の外周側に設けられた中性子遮蔽体と、を備えるキャスク。

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