JPH0129279B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、使用済燃料集合体を液体の冷却材中
に浸漬した状態で再処理施設へ輸送するためのキ
ヤスクに関し、特に限定されるものではないが、
液体金属冷却高速増殖炉の使用済燃料の輸送に好
適な除熱容量の大きなキヤスクに関するものであ
る。 以下、液体金属冷却高速増殖炉の使用済燃料集
合体輸送のためのナトリウムキヤスクを例にとつ
て説明するが、本発明はその他、例えば軽水炉の
使用済燃料集合体輸送のための水キヤスクとして
も利用可能なものである。 従来、液体金属冷却高速増殖炉の使用済燃料集
合体を取扱う方法としては、炉外燃料貯蔵タンク
に貯蔵した燃料集合体を炉停止後１年以上経過し
た時点で取出し、液体金属が付着したままの状態
で不活性ガスを封入したキヤスクで再処理工場ま
で運搬する“ガスキヤスク搬出方式”、または炉
外燃料貯蔵タンクに貯蔵した燃料集合体を炉停止
後半年から１年くらい経過した時点で取出し、付
着している液体金属を洗浄した後、水を入れたキ
ヤスクで再処理工場まで運搬する“水キヤスク搬
出方式”などが一般的であつた。 このように、従来技術において、炉停止後、長
期間にわたつて炉外燃料貯蔵タンクにそのまま貯
蔵しておかねばならない理由は、輸送キヤスクの
除熱容量が小さいためである。因に、ガスキヤス
クの場合にはアルゴンガスを封入するとして、現
在実用化されているのは燃料集合体１体当り
1KW程度であり、ヘリウムガスを封入すると除
熱能力はやや向上するが、それでも２〜2.5KW
が限度である。これに対して、水キヤスクの除熱
容量は集合体１体当り4KW程度まで可能である
が、充分な値ではない。 これら従来の方式は、実験炉や原型炉のような
比較的小規模の場合にはともかく、実用炉（例え
ば出力1000〜1500MWe）に適用したとすると、
次のような欠点を生じる。第一に、プルトニウム
生産性の観点からは、ガスキヤスク搬出方式は燃
料サイクル期間が最も長く、プルトニウム生産性
の低下をまねくためエネルギ戦略上不利である
し、他方水キヤスク搬出方式はガスキヤスク搬出
方式よりは燃料サイクル期間が短縮されるもの、
プルトニウム生産性の観点からはより一層の短縮
化が望まれる。第二に、炉外燃料貯蔵タンクの集
合体貯蔵本数は、1000MWeの液体金属冷却高速
増殖炉の場合、ガスキヤスク搬出方式が約540本、
水キヤスク搬出方式が約400本、各々要求される。
炉外燃料貯蔵タンクの大きさは、後者の場合でも
一例によると直径9m程度となり、原子炉容器の
大きさに比べて無視できない。従つて炉外燃料貯
蔵タンクの設備簡略化の観点からは、ガスキヤス
ク搬出方式は最も不利で、また水キヤスク搬出方
式も余り好ましくない。特に炉外燃料貯蔵タンク
が原子炉格納容器内に設けられる場合には炉外燃
料貯蔵タンクの大きさが原子炉格納容器径を決定
する一要因となるため、原子炉の物量削減の観点
から、重大である。第三に、発電所と再処理工場
とのトータルシステムの建設費（単位出力当り）
は、実用規模の再処理工場の処理能力を1500ト
ン／年（発電所容量で50000MWeに相当する）、
発電所のユニツト容量を1000〜1500MWeと仮定
すれば、水キヤスク搬出方式はガスキヤスク搬出
方式に比べてコスト高となる。これは水キヤスク
搬出方式の場合、各発電所に燃料洗浄機能を必要
とするためである。 以上の考察の結果から明らかなように、実用炉
において燃料サイクル期間の短縮および経済性を
達成するには、除熱容量のより大きいキヤスクを
開発し、炉外燃料貯蔵タンクに貯蔵されている燃
料集合体を炉停止後できるだけ早い時期に再処理
工場に輸送することが要求される。そこで燃料集
合体をナトリウムを入れたキヤスクに罐詰にして
輸送する“ナトリウムキヤスク搬出方式”が検討
されるに至つた。例えば炉外燃料貯蔵タンクに貯
蔵した燃料集合体を炉停止後100日で取出して輸
送するには、除熱能力が燃料集合体１体当り約
7KW以上のキヤスクが要求される。しかしなが
らこのような高除熱能力のナトリウムキヤスク
は、各国で研究開発が行なわれているものの、ま
だ実用化されているものはなく、未開発の現状で
ある。 本発明は、上記のような従来技術の実情に鑑み
なされたものであつて、その目的は、液体冷却材
を用い、内部で該液体冷却材がスムーズに一定の
方向に流動できるように工夫した除熱性能の高い
使用済燃料集合体輸送キヤスクを提供することに
ある。かかる輸送キヤスクを用いることによつ
て、燃料サイクル期間を最短化し、プルトニウム
の生産性を向上させることにより、核燃料サイク
ルの観点からの液体金属冷却高速増殖炉実用炉の
成立条件を実現することができ、また、炉外燃料
貯蔵タンクに要求される使用済燃料集合体貯蔵本
数を最少にすることにより、原子炉設備の簡略化
および物量削減を達成し、原子炉の経済性に寄与
し、更には、発電所と再処理工場とのトータルシ
ステムの建設費（単位出力当り）を最も安くし、
液体金属冷却高速増殖炉実用炉における総合的経
済性を達成することができるものである。 以下、図面に基づき本発明について詳述する。
本発明に係る使用済燃料集合体輸送キヤスクの一
実施例を第１図〜第４図に示す。本キヤスクは、
主として有底円筒状の容器本体１と、これを密閉
するための容器蓋２、およびこれらを覆う生体遮
蔽３などから構成され、キヤスク内部には例えば
液体ナトリウムなどのような液体冷却材４が自由
液面５を有する状態でカバーガスとともに封入さ
れ、使用済燃料集合体７（仮想線にて示す）は前
記液体冷却材中に完全に浸漬した状態で収容され
る。容器本体１内の中央には隔壁８が取付けら
れ、また中央より底部寄りの位置には格子部材９
が取付られる。 格子部材９は、第２図に示すように、中央部に
使用済燃料集合体７のエントランスノズル１０の
基部が挿入される円錐状の開口部１１を有し、そ
の周囲には格子状に多数の孔１２が形成されてい
るものである。隔壁８は、第３図に示すように、
中央部に使用済燃料集合体７が丁度挿入される開
口部１３を有し、周辺部にはガス連通孔１４と複
数の冷却材流通孔１５が形成され、各冷却材流通
孔１５には隔壁用弁１６が設けられている。この
隔壁用弁１６は、キヤスク横置時（第６図参照）、
燃料集合体７の外部の冷却材がハンドリングヘツ
ド１７の方からエントランスノズル１０の方への
み流動可能なように取付けられた逆止弁である。 また、容器蓋２にはハンドリングヘツドホルダ
６が容器本体１の内方に向つて突設されている。
ハンドリングヘツドホルダ６は、第４図に示す断
面図からも判るように、中央に燃料集合体７のハ
ンドリングヘツド１７が丁度嵌合する開口部１８
を有し、その周囲には格子状に多数の孔１９が形
成され、周壁部にも多数の孔２０が形成されてい
るものである。そして前記ハンドリングヘツド１
７が嵌合する開口部１８にはハンドリングヘツド
用弁２１が取付けられている。このハンドリング
ヘツド用弁２１は、キヤスク横置時（第６図参
照）、燃料集合体７の内部の冷却材がハンドリン
グヘツド１７を通つて外方へ流出できるように取
付けられた逆止弁である。 燃料集合体７は、これら隔壁８、格子部材９、
及びハンドリングヘツドホルダ６によつて、しつ
かりと保持される。 隔壁用弁１６およびハンドリングヘツド用弁２
１の構造としては、何ら特別な機能を必要とせ
ず、単にヒンジにより取付けられているものであ
つてもよい。これらは、キヤスク横置時（第６図
参照）には自重により閉め切り状態にあるが、上
述の許容された方向に冷却材の流体圧力が作用す
れば容易に開く。またキヤスク縦置時には第１
図、第５図に示す如く、隔壁用弁１６は自重によ
り開放状態となり、ハンドリングヘツド用弁２１
はこれに連結されたおもり２２の重力により開放
状態となる。 なお、キヤスクの底部には縦置用脚２５が、ま
た周壁には横置用脚２６が設けられている。 さて一般にキヤスクにより使用済燃料集合体を
発電所より再処理工場まで輸送する手段として
は、船舶輸送、道路輸送、鉄道輸送およびこれら
の組合せによる方法などが考えられる。しかしな
がらいずれの方法による場合でも、キヤスクは炉
外燃料貯蔵タンクから取出された使用済燃料集合
体を罐詰にした時点で直ちに輸送されるとは限ら
ず、特に船舶輸送による場合には冬期などの回船
待ちを最大４〜５か月見込まねばならない。従つ
てキヤスクは輸送中のみならず、陸上保管中にお
いて燃料集合体の崩壊熱を除熱可能であることが
要求される。 陸上保管中は、第５図に示すように、縦置用脚
２５によつて縦置状態で保持される。前述の如
く、隔壁用弁１６およびハンドリングヘツド用弁
２１は、この場合開放状態となるため、冷却材に
は燃料集合体内部での燃料ピン３０中のペレツト
の崩壊熱による加熱および容器壁面付近での冷却
による密度差により矢印方向に自然循環が誘起さ
れ、これによつて定常的除熱が達成される。 次に一般にキヤスクを輸送する場合には、輸送
方法との適合性について考慮せねばならない。す
なわち液体金属冷却高速増殖炉実用炉のための燃
料集合体は全長がほぼ4.8〜5.4mとなり、これを
収納した長尺のキヤスクを保管中と同様に垂直状
態で輸送することは、道路輸送の場合には道路交
通法に定める運搬物の高さ制限（地上高3.8m）
を超過し、不可能である。また鉄道輸送も明らか
に不可能で、船舶輸送の場合にも著しく不都合と
考えられる。従つてキヤスクは水平状態で輸送せ
ねばならないが、この場合には前述の垂直保管中
のような自然循環による除熱を期待することはで
きない。 本発明は、かかる困難をも克服し、保管中のみ
ならず輸送中においても良好な除熱を達成でき
る。本発明に係るキヤスクは、輸送時には第６図
に示すように、横置用脚２６を用いて横置状態で
保持される。前述の如く、このような設置状態で
は、隔壁用弁１６はハンドリングヘツド側からエ
ントランスノズル側に、またハンドリングヘツド
用弁２１は燃料集合体７の内部からハンドリング
ヘツド１７を通つて流出する方向へのみ冷却材の
流動が可能となるように作用するから、矢印方向
に示すように、すなわち隔壁用弁１６を通る冷却
材が格子部材９を通つてエントランスノズル１０
のオリフイス孔３１から燃料集合体７の内部に入
り、ハンドリングヘツド１７からハンドリングヘ
ツド用弁２１を通つて流出し、隔壁用弁１６に至
るようなループに沿つてのみ流動できる。 第７図は、船舶輸送中におけるキヤスク内の冷
却材流動状況を示したものである。輸送船の動揺
によりキヤスクが傾き、ハンドリングヘツド側が
低くなつた場合には、冷却材は燃料集合体７の内
部のみを流れてハンドリングヘツド側へ移動する
（同図Ａ，Ｂ参照）。この際に冷却材は燃料ピンに
より加熱される。次にキヤスクの傾きが逆になつ
た場合、冷却材は燃料集合体７の外部のみを流れ
てエントランスノズル側へ移動し、この際冷却材
は容器壁面により冷却される（同図Ｃ，Ｄ参照）。
かくして輸送船の動揺により容器内には冷却材の
間欠的な一定方向への流動が継続し、これにより
燃料集合体７の除熱が達成される。なお、第７図
において、水平レベルHLを二点鎖線で示す。道
路輸送および鉄道輸送の場合にはキヤスク自体が
傾くことはないが、トレーラおよび貨車の加速・
減速時の加速度により、船舶輸送時と同様な冷却
材の流動が行なわれ効率よく燃料集合体からの除
熱を実現できる。 本キヤスクに使用済燃料集合体を罐詰する手順
としては、ナトリウムキヤスクの場合、不活性ガ
ス雰囲気において垂直に設置された容器本体１
に、液体金属ナトリウムを所定のレベルまで注入
し、燃料集合体７を差し込んだ後、容器蓋２を容
器本体１に固定すればよい。またキヤスクの開缶
手順としては上記と逆の手順をとるが、この際に
ナトリウムが凝固している場合には、高周波加熱
によりキヤスク内のナトリウムを溶解させてから
燃料集合体７を取出す。また、水キヤスクの罐詰
手順も上記とほぼ同様であるが、この場合には上
記操作を不活性ガス中で行なう必要はない。 本キヤスクの構成材質としては、ナトリウム・
キヤスクの場合、容器本体はもとよりナトリウム
に接するすべての部材はナトリウムと共存性があ
り、かつ燃料集合体の崩壊熱に耐える材質として
ステンレス鋼が適する。また生体遮蔽としては、
鉛または炭素鋼などが適する。水キヤスクの場合
も同様な理由により同じ材質が適する。 キヤスクの設計にあたつては、要求される機能
および設計基準を満たすようにすることは当然で
ある。機械的強度を増大させるため、必要に応じ
て補強対策を施したり、伝熱性能を向上させるた
めキヤスク外表面に放熱用のフインを設けること
も有効である。 また本発明は、冷却材としてナトリウムまたは
ナツク（Nak）などの液体金属のみならず、水
を採用することにより従来の水キヤスク搬出方式
において洗浄後の液体金属冷却高速増殖炉用燃料
を輸送するための水キヤスク、および軽水炉用使
用済燃料を輸送するための水キヤスクとしても応
用でき、従来のキヤスクに比べてその除熱性能を
向上させることができる。 上記実施例は、キヤスク一基当り一本の燃料集
合体が収納されるようになつているが、本発明
は、必ずしもこれに限定されるものではない。従
来のガスキヤスク搬出方式および水キヤスク搬出
方式の場合には、８〜12本程度の燃料集合体を収
納できるキヤスクが一般的であり、本発明のキヤ
スクもこのように多数の燃料集合体を収納するよ
う設計することもできる。 本発明に係るキヤスクの有効性を従来技術と対
比して表わしたのが第１表である。

【表】

【表】 本発明は、上記のように、液体冷却材を用い、
縦置時のみならず横置時でも内部で該冷却材がス
ムーズに一定の方向に流動できるように工夫され
ているため、除熱性能の極めて高い使用済燃料集
合体の輸送キヤスクを得ることができる。本発明
に係るキヤスクを液体金属冷却高速増殖炉の使用
済燃料集合体輸送用ナトリウムキヤスクとして使
用すると、次に述べるような顕著な効果を得るこ
とができる。第一に、使用済燃料集合体を炉停止
後100日程度で炉外燃料貯蔵タンクから取出して
再処理工場へ輸送することが可能となり、これに
より燃料サイクル期間を最短化し、プルトニウム
の生産性を向上させることが可能となり、核燃料
サイクルの観点からの液体金属冷却高速増殖炉実
用炉の成立条件が有利に実現される。第二に、使
用済燃料集合体の洗浄設備は各発電所に設ける必
要はなく、再処理工場に設けるだけでよいため、
発電所（複数）と再処理工場（一個所）とのトー
タル・システムの建設費（単位出力当り）が最も
安くなり、液体金属冷却高速増殖炉実用炉におけ
る総合的経済性が達成される。第三に、炉外燃料
貯蔵タンクに貯蔵されている使用済燃料集合体
は、炉停止後100日で取出すことが可能となり、
これにより炉外燃料貯蔵タンクに要求される使用
済燃料集合体貯蔵本数は従来の水キヤスク搬出方
式およびガスキヤスク搬出方式の場合よりも減少
させることが可能となる。従つて炉外燃料貯蔵タ
ンク容器の小型化が達成される（第１表参照）。 また、本発明を液体金属冷却高速増殖炉および
軽水炉の使用済燃料集合体輸送用水キヤスクとし
て利用する場合、その除熱性能が従来の水キヤス
クよりも向上し、炉停止より輸送までの減衰待ち
時間を短縮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る輸送キヤスクの一実施例
を示す説明図、第２図はその―断面図、第３
図は―断面図、第４図は―断面図、第５
図は縦置保管時の状態を示す説明図、第６図は横
置輸送時の状態を示す説明図、第７図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは船舶による輸送中の冷却材流動状況を示
す説明図である。 １…容器本体、２…容器蓋、３…生体遮蔽、４
…液体冷却材、７…使用済燃料集合体、８…隔
壁、９…格子部材、１０…エントランスノズル、
１６…隔壁用弁、１７…ハンドリングヘツド、１
８…ハンドリングヘツドホルダ、２１…ハンドリ
ングヘツド用弁、２５…縦置用脚、２６…横置用
脚。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 容器本体と蓋体およびそれらを取囲む生体遮
   蔽を備え、内部に液体の冷却材が自由液面を有す
   る状態で封入され、その中に使用済燃料集合体を
   浸漬状態で固定して輸送するためのキヤスクであ
   つて、キヤスク内空間は燃料集合体が挿入される
   開口部を有する隔壁により略中央部で区分され、
   該隔壁はガス導通孔、冷却材流動孔、および冷却
   材流動孔近傍に取付けられた隔壁用弁を備え、ま
   た前記蓋体には前記燃料集合体のハンドリングヘ
   ツドが嵌合する開口部を有するハンドリングヘツ
   ドホルダが該容器本体内方に向つて突設されてい
   るとともに該開口部にはハンドリングヘツド用弁
   が設けられ、該キヤスクの縦置時に於いては前記
   ２種の弁は開放状態となり、該キヤスクの横置時
   に於いては前記２種の弁は閉止状態となるものの
   隔壁用弁は燃料集合体外部におけるハンドリング
   ヘツド側からエントランスノズル側への冷却材の
   流動を許容し、ハンドリングヘツド用弁は燃料集
   合体内部の冷却材がハンドリングヘツドからの流
   出を許容するものであることを特徴とする使用済
   燃料集合体輸送キヤスク。