(57)【要約】【課題】  格子状の区画を有し収納バスケット径方向の両端まで届く連続した部材を使う菓子折り構造を生かして、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能とを維持しつつ、重量や収納バスケット外径の増加を抑制した使用済み燃料収納バスケットを提供する。【解決手段】  長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部４１ａ，４１ａ，…を形成されて長手方向に貫通孔４２ａ，４２ａを有し強度確保機能と未臨界維持機能とを担い伝熱機能の一部も担う板材４ａと、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部６１ａ，６１ａ，…を有し伝熱機能を担う板材６ａとを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ね、燃料集合体収納スペース１０を形成した使用済み燃料収納バスケット。【選択図】        図２
2006200939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済み燃料を貯蔵しまたは輸送するための使用済み燃料容器内に設置され燃料集合体を保持する使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し長手方向に中性子減速材としての水を充満させうるギャップを内部に有し中性子吸収能力の高い元素を含有し熱伝導性が良い金属からなる板材と、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し熱伝導性が良い金属からなる板材とを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ねて燃料集合体収納スペースを形成したことを特徴とする使用済み燃料収納バスケット。
【請求項２】
使用済み燃料を貯蔵しまたは輸送するための使用済み燃料容器内に設置され燃料集合体を保持する使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し長手方向に中性子減速材としての水を充満させうるギャップを内部に有し中性子吸収能力の高い元素を含有し熱伝導性が良い金属からなる板材と、長辺が前記金属板材のほぼ半分の幅であり熱伝導性が良い金属からなる板材とを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ねて燃料集合体収納スペースを形成したことを特徴とする使用済み燃料収納バスケット。
【請求項３】
使用済み燃料を貯蔵しまたは輸送するための使用済み燃料容器内に設置され燃料集合体を保持する使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し長手方向に中性子減速材としての水を充満させうるギャップを内部に有し中性子吸収能力の高い元素を含有し熱伝導性が良い金属からなる板材と、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し熱伝導性が良い金属からなる板材とを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ねて燃料集合体の軸方向中央部の燃料集合体収納スペースを形成し、
長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し長手方向に中性子減速材としての水を充満させうるギャップを内部に有し中性子吸収能力の高い元素を含有し熱伝導性が良い金属からなる板材と、長辺が前記金属板材のほぼ半分の幅であり熱伝導性が良い金属からなる板材とを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ねて燃料集合体の軸方向周辺部の燃料集合体収納スペースを形成したことを特徴とする使用済み燃料収納バスケット。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
中性子吸収能力の高い元素を含有しない前記板材の前記燃料集合体の軸方向の厚さを伝熱量に応じて変えたことを特徴とする使用済み燃料収納バスケット。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
中性子吸収能力の高い元素を含有しない前記板材の枚数を前記使用済み燃料容器の径方向で変えたことを特徴とする使用済み燃料収納バスケット。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
前記中性子吸収能力の高い元素を含有する板材が、前記ギャップとして長手方向に少なくとも１個の貫通孔を有する管状構造であることを特徴とする使用済み核燃料収納バスケット。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
前記中性子吸収能力の高い元素を含有する板材が、断面Ｅ字型の引き抜き材を組合せて形成され、前記ギャップとして長手方向に貫通孔を有する管状構造であることを特徴とする使用済み核燃料収納バスケット。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
前記中性子吸収能力の高い元素を含有する板材が、Ｈ型材であり、前記ギャップとして長手方向に溝を有することを特徴とする使用済み核燃料収納バスケット。
【請求項９】
沸騰水型原子炉の使用済み燃料を貯蔵しまたは輸送するための使用済み燃料容器内に設置され燃料集合体を保持する使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し中性子吸収能力の高い元素を含有し熱伝導性が良い金属からなる板材と、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し熱伝導性が良い金属からなる板材とを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ねて燃料集合体収納スペースを形成したことを特徴とする使用済み燃料収納バスケット。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
前記中性子吸収能力の高い元素を含有する板材および中性子吸収能力の高い元素を含有しない前記板材の主成分が、アルミニウムであることを特徴とする使用済み燃料収納バスケット。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の使用済み燃料の収納バスケットにおいて、
前記中性子吸収能力の高い元素を含有する板材および中性子吸収能力の高い元素を含有しない前記板材の主成分が、銅であることを特徴とする使用済み燃料収納バスケット。
【請求項１２】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の使用済み燃料の収納バスケットをサポートシリンダに形成した溝に嵌め込み固定した使用済み燃料貯蔵容器。
【請求項１３】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の使用済み燃料の収納バスケットを伝熱補助材によりサポートシリンダに固定した使用済み燃料貯蔵容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の炉心から発生する使用済み燃料を輸送し貯蔵するための使用済み燃料貯蔵容器に係り、特に、使用済み燃料貯蔵容器内で使用済み燃料を保持する収納バスケットの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉炉心で一定期間使用されて使用済みとなった燃料は、炉心から取り出されて発電所内の使用済み燃料貯蔵プールに一時保管し冷却される。
【０００３】
所定の冷却期間を経た燃料は、ウランおよびプルトニウムなどの再利用可能な核燃料物質を回収するために、放射能を遮蔽する使用済み燃料貯蔵容器(キャスク)に収納され、トラックや船舶などで再処理施設に輸送して貯蔵される。再処理する前に、使用済み燃料貯蔵容器に収容した使用済み燃料を発電所内外の中間貯蔵施設に一時的に保管することもある。
【０００４】
輸送や貯蔵に利用される使用済み燃料貯蔵容器は、一般に、外側から、外胴と中性子遮蔽体と内胴と収納バスケットとからなる。
【０００５】
収納バスケットは、使用済み燃料を収納する複数の区画を備え、１体ずつ仕切った状態で各区画に燃料を収納する。収納バスケットは、板材を組合せて燃料集合体収納スペースを構成する構造と、角管を用いて燃料集合体を収納するスペースを構成する構造とに大別される。
【０００６】
板材を組合せて燃料集合体収納スペースを構成する構造では、それぞれ所定間隔で並べた第１格子部材群と第２格子部材群とを交差させながら軸方向すなわち燃料集合体の長手方向に積層して配置し、複数の区画を形成する。交差部分にはスリットを設け、いわゆる菓子折構造に組立てる(例えば、特許文献１参照)。
【０００７】
収納バスケットは、燃料を区画内に保持して燃料同士の衝突による破損を防ぐ強度確保機能と、収納した燃料が臨界に達しないようにする未臨界維持機能と、燃料からの放熱を容器に伝えて燃料の健全性が保たれる温度以下に燃料温度を抑制する伝熱機能とを要求される。
【０００８】
未臨界維持機能を果たす格子部材の材料としては、中性子吸収材であるホウ素を添加したステンレス鋼やアルミニウム合金などを用いている。
【０００９】
加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の燃料は、沸騰水型軽水炉(ＢＷＲ)の燃料と比較して、燃料集合体１体あたりの燃料棒本数が多く、燃料集合体のサイズが大きいので、反応度が高く臨界になりやすい。加圧水型軽水炉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。
【００１０】
加圧水型軽水炉の使用済み燃料収納バスケットとしては、中空の板材に切り込み部を設け、交差させた板材の切り込み部を互いに嵌め合わせて菓子折構造とする方式も提案されている(例えば、特許文献２参照)。板材の中空部に満たされる水は、中性子を減速し板材での中性子吸収効果を高め、未臨界維持機能を高める役割を担っている。
【００１１】
角管を用いて燃料集合体を収納するスペースを構成する構造では、ＮＦＴ−１４Ｐ型キャスクのような角管構造がある(例えば、非特許文献１参照)。
【００１２】
ＮＦＴ−１４Ｐ型キャスクの収納バスケットは、燃料を保持する角管状の燃料収納部材(チャンネル)を軸方向に多数配置した円盤状部材(支持リング)により固定している。燃料収納部材は、未臨界維持機能を高めるために、互いに間隔をあけて配置されている。
【００１３】
【特許文献１】特開特開２００１−２３５５８９号公報  (第４〜６頁  図１)
【特許文献２】特許第３１５０６７６号公報  (第６〜７頁  図３〜図７)
【非特許文献１】青木成文著「放射性物質輸送のすべて」第２版  日刊工業新聞社，２００２年４月，Ｐ１４０，図Ｉ.７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
収納バスケットは、輸送，貯蔵時に受ける荷重や応力に対して構造健全性を保つ強度確保機能と、使用済み燃料を収納した時に臨界になることを防ぐ未臨界維持機能と、燃料から発生する崩壊熱を効率的に容器外表面に伝える伝熱機能とが求められる。
【００１５】
近年、燃料経済性を改善するために、燃焼度を高めた高燃焼度燃料が使用されている。高燃焼度燃料は、重量が従来の使用済み燃料とあまり変わらないので、使用済み高燃焼度燃料を収容するキャスク収納バスケットに必要な強度確保機能は、従来の使用済み燃料に対する機能とほとんど変わらない。
【００１６】
未臨界維持機能に関しては、従来燃料に比べて高燃焼度燃料の核分裂性ウランの濃縮度を高めている場合があり、未臨界維持機能を改善するために、中性子吸収材の量や濃度を増やすことがある。
【００１７】
伝熱機能に関しては、使用済みの高燃焼度燃料は、従来燃料と比べて崩壊熱による発熱量が増加する。したがって、高燃焼度燃料用の使用済み燃料収納バスケットでは、伝熱機能を満たすために収納バスケットの板厚が決まることが多くなる。
【００１８】
特許文献１または特許文献２に示されている菓子折り構造は、基本的には一種類の格子部材で強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能とを担っているので、格子部材の板厚は、３条件の中で最も厳しい項目により制約される。
【００１９】
一方、使用済み燃料貯蔵容器には、クレーンなどの施設設備の容量に基づいて、重量や外径に制約がある。
【００２０】
伝熱機能を満たすために、収納バスケットの板厚が増えると、収納バスケットの自重だけでなく、収納バスケットの外径も増え、遮蔽に必要な構造材重量が増えてキャスク外径と重量も増える。
【００２１】
したがって、特に高燃焼度燃料用のキャスクについては、重量や収納バスケット外径の増加を抑制することが求められている。
【００２２】
なお、特許文献１または２に示した菓子折り構造の収納バスケットでは、燃料を配置する区画が格子状に限られるのに対して、角管構造の収納バスケットは、燃料配置の自由度が大きく、燃料を容器内に効率良く収納できる利点がある。
【００２３】
しかし、燃料で発生する熱を容器に伝え、燃料温度を燃料の健全性が保たれる温度以下に維持する伝熱機能に関しては、菓子折り構造の収納バスケットの方が、燃料を区画する部材と容器に接する部材とが一つの格子板により構成されるので、有利である。
【００２４】
角管構造の収納バスケットでは、燃料で発生する熱を容器に効率的に伝えるには、燃料を区画する角管状の燃料収納部材と燃料収納部材を固定する円盤状部材(支持リング)との間に大きな隙間が生じないようにしなければならない。溶接などにより燃料収納部材と円盤状部材とを固定する必要があり、製造コストが高くなる。
【００２５】
本発明の課題は、格子状の区画を有し収納バスケット径方向の両端まで届く連続した部材を使う菓子折り構造を生かして、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能とを維持しつつ、重量や収納バスケット外径の増加を抑制した使用済み燃料収納バスケットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、前記課題を解決するために、使用済み燃料を貯蔵しまたは輸送するための使用済み燃料容器内に設置され燃料集合体を保持する使用済み燃料の収納バスケットにおいて、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し長手方向に中性子減速材としての水を充満させうるギャップを内部に有し中性子吸収能力の高い元素を含有し熱伝導性が良い金属からなる板材と、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有し熱伝導性が良い金属からなる板材とを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ねて燃料集合体収納スペースを形成した使用済み燃料収納バスケットを提案する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、強度確保機能，未臨界維持機能，伝熱機能を維持しつつ、重量や収納バスケット外径の増加を抑制した使用済み燃料収納バスケットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、図１〜図１１を参照して、本発明による使用済み燃料収納バスケットおよび使用済み燃料貯蔵容器の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例１を備えた使用済み燃料貯蔵容器の要部構造を示す図である。すなわち、２４体のＰＷＲ使用済み燃料集合体を収納する収納バスケットの水平断面の右半分を示す図である。
【００３０】
図２は、図１の収納バスケットの構造を示す斜視図である。
【００３１】
炭素鋼製のキャスク内胴１ａの内側にステンレス鋼製のサポートシリンダ２ａが嵌め込まれ、サポートシリンダ２ａに本発明による収納バスケット３ａが嵌め込まれている。
【００３２】
収納バスケット３ａは、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部４１ａ，４１ａ，…を有し長手方向に貫通孔４２ａ，４２ａを有する板材４ａと、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部６１ａ，６１ａ，…を有し熱伝導性の良い伝熱板材６ａとを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ね、燃料集合体収納スペース１０を形成している。
【００３３】
板材４ａは、中性子吸収能力の高いホウ素を含有し熱伝導性が良いアルミニウム合金でできており、強度確保機能と未臨界維持機能とを担い、伝熱機能の一部も担っている。
【００３４】
板材４ａは、ホウ素を含有するアルミニウム合金を押し出し加工して貫通孔４２ａ，４２ａのある板材とし、切り込み部４１ａを機械加工する。切り込み部４１ａの深さは、断面長辺の長さの１／４である。
【００３５】
長手方向に貫通孔４２ａ，４２ａを有する板材４ａは、断面係数が大きいので、同じ重量の板材と比較して高強度であり、軽量化できる。
【００３６】
主に強度確保機能および未臨界維持機能を担う板材４ａと伝熱機能を担う板材６ａとの組合せは、収納バスケット内の位置によって異なる。中央部では、板材４ａの両側に板材６ａを１枚ずつ取り付けた３枚構造、最も外側では、板材４ａのみの１枚構造、その中間では、板材４ａの片側に板材６ａを１枚ずつ取り付けた２枚構造としてある。
【００３７】
この構造は、軽量化しつつ伝熱機能を改善するために採用しており、ヒートシンクとなるキャスク外側に近い部分は、収納バスケットの温度が材料の制約条件(例えば、３００℃)よりも十分低いので、伝熱板材６ａの量を少なくし、ヒートシンクから遠く燃料の崩壊熱によって収納バスケット温度が高くなりやすいキャスク中央部につながる板は、伝熱板材６ａの量を増して伝熱機能を強化してある。
【００３８】
板材６ａは、伝熱機能を補助する役割を持ち、矩形状の断面を有するアルミニウム合金板である。ホウ素を含有しないアルミニウム合金は、ホウ素を含有するアルミニウム合金よりも熱伝導率が高く、伝熱機能が優れている。板材６ａは、板材４ａと同様に、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部６１ａ，６１ａ，…を有する。
【００３９】
しかし、板材４ａと異なり、断面に貫通孔はない。切り込み部６１ａの深さは、断面長辺の長さの１／４であり、板材４ａとともに、切り込み部同士を交差させて嵌め合わせ、菓子折り構造とする。
【００４０】
板材４ａの切り込み４１ａの幅および板材６ａの切り込み６１ａの幅は、交差して組合せる板材４ａおよび板材６ａの板厚合計に、嵌め込むために必要な隙間を加えた値である。
【００４１】
図２の板は、１枚の板材４ａと１枚の板材６ａとからなり、中間の領域に配置される。図２の板材４ａと板材６ａは、長手方向に関しては一部のみを示しており、実際にはもっと長い部材である。また、収納バスケットでの位置に応じて、長手方向の長さは異なる。
【００４２】
板材４ａは、強度確保機能と未臨界維持機能を担い、板材４ａと板材６ａは伝熱機能を担っている。本発明のこの伝熱機能は、板材４ａと板材６ａとを重ねた嵌め合い構造で実現される。
【００４３】
未臨界維持機能および強度確保機能を受け持つように決められた板厚の板材４ａと、伝熱の一部を受け持つ板材６ａとの機能を分離しているので、少ない種類の部品で伝熱機能の異なる部材を構成できる。図１の実施例１では、同じ板厚の板材６ａの枚数をゼロから２枚まで採用し、伝熱機能の異なる３種類の部材を構成した。
【００４４】
なお、本実施例１では、板材６ａの短辺寸法(厚さ)を同一とし、収納バスケット内の場所に応じて板材の枚数を変えたが、板材６ａは、成形が比較的容易なので、厚さの異なる板材を使うこともできる。
【００４５】
図３は、図１の収納バスケットにおける板材４の別の製造方法を示す斜視図である。押し出し加工する際に、図２の貫通孔４２ａ，４２ａを直接形成する代わりに、断面がＥ字型のレール状板材とし、その凸部を向かい合わせて２枚のレール状板材を接合し、貫通孔４２ａ，４２ａを形成してもよい。
【００４６】
本実施例１では、板材４ａは長手方向の長さは異なるが、断面形状はすべて同じである。
断面形状を同じにすると、押し出し成形するための型が１種類で済み、製造しやすい。ホウ素を含有するアルミニウム合金は、ホウ素を含有しないアルミニウム合金よりも価格が高いので、ホウ素を含有するアルミニウム合金量を削減すると、経済的である。
【００４７】
このように伝熱部材６ａを導入し、板材４ａと板材６ａとを重ねたハイブリッド構造にすると、崩壊熱による発熱量が大きい使用済み燃料に対しても、収納バスケット材の板厚への制約条件となる伝熱量に応じて板材４ａと板材６ａの組合せにより板厚を変え、収納バスケット構造を適切に設計できる。
【００４８】
その結果、使用済み燃料の収納バスケットの大きさや重量を削減でき、高価な中性子吸収材を含んだ部材量を削減できるので、コンパクトで経済的な使用済み燃料輸送／貯蔵容器を実現できる。
【００４９】
なお、本実施例１では、伝熱板としての板材６ａにアルミニウムを使用したが、熱伝導性の良い銅などを使用することも可能である。
【００５０】
また、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能とを担う板材４ａとの材料としては、ホウ素を添加した銅などを用いることも可能である。
【００５１】
さらは、中性子吸収材は、ホウ素に限らない。エネルギーの低い中性子ほど良く吸収する性質を持つ物質であれば、採用できる。例えば、中性子吸収材として原子炉ウラン燃料に添加されるガドリニウムは、エネルギーの低い中性子ほど良く吸収することが知られており、ガドリニウムを添加した合金を用いても、本発明の効果が得られる。
【実施例２】
【００５２】
図４は、本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例２を備えた使用済み燃料貯蔵容器の要部構造を示す図である。すなわち、２４体のＰＷＲ使用済み燃料集合体を収納する収納バスケットの水平断面の右半分を示す図である。
【００５３】
炭素鋼でできたキャスク内胴１ａの内側にステンレス鋼製のサポートシリンダ２ａ１が嵌め込まれ、サポートシリンダ２ａ１に本発明による収納バスケット３ａ１が嵌め込まれている。
【００５４】
収納バスケット３ａ１は、図２と同様に、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部４１ａ，４１ａ，…を有し長手方向に貫通孔４２ａ，４２ａを有する板材４ａと、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部６１ａ，６１ａ，…を有し熱伝導性の良い伝熱板材６ａ１とを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ね、燃料集合体収納スペース１０を形成している。
【００５５】
板材４ａは、ホウ素を含有するアルミニウム合金であり、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能の一部とを担っており、板材６ａ１は、アルミニウム合金であり、伝熱機能の一部を担う。
【００５６】
実施例１では、板材６ａがサポートシリンダ２ａに差し込まれていたのに対して、本実施例２では、板材６ａ１がサポートシリンダ２ａ１に差し込まれていない。サポートシリンダ２ａ１には、アルミニウム合金製の伝熱材９ａ、９ｂがボルトで固定され、板材６ａ１とサポートシリンダ２ａ１との伝熱を補助する。
【００５７】
本実施例２の構成では、サポートシリンダ２ａ１に収納バスケット３ａ１を嵌め込む溝を加工する工程を削減でき、製造しやすい。
【実施例３】
【００５８】
図５は、本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例３の要部構造を示す斜視図である。
【００５９】
板材４ａは、ホウ素を含有するアルミニウム合金であり、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部４１ａ，４１ａ，…を有し、長手方向に貫通孔４２ａ，４２ａを有する。切り込み部４１ａの深さは、断面長辺の長さの１／４である。板材４ａの切り込み４１ａを交差させながら嵌め合わせて積み重ね、燃料集合体を収納する燃料集合体収納スペース１０を形成している。
【００６０】
板材５ａは、矩形状の断面を有するホウ素を含有しないアルミニウム合金板であり、伝熱機能を補助する役割を持ち、断面長辺の長さは、板材４ａの長辺長さのほぼ１／２である。
【００６１】
板材４ａの切り込み４１ａの幅は、交差させながら組合せる板材４ａおよび板材５ａの板厚に嵌め込むために必要な隙間を加えた幅であり、図５の例では、１枚の板材４ａと１枚の板材５ａとを嵌め込む幅になっている。
【００６２】
なお、図５の板材４ａおよび板材５ａは、長手方向に関しては一部のみを示しており、実際にはもっと長い部材である。また、収納バスケット３ａ内の位置に応じて、長手方向の長さが異なる。
【００６３】
本実施例３においても、板材４ａは、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能の一部とを担い、板材５ａは伝熱機能の一部を担っている。
【００６４】
切り込み部を有する部材の伝熱機能は、切り込み部において伝熱経路の断面積が減少するので、断面積の約半分しか有効に機能しない。したがって、切り込み部がない伝熱部材５ａは、長辺の長さが２倍で切り込み部がある伝熱部材６ａと比べて、重量は約半分になるが、伝熱機能は半分以上あり、伝熱効率が良い。
【００６５】
また、伝熱の一部を受け持つ板材５ａは、形状が単純で切り込み部を作成する必要がなく、製造しやすい。
【００６６】
高燃焼度燃料用の使用済み燃料キャスクでは、伝熱機能によって収納バスケットの板厚が規定される場合が多いので、本実施例３のように、未臨界維持機能と強度確保機能から板厚形状を決めた板材４ａと、伝熱の一部を受け持ち伝熱効率の良い板材５ａとに機能を分離すれば、収納バスケットを軽量化できる。
【実施例４】
【００６７】
図６は、本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例４の要部構造を示す斜視図である。
【００６８】
本実施例４で、板材４ｂは、ホウ素を含有するアルミニウム合金であり、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部４１ｂ，４１ｂ，…を有し、長手方向に貫通孔４２ｂ，４２ｂを有する。切り込み部４１ｂの深さは、断面長辺の長さの１／４である。板材６ｂは、ホウ素を含有しないアルミニウム合金であり、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部６１ｂ，６１ｂ，…を有し、熱伝導性の良い伝熱板材である。板材５ｂは、ホウ素を含有しないアルミニウム合金であり、長手方向に沿って長辺両側に切り込み部がなく、熱伝導性の良い伝熱板材である。
【００６９】
図７は、図６の使用済み燃料収納バスケットを横方向から見た断面を示す図である。
【００７０】
本実施例４では、アルミニウム合金の板材５ｂおよび６ｂの厚さを等しくし、板材６ｂを収納バスケット高さの中央に近い部分に使用し、表面積の少ない板材５ｂを収納バスケット高さの上部および下部に使用している。
【００７１】
より表面積の多い伝熱材６ｂを伝熱量の多い中央部に設置し、輻射による燃料集合体からの伝熱を改善し、伝熱量の少ない上下部の伝熱材量を減らすと、燃料集合体の熱をキャスク外部に効率良く伝えるとともに、収納バスケットを軽量化できる。
【実施例５】
【００７２】
図８は、本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例５の軸方向構造を示す図である。
【００７３】
本実施例５では、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能の一部とを担う板材４ｂは、燃料集合体の軸方向で同じ断面形状の部材を使用しているのに対して、伝熱機能の一部を担う板材６ｂ，６ｂ１，６ｂ２は、軸方向で厚さが異なる。
【００７４】
本実施例５によれば、伝熱機能の一部を担う板材６ｂ，６ｂ１，６ｂ２の厚さを伝熱量に応じて軸方向で変え、伝熱量の少ない上下部の伝熱材量を減らし、燃料集合体の熱をキャスク外部に効率良く伝え、収納バスケット３を軽量化できる。
【実施例６】
【００７５】
図９は、本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例６の要部構造を示す斜視図である。
【００７６】
収納バスケット３ａ１は、Ｈ型の断面を有しホウ素を含有するアルミニウム合金であり長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部４１ｃ，４１ｃ，…を有する板材４ｃと、矩形の断面を有しホウ素を含有しないアルミニウム合金板であり長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部６１ｃ，６１ｃ，…を有し熱伝導性の良い伝熱板材６ｃとを重ねた板を単位として交差させながら燃料集合体の軸方向に積み重ね、燃料集合体収納スペース１０を形成している。Ｈ型板材４ｃおよび板材６ｃの切り込み部の深さは、断面長辺の１／４である。
【００７７】
Ｈ型板材４ｃは、本発明の他の実施例と同様に、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能の一部とを担っている。板材６ｃは、伝熱機能を補助する役割を担っている。
【００７８】
本実施例６では、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能とを備えた部材として、Ｈ型板材４ｃを利用している。Ｈ型板材４ｃは、貫通孔をあけた板材４ａなどよりも製造が容易であり、より経済的な収納バスケット３を実現できる。
【実施例７】
【００７９】
図１０は、本発明による沸騰水型軽水炉(ＢＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例７を備えた使用済み燃料貯蔵容器の要部構造を示す図である。すなわち、６２体のＢＷＲ使用済み燃料集合体を収納する収納バスケットの水平断面の右半分を示す図である。
【００８０】
実施例７においては、炭素鋼でできたキャスク内胴１ｄの内側に、ステンレス鋼製のサポートシリンダ２ｄが嵌め込まれ、サポートシリンダ２ｄには、本発明による収納バスケット３ｄが嵌め込まれている。
【００８１】
収納バスケット３ｄは、長手方向に沿って長辺両側に複数の切り込み部を有する板材４ｄと板材６ｄとを組合せて積み重ね、ＢＷＲ使用済み燃料集合体を収納するスペース１０を構成している。
【００８２】
本実施例７の板材４ｄは、ホウ素を含有するアルミニウム合金であり、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能の一部とを担っている。板材６ｄは、アルミニウム合金であり、伝熱機能の一部を担っている。
【００８３】
板材４ｄと板材６ｄとを嵌め合いで菓子折り構造とし、収納バスケット３ｄを構成している。
【００８４】
沸騰水型軽水炉の燃料は、加圧水型軽水炉の燃料よりも燃料集合体が小さいので、未臨界維持機能に関しては、燃料間に加圧水型軽水炉ほどのギャップを設ける必要がない。したがって、板材４ｄは、内部にギャップを持たず、板材６ｂと同様の板形状である。
【００８５】
図１１は、図１０の使用済み燃料収納バスケットを横方向から見た断面を示す図である。
【００８６】
本実施例７では、ホウ素を含有するアルミニウム合金の板材４ｄで強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能の一部とを担う。
【００８７】
ただし、沸騰水型軽水炉の燃料に関しては、中性子が体系から漏れる収納バスケットの上端と下端とは、未臨界維持機能がさほど要求されないので、その部分には価格の低いアルミニウム合金の板材７ｄと８ｄを使用している。
【００８８】
これらの上下端を除いた部分は、ホウ素を含有するアルミニウム合金であり強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能の一部とを担う板材４ｄと、ホウ素を含有しないアルミニウム合金であり伝熱機能の一部を担うアルミニウム合金製の板材６ｄとの切り欠き部を交差させながら嵌め合い、収納バスケット３を構成する。
【００８９】
このように、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能の一部とを担う部材と、伝熱機能の一部を担う部材とに機能を分離したので、崩壊熱による発熱量が大きい沸騰水型軽水炉の使用済み燃料に対しても、収納バスケット材の板厚を制約する伝熱量に応じて板厚を変え、収納バスケット構造を適切に設計できる。
【００９０】
その結果、使用済み燃料の収納バスケット３の大きさや重量を減らし、また、高価な中性子吸収材を含んだ部材量を削減できるので、コンパクトで経済的な使用済み燃料の輸送／貯蔵容器を実現できる。
【００９１】
本発明によれば、強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能の一部とを担う部材と、伝熱機能の一部を担う部材とを分離し、伝熱機能を担う部材を収納バスケットの径方向および軸方向に効果的に配置し、十分な強度確保機能と未臨界維持機能と伝熱機能を保持したまま、収納バスケットを軽量化し、燃料集合体の収納本数を増やせる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例１を備えた使用済み燃料貯蔵容器の要部構造を示す図である。
【図２】図１の収納バスケットの構造を示す斜視図である。
【図３】図１の収納バスケットにおける板材４の別の製造方法を示す斜視図である。
【図４】本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例２を備えた使用済み燃料貯蔵容器の要部構造を示す図である。
【図５】本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例３の要部構造を示す斜視図である。
【図６】本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例４の要部構造を示す斜視図である。
【図７】図６の使用済み燃料収納バスケットを横方向から見た断面を示す図である。
【図８】本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例５の軸方向構造を示す図である。
【図９】本発明による加圧水型軽水炉(ＰＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例６の要部構造を示す斜視図である。
【図１０】本発明による沸騰水型軽水炉(ＢＷＲ)の使用済み燃料収納バスケットの実施例７を備えた使用済み燃料貯蔵容器の要部構造を示す図である。
【図１１】図１０の使用済み燃料収納バスケットを横方向から見た断面を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１  キャスク内胴
２  サポートシリンダ
３ａ〜３ｄ  収納バスケット
４ａ〜４ｄ  板材
４１ａ〜４１ｃ  切り込み部
４２  貫通孔
５ａ，５ｂ  切り込み部のない板材
６ａ〜６ｄ  切り込み部のある板材
６１ａ，６１ｂ  切り込み部
７ｄ  伝熱補助材
８ｄ  伝熱補助材
９  伝熱補助材
１０  燃料集合体収納スペース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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