(57)【要約】【課題】  ヒートパイプにより容器内部を効率的に冷却することができる使用済み核燃料用容器の冷却構造を提供する。【解決手段】  中空に形成された金属製の容器本体２と、容器本体２の開口部を閉塞する上蓋３と、複数の仕切り板５０を格子状に配置させて形成されるとともに、容器本体２の内部に格納されて仕切り板５０により区画された格納室Ｒを形成する格子状構造体５とを備え、格納室Ｒが上蓋３側に向けて開口するように形成されているとともに格納室Ｒ内に燃料棒を格納するように構成された使用済み核燃料用の容器１の冷却構造において、上蓋３の内面３ａと当接するＬ型ヒートパイプ７を備え、Ｌ型ヒートパイプ７の蒸発部７ａが格納室Ｒ内に配置されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空に形成された金属製の容器本体と、前記容器本体の開口部を閉塞する蓋部と、複数の板部材を格子状に配置させて形成されるとともに、前記容器本体の内部に格納されて前記板部材により区画された複数の格納室を形成する格子状構造体とを備え、前記格納室は前記蓋部側に向けて開口するように形成され、かつ前記格納室内に燃料棒を格納するように構成された使用済み核燃料用容器の冷却構造において、
前記蓋部により形成された容器内壁面に当接するヒートパイプを備え、
前記ヒートパイプの蒸発部が前記格納室内に配置されていることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項２】
前記ヒートパイプは、略Ｌ字状に形成されて長脚部と短脚部とを有するＬ型ヒートパイプであって、
前記短脚部は、前記蓋部により形成された容器内壁面に当接し、
前記長脚部は、前記格納室内に配置され、かつ前記格子状構造体と前記燃料棒との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項３】
前記長脚部は、前記格子状構造体および前記燃料棒のうち少なくともいずれか一方と当接するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項４】
前記容器本体は、中空の筒状に形成され、
前記蓋部は、前記容器本体の上側開口部を閉塞する上蓋と、前記容器本体の下側開口部を閉塞する底蓋とを含み、
前記短脚部は、前記上蓋により形成された容器内壁面に当接し、
前記Ｌ型ヒートパイプにおける前記長脚部側の端部は、前記容器本体の中心軸線方向で当該容器本体の中心部分よりも前記上蓋側の領域内に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項５】
直線状に形成され、かつ前記格子状構造体を形成する前記板部材に取り付けられた直線型ヒートパイプをさらに備え、
前記直線型ヒートパイプにおける一方の端部は、前記容器本体により形成される容器内壁面と当接し、
前記直線型ヒートパイプにおける他方の端部は、前記容器本体の中心軸線付近に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項６】
前記板部材は、前記格納室を区画する面上に、厚さ方向に凹む溝が直線状に延びて形成されており、
前記直線型ヒートパイプは、前記板部材の溝内に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項７】
前記直線型ヒートパイプは、固定具によって前記板部材のうち前記格納室を区画する面上に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項８】
前記直線型ヒートパイプは、前記燃料棒と当接していることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、使用済み核燃料用容器の冷却構造に関し、特に容器内に格納された燃料棒をヒートパイプを用いて冷却する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子炉で使用された燃料棒（燃料集合体）を格納する容器構造が周知である。使用済み核燃料は、核燃料自体により発熱を継続するため、一旦水につけて冷やせば温度が下がるものの、水から取り出し何ら冷却がされなければ、再び温度が上昇し始める。仮にそのまま冷却されなければ、核燃料の過熱により燃料棒の破損や熔融に到る可能性がある。そのため、使用済み核燃料を冷却し続けて格納する容器構造が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、格子状に交差させた仕切り板を垂直方向へ積み上げて形成された構造体が容器内部に格納され、その仕切り板により区画された格納室内に使用済み燃料棒を格納する使用済み核燃料用容器が開示されている。その構造体は高い熱伝導性を有する中性子物質からなる仕切り板により構成されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３４２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された構成では、使用済み核燃料の発した熱が容器内部の格納室を形成する仕切り板に伝達するとともに仕切り板の熱伝導により放熱するように構成されているため、仕切り板の熱伝導率に依存する冷却構造であった。そのため、容器内に格納された燃料棒の冷却性能を向上させるためには改良の余地がある。
【０００６】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、使用済みの燃料棒が格納された容器内をヒートパイプにより効率的に冷却することができる使用済み核燃料用容器の冷却構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明は、中空に形成された金属製の容器本体と、前記容器本体の開口部を閉塞する蓋部と、複数の板部材を格子状に配置させて形成されるとともに、前記容器本体の内部に格納されて前記板部材により区画された複数の格納室を形成する格子状構造体とを備え、前記格納室は前記蓋部側に向けて開口するように形成され、かつ前記格納室内に燃料棒を格納するように構成された使用済み核燃料用容器の冷却構造において、前記蓋部により形成された容器内壁面に当接するヒートパイプを備え、前記ヒートパイプの蒸発部が前記格納室内に配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この発明は、上記発明において、前記ヒートパイプは、略Ｌ字状に形成されて長脚部と短脚部とを有するＬ型ヒートパイプであって、前記短脚部は、前記蓋部により形成された容器内壁面に当接し、前記長脚部は、前記格納室内に配置され、かつ前記格子状構造体と前記燃料棒との間に配置されていることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【０００９】
この発明は、上記発明において、前記長脚部は、前記格子状構造体および前記燃料棒のうち少なくともいずれか一方と当接するように構成されていることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【００１０】
この発明は、上記発明において、前記容器本体は、中空の筒状に形成され、前記蓋部は、前記容器本体の上側開口部を閉塞する上蓋と、前記容器本体の下側開口部を閉塞する底蓋とを含み、前記短脚部は、前記上蓋により形成された容器内壁面に当接し、前記Ｌ型ヒートパイプにおける前記長脚部側の端部は、前記容器本体の中心軸線方向で当該容器本体の中心部分よりも前記上蓋側の領域内に配置されていることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【００１１】
この発明は、上記発明において、直線状に形成され、かつ前記格子状構造体を形成する前記板部材に取り付けられた直線型ヒートパイプをさらに備え、前記直線型ヒートパイプにおける一方の端部は、前記容器本体により形成される容器内壁面と当接し、前記直線型ヒートパイプにおける他方の端部は、前記容器本体の中心軸線付近に配置されていることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【００１２】
この発明は、上記発明において、前記板部材は、前記格納室を区画する面上に、厚さ方向に凹む溝が直線状に延びて形成されており、前記直線型ヒートパイプは、前記板部材の溝内に取り付けられていることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【００１３】
この発明は、上記発明において、前記直線型ヒートパイプは、固定具によって前記板部材のうち前記格納室を区画する面上に取り付けられていることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【００１４】
この発明は、上記発明において、前記直線型ヒートパイプは、前記燃料棒と当接していることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、容器本体の開口部を閉塞する蓋部により形成された容器内壁面と当接するヒートパイプを備え、そのヒートパイプの蒸発部が燃料棒を格納する格納室内に配置されているので、格納室の熱をヒートパイプを介して蓋部に伝達させることができる。そのため、容器内部を効率的に冷却することができるので、容器内に格納された使用済み核燃料が過熱することを防止できる。さらに、ヒートパイプを設けたことにより容器内の冷却効率が向上することで、容器内に格納できる燃料棒の量を増大させることができる。
【００１６】
この発明によれば、蓋部により形成された容器内壁面に当接するＬ型ヒートパイプを備え、格納室内に配置された長脚部が蒸発部を構成し、蓋部に当接する短脚部が凝縮部を構成することができる。そのため、格納室内の熱をＬ型ヒートパイプを介して蓋部に熱伝達させることができるので、容器内部の冷却性能を向上させることができる。
【００１７】
この発明によれば、格納室内において、発熱する燃料棒とＬ型ヒートパイプの長脚部とを当接させることができる。そのため、燃料棒からＬ型ヒートパイプへの熱伝達効率が向上し、Ｌ型ヒートパイプを介して蓋部へ効率的に熱を輸送することができる。
【００１８】
この発明によれば、容器内部において、中心軸線方向で上半分側の領域内にＬ型ヒートパイプの蒸発部が配置されていることにより、その上半分側に溜まった熱をＬ型ヒートパイプにより効率的に蓋部へ輸送することができる。
【００１９】
この発明によれば、容器本体により形成された容器内壁面と当接する直線型ヒートパイプを備え、直線型ヒートパイプの蒸発部を容器本体の中心軸線付近に配置させることができる。そのため、容器本体の中心部分付近に溜まった熱を直線型ヒートパイプを介して容器本体へ効率的に輸送することができる。したがって、容器内における高温部の熱を効率的に抽出して容器外部へ放熱することができる。
【００２０】
この発明によれば、板部材のうち格納室を区画する面上に形成された直線状の溝内に直線型ヒートパイプが取り付けられていることにより、大幅に構造を変更することなく直線型ヒートパイプを容器本体内部に配置することができる。
【００２１】
この発明によれば、固定具によって直線型ヒートパイプを確実に板部材のうち格納室を区画する面上に固定することができる。これにより、直線型ヒートパイプが板部材から脱落することを低減できる。
【００２２】
この発明によれば、格納室内において、発熱する燃料棒と直線型ヒートパイプとを当接させることができる。そのため、燃料棒から直線型ヒートパイプへの熱伝達効率が向上し、直線型ヒートパイプを介して容器本体へ効率的に熱を輸送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一例における使用済み核燃料用容器を模式的に示した図である。
【図２】図１に示す使用済み核燃料用容器のＡ−Ａ断面を模式的に示した断面図である。
【図３】複数の仕切り板により構成された格子状構造体を説明するための図である。
【図４】使用済み核燃料用容器の内部構造を説明するための図である。
【図５】上蓋に設けられたヒートパイプの配置を示した説明図である。
【図６】仕切り板に形成された溝およびその溝に取り付けられたヒートパイプを模式的に示した図である。
【図７】図６に示す仕切り板およびヒートパイプのＢ−Ｂ断面を模式的に示した断面図である。
【図８】図６に示す仕切り板により構成された格子状構造体を説明するための図である。
【図９】固定具によってヒートパイプが取り付けられた仕切り板を模式的に示した図である。
【図１０】図９に示す仕切り板およびヒートパイプのＣ−Ｃ断面の一例を模式的に示した断面図である。
【図１１】図９に示す仕切り板およびヒートパイプのＣ−Ｃ断面の他の例を模式的に示した断面図である。
【図１２】この発明で採用することができるヒートパイプの一例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明を具体的に説明する。この発明で対象とする使用済み核燃料用の容器とは、原子炉で使用された燃料棒（燃料集合体）を格納するものであって、燃料棒を安全に格納し続け、さらには燃料棒を格納した状態で容器を搬送することができるように構成されたものである。したがって、この発明に係る使用済み核燃料用容器の冷却構造では、格納された燃料棒を冷却するために、容器内部に容器内壁面と当接するヒートパイプを設け、そのヒートパイプを介して容器内部の高温領域の熱を容器壁部へ輸送するように構成されている。
【００２５】
図１には、この発明で対象とすることができる使用済み核燃料用容器の一例を示してある。この具体例における使用済み核燃料用の容器１は、中空円筒状に形成された容器本体２を備え、容器本体２の上側開口部が上蓋３によって閉塞され、かつ容器本体２の下側開口部が底蓋４によって閉塞されるように構成されている。上蓋３および底蓋４によって封止された容器本体２の内部空間に、使用済み核燃料である燃料棒が格納される。容器本体２と、その容器本体２の開口部を閉塞する蓋部である上蓋３および底蓋４とによって容器１の壁部が形成され、かつ容器内壁面が形成されている。
【００２６】
図２には、図１に示す容器１のＡ−Ａ断面を示してある。容器本体２は、二層構造に形成され、それぞれ中空円筒状に形成された内側容器２１および外側容器２２を備えている。内側容器２１は、外側容器２２よりも小径に形成され、かつ外側容器２２よりも肉厚に形成されている。内側容器２１が外側容器２２の内周側に配置され容器１の内壁部を構成している。外側容器２２が容器１の外壁部を構成している。また、内側容器２１および外側容器２２は、ホウ素入りスチール鋼により形成されている。
【００２７】
具体的には、内側容器２１は、所定の厚さを有する中空円筒状の筒部２１ａを主体に構成されている。筒部２１ａの外周面から径方向に突出するフィン２１ｂが設けられている。フィン２１ｂは、容器本体２の中心部分Ｏを中心とする放射状に複数配置され、円周方向で等間隔に配置されている。また、フィン２１ｂは、円周方向で所定の厚さを有するように形成され、かつ中心軸線方向に延びるように形成されている。そのフィン２１ｂの外周側に、内側容器２１を囲むようにして外側容器２２が配置されている。なお、中心軸線Ｙとは容器本体２の中心部分Ｏを通る直線である。よって、容器１の高さ方向を中心軸線方向と記載し、この中心軸線方向と直交する方向を径方向と記載する場合がある。
【００２８】
また、内側容器２１の筒部２１ａと外側容器２２との間には、内側容器２１のフィン２１ｂを円周方向で挟むように配置された銅製のフィン２３と、径方向で内側容器２１と外側容器２２との隙間を埋めるように配置された樹脂製の緩衝材２４とが設けられている。フィン２３は、長方形板状に形成され、その長手方向が中心軸線方向となるように配置されて内側容器２１のフィン２１ｂを円周方向で両側から挟むように当接している。緩衝材２４は、少なくとも内側容器２１の筒部２１ａの外周面とフィン２３の表面と外側容器２２の内周面とに当接している。
【００２９】
さらに、内側容器２１における筒部２１ａの内周面２１ｄには、直線状の溝２１ｃが中心軸線方向に延びるように形成されている。内周面２１ｄは容器１の内壁面を形成する。つまり、溝２１ｃは容器内壁面に設けられ、溝２１には格子状構造体５を構成する仕切り板５０が取り付けられている。
【００３０】
格子状構造体５は、複数の仕切り板５０を格子状に配置させて構成され、容器本体２内に仕切り板５０により区画された格納室Ｒを形成している。格納室Ｒは、格子状構造体５を形成している仕切り板５０により区画された空間であって、中心軸線方向に同一室が延びるように形成されている。すなわち、各格納室Ｒは上蓋３に向けて開口するように形成されている。例えば、格納室Ｒには、中心軸線Ｙと直交する方向で仕切り板５０同士の対向面により四方が囲まれた空間や、仕切り板５０と内側容器２１における筒部２１ａの内周面２１ｄとにより区画された空間が含まれる。その格納室Ｒは容器本体２の内部に複数形成されており、その格納室Ｒ内に使用済みの燃料棒６が格納されている。
【００３１】
また、図３に示すように、格子状構造体５を構成する仕切り板５０は、略長方形状に形成されたスチール製の板により構成され、その長手方向と直交する方向に複数のスリット５０ａが設けられている。スリット５０ａは他の仕切り板５０におけるスリット５０ａと噛み合うためのものである。したがって、格子状構造体５は、複数の仕切り板５０のスリット５０ａ同士を噛み合わせることにより構成されており、一方向（第１方向）に互いに平行に配置された複数の仕切り板５０である第１仕切り板５１と、他方向（第２方向）に互いに平行に配置された複数の仕切り板５０である第２仕切り板５２とによって構成されている。つまり、格子状構造体５は、中心軸線方向で第１仕切り板５１と第２仕切り板５２とが交互に配置されて積み重ねられ、かつ複数の仕切り板５０が格子状に配置された構成を有する。また、格子状構造体５は、仕切り板５０における長手方向で両側の端部５０ｂが容器本体２の溝２１ｃに取り付けられた状態で容器１の内部に格納される。なお、この具体例では、第１方向と第２方向とは直交する方向である。
【００３２】
図４，５には、容器１の内部に設けられたヒートパイプ７を示している。ヒートパイプ７は、略Ｌ字状に形成された金属製のＬ型ヒートパイプであって、中空に形成された内部に作動液が封入されている銅製のものである。具体的には、ヒートパイプ７は、屈曲部分を介して互いに直線棒状に形成された短脚部７１および長脚部７２が一連に形成されている。短脚部７１が上蓋３の内面３ａに当接して取り付けられ、長脚部７２が短脚部７１から屈曲し垂下するように形成され格納室Ｒ内に配置されている。内面３ａは、上蓋３が容器本体２に取り付けられた状態において、上蓋３により形成される容器１の内壁面を構成する。つまり、長脚部７２が格納室Ｒ内の熱を受け取ることにより作動液を気化させる蒸発部７ａを構成し、かつ短脚部７１が蒸発部７ａで気化された蒸気を液化させる凝縮部７ｂを構成する。その長脚部７２の端部７２ａは、中心軸線方向で容器本体２内における上側半分の領域内に配置されている。すなわち、容器本体２の内部において、中心軸線方向で容器本体２の中央部Ｘよりも上蓋３側の領域内にヒートパイプ７における長脚部７２側の端部７２ａが配置されている。また、ヒートパイプ７は、外表面の一部が平坦面に形成された扁平型により構成されてもよい。例えば、短脚部７１において、上蓋３の内面３ａとの当接面が平坦面に形成されてもよく、あるいは長脚部７２が扁平形状に形成されてもよい。なお、図４に示す容器本体２の内部では、中心軸線Ｙに対して右半分部分には格子状構造体５および燃料棒６を記載し、一方、左半分部分では格子状構造体５および燃料棒６の記載を省略している。
【００３３】
また、図５に示すように、ヒートパイプ７は、各格納室Ｒの配置に対応して上蓋３の内面３ａ上に複数配置されている。そのヒートパイプ７の長脚部７２は、格納室Ｒ内において、燃料棒６と仕切り板５０との間に配置されている。なお、格納室Ｒ内に配置された長脚部７２は、燃料棒６および仕切り板５０（格子状構造体５）と接触しないように配置されてもよく、あるいは燃料棒６および仕切り板５０のうちの少なくともいずれか一方と当接するように配置されてもよい。
【００３４】
したがって、上蓋３が容器本体２に取り付けられた状態では、ヒートパイプ７の長脚部７２が格納室Ｒ内の熱を受け取ることにより、蒸発部７ａで作動液が気化する。蒸発部７ａで気化された蒸気がヒートパイプ７内を上昇して凝縮部７ｂである短脚部７１に移動する。その短脚部７１で上蓋３に熱が伝えられて放熱されることにより、蒸気が液化される。そして、短脚部７１で液化された作動液がヒートパイプ７の内壁に設けられたウィックなどの毛細管力を生じる構成により、蒸発部７ａへ移動（還流）するように構成されている。
【００３５】
さらに、上蓋３および底蓋４により閉塞（密閉）されている容器本体２の内部には、高い熱伝導性を有する不活性ガスが封入されている。この具体例では、不活性ガスとしてヘリウムガスを採用している。ヘリウムガスは、熱伝導性および気体の安定性が高いことに加えて空気よりも軽いため、燃料棒６を格納する容器１内に封入する不活性ガスとして好適である。つまり、容器本体２の内部では、燃料棒６の発した熱がヘリウムガスに伝達し、そのヘリウムガスの自然対流により、その熱が容器本体２内の上側すなわち上蓋３側に移動する。さらに、容器本体２内で上側半分の領域内には、ヒートパイプ７が設けられている。したがって、燃料棒５が発した熱は、ヘリウムガスによって上蓋３および内側容器２１により形成された壁部へ輸送されるとともに熱伝達され、あるいはヘリウムガスを介してヒートパイプ７に伝達されてヒートパイプ７によって上蓋３へ輸送されるとともに熱伝達される。そして、上蓋３および容器本体２を介して容器外部へ放熱されるように構成されている。
【００３６】
この具体例における使用済み核燃料用容器の冷却構造によれば、容器内壁面を形成する上蓋の内面に当接されたヒートパイプを備え、そのヒートパイプが燃料棒を格納する格納室内に配置されているので、容器内部を効率的に冷却することができる。そのため、容器内に格納された使用済み核燃料が過熱することを防止できる。また、容器内部に封入されたヘリウムガスによる自然対流によって容器内壁へ熱輸送することができるので、冷却性能を向上させることができる。つまり、容器内の上部に集まった熱を効率的に容器外部へ放熱させることができる。また、ヒートパイプを設けたことにより容器内の冷却効率が向上するので容器内に格納できる燃料棒の量を増大させることができる。さらに、この具体例の容器は、容器内に燃料棒を格納した状態で輸送可能な強度を有する構造に形成されているので、使用済み核燃料の搬送用容器としても好適な冷却構造を備えている。
【００３７】
また、格納室内においてヒートパイプの長脚部が燃料棒と当接している場合には、燃料棒から直接ヒートパイプへ熱伝達するため熱伝達効率が向上し、ヒートパイプを介して上蓋へ効率的に熱を輸送することができる。さらに、容器内部に熱伝導性が高く非常に軽いヘリウムガスが封入されていることにより、ヘリウムガスによる自然対流によって格納室内の熱を拡散させることができるとともに、ヘリウムガスがその熱を容器本体や上蓋に輸送するので冷却性能が向上する。つまり、上蓋にヒートパイプが設けられていることにより、ヘリウムガスによって容器内の上部に集められた熱をヒートパイプが回収して上蓋に輸送することができ、熱輸送効率が向上する。要するに、容器内の上部に集まった熱を効率的に容器外部へ放熱させることができるように構成されているので、容器内部の冷却性能が向上する。
【００３８】
また、前述した具体例の変形例として、ヒートパイプを取り付けた仕切り板によって格子状構造体が構成されてもよい。この変形例に含まれる仕切り板を図６に示してある。図６に示すように、この変形例における仕切り板８０では、スチール製の長方形の板状に形成され、長手方向と直交する方向にスリット８０ａが複数設けられている。さらに、仕切り板８０には、厚さ方向に窪みかつ長手方向に沿って直線状に延びるように形成された溝８０ｂが設けられている。溝８０ｂは、仕切り板８０のうち格納室Ｒを区画する格納面８０ｃ上に形成されている。溝８０ｂの内部に直線状のヒートパイプ９が取り付けられている。ヒートパイプ９は金属製の直線型ヒートパイプ例えば銅製のものである。また、溝８０ｂは同一格納面８０ｃ上に二本形成され、かつ仕切り板８０の長手方向で全域に亘って一連に形成されており、一つの溝８０ｂに二つのヒートパイプ９が埋め込まれている。この場合、仕切り板８０の長手方向で仕切り板８０の中央側に各ヒートパイプ９の蒸発部９１が配置され、その長手方向で両端部８０ｄ側に各ヒートパイプ９の凝縮部９２が配置される。
【００３９】
さらに、図７に示す断面形状のように、溝８０ｂは、仕切り板８０における両側の格納面８０ｃ上に設けられている。溝８０ｂは仕切り板８０の幅方向で異なる位置に配置されている。ヒートパイプ９は、扁平型に形成され、その一部が溝８０ｂから露出している。この場合、仕切り板８０は、ヒートパイプ９を溝８０ｂ内に支持させる力（固定力）をヒートパイプ９に作用させている。例えば、ヒートパイプ９と当接する溝８０ｂの形状によって固定力をヒートパイプ９に作用させることができる。具体的には、溝８０ｂの開口側付近に幅方向に突出する図示しない係止部が形成され、その係止部がヒートパイプ９と当接するように構成されている。つまり、溝８０ｂにおける開口部の一部がヒートパイプ９の太さよりも狭い形状に形成されてもよい。この場合、ヒートパイプ９は長手方向の端部８０ｄから溝８０ｂ内に挿入されて仕切り板８０に取り付けられる。
【００４０】
そして、図８に示すように、格子状構造体８はヒートパイプ９が取り付けられた複数の仕切り板８０により形成されている。格子状構造体８では、一方向（第１方向）に互いに平行に配置された複数の仕切り板８０である第１仕切り板８１と、他方向（第２方向）に互いに平行に配置された複数の仕切り板８０である第２仕切り板８２とによって構成されている。つまり、格子状構造体８は、格子状に配置された第１仕切り板８１と第２仕切り板８２とのスリット８０ａ同士を噛み合わせて、中心軸線方向で第１仕切り板８１と第２仕切り板８２とが交互に積み重ねられて構成されている。
【００４１】
したがって、格子状構造体８が容器本体２の内部に格納されることにより、中心軸線Ｙ付近すなわち径方向で中心部分Ｏ付近にヒートパイプ９の蒸発部９１が配置され、径方向で外周側にヒートパイプ９の凝縮部９２が配置される。この場合、仕切り板８０における長手方向で両側の端部８０ｄが内側容器２１の内周面２１ｄに形成された溝２１ｃに取り付けられることにより、ヒートパイプ９の凝縮部９２が内側容器２１の内周面２１ｄと当接している。さらに、ヒートパイプ９が取り付けられた仕切り板８０により区画された格納室Ｒでは、各ヒートパイプ９の一部が各格納室Ｒ内に露出して格納室Ｒを区画する面の一部を形成していることにより、格納室Ｒ内の燃料棒６は四方がヒートパイプ９によって囲まれている。この場合、ヒートパイプ９が格納室Ｒ内において燃料棒６と当接してもよい。
【００４２】
なお、仕切り板にヒートパイプを取り付ける手段は、前述したような仕切り板８０に溝８０ｂを設け、その溝８０ｂ内にヒートパイプ９が留まるようにヒートパイプ９を係止する構成に限定されず、他の手段を用いてもよい。例えば、仕切り板のうち格納室Ｒを区画する面上に配置されたヒートパイプを支持する固定具を備えるように構成されてもよい。その構成例を図９に示してある。図９に示すように、固定具１０によってヒートパイプ９が仕切り板１００に取り付けられるように構成されている。仕切り板１００は、長方形の板状に形成され、長手方向と直交する方向に延びるように形成されたスリット１００ａが設けられている。この場合、ヒートパイプ９は仕切り板１００の長手方向と平行に複数配置され、各蒸発部９１がその長手方向で中央側に配置され、各凝縮部９２は長手方向で両端側に配置されている。さらに、各ヒートパイプ９では蒸発部９１側と凝縮部９２側とが固定具１０によって仕切り板１００に取り付けられている。また、スリット１００ａは長手方向で等間隔、かつ幅方向で両側の対応する位置に複数配置されている。例えば、固定具１０は幅方向両側がスリット１００ａに挟まれる位置に配置されている。
【００４３】
図１０には、固定具１０の一例を示し、図９に示すＣ−Ｃ断面の一例を示してある。この構成例では、固定具１０として金属製の支持具１１とねじ１２とを有している。支持具１１は、仕切り板１００の格納面１００ｂ上に配置されたヒートパイプ９を覆う形状に形成されている。その支持具１１は、仕切り板１００との間にヒートパイプ９を挟み込んだ状態すなわち保持状態で、ねじ１２によって仕切り板１００に固定されている。具体的には、支持具１１は、厚さ方向に凹む形状に形成された窪み部１１ａと、その窪み部１１ａ内にヒートパイプ９が保持された状態で仕切り板１００の格納面１００ｂと当接する当接部１１ｂとを備えている。当接部１１ｂには、ねじ１２が貫通する孔１１ｃが設けられている。さらに、仕切り板１００には、ねじ１２と噛み合う穴１００ｃが設けられている。したがって、前述した保持状態において、ねじ１２が孔１１ｃを介して穴１００ｃにねじ込まれることにより、ヒートパイプ９が仕切り板１００に取り付けられる。
【００４４】
また、図１１には、固定具１０の他の構成例を示し、図９に示すＣ−Ｃ断面の他の例を示してある。図１１に示す例では、固定具１０として、縦断面が矩形状に形成された金属製の支持具１３を備え、その支持具１３が仕切り板１００との間にヒートパイプ９を挟み込んだ状態（保持状態）でボルト１４によって仕切り板１００の格納面１００ｂ上に固定されている。
【００４５】
前述した変形例によれば、容器本体により形成された容器内壁面と当接する直線形状のヒートパイプを備え、その蒸発部が容器本体の中心軸線付近に配置されているので、容器本体の中心部分付近に溜まった熱をこのヒートパイプを介して容器本体へ効率的に輸送することができる。
【００４６】
また、仕切り板のうち格納室を区画する面上に形成された直線状の溝内に直線型ヒートパイプが取り付けられていることにより、大幅に構造を変更することなく直線型ヒートパイプを容器本体内部に配置することができる。あるいは、固定具によってヒートパイプを確実に板部材のうち格納室を区画する面上に固定することができる。これにより、直線型ヒートパイプが板部材から脱落することを低減できる。そして、格納室内において直線型ヒートパイプが発熱する燃料棒と当接している場合には、燃料棒から直線型ヒートパイプへ直接熱伝達するので伝達効率が向上し、直線型ヒートパイプを介して容器本体へ効率的に熱を輸送することができる。
【００４７】
さらに、前述したヒートパイプ７およびヒートパイプ９は、扁平型に形成することができ、異なる金属による多層構造に構成することができる。図１２には、その多層構造に形成されたヒートパイプ７（９）の断面図を示してある。図１２に示すヒートパイプ７（９）では、壁部が異なる金属の多層構造に形成されており、銅製の壁部１７の外周側にスチール鋼製の壁部１８が設けられている。つまり、壁部１７の周り壁部１８が被覆しており、銅製の内壁とスチール鋼製の外壁とが積層している。また、ヒートパイプ７（９）は中空形状に形成され、銅製の壁部１７の内周側に銅製のウィック１６が設けられている。銅製のウィック１６にはヒートパイプ内に収容された作動液が浸透する。すなわち、銅製のウィック１６が内層を構成し、銅製の壁部１７が中間層を構成するとともに、スチール鋼製の壁部１８が外層を構成する。要は、ヒートパイプ７（９）では、銅製のヒートパイプの外周側に銅よりも強度の高いスチール鋼が被覆されている。そのヒートパイプ７（９）によれば、内部空間に封入された作動液との熱伝達効率が銅製のウィック１６および壁部１７により維持されつつ、外表面を形成するスチール鋼製の壁部１８により強度が向上する。
【００４８】
なお、この発明に係る使用済み核燃料用容器の冷却構造は、前述した具体例に限定されず、この発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００４９】
例えば、前述した具体例では、中空円筒状に形成された容器本体を主体とする容器について説明したが、この容器本体は角形状の筒体に形成されてもよい。また、内側容器と外側容器との間の構成についても適宜構造の変更が可能である。例えば、内側容器の外周部に設けられたフィンが外側容器の内周面と当接するように構成されてもよい。この場合、内側容器の外周面と外側容器の内周面とフィンとにより区画された空間内に樹脂製の緩衝材を充填してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…使用済み核燃料用の容器、  ２…容器本体、  ３…上蓋、  ３ａ…内面、  ４…底蓋、  ５…格子状構造体、  ６…燃料棒、  ７…ヒートパイプ、  ７ａ…蒸発部、  ７ｂ…凝縮部、  ２１…内側容器、  ２１ｃ…溝、  ２１ｄ…内周面、  ２２…外側容器、  ５０…仕切り板、  ５０ａ…スリット、  ７１…短脚部、  ７２…長脚部、  ７２ａ…端部。
【図１】
2015075468.tif 000003
【図２】
2015075468.tif 000004
【図３】
2015075468.tif 000005
【図４】
2015075468.tif 000006
【図５】
2015075468.tif 000007
【図６】
2015075468.tif 000008
【図７】
2015075468.tif 000009
【図８】
2015075468.tif 000010
【図９】
2015075468.tif 000011
【図１０】
2015075468.tif 000012
【図１１】
2015075468.tif 000013
【図１２】
2015075468.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月29日(2014.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状に形成された金属製の容器本体と、前記容器本体の開口部を閉塞する蓋部と、複数の板部材を格子状に配置させて形成されるとともに、前記容器本体の内部に格納されて前記板部材により区画された複数の格納室を形成する格子状構造体とを備え、前記格納室は前記蓋部側に向けて開口するように形成され、かつ前記格納室内に燃料棒を格納するように構成された使用済み核燃料用容器の冷却構造において、
前記蓋部により形成された容器内壁面に当接するヒートパイプを備え、
前記ヒートパイプの蒸発部が前記格納室内に配置され、
前記格子状構造体を形成する各板部材に取り付けられた直線状の扁平型ヒートパイプをさらに備え、
前記扁平型ヒートパイプの平坦面は、前記板部材のうち前記格納室を区画する格納面と当接しており、
前記格子状構造体では、前記格納面が前記板部材同士の対向面となり、
前記板部材は、前記容器本体の中心軸線方向と直交する方向での両端部が前記容器本体の内周面に取り付けられて、当該内周面の円形状に対する弦を形成するように配置され、
前記格納室は、複数の前記板部材によって形成されているとともに、各板部材における前記扁平型ヒートパイプが取り付けられている前記格納面によって前記燃料棒を囲むようにして区画されており、
前記扁平型ヒートパイプにおける一方の端部は、前記容器本体の内周面と当接し、
前記扁平型ヒートパイプにおける他方の端部は、前記直交する方向で各板部材の中央側に配置されている
ことを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項２】
前記板部材には、前記格納面上に、厚さ方向に凹む溝が前記直交する方向に直線状に延びるようにして形成されており、
前記扁平型ヒートパイプは、当該扁平型ヒートパイプの一部が前記格納室内に露出するようにして前記板部材の溝内に取り付けられており、前記燃料棒と当接している
ことを特徴とする請求項１に記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項３】
前記板部材には、他の前記板部材と噛み合うためのスリットが前記中心軸線方向に延びるように形成されており、
前記格子状構造体は、複数の前記板部材における前記スリット同士が噛み合うことにより構成されており、
前記扁平型ヒートパイプは、一方の端部側と他方の端部側とが固定具によって前記格納面上に取り付けられており、
前記固定具は、前記中心軸線方向両側が前記スリットに挟まれる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【請求項４】
前記蓋部は、前記容器本体の上側開口部を閉塞する上蓋と、前記容器本体の下側開口部を閉塞する底蓋とを含み、
前記ヒートパイプは、略Ｌ字状に形成されて長脚部と短脚部とを有するＬ型ヒートパイプであって、
前記短脚部は、前記上蓋により形成された容器内壁面に当接し、
前記長脚部は、前記格納室内に配置され、かつ前記格子状構造体と前記燃料棒との間に配置されているとともに、前記格子状構造体と前記燃料棒とのうち少なくともいずれか一方と当接し、
前記Ｌ型ヒートパイプにおける前記長脚部側の端部は、前記容器本体の中心軸線方向で当該容器本体の中心部分よりも前記上蓋側の領域内に配置されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の使用済み核燃料用容器の冷却構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明は、中空円筒状に形成された金属製の容器本体と、前記容器本体の開口部を閉塞する蓋部と、複数の板部材を格子状に配置させて形成されるとともに、前記容器本体の内部に格納されて前記板部材により区画された複数の格納室を形成する格子状構造体とを備え、前記格納室は前記蓋部側に向けて開口するように形成され、かつ前記格納室内に燃料棒を格納するように構成された使用済み核燃料用容器の冷却構造において、前記蓋部により形成された容器内壁面に当接するヒートパイプを備え、前記ヒートパイプの蒸発部が前記格納室内に配置され、前記格子状構造体を形成する各板部材に取り付けられた直線状の扁平型ヒートパイプをさらに備え、前記扁平型ヒートパイプの平坦面は、前記板部材のうち前記格納室を区画する格納面と当接しており、前記格子状構造体では、前記格納面が前記板部材同士の対向面となり、前記板部材は、前記容器本体の中心軸線方向と直交する方向での両端部が前記容器本体の内周面に取り付けられて、当該内周面の円形状に対する弦を形成するように配置され、前記格納室は、複数の前記板部材によって形成されているとともに、各板部材における前記扁平型ヒートパイプが取り付けられている前記格納面によって前記燃料棒を囲むようにして区画されており、前記扁平型ヒートパイプにおける一方の端部は、前記容器本体の内周面と当接し、前記扁平型ヒートパイプにおける他方の端部は、前記直交する方向で各板部材の中央側に配置されていることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明は、上記発明において、前記板部材には、前記格納面上に、厚さ方向に凹む溝が前記直交する方向に直線状に延びるようにして形成されており、前記扁平型ヒートパイプは、当該扁平型ヒートパイプの一部が前記格納室内に露出するようにして前記板部材の溝内に取り付けられており、前記燃料棒と当接していることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明は、上記発明において、前記板部材には、他の前記板部材と噛み合うためのスリットが前記中心軸線方向に延びるように形成されており、前記格子状構造体は、複数の前記板部材における前記スリット同士が噛み合うことにより構成されており、前記扁平型ヒートパイプは、一方の端部側と他方の端部側とが固定具によって前記格納面上に取り付けられており、前記固定具は、前記中心軸線方向両側が前記スリットに挟まれる位置に設けられていることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この発明は、上記発明において、前記蓋部は、前記容器本体の上側開口部を閉塞する上蓋と、前記容器本体の下側開口部を閉塞する底蓋とを含み、前記ヒートパイプは、略Ｌ字状に形成されて長脚部と短脚部とを有するＬ型ヒートパイプであって、前記短脚部は、前記上蓋により形成された容器内壁面に当接し、前記長脚部は、前記格納室内に配置され、かつ前記格子状構造体と前記燃料棒との間に配置されているとともに、前記格子状構造体と前記燃料棒とのうち少なくともいずれか一方と当接し、前記Ｌ型ヒートパイプにおける前記長脚部側の端部は、前記容器本体の中心軸線方向で当該容器本体の中心部分よりも前記上蓋側の領域内に配置されていることを特徴とする使用済み核燃料用容器の冷却構造である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月27日(2015.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状に形成された金属製の容器本体と、前記容器本体の開口部を閉塞する蓋部と、複数の板部材を格子状に配置させて形成されるとともに、前記容器本体の内部に格納されて前記板部材により区画された複数の格納室を形成する格子状構造体とを備え、前記格納室は前記蓋部側に向けて開口するように形成され、かつ前記格納室内に燃料棒を格納するように構成された使用済み核燃料用容器において、
前記蓋部により形成された容器内壁面に当接するヒートパイプを備え、
前記ヒートパイプの蒸発部が前記格納室内に配置され、
前記格子状構造体を形成する各板部材に取り付けられた直線状の扁平型ヒートパイプをさらに備え、
前記扁平型ヒートパイプの平坦面は、前記板部材のうち前記格納室を区画する格納面と当接しており、
前記格子状構造体では、前記格納面が前記板部材同士の対向面となり、
前記板部材は、前記容器本体の中心軸線方向と直交する方向での両端部が前記容器本体の内周面に取り付けられて、当該内周面の円形状に対する弦を形成するように配置され、
前記格納室は、複数の前記板部材によって形成されているとともに、各板部材における前記扁平型ヒートパイプが取り付けられている前記格納面によって前記燃料棒を囲むようにして区画されており、
前記扁平型ヒートパイプにおける一方の端部は、前記容器本体の内周面と当接し、
前記扁平型ヒートパイプにおける他方の端部は、前記直交する方向で各板部材の中央側に配置されている
ことを特徴とする使用済み核燃料用容器。
【請求項２】
前記板部材には、前記格納面上に、厚さ方向に凹む溝が前記直交する方向に直線状に延びるようにして形成されており、
前記扁平型ヒートパイプは、当該扁平型ヒートパイプの一部が前記格納室内に露出するようにして前記板部材の溝内に取り付けられており、前記燃料棒と当接している
ことを特徴とする請求項１に記載の使用済み核燃料用容器。
【請求項３】
前記板部材には、他の前記板部材と噛み合うためのスリットが前記中心軸線方向に延びるように形成されており、
前記格子状構造体は、複数の前記板部材における前記スリット同士が噛み合うことにより構成されており、
前記扁平型ヒートパイプは、一方の端部側と他方の端部側とが固定具によって前記格納面上に取り付けられており、
前記固定具は、前記中心軸線方向両側が前記スリットに挟まれる位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の使用済み核燃料用容器。
【請求項４】
前記蓋部は、前記容器本体の上側開口部を閉塞する上蓋と、前記容器本体の下側開口部を閉塞する底蓋とを含み、
前記ヒートパイプは、略Ｌ字状に形成されて長脚部と短脚部とを有するＬ型ヒートパイプであって、
前記短脚部は、前記上蓋により形成された容器内壁面に当接し、
前記長脚部は、前記格納室内に配置され、かつ前記格子状構造体と前記燃料棒との間に配置されているとともに、前記格子状構造体と前記燃料棒とのうち少なくともいずれか一方と当接し、
前記Ｌ型ヒートパイプにおける前記長脚部側の端部は、前記容器本体の中心軸線方向で当該容器本体の中心部分よりも前記上蓋側の領域内に配置されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の使用済み核燃料用容器。