(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済み核燃料集合体を輸送または貯蔵するキャスク用バスケットの支持固定装置であって、
複数本の角パイプが側面を互いに対面させて配列される束体と、
上記束体の外周部に全周囲にわたって外嵌されるとともに、束体軸方向に所定間隔をあけて配置される複数の拘束プレートと、
上記複数の拘束プレートの外周に束体軸方向に沿って配置される複数本の連結レールと、
各拘束プレートと各連結レールとを互いに連結させる複数の連結機構と、を具備し、
各連結機構は、
拘束プレートにそれぞれ形成された嵌合部と、
連結レールに形成され角パイプの熱膨張長さの範囲で束体軸心方向のスライドを許容するように上記嵌合部と嵌合される嵌入部と、
上記嵌合部と嵌入部とを、全部の連結機構、または１枚の拘束プレートを除く残部の拘束プレートに対応した連結機構において上記熱膨張長さの範囲でスライド可能に連結する締結具と、を有することを特徴とするキャスク用バスケットの支持固定装置。
【請求項２】
使用済み核燃料集合体を輸送または貯蔵するキャスク用バスケットの支持固定装置であって、
複数本の角パイプが側面を互いに対面させて配列される束体と、
上記束体の外周部に全周囲にわたって外嵌されるとともに、束体軸方向に所定間隔をあけて配置される複数の拘束プレートと、
上記複数の拘束プレートの外周に束体軸方向に沿って配置される複数本の連結レールと、
各拘束プレートと各連結レールとを連結させる連結機構と、
隣接する連結レールの間に配置される除熱ブロックと、を具備し、
前記連結機構は、上記拘束プレートと連結レールとを、全部の前記連結機構、または１枚の拘束プレートを除く残部の拘束プレートに対応した前記連結機構において、上記角パイプの熱膨張長さの範囲でスライド可能に連結するものであり、
上記角パイプと除熱ブロックとがアルミニウム合金製であるとともに、上記拘束プレートと連結レールとが鋼製であることを特徴とするキャスク用バスケットの支持固定装置。
【請求項３】
使用済み核燃料集合体を輸送または貯蔵するキャスク用バスケットの支持固定装置であって、
複数本の角パイプが側面を互いに対面させて配列される束体と、
上記束体の外周部に全周囲にわたって外嵌されるとともに、束体軸方向に所定間隔をあけて配置される複数の拘束プレートと、
上記複数の拘束プレートの外周に束体軸方向に沿って配置される複数本の連結レールと、
各拘束プレートと各連結レールとを互いに連結させる複数の連結機構と、を具備し、
上記拘束プレートは、束体の上端に配置されるトッププレートと、束体の下端に配置されるボトムプレートと、これらトッププレートとボトムプレートとの間に配置される中間プレートとを有し、
上記ボトムプレートと連結レールとが、上記連結機構によって密に結合されるとともに、上記中間プレートと連結レールとが、上記連結機構によって、ボトムフレームから当該中間プレートまでの角パイプの熱膨張長さの範囲で束体軸心方向にスライド可能に結合されていることを特徴とするキャスク用バスケットの支持固定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済み核燃料集合体を輸送や貯蔵するためのキャスクにおいて、この使用済み核燃料集合体を収容する角パイプを支持固定するためのバスケットの支持固定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子炉から取り出された使用済み核燃料集合体（以下、燃料集合体という）は、放射線を出し続けるとともに、燃料集合体の崩壊熱を発するため、たとえば原子炉建屋内の貯蔵プールなどに保管される。燃料集合体の輸送や貯蔵の際には、放射線漏れや崩壊熱による過大な温度上昇を防止するためキャスクが用いられる。このキャスクには、放射線を遮蔽する機能や崩壊熱を放熱して温度上昇を抑制する除熱機能が不可欠であるとともに、破損がないよう強い強度が求められる。
【０００３】
従来のキャスクはこれらの機能を担保するため、図５に示すように、使用済み核燃料棒を収容する角パイプ１００と、角パイプ１００の束からなる束体１０１と、この束体１０１を防護する胴体１０２と、この胴体１０２を覆うとともに中性子の放射を遮蔽する中性子遮蔽体１０３と、最も外周で熱放出を行う除熱フィン１０４付の外殻ケーシング１０６と、両端部には万一の落下に備えて落下の衝撃を吸収する緩衝体１０５と、を有する構造となっている。
【０００４】
たとえば特許文献１では、角パイプが嵌合される複数の穴が上下左右に形成された円盤を一定間隔ごとに配置するとともに、４本の締付けロッドで連結し、締付けロッドに外嵌されたスペーサにより円盤の間隔を保持している。この構造により、使用済み核燃料による崩壊熱の十分な放熱と、落下などの衝撃に耐える強度を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４０６９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記キャスクで崩壊熱により発生する熱応力を緩和する必要があった。
本発明は、使用済み核燃料による崩壊熱により発生する熱応力を吸収できるバスケットの支持固定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
使用済み核燃料集合体を輸送または貯蔵するキャスク用バスケットの支持固定装置であって、
複数本の角パイプが側面を互いに対面させて配列される束体と、
上記束体の外周部に全周囲にわたって外嵌されるとともに、束体軸方向に所定間隔をあけて配置される複数の拘束プレートと、
上記複数の拘束プレートの外周に束体軸方向に沿って配置される複数本の連結レールと、
各拘束プレートと各連結レールとを互いに連結させる複数の連結機構と、を具備し、
各連結機構は、
拘束プレートにそれぞれ形成された嵌合部と、
連結レールに形成され角パイプの熱膨張長さの範囲で束体軸心方向のスライドを許容するように上記嵌合部と嵌合される嵌入部と、
上記嵌合部と嵌入部とを、全部の連結機構、または１枚の拘束プレートを除く残部の拘束プレートに対応した連結機構において上記熱膨張長さの範囲でスライド可能に連結する締結具と、を有することを特徴としている。
【０００８】
請求項２に係る発明は、
使用済み核燃料集合体を輸送または貯蔵するキャスク用バスケットの支持固定装置であって、
複数本の角パイプが側面を互いに対面させて配列される束体と、
上記束体の外周部に全周囲にわたって外嵌されるとともに、束体軸方向に所定間隔をあけて配置される複数の拘束プレートと、
上記複数の拘束プレートの外周に束体軸方向に沿って配置される複数本の連結レールと、
各拘束プレートと各連結レールとを連結させる連結機構と、
隣接する連結レールの間に配置される除熱ブロックと、を具備し、
前記連結機構は、上記拘束プレートと連結レールとを、全部の前記連結機構、または１枚の拘束プレートを除く残部の拘束プレートに対応した前記連結機構において、上記角パイプの熱膨張長さの範囲でスライド可能に連結するものであり、
上記角パイプと除熱ブロックとがアルミニウム合金製であるとともに、上記拘束プレートと連結レールとが鋼製であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に係る発明は、
使用済み核燃料集合体を輸送または貯蔵するキャスク用バスケットの支持固定装置であって、
複数本の角パイプが側面を互いに対面させて配列される束体と、
上記束体の外周部に全周囲にわたって外嵌されるとともに、束体軸方向に所定間隔をあけて配置される複数の拘束プレートと、
上記複数の拘束プレートの外周に束体軸方向に沿って配置される複数本の連結レールと、
各拘束プレートと各連結レールとを互いに連結させる複数の連結機構と、を具備し、
上記拘束プレートは、束体の上端に配置されるトッププレートと、束体の下端に配置されるボトムプレートと、これらトッププレートとボトムプレートとの間に配置される中間プレートとを有し、
上記ボトムプレートと連結レールとが、上記連結機構によって密に結合されるとともに、上記中間プレートと連結レールとが、上記連結機構によって、ボトムフレームから当該中間プレートまでの角パイプの熱膨張長さの範囲で束体軸心方向にスライド可能に結合されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、束体を保持する拘束プレートを、連結機構を介して、束体の熱膨張長さの範囲で束体軸方向にスライド自在に連結レールに連結したので、角パイプの熱膨張に起因して束体が軸方向に伸びる応力を吸収することができ、使用済み核燃料により発生する角パイプに生じる束体軸方向の熱応力を効果的に吸収することができるとともに、連結機構において、嵌合部と嵌入部で荷重を支持することができる構造としたので、締結具にせん断応力が生じることがない。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、熱膨張率の高い角パイプであっても、拘束プレートを、連結機構を介して熱膨張長さの範囲でスライド可能としたので、束体軸方向の熱応力を吸収することができる。また強度の高い鋼製の拘束プレートと連結レールにより、十分に強度を保証することができる。さらに熱膨張率の高い角パイプと除熱ブロックにより、崩壊熱を効果的に放散できて除熱性能を向上することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、キャスク吊り下げ時の荷重を、連結レールを介して直接ボトムプレートで支持することができ、安定して持ち運ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るキャスク用バスケットの支持固定装置の実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は外周拘束部材を示し、（ａ）はトッププレートの平面図、（ｂ）は中間プレートの平面図、（ｃ）はボトムプレートの平面図、（ｄ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図、（ｅ）は中間プレートの側面図、（ｆ）は（ｃ）に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は連結レールを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は支持固定装置の組立て手順を示す横断面図で、（ａ）は組立前、（ｂ）は組立後を示す。
【図５】従来のキャスクの構造を示す一部断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係るキャスク用バスケットの支持固定装置（以下、支持固定装置という）を図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、キャスクには、使用済み核燃料集合体（以下、燃料集合体という）を収容する複数の角パイプ４１が、側面を互いに対面させて配列された束体４０が設けられている。そして、束体４０の外周部に全周囲にわたって外嵌される複数枚の外周拘束部材５０（図では、５１、５２、５２，５３の４枚）が、束体軸方向Ｏに所定間隔をあけて配置されている。これら外周拘束部材５０の外周部には、外周拘束部材５０を互いに連結する連結レール６０が、外周拘束部材５０の外周部に周方向に略一定間隔をあけて複数本、図では４本が束体軸方向Ｏに沿って配置されている。そして、これら連結レール６０と外周拘束部材５０とが、熱膨張による応力を吸収可能な連結機構８０を介して連結されている。また束体４０の外周部で、かつ隣接する連結レール６０間および隣接する外周拘束部材５０間に、束体４０の外周部を拘束する除熱ブロック７０が複数配置されている。
【００１７】
なお、角パイプ４１は矩形（正方形）断面に形成され、その材質として、中性子吸収材であるサマリウム（Ｓｎ）を添加したボロンや、ボロン化合物を含有したアルミニウム合金が使用される。外周拘束部材５０は、たとえば炭素鋼またはステンレス鋼など強度部材として用いられる。なお、負荷が小さい後述のトッププレート５１はアルミニウム合金製であってもよい。除熱ブロック７０は、熱伝動率が大きく除熱性能が高いアルミニウム合金製またはアルミニウム合金板の積層体製である。
【００１８】
［外周拘束部材］
外周拘束部材５０は、キャクスを立設した時に上端となるトッププレート５１と、下端となるボトムプレート５３と、トッププレート５１とボトムプレート５３との間に配置される中間プレート５２とを具備しており、中間プレート５２は所定間隔をあけて上下に配置される上部中間プレート２１および下部中間プレート２２からなる。そして、束体４０の下端部がボトムプレート５３により下方から支持され、束体４０の上端部がトッププレート５１により上方から押さえられ、束体４０の中間部が中間プレート５２で外周部を拘束されている。
【００１９】
図２（ａ）（ｄ）に示すように、トッププレート５１は環状円盤形に形成されて、束体４０の上端部に対応して開口部１１が形成されている。これら開口部１１内に角パイプ４１の上端部を抑える格子状の押さえ枠１２が設けられている。また、トッププレート５１の外周部に、連結レール６０を嵌合する第一の嵌合部１３が９０°間隔をあけて４つ形成されている。各第一の嵌合部１３の正面にねじ穴１３ａが半径方向に形成されている。
【００２０】
図２（ｂ）（ｅ）に示すように、中間プレート５２は束体４０を囲む環状円盤形に形成され、上部中間プレート２１と下部中間プレート２２とは同一形状であるため、上部中間プレート２１のみを説明し、下部中間プレート２２の説明は省略する。なお、（）内は下部中間プレート２２の名称である。
【００２１】
上部中間プレート２１は、束体４０の外周部が嵌合される開口部２３が形成されている。また、上部中間プレート２１の外周部に、連結レール６０を嵌合する第二の嵌合部２４（第三の嵌合部２５）が９０°間隔をあけて４つ形成されている。第二の嵌合部２４（第三の嵌合部２５）の正面にねじ穴２４ａ（２５ａ）が半径方向に形成されている。
【００２２】
図２（ｃ）（ｆ）に示すように、ボトムプレート５３は環状円盤形に形成され、束体４０の下端部に対応して開口部３１が形成され、これら開口部３１内で角パイプ４１の下端部を下方から支持する格子状の支持枠３２が設けられている。また、ボトムプレート５３は、連結レール６０を嵌合する第四の嵌合部３３が外周部に９０°の間隔をあけて４つ形成されている。これら第四の嵌合部３３の正面に、ねじ穴３３ａが半径方向に形成されている。
【００２３】
［連結レール］
図３に示すように、連結レール６０は、ステンレス鋼や炭素鋼からなる強度部材で、矩形断面に形成される。またステンレス鋼にボロンやボロン化合物を添加した合金鋼や、ガドリニウム（Ｇｄ）を添加した合金鋼により、連結レール６０を形成してもよい。
【００２４】
連結レール６０の内面には、第一の嵌合部１３が嵌合される第一の嵌入部６１と、第二の嵌合部２４が嵌合される第二の嵌入部６２と、第三の嵌合部２５が嵌合される第三の嵌入部６３と、第四の嵌合部３３が嵌合される第四の嵌入部６４がそれぞれ形成されている。
【００２５】
第一の嵌入部６１は、上端が開放された側面視Ｌ字形に切り欠かれている。第二の嵌入部６２、第三の嵌入部６３および第四の嵌入部６４は、それぞれ側面視が角溝形に切り欠かれている。また第四の嵌入部６４には、正面から切り欠き底面にわたって、締結具である締結ボルト６４ｂを嵌合する座ぐり付の穴６４ａが穿設されている。また第一〜第三の嵌入部６１〜６３には、正面から切り欠き底面にわたって、締結具である締結ボルト６１ｂ〜６３ｂを嵌合する座ぐり付の長穴６１ａ〜６３ａが長さ方向にそれぞれ穿設されている。
【００２６】
［連結機構］
図３および図４を参照して連結機構８０を説明する。
この実施例では、連結レール６０の第四の嵌入部６４がボトムプレート５３の第四の嵌合部３３と密に嵌合して、第四の嵌入部６４におけるスライド幅δ４が０に設定されている。
【００２７】
また第三の嵌入部６３における第三の嵌合部２５のスライドを許容するスライド幅：δ３が長さ方向に設けられている。さらに第二の嵌入部６２における第二の嵌合部２４のスライドを許容するスライド幅：δ２が長さ方向に設けられている。ここで、これらスライド幅は、δ４（＝０）＜δ３＜δ２＜δ１（=∞）に設定される。第一の嵌入部６１は上端が開放されているためスライド幅は∞としている。
【００２８】
そして、連結機構８０において、連結レール６０の第一〜第四の嵌入部６１〜６４に外周拘束部材５０の第一〜第四の嵌合部１３，２４，２５，３３がそれぞれ嵌め込まれ、締結ボルト６１ｂ〜６４ｂを長穴６１ａ〜６４ａ、穴６４ａを介してねじ穴１３ａ，２４ａ，２５ａ，３３ａにそれぞれ嵌合し締め付けることにより、束体４０に外嵌された４枚の外周拘束部材５０と４本の締結ロッド６０を組み立てる。
【００２９】
詳細に説明すると、第一の嵌入部６１では、第四の嵌入部６４から第一の嵌入部６１までの距離Ｌ１における角パイプ４１の熱膨張長さから、距離Ｌ１における連結レール６０の熱膨張長さを減算してスライド幅δ１が求められる。また第二の嵌入部６２では、第四の嵌入部６４から第二の嵌入部６２までの距離Ｌ２における角パイプ４１の熱膨張長さから、距離Ｌ２における連結レール６０の熱膨張長さを減算してスライド幅δ２が求められる。さらに第三の嵌入部６３では、連結レール６０の第四の嵌入部６４から第三の嵌入部６３までの距離Ｌ３における角パイプ４１の熱膨張長さから、距離Ｌ３における連結レール６０の熱膨張長さを減算してスライド幅δ３が求められる。さらに、これらスライド幅δ１〜δ３に対応して、第一〜第三嵌入部６１〜６３における長穴６２ａ〜６３ａの長さが設定されている。ここで、燃料集合体の崩壊熱による加熱温度は、たとえば３００〜４００℃である。
【００３０】
燃料集合体を収容しない時、連結レール６０とボトムプレート５３が連結固定され、すなわち崩壊熱により加熱されない時に、キャスクを吊下げ時に加わる負荷は、連結レール６０から第四の嵌入部６４および第四の嵌合部３３を介してボトムプレート５３に伝達され、キャスクを安定して支持することができる。
【００３１】
角パイプ４１内に収容された燃料集合体の崩壊熱により加熱されている場合、角パイプ４１と連結レール６０の熱膨張長さの差により、第二、第三嵌入部６２，６３では、第二、第三嵌合部２４，２５が上方にスライドされて第二、第三嵌入部６２，６３の上面壁に当接されていることにより、燃料集合体の崩壊熱により発生する熱応力を吸収することができる。また加熱されている場合、キャスクの吊下げ時に加わる負荷は、連結レール６０から第二〜第四の嵌入部６２〜６４、第二〜四の嵌合部２４，２５，３３を介して上部中間プレート２１、下部中間プレート２２およびボトムプレート５３に伝達されるが、第二〜第四嵌合部２４〜３３の上側面が第二〜第四嵌入部６２〜６４の上面壁に当接されて、締結ボルト６２ｂ〜６４ｂにせん断力がかかることがなく、キャスクを安定して支持することができる。もちろん、この時第一嵌入部６１の締結ボルト６１ｂにせん断力がかかるが、このせん断力はトッププレート５１の重量を支持するだけでよく、小さいので締結ボルト６１ｂで十分支持することができる。
【００３２】
［実施の形態の効果］
上記実施の形態によれば、束体４０を保持する外周拘束部材５０を、束体４０の熱膨張長さの範囲で束体軸方向Ｏにスライド自在な連結機構８０を介して連結レール６０に連結したので、角パイプ４１の熱膨張に起因して束体軸方向Ｏに伸びる応力を吸収することができ、使用済み核燃料集合体により発生する角パイプ４１に生じる束体軸方向Ｏの熱応力を効果的に吸収することができる。
【００３３】
また連結機構８０において、第二〜第四の嵌入部６２〜６４と第二〜第四の嵌合部２４，２５，３３で荷重を支持する構造としたので、締結ボルト６２ｂ〜６４ｂ具にせん断負荷が生じることがない。
【００３４】
さらに熱膨張率の高いアルミニウム合金製の角パイプ４１であっても、外周拘束部材５０を、連結機構８０を介して熱膨張長さの範囲でスライド可能としたので、崩壊熱の熱膨張により生じる束体軸方向Ｏの熱応力を吸収することができる。また強度の高い鋼製の外周拘束部材５０と連結レール６０により、十分に強度を保証することができる。さらに熱膨張率の高いアルミニウム合金製の角パイプ４１と除熱ブロック７０により、崩壊熱を効果的に放散できて除熱性能を向上することができる。
【００３５】
さらにまた燃料集合体の未収納時にキャスクを吊り下げ場合、キャスクの荷重を、連結レール６０を介して直接ボトムプレート５３で支持することができ、安定して持ち運ぶことができる。
【００３６】
なお、この実施の形態では、燃料集合体の崩壊熱により発生する熱応力を吸収するために、この連結機構８０では、固定部分とスライド部分を設けてスライド幅をδ４（＝０）＜δ３＜δ２＜δ１（=∞）としたが、燃料集合体の収納時にキャスクを吊り下げる場合、連結機構８０に大きな負荷がかかるため、第一〜第四の嵌入部６１〜６４で熱膨張によりスライドした後に、第二〜第四の嵌入部６２〜６４の上側面に第二〜第四の嵌合部２４，２５，３３が接して支持されて負荷が締結ボルトにかからなければよく、連結機構のスライド幅を第一〜第四の嵌入部６１〜６４において、たとえばδ４＝δ３=δ２=δ１としてスライド可能に構成しても差し支えない。
【符号の説明】
【００３７】
１３    第一の嵌合部
２１    上部中間プレート
２２    下部中間プレート
２４    第二の嵌合部
２４ａ  ねじ穴
２５    第三の嵌合部
２５ａ  ねじ穴
３３    第四の嵌合部
３３ａ  ねじ穴
４０    束体
４１    角パイプ
５０    外周拘束部材
５１    トッププレート
５２    中間プレート
５３    ボトムプレート
６０    連結レール
６１    第一の嵌入部
６１ａ  長穴
６１ｂ  締結ボルト（締結具）
６２    第二の嵌入部
６２ａ  長穴
６２ｂ  締結ボルト（締結具）
６３    第三の嵌入部
６３ａ  長穴
６３ｂ  締結ボルト（締結具）
６４    第四の嵌入部
６４ａ  穴
６５ｂ  締結ボルト（締結具）
７０    除熱ブロック
８０    連結機構
Ｏ    束体軸方向
【図１】
0006529309.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006529309.tif 000005
【図５】
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