(57)【要約】【課題】輸送中に想定される落下事故や火災事故においても核燃料集合体の破損を回避し、燃料棒の密封性を確保して燃料を保護できる核燃料集合体輸送用容器の提供。【解決手段】燃料集合体が緩衝材を介して収納される本体と該本体を覆う上蓋からなる第１の容器と、該第１の容器を収納する本体と該本体を覆う上蓋とからなる第２の容器とを備えた核燃料集合体輸送用容器において、前記第１の容器を構成する全側壁を、互いに所定間隔をもって配置された外装板と内壁板とを有する二重構造とし、燃料集合体の長手方向と平行な側面全周を囲む領域の外装板と内壁板との間の空間には断熱材を充填し、核燃料集合体の上下端に対面する両端面領域の外装板と内壁板との間の空間には緩衝部材を充填した。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核燃料集合体が緩衝材を介して収納される本体と該本体を覆う上蓋からなる第１の容器と、該第１の容器を収納する本体と該本体を覆う上蓋とからなる第２の容器とを備えた核燃料集合体輸送用容器において、
前記第１の容器を構成する全側壁は、互いに所定間隔をもって配置された外装板と内壁板とを有する二重構造であり、前記核燃料集合体の長手方向と平行な側面全周を囲む領域の外装板と内壁板との間の空間には断熱材が充填され、前記核燃料集合体の上下端に対面する両端面領域の外装板と内壁板との間の空間には緩衝部材が充填されていることを特徴とする核燃料集合体輸送用容器。
【請求項２】
前記緩衝部材は、金属薄板を成形してなるハニカム構造体であることを特徴とする請求項１に記載の核燃料集合体輸送用容器。
【請求項３】
前記第１の容器の両端面の、少なくとも燃料集合体の下端に対面する領域の内壁板の内側に、該領域を覆う綱板が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の核燃料集合体輸送用容器。
【請求項４】
前記第１の容器は、本体の開口端縁全周と上蓋との間に、容器を密封するためのシール部材が設けられ、該シール部材の内周側の前記本体と上蓋とのどちらか一方に、本体と上蓋との間隙を塞ぐＬ字鋼がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の核燃料集合体輸送用容器。
【請求項５】
前記第１の容器は、収納空間にある緩衝材によって内側から塞がれる多数の貫通孔が前記内壁板に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の核燃料集合体輸送用容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば核燃料加工工場から原子力発電所まで、核燃料集合体を輸送するための容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
核燃料集合体は、例えば図５に示す沸騰水型原子炉用燃料集合体１００では、複数本の燃料棒１０１がスペーサ１０２によって互いに所定間隔を持って正方格子状に束ねられ、上下両端部にそれぞれ上部タイプレート１０３および下部タイプレート１０４が取り付けられて構成されるものである。
【０００３】
燃料棒は、中に二酸化ウランの焼結体が密封される構造になっており、その全長は約４ｍ、直径は約１ｃｍで、ジルカロイ製の被覆管により形成されているのが一般的である。このような燃料棒からなる燃料集合体は、全長が約４．５ｍ、幅が約１４ｃｍ、重量が約２６０ｋｇである。
【０００４】
このような核燃料集合体は、核燃料加工工場で加工され、原子力発電所で使用される。この核燃料体を核燃料加工工場から原子力発電所に輸送する際には、未臨界性、密封性等の法的基準を満たすよう設計・製造された輸送容器が用いられている。
【０００５】
具体的には、例えば核燃料集合体は１体ずつ梱包材によって包まれた後、２体が金属製内容器の本体内に発泡ポリエチレン等の衝撃吸収材を介して収納され、内容器上蓋が被せられてボルト・ナットにより固定され、さらにこの内容器が衝撃吸収材を介して金属製外容器の本体内に入れられ、外容器上蓋が被せられてボルト・ナットによって固定されている。内容器および外容器には共に、本体と上蓋との接触部分にゴム製パッキンが取り付けられており、これによって容器内部に水が浸入するのを防いでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
核燃料集合体が核燃料加工工場で加工された後に、上記のような輸送用容器に入れられてトラック等の車両に積まれ、原子力発電所まで輸送されるが、その際に、路面によっては走行車両に大きな振動が生じることがある。輸送用容器にはこのような振動が荷台床から容器に伝達されて作用する衝撃力から核燃料集合体を守り、その品質を確保することが要求される。
【０００７】
従来から核燃料集合体が輸送用容器内に収納される際には、内容器内部に衝撃を吸収するための緩衝材が介在されており、さらに内容器を収納する際の外容器内部にも緩衝材が介在されており、定常的に加わる輸送時の加速度は２Ｇ程度と小さいことから、通常の車両走行に伴う振動による衝撃はこれら緩衝材により充分吸収することが可能である。
【０００８】
一方、輸送中に想定される落下事故においては発生する加速度が大きく、吸収しきれない衝撃力は核燃料集合体に加わることになる。輸送用容器の主な落下方向としては、第１に輸送用容器の長手方向が水平に沿った状態で落下するケース、第２に輸送用容器の長手方向が垂直に沿った状態で落下するケース、第３に輸送用容器のコーナーから落下するケースがあるが、通常は輸送用容器の長手方向と核燃料集合体の全長方向は一致しており、落下時の衝撃を吸収する面積が小さい第２および第３のケースでは、核燃料集合体の全長方向端部が下向きに落下し、吸収しきれなかった大きな衝撃力が核燃料集合体に加わり、燃料棒の変形や破損を生じさせる危険性がある。
【０００９】
また、火災等の事故時においても核物質を充填されている燃料棒の密封性を確保しなければならない。火災時には８００℃の雰囲気内にさらされることになるが、輸送用容器は金属製の二重容器であるので本体は燃焼しないが、容器内への水の浸入を防止するために本体と上蓋の間に設けたゴム製のパッキンは可燃性であるため消失し、そこから炎が容器内部に浸入し、さらに中の可燃物を燃焼させることにより核燃料が高温にさらされることになる。現状設計の核燃料集合体では問題ないが、更に高燃焼度を狙った燃料では核燃料棒内に封入されるヘリウムガスの圧力を高めることが必要となる。この場合、高温にさらされ燃料棒の内圧が上昇することにより膨張し、最終的には破裂し、密封性を確保できない危険性がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、輸送中に想定される落下事故や火災事故においても核燃料集合体の破損を回避し、燃料棒の密封性を確保して燃料を保護できる核燃料集合体輸送用容器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る核燃料集合体輸送用容器は、核燃料集合体が緩衝材を介して収納される本体と該本体を覆う上蓋からなる第１の容器と、該第１の容器を収納する本体と該本体を覆う上蓋とからなる第２の容器とを備えた核燃料集合体輸送用容器において、前記第１の容器を構成する全側壁は、互いに所定間隔をもって配置された外装板と内壁板とを有する二重構造であり、前記核燃料集合体の長手方向と平行な側面全周を囲む領域の外装板と内壁板との間の空間には断熱材が充填され、前記核燃料集合体の上下端に対面する両端面領域の外装板と内壁板との間の空間には緩衝部材が充填されているものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明に係る核燃料集合体輸送用容器は、請求項１に記載の核燃料集合体輸送用容器において、前記緩衝部材は、金属薄板を成形してなるハニカム構造体であることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明に係る核燃料集合体輸送用容器は、請求項２に記載の核燃料集合体輸送用容器において、前記第１の容器の両端面の、少なくとも燃料集合体の下端に対面する領域の内壁板の内側に、該領域を覆う綱板が固定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明に係る核燃料集合体輸送用容器は、請求項１に記載の核燃料集合体輸送用容器において、前記第１の容器は、本体の開口端縁全周と上蓋との間に、容器を密封するためのシール部材が設けられ、該シール部材の内周側の前記本体と上蓋とのどちらか一方に、本体と上蓋との間隙を塞ぐＬ字鋼がさらに設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項５に記載の発明に係る核燃料集合体輸送用容器は、請求項１に記載の核燃料集合体輸送用容器において、前記第１の容器は、収納空間にある緩衝材によって内側から塞がれる多数の貫通孔が前記内壁板に形成されているものである。
【００１６】
本発明の核燃料集合体輸送用容器においては、第１の容器と第２の容器との二重容器構造において、さらに第１の容器を外装板と内壁板とからなる二重構造としたものである、しかも、外装板と内壁板との間の空間には、燃料集合体の側面全周を囲む領域においては断熱材を、燃料集合体の上下端に対面する両端面領域には緩衝材を充填したものである。
【００１７】
従って、本発明の容器では、従来の外容器と内容器とのみからなる二重構造の場合より、内側の第１の容器の外装板と内壁板との間の空間と該空間内に充填された緩衝材や断熱材によって、外部から燃料集合体までの隔たりがより大きく確保され、火災時の熱的余裕や衝撃吸収力が大幅に向上する。
【００１８】
通常、長尺形状の燃焼集合体を収納する輸送用容器も長尺形状であり、トラック等の車両に搭載して輸送する場合には、高い輸送効率を得るために、荷台の長手方向に燃料集合体および容器の長尺方向をあわせて複数列複数段に容器を積載しているのが現状である。
【００１９】
このような容器の積載状態においては、燃料集合体の上下端に対面する容器両端部は、外部から燃料までの距離を確保しやすく熱的余裕を比較的大きくすることができる一方で落下事故時には最も大きい衝撃が発生する可能性がある領域であるが、本発明では、この領域の外装板と内壁板との空間内に緩衝部材を充填することによって、大きな衝撃も緩和することが可能となる。
【００２０】
また、従来と同様に輸送用容器が積載効率の高い四角柱形状であれば、核燃料集合体の長手方向と平行な側面を全周方向から囲む容器の四側面領域は、落下事故時に燃料集合体に大きな衝撃が発生する可能性が低い一方、積載数の確保のために容器の幅寸法にある程度の制限が生じることから第１の容器が二重構造としても、両端部に比べて外部から燃料までの距離が小さく、火災時には熱的に若干きびしい領域であるが、本発明ではこの側面領域の外装板と内壁板との間の空間に断熱材を充填することによって、火災時の熱的余裕を向上させることが可能となる。
【００２１】
なお、燃料集合体の上下端に対面する容器両端面の外装板と内壁板との間に充填される緩衝部材としては、金属製の薄板から形成したハニカム構造体が、各ハニカム孔中心軸を容器の長手方向と平行する方向に一致させた配置とすることにより、衝撃吸収性能に優れたものとして望ましい。
【００２２】
このような金属薄板部材には、例えばアルミニウム薄板などの安価で調達しやすいと共にメンテナンスが簡便なものが好ましい。また断熱材としては、例えばアルミナおよびシリカを繊維状に固めたものなど、断熱性能が高いだけでなく、調達しやすく、取り扱いが容易な部材を適宜選択する。
【００２３】
通常、燃料集合体輸送用容器は、落下事故を想定した場合、燃料集合体の上下端に対面する領域である長手方向の両端部を下向きに落下した際の衝撃が大きく、特に、燃焼集合体は下部タイプレート側が衝撃によるダメージに弱い。そこで、第１の容器の両端面の、少なくとも燃料集合体の下端に対面する領域の内壁板の内側に、該領域を覆う綱板を溶接等によって固定しておけば、大きな落下衝撃を受けてこの綱板が屈曲して衝撃を吸収し燃料集合体の端部を衝撃による破損から守ることができると共に、この綱板は、通常取り扱い時には燃料集合体の重量を支持すると同時に容器両端部の外装板と内壁板との間の空間を保持して該空間内に充填されたハニカム構造体を保護する働きを持つ。
【００２４】
また、第１および第２の容器いずれも、従来と同様に本体の開口端縁全周と上蓋との間に、例えばゴムパッキンなどの容器を密封するためのシール部材を設け、容器内への水の浸入を防ぐ構成とすることが望ましいが、第１の容器においては、シール部材の内周側の本体と上蓋とのどちらか一方に、本体と上蓋との間隙を塞ぐＬ字鋼をさらに設けておくことによって、火災事故の際にシール部材が焼失してしまった後の隙間から炎が容器内部に浸入してしまうのを防ぐことができる。
【００２５】
また、第１の容器の内壁板に、多数の貫通孔を形成することによって、容器内部の収納空間が完全な密封状態になるのを回避できる。これによって、火災事故の際の燃料集合体、燃料棒の破損原因となる高温膨張による収納空間での局所的な内圧上昇が抑えられ、燃料棒の密封性を維持して燃料を良好に保護できる。なお通常は、燃料集合体の収納時に容器本体内に緩衝材が介在させられており、この収納空間にある緩衝材によって貫通孔が内側から塞がれる構成とすれば、内壁板と外装板との間に充填されている断熱材が貫通孔から入り込むのを押さえることができる。
【００２６】
また、通常は燃料集合体の容器への収納や、燃料集合体収納済み容器の車両への積み込みなどの取り扱いはクレーン等の吊り上げ装置を用いている。このような吊り上げ操作は第１の容器への燃料集合体の出し入れや、第１の容器の第２の容器に対する出し入れ、また上蓋の昇降に関しても行われる。
【００２７】
従って、取り扱いの簡便さから、吊り上げ装置からの鉤部を引っ掛けるための掴部を第１の容器の本体および上蓋の側部に設けておくことが望ましい。しかしながら、積載効率の向上のために容器の幅寸法をできるだけ小さくしようとする場合には、掴部のためのスペースを大きく取ることは困難となるため、水平方向の占有面積を極力小さく収める形で掴部を設けるものとする。
【００２８】
例えば、輪状掴部を輪平面が垂直方向に沿う縦向きに第１の容器の本体の側面部に取り付ける設計とすれば、輪平面が水平方向に沿って設けられる場合と比べて格段に掴部の占有スペースを小さくすることができる。
【００２９】
また、このように縦向きに掴部を設けた場合でも、容器本体の上端より上方への突出部が長いと、第１の容器の高さ分が増えて第１の容器を収納する第２の容器が嵩高になって、縦積載率が低下する可能性も考えられる。そこで、掴部は垂直方向にスライド移動可能に第１の容器の側面部に取り付けることによって、吊り上げ操作時のみ掴部を上方にスライド移動させて吊り易くし、収納時には掴部を下方に収めて容器本体の上端からの突出部を小さくして高さ方向の嵩を最小限に抑えることができる。
【００３０】
なお、本発明による核燃料集合体輸送用容器は、もちろん１体分の燃料集合体収納用に限らず、２体分を並列収納可能な構成とすることができる。この場合、第１の容器内の収納空間を二つに区分ける隔壁をさらに設けたり、これに応じて隙間塞ぎ用のＬ字綱を前記各区分け領域周上に２周分設けるなど、適宜細かい設計変更を行えばよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態として、沸騰水型原子炉用燃料集合体を２体収納できる輸送用容器を図１、図２、図３、図４に示す。図１は本実施形態による燃料集合体輸送用容器の全体を示す概略構成図であり、図２は、図１の輸送用容器の第１の容器の構成を示す部分断面図であり、図３は本輸送用容器の第１の容器の内壁板構成を示す部分断面図であり、図４は本輸送用容器の第１の容器に設けられた掴部の構成を示す説明図である。
【００３２】
本実施形態による輸送用容器１は、燃料集合体１００を収納する金属製の第１の容器２と、この第１の容器２を収納する金属製の第２の容器３とから主に構成されるものである。第１の容器２は、上面に開口を持つ本体２０ａとその開口を覆う上蓋２０ｂとからなり、本体２０ａの内部に空間を二つに仕切る隔壁２３によって２体分の燃料集合体１００の収納空間２８が形成されている。
【００３３】
また、第１の容器２は、互いにスペーサＳによって所定間隔を持って配置される内壁板２１と外装板２２とからなる二重構造を備えているものである。また、図２（ａ）の長手方向に直交する容器横断面図に示すように、収納される燃料集合体１００の側面に沿った第１の容器２の四側面領域の内装板２１と外装板２２との間の空間にはアルミナおよびシリカを繊維状に固めてなる断熱材２４が充填されている。
【００３４】
さらに、図２（ｂ）の長尺方向に沿った平断面図に示すように、第１の容器２の燃料集合体１００の上下端に対面する両端面領域の内装板２１と外装板２２との間の空間には、アルミニウム薄板を成形してなるハニカム構造体２６が各ハニカム孔中心軸を容器２の長手方向と平行する方向に一致させた配置で衝撃を吸収する緩衝材として設けられている。
【００３５】
このように第１の容器２は、内部空間に断熱材および緩衝材が充填された二重構造とすることによって、外部から燃料集合体１００までの隔たりがより大きく確保され、火災時の熱的余裕や落下事故時の衝撃吸収力が大幅に向上し、搬送中における燃料集合体１００および燃料自体を良好に保護することができる。
【００３６】
また本実施形態においては、第１の容器２の燃料集合体下部タイプレートに対面する端面領域の内壁板２１の内側に、該領域を覆う綱板２７を溶接固定した。この綱板２７によって、大きな落下衝撃を受けた場合には綱板２７が屈曲して衝撃を吸収して燃料集合体の端部を衝撃による破損から守ることができる。また通常取り扱い時には、燃料集合体１００の重量を支持すると同時に外装板２２と内壁板２１との間の空間を保持して該空間内に充填されたハニカム構造体２６を保護する。
【００３７】
なお、第１の容器２の蓋閉めは、本体２０ａの上面開口を上蓋２０ｂで覆い、両者の各側面の対応位置にフランジ状に設けられた締付金具６同士をボルト７で締結して固定することによって行うが、本体２０ａの開口端縁全周と上蓋２０ｂとの間をシールするためのゴムパッキンＰを上蓋２０ｂの裏面に取り付けることによって、前記蓋閉状態において第１の容器２の開口部が密封され、燃料集合体の収納空間２８の中へ水が浸入するのを防ぐ構成とした。
【００３８】
さらに、本実施形態においては、上蓋２０ｂの裏面のゴムパッキンＰより内周側に、本体２０ａと上蓋２０ｂとの間隙を塞ぐＬ字鋼２５を設けることによって、火災事故の際にゴムパッキンＰが焼失してしまった後の隙間から炎が収納空間２８内へ浸入してしまうのを防ぐことができるものとした。
【００３９】
また、第１の容器２の内壁板２１の内周面には、収納時の燃料集合体１００の全集を囲めるように発泡ポリエチレンからなる可燃性の緩衝材４を配置すると共に、図３の部分断面側面図に示すように、内壁板２１には多数の貫通孔２９を形成しておいた。
【００４０】
この貫通孔２９によって、収納空間２８が完全な密閉状態とはならず、火災事故による高温で内部の空気が膨張して燃料集合体１００の破損原因となるような局所的な内圧上昇が発生する危険は回避される。なおこの貫通孔２９は、内側から前記緩衝材４によって塞がれるため、外装壁２２との間に充填された断熱材２４の貫通孔２９から収納空間２８内部への浸入は押さえられる。
【００４１】
また、第１の容器２の本体２０ａには、吊り上げ操作による第２の容器３への出し入れの際に、吊り上げ装置からの鉤部を引っ掛けるための輪状掴部５が、長手方向両側面に２個ずつ計４個取り付けられている。この輪状掴部５は、輪平面が垂直方向に沿うように縦向きの配置とすることによって、容器本体２０ａの外周方向への広がりを押さえ、極力占有スペースを小さくすることができ、第１の容器２およびこれを収納する第２の容器３の大型化、即ち本核燃料集合体輸送用容器１の幅寸法の大型化を防ぎ、積載効率の低下を回避したものである。
【００４２】
本実施形態では、さらにこの輪状掴部５を、図４に示すように垂直方向にスライド移動可能なものとした。よって、吊り上げ操作時のみ輪状掴部５を上方にスライド移動させて吊り易くし、収納時には輪状掴部５を下方に収めて容器本体２０ａの上端からの突出部を小さくして高さ方向の嵩を最小限に抑えることができる。また、この輪状掴部５は、図４（ｂ）の側面図にしめすように、上方位置においては、輪平面と直交方向に回動可能とし、吊り上げ操作を容易とする自由度が得られる構成とした。
【００４３】
以上の構成を備えた第１の容器２においては、本体２０ａの各収納空間２８内へ燃料集合体１００を緩衝材４を介在させた状態で収納した後、上蓋２０ｂを被せ、締付金具６同士をボルト７で締結固定することによって閉じ、この燃料集合体収納済み状態の第１の容器２を、輪状掴部５を介して吊り上げ、第２の容器３の本体３０ａの内部に緩衝材４を介在させた状態で収納し、上蓋３０ｂで覆って両者を締付金具とボルトで締結固定することによって、本実施形態による輸送用容器１内に２体の燃料集合体１００が収納された状態を得ることができる。この輸送用容器１によれば、トラック等の輸送車両での搬送において、落下事故時の高い衝撃吸収性と火災事故時の高い燃料保護性能が発揮される。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の核燃料集合体輸送用容器においては、第２の容器内に収納される第１の容器２を、内部空間に断熱材および緩衝材が充填された二重構造とすることによって、外部から燃料集合体までの隔たりがより大きく確保され、火災時の熱的余裕や落下事故時の衝撃吸収力が大幅に向上し、搬送中における燃料集合体および燃料自体を良好に保護することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による核燃料集合体輸送用容器の概略構成図である。
【図２】本実施形態の核燃料集合体輸送用容器の第１の容器の構成を示す説明図であり、（ａ）は容器長手方向と直交する方向の横断面図、（ｂ）は容器長手方向に沿った平断面図である。
【図３】本実施形態の第１の容器の内壁板の構成を示す部分側断面図である。
【図４】本実施形態の第１の容器に取り付けられた吊り上げ操作用の掴部を示す説明図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。
【図５】沸騰水型原子炉用燃料集合体の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１：核燃料集合体輸送用燃料集合体
２：第１の容器
４：緩衝材
２０ａ：第１の容器の本体
２０ｂ：第１の容器の上蓋
２１：内壁板
２２：外装板
２３：隔壁
Ｓ：スペーサ
２４：断熱材
２５：Ｌ字綱
Ｐ：ゴムパッキン
２６：ハニカム構造体
２７：綱板
２８：燃料集合体収納空間
２９：貫通孔
３：第２の容器
３０ａ：第２の容器の本体
３０ｂ：第２の容器の上蓋
５：輪状掴部
６：締付金具
７：ボルト
１００：沸騰水型原子炉用燃料集合体
１０１：燃料棒
１０２：燃料集合体スペーサ
１０３：上部タイプレート
１０４：下部タイプレート
１０５：ウォーターロッド
【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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