(57)【要約】【課題】伝熱フィンを胴本体に直接溶接可能とし、製造コスト安い放射性物質用金属キャスクを提供する。【解決手段】使用済燃料用金属キャスクにおいて、使用済燃料を収容する容器を構成する胴本体１１と、胴本体の外側に間隔をとって設けられた外筒１７とは、胴本体から径方向外方に延びて、外筒に伝熱させる伝熱フィン２０Ａにより接合される。伝熱フィンは、２種類の金属板を互いに合わせて接合したクラッド材から構成され、且つ、クラッド材の一方の金属は胴本体及び外筒と同種の金属材料２１ａで、且つ他方は良伝熱金属材料２１ｂで構成されており、胴本体とクラッド材の前記同種の金属材料とを直接溶接する構成とする。【選択図】図２
2007205931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質を収容する放射性物質用金属キャスクにおいて、
前記放射性物質を収容する容器を構成する胴本体と、
該胴本体の外側に間隔をとって設けられた外筒と、
前記胴本体から径方向外方に延びて、前記外筒に伝熱させる伝熱フィンと、を備え、
前記伝熱フィンは、
２種類の金属板を互いに合わせて接合したクラッド材から構成され、且つ、該クラッド材の一方の金属は前記胴本体及び外筒と同種の金属材料で、且つ他方は前記同種の金属材料より熱伝導度の良好な良伝熱金属材料で構成されており、
前記胴本体と、前記クラッド材の前記同種の金属材料と、が直接溶接されることを特徴とする放射性物質用金属キャスク。
【請求項２】
前記伝熱フィンは、
前記外筒側の一端部が、前記外筒の周方向または軸方向に曲げられて延伸し、
断面がカギ型の形状を成し、
前記外筒と、前記クラッド材の前記同種の金属材料と、が直接溶接されることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質用金属キャスク。
【請求項３】
前記伝熱フィンは、
前記外筒側の一端部が、前記外筒の周方向または軸方向に曲げられて延伸し、
前記胴本体側の一端部が、前記外筒側の一端部と反対方向に曲げられて延伸し、
断面がＺ字型の形状を成し、
前記外筒側及び前記胴本体側の両端部が、前記クラッド材の前記同種の金属材料で当接するように構成され、
前記外筒及び前記胴本体と、前記クラッド材の前記同種の金属材料と、が溶接されることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質用金属キャスク。
【請求項４】
前記伝熱フィンは、
前記外筒側及び前記胴本体側の両端部が、前記外筒及び前記胴本体の周方向または軸方向の同一方向に曲げられて延伸し、
断面コの字型の形状を成し、
前記外筒及び前記胴本体と、前記クラッド材の前記同種の金属材料と、が溶接されることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質用金属キャスク。
【請求項５】
前記伝熱フィンは、
外側にクラッド材の前記同種の金属材料側を向けるように断面逆Ｕの字型の形状を成し、
該断面逆Ｕの字型の脚部の両端部において、前記クラッド材の前記同種の金属材料と前記胴本体とが溶接され、
前記断面逆Ｕの字型の頂部において、前記クラッド材の前記同種の金属材料と前記外筒を構成する部材とが溶接されることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質用金属キャスク。
【請求項６】
前記伝熱フィンは、隣り合う伝熱フィン間において、前記クラッド材の良伝熱金属材料側を対向するように配置し、
前記隣り合う伝熱フィンの前記外筒側端の１端部の前記同種の金属材料が、前記外筒と同種の金属板材と溶接され、さらに該金属板材が前記外筒を構成する部材と溶接されることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質用金属キャスク。
【請求項７】
前記伝熱フィンは、前記胴本体の側面の法線方向に対して、所定の角度を付けて径方向外方に延びていることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１に記載の放射性物質用金属キャスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性物質を貯蔵、輸送または輸送兼貯蔵する放射性物質用金属キャスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性物質用金属キャスクとしては、例えば使用済燃料を貯蔵または輸送する使用済燃料用金属キャスクや、使用済燃料再処理時に発生する放射性廃棄物を貯蔵または輸送する放射性廃棄物用金属キャスクなどがある。
【０００３】
原子力発電所の炉心で一定期間使用された核燃料は、再処理するために炉心から取り出され、冷却のため使用済燃料プールに一時保管される。この所定の冷却期間が終了した使用済燃料は、輸送用または輸送兼貯蔵用の使用済燃料用金属キャスクに収納されて燃料再処理工場若しくは中間貯蔵施設へと搬送されるか、または必要に応じて貯蔵用の使用済燃料用金属キャスクで貯蔵を継続する。使用済燃料用金属キャスクに収納して中間貯蔵施設へ搬送された使用済燃料は、そのまま一次保管される。
放射性廃棄物は放射性廃棄物用金属キャスクに収納されて、廃棄物貯蔵設備に保管される。
【０００４】
以下では、輸送兼貯蔵用の使用済燃料用金属キャスクを例に説明する。使用済燃料用金属キャスクは、使用済燃料を収容する容器を構成する外形が円筒状の胴本体と、底板と、胴本体の外周に設けられた中性子遮へい体、その外側の外筒、及び胴本体の開口部を塞ぐ一次蓋、二次蓋により構成されている。
使用済燃料用キャスクには、使用済燃料からの崩壊熱を外部へと放熱するために、胴本体の外側に設けられている中性子遮へい体の層に、胴本体から外筒に伝熱する伝熱フィンが設けられている。
【０００５】
従来の伝熱フィンとしては、外筒の一部を構成し胴本体の軸方向（以下、長手方向と称する）に伸びる長尺の矩形の板材の幅端部を、長手方向に長い矩形の銅製の伝熱フィンの一方の幅端部と長手方向に溶接し、前記伝熱フィンの他方の幅端部を胴本体側面の長手方向に設けた肉盛部に溶接したものが知られている（特許文献１、図６及び段落００６２）。
【０００６】
また、その変形例として、外筒の一部を構成し胴本体の長手方向に伸びる長尺の矩形の板材に、断面形状をコの字形状またはＬ字形状に曲げ加工した銅製の伝熱フィンを溶接し、前記断面形状がコの字形状またはＬ字形状の伝熱フィンの脚部を胴本体側面の長手方向に設けた肉盛部に溶接し、伝熱フィンが外筒と面接触するようにし、胴本体から外筒への伝熱効率をよくする構造のものが知られている（特許文献１、図１４及び段落００８４、図１８及び段落００８９、００９０）。
【０００７】
さらに、外筒の一部を構成する長手方向に所定幅の円筒の板材の幅方向中央部に銅製の伝熱フィンの一端を溶接して径方向断面がＴ字形状のユニットリングと成し、伝熱フィンの他端を、胴本体の側面に周方向に設けた肉盛部と溶接し、前記Ｔ字形状のユニットリングを胴本体の長手方向に複数並べて取り付けられたものが知られている（特許文献１、図２２、図２３、及び段落００９５）。
【０００８】
また、特許文献２には、胴本体の外側に密着する中間筒と外筒とを共にステンレス鋼板に銅板が接合された銅−ステンレスクラッド鋼板により形成するとともに、それぞれの銅−ステンレスクラッド鋼板の銅板側を互いに対向して配置し、中間筒の銅板側と外筒の銅板側とをそれぞれ銅板製の伝熱フィンと溶接した構成の使用済燃料用金属キャスクが示されている（特許文献２、図１）。
【特許文献１】特許第３４１６６５７号公報
【特許文献２】特開平９−１７１０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１に記載された従来技術では、伝熱フィンには熱伝導率の高い銅板が使用されているが、胴本体と外筒には強度特性に優れたステンレス鋼または炭素鋼が使用されている。そのため、伝熱フィンと胴本体との溶接部は、銅とステンレス鋼若しくは炭素鋼との異種金属溶接となるため特殊な溶接技術が必要であった。
前記従来技術における当該溶接部では、胴本体に直接伝熱フィンを溶接せず、胴本体に鉄製の肉盛部を設け、この肉盛部に伝熱フィンを溶接することにしている。
【００１０】
この溶接法を用いることにより、溶接時の微小割れが当該肉盛部内で収まり、胴本体に影響を与えない構造としている。しかしこの異種金属溶接法では、伝熱フィンと胴本体との接合部分の全てに新たに肉盛部を設ける必要があり、例えば胴本体への肉盛溶接などの工程が必要となり、製造コストが高くなる。
【００１１】
また、特許文献２に記載された構成を用いる場合には、中間筒と外筒とを銅−ステンレスクラッド鋼板で形成する必要がある。特に、胴本体は、厚肉のステンレス鋼または炭素鋼で構成されており、その側面に銅−ステンレスクラッド鋼板を密着接合することは製造コストを高くする。
【００１２】
本発明は、係る問題を低減することを課題とし、伝熱フィンを胴本体に直接溶接可能とし、製造コストが安い放射性物質用金属キャスク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】
【００１３】
前記課題を解決するため本発明は、放射性物質を収容する放射性物質用金属キャスクにおいて、放射性物質を収容する容器を構成する胴本体と、胴本体の外側に間隔をとって設けられた外筒と、胴本体から径方向外方に延びて、外筒に伝熱させる伝熱フィンと、を備え、伝熱フィンは、２種類の金属板を互いに合わせて接合したクラッド材から構成され、且つ、クラッド材の一方の金属は胴本体及び外筒と同種の金属材料で、且つ他方は同種の金属材料より熱伝導度の良好な良伝熱金属材料で構成されており、胴本体とクラッド材の前記同種の金属材料とが直接溶接されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、伝熱フィンを胴本体に直接溶接可能とし、製造コスト安い放射性物質用金属キャスクを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
《第１の実施の形態》
（使用済燃料用金属キャスクの概要説明）
次に、本発明の放射性物質用金属キャスクを適用した第１の実施の形態に係る使用済燃料用金属キャスクについて、図１を参照しながら説明する。
使用済燃料用金属キャスク１は、外形が円筒形状の胴本体１１と円盤状の底板１２とで、一端側が開放可能な容器を構成し、キャビティ１３を有している。また、使用済燃料用金属キャスク１は、密閉容器を構成するために蓋部１５を有している。
【００１６】
胴本体１１及び底板１２は、γ線遮へい機能を有する鋼鉄製（炭素鋼製またはステンレス鋼製）である。胴本体１１と底板１２は、溶接により結合する。
胴本体１１の外側には、胴本体１１の側面から間隔をおいて、胴本体１１の中心軸と同心の円筒形状の外筒１７が設けられている。また、胴本体１１と外筒１７とは、胴本体１１から外筒１７へ熱伝導させる複数の伝熱フィン２０Ａで溶接されて接合されている。
【００１７】
胴本体１１と外筒１７との間の伝熱フィン２０Ａで周方向に仕切られた環状空間には、水素を多く含有する高分子材料であって中性子遮へい機能を有するレジン１８ａが充填される（図１では、レジン１８ａが充填される空間を示している）。レジン１８ａは、例えば流動状態で注入され、固化される。
なお、レジン１８ａの充填方法は、伝熱フィン２０Ａで周方向に仕切られた環状空間に合わせて成形した固形の前記高分子材料を挿入する方法でも良い。
【００１８】
胴本体１１の一端側は、放射性物質の漏洩を防止する蓋部１５で閉じられる。蓋部１５は、内側の一次蓋１５ａとその外側の二次蓋１５ｂより構成される。一次蓋１５ａは、円盤状の中空部を有する鋼鉄製（炭素鋼製またはステンレス鋼製）であり、外形が円盤形状である。前記中空部にはレジン１８ｂが封入されている。このレジン１８ｂは、前記レジン１８ａと同じレジンでも良いし、蓋部１５の温度に適した別種のレジンでも良い。
二次蓋１５ｂは、γ線遮へい機能を有す鋼鉄製（炭素鋼製またはステンレス鋼製）であり、外形が円盤形状である。
【００１９】
一次蓋１５ａ及び二次蓋１５ｂは、ステンレス製または炭素鋼製のボルトによって胴本体１１に取り付けられる。さらに、一次蓋１５ａ及び二次蓋１５ｂと胴本体１１との間にはそれぞれ図示省略の金属ガスケットが設けられ、キャビティ１３内部の密封性を保持する。
なお、図示を省略してあるが、底板１２にもレジン１８ｂが充填されている。
【００２０】
胴本体１１の側面の底板１２側及び蓋部１５側にはそれぞれ、使用済燃料用金属キャスク１を吊るためのトラニオン１９が、周方向に９０°の間隔で設けられている。
使用済燃料用金属キャスク１を水平に設置する場合には、トラニオン１９に、図示しない台座を宛がって、台座にて使用済燃料用金属キャスク１の荷重を支える。
【００２１】
次に、キャビティ１３内部の構成を簡単に説明する。円筒形状のキャビティ１３内部には、バスケット１４が収納されている。バスケット１４は、図示しない使用済燃料集合体を収納する複数のセル３１を形成して構成されている。バスケット１４は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム或いはアルミニウム合金にボロンを添加した板材により構成され、未臨界性の維持、使用済燃料集合体からの熱を胴本体１１に伝える機能を有している．
【００２２】
（外筒及び伝熱フィンの構成の詳細説明）
次に、外筒１７及び伝熱フィン２０Ａの構成を、図２を参照（適宜図１参照）しながら詳細に説明する。
外筒１７は、所定の周方向幅に分割した、例えば、１／４または１／３に分割した部分円筒側面部材１７ａからなる分割構造である。
伝熱フィン２０Ａは、胴本体１１の軸方向に長い矩形状の板材であり、胴本体１１の中心軸を通る平面に対して周方向に角度をとって、つまり一方の周方向に所定の角度だけ傾けて、胴本体１１の側面から径方向外方に伸びている。伝熱フィン２０Ａの胴本体１１側の端部は、胴本体１１側面と、伝熱フィン２０Ａの外筒１７側の端部は外筒１７の内面と、それぞれ溶接される。
【００２３】
伝熱フィン２０Ａは、胴本体１１及び外筒１７と同種の金属材料２１ａ、例えば、炭素鋼板を母材とし、同種の金属材料２１ａよりも熱伝導度が良好な良伝熱金属材料２１ｂ、例えば、銅板を接合したクラッド材、つまり銅クラッド鋼板で構成されている。同種の金属材料２１ａの板厚は、例えば、５ｍｍ程度であり、良伝熱金属材料２１ｂの厚さは同種の金属材料２１ａより薄くしておく。
なお、前記クラッド材は、例えば、圧接、熱処理による拡散接合などの方法により製造される。
【００２４】
伝熱フィン２０Ａの胴本体１１及び外筒１７との溶接手順を少し詳しく説明する。
図１の使用済燃料用金属キャスク１の伝熱フィン２０Ａ近傍を上方から見た部分断面図（模式図）である図２の（ａ）に示すように、伝熱フィン２０Ａは、胴本体１１側及び外筒１７側の両端部を隅肉溶接に適したように斜めに削り、同種の金属材料２１ａの溶接端部２２、２３が胴本体１１の側面及び外筒１７の内面にそれぞれ当接するように予め整形しておく。
【００２５】
次いで、図２の（ｂ）に示すように、伝熱フィン２０Ａを、図示省略の冶具で胴本体１１の側面への取り付け位置と角度を固定しておいて、溶接端部２２を胴本体１１の側面と隅肉溶接する。こうして複数の伝熱フィン２０Ａを胴本体１１の側面に溶接した後、部分円筒側面部材１７ａの内面を溶接済みの伝熱フィン２０Ａの溶接端部２３と当接させ、図示省略の冶具で固定する。次に、胴本体１１、伝熱フィン２０Ａ、及び部分円筒側面部材１７ａとで囲まれてできる空間２４に、自動溶接機を挿入して溶接端部２３を、伝熱フィン２０Ａの同種の金属材料２１ａ側から隅肉溶接する。
【００２６】
なお、部分円筒側面部材１７ａの周方向端部は予め開先加工をしておき、次の部分円筒側面部材１７ａを伝熱フィン２０Ａと溶接する際に、部分円筒側面部材１７ａの周方向端部同士の突合せ溶接を行う。また、胴本体１１と外筒１７の間にできる環状空間の底部側は、図１において図示省略の環状板を溶接して塞ぐ。同様に、この環状空間の上部側も、レジン１８ａを充填後、図示省略の環状板を溶接して塞ぐ。
なお、図２の（ｂ）ではトラニオン１９は、省略してある。詳細は省くが、実際にはトラニオン１９は伝熱フィン２０Ａ及び外筒１７の溶接の前に胴本体１１にボルトや溶接などで取り付けられており、トラニオン１９の近傍に対しては、伝熱フィン２０Ａ、部分円筒側面部材１７ａが欠き取られており、外筒１７のこの分の形状を特別に整形する。
【００２７】
以上述べたように本実施の形態の使用済燃料用金属キャスク１では、伝熱フィン２０Ａに銅クラッド鋼板を用い、同種の金属材料２１ａの溶接端部２２、２３をそれぞれ胴本体１１の側面及び外筒１７の内面と溶接する、つまり、炭素鋼同士の溶接をするので、異種金属の溶接時に生じる微小割れを生じず、容易且つ良好な溶接部を形成することができる。従って、異種金属溶接時に必要な、例えば、胴本体１１の側面に溶接用の肉盛部を設けるなどの特殊な溶接施工を必要としない。また、胴本体と伝熱フィンを、例えば胴本体の外側に銅―ステンレスクラッド鋼製の中間筒を密着させて設ける必要がない。その結果、安価な放射性物質用金属キャスクを提供できる。
【００２８】
また、熱伝導度が銅に比して小さい炭素鋼板に銅板を接合した銅クラッド鋼板で伝熱フィン２０Ａを構成しているので、伝熱フィンを炭素鋼板だけで構成した場合より良好な伝熱特性が得られる。
さらに、伝熱フィン２０Ａを周方向に傾けて溶接するので、中性子の漏洩方向である使用済燃料用金属キャスク１の中心軸を通る径方向断面で見たとき、中性子遮へい体であるレジン１８ａが存在しない径方向断面がなくなり、伝熱フィン２０Ａによる中性子遮へい欠損が低減される。また、伝熱フィン２０Ａを周方向に傾けて溶接するので、使用済燃料用金属キャスク１の構成部材の熱膨張により発生する応力が外筒１７に伝わるのが、伝熱フィン２０Ａの撓みによって緩和することができる。
【００２９】
《第２の実施の形態》
次に第２の実施の形態に係る使用済燃料用金属キャスクについて、図３を参照しながら説明する。使用済燃料用金属キャスク１の伝熱フィン近傍を上方から見た部分断面を図３の（ａ）に示す。本実施の形態において第１の実施の形態と異なるところは、外筒１７の構成方法、伝熱フィンの形状、及び胴本体１１の側面に伝熱フィンを取り付ける角度であり、他の構成は第１の実施の形態と同じである。第１の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付し説明を省略する。
【００３０】
本実施の形態における外筒１７は、図３に示すように、円筒側面の周方向幅が第１の実施の形態よりも狭い、伝熱フィン２０Ｂを溶接する周方向ピッチ幅に分割した部分円筒側面部材１７ｂからなる分割構造である。
本実施の形態における伝熱フィン２０Ｂは、第１の実施の形態と同じ銅クラッド鋼板で構成されているが、外筒１７側の端部は、同種の金属材料２１ａ側が外筒１７の内面に対向するように周方向に曲げられ、その部分を溶接端部２３Ｂとした、断面がカギ型の形状をしている。
【００３１】
伝熱フィン２０Ｂの胴本体１１及び外筒１７との溶接手順を少し詳しく説明する。
部分円筒側面部材１７ｂの周方向端部は予め開先加工をしておく。図３の（ａ）に示す左側２個の伝熱フィン２０Ｂのように、まず隣り合う２つの伝熱フィン２０Ｂを、良伝熱金属材料２１ｂが対向するように、所定の周方向間隔をとって軸方向に２本、図示しない冶具で胴本体１１側面に固定する。このとき、伝熱フィン２０Ｂの胴本体１１側の端部は、胴本体１１の中心軸を通る平面に合わせ、側面に垂直に当接させる。そして、胴本体１１の側面と同種の金属材料２１ａの溶接端部２２を隅肉溶接する。
【００３２】
次いで、図３の（ａ）に示す最右側の伝熱フィン２０Ｂのように、新たな伝熱フィン２０Ｂを、外筒１７側の端部の曲がりが隣接する伝熱フィン２０Ｂと同じ周方向を向くようにして、所定の周方向間隔にて胴本体１１の側面に溶接する。次いで、部分円筒側面部材１７ｂを２枚、その周方向端部の開先同士が（ａ）に示す中央の伝熱フィン２０Ｂの溶接端部２３Ｂ上で当接するように図示しない冶具で固定し、前記開先同士を溶接するとともに溶接端部２３Ｂとも溶接する。
【００３３】
以降、新たな伝熱フィン２０Ｂを胴本体１１に溶接するごとに、新たな部分円筒側面部材１７ｂを突合せ溶接するとともに伝熱フィン２０Ｂに溶接する作業を繰り返す。
なお、最初の２枚の伝熱フィン２０Ｂを向かい合わせに溶接することとしたがそれに限定されない。すべての伝熱フィン２０Ｂの外筒１７側の端部が、同一周方向を向くように溶接しても良い。また、新たな伝熱フィン２０Ｂを胴本体１１に溶接するごとに、新たな部分円筒側面部材１７ｂを突き合わせ溶接する替わりに、複数の伝熱フィン２０Ｂを胴本体１１に溶接するごとに、複数の部分円筒側面部材１７ｂを溶接するようにしても良い。
【００３４】
図３の（ｂ）は、本実施の形態における伝熱フィン２０Ｂの変形例を示す。（ｂ）に示すように、伝熱フィン２０Ｃは、外筒１７側の端部は、良伝熱金属材料２１ｂを予め削り取り、良伝熱金属材料２１ｂ側が外筒１７の内面と対向するように周方向に曲げ、その部分を溶接端部２３Ｃとした、断面がカギ型の形状をしているところが伝熱フィン２０Ｂと異なる。伝熱フィン２０Ｃの胴本体１１側の端部は、胴本体１１の側面に垂直に当接させる。伝熱フィン２０Ｃの部分円筒側面部材１７ｂとの溶接は、良伝熱金属材料２１ｂを削り取られた溶接端部２３Ｃで行う。
【００３５】
本実施の形態では、伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃと、胴本体１１及び外筒１７との溶接が同種金属同士の溶接であり、容易且つ良好な溶接部を形成することができる。従って、第１の実施の形態と同じく異種金属溶接時に必要な、特殊な溶接施工を必要としない。また、胴本体と伝熱フィンを、例えば胴本体の外側に銅―ステンレスクラッド鋼製の中間筒を密着させて設ける必要がない。その結果、安価な放射性物質用金属キャスクを提供できる。
さらに、胴本体１１及び外筒１７と、伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃとの、溶接端部２３Ｂまたは溶接端部２３Ｃは、周方向長さに比較的余裕があるので、伝熱フィンの端面に直接溶接するよりも部分円筒側面部材１７ｂの周方向端部の開先を広く取れ、外筒１７と、伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃとの溶着面積を広くできる。また、外筒１７と伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃとの接触面積を広くすることができる。その結果、伝熱フィン２０Ｂ、または伝熱フィン２０Ｃの外筒１７への伝熱特性を向上できる。
【００３６】
また、熱伝導度が銅に比して小さい炭素鋼板に銅板を接合した銅クラッド鋼板で伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃを構成しているので、伝熱フィンを炭素鋼板だけで構成した場合より良好な伝熱特性が得られる。
【００３７】
《第３の実施の形態》
次に第３の実施の形態に係る使用済燃料用金属キャスクについて、図４を参照しながら説明する。本実施の形態において第２の実施の形態と異なるところは、伝熱フィン２０Ｂの胴本体１１への取り付け角度だけであり、他の構成は第２の実施の形態と同じである。第２の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付し説明を省略する。
【００３８】
図４の（ａ）に示すように、本実施の形態における伝熱フィン２０Ｂは、胴本体１１の中心軸を通る平面に対して周方向に所定の角度だけ傾けて、胴本体１１の側面に溶接端部２２で溶接される。伝熱フィン２０Ｂと部分円筒側面部材１７ｂの溶接方法は、第２の実施の形態と同じである。
図４の（ｂ）は、本実施の形態において伝熱フィン２０Ｂの変形例である伝熱フィン２０Ｃを適用した場合を示している。
【００３９】
本実施の形態では、伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃと、胴本体１１及び外筒１７との溶接が同種金属同士の溶接であり、容易且つ良好な溶接部を形成することができる。従って、第２の実施の形態及びその変形例と同じく異種金属溶接時に必要な、特殊な溶接施工を必要としない。また、胴本体と伝熱フィンを、例えば胴本体の外側に銅―ステンレスクラッド鋼製の中間筒を密着させて設ける必要がない。その結果、安価な放射性物質用金属キャスクを提供できる。
さらに、胴本体１１及び外筒１７と、伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃとの、溶接端部２３Ｂまたは溶接端部２３Ｃは、周方向長さに比較的余裕があるので、伝熱フィンの端面に直接溶接するよりも部分円筒側面部材１７ｂの開先を広く取れ、外筒１７と、伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃとの溶着面積を広くできる。また、外筒１７と、伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃとの接触面積を広くすることができる。その結果、伝熱フィン２０Ｂ、２０Ｃの外筒１７への伝熱特性を向上できる。
【００４０】
また、熱伝導度が銅に比して小さい炭素鋼板に銅板を接合した銅クラッド鋼板で構成しているので、伝熱フィンを炭素鋼板だけで構成した場合より良好な伝熱特性が得られる。
さらに、伝熱フィン２０Ｂまたは伝熱フィン２０Ｃを周方向に傾けて胴本体１１に溶接しているので、伝熱フィン２０Ｂ、または伝熱フィン２０Ｃによる中性子遮へい欠損が低減される。また、伝熱フィン２０Ｂ、２０Ｃを周方向に傾けて溶接するので、使用済燃料用金属キャスク１の構成部材の熱膨張により発生する応力を外筒１７に伝わるのを、伝熱フィン２０Ｂ、または伝熱フィン２０Ｃの撓みによって緩和することができる。
【００４１】
《第４の実施の形態》
次に第４の実施の形態に係る使用済燃料用金属キャスクについて、図５を参照しながら説明する。（ａ）に示すように、本実施の形態において第３の実施の形態と異なるところは、伝熱フィン２０Ｄは、胴本体１１側の端部が、良伝熱金属材料２１ｂを予め削り取られ、良伝熱金属材料２１ｂ側が径方向内側を向くように外筒１７側の端部と逆方向の周方向に曲げられ、その部分を溶接端部２２Ｂとした、断面がＺ字型の形状をしているところである。他の構成は第３の実施の形態と同じである。第３の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付し説明を省略する。
【００４２】
伝熱フィン２０Ｄは、胴本体１１の中心軸を通る平面に対して周方向に所定の角度だけ傾けて、溶接端部２２Ｂで胴本体１１の側面に溶接する。
伝熱フィン２０Ｄと部分円筒側面部材１７ｂの溶接方法は、第３の実施の形態と同じである。
【００４３】
図５の（ｂ）は、本実施の形態における伝熱フィン２０Ｄの変形例を示す。（ｂ）に示すように、伝熱フィン２０Ｅは、第３の実施の形態における伝熱フィン２０Ｂの変形例に対応するものである。伝熱フィン２０Ｅは、外筒１７側の端部が、良伝熱金属材料２１ｂを予め削り取られ、良伝熱金属材料２１ｂ側が外筒１７の内面と対向するように周方向に曲げられ、その部分を溶接端部２３Ｃとし、胴本体１１側の端部は同種の金属材料２１ａが径方向内側を向くように外筒１７側の端部とは逆方向の周方向に曲げられ、その部分を溶接端部２２Ｃとした、断面がＺ字型の形状をしている。
伝熱フィン２０Ｅの部分円筒側面部材１７ｂとの溶接は、良伝熱金属材料２１ｂを削り取られた溶接端部２３Ｃで行う。また、伝熱フィン２０Ｅの胴本体１１側の端部は、同種の金属材料２１ａの溶接端部２２Ｃで胴本体１１の側面と溶接される。
【００４４】
本実施の形態では、伝熱フィン２０Ｄまたは伝熱フィン２０Ｅと、胴本体１１及び外筒１７との溶接が同種金属同士の溶接であり、容易且つ良好な溶接部を形成することができる。従って、第３の実施の形態と同じく異種金属溶接時に必要な、特殊な溶接施工を必要としない。また、胴本体と伝熱フィンを、例えば胴本体の外側に銅―ステンレスクラッド鋼製の中間筒を密着させて設ける必要がない。その結果、安価な放射性物質用金属キャスクを提供できる。
さらに、溶接端部２３Ｂまたは溶接端部２３Ｃは、周方向長さに比較的余裕があるので、伝熱フィンの端面に直接溶接するよりも部分円筒側面部材１７ｂの開先を広く取れ、外筒１７と、伝熱フィン２０Ｄまたは伝熱フィン２０Ｅとの溶着面積を広くできる。また、外筒１７と、伝熱フィン２０Ｄまたは伝熱フィン２０Ｅとの接触面積を広くすることができる。さらに、溶接端部２２Ｂまたは溶接端部２２Ｃは、周方向長さがあるので、伝熱フィンの胴本体１１側の端部を隅肉溶接するよりも胴本体１１との接触面積を広くできる。その結果、伝熱フィン２０Ｄ、または伝熱フィン２０Ｅの外筒１７への伝熱特性を向上できる。
【００４５】
また、熱伝導度が銅に比して小さい炭素鋼板に銅板を接合した銅クラッド鋼板を用いているので、伝熱フィンを炭素鋼板だけで構成した場合より良好な伝熱特性が得られる。
さらに、伝熱フィン２０Ｄ、または伝熱フィン２０Ｅを周方向に傾けているので、伝熱フィン２０Ｄ、または伝熱フィン２０Ｅの中性子遮へい欠損が低減される。また、伝熱フィン２０Ｄ、または伝熱フィン２０Ｅを周方向に傾けて溶接するので、使用済燃料用金属キャスク１の構成部材の熱膨張により発生する応力が外筒１７に伝わるのを、伝熱フィン２０Ｄ、または伝熱フィン２０Ｅの撓みによって緩和することができる。
【００４６】
《第５の実施の形態》
次に第５の実施の形態に係る使用済燃料用金属キャスクについて、図６を参照しながら説明する。（ａ）に示すように、本実施の形態において第２の実施の形態と異なるところは、伝熱フィン２０Ｆが、胴本体１１側の端部は、同種の金属材料２１ａ側が径方向内側を向くように外筒１７側の端部と同一方向の周方向に曲げ、その部分を溶接端部２２Ｃとした、断面がコの字型の形状をしているところである。他の構成は第２の実施の形態と同じである。第２の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付し説明を省略する。
伝熱フィン２０Ｆは、胴本体１１の中心軸を通る平面に合わせて径方向外方に伸び、胴本体１１側の溶接端部２２Ｃで胴本体１１の側面に垂直をなすように溶接される。
【００４７】
伝熱フィン２０Ｆと部分円筒側面部材１７ｂの溶接方法は、第２の実施の形態と同じである。
図６の（ｂ）は、本実施の形態における伝熱フィン２０Ｆの変形例を示す。（ｂ）に示すように、本変形例の伝熱フィン２０Ｇは、外筒１７側及び胴本体１１側の端部は、良伝熱金属材料２１ｂを予め削り取られている。伝熱フィン２０Ｇは、外筒１７側の端部の良伝熱金属材料２１ｂ側が外筒１７の内面と対向するように周方向に曲げられ、その部分を溶接端部２３Ｃとし、胴本体１１側の端部も良伝熱金属材料２１ｂ側が径方向内側を向くように外筒１７側の端部と同一方向の周方向に曲げられ、その部分を溶接端部２２Ｂとした、断面がコの字型の形状をしている。
伝熱フィン２０Ｇの部分円筒側面部材１７ｂとの溶接は、良伝熱金属材料２１ｂを削り取られた溶接端部２３Ｃで行う。また、伝熱フィン２０Ｇの胴本体１１の側面との溶接も、胴本体１１側の端部の良伝熱金属材料２１ｂを削り取られた溶接端部２２Ｂで行う。
【００４８】
本実施の形態では、伝熱フィン２０Ｆまたは伝熱フィン２０Ｇと、胴本体１１及び外筒１７との溶接が同種金属同士の溶接であり、容易且つ良好な溶接部を形成することができる。従って、第２の実施の形態及びその変形例と同じく異種金属溶接時に必要な、特殊な溶接施工を必要としない。また、胴本体と伝熱フィンを、例えば胴本体の外側に銅―ステンレスクラッド鋼製の中間筒を密着させて設ける必要がない。その結果、安価な放射性物質用金属キャスクを提供できる。
さらに、溶接端部２３Ｂまたは溶接端部２３Ｃは、周方向長さに比較的余裕があるので、伝熱フィンの端面に直接溶接するよりも部分円筒側面部材１７ｂの開先を広く取れ、伝熱フィン２０Ｆまたは伝熱フィン２０Ｇと、外筒１７との溶着面積を広くできる。また、外筒１７と伝熱フィン２０Ｆまたは伝熱フィン２０Ｇとの接触面積を広くすることができる。
【００４９】
溶接端部２２Ｂまたは溶接端部２２Ｃは、周方向長さがあるので、伝熱フィンの胴本体１１側の端部を胴本体１１の側面と隅肉溶接するよりも胴本体１１との接触面積を広くできる。その結果、伝熱フィン２０Ｆ、または伝熱フィン２０Ｇの外筒１７への伝熱特性を向上できる。
また、伝熱フィン２０Ｆまたは伝熱フィン２０Ｇは、熱伝導度が銅に比して小さい炭素鋼板に銅板を接合した銅クラッド鋼板で構成しているので、伝熱フィンを炭素鋼板だけで構成した場合より良好な伝熱特性が得られる。
【００５０】
また、伝熱フィン２０Ｆ、または伝熱フィン２０Ｇの断面形状がコの字型をしているので、伝熱フィン２０Ｆ、または伝熱フィン２０Ｇ自体の剛性を向上できる。さらに、使用済燃料用金属キャスク１の構成部材の熱膨張により発生する応力が外筒１７に伝わるのを、伝熱フィン２０Ｆ、または伝熱フィン２０Ｇの撓みにより緩和することができる。
【００５１】
《第６の実施の形態》
次に第６の実施の形態に係る使用済燃料用金属キャスクについて、図７を参照しながら説明する。図に示すように、本実施の形態において第２の実施の形態と異なるところは、伝熱フィン２０Ｈが、逆Ｕの字型の断面形状をし、外側に同種の金属材料２１ａが、内側に良伝熱金属材料２１ｂが配置され、逆Ｕの字の脚部が両方とも胴本体１１の側面に溶接されるところである。伝熱フィン２０Ｈの逆Ｕの字型の頂部は、平坦形状で外筒１７の一部を構成する。第２の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付し説明を省略する。
【００５２】
伝熱フィン２０Ｈで用いるクラッド材は、第１の実施の形態から第５の実施の形態におけるクラッド材よりも、同種の金属材料２１ａの厚さが厚く、外筒１７の一部を構成可能な厚さとしている。
伝熱フィン２０Ｈの逆Ｕの字の脚部は、胴本体１１の中心軸を通る平面に合わせて、逆Ｕの字型の断面形状の外側から溶接端部２２で、胴本体１１の側面に溶接される。
伝熱フィン２０Ｈは、周方向に部分円筒側面部材１７ｃの周方向幅に合わせて離散的に配置されて溶接される。部分円筒側面部材１７ｃは、隣接する伝熱フィン２０Ｈ間に対して、逆Ｕの字型の頂部の周方向端の溶接端部２３Ｄ同士を、ブリッジを架けるように溶接され、外筒１７を構成する。
【００５３】
なお、このように構成した外筒１７は、隣接する伝熱フィン２０Ｈとの溶接箇所で、部分円筒側面部材１７ｃの板厚分だけ凹凸を生じるので、部分円筒側面部材１７ｃの周方向端部は、図７のように端に行くに従って減肉しこの凹凸を少なくする。
【００５４】
本実施の形態では、伝熱フィン２０Ｈと、胴本体１１及び外筒１７との溶接が同種金属同士の溶接であり、容易且つ良好な溶接部を形成することができる。従って、第２の実施の形態と同じく異種金属溶接時に必要な、特殊な溶接施工を必要としない。また、胴本体と伝熱フィンを、例えば胴本体の外側に銅―ステンレスクラッド鋼製の中間筒を密着させて設ける必要がない。その結果、安価な放射性物質用金属キャスクを提供できる。
また、部分円筒側面部材の周方向端部同士の突合せが必要なくなり、溶接作業性が向上する。その結果製作性の向上、製作期間の短縮効果が見込める。
【００５５】
溶接端部２３Ｄは、周方向長さに比較的余裕のある溶接端部であるので、伝熱フィンの端面に直接溶接するよりも部分円筒側面部材１７ｃとの溶着面積を広くできる。また、伝熱フィン２０Ｈの頂部がそのまま外筒１７の一部を構成しているので、伝熱フィン２０Ｈの伝熱特性を向上できるとともに放熱特性も向上する。
また、熱伝導度が銅に比して小さい炭素鋼板に銅板を接合した銅クラッド鋼板で構成しているので、伝熱フィンを炭素鋼板だけで構成した場合より良好な伝熱特性が得られる。
また、伝熱フィン２０Ｈの断面形状が逆Ｕの字型をしているので、伝熱フィン２０Ｈ、自体の剛性を向上できる。さらに、使用済燃料用金属キャスク１の構成部材の熱膨張により発生する応力が外筒１７に伝わるのを、伝熱フィン２０Ｈの撓みにより緩和することができる。
【００５６】
図８は、本実施の形態における伝熱フィンと部分円筒側面部材の変形例を示す。図に示すように、本変形例の伝熱フィンでは、逆Ｕの字型の伝熱フィン２０Ｈを用いる替りに、板状の伝熱フィン２０Ａ２枚を、良伝熱金属材料２１ｂを対向するように間隔を取って、胴本体１１の中心軸を通る平面に合わせて、同種の金属材料２１ａの溶接端部２２で胴本体１１の側面に溶接する。さらに、前記２枚の伝熱フィン２０Ａの外筒１７側の同種の金属材料２１ａの溶接端部２３で、炭素鋼板で構成された部分円筒側面部材１７ｄの周方向端部と溶接する。
【００５７】
２枚の伝熱フィン２０Ａと部分円筒側面部材１７ｄは、周方向に部分円筒側面部材１７ｃの周方向幅に合わせて離散的に胴本体１１の側面に配置して溶接する。部分円筒側面部材１７ｃは、隣接する部分円筒側面部材１７ｄの周方向の端同士を、ブリッジを架けるように溶接し、外筒１７を構成する。このような構成とすることで、第６の実施の形態の伝熱フィン２０Ｈよりも、クラッド材の物量を低減することができ、コストを低減することができる。
なお、このように構成した外筒１７は、部分円筒側面部材１７ｃと部分円筒側面部材１７ｄとの溶接箇所で、部分円筒側面部材１７ｃの板厚分だけ凹凸を生じるので、部分円筒側面部材１７ｃの周方向端部は、図８のように端に行くに従って減肉しこの凹凸を少なくする。
【００５８】
なお、図７に示す第６の実施の形態、及び図８に示すその変形例において、伝熱フィン２０Ｈの脚部の溶接端部２２、または１対の対向した伝熱フィン２０Ａの溶接端部２２を、胴本体１１の中心軸を通る平面に合わせて胴本体１１の側面に溶接する構成としたが、胴本体１１側が外筒１７側よりも末広がりに広くなるように胴本体１１の中心軸を通る平面に対して傾けて溶接しても良い。そのように構成することにより、伝熱フィン２０Ｈ、または伝熱フィン２０Ａの中性子遮へい欠損が低減される。
【００５９】
以上、第１の実施の形態から第６の実施の形態及びその変形例において、すべての伝熱フィン（２０Ａ〜２０Ｈ）は、銅クラッド鋼板としたが、銅本体１１、及び外筒１７がステンレス鋼製の場合には、銅−ステンレスクラッド鋼板としても良い。
また、第１の実施の形態から第６の実施の形態及びその変形例において、すべての伝熱フィン（２０Ａ〜２０Ｈ）は、胴本体１１の軸方向に平行に取り付けることとしたがそれに限定されるものではない。例えば、伝熱フィンを胴本体１１の側面の周方向に環状に設け、その環状の伝熱フィンを軸方向に所定の間隔で複数段取り付けても良い。その場合、部分円筒側面部材は、例えば、軸方向に隣接して配置された２つの伝熱フィンの間隔に対応して胴本体１１の軸方向の長さが短く、周方向長さが長い形状が溶接作業上適している。
【００６０】
また、伝熱フィンを、胴本体１１の側面に複数条、スパイラル状に設けても良い。スパイラル状の伝熱フィンの場合は、胴本体１１、外筒１７、及び伝熱フィンで囲まれる空間に自動溶接機を通すことを考え、第１の実施の形態同様の部分円筒側面部材１７ｂを用いることとしても良い。
【００６１】
前記いずれの場合も、伝熱フィンの断面形状を第１〜第６の実施の形態における伝熱フィン（２０Ａ〜２０Ｈ）の断面形状とすることが可能である。
また、伝熱フィンを胴本体１１の中心軸を含む平面に対して周方向に傾ける替わりに、胴本体１１の側面の法線に対して所定の角度傾けるようにしても良い。例えば、環状の伝熱フィンの場合は、胴本体１１の側面の法線に対して胴本体１１の軸方向に所定の角度かたむけても良い。またスパイラル状の伝熱フィンの場合は、胴本体１１の側面の法線周りの所定の周方向に、法線から所定の角度傾けても良い。
このように、胴本体１１の側面の法線から傾けることによって、中性子遮へい欠損が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る使用済燃料用金属キャスクの部分断面を含む斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施の形態における伝熱フィンと外筒部分の一部断面図であり、（ｂ）は伝熱フィンと外筒の胴本体への取り付け方法を説明する図である。
【図３】（ａ）は、第２の実施の形態における伝熱フィンと外筒部分の部分断面図であり、（ｂ）は第２の実施の形態における伝熱フィンの変形例を説明する断面図である。
【図４】（ａ）は、第３の実施の形態における伝熱フィンと外筒部分の部分断面図であり、（ｂ）は第３の実施の形態における伝熱フィンの変形例を説明する断面図である。
【図５】（ａ）は、第４の実施の形態における伝熱フィンと外筒部分の部分断面図であり、（ｂ）は第４の実施の形態における伝熱フィンの変形例を説明する断面図である。
【図６】（ａ）は、第５の実施の形態における伝熱フィンと外筒部分の部分断面図であり、（ｂ）は第５の実施の形態における伝熱フィンの変形例を説明する断面図である。
【図７】第６の実施の形態における伝熱フィンと外筒部分の部分断面図である。
【図８】第６の実施の形態における伝熱フィンと外筒部分の変形例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１      使用済燃料用金属キャスク
１１    胴本体
１２    底板
１３    キャビティ
１４    バスケット
１５    蓋部
１５ａ  一次蓋
１５ｂ  二次蓋
１７    外筒
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  部分円筒側面部材（外筒を構成する部材）
１７ｄ  部分円筒側面部材（外筒と同種の金属板材）
１８ａ、１８ｂ  レジン
１９    トラニオン
２０Ａ〜２０Ｈ  伝熱フィン
２１ａ  同種の金属材料
２１ｂ  良伝熱金属材料
２２、２２Ｂ、２２Ｃ、２３、２３Ｂ、２３Ｃ  溶接端部
２４    空間
３１    セル
【図１】
2007205931.tif 000003
【図２】
2007205931.tif 000004
【図３】
2007205931.tif 000005
【図４】
2007205931.tif 000006
【図５】
2007205931.tif 000007
【図６】
2007205931.tif 000008
【図７】
2007205931.tif 000009
【図８】
2007205931.tif 000010