(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
γ線の遮蔽を行う胴本体に底付きのキャビティが形成され、このキャビティ内に使用済み燃料集合体を収納するバスケットを収め、前記胴本体のキャビティ開口側に蓋が取り付けられており、当該胴本体の端部と蓋の周縁部との間に金属ガスケットを設け前記キャビティ内の密封を保持するキャスクの密封方法において、
当該金属ガスケットを入れるガスケット溝内に外部から連通する導入孔を設け、金属ガスケットによる密封性能が低下したとき、この導入孔からゴム材を導入し、当該ゴム材をガスケット溝内で加硫させるようにしたことを特徴とするキャスクの密封方法。
【請求項２】
さらに、前記ゴム材を加圧充填することを特徴とする請求項１に記載のキャスクの密封方法。
【請求項３】
γ線の遮蔽を行う胴本体に底付きのキャビティが形成され、このキャビティ内に使用済み燃料集合体を収納するバスケットを収め、前記胴本体のキャビティ開口側に蓋が取り付けられており、当該胴本体の端部と蓋の周縁部との間に金属ガスケットを設け前記キャビティ内の密封を保持するキャスクの密封方法において、
当該金属ガスケットを入れるガスケット溝内に外部から連通する導入孔を設け、金属ガスケットによる密封性能が低下したとき、この導入孔から接着剤を導入し、当該接着剤をガスケット溝内で硬化させるようにしたことを特徴とするキャスクの密封方法。
【請求項４】
γ線の遮蔽を行う胴本体に底付きのキャビティが形成され、このキャビティ内に使用済み燃料集合体を収納するバスケットを収め、前記胴本体のキャビティ開口側に蓋が取り付けられており、当該胴本体の端部と蓋の周縁部との間に金属ガスケットを設け前記キャビティ内の密封を保持するキャスクにおいて、
前記金属ガスケットを入れるガスケット溝内に外部から連通していると共に、ゴム材を導入する導入孔と、この導入孔を密封する密封部材とを設けたことを特徴とするキャスク。
【請求項５】
さらに、ガスケット溝に沿って前記蓋に加熱手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載のキャスク。
【請求項６】
さらに、前記蓋とガスケット溝との間を連通するリーク検査用導入孔を、前記ゴム材を導入する導入孔として用いたことを特徴とする請求項４または５に記載のキャスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼を終えた使用済み燃料集合体を収容する圧力容器であって、リークに対する応急的かつ有効であり、金属ガスケットの換装作業を省略できるようにしたキャスクの密封方法およびキャスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のキャスクの構造を示す断面図である。図６は、図５に示したキャスクの一部拡大図である。このキャスク５００は、ステンレス製または炭素鋼製の胴本体５０１と、キャスク外面を構成する外筒５０２と、胴本体５０１と外筒５０２との間に充填される水素を含有した高分子材料のレジン５０３と、胴本体５０１の下部に溶接され、レジン５０４を封入した構造の底板５０５と、胴本体５０１に溶接一体化したフランジ部５０６に設けた一次蓋５０７および二次蓋５０８とから構成される。使用済み燃料集合体を収納するバスケット５１３は、胴本体５０１のキャビティ５０９内に配置される。前記一次蓋５０７と二次蓋５０８は、図６に示すように、ボルト５１０、５１１によってフランジ部５０６に固定され、二次蓋５０８にはレジン５１２が封入されている。
【０００３】
前記バスケット５１３は、ボロン（Ｂ）とアルミニウムとの複合材料によって形成した複数のセルから構成されている。また、このキャスク５００のキャビティ５０９内にはヘリウムガスが負圧状態で充填されており、その一方、一次蓋５０７と二次蓋５０８の間の空隙内は正圧となり、これによってキャスク内部と外部との間に圧力障壁を形成している。また、二次蓋５０８には、蓋間空間の圧力を測定するための孔５１４が設けられており、この孔５１４の出口には圧力センサー５１５が設けられている。
【０００４】
前記一次蓋５０７には、キャスク内のガス置換を行うためのバルブ５１６が設けられており、当該バルブ５１６はバルブカバー５１７によって覆われている。一次蓋５０７と胴本体５０１との間、二次蓋５０８と胴本体５０１との間の密封には、長期間に渡って密封機能を維持する観点から耐熱性、耐食性を有し耐久性の高い金属ガスケット５１８、５１９を用いる。
【０００５】
図７は、キャスクのシール部を示す拡大図である。なお、一次蓋５０７と胴本体５０１との間および二次蓋５０８と胴本体５０１との間のシール部は同様のシール構造となる。ガスケット溝５２０は機械加工により形成され、使用する金属ガスケット５１８、５１９は二連リング構造のものを用いる。この金属ガスケット５１８、５１９は、腐食や高温酸化に強いインコネル（商標名：クロム16%、鉄7%を含むニッケル系合金）によって製作したコイルスプリング５２１に、同じくインコネル製の内皮５２２で被覆し、さらに、アルミニウム製の外皮５２３により内外輪をまとめて被覆した構成である。
【０００６】
ガスケット溝５２０に対しては、外皮５２３部分に設けたボルト穴を用いて固定する。前記金属ガスケット５１８、５１９には、例えば原子力用キャスクに対する使用実績が多い、日本バルカー工業株式会社製「トライバック」やフランス国のCEFILAC社製の「ヘリコフレックスシール」などを用いることができる。
【０００７】
金属ガスケットの塑性変形率と密封性能の温度・時間依存性はLarson-Miller Parameter（ＬＭＰ）により表すことが可能であり、その詳細は、「使用済燃料貯蔵キャスクの長期密封性能評価手法の開発」（加藤、伊東、三枝、日本原子力学会誌、Vol.38,No.6,95〜101,1996）により開示されている。一般的に、金属ガスケットの長期密封性能は、密封保持限界のLMPを求め、所定温度における限界時間を予測することにより行う。
【０００８】
また、金属ガスケット５１８、５１９の内周側には、合成ゴム製のＯリングを嵌めこむＯリング溝５２４が機械加工されている。通常、キャスク５００の貯蔵時には、合成ゴム製のＯリングは用いない。貯蔵時に合成ゴム製のＯリングを用いないのは、高温（１５０℃前後）、高線量条件下においての使用に耐えることができないからである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一方、金属ガスケット５１８、５１９は、以下の理由によりキャスク輸送時の使用には不向きである。金属ガスケット５１８、５１９を用いた場合、メーカー推奨値である漏えい率（１×１０-9Ｐａ・ｍ3／ｓ）に対する二次蓋５０８と胴本体５０１とのずれ量は０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度が限界となるが、実際にキャスク５００が落下した場合のずれ量は数ｍｍとなり、両者は１桁近く相違する。従って、金属ガスケット５１８、５１９を装着したキャスク５００が落下した場合は上記推奨値を超える可能性があり、このため、従来のキャスク５００では、輸送時に二次蓋５０８の金属ガスケット５１８を合成ゴム製のＯリングに換装してからキャスク輸送を行わなければならなかった。これに対して、合成ゴム製のＯリングは、高温、高線量下においても数ヶ月程度（輸送にかかる期間）であれば、落下による横ずれに対しても十分な密封機能を保持できることが確認されている。
【００１０】
しかしながら、金属ガスケット５１８と合成ゴム製のＯリングを換装するには、いったん二次蓋５０８を取り外し、この二次蓋５０８のＯリング溝５２４にＯリングを装着する必要がある。そして、二次蓋５０８を再びキャスクに取り付け、その後に機密検査を行う。また、これらの作業は全て高線量下にて行われるため、キャスク５００をプール内に沈めた状態で行わなければならない。或いは、厚い遮蔽壁に囲まれたホットセル内にキャスク５００を設置し、遠隔作業によって行わなければならない。このようなことから従来のキャスク５００では、シールの換装作業に手間とコストがかかるという問題点があった。
【００１１】
また、金属ガスケット５１８は、高温下において所定の締付力が作用する結果、外皮５２３に塑性流動が生じることなどによって接触面圧が低下し、リークが発生する可能性がある。内部気体のリークは、蓋間の圧力センサー５１５によって検出されるから、例えばリークが発生した場合には何らかの有効な密封作業が必要になる。しかしながら、従来ではとにかくリークが発生しないように密封機能を向上させるための研究開発が進められており、キャスクの保管中・輸送中を問わず応急的かつ有効な密封作業を行う方法は存在しなかった。
【００１２】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リークに対する応急的かつ有効なキャスクの密封方法およびキャスクを提供することを第一の目的とする。また、金属ガスケットの換装作業を省略して金属ガスケットのみで輸送できるキャスクの密封方法およびキャスクを提供することを第二の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係るキャスクの密封方法は、γ線の遮蔽を行う胴本体に底付きのキャビティが形成され、このキャビティ内に使用済み燃料集合体を収納するバスケットを収め、前記胴本体のキャビティ開口側に蓋が取り付けられており、当該胴本体の端部と蓋の周縁部との間に金属ガスケットを設け前記キャビティ内の密封を保持するキャスクの密封方法において、当該金属ガスケットを入れるガスケット溝内に外部から連通する導入孔を設け、金属ガスケットによる密封性能が低下したとき、この導入孔からゴム材を導入し、当該ゴム材をガスケット溝内で加硫させるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
例えばキャスク輸送中に落下したときなどに金属ガスケットが横ずれし、密封破壊が発生した場合、導入孔からゴム材を導入して内部で加硫成形させる。一般的に金属ガスケットによりガスケット溝内はシールされているから、導入されたゴム材はシールされた区画のみに充填される。これにより、ガスケット溝内に新たな密封境界ができ、緊急時において応急的かつ有効に密封性能を回復することができる。
【００１５】
なお、導入孔は、既にリーク検査用に設けているリーク検査用導入孔を利用してもよいし、別途蓋を機械加工することで設けるようにしてもよい。また、導入孔の連通先は、金属ガスケットによるシール区画全てであっても一部であってもよい。前記ゴム材は、加熱加硫型、常温加硫型のいずれでもよい。このような密封方法を実施できる用意があれば、金属ガスケットをゴム製のＯリングに換装することなくキャスクを輸送することができる。なお、キャスク輸送中のみならず、キャスクの長期使用により塑性流動などが発生し、金属ガスケットによる密封が破壊された場合であっても、当該方法は有効である。
【００１６】
また、請求項２に係るキャスクの密封方法は、上記キャスクの密封方法において、さらに、前記ゴム材を加圧充填することを特徴とする。ゴム材を加圧充填することにより、ガスケット溝内に均一にゴム材が行き渡り、全周に渡って確実に密封境界を作ることができる。このため、キャスク密封性能の回復を有効確実に行うことができる。なお、ゴム材の加圧充填は、ポンプによって簡単に行える。
【００１７】
また、請求項３に係るキャスクの密封方法は、γ線の遮蔽を行う胴本体に底付きのキャビティが形成され、このキャビティ内に使用済み燃料集合体を収納するバスケットを収め、前記胴本体のキャビティ開口側に蓋が取り付けられており、当該胴本体の端部と蓋の周縁部との間に金属ガスケットを設け前記キャビティ内の密封を保持するキャスクの密封方法において、当該金属ガスケットを入れるガスケット溝内に外部から連通する導入孔を設け、金属ガスケットによる密封性能が低下したとき、この導入孔から接着剤を導入し、当該接着剤をガスケット溝内で硬化させるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
接着剤を用いることにより金属ガスケットの外皮、或いはシール面に対して大きな密着性が得られることから、緊急時において応急的かつ有効確実に密封性能を回復できる。
【００１９】
また、請求項４に係るキャスクは、γ線の遮蔽を行う胴本体に底付きのキャビティが形成され、このキャビティ内に使用済み燃料集合体を収納するバスケットを収め、前記胴本体のキャビティ開口側に蓋が取り付けられており、当該胴本体の端部と蓋の周縁部との間に金属ガスケットを設け前記キャビティ内の密封を保持するキャスクにおいて、前記金属ガスケットを入れるガスケット溝内に外部から連通していると共に、ゴム材を導入する導入孔と、この導入孔を密封する密封部材とを設けたことを特徴とする。
【００２０】
このキャスクは上記密封方法の実施に適しており、前記ゴム材を導入する導入孔からゴム材を導入することで連通先のガスケット溝内にてキャスクの密封性能を応急的かつ有効に回復させることができる。また、金属ガスケットをゴム製のＯリングに換装することなく輸送できる。ゴム材の導入後は前記密封部材により密封する。特に、導入したゴム材を加硫する場合、密封部材により密封しておけば、熱膨張によってガスケット溝内が加圧状態になるから、確実に密封を行うことができる。なお、前記ゴム材を導入する導入孔は、導入時のガス抜きの観点から複数設けるのが好ましい。また、ゴム材を導入する導入孔の連通先は、ガスケット溝内の径方向中央であっても両端であってもよい。
【００２１】
また、請求項５に係るキャスクは、上記キャスクにおいて、さらに、ガスケット溝に沿って前記蓋に加熱手段を設けたことを特徴とする。ガスケット溝内に加硫ゴムを導入し、このガスケット溝に沿って設けた加熱手段により加硫ゴムの加熱を行う。加熱用の電力は、例えば輸送車両や携帯小型発電機などから供給する。
【００２２】
また、請求項６に係るキャスクは、上記キャスクにおいて、さらに、前記蓋とガスケット溝との間を連通するリーク検査用導入孔を、前記ゴム材を導入する導入孔として用いたことを特徴とする。金属ガスケットの密封性能を検査するためのリーク検査用導入孔が設けられていることがあるが、このリーク検査用導入孔は外部からガスケット溝内に連通しているため、前記ゴム材を導入する導入孔として用いることもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２４】
［実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１にかかるキャスクの密封構造を示す断面図である。この密封構造１は、例えばキャスク５００の二次蓋５０８と胴本体５０１のフランジ部５０６との間に設けられる。金属ガスケット２は、リング状のコイルスプリング３に内皮４を被覆し、さらに、外皮５により内外輪をまとめて被覆した構成である。この金属ガスケット２のリング径は２ｍ程度、内輪７および外輪８それぞれの断面直径は５．５ｍｍ程度、外皮５の厚さは０．４ｍｍ、内皮４の厚さは０．２ｍｍとなる。外皮５の材料には、アルミニウム、銀などの軟質金属が用いられており、内皮４およびコイルスプリング３にはインコネルが用いられている。
【００２５】
また、ガスケット溝９の径方向中央付近にはゴム材を導入する導入孔１０が設けられている。この導入孔１０は二次蓋５０８に対して機械加工によって形成され、ガスケット溝９内と外部とを連通する。また、導入孔１０の入口１１には、ネジ式のプラグ１２が設けられる。この導入孔１０は複数設けられ、そのうちのいくつかはゴム材を注入するときのガス抜き穴として機能する（図示省略）。
【００２６】
また、図２に示すように、ゴム材を導入する導入孔２１は、胴本体５０１のフランジ部５０６に加工形成するようにしてもよい。このようにすれば、金属ガスケット２の外皮５が邪魔にならないからゴム材を容易に注入できる。さらに、図３に示すように、ゴム材を導入する導入孔３１を全てのシール区画Ｓ１〜Ｓ３に設けることもできる。このようにすれば、ガスケット溝９の全体がゴム材でシールされることになるため、密封性能を十分に回復させることができる。さらに、二次蓋５０８には、金属ガスケット２の密封性能を検査するためのリーク検査用導入孔が設けられているが（図示省略）、この導入孔を用いてゴム材を注入することもできる。
【００２７】
図１に戻り、二次蓋５０８の上面には、金属ガスケット２に沿うようにヒーター１３が配置されている。このヒーター１３の電源１４は、例えばキャスクを輸送するためのトラック１５の電源に接続されているか、携帯用の小型発電機に接続されている。このように、ヒーター１３をキャスクの二次蓋５０８に設けておけば、キャスク輸送中であっても応急的に密封措置をとることができる。なお、加熱手段としては高周波を発生する電磁コイルなどを用いることもできる（図示省略）。電磁コイルによれば、ガスケット溝９の表面に発生するジュール熱によりゴム材を加熱できる。
【００２８】
通常、キャスクは上記金属ガスケット２によって所定の密封性能を維持しているが、例えばキャスク輸送時に落下させたり或いは長期の保管により金属ガスケット２に塑性流動が生じて密封性能が低下することがある。このような場合、内部気体のリークを防止するか或いは最小限に抑えるための応急的なリーク防止対策が必要になる。このキャスクでは、ゴム材を導入する導入孔１０からゴム材を注入することで応急措置をして密封の回復を行う。なお、密封性能が低下したか否かは、二次蓋５０８に設けた圧力センサー（図６参照）によって蓋間圧力の変化を監視しており、その検出結果から内部の負圧が維持できているかどうかを基準として判断する。
【００２９】
注入したゴム材は、ゴム材を導入する導入孔１０を通ってガスケット溝９に侵入する。ガスケット溝９に侵入したゴム材は、金属ガスケット２の外皮５に設けられたボルト穴１６を通じてシール区画Ｓ１に侵入する。一方、ゴム材の侵入によって内部のガスは、開いている他のゴム材を導入する導入孔１０から外部に逃げる。なお、前記シール区画Ｓ１は、金属ガスケット２によるシール境界によって規制されるから、ゴム材がシール区画Ｓ１を破ってガスケット溝９の両側に侵入することはない。つぎに、ゴム材を十分に注入したら全ての導入孔１０をプラグ１２で封止し、ヒーター１３によってゴム材を加熱する。これによって、ゴム材が加硫されて熱膨張するので、ガスケット溝内の圧力が上昇し、ゴム材がガスケット溝９の内部にくまなく行き渡る。この結果、ゴム材による新たな密封境界が形成され、応急的で有効確実な密封が得られることになる。
【００３０】
上記ゴム材としては、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム等を挙げることができる。また、ウレタンゴム、ポリブタジエン、シリコーン等の常温で加硫するゴム材を用いるようにしてもよい。この場合、ゴムを注入するとき、予めポンプにより加圧しておくのが好ましい。また、常温加硫のゴム材を用いる場合は、上記ヒーター１３は不用である。
【００３１】
さらに、ゴム材ではなく接着剤を導入するようにしてもよい。接着剤は、スリーボンド株式会社、ニチアス株式会社などのウレタン系や信越化学株式会社、東レシリコーンなどのシリコーン系のものを用いることができる。また、熱硬化型および常温硬化型のいずれであっても構わない。接着剤を用いれば、高圧注入の必要がなく、金属ガスケット２の外皮５やシール面と接着されるので、通常のゴム材を用いたときのように非接着界面が生じないという利点がある。このため、接着剤により新たな密封境界が形成され、キャスクの密封機能を応急的かつ有効に回復することができるようになる。
【００３２】
［実施の形態２］
図４は、この発明の実施の形態４にかかるキャスクの密封構造を示す断面図である。このキャスクの密封構造４０は、一次蓋５０７と胴本体５０１のフランジ部５０６との間に設けた金属ガスケット４２に対して上記実施の形態１の構成を適用したものである。フランジ部５０６には、その側面からゴム材を導入する導入孔４３が穿孔されており、そのゴム材を導入する導入孔４３の入口４４にはネジ式のプラグ４５が設けられる。ゴム材を導入する導入孔４３の出口４６は、金属ガスケット４２の下側に開口しているから、ゴム材をシール区画Ｓ１内に注入しやすい。一次蓋５０７と胴本体５０１のフランジ部５０６との間に用いるゴム材は、外部から加熱し難いため常温で加硫するものが好ましい。なお、加熱により加硫するゴム材であっても、当該部位がキャスク内部に近いため崩壊熱によって加硫され得る。このため、キャスク内の温度を基準として常温加硫型と加熱加硫型とを選択することもできる。
【００３３】
一次蓋５０７と胴本体５０１のフランジ部５０６との間の密封についてもキャスク輸送中の金属ガスケット４２の横ずれ、長期保管中の塑性流動などにより密封破壊が起きる可能性があり、このような場合でも、ゴム材を導入する導入孔４３からガスケット溝４７内にゴム材を注入して硬化させることで、ガスケット溝４７内に新たな密封境界が作られる。このため、応急的かつ有効にキャスクの密封機能を回復させることができる。特に二次蓋５０８と胴本体５０１のフランジ部５０６との間の密封構造１と共に処置すれば、内部気体のリークを確実に防止することができる。
【００３４】
【実施例】
実施するキャスクの条件は、下記の通りである。また、この条件のもと、下記のゴム材または接着剤をガスケット溝内に注入する。
（１）キャスク条件
▲１▼  適用部位
一次蓋および二次蓋のガスケット溝内
いずれもステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製
▲２▼  使用環境
温  度：最大１３０℃（キャスク長期貯蔵時）
放射線：２ｍＳｖ／Ｈ以下
▲３▼  金属ガスケット
日本バルカー工業株式会社製  トライバック
（２）ゴム材
クレシール（日成工業株式会社製）
（３）接着剤
ＫＥ４５またはＫＥ４０ＲＴＶ（脱オキシム型：信越化学工業株式会社製）
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明のキャスクの密封方法（請求項１）では、金属ガスケットを入れるガスケット溝内に外部から連通する導入孔を設け、金属ガスケットによる密封性能が低下したとき、この導入孔からゴム材を導入し、当該ゴム材をガスケット溝内で加硫させるようにしたので、緊急時において応急的かつ有効に密封性能を回復することができる。また、金属ガスケットをゴム製のＯリングに換装することなくキャスクを輸送することができる。
【００３６】
また、この発明のキャスクの密封方法（請求項２）では、ゴム材を加圧充填するようにしたので、キャスク密封性能の回復を有効確実に行うことができる。
【００３７】
また、この発明のキャスクの密封方法（請求項３）では、金属ガスケットを入れるガスケット溝内に外部から連通する導入孔を設け、金属ガスケットによる密封性能が低下したとき、この導入孔から接着剤を導入し、当該接着剤をガスケット溝内で硬化させるようにしたので、有緊急時において応急的かつ有効確実に密封性能を回復できる。また、金属ガスケットをゴム製のＯリングに換装することなくキャスクを輸送することができる。
【００３８】
また、この発明のキャスク（請求項４）では、金属ガスケットを入れるガスケット溝内に外部から連通するゴム材を導入する導入孔と、このゴム材を導入する導入孔を密封する密封部材とを設けたので、キャスクの密封性能を応急的かつ有効に回復させることができる。
【００３９】
また、この発明のキャスク（請求項５）では、キャスクに加熱手段を備えることで、リーク発生の緊急時にすぐさま対応することができる。
【００４０】
また、この発明のキャスク（請求項６）では、蓋とガスケット溝との間を連通するリーク検査用導入孔を、前記ゴム材を導入する導入孔として用いたので、キャスクの構造を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１にかかるキャスクの密封構造を示す断面図である。
【図２】  図１に示した密封構造の変形例を示す断面図である。
【図３】  図１に示した密封構造の変形例を示す断面図である。
【図４】  この発明の実施の形態２にかかるキャスクの密封構造を示す断面図である。
【図５】  従来のキャスクの構造を示す断面図である。
【図６】  図５に示したキャスクの一部拡大図である。
【図７】  キャスクのシール部を示す拡大図である。
【符号の説明】
１  密封構造
２  金属ガスケット
９  ガスケット溝
１０  ゴム材を導入する導入孔
１２  プラグ
１３  ヒーター
１４  電源
【図１】
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【図２】
0003986249.tif 000003
【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】
0003986249.tif 000008