(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済み核燃料集合体が１体ずつ収納貯蔵される貯蔵セルを形成する角パイプであり、当該角パイプを複数本組み合わせてなる使用済み核燃料貯蔵用ラックにおいて、
前記角パイプは、ボロンを１．０ｗｔ％以上含有したステンレスから構成されており、前記角パイプの上部周方向に、前記角パイプと別個の環状の補強体を固定し、かつ、前記補強体を前記角パイプの上端から上方に突出させたことを特徴とする使用済み核燃料貯蔵用ラック。
【請求項２】
前記補強体は、前記角パイプの上部周方向に固定された筒体と、前記筒体および角パイプのうち少なくともいずれか一方の上端に設けられ上方斜め外側に開いたラッパ体と、から構成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貯蔵用ラック。
【請求項３】
前記補強体は、前記角パイプの上部周方向に固定され且つ前記角パイプの上端から上方に突出した筒体から構成さ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貯蔵用ラック。
【請求項４】
前記角パイプの中央部周方向または下部周方向に、前記補強体を固定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の使用済み核燃料貯蔵用ラック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、使用済み核燃料集合体を再利用施設に搬出するまでの間原子力発電所内において未臨界を保ちつつ高密度に貯蔵するためのラックに関し、特に、使用済み核燃料集合体の落下対策について工夫をした使用済み核燃料貯蔵用ラックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉から取り出された使用済み核燃料集合体は、再利用施設に搬出するまでの間、原子力発電所内の冷却ピット（燃料貯蔵プール）において貯蔵、冷却される。この場合、使用済み核燃料集合体は、冷却ピット内に設置された使用済み核燃料貯蔵用ラックに貯蔵される。
【０００３】
この使用済み核燃料貯蔵用ラックとしては、複数本の角パイプを組み合わせて複数の貯蔵セルを形成してなるもの、また、板材を正方格子状に配列して複数の貯蔵セルを形成してなるものなどが知られており、使用済み核燃料集合体は、この各貯蔵セル中に１体ずつ収納貯蔵される。なお、前記複数の貯蔵セルを形成する角パイプや板材には、中性子吸収材としてのボロン（ホウ素：Ｂ）含有のステンレス鋼が使用される。
【０００４】
また、使用済み核燃料貯蔵用ラックには、冷却ピット内において未臨界を保ちつつ使用済み核燃料集合体をできる限り多く貯蔵することが望まれている。そのような使用済み核燃料貯蔵用ラックとしては、例えば特開平９−２３６６９０号公報、特開平１０−２２７８９０号公報に記載のものが知られている。
【０００５】
特開平９−２３６６９０号公報には、ボロンが１．０ｗｔ％以上含有され且つ厚みが５ｍｍ以下のステンレス鋼からなる板を正方格子状に配列して複数の貯蔵セルを形成したラック、また、前記ステンレス鋼からなる複数本の角パイプを組み合わせて複数の貯蔵セルを形成してなるラックが開示されている。また、特開平１０−２２７８９０号公報には、ステンレス鋼からなる複数本の角パイプをスペーサーグリッドによって正方格子状に結束し、ボロン含有ステンレス鋼板を角パイプの内面に設けたラックが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平９−２３６６９０号公報に開示のラックは、ボロンを１．０ｗｔ％以上含有したステンレス鋼からなる板材または角パイプから構成されているので、強度的に脆くなるにもかかわらず、使用済み核燃料集合体の落下対策が何ら施されていない。このため、使用済み核燃料集合体を貯蔵セルに入れ出しする際、使用済み核燃料集合体がラック上に落下した場合、その衝撃により強度的に脆いラックが破損するおそれがある。
【０００７】
また、特開平１０−２２７８９０号公報に開示のラックは、ステンレス鋼からなる角パイプの内面又は外面にボロン含有のステンレス鋼からなる板材を設けたものであるから、このステンレス鋼からなる角パイプにより所定の強度を得ることができる。しかしながら、このラックでは、全体的に強度向上を図っているが、使用済み核燃料集合体の落下による衝撃に対する強度向上が施されていないため、落下対策としては不十分である。
【０００８】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用済み核燃料集合体の落下によるラックの破損を抑制できる使用済み核燃料貯蔵用ラックを提供することを目的とする。
【０００９】
【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に係る使用済み核燃料貯蔵用ラックは、使用済み核燃料集合体が１体ずつ収納貯蔵される貯蔵セルを形成する角パイプであり、当該角パイプを複数本組み合わせてなる使用済み核燃料貯蔵用ラックにおいて、前記角パイプは、ボロンを１．０ｗｔ％以上含有したステンレスから構成されており、前記角パイプの上部周方向に、前記角パイプと別個の環状の補強体を固定し、かつ、前記補強体を前記角パイプの上端から上方に突出させたことを特徴とする。
【００１０】
かかる構成において、上方から使用済み核燃料集合体が落下した場合、角パイプと別個で、かつ、角パイプの上部周方向であって当該角パイプ上端から突出するように設けた環状の補強体に、使用済み核燃料集合体が衝突することになる。このため、角パイプに加わる落下の衝撃が補強体により緩衝されることになるから、強度的にもろいボロン入りステンレス板の破損を抑制することができる。特に、ステンレス材にボロンを１．０ｗｔ％以上含有した場合、その延性が極めて低下することから、この補強体が有用となる。
【００１６】
また、請求項２に係る使用済み核燃料貯蔵用ラックは、上記使用済み核燃料貯蔵用ラックにおいて、前記補強体は、前記角パイプの上部周方向に固定された筒体と、前記筒体および角パイプのうち少なくともいずれか一方の上端に設けられ上方斜め外側に開いたラッパ体と、から構成されていることを特徴とする。この補強体の構成において、落下した使用済み核燃料集合体は、ラッパ体に衝突してその衝撃が緩衝され、さらに筒体によっても衝撃が緩衝されるから、角パイプの破損を効果的に抑制することができる。
【００１７】
また、請求項３に係る使用済み核燃料貯蔵用ラックは、上記使用済み核燃料貯蔵用ラックにおいて、前記補強体は、前記角パイプの上部周方向に固定され且つ前記角パイプの上端から上方に突出した筒体から構成されていることを特徴とする。かかる構成では、落下した使用済み核燃料集合体が角パイプ上端から突出した筒体に直接衝突し、当該筒体にてその衝撃が緩衝されることになる。これにより、角パイプに加わる衝撃を小さくできるから、角パイプの破損を効果的に抑制することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る使用済み核燃料貯蔵用ラックは、上記使用済み核燃料貯蔵用ラックにおいて、前記角パイプの中央部周方向または下部周方向に、前記補強体を固定したことを特徴とする。このように、角パイプの中央部周方向および下部周方向に補強体を設けることにより、角パイプに加わる荷重をこれら補強体により受けることができるようになる。
【００１９】
【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。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる使用済み核燃料貯蔵用ラックの構造を示す斜視図である。図２は、図１に示した使用済み核燃料貯蔵用ラックの一部断面図である。この使用済み核燃料貯蔵用ラックは、複数の角パイプを千鳥状に配置した構成である。この角パイプ１は、ボロンを１．０ｗｔ％〜１．８ｗｔ％含有したステンレス鋼からなる４枚のステンレス板１０を４隅１１で溶接、例えばレーザ溶接（又はＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接）して構成されている。なお、ステンレス板１０の接合部分を特開平１０−２２７８９０号公報に開示されているような組継ぎ構造にし、この組継部分を溶接するようにしてもよい。
【００２１】
角パイプ１の上部周方向には、筒体２とラッパ体３とからなる補強体が設けられている。筒体２は、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）からなり、４枚の板状又は短い角筒状をなす。この筒体２は、前記角パイプ１の上部の外面にレーザ溶接等により固定されている。この筒体２の上端面と角パイプ１の上端面とは、図２に示すように、ほぼ面一である。なお、図において、ｔ１はステンレス板１０および筒体２の厚みを示し、ｔ２はラッパ体３の厚みを示している。
【００２２】
このラッパ体３は、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）からなり、４枚の板状又は短い角筒のラッパ状をなす。このラッパ体３は、前記筒体２及び前記角パイプ１の上端にレーザ溶接等により固定されている。このラッパ体３は、筒体２及び角パイプ１の上部から上方に斜め外側に開いている。なお、上記補強体は、実質的に角パイプ１の上部周方向を補強するような構造であればよく、その形態は当該筒体２に限定されない。この補強体には、例えば筒体２が上下二段に分割しているものや、複数のリング状部材を巻き付けたものなどが含まれる。
【００２３】
筒体２及び前記ラッパ体３が固定された角パイプ１を複数本組み合わせて使用済み核燃料貯蔵用ラックが構成される。なお、使用済み核燃料貯蔵用ラックを構成する角パイプの本数は、図１に示したものに限定されず、ピットのサイズに応じた必要数により構成される。
【００２４】
使用済み核燃料集合体がラック上方から落下した場合、当該使用済み核燃料集合体は角パイプ１に設けたラッパ体３に衝突する。このラッパ体３によって落下の衝撃が緩衝されて角パイプ１に伝わる。また、角パイプ１の上方周方向に設けた筒体２により衝撃が分散される。この結果、ボロンの含有量が多く強度的に脆い角パイプ１であっても、その角パイプ１の破損は、最低限に防止されることになる。
【００２５】
また、この使用済み核燃料貯蔵用ラックは、角パイプ１の上部に筒体２及びラッパ体３を固定した一部二重構造となるため、特開平１０−２２７８９０号公報に開示のラックのような全体が二重構造になるものと比較して、構造を簡単にすることができる。
【００２６】
［引張試験・衝撃試験］
つぎに、角パイプ１を構成するステンレス板１０のボロン含有量の数値限定について図３及び図４を参照して説明する。なお、図３は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１金属材料引張試験方法により、ボロン含有のステンレス鋼の引張特性（室温）を示したグラフ図である。縦軸は伸び（％）を示し、横軸はボロン含有量（ｗｔ％）を示す。また、図４は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２  金属材料衝撃試験方法により、ボロン含有のステンレス鋼の衝撃特性（０°Ｃ）を示したグラフ図である。縦軸は衝撃値（Ｊ／ｃｍ2 ）を示し、横軸はボロン含有量（ｗｔ％）を示す。さらに、図３及び図４において、試験用のボロン含有ステンレス鋼の厚さは、５ｍｍである。また、白丸は、試験データの採取方向がロール方向であり、黒丸は、試験データの採取方向がロール方向に対して直交する方向である。
【００２７】
ボロンの含有量が多いほど中性子吸収能力が大きくなるが、ボロンの含有量が多いとそれだけ伸び及び衝撃値が低下することは周知である。また、同図に示す試験結果を参照しても、ボロンの含有量が１．０ｗｔ％以上になると伸び及び衝撃値が相当低下していることが判る。このため、ボロンの含有量が多いステンレス鋼では、丸パイプから角パイプ１に押し出し又は引き抜き成形することが困難となり、また、成形した場合でも角パイプ１の延性が低くなる。特に、ボロンの含有量が１．８ｗｔ％以上となると、前記押し出し又は引き抜き成形が極めて困難になる。
【００２８】
そこで、この実施の形態１においては、上記のように、押し出し又は引き抜き成形が困難なステンレス板１０をその４隅１１で溶接して角パイプ１を構成すると共に、強度的に脆いその角パイプ１の上部に筒体２及びラッパ体３を設けることにより、成形上及び強度上の問題が解決できる。
【００２９】
具体的には、ボロンを１．０ｗｔ％以上含有した角パイプ１の場合は、その延性の低下により脆くなった上部を筒体により補強し、角パイプ１の破損を抑制することができ、特にボロンを１．８ｗｔ％以上含有した角パイプ１の場合には、押し出し成形が困難になることから溶接により組み立てを行うようにした。なお、ボロンを１．０ｗｔ％以上含有した場合であっても、押し出し負荷やダイス強度その他の製造上の便宜から、溶接組立によって角パイプ１を製造するほうが簡単である。一方、この発明においてボロン含有量の上限値は特に限定されないが、通常は１２．０ｗｔ％程度が限界と考えられる。
【００３０】
［落下試験］
試験用のラックの寸法は、角パイプ１の高さＴ１が１，１５０ｍｍ、筒体２の高さＴ２が１５０ｍｍ、ラッパ体３の高さＴ３が４０ｍｍ、角パイプ１及び筒体２の厚さが６ｍｍ、ラッパ体３の厚さが６ｍｍである。また、試験用のラックの材料は、角パイプ１がボロンを１．８ｗｔ％含有したステンレス鋼であり、筒体２及びラッパ体３がＳＵＳ３０４である。そして、前記試験用ラックの上に、模擬燃料集合体（重量が７５０ｋｇ）の下部ノズルを、高さ０．７５ｍから落下させて試験した。この結果、試験用ラックの上部の破損は、最大７０ｍｍ程度となり、許容値（１５０ｍｍ）以内に収まることが判った。
【００３１】
また、角パイプ１の中央部および下部に筒体を設けることもできる。図５は、そのような使用済み核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。なお、同図において、図１に示したラックと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この使用済み核燃料貯蔵用ラックは、角パイプ１の中央部及び下部の外面に中央部補強体５及び下部補強体６が溶接などにより固定されているものである。この中央部補強体５及び下部補強体６は、例えば、ＳＵＳ３０４からなり、４枚の板状又は短い角筒状をなす。
【００３２】
かかる構成では、角パイプ上部の筒体２の補強作用に、中央部補強体５及び下部補強体６の補強作用が加わることにより、角パイプ１の上部と中央部及び下部の強度が大となり、座屈強度が大となる。
【００３３】
（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２にかかる使用済み核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。なお、同図において、図１に示したラックと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この使用済み核燃料貯蔵用ラックは、角パイプ１の上部面の周方向に筒体２０を溶接固定したものである。図７に、その溶接状態を示す。また、この筒体２０は、角パイプ１の上端から上方に突出しており、例えばＳＵＳ３０４からなる４枚の板状又は短い角筒状をなす。
【００３４】
この使用済み核燃料所蔵用ラックは、前記実施の形態１のものとほぼ同様の作用効果を達成することができる。すなわち、使用済み核燃料集合体が落下した場合、角パイプ１の上端から突出した筒体２０に衝突し、この筒体２０にてその衝撃が緩衝される。このため、角パイプ１には落下衝撃が緩衝された状態で伝わるから、当該角パイプ１の破損を小さく抑えることができる。
【００３５】
また、上記実施の形態１のラックよりも構造を簡略化できる。さらに、ＳＵＳ３０４を用いることによりγ線遮蔽機能を向上させることができる。また、図８に示すように、角パイプ１の中央部および下部に中央部補強体５及び下部補強体６を設けることもできる。これにより、角パイプ１の上部と中央部及び下部の強度が大となり、座屈強度が大となる。
【００３６】
（実施の形態３）
図９は、この発明の実施の形態３にかかる使用済み核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。なお、同図において、図１に示したラックと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この使用済み核燃料貯蔵用ラックは、角パイプ１の上部の外面にラッパ体３０が溶接固定されているものである。このラッパ体３０は、角パイプ１の上部から上方に突出している。また、このラッパ体３０は、例えば、ＳＵＳ３０４からなる４枚の板状又は短い角筒のラッパ状（上方に斜め外側に開いている）をなす。
【００３７】
この使用済み核燃料所蔵用ラックは、前記実施の形態１のものとほぼ同様の作用効果を達成することができる。すなわち、使用済み核燃料集合体が落下した場合、角パイプ１の上端から突出したラッパ体３０に衝突し、このラッパ体３０にてその衝撃が緩衝される。このため、角パイプ１には落下衝撃が緩衝された状態で伝わるから、当該角パイプ１の破損を小さく抑えることができる。また、上記実施の形態１のラックよりも構造を簡略化できる。さらに、図示しないが、角パイプ１に図５に示したような中央部補強体５及び下部補強体６を設けるようにしてもよい。
【００３８】
（実施の形態４）
図１０は、この発明の実施の形態４にかかる使用済み核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。この使用済み核燃料貯蔵用ラックは、ボロンを１．４ｗｔ％含有したステンレス鋼を押し出し成形して角パイプ４１を成形したものである。上述したように、ボロンを１．４ｗｔ％含有した場合でも押し出し成形は可能であるが、製造した角パイプ４１は、ボロン含有量が多いため強度的に脆いものになる。そこで、角パイプ４１の上部周方向に、補強体としてのＳＵＳ３０４製の筒体２を設けるようにする。この筒体２は、図１１に示すように、角パイプ４１の上端から突出して溶接接合されている。
【００３９】
使用済み核燃料集合体が落下した場合、角パイプ４１の上端から突出した筒体２０に衝突し、この筒体２０においてその衝撃が緩衝される。このため、角パイプ４１には落下衝撃が緩衝された状態で伝わるから、当該角パイプ４１の破損を小さく抑えることができる。なお、上記構成は、ボロン含有量が１．４ｗｔ％の場合に限らず、１．０ｗｔ％以上１．６ｗｔ％以下の範囲でも実施することができる。また、図示しないが、角パイプ４１に図５に示したような中央部補強体５及び下部補強体６を設けるようにしてもよい。
【００４０】
なお、上記実施の形態１〜４では、筒体２、ラッパ体３、中央補強体５及び下部補強体６が角パイプ１の外面に固定したが、これらを角パイプ１の内面に、又は、内外両面に固定するようにしても良い。また、中央補強体５及び下部補強体６を設ける場合は、角パイプ１の中央部及び下部のいずれか一方に固定するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の使用済み核燃料貯蔵用ラックでは、角パイプと別個の補強体であって、かつ、角パイプの上部周方向であって当該角パイプ上端から突出するように環状の補強体を設けることで、使用済み核燃料集合体の落下による衝撃を緩衝するようにした。このため、角パイプの破損を小さく抑えることができる。
【００４３】
また、上記補強体を、角パイプの上部周方向に固定された筒体と、前記筒体および角パイプのうち少なくともいずれか一方の上端に設けられ上方斜め外側に開いたラッパ体とから構成したり、角パイプの上部周方向に固定され且つ前記角パイプの上端から上方に突出した筒体から構成することにより、落下衝撃の緩衝に好適となる。さらに、角パイプの中央部周方向または下部周方向に補強体を固定することで、角パイプの強度をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる使用済み核燃料貯蔵用ラックの構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示した使用済み核燃料貯蔵用ラックの一部断面図である。
【図３】ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１  金属材料引張試験方法により、ボロン含有のステンレス鋼の引張特性を示したグラフ図である。
【図４】ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２  金属材料衝撃試験方法により、ボロン含有のステンレス鋼の衝撃特性を示したグラフ図である。
【図５】図１に示した使用済み核燃料貯蔵用ラックの変形例を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２にかかる使用済み核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。
【図７】図６に示した角パイプに対する筒体の溶接状態を示す断面図である。
【図８】図６に示した使用済み核燃料貯蔵用ラックの変形例を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態３にかかる使用済み核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態４にかかる使用済み核燃料貯蔵用ラックを示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した角パイプに対する筒体の溶接状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１、４１  角パイプ
１０  ステンレス板
１１  ４隅
２、２０  筒体
３、３０  ラッパ体
４  レーザ溶接
５  中央部補強体
６  下部補強体
【図１】
0003876123.tif 000002
【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
0003876123.tif 000010
【図１０】
0003876123.tif 000011
【図１１】
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