(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端壁部が開放された立て形の筒体からなるとともに金属により形成され放射性物質が収納された内部容器本体およびこの内部容器本体の上端開放部に嵌合された金属により形成された蓋を有する内部容器と、上端壁部が開放された立て形の筒体からなるコンクリートにより形成され前記内部容器が収納された外部容器本体およびこの外部容器本体の上端開放部に嵌合固定されたコンクリートにより形成された蓋を有する外部容器と、前記内部容器本体の周壁部と前記外部容器本体の周壁部との間の空隙に前記外部容器本体の周方向に分散して配置され前記外部容器本体の周壁部に取付けられて前記内部容器本体の周壁部を支え、且つ前記外部容器が転倒する時に前記外部容器とともに転倒する前記内部容器本体の周壁部を受けてその運動量を緩和しながら塑性変形する複数の側部サポートとを具備することを特徴とする放射性物質貯蔵容器。
【請求項２】
前記側部サポートは上下方向に沿う空気流通部を有していることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質貯蔵容器。
【請求項３】
前記外部容器の内部において前記内部容器の蓋と前記外部容器の蓋との間の空隙に前記外部容器本体の周方向に分散して配置されて前記外部容器本体の周壁部に取付けられ、且つ前記外部容器が転倒する時に前記外部容器の蓋へ向けた前記内部容器の移動を阻止する頭部サポートとを具備することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放射性物質貯蔵容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンクリートキャスクを備えた放射性物質貯蔵容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所で発生した使用済み核燃料は、貯蔵容器に密閉収納して所定期間中間貯蔵した後に再処理して再び燃料として再利用されている。使用済み核燃料を密閉収納する貯蔵容器として、上端部が開放され内部に使用済み核燃料が収納された金属からなる立て形の筒体をなす内部容器本体およびこの内部容器本体の上端開放部を閉塞する金属からなる蓋を備えた内部容器と、上端部が開放され内部に内部容器が収容されたコンクリートからなる立て形の筒体をなす外部容器本体およびこの外部容器本体の上端開放部を閉塞するコンクリートからなる蓋を備えた外部容器とを具備するコンクリートキャスクと呼ばれるものがある。すなわち、使用済み核燃料を収容した金属からなる内部容器（キャニスタ）をコンクリーからなる外部容器（コンクリートキャスク）に収納して貯蔵する。
【０００３】
そして、この型式の放射性物質貯蔵容器では、使用済み核燃料から発生する熱により内部容器が熱せられるために、外部容器の下端部に空気入口を、上端部に空気出口を夫々設け、外部容器の内部において外部から空気入口を通して流入した空気が内部容器と熱交換しながら上昇移動して内部から空気出口を通して外部へ流出することにより内部容器を冷却する構成が採用されている。
【０００４】
このため、外部容器の内部では内部容器本体の周壁部とこれを囲む外部容器本体の周壁部との間、および内部容器の蓋と外部容器の蓋との間に夫々空隙を形成して、空気入口から流入した空気を空気出口へ流す空気通路を確保している。
【０００５】
ところで、この形式の放射性物質貯蔵容器では、コンクリートからなる外部容器は設置面に固定しないで設置する方式が採用されており、このため地震発生時にその影響で転倒する場合もあることを想定している。
【０００６】
そこで、従来の放射性物質貯蔵容器では、内部容器本体の周壁部とこれを囲む外部容器本体の周壁部との間に形成される空隙（空気通路）に、ステンレス鋼などの金属ブロックからなる複数個の側部サポートを外部容器周方向に並べて配置して外部容器本体の周壁部に取付け、この側部サポートで内部容器本体の周壁部を外周側から支える構成が採用されている。この側部サポートは、通常時に外部容器器本体を支え、万一外部容器が転倒した場合には、内部容器本体が外部容器本体との間の空隙を倒れて外部容器本体に衝突することを防止している。なお、側部サポートと内部容器本体の周壁部との間には、内部容器を外部容器に挿入する場合における作業を容易にするために隙間をもたせている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、外部容器本体が転倒すると内部容器本体も一緒に転倒するが、内部容器本体は側部サポートと外部容器本体との間に形成される隙間分だけ傾き移動して側部サポートに衝突する。内部容器にはこの傾いて倒れる間に加速度例えば６０Ｇ程の加速度が生じる。一方、従来の放射性物質貯蔵容器の外部容器に設ける側部サポートは金属ブロックからなる剛性が高いものである。
【０００８】
このため、内部容器本体が６０Ｇ程の加速度で移動して剛性が高い側部サポートに衝突すると、その衝撃により金属からなる内部容器本体が破損して亀裂などが生じることがある。このことは内部容器が使用済み核燃料を収納することに重大な影響を与えることがある。
【０００９】
また、外部容器は転倒する時に、その下端壁部と周壁部との交差角部を支点として円弧を描きながら転倒するので下端から上端に向けた遠心力が発生する。外部容器が地上まで転倒した時に、前記遠心力の作用により内部容器が外部容器の上端開放部に向けて移動して、この上端開放部に設けた外部容器の蓋に衝突して外部容器の蓋および内部容器が破損するおそれがある。
【００１０】
しかし、従来の放射性物質貯蔵容器では、このような事態の発生を想定した対策が採用されておらず、外部容器が転倒した時に内部容器が外部容器の蓋に衝突する危険性があった。
【００１１】
本発明は、外部容器が転倒した時に内部容器が破損することを防止する側部サポートを備えた放射性物質貯蔵容器を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、更に、外部容器が転倒した時に内部容器が破損することを防止する頭部サポートを備えた放射性物質貯蔵容器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の放射性物質貯蔵容器は、上端壁部が開放された立て形の筒体からなるとともに金属により形成され放射性物質が収納された内部容器本体およびこの内部容器本体の上端開放部に嵌合された金属により形成された蓋を有する内部容器と、上端壁部が開放された立て形の筒体からなるコンクリートにより形成され前記内部容器が収納された外部容器本体およびこの外部容器本体の上端開放部に嵌合固定されたコンクリートにより形成された蓋を有する外部容器と、前記内部容器本体の周壁部と前記外部容器本体の周壁部との間の空隙に前記外部容器本体の周方向に分散して配置され前記外部容器本体の周壁部に取付けられて前記内部容器本体の周壁部を支え、且つ前記外部容器が転倒する時に前記外部容器とともに転倒する前記内部容器本体の周壁部を受けてその運動量を緩和しながら塑性変形する複数の側部サポートとを具備することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の放射性物質貯蔵容器において、前記側部サポートは上下方向に沿う空気流通部を有していることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の放射性物質貯蔵容器における、前記外部容器の内部において前記内部容器の蓋と前記外部容器の蓋との間の空隙に前記外部容器本体の周方向に分散して配置されて前記外部容器本体の周壁部に取付けられ、且つ前記外部容器が転倒する時に前記外部容器の蓋へ向けた前記内部容器の移動を阻止する頭部サポートとを具備することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１および図２はこの実施の形態における放射性物質貯蔵容器を示すもので、図１は断面図、図２は外部容器の蓋を外した状態を示す平面図である。
【００１８】
図中１は内部容器、２はこの内部容器１を収容した外部容器である。内部容器１は、上端が開放された立て形の円筒体をなすとともにステンレス鋼などの金属により形成された内部容器本体１１を備え、この内部容器本体１１の内部には核燃料である使用済み核燃料１０１が集合して収納される。内部容器本体１１の上端開放部には下側から順に円板形をなす遮蔽蓋１２、一次蓋１３および二次蓋１４が重ねて嵌合配置されている。これら各蓋１２〜１４はステンレス鋼などの金属からなるもので、内部容器本体１１に溶接を施して固定されている。
【００１９】
外部容器２は、上端が開放された立て形の円筒体をなすとともにコンクリートにより形成された外部容器本体２１を備えており、この外部容器本体２１の内部には内部容器１が立てて収容配置される。このため、外部容器本体２１は、内部容器１を収容するとともに内部容器１の周囲全体に対して所定の大きさの間隙を形成できる大きさの直径と高さを有する円柱形の空間部を有している。外部容器本体１の上端開放部にはコンクリートにより形成された円板形をなす蓋２２が嵌合配置されている。
【００２０】
なお、外部容器本体２１の内周面全体には内張り金属板２３が設けられている。外部容器本体２１の下端部には本体外部の空気を本体内部空間へ取入れる空気入口２４が形成され、外部容器本体２１の上端開放部と蓋２２との間には本体内部空間の空気を本体外部へ排出する空気出口２５が形成されている。このため、外部から空気入口２４を通して外部容器本体２１の内部に流入した空気は、内部容器本体１１における周壁部とこの周壁部を囲む外部容器本体２における周壁部との間で形成される空隙Ａを、内部容器１と熱交換しながら上昇移動して空気出口２５を通して外部へ流出する。これにより内部容器１に収納した使用済み核燃料１０１が発する熱を外部へ逃して内部容器１の温度上昇および外部容器本体２１内部の温度上昇を抑えることができる。
【００２１】
また、外部容器本体２の内部空間において内部容器本体１１における周壁部とこの周壁部を囲む外部容器本体２における周壁部との間で形成される空隙Ａには、複数個の側部サポート３１が外部容器本体２１の周方向に分散して配置され、これら側部サポート３１は外部容器本体２１の周壁部に取付けられている。この側部サポート３１は、通常時に外部振動により内部容器本体１１が立った状態から側部サポート３１と内部容器本体１１の周壁部との間に形成される空隙Ａ１（図４および図５に示す）を傾いて動いた時に内部容器本体１１の周壁部が当接して内部容器本体１１を受け、且つ外部容器２１が傾いて転倒する時に外部容器本体２１とともに転倒して隙間Ａ１を傾く内部容器本体１１の周壁部を受止めて内部容器本体１１の運動量を緩和し、外部容器本体２１が設置面に衝突した段階で内部容器本体１１の荷重を受けて塑性変形するものである。
【００２２】
すなわち、この側部サポート３１は、弾性限界内において通常時に内部容器１が振動しないように押え、外部容器本体２１の転倒時に側部サポート３１と内部容器本体１１の外周面との間に形成される隙間Ａ１を傾いて動く内部容器本体１１を弾性的に受止めて衝撃を緩和し、外部容器２が地上まで倒れた時に内部容器本体１１に押されて弾性限界を超えて潰されて塑性変形する弾性を有するものである。
【００２３】
このため、側部サポート３１はこれらの機能（性質）をもたせるためにこの実施の形態では例えば図４ないし図６に示す構成が採用されている。図４は側部サポートを示す側面図、図５は同平面図および図６は同正面図である。すなわち、側部サポート３１は取付け板３２、受け板３３およびこれら各板３２、３３を結合する複数の羽根板３４を有しており、これら各板３２ないし３４は夫々ステンレス鋼などの金属板により形成されている。取付け板３２は垂直に配置されて外部容器本体２１の周壁部内周面に当接されて取付けられるもので、この内周面の曲率に沿ってやや湾曲された取付け面３２ａを有している。受け板３３は取付け板３２と所定間隔を存して平行（垂直）に配置されて内部容器本体１１の周壁部外周面を受けるもので、この外周面の曲率に沿って湾曲した受け面３３ａを有している。受け板３３と複数の羽根板３４は前述した側部サポート３１に要求される剛性および弾性をもたせる役目を有しており、これら羽根板３４は取付け板３２と受け板３３との間にこれらとは直交する方向（外部容器本体半径方向）に沿って垂直に配置されて外部容器本体周方向に間隔を存して並べられたもので、夫々の両端は取付け板３２と受け板３３に溶接を施して接合固着されている。
【００２４】
そして、この側部サポート３１は取付け板３２が外部容器本体２１の周壁部内周面の内張り金属板２３に当接され、例えば溶接を施して内張り金属板２３に固着するなどの適宜な手段により外部容器本体２１の周壁部に取付け固定されている。この状態で外部容器本体２１の周壁部内周面から受け板３３のまでの長さＬ１は、側部サポート３１と内部容器本体１１の外周面との間に隙間Ａ１を形成できる大きさである。内部容器本体１１における周壁部外周面と、この外周面を囲む外部容器本体２１における周壁部内周面との間で形成される空隙Ａの上端、中間および下端において、夫々複数の側部サポート３１が外部容器本体２１の周方向に等間隔を存して設けられている。
【００２５】
また、側部サポート３１は、内部容器本体１１の周壁部と外部容器本体２１の周壁部との間で形成される空隙Ａに配置されるため、この空隙Ａを上昇する空気の流れをできるだけ阻害しないように空気が流れ易い構成とすることが要求される。そこで、この実施の形態では各板３２，３３および３４を間隔を存して垂直に配置することにより、各板３２ないし３４の間に上下方向に貫通する空気通路を形成している。このため、空隙Ａを流れる空気が側部サポート３１の空域通路を流れて側部サポート３１により流れを阻害されることがなく流れて、内部容器１の温度上昇および外部容器２内部の温度上昇を良好に抑えることができる。
【００２６】
外部容器２の内部空間において、内部容器１の二次蓋１４の上面と外部容器２の蓋２２の下面との間で形成される空隙Ｂには、複数個の頭部サポート４１が外部容器本体２１の周方向に分散して配置されて蓋２２に比較しで強度が高い外部容器本体２１の周壁部に取付けられている。この頭部サポート４１は外部容器２が転倒する時に内部容器１が外部容器２の蓋２２へ向けて移動しようとすると二次蓋１４が衝突して内部容器１の移動を阻止するものである。例えば、頭部サポート４１は金属により形成されたブロック状のもの、フレーム形のものなどがあり、周壁部の内周面に張設された内張り金属板２３に溶接により固着するなどの適宜な手段により外部容器本体２１の周壁部に取付け固定されている。頭部サポート４１の高さは空隙Ｂの高さより小さくして蓋２２を外部容器本体２１に嵌合した際に内部容器１との間の寸法のばらつきを吸収できるようにしてある。
【００２７】
このように構成された放射性物質貯蔵容器は、立って設置された通常の状態において地震などにより外部から振動が加わり内部容器１が振動した場合に、内部容器本体１１が側部サポート３１と内部容器本体１１の外周面との間に形成される隙間Ａ１で傾くと、側部サポート３１の受け板３３が内部容器本体１１の周壁部の外周面を受けて内部容器本体１１を大きく振動しないよう抑えて立った状態に支える。
【００２８】
また、地震などにより図３に示すように外部容器２が立って設置された状態から傾いて地上に転倒（横転）する場合について説明する。図３は貯蔵容器が転倒する状態を模式的に示す図である。外部容器本体２１が立った状態から倒れると、内部容器本体１１が外部容器本体２１と同じ向きに倒れ、側部サポート３１と内部容器本体１１の周壁部との間に形成される隙間Ａ１を加速度をつけて傾いて動き、内部容器本体１１の周壁部が側部サポート３１の受け板３３に当接する。ここで、側部サポート３１は傾いて動いてきた内部容器１の荷重を受けて各羽根板３４が弾性で撓んで内部容器本体１１を弾性的に受止めることにより内部容器本体１１の運動を緩和する。そして、外部容器本体２１が設置面に衝突して停止すると、側部サポート３１の各羽根板３４が内部容器本体１１の衝撃荷重を受けて押し潰されて塑性変形する。このように側部サポート３１は外部容器本体２１が転倒する過程で弾性限界内で内部容器本体１を受止め、外部容器２が設置面に衝突すると弾性限界を超えて塑性変形することにより内部容器本体１１の衝撃を緩和して容器の転倒による内部容器本体１１の破損を防止できる。なお、側部サポート３１は内部容器本体１１の転倒する向きにあるものが内部容器本体１１を受止める。
【００２９】
また、外部容器本体２１は転倒する時に、外部容器本体２１の下端壁部と周壁部との交差角部を支点として円弧を描きながら転倒するので下端から上端に向けた遠心力が発生する。外部容器本体２１が設置面まで転倒した時に遠心力の作用により内部容器本体１１が外部容器本体２１の上端部に向けて移動しようとするが、内部容器１の二次蓋１４が外部容器本体２１に設けた頭部サポート４１に当接する。これにより外部容器２の蓋２２へ向けた内部容器１の移動が阻止されて、内部容器本体１１の移動により二次蓋１４が蓋２２に衝突して内部容器１および外部容器２が破損することを防止できる。
【００３０】
ここで、側部サポート３１の構成を設定する具体的な例について説明する。
【００３１】
前提として内部容器１の重量を３０×１０３（Ｋｇ）、内部容器１が転倒する時に発生する加速度を６０（Ｇ）以下とする。側部サポート３１は内部容器１が転倒する時に圧潰されて容器転倒のエネルギーを吸収するものとする。
【００３２】
外部容器２の転倒時の内部容器１の落下エネルギーは次式で表される。
【００３３】
Ｅｃ＝Ｗｃ×Ｈｃ
ここで、
Ｅｃ：内部容器落下エネルギー（Ｋｇ・ｍｍ）……（１）
Ｗｃ：内部容器重量３０×１０３（Ｋｇ）
Ｈｃ：外部容器落下高さ２０００ｍｍ
0003986286.tif 000002
側部サポートが圧潰してエネルギーを吸収する量は次式で表される。
【００３４】
Ｅｓ＝σＳ×Ｖ                            ……（２）
Ｅｓ：吸収エネルギー  Ｋｇ・ｍｍ
σｓ：側部サポート圧縮応力（ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の場合）
σｓ＝（Ｓｙ＋Ｓｕ）／２
Ｓｙ：側部サポートの降圧応力＝１７１Ｎ／ｍｍ２  ａｔ  １００℃
Ｓｕ：側部サポートの引張応力＝４４１Ｎ／ｍｍ２  ａｔ  １００℃
σｓ＝（１７１＋４４１）／２＝３０６Ｎ／ｍｍ２
Ｖ：側部サポートの圧潰量  （ｍｍ２）
Ｖ＝δ×Ａ×ｎ
δ：側部サポートの変形量＝４０ｍｍを仮定
Ａ：側部サポートの圧潰面積（ｍｍ２）
ｎ：側部サポートの個数
（１）式と（２）式から、
Ｅｃ＝Ｅｓとすると
0003986286.tif 000003
内部容器本体１１を囲んで設ける側部サポート３１の数を例えば８個とすると、転倒時に内部容器１が衝突する側部サポート３１の数は２ないし３個と想定される。よって、３個の時発生加速度６０Ｇを超える側部サポートの圧潰面積とする。
【００３５】
側部サポート３１に設ける羽根板３４の寸法を図４ないし図６に示す寸法とすると、羽根板３４が圧潰する時の衝撃力は次式で表される。
【００３６】
Ｆｓ＝σｓ×Ａｓ
Ｆｓ：衝撃力 （ｕ）
σｓ：側部サポートの圧潰応力 ３０６Ｎ／ｍｍ２
Ａｓ：側部サポートの圧潰面積 ｍｍ２
ここで、
Ｈ＝２００ｍｍ
Ｈ１＝１７０ｍｍ
ｔ＝３０ｍｍ
Ｓ＝２００ｍｍとすると
Ａｓ＝１８０×３０×３＝１６２００ｍｍ
故に
Ｆｓ＝３０６×１２７５０
＝４９５７×１０６Ｎ（羽根板１個当り）
よって発生加速度は
Ｎ＝Ｆｓ／Ｗｃ
＝（４９５７×１０６×ｎ）／（３０×１０３×ｇ）
羽根板３４が２個の場合：３３．７（ｇ）
羽根板３４が３個の場合：５０．６（ｇ）
であり、制限加速度６０（Ｇ）以下である。
【００３７】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施することができる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明の放射性物質貯蔵容器によれば、側部サポートが外部容器本体が転倒する時に外部容器本体とともに転倒する内部容器本体の周壁部を受けてその運動量を緩和しながら塑性変形することにより内部容器本体の衝撃を緩和して容器の転倒による内部容器本体の破損を防止できる。
【００３９】
請求項２の発明の放射性物質貯蔵容器によれば、内部容器本体における周壁部と外部容器本体における周壁部との間で形成される空隙を流れる空気が側部サポートの空域通路を流れて側部サポートにより流れを阻害されることがなく、内部容器および外部容器内部の温度上昇を良好に抑えることができる。
【００４０】
請求項３の発明によれば、更に、外部容器本体が設置面まで転倒した時に生じる遠心力の作用により内部容器本体が外部容器本体の上端部に向けて移動することを頭部サポートが阻止して、内部容器本体の移動により内部容器および外部容器が破損することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における貯蔵容器を示す断面図。
【図２】同実施の形態の貯蔵容器における外部容器本体を示す平面図。
【図３】同実施の形態における貯蔵容器の転倒を模式的に示す図。
【図４】同実施の形態の貯蔵容器に設ける側部サポートを示す図。
【図５】同実施の形態の貯蔵容器に設ける側部サポートを示す図。
【図６】同実施の形態の貯蔵容器に設ける側部サポートを示す図。
【符号の説明】
１…内部容器
２…外部容器
１１…内部容器本体
１２…遮蔽蓋
１３…一次蓋
１４…二次蓋
２１…外部容器本体
２２…蓋
３１…側部サポート
４１…頭部サポート
１０１…使用済み核燃料
【図１】
0003986286.tif 000004
【図２】
0003986286.tif 000005
【図３】
0003986286.tif 000006
【図４】
0003986286.tif 000007
【図５】
0003986286.tif 000008
【図６】
0003986286.tif 000009