(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却材流路を内部に有し燃料貯蔵プールの底面に固定されるベースと、同ベース上に側面を互いに接して立設される複数の角筒体とから構成される使用済燃料貯蔵ラックを製作するに際し、
１重量％を越えるボロン含有量を有するオーステナイトステンレス鋼板から円筒体を形成し、
同円筒体を、１００℃以上に予熱し、４個の成形ローラからなる成型ローラ組立体に押し込むことにより、圧縮応力のみが発生し、引張応力が発生しない押出しロール成形法による圧縮曲げ加工により前記角筒体に成型し、
前記角筒体の内部に使用済燃料収納用セルを画成することを特徴とする使用済燃料貯蔵ラックの製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉において燃焼に供された所謂使用済燃料を貯蔵する使用済燃料の貯蔵ラック及びその製造方法に関し、特に稠密貯蔵に適した貯蔵ラック及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、原子力発電プラントにおいては燃料貯蔵プールが設けられ、その底部に設けられた使用済燃料貯蔵ラックに原子炉から取り出した燃料を収納して、所定期間冷却するようにしている。
このような使用済燃料を空間使用効率を上げて稠密に貯蔵するには、使用済燃料即ち燃料集合体の間隔を小さくする必要があるが、このためには中性子遮蔽能力の高い遮蔽材を間に介装して未臨界条件を維持しなければならない。このような機能を持つ使用済燃料貯蔵ラックとしては、特公平５−３５８３６号公報記載のものが知られている。この従来構造の使用済燃料貯蔵ラックを概説すると、１重量％以下のボロンを含有したオーステナイトステンレス鋼板を使用して図１３に示すような角筒体１を製作し、この角筒体１を図１４に示すようにベース３の上に多数密接配置して使用済燃料貯蔵ラック５を構成する。角筒体１によって形成される多数のセル７には、使用済燃料Ｆが１体ずつ挿入されて貯蔵される。
【０００３】
このような従来構造の使用済燃料貯蔵ラック５は、次のようなことを勘案して成り立っている。即ち、ボロンは所謂中性子吸収材であり、これをオーステナイトステンレス鋼に添加すると、これの中性子遮蔽能力が増大する。従って、ボロン含有量の多いオーステナイトステンレス鋼板を用いてラックセルを画成すれば、貯蔵燃料集合体間の距離を小さくして稠密貯蔵が可能になるが、ボロン含有量が多くなると材料の伸びが低下して、曲げ加工性が悪くなる。このため、前述した従来構造の使用済燃料貯蔵ラック５の角筒体１の材料であるオーステナイトステンレス鋼板のボロン含有量を１重量％以下に制限して加工性を保持し、例えば、次のような工程で製作される。即ち、図１５に示すように、オーステナイトステンレス鋼板の素材１００を準備し（ａ）、プレス、ローラ等の適当な手段を用いて円筒状とし（ｂ）、隣接した側端縁をＴＩＧ溶接、プラズマ溶接などにより突き合わせ溶接することにより溶接部１０３を形成して円筒体１０１とし（ｃ）、４個の成形ローラ１０５の間に円筒体１０１を通して角筒体１０７としている。即ち、図１５（ｅ）に示すように、冷間引抜きロール成形法により角筒体１０７を製作し、これに付加的な加工を施し、前述の角筒体１としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
而して、前述のように使用済燃料貯蔵ラックのセルを画成する角筒体の材料のオーステナイトステンレス鋼のボロン含有量を１重量％以下にしたため、その伸びが２５乃至３５％に維持され、一般構造用鋼管の伸びと同等であるから、冷間引抜き加工性が良好である。
一方、図１６に拡大して示すように、角筒体１は側面を互いに接して配置され、セル７の中に使用済燃料が挿入されるから、角筒体１の側壁がセルの境界壁となり、この中に含まれるボロンが中性子を吸収して未臨界状態を保持する。従って、境界壁中のボロンの量が多ければ多いほど、その遮蔽能力が高くなるので、角筒体１の板厚ｔを薄くでき、燃料集合体の間隔が小さくできるから、貯蔵密度を大きくできることになる。
しかしながら、冶金的にはオーステナイトステンレス鋼に３重量％程度のボロンを含有させることができるにも拘わらず、前述の従来技術においては、加工性を考慮してボロン含有量を１重量％以下と少なくしている。このため、ボロン含有量を制限した分だけ中性子吸収能力乃至遮蔽能力の向上が制限され、稠密貯蔵に必要な遮蔽能力を達成するため角筒体１の板厚ｔを大きくするか、或いは貯蔵すべき使用済燃料の間隔ピッチＰを大きくして未臨界条件を維持するなどの調整手段を施す必要が生じていた。即ち、使用済燃料の貯蔵密度をそれほど大きくできず、現在の貯蔵密度向上の要求を十分には満足させることができなかった。
【０００５】
更に、前述のように、角筒体１は側面を互いに接して配置されるため溶接部の形状は安定して溶接作業性は良いのであるが、図１７に示すようにオーステナイトステンレス鋼のボロン含有量が１重量％以下であると、冶金的な性質により溶接割れが発生し易いという報告もある。溶接割れが発生すると、腐食の原因となったり、耐震強度が低下するなどの問題も生ずる。
従って、本発明は、溶接作業性が良く且つ溶接割れなどの欠陥発生が少なく、更には中性子遮蔽能力が大きくて貯蔵密度が更に大きい使用済燃料貯蔵ラック及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の使用済燃料貯蔵ラックの製造方法は、冷却材流路を内部に有し燃料貯蔵プールの底面に固定されるベースと、同ベース上に側面を互いに接して立設される複数の角筒体とから構成される使用済燃料貯蔵ラックを製作するに際し、
１重量％を越えるボロン含有量を有するオーステナイトステンレス鋼板から円筒体を形成し、
同円筒体を、１００℃以上に予熱し、４個の成形ローラからなる成型ローラ組立体に押し込むことにより、圧縮応力のみが発生し、引張応力が発生しない押出しロール成形法による圧縮曲げ加工により前記角筒体に成型し、
前記角筒体の内部に使用済燃料収納用セルを画成することを特徴としている。  
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。尚、全図に亙り、同一部分乃至対応部分には同一の符号を付すこととする。
先ず、図１及び図２を参照するに、貯蔵ラック２０は、通常は水が張られる貯蔵プールの底面Ｂの上に設置される。貯蔵ラック２０の構造を説明すると、後述するようにアンカーボルト等により底面Ｂに固定されるベース２１は、プール水（冷却水として使用される。）の流路を内部に形成している。そして、水平断面が矩形箱形の角筒体２３が複数個互いに側外面を接して立設されている。角筒体２３は後述するように製作され、更に互いに溶接接合される。そして、角筒体２３の内部に画成されたセル２５の中に使用済燃料即ち燃料集合体Ｆが一体ずつ収納されるようになっている。図においては必ずしも明確でないが、角筒体２３の上部開口の内面には面取り２３ａが施され、燃料集合体Ｆの挿入を容易ならしめている。
【０００８】
次に角筒体２３の製作方法を説明する。材料としては、１重量％を越えるボロンが添加されたオーステナイトステンレス鋼を用いる。このようなオーステナイトステンレス鋼の板材は、長さに対し相対的に幅が小さく切断されて素材とされ、プレス又は成型ローラにより円筒状に丸められる。そして、狭い間隔を挟んで対向した両側縁は突き合わせ溶接により接合されて円筒体となる。素材から円筒体形成までの製作工程は、前述した従来のものの製作工程（図１５参照）と同じである。このような円筒体を図３に示すように、押出しローラ成型法により角筒体とする。即ち図３において、通過寸法が完成寸法に近づくように配置された成型ローラ組立体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に押出し油圧シリンダＳにより円筒体３１を押し込む。そうすると、最終成型ローラ組立体Ｒ３を出たところで、角筒体２３の完成外形寸法の矩形箱形断面を持つ角筒体３３が得られる。尚、これらの押出しローラ成型加工は、常温の冷間押出し加工として行うが、円筒体３１を１００℃以上に予熱することにより相対的に柔らかくして行っても良い。但し、１２８８℃以上に加熱すると当該材料が溶融する恐れがあるから、加熱温度はそれ以下に制限される。
【０００９】
又、角筒体３３は、前述の押出しローラ成型法に代わって、図４に示すようにプレス成型により製作しても良い。図において、Ｌ型の成型面を持つ金型Ｄ１、Ｄ２の間に円筒体３１を供給し、冷間プレスにより角筒体３３とする。金型Ｄ１、Ｄ２は矢印の方向に動かすが、場合によっては下側の金型Ｄ２を静止させて、上側の金型Ｄ１のみを駆動しても良い。又、円筒体３１は前述の場合と同様に１００℃以上に予熱して相対的に柔らかくして行っても良い。このプレス成型法も前述の押出しローラ成型法も圧縮曲げ加工であり、円筒体３１の塑性変形部においては、圧縮応力のみが発生し、引張応力が発生しないので、伸びが小さくなっていても割れは発生しない。
【００１０】
次に前述のようにして製作した角筒体３３に上端側内面の面取り加工等の付加的加工を施して前述の角筒体２３とする。次に、前述のようにして製作した角筒体２３を互いに連結して貯蔵ラック２０を製作する手順を図５乃至図８を参照して説明する。面取り加工は、通常のグラインダ等で行えば良いが、前述の板状の素材のときに機械加工又はガスを用いて予め加工しておいても良い。
先ず、図５を参照するに、２個の角筒体２３を隣接配置し、角部２３ｂの間を溶接３５により固定する。次に、図６に示すように別の角筒体２３を、溶接接合された角筒体２３の一方に隣接して配置し、同様に溶接３７により固定する。このようにすると、図示するように３個の角筒体２３が平面的に見てＬ型に配置されたこととなる。更に、別の角筒体２３を図７に示すように２個の角筒体２３に隣接して配置し、同様に溶接３９で固定する。以下同様にして、角筒体２３を順次溶接により連結して行き、図２に示すように、例えば９×９の配置になるまで続ける。
尚、角筒体２３の連結は、図８に示すように、補強板４１を当てて溶接を補強しても良い。この場合は補強板４１の厚さ分だけ貯蔵密度は低下するが、高い剛性が得られ、耐震強度等が向上する。補強板４１の溶接に際しては、隅肉溶接ばかりでなく栓溶接なども適宜採用すると良い。補強板４１の主たる使用目的は機械的強度の増大にあるので、材料としては通常のオーステナイトステンレス鋼で十分であるが、必要があれば同様なボロン入りオーステナイトステンレス鋼を使用して中性子吸収能力を高めても良い。
【００１１】
図９及び図１０に前述のベース２１の詳細構造が示されている。ベース２１は、上板５１、側板５３及び基礎板５５が互いに溶接接合されて構成されている。上板５１には燃料Ｆを受けるための丸穴５７が穿設されていて、各セル２５は、その中心が各丸穴５７の中心に一致するように角筒体２３が位置決めされ、溶接固定されている。側板５３は上板５１の下面に溶接されていて、その荷重を基礎板５５に伝える機能を有しているが、穴５９が穿設されている。貯蔵プールの水が、燃料冷却用の冷却水として穴５９及び丸穴５７を通して流れる。更に、基礎板５５は貯蔵プールの底面Ｂに載っており、アンカーボルト６１の突出上端部に螺合した固定ナット６３により確りと固定されている。尚、ベース２１は、中性子吸収能力を必要としないので、通常のオーステナイトステンレス鋼を材料として製作される。
【００１２】
尚、前述の実施形態においては、複数の角筒体２３を互いに密接して溶接し、使用済燃料貯蔵ラック２０のセルを構成したが、図１１に示すように使用済燃料貯蔵ラック７０を構成しても良い。即ち、基本的には前述のベース２１と同様の構造で水平面内の大きさのみが異なるベース７１の上に、比較的大きなオーステナイトステンレス鋼の板７３ａ、７３ｂからなる箱状ハウジング７３が立設され、その中に角筒体２３を一実施例として５×７列の配置で挿入している。本実施形態においては、角筒体２３同士及び角筒体２３と板７３ａ、７３ｂとは溶接していないが、使用済燃料貯蔵ラック７０を設置する場所の地質学的条件により大きな地震発生が予測される場合には、これらを互いに溶接接合することにより、耐震強度を増大する。尚、板７３ａ、７３ｂは曲げ加工をしないから適宜な含有量のボロンを含むオーステナイトステンレス鋼で製作しても良い。又、使用済燃料貯蔵ラック７０は、使用済燃料貯蔵ラック２０に比し、セル２５の数が少ないが図示のような使用済燃料貯蔵ラック７０を複数、貯蔵プール内に並べて設置して使用することとなる。
【００１３】
更に前述の２個の実施形態においては、角筒体２３の内側にのみ燃料集合体Ｆ収納用セル２５を形成したが、図１２に示す使用済燃料貯蔵ラック８０の様に角筒体２３を市松模様状に配置し、隣接する角筒体２３同士、又は隣接する角筒体２３と帯板８３とでセル８３を形成しても良い。この実施形態においては、前記第１の実施形態と同様に、角筒体２３の下端はベース７１へ溶接により確りと固定され、更に対角線上で隣接した角筒体２３の隅部同士も溶接により接合される。更には、ボロン含有オーステナイトステンレス鋼から製作された帯板８３の側縁は、隣接する角筒体２３にオーバーラップしており、連続又は断続の隅肉溶接等により角筒体２３の外面に連結される。このような使用済燃料貯蔵ラック８０は、前述の場合と同様に並べておかれる場合、帯板８１は隣り合うセルと境界となるが間隔があいているので、普通のオーステナイトステンレス鋼の板材を使用しても良い。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、使用済貯蔵ラックの主要構成要素である角筒体を、１００℃以上に予熱し、４個の成形ローラからなる成型ローラ組立体に押し込む押し出しロール成型法、即ち、圧縮応力のみが発生し、引張応力が発生しない圧縮曲げ加工により製作するので、材料として１重量パーセントを超えるボロンを含有しているオーステナイトステンレス鋼を材料として使用しても亀裂などを発生することが無く、稠密度の高い使用済燃料の貯蔵が可能な使用済燃料貯蔵ラックを製作することができる。  
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す一部切り欠き立面図である。
【図２】前記実施形態の平面図である。
【図３】前記実施形態に使用する角筒体の製作手順を説明するための斜視図である。
【図４】前記角筒体の別の製作手順を説明するための斜視図である。
【図５】前記角筒体を相互に連結する第１手順を説明するための平面図である。
【図６】前記角筒体を相互に連結する第２手順を説明するための平面図である。
【図７】前記角筒体を相互に連結する第３手順を説明するための平面図である。
【図８】前記角筒体を相互に連結する別の手順を説明するための平面図である。
【図９】図１の実施形態の部分詳細構造を示す部分断面図である。
【図１０】図９に対応する部分平面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態を示す全体斜視図である。
【図１２】本発明の更に別の実施形態を示す全体斜視図である。
【図１３】従来構造の使用済燃料貯蔵ラックの一部を示す平面図である。
【図１４】従来構造の使用済燃料貯蔵ラックの平面図である。
【図１５】従来構造の使用済燃料貯蔵ラックの構成部材の製作工程を示す説明図である。
【図１６】従来構造の問題点を説明するための概念図である。
【図１７】従来構造の問題点を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
２０  使用済燃料貯蔵ラック
２１  ベース
２３  角筒体
２５  セル
３１  円筒体
３３  角筒体
３５，３７，３９  溶接
４１  補強板
５１  上板
５３  側板
５５  基礎板
５７  丸穴
５９  穴
６１  アンカーボルト
Ｂ  底板
Ｄ１，Ｄ２  金型
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  成形ローラ組立体
Ｓ  押し出しシリンダ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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