(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉燃料集合体を個別に受け入れる単位ラックセルを対向する２対の細幅格子板から構成し、前記単位ラックセルをその平断面の対角線方向に複数個並べて市松模様状に配置し且つ相互に連結してなり、
前記２対の細幅格子板は、それぞれ長手方向に延びた両側縁に所定の位置関係で形成された切欠き及び突起を備えており、
前記切欠き及び突起が互いに組み合わされて前記単位ラックセルが組み立てられていて、
前記複数の単位ラックセルの群は、互いに相補的な関係にある四隅部突起及び四隅部凹所をそれぞれ備えた２種のユニットセルから構成されていて、
前記２種のユニットセルは、交互の列を形成するように前記四隅部突起及び四隅部凹所を互いに組み合わせて連結され、全体として前記市松模様状配置を形成していることを特徴とする原子炉燃料集合体用ラック組立体。
【請求項２】
前記市松模様状配置の最外周に位置し隣接する前記単位ラックセルが接続板で連結され、前記接続板と隣接する複数の前記単位ラックセルとで前記原子炉燃料集合体を個別に受け入れる別の収納空間を画成していることを特徴とする請求項１記載の原子炉燃料集合体用ラック組立体。
【請求項３】
中性子吸収物質が含有され又は添加された材料から前記細幅格子板が形成されていることを特徴とする請求項１記載の原子炉燃料集合体用ラック組立体。
【請求項４】
前記中性子吸収物質に加えて、又は代えて中性子減速物質が前記材料に含有され又は添加されていることを特徴とする請求項３記載の原子炉燃料集合体用ラック組立体。
【請求項５】
前記格子板は、ラック組立体が設置される建屋の強度特性に対応した方向の厚さを大きくして耐震強度を高めていることを特徴とする請求項１記載の原子炉燃料集合体用ラック組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉用燃料集合体を保管又は収納する設備乃至装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉で所定の燃焼を完了した燃料集合体所謂使用済燃料は、可成の崩壊熱と放射線を出し続けるので、一般には水中に保管されて冷却される。又、使用済燃料ではないが、原子炉炉心内で一旦燃焼に供され中性子の照射を受けた燃料集合体所謂照射済燃料も、核的には同様な条件下にあるので、保管を要するときは、同様に取り扱われる。照射済燃料に代表されるこのような燃料は、一般には硼酸を含有する遮蔽水が満たされた燃料プール内に図１０に示すようなラック１０内に入れられて保管される。
【０００３】
この従来型のラック１０の構造を概説すると、図において全幅Ｗ及び全高Ｌの外囲板１１の中に、矩形平断面の鉛直な空間であるラックセル１３を複数形成すべく複数の格子板１５と格子板１７とが互いに直交して組み立てられ、これらは燃料プール（図示しない。）の底面に固定されるベース１９の上に載って固定されている。碁盤目状に配列されたラックセル１３は、照射済燃料即ち燃料集合体を１体づつ受け入れるものであり、燃料集合体は一般には概略的に正方形の平断面を有するからラックセル１３の内部空間平断面も正方形となっている。このようなラックセル１３を画成する格子板１５，１７は、図１１の分解図に示すように組み立てられている。図１１において、格子板１５は全高Ｌに対応する長さと全幅Ｗに対応する幅を有する平板であり、ラックセル１３の横方向内法と等しい間隔でスリット１５ａが穿設されている。更にラックセル１３の横方向内法に対応する幅と全高Ｌに相当する長さを有する細幅板である格子板１７は、格子板１５のスリット１５ａに挿入される突起１７ａを一側縁に形成しており、他側縁には格子板１５を挟んで隣接する他の格子板１７の突起１７ａの先端部を受け入れる切欠き１７ｂを有している。このような格子板１５，１７を組み合わせて形成されるラック１０の部分平断面が図１２に示されている。図示されるように格子板１５，１７は交差部において隅肉溶接１９により接合されると共に、格子板１７の切欠き１７ｂと隣の格子板１７の突起１７ａとは、突き合わせ溶接２１により接合されている。
【０００４】
以上説明した構造のラック１０は、形状の種類としては２種類の格子板１５，１７を使用しているので素材形状としてはシンプルであるが、これらの組立溶接は次のようにして行われる。即ち、図示しない適当な治具を使用して一段目の格子板１７を全数所定の位置に並べる。その後、格子板１５をその一段目の格子板１７の突起１７ａに填め込んでセットし、格子板１５，１７を隅肉溶接１９により連結する。次に、格子板１５から突出している一段目の格子板１７の突起１７ａの先端部に２段目の格子板１７の切欠き１７ｂを填め込み、両者を突き合わせ溶接２１により連結固定する。このようにして配列された二段目の格子板１７の突起１７ａに前述の一段目の格子板１５と同様に二段目の格子板１５を填め込み、両者を隅肉溶接１９にて接合する。このような組立手順を繰り返して、全部の格子板１５，１７が組み立てられたら、外囲板１１やベース板１９が取り付けられてラック１０が完成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような構造のラックにおいては、格子板の種類が少なく且つ突起とスリットとの組み合わせを使用して両者を構造的に組み立てるので、構造的に強固なラックが得られるのであるが、反面組立に可成の作業時間と特殊な治具を要するという問題があった。更に、一方の広面積の格子板に狭い幅のスリットを多数穿設する必要があるが、このようなスリットの形成は機械加工上手数のかかるものであり、大きな製造コストが避けがたいものであった。
従って、本発明は、構造が簡単で更に組立製作にもあまり作業時間を必要としない、製作コストの小さい原子炉燃料集合体用ラック組立体を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明によれば、照射済みの原子炉燃料集合体用ラック組立体は、その原子炉燃料集合体を個別に受け入れる内部空間を画成する単位ラックセル乃至ユニットセルを対向する２対の細幅格子板から構成し、その単位ラックセルをその平断面の対角線方向に複数並べて市松模様状に配置し且つ相互に連結して構成される。その細幅格子板は、一般には鋼板、好適にはステンレス鋼板から製作される。そして、そのステンレス鋼板には、ボロンのような中性子吸収物質が含有され又は添加され、或いは、水素化合物などの中性子減速物質が含有され、又は添加されると燃料集合体を稠密貯蔵するに好適である。ステンレス鋼板以外の使用材料としては、アルミニウム、銅、焼結金属を含むその他の非鉄金属、炭素鋼や焼結金属を含む鉄鋼材料、及びそれらの複合材料、セラミックスなどがある。又、ボロン（天然）以外の中性子吸収物質としては、ボロン１０（Ｂ10）の濃度を高めた濃縮ボロン、ガドリニウム、アクチニウム、イリジウム、インジウム、カドミウム、金、サマリウム、ジスプロシウム、ツリウム、ハフニウム、ユーロピウム、ロジウムなどが有り、燃料集合体の中の原子燃料の種類に応じて選択される。
【０００７】
更に、単位ラックセルの２対の細幅格子板は、長手方向に延びた両側縁に所定の位置関係で形成された切欠き及び突起を備え、これら切欠き及び突起が互いに嵌合して前記細幅格子板が組み立てられて単位ラックセルが構成される。更にそれらの複数の単位ラックセルは、互いに相補的な関係にある四隅部突起及び四隅部凹所をそれぞれ備えた２種のユニットセルの群からなっていて、２種のユニットセルは交互の列を形成するように前記四隅部突起及び四隅部凹所を互いに組み合わされて連結され、全体として市松模様状配置のラック組立体を構成する。そして、その市松模様状配置の最外周に位置し隣接する前記単位ラックセルを接続板で連結し、その接続板と互いに隣接するユニットセルとで、別の燃料集合体収容空間を画成する。更には、前記格子板は、ラック組立体が設置される建屋の強度特性に対応した方向の厚さを大きくして耐震強度を高められる。
【０００８】
【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。先ず、図１を参照するに、本発明によるラック組立体３０は、２種類の単位ラックセル即ちユニットセル４０，５０を有する。理解を助けるため、図においてユニットセル４０の上面には平行斜線、ユニットセル５０の上面には格子線がそれぞれ施されているが、ユニットセル４０，５０の上部は燃料集合体を受け入れるべく十分に開放されている。これらのユニットセル４０，５０は、図に示されるごとく市松模様状に配置され、図示しない貯蔵プールの底面に固定されるベース板３１の上に林設されている。ユニットセル４０，５０の全高は、前述の従来のものと等しい値Ｌを有し、その配置の最外周に位置して互いに隣接するユニットセル４０及びユニットセル５０は、それぞれ接続板３３，３５によって接続される。ユニットセル４０，５０及び接続板３３，３５によって囲まれて画成された空白部３７，３９は、何の印も付されていないが角柱状の空間を有しており、図示しない照射済み燃料集合体の収容セルとして使用される。
【０００９】
図２にユニットセル４０の詳細構造が分解図として示されている。図において、２種の格子板４１，４３がそれぞれ２枚互いに対向して用いられて、これらはボロン添加ステンレス鋼の板材からできている。格子板４３の長さは全高Ｌと等しい値であり、長さ方向に間隔を置いて数対の突起４３ａが長さｌ1で側縁に突出形成されている。格子板４３の幅はＡであるが、突起４３ａのある部分ではＢとなる。幅Ａはユニットセル４０の内法幅寸法と同じである。その突起４３ａを受け入れる長さｌ1（公称）の切欠き４１ａが格子板４１の両側縁に形成されている。突起４３ａの高さ及び切欠き４１ａの深さは、相手方の格子板４１，４３の肉厚と等しい。格子板４１の両側縁には更に、組立用切欠き４１ｂが長さｌ2で形成されている。この切欠き４１ｂは、図において一対のみ図示されているが、全長においては複数対程度設けられる。このような格子板４１，４３を突起４３ａと切欠き４１ａを嵌め合わせて組み立てると、図４に示すようなユニットセル４０が形成される。図４から理解できるように、切欠き４１ｂの両側には、長さｌ3の無欠損の四隅部が形成されていて、前述のようにユニットセル４０の長手方向の複数箇所において、切欠き４１ｂによる凹み乃至凹所４７が形成されることとなる。格子板４１，４３を溶接により接合する場合の溶接長は、その全長（全高Ｌに対応）に亙って連続的に形成する必要は無く、断続溶接としても十分な強度が確保できる。例えば、収容される燃料集合体の燃料棒支持グリッド位置（図示省略）のみで溶接を行っても、十分な耐震強度が得られる。
【００１０】
ユニットセル５０もユニットセル４０と同様の構造になるが、図３に示されるようにこれを構成する格子板５１、５３の形状は、格子板４１，４３とは異なっている。その異なった部分を中心に説明すると、格子板５１は数対の突起５１ａを両側縁に有するが、その長さはユニットセル４０の切欠き４１ｂの長さｌ2と等しい。そして、突起５１ａは格子板５１の上端面からの距離ｌ3の点から始まっている。更に、突起５１ａの途中には切欠き５１ｂが形成され、この切欠き５１ｂに嵌合する突起５３ａが格子板５３の対応位置に形成されている。このような格子板５１，５３を、突起５３ａが切欠き５１ｂに嵌まるように組み立てると、図４に示すようなユニットセル５０となる。図から分かるように、ユニットセル５０は、四隅部に凹所５５と突起５７とを交互に形成している。突起５７は、格子板５１の突起５１ａと格子板５３の突起５３ａが組合わさった部分である。このようなユニットセル５０の凹所５５と突起５７と、ユニットセル４０の四隅部の突起４５と凹所４７とを嵌め合わせると図５に概念的に示すような市松模様状配置となる。図２及び図３の格子板４１，４３，５１，５３に関する幅Ａ，Ｂは、図５に示された幅Ａ，Ｂに対応している。このように配置されたユニットセル４０，５０は溶接により強固に連結される。
【００１１】
図５において示すように、ユニットセル４０の列とユニットセル５０の列とが同数の場合、市松模様状配置の四隅に２辺が開いた空白部３８が発生するが、図６に示すような形状の接続板３３、３５を図７に示すように組み合わせて側面を閉じ燃料集合体収容空間を画成する。接続板３３の形状は、図６の（ａ）に示されるように、細幅の板材の両側縁に長さｌ３の凹部３３ａと長さｌ２の突部３３ｂが上端から長手方向に交互に形成されたものである。一方、接続板３５の形状は、図６の（ｂ）に示されるように、細幅の板材の両側縁に長さｌ3の突部３５ａと長さｌ2の凹部３５ｂとが上端から長手方向に交互に形成されたものである。以上のような接続板３３，３５の形状からこれらが図７に示す形状に組み立てられることは、当業者に自明であろう。図７において自由な側端となっている接続板３３，３５は、図５乃至図１から分かるように、それぞれユニットセル４０，５０の四隅に嵌まり合う。そして、これらは必要な溶接により確りと連結される。なお、接続板３３，３５は両側縁が段付きの形状になっているが、空白部３７，３９を覆うものについては、少し幅の広い帯板状に形成し、両側縁をユニットセル４０，５０にオーバーラップさせて連結するようにしても良い。
【００１２】
尚、ユニットセル４０を構成する格子板４１，４３は、対称な平面形状を有するように構成し、結局形状的には２種類の板として形成されたが、例えば図８に示す格子板１４１のように一側縁に切欠き１４５、他側縁に突起１４７を規則的に形成すれば、一種類の格子板１４１を４枚使用することによりユニットセル４０を構成することもできる。同様に、対称な平面形状を有する格子板５１，５３の代わりに図９に示すような格子板１５１を４枚使用してユニットセル５０を形成することもできる。このように、本発明のユニットセルを形成する格子板の組み合わせは、種々のものが選択できる。尚、図９における符号１５５，１５７は、それぞれ切欠き及び突起であり、互いに填まり合う形状寸法を有している。
【００１３】
又、ラック組立体３０が設置される建屋の形状次第では、入力される地震波の方向により地震力が増減することもある。このような場合には、格子板や接続板などの構成部材の肉厚を一様にせずに、負担する地震力の大きさにより大きくしたり、小さくしたりして適性強度を確保し、全体の重量を最小化してもよい。
又、本発明は、照射済みの燃料集合体の保管、収容に限らず、未使用の燃料集合体の保管、輸送等の容器などに適用できることは勿論である。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２対の格子板からなるユニットセルを多数製作し、これらを平面形状が市松模様状配置になるように組み立てて行けばラック組立体を構成できるので、複雑な組立作業及び特殊治具を必要とせずに製作コストを低減することができる。しかも、単位ラックセルとして２種類のユニットセルを使用するとしても、格子板の形状の種類は最小で済み、素材加工コストも最小で済ますことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体形状を示す全体斜視図である。
【図２】前記実施形態の要部の分解斜視図である。
【図３】前記実施形態の別の要部の分解斜視図である。
【図４】前記実施形態の要部の配置を示す部分斜視図である。
【図５】前記実施形態の概念配置を示す平面図である。
【図６】前記実施形態の構成部材を示す部分斜視図である。
【図７】前記実施形態の構成部材を示す部分斜視図である。
【図８】前記実施形態の部分的代替形状を示す分解斜視図である。
【図９】前記実施形態の部分的代替形状を示す分解斜視図である。
【図１０】従来構造を示す一部切欠き全体斜視図である。
【図１１】前記従来構造の部分分解斜視図である。
【図１２】前記従来構造の部分平断面図である。
【符号の説明】
３０  ラック組立体
３１  ベース板
３３  接続板
３３ａ  凹部
３３ｂ  突部
３５  接続板
３５ａ  突部
４０  ユニットセル
４１  格子板
４１ａ  切欠き
４１ｂ  切欠き
４３  格子板
４３ａ  突起
４５  突起
４７  凹所
５０  ユニットセル
５１  格子板
５１ａ  突起
５１ｂ  切欠き
５３  格子板
５３ａ  突起
５５  凹所
５７  突起
１４１  格子板
１４５  切欠き
１４７  突起
１５１  格子板
１５５  切欠き
１５７  突起
【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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