JP2002107485A

JP2002107485A - 使用済み燃料貯蔵ラック

Info

Publication number: JP2002107485A
Application number: JP2000295816A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Asano; 政之淺野; Yoshiyasu Suzuki; 良保鈴木; Ikuko Sato; 育子佐藤; Manabu Maeda; 学前田; Masao Itaya; 雅雄板谷; Rie Sumiya; 利恵角谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】格子板の溶接箇所が少なく、格子板としてボロ
ン添加量が多く中性子吸収能力の高い材料を使用するこ
とができ、少ない工数で製造することのできる使用済み
燃料貯蔵ラックを提供する。【解決手段】複数の使用済み燃料集合体を複数行複数列
の行列状配置で区分収納する格子状セルを有する本体格
子８と、この本体格子の側面を包囲する外枠７と、この
外枠の下端に結合され使用済み燃料集合体の鉛直方向荷
重を支持するベース板４と、前記外枠７の上端に結合さ
れ使用済み燃料集合体の水平方向荷重を支持する上部格
子９とを備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉から取り出
された使用済み燃料集合体を原子力発電所や再処理施設
において燃料貯蔵プール内に収容して保管する場合に使
用される格子構造の使用済み燃料貯蔵ラックに関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所や核燃料再処理施設では、
燃料貯蔵プール内に設置した使用済み燃料貯蔵ラックに
より、原子炉の一定期間運転後に炉心から取り出された
使用済み燃料を再処理までの間貯蔵するようにしてい
る。

【０００３】図15〜19に、従来の使用済み燃料貯蔵ラッ
クを示す。図15は使用済み燃料貯蔵ラック全体を上方か
ら見た平面図であり、図16は使用済み燃料貯蔵ラックの
構成部品を示す分解斜視図である。図17は図15のＡ−Ａ
線に沿う断面拡大図であり、図18及び図19は、それぞれ
図17のＢ−Ｂ線に沿う断面図及びＣ−Ｃ線に沿う断面図
である。

【０００４】図15に示すように、使用済み燃料貯蔵ラッ
ク１は、複数の燃料集合体２を縦横の行列状配置で区分
収納する格子状セル３を有する直方体状に構成されてい
る。格子状セル３は、横方向(例えば図15のｘ方向)ある
いは縦方向(例えば図15のｙ方向)のいずれか一方向に燃
料集合体２を全て配列した場合の幅にほぼ相当する幅Ｗ
を有する板材からなる複数の平板状格子の横方向格子板
５と、一体の燃料集合体２の幅にほぼ相当する幅ｗを有
する板材からなる複数の短冊状の縦方向格子板６との組
み合わせにより構成されている。

【０００５】縦方向格子板６は、図16に示すように、幅
方向の一端に横方向格子板５の厚さｔより大きい長さの
複数の突起36を有するとともに、幅方向の他端で突起36
に対応する位置に、別の縦方向格子板６の突起36をはめ
あいにより挿入できる凹部37を有している。一方、横方
向格子板５には縦方向格子板６の突起36をはめあいによ
り挿入し得る複数のスリット38を加工してある。

【０００６】そして図17，図18及び図19に示すように、
縦方向格子板６の一端の縁を横方向格子板５の一側面側
に直交状態で当てて接合する状態とし、その縦方向格子
板６の一端側にある突起36を横方向格子板５のスリット
38に差し込んで貫通状態とする。

【０００７】一方、その横方向格子板５の反対側の側面
に直交状態で別の縦方向格子板６の縁を突き当て、この
縦方向格子板６の凹部37に貫通した突起36をはめ合わせ
て組み立てている。

【０００８】このようにして組み合わせた縦方向格子板
６と横方向格子板５とを、それらを突き合わせて接合す
る角隅部で溶接部39において溶接して一体化し、これに
より格子状セル３を有する使用済み燃料貯蔵ラック１を
構成している。

【０００９】なお、この使用済み燃料貯蔵ラック１は使
用済み燃料貯蔵プールの底面に設置されるベース板４
に、ボルト及びナットにより固定され、この使用済み燃
料貯蔵ラック１に収容された燃料集合体２の下部は、ベ
ース板４上に形成した着座穴にはめ込んで支持される。

【００１０】ところで近年、燃料貯蔵プール内のスペー
スを有効利用するため、貯蔵容量を増加させる要望があ
る。これに応えるため、貯蔵燃料間に中性子吸収能力の
大きな部材を介在させ、燃料相互の未臨界を保持しなが
ら貯蔵燃料の収納間隔を狭くするとともに、この介在部
材を地震時等における貯蔵燃料支持用の強度部材として
も利用することによって、燃料収納の稠密度を増大する
ことができる構成とした使用済み燃料貯蔵ラックが提案
されている。

【００１１】そして、このような構成材料としては従来
では、中性子吸収能力に優れ、かつ構造強度も良好なボ
ロン添加ステンレス鋼を使用して使用済み燃料貯蔵ラッ
クの全体、つまり横方向格子板及び縦方向格子板に適用
する構成のものが開発されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来の使用済み燃料貯蔵ラック１においては、燃料集合体
２に作用する水平方向荷重を全て横方向格子板５と縦方
向格子板６で支える構造のため、両者には強固な結合が
要求される。このため、縦方向格子板６の突起36を横方
向格子板５の一側面側からスリット38を貫通し、他側面
側に貫通した突起36に別の短冊状板６の凹部37をはめ合
わせ角隅部を溶接により一体化している。従って、狭い
格子間の溶接作業であるため特殊な治工具を使用する必
要があるとともに溶接作業に多くの手間がかかる。

【００１３】また、従来ではすべての横方向格子板５及
び縦方向格子板６の材料をボロン添加ステンレス鋼とし
ているが、この材料はボロン添加量が増加するにつれて
溶接が困難になる特性を有している。このため、中性子
吸収能力に優れているボロンをある一定量までしか添加
できず、ボロン添加ステンレス鋼を中性子吸収材として
充分に活用することができない。

【００１４】そこで本発明は格子板の溶接箇所が少な
く、格子板としてボロン添加量が多く中性子吸収能力の
高い材料を使用することができ、少ない工数で製造する
ことのできる使用済み燃料貯蔵ラックを提供すること目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
の使用済み燃料集合体を複数行複数列の行列状配置で区
分収納する格子状セルを有する本体格子と、この本体格
子の側面を包囲する外枠と、この外枠の下端に結合され
使用済み燃料集合体の鉛直方向荷重を支持するベース板
と、前記外枠の上端に結合され使用済み燃料集合体の水
平方向荷重を支持する上部格子とを備えた構成とする。

【００１６】この発明によれば、本体格子には燃料集合
体の鉛直方向荷重と水平方向荷重のいずれも作用しない
ので強固な構造とする必要がない。従って、ボロン添加
量の多いステンレス鋼を用い、溶接箇所を減らすことが
できる。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、本体格子は、燃料集合体の断面の幅の整数倍に相当
する横幅と燃料集合体の有効長に相当する長さを持ち外
枠の内側に嵌合する平板状の横方向格子板の一面に、燃
料集合体の断面の幅に相当する横幅と燃料集合体の有効
長に相当する長さを持つ短冊状の縦方向格子板の一側面
を当てて燃料集合体一体の幅に相当する間隔で配置し、
前記横方向格子板と縦方向格子板を複数箇所で接合した
構成とする。この発明によれば、規則正しい格子状セル
を有する本体格子を構成することができる。

【００１８】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、外枠の内部は外枠に結合された枠板によって分割さ
れた構成とする。この発明によれば、剛性と強度の高い
外枠を構成することができる。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、ベース板の上面に本体格子と嵌合する溝を有する構
成とする。この発明によれば、本体格子の下端のセル形
状を、溶接を要することなく規則正しく保つことができ
る。

【００２０】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、本体格子は、ベース板に外枠を設置した後、平板状
の横方向格子板をベース板の溝にはめ込み、次に短冊状
の縦方向格子板を前記横方向格子板の間にこれと直交す
る方向のベース板上の溝にはめ込んで格子状セルとし、
前記横方向格子板と前記縦方向格子板が交差する部分の
上側一個所を結合した構成とする。この発明によれば、
横方向格子板と縦方向格子板の最少限の結合箇所によっ
て規則正しい格子状セルを形成することができる。

【００２１】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、横方向格子板上部の縦方向格子板が当たる部分に縦
方向格子板の厚さと等しい幅の切欠きを設け、縦方向格
子板の上部の対応する位置に前記切欠きにはめ合わせる
突起を設けた構成とする。この発明によれば、横方向格
子板と縦方向格子板を規則正しく機械的に結合すること
ができる。

【００２２】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、切欠きと突起の係合部は止め金具によって結合した
構成とする。この発明によれば、横方向格子板と縦方向
格子板の結合の信頼性を高めることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の使用済み燃
料貯蔵ラックを図１〜図14を参照して説明する。図１
は、本実施の形態の使用済み燃料貯蔵ラック１の構成を
示し、図２は図１のＤ−Ｄ線に沿う断面を示す。このよ
うな使用済み燃料貯蔵ラック１を組み立てるには、ベー
ス板４上に外枠７を設置し、この外枠７と別体の本体格
子８を外枠７の内側に挿入してベース板４の上に据え付
け、その上部に上部格子９を設置し、ベース板４と外枠
７及び、外枠７と上部格子９を溶接により結合する。

【００２４】また、この使用済み燃料貯蔵ラック１はベ
ース板４の下の図示しない脚部に接合され、脚部はボル
ト、ナットで燃料貯蔵プールに設けられた所定の設置位
置に固定される。なお、図１、２では簡単のため本体格
子８のセル３を４×４で示してあるが実際はこれに限ら
ない。以下においても本体格子８のセル３は簡単のため
３×３あるいは４×４で示す。

【００２５】図３は本実施の形態における本体格子８の
部分斜視図を示し、図４は図３のＥ−Ｅ線に沿う断面図
を示す。すなわち、本体格子８は、平板状の横方向格子
板５の一面に複数の短冊状の縦方向格子板６を直交する
ように一側面を当てて等間隔ｂで配置し、隅肉溶接10で
結合してある。ここで、横方向格子板５の横幅は外枠７
の内側の幅Ｗに等しく、長さＬは燃料集合体の有効長
（核燃料が充填されている部分の長さ）にほぼ等しい。

【００２６】縦方向格子板６の幅ａは一体の燃料集合体
の断面の横幅よりもわずかに大きく、長さＬは燃料集合
体の有効長にほぼ等しい。縦方向格子板６の間隔ｂは燃
料集合体の断面の縦幅よりもわずかに大きい。外枠７の
高さＬ＊は前記Ｌから後記するベース板４に加工した溝
の深さｄを引いた値である。このような構成の本体格子
８を外枠７の内側に設置して、使用済み燃料を挿入する
格子状セル３を構成する。

【００２７】図５は、本実施の形態における本体格子８
の他の実施例を示す。本実施例では、切欠き11を加工し
た平板状の格子板12を組み合わせて本体格子８を構成す
る。すなわち、切欠き11を加工した平板状の格子板12，
12を互いに直交させて切欠き11をはめ合わせ、図３，図
４と同様の隅肉溶接10で接合して格子状セル３を構成す
る。

【００２８】ここで、切欠き11を加工した格子板12の幅
は外枠７の内側の幅Ｗに等しく、長さＬは燃料集合体の
有効長にほぼ等しい。また、切欠き11の間隔は燃料集合
体の断面の横幅よりもわずかに大きく、幅は格子板12の
板厚ｔに等しく、上下の格子板12の切欠きの深さｅ，ｅ
＊の和は前記Ｌに等しい。

【００２９】図６は本体格子８の更に他の実施例を示
す。すなわち、平板状の横方向格子板５の一面上にこれ
と直交するように短冊状の縦方向格子板６の一側面を当
てて等間隔ｂで配置し、上下端で隅肉溶接10で結合す
る。さらに、縦方向格子板６の他側面に別の横方向格子
板５を当てて接合する。このように横方向格子板５と縦
方向格子板６を交互に直交するように配置し、上下端で
接合を繰返して格子状セル３を構成する。

【００３０】ここで、横方向格子板５の横幅は外枠７の
内側の幅Ｗに等しく、長さＬは燃料集合体の有効長にほ
ぼ等しい。縦方向格子板６の横幅は一体の燃料集合体の
断面の横幅よりわずかに大きく、長さＬは燃料集合体の
有効長にほぼ等しい。また、縦方向格子板６の間隔は燃
料集合体の断面の縦幅よりわずかに大きい。

【００３１】なお、本実施の形態において外枠７は、図
７に示すように、ボロン添加ステンレス鋼からなる平板
状の横方向格子板５や短冊状の縦方向格子板６の厚さｔ
より板厚が厚いボロン添加ステンレス鋼あるいはSUS304
鋼からなる。外枠７の板厚ｔ ₁は格子板５，６に作用す
る燃料集合体の横荷重とベース板４に作用する燃料集合
体の鉛直荷重に耐える厚さにする。

【００３２】図８は外枠７の実施例を示し、内側に平板
状の枠板51及び52を設置して外枠７と結合し、外枠７の
内側を４分割にして外枠７の強度の向上を計ったもので
ある。平板状の枠板51をこれに直交するように平板状の
枠板52で両側から挟み、隅肉溶接で接合する。さらに、
枠板51及び52の端部も外枠７の内側と隅肉溶接で接合す
る。図８に示す外枠７を使用した場合には、図３、５、
６のいずれかの実施例に従って、外枠７内の分割された
寸法に合う本体格子８を作り４つの区画にいれこむ。

【００３３】図９にベース板４の実施例を示す。すなわ
ち、ベース板４の上面には本体格子８をはめ込むための
直交する溝14が加工してある。溝14の幅ｔは、本体格子
８を構成する横方向格子板５と縦方向格子板６をはめ込
むことができる寸法で、間隔ｂは燃料集合体の収納間隔
に等しい。また、ベース板４には燃料集合体の下端を落
し込むことができるように円錐台状の着座穴15が格子状
セルの中央に加工されている。

【００３４】図10は上部格子９の例を示す。上部格子９
は燃料集合体の有効長さの範囲外，すなわち吊具等に相
対する部分にあり、中性子吸収能を必要としないため、
ボロン添加ステンレス鋼より強度、延性に優れたオース
テナイト系ステンレス鋼SUS304からなる上部外枠16と上
部格子板17から構成される。上部格子板17は、使用済み
燃料を収納する本体格子８と同一の平面寸法を有する。
図11に示すように、切欠き18をつけた上部格子板17を組
み合わせて格子を作る。この後、上部外枠16に挿入し
て、格子の端部を上部外枠16に溶接で接合する。

【００３５】以上は、外枠７と別体の本体格子８を予め
組み立てておく例を示したが、本実施の形態によるベー
ス板４と外枠７を用いれば、予め本体格子８を組み立て
ることなく、使用済み燃料貯蔵ラック１を作ることがで
きる。すなわち、まずベース板４に外枠７を設置し接合
する。次に図５に示した切欠き11を有する平板状の格子
板12を切欠き11を上向きにしてベース板４の溝14にはめ
込み、続いて切欠き11を有する平板状の格子板12を切欠
き11を下向きにして、先の上向きの切欠きに合わせベー
ス板４の直交する溝14にはめ込んで格子８を作り、格子
板12同士が直交する部分の上側を溶接等で結合する。こ
のようにして製造する本体格子８では、溶接する部分は
格子板同士が直交する部分の上端部のみとすることがで
きる。

【００３６】また、図示しないが、予め本体格子８を組
み立てることなく使用済み燃料貯蔵ラックを作る次のよ
うな方法もある。すなわち、まずベース板４に外枠７を
設置し接合する。次に平板状の横方向格子板５をベース
板４の溝14にはめ込み、続いて短冊状の縦方向格子板６
を横方向格子板５の間にこれと直交する方向のベース板
４の溝14にはめ込んで格子状セル３を形成し、横方向格
子板５及び縦方向格子板６が直交する部分の上側を溶接
で結合する。このようにして製造することにより、本体
格子８の溶接部は横方向格子板５と縦方向格子板６が直
交する部分の上端部のみとすることができる。

【００３７】なお、上の二つの実施例では、切欠きを形
成した格子板12同士及び横方向格子板５と縦方向格子板
６が直交する部分の上部を溶接で結合したが、溶接の代
わりに、図12に示すように上部を止め金具20で結合して
もよい。この場合、止め金具20が上部格子９と干渉しな
いように、図13に示すように上部格子板17の対応位置に
切込み21，22を加工しておく。このように止め金具20を
使用することにより、外枠７の内部の本体格子８を溶接
することなく構成することができる。

【００３８】本体格子８の構成方法の更に他の例を図14
に示す。すなわち、平板状の横方向格子板５の切欠き23
と短冊状の縦方向格子板６の突起24とを組み合わせた構
造とする。まず切欠き23付きの横方向格子板５をベース
板４の溝14に設置し、縦方向格子板６を横方向格子板５
と直交させ、縦方向格子板６の突起24が切欠き23に入る
ようにベース板４の溝14に設置する。次に、隣接する縦
方向格子板６を同様に設置して構成する。突起24どう
し、あるいはまた突起24と切欠き23を溶接で接合すれば
強固な結合が得られる。また、この部分を前述の止め金
具20で結合しても同様な効果が得られる。

【００３９】上記したように、本実施の形態の使用済み
燃料貯蔵ラック１は主要な構成部分として、ベース板
４、外枠７と本体格子８、及び上部格子９からなり、使
用済み燃料の鉛直方向荷重をベース板４で支持し、また
使用済み燃料の水平方向荷重を上部格子９で支持し、全
体を強度の高い外枠７で結合した構造である。従って、
本体格子８に作用する荷重はほとんどないため、本体格
子８を形成する横方向格子板５、12及び縦方向格子板６
を強固に結合する必要が無くなり、溶接工程を短縮して
製造時間を大幅に削減することができる。また、格子板
等にボロン添加量の多い部材を用いて中性子吸収性の高
い使用済み燃料貯蔵ラックとすることができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、格子板の溶接箇所が少
なく、格子板としてボロン添加量が多く中性子吸収能力
の高い材料を使用することができ、少ない工数で製造す
ることのできる使用済み燃料貯蔵ラックを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の使用済み燃料貯蔵ラック
を示す斜視図。

【図２】図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図。

【図３】本発明の実施の形態における本体格子の第１の
実施例を示す斜視図。

【図４】図３のＥ−Ｅ線に沿う断面図。

【図５】本発明の実施の形態における本体格子の第２の
実施例を示す斜視図。

【図６】本発明の実施の形態における本体格子の第３の
実施例を示す斜視図。

【図７】本発明の実施の形態における外枠の第１の実施
例を示す斜視図。

【図８】本発明の実施の形態における体外枠の第２の実
施例を示す斜視図。

【図９】本発明の実施の形態におけるベース板を示す斜
視図。

【図１０】本発明の実施の形態における上部格子を示す
斜視図。

【図１１】本発明の実施の形態における上部格子の構成
を示す斜視図。

【図１２】本発明の実施の形態における本体格子の第４
の実施例を示す斜視図。

【図１３】本発明の実施の形態における上部格子の構成
の他の例を示す斜視図。

【図１４】本発明の実施の形態における本体格子の第５
の実施例を示し、（ａ）は要素斜視図、（ｂ）は（ａ）
のＦ−Ｆ線に沿う縦断面図。

【図１５】従来の使用済み燃料貯蔵ラックを示す平面
図。

【図１６】従来の使用済み燃料貯蔵ラックにおける短冊
状格子板と平板状格子板との組み合わせ状態を説明する
分解斜視図。

【図１７】図15のＡ−Ａ線に沿う断面拡大図。

【図１８】図17のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図１９】図17のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

【符号の説明】

１…使用済み燃料貯蔵ラック、２…燃料集合体、３…格
子状セル、４…ベース板、５…横方向格子板、６…縦方
向格子板、７…外枠、８…格子、９…上部格子、10…隅
肉溶接、11…切欠き、12…切欠き付き格子板、14…溝、
15…着座穴、16…上部外枠、17…上部格子板、18…切欠
き、20…止め金具、21，22…切込み、23…切欠き、24…
突起、36…突起、37…凹部、38…スリット、39…溶接
部、51，52…枠板。

フロントページの続き (72)発明者佐藤育子神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者前田学神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者板谷雅雄神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者角谷利恵神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の使用済み燃料集合体を複数行複数
列の行列状配置で区分収納する格子状セルを有する本体
格子と、この本体格子の側面を包囲する外枠と、この外
枠の下端に結合され使用済み燃料集合体の鉛直方向荷重
を支持するベース板と、前記外枠の上端に結合され使用
済み燃料集合体の水平方向荷重を支持する上部格子とを
備えたことを特徴とする使用済み燃料貯蔵ラック。
【請求項２】本体格子は、燃料集合体の断面の幅の整
数倍に相当する横幅と燃料集合体の有効長に相当する長
さを持ち外枠の内側に嵌合する平板状の横方向格子板の
一面に、燃料集合体の断面の幅に相当する横幅と燃料集
合体の有効長に相当する長さを持つ短冊状の縦方向格子
板の一側面を当てて燃料集合体一体の幅に相当する間隔
で配置し、前記横方向格子板と縦方向格子板を複数箇所
で接合して構成されていることを特徴とする請求項１記
載の使用済み燃料貯蔵ラック。
【請求項３】外枠の内部は外枠に結合された枠板によ
って分割されていることを特徴とする請求項１記載の使
用済み燃料貯蔵ラック。
【請求項４】ベース板の上面に本体格子と嵌合する溝
を有することを特徴とする請求項１記載の使用済み燃料
貯蔵ラック。
【請求項５】本体格子は、ベース板に外枠を設置した
後、平板状の横方向格子板をベース板の溝にはめ込み、
次に短冊状の縦方向格子板を前記横方向格子板の間にこ
れと直交する方向のベース板上の溝にはめ込んで格子状
セルとし、前記横方向格子板と前記縦方向格子板が交差
する部分の上側一個所を結合してなることを特徴とする
請求項４記載の使用済み燃料貯蔵ラック。
【請求項６】横方向格子板上部の縦方向格子板が当た
る部分に縦方向格子板の厚さと等しい幅の切欠きを設
け、縦方向格子板の上部の対応する位置に前記切欠きに
はめ合わせる突起を設けたことを特徴とする請求項５記
載の使用済み燃料貯蔵ラック。
【請求項７】切欠きと突起の係合部は止め金具によっ
て結合されていることを特徴とする請求項６記載の使用
済み燃料貯蔵ラック。