JP3443071B2 - キャスク - Google Patents
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Description
用済み燃料集合体を収容、貯蔵するものであって、当該
使用済み燃料集合体の崩壊熱を効率的に外部に放出でき
るキャスクに関する。
え使用できなくなった核燃料集合体を、使用済み核燃料
集合体という。使用済み核燃料は、FPなど高放射能物
質を含むので熱的に冷却する必要があるから、原子力発
電所の冷却ピットで所定期間冷却される。その後、遮蔽
容器であるキャスクに収納され、トラック等で再処理施
設に搬送、貯蔵される。
成図である。図11は、図10に示したキャスクの軸方
向断面図である。このキャスク500において、使用済
み燃料集合体は、γ線を遮蔽するステンレス製の胴本体
501内に収容されている(図示省略)。胴本体501
の外周には、複数の条片502が放射状に溶接されてい
る。この条片502は、断面が略への字形状に折り曲げ
加工されており、その側部縁521が胴本体501に溶
接され、他の側部縁522は隣接する条片502の角に
形成した折曲線523にて溶接されている。また、この
条片502は、胴本体501から伝播する崩壊熱を外部
に放出するため、熱伝導率の良い材料、例えば銅板など
から構成されている。また、条片502により形成した
空間には、中性子を吸収するためのレジン503が充填
されている。
ィン504が溶接されている。このフィン504は、く
し形状でその歯面が湾曲形成されたものである。使用済
み燃料集合体の崩壊熱は、まず胴本体501に伝わる。
この胴本体501には条片502が溶接してあるから、
この胴本体501から条片502に崩壊熱が伝播し、当
該条片502の外部露出面およびフィン504を通じて
外部に放出される。
来のキャスク500では、条片502に板状のフィン5
04を溶接した構成であるため、外表面で温度分布が生
じ、均一な放熱ができないという問題点があった。すな
わち、フィン504との接合部分は温度が高く、フィン
504とフィン504との間の条片502は温度が低い
といった温度分布が生じ、放熱効率の点で好ましくなか
った。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたもの
であって、放熱効率を向上できるキャスクを提供するこ
とを目的とする。
めに、このキャスクでは、内部に使用済み燃料集合体な
どの放射性物質を収容するためのバスケットを配置した
胴本体と、胴本体の周囲に設けられた複数の板状部材と
を備え、この板状部材の一部が胴本体に接しており、他
の一部がキャスクの外面を構成すると共に単数または複
数の山形部または谷形部を曲げ形成し、さらに他の一部
が隣接する板状部材に接合し、この板状部材により構成
された空間に中性子吸収材を充填するようにした。使用
済み燃料集合体からの崩壊熱は、胴本体から板状部材に
伝達し、キャスク外面から放熱される。キャスク外面に
は、山形部または谷形部が形成されているから、単純に
円筒外形を成していた従来のキャスクに比べて放熱面積
が増大し、放熱が効率的に行われるようになる。なお、
この板状部材は、板材を曲げ加工して製造してもよい
し、押出し成形により製造してもよい。
合し、このハニカム材が少なくとも前記胴本体に接する
ようにすることで、中性子吸収体の熱伝導率が低い場合
であってもハニカム材を介して熱伝導を行うことができ
るようになる。また、中性子吸収材と複数の熱伝導体と
を複合することによっても熱伝導率の向上を図ることが
できる。さらに、レジンの熱膨張を吸収するために、前
記ハニカム材の外周側にはボイド層を設けてもよい。
アルミニウム製または銅製とし、前記板状部材を鉄製、
銅製またはアルミニウム製にすることで、ハニカム材ま
たは熱伝導体に主たる伝熱機能を持たせ、板状部材に強
度を持たせることができる。また、熱伝導性をさらに向
上させるには、板状部材の片面または両面に銅板、アル
ミニウム板またはグラファイトシートを張着することが
できる。なお、この場合には、ハニカム材あるいは熱伝
導体の使用は必須ではない。また、胴本体に接する前記
板状部材の一部、または銅板若しくはアルミニウム板の
一部を、前記胴本体に対して面接触させることにより熱
伝導率の向上を図ることも可能である。
備えており当該セル内に使用済み燃料集合体を収容する
と共にその外形が略8角形になるバスケットと、バスケ
ットを内部に収容すると共にその内面が前記バスケット
の外面に略密着状態となるように構成され、さらに前記
内面に対向するようにその外面が形成されてγ線の遮蔽
を行う胴本体と、胴本体の外側に設けた中性子遮蔽体と
を備える。このようにすれば、胴本体をγ線の遮蔽に必
要十分な厚さを確保し、キャスクの軽量化を図ることが
できる。さらに、前記中性子遮蔽体を胴本体に対して8
角形になるように設けることで、中性子遮蔽体の削減を
図ることができる。
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。図1は、この発明の
実施の形態にかかるキャスクを示す斜視図である。図2
は、図1に示したキャスクの径方向断面図である。この
キャスク100において、胴本体101および胴本体1
01の底板104は、γ線遮蔽機能を有する炭素鋼製の
鍛造品である。なお、炭素鋼の代わりにステンレス鋼を
用いることもできる。前記胴本体101と底板104
は、溶接により結合する。また、耐圧容器としての密閉
性能を確保するため、一次蓋110と胴本体101との
間には金属ガスケットを設けておく(図示省略)。
に、複数の板状部材201が取り付けられている。この
板状部材201は、矩形状の鉄板、アルミニウム板また
は銅板を折り曲げ成形したものであり、キャスク100
の外筒に相当する部分が山形(山形部207)に成形さ
れている点に特徴がある。また、板状部材201の端縁
202は、隣接する板状部材201の折り曲げ稜部分2
03に溶接されている(溶接部202a)。一方、板状
部材201は、ワイヤ204を端縁固定穴205に通
し、このワイヤ204を胴本体101に巻きつけること
で固定する。なお、板状部材201は、押出し加工によ
って成形するようにしてもよい。
面とで形成する空間206には、熱伝導性に優れたアル
ミニウム製または銅製のハニカム材210が設けられて
いる。このハニカム材210のセルは、キャスク100
の軸方向に形成されており、その周囲は前記空間206
の内面211に接触している。胴本体101からの熱伝
導効率を向上させるためである。また、このハニカム材
210の一部には、水素を多く含有する高分子材料であ
って中性子遮蔽機能を有するレジン106が充填されて
いる。その一方で、ハニカム材210の外周側には、レ
ジン106などの熱膨張を吸収するため、レジン106
を充填しないボイド層212を設ける。前記ハニカム材
210とレジン106とは別の場所で充填複合化され、
前記空間206に挿入固定される。また、前記空間20
6にハニカム材210を挿入した状態で、流動状態のレ
ジン106を注入し、熱硬化反応等で固化させるように
してもよい。
形状のもののほか、ロールコア、コルゲートコアなど各
種材料を適宜選択して用いることができる。その具体例
を図4に示す。同図(a)には、通常の断面が六角形状
のハニカム材210aを示す。同図(b)には、コルゲ
ートコア形式のハニカム材210bを示す。同図(c)
には、片面にディンプル加工が施され、これを積層した
構造のハニカム材210cを示す。同図(d)のハニカ
ム材210dは、両側にディンプル加工を施し、突起先
端d1同士で接合した構造である。同図(e)のハニカ
ム材210eは、アルミニウム板に返りe2付きの複数
の穴e1を設け、この返り部分e2で接合した構造であ
る。
の向上に寄与するものならば、レジン106と複合して
用いることができる。例えば、同図(f)に示すような
熱伝導体であるラシヒリング210fを前記空間206
に充填して、このラヒシリング210fの周囲にレジン
106を充填するようにしてもよい。さらに、同図
(g)に示すように、アルミニウム製のデミスタ210
gを前記空間206に充填し、この周囲にレジン106
を充填するようにしてもよい。なお、セルのサイズは、
熱伝導性の観点から小さいほどよいが、レジン106の
充填が困難になるほど小さくするのは好ましくない。
のもの以外であっても構わない。例えば、図5の(a)
に示すように、板状部材220の外面が谷形状になるよ
うにしてもよい(谷形部221)。また、同図の(b)
に示すように、板状部材230の外面に2つの山形部2
31を設けるようにしてもよい。さらに、同図(c)に
示すように、板状部材240の外面の断面が円弧形状に
なるようにしてもよい(円弧部241)。これ以外に
も、放熱面積を増やすことができる形状であれば、各種
の山形部あるいは谷形部を用いることができる。
ることによってキャスク外面に形成される谷部分208
(山形部の場合には板状部材の接合部分、谷形部の場合
にはその谷部分に相当する)が鈍角θをもって形成され
るようにするのが好ましい。このようにすれば、キャス
ク100の除染作業が行いやすくなる。
1により構成される。この一次蓋110は、γ線を遮蔽
するステンレス鋼または炭素鋼からなる円盤形状であ
る。また、二次蓋111もステンレス鋼製または炭素鋼
製の円盤形状であるが、その上面には中性子遮蔽体とし
てレジン(図示省略)が封入されている。一次蓋110
および二次蓋111は、ステンレス製または炭素鋼のボ
ルトによって胴本体101に取り付けられている。さら
に、一次蓋110および二次蓋111と胴本体101と
の間にはそれぞれ金属ガスケットが設けられ、内部の密
封性を保持している。キャスク本体の両側には、キャス
ク100を吊り下げるためのトラニオン117が設けら
れている。なお、キャスク100の搬送時にはその両側
に緩衝体118を取り付ける。
ト300の外形に合わせた形状となり、当該バスケット
300の外面は胴本体101に対して略密着状態となる
(ただし、現実的には微小な隙間が生じることがあ
る)。なお、胴本体101の内面を略完全にバスケット
300の外形に合わせる必要はなく、バスケット300
の外面の一部が接触しないような形状にすることもで
き、これらの割合は熱伝導率を考慮しながら適宜設計す
ることができる。
l合金粉末に中性子吸収性能を持つB(ボロン)または
B化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはア
ルミニウム合金製の角パイプを束ねて複数のセル構成し
たもの、複数のセルを持つ鋳造品を積層形成したもの
(図2に示すバスケットに相当)、同じくアルミニウム
複合材またはアルミニウム合金製の矩形板材をスリット
で直交させ、これを菓子折り状に積層したものなどを用
いることができる。なお、中性子吸収材としては、ボロ
ンの他にカドミウムを用いることができる。また、この
実施の形態にかかるバスケット300には、33体の使
用済み燃料集合体(PWR用)を収容することができる
が、この本数は33体でなくてもよい。また、BWR用
のキャスクとしても使用することができるのは言うまで
もない。
近い形状となるから、胴本体101の内面も大まかに見
て8角形となり、この各面に対向するように胴本体10
1の外面を8角形に形成する。これにより、胴本体10
1の厚みが全体的に略均一になり、余分な厚みがなくな
ることで軽量化を図ることができる。また、γ線遮蔽性
能は必要十分な範囲で確保されることになる。胴本体1
01の内面および外面の加工は、専用の機械加工装置を
用いて行う。詳しくは、本願出願人による特願平11−
249314号にかかる公報を参照されたい。なお、こ
の実施の形態では胴本体101の形状を8角形にしてい
るが、これに限定されない。すなわち、バスケット30
0の外形に合わせて胴本体101の形状を10角形や1
2角形などにすることもできる(図示省略)。
料集合体を収容する際は、キャスク100をプールに沈
め、水中にて使用済み燃料集合体を収容することにな
る。このため、キャスク100の周囲に放射性物質が付
着することになるから、プールから引き上げたとき、こ
れを除染する必要がある。しかしながら、上記従来のキ
ャスク500では、くし形状のフィン504を条片50
2に溶接した構成であるため、付根部分に除染用のブラ
シなどが入り難く、スプレー水などでの洗浄においても
影になる部分が生じるから、まんべんなく洗浄する必要
がある等、除染が困難な問題点があった。
に使用済み燃料集合体を収容するためのバスケット30
0を配置した胴本体101と、胴本体101の周囲に設
けられた複数の板状部材201とを備え、この板状部材
201の一部が胴本体101に接しており、他の一部が
キャスク100の外面を構成すると共に単数または複数
の山形部207(または谷形部)を有し、さらに他の一
部が隣接する板状部材201に接合し、この板状部材2
01により構成された空間206にレジン106を充填
すると共に、板状部材201同士の接合部における角度
が鈍角θになるようにしたことを特徴とするキャスクを
提案した。
θ、例えば図2に示すように約120度にすることで、
除染用ブラシなどがキャスク外面のすみずみまで行き届
くようになる。このため、除染を容易に行うことが可能
になる。
合体は、核分裂性物質および核分裂生成物などを含み、
放射線を発生すると共に崩壊熱を伴うため、キャスク1
00の除熱機能、遮蔽機能および臨界防止機能を貯蔵期
間中、確実に維持する必要がある。このキャスク100
では、胴本体101の周囲に複数の板状部材201を設
け、板状部材201により形成する空間206に設けた
ハニカム材210と、キャスク100外面を形成する板
状部材201を山形状にして放熱面積を拡大することに
より、使用済み燃料集合体により発生する崩壊熱を効率
的に伝熱して放出するようにしている。
壊熱は、バスケット300あるいは充填したヘリウムガ
スを通じて胴本体101に伝導する。つぎに、内部フィ
ンとしての機能を備えた板状部材201と前記ハニカム
材210とを通じてキャスク100外面に崩壊熱を伝え
る。特に前記ハニカム材210は、熱伝導性に優れたア
ルミニウム製または銅製であるから胴本体101から熱
を効率的に吸収し、これを板状部材201に伝え、キャ
スク外面から外部に放熱する。以上から、崩壊熱の除熱
を効率的に行うことができるので、崩壊熱量が同じであ
ればキャスク内の温度を従来例よりも低く保つことがで
きるようになる。
線は、炭素鋼あるいはステンレス鋼からなる胴本体10
1、板状部材201、蓋部109などにおいて遮蔽され
る。また、中性子はレジン106によって遮蔽され、放
射線業務従事者に対する被ばく上の影響をなくすように
している。具体的には、表面線当量率が2mSv/h以
下、表面から1mの線量当量率が100μSv/h以下
になるような遮蔽機能が得られるように設計する。さら
に、バスケット300には、ボロン入りのアルミニウム
合金を用いているので、中性子を吸収して使用済み燃料
集合体が臨界に達するのを防止することができる。
00によれば、複数の板状部材201を胴本体101に
取り付け、この板状部材201のうちキャスク外面を形
成する部分に山形部207を設け、さらにこの板状部材
201により形成される空間206にアルミニウム製ハ
ニカム材210を入れたので、崩壊熱の伝熱効率を向上
させることができる。さらに、この実施の形態にかかる
キャスク100によれば、従来のように複数のフィン5
04を外周面に溶接しなくて済むから、製造に手間がか
からないという利点がある。なお、上記キャスク100
では、使用済み燃料集合体を収容するようにしたが、こ
れ以外の放射性物質を収容できるのは言うまでもない。
このキャスクでは、胴本体101の周囲に炭素鋼製の板
状部材201を設け、この板状部材201の両面にアル
ミニウム板400(または銅板やグラファイトシート)
を貼り付けるようにする。また、板状部材201により
形成される空間には、レジン106のみを充填する。な
お、このレジン106の外側と板状部材201との間に
は、膨張しろ401が形成される(図示省略)。なお、
板状部材201の片面のみに、前記アルミニウム板40
0を設けるようにしてもよい。さらに、集熱効率を上げ
るため、図7に示すように、前記アルミニウム板400
を延ばして(延長部402)、胴本体101と面接触す
るようにし構成してもよい。この場合には、延長部40
2からアルミニウム板400に効率的に熱伝導するの
で、レジン106の温度を低く保つことができるから、
レジン106の品質劣化を防止できる。
アルミニウム板400(図7の場合にはアルミニウム板
の延長部402を含む)により行うことになる。なお、
上記ハニカム材210を用いる場合であっても、板状部
材201に前記アルミニウム板400(または銅板)を
貼り付けることができる。このようにすれば、キャスク
の熱伝導率をさらに向上することができる。
示したものに限定されない。例えば図8に示すように、
断面がY字形状の板状部材250を用いるようにしても
よい。この板状部材250は、曲げ加工あるいは押出し
加工により成形することができる。この板状部材250
の場合は、その足を胴本体101に溶接し、両端縁は隣
接する板状部材250の端縁251と接合される。これ
により、複数の板状部材250によりキャスク100の
伝熱フィンと外面とを形成する。この場合、山形部25
2の稜線に溶接部253が位置することになる。なお、
溶接部253の強度が低くなる場合には、山形部252
の中腹に溶接部253を位置させるようにしてもよい
(図示省略)。
板状部材260を複数用いて谷形部261を有するキャ
スクを形成するようにしてもよい。また、同図(b)に
示すように、断面T字形状の板状部材270の外面を波
形に形成し(波形部271)、その端縁272を隣接す
る板状部材270の端縁とを接合するようにする。この
ようにしても上記同様の効果を得ることができる。な
お、これらの板状部材260,270は、板金加工によ
り形成してもよいし、押出し加工により成形するように
してもよい。
ク(請求項1)では、内部に使用済み燃料集合体などの
放射性物質を収容するためのバスケットを配置した胴本
体と、胴本体の周囲に設けられた複数の板状部材とを備
え、この板状部材の一部が胴本体に接しており、他の一
部がキャスクの外面を構成すると共に単数または複数の
山形部または谷形部を有し、さらに他の一部が隣接する
板状部材に接合し、この板状部材により構成された空間
に中性子吸収材を充填したので、内部で発生した崩壊熱
を効率的に外部に放出することができる。
子吸収材とハニカム材を複合し、このハニカム材が少な
くとも前記胴本体に接し得ること(請求項2)、前記中
性子吸収材と複数の熱伝導体とを複合すること(請求項
3)により、熱伝導率を向上させることができる。この
ため、効率的に熱を放出できるようになる。
アルミニウム製または銅製とし、前記板状部材を鉄製に
すること(請求項4)、前記板状部材の片面または両面
に銅板またはアルミニウム板を張着すること(請求項
5)、胴本体に接する前記板状部材の一部を、前記胴本
体に対して面接触させること(請求項6)、銅板、アル
ミニウム板またはグラファイトシートの一部を、前記胴
本体に面接触させること(請求項7)により、さらに熱
伝導率を向上させることができ、効率的に熱を放出でき
るようになる。
は、複数のセルを備えており当該セル内に使用済み燃料
集合体を収容すると共にその外形が略多角形になるバス
ケットと、バスケットを内部に収容すると共にその外形
および内形が前記バスケットに合うように構成され、γ
線の遮蔽を行う胴本体と、胴本体の外側に設けた中性子
遮蔽体とを備えたので、胴本体をγ線の遮蔽に必要十分
な厚さを確保し、キャスクの軽量化を図ることができ
る。また、中性子遮蔽体を胴本体に対して多角形になる
ように設けることで(請求項9)、余分な中性子遮蔽体
の削減を行うことができる。
す斜視図である。
る。
ある。
る。
Claims (10)
- 【請求項1】 内部に使用済み燃料集合体などの放射性
物質を収容するためのバスケットを配置した胴本体と、
胴本体の周囲に設けられた複数の板状部材とを備え、 この板状部材の一部が胴本体に接しており、他の一部が
キャスクの外面を構成すると共に単数または複数の山形
部または谷形部を有し、さらに他の一部が隣接する板状
部材に接合し、 この板状部材により構成された空間に中性子吸収材を充
填したことを特徴とするキャスク。 - 【請求項2】 前記中性子吸収材とハニカム材を複合
し、このハニカム材が少なくとも前記胴本体に接するよ
うにしたことを特徴とする請求項1に記載のキャスク。 - 【請求項3】 さらに、前記ハニカム材の外周側にはボ
イド層を設けたことを特徴とする請求項2に記載のキャ
スク。 - 【請求項4】 前記中性子吸収材と複数の熱伝導体とを
複合したことを特徴とする請求項1に記載のキャスク。 - 【請求項5】 前記ハニカム材または熱伝導体をアルミ
ニウム製または銅製とし、前記板状部材を鉄製、アルミ
ニウム製または銅製にしたことを特徴とする請求項2〜
4のいずれか一つに記載のキャスク。 - 【請求項6】 前記板状部材の片面または両面にアルミ
ニウム板、銅板またはグラファイトシートを張着したこ
とを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のキ
ャスク。 - 【請求項7】 胴本体に接する前記板状部材の一部を、
前記胴本体に対して面接触させたことを特徴とする請求
項1〜6のいずれか一つに記載のキャスク。 - 【請求項8】 前記アルミニウム板または銅板の一部
を、前記胴本体に面接触させたことを特徴とする請求項
6に記載のキャスク。 - 【請求項9】 複数のセルを備えており当該セル内に使
用済み燃料集合体を収容すると共にその内面が前記バス
ケットの外面に略密着状態となるように構成され、さら
に前記内面に対向するようにその外面が形成されてγ線
の遮蔽を行う胴本体と、胴本体の外側に設けた中性子遮
蔽体とを備えたことを特徴とする請求項1〜8のいずれ
か一つに記載のキャスク。 - 【請求項10】 さらに、前記中性子遮蔽体を胴本体に
対して多角形になるように設けたことを特徴とする請求
項9に記載のキャスク。
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2000
- 2000-05-02 JP JP2000133387A patent/JP3443071B2/ja not_active Expired - Fee Related
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