| 【発明の名称】 |
使用済燃料保管キャスク |
| 【発明者】 |
【氏名】小泉 賢三
【氏名】藤木 憲治
【氏名】相坂 貴司
【氏名】坪田 基司
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| 【要約】 |
【課題】キャニスタの塩害による腐食を防止し、安価で長期間保管できる使用済燃料保管キャスクを提供する。
【解決手段】キャニスタ１の強度を持たせる母材16に溶接性が良好なオーステナイト系ステンレス鋼または炭素鋼を用い、外側クラッド材17と内側クラッド材18に塩害の耐腐食用金属にSUS329J、ハステロイ等を用いる。輸送時の落下等の強度を母材16が受け持ち、塩害による腐食に対してクラッド材17，18が受け持つため、薄肉のキャニスタとすることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 コンクリート製キャスクのキャニスタを構成するキャニスタ胴内に使用済燃料を収納して保管するコンクリートキャスク方式の使用済燃料保管キャスクにおいて、前記キャニスタ胴は母材にクラッド材を被覆した複合構造材からなり、前記母材はオーステナイト系ステンレス鋼で構成され、前記クラッド材は前記母材の外側で大気と接する少なくとも一方の面がニッケル系金属のハステロイで構成されるとを特徴とする使用済燃料保管キャスク。
【請求項２】 コンクリート製キャスクのキャニスタを構成するキャニスタ胴内に使用済燃料を収納して保管するコンクリートキャスク方式の使用済燃料保管キャスクにおいて、前記キャニスタ胴は母材にクラッド材を被覆した複合構造材からなり、前記母材はオーステナイト系ステンレス鋼で構成され、前記クラッド材は前記母材の外側で大気と接する少なくとも一方の面がオーステナイト系とフェライト系２相ステンレス鋼で構成されることを特徴とする使用済燃料保管キャスク。
【請求項３】 コンクリート製キャスクのキャニスタを構成するキャニスタ胴内に使用済燃料を収納して保管するコンクリートキャスク方式の使用済燃料保管キャスクにおいて、前記キャニスタ胴は母材にクラッド材を被覆した複合構造材からなり、前記母材は溶接性の良好な炭素量0.3％以下（０を含まず）の炭素鋼で構成され、前記母材の両面のクラッド材はニッケル系金属のハステロイで構成され、前記複合構造材を溶接により円筒状キャニスタ胴に形成する溶接部は前記炭素鋼のみ溶接され、前記クラッド材が存在しない部分にはハステロイをバタリングするか、または耐食性塗料を施してなることを特徴とする使用済燃料保管キャスク。
【請求項４】 コンクリート製キャスクのキャニスタを構成するキャニスタ胴内に使用済燃料を収納して保管するコンクリートキャスク方式の使用済燃料保管キャスクにおいて、前記キャニスタ胴は母材にクラッド材を被覆した複合構造材からなり、前記母材は溶接性の良好な炭素量0.3％以下（０を含まず）の炭素鋼で構成され、前記母材の両面が２相合金のオーステナイト系・フェライト系２相ステンレス鋼のクラッド材で被覆され、前記複合構造材を溶接により円筒状キャニスタ胴に形成する溶接部は前記炭素鋼のみ溶接され、前記クラッド材が存在しない部分にはオーステナイト系・フェライト系２相ステンレス鋼をバタリングするか、または耐食性塗料を施してなることを特徴とする使用済燃料保管キャスク。
【請求項５】 前記母材の厚さを10〜20mmに、前記クラッド材の厚さを0.1〜２mmに選択してなることを特徴とする請求項１ないし４記載の使用済燃料保管キャスク。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所などの施設から発生する放射性廃棄物のうち、使用済燃料などの高い放射線量を有する材料で、これらを原子力発電所などの施設から搬出し貯蔵施設などで適切に貯蔵管理を行うことによって、再利用または処分までの一時的な期間貯蔵することができるように構成したコンクリートキャスク方式の使用済燃料保管キャスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】わが国などで計画または運転されている使用済燃料貯蔵施設は、原子力発電所の施設から発生する放射性廃棄物を、輸送し易いように船舶等を用いているため、一般的に海岸近くに設置されている。このため貯蔵施設周辺では塩害による被害が多数発生している。
【０００３】従来までの使用済燃料保管キャスクは、キャスク本体胴を金属製にし、直接内部に使用済燃料を保管する金属キャスク方式と、金属キャスクの替わりにキャスクの本体を安価なコンクリートを用いて、内部に燃料を収納したキャニスタを収納するコンクリートキャスク方式の２通りが広く国内外等で用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前者の金属キャスクの場合、発電所から貯蔵施設まで一貫して用いるため,輸送および保管の機能を必要とするキャスクであり、一基当り数億円と高価であり、建設費に対する保管キャスクの設備費が殆ど占めている。
【０００５】また、後者のコンクリートキャスク方式の場合、ガンマ線および中性子線を遮蔽する鉄およびレジンの代りに中性子線を遮蔽する成分を含んでいるコンクリートを用いており、一基当りの製造費が金属キャスクに比べて大幅に安価であるが、内部に収納している使用済燃料の発熱量を排除するために、容器であるキャニスタを直接冷却する必要がある。
【０００６】外気で使用済燃料を収納する容器であるキャニスタと直接接触するため、わが国等では、使用済燃料保管施設近くの海水の塩分を含んでいる外気を使用するため、塩害による腐食が起き、薄肉容器では長期間の保管に耐えなくなる。
【０００７】一例として、40年当り約５mmの減肉が発生する。このため、長期間保管するためには、当初から保管容器であるキャニスタの肉厚を大幅に増やす等の対策を取る必要があるが、この方法では、使用済燃料を収納して輸送する時の重量が大幅に増え、輸送船、港での荷役重機および輸送車両等の制限重量から内蔵する使用済燃料を減らして制限重量に収める必要が起き、この保管方法では使用済燃料の保管量が大幅に減るため経済的でない課題がある。
【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされたもので、キャスクをコンクリートキャスク方式にすることにより、金属製使用済燃料保管キャスクより設備費を安価に抑え、同規模の使用済燃料貯蔵施設での燃料の収容量を多くし、使用済燃料からの発熱量を保管容器であるキャニスタの外表面を直接、外気で自然対流により排除する方法を用い、しかも長期間の保管時にも外気に含まれている塩分による腐食に十分耐え、しかも安価で信頼性の高い使用済燃料保管キャスクを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、コンクリート製キャスクのキャニスタを構成するキャニスタ胴内に使用済燃料を収納して保管するコンクリートキャスク方式の使用済燃料保管キャスクにおいて、前記キャニスタ胴は母材にクラッド材を被覆した複合構造材からなり、前記母材はオーステナイト系ステンレス鋼で構成され、前記クラッド材は前記母材の外側で大気と接する少なくとも一方の面がニッケル系金属のハステロイで構成されるとを特徴とする。
【００１０】この発明によれば、母材のオーステナイト系ステンレス鋼をニッケル系金属のハステロイでクラッドすることにより、塩害に十分耐え、耐食性が良好となり、長期間保管することができる。
【００１１】また、塩害による腐食分を考慮する必要がないため、キャニスタの肉厚を従来と同様に薄くでき、これによる原子力発電所から貯蔵施設までの輸送時に収納できる燃料を減らさなくて済むため、経済的になる。
【００１２】さらに、耐食性合金を含むクラッド材によりコンクリートキャスクに適用した場合、内部燃料の発熱量を一般の外気を用いた自然対流とすることができるため、その他の付帯設備を必要とすることなく、外気に含まれている塩分による腐食に対して十分性能を発揮し、長期の保管時にも信頼性が大幅に向上する。
【００１３】請求項２に係る発明は、コンクリート製キャスクのキャニスタを構成するキャニスタ胴内に使用済燃料を収納して保管するコンクリートキャスク方式の使用済燃料保管キャスクにおいて、前記キャニスタ胴は母材にクラッド材を被覆した複合構造材からなり、前記母材はオーステナイト系ステンレス鋼で構成され、前記クラッド材は前記母材の外側で大気と接する少なくとも一方の面がオーステナイト系とフェライト系２相ステンレス鋼で構成されることを特徴とする。
【００１４】この発明によれば、クラッド材にオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼を使用することにより、塩害に対して十分な耐食性を得ることができる。その他は請求項１の発明に準じるので、その説明は省略する。
【００１５】請求項３に係る発明は、コンクリート製キャスクのキャニスタを構成するキャニスタ胴内に使用済燃料を収納して保管するコンクリートキャスク方式の使用済燃料保管キャスクにおいて、前記キャニスタ胴は母材にクラッド材を被覆した複合構造材からなり、前記母材は溶接性の良好な炭素量0.3％以下（０を含まず）の炭素鋼で構成され、前記母材の両面のクラッド材はニッケル系金属のハステロイで構成され、前記複合構造材を溶接により円筒状キャニスタ胴に形成する溶接部は前記炭素鋼のみ溶接され、前記クラッド材が存在しない部分にはハステロイをバタリングするか、または耐食性塗料を施してなることを特徴とする。この発明によれば、溶接作業が容易で、安価なキャスクを提供でき、塩害による腐食に対しても信頼性が大幅に向上する。
【００１６】請求項４に係る発明は、コンクリート製キャスクのキャニスタを構成するキャニスタ胴内に使用済燃料を収納して保管するコンクリートキャスク方式の使用済燃料保管キャスクにおいて、前記キャニスタ胴は母材にクラッド材を被覆した複合構造材からなり、前記母材は溶接性の良好な炭素量0.3％以下（０を含まず）の炭素鋼で構成され、前記母材の両面が２相合金のオーステナイト系・フェライト系２相ステンレス鋼のクラッド材で被覆され、前記複合構造材を溶接により円筒状キャニスタ胴に形成する溶接部は前記炭素鋼のみ溶接され、前記クラッド材が存在しない部分にはオーステナイト系・フェライト系２相ステンレス鋼をバタリングするか、または耐食性塗料を施してなることを特徴とする。
【００１７】この発明によれば、請求項３においてクラッド材のハステロイの代りに請求項１におけるオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼を使用したことにより、請求項１と同様の作用効果が得られる。
【００１８】請求項５に係る発明は、前記母材の厚さを10〜20mmに、前記クラッド材の厚さを0.1〜２mmに選択してなることを特徴とする。この発明において、キャニスタ母材の厚さを10〜20mmに選択した理由は、構成上の点から耐食性、組立の容易性、作業の安全性、強度、重量、運搬コスト等の問題を総合的に考慮して決めたもので、10mm未満では強度上の問題から不適当であり、20mmを超えた場合にはコストの問題と、重量物となり大型化し運搬や組立、作業の安全性から不適当である。
【００１９】また、クラッド材の厚さを0.1〜２mmに選択した理由は、キャニスタ母材とほぼ同様であり、0.1mm未満では強度および溶接作業の点から不適当であり、２mmを超えた場合にはコストおよび組立作業上の点から不適当である。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１，図２，図３および図４により本発明に係る使用済燃料保管キャスクの第１の実施の形態を説明する。図１は、使用済燃料（以下、燃料と記す）７をキャニスタ１内に収納し、コンクリート製キャスク２に長期保管の実施の形態を示している。燃料７を保管するキャニスタ１は、キャニスタ胴３、キャニスタ底板４およびキャニスタ蓋５により密封容器を形成し、その内部には、燃料７を等間隔に保管して内部の燃料７による臨界状態を防ぐためにバスケット６を設けている。
【００２１】このバスケット６は、主に熱伝導に優れているアルミニウム等の材料で作られている。そして、燃料７を収納したキャニスタ１を内部に装荷した燃料７から放出する放射線をしゃへいする成分の含んでいるコンクリート製キャスク２内のキャニスタ支持部８に嵌め込み縦置きの状態で保管する。
【００２２】また、内部の燃料７から発生する発熱量をコンクリート製キャスク２下端の複数個の冷却材入口９から流入させ、コンクリート製キャスク２の上端付近の冷却材出口10から放出する。冷却空気とキャニスタ１間は自然対流により除熱している。
【００２３】図２はコンクリート製キャスク２の横断面を示している。キャニスタ１内にはバスケット６が碁盤の目のように規則正しく配置されており、この格子状のバスケット６内に燃料７を等間隔に収納して臨界事故から防いでいる。
【００２４】内部の燃料７からの発熱量を輻射および熱伝導により格子状のバスケット６からキャニスタ１へ伝え、コンクリート製キャスク２に設けた複数個の冷却材入口９からの外気を利用して、自然対流での熱交換により除熱を行っている。除熱した外気は、コンクリート製キャスク２の別方向に設けた複数個の冷却孔出口10から排出している。なお、符号11はキャニスタ吊金具、12はキャスク蓋、13はキャスク蓋用吊具である。
【００２５】次に、キャニスタ１について図３および図４により説明する。図３はキャニスタ１の横断面図であり、図４は図３におけるＡ部を拡大した横断面図である。図３中、符号14は蓋支持部材、15はバスケット支持部材である。また、図４中符号16は母材、17は外側クラッド材、18は内側クラッド材、19は胴継ぎ手部（溶接）である。
【００２６】図３および図４に示したようにキャニスタ１のキャニスタ胴３は母材16の外側が外側クラッド材17で被覆され、内側が内側クラッド材18で被覆された３相クラッド鋼になっている。
【００２７】母材16は強度を持たせるためと溶接性を考慮して溶接が良好なオーステナイト系ステンレス鋼または炭素鋼とし、母材16の表面に塩害に強い２相合金のSUS329Jまたは耐食性の良好なハステロイを外側クラッド材17および内側被覆材18で被覆する。
【００２８】図５は図４において母材16に外側クラッド材17のみを被覆して内側被覆材18を省略した例を示している。この例においても上記と同様に母材16をオーステナイト系ステンレス鋼または炭素鋼とし、外側クラッド材17を２相合金のSUS329Jまたはハステロイとする。
【００２９】上記構成において、原子力発電所からの輸送時には輸送のみのキャスクを用いて、輸送容器内の燃料７を保管しているキャニスタ１をコンクリート製キャスク２内に保管する。輸送時の落下等の強度を母材16が受け持ち、塩害による腐食に対して耐食性合金製クラッド材が受け持つことができるため、薄肉のキャニスタを構成することができる。
【００３０】次に、図６を用いて原子炉建屋から貯蔵施設までの取扱いについて説明する。燃料７は、原子炉建屋内でキャニスタ１内のバスケット６間に収納され、キャニスタ１上にキャニスタ蓋５を載せ、自動溶接機等（図示せず）でキャニスタ胴３を密封の構造にする。
【００３１】さらに、キャニスタ取扱機（図示せず）の吊り具22で輸送キャスク20の本体胴21内に収納し、キャスク本体胴21上の上蓋23をボルトおよびシール部品（図示せず）により密封構造としている。
【００３２】この輸送キャスク20は、原子炉建屋から貯蔵施設まで輸送キャスク20の外側に設置しているトラニオン24を用いて、起立・転倒し、輸送船等を用いて運ばれる。貯蔵施設に運ばれた輸送キャスク20は、縦置きの状態で輸送キャスク20の上蓋23を取り外す。
【００３３】キャニスタ１を専用のクレーン（図示せず）で輸送キャスク20から取り出し、図１に示す別置きのコンクリート製キャスク２内に収納する。さらに、キャニスタ１上にキャスク蓋12の蓋用吊具13を用いて載せ、長期保管の状態にする。なお、図６中、符号25は伝熱空間、26は冷却フィン、27は金属製外筒、28は外蓋である。
【００３４】このキャニスタ１は、内部に燃料７等を収納し、しかも輸送時の落下時に発生する加速度に耐え、重量制限より約10数ミリの厚さの母材16とし、主に材質をSUS316等のステンレス鋼を用いている。さらに、胴３の母材16の内外面には、外気の塩害による腐食を防ぐために、図４に示すように外側クラッド材17および内側クラッド材18の３相クラッド構造となっている。
【００３５】キャニスタ１は現在計画されている61体方式では外径が約1700mmとなり、図４に示すように胴継ぎ手部（溶接）19は複数個の縦継ぎが必要となる。この部分は主に溶接による組立を用いており、溶接部付近の外側クラッド材17および内側クラッド材18は溶接し易いように取り除いている。この部分は、溶接後に耐食性合金をバタリングする。
【００３６】なお、本実施の形態に係る使用済燃料保管キャスク用キャニスタ１は、内外面に耐食性合金を取付けたクラッド鋼で説明したが外面のみ耐食性合金を設けたクラッド鋼および筒状の耐食性合金での組み合わせたキャニスタについても同様である。
【００３７】本発明の実施の形態を要約するとつぎのとおりである。
（１）内部に燃料を収納するようにした使用済燃料保管キャスク用キャニスタにおいて、前記キャニスタが直接、外気と自然対流で冷却する方式で保管する場合において、キャニスタ母材の表面に塩害対策用金属をクラッドすること。
【００３８】（２）使用済燃料保管キャスク用キャニスタにおいて、前記キャニスタは強度用の母材と、外気と自然対流冷却による塩害対策耐食性合金の二重構造および内部にも同様に塩害対策用耐食性合金のクラッド材を用いた三重の金属をクラッドまたは組み立てて構成すること。
【００３９】（３）母材に耐食性の良好なニッケル６〜18％、クロム15〜20％含入のオーステナイト系ステンレス鋼を用い、キャニング材にクロム12〜20％、モリブデン14〜18％、ニッケル50〜60％、鉄４〜７％含入のハステロイ等の耐食性合金を用いて、キャニスタ胴を構成すること。
【００４０】（４）母材に耐食性の良好なニッケル６〜18％、クロム15〜20％含入のオーステナイト系ステンレス鋼を用い、キャニング材にクロム20〜28％含入の２相合金等の耐食性合金を用いて、キャニスタ胴を構成すること。
【００４１】（５）母材を溶接性に優れた炭素量0.3％以下含入の炭素鋼を用い、キャニング材にクロム12〜20％、モリブデン14〜18％、ニッケル50〜60％、鉄４〜７％含入のハステロイ等の耐食性合金を用いて、キャニスタ胴を構成すること。
【００４２】（６）母材を溶接性に優れた炭素量0.3％以下含入の炭素鋼を用い、キャニング材にクロムが20〜28％含入の２相合金等の耐食性合金を用いて、キャニスタ胴を構成すること。
（７）母材の厚さは10〜20mmとし、クラッド材の厚さは0.1〜２mmの範囲で構成されること。
【００４３】（８）キャニスタ胴の接続部は母材のみ溶接し、キャニング材部を溶接しないこと。
（９）キャニスタ胴の接続部は母材の溶接後、溶接部にキャニング材をバタリングすること。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、下記のとおりの効果が得られる。
（１）長期間の保管に対して耐食合金を含んだクラッド材で母材をクラッド（被覆）することにより、金属キャスクより安価なコンクリート製キャスクを用いることができる、設備費が大幅に減らせるため、同一建設費で使用済燃料の収容が大幅に増やすことができる。
【００４５】（２）耐食合金を含んだクラッド材により、塩害による腐食分を考慮する必要がないため、キャニスタの肉厚を従来と同様に薄くでき、これにより原子力発電所から貯蔵施設までの輸送時に収納できる燃料を減らさなくて済むため経済的になる。
【００４６】（３）耐食合金を含んだクラッド材により、コンクリート製キャスクに適用することができ、内部燃料の発熱量を一般の外気を用いた自然対流とすることができため、余分な設備が必要とならず、外気に含まれている塩分による腐食に対して十分性能を発揮するため、長期の保管時にも信頼性が大幅に向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成１３年３月２２日（２００１．３．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８７３３２
【弁理士】
【氏名又は名称】猪股 祥晃 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２７７５８６（Ｐ２００２−２７７５８６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月２５日（２００２．９．２５） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−８１７８０（Ｐ２００１−８１７８０） |
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