JP2004226217A - 放射性物質乾式貯蔵施設 - Google Patents

Abstract

【課題】貯蔵室の高い冷却性能を有し、貯蔵施設の安全性および信頼性を保持することができる放射性物質乾式貯蔵施設を提供することを目的とする。
【解決手段】大気中の空気は、吸気ダクト４の空気取入れ口９から取り込まれて、吸気ダクト４の空気流路の一部に設けられた熱交換器５に流入する。熱交換器５を通過することで温度が低下した空気は、貯蔵室２の床部に設けられた連通口８から貯蔵室２内に流入する。連通口８から貯蔵室２内に流入した空気は、収容体３を冷却し、収容体３内の使用済み燃料などから発生する崩壊熱の一部を奪う。そして、崩壊熱の一部を奪い温度が上昇した空気は、排気ダクト７から大気中に排気される。これによって、貯蔵室内の温度上昇を緩和し、貯蔵室の壁部の温度の許容値を超えることなく、貯蔵施設の安全性および信頼性を保持することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射性物質乾式貯蔵施設に係り、特に、原子力発電所から発生する使用済み燃料などの高レベル放射性物質を貯蔵する放射性物質乾式貯蔵施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所から発生する使用済み燃料は、ウラン、プルトニウムなどの再使用可能な核燃料物質を回収するために再処理され、このときに発生する高レベル放射性廃棄物はガラス固化される。この放射性廃棄物のガラス固化体は、崩壊熱を発生するので、発熱量が小さくなり最終処分が可能になるまで冷却しながら貯蔵する必要がある。
【０００３】
使用済み燃料の貯蔵方式には、プール内で保管する湿式貯蔵と遮蔽セル内で保管する乾式貯蔵とがある。
【０００４】
湿式貯蔵は、数十年の貯蔵経験があり、安全に貯蔵する技術も確立されている一方で、運転経費が高く、放射性廃棄物の量が多いなどの欠点がある。これらの欠点は、貯蔵期間が長引くほど強調されることになる。
【０００５】
乾式貯蔵は、これらの湿式貯蔵の欠点を解消するために開発された貯蔵方式で、その貯蔵形式により、キャスク貯蔵、コンクリートキャスク貯蔵、ボールト貯蔵、および、ドライウェル貯蔵などに分類される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２３５５９８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在の放射性物質乾式貯蔵施設では、使用済み燃料を輸送する輸送容器（キャスク）に収容した状態で保管する、いわゆるキャスク貯蔵における貯蔵方式が主流である。しかしながら、キャスク貯蔵やコンクリートキャスク貯蔵においては、使用済み燃料を収容する金属製容器の収容体ごとに遮蔽機能を持たせるため、貯蔵スペース効率が悪く、施設面積が増大するといった欠点があった。
【０００８】
一方、ボールト貯蔵では、放射性物質の収容体を地下に設けられたコンクリート製の貯蔵室に大量に貯蔵できるが、発熱密度が高くなるので、自然対流による除熱能力を増加させる必要がある。
【０００９】
そこで本発明は、貯蔵室の高い冷却性能を有することで、貯蔵室内の温度上昇を緩和し、貯蔵室の壁部の温度の許容値を超えることなく、貯蔵施設の安全性および信頼性を保持することができる放射性物質乾式貯蔵施設を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の放射性物質乾式貯蔵施設は、吸気ダクトと排気ダクトを備え、放射性物質を収容した容器を保持する貯蔵室と、前記吸気ダクトを流れる空気を冷却する冷却手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
この放射性物質乾式貯蔵施設によれば、冷却手段を吸気ダクトに設けることで、吸気ダクト内を流れる空気を冷却することができ、夏季日中などの外気温度の上昇に伴う、貯蔵室内の温度上昇を抑えることができる。また、冷却手段は、例えば、熱交換器などの伝熱手段で構成され、熱交換器に、例えば、冷媒槽などから冷却媒体が供給される。
【００１２】
また、本発明の放射性物質乾式貯蔵施設は、吸気ダクトと排気ダクトを備え、放射性物質を収容した容器を保持する貯蔵室と、前記貯蔵室の外壁を冷却する冷却媒体が流れる冷却流路とを具備することを特徴とする。
【００１３】
貯蔵室内を流れる空気以外に、貯蔵室の外壁を冷却することにより、貯蔵室の壁部の有する熱の一部を外部に取り除くことができる。これによって、貯蔵室の壁部の温度が許容値を上回ることを抑制することができる。また、多数の放射性物質を収容した容器を貯蔵した場合でも、貯蔵室内の床部の温度上昇を緩和することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設１の概要を図１を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設１の断面図を示す。
【００１６】
第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設１は、貯蔵室２、収容体３、吸気ダクト４、熱交換器５、冷媒槽６、排気ダクト７で主に構成されている。
【００１７】
貯蔵室２は、コンクリートで形成され、原子力発電所から発生した使用済み燃料などの放射性物質を収容した収容体３を貯蔵するものである。また、貯蔵室２の床部には、吸気ダクト４と連通する連通口８が開けられている。収容体３は、貯蔵室２の床部の連通口８を閉鎖しないように、貯蔵室２の床部に配置されている。収容体３の配置の一例として、収容体３が連通口８をまたいで配置されるものなどがあるが、この配置に限らず、連通口８から貯蔵室２に流入する空気を収容体３の表面に接触させながら流す構成であればよい。また、貯蔵室２は、地中１２に配置されることが好ましいが、地表に配置することもできる。
【００１８】
吸気ダクト４は、大気中の空気を貯蔵室２に供給するための空気流路である。吸気ダクト４には、大気中の空気を取り込む空気取り入れ口９が設けられている。また、吸気ダクト４の空気流路の一部に熱交換器５が設けられている。
【００１９】
熱交換器５は、地中１２に配置された冷媒槽６に収容された蓄冷材１０と、吸気ダクト４に取り込まれた空気との間で熱交換をさせるものである。
【００２０】
ここで、蓄冷材１０には、比熱が比較的大きい、例えば、水やグリセリン水溶液などの液体が用いられる。蓄冷材１０の比熱が大きいものほど熱交換による蓄冷材１０自体の温度上昇が緩和され、外部からの動力を得なくても、長時間にわたって空気を冷却することができる。蓄冷材１０に、例えば、水やグリセリン水溶液などの液体を用いた場合には、蓄冷材１０を熱交換器５と容易に接触させることができ、また、蓄冷材１０内の自然対流による温度の均一化を図ることができる。さらに、水やグリセリン水溶液などは、安価で、入手しやすいなどの利点がある。
【００２１】
なお、蓄冷材１０には、上述した理由から水やグリセリン水溶液などの液体が用いられることが好ましいが、熱伝導率の大きい、例えば、銅やアルミニウムなどの固体を用いてもよい。
【００２２】
冷媒槽６は、熱伝導率の大きい材料で構成され、例えば、銅やアルミニウムなどが用いられる。また、冷媒槽６は、地表から深さ５ｍよりも深い地中１２に配置され、冷媒槽６内の蓄冷材１０の熱を地中１２に放出して、蓄冷材１０を冷却している。また、冷媒槽６の構成は、蓄冷材１０を貯留するタンク型もの以外にも、例えば、地中に蓄冷材１０の流路を配管し、蓄冷材１０を循環させて、冷却する構成としてもよい。
【００２３】
冷媒槽６が配置される地表から深さ５ｍよりも深い地中１２の温度は、一年中を通して１０〜１５℃とほぼ一定であり、このような雰囲気中に置かれた冷媒槽６内の蓄冷材１０は、ほぼその地中１２の温度に等しくなる。
【００２４】
排気ダクト７は、貯蔵室２において熱交換された空気を大気中に放出するための空気流路である。排気ダクト７には、大気中に空気を排気するための排気口１１が設けられている。
【００２５】
次に、第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設１における冷却動作について説明する。
【００２６】
大気中の空気は、吸気ダクト４の空気取入れ口９から取り込まれて、吸気ダクト４の空気流路の一部に設けられた熱交換器５に流入する。熱交換器５で、熱交換器５を介して蓄冷材に熱を放出し、温度が低下した空気は、貯蔵室２の床部に設けられた連通口８から貯蔵室２内に流入する。連通口８から貯蔵室２内に流入した空気は、収容体３の周囲に導入され、収容体３の間を流れ、収容体３を冷却し、収容体３内の使用済み燃料などから発生する崩壊熱の一部を奪う。そして、崩壊熱の一部を奪い温度が上昇した空気は、貯蔵室２の天井部付近に浮上し、排気ダクト７に流入する。そして、排気ダクト７に流入した空気は、排気口１１から大気中に排気される。
【００２７】
ここで、崩壊熱の一部を奪うことによって温度が上昇した空気は、密度が小さくなるため、連通口８から流入する空気と密度差を生じ、貯蔵室２内に自然対流が発生する。この自然対流を利用して、吸気ダクト４から貯蔵室２を通過して排気ダクト７に流れる一連の空気の流動が生じる。また、自然対流の強さは、大気温度と貯蔵室２内の空気との温度差と、排気ダクト７の高さとの積に比例する。
【００２８】
貯蔵室２の表面温度の許容値は、貯蔵室２を形成するコンクリート強度を確保するため、一般的には６５℃以下に設計されている。このような設計に基づいて構成された貯蔵室２では、例えば、夏季の日中のように外気温度が３５℃の場合、崩壊熱による空気の温度上昇値を３０℃以下に抑えなければならない。空気の温度上昇値を３０℃以下に抑えるためには、例えば、貯蔵室２内に貯蔵する収容体３の数を制限するか、または、多くの収容体３を貯蔵する場合には、より多くの外気を導入しなければならない。しかし、多くの外気を導入する場合には、収容体３を冷却する方式が、上述したように自然対流を用いた方式であることから、放射性物質乾式貯蔵施設１の設計自体に無理が生じる。
【００２９】
そこで、本発明のように吸気ダクト４の空気流路の一部に熱交換器５を設けて、吸気ダクト４を流れる空気と蓄冷材１０とが熱交換し、その空気の温度を低下させることで、放射性物質乾式貯蔵施設１の設計を大きく変更することなく、貯蔵室２の冷却を行うことができる。
【００３０】
（熱交換器５の構成）
次に、熱交換器５の構成について、図２を参照して説明する。図２は、熱交換器５の一例を示す断面図である。
【００３１】
蓄冷材１０の保冷時間は、現実的には有限であるため、蓄冷材１０の冷却時間を必要とする。そこで、夏季期間中においては、外気温度が比較的低い、例えば、夜間などの時間帯や、冬季期間中においては、外気温度が低いので１日の所定の時間帯に、熱交換器５における空気と冷媒との熱交換サイクルを遮断し、その時間帯を蓄冷材１０の冷却時間に利用する。
【００３２】
図２には、放射性物質乾式貯蔵施設１に用いられる熱交換サイクルを遮断する機能を有する熱交換器５の断面図が示されている。
【００３３】
熱交換器５は、外管２０、内管２１、断熱部材２２で構成され、吸気ダクト４の一部に設けられている。
【００３４】
外管２０は、熱伝導率の大きな材料で構成された筒体で、例えば、材料には銅やアルミニウムなどが用いられる。外管２０の両端部は、それぞれ吸気ダクト４と接続されている。
【００３５】
内管２１は、熱伝導率の大きな材料で構成され、例えば、材料には銅やアルミニウムなどが用いられる。内管２１には、複数の円筒が接続された部材を外管２０の内壁に接続した構成や、フィン形状の複数の板が接続された部材を外管２０の内壁に接続した構成などが採られている。つまり、内管２１は、熱交換器５を流れる空気との接触面積を増加させる構成ならばよい。
【００３６】
断熱部材２２は、熱伝導率の小さい材料で構成された筒体で、例えば、ゴムやプラスチックなどが用いられる。断熱部材２２は、外管２０の側面に沿って、摺動可能に配置されている。
【００３７】
図２の（ａ）は、吸気ダクト４を流れる空気と蓄冷材１０とで熱交換を行う場合の熱交換器５の構成を示した断面図である。
【００３８】
断熱部材２２は、吸気ダクト４側に移動され、外管２０は蓄冷材１０と接触する。この状態では、吸気ダクト４を流れる空気の熱は、熱交換器５を介して蓄冷材１０に熱伝達され、空気は冷却される。
【００３９】
図２の（ｂ）は、吸気ダクト４を流れる空気と蓄冷材１０とで熱交換を行わない場合の熱交換器５の構成を示した断面図である。
【００４０】
断熱部材２２が外管２０の側面を覆っているので、外管２０は蓄冷材１０と接触しない。この状態では、吸気ダクト４を流れる空気の熱は、熱交換器５を介して蓄冷材１０にほとんど熱伝達されないので、熱交換器５通過前後における空気の温度はほとんど変化しない。
【００４１】
なお、断熱部材２２を移動させる直線運動機構（図示しない）は、電動機またはガス圧駆動のアクチュエーターを駆動源としている。
【００４２】
第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設１によれば、外管２０の側面に沿って、摺動可能な断熱部材２２を具備する熱交換器５を吸気ダクト４の空気流路の一部に設けることで、吸気ダクト４内を流れる空気を冷却することができる。これによって、夏季日中などの外気温度の上昇に伴う、貯蔵室２内の温度上昇を抑えることができる。
【００４３】
（安全装置の一例）
使用済み燃料を安全に貯蔵するために、放射性物質乾式貯蔵施設は、収容体３の密封、未臨界性、除熱、放射線遮蔽などが所定の要求を満たすように、適切に設計および製作がされるが、何らかの事故時に備えて、安全装置を具備すればより安全性が高まる。そこで、安全装置として、バルブ開閉制御装置３１を備えた自動バルブ３０を具備した放射性物質乾式貯蔵施設１の一例について、図３を参照して説明する。
【００４４】
図３は、図１の放射性物質乾式貯蔵施設１の冷媒槽６の付近の断面図を示す。図３に示すように、吸気ダクト４に、冷媒槽６内の液体状の蓄冷材１０と通ずる自動バルブ３０が設けられている。また、自動バルブ３０は、バルブ開閉制御装置３１と電気的に接続されている。
【００４５】
バルブ開閉制御装置３１は、異常検出器（図示しない）からの信号を受け、自動バルブ３０を制御するものである。ここで、異常検出器（図示しない）は、貯蔵室２内の空気や貯蔵室２の壁部の温度を検出する温度計、吸気ダクト４や排気ダクト７を流れる空気の流量を検出する風量計などで構成される。
【００４６】
異常検出器（図示しない）からの出力信号は、常時、バルブ開閉制御装置３１に入力される。バルブ開閉制御装置３１で、異常検出器（図示しない）からの信号に基づいて、異常が検知されると、バルブ開閉制御装置３１は、自動バルブ３０にバルブを開口するための信号を出力する。バルブ開閉制御装置３１から信号を入力した自動バルブ３０は、バルブを開き、冷媒槽６内の液体状の蓄冷材１０を吸気ダクト４内に流出させる。吸気ダクト４内に流出した蓄冷材１０は、貯蔵室２に流入し、収容体３を冷却する。
【００４７】
放射性物質乾式貯蔵施設１において、例えば、吸気ダクト４や排気ダクト７の空気流路が、破損して塞がれた場合、または、著しく空気流路が狭められた場合には、自然対流による収容体３の冷却効果は期待できず、最悪の場合、収容体３の健全性を損なう恐れがある。しかし、貯蔵室２に供給される空気不足などに伴う、収容体３の異常温度上昇などの緊急事態が生じたとしても、空気と熱交換器５を介して熱交換させる蓄冷材１０を、収容体３を貯蔵する貯蔵室２内に導入することができる。これによって、緊急時においても、収容体３の健全性が保持され、貯蔵施設の安全性を高めることができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設４０の概要を図４および５を参照して説明する。
【００４９】
図４は、第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設４０の断面図を示す。また、図５は、輻射シールド板４１を配置した貯蔵室２の天井部の斜視図である。ここで、第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設１の構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００５０】
第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設４０は、貯蔵室２、収容体３、吸気ダクト４、熱交換器５、冷媒槽６、排気ダクト７、輻射シールド板４１で主に構成されている。また、第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設４０の構成は、貯蔵室２の壁面に沿って輻射シールド板４１を配置した点で第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設１の構成と異なる。
【００５１】
輻射シールド板４１は、収容体３から直接輻射熱が貯蔵室２の壁２ａに伝わるのを防止し、収容体３から貯蔵室２の壁２ａへの輻射伝熱量を抑制するものである。また、収容体３から崩壊熱の一部を奪うことによって温度が上昇した空気が、貯蔵室２の壁２ａに接触するのを防ぐものである。
【００５２】
また、輻射シールド板４１は、断熱部材などの熱伝導率の小さい材料で構成され、貯蔵室２の壁面と所定の間隔をおいて、貯蔵室２の壁面に沿って配置されている。また、輻射シールド板４１は、熱伝導率の小さい材料または断面積の小さい金属などで構成される複数の支持部材４２を介して貯蔵室２の壁面に固定されている。さらに、床部に設けられた輻射シールド板４１には、貯蔵室２の床部に設けられた連通口８から流入した空気の一部を収容体３の周囲に導入するための導入口４３が開口されている。
【００５３】
次に、第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設４０における冷却動作について説明する。
【００５４】
大気中の空気は、吸気ダクト４の空気取入れ口９から取り込まれて、吸気ダクト４の空気流路の一部に設けられた熱交換器５に流入する。熱交換器５で、熱交換器５を介して蓄冷材１０に熱を放出し、温度が低下した空気は、貯蔵室２の床部に設けられた連通口８から貯蔵室２内に流入する。連通口８から貯蔵室２内に流入した空気の一部は、貯蔵室２の壁面と輻射シールド板４１とによって形成された冷却空気流路４４を輻射シールド板４１を冷却しながら流れ、吸気ダクト４に流入し、排気口１１から大気中に排気される。
【００５５】
一方、連通口８から貯蔵室２内に流入した残りの空気は、輻射シールド板４１に設けられた導入口４３から収容体３の周囲に導入される。収容体３の周囲に導入された空気は、収容体３の間を流れ、収容体３を冷却し、収容体３内の使用済み燃料などから発生する崩壊熱の一部を奪う。そして、崩壊熱の一部を奪い温度が上昇した空気は、貯蔵室２の天井部付近に浮上するが、輻射シールド板４１によって遮られ、排気ダクト７に流入する。そして、排気ダクト７に流入した空気は、排気口１１から大気中に排気される。
【００５６】
また、新しく搬入される収容体３自身の表面温度は、約１８０〜２００℃であり、この温度に基づいて収容体３から輻射熱が放出される。この輻射熱は、輻射シールド板４１に吸収され、輻射シールド板４１の温度が上昇する。しかし、輻射シールド板４１は熱伝導率が小さいので、輻射シールド板４１の貯蔵室２の壁２ａに対向する側には熱が伝導し難い。
【００５７】
さらに、輻射シールド板４１の貯蔵室２の壁２ａに対向する側の面は、冷却空気流路４４を流れる空気流によって冷却されているので、温度上昇し難い。したがって、輻射シールド板４１の貯蔵室２の壁２ａに対向する側の面からの２次的な輻射熱は小さく、それによる貯蔵室２の壁２ａの温度上昇は小さい。また、この空気流によって、貯蔵室２の壁２ａも冷却されている。
【００５８】
第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設４０によれば、貯蔵室２の壁面に沿って輻射シールド板４１を配置することで、崩壊熱の一部を奪うことによって温度が上昇した空気が、直接、貯蔵室２の壁に接触しないので、貯蔵室２の壁２ａの温度上昇を抑制することができる。
【００５９】
また、輻射シールド板４１を配置することで、収容体３からの輻射熱が、直接貯蔵室２に伝わらないので、貯蔵室２の壁２ａの温度上昇を抑制することができる。
【００６０】
さらに、貯蔵室２の壁面と輻射シールド板４１との間に空気流路を形成し、その空気流路に吸気ダクト４からの冷却された空気の一部を流すことで、輻射シールド板４１および貯蔵室２の壁２ａを冷却することができる。また、輻射シールド板４１の貯蔵室２の壁２ａに対向する側の面が冷却されることで、その面からの２次的な輻射熱を小さくすることができ、貯蔵室２の壁の温度上昇を抑制することができる。
【００６１】
すなわち、第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設４０では、第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設１における作用効果に加えて、貯蔵室２の壁２ａの温度を、コンクリート強度を満足できる設定温度以下に容易に低減することができ、放射性物質乾式貯蔵施設の健全性を保持することができる。
【００６２】
（輻射シールド板の構成例）
上述したように、輻射シールド板４１に断熱部材を使用すれば、貯蔵室２の壁の温度を低減することが可能であるが、断熱部材よりも安価で、断熱部材よりも配置スペースを必要としない構成を次に示す。
【００６３】
図６は、放射性物質乾式貯蔵施設４０における輻射シールド部の他の構成例を示す斜視図である。
【００６４】
図６に示した輻射シールド部５０は、金属などで構成される薄板からなる輻射シールド板５１が複数枚、所定の間隔をおいて配置されて構成されている。また、各輻射シールド板５１間および輻射シールド部５０と貯蔵室２の壁２ａ間は、熱伝導率の小さい材料または断面積の小さい金属などで構成される複数の支持部材４２で固定されている。
【００６５】
ここで、例えば、輻射シールド部５０がｎ枚の同質の輻射シールド板５１で構成されたとすると、収容体３から貯蔵室２の壁２ａへの輻射伝熱量は、輻射シールド部５０を設けない場合の輻射伝熱量の１／（ｎ＋１）倍になる。すなわち、輻射シールド部５０によっても、断熱材による輻射シールド板４１を用いた場合と同様に、貯蔵室２の壁２ａへの輻射伝熱量を低減することができる。
【００６６】
一般に２面間の輻射伝熱は、両面の配置の形状によって決まる形態係数、それぞれの面の輻射係数および温度によって輻射熱量が決定される。収容体３の表面温度は、収容体３の健全性の点からより低いほど好ましいので、自然対流による冷却効果に加え、輻射伝熱効果も積極的に利用して、収容体３の表面温度を低減させる構成を次に示す。
【００６７】
図７は、放射性物質乾式貯蔵施設４０における輻射シールド部の他の構成例を示す斜視図である。
【００６８】
図７に示した輻射シールド部６０は、貯蔵室２の天井付近に設置された輻射シールド板６１にほぼ鉛直に放熱部６２が接続されている。また、放熱部６２は、複数の立設する収容体３の間に配置されている。
【００６９】
放熱部６２は、特に限定はしないが、熱伝導率の大きい金属板であることが好ましい。これは、局所的に温度の高い空気が、輻射シールド板６１付近に集まり、その結果、輻射シールド板６１の温度が、放熱部６２の温度より高くなる。この時、放熱部６２が金属であれば、輻射シールド板６１の熱が、輻射シールド板６１より低温の放熱部６２へ移動し、輻射シールド板６１の温度を低下させることができる。
【００７０】
さらに、放熱部６２を設けることにより、収容体３からの輻射熱を受ける面が増大し、放熱部６２を設けない場合に比べて、輻射シールド板６１への輻射伝熱による熱的な負荷を減少させることができる。また、放熱部６２を設けることにより、収容体３を冷却した空気との伝熱面積が増加し、熱伝達を促進することができる。
【００７１】
また、図７に示した放熱部６２は、図８に示すように、放熱フィン６２ａを設けることもできる。ここで、放熱フィン６２ａは、輻射シールド板６１とは間隔をおいて設けられている。
【００７２】
放熱フィン６２ａを放熱部６２に設けることで、表面積が増加し、その周囲を流れる空気との接触面積が増加するので、放熱部６２と空気の熱伝達が促進され、放熱部６２の除熱を効率よく行うことができる。
【００７３】
また、放熱フィン６２ａによって、収容体３付近を流れる空気流が乱され、空気全体が攪拌されるので、局所的な高温空気流を抑制することができる。また、この流れの乱れによって、熱伝達が促進されている。放熱フィン６２ａは、輻射シールド板６１とは間隔をあけて設けられているので、輻射シールド板６１と放熱フィン６２ａとの間を流れる空気は、大きく乱されることなく、排気ダクト７へ導かれる。
【００７４】
なお、図８では、放熱フィン６２ａは、放熱部６２に重力方向（図８では下向き）に沿って設けられているが、この方向に限らず、重力に対して垂直方向または斜め方向に設けられてもよい。
【００７５】
図９は、図７における放熱部６２の変形例を示す斜視図である。
図９の放熱部６３は、収容体３と同心的に、収容体３との間に空気流路を設けて配置された筒体である。また、放熱部６３は、支持部材６４を介して輻射シールド板６１に固定されている。
【００７６】
収容体３からの輻射熱の大部分は、放熱部６３で受熱され、放熱部６３は、収容体３と放熱部６３との間を流れる空気、および、放熱部６３の側面に沿って流れる空気によって冷却される。なお、収容体３と放熱部６３との間を流れる空気は、収容体３の冷却も行っている。
【００７７】
このように、収容体３の側面に面して放熱部６３を設けることで、図７に示した放熱部６２と比較して、輻射伝熱面積を増大することができる。なお、放熱部６３の固定は、天井部の輻射シールド板６１以外にも、床部に設けられた輻射シールド板６１や、収容体３を支持する架台などに固定することもできる。
【００７８】
また、図９に示した放熱部６３は、図１０に示すように、放熱フィン６３ａを設けることもできる。ここでは、放熱部６３の固定方法は、図９に示した放熱部６３と同様であるので、図１０には、側面に放熱部６３の構造のみを示す。なお、図示していないが、放熱フィン６３ａは、輻射シールド板６１とは間隔をおいて設けられている。
【００７９】
放熱フィン６３ａを放熱部６３に設けることで、表面積が増加し、その周囲を流れる空気との接触面積が増加するので、放熱部６３と空気の熱伝達が促進され、放熱部６３の除熱を効率よく行うことができる。
【００８０】
さらに、放熱フィン６３ａによって、収容体３付近を流れる空気流が乱され、空気全体が攪拌されるので、局所的な高温空気流を抑制することができる。また、この流れの乱れによって、熱伝達が促進されている。放熱フィン６３ａは、輻射シールド板６１とは間隔をあけて設けられているので、輻射シールド板６１と放熱フィン６３ａとの間を流れる空気は、大きく乱されることなく、排気ダクト７へ導かれる。
【００８１】
図１０に示した放熱部６３には、放熱フィン６３ａが放熱部６３の側面にのみ設けられているが、内周面にも設けてもよい。
【００８２】
また、図１０では、放熱フィン６３ａは、放熱部６３に重力方向（図１０では下向き）に沿って設けられているが、この方向に限らず、重力に対して垂直方向または斜め方向に設けられてもよい。
【００８３】
図１１には、図９における放熱部６３の変形例を示す。ここでは、放熱部６５ａ、６５ｂの固定方法は、図に示した放熱部６３と同様であるので、図１１には、放熱部６５ａ、６５ｂの構造のみを示す。
【００８４】
図１１の（ａ）および（ｂ）に示すように、放熱部６５ａ、６５ｂは、収容体３と同心的に設けられた筒体で、収容体３と放熱部６５ａとの間、および、放熱部６５ａと放熱部６５ｂとの間に空気流路が設けられている。また、収容体３と放熱部６５ｂとの間に設けられた放熱部６５ａには、複数の輻射通過口６５ｃが開口されている。
【００８５】
収容体３からの輻射熱の大部分は、放熱部６５ａ、６５ｂで受熱される。放熱部６５ａは、収容体３と放熱部６５ａとの間を流れる空気、および、放熱部６５ａと放熱部６５ｂとの間を流れる空気によって冷却される。また、放熱部６５ｂは、放熱部６５ａと放熱部６５ｂとの間を流れる空気、および、放熱部６５ｂの側面に沿って流れる空気によって冷却される。なお、収容体３と放熱部６５ａとの間を流れる空気は、収容体３の冷却も行っている。
【００８６】
このように、収容体３の側面に面して放熱部６５ａ、６５ｂを設けることで、図７に示した放熱部６２と比較して、輻射伝熱面積が増大し、かつ空気への熱伝達面積も増大するので、輻射シールド板６１への輻射伝熱による熱的な負荷を減少させることができる。また、放熱部６５ａ、６５ｂを設けることにより、収容体３を冷却した空気との伝熱面積が増加し、熱伝達を促進することができる。
【００８７】
輻射伝熱量は、物体を構成する材料の輻射係数によっても異なる。輻射係数が１に近いほど、入射してくる輻射熱を反射させることなく、熱を吸収することができる。放熱部は、熱伝導の良い金属で構成されることが好ましいが、一般的に金属の輻射係数は小さい場合が多い。
【００８８】
そこで、図１２に示すように、放熱部６６の内周面、つまり、収容体３と対向する面に、高輻射係数材６７を設けた。この高輻射係数材６７は、具体的には、放射線環境下での使用では、アルミナ溶射によって形成されるが、特にこれに限定されるものではない。
【００８９】
このように、放熱部６６の収容体３と対向する面の輻射係数を１に近づけることで、収容体３からの輻射伝熱を促進することができる。
【００９０】
なお、図４から図１１に示した輻射シールド板や放熱部の収容体３と対向する面に、高輻射係数材６７を設けることもできる。
【００９１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設７０の概要を図１３を参照して説明する。
【００９２】
図１３は、第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設７０の断面図を示す。ここで、第１および２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設１、４０の構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００９３】
第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設７０は、貯蔵室２、収容体３、吸気ダクト４、排気ダクト７、冷却流路７１で主に構成されている。
【００９４】
貯蔵室２は、コンクリートで形成され、原子力発電所から発生した使用済燃料などの放射性物質を収容した収容体３を貯蔵するものである。また、貯蔵室２は、地中１２に配置されることが好ましいが、地表に配置することもできる。収容体３は、貯蔵期間中に安定に保持するために、貯蔵室２の床部に設けられた架強固な架台７２によって固定されている。また、収容体３を架台７２に設置することによって、収容体３の底面に空気を流し、収容体３の下方部の冷却を促進することができる。架台７２の材質は、強度の観点から、金属材料で構成される。
【００９５】
冷却流路７１は、排気ダクト７、貯蔵室２および吸気ダクト４の外壁面に沿って、それらの外壁面を流路の一部として設けられた、冷媒が流れる流路である。冷媒には、例えば、水や空気などが用いられる。
【００９６】
吸気ダクト４は、大気中の空気を貯蔵室２に供給するための空気流路である。吸気ダクト４には、大気中の空気を取り込む空気取り入れ口９が設けられている。
【００９７】
排気ダクト７は、貯蔵室２において熱交換された空気を大気中に放出するための空気流路である。排気ダクト７には、大気中に空気を排気するための排気口１１が設けられている。
【００９８】
次に、第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設７０における冷却動作について説明する。
【００９９】
大気中の空気は、吸気ダクト４の空気取入れ口９から取り込まれて、吸気ダクト４の空気流路を流れ、貯蔵室２内に流入する。貯蔵室２内に流入した空気は、収容体３の間を流れ、収容体３を冷却し、収容体３内の使用済燃料などから発生する崩壊熱の一部を奪う。そして、崩壊熱の一部を奪い温度が上昇した空気は、貯蔵室２の天井部付近に浮上し、排気ダクト７に流入する。そして、排気ダクト７に流入した空気は、排気口１１から大気中に排気される。
【０１００】
ここで、崩壊熱の一部を奪うことによって温度が上昇した空気は、密度が小さくなるため、連通口８から流入する空気と密度差を生じ、貯蔵室２内に自然対流が発生する。この自然対流を利用して、吸気ダクト４から貯蔵室２を通過して排気ダクト７に流れる一連の空気の流動が生じている。
【０１０１】
一方、冷媒供給口７３から供給された冷媒は、排気ダクト７、貯蔵室２および吸気ダクト４の外壁面に沿って、主に貯蔵室２の外壁から熱を奪いながら冷却流路７１を流れる。冷却流路７１を流れることによって、貯蔵室２の外壁と熱交換を行った冷媒は、冷媒排出口７４から外部に排出される。
【０１０２】
収容体３から発する崩壊熱は、架台７２を通して、貯蔵室２の床部に伝わる。貯蔵室２の床部へ伝わった熱は、貯蔵室２内を流れる空気により、冷却されるが、貯蔵される収容体３の総数、熱伝導、輻射などの条件により、貯蔵室２のコンクリートの壁部の温度が許容値を上回る可能性がある。
【０１０３】
しかし、第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設７０では、貯蔵室２内を流れる除熱用の空気以外に、主に貯蔵室２の外壁部を冷却することにより、貯蔵室２の壁部の有する熱の一部を外部に取り除くことができる。これによって、貯蔵室２の壁部の温度が許容値を上回ることを抑制することができる。また、多数の収容体３を貯蔵した場合でも、貯蔵室２内の床部の温度上昇を緩和でき、壁部を構成するコンクリートの温度の許容値を超えることなく、信頼性の高い放射性物質乾式貯蔵施設を提供することができる。
【０１０４】
図１４には、第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設７０に、温度検出器７５、冷媒供給器７６および冷媒供給制御部７７を付加した構成を示す。
【０１０５】
温度検出器７５は、貯蔵室２の床部の外壁の温度を検出するもので、床部の外壁に複数個設置されている。温度検出器７５は、例えば、熱電対などで構成され、電気的に接続された冷媒供給制御部７７に温度検出に伴う信号を出力する。
【０１０６】
冷媒供給器７６は、ポンプ、送風器などから構成され、冷媒を冷媒供給口７３から冷却流路７１に供給する。
【０１０７】
冷媒供給制御部７７は、温度検出器７５の検出結果に基づいて、冷媒供給器７６における冷媒の供給流量を制御するものである。冷媒供給器７６は、流調弁などでもよいが、インバータ制御による電動機を用いれば、運転費の節約になり、維持費を安くすることができる。
【０１０８】
貯蔵室２の床部の外壁の温度は、温度検出器７５で常時検出され、温度検出器７５で検出された結果は、冷媒供給制御部７７に出力される。冷媒供給制御部７７は、温度検出器７５の検出結果から、貯蔵室２のから冷媒へ熱伝達される熱量を算出して、その結果に基づいて、冷媒供給器７６を制御し、冷却流路７１を流れる冷媒の流量を適切な流量に調整する。
【０１０９】
第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設７０に、温度検出器７５、冷媒供給器７６および冷媒供給制御部７７をさらに具備することで、貯蔵室２の外壁、特に床部の外壁を適切に冷却することができる。これによって、貯蔵室２内の温度上昇を緩和でき、壁部を構成するコンクリートの温度の許容値を超えることなく、信頼性の高い放射性物質乾式貯蔵施設を提供することができる。
【０１１０】
図１５は、第３実施形態による放射性物質乾式貯蔵施設に設けられた冷却流路７１への冷媒の供給方法の他の例を示す。
【０１１１】
図１５に示すように、排気ダクト７の排気流路の途中に、回転部として機能する回転羽根７８が配置され、回転羽根７８と連動して回転する冷却媒体導入部として機能する外気導入回転羽根８０が冷却流路７１内に配置される。回転羽根７８と外気導入回転羽根８０は、動力伝達部として機能する回転軸部７９によって連結され、回転軸部７９の一部が、排気流路と冷却流路７１とを隔てる排気ダクト７に開口された回転軸固定部８１に固定されている。なお、外気導入回転羽根８０は、冷却流路７１内に外気を取り込むように設置されている。なお、回転羽根７８および外気導入回転羽根８０は、軸流式に限らず接線流入式のものでもよい。
【０１１２】
次に、回転羽根７８および外気導入回転羽根８０の動作について説明する。
【０１１３】
貯蔵室２内で熱交換された空気は、排気ダクト７に流入し、排気ダクト７内を排気口１１に向かって流れる。そして、排気ダクト７内を流れる空気は、排気ダクト７内に設けられた回転羽根７８を回転させる。回転羽根７８の回転による動力は、回転軸部７９を介して外気導入回転羽根８０に伝えられ、外気導入回転羽根８０が回転する。外気導入回転羽根８０の回転によって、冷却流路７１内に、冷媒供給口７３から冷媒排出口７４に向かう流れが発生し、冷媒としての大気中の空気が、冷却流路７１内に取り込まれる。冷却流路７１内に取り込まれた空気は、冷却流路７１を流れることによって、貯蔵室２の外壁と熱交換され、冷媒排出口７４から大気中にに排出される。
【０１１４】
この冷媒の供給方法では、外気導入回転羽根８０の回転の動力源は、排気ダクト７内を自然対流によって流れる空気の運動エネルギを利用しているので、ポンプ、送風器などの冷媒供給器を動かす外部動力を必要とせず、放射性物質乾式貯蔵施設を安価に製作でき、また、放射性物質乾式貯蔵施設の運転コストを削減することができる。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明の放射性物質乾式貯蔵施設によれば、貯蔵室の高い冷却性能を有することで、貯蔵室内の温度上昇を緩和し、貯蔵室の壁部の温度の許容値を超えることなく、貯蔵施設の安全性および信頼性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設の断面図。
【図２】熱交換器の一例を示す断面図。
【図３】冷媒槽の付近の断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設の断面図。
【図５】輻射シールド板を配置した貯蔵室の天井部の斜視図。
【図６】輻射シールド部の構成例を示す斜視図。
【図７】輻射シールド部の構成例を示す斜視図。
【図８】放熱フィンを有する放熱部の構成例を示す斜視図。
【図９】放熱部の構成例を示す斜視図。
【図１０】放熱フィンを有する放熱部の構成例を示す斜視図。
【図１１】放熱部の構成例を示す図。
【図１２】高輻射係数材を有する放熱部の構成例を示す斜視図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設の断面図。
【図１４】冷却流路への冷媒の供給方法の構成例を示す断面図。
【図１５】冷却流路への冷媒の供給方法の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
１…放射性物質乾式貯蔵施設
２…貯蔵室
３…収容体
４…吸気ダクト
５…熱交換器
６…冷媒槽
７…排気ダクト
８…連通口
９…空気取り入れ口
１０…蓄冷材
１１…排気口
１２…地中

Claims (15)

1. 吸気ダクトと排気ダクトを備え、放射性物質を収容した容器を保持する貯蔵室と、
   前記吸気ダクトを流れる空気を冷却する冷却手段と
   を具備することを特徴とする放射性物質乾式貯蔵施設。
2. 前記冷却手段が、
   前記吸気ダクトを流れる空気を冷却する伝熱手段と、
   前記伝熱手段に冷却媒体を供給する冷媒槽と
   を具備することを特徴とする請求項１記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
3. 前記伝熱手段が、
   前記伝熱手段と前記冷却媒体との伝熱経路を遮断可能に配置された遮断部材を具備することを特徴とする請求項２記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
4. 前記放射性物質乾式貯蔵施設が、
   前記冷媒槽に収容された前記冷却媒体を前記吸気ダクト内に流出させる冷媒流出部をさらに具備することを特徴とする請求項２または３記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
5. 吸気ダクトと排気ダクトを備え、放射性物質を収容した容器を保持する貯蔵室と、
   前記貯蔵室の外壁を冷却する冷却媒体が流れる冷却流路と
   を具備することを特徴とする放射性物質乾式貯蔵施設。
6. 前記放射性物質乾式貯蔵施設が、
   前記冷却流路に前記冷却媒体を供給する冷媒供給部と、
   前記冷却媒体によって冷却される前記貯蔵室の外壁に設置され、前記貯蔵室の外壁の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部によって検出された検出結果に基づいて、前記冷媒供給部における前記冷却媒体の供給流量を制御する冷媒供給制御部と
   をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
7. 前記放射性物質乾式貯蔵施設が、
   前記排気ダクト内に設けられた回転部と、
   前記冷却流路内に設けられ、冷却媒体を前記冷却流路に導く冷却媒体導入部と、
   前記回転部の動力を前記冷却媒体導入部に伝える動力伝達部と
   をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
8. 前記放射性物質乾式貯蔵施設が、
   前記貯蔵室の内壁に沿って、所定の空隙をおいて配置された輻射シールド部をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
9. 前記輻射シールド部が、
   複数の金属板を所定の空隙をおいて積層して構成されたことを特徴とする請求項８記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
10. 前記輻射シールド部が、
    前記貯蔵室に配列された複数の前記容器との間に、前記容器の側面に対向するように前記輻射シールド部に接続された板状の金属体を具備することを特徴とする請求項８記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
11. 前記輻射シールド部が、
    前記貯蔵室に配列された複数の前記容器のそれぞれの側面を、所定の空隙を設けて囲むように設置された筒状の金属体を具備することを特徴とする請求項８記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
12. 前記輻射シールド部が、
    前記貯蔵室に配列された複数の前記容器のそれぞれの側面を、前記容器に対して同心的に所定の空隙を設けて囲むように設置された複数の筒状の金属体を具備することを特徴とする請求項８記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
13. 前記複数の筒状の金属体の最外周を構成する前記金属体を除いて、少なくとも最内周を構成する前記金属体に貫通孔が穿設されたことを特徴とする請求項１２記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
14. 前記金属体の表面に、凸形状部を設けたことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
15. 前記金属体の前記容器に面した側の表面が、前記金属体を構成する金属材料の輻射係数よりも大きい材料で形成されていることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１項記載の放射性物質乾式貯蔵施設。

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