JP2005291796A

JP2005291796A - 放射性物質乾式貯蔵施設および方法

Info

Publication number: JP2005291796A
Application number: JP2004104379A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Komuro; 三男小室; Seiichi Yokobori; 誠一横堀; Kazunori Kitamura; 和憲喜多村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】放射性物質を収納した収納体および収納体を貯蔵する貯蔵室を効率よく冷却することのできる放射性物質乾式貯蔵施設および方法を提供する。
【解決手段】放射性物質を収納した複数の収納体３を貯蔵する貯蔵室２と、貯蔵室２に外気を導入する吸気部（４，５）と、貯蔵室２の内気を排出する排気部６とを備え、収納体３は収納体３の下面に空気を流通させる台座１１上に設置され、隣接する収納体３を載置する台座１１は高さが異なる構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電所から発生する使用済燃料等の高レベル放射性物質を収納した容器を気中貯蔵するボールト方式の放射性物質乾式貯蔵施設および方法に関する。

原子力発電所から発生する使用済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。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。しかし、運転経費がかさむことや放射性廃棄物が多いなどの理由により経済性に難点がある。さらに貯蔵期間が長くなるほどこの欠点が大きな問題となることとなる。

乾式貯蔵はこれらの欠点を解消するために開発された貯蔵方式であり、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がある。乾式貯蔵はまだ歴史が浅く、現在国内では使用済燃料を輸送する輸送容器（キャスク）に収納した状態で保管するキャスク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、使用済燃料を収納する金属製容器の収納体１体ごとに遮蔽機能を持たせるために、貯蔵スペース効率が悪く施設面積が増大してしまう。一方、ボールト貯蔵では放射性物質収納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分だけ自然対流による除熱に工夫が必要になる（下記特許文献１参照）。

すなわち、放射性物質乾式貯蔵施設においては、放射性物質収納体自体の温度上昇および放射性物質収納体の輻射による貯蔵室壁面の温度上昇を低減するとともに、建設立地地域や季節による外部気温変化などの外部条件に変化が生じた場合にも、貯蔵室の健全性を維持し、かつ放射性物質収納体が異常に発熱した時には、至急に冷却することが必要である。
特開平１０−２８８６９２号公報

本発明は、放射性物質を収納した収納体および収納体を貯蔵する貯蔵室を効率よく冷却することのできる放射性物質乾式貯蔵施設および方法を提供することを目的とする。

請求項１から請求項７の発明は放射性物質乾式貯蔵施設および方法であり、請求項１の発明は、放射性物質を収納した複数の収納体を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室に外気を導入する吸気部と、前記貯蔵室の内気を排出する排気部とを備え、前記収納体は前記収納体の下面に空気を流通させる台座上に設置され、隣接する収納体を載置する前記台座は高さが異なる構成とする。

請求項２の発明は、放射性物質を収納した複数の収納体を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室に外気を導入する吸気部と、前記貯蔵室の内気を排出する排気部とを備え、前記貯蔵室は前記吸気部から前記排気部に向けて下り勾配の床面を有し、前記収納体は前記床面の下り勾配を相殺する高さを有する台座上に載置されている構成とする。

請求項３の発明は、放射性物質を収納した複数の収納体を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室に外気を導入する吸気部と、前記貯蔵室の内気を排出する排気部とを備え、前記収納体の数に対して所定の割合で前記収納体の代りに、内部に蓄熱材を充填してなる吸熱体を分散配置した構成とする。

請求項４の発明は、前記吸熱体を放射能管理下で冷却する冷却施設を備えている構成とする。
請求項５の発明は、前記排気部に設けられた電動ブロアまたは前記吸気部に設けられた電動コンプレッサを備えている構成とする。

請求項６の発明は、前記貯蔵室の天井に設けられた輻射シールド板と、前記輻射シールド板と外気との間に設けられたヒートパイプとを備えている構成とする。
請求項７の発明は、前記収納体の頭部と外気との間に設けられたヒートパイプを備え、前記ヒートパイプは、前記貯蔵室の天井外部に設けられ前記収納体を搬送する収納体搬送装置によって逐次異なる収納体に接続される構成とする。

請求項８の発明は、放射性物質乾式貯蔵方法であり、外気を導入する吸気部と内気を排出する排気部を備えた貯蔵室内に放射性物質を収納した複数の収納体を搬入して前記収納体の相互間に空気の通流する隙間をとって配置し、前記収納体の数に対して所定の割合で前記収納体を置くべき位置に内部に蓄熱材を充填してなる吸熱体を分散配置する方法とする。

本発明によれば、放射性物質を収納した収納体および収納体を貯蔵する貯蔵室を効率よく冷却することのできる放射性物質乾式貯蔵施設および方法を提供することができる。

以下、本発明の放射性物質乾式貯蔵施設の第１ないし第４の実施の形態を、添付の図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設を示す断面図である。本実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設は、コンクリート製の貯蔵室２を有し、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納した収納体３を貯蔵室２内に貯蔵し冷却する。外部空気は空気取入れ口４から取込まれて吸気ダクト５を通り、貯蔵室２内の収納体３の周囲に導入される。導入された空気は収納体３の間を流れ、収納体３の外面と熱交換を行う。

収納体３内には使用済燃料等が集合体の形で収納されており、当該燃料集合体からは崩壊熱が発生するので、ここでいう熱交換とは除熱に他ならず、吸込まれた空気は次第に温度を上昇させていく。崩壊熱により暖められた空気は密度が軽くなり、新たに流入する外気とのあいだに密度差を生じ、貯蔵室２内に自然対流１０が発生する。この自然対流１０の強さは、外気と貯蔵室２内の空気との温度差、および排気ダクト６の高さの積に比例する。

吸気ダクト５の途中には、地下に貯蔵された蓄冷材７、および蓄冷材７と流入する外気の間で熱交換を行う熱交換器８が設置されている。深さ５ｍよりも深い地中の温度は、年間を通して１０〜１５℃とほぼ一定で、このような環境に置かれた蓄冷材７も同程度の温度となる。一方、夏季の日中の外気温度は３０℃を超える日が多く、このように温度が高い外気をそのまま貯蔵室２内に導入した場合は、崩壊熱による空気の温度上昇値が一定であるため、貯蔵室２内全体の雰囲気温度が過度に上昇することになる。貯蔵室２を形成するコンクリート強度を確保するため、その表面温度の許容値はおよそ６５℃以下に設計されるのが普通である。

例えば、外気温度が３５℃の場合、崩壊熱による空気の温度上昇値は３０℃以下に抑えなければならず、このことは貯蔵室２内に貯蔵する収納体３の数に制限値を設けるか、または収納体３を数多く貯蔵したい場合には、より多くの外気を導入し、あるいは個々の収納体３の冷却性を向上しなければならない。

本実施の形態は、収納体３の台座１１を高床式にして台座面下より空気を吸込める構造とし、かつ隣接する収納体３の台座面レベルに高低差を与えて交互になるように設置し、台座面近傍の空気の流動抵抗を低減させ、排気ダクト６側の収納体３下部附近の空気流量を増やす。このようにすることにより、比較的高温になり易く吸気ダクト５から離れた排気ダクト６側の収納体３の温度を低減させることができる。

図２は本実施の形態の他の例を示し、貯蔵室２の床面１３に吸気ダクト５から排気ダクト６に向けて下り勾配を設け、同時に台座１１の高さを次第に高くし、収納体３の上部高さ位置を一致させるような高さとした構成である。この例によれば、床面１３上の流動抵抗を低減し、排気ダクト６側の収納体下部附近１４の空気流量を増やし、比較的高温になり易い排気ダクト６側の収納体温度を低減させることができる。床面１３の傾斜角度は５度〜２０度がよい。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設を図３を参照して説明する。第２の実施の形態が第１の実施の形態と大きく異なる点は、一部の収容体３の代りに吸熱体１５を配置したことである。吸熱体１５は、図４に示すように外見は収納体３と異ならず、内部に蓄熱材１６を充填した構成である。この場合、収納体３の底面レベルについては、交互のレベルになっていたり、スロープである必要はない。また、この吸熱体１５は適当な時間間隔で取外し、別に設けられた冷却施設に持ち込んで長時間かけて冷却し、その代りに、同冷却施設にて十分冷却された、スペアの吸熱体１５を貯蔵室２に設置する。吸熱体１５はヒートシンクとして作用し、収納体３ばかりの貯蔵室２に比べて室内温度、ひいては出口天井１７の温度上昇を抑制することができる。

なお蓄熱材１６は、５０℃近くの温度で融解・凝固の相変化を起すような化学物資を封入したカプセル球などが代表的なものである。また蓄熱材１６として金属を用いると、金属の有する比重と比熱の積（すなわち熱容量）が大きいために、蓄熱の目的を達成することができる。さらに金属の代りに水を容器内に充満させることでも同等の効果が得られる。
図５に示す吸熱体１５は、容器外表面を滑面にせずにフィン１８を設けて表面積を増加させたもので、同一の温度差と熱伝達率である場合は熱交換の効率を高めることができる。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設を図６および図７を参照して説明する。前記第１および第２の実施の形態では収納体３の冷却のために電気を必要とするような、いわゆる動的機器を使用せずに、自然力のみで除熱を行わせるが、図６に示す例では、排気ダクト６の途中または排気出口部に外部動力たる電動ブロア２０を設け、その作動によって強制的に空気冷却を行う。電動ブロア２０の設置場所に関しては、保守の容易さから出口が最善である。また故障したり保守点検の間は代替のものは用意しない。電動ブロア２０は市販の安価なもので十分である。

図７に示す例は、空気取入れ口４にコンプレッサ２１を設けた構成である。この例によれば、冷却用の風量を増加させることができる。図６，７の例を比較すると、ブロア２０のほうが空気流量の変動を軽減できる。

（第４の実施の形態）
つぎに、本発明の第４の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設を図８および図９を参照して説明する。本実施の形態はヒートパイプを使用した除熱システムを採用する。
図８に示すように、放射性物質を収納した収納体３が貯蔵されるコンクリート製の貯蔵室２の天井２５あるいは床面の内側に設けられた輻射シールド板２６を高温部（およそ６０℃）とし、前記天井２５が外界に面する外気空間側の面を低温部（およそ２０℃）として、この両者間（距離にして１ｍ程度）をヒートパイプ２２で接続して、常設の状態にて、定常的な熱交換が行われるようにする。ヒートパイプ２２の設置場所は、最も高い温度上昇が予想される排気ダクト６直前の出口天井１７から外に向って低温部を形成するようにする。

この実施の形態によれば、従来自然対流のみであった熱の流れが、出口に至る前に外部に排出されることが可能となり、全体の温度上昇を緩和することができる。ヒートパイプ２２は電気駆動源が不要な熱輸送機器であり、長期間に使用するほど安価な利点が得られる。本実施の形態は、ヒートパイプ２２を常設とせずに、図９に示すように、ヒートパイプ接続部２３を介して収納体３と収容体搬送装置２４の間に取付け、この搬送装置２４を随時移動させて除熱するようにしてもよい。
なお、上記第１ないし第４の実施の形態の構成を適宜組み合わせた放射性物質乾式貯蔵施設においても本発明の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設を示す断面図。本発明の第１の実施の形態の他の例の放射性物質乾式貯蔵施設を示す断面図。本発明の第２の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設を示す断面図。本発明の第２の実施の形態における吸熱体を示す断面図。本発明の第２の実施の形態において吸熱体の表面にフィンを設けた実施例を示す図。本発明の第３の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設を示す断面図。本発明の第３の実施の形態の他の例の放射性物質乾式貯蔵施設を示す断面図。本発明の第４の実施の形態の放射性物質乾式貯蔵施設を示す断面図。本発明の第４の実施の形態の他の例の放射性物質乾式貯蔵施設を示す断面図。

符号の説明

２…貯蔵室、３…収納体、４…空気取入れ口、５…吸気ダクト、６…排気ダクト、７…蓄冷材、８…熱交換器、１０…吸い込まれた空気の自然対流の流れ、１１…台座、１３…貯蔵室床面、１４…排気ダクト側の収納体下部附近、１５…吸熱体、１６…蓄熱材、１７…出口天井、１８…フィン、２０…電動ブロア、２１…コンプレッサ、２２…ヒートパイプ、２３…ヒートパイプ接続部、２４…収納体搬送装置、２５…貯蔵室の天井、２６…輻射シールド板。

Claims

放射性物質を収納した複数の収納体を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室に外気を導入する吸気部と、前記貯蔵室の内気を排出する排気部とを備え、前記収納体は前記収納体の下面に空気を流通させる台座上に設置され、隣接する収納体を載置する前記台座は高さが異なることを特徴とする放射性物質乾式貯蔵施設。
放射性物質を収納した複数の収納体を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室に外気を導入する吸気部と、前記貯蔵室の内気を排出する排気部とを備え、前記貯蔵室は前記吸気部から前記排気部に向けて下り勾配の床面を有し、前記収納体は前記床面の下り勾配を相殺する高さを有する台座上に載置されていることを特徴とする放射性物質乾式貯蔵施設。
放射性物質を収納した複数の収納体を貯蔵する貯蔵室と、前記貯蔵室に外気を導入する吸気部と、前記貯蔵室の内気を排出する排気部とを備え、前記収納体の数に対して所定の割合で前記収納体の代りに、内部に蓄熱材を充填してなる吸熱体を分散配置したことを特徴とする放射性物質乾式貯蔵施設。
前記吸熱体を放射能管理下で冷却する冷却施設を備えていることを特徴とする請求項３に記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
前記排気部に設けられた電動ブロアまたは前記吸気部に設けられた電動コンプレッサを備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
前記貯蔵室の天井に設けられた輻射シールド板と、前記輻射シールド板と外気との間に設けられたヒートパイプとを備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
前記収納体の頭部と外気との間に設けられたヒートパイプを備え、前記ヒートパイプは、前記貯蔵室の天井外部に設けられ前記収納体を搬送する収納体搬送装置によって逐次異なる収納体に接続されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の放射性物質乾式貯蔵施設。
外気を導入する吸気部と内気を排出する排気部を備えた貯蔵室内に放射性物質を収納した複数の収納体を搬入して前記収納体の相互間に空気の通流する隙間をとって配置し、前記収納体の数に対して所定の割合で前記収納体を置くべき位置に内部に蓄熱材を充填してなる吸熱体を分散配置することを特徴とする放射性物質乾式貯蔵方法。