JP2007108052A - コンクリートキャスク - Google Patents
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Abstract
【課題】キャニスタの発熱量の減少や表面の温度分布を考慮して適切な冷却を行う。
【解決手段】コンクリート容器1内に収容されたキャニスタ2を冷却する冷却空気を、給気通路3から取り込んで給気通路3よりも高い位置に設けられた排気口4から排出するコンクリートキャスクであって、給気通路3を高さが異なる位置にそれぞれ設け、キャニスタ2の発熱量の減少に応じて、冷却空気を取り込む給気通路3をより高い位置のものに切り換え可能にする。
【選択図】図1
【解決手段】コンクリート容器1内に収容されたキャニスタ2を冷却する冷却空気を、給気通路3から取り込んで給気通路3よりも高い位置に設けられた排気口4から排出するコンクリートキャスクであって、給気通路3を高さが異なる位置にそれぞれ設け、キャニスタ2の発熱量の減少に応じて、冷却空気を取り込む給気通路3をより高い位置のものに切り換え可能にする。
【選択図】図1
Description
本発明は、使用済燃料等を貯蔵するコンクリートキャスクに関する。更に詳しくは、本発明は、コンクリートキャスクの冷却系の改良に関するものである。
原子力発電で発生した使用済原子燃料はコンクリートキャスクに収容され、適切な管理の下で貯蔵される。コンクリートキャスクは、使用済原子燃料を収容するキャニスタと、このキャニスタを収容するコンクリート容器より構成されている。原子炉から取り出した後も使用済原子燃料中の核分裂生成物(FP)の崩壊は続くので、貯蔵中もキャニスタは発熱する。このため、コンクリートキャスクには冷却空気を循環させる通路が設けられており、自然対流によって冷却空気を循環し、キャニスタを冷却している。
図9に、従来のコンクリートキャスクに設けられている冷却空気の循環通路を示す。冷却空気はコンクリート容器101の底部101aに設けられた給気通路103から取り込まれ、コンクリート容器101とキャニスタ102との間の冷却通路104を上昇し、コンクリート容器101と蓋105との間の通路106を通ってコンクリート容器101の上部に設けられた排気口107から排出される。冷却空気は冷却通路104を流れながらキャニスタ102を冷却する。このときの加熱によって冷却空気には上昇力が作用するので、冷却空気は給気通路103→冷却通路104→通路106→排気口107へと自然対流によって循環する。
キャニスタ102の発熱は使用済原子燃料の崩壊熱に起因したものであり、キャニスタ102の発熱量は貯蔵初期が最も大きい。冷却空気の循環は、貯蔵初期におけるキャニスタ102の発熱量の除去が可能な冷却空気流量を確保するように設計されている。つまり、貯蔵初期のキャニスタ102の発熱量を考慮して冷却能力が決定されている。
なお、コンクリートキャスクに設けられた循環通路が記載されている特許文献として、例えば特開2002−228793号公報等がある。
しかしながら、上述のコンクリートキャスクには、以下の問題があった。コンクリートキャスクの冷却能力は貯蔵初期のキャニスタ102の発熱量を考慮して決定されており、貯蔵末期では、使用済原子燃料の崩壊熱が低下し、低発熱となるが、この発熱量については、考慮されていない。また、冷却空気は、常に、コンクリート容器101の底部101aに設けられた給気通路103から上部に設けられた排気口107へと流れるが、キャニスタ102の縦方向温度分布は不均一であり、一般に、キャニスタ102下部の温度が低くなる。これらのため、貯蔵の全期間にわたりキャニスタ102の全ての部分に対して最適な冷却を維持しているとはいえなかった。
図10に、実物大コンクリートキャスクを使用したキャニスタ102の縦方向温度分布を調べる試験の結果を示す。(a)はキャニスタ102の高さと表面温度分布の関係を、(b)はキャニスタ102の断面を(a)の縦軸(高さ)に対応して示している。(a)の発熱量22.6kWは貯蔵初期(貯蔵0年相当)、発熱量16kWは貯蔵中期(貯蔵20年相当)、発熱量10kWは貯蔵末期(貯蔵40年相当)のキャニスタ102の発熱量を想定している。
図10からも明らかなように、キャニスタ102の表面温度は貯蔵期間が長くなるほど全体的に低下する。また、キャニスタ102の縦方向温度分布は、キャニスタ102の底部101aが最も低くなっている。そして、図中E楕円で示すように、貯蔵末期にはキャニスタ102底部の表面温度が100℃を下回っている。そして、表面温度が100℃を下回る部分には結露による錆が発生することが懸念される。このように、貯蔵の全期間にわたって部分ごとに冷却が適切に行われているとは言い難い。
本発明は、キャニスタの発熱量の減少及び温度分布を考慮して、適切な冷却を行うことが可能なコンクリートキャスクを提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、請求項1記載の発明は、コンクリート容器内に収容されたキャニスタを冷却する冷却空気を、給気通路から取り込んで給気通路よりも高い位置に設けられた排気口から排出するコンクリートキャスクにおいて、給気通路を高さが異なる位置にそれぞれ設け、キャニスタの発熱量の減少に応じて、冷却空気を取り込む給気通路をより高い位置のものに切り換え可能にしたものである。
キャニスタはその内部に収納された使用済燃料から発生する崩壊熱によって発熱するものであり、給気通路から取り込まれた冷却空気によって常に冷却されている。キャニスタの発熱量は貯蔵初期には大きいが、時間の経過にともなって徐々に減少する。また、キャニスタの高さ方向の温度分布は不均一であり、キャニスタの下部の表面温度はその他の部分の表面温度に比べて低くなる。キャニスタの発熱量の減少に応じて冷却空気を取り込む給気通路をより高い位置のものに切り換えることで、キャニスタ下部に冷却空気が当たらないため、この部分を過度に冷やすことなく、冷却が必要な高温部分のみを良好に冷却することができる。
また、請求項2記載のコンクリートキャスクは、給気通路に閉塞部材を設け、閉塞部材の開閉によって冷却空気を取り込む給気通路を切り換え可能にしたものである。
閉塞部材を閉じた給気通路からは冷却空気は取り込まれず、閉塞部材を開いた給気通路から冷却空気が取り込まれる。したがって、開く閉塞部材を下に位置するものから上に位置するものへと順番に切り換えることで、冷却空気を取り込む位置を徐々に高くすることができる。閉塞部材の開閉は簡単である。
さらに、請求項3記載のコンクリートキャスクは、給気通路が湾曲部又は屈曲部を有している。したがって、キャニスタから放出した放射線(主に中性子線)が給気通路に侵入したとしても、給気通路を構成する周囲の壁に衝突するため、十分な遮蔽機能を持っている。
請求項1記載のコンクリートキャスクでは、給気通路を高さが異なる位置にそれぞれ設け、キャニスタの発熱量の減少に応じて、冷却空気を取り込む給気通路をより高い位置のものに切り換え可能にしたので、キャニスタの発熱量の減少に応じて冷却空気を取り込む位置を徐々に高くすることができ、温度が低くなったキャニスタの下部を除いて高温部分のみを冷却することができる。このため、キャニスタの下部の冷やし過ぎを防止することができ、結露の発生を防止して腐食しやすい環境になるのを防止することができる。
また、請求項2記載のコンクリートキャスクでは、給気通路に閉塞部材を設け、閉塞部材の開閉によって冷却空気を取り込む給気通路を切り換え可能にしたので、冷却空気を取り込む位置を簡単に切り換えることができる。
さらに、請求項3記載のコンクリートキャスクでは、給気通路が湾曲部又は屈曲部を有しているので、キャニスタから放出した放射線が給気通路を通って外部に直接放出されることを防止できる。このため、コンクリート容器のキャニスタ対向位置に給気通路を設けても、放射線の遮蔽能力の悪化を抑制することができる。
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
図1及び図2に本発明のコンクリートキャスクの実施形態の一例を示す。コンクリートキャスクは、コンクリート容器1内に収容されたキャニスタ2を冷却する冷却空気を、給気通路3から取り込んで給気通路3よりも高い位置に設けられた排気口4から排出するものであって、給気通路3を高さが異なる位置にそれぞれ設け、キャニスタ2の発熱量の減少に応じて、冷却空気を取り込む給気通路3をより高い位置のものに切り換え可能にしたものである。使用済原子燃料を収容するキャニスタ2は支持脚5の上に載せられてコンクリート容器1内に収容されている。
本実施形態では、給気通路3を例えば3種類の高さ位置(3段)にそれぞれ設けている。なお、最も低い位置に設けた給気通路3、即ち下段の給気通路3に符号3Lを、2番目に高い位置に設けた給気通路3、即ち中段の給気通路3に符号3Mを、最も高い位置に設けた給気通路3、即ち上段の給気通路3に符号3Hをそれぞれ付して説明する。各段毎に例えば4本の給気通路3が設けられている。また、各段の給気通路3は、例えば上から見て重なる位置に設けられている。
給気通路3はコンクリート容器1の径方向に一直線状に伸びるものではなく、屈曲部6を有している。本実施形態では、給気通路3のほぼ中央が給気口11側からみて上方向にクランク状に屈曲する屈曲部6となっている。したがって、キャニスタ2から放出した放射線(主に中性子線)が給気通路3に逆方向から侵入したとしても給気通路3を構成する周囲の壁に衝突させることができ、給気通路3を通って外部に直接放出されることを防止することができる。
給気通路3から取り込まれた冷却空気は、コンクリート容器1とキャニスタ2との間の冷却通路7を上昇し、コンクリート容器1と容器蓋8との間の通路9を通ってコンクリート容器1の上部に設けられた排気口4から排出される。冷却空気は冷却通路7を流れながらキャニスタ2を冷却する。このときの加熱によって冷却空気には上昇力が作用するので、冷却空気は給気通路3→冷却通路7→通路9→排気口4へと自然対流によって循環する。
給気通路3には閉塞部材10が設けられており、閉塞部材10の開閉によって冷却空気を取り込む給気通路3を高さの異なるものに切り換え可能にしている。本実施形態では、閉塞部材10としての蓋を給気通路3の入口、即ち給気口11に設けている。中段及び上段の給気通路3M,3Hの閉塞部材10を閉じ、下段の給気通路3Lの閉塞部材10を開けた状態では、冷却空気は下段の給気通路3Lから取り込まれる。このため、冷却空気はコンクリート容器1とキャニスタ2との間の冷却通路7を一番下の位置から流れ始め、下部2aを含めてキャニスタ2全体を良好に冷却することができる。
また、下段及び上段の給気通路3L,3Hの閉塞部材10を閉じ、中段の給気通路3Mの閉塞部材10を開けた状態では、冷却空気は中段の給気通路3Mから取り込まれる。このため、冷却空気が冷却通路7内に進入する高さが1段分高くなり、キャニスタ2の下部2aから上の部分を冷却空気によって直接冷却することができる。
さらに、下段及び中段の給気通路3L,3Mの閉塞部材10を閉じ、上段の給気通路3Hの閉塞部材10を開けた状態では、冷却空気は上段の給気通路3Hから取り込まれる。このため、冷却空気が冷却通路7内に進入する高さが更に1段分高くなり、キャニスタ2の下部2aとその上の近傍部分2bから上の部分を冷却空気によって直接冷却することができる。なお、図1はこの状態を示している。
図10に示すように、キャニスタ2の発熱量は使用済原子燃料の崩壊熱の減少、即ち時間の経過にともない発熱量が減少する。また、キャニスタ2の高さ方向の表面温度分布は不均一であり、上部2eの下の上部近傍部分2cが最も高く、下に移るのに従って徐々に低くなり、下部2aが最も低くなる。キャニスタ2の発熱量が大きな貯蔵初期には、下段の給気通路3Lから冷却空気を取り込んで、キャニスタ2全体を良好に冷却する。
キャニスタ2の発熱量が減少し、キャニスタ2の下部2aの表面温度が十分低くなった場合には、冷却空気の取り入れ経路を1段上げて中段の給気通路3Mから冷却空気を取り込むようにする。これにより、冷却空気を直接当てて冷却することが引き続き必要な部分(下部2aよりも上の部分)の冷却を良好に行いながら、冷却空気を直接当てて冷却することが不要になった部分(下部2a)に冷却空気が直接当たらないようにして当該部分が過度に冷却されるのを防止することができる。
そして、キャニスタ2の発熱量が更に減少し、キャニスタ2の下部2aとその上の近傍部分2bの温度が十分低くなった場合には、冷却空気の取り入れ経路を更に1段上げて上段の給気通路3Hから冷却空気を取り込むようにする(図1)。これにより、冷却空気を直接当てて冷却することが引き続き必要な部分(キャニスタ2の中央部2d、上部近傍部分2c、上部2e)の冷却を良好に行いながら、冷却空気を直接当てて冷却することが不要になった部分(下部2aとその上の近傍部分2b)に冷却空気が直接当たらないようにして当該部分が過度に冷却されるのを防止することができる。
このように、本発明ではキャニスタ2の発熱量の変化と表面の温度分布を考慮して冷却空気の循環経路を切り換えて冷却を適切に行うことができる。このため、キャニスタ2の部分的な過冷却を防止することができる。キャニスタ2が過冷却されると結露が発生して腐食されやすい環境になることが懸念される。本発明のコンクリートキャスクではキャニスタ2の過度な冷却を防止することができるので、結露の発生を防止することができ、腐食しやすい環境、例えば錆や、特に沿岸地方では飛来した海塩粒子の付着による応力腐食割れの発生しやすい環境等になるのを防止することができる。
なお、結露発生の温度は種々の条件によって変化するので一定ではないが、キャニスタ2の表面温度が、例えば100℃未満になると結露の発生が懸念される。このため、キャニスタ2の表面温度が、例えば100℃未満にならないように中段と上段の給気通路3M,3Hを設けると共に、冷却空気を取り込む給気通路3L,3M,3Hを切り換える。なお、図10の例では、例えば高さ1500mmの位置に中段の給気通路3Mを、高さ2000mmの位置に上段の給気通路3Hをそれぞれ設けることが考えられる。
また、本発明では冷却空気を取り込む給気通路3の切り換えを閉塞部材10の開閉によって行っているので、通路切り換え作業を簡単に行うことができる。
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるが、遮蔽強化を考慮する際は、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、各段の給気通路3を上から見て重なる位置に設けていたが、例えば図3に示すように、各段の給気通路3を上から見てずれた位置に設けるようにしても良い。なお、図3の例では、各段の給気通路3を例えば30度ずつずらしている。
また、上述の説明では、給気通路3の途中に上方向に屈曲する屈曲部6を設けていたが、上方向に屈曲する屈曲部6に代えて下方向に屈曲する屈曲部6を設けても良く、また、上下方向に屈曲する屈曲部6に代えて上下方向以外の方向例えば水平方向に屈曲する屈曲部6を設けても良い。これらの場合にも、コンクリート容器1のキャニスタ対向位置に給気通路3M,3Hを設けることによる放射線遮蔽能力の悪化を抑制することができる。
また、上述の説明では、給気通路3に屈曲部6を1箇所だけ設けていたが、屈曲部6を複数箇所に設けても良い。この場合には、コンクリート容器1の放射線遮蔽能力の悪化をさらに抑制することができる。
また、上述の説明では、給気通路3に屈曲部6を設けていたが、例えば図4に示すように、屈曲部6に代えて、湾曲部12を設けても良い。また、湾曲部12を設ける場合には、給気通路3を部分的に湾曲させて湾曲部12を設けても良いし、給気通路3を全体的に湾曲させて湾曲部12を設けて良い。これらの場合にも、コンクリート容器1のキャニスタ対向位置に給気通路3M,3Hを設けることによる放射線遮蔽能力の悪化を抑制することができる。
また、給気通路3をコンクリート容器1の高さ方向又は周方向に傾斜させても良く、あるいは高さ方向と周方向の両方向に傾斜させても良い。これらの場合にも、キャニスタ2から漏れた放射線が給気通路3を通って外部に直接漏れ出ることを防止することができ、コンクリート容器1のキャニスタ対向位置に給気通路3M,3Hを設けることによる放射線遮蔽能力の悪化を抑制することができる。
また、図5及び図6に示すように給気通路3を設けても良い。この例では、各段の給気通路3は、上からみて螺旋状に形成されている。また、中段の給気通路3Mと上段の給気通路3Hは給気口11側からみて上方向に傾斜している。ただし、下方向に傾斜させても良い。キャニスタ対向位置に設けられている給気通路3M,3Hでは、コンクリート容器1の径方向に真っ直ぐ伸びる部分が存在せず、コンクリート容器1の放射線遮蔽体としての厚さが部分的に極端に減少するのを防止することができる。このため、コンクリート容器1の放射線遮蔽能力の悪化を抑制することができる。なお、図5ではコンクリート容器1の断面に各段の給気通路3をあらわしているが、これは便宜的なものであり、各段の給気通路3は上からみて例えば30度ずつずれた位置に設けられている(図6)。
また、図7及び図8に示すように給気通路3を設けても良い。この例では、各段の給気通路3は上からみて放射状に形成されている。また、各段の給気通路3は上から見て例えば30度ずつずれた位置に設けられている。また、各段の給気通路3の給気口11はコンクリート容器1の底部1aに設けられている。即ち、中段の給気通路3Mと上段の給気通路3Hの途中に上下方向に伸びる立ち上がり部13を設けることで、コンクリート容器1の径方向に真っ直ぐに伸びる部分14をコンクリート容器1の底部1aに配置している。これにより、中段の給気通路3Mと上段の給気通路3Hを設けることによる放射線遮蔽能力の悪化を抑制することができる。
また、上述の説明では、給気通路3の高さを3段階に切り換え可能にしているが、段数は3段階に限るものではなく、例えば2段階でも良く、4段階以上でも良い。
また、上述の説明では、各段毎に4本の給気通路3を設けていたが、各段毎に設ける給気通路3の数は4本に限るものではなく、3本以下でも良く、5本以上でも良い。
また、上述の説明では、給気通路3の入口を外側から塞ぐ蓋によって閉塞部材10を構成していたが、給気通路3を開閉できるものであれば閉塞部材10はこのような蓋に限るものではない。例えば、閉塞部材10をブロック体によって構成し、給気通路3の入口に挿入したり引き抜いたりすることで給気通路3を開閉するようにしても良い。
また、上述の説明では、自然対流のみによって冷却空気を循環させていたが、ファン等を設けて強制的に冷却空気を循環させるようにしても良い。
さらに、上述の説明では、3段設けている給気通路3のうちの1段を選択して冷却空気を取り込むようにしていたが、複数段の給気通路3から同時に冷却空気を取り込むようにしても良い。特に、給気通路3の段数を多くした場合等には有効である。
1 コンクリート容器
2 キャニスタ
3 給気通路
3H 上段の給気通路
3M 中段の給気通路
3L 下段の給気通路
4 排気口
6 屈曲部
10 閉塞部材
12 湾曲部
2 キャニスタ
3 給気通路
3H 上段の給気通路
3M 中段の給気通路
3L 下段の給気通路
4 排気口
6 屈曲部
10 閉塞部材
12 湾曲部
Claims (3)
- コンクリート容器内に収容されたキャニスタを冷却する冷却空気を、給気通路から取り込んで前記給気通路よりも高い位置に設けられた排気口から排出するコンクリートキャスクにおいて、前記給気通路を高さが異なる位置にそれぞれ設け、前記キャニスタの発熱量の減少に応じて、前記冷却空気を取り込む給気通路をより高い位置のものに切り換え可能にしたことを特徴とするコンクリートキャスク。
- 前記給気通路に閉塞部材を設け、前記閉塞部材の開閉によって前記冷却空気を取り込む給気通路を切り換え可能にしたことを特徴とする請求項1記載のコンクリートキャスク。
- 前記給気通路は湾曲部又は屈曲部を有していることを特徴とする請求項1又は2記載のコンクリートキャスク。
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