JP3566971B2 - 放射性物質乾式貯蔵設備 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、放射性物質乾式貯蔵設備に係り、特に、原子力発電所から発生する使用済燃料集合体及び放射性廃棄物固化体等の高レベル放射性物質を貯蔵するのに好適な放射性物質乾式貯蔵設備に関するものである。
背景技術
原子力発電所から発生する使用済燃料集合体は、再使用可能なウランおよびプルトニウム等の核燃料物質を回収するために再処理される。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。この放射性廃棄物ガラス固化体は、崩壊熱量が減少して処分が可能となるまでの期間、冷却しながら貯蔵する必要がある。また、使用済燃料集合体は、再処理されるまでの間、原子力発電所内等の貯蔵プールに保管され、水にて冷却される。しかしながら、年々増大する使用済燃料集合体を長期間貯蔵可能な新たな貯蔵設備の建設が望まれている。
放射性廃棄物ガラス固化体及び使用済燃料集合体を貯蔵するのに好適な貯蔵設備の一種に、特公平５−11598号公報及び実開昭63−38099号公報に記載された空気冷却の放射性物質乾式貯蔵設備がある。
特公平５−11598号公報記載の放射性物質乾式貯蔵設備は、コンクリート製建屋内の貯蔵室に設置された収納管内に、放射性廃棄物ガラス固化体または使用済燃料集合体を収納して貯蔵する。収納管は、上端部が貯蔵室の天井スラブに保持され、貯蔵室の床スラブまで達している。収納管内の放射性物質から発生する崩壊熱は、入口より流入する空気により除熱される。貯蔵室に流入した空気は、天井スラブと床スラブとの間に形成される冷却空気通路内を水平方向に流れ、出口より大気に放出される。
実開昭63−38099号公報記載の放射性物質乾式貯蔵設備は、特公平５−11598号公報記載の放射性物質乾式貯蔵設備と同様に、貯蔵室内に設置し内部に放射性廃棄物ガラス固化体または使用済燃料集合体を収納した収納管を空気によって冷却するものである。ただし、実開昭63−38099号公報記載の放射性物質乾式貯蔵設備は、各収納管の周囲を取り囲む筒状体を設けている。空気は、収納管と筒状体との間に形成される環状通路内を収納管に沿ってかつ下方より上方に向かって流れる。
特公平５−11598号公報の放射性物質乾式貯蔵設備は、空気が貯蔵室内の入口から出口に向かい、水平方向に流れて各収納管からの崩壊熱を除去していくので、貯蔵室の入口側に位置する収納管内の放射性物質の冷却効率は良い。しかし、出口に向かうに従い、空気は徐々に加熱され、空気温度が上昇するため、貯蔵室の出口側に位置するほど収納管内の放射性物質の冷却効率は低下する。すなわち、貯蔵室の出口側に位置するほど収納管内の放射性物質の温度は高くなる。
これに対して、実開昭63−38099号公報に記載された放射性物質乾式貯蔵設備は、空気が貯蔵室内を垂直に流れるので、各収納管を取り囲むそれぞれの環状通路の入口における空気の温度が等しくなる。このため、貯蔵室の入口側および出口側に位置する各収納管内の放射性物質はほぼ同じように冷却される。しかし、空気が環状通路内を垂直に流るため、環状通路出口に向かうほど空気温度が上昇するため、各収納管の放射性物質は、環状通路出口側ほど冷却効率は低下する。すなわち、各収納管内の放射性物質の温度は、環状通路出口側ほど高くなる。
これらの放射性物質乾式貯蔵設備は、外気と収納管周囲の空気の温度差に基づく自然対流による自然空冷を行っているが、各収納管内の放射性物質の温度を一様にできることが望ましい。
本発明の目的は、貯蔵室内における収納管の温度を空気吸込部側から空気排気部側に渡ってより均一化できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、簡単な設備で、貯蔵室内における収納管の温度を空気吸込部側から空気排気部側に渡ってより均一化できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、収納管の配置作業を容易にできる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、貯蔵室内における空気通路の圧力損失の増加を防止できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、自然対流による貯蔵室内の収納管の冷却を促進できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、外部の風圧に対する強度を向上できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
発明の開示
上記の目的を達成する第１の発明の特徴は、放射性物質を収納する収納管と、該収納管を複数本納め、かつ、収納管の長手方向が下方に向うように配置した貯蔵室と、前記貯蔵室内に外部の空気を導く空気吸込部と、前記貯蔵室内を通過し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記貯蔵室の床面、天井下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を前記空気吸込部側よりも前記空気排気部側で減少させて、前記貯蔵室内の前記空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率を増加させたことを特徴とすることにある。
第１発明は、貯蔵室の床面、天井下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を空気吸込部側よりも空気排気部側で減少させて．貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率を増加させることによって、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率が貯蔵室内の空気吸込部側に位置する収納管の熱伝達率よりも向上する。このため、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管から空気への伝熱効率が向上し、貯蔵室内の空気吸込部側にある収納管によって空気温度が上昇しても、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の単位表面積当りにおける空気への熱伝達量が従来よりも多くなる。従って、貯蔵室内における収納管の温度を空気吸込部側から空気排気部側に渡ってより均一化できる。
上記の目的を達成する第２の発明の特徴は、放射性物質を収納する収納管と、該収納管を複数本納め、かつ、収納管の長手方向が下方に向うように配置した貯蔵室と、前記貯蔵室内に外部の空気を導く空気吸込部と、前記貯蔵室内を通過し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記貯蔵室の床面、天井下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を前記空気吸込部側よりも前記空気排気部側で減少させて、前記貯蔵室内の前記空気排気部側での空気の流速を前記貯蔵室内の前記空気吸込部側での流速よりも増加させたことを特徴とすることにある。
第２発明は、貯蔵室の床面、天井下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を空気吸込部側よりも空気排気部側で減少させて、貯蔵室内の空気排気部側での空気流速を増加させているので、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率が貯蔵室内の空気吸込部側に位置する収納管の熱伝達率よりも向上する。このため、第２発明は、第１発明と同様に、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の単位表面積当りにおける空気への熱伝達量が従来よりも多くなる。特に、第２発明では、貯蔵室内の空気排気部側での空気流速の増加によって、空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率を容易に向上させることができる。このため、第２発明は、貯蔵室内における収納管の温度を第１発明よりも空気吸込部側から空気排気部側に渡って均一化できる。
上記の他の目的を達成する第３の発明の特徴は、放射性物質を収納する収納管と、該収納管を複数本納め、かつ、収納管の長手方向が下方に向うように配置した貯蔵室と、外部の空気を導く空気吸込部と、各々の前記収納管毎に前記収納管を取り囲んで形成されて、前記空気吸込部から供給される前記空気を前記収納管に沿って下方より上方に導く環状通路と、前記環状通路内を上昇し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記収納管の長手方向を囲う空気通路の断面積を前記収納管の下方よりも前記収納管の上方で減少させて、前記環状通路の下端部側よりも前記環状通路の上端部側で前記収納管の熱伝達率を増加させたことを特徴とすることにある。
第３発明は、前記収納管の長手方向を囲う空気通路の断面積を前記収納管の下方よりも前記収納管の上方で減少させて、環状通路の下端部側よりも環状通路の上端部側で収納管の熱伝達率を増加させているので、収納管の長手方向における収納管管壁の温度分布をより均一化できる。
上記の目的を達成する第６の発明の特徴は、貯蔵室の天井下面の高さを前記空気吸込部側から前記空気排気部側に向かって高くすることにある。
第６発明は、貯蔵室の天井下面の高さが空気吸込部側から空気排気部側に向かって高くなるので、天井下面に沿った空気排気部に向かう空気流が生じ易くなり、自然対流による貯蔵室内の収納管の冷却を促進できる。
上記の他の目的を達成する第７の発明の特徴は、複数の上記の放射性物質乾式貯蔵設備を、空気排気部を内側にして放射状に配置し、隣合う前記放射性物質乾式貯蔵設備の前記貯蔵室の側壁部を、互いに接触させて結合していることにある。
第７発明は、各放射性物質乾式貯蔵設備の側壁部が放射状に配置されており、各放射性物質乾式貯蔵設備の一面のみが外部の空気と接触しているので、風圧に対する強度が増大する。
上記の目的を達成する第８の発明の特徴は、放射性物質を収納する複数の収納管と、これらの収納管が内部に配置された貯蔵室と、外部の空気を導く空気吸込部と、各々の前記収納管毎に前記収納管を取り囲んで形成されて、前記空気吸込部から供給される前記空気を前記収納管に沿って下方より上方に導く環状通路と、前記環状通路内を上昇し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記環状通路の下端部側よりも前記環状通路の上端部側で前記収納管の熱伝達率を増加させる手段を設けたことにある。
第８発明は、環状通路の下端部側よりも環状通路の上端部側で収納管の熱伝達率を増加させる手段を設けているので、収納管の長手方向における収納管管壁の温度分布をより均一化できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の好適な一実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の縦断面図、第２図は第１図の貯蔵室の部分での横断面図、第３図は第１図の収納管の横断面図、第４図は第１図の貯蔵室内での空気の温度分布及び収納管の管壁温度の分布を示す特性図、第５図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の貯蔵室の横断面図、第６図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の貯蔵室の横断面図、第７図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の貯蔵室部分での横断面図、第８図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の貯蔵室部分での横断面図、第９図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の縦断面図、第10図は第９図の収納管付近の拡大図である。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
本発明の好適な一実施例である放射性物質乾式貯蔵設備が、第１図，第２図及び第３図を用いて説明される。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備１は、原子力発電所から発生した使用済燃料集合体を収納する収納管10を備えたコンクリート製の建屋である。放射性物質乾式貯蔵設備１は、収納管10を配置した貯蔵室2,収納管10内に収納する使用済燃料集合体を搬送する搬送室3,外部の空気を貯蔵室10内に導く吸込ダクト7,貯蔵室10内で暖められた空気を外部に放出する排気ダクト８を備える。貯蔵室２は、地面20内に位置し、周囲に位置するコンクリート製の側壁部4,底部に位置するコンクリート製の床スラブ５、及び床スラブ５の上方に位置するコンクリート製の天井スラブ６によって構成される。対向する一対の側壁部4Aと側壁部4Bとの間の距離は、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって徐々に狭くなる。このため、放射性物質乾式貯蔵設備１の横断面形状は、三角形になっている。搬送室３は、貯蔵室２の上方、すなわち天井スラブ６の上方に位置する。
複数の収納管10は、上端部が天井スラブ６に保持され、貯蔵室２内を下方に向って延びる。各収納管10の下端部は、床スラブ５の固定穴によって支持される。各収納管10の上端部は、放射線遮へい体で構成される着脱自在の蓋12によって密封される。収納管10は、前述のように上下端部が支持されるので、上下左右の振動を抑制でき、横転も防止できる。収納管10は千鳥状に配置される。一列に配置される収納管10の本数は、側壁部4Aと側壁部4Bとの間の距離が狭くなるに伴って、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かい少なくなる。
床スラブ５の上面は、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって同一のレベルにある。天井スラブ６の下面のレベル（床スラブ５の上面からの高さ）は、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって徐々に高くなる。貯蔵室２内の空気通路は、側壁部4A,側壁部4B,床スラブ5,天井スラブ６及び収納管10の間に形成される。この空気通路の縦断面積は、天井スラブ６の下面のレベルが排気ダクト８側に向かって徐々に高くなっているにもかかわらず、側壁部4Aと側壁部4Bとの間の距離が排気ダクト８側に向かって狭くなっているので、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって減少する。このため、その空気通路内を流れる空気の流速は、吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で速くなる。
複数の整流板14Aが貯蔵室２の入口部に回転可能に設けられる。複数の整流板14Bが貯蔵室２の出口部に回転可能に設けられる。整流板14Aは、貯蔵室２内に空気が均等に流入するように開度を調節される。整流板14Bは、空気が排気ダクト８に均等に流出するように開度を調節される。整流板14A及び14Bの調節によって、貯蔵室２内の上下方向における空気流量が均一化される。
走行レール17が、搬送室３内の天井部付近で、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって設置される。走行レール17は、排気ダクト８側を中心にして水平方向に回転できる構造となっている。搬送クレーン15は、横行レール16上を移動できる。収納管10を密封している蓋12が、搬送クレーン15によって取り外される。原子力発電所より移送されて来た使用済燃料集合体は、搬送室３内に搬入され、蓋12が取り外された収納管10A内に搬送クレーン15を用いて収納される。その後、収納管10Aは蓋12によって密封される。第２図は、使用済燃料集合体９を収納管10A内に収納した状態を示している。
外部の空気は、吸込ダクト７から取り込まれ、整流板14A間を通って貯蔵室２内に導かれる。収納管10は、内部の使用済燃料集合体９で発生する崩壊熱によって加熱される。この収納管10は空気によって冷却される。加熱された空気は、密度が小さくなって排気ダクト８から外部に放出される。外部に放出される空気と内部に取り込まれる空気の密度差に基づいて、貯蔵室２と放射性物質乾式貯蔵設備１の外部との間に空気の自然循環流が発生する。この自然循環流の流量は、外部の空気と貯蔵室２から排出される空気との温度差、及び排気ダクト８の高さの積に比例して大きくなる。
本実施例のように、天井スラブ６の下面のレベルが排気ダクト８側に向かって徐々に高くなっているので、横断面形状が三角形である貯蔵室２の入口部における速度低下を抑制できる。また、上記の自然循環流は、天井スラブ６の下面のその傾斜によって、収納管10内に使用済燃料集合体９を収納した後の初期の段階において、短時間に形成される。すなわち、使用済燃料集合体９を収納直後には、加熱された収納管10の周辺に空気の上昇流が発生する。その後、この空気流は、天井スラブ６の下面に衝突し、浮力の効果によって天井スラブ６の下面の傾斜に沿って上昇しながら確実に排気ダクト８へと向かう。この作用によって、吸込ダクト７から排気ダクト８へ向かう空気の流れがより速く形成される。
自然循環流の駆動力は、放射性物質乾式貯蔵設備１内の空気流路の圧力損失とバランスする。このため、自然空冷方式で収納管10を冷却する場合、冷却に必要な空気流量は、空気流路の圧力損失の増大を抑制することによって得られる。特に、本実施例では、貯蔵室２内の空気通路の流路面積は、前述したように排気ダクト８に向かうほど小さくなる。貯蔵室２内の空気通路を流れる空気の速度は、排気ダクト８側に近づくほど速くなる。流路の圧力損失は、速度の２乗に比例して増加する。本実施例では、貯蔵室２内の空気通路の圧力損失は、特公平５−11598号公報記載の構造に比べて、排気ダクト８側に近づくほど大きくなる。この従来技術は、貯蔵室内の空気通路の流路面積が吸込ダクト側から排気ダクト側に向かって実質的に一定である。しかしながら、貯蔵室２の入口部ではその空気通路の流路面積を大きくできるので、入口部の圧力損失は従来技術よりも低減される。よって、貯蔵室２の排気ダクト８側での圧力損失の増大が吸込ダクト７側での圧力損失の低減によってキャンセルできる。貯蔵室２の排気ダクト８側での収納管10の本数が少ないことは、空気通路の圧力損失を低減させることによってつながっている。
空気は貯蔵室２の下流に向かうほど暖められるため、第４図に示すように、空気温度は排気ダクト８側に向かうほど上昇する。第４図において、本実施例は実線で、上記の従来技術は破線で示される。従来技術では、貯蔵室内の対向する一対の側壁部は吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって平行になっている。また、各列における収納管の数は、排気ダクト８側に向かって一定である。収納管の各列における発熱量は、排気ダクト８側に向かって一定である。このため、貯蔵室２内の空気温度は、第４図の破線に示すように、排気ダクト８側に向かって直線的に上昇する。一方、本実施例の空気温度は、第４図に示すように、吸込ダクト７側で従来技術よりも高くなる。しかしながら、本実施例では、貯蔵室２の入口付近とその出口付近とにおける空気温度の差は、従来技術よりも小さくなる。これは、前述のように、貯蔵室２内の空気通路の流路面積が排気ダクト８側に向かって減少し、また排気ダクト８側での収納管10の本数が少ないためである。本実施例における空気温度の差の減少は、側壁部4A及び4Bの温度分布を吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かってより均一化する。これは、側壁部4A及び4Bに生じる熱応力を緩和させる。
収納管10から空気に伝えられる伝熱量は、収納管10の管壁温度とその周囲の空気温度との差、収納管10の伝熱面積、収納管10と空気との間の熱伝達率の積に等しくなる。各収納管10の外径は等しいので、各収納管10の伝熱面積も等しい。
従来技術では、貯蔵室２内の空気速度は実質的に一定であるので、熱伝達率も収納管10の設置場所にかかわらず実質的に一定となる。貯蔵室内の空気温度が貯蔵室の出口に向かって直線的に上昇するので、収納管の管壁温度も第４図に破線で示すように直線的に上昇する。すなわち、従来技術では、収納管10の冷却性能が吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって減少する。一方、本実施例によれば、貯蔵室２内の空気速度は排気ダクト８側に向かうほど速くなるので、熱伝達率は排気ダクト８側ほど大きくなる。従って、収納管10の管壁温度は、第４図に実線で示すように、吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって実質的に一様になる。本実施例は、収納管10の冷却性能を吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって実質的に一定に保持できる。これは、前述したように、側壁部4A及び4Bに生じる熱応力を緩和させる。
本実施例は、収納管10を正三角形配置としている。このため、放射性物質乾式貯蔵設備１の横断面形状も正三角形となっている。正三角形配置は、収納管10を高密度に配置できる。従来技術のように貯蔵室の一対の側壁部が平行になっている状態で収納管を正三角形配置にした場合、側壁部に隣接する各収納管とこの側壁部との間の間隔は、吸込ダクト側から排気ダクト側に向かって広い部分と狭い部分とが交互に生じる。本実施例は、側壁部に隣接する各収納管とこの側壁部との間の間隔は、吸込ダクト側から排気ダクト側に向かって一定である。これは、収納管10の配置密度を増大させる。
収納管10の千鳥配置の間隔を変えることによって、収納管の熱伝達率の向上及び圧力損失の低減を図ることができる。これは、収納管10の配置を、頂角が小さいまたは頂角が大きい二等辺三角形配置にすることによって達成できる。この収納管10の二等辺三角形を放射性物質乾式貯蔵設備１に適用する場合は、側壁部4Aと側壁部４との間の間隔を収納管10の配置間隔に合わせて変える必要がある。
本実施例において、天井スラブ６の下面のレベルを吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって一定にしてもよい。しかしながら、この場合には、天井スラブ６の下面のレベルを排気ダクト８側に向かって高くした構造によって得られる前述の効果は生じない。
本実施例は、貯蔵室２内の排気ダクト８側で空気流速が増加するので、排気ダクト８側に位置する収納管10の熱伝達率を容易に向上させることができる。このため、排気ダクト８側に位置する収納管10の単位表面積当りにおける空気への熱伝達量が、従来技術よりも多くなる。本実施例は、貯蔵室２内における収納管10の管壁温度を吸込ダクト７側から排気ダクト８側に渡って均一化できる。
本実施例は、貯蔵室２内の空気通路の面積を吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で減少させた簡単な構成で、収納管10の管壁温度を上記のように均一化できる。特に、排気ダクト８側での空気通路の面積の減少は、側壁部4Aと側壁部4Bとの間の間隔を、吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で狭くすることによって達成している。このような対向する側壁部の間隔の減少は、貯蔵室２内に配置する収納管10の形状を同じにできる。このため、収納管の形状によって配置位置を気にする必要がなく、収納管10の配置作業が容易になる。
対向する側壁部が互いに平行に配置された前述の従来技術でも、排気ダクト側に配置された収納管の外面にフィンを取り付けることによって、排気ダクト側にある収納管から空気への伝熱量を増加できる。これは、フィン設置による収納管の伝熱面積の増加に起因する。しかしながら、収納管へのフィンの設置は、天井スラブの強度低下をもたらす。これを避けるためには、フィンを有する収納管のピッチを、吸込ダクト側に位置するフィンのない収納管のピッチよりも大きくしなければならない。排気ダクト側での収納管の本数が減少するので、使用済燃料集合体の貯蔵密度が減少する。排気ダクト側での収納管の本数を減らさなければ、貯蔵室の横断面積を排気ダクト側で増加させなければならない。
前述の天井スラブの強度低下の理由を以下に説明する。亀裂等が生じた収納管は、交換する必要がある。フィンを有する収納管を貯蔵室から取り出せるように、収納管の上端部を保持する開口は、内径を収納管の外径よりも大きくしなければならない。収納管の上端部を保持する開口は、天井スラブに収納管毎に設けられる。このため、各開口の相互間における天井スラブの幅が狭くなり、天井スラブの強度が低下する。
本実施例は、使用済燃料集合体の替りに放射性廃棄物ガラス固化体等の放射性廃棄物固化体を収納管内に貯蔵することができる。
（実施例２）
本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備を第５図に用いて説明する。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備1Aは、実施例１の放射性物質乾式貯蔵設備１と貯蔵室の横断面形状及び収納管10の配置形状が異なるだけである。
本実施例における貯蔵室2Aにおいて、対向する一対の側壁部4C及び4Dは吸込ダクト７側で平行に配置されている。排気ダクト８側では、側壁部4Cと側壁部4Dとの間の距離は、排気ダクト８に向かって徐々に狭くなる。このため、放射性物質乾式貯蔵設備1Aは、横断面形状が五角形となる。収納管10の本数は吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で少なくなっている。収納管10は、正三角形配置となっている。側壁部4C及び4Dの平行部分では、収納管10の本数が１本多い例（第５図では収納管10が７本の列）が、排気ダクト８側に向かって１列置きに存在する。
貯蔵室2A内の空気の流速は、実施例１と同様に、吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で速くなる。具体的には、側壁部4C及び4Dが平行な領域（平行領域という）では、空気の流速は実質的に一定であり、各収納管10の熱伝達率も実質的に一定である。側壁部4Cと側壁部4Dとの間の間隔が狭くなる領域（間隔減少領域という）では、空気の流速は速くなり、各収納管10の熱伝達率は増加する。平行領域では、熱伝達率が実質的に一定であるので、従来技術と同様に、収納管10の管壁温度は排気ダクト８側に向かって直線的に上昇する。間隔減少領域では、熱伝達率が増加するので、実施例１と同様に、収納管10の管壁温度は排気ダクト８側に向かって実質的に一様になる。すなわち、本実施例は、吸込ダクト７側の平行領域では収納管10の管壁温度が、多少、上昇する。しかしながら、温度が上昇した空気が供給される排気ダクト８側の間隔減少領域では、収納管10の管壁温度の上昇を抑制できる。
本実施例は、実施例１で得られる効果を生じる。また、本実施例によれば、貯蔵室２の入口部で流路面積を拡大せずに、排気ダクト８側での流路面積を減少させることができる。これは、貯蔵室２の入口部において空気速度の低下に基づく熱伝達率の低下し過ぎの防止に役立つ。本実施例も、吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって、貯蔵室２内に配置した収納管10の管壁温度の分布を従来よりも均一化できる。しかし、この管壁温度分布の均一化の度合は、実施例１よりも減少する。
（実施例３）
本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備を第６図を用いて説明する。実施例１及び２は、貯蔵室２内に配置された収納管10相互の間隔を一定にしたものである。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備1Bは、収納管10相互の間隔を変えている。すなわち、吸込ダクト７側から排気ダクト８側へ向かう側壁部4Aと側壁部Ｂとの間の間隔の減少度合に合わせて、収納管10相互の間隔を減少させている。吸込ダクト７側に位置する収納管10相互の間隔をP1とし、排気ダクト８側に位置する収納管10相互の間隔をP2としたとき、P1＞P2の関係にある。貯蔵室２内で収納管10のピッチが一定である場合には、排気ダクト８側へ向かうほど、収納管10の本数が減少する。側壁部4Aと側壁部Ｂとの間の間隔の減少に伴って収納管10のピッチを減少させることによって、収納管10の本数は排気ダクト８側に向かって減少させる必要がない。収納管10のピッチの減少は、排気ダクト８側での空気速度を増加させる。本実施例は、実施例１と同じ効果を生じる。
天井スラブ６は、各収納管10の上端部を保持する開口を収納管毎に形成している。天井スラブ６の強度を確保するため、収納管相互間の間隔がある程度必要である。本実施例において排気ダクト８側での収納管10のピッチが小さくなり過ぎると、天井スラブ６は所定の強度を保持できなくなる。このため、本実施例は、貯蔵室２内の入口部と出口部での空気の温度差が比較的小さい場合、すなわち、排気ダクト８側での空気速度の大きな増加を必要としない放射性物質乾式貯蔵設備１に適用することが望ましい。
（実施例４）
本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備を第７図を用いて説明する。本実施例は、第１図の放射性物質乾式貯蔵設備１を６つ排気ダクト８を中心に放射状に配置した例である。隣接する放射性物質乾式貯蔵設備１は、側壁部4Aと側壁部4Bとを結合させることによって一体化される。各側壁部は、放射状に配置される。各放射性物質乾式貯蔵設備１の排気ダクト８は、中心部に集中して配置される。これらを結合した状態での横断面形状は、正六角形となる。
従来技術の放射性物質乾式貯蔵設備の横断面形状は四角形であるため、一方向で外気に接する面積が大きい。側壁部の外面に垂直方向に作用する風圧が大きくなる確率が高かった。本実施例は、放射性物質乾式貯蔵設備の一面、すなわち吸込ダクト７側の外面に風圧が作用するだけであるので、風圧に対する強度が増大する。本実施例も、第１図の実施例で得られる効果を生じる。
放射性物質乾式貯蔵設備１の横断面形状を頂角が30度の二等辺三角形にした場合は、12個の放射性物質乾式貯蔵設備１を放射状に配置して結合すればよい。これらの結合形状の横断面は、正十二角形となる。横断面形状がより円に近づくため、風圧の影響を更に軽減できる。
第８図は、第１図に示す複数の放射性物質乾式貯蔵設備１の他の結合構造を示している。本実施例は、複数の放射性物質乾式貯蔵設備１を吸込ダクト７と排気ダクト８とが交互に反対になるように配置し、隣接する放射性物質乾式貯蔵設備１の側壁部4Aと側壁部4Bとを結合させたものである。
第１図に示す放射性物質乾式貯蔵設備１は、敷地の形状に合わせて結合することができ、より多くの使用済燃料集合体を貯蔵することができる。
（実施例５）
本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備を第９図を用いて説明する。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備1Cは、貯蔵室２内で空気を収納管10に沿って下方から上方に向かって流すタイプの設備である。放射性物質乾式貯蔵設備1Cは、内部が天井スラブ６によって下部の貯蔵室２と上部の搬送室３に分離されている。搬送クレーン15が搬送室３内に配置される。
収納管10は、上端部を天井スラブ６に保持され、下方に向かって延びている。流路外壁部27は、貯蔵室２内に設けられ、各収納管10の周囲を取り囲む。環状の空気通路28が、収納管10と流路外壁部27との間に形成される。空気通路28は、収納管10に沿って下方より上方に向かって延びている。下部通路25が、貯蔵室２内において床スラブ５と流路外壁部27との間に形成される。下部通路25は、吸込ダクト７に連絡される。上部通路26が、天井スラブ６と流路外壁部27との間に形成される。下部通路25は、排気ダクト８に連絡される。空気通路28は、下端が下部通路25に、上端が上部通路26にそれぞれ接続される。空気通路28の横断面積は、下部通路25側から上部通路26側に向かって減少している。原子力発電所から送られてきた使用済燃料集合体は収納管10内に貯蔵される。
使用済燃料集合体の崩壊熱により収納管10が加熱される。空気通路28内の空気は、収納管10の熱により加熱されて空気通路28を上昇する。この加熱された空気は、上部通路26及び排気ダクト８を通って外部に排気される。外部の新鮮な空気は、吸込ダクト７及び上部通路25を通って空気通路28に導かれる。空気通路28を上昇する空気は、収納管10を冷却する。
空気の温度は、収納管10に沿って上昇するのに伴って上昇する。このため、実開昭63−38099号公報記載の従来技術のように、収納管を取り囲む環状の空気通路の横断面積が収納管の高さ方向で一定の場合、空気通路内の空気速度も一定となる。熱伝達率も収納管の高さ方向で一定となるので、収納管の管壁温度は、上方ほど高くなる。これに対して、本実施例では、空気通路28の横断面積が上端に向かうほど減少するので、空気速度は空気通路28の上部ほど速くなる。収納管10と空気との間の熱伝達率は、空気通路28の上部ほど増大する。従って、空気通路28の空気温度は、収納管の軸方向において従来技術よりもより均一化される。収納管10の管壁温度の分布も、収納管の軸方向において従来技術よりも均一化される。また、収納管10に生じる熱応力も、管壁温度分布の均一化により緩和される。
本発明は、放射性物質乾式貯蔵設備に係り、特に、原子力発電所から発生する使用済燃料集合体及び放射性廃棄物固化体等の高レベル放射性物質を貯蔵するのに好適な放射性物質乾式貯蔵設備に関するものである。
背景技術
原子力発電所から発生する使用済燃料集合体は、再使用可能なウランおよびプルトニウム等の核燃料物質を回収するために再処理される。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。この放射性廃棄物ガラス固化体は、崩壊熱量が減少して処分が可能となるまでの期間、冷却しながら貯蔵する必要がある。また、使用済燃料集合体は、再処理されるまでの間、原子力発電所内等の貯蔵プールに保管され、水にて冷却される。しかしながら、年々増大する使用済燃料集合体を長期間貯蔵可能な新たな貯蔵設備の建設が望まれている。
放射性廃棄物ガラス固化体及び使用済燃料集合体を貯蔵するのに好適な貯蔵設備の一種に、特公平５−11598号公報及び実開昭63−38099号公報に記載された空気冷却の放射性物質乾式貯蔵設備がある。
特公平５−11598号公報記載の放射性物質乾式貯蔵設備は、コンクリート製建屋内の貯蔵室に設置された収納管内に、放射性廃棄物ガラス固化体または使用済燃料集合体を収納して貯蔵する。収納管は、上端部が貯蔵室の天井スラブに保持され、貯蔵室の床スラブまで達している。収納管内の放射性物質から発生する崩壊熱は、入口より流入する空気により除熱される。貯蔵室に流入した空気は、天井スラブと床スラブとの間に形成される冷却空気通路内を水平方向に流れ、出口より大気に放出される。
実開昭63−38099号公報記載の放射性物質乾式貯蔵設備は、特公平５−11598号公報記載の放射性物質乾式貯蔵設備と同様に、貯蔵室内に設置し内部に放射性廃棄物ガラス固化体または使用済燃料集合体を収納した収納管を空気によって冷却するものである。ただし、実開昭63−38099号公報記載の放射性物質乾式貯蔵設備は、各収納管の周囲を取り囲む筒状体を設けている。空気は、収納管と筒状体との間に形成される環状通路内を収納管に沿ってかつ下方より上方に向かって流れる。
特公平５−11598号公報の放射性物質乾式貯蔵設備は、空気が貯蔵室内の入口から出口に向かい、水平方向に流れて各収納管からの崩壊熱を除去していくので、貯蔵室の入口側に位置する収納管内の放射性物質の冷却効率は良い。しかし、出口に向かうに従い、空気は徐々に加熱され、空気温度が上昇するため、貯蔵室の出口側に位置するほど収納管内の放射性物質の冷却効率は低下する。すなわち、貯蔵室の出口側に位置するほど収納管内の放射性物質の温度は高くなる。
これに対して、実開昭63−38099号公報に記載された放射性物質乾式貯蔵設備は、空気が貯蔵室内を垂直に流れるので、各収納管を取り囲むそれぞれの環状通路の入口における空気の温度が等しくなる。このため、貯蔵室の入口側および出口側に位置する各収納管内の放射性物質はほぼ同じように冷却される。しかし、空気が環状通路内を垂直に流るため、環状通路出口に向かうほど空気温度が上昇するため、各収納管の放射性物質は、環状通路出口側ほど冷却効率は低下する。すなわち、各収納管内の放射性物質の温度は、環状通路出口側ほど高くなる。
これらの放射性物質乾式貯蔵設備は、外気と収納管周囲の空気の温度差に基づく自然対流による自然空冷を行っているが、各収納管内の放射性物質の温度を一様にできることが望ましい。
本発明の目的は、貯蔵室内における収納管の温度を空気吸込部側から空気排気部側に渡ってより均一化できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、簡単な設備で、貯蔵室内における収納管の温度を空気吸込部側から空気排気部側に渡ってより均一化できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、収納管の配置作業を容易にできる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、貯蔵室内における空気通路の圧力損失の増加を防止できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、自然対流による貯蔵室内の収納管の冷却を促進できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、外部の風圧に対する強度を向上できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
発明の開示
上記の目的を達成する第１の発明の特徴は、放射性物質を収納する収納管と、該収納管を複数本納め、かつ、収納管の長手方向が下方に向うように配置した貯蔵室と、前記貯蔵室内に外部の空気を導く空気吸込部と、前記貯蔵室内を通過し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記貯蔵室の床面、天井下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を前記空気吸込部側よりも前記空気排気部側で減少させて、前記貯蔵室内の前記空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率を増加させたことを特徴とすることにある。
第１発明は、貯蔵室の床面、天井下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を空気吸込部側よりも空気排気部側で減少させて．貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率を増加させることによって、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率が貯蔵室内の空気吸込部側に位置する収納管の熱伝達率よりも向上する。このため、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管から空気への伝熱効率が向上し、貯蔵室内の空気吸込部側にある収納管によって空気温度が上昇しても、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の単位表面積当りにおける空気への熱伝達量が従来よりも多くなる。従って、貯蔵室内における収納管の温度を空気吸込部側から空気排気部側に渡ってより均一化できる。
上記の目的を達成する第２の発明の特徴は、放射性物質を収納する収納管と、該収納管を複数本納め、かつ、収納管の長手方向が下方に向うように配置した貯蔵室と、前記貯蔵室内に外部の空気を導く空気吸込部と、前記貯蔵室内を通過し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記貯蔵室の床面、天井下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を前記空気吸込部側よりも前記空気排気部側で減少させて、前記貯蔵室内の前記空気排気部側での空気の流速を前記貯蔵室内の前記空気吸込部側での流速よりも増加させたことを特徴とすることにある。
第２発明は、貯蔵室の床面、天井下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を空気吸込部側よりも空気排気部側で減少させて、貯蔵室内の空気排気部側での空気流速を増加させているので、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率が貯蔵室内の空気吸込部側に位置する収納管の熱伝達率よりも向上する。このため、第２発明は、第１発明と同様に、貯蔵室内の空気排気部側に位置する収納管の単位表面積当りにおける空気への熱伝達量が従来よりも多くなる。特に、第２発明では、貯蔵室内の空気排気部側での空気流速の増加によって、空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率を容易に向上させることができる。このため、第２発明は、貯蔵室内における収納管の温度を第１発明よりも空気吸込部側から空気排気部側に渡って均一化できる。
上記の他の目的を達成する第３の発明の特徴は、放射性物質を収納する収納管と、該収納管を複数本納め、かつ、収納管の長手方向が下方に向うように配置した貯蔵室と、外部の空気を導く空気吸込部と、各々の前記収納管毎に前記収納管を取り囲んで形成されて、前記空気吸込部から供給される前記空気を前記収納管に沿って下方より上方に導く環状通路と、前記環状通路内を上昇し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記収納管の長手方向を囲う空気通路の断面積を前記収納管の下方よりも前記収納管の上方で減少させて、前記環状通路の下端部側よりも前記環状通路の上端部側で前記収納管の熱伝達率を増加させたことを特徴とすることにある。
第３発明は、前記収納管の長手方向を囲う空気通路の断面積を前記収納管の下方よりも前記収納管の上方で減少させて、環状通路の下端部側よりも環状通路の上端部側で収納管の熱伝達率を増加させているので、収納管の長手方向における収納管管壁の温度分布をより均一化できる。
上記の目的を達成する第６の発明の特徴は、貯蔵室の天井下面の高さを前記空気吸込部側から前記空気排気部側に向かって高くすることにある。
第６発明は、貯蔵室の天井下面の高さが空気吸込部側から空気排気部側に向かって高くなるので、天井下面に沿った空気排気部に向かう空気流が生じ易くなり、自然対流による貯蔵室内の収納管の冷却を促進できる。
上記の他の目的を達成する第７の発明の特徴は、複数の上記の放射性物質乾式貯蔵設備を、空気排気部を内側にして放射状に配置し、隣合う前記放射性物質乾式貯蔵設備の前記貯蔵室の側壁部を、互いに接触させて結合していることにある。
第７発明は、各放射性物質乾式貯蔵設備の側壁部が放射状に配置されており、各放射性物質乾式貯蔵設備の一面のみが外部の空気と接触しているので、風圧に対する強度が増大する。
上記の目的を達成する第８の発明の特徴は、放射性物質を収納する複数の収納管と、これらの収納管が内部に配置された貯蔵室と、外部の空気を導く空気吸込部と、各々の前記収納管毎に前記収納管を取り囲んで形成されて、前記空気吸込部から供給される前記空気を前記収納管に沿って下方より上方に導く環状通路と、前記環状通路内を上昇し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記環状通路の下端部側よりも前記環状通路の上端部側で前記収納管の熱伝達率を増加させる手段を設けたことにある。
第８発明は、環状通路の下端部側よりも環状通路の上端部側で収納管の熱伝達率を増加させる手段を設けているので、収納管の長手方向における収納管管壁の温度分布をより均一化できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の好適な一実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の縦断面図、第２図は第１図の貯蔵室の部分での横断面図、第３図は第１図の収納管の横断面図、第４図は第１図の貯蔵室内での空気の温度分布及び収納管の管壁温度の分布を示す特性図、第５図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の貯蔵室の横断面図、第６図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の貯蔵室の横断面図、第７図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の貯蔵室部分での横断面図、第８図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の貯蔵室部分での横断面図、第９図は本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備の縦断面図、第10図は第９図の収納管付近の拡大図である。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
本発明の好適な一実施例である放射性物質乾式貯蔵設備が、第１図，第２図及び第３図を用いて説明される。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備１は、原子力発電所から発生した使用済燃料集合体を収納する収納管10を備えたコンクリート製の建屋である。放射性物質乾式貯蔵設備１は、収納管10を配置した貯蔵室2,収納管10内に収納する使用済燃料集合体を搬送する搬送室3,外部の空気を貯蔵室10内に導く吸込ダクト7,貯蔵室10内で暖められた空気を外部に放出する排気ダクト８を備える。貯蔵室２は、地面20内に位置し、周囲に位置するコンクリート製の側壁部4,底部に位置するコンクリート製の床スラブ５、及び床スラブ５の上方に位置するコンクリート製の天井スラブ６によって構成される。対向する一対の側壁部4Aと側壁部4Bとの間の距離は、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって徐々に狭くなる。このため、放射性物質乾式貯蔵設備１の横断面形状は、三角形になっている。搬送室３は、貯蔵室２の上方、すなわち天井スラブ６の上方に位置する。
複数の収納管10は、上端部が天井スラブ６に保持され、貯蔵室２内を下方に向って延びる。各収納管10の下端部は、床スラブ５の固定穴によって支持される。各収納管10の上端部は、放射線遮へい体で構成される着脱自在の蓋12によって密封される。収納管10は、前述のように上下端部が支持されるので、上下左右の振動を抑制でき、横転も防止できる。収納管10は千鳥状に配置される。一列に配置される収納管10の本数は、側壁部4Aと側壁部4Bとの間の距離が狭くなるに伴って、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かい少なくなる。
床スラブ５の上面は、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって同一のレベルにある。天井スラブ６の下面のレベル（床スラブ５の上面からの高さ）は、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって徐々に高くなる。貯蔵室２内の空気通路は、側壁部4A,側壁部4B,床スラブ5,天井スラブ６及び収納管10の間に形成される。この空気通路の縦断面積は、天井スラブ６の下面のレベルが排気ダクト８側に向かって徐々に高くなっているにもかかわらず、側壁部4Aと側壁部4Bとの間の距離が排気ダクト８側に向かって狭くなっているので、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって減少する。このため、その空気通路内を流れる空気の流速は、吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で速くなる。
複数の整流板14Aが貯蔵室２の入口部に回転可能に設けられる。複数の整流板14Bが貯蔵室２の出口部に回転可能に設けられる。整流板14Aは、貯蔵室２内に空気が均等に流入するように開度を調節される。整流板14Bは、空気が排気ダクト８に均等に流出するように開度を調節される。整流板14A及び14Bの調節によって、貯蔵室２内の上下方向における空気流量が均一化される。
走行レール17が、搬送室３内の天井部付近で、吸込ダクト７側より排気ダクト８側に向かって設置される。走行レール17は、排気ダクト８側を中心にして水平方向に回転できる構造となっている。搬送クレーン15は、横行レール16上を移動できる。収納管10を密封している蓋12が、搬送クレーン15によって取り外される。原子力発電所より移送されて来た使用済燃料集合体は、搬送室３内に搬入され、蓋12が取り外された収納管10A内に搬送クレーン15を用いて収納される。その後、収納管10Aは蓋12によって密封される。第２図は、使用済燃料集合体９を収納管10A内に収納した状態を示している。
外部の空気は、吸込ダクト７から取り込まれ、整流板14A間を通って貯蔵室２内に導かれる。収納管10は、内部の使用済燃料集合体９で発生する崩壊熱によって加熱される。この収納管10は空気によって冷却される。加熱された空気は、密度が小さくなって排気ダクト８から外部に放出される。外部に放出される空気と内部に取り込まれる空気の密度差に基づいて、貯蔵室２と放射性物質乾式貯蔵設備１の外部との間に空気の自然循環流が発生する。この自然循環流の流量は、外部の空気と貯蔵室２から排出される空気との温度差、及び排気ダクト８の高さの積に比例して大きくなる。
本実施例のように、天井スラブ６の下面のレベルが排気ダクト８側に向かって徐々に高くなっているので、横断面形状が三角形である貯蔵室２の入口部における速度低下を抑制できる。また、上記の自然循環流は、天井スラブ６の下面のその傾斜によって、収納管10内に使用済燃料集合体９を収納した後の初期の段階において、短時間に形成される。すなわち、使用済燃料集合体９を収納直後には、加熱された収納管10の周辺に空気の上昇流が発生する。その後、この空気流は、天井スラブ６の下面に衝突し、浮力の効果によって天井スラブ６の下面の傾斜に沿って上昇しながら確実に排気ダクト８へと向かう。この作用によって、吸込ダクト７から排気ダクト８へ向かう空気の流れがより速く形成される。
自然循環流の駆動力は、放射性物質乾式貯蔵設備１内の空気流路の圧力損失とバランスする。このため、自然空冷方式で収納管10を冷却する場合、冷却に必要な空気流量は、空気流路の圧力損失の増大を抑制することによって得られる。特に、本実施例では、貯蔵室２内の空気通路の流路面積は、前述したように排気ダクト８に向かうほど小さくなる。貯蔵室２内の空気通路を流れる空気の速度は、排気ダクト８側に近づくほど速くなる。流路の圧力損失は、速度の２乗に比例して増加する。本実施例では、貯蔵室２内の空気通路の圧力損失は、特公平５−11598号公報記載の構造に比べて、排気ダクト８側に近づくほど大きくなる。この従来技術は、貯蔵室内の空気通路の流路面積が吸込ダクト側から排気ダクト側に向かって実質的に一定である。しかしながら、貯蔵室２の入口部ではその空気通路の流路面積を大きくできるので、入口部の圧力損失は従来技術よりも低減される。よって、貯蔵室２の排気ダクト８側での圧力損失の増大が吸込ダクト７側での圧力損失の低減によってキャンセルできる。貯蔵室２の排気ダクト８側での収納管10の本数が少ないことは、空気通路の圧力損失を低減させることによってつながっている。
空気は貯蔵室２の下流に向かうほど暖められるため、第４図に示すように、空気温度は排気ダクト８側に向かうほど上昇する。第４図において、本実施例は実線で、上記の従来技術は破線で示される。従来技術では、貯蔵室内の対向する一対の側壁部は吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって平行になっている。また、各列における収納管の数は、排気ダクト８側に向かって一定である。収納管の各列における発熱量は、排気ダクト８側に向かって一定である。このため、貯蔵室２内の空気温度は、第４図の破線に示すように、排気ダクト８側に向かって直線的に上昇する。一方、本実施例の空気温度は、第４図に示すように、吸込ダクト７側で従来技術よりも高くなる。しかしながら、本実施例では、貯蔵室２の入口付近とその出口付近とにおける空気温度の差は、従来技術よりも小さくなる。これは、前述のように、貯蔵室２内の空気通路の流路面積が排気ダクト８側に向かって減少し、また排気ダクト８側での収納管10の本数が少ないためである。本実施例における空気温度の差の減少は、側壁部4A及び4Bの温度分布を吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かってより均一化する。これは、側壁部4A及び4Bに生じる熱応力を緩和させる。
収納管10から空気に伝えられる伝熱量は、収納管10の管壁温度とその周囲の空気温度との差、収納管10の伝熱面積、収納管10と空気との間の熱伝達率の積に等しくなる。各収納管10の外径は等しいので、各収納管10の伝熱面積も等しい。
従来技術では、貯蔵室２内の空気速度は実質的に一定であるので、熱伝達率も収納管10の設置場所にかかわらず実質的に一定となる。貯蔵室内の空気温度が貯蔵室の出口に向かって直線的に上昇するので、収納管の管壁温度も第４図に破線で示すように直線的に上昇する。すなわち、従来技術では、収納管10の冷却性能が吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって減少する。一方、本実施例によれば、貯蔵室２内の空気速度は排気ダクト８側に向かうほど速くなるので、熱伝達率は排気ダクト８側ほど大きくなる。従って、収納管10の管壁温度は、第４図に実線で示すように、吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって実質的に一様になる。本実施例は、収納管10の冷却性能を吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって実質的に一定に保持できる。これは、前述したように、側壁部4A及び4Bに生じる熱応力を緩和させる。
本実施例は、収納管10を正三角形配置としている。このため、放射性物質乾式貯蔵設備１の横断面形状も正三角形となっている。正三角形配置は、収納管10を高密度に配置できる。従来技術のように貯蔵室の一対の側壁部が平行になっている状態で収納管を正三角形配置にした場合、側壁部に隣接する各収納管とこの側壁部との間の間隔は、吸込ダクト側から排気ダクト側に向かって広い部分と狭い部分とが交互に生じる。本実施例は、側壁部に隣接する各収納管とこの側壁部との間の間隔は、吸込ダクト側から排気ダクト側に向かって一定である。これは、収納管10の配置密度を増大させる。
収納管10の千鳥配置の間隔を変えることによって、収納管の熱伝達率の向上及び圧力損失の低減を図ることができる。これは、収納管10の配置を、頂角が小さいまたは頂角が大きい二等辺三角形配置にすることによって達成できる。この収納管10の二等辺三角形を放射性物質乾式貯蔵設備１に適用する場合は、側壁部4Aと側壁部４との間の間隔を収納管10の配置間隔に合わせて変える必要がある。
本実施例において、天井スラブ６の下面のレベルを吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって一定にしてもよい。しかしながら、この場合には、天井スラブ６の下面のレベルを排気ダクト８側に向かって高くした構造によって得られる前述の効果は生じない。
本実施例は、貯蔵室２内の排気ダクト８側で空気流速が増加するので、排気ダクト８側に位置する収納管10の熱伝達率を容易に向上させることができる。このため、排気ダクト８側に位置する収納管10の単位表面積当りにおける空気への熱伝達量が、従来技術よりも多くなる。本実施例は、貯蔵室２内における収納管10の管壁温度を吸込ダクト７側から排気ダクト８側に渡って均一化できる。
本実施例は、貯蔵室２内の空気通路の面積を吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で減少させた簡単な構成で、収納管10の管壁温度を上記のように均一化できる。特に、排気ダクト８側での空気通路の面積の減少は、側壁部4Aと側壁部4Bとの間の間隔を、吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で狭くすることによって達成している。このような対向する側壁部の間隔の減少は、貯蔵室２内に配置する収納管10の形状を同じにできる。このため、収納管の形状によって配置位置を気にする必要がなく、収納管10の配置作業が容易になる。
対向する側壁部が互いに平行に配置された前述の従来技術でも、排気ダクト側に配置された収納管の外面にフィンを取り付けることによって、排気ダクト側にある収納管から空気への伝熱量を増加できる。これは、フィン設置による収納管の伝熱面積の増加に起因する。しかしながら、収納管へのフィンの設置は、天井スラブの強度低下をもたらす。これを避けるためには、フィンを有する収納管のピッチを、吸込ダクト側に位置するフィンのない収納管のピッチよりも大きくしなければならない。排気ダクト側での収納管の本数が減少するので、使用済燃料集合体の貯蔵密度が減少する。排気ダクト側での収納管の本数を減らさなければ、貯蔵室の横断面積を排気ダクト側で増加させなければならない。
前述の天井スラブの強度低下の理由を以下に説明する。亀裂等が生じた収納管は、交換する必要がある。フィンを有する収納管を貯蔵室から取り出せるように、収納管の上端部を保持する開口は、内径を収納管の外径よりも大きくしなければならない。収納管の上端部を保持する開口は、天井スラブに収納管毎に設けられる。このため、各開口の相互間における天井スラブの幅が狭くなり、天井スラブの強度が低下する。
本実施例は、使用済燃料集合体の替りに放射性廃棄物ガラス固化体等の放射性廃棄物固化体を収納管内に貯蔵することができる。
（実施例２）
本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備を第５図に用いて説明する。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備1Aは、実施例１の放射性物質乾式貯蔵設備１と貯蔵室の横断面形状及び収納管10の配置形状が異なるだけである。
本実施例における貯蔵室2Aにおいて、対向する一対の側壁部4C及び4Dは吸込ダクト７側で平行に配置されている。排気ダクト８側では、側壁部4Cと側壁部4Dとの間の距離は、排気ダクト８に向かって徐々に狭くなる。このため、放射性物質乾式貯蔵設備1Aは、横断面形状が五角形となる。収納管10の本数は吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で少なくなっている。収納管10は、正三角形配置となっている。側壁部4C及び4Dの平行部分では、収納管10の本数が１本多い例（第５図では収納管10が７本の列）が、排気ダクト８側に向かって１列置きに存在する。
貯蔵室2A内の空気の流速は、実施例１と同様に、吸込ダクト７側よりも排気ダクト８側で速くなる。具体的には、側壁部4C及び4Dが平行な領域（平行領域という）では、空気の流速は実質的に一定であり、各収納管10の熱伝達率も実質的に一定である。側壁部4Cと側壁部4Dとの間の間隔が狭くなる領域（間隔減少領域という）では、空気の流速は速くなり、各収納管10の熱伝達率は増加する。平行領域では、熱伝達率が実質的に一定であるので、従来技術と同様に、収納管10の管壁温度は排気ダクト８側に向かって直線的に上昇する。間隔減少領域では、熱伝達率が増加するので、実施例１と同様に、収納管10の管壁温度は排気ダクト８側に向かって実質的に一様になる。すなわち、本実施例は、吸込ダクト７側の平行領域では収納管10の管壁温度が、多少、上昇する。しかしながら、温度が上昇した空気が供給される排気ダクト８側の間隔減少領域では、収納管10の管壁温度の上昇を抑制できる。
本実施例は、実施例１で得られる効果を生じる。また、本実施例によれば、貯蔵室２の入口部で流路面積を拡大せずに、排気ダクト８側での流路面積を減少させることができる。これは、貯蔵室２の入口部において空気速度の低下に基づく熱伝達率の低下し過ぎの防止に役立つ。本実施例も、吸込ダクト７側から排気ダクト８側に向かって、貯蔵室２内に配置した収納管10の管壁温度の分布を従来よりも均一化できる。しかし、この管壁温度分布の均一化の度合は、実施例１よりも減少する。
（実施例３）
本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備を第６図を用いて説明する。実施例１及び２は、貯蔵室２内に配置された収納管10相互の間隔を一定にしたものである。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備1Bは、収納管10相互の間隔を変えている。すなわち、吸込ダクト７側から排気ダクト８側へ向かう側壁部4Aと側壁部Ｂとの間の間隔の減少度合に合わせて、収納管10相互の間隔を減少させている。吸込ダクト７側に位置する収納管10相互の間隔をP1とし、排気ダクト８側に位置する収納管10相互の間隔をP2としたとき、P1＞P2の関係にある。貯蔵室２内で収納管10のピッチが一定である場合には、排気ダクト８側へ向かうほど、収納管10の本数が減少する。側壁部4Aと側壁部Ｂとの間の間隔の減少に伴って収納管10のピッチを減少させることによって、収納管10の本数は排気ダクト８側に向かって減少させる必要がない。収納管10のピッチの減少は、排気ダクト８側での空気速度を増加させる。本実施例は、実施例１と同じ効果を生じる。
天井スラブ６は、各収納管10の上端部を保持する開口を収納管毎に形成している。天井スラブ６の強度を確保するため、収納管相互間の間隔がある程度必要である。本実施例において排気ダクト８側での収納管10のピッチが小さくなり過ぎると、天井スラブ６は所定の強度を保持できなくなる。このため、本実施例は、貯蔵室２内の入口部と出口部での空気の温度差が比較的小さい場合、すなわち、排気ダクト８側での空気速度の大きな増加を必要としない放射性物質乾式貯蔵設備１に適用することが望ましい。
（実施例４）
本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備を第７図を用いて説明する。本実施例は、第１図の放射性物質乾式貯蔵設備１を６つ排気ダクト８を中心に放射状に配置した例である。隣接する放射性物質乾式貯蔵設備１は、側壁部4Aと側壁部4Bとを結合させることによって一体化される。各側壁部は、放射状に配置される。各放射性物質乾式貯蔵設備１の排気ダクト８は、中心部に集中して配置される。これらを結合した状態での横断面形状は、正六角形となる。
従来技術の放射性物質乾式貯蔵設備の横断面形状は四角形であるため、一方向で外気に接する面積が大きい。側壁部の外面に垂直方向に作用する風圧が大きくなる確率が高かった。本実施例は、放射性物質乾式貯蔵設備の一面、すなわち吸込ダクト７側の外面に風圧が作用するだけであるので、風圧に対する強度が増大する。本実施例も、第１図の実施例で得られる効果を生じる。
放射性物質乾式貯蔵設備１の横断面形状を頂角が30度の二等辺三角形にした場合は、12個の放射性物質乾式貯蔵設備１を放射状に配置して結合すればよい。これらの結合形状の横断面は、正十二角形となる。横断面形状がより円に近づくため、風圧の影響を更に軽減できる。
第８図は、第１図に示す複数の放射性物質乾式貯蔵設備１の他の結合構造を示している。本実施例は、複数の放射性物質乾式貯蔵設備１を吸込ダクト７と排気ダクト８とが交互に反対になるように配置し、隣接する放射性物質乾式貯蔵設備１の側壁部4Aと側壁部4Bとを結合させたものである。
第１図に示す放射性物質乾式貯蔵設備１は、敷地の形状に合わせて結合することができ、より多くの使用済燃料集合体を貯蔵することができる。
（実施例５）
本発明の他の実施例である放射性物質乾式貯蔵設備を第９図を用いて説明する。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備1Cは、貯蔵室２内で空気を収納管10に沿って下方から上方に向かって流すタイプの設備である。放射性物質乾式貯蔵設備1Cは、内部が天井スラブ６によって下部の貯蔵室２と上部の搬送室３に分離されている。搬送クレーン15が搬送室３内に配置される。
収納管10は、上端部を天井スラブ６に保持され、下方に向かって延びている。流路外壁部27は、貯蔵室２内に設けられ、各収納管10の周囲を取り囲む。環状の空気通路28が、収納管10と流路外壁部27との間に形成される。空気通路28は、収納管10に沿って下方より上方に向かって延びている。下部通路25が、貯蔵室２内において床スラブ５と流路外壁部27との間に形成される。下部通路25は、吸込ダクト７に連絡される。上部通路26が、天井スラブ６と流路外壁部27との間に形成される。下部通路25は、排気ダクト８に連絡される。空気通路28は、下端が下部通路25に、上端が上部通路26にそれぞれ接続される。空気通路28の横断面積は、下部通路25側から上部通路26側に向かって減少している。原子力発電所から送られてきた使用済燃料集合体は収納管10内に貯蔵される。
使用済燃料集合体の崩壊熱により収納管10が加熱される。空気通路28内の空気は、収納管10の熱により加熱されて空気通路28を上昇する。この加熱された空気は、上部通路26及び排気ダクト８を通って外部に排気される。外部の新鮮な空気は、吸込ダクト７及び上部通路25を通って空気通路28に導かれる。空気通路28を上昇する空気は、収納管10を冷却する。
空気の温度は、収納管10に沿って上昇するのに伴って上昇する。このため、実開昭63−38099号公報記載の従来技術のように、収納管を取り囲む環状の空気通路の横断面積が収納管の高さ方向で一定の場合、空気通路内の空気速度も一定となる。熱伝達率も収納管の高さ方向で一定となるので、収納管の管壁温度は、上方ほど高くなる。これに対して、本実施例では、空気通路28の横断面積が上端に向かうほど減少するので、空気速度は空気通路28の上部ほど速くなる。収納管10と空気との間の熱伝達率は、空気通路28の上部ほど増大する。従って、空気通路28の空気温度は、収納管の軸方向において従来技術よりもより均一化される。収納管10の管壁温度の分布も、収納管の軸方向において従来技術よりも均一化される。また、収納管10に生じる熱応力も、管壁温度分布の均一化により緩和される。
Claims (7)
- 放射性物質を収納する収納管と、該収納管 を複数本納め、かつ、収納管の長手方向が下方に向うよ うに配置した貯蔵室と、前記貯蔵室内に外部の空気を導く空気吸込部と、前記貯蔵室内を通過し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記貯蔵室の床面、天井 下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を前記空気 吸込部側よりも前記空気排気部側で減少させて、前記貯蔵室内の前記空気排気部側に位置する収納管の熱伝達率を増加させたことを特徴とする放射性物質乾式貯蔵設備。
- 放射性物質を収納する収納管と、該収納管 を複数本納め、かつ、収納管の長手方向が下方に向うよ うに配置した貯蔵室と、前記貯蔵室内に外部の空気を導く空気吸込部と、前記貯蔵室内を通過し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記貯蔵室の床面、天井 下面及び側壁で形成される空気通路の断面積を前記空気 吸込部側よりも前記空気排気部側で減少させて、前記貯蔵室内の前記空気排気部側での空気の流速を前記貯蔵室内の前記空気吸込部側での流速よりも増加させたことを 特徴とする放射性物質乾式貯蔵設備。
- 前記貯蔵室内に形成される前記空気通路の断面積を前記空気吸込部側よりも前記空気排気部側で減少させた構成が、前記貯蔵室の収納管を挟んで対向する側壁間の距離を前記空気吸込部側よりも前記空気排気部側で減少させた構成である請求項１又は請求項２の放射性物質乾式貯蔵設備。
- 前記収納管の配置本数を前記空気吸込部側よりも前記空気排気部側で減少させたことを特徴とする請求項１又は請求項２の放射性物質乾式貯蔵設備。
- 前記貯蔵室の収納管を保持している天井下面の高さを前記空気吸込部側から前記空気排気部側に向かって高くしたことを特徴とする請求項１又は請求項２の放射性物質乾式貯蔵設備。
- 複数の前記放射性物質乾式貯蔵設備を、前記空気排気部を内側にして放射状に配置し、隣合う前記放射性物質乾式貯蔵設備の前記貯蔵室の側壁部を、互いに接触させて結合させたことを特徴とする請求項１又は請求項２の放射性物質乾式貯蔵設備。
- 放射性物質を収納する収納管と、該収納管を複数本納め、かつ、収納管の長手方向が下方に向うように配置した貯蔵室と、外部の空気を導く空気吸込部と、各々の前記収納管毎に前記収納管を取り囲んで形成されて、前記空気吸込部から供給される前記空気を前記収納管に沿って下方より上方に導く環状通路と、前記環状通路内を上昇し前記収納管を冷却した空気を外部に放出する空気排気部とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、前記収納管の長手方向を囲う空気通路の断面積を前記収納管の下方よりも前記収納管の上方で減少させて、前記環状通路の下端部側よりも前記環状通路の上端部側で前記収納管の熱伝達率を増加させたことを特徴とする放射性物質乾式貯蔵設備。
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