JP3861490B2

JP3861490B2 - 放射性物質乾式貯蔵設備

Info

Publication number: JP3861490B2
Application number: JP36894798A
Authority: JP
Inventors: 直己熊谷; 仁清水; 将史小田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000193792A

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設備に係り、特に、高レベル放射性廃棄物及び原子力発電所から発生する使用済燃料等の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。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所から発生する使用済燃料集合体は、ウラン及びプルトニウム等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。このガラス固化体は、崩壊熱が発生するため、発熱量が小さくなり処分が可能になるまでの間、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、原子力発電所内の貯蔵プールに保管される。しかし、年々増大する使用済燃料集合体に原子力発電所内の貯蔵プールが容量不足となり、使用済燃料集合体を一時的に貯蔵できる新たな貯蔵設備の建設が望まれている。
【０００３】
これらの目的に対応した放射性物質貯蔵施設としては、特公平5−11598号公報，特公平6−31880号公報及び特開平8−15495号公報に記載された放射性物質乾式貯蔵設備がある。
【０００４】
特公平5−11598号公報に示された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、ガラス固化体及び使用済燃料集合体等の放射性物質を収納して貯蔵する。収納管内の放射性物質から発生する崩壊熱は、貯蔵室内の天井と床との間で収納管相互間を水平方向に流れる冷却空気によって除去される。冷却空気は、貯蔵室の床の片側に接続された空気流入口により下方から導入され、貯蔵室の空気流入口が接続された部分の反対側に位置する天井に接続された空気排出口より上方に排出される。
【０００５】
特公平6−31880号公報及び特開平8−15495号公報に示された放射性物質乾式貯蔵設備も、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、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。収納管内の放射性物質から発生する崩壊熱は、天井と床との間で収納管相互間を水平方向に流れる空気によって除去される。特開平8−15495号公報は、貯蔵室内に水平方向に伸びる仕切り部材を設置し、この仕切り部材によって貯蔵室内に上部空気通路及び下部空気通路を形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特公平5−11598号公報，特公平6−31880号公報及び特開平8−15495号公報記載の放射性物質乾式貯蔵設備は、貯蔵室内を水平に流れる空気によって、放射性物質の崩壊熱を除去する。しかし、暖められて軽くなった空気が貯蔵室の天井付近に溜まりやすくなり、この付近の空気温度が上昇する。空気温度の上昇は、放射性物質の冷却効率の減少、及び設備の耐久性能の悪化をもたらすので、天井付近の空気流量を増やし、空気温度を下げなければならない。
【０００７】
特公平5−11598号公報では、空気が下方から貯蔵室内に供給されるので、貯蔵室に流入した空気がそのまま貯蔵室の上方まで流れやすく、天井付近も冷却されやすくなる。しかし、外部より貯蔵室の空気流入口までの空気の通路を、貯蔵室の床よりも下方に設置する必要がある。このため、上方に空気流入口がある場合に比べ、放射性物質乾式貯蔵設備の建設が面倒になる。
【０００８】
特公平6−31880号公報及び特開平8−15495号公報では、空気流入口が貯蔵室の上方に接続されているため、外部から取り入れられ貯蔵室内に流入した空気がそのまま床まで下降し、貯蔵室の床付近を流れる空気が天井付近を流れる空気に比して多くなる。このため、天井付近の空気温度が上昇して放射性物質の冷却効率は減少し、設備の耐久性能も悪化する。
【０００９】
本発明の目的は、建設が容易であり、貯蔵室の天井付近での空気温度を低下できる放射性物質乾式貯蔵設備を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する第１発明の特徴は、空気流入通路が貯蔵室に開口する開口部の下方で貯蔵室内に、開口部から流出した空気の下方への流れを抑制する抑制部材を設けたことにある。開口部の下方に設置された抑制部材によって、開口部から吐出された空気流量のうち貯蔵室の下部に達する空気流量を抑制でき、貯蔵室の天井付近を流れる空気流量を増加できる。このため、天井付近における空気温度を低下することができ、貯蔵室上部での冷却効率を増加できる。
【００１１】
好ましくは、貯蔵室の床と天井の間で水平に位置し、貯蔵室内を上下方向において複数の空気通路に分離する仕切り部材を備える。これにより、貯蔵室下部の空気が暖められて上昇しようとするのを仕切り部材で防ぎ、貯蔵室天井付近の空気温度が上昇するのを防ぐことができる。
【００１２】
好ましくは、抑制部材を、仕切り部材で分離された空気通路毎に備える。これにより、各空気通路に流れる空気流量の差が少なくなり、異なる空気通路間での空気温度の差が減少する。
【００１３】
上記の目的を達成する第２発明の特徴は、空気流入通路が、貯蔵室に開口する開口部より上側に延びた後に曲げられ、貯蔵室の天井よりも下方の位置で外部と連絡されていることにある。空気流入通路が上向きから下向きに変わる曲がり部で発生する空気の遠心力作用により、開口部から吐出された空気が貯蔵室の床付近まで下降するのを抑制され、貯蔵室上部に流れる空気流が多くなる。このため、天井付近における空気温度を低下することができ、貯蔵室上部での冷却効率を増加できる。
【００１４】
好ましくは、貯蔵室の床と天井の間で水平に位置し、貯蔵室内を上下方向において複数の空気通路に分離する仕切り部材を備える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（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を、図１を用いて説明する。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貯蔵する設備で、鉄筋コンクリート製の建屋内に燃料貯蔵室３を有する。燃料貯蔵室３は、天井スラブ６と床スラブ８との間に形成される。多数の収納管７が、天井スラブ６に設置されて燃料貯蔵室３内に配置される。空気流入通路２５及び空気排出通路２６が、燃料貯蔵室３にそれぞれ連絡される。複数の整流板１２Ａが、燃料貯蔵室３内で空気流入通路側に配置される。複数の整流板１２Ｂは、燃料貯蔵室３内で空気排出通路側に配置される。燃料貯蔵室３内には、仕切り部材１１が水平に配置されている。仕切り部材１１は、燃料貯蔵室３内の収納管７相互間に形成された空気流路を上下に分け、空気通路２７及び２８を形成する。空気通路２７は天井スラブ６側に位置し、空気通路２８は床スラブ８側に位置する。収納管７は仕切り部材１１を貫通している。天井スラブ６より上方には、使用済燃料集合体を収納管７内に収納する作業を行う燃料装荷室２３がある。空気排出通路２６は、排気筒１５内に設けられ、排出口１４で外部に開口している。
【００１６】
空気流入通路２５は、外部環境に開口した空気取り入れ口１９、及び燃料貯蔵室３に開口する空気吐出口１３を有する。空気吐出口１３は、天井スラブ６の下面にレベルと同じ高さにある。整流板１２Ａよりも空気流入通路２５側で空気吐出口１３の下方に、下降流抑制部材１６が設置されている。下降流抑制部材１６は、高さの異なる抑制部１６Ａ及び１６Ｂを有する。抑制部１６Ａは、抑制部
１６Ｂよりも高さが高く、燃料貯蔵室３の液面側に配置されている。抑制部16Ａの上端は天井スラブ６と仕切り部材１１と間に位置し、抑制部１６Ｂの上端は床スラブ８と仕切り部材１１と間に位置する。
【００１７】
原子力発電所から放射性物質乾式貯蔵設備１内に搬入された、使用済燃料集合体４を内蔵する密封容器５は、燃料装荷室２から燃料装荷機９を用いて、蓋１０を外された収納管７内に装荷される。密封容器５の装荷後に、蓋１０が収納管７に取り付けられ、収納管７が密封される。使用済燃料集合体４は収納管７内で一時的に貯蔵される。収納管７は、上下方向に２つの密封容器５を収納できる。
【００１８】
外部の空気は、空気取り入れ口１９から取り込まれて空気流入通路２５を通り、空気吐出口１３から燃料貯蔵室３内に供給される。空気は、更に整流板１２Ａ間を通って燃料貯蔵室３内の空気通路２７及び２８に導かれる。この空気は、空気通路２７及び２８内を流れる間に、収納管７を冷却し、収納管７内の使用済燃料集合体４から発生する崩壊熱を除去する。崩壊熱で加熱された空気は、整流板１２Ｂ間を通って空気排出通路２６に達し、排出口１４から外部に排出される。崩壊熱により加熱された空気は、密度が軽くなり、流入する外気とに密度差が生じ、燃料貯蔵室３内に自然対流が発生する。この自然対流の強さは、外気と燃料貯蔵室３内の空気との温度差と、排気筒１５の高さとの積に比例する。
【００１９】
仕切り部材１１が設置されていない場合には、崩壊熱により加熱された空気は、浮力の作用により燃料貯蔵室３の上部に集まる傾向にある。このため、天井スラブ６の温度が上昇する。しかしながら、仕切り部材１１は、燃料貯蔵室３下部の空気が燃料貯蔵室３上部に達することを防止するので、天井スラブ６の温度を低下させる役割を有する。
【００２０】
空気吐出口１３から燃料貯蔵室３に流入した空気は、前述のように空気通路
２７及び２８に導かれる。密封容器５が収納管７内に２つずつ収納されていれば、空気通路２７及び２８のどちらのでも、空気が奪わなければならない崩壊熱の量が等しくなることが望ましい。このため、流入した空気は空気通路２７及び
２８に等しく配分されることが望まれる。しかし、空気吐出口１３は燃料貯蔵室３の天井スラブ６に設けられているため、空気吐出口１３から流入した空気は、何も対策をしなければ、燃料貯蔵室３の下部に多く流れやすくなり空気通路２８の空気流量が多くなる。そこで、空気流入口１３の下方に下降流抑制構造物１６を設けている。
【００２１】
本実施例は、前述したように、空気吐出口１３の下方に、高さの異なる抑制部１６Ａ及び１６Ｂを有する下降流抑制部材１６を備えている。空気吐出口１３から吐出された空気の少なくとも一部は、下降流抑制部材１６に当る。一部の空気は、高さの高い抑制部１６Ａに当って、横向きの流れとなり、空気通路２７内に流入する。この横向きの流れにより、下方に向かう空気流量が、従来よりも抑制されて少なくなる。抑制部１６Ｂに当った空気は、空気通路２８内に流入する。下降流抑制部材１６により下方に向かう空気流量が減少するので、従来よりも空気通路２７に流入する空気流量が増加し、空気通路２７内の空気流量と空気通路２８内の空気流量との差が著しく少なくなる。このため、燃料貯蔵室３の天井スラブ６付近を流れる空気流量が増加して天井スラブ６付近の空気温度が減少し、空気通路２７の上部での使用済燃料集合体４の冷却が従来よりも促進される。
【００２２】
抑制部１６Ａ及び１６Ｂの作用により、空気通路２７及び２８とも、上部の空気流量が多くなる。このため、空気通路２７及び２８の上部での空気温度を低下できる。空気通路２８内で上部の空気流量が増加するので、空気通路２８から上部の空気通路２７に伝わる熱量が減少する。
【００２３】
空気通路２７の空気流量と空気通路２８の空気流量との差が少なくなるので、空気通路２７に存在する使用済燃料集合体４と空気通路２８に存在する使用済燃料集合体４との冷却度合いの差が減少する。
【００２４】
下降流抑制部材１６は、図２に示すように、長さの異なる突起部１６Ｃ，16Ｄによって構成してもよい。突起部１６Ｃは、突起部１６Ｄよりも長さが短い。突起部１６Ｃは、天井スラブ６と仕切り部材１１との間の高さで燃料貯蔵室３の壁に取り付けられる。突起部１６Ｄは、突起部１６Ｃよりも下方で仕切り部材１１と床スラブ８との間の高さで燃料貯蔵室３の壁に取り付けられる。このような下降流抑制部材も、図１に示す下降流抑制部材１６と同様な効果を生じる。
【００２５】
また、下降流抑制部材１６は、図４に示すように、燃料貯蔵室３の壁面に段付部１６Ｅ及び１６Ｆを形成して構成してもよい。図４の下降流抑制部材は図１に示す抑制部１６Ａ及び１６Ｂ、及び燃料貯蔵室３の壁を一体にしたものである。この構造でも、図１に示す下降流抑制部材１６と同様な効果を生じる。
【００２６】
下降流抑制部材１６は、図５に示すように、仕切り部材１１上に設置した抑制部１６Ｇ、及び燃料貯蔵室３の床スラブ８上に設置した抑制部１６Ｈにより構成される。抑制部１６Ｇの上端は天井スラブ６の下面と仕切り部材１１との間に位置し、抑制部１６Ｈの上端は仕切り部材１１と床スラブ８との間に位置する。この本例の下降流抑制部材も、図１に示す下降流抑制部材１６と同様な効果を生じる。
【００２７】
本実施例は原子力発電所から発生した使用済燃料集合体を貯蔵する設備であるが、使用済燃料集合体４を密封した密封容器５の代りに、高レベル放射性廃棄物のガラス固化体や、他の発熱する放射性物質であっても同様の実施例を適用することができる。
【００２８】
（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、図５を用いて説明する。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備１Ａは、実施例１に示す放射性物質乾式貯蔵設備１から仕切り部材１１を取り除き、収納管７の長さを短くしたものである。収納管７内には、１つの密封容器５しか収納できない。放射性物質乾式貯蔵設備１Ａの他の構成は、放射性物質乾式貯蔵設備１と同じである。
【００２９】
本実施例も、下降流抑制部材１６を備えているので、放射性物質乾式貯蔵設備１と同様に天井スラブ６付近の空気温度を低下させることができる。
【００３０】
（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、図６を用いて以下に説明する。実施例１と同一の構成は、同一符号で示す。本実施例の放射性物質乾式貯蔵設備１Ｂは、実施例１及び実施例２と同様に原子力発電所から発生した使用済燃料集合体を貯蔵する。
【００３１】
放射性物質乾式貯蔵設備１Ｂの燃料装荷室２及び燃料貯蔵室３の構造は実施例１と同じである。ただし、本実施例は、実施例１とは異なり、空気吐出口１３の下方には下降流抑制部材１６を設置していない。放射性物質乾式貯蔵設備１Ｂは、放射性物質乾式貯蔵設備１の空気流入通路２５とは構成の異なる空気流入通路１７を備える。空気流入通路１７は、空気取り入れ口１９から上方に伸びる上昇通路部１７Ａ，曲がり部１８及び下降通路部１７Ｂを有し、逆Ｕ字状をしている。空気取り入れ口１９は、空気吐出口１３、すなわち天井スラブ６の下面よりも下方に位置する。
【００３２】
放射性物質乾式貯蔵設備１の外側の外気は、空気取り入れ口１９より取り込まれ、昇通路部１７Ａ、曲がり部１８及び下降通路部１７Ｂを経て、空気吐出口
１３より燃料貯蔵室３内に供給される。この空気は、空気通路２７及び２８に流入し、収納管７を冷却した後に、空気排出通路２６より外部に排出される。
【００３３】
空気は、曲がり部１８を通過する際に遠心力の作用により曲がり部１８の外側に偏って流れ、空気吐出口１３から吐出される。空気吐出口１３の横断面のうち上昇通路部１７Ａ側よりも整流板１２Ａ側に流れる空気量が多くなる。このため、燃料貯蔵室３へ吐出された空気は、全部がそのまま真っ直ぐ下降せず、一部は整流板１２Ａの方向にまわり込みながら下降する。この現象に起因して、曲がり部１８が存在しない場合に比べて、仕切り部材１１の上方の空気通路２７を流れる空気流量が増加する。このため、従来に比べて、空気通路２７を流れる空気流量と空気通路２８を流れる空気流量との差が減少する。燃料貯蔵室３の上部での崩壊熱の除去効率が向上する。天井スラブ６付近の空気温度が減少する。
【００３４】
空気取り入れ口１９が天井スラブ６の下面よりも低い位置に設けられているので、排出口１４より外部の空気が流入して空気吐出口１３より流出するという逆流現象の発生を防止できる。すなわち、空気は、ファン及び送風機などで強制的に流すのではなく、排気筒１５内外の空気温度差により自然に流れる。このため、使用済燃料集合体４を初めて貯蔵する貯蔵開始時には、燃料貯蔵室３内に空気が流れておらず、使用済燃料集合体４の貯蔵開始後、燃料貯蔵室３内の空気温度が徐々に上昇する。やがて、排気筒１５内の空気排出通路２６の空気温度も上昇することにより、燃料貯蔵室３内に空気取り入れ口１９から取り込まれた空気が流れ始める。ところが、空気取り入れ口１９が天井スラブ６よりも高い位置に設けられていると、空気排出通路２６内の空気温度が上昇する前に、空気流入通路２５内の空気温度が先に上昇した場合、空気流入通路２５内の空気の密度が小さくなって上方へと流れ始める。そして、空気吐出口１３より空気が流出し反対に排出口１４から外部の空気が流入する逆流が発生する。燃料貯蔵室３内の空気流量は排気筒１５が高いほど増大するが、逆流が起こった場合には空気流入通路
２５が排気筒を代用することになる。しかし、空気取り入れ口１９が天井スラブ６の下面よりも低い位置にあれば、前述の使用済燃料集合体４の貯蔵開始後においても、暖められた冷却空気は空気吐出口１３から空気取り入れ口１９に向かって流出せず、逆流を起こさない。
【００３５】
本実施例も、密封容器５内にガラス固化体または使用済燃料集合体４以外の発熱する他の放射性物質を収納して、この密封容器５を収納管７内に貯蔵することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
第１発明によれば、貯蔵室の天井付近における空気温度を低下することができる。
【００３７】
第２発明によれば、開口部から吐出された空気が貯蔵室の床付近まで下降するのを抑制され、貯蔵室上部に流れる空気流が多くなる。このため、天井付近における空気温度を低下することができる。
【図面の簡単な説明】
【図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の縦断面図である。
【図２】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である。
【図３】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である。
【図４】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である。
【図５】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である。
【図６】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である。
【符号の説明】
１…放射性物質乾式貯蔵設備、２…燃料装荷室、３…燃料貯蔵室、４…使用済燃料集合体、５…密封容器、６…天井スラブ、７…収納管、８…床スラブ、９…燃料装荷機、１０…蓋、１１…仕切り部材、１２Ａ，１２Ｂ…整流板、１３…空気吐出口、１４…排出口、１５…排気筒、１６…下降流抑制部材、１８…曲がり部、１９…空気取り入れ口、２７，２８…空気通路。

Claims

放射性物質を収納する収納容器が配置される貯蔵室と、前記貯蔵室に連絡され、空気を前記貯蔵室に供給する空気流入通路と、前記貯蔵室に連絡され、前記貯蔵室内の空気を排出する空気排出通路と、前記貯蔵室内の前記空気流入通路側に設けられた複数の整流部材とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、
前記空気流入通路が前記貯蔵室に開口する開口部の下方で前記貯蔵室内に、前記貯蔵室の内面から突出して、前記開口部から流出した空気の下方への流れを抑制する抑制部材を設けたことを特徴とする放射性物質乾式貯蔵設備。
前記貯蔵室の床と天井の間で水平に位置し、前記貯蔵室内を上下方向において複数の空気通路に分離する仕切り部材を備えた請求項１の放射性物質乾式貯蔵設備。
前記抑制部材を、前記仕切り部材で分離された空気通路毎に備えた請求項１又は請求項２の放射性物質乾式貯蔵設備。
前記貯蔵室の内面から前記抑制部材先端までの水平方向における長さは、前記貯蔵室の内面からそれに対向する面までの水平方向における前記開口部の長さよりも短いことを特徴とする請求項１乃至３の何れかの放射性物質乾式貯蔵設備。
放射性物質を収納する収納容器が配置される貯蔵室と、前記貯蔵室に連絡され、空気を前記貯蔵室に供給する空気流入通路と、前記貯蔵室に連絡され、前記貯蔵室内の空気を排出する空気排出通路と、前記貯蔵室内の前記空気流入通路側に設けられた複数の整流部材とを備えた放射性物質乾式貯蔵設備において、
前記空気流入通路が、前記貯蔵室に開口する開口部より上側に延びた後に曲げられ、前記貯蔵室の天井よりも下方の位置で外部と連絡されており、
前記貯蔵室の床と天井の間で水平に位置し、前記貯蔵室内を上下方向において複数の空気通路に分離する仕切り部材を備えたことを特徴とする放射性物質乾式貯蔵設備。