JP4383174B2 - 高熱流束放射物質の超長期貯蔵設備 - Google Patents

Description

本発明は、超長期間（５０年以上）にわたって監視を要するとともに再処理可能な高熱流束を放射する発熱物質の貯蔵設備に関する。

特に、放射性核燃料のような核廃棄物の超長期間貯蔵に使用可能な貯蔵設備に関する。このような物質の貯蔵には、コンテナが設置された場所における温度管理を要する。

核廃棄物のような発熱物質を超長期間貯蔵する場合には、通常、それらをコンテナ内に格納し、さらにコンクリート壁で仕切られたキャビティ内に載置している。

発熱物質から生じる高熱流束は、コンテナ表面の温度を安定化するために冷却システムによって汲み出さなければならない。これによって、コンテナ構造と保管された発熱物質との安定化を図ることができる。また、遮蔽するコンクリート壁の安定化を図ることができる。

このような発熱物質の超長期間の貯蔵設備が、特許文献１に提案されている。この設備では、貫入や受動的な方法によらずに、汚染されない冷却回路によって外部へ排熱する前に、熱出力がコンテナに代表される封止遮断壁に可能な限り吸収される。

より正確には、各コンテナの円筒状外側面の全体にわたって密接に取り囲み、可撓性を有し、かつ、着脱可能な冷却筒が提案されている。ここでこの冷却筒は、例えば、コンテナの平滑な外側面を取り囲むように密着して形成された薄板状の金属シートを備えており、この冷却筒が通常密接されている。冷却筒にて密閉する（若しくは閉じる）際に、数箇所で締付けながら冷却筒をコンテナ外側面に装着する。

この冷却筒の外部には、互いに所定の間隔（例えば略２０ｃｍ）を有して配された円形若しくは四角断面の垂直配管を備えている。これらの配管は、熱伝導の観点から冷却流体による蒸発器として機能するように冷却筒に密着して配されている。配管内の流体は気液二層流が支配的とされ、閉ループのヒートパイプとされているのが好ましい。ヒートパイプ凝縮器は、熱交換が自然対流による空気循環で行われるようにコンテナの据付位置の外側に配されている。

この従来の設備は、コンテナ壁面と冷却筒を形成する金属シートとが直接接触することによって、また、金属シートとこれを支持する配管との接触によって、コンテナから熱流束を送出させている。

また、特許文献１に記載の他の実施例によれば、溶接或いは他の機械的な接続方法によって、配管が冷却筒のセクション毎に端から端まで一体とされて配設されている。この場合、システムの熱効率は、コンテナと、コンテナに沿って配された冷却筒のセクションとの接触具合にだけに依存する。

全ての場合において、接触抵抗が低下したとき、つまり、互いの表面が最も密着したときに、熱伝達の質が向上する。言い換えれば、コンテナとそれを取り囲む可撓性冷却筒との間の良好な熱流束移動は、僅か１ｍｍの範囲内とされる２つの壁間にフィルム状に残留する空気層の厚さに依存する。

冷却補充は、通常、ヒートパイプ冷却筒の外側面に生じる周辺空気の定常的な自然対流により行われる。事故等があっても冷却するために、空気を強制的に対流させる手段が提供され得る。冷却筒が熱伝導物質で構成され、かつ、コンテナと冷却筒との接触抵抗が低い場合には、冷却筒の外側面における熱伝達が向上する。さらに好適な実施例として、表面における冷却筒と周辺空気との間の熱伝達を増やすため、かつ、事故の際の介入期間をより長くするために、配管に冷却フィンを配してもよい。

２メートルの直径のコンテナによる実物大のモデルとその実験によって得られた結果が特許文献１に記載されている。

この研究を継続し、工業化を目指す過程において、コンテナと冷却筒の表面との間の平均的な遊びを０．３ｍｍより小さくするのは困難であることがわかってきた。そのようなプロトタイプで得られるような精密性は、従来の手法では工業化サイズの生産を繰り返すのには困難であり、かつ、例えば、０．１ｍｍまで遊びを減らそうとすることは、莫大な生産コストを生み出してしまう。しかし、この平均的な遊びは、設備の機能を決める最も重要なパラメータとされる。
仏国特許出願公開第２ ７９１ ８０５号公報

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、従来の工業的手法を使用してより簡単に、かつ、より低コストで得られる設備に対して、少なくとも比較可能な効果が得られる上記特許文献１に記載の設備以上に、発熱物質を非常に長きにわたる期間貯蔵可能な貯蔵設備を提供することを目的とする。

この発明によれば、発熱物質を超長期間にわたって貯蔵できる設備は、少なくとも一つの上述してきた閉じ込めコンテナと、該コンテナの周囲を覆う冷却筒を有する蒸発器と、冷却流体で満たされて前記冷却筒と一体とされた複数の配管と、前記蒸発器を前記コンテナに密接させる締付手段とを備え、前記手段が前記蒸発器を前記各配管の前面のみでコンテナの外側面と密着させるように、前記蒸発器に内側面が配されている。

冷却筒とコンテナとの間の境界面のような所定の影響を及ぼす特性に関する設計研究及びモデリング並びにテストによって、コンテナと冷却筒との接触面を、従来の工業的手法によって、それゆえ妥当なコストでも達成可能な配管の前面の限定された帯域に限定した。これは、特許文献１において、工業的に得るのにはとても困難であるが、コンテナと冷却筒との間の一定の平均的な遊び量を略０．１ｍｍとしたときに、コンテナと配管との間で効果的な熱伝達を行い得ることが明らかとされていることによる。

また、前記配管間で形成される前記蒸発器の内側面が、前記コンテナ外側面の曲率半径よりも大きい曲率半径とされていることがより有効的である。

また、コンテナと配管との接触帯域を確定した面接触状態とし、特に円形断面の配管の場合には線接触としないために、前記各配管の前面となる前記蒸発器の内側面に、前記締付手段によって前記コンテナの外側面への面接触を維持する補完形状部材が配されていることが好ましい。

本発明の第１の実施形態によれば、配管が、主に円形断面とされて冷却筒を形成する連続構造体の内部に、好ましくは溶接によって配されている。この場合、冷却筒とコンテナとの間に配される配管が、冷却フィンを備えていてもよい。

本発明の第２の実施形態によれば、各配管が、２つの冷却筒セクションを備える１つの配管切片を備え、隣接する配管セクションの互いの端と端とを組み合わせて冷却筒が形成されている。隣接する配管セクションは、溶接によって、或いは、機械的な接続方法によって組立てられるのがよい。

配管は、四角、或いは、矩形断面、若しくは、円形断面とされていればよい。後者の円形断面の場合、配管が、締付手段によってコンテナの外側面に対して密着した状態を維持可能な内面を有するフランジを備えていることが好ましい。

蒸発器の外側面に、冷却フィンが配されていても構わない。

そして、特に好ましい本発明の改良点として、配管の前面の外側帯域で、自然対流による空気循環のための垂直チャンネルを形成するように蒸発器がコンテナから離間して配されているとしても構わない。本発明の様々な実施形態において、上記チャンネルを、閉じ込め隔壁の補完部材を構成する閉鎖体の一部としてもよい。

例えば、放射性核燃料といった核廃棄物のような発熱物質の超長期間貯蔵設備の要部構成を図１に示す。

この設備の一般的な形態は、上記特許文献１に記載されているものと同様である。より詳細について以下説明する。

本発明を完全に理解するために簡略して記載するが、貯蔵設備は、コンクリート壁１２によって側部と底部とが規定されたキャビティ１０を備えている。キャビティ１０の寸法は、核廃棄物が格納された一つ或いは複数のコンテナ１４を収納可能なものとされている。コンテナ１４は、円筒ドラム状に形成され、中心軸が略垂直方向となるようにキャビティ１０内に配置されている。各コンテナ１４とキャビティ１０の壁１２との間には、自然対流による空気循環を許容する隙間１６が形成されている。そして、コンテナ１４は、キャビティ１０の底部に、台座１７の上端に載置されている。

キャビティ１０の上部は、各コンテナ１４の上部に配された分離プラグ２０を含むコンクリートスラブ１８によって閉じられている。

受動的な方法で、即ち、外部からのエネルギーを受けずにコンテナ１４内の核廃棄物から熱を取り除くために、各コンテナにはヒートパイプが配されている。より正確には、このヒートパイプは、コンテナ１４の周囲に配設された蒸発器２２と、スラブ１８の上部に配設された空気凝縮器２４と、プラグ２０を貫通して蒸発器２２と空気凝縮器２４とを接続する２本のダクト２６とから構成されている。空気凝縮器２４は、複数のコンテナ１４に共通とされている。

１００℃の水のような冷却流体が、ヒートパイプ内に充填される。この流体がヒートパイプ内で相変化（気相／液相）する際に、コンテナ１４内の熱源から空気凝縮器２４の冷却源へ核廃棄物の熱が除去される。

図２に構成を示すように、蒸発器２２は、コンテナ１４の外側面３０の全周にわたって接近して配された冷却筒２８と、この冷却筒２８と一体に配された複数の配管３２とから構成されている。配管３２は、互いに平行に、かつ、コンテナの垂直方向の軸に平行に、通常状態としてコンテナ周辺にわたって、互いに等間隔に配設されている。

図１を再度参照すると、配管３２は、下端部にて水の環状分配器３４と、かつ、上端部にて環状の蒸気収集器３６とそれぞれ流通可能に接続されている。分配器３４と収集器３６とは、ダクト２６の一つによって空気凝縮器２４と離間した状態で接続されており、収集器３６には、プラグ２０の下側に分離コネクタ３８が配されている。収集器３４及び３６と同様に、配管３２はヒートパイプ内に含まれる冷却流体で満たされている。

蒸発器２２は、一例が図４に参照されるような締付手段４０によって着脱可能にコンテナ１４に装着されている。

本発明及び図２に示す構成によれば、蒸発器２２の内側面、即ち、コンテナ１４と対向する蒸発器の表面は、締付手段４０によって各配管３２の前面においてのみコンテナ１４の外側面３０との接触状態が維持されている。そのため、冷却筒２８とコンテナ１４との間で略均一或いは様々な幅を有する垂直チャンネル４２を形成するように、冷却筒２８の配管３２間の部分が、コンテナ１４の外側面３０から離間している。これらの垂直チャンネル４２は、自然対流によるコンテナ１４周囲の空気循環を集める排気筒ともされている。

この空気循環は、コンテナの高さによって熱流束が分散されるのに従って、かつ、コンテナ外径によって温度が小さくなるのに従って、層流、或いは、乱流となり得る。乱流性がよりコンテナを冷却させる。所定の熱流束が１ｋｗ／ｍ^２と同等若しくはそれ以上で、かつ、コンテナの高さ及び垂直チャンネル４２の厚さが増加することによって、より効果的な冷却が行われる。

所定の熱流束が１ｋｗ／ｍ^２から３ｋｗ／ｍ^２を越えるまで、特に、２．５ｋｗ／ｍ^２周辺として試験を実施した。高さは、最も熱伝達の効果を改善できる２ｍから５ｍの間とした。垂直チャンネル４２内の循環が重要な効果を奏することを保証するためには、径方向の厚さが１ｃｍ以上でなければならない。このことが、径方向の厚さを４ｃｍから１２ｃｍの間として試験を実施する理由である。

環状形状として自然対流によって生み出される排気筒効果は、以下の３つのパラメータによって制御される。

−排気筒の高さ；今回の場合、コンテナがとても強力に放射する燃料で満たされた状態での排気筒の高さを５ｍから６ｍの間としている。それにもかかわらず、より短い長さの熱物質で満たされた１ｍ余りの高さのコンテナであっても、同様の割合の効果を奏する。

−熱流束を生み出す円柱状コンテナの存在；コンテナは、優れた熱流束発生器とされる。この熱流束は、円柱壁上で均一とされる。そして、

−コンテナと冷却筒との直径で決まる、これらの間に形成される円環状の隙間ΔＲの幅；今回の場合、円環状隙間４２の幅だけでは、この形状での対流を規定するのには不十分であるので、コンテナ半径Ｒ１と冷却筒半径Ｒ２との関係を考慮しなければならない。

空気移動は、熱力場に支配される流体の質量移動によって生じる。自然対流はグラスホフ数Ｇｒによって支配されているが、相関関係については、通常、レイリー数を持ち出してきてもよい。

２ｍ程度のコンテナ径に対して、排気筒効果の計算をΔＲが１ｃｍの場合から実施した。その結果、ΔＲの最適値が約５ｃｍから６ｃｍとなった（この最適値の定義は、ここでは、自然対流による高性能冷却システムと合わせて高効率ヒートパイプ蒸発器を最大限利用した場合に基づく）。この最適値は、全体排熱量（伝導＋放射＋チャンネル４２内の自然対流＋外部の自然対流）の約４０％の自然対流による排熱量と一致する。ΔＲ＝４ｃｍとしたとき、排気筒によって排出される熱量は、全体の約２５％から３０％となる。この値は、直径２ｍ、高さ１．５ｍ、熱流束２．５ｋＷ／ｍ^２としたモデルによる実験によって実証された。ΔＲ＝４ｃｍという値は、二相サイフォンモード（受動モード）における安定した操作に必要な内側断面とされる４０ｍｍ×４０ｍｍの四角配管の寸法と一致する。

ΔＲが約６ｃｍから７ｃｍを越える場合、排気筒効果はこれ以上増加せず、ΔＲ＞１０ｃｍとなる自由空間における自然対流の場合まで減少していく。

これらの値は、（伝導による排熱効果のうち最大の効果が得られる）ヒートパイプによるものと自然排気対流によるものとの両方によって得られる。

本発明によるシステムの実行による増量は、最適には約２０％となる。コンテナの場合に換算すると、コンテナの表面温度を（異なる材料による特性に依存するが）１０℃から２０℃程度低下させ、かつ、熱流束を２ｋＷ／ｍ^２から３ｋＷ／ｍ^２まで低下させることができる。それゆえ、この増加はとても重要なものとなる。

図２に構成を示すように、蒸発器２２とコンテナ１４との接触部分は、各配管３２に対して直角となるコンテナ１４の母線と一致する準線形帯域に制限される。

より熱交換性能を向上させるため、図３に示すように、コンテナ１４の外側面３０を相補する形状とされた限定した幅を有する部材４４を、蒸発器２２の内側面に、各配管３２に垂直方向に配してもよい。締付手段４０の形態（図４に示す）は、これら部材４４のコンテナ１４の外側面３０への密着状態を維持する効果を有する。

図２における準選択的接触を図３に示す面接触のようにするためには、各配管３２の間に、曲率半径がコンテナ１４の外側面３０よりも大きい蒸発器２２の内側面を配することによって得ることができる。そこで、制約のない例として、１０００ｍｍの半径のコンテナの場合、各配管３２の間に配される蒸発器２２の部分は、約１２００ｍｍの半径とされる。このとき、蒸発器とコンテナとの間の最大遊び量は、例えば、０．８５ｍｍとなる。図２に示すように、準選択的な接触状態の場合、約０．４５ｍｍの平均遊び量をチャンネル４２の内側で得る。

図４に示す本発明に係る第１の実施形態において、冷却筒２８は、略円形断面の、かつ、僅小厚さの連続体構造とされて、所定の距離で離間してコンテナ１４の周囲に配されている。このような構造は、例えば、金属シートによる。配管３２は、好適な方法によって冷却筒２８の内側に固定されている。この固定方法としては、溶接による点付けが好ましい。

図４は、締付手段４０の可能な実施例を示している。

図４に示すように、蒸発器２２は、母線に沿って開放されており、コンテナ１４の軸と平行な方向に対向する２つの端部２２ａを備えている。締付手段４０は、２つの端部２２ａの間に配されている。より正確には、締付手段４０は、複数のボルト４６と、ボルト４６が貫通する孔が形成された部材４８とを備え、蒸発器の端部２２ａに沿って外側に面して配されている。コンテナ１４と蒸発器２２との間の推定可能な伸びの差に対して締付力をほぼ一定に維持する圧縮状のコイルばね５０がボルト４６のそれぞれに装着されている。

図５に、図４に記載の本発明の第１の実施形態における他のバリエーションを示す。実際のところ、これらのバリエーションは代替的なものであり、一般的にそれぞれ別に実施される。

図５に示すような異なるバリエーションは、配管３２の形状にまず関連する。このように、全ての場合において、これら配管は、円形、四角形、矩形断面形状とされ、厚さ方向に扁平形状とされている。配管を円形断面から四角断面に変更するといった、配管前面におけるコンテナと蒸発器との接触面積を増大させることによって、排熱効果がより高められる。この接触面積の領域は十分に小さい状態に維持しなければならないにもかかわらず、密着した状態を容易に得ることができる。

図の制約のない状態では、配管３２は２００ｍｍ毎に配されており、四角配管の場合の断面形状は、４０×４０ｍｍ、或いは、６０×６０ｍｍとされ得る。

図５の右手部分に示すように、配管３２と円環状隙間４２内を循環する空気との間の熱交換を、冷却筒２８よコンテナ１４との間に配された冷却フィン３２ａを有する配管によって改善しても構わない。これらのフィン３２ａを、配管形状によらず配管３２の表面に増設させてもよく、或いは、押し出し成形によって上述の配管とともに一体に形成させてもよい。

図６に示すように、円形断面の配管を使用する場合、各配管３２のコンテナ１４と対向する面にフランジ５２を配して熱交換を改善させてもよい。この場合、フランジ５２の内側面は、コンテナ１４の外側面３０に対してより密着した状態が維持される。

本発明の第２の実施形態に係る蒸発器の他の可能なバリエーションを図７に示す。

第２の実施形態では、冷却筒２８と配管３２とが一つの配管切片にて形成されている。より正確には、配管３２は、冷却筒２８の２つのセクション２８ａを有する配管切片とされている。各セクション２８ａは、水平断面において、２つの隣接する配管３２の間の冷却筒の半分の長さと等しい円弧形状とされている。隣接する配管３２のセクション２８ａは、コンテナ１４の母線に沿って冷却筒２８を形成するように、端部同士が接合されている。

セクション２８ａの端部同士の接合は、図７に示すように、溶接５４によって、或いは、添え板接合といった機械的手段５６によって実施してもよい。

配管３２が円形断面の場合、図６に示すように、これらが本発明の第１の実施形態を骨組としてフランジ５２を備えているとしてもよい。フランジ５２は、コンテナ１４の円柱状外形を補完する内側面を備えている。この場合、蒸発器をつなぎ合わせる締付手段は、各フランジ５２の内側面を、遊びのない状態でコンテナ１４の外側面に対して接触させ続ける。

また、図７に示すように、配管３２と２つのセクション２８ａとを備える配管切片の各部分は、コンテナ１４とは反対側となる外側の表面に配された一つ或いは複数の冷却フィン５８を備えているとしてもよい。図４から図６に示す本発明の第１の実施形態においても、（図５に示す）冷却フィン５８が配されているとしてもよい。この場合、フィン５８は、冷却筒２８を構成する金属シートの外側面上に溶接されている。

本発明の第２の実施形態において、締付手段は、図４を参照して上述したように、第１の実施形態に係るものに類似したものとしてもよい。

出願人が示したような最終的形態のモデルによれば、驚くべきことに、ヒートパイプ配管３２に直交するコンテナ１４とをより（０．０１ｍｍの遊びに）限定した状態で接触させることによって、蒸発器とコンテナとを全面にわたって均一な０．１ｍｍの遊びとした特許文献１に記載の蒸発器を使用することによって得られる熱特性と本質的に全く同一の熱特性を得ることができる。この結果は、蒸発器２２の全面にて均一な０．１ｍｍの遊びを得るよりもより容易であるため、特に工業的観点から有利なものとなる。

これらの結果を、図８に示すように、横軸に蒸発器２２とコンテナ１４との間の平均遊び（ｍｍ）、縦軸にコンテナ１４の壁面の平均温度（℃）として示す。より正確には、曲線Ａは従来のように蒸発器とコンテナとを一定の遊びとした場合を表し、曲線Ｂは配管間のみで局所的にコンテナと接触させた場合を表し、曲線Ｃを、本発明による蒸発器、即ち、配管３２の前面のみでコンテナ１４と接触させた場合を表すものとした。

また、以下の表１に示すように、ヒートパイプの能力は、本質的には、配管３２の遊びによるものであり、蒸発器２２とコンテナ１４との間の平均遊びの影響は僅かなものとなる。例えば、コンテナ温度の最大値を１５５℃に固定した場合、表１に見られるように、平均遊び量を０．５ｍｍとし、かつ、本発明に係る配管の前面でコンテナと接触させた場合に得ることができる。この結果は、従来の場合のように、実現が非常に困難とされる均一遊び量が０．１ｍｍの場合に得られるものと比較することができる。

本発明によれば、配管３２の前面にて蒸発器２２とコンテナ１４との平均遊び量が０．５ｍｍであるとは、２つの隣接する配管３２における蒸発器の断面に形成される円弧状部分の中心にて、配管３２と直交する方向の遊びがない（即ち、モデル上では０．０１ｍｍ）状態から１ｍｍまで線形に変化している場合をいう。この設定は、従来の工業的方法によれば完全に現実的なものである。実際、同等の温度場において、配管３２の前面に接触帯域を配することによって５倍の遊び量にできることを意味している。

図２及び図３に示すように、接触帯域は、準線形性を有すればよく、或いは好ましくは、コンテナの高さ方向全体にわたって延びる挟帯域面であってもよい。

蒸発器２２によって円弧状断面とされた配管３２の中心軸からの距離に応じた熱流束（Ｗ／ｍ^２）の発生量を図９に示す。より正確には、Ｄで表される発生量は蒸発器２２とコンテナ１４とを０．０１ｍｍの一定の遊び量とした場合であり、Ｅで表される発生量は０．３ｍｍの一定遊び量の場合であり、Ｆは、配管３２の前面でおいて線形接触し、かつ、遊び量を０．３ｍｍとした場合をそれぞれ示す。

図９によれば、熱流束の分布は、蒸発器とコンテナとの間の遊び量に依存することがわかる。特に、熱流束の大部分は配管３２に近い帯域で発生し、この現象は、配管下の遊びが消滅するにつれてより顕著なものとなる。そのため、遊び量を一定の０．３ｍｍとする場合、（曲線Ｅでは）配管からの距離が３１ｍｍの位置で熱流束量が半分となる一方、一定の遊び量が０．１ｍｍの場合（曲線Ｄ）には、この距離が１８ｍｍに減少し、かつ、平均遊びが０．３ｍｍで配管との接触が線形性を有する場合（曲線Ｆ）には、１７ｍｍとなる。図９に示す結果から、本発明によれば、配管３２と垂直方向に接触する場合に特別な効果があることがわかる。これらの結果は熱試験のためのモデルを使用して実験的に確認された。

配管３２の接触状態を線形接触から面接触に置き換えた場合、この現象がさらに顕著になる。結果的に、熱流束の半分ではなく全体が配管３２下で移動する。

締付手段４０によって蒸発器２２に作用する締付力の影響についても研究されている。本研究結果を図１０に示す。この図は、締付力（Newton）とコンテナの最大発生温度（℃）との関係を示す。締付力が０Ｎから４０００Ｎに増加した場合に温度が低下するが、４０００Ｎを越えた場合には、締付力が増加しても温度低下には影響がないことがわかる。図４に示すような締付手段４０の場合、特に問題なく４０００Ｎを出力することができる。

本発明に係る蒸発器２２は、図２に示す準線形接触状態のものに対して、図７に示す第２の実施形態（冷却筒セクション２８ａと配管３２とが一つの配管切片とされている場合）を融合させたものとし、図２（コンテナ半径を１０００ｍｍ、表発器の曲率半径を１２００ｍｍ、遊び量の最大値を０．８５ｍｍ、として配管を準線形接触させた場合）に基づいて最初のテストを実施した。実験から、この蒸発器が、実施には非常に困難とされる平均遊び量が０．０１ｍｍの従来技術に係る蒸発器と温度的に同一であることが確認された。

この後、（面接触状態の）図３の特性と本発明の第２の実施形態とを融合した。この場合、従来技術を実行した場合に招来するリスクがあるので、配管３２に対して直交する接触面は広すぎてはいけない。そこで、コンテナ１４の直径を２０００ｍｍとしたとき、４０ｍｍから６０ｍｍの接触帯域とすることが、熱流束の増大と容易な製造状態との好適な妥協点となる。

冷却筒２８の最も大きい部分における熱流束量はとても僅かな量に過ぎないので、図４から図６に示す上述した第１の実施形態は、第３の実験段階を備えている。実際のところ、この実施形態によれば、コスト削減と好適な熱流束の維持とを実現することができる。コンテナ１４から配管３２の外径と等しい距離に冷却筒２８を配することによって、すべての製造誤差が消滅する。冷却筒２８は、配管３２を巻き付け、かつ、コンテナ１４にこれらを保持可能に、連続する円形形状とされている。

さらに、王冠状の円環状隙間が冷却筒とコンテナとの間に形成される。この隙間は、図２におけるチャンネル４２とされる。この隙間は、コンテナ１４の熱によって生じる自然対流の影響の下、周囲空気を垂直方向に循環させて排気筒効果を高めることができる。そこで、コンテナと直接接触することによって非常に効率的で独立した受動冷却となる。この冷却効果は、コンテナに接触するヒートパイプの冷却効果をさらに高める。この実施形態の全体の熱流束は、非常に低いコストで従来技術よりも大きいものとなる。

冷却筒２８の外側における自然対流は、排熱には重要な影響を与えておらず、かつ、この現象は、２つの前述の現象に追加される。

チャンネル４２内に生じる乱流は、とても効果的であるため、流体回路内へ排熱される熱流束を減少させることができる。この減少は次の２点に効果的である。一つ目は、流体回路に突発的な故障が発生しても、介入すべき時間を遅らせることができる。二つ目は、長期間にわたって、熱流束を考慮した流体回路の利用を停止する日を十分先送りすることができる。

本発明による様々な実施形態において、当業者にとって周知の手段によって閉鎖体における垂直チャンネル４２内での空気循環による排熱を行うことができる。さらに、この変形例は、補足的に閉じ込めるための封止隔壁の生産、想定可能な事故に対する安全性の向上、かつ、貯蔵空気に熱的影響を及ぼすのを避けることに対して効果的である。

とりわけ、冷却筒２８は、また、スクリーンとしてコンクリート構造の設備に対向して配され、かつ、２面が冷却されるとともに配管３２と断熱されていることから従来技術による冷却筒よりも低温であることに注意すべきである。

最後に、本発明による高効率性によって、使用されている材料の熱伝導性が熱流束にはほとんど寄与しないことがわかる。そのため、設計者は、従来よりも格段に広い範囲から材料を選択することができる。

本発明に係る発熱物質の貯蔵設備における要部構成を示す縦断面図である。 本発明に係る発熱物質の貯蔵設備においてコンテナと準線形に接触する蒸発器の要部を示す横断面図である。 他の接触状態を図２と比較して示す横断面図である。 本発明の第１の実施形態における蒸発器と締付手段とを図２及び図３と比較して示す要部拡大断面図である。 蒸発器における配管の３つのバリエーションを順に示すとともに、冷却フィンが配設された状態を図４と比較して示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る他のバリエーションを図４及び図５と比較して示す要部拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る３つのバリエーションを図４及び図６と比較して順に示す断面図である。 発熱物質を格納するコンテナ壁の内部方向の厚さと平均温度（℃）との関係を示すグラフであって、蒸発器とコンテナとの間の平均遊び（ｍｍ）に対して、常時遊びを設けた場合（曲線Ａ）、配管と接触させた場合（曲線Ｂ）、本発明の配管の前面を接触させた場合（曲線Ｃ）を示すものである。 配管の中心軸からコンテナの周縁部に向かう方向の距離（ｍｍ）に対する熱流束の流れ（Ｗ／ｍ２）を示すグラフであって、常時遊びを０．０１ｍｍとした場合（曲線Ｄ）、０．３ｍｍとした場合（曲線Ｅ）、配管前面で接触させた際の遊びを０．３ｍｍとした場合（曲線Ｆ）を示すものである。 蒸発器の締付力（Newton）に対するコンテナの最高温度（℃）を示すグラフである。

符号の説明

１４ コンテナ
２２ 蒸発器
２８ 冷却筒
２８ａ 冷却筒セクション
３０ 外側面
３２ 配管
３２ａ 冷却フィン
４０ 締付手段

Claims (16)

1. 発熱物質を超長期間にわたって貯蔵できる設備であって、少なくとも一つの閉じ込めコンテナ（１４）と、該コンテナ（１４）の周囲を覆う冷却筒（２８）を有する蒸発器（２２）と、冷却流体で満たされて前記冷却筒（２８）と一体とされた複数の配管（３２）と、前記蒸発器（２２）を前記コンテナ（１４）に密接させる締付手段（４０）とを備え、前記締付手段（４０）が前記各配管（３２）を前記コンテナ（１４）の外側面（３０）と密着させるようにし、かつ前記冷却筒（２８）が前記容器の前記外側面（３０）から離れて配置されるように、前記蒸発器（２２）に内側面が配されていることを特徴とする貯蔵設備。
2. 請求項１に記載の貯蔵設備であって、前記配管間で形成される前記蒸発器の内側面が、前記コンテナ外側面の曲率半径よりも大きい曲率半径とされていることを特徴とする貯蔵設備。
3. 請求項１又は２に記載の貯蔵設備であって、前記各配管（３２）の前面となる前記蒸発器（２２）の内側面に、前記締付手段（４０）によって前記コンテナ（１４）の外側面（３０）への面接触を維持する補完形状部材（４４）が配されていることを特徴とする貯蔵設備。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の貯蔵設備であって、前記配管（３２）が、円形断面とされて冷却筒（２８）を形成する連続構造体の内部に配されていることを特徴とする貯蔵設備。
5. 請求項４に記載の貯蔵設備であって、前記配管（３２）が、溶接によって前記冷却筒（２８）の内側に固定されていることを特徴とする貯蔵設備。
6. 請求項４に記載の貯蔵設備であって、前記冷却筒（２８）とコンテナ（１４）との間に配される配管（３２）が、冷却フィン（３２ａ）を備えていることを特徴とする貯蔵設備。
7. 請求項１から３の何れか一つに記載の貯蔵設備であって、前記各配管（３２）が、２つの冷却筒セクション（２８ａ）とともに一つの配管切片とされ、隣接する前記配管（３２）が、互いの端と端とが組合わされて冷却筒（２８）を形成する前記冷却筒セクション（２８ａ）と一体とされていることを特徴とする貯蔵設備。
8. 請求項７に記載の貯蔵設備であって、隣接する前記配管（３２）が一体とされた前記冷却筒セクション（２８ａ）が、溶接（５４）によって組立てられていることを特徴とする貯蔵設備。
9. 請求項７に記載の貯蔵設備であって、隣接する前記配管（３２）が一体とされた前記冷却筒セクション（２８ａ）が、機械的接続手段（５６）によって組立てられていることを特徴とする貯蔵設備。
10. 請求項１から９の何れか一つに記載の貯蔵設備であって、前記配管（３２）が、四角又は矩形断面とされていることを特徴とする貯蔵設備。
11. 請求項１から９の何れか一つに記載の貯蔵設備であって、配管（３２）が円形断面とされていることを特徴とする貯蔵設備。
12. 請求項１０に記載の貯蔵設備であって、前記配管（３２）が、締付手段（４０）によってコンテナ（１４）の外側面（３０）に対して密着した状態を維持可能な内面を有するフランジ（５２）を備えていることを特徴とする貯蔵手段。
13. 請求項１から１２の何れか一つに記載の貯蔵設備であって、前記蒸発器（２２）の外側面に冷却フィン（５８）が配されていることを特徴とする貯蔵設備。
14. 請求項２から１３の何れか一つに記載の貯蔵設備であって、自然対流による空気循環のための垂直チャンネル（４２）を形成するために、前記冷却筒（２８）が前記コンテナの前記外側面（３０）から離れて配置されていることを特徴とする貯蔵設備。
15. 請求項１４に記載の貯蔵設備であって、前記チャンネル（４２）が、閉じ込め壁を構成する閉鎖体の一部とされていることを特徴とする貯蔵設備。
16. 発熱物質を超長期間にわたって貯蔵できる設備であって、少なくとも一つの閉じ込めコンテナ（１４）と、該コンテナ（１４）の周囲を覆う冷却筒（２８）を有する蒸発器（２２）と、冷却流体で満たされて前記冷却筒（２８）と一体とされた複数の配管（３２）と、前記蒸発器（２２）を前記コンテナ（１４）に密接させる締付手段（４０）とを備え、前記締付手段（４０）が前記各配管（３２）を前記コンテナ（１４）の外側面（３０）と密着させるようにし、かつ自然対流による空気循環のための垂直チャンネル（４２）を形成するために、前記冷却筒（２８）が前記容器の前記外側面（３０）から離れて配置されるように、前記蒸発器（２２）に内側面が配されていることを特徴とする貯蔵設備。

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