JP4966214B2 - 使用済燃料の熱回収システム - Google Patents
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Description
これは、使用済燃料の密封容器であるキャスクやキャニスタの内部に冷却管を設置するとともに伝熱媒体としての固体粒子群を充填するものであって、冷却管内に冷却流体を強制流動させて崩壊熱を除去(すなわち冷却)するとともに、それにより加熱された冷却流体の有する熱エネルギを回収してたとえばタービン発電用の熱源として有効利用するというものである。
これは、使用済燃料を収納するための密封容器として通常のキャスク1を対象として、そのキャスク1を外側から冷却するとともに使用済燃料が発生する崩壊熱を熱回収して有効利用するためのもので、図1に示すように、多数のキャスク1のそれぞれに装着される熱回収装置2と、各熱回収装置2に熱回収媒体としての冷却水を強制循環させるための循環管路網3と、冷却水を冷却するとともに冷却水から熱回収を行うための熱交換器4を具備してなるものである。
伝熱容器5は良伝熱性の金属薄板を素材として円筒状に加工成形してなるものであり、キャスク1の外周面に密着ないし必要最小限の隙間を確保した状態でその外周面全体を覆い得るような大きさとされている。
熱回収ヘッダー6は伝熱容器5よりもやや大径の扁平な円筒状をなすもので、伝熱容器5の上部に一体に取り付けられており、伝熱容器5をキャスク1の周囲に装着した状態では熱回収ヘッダー6がキャスク1の上部に被せられた状態で装着されるものである。
ヒートパイプ7は真空な管体内に作動液を封入した周知の伝熱装置であって、その下端部の吸熱部7aが上下方向に沿うように等間隔で並べられて伝熱容器5の外周面に一体に取り付けられ、上端部の放熱部7bは熱回収ヘッダー6内に挿入されて内側に曲げられて放射状に配列されたものとなっている。
すなわち、キャスク1の表面温度は使用済燃料の崩壊熱によりたとえば150℃程度の高温になるので、その外側に装着されている伝熱容器5も同等程度の高温となるが、伝熱容器5にはヒートパイプ7の吸熱部7aが一体に設けられているとともにヒートパイプ7の放熱部7bは熱回収ヘッダー6内に設けられているので、高温の伝熱容器5からヒートパイプ7の吸熱部7aによって吸熱がなされて速やかに放熱部7bに伝達され、熱回収ヘッダー6内において放熱部7bから冷却水への放熱がなされる。
つまり、キャスク1は伝熱容器5を介してヒートパイプ7により吸熱されて効率的に冷却されることになり、同時にヒートパイプ7は熱回収ヘッダー6内において冷却水に対して放熱してそれを加熱することになる。
すなわち、熱交換器4により所定水温の冷水として調整された冷却水は、循環ポンプ10により圧送されてサプライヘッダー11aを介して各供給主管9aに分配され、各供給主管9aから供給分岐管8aを通して各熱回収装置2に供給されて熱回収ヘッダー6内を通過し、その間に冷却水はヒートパイプ7からの放熱を受けて水温が上昇して温水となり、温水となった冷却水は返送分岐管8b、返送主管9b、リターンヘッダー11bを介して熱交換器4に戻るように循環するようになっている。
そして、熱交換器4において温水となっている冷却水と熱回収水との熱交換が行われてここで熱回収がなされ、水温の上昇した熱回収水はたとえば給湯や冷暖房等の熱源として有効に利用可能である。勿論、温水となって返送されてきた冷却水は熱交換器4において熱回収水によって冷却されることになって所定水温の冷水として再調整され、さらに循環する。
特に本実施形態では、安全性の確立されている通常のキャスク1を対象としてそれを外側から冷却し熱回収するものであるので、特許文献1に示されるシステムのように特殊な密封容器を必要とせず、したがって自ずと安全性を確保することができるし、既設の貯蔵施設に対して適用することも可能であり、使用済燃料からの熱回収システムとして極めて合理的であり有効である。
すなわち、通常の冷却システムは貯蔵施設内に外気を取り入れて自然通風力による換気によりキャスクを冷却する通風式のものが一般的であるが、そのような従来の冷却システムでは全てのキャスクを均等に冷却して高度の温度管理を行うことは必ずしも容易ではないし、特に臨海域に立地する施設においては取り入れ外気中に含まれる海塩粒子によるキャスクの腐食に対する対策も必要である。それに対し、本実施形態の熱回収システムでは、冷却水の強制循環により全ての使用済燃料を確実かつ効率的に冷却することが可能であって、温度管理の信頼性も確保し易く、取り入れ外気による腐食の問題もなく、したがって使用済燃料の冷却システムとしても従来一般の通風式の冷却システムに比べて充分に有効なものである。
たとえば、上記実施形態では使用済燃料を収納する密封容器としてキャスクを例示したが、キャニスタ等の他の密封容器に対しても同様に適用可能であり、その密封容器に装着する熱回収装置2の具体的な構成や形状・寸法、特にヒートパイプ7の本数や熱回収ヘッダー6の容量、その他の諸元も要求される性能に応じて最適設計すれば良い。
また、上記実施形態では熱回収媒体として単なる冷却水を使用したが、循環管路網を強制循環させることができ、かつ効率的な熱回収と冷却を行い得る熱特性と物性を有する液体であれば他の熱媒体も採用可能である。
2 熱回収装置
3 循環管路網
4 熱交換器
5 伝熱容器
6 熱回収ヘッダー
7 ヒートパイプ
7a 吸熱部
7b 放熱部
8a 供給分岐管
8b 返送分岐管
9a 供給主管
9b 返送主管
10 循環ポンプ
11a サプライヘッダー
11b リターンヘッダー
Claims (1)
- 密封容器に収納した使用済燃料が発生する崩壊熱を熱回収するための熱回収システムであって、
前記密封容器に装着されて熱回収媒体が供給されることにより該密封容器を外側から冷却するとともに該密封容器から熱回収を行う熱回収装置と、熱回収媒体を前記熱回収装置に供給してそこから返送するように強制循環させるための循環管路網と、熱回収媒体との熱交換により熱回収するとともに熱回収媒体を冷却する熱交換器とを具備し、
前記熱回収装置は、前記密封容器の周囲を覆う筒状の伝熱容器と、該伝熱容器の上部に設けられて前記循環管路網により熱回収媒体が供給され返送される熱回収ヘッダーと、真空な管体内に作動液を封入した伝熱装置であるヒートパイプを具備し、
該ヒートパイプの吸熱部が前記伝熱容器の周面に一体に設けられるとともに該ヒートパイプの放熱部が前記熱回収ヘッダー内に配置されて、該熱回収ヘッダー内において前記放熱部から前記熱回収媒体への放熱がなされる構成とされていることを特徴とする使用済燃料の熱回収システム。
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