JP6945920B2

JP6945920B2 - コンクリートキャスクの冷却空気量調節装置及びコンクリートキャスク

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Publication number: JP6945920B2
Application number: JP2016209229A
Authority: JP
Inventors: 浩文竹田
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2036-10-26
Also published as: US11081246B2; JP2017083444A; US20170125132A1

Description

本発明は、コンクリートキャスクの冷却空気量調節装置及びコンクリートキャスクに関する。さらに詳述すると、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。

使用済原子燃料の中間貯蔵方式であるコンクリートキャスク貯蔵方式では、使用済原子燃料はキャニスタに密封され、このキャニスタがコンクリート容器内に収納されて貯蔵される。使用済原子燃料中の核分裂生成物の崩壊は原子炉からの取り出し後も続くことから、貯蔵中もキャニスタは発熱し続ける。このため、コンクリートキャスクには、外気を冷却空気として内部に取り込んで自然対流により当該冷却空気としての外気を流入させてキャニスタを冷却した後排出するための通路が設けられている。

コンクリートキャスク貯蔵方式では、例えばＳＵＳ３０４ＬやＳＵＳ３１６Ｌ等の汎用オーステナイト系ステンレス鋼製キャニスタが用いられることが多い。ステンレス鋼製キャニスタが用いられる場合には、塩分による応力腐食割れ（「ＳＣＣ」と呼ばれる）を防止する対策を講じる必要がある。例えば、コンクリートキャスクの貯蔵施設が海岸に設置される場合、海からの風にのって運ばれる海塩粒子が冷却空気としての外気に含まれることから、キャニスタを冷却する過程でキャニスタの表面に海塩粒子が付着する可能性がある。

キャニスタの表面に付着した海塩粒子が湿潤状態になると、ＳＣＣが発生する可能性がある。また、海塩粒子の付着が無い場合でも、キャニスタの表面に結露が発生することにより、キャニスタの腐食の原因になったり劣化の促進を引き起こしたりするという問題がある。ＳＣＣや腐食の発生を防止するためには、キャニスタの表面を結露が発生しない温度に維持することが有効となる。

しかし、コンクリートキャスクの冷却能力は、使用済原子燃料の崩壊熱が貯蔵初期において最も大きくなることを踏まえ、貯蔵初期におけるキャニスタの発熱量に基づいて決定されている。したがって、貯蔵末期においては、キャニスタの発熱量に対して冷却能力が過大となることがある。この場合、キャニスタの冷却が過剰となってキャニスタの表面に結露が発生する可能性がある。

そこで、例えば特許文献１記載の技術では、貯蔵末期におけるキャニスタの表面温度の低下を考慮して、コンクリートキャスクの給排気口をブロックで一部塞ぐこと等によって冷却空気の流量を減少させ、キャニスタの過剰な冷却を防いでキャニスタの表面における結露の発生を防ぎ、ＳＣＣの発生を防止する対策が採用されている。

特開２００３−７５５８６号

特許文献１記載の技術では、コンクリートキャスクの給排気口をブロックで一部塞ぐこと等の対策は、人為的な判断に基づいて作業者により行われる。しかしながら、コンクリートキャスクの貯蔵期間や貯蔵個数等に鑑みれば、人為的な判断や操作を介してコンクリートキャスクの管理を行うことは極めて煩雑である。また、人為的な判断や操作を介してコンクリートキャスクの管理を行う場合、ヒューマンエラーを確実に回避するために、人為的な判断や操作に対する十分なチェック体制が必要となり、管理負担が膨大なものとなることも考えられる。

また、特許文献１記載の技術のような人為的な判断や操作を介した対策では、貯蔵期間中における外気の想定外の温度変化等に対して直ちに対応することができず、想定よりもキャニスタの冷却が進んでしまうことも懸念される。

そこで、本発明は、人為的な判断や操作を必要とすることなく、キャニスタの過剰な冷却を防いで、キャニスタの腐食や劣化促進の原因となるキャニスタの表面における結露の発生を確実に防止することのできるコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置及びコンクリートキャスクを提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、本発明のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置は、コンクリート容器の下部に設けられた給気口から上部に設けられた排気口へと外気を冷却空気として自然対流させて、使用済原子燃料を密封したキャニスタを冷却しながら貯蔵する装置であって、排気口における冷却空気の温度が調節基準温度を下回るときに冷却空気の流量が減少させ、且つ、排気口における冷却空気の温度が調節基準温度を上回るときに冷却空気の流量が回復するように冷却空気の流量を増大させる調節を電源を利用しないで自動的に行う排気口開度調節機構と給気口開度調節機構とのうちの少なくとも一方が備えられている。

請求項２に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置は、請求項１に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置において、排気口開度調節機構が、排気口に設けられて調節基準温度を境として形状若しくは相が自律的に変化する部材若しくは部位を有する。

請求項３に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置は、請求項１に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置において、給気口開度調節機構が、排気口に設けられて調節基準温度を境として形状若しくは相が自律的に変化する部材若しくは部位と、前記部材若しくは部位に接続されるリンク部材と、前記給気口に対して配設され前記リンク部材と連動して前記給気口を開閉可能な扉部材とを有する。

請求項４に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置は、請求項１に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置において、排気口開度調節機構が、調節基準温度を境として形状が変化して排気口の開度を調節する感温部材を備える。

請求項５に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置は、請求項１に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置において、排気口開度調節機構が、排気口開度調節部材と、調節基準温度を境として排気口の開度を調節するように排気口開度調節部材を作動させる感温アクチュエータとを備える。

次に、請求項６に記載のコンクリートキャスクは、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置を備えることを特徴としている。

本発明によれば、人為的な判断や操作を必要とすることなく、貯蔵期間中における外気の想定外の温度変化等に対して直ちに対応することもでき、キャニスタの過剰な冷却を防いで、キャニスタの腐食や劣化促進の原因となるキャニスタの表面における結露の発生を確実に防止することが可能となる。

本発明のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置の実施形態として、排気口開度調節機構を備えた場合について例示した縦断面図である。排気口開度調節機構として、感温部材を備える実施形態の一例を示す図である。排気口開度調節機構として、感温アクチュエータを備える実施形態の一例を示す図である。排気口開度調節機構として、感温アクチュエータを備える実施形態の他の例を示す図である。排気口開度調節機構として、感温アクチュエータを備える実施形態のさらに他の例を示す図である。本発明のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置の実施形態として、給気口開度調節機構を備えた場合について例示した縦断面図である。従来のコンクリートキャスクの縦断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。以降の説明では、本発明のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置のことを単に冷却空気量調節装置と呼ぶこともある。

実施形態として、図７に示す従来型のコンクリートキャスクに本発明が適用される場合を例に挙げて説明する。

冷却空気量調節装置１０は、キャニスタ２が過剰冷却となる虞があるときに、冷却空気の流量の自動調節を行う。冷却空気の流量の自動調節は、排気口開度調節機構１１と給気口開度調節機構１３とのうちの少なくとも一方により行われる。詳細には、排気口５における冷却空気の温度が調節基準温度を下回るときに冷却空気の流量を減少させ、且つ、排気口５における冷却空気の温度が調節基準温度を上回るときに冷却空気の流量が回復するように冷却空気の流量を増大させる調節が、排気口開度調節機構１１と給気口開度調節機構１３とのうちの少なくとも一方により自動的に行われる。なお、図１に示す冷却空気量調節装置１０は、排気口開度調節機構１１により冷却空気の流量の自動調節を行う実施形態を想定したものであるが、給気口開度調節機構１３により冷却空気の流量の自動調節を行うようにしてもよいし、排気口開度調節機構１１及び給気口開度調節機構１３の双方により冷却空気の流量の自動調節を行うようにしてもよい。

ここで、「キャニスタ２が過剰冷却となる虞があるとき」とは、キャニスタ２の表面のうちの少なくとも一部に結露が発生する虞があるときのことを意味している。このとき、冷却通路４を通過した後の冷却空気の温度、具体的には排気口５における冷却空気の温度は、キャニスタ２の表面のうちの少なくとも一部に結露が発生する虞があることを反映する温度に低下する。このタイミングで冷却空気の流量を減少させる調節が自動的に行われる。具体的には、「キャニスタ２が過剰冷却となる虞があるとき」に対応する温度がコンクリートキャスクにおける温度管理の調節基準温度として予め定められる。そして、排気口５における冷却空気の温度が調節基準温度を下回るときに冷却空気の流量を減少させる調節が行われる。なお、以降の説明では、冷却通路４を通過した後の排気口５における冷却空気の温度のことを「排気温度」と呼ぶこともある。また、排気口５における冷却空気の温度が調節基準温度を下回るときに冷却空気の流量を減少させる調節のことを「第一の調節」と呼ぶこともある。

第一の調節により排気温度の低下に応じて冷却空気の流量を減少させることで、冷却空気によるキャニスタ２の冷却効果を低下させて、キャニスタ２の過剰な冷却を抑えることができる。これにより、キャニスタ２の表面全体を結露が発生しない温度に維持してキャニスタ２の表面における結露の発生を防止することができる。

一方で、第一の調節により排気温度の低下に応じて冷却空気の流量を減少させ続けると、やがてキャニスタ２の発熱が冷却空気によるキャニスタ２の冷却効果を上回り、排気温度が上昇に転じる。この状態が維持されると、キャニスタ２の温度が上昇し続ける。

そこで、本発明では、排気温度が上昇に転じた段階で、排気温度の上昇に応じて冷却空気の流量を増加させる。言い換えると第一の調節によって減少させた冷却空気の流量を回復させるようにしている。具体的には、排気口５における冷却空気の温度が調節基準温度を上回るときに冷却空気の流量が回復するように冷却空気の流量を増加させる。これにより、キャニスタ２の温度の上昇を抑えることができる。なお、以降の説明では、排気口５における冷却空気の温度が調節基準温度を上回るときに冷却空気の流量が回復するように冷却空気の流量を増加させる調節のことを「第二の調節」と呼ぶこともある。

第一の調節及び第二の調節により、さらにはこれらの調節が繰り返されることにより、排気温度が一定範囲に収束すると共に、冷却空気の流量が適切な量に制限される。換言すれば、キャニスタ２の表面がキャニスタ２の表面に結露が発生しない温度範囲で低温に維持され続けるとともに、冷却空気の流量が少量に維持され続ける。例えば、キャニスタ２の表面温度が１００℃以上であればキャニスタ２の表面に結露が発生することはない。したがって、例えばキャニスタ２の表面温度が１００℃であるときの排気温度を調節基準温度とすることで、キャニスタ２の表面が、結露が発生しない温度範囲で低温に維持され続けるとともに、冷却空気流量も少量に維持され続ける。但し、調節基準温度はこの温度には限定されない。キャニスタ２の表面に結露が発生することのない温度範囲で調節基準温度をさらに低温としてもよい。また、コンクリート容器１を構成するコンクリートを温度制限値よりも十分に低温に維持することができる温度範囲で調節基準温度をさらに高温としてもよい。

したがって、例えば貯蔵末期においてキャニスタ２が過剰冷却となる虞があるときに、冷却空気の流量が直ちに適切に自動調節され、キャニスタ２の表面に結露が発生するのを防ぐことができる。また、冷却空気としての外気の取り込み量を冷却に必要な量に制限して、ＳＣＣ発生の根本的な要因となる塩分のコンクリートキャスク内への取り込み量を抑えることもできる。これらの効果が相俟って、ＳＣＣの発生がより確実に防止される。

以下に、冷却空気の流量の調節が、排気口５の開度を調節する排気口開度調節機構１１により行われる場合を説明する。

排気口開度調節機構１１の実施形態の一例として、排気口５に設けられて調節基準温度を境として形状が自律的に変化する部材としての、感温部材２０を利用した例を図２に示す。

感温部材２０は、排気温度が調節基準温度を下回るときに排気温度の低下に応じて形状が変化して排気口５の開度を低下させるものである。つまり、感温部材２０を備える排気口開度調節機構１１においては、調節基準温度を境とした感温部材２０自体の変形によって、排気口５の開度の調節が行われる。

感温部材２０は、調節基準温度を境として形状が変化する特性を有する材料により形成される。前記特性を有する材料としては、例えば、バイメタルが挙げられる。バイメタルは、熱膨張率の異なる異種材料を組み合わせた部材であり、その組み合わせにより温度に応じた変形の程度が適宜調節される。また、前記特性を有する材料として、形状記憶合金等も挙げられる。

図２に示す排気口開度調節機構１１は、排気口５に嵌入又は接続可能なサイズであり且つ両端が開口している筐体２１内の複数の領域２３のそれぞれに、短冊状の感温部材２０を備える。なお、排気口５の壁面が筐体２１として用いられるようにしても良い。

筐体２１内の複数の領域２３は、セパレータ２２により、排気口５を通過する冷却空気の流路を当該冷却空気の流れ方向に沿う角筒状の複数の領域に分割するように形成される。複数の角筒状の領域２３のそれぞれには感温部材支持部２４が冷却空気の流れ方向と垂直又は略垂直に備えられている。短冊状の感温部材２０は、排気温度が調節基準温度を上回るときには、その平面が冷却空気の流れ方向と平行又は略平行となるように、その長手方向の一端が感温部材支持部２４に固定されている。つまり、感温部材２０は、一端が固定され、固定されていない部位は領域２３内において変形自在に備えられている（図２（ａ））。

そして、図２に示す排気口開度調節機構１１を排気口５に嵌入又は接続することで、排気温度が調節基準温度を下回るときに、排気温度の低下に応じて感温部材２０が徐々に湾曲するように変形し、排気口５の開度が徐々に低下する（図２（ｂ））。これにより、上述した第一の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。

また、感温部材２０の変形は、排気温度の上昇に応じて徐々に元に戻る。したがって、上述の第一の調節によって低下した排気口５の開度が排気温度の上昇に応じて徐々に拡がって回復し、上述した第二の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。

このように、感温部材２０を利用することで、排気温度に応じた第一の調節及び第二の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。したがって、電源喪失に至るような状況下においても、冷却空気の流量が自律的・自動的に調節されて、キャニスタ２の表面における結露の発生が防止される。

次に、排気口開度調節機構１１の実施形態の他の例として、排気口５に設けられて調節基準温度を境として形状若しくは相が自律的に変化する部材若しくは部位としての、感温アクチュエータ３０を利用した例を図３〜図５に示す。

感温アクチュエータ３０は、排気温度が調節基準温度を下回るときに排気温度の低下に応じて排気口５の開度が低下するように排気口開度調節部材１２を作動させるものである。つまり、感温アクチュエータ３０を備える排気口開度調節機構１１においては、調節基準温度を境とした感温アクチュエータ３０の作動状態によって、排気口５の開度の調節が行われる。

感温アクチュエータ３０としては、調節基準温度を境として排気口５の開度を調節するように排気口開度調節部材１２を作動させる機能を有するアクチュエータが選択される。前記機能を有するアクチュエータとしては、例えば、バイメタルの変形、形状記憶合金ばねの変形、又は、流体の相変化を利用したアクチュエータが挙げられる。

バイメタルの変形を利用した感温アクチュエータを備える排気口開度調節機構１１の実施形態の一例を図３に示す。図３に示す排気口開度調節機構１１は、バイメタルの変形を利用した感温アクチュエータ３０ａと、排気口開度調節部材１２を備える。

感温アクチュエータ３０ａは、排気口５に嵌入又は接続可能なサイズであり且つ両端が開口している筐体３１内の内壁に回転可能に取り付けられた回転軸３２と、渦巻き状に形成されたバイメタル３３とを備える。なお、排気口５の壁面が筐体３１として用いられるようにしても良い。

渦巻き状に形成されたバイメタル３３の中心側端部３３ａは回転軸３２の一端側に固定される。バイメタル３３の外側端部３３ｂは筐体３１内の内壁に取り付けられた固定軸３４に固定される。バイメタル３３は、熱膨張率の異なる異種材料を組み合わせた部材であり、その組み合わせにより温度に応じた変形の程度が適宜調節される。このように構成することで、温度変化に伴うバイメタル３３の変形により、回転軸３２を回転させることができ、感温アクチュエータとして機能させることができる。

回転軸３２の他端側には排気口開度調節部材１２が取り付けられる。排気口開度調節部材１２は例えば板状の部材であり、キャニスタ２が過剰冷却となる虞があることを示す温度に排気温度が低下していないときには、その平面が冷却空気の流れ方向と平行又は略平行となるように取り付けられる（図３（ａ））。

そして、図３に示す排気口開度調節機構１１を排気口５に嵌入又は接続することで、排気温度が調節基準温度を下回るときには、バイメタル３３が変形する。詳細には、内周側に低熱膨張材料が備えられ、外周側に高熱膨張材料が備えられている場合には、渦巻き状に形成されたバイメタル３３は径方向内側に向けて縮んで巻き回しの程度が強められる。逆の場合には、バイメタル３３は径方向外側に向けて伸びて巻き回しの程度が弱められる。この作用により回転軸３２が軸回転して排気口開度調節部材１２が作動し、排気口５の開度が徐々に低下する（図３（ｂ））。これにより、上述した第一の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。

また、バイメタル３３の変形は、排気温度の上昇に応じて徐々に元に戻る。したがって、上述の第一の調節によって低下した排気口５の開度が排気温度の上昇に応じて徐々に回復し、上述した第二の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。

次に、形状記憶合金ばねの変形を利用した感温アクチュエータを備える排気口開度調節機構１１の実施形態の一例を図４に示す。図４に示す排気口開度調節機構１１は、形状記憶合金ばねの変形を利用した感温アクチュエータ３０ｂと、排気口開度調節部材１２とを備える。

感温アクチュエータ３０ｂは、例えば、バイアス式２方向アクチュエータである。詳細には、円筒状の筐体４１内に鍔４３が取り付けられたロッド４４が収容され、ロッド４４の一端は筐体４１の一端側の中央に設けられた貫通孔４２から突出している。筐体４１は鍔４３により二つの領域に区画される。貫通孔４２が設けられていない方の領域（「第一領域４１ａ」と呼ぶ）には、形状記憶合金ばね４５が、鍔４３に当接すると共に内側にロッド４４の一部が差し込まれた状態で収納される。また、貫通孔４２が設けられている方の領域（「第二領域４１ｂ」と呼ぶ）には、バイアスばね４６が、鍔４３に当接すると共に内側にロッド４４を貫通させて収納される。

筐体４１は、貫通孔４２がコンクリートキャスク外部側を向くように配置され、例えば排気口５上部の内壁に備えられる。つまり、筐体４１は、第一領域４１ａがコンクリートキャスク内部側に配置され、第二領域４１ｂがコンクリートキャスク外部側に配置されるように備えられる。

形状記憶合金ばね４５は、調節基準温度を境としてバイアスばね４６よりも付勢力が弱まるように組成や配合成分等が調整され、コイルばね状に形成される。例えば、形状記憶合金ばね４５としては、ＮｉとＴｉの金属間化合物製のコイルばね等が挙げられる。バイアスばね４６としてはオーステナイト系ステンレス鋼等のステンレス鋼製のコイルばね等が挙げられる。

排気口開度調節部材１２は、排気口５の上部に設けられたヒンジ４８を介して冷却空気の流れ方向に揺動可能に吊り下げられて設けられる。ロッド４４の長さは、排気温度が調節基準温度を上回るときに、形状記憶合金ばね４５の付勢力によって鍔４３が貫通孔４２側に押し込まれた状態で、排気口開度調節部材１２を押し上げて排気口５の開度が実質的に全開となるように設定されている（図４（ａ））。

以上のように構成することで、排気温度が調節基準温度を下回るときには形状記憶合金ばね４５の付勢力が弱まり、形状記憶合金ばね４５が鍔４３を介してバイアスばね４６により徐々に押し縮められて、ロッド４４がコンクリートキャスク内部側に徐々に引っ込む。これにより、排気口開度調節部材１２が徐々に閉じて、排気口５の開度が徐々に低下する（図４（ｂ））。これにより、上述した第一の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。

また、排気温度の上昇に応じて形状記憶合金ばね４５の付勢力が第一の調節時よりも強まり、ロッド４４がコンクリートキャスク外部側に徐々に突出する。これにより、上述の第一の調節によって低下した排気口５の開度が排気温度の上昇に応じて徐々に拡がって回復し、上述した第二の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。

次に、流体の相変化を利用した感温アクチュエータを備える排気口開度調節機構１１の実施形態の一例を図５に示す。図５に示す排気口開度調節機構１１は、流体の相変化を利用した感温アクチュエータ３０ｃと、排気口開度調節部材１２とを備える。

感温アクチュエータ３０ｃは、例えば、相変化型アクチュエータである。詳細には、シリンダ５１と、シリンダ５１に摺動可能に嵌合するピストン５２と、ピストン５２の一端面に固定されたロッド５３と、内蔵物質５４と、ばね５５とを備える。シリンダ５１の一端側の中央には貫通孔５６が設けられており、ロッド５３の一端はこの貫通孔５６から突出している。シリンダ５１はピストン５２により二つの領域に区画される。貫通孔５６が設けられていない方の領域（「第一領域５１ａ」と呼ぶ）には、内蔵物質５４が充填される。また、貫通孔５６が設けられている方の領域（「第二領域５１ｂ」と呼ぶ）には、ばね５５が、ピストン５２に当接すると共に内側にロッド５３を貫通させて収納される。

シリンダ５１は、貫通孔５６がコンクリートキャスク外部側を向くように配置され、例えば排気口５上部の内壁に備えられる。つまり、シリンダ５１は、第一領域５１ａがコンクリートキャスク内部側に配置され、第二領域５１ｂがコンクリートキャスク外部側に配置されるように備えられる。

内蔵物質５４としては、排気温度が調節基準温度を上回るときには気相状態に維持され、排気温度が調節基準温度を下回るときに気相から液相へと変化する物質が選択される。このような物質としては、エタノール（沸点：78.3℃）等の低沸点液体が挙げられる。なお、内蔵物質５４は、各々の沸点が異なる複数種類の物質が混合されて構成されるようにしても良い。

排気口開度調節部材１２は、排気口５の上部に設けられたヒンジ４８を介して冷却空気の流れ方向に揺動可能に吊り下げられて設けられる。ロッド５３の長さは、排気温度が調節基準温度を上回るときに、気相である内蔵物質５４によってピストン５２が貫通孔５６側に押し込まれた状態で、排気口開度調節部材１２を押し上げて排気口５の開度が実質的に全開となるように設定されている（図５（ａ））。

以上のように構成することで、排気温度が調節基準温度を下回るときには内蔵物質５４が気相から液相へと徐々に変化して体積が徐々に減少し、ロッド５３がコンクリートキャスク内部側に徐々に引っ込む。これにより、排気口開度調節部材１２が徐々に閉じて、排気口５の開度が徐々に低下する（図５（ｂ））。これにより、上述した第一の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。

また、排気温度の上昇に応じて内蔵物質５４が液相から気相へと徐々に変化して体積が徐々に増加し、ロッド５３がコンクリートキャスク外部側に徐々に突出する。これにより、上述の第一の調節によって低下した排気口５の開度が排気温度の上昇に応じて徐々に拡がって回復し、上述した第二の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。

このように、感温アクチュエータ３０を利用することでも、排気温度に応じた第一の調節及び第二の調節が、電源を利用することなく、自動的・自律的に行われる。したがって、電源喪失に至るような状況下においても、冷却空気の流量が自律的・自動的に調節されて、キャニスタ２の表面における結露の発生が防止される。

次に、冷却空気の流量の調節が、給気口３の開度を調節する給気口開度調節機構１３により行われる場合を説明する。

図６に示す給気口開度調節機構１３は、電源６１と、給気口開度調節部６２と、排気温度を測定する温度センサ６３と、温度センサ６３からの温度情報に基づいて給気口開度調節部６２を作動させる制御部６４とを備える。なお、給気口開度調節部６２としては、具体的には例えば、給気口３の開度を調節可能な電動バルブや比例電磁バルブ等の比例制御バルブが挙げられる。また、温度センサ６３としては、具体的には例えば、熱電対やサーミスタ等が用いられ得る。

給気口開度調節部６２としての比例制御バルブは、温度センサ６３で測定された温度情報に基づく制御部６４からの電気信号を受けて、その開度が調節される。これにより給気口３の開度が調節される。電源６１は給気口開度調節部６２の操作電源である。

給気口３の開度調節についてより具体的に説明すると、温度センサ６３により測定された排気温度が調節基準温度を下回るときに、排気温度の低下に応じて給気口３の開度が低下するように制御部６４により給気口開度調節部６２が制御される。したがって、温度センサ６３で測定された排気温度情報に基づく給気口開度調節部６２の制御により、上述した第一の調節が自動的に行われる。

また、温度センサ６３により測定された排気温度が調節基準温度を上回るときに給気口３の開度が回復するように制御部６４により給気口開度調節部６２が制御されることで、上述した第二の調節も自動的に行われる。なお、第二の調節は、温度センサ６３により測定された排気温度が調節基準温度であるときに行われるようにしてもよいし、調節基準温度よりも高温の上限温度を予め設定し、温度センサ６３により測定された排気温度がこの上限温度であるときに行われるようにしてもよい。この上限温度は、コンクリート容器１を構成するコンクリートを温度制限値よりも低温に維持することができる温度範囲で設定される。

なお、電源６１は、商用電源であるが、これに代えてあるいは補助的に、温度差発電を利用して、電力を供給するようにしてもよい。コンクリートキャスクは、コンクリート容器１の下部に設けられた給気口３から冷却空気としての外気を取り込み、上部に設けられた排気口５から冷却空気を排出する構造であることから、キャニスタ２の発熱により暖められた冷却空気よりも外気（特に、排気口５から離れた領域に存在する外気）の方が低温となる。そこで、ゼーベック効果を利用した温度差発電を、キャニスタ２の発熱により暖められた冷却空気と外気の温度差を利用して実施することで、電力の供給が可能となる。電源６１を商用電源に代えて温度差発電とすれば、感温部材や感温アクチュエータを利用した上述の実施形態と同様、自動的・自律的な冷却空気流量の調節が可能となる。また、温度差発電を補助的に利用することで、電源喪失に至るような状況下においても、電源を確保することが可能となり、自動的・自律的な冷却空気流量の調節が可能となる。また、温度差発電は、キャニスタ２の上部と底部の温度差を利用して実施することもできる。

また、給気口開度調節機構１３が、排気口５に配設されると共に調節基準温度を境として形状若しくは相が自律的に変化する部材若しくは部位と、当該部材若しくは部位に接続されたり連結されたりするリンク部材と、当該リンク部材に接続されたり連結されたりすると共に給気口３に対して配設される扉部材とを有する機構として構成されるようにしても良い。この場合には、調節基準温度を境とする上記部材や部位の形状若しくは相の変化によってリンク部材が動かされ、リンク部材が動くことによって当該リンク部材に接続されたり連結されたりしている扉部材が動かされ、当該扉部材が動くことによって給気口３の開口の程度が調節される。

なお、図６に示す給気口開度調節機構１３においては、キャニスタ２の温度が異常上昇して排気温度が異常上昇したときに、給気口３が全開となるように、排気温度が一定温度以上に上昇したときに給気口開度調節部６２を全開とする安全機能を有することが望ましい。

上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるが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、図６に示す給気口開度調節機構１３では、電源６１と、給気口開度調節部６２と、温度センサ６３と、制御部６４とを備える給気口開度調節機構１３について説明したが、これと類似の構成を、排気口５の開度調節に適用してもよい。即ち、給気口開度調節部６２と同様の構成を排気口に適用して排気口開度調節機構とし、温度センサ６３からの温度情報に基づいて排気口開度調節機構を制御部６４により作動させるようにしてもよい。

また、排気口開度調節機構１１と給気口開度調節機構１３は、上述したようにいずれか一方のみを備えるようにしてもよいし、双方を備えるようにしてもよい。つまり、排気口５の開度と給気口３の開度の双方を同時に調節して、冷却空気流量の調節を行うようにしてもよい。

また、給気口３と排気口５はそれぞれ複数（例えば４つ）設けられていることが一般的である。排気口開度調節機構１１は、一部又は全ての排気口５の開度を調節可能に備えるようにしてもよい。同様に、給気口開度調節機構１３についても、一部又は全ての給気口３の開度を調節可能に備えるようにしてもよい。

また、給気口開度調節部６２は、給気口３の開度を調節可能なものであれば上述のものには限定されない。例えば、シャッターや開閉式の窓などを用いることも可能である。排気口開度調節部についても同様である。

さらに、排気口開度調節機構１１や給気口開度調節機構１３においては、キャニスタ２の温度が異常上昇して排気温度が異常上昇したときに、排気口５が全開となるような対策が講じられることが好ましい。例えば、図２に示す排気口開度調節機構１１では、セパレータ２２や感温部材支持部２４が低融点金属によって形成されることが好ましい。図３に示す排気口開度調節機構１１では、回転軸３２や回転軸３２と排気口開度調節部材１２とを接続する部材等が低融点金属によって形成されることが好ましい。図４及び図５に示す排気口開度調節機構１１では、ヒンジ４８が低融点金属によって形成されることが好ましい。これらの対策により、キャニスタ２の温度が異常上昇して排気温度が異常上昇したときに、低融点金属が溶融し、排気口５が実質的に全開となる。したがって、異常時におけるキャニスタ２の冷却性能が確保される。

１コンクリート容器
２キャニスタ
３給気口
４冷却空気通路
５排気口
１０冷却空気量調節装置
１１排気口開度調節機構
１２排気口開度調節部材
１３給気口開度調節機構
２０感温部材
３０感温アクチュエータ
３０ａバイメタルの変形を利用した感温アクチュエータ
３０ｂ形状記憶合金ばねの変形を利用した感温アクチュエータ
３０ｃ流体の相変化を利用した感温アクチュエータ
６１電源
６２給気口開度調節部
６３温度センサ
６４制御部

Claims

コンクリート容器の下部に設けられた給気口から上部に設けられた排気口へと外気を冷却空気として自然対流させて、使用済原子燃料を密封したキャニスタを冷却しながら貯蔵するコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置であって、
前記排気口における前記冷却空気の温度が調節基準温度を下回るときに前記冷却空気の流量を減少させ、且つ、前記排気口における前記冷却空気の温度が前記調節基準温度を上回るときに前記冷却空気の流量が回復するように前記冷却空気の流量を増大させる調節を電源を利用しないで自動的に行う排気口開度調節機構と給気口開度調節機構とのうちの少なくとも一方が備えられていることを特徴とするコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置。
前記排気口開度調節機構が、前記排気口に設けられて前記調節基準温度を境として形状若しくは相が自律的に変化する部材若しくは部位を有する、請求項１記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置。
前記給気口開度調節機構が、前記排気口に設けられて前記調節基準温度を境として形状若しくは相が自律的に変化する部材若しくは部位と、前記部材若しくは部位に接続されるリンク部材と、前記給気口に対して配設され前記リンク部材と連動して前記給気口を開閉可能な扉部材とを有する、請求項１記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置。
前記排気口開度調節機構が、前記調節基準温度を境として形状が変化して前記排気口の開度を調節する感温部材を備える、請求項１記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置。
前記排気口開度調節機構が、排気口開度調節部材と、前記調節基準温度を境として前記排気口の開度を調節するように前記排気口開度調節部材を作動させる感温アクチュエータとを備える、請求項１記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のコンクリートキャスクの冷却空気量調節装置を備えることを特徴とするコンクリートキャスク。