JPH07333385A - 使用済核燃料用貯蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】使用済核燃料の崩壊による廃熱を有効に活用す
ることができる使用済核燃料用貯蔵庫を提供する。 【構成】使用済核燃料９が貯蔵チューブ５に収容され、
これらの貯蔵チューブ５がチャンバー１内に配置され
る。このチャンバー１は、コンクリート等の放射線遮蔽
材料から構築され、その内部を空気が流通して、この間
に使用済核燃料９の崩壊熱が空気に伝達される。この熱
せられた空気が排出される空気排出口１３の近辺の排気
ダクト１４には、廃棄熱回収装置２０が設けられてお
り、空気に伝達された熱が回収されるようになってい
る。この廃棄熱回収装置２０は、ヒートパイプ２３を内
蔵する熱交換器２１と、ヒートポンプ２２とを有する。
ヒートパイプ２３はヒートポンプ２２の内部にまで延在
している。また、熱交換器２１の直下およびチャンバー
１の床８には、ファン３０，３１が配設されており、排
気ダクト１４内の空気が熱交換器２１で冷却されること
によって、空気の流通性が阻害されるのを防止してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉から取出された
使用済核燃料の貯蔵庫に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に原子力発電所では、使用済の核燃
料を集合体の形状のまま、貯蔵プール内の水中に長期間
保管して、その崩壊熱および放射線レベルが充分に低下
した後に、核燃料を輸送して再処理あるい中間処理する
ようにしている。しかし、核燃料を水中に保管する場合
には、腐食等により水中に核分裂生成物や汚染物等が漏
れて、周囲の環境を汚染するおそれがある。このため
に、例えば特公平５−１１５９８号公報に開示されたよ
うな乾式貯蔵庫が開発されてきている。

【０００３】この乾式貯蔵庫は、鉄筋コンクリート製の
チャンバー内に、複数の貯蔵チューブが直立状態で配置
され、これらの貯蔵チューブ内に使用済核燃料が収容さ
れ、これらの貯蔵チューブが遮蔽プラグで閉鎖されたも
のである。そして、チャンバー内には、常温の冷却空気
が導入され、この冷却空気が対流しつつ空気排出口に向
かう間に貯蔵チューブ内の使用済核燃料の崩壊熱を貯蔵
チューブから奪うようになっている。さらに、貯蔵チュ
ーブにはパイプが接続されており、これらパイプが一つ
のマニホルドでまとめられ、このマニホルドにフィル
タ、ファンが取付けられている。そして、このファンを
駆動することにより、各貯蔵チューブ内の空気がパイプ
を通ってマニホルドに送出され、これにより貯蔵チュー
ブ内を負圧に維持でき、使用済核燃料の閉じ込めが担保
される。なお、マニホルドに送出された空気はフィルタ
によって充分に浄化されて、大気中に放出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の通り、この乾式
貯蔵庫には常温の冷却空気が導入され、使用済核燃料の
崩壊熱がこの空気に伝達されるようになっている。こう
して熱せられた空気は、チャンバーに設けられた空気排
出口から排気ダクトを通じて、大気中に放出されるよう
になっている。これによって、使用済核燃料すなわち貯
蔵チューブの温度は、最大でも１００°Ｃ程度までに抑
制されるように設定されており、空気排出口付近では空
気の温度が４０〜６０°Ｃ程度になる。このような使用
済核燃料は、原子力発電所から取出された後、徐々に減
衰しながらではあるが長期にわたって発熱し続けるた
め、排出される空気の温度も比較的安定している。しか
るに従来は、流通した空気をそのまま大気中に放出し
て、この熱エネルギーを活用してこなかった。

【０００５】しかし、この乾式貯蔵庫では、上述のよう
に空気排出口付近での空気の温度が４０〜６０°Ｃ程度
であって、熱源として有効に利用するほどには高くはな
い。また、冷却空気の対流によって、冷却空気が流通す
るようなチャンバーを利用しているため、空気流量自体
も少ない。従って、この廃熱を熱源として利用しようと
しても、高効率な熱回収装置が必要であるという技術的
な困難性があった。

【０００６】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたものであり、使用済核燃料の崩壊による廃熱
を有効に活用することができる使用済核燃料用貯蔵庫を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る使用済核燃料用貯蔵庫は、放射線遮蔽
材料から構築され、内部を空気が流通して空気排出口か
ら排出されるようになされたチャンバーと、使用済核燃
料が収容されると共に、上記チャンバーの内部に配置さ
れる貯蔵チューブとを有する使用済核燃料貯蔵庫におい
て、上記空気排出口の近辺に、上記貯蔵チューブから上
記チャンバー内部を流通してきた空気に伝達された熱を
回収するための廃棄熱回収装置が設けられているもので
ある。ここで、上記廃棄熱回収装置は、上記空気の熱を
取出す熱交換器と、この熱交換器で取出された熱を利用
するヒートポンプとを有しており、上記熱交換器がヒー
トパイプを内蔵するものであると好ましい。また、上記
ヒートパイプが上記ヒートポンプの内部まで延在してい
ると望ましい。さらに、上記チャンバー内の空気の流通
性を向上せしめる補助送風手段を具備するとさらに好ま
しい。

【０００８】

【作用】チャンバー内を空気が流通する間に、使用済核
燃料の崩壊熱が貯蔵チューブからこの空気に伝達され
る。この空気に伝達された熱が、廃棄熱回収装置によっ
て回収される。廃棄熱回収装置においては、ヒートパイ
プを内蔵する熱交換器で熱が回収され、この熱交換器で
取出された熱がヒートポンプに伝達されて再利用され
る。ここで、ヒートパイプがヒートポンプの内部まで延
在していると、ヒートパイプからヒートポンプへの熱の
伝達率が大きくなる。また、廃棄熱回収装置によって空
気が冷却されることによって、例えば対流などのチャン
バー内の空気の流通性が阻害された場合には、補助送風
手段を起動して、空気を排出しやすくすることができ
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照して詳細に説明する。図１に示すように、本発明に係
る貯蔵庫は、例えば鉄筋コンクリート等の放射線遮蔽材
料から構築される壁と床と天井からなるチャンバー１を
有する。このチャンバー１の天井２には、複数の同一形
状の開口３が設けられている。また、各開口３には貯蔵
チューブ５が挿通されると共に、これらの貯蔵チューブ
５はチャンバー１の床８の上に載置されている。これに
より貯蔵チューブ５は、開口３を通って上下に自由に熱
膨張可能になっている。各貯蔵チューブ５の下端は閉じ
ており、各貯蔵チューブ５の内部には、多数の使用済核
燃料集合体９が直立した状態で収容される。また貯蔵チ
ューブ５の上端は、他の部分よりもわずかに大きな直径
を有しており、開口３のテーパ形状に合致するような形
状になっている。そして、各開口３の内部にある貯蔵チ
ューブ５の上端には、遮蔽用プラグ１０が嵌め込まれて
いる。

【００１０】さらに、図示は省略するが、貯蔵チューブ
５にはパイプが接続されており、これらパイプが一つの
マニホルドでまとめられ、このマニホルドにフィルタ、
ファンが取付けられている。そして、このファンを駆動
することにより、各貯蔵チューブ５内の空気がパイプを
通ってマニホルドに送出され、これにより貯蔵チューブ
５内の圧力を常に負圧に保つことができ、たとえ使用済
核燃料９から放射性ガスが漏れたとしてもチャンバー１
へ放出されることはなく、使用済核燃料の閉じ込めが担
保される。なお、マニホルドに送出された空気はフィル
タによって充分に浄化されて、大気中に放出される。

【００１１】チャンバー１の床８には、図における右下
で開口する空気導入口１１が設けられている。この空気
導入口１１は、吸気ダクト１２に連設されており、吸気
ダクト１２を通じて常温の大気（冷却空気）がチャンバ
ー１内に進入可能になっている。また、チャンバー１の
天井２には、図における左上で開口する空気排出口１３
が設けられている。この空気排出口１３は、排気ダクト
１４に連設されており、排気ダクト１４を通じてチャン
バー１内の空気が大気中に放出されるようになってい
る。

【００１２】以上のようにして、チャンバー１の内部は
冷却空気が流通するようになっている。チャンバー１の
内部には、高温の使用済核燃料９を内蔵する貯蔵チュー
ブ５が配置されているから、常温の冷却空気が対流によ
って吸気ダクト９および空気導入口１１を通じてチャン
バー１に自然に流入する。また、冷却空気はここで使用
済核燃料の崩壊熱が伝達されることによって温められ、
さらに対流によって空気排出口１３および排気ダクト１
４を通じて外部に流出する。

【００１３】図中のチャンバー１と吸気ダクト１２と排
気ダクト１４内の矢印は、その空気の流れを示してい
る。このように空気がチャンバー１の内部を対流して流
通することによって、使用済核燃料９すなわち貯蔵チュ
ーブ５の温度は、最大でも１００°Ｃ程度までに抑制さ
れるように設定されており、空気排出口１３付近では空
気の温度が４０〜６０°Ｃ程度になる。

【００１４】さて、空気排出口１３の付近には、ここを
通過する空気から廃棄熱を回収するために排気熱回収装
置２０が設けられている。この排気熱回収装置２０は、
廃棄ダクト１４内の空気の熱を取出す熱交換器２１と、
この熱交換器２１で取出された熱を回収するヒートポン
プ２２とを具備する。

【００１５】具体的には、熱交換器２１は、図２に示す
ように直方体状のケーシング２４と、その内部に配置さ
れた多数枚のフィン２５とを有している。ケーシング２
４には上下に貫通する二つの空間２４ｂが設けられてお
り、これらの空間２４ｂの間はケーシング２４の中央部
２４ａで区切られている。フィン２５は二つの空間２４
ｂの内部に配置されて、直立するようにかつ互いに平行
になるようになされている。また、ケーシング２４には
その全長にわたって多数のヒートパイプ２３が水平かつ
互いに平行に配列されており、このケーシング２４は、
フィン２５を貫通している。

【００１６】図１に示すように、熱交換器２１は、排気
ダクト１４の壁を貫通して、後述するヒートポンプ２２
の蒸発部２６の内部に達するように配置されている。こ
の場合、ケーシング２４の中央部２４ａは、排気ダクト
１４の壁内に配置され、両方の空間２４ｂは、それぞれ
排気ダクト１４の空間内およびヒートポンプ２２の蒸発
部２６内に配置される。なお、中央部２４ａと排気ダク
ト１４の壁との間は、密封剤によって封止されている。

【００１７】本実施例においては、排気ダクト１４の内
部にて、フィン２５が直立せしめられて、かつ互いに平
行に配置されているので、排気ダクト１４内の空気の上
昇は阻害されず、またフィン２５を介して空気との接触
面積が増大せしめられているので、排気ダクト１４内を
通過する空気とヒートパイプ２３との熱交換が良好にな
っている。

【００１８】次にヒートポンプ２２について説明する。
ヒートポンプ２２は、どのような種類のものであっても
よいが、本実施例では、通常の蒸気圧縮サイクル式のも
のが使用されている。図１には、このヒートポンプ２２
が模式的に示されている。このヒートポンプ２２内に
は、冷媒が循環するように封入されている。ヒートポン
プ２２内の矢印はこの冷媒の循環方向を示す。この冷媒
は、蒸発部２６で熱せられて蒸発し、圧縮・凝縮部２７
で圧縮および凝縮される。これを繰り返しながら、冷媒
はヒートポンプ２２内を循環するようになっている。そ
して、圧縮・凝縮部２７で冷媒が凝縮される際に、熱交
換されることにより、熱が回収されて再利用される。

【００１９】上述したようにヒートパイプ２３は、熱交
換器２１の全長にわたって延在しているから、蒸発部２
６の内部にも達している。これによってヒートパイプ２
３の内部の冷媒は、排気ダクト１４の内部で加熱されて
蒸発し、蒸発部２６の内部で冷却されて凝縮されるよう
にして、排気ダクト１４と蒸発部２６との間を往復す
る。従って、ヒートパイプ２３からヒートポンプ２２へ
直接熱が交換されるようになっており、熱交換の効率が
良好である。また、蒸発部２６の内部においても、フィ
ン２５が直立せしめられて、かつ互いに平行に配置され
ているので、蒸発部２６内の冷媒の上昇は阻害されず、
またフィン２５を介して冷媒との接触面積が増大せしめ
られているので、蒸発部２６内を通過する冷媒とヒート
パイプ２３との熱交換がさらに良好になっている。

【００２０】以上のようにして、本実施例では、チャン
バー１内を流通した空気が使用済核燃料９の崩壊熱を貯
蔵チューブ５から奪った熱を、廃棄熱回収装置２０によ
って回収できるようになっている。このようにして回収
した熱は、貯蔵施設およびその付近の空調や温水供給の
ために利用することができ、ここで使用するエネルギを
低減することが貢献する。使用済核燃料は、原子力発電
所から取出された後、徐々に減衰しながらではあるが長
期にわたって発熱し続けるため、排出される空気の温度
も比較的安定しているので、長期間にわたって安定した
熱源として利用することが可能である。

【００２１】ところで、本実施例では、廃棄熱回収装置
２０によって排気ダクト１４の内部の空気が冷却される
ことになるから、チャンバー１の構造によっては、上述
したようなチャンバー１内の空気の流通が阻害されるお
それがある。こうなると、熱せられた空気がチャンバー
１内で停滞して、貯蔵中の使用済核燃料９の温度が上昇
してしまい、安全性の観点上好ましくない。従って、仮
にこの種の問題が生じるような設計仕様のチャンバー１
であるならば、熱交換器２１の直下あるいはチャンバー
１の床８に補助的に送風手段を設けるとよい。このよう
な送風手段としては、ファンあるいは空気噴出装置等が
考えられる。本実施例においては、熱交換器２１の直下
にファン３０を配設すると共に、チャンバー１の床８に
ファン３１を配設することによって、空気の流速を増加
せしめ、上記の問題点を解消している。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、請求
項１に記載の発明によれば、チャンバー内を空気が流通
する間に、使用済核燃料の崩壊熱が貯蔵チューブからこ
の空気に伝達される。この空気に伝達された熱が、廃棄
熱回収装置によって回収される。このようにして回収さ
れた熱は、貯蔵施設およびその付近の空調や温水供給の
ために利用することができ、ここで使用するエネルギを
低減することが貢献する。使用済核燃料は、原子力発電
所から取出された後、徐々に減衰しながらではあるが長
期にわたって発熱し続けるため、排出される空気の温度
も比較的安定しているので、長期間にわたって安定した
熱源として利用することが可能である。

【００２３】この効果に加えて、請求項２に記載の発明
によれば、廃棄熱回収装置において、ヒートパイプを内
蔵する熱交換器で熱が回収され、この熱交換器で取出さ
れた熱がヒートポンプに伝達されて再利用されるため
に、熱交換効率がよい。このため、熱交換に供する排出
空気は４０°Ｃないし６０°Ｃ程度の比較的低温であ
り、その流量も少ないが、有効な熱交換を行うことが可
能である。さらに請求項３に記載の発明のように、ヒー
トパイプがヒートポンプの内部まで延在していると、ヒ
ートパイプからヒートポンプへの熱の伝達率が大きくな
るので、さらに熱交換の効率がよい。また、請求項４に
記載の発明によると、廃棄熱回収装置によって空気が冷
却されることによって、例えば対流などのチャンバー内
の空気の流通性が阻害された場合には、補助送風手段を
起動して、空気を排出しやすくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の使用済核燃料用貯蔵庫を
示す断面図である。

【図２】実施例の要部である熱交換器を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ チャンバー ５ 貯蔵チューブ ９ 使用済核燃料 １１ 空気導入口 １２ 吸気ダクト １３ 空気排出口 １４ 排気ダクト ２０ 廃棄熱回収装置 ２１ 熱交換器 ２２ ヒートポンプ ２３ ヒートパイプ ２５ フィン ２６ 蒸発部 ２７ 圧縮・凝縮部 ３０，３１ ファン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線遮蔽材料から構築され、内部を空
   気が流通して空気排出口から排出されるようになされた
   チャンバーと、 使用済核燃料が収容されると共に、上記チャンバーの内
   部に配置される貯蔵チューブとを有する使用済核燃料貯
   蔵庫において、 上記空気排出口の近辺に、上記貯蔵チューブから上記チ
   ャンバー内部を流通してきた空気に伝達された熱を回収
   するための廃棄熱回収装置が設けられていることを特徴
   とする使用済核燃料用貯蔵庫。
2. 【請求項２】 上記廃棄熱回収装置が、上記空気の熱を
   取出す熱交換器と、この熱交換器で取出された熱を利用
   するヒートポンプとを有しており、上記熱交換器がヒー
   トパイプを内蔵することを具備することを特徴とする請
   求項１に記載の使用済核燃料用貯蔵庫。
3. 【請求項３】 上記ヒートパイプが上記ヒートポンプの
   内部まで延在していることを特徴とする請求項２に記載
   の使用済核燃料用貯蔵庫。
4. 【請求項４】 上記チャンバー内の空気の流通性を向上
   せしめる補助送風手段を具備することを特徴とする請求
   項１ないし４のいずれかに記載の使用済核燃料用貯蔵
   庫。