JPH1184069A - 放射性物質貯蔵用コンクリートモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却空気の温度がコンクリートの強度維持上
の耐熱温度を超えるような場合でも、コンクリートの温
度をコンクリートの強度維持上の耐熱温度以下に抑える
ことができるコンクリートモジュールを提供する。 【解決手段】 放射性物質を収納した金属製の密封容器
１の外側をコンクリート遮蔽体２で囲み、前記密封容器
１とコンクリート遮蔽体２の間の冷却空気流路３を流れ
る空気により放射性物質の発生する熱を除去する放射性
物質貯蔵用のコンクリートモジュールにおいて、前記コ
ンクリート遮蔽体２と前記密封容器１との間に断熱材層
７を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射性物質を乾燥
状態で容器内に密封し、その容器の外部をコンクリート
遮蔽体で覆い、容器内部で発生した崩壊熱を容器とコン
クリート遮蔽体間の間隙を流れる空気で冷却しながら貯
蔵する放射性物質貯蔵用コンクリートモジュールに関す
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、解体処理するとともにプルトニウム等の再度燃
料として使用できる有用物質を回収するため、再処理さ
れる計画にある。従来、この様な使用済燃料集合体は、
その再処理を行なうまでの間、原子炉の燃料集合体プー
ル等に一時保管される方式がとられれきたが、年々増大
する使用済燃料集合体によりそのプール等の保管設備も
限界に達するおそれがある。そこで、再処理を行なうま
での期間、安全に、安価にかつ取り出し可能な状態で長
期間保管できる設備が必要となってきている。

【０００３】このように使用済燃料は発電所に既設の燃
料貯蔵プールにおいて貯蔵されてきたが、従来の水に代
わって空気による自然冷却を行う乾式法の開発が進めら
れ、プール法に比べて運転コストが低いことから注目さ
れている。

【０００４】乾式法にも種類があるが大きく分類する
と、従来の輸送キャスクに似た金属キャスク法と溶接密
封金属容器（以下、「キャニスタ」と称する。）を用い
た方法の２つに分けられる。キャニスタ方式にはさら
に、多数のキャニスタを１つの貯蔵設備で遮蔽するボー
ルト方式と、１つのキャニスタ毎に１つのコンクリート
構造物で遮蔽するサイロもしくはコンクリートキャスク
方式とに分けられる。それぞれの方式に一長一短がある
が、近年、米国ではコンクリートキャスク方式が低コス
トであることから注目されてきている。コンクリートキ
ャスク方式のいわゆるコンクリートモジュールの構造例
としては、例えば"NON PROPRIETARY VERSIONOF 'VENTIL
ATED STORAGE CASK LICENSING DOCUMENTATION'" (PFL N
o. ADOCK-7201007-B-940111)の3.1章に記載されたもの
が知られている。この構造は、図９に示すようなもの
で、キャニスタは遮蔽用コンクリートの内側に一体化さ
れて固定されている。

【０００５】以下、図を参照して従来から実施されてい
るコンクリートモジュールの構造について説明する。図
９は、前記従来例に係るコンクリートモジュールの一部
を切り欠いて内部構造を示す斜視図である。

【０００６】このコンクリートモジュール１００は、キ
ャニスタ１とコンクリート遮蔽体２とから基本的に構成
されている。キャニスタ１は、使用済燃料集合体を複数
体封入した溶接密封構造であり、封入した内部の放射性
物質が外部に漏洩しない構造を有し、円筒状に形成され
ている。さらに内部の使用済燃料集合体から発生する崩
壊熱はキャニスタ外部の空気によって冷却される。キャ
ニスタ１は同じく円筒状のコンクリート遮蔽体２の中に
装荷され、コンクリート遮蔽体２とキャニスタ１の間に
は冷却空気流路３を形成する一定のギャップが設けられ
る。この冷却空気流路３に外部空気を導入するために、
コンクリート遮蔽体２には冷却空気入口４および冷却空
気出口５が設けられ、これらは前記冷却空気流路３と連
通している。冷却空気入口４はコンクリート遮蔽体２の
底部側に開口し、冷却空気出口５は上部側に開口してい
る。また、コンクリート遮蔽体２の冷却空気流路３側の
内面には金属製のライナ６が設けられている。

【０００７】通常、使用済燃料からは崩壊熱に伴う発熱
と放射線の発生を伴う。したがって、このコンクリート
モジュール１００は使用済燃料の冷却、放射線の遮蔽、
放射性物質の密封性能が必要になる。コンクリートキャ
スク方式では、冷却はキャニスタ１とコンクリート遮蔽
体２間の冷却空気流路１０５を流れる空気で、遮蔽は外
側のコンクリート遮蔽体２１で、密封はキャニスタ１で
担保する。また、コンクリートモジュールの強度もコン
クリート遮蔽体２の強度で担保される。ここで、密封は
絶対に放射性物質が外部に漏洩しないこと、遮蔽は貯蔵
施設内や施設外の放射線量が法律による規準以下である
こと、冷却では、貯蔵期間中、使用済燃料の燃料被覆管
の表面温度やコンクリート構造部の温度が基準で決めら
れた温度を越えないようにすることが要求されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のコン
クリートモジュールでは、コンクリート遮蔽体２は図９
に示したように、金属製のライナ６の外側に直接接触し
た構造となっている。放射性物質（例えば使用済核燃
料）をコンクリートモジュール１００内に貯蔵した場
合、金属ライナ６は放射性物質の貯蔵中に発生する熱を
受け高温となる。金属は熱伝導性が高いことから、従来
の構造では金属ライナ６からコンクリート遮蔽体２へは
ほとんど抵抗なく熱が伝えられ、コンクリート遮蔽体２
の温度も上昇することとなる。ところが、コンクリート
は高温で強度が低下することから、コンクリート遮蔽体
２の強度をコンクリートで担保する場合には、少なくと
も強度を担保する部分の温度を一定値以下に抑える必要
がある。従って、この条件を満たすべく、貯蔵する放射
性物質の発熱量に厳しい制限が課せられていた。

【０００９】また、金属ライナ６は放射性物質の貯蔵
中、熱膨張によって径方向に広がろうとする。このとき
ライナ６とコンクリート遮蔽体２が直接接触している
と、コンクリート遮蔽体２の胴部周方向に引っ張り応力
が作用することになる。一般にコンクリート構造体は引
っ張り応力に弱いため、このような力が加わることは望
ましくない。

【００１０】本発明は、このような背景に鑑みてなされ
たもので、その第１の目的は、冷却空気の温度がコンク
リートの強度維持上の耐熱温度を超えるような場合で
も、コンクリートの温度をコンクリートの強度維持上の
耐熱温度以下に抑えることができるコンクリートモジュ
ールを提供するにある。

【００１１】また、第２の目的は、金属製のライナを備
えている場合、ライナの熱膨張に起因してコンクリート
に生じる応力を緩和することができるコンクリートモジ
ュールを提供するにある。

【００１２】さらに第３の目的は、第２の目的を達成す
るコンクリートモジュールを簡単に製造できる構造を提
案するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため、第１の手段は、放射性物質を収納した金属製の
密封容器の外側をコンクリート遮蔽体で囲み、前記密封
容器とコンクリート遮蔽体の間を流れる空気により放射
性物質の発生する熱を除去する放射性物質貯蔵用のコン
クリートモジュールにおいて、前記コンクリート遮蔽体
と前記密封容器との間に断熱材層を設けたことを特徴と
する。

【００１４】前記第２の目的を達成するため、第２の手
段は、第１の手段において、前記密封容器とコンクリー
ト遮蔽体の間の冷却空気流路と前記コンクリート遮蔽体
との間に金属製のライナが設けられ、前記断熱材層は前
記コンクリート遮蔽体と前記ライナとの間に配置されて
いることを特徴とする。

【００１５】前記第３の目的を達成するため、第３の手
段は、第２の手段において、前記ライナと前記断熱材が
一体化されていることを特徴とする。

【００１６】前記第２の目的を達成するため、第４の手
段は、第２または第３の手段における断熱材層を前記ラ
イナの熱膨張変形を吸収するに足る柔軟性を備えた材料
によって形成したことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。なお、以下の説明において、
前述の従来例と同等な各部には同一の参照符号を付し、
重複する説明は適宜省略する。

【００１８】［第１の実施形態］図１および図２は本発
明の第１の実施形態に係るコンクリートモジュールを示
すもので、図１はコンクリートモジュールを模式的に示
した径方向の断面図、図２は軸方向の断面図である。こ
の実施形態は、図９に示した従来例におけるライナ６に
代えて断熱材層７を設けたもので、その他の各部は全て
前記従来例と同等に構成されている。

【００１９】冷却空気は図２中の矢印で示すようにコン
クリートモジュール１００下部の冷却空気入口４から流
入し、モジュール胴部で熱交換して加熱されながら冷却
空気流路３を上昇し、コンクリートモジュール１００上
部の冷却空気出口５から流出する。

【００２０】断熱材層７は耐熱性や耐放射線性をもつ断
熱材を単体、または複数組み合わせて構成する。例え
ば、パーライトコンクリート、発泡コンクリート、ロッ
クウール、グラスウール、フェノール発泡樹脂などが構
成素材の一例である。

【００２１】断熱材層７の厚みは、放射性物質の発熱
量、冷却空気の流量や温度、断熱層を構成する断熱材の
熱伝導率等を考慮して、構造強度を担保するコンクリー
トの最高温度が設計基準で定められたコンクリートの上
限温度を超えないよう定めればよい。従って、断熱材層
７の厚さは、冷却空気流路３全体に渡って均一である必
要はなく、冷却空気の温度が高くなる冷却空気出口５の
近傍では厚く、入口４の近傍では薄くしてもよい。

【００２２】このように構成すると、断熱材層７によっ
てコンクリート遮蔽体２側への伝熱を抑制し、コンクリ
ート遮蔽体２を強度維持上の耐熱温度以下に抑えること
ができ、これによって長期渡って安全かつ安定した放射
性物質の保管が可能になる。

【００２３】［第２の実施形態］図３および図４は本発
明の第２の実施形態に係るコンクリートモジュールを示
すもので、図３はコンクリートモジュールを模式的に示
した径方向の断面図、図４は軸方向の断面図である。こ
の実施形態は、図９に示した従来例におけるライナ６と
コンクリート遮蔽体２との間に断熱材層７を設けたもの
で、その他の各部は全て前記従来例と同等に構成されて
いる。

【００２４】前記ライナ６は断熱材層７の空気流路３内
への脱落を防止するとともに、放射線（主としてγ線）
の遮蔽と伝熱促進にも寄与する。ライナ６は放射性物質
の貯蔵中に発生する熱を受け、熱膨張によって径方向に
広がろうとする。このとき、ライナ６とコンクリート遮
蔽体２の間に設けられた断熱材層７に柔軟性を備えた素
材を使用することにより、ライナ６の熱膨張による変形
は断熱材層７が縮んで吸収し、コンクリート遮蔽体２に
作用する引張応力が低減される。これにより、コンクリ
ート遮蔽体２の強度維持が図られる。

【００２５】図５に、ライナ６の固定方法の一例を示
す。この図は本実施形態におけるコンクリートモジュー
ル１００の胴部を軸方向に断面した拡大図である。ライ
ナ６は固定ボルト８でコンクリート遮蔽体２へ固定され
ている。この固定ボルト８は、コンクリート遮蔽体２に
植え込んだ植え込みボルトであり、この植え込みボルト
にボルト径よりも大径に形成された挿入孔６１を挿入
し、ナット９で押さえているので、ライナ６は固定ボル
ト８に対して強固に固定されているわけではない。した
がって、ライナ６の熱膨張による周方向への変形は、前
記挿入孔６１の空隙で逃げることが可能となっている。

【００２６】［第３の実施形態］図６ないし図８は本発
明の第３の実施形態を説明するためのもので、ライナ６
と断熱材層７を一体化した例である。なお、この実施形
態における各部は、図５および図６に示した第２の実施
形態と同等に構成されているので、異なる点についての
み説明する。

【００２７】図６に示した例では、ライナ６の胴部外周
にＬ字型またはＴ字型の張り出し６２，６３が設けられ
ており、断熱材層７はこれらの張り出し６２，６３に包
み込まれるように支持されている。ここでは、ライナ６
は周方向に複数分割されており、断熱材層７を取り付け
た後、溶接などで接合して管状に仕上げる。なお、この
実施形態では張り出し６２，６３が周方向全周に渡って
設けられているが、断熱材層７の支持ができる範囲内
で、張り出し６２，６３を一部省略してもよい。

【００２８】図７に示した例では、ライナ６とコンクリ
ートパネル２１の間に断熱材層７を挟み込んで固定して
いる。これら三者を一体に固定する場合には、例えば図
８に示すような固定ボルト８を使用する。すなわち、固
定ボルト８は、断熱材層７をライナ６とコンクリートパ
ネル２１で挟持した状態で三者を貫通させ、ライナ６と
コンクリートパネル２１のそれぞれの外面側からナット
９を螺合させて、三者を一体に保持する。なお、図７お
よび図８に示した実施例において、コンクリートパネル
２１はコンクリートモジュール１００の組立時、コンク
リート遮蔽体２の内側に位置する。

【００２９】このように構成すると、少なくともライナ
６と断熱材層７は一体になっており、組立時に１つの部
品として組み立てることができるので、組み立てやす
く、取り扱いに便利なものとなる。特に、断熱材層７が
ライナ６の熱変形を吸収するために柔軟性のある材料に
よって形成されているとき、この組み立てやすさは顕著
なものとなる。

【００３０】

【発明の効果】これまでの説明で明らかなように請求項
１記載の発明によれば、コンクリート遮蔽体と密封容器
との間に断熱材層を設けたので、冷却空気の温度がコン
クリートの強度維持上の耐熱温度を超えるような場合で
も、コンクリートモジュールの構造強度維持の重要な要
素であるコンクリートの温度をコンクリートの強度維持
上の耐熱温度以下に抑えることができる。これにより、
貯蔵する放射性物質の発生する熱量の上限を高く設定す
ることが可能になる。

【００３１】請求項２記載の発明によれば、密封容器と
コンクリート遮蔽体の間の冷却空気流路とコンクリート
遮蔽体との間に金属製のライナが設けられ、断熱材層は
コンクリート遮蔽体とライナとの間に配置されているの
で、ライナの熱膨張による寸法変化を断熱層で吸収し、
コンクリートに与える応力を緩和することが可能とな
り、これによってコンクリートの強度維持を図ることが
できる。

【００３２】請求項３記載の発明によれば、ライナと断
熱材が一体化されているので、両者を１つの部材として
取り扱うことが可能になり、組立性の向上を図ることが
できる。

【００３３】請求項４、５記載の発明によれば、ライナ
の熱膨張変形を断熱材層で吸収することができるので、
コンクリートに与える応力を緩和することが可能とな
り、これによってコンクリートの強度維持を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るコンクリートモ
ジュールを径方向に断面して模式的に示す図である。

【図２】第１の実施形態に係るコンクリートモジュール
を軸方向に断面して模式的に示す図である。

【図３】第２の実施形態に係るコンクリートモジュール
を径方向に断面して模式的に示す図である。

【図４】第２の実施形態に係るコンクリートモジュール
を軸方向に断面して模式的に示す図である。

【図５】第２の実施形態におけるライナの固定方法を示
す図である。

【図６】第３の実施形態におけるライナと断熱材層を一
体化した例を示す斜視図である。

【図７】第３の実施形態におけるライナと断熱材層とコ
ンクリートパネルとを一体化した例を示す斜視図であ
る。

【図８】図７の例におけるライナと断熱材層とコンクリ
ートパネルとの結合方法を示す図である。

【図９】従来のコンクリートモジュール（コンクリート
キャスク）を示す一部を切り欠いた斜視図である。

【符号の説明】

１ 放射性物質密封容器（キャニスタ） ２ コンクリート遮蔽体 ３ 冷却空気流路 ４ 冷却空気入口 ５ 冷却空気出口 ６ ライナ ６１ Ｌ字型張り出し ６２ Ｔ字型張り出し ７ 断熱材層， ８ 固定ボルト ９ ナット １００ コンクリートモジュール

フロントページの続き (72)発明者 山本 雄一 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 和泉 意登志 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射性物質を収納した金属製の密封容器
   の外側をコンクリート遮蔽体で囲み、前記密封容器とコ
   ンクリート遮蔽体の間を流れる空気により放射性物質の
   発生する熱を除去する放射性物質貯蔵用のコンクリート
   モジュールにおいて、 前記コンクリート遮蔽体と前記密封容器との間に断熱材
   層を設けたことを特徴とするコンクリートモジュール。
2. 【請求項２】 前記密封容器とコンクリート遮蔽体の間
   の冷却空気流路と前記コンクリート遮蔽体との間に金属
   製のライナが設けられており、前記断熱材層は前記コン
   クリート遮蔽体と前記ライナとの間に配置されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の放射性物質貯蔵用コンク
   リートモジュール。
3. 【請求項３】 前記ライナと前記断熱材が一体化されて
   いることを特徴とする請求項２記載の放射性物質貯蔵用
   コンクリートモジュール。
4. 【請求項４】 前記断熱材層は前記ライナの熱膨張変形
   を吸収するに足る柔軟性を備えた材料によって形成され
   ていることを特徴とする請求項２または３記載の放射性
   物質貯蔵用コンクリートモジュール。
5. 【請求項５】 前記断熱層が、ロックウール、グラスウ
   ール、および発泡性樹脂のいずれかからなることを特徴
   とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の放射性
   物質貯蔵用コンクリートモジュール