(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を貯蔵する地下貯蔵室と、前記地下貯蔵室内で加熱された空気を地上に導く排気トンネルと、前記地下貯蔵室内の空気が前記排気トンネルに流出するのに伴い地上の空気を前記地下貯蔵室内に導く吸気トンネルを備え、前記吸気トンネルと前記地下貯蔵室と前記排気トンネルとで構成される一連の空気流路の壁には断熱層が設けられていることを特徴とする発熱体地下貯蔵施設。
【請求項２】
発熱体を貯蔵する地下貯蔵室と、前記地下貯蔵室内で加熱された空気を地上に導く排気トンネルと、前記地下貯蔵室内の空気が前記排気トンネルに流出するのに伴い地上の空気を前記地下貯蔵室内に導く吸気トンネルを備え、前記吸気トンネルと前記地下貯蔵室と前記排気トンネルとで構成される一連の空気流路のうち少なくとも前記地下貯蔵室と前記排気トンネルの壁には防水層が設けられていることを特徴とする発熱体地下貯蔵施設。
【請求項３】
発熱体を貯蔵する地下貯蔵室と、前記地下貯蔵室内で加熱された空気を地上に導く排気トンネルと、前記地下貯蔵室内の空気が前記排気トンネルに流出するのに伴い地上の空気を前記地下貯蔵室内に導く吸気トンネルを備え、前記吸気トンネルと前記地下貯蔵室と前記排気トンネルとで構成される一連の空気流路の壁には断熱層が設けられており、且つ前記空気流路のうち少なくとも前記地下貯蔵室と前記排気トンネルの壁には防水層が設けられていることを特徴とする発熱体地下貯蔵施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体地下貯蔵施設に関する。さらに詳述すると、本発明は、使用済原子燃料、放射性廃棄物等の発熱体を空気の自然対流を利用して除熱しながら貯蔵する発熱体地下貯蔵施設に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
使用済原子燃料等の発熱体を除熱しながら貯蔵する設備として、使用済原子燃料地下貯蔵施設がある。図４に、従来の使用済原子燃料地下貯蔵施設を示す。地下貯蔵室１０１には使用済原子燃料を収容した多数のキャスク１０２が並べて貯蔵されている。地下貯蔵室１０１の手前側には吸気トンネル１０３が設けられている。また、地下貯蔵室１０１の奥側には排気トンネル１０４が設けられている。吸気トンネル１０３は水平に、排気トンネル１０４は垂直にそれぞれ形成されており、吸気トンネル１０３の入口よりも排気トンネル１０４の出口を高い位置に形成している。
【０００３】
この地下貯蔵施設は、空気の自然対流を利用して使用済原子燃料の除熱を行うものである。吸気トンネル１０３と地下貯蔵室１０１と排気トンネル１０４とで一連の空気流路１０５が構成され、地下貯蔵室１０１内で空気が加熱されることで排気トンネル１０４内を上昇する浮揚力を利用して冷却空気を循環させている。つまり、地上の空気を吸気トンネル１０３から取り込み、地下貯蔵室１０１内で使用済原子燃料の除熱を行った後、排気トンネル１０４から地上に排出している。
【０００４】
空気流路１０５の壁面は地盤むき出し又はコンクリート打設のままとなっており、貯蔵する使用済原子燃料の崩壊熱によって暖められた空気は地盤や地盤から染み出た地下水との間で熱交換を行うことになる。
【０００５】
なお、空気流路の壁面をコンクリートで形成した地下貯蔵施設として、例えば特開平１０−１７７００９６号公報に開示されたものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１７７００９６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の使用済原子燃料地下貯蔵施設には、以下の問題があった。
【０００８】
いま、発熱体（使用済原子燃料）を貯蔵していない状態を考える。この状態では、空気流には次のような浮揚力が作用する。すなわち、冬季には外気温度が地盤１０６の温度よりも低くなるため、空気流路１０５に流入した空気は地盤１０６によって暖められて上向きの浮揚力（正の浮揚力）が発生する。一方、夏季には外気温度が地盤１０６の温度よりも高くなるため、空気流路１０５内に流入した空気は地盤１０６によって冷やされて下向きの浮揚力（負の浮揚力）が発生する。この浮揚力の変化は冷却空気と地盤１０６との間で熱交換（図４の白抜き矢印Ａ）が生じることに起因するものである。
【０００９】
そして、発熱体を貯蔵すると、上述のように季節等によって上下方向に変化する浮揚力と、発熱体の除熱に伴い発生する上向きの浮揚力とが重畳して、自然対流が生じることになる。重畳された浮揚力も季節等によって変化するものであり、地下貯蔵施設の設計を複雑にすると共に、冷却空気の流量の不足を招いて除熱能力を悪化させる虞がある。
【００１０】
また、空気流路１０５の壁面は地盤むき出し又はコンクリート打設のままとなっているので、地下水が染み出して冷却空気に接触することがある（図４の白抜き矢印Ｂ）。発熱体を除熱して高温になった冷却空気が地下水に接触すると、地下水が加熱されて蒸発する。この蒸発には蒸発潜熱という大きな熱量が必要であり、冷却空気の温度が大きく下がる。温度低下によって冷却空気の浮揚力は減少するので、その流量が減少し除熱能力が悪化する虞がある。
【００１１】
本発明は、冷却空気の流量の減少を防止して除熱能力の悪化を防止する発熱体地下貯蔵施設を提供することを目的とする。また、本発明は、設計の容易な発熱体地下貯蔵施設を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発熱体地下貯蔵施設は、発熱体を貯蔵する地下貯蔵室と、地下貯蔵室内で加熱された空気を地上に導く排気トンネルと、地下貯蔵室内の空気が排気トンネルに流出するのに伴い地上の空気を地下貯蔵室内に導く吸気トンネルを備え、吸気トンネルと地下貯蔵室と排気トンネルとで構成される一連の空気流路の壁には断熱層が設けられているものである。
【００１３】
したがって、地上の空気は吸気トンネル→地下貯蔵室→排気トンネルへと自然対流し、地下貯蔵室内の発熱体の除熱を行う。空気流路の周囲の地盤は熱貯めとなり、周囲地盤に比べて地上の空気は温度変動が激しく、地盤温度よりも空気温度が高くなったり低くなったりする。換言すると、空気温度よりも地盤温度が低くなったり高くなったりする。空気流路を流れる冷却空気は地上から取り込んだ空気であり、空気流路を流れながら周囲地盤との間で熱交換が行われると、周囲地盤によって冷却空気が時には加熱され、時には冷却されることになる。周囲地盤による冷却空気の加熱は浮揚力を増加させるのに対し、冷却空気の冷却は浮揚力を減少させる。このように冷却空気と周囲地盤との間の熱交換は冷却空気を自然対流させる浮揚力を変動させることになり、冷却空気の流量を変動させることになる。本発明では、空気流路の壁に設けた断熱層によって冷却空気と周囲地盤との間で熱交換が生じるのを抑えることができる。
【００１４】
また、請求項２記載の発熱体地下貯蔵施設は、発熱体を貯蔵する地下貯蔵室と、地下貯蔵室内で加熱された空気を地上に導く排気トンネルと、地下貯蔵室内の空気が排気トンネルに流出するのに伴い地上の空気を地下貯蔵室内に導く吸気トンネルを備え、吸気トンネルと地下貯蔵室と排気トンネルとで構成される一連の空気流路のうち少なくとも地下貯蔵室と排気トンネルの壁には防水層が設けられているものである。
【００１５】
したがって、地上の空気は吸気トンネル→地下貯蔵室→排気トンネルへと自然対流し、地下貯蔵室内の発熱体の除熱を行う。空気流路の壁に周囲地盤から地下水が染み出すことがあり、染み出た地下水が冷却空気に接触すると、冷却空気の熱が地下水の加熱、蒸発に奪われることになり、冷却空気が冷やされる。空気流路の壁に設けられた防水層は地下水と冷却空気との接触を防止する。
【００１６】
さらに、請求項３記載の発熱体地下貯蔵施設は、発熱体を貯蔵する地下貯蔵室と、地下貯蔵室内で加熱された空気を地上に導く排気トンネルと、地下貯蔵室内の空気が排気トンネルに流出するのに伴い地上の空気を地下貯蔵室内に導く吸気トンネルを備え、吸気トンネルと地下貯蔵室と排気トンネルとで構成される一連の空気流路の壁には断熱層が設けられており、且つ空気流路のうち少なくとも地下貯蔵室と排気トンネルの壁には防水層が設けられているものである。
【００１７】
したがって、地上の空気は吸気トンネル→地下貯蔵室→排気トンネルへと自然対流し、地下貯蔵室内の発熱体の除熱を行う。請求項１の発明と同様、空気流路の壁に設けられた断熱層によって冷却空気と周囲地盤との間で熱交換が生じるのを抑えることができる。また、請求項２記載の発明と同様、空気流路の壁に設けられた防水層によって地下水と高温の冷却空気との接触を防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発熱体地下貯蔵施設では、発熱体を貯蔵する地下貯蔵室と、地下貯蔵室内で加熱された空気を地上に導く排気トンネルと、地下貯蔵室内の空気が排気トンネルに流出するのに伴い地上の空気を地下貯蔵室内に導く吸気トンネルを備え、吸気トンネルと地下貯蔵室と排気トンネルとで構成される一連の空気流路の壁には断熱層が設けられているので、冷却空気と周囲地盤との間で生じる熱交換を抑制することができる。このため、季節変化等による地上空気と周囲地盤との温度差の変化に伴って冷却空気の流量が大きく変化するのを防止でき、流量不足による除熱能力の悪化を防止することができる。また、冷却空気の流量の変動を抑えることができるので、地下貯蔵施設の設計が容易になる。
【００１９】
また、請求項２記載の発熱体地下貯蔵施設では、発熱体を貯蔵する地下貯蔵室と、地下貯蔵室内で加熱された空気を地上に導く排気トンネルと、地下貯蔵室内の空気が排気トンネルに流出するのに伴い地上の空気を地下貯蔵室内に導く吸気トンネルを備え、吸気トンネルと地下貯蔵室と排気トンネルとで構成される一連の空気流路のうち少なくとも地下貯蔵室と排気トンネルの壁には防水層が設けられているので、地下水と冷却空気との接触を防止することができる。このため、地下水の加熱・蒸発に冷却空気の熱が奪われるのを防止することができ、冷却空気の温度低下を防止して自然対流を生じさせる浮揚力の減少を防止することができる。その結果、空気流量の減少を防止することができ、除熱能力の悪化を防止することができる。
【００２０】
さらに、請求項３記載の発熱体地下貯蔵施設では、発熱体を貯蔵する地下貯蔵室と、地下貯蔵室内で加熱された空気を地上に導く排気トンネルと、地下貯蔵室内の空気が排気トンネルに流出するのに伴い地上の空気を地下貯蔵室内に導く吸気トンネルを備え、吸気トンネルと地下貯蔵室と排気トンネルとで構成される一連の空気流路の壁には断熱層が設けられており、且つ空気流路のうち少なくとも地下貯蔵室と排気トンネルの壁には防水層が設けられているので、請求項１の発明の効果と請求項２の発明の効果を併せ持つことになり、除熱能力の悪化をより一層防止することができる。また、請求項１の発明と同様、季節等による冷却空気流量の変動を抑えることができるので、地下貯蔵施設の設計が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１に、本発明の発熱体地下貯蔵施設の実施形態の一例を示す。この発熱体地下貯蔵施設は、発熱体を貯蔵する地下貯蔵室１と、地下貯蔵室１内で加熱された空気を地上３に導く排気トンネル２と、地下貯蔵室１内の空気が排気トンネル２に流出するのに伴い地上３の空気を地下貯蔵室１内に導く吸気トンネル４を備え、吸気トンネル４と地下貯蔵室１と排気トンネル２とで構成される一連の空気流路５の壁５ａには断熱層６が設けられており、且つ空気流路５のうち少なくとも地下貯蔵室１と排気トンネル２の壁５ａには防水層７が設けられている。なお、図１において、断熱層６が設けられている部分の壁５ａを二重線で示すと共に、防水層７を破線で便宜的に示す。
【００２３】
本実施形態の発熱体地下貯蔵施設は、発熱体として例えば使用済原子燃料を除熱しながら貯蔵する使用済原子燃料地下貯蔵施設である。ただし、使用済原子燃料以外の発熱体、例えば高レベル放射性廃棄物等の地下貯蔵施設に適用することもできる。
【００２４】
発熱体地下貯蔵施設は、例えば傾斜地に設けられている。吸気トンネル４及び地下貯蔵室１は水平に形成されている。一方、排気トンネル２は垂直に形成されている。吸気トンネル４の入口に対して排気トンネル２の出口を十分高い位置に形成している。地下貯蔵室１内には、発熱体を収容した多数のキャスク８が所定間隔をあけて並べられている。
【００２５】
空気流路５の壁５ａは例えばコンクリート壁９となっている。壁５ａの断面を図２及び図３に示す。図２は吸気トンネル４の壁５ａの断面を、図３は地下貯蔵室１の壁５ａと排気トンネル２の壁５ａの断面をそれぞれ示している。吸気トンネル４と地下貯蔵室１と排気トンネル２のいずれにおいてもコンクリート壁９の表面には断熱層６が設けられている。断熱層６は、例えば発泡ウレタン、グラスウール等の断熱機能を有する材料をコンクリート壁９の表面に貼り付けたものである。
【００２６】
また、地下貯蔵室１と排気トンネル２においてコンクリート壁９の裏面には防水層７が設けられている。防水層７は、例えばビニールシート等の水侵入防止機能を有する材料を地盤１０とコンクリート壁９との間に介在させたものである。なお、本実施形態では、地下貯蔵室１と排気トンネル２の壁５ａに防水層７を設けているが、地下貯蔵室１と排気トンネル２の壁５ａに加えて吸気トンネル４の壁５ａにも防水層７を設けても良い。
【００２７】
断熱層６を吸気トンネル４と地下貯蔵室１と排気トンネル２に設けているのに対し、防水層７を地下貯蔵室１と排気トンネル２にのみ設けているのは以下の理由によるものである。つまり、断熱層６は冷却空気と地盤１０の熱交換の防止を目的としたものであり、空気流路５において冷却空気との接触が考えられる範囲の全てに設けておくことが好ましい。一方、防水層７は冷却空気が地下水を蒸発させること、即ち地下水に蒸発潜熱を与えることで冷却空気の温度が大きく低下することを目的としており、地下水を蒸発させることが可能な高温の冷却空気が流れる範囲で防水層７を設けておけば足りる。換言すれば、地下水を蒸発させることができない程度の低温の冷却空気が流れる範囲では、地下水が冷却空気に触れたとしても大きな問題とならない。このため、吸気トンネル４と地下貯蔵室１と排気トンネル２に断熱層６を設ける一方、地下貯蔵室１と排気トンネル２に防水層７を設けている。防水層７を設ける範囲を減らすことで、その分だけ地下貯蔵施設の製造コストを安くすることができる。ただし、吸気トンネル４に防水層７を設けても良い。
【００２８】
また、地下貯蔵室１の全ての部分に断熱層６や防水層７を設ける必要はなく、冷却空気の自然対流に大きな影響を与えなければ断熱層６や防水層７を設けない部分があっても良い。同様に、排気トンネル２の全ての部分に断熱層６や防水層７を設ける必要はなく、冷却空気の自然対流に大きな影響を与えなければ断熱層６や防水層７を設けない部分があっても良い。同様に、吸気トンネル４の全ての部分に断熱層６を設ける必要はなく、また、吸気トンネル４に防水層７を設ける場合には全ての部分に防水層７を設ける必要はなく、冷却空気の自然対流に大きな影響を与えなければ断熱層６や防水層７を設けない部分があっても良い。
【００２９】
この地下貯蔵施設は、空気の自然対流を利用して発熱体の除熱を行っている。冷却空気は地下貯蔵室１内で発熱体を冷却することで暖められて浮揚力が発生し、排気トンネル２内を上昇して地上３に流出する。これに伴い地下貯蔵室１内が負圧となり、地上３の空気が吸気トンネル４から地下貯蔵室１内に吸い込まれる。即ち、冷却空気が地上３→吸気トンネル４→地下貯蔵室１→排気トンネル２→地上３へと循環し、地下貯蔵室１の発熱体を空冷する。
【００３０】
冷却空気の浮揚力は、発熱体との熱交換に起因する浮揚力、地盤１０との熱交換に起因する浮揚力、地下水との熱交換に起因する浮揚力の合計となる。発熱体との熱交換では冷却空気は常に加熱されるので、発生する浮揚力は常に正（上向きの浮揚力）である。これに対し、地盤１０との熱交換では、地上３の空気温度は地盤１０温度よりも高くなる場合があるので、この場合には地上３から取り込んだ空気は地盤１０によって冷却されることになり、発生する浮揚力は負（下向きの浮揚力）である。なお、地上３の空気温度が地盤１０温度よりも低い場合には地上３から取り込んだ空気が地盤１０によって加熱されるので、発生する浮揚力は正となる。また、地下水との熱交換では、地下水に蒸発潜熱を与えて気化させることで冷却空気は冷却されるので、発生する浮揚力は負である。
【００３１】
断熱層６は地盤１０と冷却空気との間の熱交換を抑えるので、たとえ地上３の空気の温度が地盤１０温度よりも高い場合であっても上述の負の浮揚力が発生するのを防止できる。また、防水層７は空気流路５の壁面に地下水が染み出すのを防止するので、冷却空気と地下水との間で熱交換が行われることがなく、上述の負の浮揚力の発生を防止することができる。これらのため、自然対流による冷却空気の流量減少を防止でき、除熱能力の低下を防止することができる。
【００３２】
また、断熱層６を設けることで、発熱体によって加熱された冷却空気の熱が地盤１０に逃げるのを防止することもでき、冷却空気の温度低下によって浮揚力が減少し、自然対流の流量が減少するのを防止することもできる。
【００３３】
さらに、断熱層６を設けることで、正負に変動する浮揚力（地盤１０と冷却空気との間の熱交換に起因する浮揚力）の発生を防止することができるので、冷却空気の流量の変動を抑えることができ、自然対流の流量を安定して確保することができると共に、地下貯蔵施設の設計が容易になる。
【００３４】
なお、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。
【００３５】
例えば上述の説明では、断熱層６と防水層７の両方を設けるようにしていたが、必ずしも断熱層６と防水層７の両方を一緒に設ける必要はなく、断熱層６のみを設けても良く、防水層７のみを設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の発熱体地下貯蔵施設の実施形態の一例を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の吸気トンネルにおける空気流路の壁の断面図である。
【図３】図１の地下貯蔵室と排気トンネルにおける空気流路の壁の断面図である。
【図４】従来の使用済原子燃料地下貯蔵施設の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  地下貯蔵室
２  排気トンネル
４  吸気トンネル
５  空気流路
５ａ  空気流路の壁
６  断熱層
７  防水層
８  発熱体を収容するキャスク
【図１】
0004484776.tif 000002
【図２】
0004484776.tif 000003
【図３】
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【図４】
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