(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非常に長期間の発熱性物質保存装置であって、
少なくとも１つの封止された空洞（１０）と、空洞（１０）内に収容されて、前記物質を閉じこめる少なくとも１つの容器（１４）と、容器（１４）を囲んで直接接触しているジャケット（２６）と、ジャケット（２６）に設けられる複数の流路（２８）と、空洞（１０）の上側でありかつ外部に設置される熱交換手段（３４）とを有して構成され、
複数の流路（２８）と熱交換手段（３４）とを接続することで構成される熱サイフォン内を冷却媒体が循環することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ジャケット（２６）は取り外せることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記空洞（１０）は容器の上方の取り外し可能な栓（２２）によって封止されていることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の装置。
【請求項４】
前記ジャケット（２６）は、柔軟な弾性材料からなり、開封された状態では容器（１４）から隔てて位置し、解放クランプ手段（４０）はジャケット（２６）が容器（１４）をきつく締め付けるように設置されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記ジャケット（２６）は、母線に沿って開封する円筒状の形状であり、解放クランプ手段（４０）は母線の互いに反対側の端に位置していることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
空間（１６）は、ジャケット（２６）が組み合わせられている容器（１４）の周りの空洞（１０）内部に形成されることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項７】
ジャケット（２６）は複数の冷却液で満たされた外部管（２８）を有し、底部輪状集積器（３０）と上部輪状集積器（３２）にそれぞれ結合していることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項８】
冷却ひだが少なくとも複数の外部管（２８）上に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
外部管（２８）はジャケット（２６）に溶接されていることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
ジャケット（２６）は、組み立て手段（４４，４４′）によって端と端を固定されている複数のセグメント（２６ａ）を有し、それぞれの外部管（２８）は１つの前記セグメントに形成されていることを特徴とする請求項７および８に記載の装置。
【請求項１１】
熱交換手段（３４）は取り外し可能な接続手段（４２）によってジャケット（２６）と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
核廃棄物の保存に応用する場合、空洞（１０）はコンクリート壁で区画されていることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、時間の経過と共に多くの熱を発散するような放熱性物質の長期保存を保証する装置に関する。
【０００２】
語「保存」はこれらの物質によって発散される熱の排出によって起こる収容された物質の可逆保存を指す。形容詞「可逆的」は保存されている物質が保存容器から取り出されることを意味する。
【０００３】
表現「非常に長期」は少なくとも５０年、好ましくは５０年の数倍である。
【０００４】
本発明の装置の１つの特別な仕様例は、核反応における放射性燃料のような、非常に長期間の活性を持つ核廃棄物の保存に関する。
【０００５】
（従来技術）
核廃棄物のような危険な発熱性物質の保存は主要な問題であり、多数の解決法が提案されている。
【０００６】
これらの解決法の中で、外部からのエネルギーを供給することなく物質を受動的に冷却することを保証するものを参照する。この受動的な構成は、考慮する非常に長期間の保存に対して必要な信頼性を得る要素を持っている。
【０００７】
第１の既知の保存技術によると、物質は地中に作られた空洞内に設置された容器内に納められ、前記空洞はコンクリート壁により区画される。それぞれの容器と空洞壁の間の空間は空気で満たされる。よって熱の排出は単に自然な対流による空気の循環によって得られる。
【０００８】
前記装置の１つの注目すべき欠点は、冷却は容器の壁と直接接触している第１の回路を経由して行われる。この型の構造は放射能が分散し環境に対して危険である。さらに、熱の排出が制限される。
【０００９】
他の既知の保存技術は、一般的な構成については前記の技術と同一であるが、冷却は、液体特に水または空気の対流によって成される第２の冷却回路によって行われる。これらの回路は容器を収容する空洞を区画するコンクリート壁で囲まれている。
【００１０】
このような装置には非常に多くの欠点がある。
【００１１】
第１に、冷却はコンクリート壁の内側でのみ行われ、空洞を区画するこれらの壁の表面は、保存されている物質で直接熱せられる。その結果、少なくともコンクリートの壁は弱くなる。よって、容器の温度は非常に高くなり、溶接部は急速に老朽化する。このような保存装置は外部からの温度の制御が不可能であり、容器内部の熱により、例えば放射性燃料の被膜の破壊をもたらすかもしれない。
【００１２】
第３の既知の技術は、第２の冷却回路が空洞を区画する壁を通り抜けて部分的に容器を囲む空間に位置しているという点で、これまでの従来技術と区別される。
【００１３】
この場合、冷却システムは空洞を区画するコンクリート壁の表面を部分的に通過するため、前記従来技術と同様の欠点が見られる。またこれらの表面は、コンクリートの老朽化が進むにつれて、非均一な熱ストレスにさらされる。
【００１４】
第４の既知の保存技術は、容器と空洞の間の空間は、水で満たすかまたは冷却回路を設置するものである。
【００１５】
この解決法は、容器が水の中に沈められるため腐食の問題が生じる。もし、保存されている物質が核廃棄物の場合には、冷却回路からのわずかの漏れも汚染の危険を引き起こす。さらに、この型の保存装置の管理は特に困難である。
【００１６】
文献ＤＤ−Ａ−２２３５６２によると、物質を収容する円筒状の容器はコンクリート壁によって完全に区切られた別の部材上に位置している放射性核燃料の保存装置が知られている。それぞれの井戸状空洞の壁は、熱を周りの大気へ逃がすことができるひだ状の部材によって、できる限り熱を分散させるために金属管で内部を仕切られている。容器の上にある金属管内部の該井戸の上部に栓が位置している。
【００１７】
前記装置の有効性は、相対的に制限され、容器と井戸の壁の熱を防がない。実際容器の井戸の底に位置する部位と井戸の表面付近に位置する部位の間で温度勾配が存在する。その結果、コンクリートの表面の劣化、容器と分散チューブ（これは交換できない）の老朽化の加速は回避できない。
【００１８】
米国特許第Ａ−４，０４０，４８０は、物質は円筒状の容器内に収容され、円形断面を持つ井戸状のコンクリート壁と、該井戸の軸方向に位置している、冷却ダクトのような形状の閉じた垂直チューブとの間に区画された、輪状の空洞内に位置している放射性物質の保存容器を記載している。該井戸を封止する栓の上に位置している頂上部では、垂直なチューブが空気との接触で冷却ひだとして働く。
【００１９】
保存された物質による熱の拡散は、井戸の壁と冷却ダクト状のチューブの両方向に進行する。コンクリート表面への相対的に早い損傷が予想できる。また冷却ダクトが不全になることで冷却は機能しなくなる。
【００２０】
一般には、現在までで既知の装置は最大約５０年の寿命として設計されている。原子力産業においては数百年、通常は３００年以上、の保存の必要性がある。
日本国特許第ＪＰ−Ａ−０５  ２７３３９３に、構造体の厚板からつり下げられている閉じた容器内にそれぞれ個別に収容され配置されている燃料体の容器が提案されている。それぞれの容器の底部は個々の井戸状の部位に収容されおり、上部は共通の通路に位置しており冷却気が流れている。
最後にフランス国特許第ＦＲ−Ａ−２  １６０は、冷却ひだと接しているジャケットによって囲まれている放射性物質に対する移動用容器に関する。該ジャケットは取り外しができるように組み立てられている。
【００２１】
（発明の開示）
本発明の目的は、核廃棄物のような発熱性物質に対する、従来技術の欠点を持たない保存装置である。言い換えると、本発明の目的は、非常に高い信頼性と耐久性、特に超寿命の要求を満たす材料による長期間に多量の熱を排出することができる受動的な保存装置である。
【００２２】
本発明によれば、少なくとも１つの封止空洞と、空洞内に収容できる前記物質の収容容器と、空洞の上にある前記物質によって放出される熱を分散させることができる熱サイフォン状の手段を有し、熱サイフォン状の手段はそれを囲んでいる容器に直接接触しているジャケットと部分的に統合されていることを特徴とする、発熱性物質を極めて長期間保存する装置によって得られる。
【００２３】
容器に囲まれているジャケット内に統合された熱サイフォン状の手段を用いて、事故などによって汚染が分散される危険がなく、容器内の物質の放出する熱の効率的な排出を可能にする。ジャケットは容器と空洞壁の間の熱シールドを形成する。後述するが、もし保存する物質が核廃棄物ならば一般に空洞壁はコンクリートで作られ、実際の容器と同様の方法で効率的に冷却できる。よって、コンクリート、容器の溶接点、容器の内容物の老朽化は回避できる。さらに、容器の表面温度、井戸または溝の壁の温度を効果的に調節できる。またコンクリート表面の温度が既知であり、一定であるという仮定（一般に現在の装置ではこのことに注意しない）により保存の状態を操作できることを可能にする。そのような装置はまた、保存されている物質による放熱が終わり冷たく変化しても使用できる利点がある。
【００２４】
本発明の１つの好適な実施例は、ジャケットは取り外すことができる。また空洞は容器の上の取り外し可能な栓によってシールドされる。この構成では、もし必要ならば、熱サイフォンと統合しているジャケットを交換するか、問題が発生すると容器を取り外すことを可能にする。
【００２５】
この場合、ジャケットは開口することができ、また金属のような柔軟で弾性のある材料で作られる。ゆえに、容器から離して置かれ自然な状態に置かれると、この自然の状態では、ジャケットは簡単に脱着できる。この場合、解放用のクランプ手段が提供され、保存されている間はジャケットは容器をきつく絞める。
【００２６】
好ましくは、ジャケットは円筒状の形状を有していて、母線に沿って解放し、解放用クランプ手段はこの母線と向き合う端の間に位置している。
【００２７】
空洞壁の過度の熱を回避するために、一般に空気で満たされている空間がジャケットと適合している容器の周りの空洞に作成されており、自然対流によって空気が循環しているか又はしていない。
【００２８】
本発明の好適な実施例では、ジャケットは複数の、低端および上端がそれぞれ輪状集積器につながっていて、内部を液状冷却媒体で満たされた外部チューブを有する。
【００２９】
この場合、冷却ひだは好ましくは空洞内に存在する空気で熱交換を促進するように、少なくともいくつかの外部チューブ上に位置している。
【００３０】
この実施例の場合外部チューブはジャケットへ溶接されている。
【００３１】
本発明の他の実施例として、ジャケットは溶接またはリベットのような組み立て部品によって端と端が固定されている複数のセグメントを有する。外部チューブそれぞれはこれらのセグメントの一組によって構成される。
【００３２】
熱サイフォン状の手段内に含まれている液体（通常は水）の冷却を完全にするために、後述する熱交換手段が空洞上に位置しており冷却源で形成されている。
【００３３】
ジャケットが取り外されると、熱交換手段は取り外すことができる接続手段によってジャケットへ接続される。
【００３４】
熱交換手段は熱の流れを分散させる拡散器に接続されている。
【００３５】
本発明の好適な実施例では、熱サイフォン形状とは冷却ダクトを意味する。
【００３６】
本発明の装置は核廃棄物の保存に応用できる。この場合空洞はコンクリート壁で区画される。
【００３７】
（本発明の他の実施例の詳細）
図１は本発明による、核廃棄物のような発熱性物質の長期保存装置の一部の概略図である。
【００３８】
図に示した装置は、少なくとも１つの、地面に掘った穴のような封止空洞１０を有しており、該空洞の側面と底面はコンクリート壁１２で区画されている。
【００３９】
本実施例では、空洞１０は直線的な穴である。この穴は物質が保存されている複数の容器１４を収容できる。しかしながら、空洞１０の形状は本発明のものとは異なるかもしれない。ゆえに、それぞれの容器１４を独立した個々の空洞に置くことも可能である。
【００４０】
同様に、物質を収容するのに用いられる容器１４は金属容器であり、その大きさおよび形状は本発明の範囲に限定されない。本実施例では容器１４は円筒状の形状で、空洞１０と同じ大きさで適合している。また容器および空洞の軸はほぼ垂直方向である。
【００４１】
より詳細には、それぞれの容器１４は近隣の容器と空洞１０の壁面ともに接触していない。言い換えると、空気が充満している空間１６は、空洞１０の内部でありまた容器１４に近傍である。この空間１６内の自然対流による空気の循環は、容器１４を冷却するのに寄与する。
【００４２】
それぞれの容器１４の下方にこの空間を確保するために、基台１８を空洞１０の底に設定する。配置または間をあける手段（図示しない）は、空洞内の中心部に容器を確実に設置するために、空洞１０とそれぞれの容器１４との間に配置される。
【００４３】
図１に示したように、空洞１０はコンクリート厚板２０によって上部を塞がれている。それぞれの容器１４の上のコンクリート厚板２０には一般に円形の連通孔があり脱着可能な栓２２によって封止されている。この脱着可能な栓２２もコンクリート製である。この栓の取り外しは空洞１０内に容器１４を個別に設置する、または空洞から除去することを可能にする。この目的のために、操作手段（図示しない）がコンクリート厚板２０の上部に取り付けられている。この構造は保存物質が核廃棄物の場合、生物への防御や飛行機の墜落または悪意による行動からの防御も可能にする。
【００４４】
容器内に保存されている物質によって放出される熱（これは８０ｋＷのエネルギーを放出する）を大気中に放出するために、本発明の装置は熱サイフォン状の手段２４（図２）を有する。より詳細にはこの熱サイフォン状の手段はジャケット２６と一体となっており、該手段は、なめらかな内部円筒表面２７のようなそれぞれの容器１４を囲み、通常は容器のなめらかな外部円筒表面１５を閉じるように接触する。さらに、ジャケット２６は例えばステンレス、スチール、銅のような熱伝導性材料でできている。
【００４５】
この構造によって容器１４内の物質による熱放出は、熱サイフォン状の手段２４によって効果的に行われまた、容器の表面全体からも放出される。容器とジャケット間の熱接触は２つの壁の間を直接接触させることによって確実になる。ミリメートル程度に制限された、壁の間の空気の層を非常に薄くすることによって熱抵抗は減少する。
【００４６】
図に示した実施例では、熱サイフォン状の部位は、容器１４を囲む閉じた冷却回路の形状であるジャケット２６と一体となっている。この回路は複数の外部チューブ２８を有していて、該チューブはジャケット２６の母線に沿った方向に固定されており、下部輪状集積器３０と上部輪状集積器３２はチューブ２８の低端および上端をそれぞれ連結している。チューブ２８は多数あり、ジャケット２６の外周全体に均等に分布している。例えば摂氏１００度の水のような冷却液はこの回路の内部に存在する。これが動作すると、水は下部輪状集積器３０内では液状であり上部集積器３２内では蒸気である。熱サイフォン状手段２４は従って容器をきつく囲む形状であり、温度を均一にし高温点が形成されるのを防ぐ。
【００４７】
言い換えると、熱サイフォン状手段２４は、冷却剤の蒸発／液化のサイクルを用いて、容器１４によって生成される熱源から厚板２０上の冷却源へ移動させる。これらは液相に変化することによって受動的に封止される。
【００４８】
図１に概念的に示したように、熱サイフォン状手段２４の冷却源は、空気圧縮機のような熱交換手段３４を有しており、空洞１０の上の外部に位置しており、すなわちコンクリート厚板２０の上部である。これらの熱交換手段３４は、ジャケット２６に対応する冷却回路の集積器３０、３２の２つの管３６によって接続されている。より好ましくは、この例で記載したような実施例では、１つの熱交換手段３４は、１つの同じ空洞１０内に位置している全ての容器１４を囲むジャケット２６によって冷却されるそれぞれの冷却回路へ接続されている。
【００４９】
熱交換手段３４は、その機能を達成するのに適切な形状であれば良く、本発明の範囲である。またこれはコンクリート厚板２０上の一定の高さに埋め込まれていても良く、装置の性能を低下させなければ容器から一定の距離をとっても良い。
【００５０】
ジャケット２６に対応した１つかそれ以上の冷却回路の底部３０と上部３２集積器、および熱交換手段３４と接続した管３６は、脱着可能な栓２２を貫通している。
【００５１】
図に示した本発明の好適な実施例では、ジャケット２６は、後方から分離して取り外せるような容器上に設置されている。脱着可能な栓２２の１つを取り外した後、空洞１０から容器を取り出すこと無しに容器１４に対応するジャケット２６を交換できる。開口部の大きさは交換に必要な大きさである。
【００５２】
この構造は、保存装置の非常に長期間の管理を容易にする。これは遠隔操作手段を用いて厚板２０を通してこの装置の不良部分のサービスを容易にし、容器内に保存されている物質による熱の非常に長期間の排出を保証する。
【００５３】
実際には図２と３に特に示したように、ジャケット２６の取り外しは、円筒を母線に沿って開封する。さらに、ジャケット２６は柔軟にできており、弾性材料は薄い（例えば３から４ｍｍ）金属シートのように全体的に低い硬度である。
【００５４】
使用していないときの自然な状態では、図３の実線で示したようにジャケット２６の滑らかな内部円筒表面２７の直径は、容器１４の滑らかな外部円筒表面１５の直径よりも非常に大きい。よって、ジャケットが自然な状態にあるときはジャケット２６と容器１４の間にギャップが存在する。その結果、容器の垂直軸に沿って平行に移動させることで空洞１０内に位置している容器１４の周りに取り付けるか、または取り外すことが容易になる。
【００５５】
特に図２に示したように、ジャケット２６の互いに反対方向の開口した母線は半径方向に外側に向いたクランプ板３８を有しており、２つの板３８は互いに平行である。同じ１つのジャケット２６のプレート３８は、一定の距離を置いて穴を持っていて、ボルト４０は、ジャケット２６が容器１４をきつく絞めるように解放クランプ手段に設置できる。
【００５６】
解放クランプ手段を形成するボルト４０は、ジャケット２６の滑らかな内部円筒表面２７が、ジャケットが強く張ることによって容器１４の滑らかな外部円筒表面１５に接触できるようにするために板３８を合わせる別の手段に置き換えることもできる。このことによって、ジャケット２６は弱い硬度の材料でできているので極端な力を掛けずに締め付けることができる。
【００５７】
解放クランプ手段は、栓２２またはシャッターを取り除いた後、厚板２０の上方から遠隔操作手段を用いて容易に設置および動作させられるようにする。
【００５８】
熱交換手段３４は、容器内の物質によって放出される熱の流れが時間経過によって変化することに対して適合している。しかし、ジャケット２６のサービスは前記熱交換手段３４が設置したままで実行できなければならない。よって、コンクリート厚板２０上の熱交換手段３４の位置は、ジャケット２６の交換ができ、容器１４が設置または取り出しができるような位置でなければならない。
【００５９】
図１に示したように、それぞれの管３６を取りはずせるように接続手段４２が配置されている構造となっている。これらの取り外し可能な接続手段４２は厚板２０の下に位置している。またこれらは取り外し可能な栓２２によって提供されている連通孔を経由して解放クランプ手段に到達できる。本発明の範囲内において、取り外し可能な接続手段はどんな形状でも良い。
【００６０】
図２と３に示した本発明の第１の実施例によると、ジャケット２６は相対的に薄くできており、柔軟な金属シートで管２８はこのシートの外面に直接溶接されている。
【００６１】
図４に概念的に示した別の実施例によると、ジャケット２６は複数のセグメント２６ａの端と端を接続して形成されている。それぞれのセグメント２６ａは、この場合は溶接４４として形成されている組み立て手段によって隣のセグメントへ固定されている。
【００６２】
図４で示した実施例は、それぞれの外部管２８は、ジャケット２６の対応する１つのセグメント２６ａに作られている。
【００６３】
図４の実施例の変形として示した図５は、異なるセグメント２６ａの端と端をつないでジャケット２６をつなげる組み立て手段が本質的に異なっている。この場合溶接４４の代わりに、図５の点線４４′で示したようにリベットのような固定手段によって隣の端をつないでいる。
【００６４】
図６はジャケット２６の別の実施例を示している。これはたとえ図６が図５で示した程度に記載してあっても、図２、４および５で示した実施例と同様に応用することができる。
【００６５】
図６に示したように、それぞれの外部管２８はこの場合少なくとも１つの冷却ひだ４６を持っている。このひだ４６は空洞１０内のジャケット２６の周辺の空間１６に配置され、実際の管２８によってもたらされる「ひだ効果」を改良する。この「ひだ効果」は、容器内に保存された物質によって発散される熱の排出を実行する。容器の周りの空間１６内の自然な空気の循環と相まって、この型の冷却は保存されている物質からの熱の流れが自然に増加する。さらに、この「ひだ効果」は熱サイフォン状手段の故障においても容器の緊急の冷却を容易にする。
【００６６】
この保存装置は非常に長期間発熱性物質による熱の排出と物質の閉じこめを提供する。熱サイフォン手段２４は、核廃棄物の保存の初期の段階で要求される多量の熱の放出を満足する。提案された構造は、容器１４の結合を容易にし、発熱性物質の熱による容器の老朽化の促進を十分低くする。また、この装置はコンクリート空洞の表面の温度を均一にし、自然の老朽化を十分低くする個のも可能にする。
【００６７】
さらに、熱サイフォン状手段２４は第２の回路を形成し、容器の壁およびジャケット２６に付属している管２８の壁面から分離されている。これは容器の漏れから環境を保護することを確実にする。
【００６８】
また、ジャケット２６が取り外すことができるという本発明によると、故障したジャケット交換で、熱サイフォン状手段上の危険無しに素早く実行できる。
【００６９】
該装置は、環境保護のためにそれが廃棄される前に液体やガスを回収することを確実にする制御手段の様な、付加的な装置（図示しない）によって完全になる。このような装置は従来から存在し、特別な名称はない。
【００７０】
明らかに本発明は例で記載した実施例に制限さることはなく、あらゆる変形が本発明の範囲である。ゆえに、もし保存期間が長期間でなくても、ジャケットは容器に恒久的に固定されることができる。ジャケットの交換可能性は、取り外せるように作られたセミ−シェル状の形状、互いに折れ曲がるセミ−シェル、または最善の熱交換ができるジャケットと容器を接触される適切な手段によって達せいされる。さらに、ジャケットに対応する冷却回路は、例えば螺旋状の管またはジャケットの薄い領域に形成された連通孔であっても良い。
【図面の簡単な説明】
制限されない例を用いて異なる実施例を図を用いて以下に記載する。
【図１】  図１は本発明による発熱性物質の保存装置の縦方向の概略図である。
【図２】  図２は図１に記載のそれぞれの容器を囲むジャケット上部の断面図である。
【図３】  図３は実線で示した自然に解放した状態と点線で示した容器をきつく囲んだ状態のジャケットを上から見た図である。
【図４】  図４は、ジャケットの別の実施例の拡大図を上から見たものである。
【図５】  図５は本発明の別の実施例として図４の類似の例を示したものである。
【図６】  図５と同様に別の類似の例を示した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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