(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部から使用済み燃料が封入されたキャニスタを収納し得るようにした収納空間を有する鉄筋コンクリート製のキャスク本体と、前記収納空間の上部を閉塞する蓋体とを備え、前記キャスク本体の底面には、該底面から前記収納空間へ貫通するよう設けられた底部空間と、外周面下部から前記底部空間の下部へ連通するよう前記底面に設けられた給気流路とを備え、キャスク本体の上部所定位置には、前記給気流路から底部空間を経て前記収納空間へ導入され、前記キャスク本体内周部と収納空間に収納されたキャニスタ外周との間に形成された空気流路を上昇してきた冷却空気を外部に排出するために、収納空間上部近傍から外周面上部近傍へ貫通するよう断面矩形状の排気流路が形成され、該排気流路の四隅には、円弧状部が形成されていることを特徴とする貯蔵キャスク。
【請求項２】
上部から使用済み燃料が封入されたキャニスタを収納し得るようにした収納空間を有する鉄筋コンクリート製のキャスク本体と、前記収納空間の上部を閉塞する蓋体とを備え、前記キャスク本体の底面には、該底面から前記収納空間へ貫通するよう設けられた底部空間と、外周面下部から前記底部空間の下部へ連通するよう前記底面に設けられた給気流路とを備え、キャスク本体の上部所定位置には、前記給気流路から底部空間を経て前記収納空間へ導入され、前記キャスク本体内周部と収納空間に収納されたキャニスタ外周との間に形成された空気流路を上昇してきた冷却空気を外部に排出するために、収納空間上部近傍から外周面上部近傍へ貫通するよう断面長孔状の排気流路が形成され、該排気流路の両端には、半円弧状部が形成されていることを特徴とする貯蔵キャスク。
【請求項３】
上部から使用済み燃料が封入されたキャニスタを収納し得るようにした収納空間を有する鉄筋コンクリート製のキャスク本体と、前記収納空間の上部を閉塞する蓋体とを備え、前記キャスク本体の底面には、該底面から前記収納空間へ貫通するよう設けられた底部空間と、外周面下部から前記底部空間の下部へ連通するよう前記底面に設けられた給気流路とを備え、キャスク本体の上部所定位置には、収納空間上部近傍から外周面上部近傍へ貫通するよう、多重管状の排気流路を設け、該排気流路の最も内側の管は、前記給気流路から底部空間を経て前記収納空間へ導入され、前記キャスク本体内周と収納空間に収納されたキャニスタ外周との間に形成された空気流路を上昇してきた冷却空気を外部に排出し得るよう、長手方向両端部が開口し、その他の管は、中空状で且つキャニスタ本体外周側端部が開口し、しかもキャニスタ本体内周側端部が閉塞されるよう構成したことを特徴とする貯蔵キャスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所等で発生する使用済み燃料の保管に用いる貯蔵キャスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原子力発電所等で発生する使用済み燃料を、その崩壊熱が除去されるまでの間、図４に示すような貯蔵キャスクを用いて乾式保管（風冷保管）することが検討されている。
【０００３】
貯蔵キャスクは、使用済み燃料を封入したキャニスタ１を収納し得るようにした鉄筋コンクリート構造の円筒状のキャスク本体２と、該キャスク本体２の上端開口部に嵌入される蓋体３とを備えている。
【０００４】
キャスク本体２には、キャニスタ１が収納されるよう設けられた収納空間４と、底面から収納空間４へ貫通するよう設けられた底部空間５と、外周面下部から底部空間５の下部へ連通するよう底面に略水平に設けられた複数の給気流路６と、収納空間４の上部近傍から外周面上部近傍へ貫通するよう設けられた複数の排気流路７とが形成されている。
【０００５】
排気流路７は、放射線がキャスク本体２の内方から排気流路７を経て直線的に外方へ放出されることを防止するために、長手方向中途部において外方へ向け下り勾配となるよう屈曲した構造になっており、且つその断面形状は、図５、６に示すように四隅にＲ（円弧状部）のない矩形状になっている。
【０００６】
キャスク本体２の収納空間４側である内周面には、炭素鋼或はステンレス鋼よりなるライナ８が、キャニスタ１を周方向に取り囲み且つ該キャニスタ１の外周面との間に空隙が形成されるように設けられている。
【０００７】
キャスク本体２の収納空間４内部底面には、外底面から若干上方へ突出した状態で水平方向へ延在する複数の載置台９が、底部空間５を中心として放射状に且つキャニスタ１の底面を支持し得るように設けられており、隣合う載置台９及びキャスク本体２の収納空間４内底面並びに収納空間４に収納されて載置台９に載置されたキャニスタ１の底面との間には、空気流路となる空隙が形成されるようになっている。
【０００８】
キャスク本体２の上部には、炭素鋼或はステンレス鋼よりなる環状の支持座１０が、収納空間４に同軸に且つキャスク本体２に内接するように一体的に設けられている。
【０００９】
蓋体３は、炭素鋼或はステンレス鋼よりなり且つ支持座１０の上面にボルト締結されるフランジ部１１と、該フランジ部１１の下面に一体的に設けられ且つ支持座１０に嵌入される鉄筋コンクリート構造のプラグ部１２とで構成されている。なお、図４中、１３は収納空間４のキャスク本体２内周と収納空間４に収納されたキャニスタ１外周との間に形成された空気流路である。
【００１０】
図４に示す貯蔵キャスクによって使用済み燃料を保管する際には、保管施設内に定置したキャスク本体２の収納空間４に、使用済み燃料が外気に触れないように封入されているキャニスタ１を収納し、又、蓋体３のプラグ部１２を支持座１０に嵌入したうえ、該支持座１０にフランジ部１１をボルト締結して、キャニスタ１内の使用済み燃料から放出される放射線を、キャスク本体２と蓋体３とで遮蔽する。
【００１１】
而して、キャニスタ１に封入されている使用済み燃料の崩壊熱で収納空間４内の空気の温度が上昇すると、収納空間４内の空気流路１３から排気流路７を経てキャスク本体２の外部へ流出する空気流Ａと、キャスク本体２の外部から給気流路６、底部空間５、隣合う載置台９間及びキャスク本体２の収納空間４内底面並びに収納空間４に収納したキャニスタ１の底面との間に形成された空隙を経て前記空気流路１３へ流入し、当該空気流路１３を上昇する空気流Ｂが生じる。従って、空気流路１３を連続的に上昇する冷却空気によって、キャニスタ１内の使用済み燃料は、自然冷却方式により冷却される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
貯蔵キャスクは、使用済み燃料を４０年〜５０年の間、中間的に貯蔵し、上述のように、貯蔵キャスクの除熱は自然空冷方式により行われるが、排気流路７から流出する空気の温度は約９０℃の高温である。
【００１３】
しかるに、排気流路７の断面形状は、図５，６に示すように、矩形状で四隅にはＲが形成されていないため、排気流路７の四隅には熱による応力集中が生じ、キャスク本体２のコンクリートにひび割れが生じる虞がある。
【００１４】
又、排気流路７を流れる空気の温度は前述したように高温であるのに対し、コンクリートの制限温度には上限があるため、この上限を越えないよう、貯蔵キャスクの設計を行わねばならず、従って、設計が煩雑である。
【００１５】
本発明は、上述の実情に鑑み、排気流路から排出される空気の温度が高温であっても、キャスク本体における排気流路近傍のコンクリート部分にひび割れが生ずることがなく、しかも、排気流路から排出される空気の温度を考慮することなく、キャスク本体の設計を容易に行い得るようにした貯蔵キャスクを提供することを目的としてなしたものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の貯蔵キャスクは、上部から使用済み燃料が封入されたキャニスタを収納し得るようにした収納空間を有する鉄筋コンクリート製のキャスク本体と、前記収納空間の上部を閉塞する蓋体とを備え、前記キャスク本体の底面には、該底面から前記収納空間へ貫通するよう設けられた底部空間と、外周面下部から前記底部空間の下部へ連通するよう前記底面に設けられた給気流路とを備え、キャスク本体の上部所定位置には、前記給気流路から底部空間を経て前記収納空間へ導入され、前記キャスク本体内周部と収納空間に収納されたキャニスタ外周との間に形成された空気流路を上昇してきた冷却空気を外部に排出するために、収納空間上部近傍から外周面上部近傍へ貫通するよう断面矩形状の排気流路が形成され、該排気流路の四隅には、円弧状部が形成されているものである。
【００１７】
請求項２の貯蔵キャスクは、上部から使用済み燃料が封入されたキャニスタを収納し得るようにした収納空間を有する鉄筋コンクリート製のキャスク本体と、前記収納空間の上部を閉塞する蓋体とを備え、前記キャスク本体の底面には、該底面から前記収納空間へ貫通するよう設けられた底部空間と、外周面下部から前記底部空間の下部へ連通するよう前記底面に設けられた給気流路とを備え、キャスク本体の上部所定位置には、前記給気流路から底部空間を経て前記収納空間へ導入され、前記キャスク本体内周部と収納空間に収納されたキャニスタ外周との間に形成された空気流路を上昇してきた冷却空気を外部に排出するために、収納空間上部近傍から外周面上部近傍へ貫通するよう断面長孔状の排気流路が形成され、該排気流路の両端には、半円弧状部が形成されているものである。
【００１８】
請求項３の貯蔵キャスクは、上部から使用済み燃料が封入されたキャニスタを収納し得るようにした収納空間を有する鉄筋コンクリート製のキャスク本体と、前記収納空間の上部を閉塞する蓋体とを備え、前記キャスク本体の底面には、該底面から前記収納空間へ貫通するよう設けられた底部空間と、外周面下部から前記底部空間の下部へ連通するよう前記底面に設けられた給気流路とを備え、キャスク本体の上部所定位置には、収納空間上部近傍から外周面上部近傍へ貫通するよう、多重管状の排気流路を形成し、該排気流路の最も内側の管は、前記給気流路から底部空間を経て前記収納空間へ導入され、前記キャスク本体内周と収納空間に収納されたキャニスタ外周との間に形成された空気流路を上昇してきた冷却空気を外部に排出し得るよう、長手方向両端部が開口し、その他の管は、中空状で且つキャニスタ本体外周側端部が開口し、しかもキャニスタ本体内周側側端部が閉塞されるよう構成したものである。
【００１９】
本発明では、請求項１、２、３の何れの場合も、キャスク本体の底面に設けられた給気流路から底部空間を経て収納空間へ導入された冷却空気は、キャスク本体内周部と収納空間に収納されたキャニスタ外周との間に形成された空気流路を上昇し、キャニスタに封入された使用済み燃料を冷却したうえ排気流路を流通して外部へ排出される。
【００２０】
請求項１、２の発明の場合には、排気流路に熱応力が集中することがないため、キャスク本体における排気流路近傍のコンクリート部分にひび割れが生じる虞がなく、且つ排気流路の圧力損失が減少するため、冷却空気の流通量が増大して除熱性能の向上をも期待することができる。
【００２１】
又、請求項３の発明の場合には、最も内側の管以外の管には、空気層が介在するため、最も内側の管を流通する冷却空気によりキャスク本体の温度が上昇し難くなり、従ってキャスク本体における排気流路近傍のコンクリート部分にひび割れを生じる虞がなく、且つ最も内側にある管以外の管の厚さを増大させることができるため、キャスク本体に伝わる熱の遮蔽効率の向上を図ることができ、しかも、キャスク本体の排気流路を包囲するコンクリート部分が高温に晒されることを防止できて、温度が上限値に達する虞がないため、キャスク本体の設計が容易となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１、２は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。而して、本図示例の特徴とするところは、キャスク本体２に形成した排気流路７の四隅にＲ（円弧状部）を設けたことである。
【００２３】
次に、上記図示例の作動を図４をも参照しつつ説明する。
図４に示す給気流路６から底部空間５、隣合う載置台９間及びキャスク本体２の収納空間４内底面並びにキャニスタ１の底面との間に形成された空隙を経て前記空気流路１３へ流入した冷却空気は、キャニスタ１に封入された使用済み燃料を冷却しつつ空気流路１３を上昇し、排気流路７から外部へ排出される。而して、排気流路７から外部へ排出される空気は約９０℃の高温となり、排気流路７の近傍においてキャスク本体２も高温となる。
【００２４】
しかし、排気流路７の四隅にはＲが設けてあるため、排気流路７の四隅には、熱応力の集中は生じず、キャスク本体２における排気流路７近傍のコンクリート部分にひび割れが生じることはない。
【００２５】
又、矩形状の排気流路７の四隅にはＲが設けてあるため、冷却空気が排気流路７を流通する際の圧力損失が低減し、多量の冷却空気が流通することが可能となるため、除熱性能の向上をも期待することができる。
【００２６】
図３は本発明を実施する形態の他の例であって、排気流路７を二重管により構成した例である。すなわち、キャスク本体２に外管１４を埋設すると共に、外管１４の内側に内管１５を同心状に収納し、内管１５に空気流路１３からの冷却空気が流通するよう構成する。又、外管１４におけるキャスク本体２の収納空間４側端部は、ライナ８により閉塞されているが、キャスク本体２の外周側端部は外部に向けて開口しており、外管１４と内管１５との間には、キャスク本体２の外周に向けて開口した空隙１６が形成されている。外管１４及び内管１５の材質は炭素鋼或いはステンレス鋼とする。
【００２７】
本図示例においても、図４に示す給気流路６から底部空間５、隣合う載置台９間及びキャスク本体２の収納空間４内底面並びにキャニスタ１の底面との間に形成された空隙を経て空気流路１３へ流入した冷却空気は、キャニスタ１に封入された使用済み燃料を冷却しつつ空気流路１３を上昇し、排気流路７の内管１５を流通して外部へ排出される。
【００２８】
而して、排気流路７から外部へ排出される空気は約９０℃の高温となり、排気流路７の内管１５は空気と同等の温度となる。しかし、内管１５はキャスク本体２には直接接触せず、外管１４がキャスク本体２に接触しており、しかも内管１５と外管１４との間には、空隙１６が形成されている。このため、内管１５が内部を流れる高温の空気から受けた熱は、空隙１６内にある外気を介して外管１４及びキャスク本体２に伝えられる。
【００２９】
従って、キャスク本体２の排気流路７を包囲する部分は、然程温度が上昇せず、キャスク本体２における排気流路７近傍のコンクリート部分にひび割れが生じる虞がない。
【００３０】
又、外管１４は内管１５程には温度が上昇しないため、熱膨張によるキャスク本体２のコンクリート部分に対する影響が少ないため、外管１４の厚さを増大させることができ、熱の遮蔽効率の向上を図ることができる。
【００３１】
更に、排気流路７を内管１５及び外管１４の二重管とすることにより、キャスク本体２の排気流路７を包囲するコンクリート部分が高温に晒されることを防止できて、温度が上限値に達する虞がないため、キャスク本体２の設計が容易となる。
【００３２】
なお、本発明の貯蔵キャスクにおいては、排気流路を横方向へ長い長孔形状とし、両端部に半円弧状部を形成しても実施可能であること、又、二重管以上の多重管状としても実施できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の貯蔵キャスクによれば、請求項１、２の発明の場合には、キャスク本体における排気流路近傍のコンクリート部分にひび割れが生じる虞がなく、且つ除熱性能の向上をも期待することができ、又、請求項３の発明の場合には、キャスク本体における排気流路近傍のコンクリート部分にひび割れが生じる虞がなく、且つキャスク本体に伝わる熱の遮蔽効率の向上を図ることができ、しかも、キャスク本体の設計が容易となる、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の貯蔵キャスクの実施の形態の一例を示す排気流路の近傍の正面図である。
【図２】図１のＩＩ部拡大図である。
【図３】本発明の貯蔵キャスクの実施の形態の他の例を示す排気流路の部分の断面図である。
【図４】一般的な貯蔵キャスクの一部を断面にして示す斜視図である。
【図５】図４に示す貯蔵キャスクの排気流路の近傍の正面図である。
【図６】図５のＶＩ部拡大図である。
【符号の説明】
１  キャニスタ
２  キャスク本体
３  蓋体
４  収納空間
５  底部空間
６  給気流路
７  排気流路
１３  空気流路
１４  外管（管）
１５  内管（管）
【図１】
0003807287.tif 000002
【図２】
0003807287.tif 000003
【図３】
0003807287.tif 000004
【図４】
0003807287.tif 000005
【図５】
0003807287.tif 000006
【図６】
0003807287.tif 000007