第８章

ボールト貯蔵およびトンネル貯蔵技術

第８章

8-1

浅地下ボールト貯蔵… ………………………………… 120

8-2

トンネル貯蔵施設の熱流動解析… …………………… 121

8-1 浅地下ボールト貯蔵の成立性を明らかにした。
⒝

経済性

我が国では、使用済燃料の中間貯蔵施設の建設が急務

経済性の検討のために、急斜面地形となだらかな地形である。中間貯蔵施設は、現在のところ、輸送用金属条件を設定し、中間貯蔵施設を地上式とするケースと浅キャスクの地上建屋での貯蔵のみが許認可されている。

地下式とするケースのコスト比較を行った。急斜面地形

一方、海外ですでに実施されているキャニスタの大容量では、トンネル掘削方式、なだらかな地形では開削方式貯蔵（ボールト貯蔵）を実用化すれば、貯蔵コストを下とした。比較の結果、急斜面地形でもなだらかな地形でげることができる。また、その貯蔵を地下で行えば（浅も、地上式と浅地下方式はほぼ同等の経済性であった。

地下ボールト貯蔵）、放射線遮へいの一部を地盤に期待できるとともに、斜面の多い敷地にも容易に立地できる⑵

許認可に関するフィージビリティ
我が国でまだ指針化されていないキャニスタ貯蔵や、と期待される。
そこでまず、浅地下ボールト貯蔵の技術的、経済的、その浅地下貯蔵の許認可を実現するために必要な検討課

および許認可に関するフィージビリティについて検討し題のうち、キャニスタの SCC による密封機能の喪失回た。

避、ならびに地下空洞構造物の耐震性評価法を検討し、フィージビリティを明らかにした。

⑴

技術的・経済的な基本的フィージビリティ⒜ キャニスタの SCC 問題への対応オプション

浅 地 下 ボ ー ル ト 貯 蔵 の 概 念 を 構 築 し、 貯 蔵 容 量・ コンクリートキャスクにおけるキャニスタの SCC 検

2000tU の貯蔵施設計画を設定して、基本的成立性につ討において、付着塩分量が限界値以下で腐食が発生・いて技術的および経済的に検討した。図 8-1-1 に急斜面進行しないことなどが解明されている。この具体的な地形の場合の施設配置例を示す。

データを採取して評価するなどにより、許認可が実現⒜される可能性が高い。

放射線遮へい性能と除熱性能
中間貯蔵施設に必要な基本的安全機能のうち、浅地下・ 密封機能喪失の懸念を除くために、SCC を避ける構

ボールト貯蔵に特徴的な放射線遮へい性能と除熱性能に造の二重キャニスタについて、除熱性を解析評価した。

ついて確認した。地盤は、厚さ 1m 以上で放射線の透過二重化により除熱性能が低下するが、伝熱フィンを取を十分に遮断できた。また、通気路のストリーミングをり付けた場合には、一重キャニスタと同等であり、技地上施設と同様に屈曲構造などで十分に低減できた。除術的に成立した。

熱については、キャニスタの発熱量、高温空気の浮力、通気の圧力損失を考慮した検討から、自然対流除熱設計⒝

地下空洞構造物の耐震性評価法
日本で浅地下ボールト貯蔵を実現するためには、許認アーチスパン（約 20m）

工事坑道

第８章

給気坑道

給気

遮へい壁

搬送エリア

給気ダクト

排気坑道

排気立坑

排気坑道

貯蔵エリア

35000

搬入坑道

60000

中間スラブ

給気

詰替エリア

貯蔵トンネル立面図

輸送キャスク移送台車

20850

キャニスタ搬入 給気

キャニスタ 主坑道

キャニスタ移送装置
161150

単位：mm

図 8-1-1120

急斜面地形の場合の施設配置例（平面図と立面図）排気立坑高さ 65m 以上

金属キャスク設計・検査基準
金属キャスク構造規格

コンクリキャスク設計検査基準
コンクリキャスク等構造規格

JEAG原発耐震設計技術指針
JEAGキャスク建屋基礎技術指針

屋外重要土木構造物耐震指針
原子力地下立地（技術体系化）

地下空洞耐震設計技術指針

図 8-1-2

浅地下ボールト貯蔵の耐震設計に関する国や関係機関・学会の指針類

可に先立ち、キャニスタ貯蔵の安全審査指針と浅地下開発した 1）。

ボールト貯蔵の耐震設計技術指針が必要と考えられる。
図 8-1-2 に浅地下ボールト貯蔵の耐震設計に関する国や⑴

フローネットワーク解析コードの開発

関係機関・学会の指針類を示す。これらについて耐震性全体の熱流動で使用するフローネットワーク解析では、評価法を中心に検討した結果、既往指針類との整合性をまず、施設全体の流路を風道と節点により網目で表わし、保って新たに必要な指針の素案例を構築することができ網目全体における熱、力学さらに質量のバランスに基づた 1）。

いて、各風道の風量や温度などを求める。各節点では、流体の出入り合計が零になるように各網目（流れの起こ8-2 トンネル貯蔵施設の熱流動解析る単一閉回路）の風量を設定する。この風量に基づき、各風道で出口空気の温度、湿度を算定する。次に、各風道の圧損や浮力などを考慮し、各網目で圧力がバランスにおける熱流動評価では、従来の地上施設に対して適用するように網目風量を修正する。各網目の風量が収束さされてきた熱流動解析手法を改良して、新たな解析シスれるまで、以上の計算を繰り返す。この解析では、湿分テムを構築する必要がある。この解析では、２種類の熱輸送式が組み込まれ、さらに空気流と岩盤との間の伝熱流動解析コードを組み合わせて評価を行う。まず、施設および水分の蒸発・結露による熱授受などが考慮されて内の風量や温度の概略分布をフローネットワーク解析いる。

コードにより計算し、これに基づいて空気温度が高くな

フローネットワーク流動解析コードとしては、既存のると予想される貯蔵室（エリア）に対して、さらに３次鉱山トンネルの評価で実績のある単一トンネルを対象と元熱流動解析コードを用いて詳細解析を行い、その結果した 1 次元熱流動解析コード（TRANCLIM）と、複数からキャニスタ（キャスク）や壁の最高温度を評価する。

トンネルを対象とするフローネットワーク流動解析コー

本研究では、既存の複数解析コードに独自の解析モデルド（VENTCLIM）を合体し、さらに収束や精度などをを導入して改良することにより、新たな解析システムを改善して、新たなコードを開発した。このコードにより、

電中研レビュー No.55 ● 121

第８章

自然対流冷却を活用する使用済燃料トンネル貯蔵施設

ト ン ネ ル 出 口

流動の評価が可能なものはない。図 8-2-2 に単純化された貯蔵室における水分付着の計算例を示す。床の隅の部分で結露が起こりやすいことが示されている。なお、湿った空気により貯蔵室を冷却すると、乾燥空気で冷却

50

入気坑口および排気坑口の温度（℃)

する場合に比べて、出口空気の温度が数℃程度上昇する
40

ト ン ネ ル 入 口(貯蔵施設平面配置)

トンネル出口の温度30ことが分かった。このコードでは、水分やエネルギーの出入りのバランスを評価し、計算結果が妥当であることを確認している。図 8-2-3 にキャニスタ伝熱試験 5）に対する解析結果の比較を示す。キャニスタ表面の温度分布や最高温度がよく模擬できている。図 8-2-4 にはキャニ

2010

トンネル入口の温度

スタ周りの平面における速度分布の解析例を示す。キャ0
空気出口-101-Apr 31-May 31-Jul 30-Sep 30-Nov 30-Jan 31-Mar

通気開始後の経過日付

図 8-2-1

トンネル貯蔵施設出口の年間温度変化
水分付着量（kg/m2）

金属キャスクトンネル貯蔵施設の複雑な流路における空気の流量と温度の分布が評価できることとなった。地下トンネル貯蔵施設における年間のトンネル出口温度変化を計算した例
を、図 8-2-1 に示す。外気温度が冬季に低温、さらに夏季に高温になるに従い、トンネル出口温度が変化する様空気入口子が捉えられた。なお、元となる解析コードは、鉱山トンネルなどの評価に適用された実績を有することから 3）、本コードは貯蔵施設の許認可にも適用可能と考えられる。
⑵

解析結果

図 8-2-2

貯蔵室内水分付着量（kg/m2）の計算

3 次元熱流動解析コードの開発
140

を入口条件として、貯蔵室におけるキャニスタ周りの詳120

細な３次元熱流動を解析し、キャニスタ表面と壁面の温度が許容値以下になっていることを確認する。ここでは、既存の汎用３次元熱流動解析コード（PHOENICS）を流用し 4）、新たに湿分の輸送式をカップリングするとと表面温度（℃）

第８章

フローネットワーク解析で得られた空気の流量と温度

100
8060

もに、空気と周囲岩盤との水分の蒸発・結露による物質

40

移行と熱授受のモデル式を導入している。これらの改良

20-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 180
給気口からみた角度（°）

により、3 次元空間における湿り空気の伝熱流動が評価可能となり、水分の蒸発量や結露量の分布も算定できることとなった。既存の汎用コードには、湿り空気の伝熱122

図 8-2-3

キャニスタ円周表面温度の比較（赤点：試験結果、青線：解析結果）

参考文献
8-11） 新孝一他：使用済燃料の浅地下ボールト貯蔵方式のフィージビリティに関する研究、電力中央研究所研究報
告 N07015、2007 年 12 月．

8-21） 古賀智成、田村英寿：使用済燃料トンネル貯蔵施設を対象とする熱流動解析コードの開発、電力中央研究所研究
報告 N07014、2007 年 12 月．
2） 平松良雄：通気学、内田老鶴圃新社、昭和 49 年発行．
流速(m/s)

図 8-2-4

キャニスタ周りの流速（m/s）分布3） 天野勲三、水田義明：トンネル内気象の予測計算、土木学会論文集 387/Ⅱ-8、pp.219-228、1987．
4） PHOENICS Over View, CHAM Report, TR001．
5） Benhamadouche, S. et al.：Large eddy simulation ofmixed convection around a vertical heated cylinder

ニスタの後背部では流れが淀み、また、両側部では流速が早くなっている。これらは、円柱周りに発達する流れ

cooled by a cross-flow air circulation,, Conference on
Modeling Fluid Flow（CMFF’ 06），The 13th Int. Conf.
on Fluid Flow Tech., 2006.

をよく再現している。

第８章
電中研レビュー No.55 ● 123