JP2002214381A - 熱サイホンを利用した液体金属炉の残熱除去方法と装置 - Google Patents
熱サイホンを利用した液体金属炉の残熱除去方法と装置Info
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- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱サイホンを利用し格納容器からの輻射熱伝
達を向上させるだけでなく、排気空気の出口温度を相対
的に低くでき、空気流路内に追加的に構造物を設置せず
向上させた残熱除去方法と装置を提供する。 【解決手段】 熱サイホンは自然現象即ち、蒸発と凝縮
過程で生じる蒸気圧の差異で高い蒸気圧の蒸発部から低
い蒸気圧の凝縮部に蒸気が移動して凝縮部から凝縮され
た流体は毛細管現象や重力等の外部の力により蒸発部に
移動し熱伝達サイクルをなす熱伝達装置である。液体金
属炉の外部に伝達される残熱を熱サイホンの蒸発部で吸
熱し凝縮部で放熱させる方法と、装置論として、格納部
とコンクリート壁との間に設置した原子炉において、コ
ンクリート壁と格納容器との間に熱サイホンを設置し、
前記熱サイホンは縦に蒸発部を形成して、その上端に断
熱部を傾斜させて連結し、この断熱部に縦に凝縮部を形
成して構成される。
達を向上させるだけでなく、排気空気の出口温度を相対
的に低くでき、空気流路内に追加的に構造物を設置せず
向上させた残熱除去方法と装置を提供する。 【解決手段】 熱サイホンは自然現象即ち、蒸発と凝縮
過程で生じる蒸気圧の差異で高い蒸気圧の蒸発部から低
い蒸気圧の凝縮部に蒸気が移動して凝縮部から凝縮され
た流体は毛細管現象や重力等の外部の力により蒸発部に
移動し熱伝達サイクルをなす熱伝達装置である。液体金
属炉の外部に伝達される残熱を熱サイホンの蒸発部で吸
熱し凝縮部で放熱させる方法と、装置論として、格納部
とコンクリート壁との間に設置した原子炉において、コ
ンクリート壁と格納容器との間に熱サイホンを設置し、
前記熱サイホンは縦に蒸発部を形成して、その上端に断
熱部を傾斜させて連結し、この断熱部に縦に凝縮部を形
成して構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱サイホンを利用
し液体金属炉の受動形残熱除去方法と装置に関するもの
である。より詳細には、原子炉の熱伝達作動領域にある
空気分離器の代わりに熱サイホンの加熱部を設置し格納
容器からの輻射熱伝達を向上させて、排気空気の出口温
度を相対的に低くでき、空気流路内に追加的な構造物を
設置せず残熱除去能力を向上させる方法と装置に関す
る。
し液体金属炉の受動形残熱除去方法と装置に関するもの
である。より詳細には、原子炉の熱伝達作動領域にある
空気分離器の代わりに熱サイホンの加熱部を設置し格納
容器からの輻射熱伝達を向上させて、排気空気の出口温
度を相対的に低くでき、空気流路内に追加的な構造物を
設置せず残熱除去能力を向上させる方法と装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】概念設計開発が進行中の韓国内で初めて
の液体金属炉の安全等級残熱除去系統は、ＰＳＤＲＳ
（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｄｅｃａｙ Ｈｅａ
ｔ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）だが、原子炉容器
を取り囲んでいる格納容器の外部を空気の自然循環によ
り冷却する方法として空気の流れの駆動力は格納容器の
側壁により加熱された空気と周辺空気との密度の差異に
より受動的に形成される。液体金属炉のＰＳＤＲＳはこ
のように完全な受動概念の残熱除去方法を採択すること
で、高い作動信頼性と外部電源や運転源の措置がなくて
も自然現象により残熱を除去する長所を備える。
の液体金属炉の安全等級残熱除去系統は、ＰＳＤＲＳ
（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｄｅｃａｙ Ｈｅａ
ｔ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）だが、原子炉容器
を取り囲んでいる格納容器の外部を空気の自然循環によ
り冷却する方法として空気の流れの駆動力は格納容器の
側壁により加熱された空気と周辺空気との密度の差異に
より受動的に形成される。液体金属炉のＰＳＤＲＳはこ
のように完全な受動概念の残熱除去方法を採択すること
で、高い作動信頼性と外部電源や運転源の措置がなくて
も自然現象により残熱を除去する長所を備える。
【０００３】現在、韓国内で開発中の液体金属炉のＰＳ
ＤＲＳは、図４のように原子炉容器の外部に積まれた格
納容器を通して原子炉内の残熱を大気に放出する機能を
行う（参考文献（７））。ＰＳＤＲＳを成す主要構造物
として最外郭にはコンクリート壁が、その内側には冷た
い空気と熱い空気流路を分離する空気分離器がある。そ
して格納容器側壁があり空気が流入し、出口は煙突形状
になっている。ＰＳＤＲＳの熱伝達概念は図７に示し、
高温の格納容器壁から空気分離器には輻射（Ｒａｄ）
で、空気には対流（Ｃｏｎｖ１）で熱伝達がなされ空気
分離器と空気との間には対流（Ｃｏｎｖ２）で熱伝達が
なされる。
ＤＲＳは、図４のように原子炉容器の外部に積まれた格
納容器を通して原子炉内の残熱を大気に放出する機能を
行う（参考文献（７））。ＰＳＤＲＳを成す主要構造物
として最外郭にはコンクリート壁が、その内側には冷た
い空気と熱い空気流路を分離する空気分離器がある。そ
して格納容器側壁があり空気が流入し、出口は煙突形状
になっている。ＰＳＤＲＳの熱伝達概念は図７に示し、
高温の格納容器壁から空気分離器には輻射（Ｒａｄ）
で、空気には対流（Ｃｏｎｖ１）で熱伝達がなされ空気
分離器と空気との間には対流（Ｃｏｎｖ２）で熱伝達が
なされる。
【０００４】ＰＳＤＲＳと同系統の作動特性を理解して
関連系統設計のための方法論的ＰＡＲＳ２電算コードが
開発されている（参考文献（１））。このような概念の
受動残熱除去系統は原子炉容器の大きさや熱伝達の形態
において、設計に制限される限界や熱伝達機構の限界性
により、与えられた成し得ることのできる熱伝達能力に
限界を備えているという点から障害に作用したりもす
る。このような限界性を克服するため空気流路に輻射構
造物を追加的に設置し熱伝達を向上させるための努力等
の研究と努力が傾注されている（参考文献（２））。参
考文献（２）の場合は、ＰＳＤＲＳについての熱伝達量
の制限性を克服するために、熱い空気流路内に輻射構造
物を設置し実質的に熱伝達量を増加させた研究結果とし
てこれを概念的に図５に示す。適切な輻射構造物を設置
することで相当な熱伝達増進を成し得ると提示された。
この場合、上述したＰＳＤＲＳ概念に比べて新たな熱伝
達経路である輻射構造物との輻射（Ｒａｄ２）経路の追
加で熱伝達量が増加される。
関連系統設計のための方法論的ＰＡＲＳ２電算コードが
開発されている（参考文献（１））。このような概念の
受動残熱除去系統は原子炉容器の大きさや熱伝達の形態
において、設計に制限される限界や熱伝達機構の限界性
により、与えられた成し得ることのできる熱伝達能力に
限界を備えているという点から障害に作用したりもす
る。このような限界性を克服するため空気流路に輻射構
造物を追加的に設置し熱伝達を向上させるための努力等
の研究と努力が傾注されている（参考文献（２））。参
考文献（２）の場合は、ＰＳＤＲＳについての熱伝達量
の制限性を克服するために、熱い空気流路内に輻射構造
物を設置し実質的に熱伝達量を増加させた研究結果とし
てこれを概念的に図５に示す。適切な輻射構造物を設置
することで相当な熱伝達増進を成し得ると提示された。
この場合、上述したＰＳＤＲＳ概念に比べて新たな熱伝
達経路である輻射構造物との輻射（Ｒａｄ２）経路の追
加で熱伝達量が増加される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の液体
金属炉のＰＳＤＲＳ構造物に熱サイホンを利用し追加的
に構造物を設置しなくても残熱除去能力を向上させる方
法と装置を提供することにその目的がある。また、従来
の熱伝達増進方法である輻射構造物を利用する方法と並
行し使用することで液体金属炉の受動形残熱除去系統の
熱伝達能力をより増進させることができる。
金属炉のＰＳＤＲＳ構造物に熱サイホンを利用し追加的
に構造物を設置しなくても残熱除去能力を向上させる方
法と装置を提供することにその目的がある。また、従来
の熱伝達増進方法である輻射構造物を利用する方法と並
行し使用することで液体金属炉の受動形残熱除去系統の
熱伝達能力をより増進させることができる。
【０００６】従来の液体金属炉のＰＳＤＲＳのような液
体金属炉の受動形残熱除去系統に受動概念で熱伝達がな
される熱サイホンを適用するために、まずヒートパイプ
と熱サイホンの特性を把握して、カリマー（ＫＡＬＩＭ
ＥＲ）に適用が可能かの可否と同概念の可能な熱伝達能
力を検討した。現在、国内で開発中の液体金属炉のＰＳ
ＤＲＳを参照した場合として、熱サイホンを適用した場
合と正常運転及び過度状態に対する定量的比較と評価を
行い解釈結果、全体の熱伝達量に寄与する比率において
輻射と対流の比率が互いに反対的結果を示し、全体の熱
伝達量に対する熱サイホンの作動温度の影響は相対的に
小さいことを確認した。
体金属炉の受動形残熱除去系統に受動概念で熱伝達がな
される熱サイホンを適用するために、まずヒートパイプ
と熱サイホンの特性を把握して、カリマー（ＫＡＬＩＭ
ＥＲ）に適用が可能かの可否と同概念の可能な熱伝達能
力を検討した。現在、国内で開発中の液体金属炉のＰＳ
ＤＲＳを参照した場合として、熱サイホンを適用した場
合と正常運転及び過度状態に対する定量的比較と評価を
行い解釈結果、全体の熱伝達量に寄与する比率において
輻射と対流の比率が互いに反対的結果を示し、全体の熱
伝達量に対する熱サイホンの作動温度の影響は相対的に
小さいことを確認した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、液体金属炉の
冷却設備において、従来の空気分離器の代わりに熱サイ
ホンの加熱部を設置し空気を通して抜け出る熱量が減少
する結果により出口空気の温度が１０℃以上減少し、全
体の熱伝達量の比較から熱サイホンを設置した場合が２
０〜４０％の熱伝達が増加されることで完成された。
冷却設備において、従来の空気分離器の代わりに熱サイ
ホンの加熱部を設置し空気を通して抜け出る熱量が減少
する結果により出口空気の温度が１０℃以上減少し、全
体の熱伝達量の比較から熱サイホンを設置した場合が２
０〜４０％の熱伝達が増加されることで完成された。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は熱サイホンを適用したＰＳ
ＤＲＳ概念図を示し、図２は熱サイホンを利用したＰＳ
ＤＲＳ熱伝達概念図を示す。図３は熱サイホンを適用し
たＰＳＤＲＳの平面配置概念図を、図４はカリマーＰＳ
ＤＲＳ概念図を、図５は輻射構造物を利用したＰＳＤＲ
Ｓ熱伝達概念図を示す。図６は２相−閉鎖熱サイホンの
概念図を示し、図７はＰＳＤＲＳ熱伝導概念図を示す。
本発明の構成は方法論としては液体金属炉の外部に伝達
される残熱を熱サイホン５の蒸発部６から吸熱し凝縮部
８で放熱させる方法と、装置論としては格納部１とコン
クリート２壁との間に設置された原子炉３において、コ
ンクリート２壁と格納容器４間に熱サイホン５を設置
し、前記熱サイホン５は縦に蒸発部６を形成して、その
上端に断熱部７を傾斜させて連結し、この断熱部７から
縦に凝縮部８を形成することで構成される。
ＤＲＳ概念図を示し、図２は熱サイホンを利用したＰＳ
ＤＲＳ熱伝達概念図を示す。図３は熱サイホンを適用し
たＰＳＤＲＳの平面配置概念図を、図４はカリマーＰＳ
ＤＲＳ概念図を、図５は輻射構造物を利用したＰＳＤＲ
Ｓ熱伝達概念図を示す。図６は２相−閉鎖熱サイホンの
概念図を示し、図７はＰＳＤＲＳ熱伝導概念図を示す。
本発明の構成は方法論としては液体金属炉の外部に伝達
される残熱を熱サイホン５の蒸発部６から吸熱し凝縮部
８で放熱させる方法と、装置論としては格納部１とコン
クリート２壁との間に設置された原子炉３において、コ
ンクリート２壁と格納容器４間に熱サイホン５を設置
し、前記熱サイホン５は縦に蒸発部６を形成して、その
上端に断熱部７を傾斜させて連結し、この断熱部７から
縦に凝縮部８を形成することで構成される。
【０００９】熱サイホンの概念について検討して行われ
たＰＳＤＲＳへの適用性検討結果は次の通りである。
たＰＳＤＲＳへの適用性検討結果は次の通りである。
【００１０】熱サイホンやヒートパイプは自然現象即
ち、蒸発と凝縮過程でおこる蒸気圧の差異で高い蒸気圧
の蒸発部から低い蒸気圧の凝縮部に蒸気が移動して凝縮
部から凝縮された流体は毛細管現象や重力等の外部の力
により蒸発部に移動し熱伝達サイクルをなす熱伝達装置
である。熱サイホンとヒートパイプとの差異は、凝縮さ
れた流体を蒸発部に送る機構概念の差異だといえる。即
ち、ヒートパイプは毛細管現象を起こし得る部分である
ウィック（Ｗｉｃｋ）や適用される系統で提供する外力
により凝縮された流体を移動させる。一般的にヒートパ
イプは重力の位置にとらわれず作動流体の表面張力によ
る毛細管現象や遠心力、磁気力等を利用することで凝縮
された流体が蒸発部に自然に満たされるようにし熱伝達
の循環サイクルをなすことに比べ、熱サイホンはウィッ
クを使用せず重力により凝縮された流体が蒸発部に移動
する概念である。このような概念が液体金属炉のＰＳＤ
ＲＳに適用される場合、蒸発部と凝縮部の高さの差異が
相当なものと予想されて、重力を利用する構造であるた
めヒートパイプよりは熱サイホンがまず適用される概念
として判断される。しかし、ヒートパイプを使用し３Ｍ
Ｗｅ出力のタービンから出た蒸気を凝縮させる乾燥冷却
系統（Ｄｒｙ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を適用
した例（参考文献（３））があることを考慮した時、ヒ
ートパイプの適用も念頭におく必要がある。参考文献
（３）の場合、直径５ｃｍで最大長さ２２．９ｍのヒー
トパイプ１４０、０００個を使用し、作動流体は冬でも
凍らず作動できるようアンモニアを採択している。参考
にアンモニアの作動温度範囲は、−６０℃〜１００℃で
ある（参考文献（４））。理論上ヒートパイプの場合、
熱伝達能力に影響を及ぼす因子の中からウィックまたは
毛細管現象による制限事項が最大熱伝達量を決定する傾
向を示している（参考文献（４））。参考に、毛細管現
象を利用するウィックは要求される最大毛細管の直径ｄ
＿ｐｏｒｅは、
ち、蒸発と凝縮過程でおこる蒸気圧の差異で高い蒸気圧
の蒸発部から低い蒸気圧の凝縮部に蒸気が移動して凝縮
部から凝縮された流体は毛細管現象や重力等の外部の力
により蒸発部に移動し熱伝達サイクルをなす熱伝達装置
である。熱サイホンとヒートパイプとの差異は、凝縮さ
れた流体を蒸発部に送る機構概念の差異だといえる。即
ち、ヒートパイプは毛細管現象を起こし得る部分である
ウィック（Ｗｉｃｋ）や適用される系統で提供する外力
により凝縮された流体を移動させる。一般的にヒートパ
イプは重力の位置にとらわれず作動流体の表面張力によ
る毛細管現象や遠心力、磁気力等を利用することで凝縮
された流体が蒸発部に自然に満たされるようにし熱伝達
の循環サイクルをなすことに比べ、熱サイホンはウィッ
クを使用せず重力により凝縮された流体が蒸発部に移動
する概念である。このような概念が液体金属炉のＰＳＤ
ＲＳに適用される場合、蒸発部と凝縮部の高さの差異が
相当なものと予想されて、重力を利用する構造であるた
めヒートパイプよりは熱サイホンがまず適用される概念
として判断される。しかし、ヒートパイプを使用し３Ｍ
Ｗｅ出力のタービンから出た蒸気を凝縮させる乾燥冷却
系統（Ｄｒｙ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を適用
した例（参考文献（３））があることを考慮した時、ヒ
ートパイプの適用も念頭におく必要がある。参考文献
（３）の場合、直径５ｃｍで最大長さ２２．９ｍのヒー
トパイプ１４０、０００個を使用し、作動流体は冬でも
凍らず作動できるようアンモニアを採択している。参考
にアンモニアの作動温度範囲は、−６０℃〜１００℃で
ある（参考文献（４））。理論上ヒートパイプの場合、
熱伝達能力に影響を及ぼす因子の中からウィックまたは
毛細管現象による制限事項が最大熱伝達量を決定する傾
向を示している（参考文献（４））。参考に、毛細管現
象を利用するウィックは要求される最大毛細管の直径ｄ
＿ｐｏｒｅは、
【００１１】
【数１】 で表し、水１００℃の場合、５ｍの高さを上がるために
は〜５μｍ直径が必要である。（ｄ：直径（ｍ）、ｇ：
重力加速度（ｍ／ｓ２）、ｒｈｏ：密度（ｋｇ／
ｍ３）、σ：表面張力（Ｎ／ｍ）、ｈ：高さ（ｍ）、
θ：接触角（度）） 熱サイホンやヒートパイプによる熱伝達は、その構造及
び作動原理上、次のように他の機構より優秀な特性を有
する。 １）熱伝導性が高い。 ２）表面温度が均一である。 ３）熱応答性に優れる。 ４）吸熱部（蒸発部）と放熱部（凝縮部）が分離可能で
容器形態に制約がない。 ５）構造が簡単で軽量（コンパクト）である。
は〜５μｍ直径が必要である。（ｄ：直径（ｍ）、ｇ：
重力加速度（ｍ／ｓ２）、ｒｈｏ：密度（ｋｇ／
ｍ３）、σ：表面張力（Ｎ／ｍ）、ｈ：高さ（ｍ）、
θ：接触角（度）） 熱サイホンやヒートパイプによる熱伝達は、その構造及
び作動原理上、次のように他の機構より優秀な特性を有
する。 １）熱伝導性が高い。 ２）表面温度が均一である。 ３）熱応答性に優れる。 ４）吸熱部（蒸発部）と放熱部（凝縮部）が分離可能で
容器形態に制約がない。 ５）構造が簡単で軽量（コンパクト）である。
【００１２】熱サイホンやヒートパイプの使用範囲は大
部分容器内部に封入される作動液体の熱的安定性及び諸
性質により決定される。一般的に作動温度範囲は−２０
０℃〜２０００℃で、作動液はヘリウム、窒素、水、ナ
トリウム、銀等多様で、水の場合３０℃〜２００℃の場
合に適用される。このような系統を設計するにおいて、
適切な作動液の選定、作動液と容器の適合性、そして熱
伝達の限界等についての検討が必要である（参考文献
（４））。
部分容器内部に封入される作動液体の熱的安定性及び諸
性質により決定される。一般的に作動温度範囲は−２０
０℃〜２０００℃で、作動液はヘリウム、窒素、水、ナ
トリウム、銀等多様で、水の場合３０℃〜２００℃の場
合に適用される。このような系統を設計するにおいて、
適切な作動液の選定、作動液と容器の適合性、そして熱
伝達の限界等についての検討が必要である（参考文献
（４））。
【００１３】図６は、熱サイホンの一般的な概念を示す
２相−閉鎖（Ｔｗｏ−ＰｈａｓｅＣｌｏｓｅｄ）熱サイ
ホンである。吸熱部を通して熱が加わると蒸発部で作動
液が蒸発して蒸気圧の差異により蒸気は断熱部を通過し
凝縮部に移動する。移動した蒸気は凝縮部で凝縮して凝
縮残熱は放熱部を通って熱が抜け出る。凝縮された流体
は重力により容器の壁を通して流れおち断熱部を通って
蒸発部に再び入り、１サイクルをなす。ヒートパイプや
熱サイホンを利用した熱交換器の熱伝達実験結果による
と、可能な熱速の大きさは、０．３２〜３２．０ｋＷ／
ｍ２で全体の熱伝達計数の大きさは３０〜１００Ｗ／ｍ
２−℃で表す（参考文献（５）（６））。
２相−閉鎖（Ｔｗｏ−ＰｈａｓｅＣｌｏｓｅｄ）熱サイ
ホンである。吸熱部を通して熱が加わると蒸発部で作動
液が蒸発して蒸気圧の差異により蒸気は断熱部を通過し
凝縮部に移動する。移動した蒸気は凝縮部で凝縮して凝
縮残熱は放熱部を通って熱が抜け出る。凝縮された流体
は重力により容器の壁を通して流れおち断熱部を通って
蒸発部に再び入り、１サイクルをなす。ヒートパイプや
熱サイホンを利用した熱交換器の熱伝達実験結果による
と、可能な熱速の大きさは、０．３２〜３２．０ｋＷ／
ｍ２で全体の熱伝達計数の大きさは３０〜１００Ｗ／ｍ
２−℃で表す（参考文献（５）（６））。
【００１４】図１は熱サイホンを適用したＰＳＤＲＳの
概念図を示し、図２は熱伝達概念を示す。熱サイホンだ
けを除外すると、熱伝達機構が現在のＰＳＤＲＳのそれ
と同一の概念といえる。よって、正常状態時、格納容器
から抜け出る熱量は格納容器の壁から熱サイホンの側壁
に伝達される輻射（Ｒａｄ）と空気に伝達される対流
（Ｃｏｎｖ１）の和で表す。熱サイホンの可能な熱速範
囲をＰＳＤＲＳに適用する場合に、最近のカリマー設計
資料を使用し計算すると熱伝達量は０．１１〜１１．０
ＭＷに算定される。これは現在のＰＳＤＲＳで成し得る
残熱除去能力が範疇に入っていることを意味する。よっ
て、熱サイホンの可能な熱伝達能力はカリマーだけでな
く、より大きな容量の液体金属炉の残熱除去にも適用可
能と判断できる。図３は熱サイホンを適用したＰＳＤＲ
Ｓの平面配置概念の１つの方案を示し、全体配列の中か
ら一部だけを示した。熱サイホンの蒸発部と凝縮部を連
結する部分が断熱部だが、断熱部は配管の側壁が断熱材
で積まれて外部との熱交換がなされず、下方向には作動
液体が、上方向には作動液の蒸気が移動できるように適
当な傾きを備えた通路の役割を担当する。
概念図を示し、図２は熱伝達概念を示す。熱サイホンだ
けを除外すると、熱伝達機構が現在のＰＳＤＲＳのそれ
と同一の概念といえる。よって、正常状態時、格納容器
から抜け出る熱量は格納容器の壁から熱サイホンの側壁
に伝達される輻射（Ｒａｄ）と空気に伝達される対流
（Ｃｏｎｖ１）の和で表す。熱サイホンの可能な熱速範
囲をＰＳＤＲＳに適用する場合に、最近のカリマー設計
資料を使用し計算すると熱伝達量は０．１１〜１１．０
ＭＷに算定される。これは現在のＰＳＤＲＳで成し得る
残熱除去能力が範疇に入っていることを意味する。よっ
て、熱サイホンの可能な熱伝達能力はカリマーだけでな
く、より大きな容量の液体金属炉の残熱除去にも適用可
能と判断できる。図３は熱サイホンを適用したＰＳＤＲ
Ｓの平面配置概念の１つの方案を示し、全体配列の中か
ら一部だけを示した。熱サイホンの蒸発部と凝縮部を連
結する部分が断熱部だが、断熱部は配管の側壁が断熱材
で積まれて外部との熱交換がなされず、下方向には作動
液体が、上方向には作動液の蒸気が移動できるように適
当な傾きを備えた通路の役割を担当する。
【００１５】ＰＳＤＲＳの場合と熱サイホンを使用した
ＰＳＤＲＳの場合を定性的に比較するためＰＡＲＳ２コ
ード（参考文献（１））を使用し、熱サイホン側壁が一
定温度条件で作動することから、一定温度の境界条件を
空気分離器領域に割当てることで熱サイホンを模写でき
るよう論理を追加した。そして一次系統の自然循環は考
慮せず、ただ原子炉容器内のナトリウムチャンネルにつ
いて使用者の入力で温度分布を仮定し評価した。
ＰＳＤＲＳの場合を定性的に比較するためＰＡＲＳ２コ
ード（参考文献（１））を使用し、熱サイホン側壁が一
定温度条件で作動することから、一定温度の境界条件を
空気分離器領域に割当てることで熱サイホンを模写でき
るよう論理を追加した。そして一次系統の自然循環は考
慮せず、ただ原子炉容器内のナトリウムチャンネルにつ
いて使用者の入力で温度分布を仮定し評価した。
【００１６】熱サイホンを使用する場合、熱浸源の役割
をする所での温度変化は全体の熱伝達量には大きな差異
を示さないことがわかった。参照の場合では、正常運転
と過度状態の場合、格納容器の壁からの全体熱伝達で輻
射よりは対流による熱伝達がより比重を占めた。しか
し、熱サイホンを使用した場合はこれとは反対の傾向と
して対流よりは輻射による熱伝達が主な経路になること
がわかった。
をする所での温度変化は全体の熱伝達量には大きな差異
を示さないことがわかった。参照の場合では、正常運転
と過度状態の場合、格納容器の壁からの全体熱伝達で輻
射よりは対流による熱伝達がより比重を占めた。しか
し、熱サイホンを使用した場合はこれとは反対の傾向と
して対流よりは輻射による熱伝達が主な経路になること
がわかった。
【００１７】参照の場合、如何なる状態でも格納容器を
通して伝達された熱量は全て空気により熱除去される。
しかし、熱サイホンを使用する場合は全体の熱伝達量の
中から一部だけが空気を通って抜け出た。空気による熱
除去量の大きさは、出口空気の温度に直接影響を与え空
気による熱除去量が多い参照の場合に温度が相対的に高
いことがわかった。空気の温度変化は流量に影響を与
え、熱サイホンを使用する場合には流量が若干減少され
た。
通して伝達された熱量は全て空気により熱除去される。
しかし、熱サイホンを使用する場合は全体の熱伝達量の
中から一部だけが空気を通って抜け出た。空気による熱
除去量の大きさは、出口空気の温度に直接影響を与え空
気による熱除去量が多い参照の場合に温度が相対的に高
いことがわかった。空気の温度変化は流量に影響を与
え、熱サイホンを使用する場合には流量が若干減少され
た。
【００１８】正常運転と過度状態についての参照の場
合、対備熱サイホンを使用した場合での全体熱伝達量の
増加は相当な量であることが確認された。また、ＰＳＤ
ＲＳが実際に必要な過度状態時、熱サイホンを適用した
ＰＳＤＲＳの熱除去がより効果的だということがわかっ
た。
合、対備熱サイホンを使用した場合での全体熱伝達量の
増加は相当な量であることが確認された。また、ＰＳＤ
ＲＳが実際に必要な過度状態時、熱サイホンを適用した
ＰＳＤＲＳの熱除去がより効果的だということがわかっ
た。
【００１９】熱サイホンの凝縮（放熱）部の外部熱伝達
が強制対流や冷却水方法の場合はその大きさが問題とな
らないが、ＰＳＤＲＳでは凝縮部までも受動概念である
自然対流により熱伝達がなされなければならない為、予
想される大略的な大きさを評価する必要がある。層流と
乱流の場合についての自然対流の相関式Ｃｈｕｒｃｈｉ
ｌｌ＆Ｃｈｕ相関式（参考文献（８））を使用し凝縮部
の外気の熱伝達計数に適用し評価した結果、予想される
施設の規模は常用発電所に適用された場合（参考文献
（３））と比較する時、比較的現実性のある大きさと判
断された。
が強制対流や冷却水方法の場合はその大きさが問題とな
らないが、ＰＳＤＲＳでは凝縮部までも受動概念である
自然対流により熱伝達がなされなければならない為、予
想される大略的な大きさを評価する必要がある。層流と
乱流の場合についての自然対流の相関式Ｃｈｕｒｃｈｉ
ｌｌ＆Ｃｈｕ相関式（参考文献（８））を使用し凝縮部
の外気の熱伝達計数に適用し評価した結果、予想される
施設の規模は常用発電所に適用された場合（参考文献
（３））と比較する時、比較的現実性のある大きさと判
断された。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、液体金属炉の冷却設備におい
て、従来の空気分離器の代わりに熱サイホンの加熱部を
設置することで空気を通して抜け出る熱量が減少する結
果により、出口空気温度が１０℃以上減少し要求される
熱伝達量が大きくなる過度状態でその差異はさらに大き
くなった。よって、熱サイホンの熱伝達能力は液体金属
炉の受動残熱除去系統の性能を最大２０〜４０％増進さ
せられる非常に効率的な装置で、受動形液体金属炉の出
力は残熱除去設備の容量によりその最大の大きさが現実
的に制限されていること、本発明を使用することでさら
に大容量の受動形液体金属炉を設計できる効果がある。 （参考文献） （１）シン ユンソプ他２名、ＰＳＤＲＳの残熱除去特
性分析、ＫＮＳ’９８春季学術発表会論文集、６５３〜
６５９頁、１９９８年 （２）Ｙ．Ｓ．Ｓｉｍ他、Heat Transfer Enhancement
by Structures for AnAir Channel of LMR Decay Heat
Removal, Nuclear Engineering and Design、１６７〜
１８６頁、１９９頁、２０００年 （３）A. S. Rovertson and E. C. Cady, Heat Pipe Dr
y Cooling for Electrical Generating Stations, Proc
eedings of the 4th Int. Heat Pipe Conf.,7-10 Sep.
1981, London, UK, pp.745-758 （４）P. D. Dunn and D. A. Reay, Heat Pipes, 3rd E
dition, Pergamon Press, 1982 （５）Y. Lee and U. Mital, A Two-Phase Closed Ther
mosyphon, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 15, pp.
1695-1707, 1972 （６）Y. Lee and A. Bedrossian, The Characteristic
s of Heat ExchangersUsing Heat Pipes or Thermosyph
ons, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol.21,pp. 221-22
9, 1978 （７）ハンドヒ他３３名、KALIMER予備概念設計報告
書、KAERI/TR-1636/2000、韓国原子力研究所 （８）Adrian Bejan, Convection Heat Transfer, John
Wiley & Sons, 1984
て、従来の空気分離器の代わりに熱サイホンの加熱部を
設置することで空気を通して抜け出る熱量が減少する結
果により、出口空気温度が１０℃以上減少し要求される
熱伝達量が大きくなる過度状態でその差異はさらに大き
くなった。よって、熱サイホンの熱伝達能力は液体金属
炉の受動残熱除去系統の性能を最大２０〜４０％増進さ
せられる非常に効率的な装置で、受動形液体金属炉の出
力は残熱除去設備の容量によりその最大の大きさが現実
的に制限されていること、本発明を使用することでさら
に大容量の受動形液体金属炉を設計できる効果がある。 （参考文献） （１）シン ユンソプ他２名、ＰＳＤＲＳの残熱除去特
性分析、ＫＮＳ’９８春季学術発表会論文集、６５３〜
６５９頁、１９９８年 （２）Ｙ．Ｓ．Ｓｉｍ他、Heat Transfer Enhancement
by Structures for AnAir Channel of LMR Decay Heat
Removal, Nuclear Engineering and Design、１６７〜
１８６頁、１９９頁、２０００年 （３）A. S. Rovertson and E. C. Cady, Heat Pipe Dr
y Cooling for Electrical Generating Stations, Proc
eedings of the 4th Int. Heat Pipe Conf.,7-10 Sep.
1981, London, UK, pp.745-758 （４）P. D. Dunn and D. A. Reay, Heat Pipes, 3rd E
dition, Pergamon Press, 1982 （５）Y. Lee and U. Mital, A Two-Phase Closed Ther
mosyphon, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 15, pp.
1695-1707, 1972 （６）Y. Lee and A. Bedrossian, The Characteristic
s of Heat ExchangersUsing Heat Pipes or Thermosyph
ons, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol.21,pp. 221-22
9, 1978 （７）ハンドヒ他３３名、KALIMER予備概念設計報告
書、KAERI/TR-1636/2000、韓国原子力研究所 （８）Adrian Bejan, Convection Heat Transfer, John
Wiley & Sons, 1984
【図１】熱サイホンを適用したＰＳＤＲＳ概念図であ
る。
る。
【図２】熱サイホンを利用したＰＳＤＲＳ熱伝達概念図
である。
である。
【図３】熱サイホンを適用したＰＳＤＲＳ平面配置概念
図である。
図である。
【図４】国内液体金属炉ＰＳＤＲＳ概念図である。
【図５】輻射構造物を利用したＰＳＤＲＳ熱伝達概念図
である。
である。
【図６】２相−閉鎖熱サイホンの概念図である。
【図７】ＰＳＤＲＳ熱伝達概念図である。
１ 格納部 ２ 原子炉支持コンクリート ３ 原子炉 ４ 格納容器 ５ 熱サイホン ６ 蒸発部 ７ 断熱部 ８ 凝縮部 ９ 断熱材 １０ 熱サイホンヒーティング部 １１ 空気分離器 １２ 輻射構造物 ｃｏｎｖ１ 格納容器の側壁から熱風路を流れる空気へ
の第１の対流熱伝達 ｃｏｎｖ２ 熱サイホン側壁から熱風路を流れる空気へ
の第２の対流熱伝達 ｐｏｒｅ 網（ｗｉｃｋ）に形成された孔 ｒａｄ 格納容器側壁から空気分離器や熱サイホン
側壁への輻射熱伝達
の第１の対流熱伝達 ｃｏｎｖ２ 熱サイホン側壁から熱風路を流れる空気へ
の第２の対流熱伝達 ｐｏｒｅ 網（ｗｉｃｋ）に形成された孔 ｒａｄ 格納容器側壁から空気分離器や熱サイホン
側壁への輻射熱伝達
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シム ユン−ソプ 大韓民国 テジョン市 ユソン−ク オウ ン−ドン ハンビット・アパート135−604 （番地なし) (72)発明者 キム ウィ−グァン 大韓民国 テジョン市 ソ−ク タンバン −ドン ゴンジャク・アパート９−502 （番地なし)
Claims (3)
- 【請求項１】 液体金属炉の外部に伝達される残熱を熱
サイホン５の蒸発部で吸熱し凝縮部で放熱させることを
特徴とする熱サイホンを利用した液体金属炉の残熱除去
方法。 - 【請求項２】 格納部１とコンクリート２壁との間に設
置された原子炉３において、 コンクリート２壁と格納容器４との間に熱サイホンを設
置したことを特徴とする熱サイホン５を利用した液体金
属炉の残熱除去装置。 - 【請求項３】 熱サイホンは、縦に蒸発部６を形成し
て、前記蒸発部６の上端に断熱部７を傾斜させて連結
し、この断熱部７から縦に凝縮部８を連結させた構造を
特徴とする請求項１に記載の熱サイホンを利用した液体
金属炉の残熱除去装置。
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|---|---|---|---|
| KR74057/2000 | 2000-12-07 | ||
| KR10-2000-0074057A KR100419318B1 (ko) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | 써모사이펀을 이용한 액체금속로의 잔열제거장치 |
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|---|---|
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| KR (1) | KR100419318B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009250929A (ja) * | 2008-04-10 | 2009-10-29 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 高速増殖炉型原子力発電システム |
| CN112599257A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-04-02 | 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) | 一种船用毛细力驱动的安全壳热量导出系统 |
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| KR100597722B1 (ko) * | 2004-01-02 | 2006-07-10 | 한국원자력연구소 | 액체금속로의 안정적인 피동 잔열제거 계통 |
| KR100935089B1 (ko) * | 2007-12-20 | 2010-01-06 | 한국원자력연구원 | 소듐냉각 고속로의 잔열제거용 중간 소듐루프에서의 소듐고화가능성을 배제한 피동 안전등급 잔열제거 시스템 |
| KR101028053B1 (ko) | 2009-02-09 | 2011-04-08 | 한국수력원자력 주식회사 | 일체형원자로의 피동 잔열제거계통 |
| JP5842218B2 (ja) * | 2011-06-07 | 2016-01-13 | 国立大学法人東北大学 | 無動力原子炉冷却システム |
| EP2848101B1 (en) | 2012-05-07 | 2019-04-10 | Phononic Devices, Inc. | Thermoelectric heat exchanger component including protective heat spreading lid and optimal thermal interface resistance |
| US20130291555A1 (en) | 2012-05-07 | 2013-11-07 | Phononic Devices, Inc. | Thermoelectric refrigeration system control scheme for high efficiency performance |
| CN102915776B (zh) * | 2012-09-27 | 2016-04-20 | 中国核电工程有限公司 | 非能动安全壳热量导出系统试验方法 |
| KR101503266B1 (ko) * | 2013-07-18 | 2015-03-18 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 중성자 흡수체 및 냉각재를 포함한 하이브리드 히트파이프에 의한 원자력 발전소 설비 냉각용 잔열제거 시스템 |
| US9593871B2 (en) | 2014-07-21 | 2017-03-14 | Phononic Devices, Inc. | Systems and methods for operating a thermoelectric module to increase efficiency |
| US10458683B2 (en) | 2014-07-21 | 2019-10-29 | Phononic, Inc. | Systems and methods for mitigating heat rejection limitations of a thermoelectric module |
| CN104681108B (zh) * | 2014-12-03 | 2017-03-29 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种液态金属冷却反应堆失流后非能动自然循环强化系统及方法 |
| CN111895828B (zh) * | 2020-07-17 | 2021-07-30 | 上海交通大学 | 一种具有均温结构的曲面散热水箱 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4145708A (en) * | 1977-06-13 | 1979-03-20 | General Electric Company | Power module with isolated substrates cooled by integral heat-energy-removal means |
| JPH05340656A (ja) * | 1992-06-09 | 1993-12-21 | Toshiba Corp | 自然循環型サーモサイフォン |
| KR100238459B1 (ko) * | 1995-08-02 | 2000-01-15 | 윤덕용 | 가압경수로의콘크리트격납용기용피동격납용기냉각시스템 |
-
2000
- 2000-12-07 KR KR10-2000-0074057A patent/KR100419318B1/ko active IP Right Grant
-
2001
- 2001-03-23 US US09/814,819 patent/US20020070486A1/en not_active Abandoned
- 2001-04-05 JP JP2001107670A patent/JP3568911B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009250929A (ja) * | 2008-04-10 | 2009-10-29 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 高速増殖炉型原子力発電システム |
| CN112599257A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-04-02 | 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) | 一种船用毛细力驱动的安全壳热量导出系统 |
| CN112599257B (zh) * | 2020-12-01 | 2024-03-15 | 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) | 一种船用毛细力驱动的安全壳热量导出系统 |
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| JP3568911B2 (ja) | 2004-09-22 |
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| US20020070486A1 (en) | 2002-06-13 |
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