JP2008089285A - 原子力発電所建家の換気空調設備及び換気空調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中央制御室内の熱負荷が増加しても増加した分の熱負荷を除去することで非常時の室内環境条件を要求される水準に維持することのできる原子力発電所建家の換気空調設備を提供する。
【解決手段】原子力発電所建家に近接して又は建家内に、断熱材で囲繞され内部に蓄熱材が充填された蓄熱槽を配置することにより、非常時に動的機器を用いずに通常運転時に蓄熱槽内の断熱材に蓄えられた冷熱により建家内の温度上昇を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電所建家の換気空調設備及び換気空調方法に関する。

原子力発電所建家の換気空調設備は、原子力発電所の通常運転時および非常時に建家内の運転員の居住性を考慮した室内環境条件を満足する機能を持つ必要がある。なお、ここでいう非常時とは、建家内に取り入れる外気の放射能が高い場合や原子力発電所内の電源喪失時を指す。

図５を用いて従来の原子力発電所建家、例えば中央制御室８の換気空調設備について説明する。
中央制御室８の換気空調設備は、主に、外気取入口１、空気調和装置２、送風機３、排風機４、非常用の再循環フィルタ装置５、再循環送風機６、ダクト7、中央制御室８、排気口９、隔離ダンパ１０〜１３からなる。通常運転時は、外気取入口１から一部外気を取り入れながら、中央制御室８の空気を再循環し、空気調和装置２にて温度と湿度を調整して、送風機３にて給気を中央制御室８へ送風する。室内空気の一部は、排風機４にて排気口９から排気される。

中央制御室に取り入れる外気の放射能が高い場合や原子力発電所内の電源喪失時等の非常時には、外気取入ダクト設置の隔離ダンパ１０と排気ダクト設置の隔離ダンパ１１が閉止して中央制御室８内の空気全量を再循環する。このとき再循環フィルタ装置５上流に設置の隔離ダンパ１２が開放して再循環空気の一部は再循環フィルタ装置５にて処理された後、空気調和装置２に戻る。また、運転員の判断によって外気少量取り入れダクトに設置された隔離ダンパ１３を開放して少量の外気を連続的に取り入れながら、その全量を再循環の還気と一緒に再循環フィルタ装置５で処理できるようにする。この従来例、すなわち、図５に記載換気空調設備は、電源喪失時等の非常時の際もすべての機器を運転できる必要があり、そのためのバックアップ電源等の多大な設備を必要とした。

図６に記載の換気空調設備の他の従来例は、通常運転時と非常時で運転する機器を異ならせるようにしたもので、非常時に運転する動的機器、すなわち、電気によって稼動するモータ等の機器をなくしたものである。

図６に記載の従来例は上記図５の従来例と比較して、非常時の設計期間は７２時間と短く設定され（ここではそれを猶予期間と呼ぶ）、非常時に運転する動的機器、すなわち、電気によって稼動するモータ等の機器が配備されていない。この従来例では、中央制御室８の換気空調設備の主要機器として、図５記載の機器に加えて中央制御室の室内加圧・呼吸用の空気ボンベ14が設置されている。

通常運転時は、図５に記載の従来例と同様に換気空調設備機器が運転される。一方、電源喪失時等の非常時には、通常運転時の機器が停止する。すなわち隔離ダンパ１５が閉止するとともに、送風機３、排風機４が停止する。同時に空気供給配管１６に設置されている隔離弁１７が開放して中央制御室８内に空気ボンベ１４から加圧・呼吸用の空気が供給される。空気ボンベ１４の容量は、猶予期間分、例えば７２時間分に設定されている。電源喪失時等の非常時には通常運転時に運転する機器が停止するが、猶予期間の間は、例えば、室内温度を一定温度以下にする等、中央制御室８の室内環境条件を既定の条件に満足させる必要がある。

しかしながら、この図６に記載の従来例において、電源喪失時等の非常時には、通常運転時の機器が停止し、中央制御室内の機器、照明および運転員から発生する熱負荷を強制的に除去する手段がないことから、室内温度が上昇する。

この問題を解決するために、下記特許文献１に記載の原子力発電所制御室構造は、非常時において制御室内の室温の上昇を抑えるべく、いわゆるパッシブな熱交換装置を配備している。すなわち、図７に記載の換気空調設備は、制御室３０、壁３１、天井３２、コンクリートスラブ３３、金属プレート３４、冷却フィン３５、備品３６からなり、非常時には、制御室３０の天井３２に設けられた冷却フィン３５により、発生した熱負荷を吸収し室内温度の上昇を抑える設計となっている。
米国特許第５，２６３，０６１号明細書

上述した特許文献１に記載の中央制御室換気空調設備は、吸熱手段が中央制御室の冷却フィンが設けられた躯体だけなので、非常時に中央制御室内に発生する熱負荷が中央制御室の躯体の吸熱能力を超える場合、室内環境条件が成立しなくなる可能性があった。

例えば、原子力発電所建設時の設計進捗に伴い中央制御室内に発生する熱負荷が増加する場合、または原子力発電所運転開始後の機器改造や取替によって中央制御室内に発生する熱負荷が増加する場合は、非常時に室内環境条件が成立しなくなる可能性が大きいことがわかった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、中央制御室内の熱負荷が増加しても増加した分の熱負荷を除去することで非常時の室内環境条件を要求される水準に維持することのできる、中央制御室等の原子力発電所建家の換気空調設備及び換気空調方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明は、原子力発電所建家に近接して又は建家内に、断熱材で囲繞され内部に蓄熱材が充填された蓄熱槽を配置することにより、非常時に動的機器を用いずに通常運転時に蓄熱槽内の断熱材に蓄えられた冷熱により建家内の換気空調を行うことを特徴とする。

本発明によれば、非常時に動的機器を用いずに通常運転時に蓄熱槽内の断熱材に蓄えられた冷熱により建家内を冷却し、非常時における建家の室内環境条件を満足することができる。

以下、本発明の第１乃至第４の実施の形態では、原子力発電所の中央制御室に本願発明に係る換気空調設備が適用される例について説明するが、中央制御室以外の建家でもこの換気空調設備及び換気空調方法を適用することができることはもちろんである。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。
図１において、本発明の第１の実施の形態に係る換気空調設備は、中央制御室８、中央制御室躯体１８、蓄熱材１９が充填され断熱材２１で囲繞される蓄熱槽２０、空気ボンベ１４、空気供給配管１６、同配管１６に設置された隔離弁１７、熱交換器２２、通常運転時に蓄熱材を冷却する冷凍機２３、冷凍機２３と蓄熱槽２０間の蓄熱材１９を通す配管２４、から構成されている。蓄熱材１９の温度は通常運転時、中央制御室室内空気温度より低く維持される必要がある。断熱材２１は蓄熱槽２０を囲繞するように設置される。熱交換器２２は蓄熱材１９からの冷熱を受け取るよう設置される。

通常運転時には冷凍機２３を運転し、蓄熱材１９の温度を通常時の中央制御室の室内温度よりも低い温度以下の冷熱に維持する。蓄熱材１９に蓄えられた冷熱は、断熱材２１によって外部からの吸熱を抑えることができる。蓄熱材１９の熱容量は、猶予期間分、例えば７２時間分とする。非常時において、冷凍機２３は運転する必要はない。

非常時において、空気供給配管１６設置の隔離弁１７が開放され空気ボンベ１４から空気が噴出する。この噴出空気が空気供給配管を移動中に熱交換器２２によって中央制御室の室内温度以下まで冷却されて中央制御室８内に給気される。

これにより、非常時に動的機器を用いずに、空気ボンベ１４からの噴出空気が熱交換器２２を通して冷却されて中央制御室８に給気されるので中央制御室の室内環境条件を満足することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について、図２を用いて説明する。なお第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図２において、本発明の第２の実施の形態に係る換気空調設備は、中央制御室の室内空気が中央制御室８から熱交換器２２を通じて中央制御室８へ戻ることができるダクト２５、そのダクト２５に設置された隔離ダンパ２６、室内空気攪拌用の送風機２７、送風機２７の駆動源であるバッテリー２８から構成される。隔離ダンパ２６は、通常運転時は閉止されていて、非常時のみ開放する。なお、送風機２７は、ダクト２５の空気吸込口の前に設置する。バッテリー容量は、猶予期間分、例えば７２時間分とする。送風機２７はバッテリー駆動なので非常時でも運転可能である。

非常時において、バッテリー駆動の送風機２７が運転を開始する。中央制御室内の空気が送風機２７によってダクト２５を通して循環し、熱交換器２１によって中央制御室の室内温度以下まで冷却されて中央制御室８に戻る。

これにより、送風機２７によって強制循環された室内空気が、熱交換器２２を通して中央制御室８に冷却されて給気することで中央制御室の室内環境条件を満足することができる。また、非常時に作動する動的機器は送風機２７のみで、最小限に抑えることができる。

（第３の実施の態様）
本発明の第３の実施の形態について、図３を用いて説明する。なお、上記の実施の態様と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図３において、本発明の第３の実施の形態に係る換気空調設備は、蓄熱材１９と、蓄熱槽２０と、蓄熱槽２０を囲繞する断熱材２１からなり、これらは中央制御室８の上部に設置される。また、中央制御室の室内空気が中央制御室上部から熱交換器２２を通じて中央制御室下部へ流れることができるダクト２９、そのダクト２９に隔離ダンパ２６が設置される。隔離ダンパ２６は、通常運転時は閉止されていて、非常時のみ開放する。

非常時において、熱負荷によって温度上昇した中央制御室上部の空気が、自然対流によってダクト２９を通して熱交換器２０によって中央制御室の室内温度以下まで冷却される。冷却された空気は、自然対流によってダクト２９を通して中央制御室下部へ流れる。

これにより、非常時に動的機器を用いずに、熱交換器２２を通して冷却される空気が、外部の強制力ではなく自然対流によって流れることで中央制御室の室内環境条件を満足することができる。

（第４の実施の態様）
本発明の第４の実施の形態について、図４を用いて説明する。なお上記の実施の態様と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図４において、本発明の第４の実施の形態に係る換気空調設備は、蓄熱材１９と、蓄熱槽２０と、蓄熱槽２０を囲繞する断熱材２１からなり、これらは中央制御室８の内側に設置される。断熱材２１は、非常時のみ蓄熱槽２０と中央制御室８の室内空気が接することができるように取外し可能な構造とする。

なお、蓄熱材１９と蓄熱槽２０の合計の熱伝導率と熱容量は、躯体の材質のそれらよりも大きくなるように材質や形状を選定する必要がある。
非常時において、断熱材が取外されることにより蓄熱槽２０に接することが可能となった中央制御室８の室内空気は、熱伝導によって蓄熱槽２０を通して蓄熱材１９に吸熱され、自然対流によって中央制御室内の空気を冷却する。

これにより、非常時に動的機器を用いずに、冷却される空気の吸熱が、外部の強制力ではなく熱伝導によって行われることで中央制御室の室内環境条件を満足することができる。
また、上記第１乃至第４の実施の態様に記載の換気空調機能をさらに補完するために、建家躯体又は中央制御室躯体に冷却フィンを設けることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る換気空調設備。 本発明の第２の実施の形態に係る換気空調設備。 本発明の第３の実施の形態に係る換気空調設備。 本発明の第４の実施の形態に係る換気空調設備。 原子力発電所の制御室換気空調設備の従来例。 原子力発電所の御室室換気空調設備の他の従来例。 原子力発電所の制御室換気空調設備の他の従来例。

符号の説明

１…外気取入口、２…空気調和装置、３…送風機、４…排風機、５…再循環フィルタ装置、６…再循環送風機、７…ダクト、８…中央制御室、９…排気口、１０〜１３…隔離ダンパ、１４…空気ボンベ、１５…隔離ダンパ、１６…空気供給配管、１７…隔離弁、１８…中央制御室躯体、１９…蓄熱材、２０…蓄熱槽、２１…断熱材、２２…熱交換器、２３…冷凍機、２４…配管、２５…ダクト、２６…隔離ダンパ、２７…送風機、２８…バッテリー、２９…ダクト、３０…制御室、３１…壁、３２…天井、３３…コンクリートスラブ、３４…金属プレート、３５…冷却フィン、３６…備品。

Claims (8)

1. 原子力発電所建家に近接して又は建家内に、断熱材で囲繞され内部に蓄熱材が充填された蓄熱槽を配置することにより、非常時に動的機器を用いずに通常運転時に蓄熱槽内の断熱材に蓄えられた冷熱により建家内の換気空調を行うことを特徴とする原子力発電所建家の換気空調設備。
2. 蓄熱材と熱交換機とを内包するとともに断熱材で囲繞された蓄熱槽と、通常運転時に前記蓄熱材を冷却する冷凍機と、非常時に噴出空気を前記熱交換機を通して前記建家内に給気する空気ボンベとを備えたことを特徴とする原子力発電所建家の換気空調設備。
3. 蓄熱材と熱交換機とを内包するとともに断熱材で囲繞された蓄熱槽と、通常運転時に前記蓄熱材を冷却する冷凍機と、原子力発電所建家内に配置するとともに非常時に前記建屋内の空気を前記熱交換機を通して前記建屋内に循環させるバッテリー駆動送風機とを備え、非常時に前記バッテリー駆動送風機を駆動して前記建屋内の空気を前記熱交換機を通して前記建家内に循環させることを特徴とする原子力発電所建家の換気空調設備。
4. 蓄熱材と熱交換機とを内包するとともに断熱材で囲繞され原子力発電所建家の上部に配置した蓄熱槽と、通常運転時に前記蓄熱材を冷却する冷凍機と、前記建屋と前記熱交換機を通じるダクトと、前記ダクトに設けられ非常時のみ開放する弁とを備え、非常時に前記建家内の空気を前記熱交換機を通して前記建家内に循環させることを特徴とする原子力発電所建家の換気空調設備。
5. 原子力発電所建家の非常時用換気空調設備において、前記建家内に断熱材を介して蓄熱材を内包する蓄熱槽を配置し、非常時に前記蓄熱材を前記建家内の空気に直接接するように前記断熱材を取り外し可能にしたことを特徴とする原子力発電所建家の換気空調設備。
6. 前記原子炉発電所建家が中央制御室であることを特徴とする請求項１乃至５記載の換気空調設備。
7. 上記原子炉建家の天井に冷却フィンを設けたことを特徴とする請求項１乃至６記載の原子力発電所建家の換気空調設備。
8. 原子力発電所建家に近接して又は建家内に断熱材で囲繞され内部に蓄熱材が充填された蓄熱槽を配置することにより、非常時に動的機器を用いずに通常運転時に蓄熱槽内の断熱材に蓄えられた冷熱により建家内の換気空調を行うことを特徴とする原子力発電所建家の換気空調方法.

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